抗菌氯胺化合物改性聚丙烯熔喷工艺及性能研究

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近年来,由于流感病毒在全球范围内的频繁大爆发,各国都增加了在卫生防护方面的财政投入,使得医疗卫生防护产品产量急剧增加。其中以熔喷过滤材料产量增长最为明显,仅09年甲型H1N1期间,我国新增了30多条熔喷线,大量用于生产卫生防护过滤材料。在流感爆发期间,如何降低感染率,最简单有效也是最基本的方法就是使用医用防护口罩。然而,防护口罩只能阻挡细菌病毒,却无法杀灭细菌病毒。在流感病毒流行期间,有些人即使佩戴了N95的防护口罩,还是会感染流感病毒,主要原因并不是口罩或者防护服的过滤效率低,而是在使用过程中,人们会不自觉的触摸口罩表面,使得手上就沾满了病毒细菌,如果再用手去触碰眼睛、鼻子、嘴巴等粘膜组织就可能感染病毒。因此,研究一种具有有效抗菌性能的过滤材料就显得尤为重要,该过滤材料在保证过滤效率的同时,能够杀灭细菌,可以大大降低感染率,能更好的保护使用者的安全。  本课题研究内容是研制一种新型抗菌氯胺化合物改性聚丙烯熔喷过滤材料。具体过程是:通过接枝法使得2,4-二氨基-6-二烯丙基氨基-1,3,5-三嗪(NDAM)单体接枝到聚丙烯大分子链上,再将接枝反应后的改性聚丙烯经熔喷工艺制成熔喷过滤材料,然后进行氯漂处理,氯漂处理是为了使氯离子替代PP-g-NDAM聚合物上的氢离子,由于氯离子遇水形成游离态氯,即活性氯,具有强氧化性,能够杀菌,从而使熔喷过滤材料具备抗菌性能。与传统的抗菌材料不同,由于NDAM单体是通过接枝反应与聚丙烯聚合,而非粘合或喷洒的方式粘附在纤维表面,因此,不会由于移动,挤压,摩擦等原因发生脱落,影响抗菌性能,而且可以通过反复氯漂使该抗菌材料多次使用,提高了抗菌材料的使用寿命。  然而,实验发现,PP-g-NDAM的热稳定性差,当温度超过280°C时,PP-g-NDAM就会发生热降解,然而,通常情况下,熔喷的纺丝温度在320°C以上,由于温度过高,使得PP-g-NDAM大量发生热降解,聚合物熔体中出现大量的小分子,使得大分子间交联程度增加,熔体粘度增加,从而出现喷丝孔堵塞,断丝,拉伸不充分,料点等现象,严重影响熔喷材料性能,并大幅度降低熔喷试样的抗菌性能。因此,本实验主要解决的问题是如何降低纺丝温度,并通过调节工艺参数最终制成具有有效抗菌性能和高过滤效率的熔喷试样。  为降低纺丝温度,本实验选用了熔体指数MFI1500的聚丙烯切片为原料,使得纺丝温度能够控制在280°C以下,并调节空气压力,接收距离等参数,尽可能的提高熔喷试样性能。实验发现,熔喷试样的性能有了明显的改善,纤维直径降低,断丝和料点现象明显减少,过滤效率有了较显著的提高。通过氯漂处理后,熔喷试样具有一定的抗菌性能。但熔喷试样的过滤效率和杀菌率离实验目标差距较大,即过滤效率≥95%,杀菌率≥99.9%。  在解决过滤效率的问题上,本实验对熔喷试样进行了驻极处理,即利用电晕法对熔喷试样加以30kv的电压,使熔喷试样中的纤维表面带上静电荷。通过测试发现,过滤效率有了明显提高,有两组熔喷试样的过滤效率达到84.88%和80.08%,可见,驻极处理对于提高过滤效率有显著效果。在解决杀菌率问题上,通过提高引发剂含量,增加参加反应的NDAM含量比来提高接枝率,并在氯漂过程中,延长氯漂时间,使得氯离子充分取代氢离子,有效增加活性氯含量,最终,使得含有100%PP-g-NDAM的熔喷试样对大肠杆菌的杀菌率达到100%。  本实验所使用的氯胺化合物抗菌剂是一种新型的抗菌剂,而利用接枝法使得大分子链上接枝抗菌基团从而实现对聚丙烯进行改性是目前国内较为先进的方法,因此实验过程难度较大。由改性的聚丙烯PP-g-NDAM切片通过熔喷工艺制成的熔喷试样具有高效快速稳定杀菌性能,若用于医用防护口罩的过滤层,将能更好的保护使用者的安全。该材料若能用于实际生产中,将具有广阔的市场前景,对于提高医用防护口罩防护性能具有重大意义。
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