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  當(dāng)前，醫(yī)用防護產(chǎn)品的加工多數(shù)集中在抗菌、抗病毒領(lǐng)域；現(xiàn)有的研究在提升纖維膜的抑菌方面已取得了顯著的進展，然而，纖維膜普遍存在機械強度低、耐磨性能差、使用壽命短等缺陷；因此，迫切需要開發(fā)出一種多種性能兼容的新型防護材料來解決實際服用過程中存在的問題。作者通過針刺熱壓及表面改性多重技術(shù)相結(jié)合的方法，基于潤濕與結(jié)構(gòu)構(gòu)效協(xié)同調(diào)控的思想，將無孔膜引入微孔纖維膜表面制備一種“多孔-無孔”微米纖維復(fù)合膜，一方面多孔膜保留了復(fù)合膜舒適性能，另一方面，無孔膜的引入賦予復(fù)合膜附加的功能防護性能；以上制備的具有多重防護特性復(fù)合膜可靈活設(shè)計應(yīng)用于服裝及新型醫(yī)學(xué)生物材料領(lǐng)域。

  天津工業(yè)大學(xué)李婷婷副教授與臺灣逢甲大學(xué)林佳弘特聘教授、亞洲大學(xué)樓靜文特聘教授合作，基于前期對針刺-涂層微米纖維膜工藝參數(shù)優(yōu)化（Prog Org Coat 2020.105736），提出一種基于聚乳酸（PLA）/聚氨酯（PU）多孔-無孔結(jié)構(gòu)的功能防護微米纖維復(fù)合膜的制備方法。研究內(nèi)容以“Eco-friendly versatile protective polyurethane/triclosan coated polylactic acid nonwovens for medical covers application”為題發(fā)表在一區(qū)TOP期刊《Journal of Cleaner Production》上（影響因子9.297）。

多孔-無孔微米復(fù)合膜制備

  首先，以針刺-熱壓的傳統(tǒng)方法制備聚乳酸（PLA）微米纖維膜。然后，將三氯生（TCL）引入聚氨酯（PU）涂層液中；利用浸涂的方法整理于在聚乳酸（PLA）微米纖維膜表面制備多重防護性能的復(fù)合膜。其中，TCL的引入顯著提升了復(fù)合膜的抗菌性能，且不影響膜機械性能。最終制備的微米纖維復(fù)合膜具備防水、高強、耐磨且高效抗菌多重性能，可廣泛應(yīng)用于服裝及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域（見圖1）。

圖1 多孔-無孔微米纖維復(fù)合膜制備流程

微米纖維復(fù)合膜形貌表征及性能分析

  浸漬涂層后針刺PLA纖維膜表面獲得無孔膜結(jié)構(gòu)，不同TCL濃度下復(fù)合膜的形貌如圖2所示。其中，PU/TCL層為表面無孔層，提供抗菌、機械防護性能；PLA層作為多孔基底層，賦予膜舒適性能。通過多孔-無孔結(jié)構(gòu)構(gòu)效協(xié)同調(diào)控作用，實現(xiàn)多重防護性能。

圖2 不同放大倍數(shù)下纖維復(fù)合膜的SEM形貌

  用于醫(yī)療領(lǐng)域的防護材料最重要的為抗菌性能，由圖3可知，隨TCL濃度增加，復(fù)合膜的對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抑制率增加。當(dāng)TCL濃度0.3%時，復(fù)合膜的抑菌率最高；從圖4可以看出，浸涂后，纖維復(fù)合膜防水性能顯著改善，其PLA側(cè)水接觸角可達132°，PU/TCL一側(cè)水接觸角可達110°，具有顯著的水防護性能。

圖3 不同三氯生濃度微米纖維復(fù)合膜的抗菌（大腸桿菌及金黃色葡萄球菌）性能評估及纖維復(fù)合膜EDS譜圖

圖4 纖維復(fù)合膜的動態(tài)水接觸角示意圖

  引入無孔膜后，纖維復(fù)合膜機械強力及耐磨性能顯著提升，如圖5及圖6所示，延長了復(fù)合膜在實際應(yīng)用過程中的使用壽命；與對照微米纖維膜相比，引入涂層膜后，纖維復(fù)合膜的斷裂強度提升102.8%，耐磨性能由初始的僅能耐磨1080圈至磨擦10000圈表面無破壞，其性能是現(xiàn)有文獻報道的同類微米纖維膜5倍以上。此外，復(fù)合膜具有良好的機械穩(wěn)定性能。

圖5 三氯生濃度對微米纖維復(fù)合膜的機械性能影響

圖6 三氯生濃度對微米纖維復(fù)合膜的耐磨性能影響

  綜上所述，研究制備的微米纖維復(fù)合膜兼具多重防護性能，以上研究為開發(fā)清潔能源和醫(yī)用防護服材料提供了一種新的設(shè)計思路，在醫(yī)用防護服、戶外運動和清潔能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。論文的第一作者為天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院張悅博士，天津工業(yè)大學(xué)李婷婷副教授、臺灣逢甲大學(xué)林佳弘特聘教授和臺灣亞洲大學(xué)樓靜文特聘教授為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金和天津市自然科學(xué)基金的支持。

  論文鏈接 https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124455