纳米纤维医用保温防护服面料及其制备方法
阅读说明：本技术 纳米纤维医用保温防护服面料及其制备方法 (Nano-fiber medical heat-preservation protective clothing fabric and preparation method thereof ) 是由 于文杰 辛斌杰 罗健 沈冬冬 孔方圆 余淼 刘毅 袁秀文 范明珠 朱润虎 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种纳米纤维医用保温防护服面料及其制备方法,制备方法以非织造布纺织纤维作为基布,进行单面磁控溅射纳米粒子涂层,得到处理的无纺布；将聚合物和氧化锌纳米粒子溶解、分散在纺丝溶剂中,得到聚合物纺丝液；进行同轴静电纺丝得到聚合物粒子复合纳米膜作为中间层,将处理的无纺布分别作为表层和底层,通过超声波粘合即可,得到集静电纺丝透气、中空纤维保温、阴离子抗菌和抗静电等功能于一体,具有舒适性与防护安全性兼备的医用保温防护服面料；本发明利用静电纺丝技术能够得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维,形成兼具纳米材料与纤维材料的双重优点,具有重量轻,中空结构有着优良的储存空气等特点,尤其适合用作保温材料。(The invention provides a medical thermal-insulation protective clothing fabric of nano-fiber and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the steps of taking non-woven fabric textile fiber as base cloth, and carrying out single-side magnetron sputtering of a nano-particle coating to obtain treated non-woven fabric; dissolving and dispersing a polymer and zinc oxide nanoparticles in a spinning solvent to obtain a polymer spinning solution; carrying out coaxial electrostatic spinning to obtain a polymer particle composite nano-film as a middle layer, respectively using the treated non-woven fabric as a surface layer and a bottom layer, and carrying out ultrasonic bonding to obtain the medical heat-insulating protective clothing fabric which integrates the functions of electrostatic spinning ventilation, hollow fiber heat insulation, anion antibiosis, static resistance and the like and has both comfort and protection safety; the invention can obtain nanometer fiber with diameter of dozens or hundreds of nanometers by utilizing the electrostatic spinning technology, has the double advantages of nanometer material and fiber material, has the characteristics of light weight, excellent air storage property of a hollow structure and the like, and is particularly suitable for being used as a heat insulation material.)
技术领域
本发明属于医用防护技术领域，具体涉及一种纳米纤维医用保温防护服面料及其制备方法。
背景技术
随着新冠疫情的产生发展，疫情大爆发使得医疗产品用量及需求大幅增加。医用防护材料为了避免交叉感染情况的产生，属于用即弃材料产品。医用的防护服应该能有效防止液体、微生物及颗粒物的阻断作用，是守护医护人员的重要保障。许多机构及研究人员都致力于提高织物防护性能方面的研究，而忽视了在冬季时期的防护服的穿着舒适性、透气性和保暖性。
我国医用防护服面料，大多采用多种材料复合而成，如紧密纺织物、涂层、复合微孔膜技术，这些方法制成的防护服用面料都存在一个共性问题，即成衣舒适性差、透气性差以及保温性能差，长期穿着会给医护人员带来身体上的不适。而静电纺丝技术是利用高压静电作用使聚合物溶液或熔体形成射流并在电场中进一步拉伸固化，从而获得连续性微纳米级纤维的方法，静电纺丝成为制备纳米纤维材料的主要途径之一。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供一种纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法。其原理是以纺粘布纺织纤维材料作为基布，利用静电纺丝技术，结合长效驻极技术，将聚合物纺丝溶液，通过高压静电，以纳米纤维的形式，喷覆到具有纳米离子涂覆的无纺布上，通过超声波粘合技术复合。
本发明的目的之二是提供上述纳米纤维医用保温防护服面料，具有优异的舒适性和保温性，对当前疫情防护与日常生活健康具有重要的现实意义。
为达到上述目的之一，本发明的解决方案是：
一种纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)、在无纺布上进行单面磁控溅射纳米粒子防护涂层，得到处理的无纺布；
(2)、将聚合物和氧化锌纳米粒子溶解，并分散在纺丝溶剂中，得到聚合物纺丝液；
(3)、将处理的无纺布作为基布，聚合物纺丝液在基布上进行同轴静电纺丝，得到聚合物粒子复合纳米膜，即利用同轴静电纺丝在已磁控溅射纳米颗粒的非织造布上，纺制一层空心纳米氧化锌复合膜；
(4)、将处理的无纺布分别作为表层和底层，聚合物粒子复合纳米膜作为中间层，通过超声波粘合工艺，得到纳米纤维医用保温防护服面料。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(1)中，无纺布选自水刺无纺布、聚丙烯纺粘无纺布、聚酯纺粘无纺布、熔喷无纺布、涤纶、腈纶或锦纶中的一种以上。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(1)中，磁控溅射的纳米粒子选自银、铜和锌中的一种以上。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(1)中，磁控溅射的工艺参数为：时间为5-20min，功率为45-100W。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(2)中，聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯和聚乳酸中的一种以上。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(2)中，纺丝溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和丙酮中的一种以上。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(2)中，氧化锌纳米粒子的添加量为聚合物的0.5-5wt％。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(2)中，聚合物纺丝液中聚合物的含量为8-15wt％。
作为本发明的一种优选实施例，步骤(2)中，静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压为10-25kV，接收距离为5-30cm，芯层空气和壳层的聚合物纺丝液速度相同或不同，注射速度为0.5-1.5mL/h，温度为15-35℃，相对湿度为25-75％。
为达到上述目的之二，本发明的解决方案是：
由上述的制备方法得到一种纳米纤维医用保温防护服面料。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明利用同轴静电纺丝技术，结合磁控溅射技术在基布表面溅射的纳米颗粒膜，通过结合超声波粘合技术将多层微纳米纤维材料进行整合，基于纳米纤维具有直径小、孔径小、孔隙率高、保温抗菌和防静电的特点，解决了传统防护服透气性、舒适性保温导电性差的问题，制备得到集静电纺丝透气、中空纤维保温、阴离子抗菌和抗静电等功能于一体，具有热湿舒适性与防护安全性兼备的纳米纤维医用保温防护服面料。
第二、本发明利用静电纺丝技术能够得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维，形成的纳米纤维兼具纳米材料与纤维材料的双重优点，具有重量轻，中空结构有着优良的储存空气等特点，尤其适合用作保温材料。
附图说明
图1为本发明的纳米纤维医用保温防护服面料的结构示意图。
图2为本发明的经磁控溅射处理的无纺布结构示意图(颜色的深浅指单面磁控溅射纳米粒子的分散程度)。
图3为本发明的纳米纤维医用保温防护服面料的制备流程示意图。
附图标记：1-磁控溅射处理的无纺布、2-聚合物粒子复合纳米膜、3-无磁控溅射处理的无纺布面、4-有磁控溅射处理的无纺布面、5-磁控溅射的单根纳米纤维、6-磁控溅射、7-聚合物、8-纺丝溶剂、9-氧化锌纳米粒子。
具体实施方式
本发明提供了一种基于同轴静电纺丝技术的纳米纤维医用保温防护服面料及其制备方法。
<纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法>
如图1至图3所示，本发明的纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法包括如下步骤：
(1)、在无纺布上进行单面磁控溅射6纳米粒子涂层，得到处理的无纺布(即磁控溅射处理的无纺布1)；
(2)、将聚合物7和氧化锌纳米粒子9溶解，并分散在纺丝溶剂8中，得到聚合物纺丝液；
(3)、将处理的无纺布用于基布接受，聚合物纺丝液在基布上进行同轴静电纺丝，得到聚合物粒子复合纳米膜2；
(4)、将处理的无纺布分别作为表层和底层，聚合物粒子复合纳米膜2作为中间层，通过超声波粘合工艺，得到纳米纤维医用保温防护服面料。
其中，在步骤(1)中，磁控溅射处理的无纺布1的一侧为无磁控溅射处理的无纺布面3，另一侧为有磁控溅射处理的无纺布面4，中间含有若根磁控溅射的单根纳米纤维5。
在步骤(1)中，无纺布选自水刺无纺布、聚丙烯纺粘无纺布、聚酯纺粘无纺布、熔喷无纺布、涤纶、腈纶或锦纶中的一种以上。
在步骤(1)中，磁控溅射的纳米粒子包括但不限于Ag、Cu、Zn等。
在步骤(1)中，磁控溅射的工艺参数为：时间为5-20min，功率为45-100W。
在步骤(2)中，聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯和聚乳酸中的一种以上。
在步骤(2)中，纺丝溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和丙酮中的一种以上。
具体地，当聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯时，纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
当聚合物为聚丙烯腈时，纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
当聚合物为聚偏氟乙烯时，纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂，N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比可以为(2-2.5)：1，优选为2:1。
当聚合物为聚苯乙烯时，纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
当聚合物为聚乳酸时，纺丝溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂，N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的质量比可以为(2-6)：1，优选为4:1。
在步骤(2)中，氧化锌纳米粒子的添加量为聚合物的0.5-5wt％。
在步骤(2)中，聚合物纺丝液中聚合物的含量为8-15wt％。
在步骤(2)中，静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压为10-25kV，接收距离为5-30cm，芯层空气和壳层的聚合物纺丝液速度相同或不同，注射速度为0.5-1.5mL/h，温度为15-35℃，相对湿度为25-75％。
<纳米纤维医用保温防护服面料>
本发明的纳米纤维医用保温防护服面料由上述的制备方法得到。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
本实施例的纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法包括如下步骤：
(1)、设置磁控溅射的功率为45W，溅射5min，在聚丙烯纺粘无纺布上进行单面磁控溅射银纳米粒子涂层，得到聚丙烯纺粘布。
(2)、2.22g的干燥聚乳酸粉末和3wt％的氧化锌纳米粒子溶解，并分散在16g的N,N-二甲基甲酰胺与4g的丙酮溶液的混合液中，常温磁力搅拌24h，得到聚乳酸静电纺丝液。
(3)、将聚丙烯纺粘布用于基布接受，聚乳酸静电纺丝液在基布上进行同轴静电纺丝，得到聚乳酸粒子复合纳米膜(即聚乳酸静电纺纳米纤维膜的两层复合面料)，静电纺丝的参数为：纺丝电压为16kV，接收距离为16cm，注射速度为0.5mL/h。
(4)、将聚丙烯纺粘布分别作为表层和底层，聚乳酸粒子复合纳米膜作为中间层，并通过超声波粘合工艺将三层材料粘合起来，形成纺粘-复合层-纺粘的结构，其中，表层和底层中溅射银的一面贴着中间层，得到纳米纤维医用保温防护服面料。
实施例2：
本实施例的纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法包括如下步骤：
(1)、设置磁控溅射的功率为45W，溅射5min，在聚丙烯纺粘无纺布上进行单面磁控溅射银纳米粒子涂层，得到聚丙烯纺粘布。
(2)、将N,N-二甲基甲酰胺与丙酮(体积比为2:1)混合在烧杯中，加热60℃搅拌3h，作为纺丝溶剂；将14wt％的聚偏氟乙烯和5wt％的氧化锌纳米粒子溶解，并分散在纺丝溶剂中，得到聚偏氟乙烯静电纺丝液。
(3)、将步骤(2)的聚偏氟乙烯静电纺丝液通过静电纺丝设备，聚丙烯纺粘布接收，进行静电纺丝，得聚偏氟乙烯粒子复合纳米膜(即聚偏氟乙烯静电纺纳米纤维膜的两层复合面料)；静电纺丝的参数为：电压为35KV，喷头到接收基布的距离为18cm，喷头到接收基布的距离为15cm，注射速度为0.5mL/h。
(4)、将聚丙烯纺粘布分别作为表层和底层，聚偏氟乙烯粒子复合纳米膜作为中间层，并通过超声波粘合工艺将三层材料粘合起来，形成纺粘-复合层-纺粘的结构，其中，表层和底层中溅射银的一面贴着中间层，得到纳米纤维医用保温防护服面料。
实施例3：
本实施例的纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法包括如下步骤：
(1)、设置磁控溅射的功率为45W，溅射10min，在聚丙烯纺粘无纺布上进行单面磁控溅射银纳米粒子涂层，得到聚丙烯纺粘布。
(2)、将N,N-二甲基甲酰胺与丙酮(体积比为2:1)混合在烧杯中，加热60℃搅拌4h，作为纺丝溶剂；将14wt％的聚偏氟乙烯和5wt％的氧化锌纳米粒子溶解，并分散在纺丝溶剂中，得到聚偏氟乙烯静电纺丝液。
(3)、将步骤(2)的聚偏氟乙烯静电纺丝液通过静电纺丝设备，聚丙烯纺粘布接收，进行静电纺丝，得聚偏氟乙烯粒子复合纳米膜(即聚偏氟乙烯静电纺纳米纤维膜的两层复合面料)；静电纺丝的参数为：电压为35KV，喷头到接收基布的距离为18cm，喷丝速度为80mm/min。
(4)、将聚丙烯纺粘布分别作为表层和底层，聚偏氟乙烯粒子复合纳米膜作为中间层，并通过超声波粘合工艺将三层材料粘合起来，形成纺粘-复合层-纺粘的结构，其中，表层和底层中溅射银的一面贴着中间层，得到纳米纤维医用保温防护服面料。
实施例4：
本实施例的纳米纤维医用保温防护服面料的制备方法包括如下步骤：
(1)、设置磁控溅射的功率为45W，溅射10min，在聚丙烯纺粘无纺布上进行单面磁控溅射银纳米粒子涂层，得到聚丙烯纺粘布。
(2)、N,N-二甲基甲酰胺，作为纺丝溶剂将14wt％的聚甲基丙烯酸甲酯和5wt％的氧化锌纳米粒子溶解，并分散在纺丝溶剂中，得到聚甲基丙烯酸甲酯静电纺丝液。
(3)、将步骤(2)的聚甲基丙烯酸甲酯静电纺丝溶液通过静电纺丝设备，聚丙烯纺粘布接收，进行静电纺丝，得聚甲基丙烯酸甲酯粒子复合纳米膜(即聚甲基丙烯酸甲酯静电纺纳米纤维膜的两层复合面料)；静电纺丝的参数为：电压为16KV，喷头到接收基布的距离为15cm，注射速度为0.5mL/h。
(4)、将聚丙烯纺粘布分别作为表层和底层，聚甲基丙烯酸甲酯粒子复合纳米膜作为中间层，并通过超声波粘合工艺将三层材料粘合起来，形成纺粘-复合层-纺粘的结构，其中，表层和底层中溅射银的一面贴着中间层，得到纳米纤维医用保温防护服面料。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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