SMS手术衣材料单面“三防”泡沫整理工艺

1 试验

1.1 试剂与仪器

试剂: 氟系防水剂(含固量为29%～31%,浙江传化股份有限公司);十二烷基硫酸钠(SDS)(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);羟乙基纤维素钠(HEC)(东京化成工业株式会社);羧甲基纤维素钠(CMC)(国药集团化学试剂有限公司).

泡沫整理设备: 发泡设备(自制),如图1所示;MSK-AFA-Ⅲ自动涂覆机.

图1 发泡装置Fig.1 Foaming device

测试仪器: OCA15EC型光学接触角测量仪;YG812DA型渗水性测定仪;电热鼓风干燥箱;DCAT11型表面张力/动态接触角测量仪;织物沾水度测试仪.

1.2 溶液性能表征

1.2.1 泡沫高度和泡沫半衰期

参照Ross-Miles法[7]测泡沫高度.将待测溶液预先加热到30 ℃,取其中150 mL溶液从高800 mm、内径为1 mm的细孔中流下,垂直加入具有相同温度和相同浓度的40 mL待测溶液中,记录流完150 mL溶液时的泡沫高度,并作为被测试样的起泡能力评价指标.这一过程要在尽量短的时间内完成,减少溶液温度的变化.泡沫减少为原体积一半所需要的时间记为泡沫的半衰期.

1.2.2 泡沫密度

将泡沫倒入量杯(已知质量m0和容积V)中,使泡沫体积与量杯容积相等,用电子天平精确称量泡沫和量杯的总质量m1,根据式(1)计算泡沫密度.

(1)

1.2.3 溶液表面张力

量取50 mL待测溶液,采用DCAT11型表面张力/动态接触角测量仪测量待测溶液的表面张力.

1.3 整理工艺

整理工艺路线：泡沫整理剂的配制→发泡→涂层→预烘→焙烘→性能测试.取20 cm×20 cm大小的SMS非织造手术衣材料,将其固定在涂层机上,将经过发泡的整理剂迅速用刮刀均匀地涂刮到材料表面.本试验采用的发泡方法为空气注入法,即向含有发泡剂和其他助剂的溶液中通入压缩空气,从而产生泡沫.

1.4 带液率

带液率是指材料上带的液体质量与材料本身质量的百分比，计算方法如式(2)所示.

(2)

其中:m3为整理后材料质量;m2为整理前材料质量.

1.5 材料性能测试

(1) 接触角测试. 采用OCA15EC型光学接触角测量仪,试样尺寸为15 mm×25 mm.

(2) 拒酒精等级测试. 将乙醇与水以不同比例(体积浓度)混合,分10级,建立标准测试液体系(如表1所示).检测时从低级数试剂开始,取液滴在待测样布的布面上,若10 s内未润湿则为通过,直至不通过为止,取最后通过级别,10级最好[8].

表1 拒酒精测试标准液体系
Table 1 Standard liquid system

水/乙醇10/09/18/27/36/45/54/63/72/81/90/10拒酒精级别012345678910

(3) 耐静水压测试. 测试方法参照GB/T 4744—1997《纺织织物抗渗水性测定静水压试验》,采用YG812DA型渗水性测定仪,试样尺寸为20 cm×20 cm.

(4) 沾水等级测试. 测试方法参照AATCC_22—2005《纺织品拒水性测试喷淋法》,采用织物沾水度测试仪,试样尺寸为20 cm×20 cm.

(5)孔径测试. 测试方法参照ISO 4003—1997,采用Porous Materials Inc的CFP-1100-AI型孔径仪,试样尺寸为30 mm×30 mm.

2 结果与讨论

2.1 泡沫整理剂的制备

2.1.1 起泡剂的用量

选用阴离子表面活性剂SDS作为起泡剂.固定防水剂质量分数为2%,将起泡剂配成不同质量分数的溶液.

起泡剂是一种表面活性剂，在溶液中加入起泡剂后,溶液的表面张力降低.当起泡剂质量分数低于临界胶束质量分数时,随着起泡剂质量分数的增加,溶液的表面张力减少,发泡力增加;当质量分数高于临界胶束质量分数时,溶液的表面张力不再减小,甚至会稍微增大;而当质量分数增加到一定程度时,形成的泡沫含液量减少,脆性增加,泡沫反而会变得不稳定[9].因此,可借助溶液的表面张力在胶束形成前后会发生突变,来测定溶液的临界胶束质量分数[10].

图2是混合溶液的各项性能与起泡剂质量分数的关系曲线.

图2 不同SDS质量分数下混合溶液的性能Fig.2 Properties of mixed solution of different mass fraction of SDS

由图2可见：当SDS质量分数为0.4%～0.5%时,溶液表面张力较稳定,在此质量分数前后溶液的性质均发生突变,因此，SDS的临界胶束质量分数应在0.4%～0.5%之间;当SDS质量分数为0.5%时,混合溶液的泡沫高度最大,且超过这一数值后,泡沫高度下降;随着SDS质量分数的增加,混合溶液的泡沫半衰期增加.综合上述试验结果可知,当SDS质量分数为0.5%,泡沫性质最好,因此，确定最佳质量分数为0.5%.另外,虽然混合溶液的泡沫半衰期增加,但均小于30 min,不能满足实际加工要求.为了延长泡沫寿命,需加入泡沫稳定剂.

2.1.2 泡沫初始温度的确定

固定防水剂质量分数为2%,起泡剂质量分数为0.5%,改变溶液的初始温度,观察混合溶液的泡沫高度和半衰期.不同发泡温度下混合溶液的泡沫性能如表2所示.由表2可知：当溶液温度为25 ℃时,泡沫高度和泡沫半衰期达到最大值;当温度高于25 ℃时,随着温度的升高,泡沫开始变得不稳定,泡沫高度和半衰期均出现下降趋势.因此,确定泡沫初始温度为25 ℃，此时,泡沫半衰期仍小于30 min,需要加入一定的泡沫稳定剂来延长泡沫寿命.

表2 不同发泡温度对泡沫性能的影响Table 2 Effect of different foaming temperature on properties of foam

2.1.3 稳泡剂的用量

选用HEC和CMC作为稳泡剂.当防水剂质量分数为2%,起泡剂质量分数为0.5%,不同稳泡剂质量分数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,在加入稳泡剂后,泡沫高度变化不大,但泡沫半衰期增加明显;较HEC单独使用,HEC和CMC配合使用的泡沫半衰期增加效果明显.因此，为了满足实际加工要求,确定HEC质量分数为0.2%,CMC质量分数为0.3%,此时泡沫高度较高,泡沫半衰期大于30 min.

表3 不同稳泡剂对泡沫性能的影响Table 3 Effect of different foam stabilizer on properties of foam

(续表)

2.2 泡沫密度与带液率

采用泡沫整理法进行单面整理时,应注意控制整理液的渗透深度,防止出现整理液完全渗透材料或单面渗透深度不够的情况.通过控制泡沫密度,可以调整整理液的渗透深度.不同泡沫密度条件下泡沫整理剂对SMS材料的涂覆情况如表4所示.由表4可知,当泡沫密度为0.04 g/cm3(此时带液率约为33%),材料一面润湿一面未润湿,可实现对材料的单面整理.因此,确定泡沫密度为0.04 g/cm3,带液率为33%.

表4 泡沫密度对涂覆情况的影响
Table 4 Effect of different foam density

泡沫密度/(g·cm-3)0.060.040.03涂覆情况两面完全润湿一面润湿一面未润湿单面未完全润湿

2.3 焙烘温度和时间

将整理后的材料在110 ℃的温度下预烘1 min,然后在规定的温度和时间条件下进行焙烘.一方面,焙烘温度升高有利于整理剂在SMS非织造布上成膜,良好连续的覆膜有利于耐静水压的增加;另一方面,焙烘温度的升高可能会导致SMS非织造布微结构的变化,不利于耐静水压的增加[11].因此,需要根据材料的耐热性确定合适的焙烘温度和时间.本文SMS材料试样的差热分析DSC曲线如图3所示.由图3可看出,试样熔点约为162 ℃，且当温度达到140 ℃后,随着温度的升高,材料质量开始损失.泡沫整理的焙烘温度和时间与试样耐静水压的关系如图4所示.由图4可知：当焙烘温度较低(小于130 ℃)时,随着焙烘时间的增加,整理剂覆膜效果增强明显,因此耐静水压增大;当焙烘温度较高(大于130 ℃)时,随着焙烘时间的增加,耐静水压随之降低.SMS材料试样泡沫整理前后的孔径分布图如图5所示.由图5(a)可知,未经泡沫整理的试样其孔径主要分布在8～11 μm.而由图5(b)可知,经过焙烘温度为140 ℃和焙烘时间为2 min的整理后,其孔径主要分布在11～14 μm.这是因为当SMS材料的热处理温度超过某一临界值时,其微结构发生变化导致孔径增大,进而使其耐静水压降低.

图3 SMS材料的DSC曲线Fig.3 DSC curve of SMS material

图4 不同焙烘温度和时间对SMS材料耐静水压的影响Fig.4 Effect of different curing temperature and time on water pressure resistance of SMS material

(a) 整理前

(b) 整理后图5 SMS材料整理前后孔径分布图Fig.5 Pore size distribution histogram of SMS material before and after treatment

经上述分析可知,聚丙烯SMS材料单面泡沫整理的最佳焙烘温度为130 ℃,焙烘时间为3 min.

2.4 材料性能评价

采用上述试验所确定的工艺参数,对SMS手术衣材料进行单面泡沫整理后的性能如表5所示.由表5可以看出,经过泡沫整理后,材料的接触角、拒酒精等级、沾水等级均有提升,可满足一次性医用手术衣对液体屏蔽性能的要求.

表5 SMS材料泡沫整理前后的性能测试结果

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触角/(°)114.2132.9拒酒精等级/级38沾水等级/级35

3 结语

本文采用泡沫整理法对SMS非织造手术衣材料进行单面防水、防酒精、防血液整理试验，所得最佳整理剂配方：SDS质量分数为 0.5%,HEC质量分数为 0.2%,CMC质量分数为 0.3%,发泡温度为25 ℃,焙烘温度为130 ℃,焙烘时间为3 min.经单面“三防”泡沫整理后的SMS材料,其防水、防酒精性能明显提高,可满足医用一次性手术衣对液体屏蔽性能的要求,同时材料具有较好的舒适性能.

[1] 方一鹏,赵英辉. 医疗防护领域SMS无纺布的性能和生产技术探讨[C]//新型纤维及非织造新技术、新材料产业链论坛. 2006.

[2] 潘洪.聚丙稀SMS非织造布手术衣材料的三抗整理工艺研究[D].上海: 东华大学纺织学院,2012.

[3] 王洁. “三拒一抗/单向导湿”非织造手术衣材料的后整理工艺研究[D].上海: 东华大学纺织学院,2014.

[4] 王博.基于泡沫涂层法的纺织品功能性整理研究[D].大连: 大连工业大学纺织轻工学院,2011.

[5] ELBADAWI A M,PEARSON J S. Foam technology in textile finishing[J].Textile Progress,2003,33 (4): 1-31.

[6] 李永庚,许海育.泡沫整理发泡原液的组成及性能研究[J].印染助剂,2009,26(1): 23-27.

[7] 夏雄燕,方灵丹,谭红川,等. Ross-Miles法测定表面活性剂发泡力的影晌因素分析[J]. 日用化学品科学,2009,32(3): 23.

[8] 王蓓,袁珊,殷保璞.木浆复合水刺手术衣材料三防整理工艺研究[J].产业用纺织品,2008,26(10): 31-35.

[9] 赵俊,徐卡秋,叶静.高稳定性水基泡沫液的研究[J].日用化学工业,2008,38(6): 363-365.

[10] 赵喆,王齐放.表面活性剂临界胶束浓度测定方法的研究进展[J].实用药物与临床,2010,13(2): 140-144.

[11] 宋彦彦.聚丙烯SMS非织造布三拒一抗整理的产业化问题研究[D].上海: 东华大学纺织学院,2013.

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

曲方圆(1992—)，女，山东烟台人，硕士研究生，研究方向为非织造布的功能后整理. E-mail: qufangyuan1992@163.com 殷保璞(联系人)，女，副研究员，E-mail: bpyin@dhu.edu.cn

TS 195.6