微細聚烯烴纖維設計製備及其高端醫用防護材料應用開發

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微細聚烯烴纖維設計製備及其高端醫用防護材料應用開發有機高分子材料。

關鍵詞： 聚烯烴，微細纖維，高端醫用防護

目錄

應用領域

防護服，醫用包裝等

成果簡介

基於微細纖維的非織造布材料是高端醫用防護及包裝材料的關鍵材料，當纖維的直徑細到一定的程度，可兼顧防護材料的高阻隔性、舒適性。具體表現為，氣體分子可以通過纖維膜排出，而顆粒物、液滴等大尺度物質可被有效阻隔。然而目前，工業化製備非織造布的方法，如溶液噴射紡、熔噴法等難以構築高阻隔性的微細纖維。而靜電紡、海島型或桔瓣型複合紡等構築微細纖維非織造布（Ultrathin fiber based nonwoven fibric， UF-nonwoven）的方法，適用聚合物類型少、產品需多步加工或與其它材料複合，力學性能較差，生產效率不高。離心紡、超拉伸法也可用於構築UF-nonwoven，但仍處於實驗室探索階段，短期難以實現工業轉化。因此建立一種簡便易行、適用範圍廣、產品性能優的UF-nonwoven一步成形方法，對於UF-nonwoven產業化推進，解決高端醫用防護及包裝材料的缺口具有重要意義。

雖然由美國杜邦公司發明的閃蒸法是一種在高溫高壓下將聚合物溶液噴射到大氣環境中形成UF-nonwoven的製備方法，能實現該材料的高質量製備。該特種非織造布材料是由數百萬根極其細小的連續不斷的高密度聚乙烯纖維紡黏而成的產品，集紙、薄膜和纖維的特性於一身。因纖維的連續、強韌及纖細特性，該材料具有優異的微生物屏障特性，同時又具有超輕重量、出色抗穿刺特性、耐撕裂、剝離效果好、表面可印刷的特性，可廣泛應用於防水透汽材料、化學防護服、醫用包裝材料等等，相關產品在高等級醫療衛生防護服等領域處於領先甚至壟斷地位。

目前由於杜邦公司的技術嚴格保密，我國及世界其他國家應用閃蒸法紡絲構築非織造布很少，僅有少數高校和企業做了探索性研究。 該項目突破杜邦閃蒸法聚烯烴無紡布技術，通過新型聚合物纖維紡絲成形技術--「瞬時釋壓」（FPR）紡絲製備聚烯烴無紡布材料。「瞬時釋壓」（FPR）紡絲是一種新型的聚合物纖維紡絲成形技術，它既有溶液紡絲和干法紡絲的優點，但又不同於上述兩種方法。高壓飽和溶液瞬時釋放到大氣環境中，壓力降瞬時達到100~200倍，溶液流速達到200~300 米/秒鐘，同時在高倍壓力降作用的影響，飽和溶液中的溶劑瞬時發生了氣化作用，溶質聚合物則通過靜電分絲形成微納纖維。相對於常規的乾濕法紡絲（壓力降約為1，紡絲速度0.1~1.5米/秒鐘），瞬時釋壓紡絲具有更高的紡絲和射流拉伸速度，可以滿足聚合物微納纖維的成形和生產。

該項目基於超臨界條件下高溶解度溶液相圖控制，紡絲甬道的溫度、速度和壓力的矢量有限元分析，實現了直徑0.1-10 μm微細聚合物纖維及其聚集體的工程化生產，且生產過程和纖維產品可計算、可模擬。通過優化紡絲工藝、控制纖維結構性能來調控纖維聚集體的幾何結構調控，開發了系列高耐磨、高阻隔、高透汽性的聚烯烴微納纖維及聚集體纖維膜，設計並批量製備符合二類醫療器械要求的新型抗病毒醫用連體防護服裝並建立相關標準。

隨着疫情的常態化及對智慧現代醫療的需求，醫衛防護用品及包裝材料的市場需求也將大量增加。醫用無菌包裝材料應具有屏障微生物的能力，應具有提供、維護產品無菌的基本功能，對於保障無菌醫療器械的完整性、無菌性和產品的安全起到十分重要的作用。項目將進一步探索使役環境和特殊外場對微細纖維聚集體纖維膜防護性能的影響規律，評估其循環重複使用和耐候存儲性能，通過表面改性技術優化透氣膜表面性質，設計並製備符合醫用無菌包裝要求的新型透氣膜材料並建立相關標準，實現其在高端醫療包裝用品的產業化應用。

經濟效益與社會效益

產品應用高端防護服、隔離衣等領域。