SMS手術(shù)衣材料單面“三防”泡沫整理工藝

曲方圓,殷保璞

(東華大學(xué) 產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心,上海201620)

SMS手術(shù)衣材料單面“三防”泡沫整理工藝

曲方圓,殷保璞

(東華大學(xué) 產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心,上海201620)

采用泡沫整理法對(duì)紡黏-熔噴-紡黏(SMS)非織造手術(shù)衣材料進(jìn)行單面“三防”(防水、防酒精、防血液)整理.為了同時(shí)具有良好的單面“三防”效果和舒適性能,探討了穩(wěn)定型泡沫整理劑的成分及含量,以及該工藝的最佳焙烘溫度和時(shí)間.試驗(yàn)結(jié)果表明: 最佳整理劑配方是十二烷基硫酸鈉(SDS)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,羥乙基纖維素(HEC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%,羧甲基纖維素(CMC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%;最佳加工工藝是發(fā)泡溫度為25 ℃,焙烘溫度為130 ℃,焙烘時(shí)間為3 min. 經(jīng)單面“三防”整理后,SMS材料的單面“三防”效果得到明顯改善,同時(shí)材料具有較好的舒適性能.

紡黏-熔噴-紡黏(SMS)非織造材料;泡沫整理;“三防”(防水、防酒精、防血液)

紡黏-熔噴-紡黏(SMS)非織造材料是目前市面上一次性醫(yī)用手術(shù)衣的主要原材料.普通SMS不能對(duì)酒精等液體起到良好的阻隔作用[1],“三防”(防水、防酒精、防血液)整理是賦予該材料良好的抵抗液體滲透功能、保護(hù)醫(yī)護(hù)人員免受交叉感染的必不可少的技術(shù)手段.文獻(xiàn)[2]采用浸軋法對(duì)該材料進(jìn)行雙面三防整理并予以優(yōu)化,但雙面同時(shí)涂覆含氟樹脂,造成后整理成本提高,人體舒適感差. 文獻(xiàn)[3]采用泡沫整理法在該材料兩側(cè)分別進(jìn)行了“三防”和親水整理,雖能改善其舒適性,但由于未對(duì)泡沫性能做系統(tǒng)研究,導(dǎo)致試樣效果均勻性差. 文獻(xiàn)[4]采用泡沫涂層法對(duì)滌棉織物進(jìn)行單面防水整理并予以優(yōu)化,使得滌棉織物單面防水的同時(shí)其反面具有良好吸濕透氣性能.

與浸軋法不同的是,泡沫整理是將整理液以泡沫的形式對(duì)材料進(jìn)行功能整理,為解決整理液的低施加量問題提供了可能性[5].因此，本文在上述研究基礎(chǔ)上,利用泡沫整理低帶液率的優(yōu)勢(shì)[6],對(duì)SMS非織造手術(shù)衣材料進(jìn)行單面“三防”整理,通過研究泡沫整理液性能、配方及單面后整理工藝,使材料單面具有良好的液體屏蔽性能.

1 試 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑: 氟系防水劑(含固量為29%～31%,浙江傳化股份有限公司);十二烷基硫酸鈉(SDS)(分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);羥乙基纖維素鈉(HEC)(東京化成工業(yè)株式會(huì)社);羧甲基纖維素鈉(CMC)(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司).

泡沫整理設(shè)備: 發(fā)泡設(shè)備(自制),如圖1所示;MSK-AFA-Ⅲ自動(dòng)涂覆機(jī).

圖1 發(fā)泡裝置Fig.1 Foaming device

測(cè)試儀器: OCA15EC型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x;YG812DA型滲水性測(cè)定儀;電熱鼓風(fēng)干燥箱;DCAT11型表面張力/動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量?jī)x;織物沾水度測(cè)試儀.

1.2 溶液性能表征

1.2.1 泡沫高度和泡沫半衰期

參照Ross-Miles法[7]測(cè)泡沫高度.將待測(cè)溶液預(yù)先加熱到30 ℃,取其中150 mL溶液從高800 mm、內(nèi)徑為1 mm的細(xì)孔中流下,垂直加入具有相同溫度和相同濃度的40 mL待測(cè)溶液中,記錄流完150 mL溶液時(shí)的泡沫高度,并作為被測(cè)試樣的起泡能力評(píng)價(jià)指標(biāo).這一過程要在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成,減少溶液溫度的變化.泡沫減少為原體積一半所需要的時(shí)間記為泡沫的半衰期.

1.2.2 泡沫密度

將泡沫倒入量杯(已知質(zhì)量m0和容積V)中,使泡沫體積與量杯容積相等,用電子天平精確稱量泡沫和量杯的總質(zhì)量m1,根據(jù)式(1)計(jì)算泡沫密度.

(1)

1.2.3 溶液表面張力

量取50 mL待測(cè)溶液,采用DCAT11型表面張力/動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量待測(cè)溶液的表面張力.

1.3 整理工藝

整理工藝路線：泡沫整理劑的配制→發(fā)泡→涂層→預(yù)烘→焙烘→性能測(cè)試.取20 cm×20 cm大小的SMS非織造手術(shù)衣材料,將其固定在涂層機(jī)上,將經(jīng)過發(fā)泡的整理劑迅速用刮刀均勻地涂刮到材料表面.本試驗(yàn)采用的發(fā)泡方法為空氣注入法,即向含有發(fā)泡劑和其他助劑的溶液中通入壓縮空氣,從而產(chǎn)生泡沫.

1.4 帶液率

帶液率是指材料上帶的液體質(zhì)量與材料本身質(zhì)量的百分比，計(jì)算方法如式(2)所示.

(2)

其中:m3為整理后材料質(zhì)量;m2為整理前材料質(zhì)量.

1.5 材料性能測(cè)試

(1) 接觸角測(cè)試. 采用OCA15EC型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x,試樣尺寸為15 mm×25 mm.

(2) 拒酒精等級(jí)測(cè)試. 將乙醇與水以不同比例(體積濃度)混合,分10級(jí),建立標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試液體系(如表1所示).檢測(cè)時(shí)從低級(jí)數(shù)試劑開始,取液滴在待測(cè)樣布的布面上,若10 s內(nèi)未潤(rùn)濕則為通過,直至不通過為止,取最后通過級(jí)別,10級(jí)最好[8].

表1 拒酒精測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)液體系
Table 1 Standard liquid system

水/乙醇10/09/18/27/36/45/54/63/72/81/90/10拒酒精級(jí)別012345678910

(3) 耐靜水壓測(cè)試. 測(cè)試方法參照GB/T 4744—1997《紡織織物 抗?jié)B水性測(cè)定 靜水壓試驗(yàn)》,采用YG812DA型滲水性測(cè)定儀,試樣尺寸為20 cm×20 cm.

(4) 沾水等級(jí)測(cè)試. 測(cè)試方法參照AATCC_22—2005《紡織品 拒水性測(cè)試 噴淋法》,采用織物沾水度測(cè)試儀,試樣尺寸為20 cm×20 cm.

(5)孔徑測(cè)試. 測(cè)試方法參照ISO 4003—1997,采用Porous Materials Inc的CFP-1100-AI型孔徑儀,試樣尺寸為30 mm×30 mm.

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫整理劑的制備

2.1.1 起泡劑的用量

選用陰離子表面活性劑SDS作為起泡劑.固定防水劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,將起泡劑配成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液.

起泡劑是一種表面活性劑，在溶液中加入起泡劑后,溶液的表面張力降低.當(dāng)起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于臨界膠束質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí),隨著起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,溶液的表面張力減少,發(fā)泡力增加;當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于臨界膠束質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí),溶液的表面張力不再減小,甚至?xí)晕⒃龃?而當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到一定程度時(shí),形成的泡沫含液量減少,脆性增加,泡沫反而會(huì)變得不穩(wěn)定[9].因此,可借助溶液的表面張力在膠束形成前后會(huì)發(fā)生突變,來測(cè)定溶液的臨界膠束質(zhì)量分?jǐn)?shù)[10].

圖2是混合溶液的各項(xiàng)性能與起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線.

圖2 不同SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)下混合溶液的性能Fig.2 Properties of mixed solution of different mass fraction of SDS

由圖2可見： 當(dāng)SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～0.5%時(shí),溶液表面張力較穩(wěn)定,在此質(zhì)量分?jǐn)?shù)前后溶液的性質(zhì)均發(fā)生突變,因此，SDS的臨界膠束質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)在0.4%～0.5%之間;當(dāng)SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),混合溶液的泡沫高度最大,且超過這一數(shù)值后,泡沫高度下降;隨著SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,混合溶液的泡沫半衰期增加.綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可知,當(dāng)SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,泡沫性質(zhì)最好,因此，確定最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%.另外,雖然混合溶液的泡沫半衰期增加,但均小于30 min,不能滿足實(shí)際加工要求.為了延長(zhǎng)泡沫壽命,需加入泡沫穩(wěn)定劑.

2.1.2 泡沫初始溫度的確定

固定防水劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,改變?nèi)芤旱某跏紲囟?觀察混合溶液的泡沫高度和半衰期.不同發(fā)泡溫度下混合溶液的泡沫性能如表2所示.由表2可知： 當(dāng)溶液溫度為25 ℃時(shí),泡沫高度和泡沫半衰期達(dá)到最大值;當(dāng)溫度高于25 ℃時(shí),隨著溫度的升高,泡沫開始變得不穩(wěn)定,泡沫高度和半衰期均出現(xiàn)下降趨勢(shì).因此,確定泡沫初始溫度為25 ℃，此時(shí),泡沫半衰期仍小于30 min,需要加入一定的泡沫穩(wěn)定劑來延長(zhǎng)泡沫壽命.

表2 不同發(fā)泡溫度對(duì)泡沫性能的影響Table 2 Effect of different foaming temperature on properties of foam

2.1.3 穩(wěn)泡劑的用量

選用HEC和CMC作為穩(wěn)泡劑.當(dāng)防水劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,起泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,不同穩(wěn)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下混合溶液的泡沫高度和泡沫半衰期如表3所示.由表3可知,在加入穩(wěn)泡劑后,泡沫高度變化不大,但泡沫半衰期增加明顯;較HEC單獨(dú)使用,HEC和CMC配合使用的泡沫半衰期增加效果明顯.因此，為了滿足實(shí)際加工要求,確定HEC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%,CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%,此時(shí)泡沫高度較高,泡沫半衰期大于30 min.

表3 不同穩(wěn)泡劑對(duì)泡沫性能的影響Table 3 Effect of different foam stabilizer on properties of foam

(續(xù) 表)

2.2 泡沫密度與帶液率

采用泡沫整理法進(jìn)行單面整理時(shí),應(yīng)注意控制整理液的滲透深度,防止出現(xiàn)整理液完全滲透材料或單面滲透深度不夠的情況.通過控制泡沫密度,可以調(diào)整整理液的滲透深度.不同泡沫密度條件下泡沫整理劑對(duì)SMS材料的涂覆情況如表4所示.由表4可知,當(dāng)泡沫密度為0.04 g/cm3(此時(shí)帶液率約為33%),材料一面潤(rùn)濕一面未潤(rùn)濕,可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的單面整理.因此,確定泡沫密度為0.04 g/cm3,帶液率為33%.

表4 泡沫密度對(duì)涂覆情況的影響
Table 4 Effect of different foam density

泡沫密度/(g·cm-3)0.060.040.03涂覆情況兩面完全潤(rùn)濕一面潤(rùn)濕一面未潤(rùn)濕單面未完全潤(rùn)濕

2.3 焙烘溫度和時(shí)間

將整理后的材料在110 ℃的溫度下預(yù)烘1 min,然后在規(guī)定的溫度和時(shí)間條件下進(jìn)行焙烘.一方面,焙烘溫度升高有利于整理劑在SMS非織造布上成膜,良好連續(xù)的覆膜有利于耐靜水壓的增加;另一方面,焙烘溫度的升高可能會(huì)導(dǎo)致SMS非織造布微結(jié)構(gòu)的變化,不利于耐靜水壓的增加[11].因此,需要根據(jù)材料的耐熱性確定合適的焙烘溫度和時(shí)間.本文SMS材料試樣的差熱分析DSC曲線如圖3所示.由圖3可看出,試樣熔點(diǎn)約為162 ℃，且當(dāng)溫度達(dá)到140 ℃后,隨著溫度的升高,材料質(zhì)量開始損失.泡沫整理的焙烘溫度和時(shí)間與試樣耐靜水壓的關(guān)系如圖4所示.由圖4可知： 當(dāng)焙烘溫度較低(小于130 ℃)時(shí),隨著焙烘時(shí)間的增加,整理劑覆膜效果增強(qiáng)明顯,因此耐靜水壓增大;當(dāng)焙烘溫度較高(大于130 ℃)時(shí),隨著焙烘時(shí)間的增加,耐靜水壓隨之降低.SMS材料試樣泡沫整理前后的孔徑分布圖如圖5所示.由圖5(a)可知,未經(jīng)泡沫整理的試樣其孔徑主要分布在8～11 μm.而由圖5(b)可知,經(jīng)過焙烘溫度為140 ℃和焙烘時(shí)間為2 min的整理后,其孔徑主要分布在11～14 μm.這是因?yàn)楫?dāng)SMS材料的熱處理溫度超過某一臨界值時(shí),其微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致孔徑增大,進(jìn)而使其耐靜水壓降低.

圖3 SMS材料的DSC曲線Fig.3 DSC curve of SMS material

圖4 不同焙烘溫度和時(shí)間對(duì)SMS材料耐靜水壓的影響Fig.4 Effect of different curing temperature and time on water pressure resistance of SMS material

(a) 整理前

(b) 整理后圖5 SMS材料整理前后孔徑分布圖Fig.5 Pore size distribution histogram of SMS material before and after treatment

經(jīng)上述分析可知,聚丙烯SMS材料單面泡沫整理的最佳焙烘溫度為130 ℃,焙烘時(shí)間為3 min.

2.4 材料性能評(píng)價(jià)

采用上述試驗(yàn)所確定的工藝參數(shù),對(duì)SMS手術(shù)衣材料進(jìn)行單面泡沫整理后的性能如表5所示.由表5可以看出,經(jīng)過泡沫整理后,材料的接觸角、拒酒精等級(jí)、沾水等級(jí)均有提升,可滿足一次性醫(yī)用手術(shù)衣對(duì)液體屏蔽性能的要求.

表5 SMS材料泡沫整理前后的性能測(cè)試結(jié)果

Table 5 Testing results of SMS material’s properties before and after treatment

材料性能未整理泡沫整理接觸角/(°)114.2132.9拒酒精等級(jí)/級(jí)38沾水等級(jí)/級(jí)35

3 結(jié) 語

本文采用泡沫整理法對(duì)SMS非織造手術(shù)衣材料進(jìn)行單面防水、防酒精、防血液整理試驗(yàn)，所得最佳整理劑配方：SDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%,HEC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2%,CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3%,發(fā)泡溫度為25 ℃,焙烘溫度為130 ℃,焙烘時(shí)間為3 min.經(jīng)單面“三防”泡沫整理后的SMS材料,其防水、防酒精性能明顯提高,可滿足醫(yī)用一次性手術(shù)衣對(duì)液體屏蔽性能的要求,同時(shí)材料具有較好的舒適性能.

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Single Faced Three-Proofing Foam Finishing Process for SMS Surgical Gown Material

QUFang-yuan,YINBao-pu

(Engineering Research Center of Technical Textiles,Ministry of Education,Donghua University,Shanghai 201620,China)

Foam finishing method is used for anti-water,anti-alcohol and anti-blood finishing on one side of spunlaid-melt blowing-spunlaid (SMS) surgical gown material. In order to achieve good properties of three proofings on one side and comfort at the same time,solution composition,curing temperature and time were discussed. The research results show that the best formulation is as follows,mass fraction of SDS(sodium dodecyl sulfate) is 0.5%,mass fraction of HEC(hydroxyethyl cellulose) is 0.2%,mass fraction of CMC(carboxymethyl cellulose) is 0.3%;the best foaming temperature is 25 ℃;the best curing temperature is 130 ℃ and the time is 3 min. After finishing,the SMS fabric performs good properties of three proofings on one side and comfort at the same time.

spunlaid-melt blowing-spunlaid (SMS) non-woven material;foam finishing;three proofings (anti-water,anti-alcohol,anti-blood)

1671-0444 (2016)05-0713-05

2015-06-30

曲方圓(1992—)，女，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，研究方向?yàn)榉强椩觳嫉墓δ芎笳? E-mail: qufangyuan1992@163.com 殷保璞(聯(lián)系人)，女，副研究員，E-mail: bpyin@dhu.edu.cn

TS 195.6

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