一种纳米纤维医用防护服材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米纤维医用防护服材料及其制备方法，该防护服材料包括层叠布置的疏水无纺布支撑层、疏水纳米纤维抗菌杀菌层和功能保护层经热熔焊接而成，其中：疏水纳米纤维抗菌杀菌层由采用气流纺丝法直接制备在疏水无纺布支撑层上且掺杂有纳米抗菌剂的纳米纤维构成。本发明采用气流纺丝法直接在疏水无纺布支撑层上制备掺杂有纳米抗菌剂的纳米纤维，然后与功能保护层采用热熔焊接工艺复合为医用防护服材料，制得的医用防护服材料具有良好的透气透湿性和较强的防病毒穿透能力；且在纳米纤维制造过程中加入抗菌剂，增加了材料的抗菌杀菌能力，为防护服增加一层保险。

说明书

技术领域

本发明涉及医用防护技术领域，尤其涉及一种纳米纤维医用防护服材料及其 制备方法。

背景技术

医用防护服为医疗工作者的“冲锋战衣”，常规防护服材质为无纺布，在使用 过程中遇到的问题是透气透湿性差和防病毒穿透能力弱，通常是纺病毒效果好的 防护服其透气透湿性差，而透气透湿性好的防护服其防病毒能力差。透气透湿性 差的防护服穿戴一两个小时后，使用者头发汗湿，眼镜起水雾，甚至鞋内产生积 水，穿戴舒适度差极大的影响工作便利性；而防病毒穿透性差的防护服则失去最 基础的防护功能，在医护人员眼中，防护服可以不舒适，但是一定要有防病毒功 能，而目前市面上大多防护服并不具备抵抗病毒穿透的能力。

纳米纤维直径只有头发的千分之一，传统无纺布纤维直径是纳米纤维的百 倍。纳米纤维编织的有效孔径可以拦截直径为0.075微米微粒，细菌直径约0.5～5 微米，病毒直径约0.1微米，因此纳米纤维可以对以上物质进行直接拦截。同时 由于纳米纤维形成的有效孔径率很高，相应的透气性能也非常好。纳米纤维材料 完全兼具了医用防护服需要透气性好和防病毒穿透强的特点。即便纳米纤维防护 服防病毒穿透能力很强，在极端情况下任何防护服随着使用时间增长，病毒穿透 风险都会增加。

如已公开专利CN110181907A披露了一种抗菌护肤面料，抗菌层的经丝为含 有纳米银离子的抗菌纤维，抗菌层的纬丝为经抗菌整理液处理的抗菌纤维，外层 的防护层有抗紫外线纤维和浸泡抗紫外线整理液双重设置。已公开专利 CN111567957A披露了一种由编织层，纳米银抗菌层、光触媒抗菌层和拒水透气 层构成的防护面料，其编织层采用聚丙烯无纺布，纳米银抗菌层采用银粒子掺杂 的壳聚糖纤维素编织而成，光触媒抗菌层采用自清洁光催化纤维编织而成。又如 已公开专利CN111513404A披露了一种吸湿散热功能层采用三明治层叠结构的 高吸湿智能散热医用防护服复合面料，利用超吸保水纤维功能层含有抗菌抗病毒 的化合物，使复合面料具备抗菌、抗病毒和消臭功能特性。

上述这些公开专利所披露的方案经抗菌抑菌处理的防护服面料虽然具有一 定的抗菌性，但都是单纯依靠添加抗菌剂(如纳米银)来实现抗菌效果，想要达 到较好抗菌效果就需要较大量添加抗菌剂，抗菌剂附着性也是一个大问题，而抗 菌剂并非是对人体友好物质。如何实现医用防护服长时间的安全使用要求仍需要 寻找新的方法解决。

发明内容

本发明的目的是针对现有纳米纤维在长时间使用后，病毒防护、透气及透湿 性能下降且存在健康风险缺陷，提出的一种纳米纤维医用防护服材料及其制备方 法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种纳米纤维医用防护服材料，包括层叠布置的 疏水无纺布支撑层、疏水纳米纤维抗菌杀菌层和功能保护层经热熔焊接而成，其 中：

所述疏水纳米纤维抗菌杀菌层由采用溶液法气流纺丝工艺直接制备在所述 疏水无纺布支撑层上且掺杂有纳米抗菌剂的纳米纤维构成。

进一步地，在所述的纳米纤维医用防护服材料上，所述纳米纤维的聚合物原 料采用PAN(聚丙烯晴)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PSU(聚砜)、PS(聚苯乙 烯)、PA(聚酰胺)、PU(聚氨酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PEO(聚 氧化乙烯)中的一种或几种。

进一步地，在所述的纳米纤维医用防护服材料上，所述纳米抗菌剂采用纳米 二氧化钛(TiO

进一步地，在所述的纳米纤维医用防护服材料上，所述纳米纤维的直径为 80～200nm，所述疏水纳米纤维抗菌杀菌层的面密度为1.5～4g/m

进一步地，在所述的纳米纤维医用防护服材料上，所述疏水无纺布支撑层采 用面密度为15～35g/m

进一步地，在所述的纳米纤维医用防护服材料上，所述功能保护层采用涤纶 布、腈纶布、锦纶布或牛津布。

本发明的第二个方面是提供一种如所述纳米纤维医用防护服材料的制备方 法，包括如下步骤：

(1)配置成品溶液：先将抗菌剂加入溶剂中，超声分散10～30min后再加入聚合 物PAN、PVDF、PSU、PS、PA、PU、PMMA、PEO中的一种或几种，于40～60℃ 搅拌3～5h，配置成成品溶液；

(2)溶液法气流纺丝：将步骤(1)配置的成品溶液采用溶液法气流纺丝工艺牵 伸形成高长径比且掺杂有抗菌剂的纳米纤维，收集、粘附于疏水无纺布支撑层上， 并定向或随机排布成无纺纤网结构的疏水纳米纤维抗菌杀菌层；

(3)热熔焊接：纺丝完成后，将功能保护层覆盖于步骤(2)制备的疏水纳米纤 维抗菌杀菌层上形成夹心结构，并经热熔焊接处理后复合为一体。

进一步地，在所述纳米纤维医用防护服材料的制备方法中，步骤(1)中， 所述成品溶液中聚合物的质量百分比为5～25％，抗菌剂的质量百分比为0.1～2％。

进一步地，在所述纳米纤维医用防护服材料的制备方法中，步骤(1)中， 所述溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯(EAc)、 丙酮、甲酸的一种或者几种。

进一步地，在所述纳米纤维医用防护服材料的制备方法中，所述步骤(2) 中，所述溶液法气流纺丝工艺为：

使用注射泵将所述前置溶液以恒定速度从针头压出，在针头处以平行方向施 加高速气流，在气流场中溶剂挥发，高分子牵伸形成高长径比的纳米纤维；

其中，所述纳米纤维收集距离为10～35cm，风速50～500m/min，供液速度 1～5ml/h，针头直径0.1～0.75mm。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)采用溶液法气流纺丝工艺直接在疏水无纺布支撑层上制备掺杂有纳米 抗菌剂的纳米纤维，由该纳米纤维构成的疏水纳米纤维抗菌防菌层，具有良好的 透气透湿性和较强的防病毒穿透能力；且在纳米纤维制造过程中加入抗菌剂，增 加了材料的抗菌杀菌能力，为防护服增加一层保险；

(2)疏水无纺布支撑层作为疏水纳米纤维抗菌杀菌层的载体，纳米纤维直 接制备在支撑层上，抗菌剂纳米粒子在纳米纤维成型的过程中直接镶嵌在纳米纤 维表面或被包覆，降低了抗菌剂纳米粒子脱落后进入人体的风险；

(3)功能保护层直接覆盖在疏水纳米纤维抗菌杀菌层上，与疏水无纺布支 撑层一起形成一种夹心结构，再通过热熔焊接工艺直接将夹心结构材料进行复 合，即可值得一种疏水透气高过滤效果的防护服材料，而无需对防护服材料进行 后整理等工序，整体工艺流程简单，生产成本低，实用性能更强。

附图说明

图1为本发明一种纳米纤维医用防护服材料的结构示意图；

图2为本发明一种纳米纤维医用防护服材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明首先提供了一种纳米纤维医用防护服材料，如图1所示，该纳米纤维 医用防护服材料100包括层叠布置的疏水无纺布支撑层101、疏水纳米纤维抗菌 杀菌层102和功能保护层103经热熔焊接而成，其中：所述疏水纳米纤维抗菌杀 菌层102由采用溶液法气流纺丝工艺直接制备在所述疏水无纺布支撑层上且掺 杂有纳米抗菌剂的纳米纤维构成。由该纳米纤维构成的疏水纳米纤维抗菌防菌层 102具有良好的透气性和较强的防病毒穿透能力；且通过在纳米纤维制造过程中 加入抗菌剂，增加了材料的抗菌杀菌能力，为防护服材料增加了一层保险。

在一些实施例中，所述纳米纤维的聚合物原料采用PAN(聚丙烯晴)、PVDF (聚偏氟乙烯)、PSU(聚砜)、PS(聚苯乙烯)、PA(聚酰胺)、PU(聚氨 酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PEO(聚氧化乙烯)中的一种或几种。

在一些实施例中，所述纳米抗菌剂采用纳米二氧化钛(TiO

在一些实施例中，要求采用气流纺丝工艺制备的所述纳米纤维的直径为 80～600nm；优选地，纳米纤维的直径为100～580nm；较为优选地，纳米纤维的 直径为150～500nm；更为优选地纳米纤维的直径为220～430nm。所述疏水纳米 纤维抗菌杀菌层的面密度为1.5～4g/m

在一些实施例中，所述疏水无纺布支撑层采用面密度为15～35g/m

在一些实施例中，所述功能保护层采用涤纶布、腈纶布、锦纶布或牛津布。 所述功能保护层的面密度为30～100g/m

本发明还提供一种如所述纳米纤维医用防护服材料的制备方法，如图2所 示，具体包括如下步骤：

(1)配置成品溶液：按配方比，先将抗菌剂加入溶剂中，超声分散10～30min 后再加入配方比的聚合物PAN、PVDF、PSU、PS、PA、PU、PMMA、PEO中 的一种或几种，于40～60℃搅拌3～5h，配置成成品溶液；

(2)溶液法气流纺丝：将步骤(1)配置的成品溶液采用溶液法气流纺丝工艺牵 伸形成高长径比且掺杂有抗菌剂的纳米纤维，收集、粘附于疏水无纺布支撑层上， 并定向或随机排布成无纺纤网结构的疏水纳米纤维抗菌杀菌层；

(3)热熔焊接：纺丝完成后，将功能保护层覆盖于步骤(2)制备的疏水纳米纤 维抗菌杀菌层上形成夹心结构，并经热熔焊接处理后复合为一体。

在一些实施例中，步骤(1)中，所述成品溶液中聚合物的质量百分比为 5～25％，抗菌剂的质量百分比为0.1～2％。优选地，所述成品溶液中聚合物的质 量百分比为6～22％，抗菌剂的质量百分比为0.3～1.8％；较为优选地，所述成品 溶液中聚合物的质量百分比为8～18％，抗菌剂的质量百分比为0.5～1.5％；更为 优选地，所述成品溶液中聚合物的质量百分比为12～15％，抗菌剂的质量百分比 为1～1.2％。

在一些实施例中，步骤(1)中，所述溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、二甲 基甲酰胺(DMF)、乙酸乙酯(EAc)、丙酮、甲酸的一种或者几种。

在一些实施例中，步骤(1)中，加入配方比的聚合物后于45～58℃搅拌3～5h； 优选地，加入配方比的聚合物后于48～52℃搅拌3.5～4.5h。

在一些实施例中，在所述纳米纤维医用防护服材料的制备方法中，所述步骤 (2)中，所述溶液法气流纺丝工艺为：使用注射泵将所述前置溶液以恒定速度 从针头压出，在针头处以平行方向施加高速气流，在气流场中溶剂挥发，高分子 牵伸形成高长径比的纳米纤维；其中，纳米纤维收集距离为10～35cm，风速 50～500m/min，供液速度1～5ml/h，针头直径0.1～0.75mm。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发 明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例一

提供一种纳米纤维医用防护服材料，其制备方法包括如下步骤：

(1)配置成品溶液：将适量纳米银颗粒加入DMF溶剂中，超声分散处理 20分钟，再将适量PVDF粉体加入超声处理好的溶剂中，50℃加热条件下搅拌 4h，最终获得质量分数0.1％纳米银，质量分数16％PVDF的纺丝溶液；

(2)溶液法气流纺丝：将步骤(1)配置的纺丝溶液采用溶液法气流纺丝工 艺牵伸形成高长径比且掺杂有抗菌剂的纳米纤维，将支撑层无纺布置于收集器 上，设置收集距离为30cm，风力300m/min，单针供液速度2ml/h，将制备的纳 米纤维收集、粘附于疏水无纺布支撑层上，并定向或随机排布成无纺纤网结构， 获得面密度约2.8g/m

(3)热熔焊接：纺丝完成后，将功能保护层覆盖于步骤(2)制备的疏水纳 米纤维抗菌杀菌层上形成夹心结构，疏水无纺布支撑层采用25g/m

将所得的三层复合材料进行测试：过滤测试设备为TSI8130，15L/min气体 流量，颗粒粒数中值直径0.075微米盐雾。测试结果为：过滤效率92％，空气阻 力70Pa。根据GB/T4745-1997标准测试材料表面抗湿性，测试结果为4级(3 级以上为达标，1级和2级不合格)。根据YY/T 0689-2008标准测试防病菌穿 透性，测试结果为阴性达标。

实施例二

提供一种纳米纤维医用防护服材料，其制备方法包括如下步骤：

(1)配置成品溶液：将适量纳米铜加入DMF溶剂中，超声分散处理20分 钟，再将适量PAN粉体加入超声处理好的溶剂中，50℃加热条件下搅拌4h，最 终获得质量分数0.2％纳米铜，质量分数12％PAN的纺丝溶液；

(2)溶液法气流纺丝：将步骤(1)配置的纺丝溶液采用溶液法气流纺丝工 艺牵伸形成高长径比且掺杂有抗菌剂的纳米纤维，将支撑层无纺布置于收集器 上，设置收集距离为20cm，风力200m/min，单针供液速度2.5ml/h，将制备的 纳米纤维收集、粘附于疏水无纺布支撑层上，并定向或随机排布成无纺纤网结构， 获得面密度约3.5g/m2的疏水纳米纤维抗菌杀菌层；

(3)热熔焊接：纺丝完成后，将功能保护层覆盖于步骤(2)制备的疏水纳 米纤维抗菌杀菌层上形成夹心结构，疏水无纺布支撑层采用15g/m

将所得的三层复合材料进行测试，过滤测试设备为TSI8130，15L/min气体 流量，颗粒粒数中值直径0.075微米盐雾。测试结果为过滤效率91％，空气阻力 74Pa。根据GB/T4745-1997标准测试材料表面抗湿性，测试结果为4级。根据 YY/T 0689-2008标准测试防病菌穿透性，测试结果为阴性达标。

实施例三

提供一种纳米纤维医用防护服材料，其制备方法包括如下步骤：

(1)配置成品溶液：将适量纳米银加入DMF：MAc＝2:1的混合溶剂中，超 声分散处理20分钟，再将适量PSU粉末加入超声处理后的混合溶剂中，50℃保 温搅拌4h，最终获得质量分数0.2％纳米银，质量分数15％PSU的纺丝溶液；

(2)溶液法气流纺丝：将步骤(1)配置的纺丝溶液采用溶液法气流纺丝工 艺牵伸形成高长径比且掺杂有抗菌剂的纳米纤维，将支撑层无纺布置于收集器 上，设置收集距离为20cm，风力250m/min，单针供液速度3ml/h，将制备的纳 米纤维收集、粘附于疏水无纺布支撑层上，并定向或随机排布成无纺纤网结构， 获得面密度约3.3g/m2的疏水纳米纤维抗菌杀菌层；

(3)热熔焊接：纺丝完成后，将功能保护层覆盖于步骤(2)制备的疏水纳 米纤维抗菌杀菌层上形成夹心结构，疏水无纺布支撑层采用20g/m

纺丝完成后将第三层保护层盖在第二层纳米纤维高效过滤层上，使用热熔焊 接处理，获得制作防护服的原材料。将所得的三层复合材料进行测试，过滤测试 设备为TSI8130，15L/min气体流量，颗粒粒数中值直径0.075微米盐雾。测试 结果为过滤效率92％，空气阻力81Pa。根据GB/T4745-1997标准测试材料表面 抗湿性，测试结果为4级。根据YY/T 0689-2008标准测试防病菌穿透性，测试 结果为阴性达标。

实施例四

提供一种纳米纤维医用防护服材料，其制备方法包括如下步骤：

(1)配置成品溶液：将适量纳米二氧化钛(TiO

(2)溶液法气流纺丝：将步骤(1)配置的纺丝溶液采用溶液法气流纺丝工 艺牵伸形成高长径比且掺杂有抗菌剂的纳米纤维，将支撑层无纺布置于收集器 上，设置收集距离为35cm，风力360m/min，单针供液速度3ml/h，将制备的纳 米纤维收集、粘附于疏水无纺布支撑层上，并定向或随机排布成无纺纤网结构， 获得面密度约2.5/m

(3)热熔焊接：纺丝完成后，将功能保护层覆盖于步骤(2)制备的疏水纳 米纤维抗菌杀菌层上形成夹心结构，疏水无纺布支撑层采用18g/m

纺丝完成后将第三层保护层盖在第二层纳米纤维高效过滤层上，使用热熔焊 接处理，获得制作防护服的原材料。将所得的三层复合材料进行测试，过滤测试 设备为TSI8130，15L/min气体流量，颗粒粒数中值直径0.075微米盐雾。测试 结果为过滤效率96％，空气阻力72Pa。根据GB/T4745-1997标准测试材料表面 抗湿性，测试结果为4级。根据YY/T 0689-2008标准测试防病菌穿透性，测试 结果为阴性达标。

实施例五

提供一种医用防护服材料，其制备方法包括如下步骤：将疏水无纺布支撑层 采用18g/m

将所得的双层复合材料进行测试，过滤测试设备为TSI8130，15L/min气体 流量，颗粒粒数中值直径0.075微米盐雾。测试结果为过滤效率26％，空气阻力 28Pa。根据GB/T4745-1997标准测试材料表面抗湿性，测试结果为3级。根据 YY/T 0689-2008标准测试防病菌穿透性，测试结果为阳性不达标。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并 不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行 的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范 围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。