SMS非织造材料抗菌整理及工艺优化Word文档下载推荐.docx

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Abstract

Usingspecialheterocycliccompounds-basedantibacterialfinishingagentforSMSnon-wovenantibacterialfinishing.Orthogonalexperimentaldesignisused.Wemainlyconsiderfivefactors:

finishingagentconcentration,finishingagenttemperature,dippingtime,dryingtemperature,dryingtime,fourlevelsofeachfactorweretaken,atotalof16experimentsdesigned.Rangeanalysismethodisusedtoanalyzefinishingeffectandsignificantsequencetothenon-woven.Thefivefactors:

finishingagentconcentration,finishingagenttemperature,dippingtime,dryingtemperature,dryingtime.Andtomeasurethebacteriostaticringdiametertoevaluateantibacterialproperties,theoptimumfinishingprocess:

theconcentrationis30g/L,temperatureis43℃,dippingtimeis20min,dryingtemperatureis100℃,timeis180s,thesamplewasalsocomparedbeforeandafterfinishinginthestrength,watervaportransmission,airpermeability,drapebilily,thefinishednon-wovenfabricairpermeabilityanddrapebililychangealittle,butitsstrengthandwatervaportransmissiondecrease,indicatingtheantibacterialfinishednon-wovenfabricdeclinesindurability,butthepost-finishingnon-wovenisusedinmedicalprotectionmainly,andmostlyusedonce,althoughtheantibacterialfinishednon-wovenfabricdeclinesindurability,wecanachievegoodantibacterialeffect,sothatisacceptable.

Keywords:

SMSnonwovensAntibacterialfinishingOrthogonalexperiment

Processoptimization

目录

第一章引言1

1.1SMS复合非织造布及其应用1

1.1.1SMS复合非织造布的历史和发展前景2

1.1.2SMS复合非织造布的特性3

1.1.3SMS复合非织造布的应用领域3

1.1.4SMS非织造布应用于医用防护用品的优势4

1.2抗菌整理及应用6

1.2.1抗菌整理非织造布的发展6

1.2.2抗菌剂及抗菌整理机理6

1.2.3抗菌整理工艺9

1.2.4抗菌性能检测及抑菌环法9

1.2.5抗菌非织造布的应用11

第二章实验部分13

2.1试样基本参数13

2.1.1SMS复合非织造布纤维成分的测定13

2.1.2SMS复合非织造布厚度的测定13

2.1.3SMS复合非织造布克重的测定15

2.1.4小结16

2.2正交试验设计17

2.2.1正交试验设计的概念及原理17

2.2.2正交试验设计方案及因素水平的确定17

2.3抗菌实验结果分析20

第三章整理前后性能测试和比较23

3.1强力23

3.2透湿性26

3.3透气性26

3.3悬垂性27

第四章结论29

谢辞30

参考文献31

附录33

第一章引言

众所周知，微生物如细菌、真菌和酵母菌几乎无处不在[1],而微生物特别是细菌和霉菌极易在各种织物上繁殖,尤其在医院和旅馆中使用的多数织物能为病源菌引起的疾病传播和交叉感染提供条件[2];

而且靠近人体处又是一个温暖、潮湿的小气候,有大量的细菌食物:

汗气和其它分泌液、皮屑、脂肪和磨损的线头,因此,纺织品与人体构成的微环境给微生物的繁殖提供了理想的条件。

因此，进行纺织品的抗菌研究，开发抗菌纺织品具有重要意义[3]。

由于传统的棉质机织布存在使用中易于脱落棉屑和产生灰尘,洗涤后纱线间孔隙覆盖性变差导致对细菌屏蔽性减弱,消毒不严还会带菌等缺点[4],因此随着人们医疗卫生意识的增强,具有优良医用性能的用即弃非织造布很快以绝对优势取代了传统的棉质机织物。

据介绍,棉织物上仅3分钟就有5000个细菌通过[5]，而每分钟穿过一平方英寸非织造布的细菌数为0[6]。

近些年来非织造布产量不断增长,销售市场也越来越广阔,其中在医疗防护领域份额的增长和重要性的显现尤其引人注目[7]，特别是近几年来人类遭受到非典和禽流感等疾病的危害，提高医用产品的安全性能更是成为研发重点[8]。

随着国民经济的发展和人民生活的不断改善,提高医疗卫生水平、防止细菌的交叉感染已成为摆在医疗卫生部门面前的一个重大课题,使用符合要求的一次性抗菌医疗用非织造布制品是一个有效的措施[9]。

1.1SMS复合非织造布及其应用

SMS复合非织造布中的S是指Spunbond即纺粘，M为meltblown即熔喷。

SMS复合非织造布是由上层S布（纺粘布）、中层M和（熔喷布）、下层S布（纺粘布）三层通过热熔复合而成[10]。

具有强力高、过滤性能好、不含粘合剂、无毒等优点。

目前主要用于医疗卫生劳动防护产品如手术服，手术帽，防护服，洗手衣，手袋等。

目前，SMS复合非织造布的生产主要有两种形式，一种是在线复合，另一种是离线复合。

在线复合是指在两个或多个纺粘成网系统之间加设一套或多套熔喷装置，形成SMS、SMMS、SMMMS等复合型非织造布产品。

离线复合是指先由两种工艺分别制得纺粘法非织造布和熔喷法非织造布，再通过复合设备将此两种非织造布复合在一起形成SMS复合型非织造布。

一般克重范围：

30-500克/平方米；

基本宽幅：

1500mm与2400mm。

1.1.1SMS复合非织造布的历史和发展前景

复合非织造布的出现应归结为化纤技术及非织造布技术的发展,它们为聚合物成网法非织造布提供了良好的技术条件。

上世纪50年代末美国杜邦公司和德国的弗罗伊登贝尔格公司（Freudenberg）开始对纺丝成网法进行工业化生产的研究,陆续出现了纺丝成网非织造布的专利,并于60年代初由杜邦公司的实验室生产出纺粘法非织造布。

到60年代中期,美国的埃克森（Exon）公司对熔喷非织造布技术进行了研究,70年代初成功地生产出了超细纤维,之后埃克森公司将这一技术转让给了数家美国公司,因此熔喷非织造布迅速实现了的商业化生产。

在随后几十年里经过广大科技工作者的努力,纺粘熔喷非织造布技术得到迅速发展,并在90年代初由美国一家公司开发出SMS复合非织造布[11]。

SMS复合非织造布在中国的发展始于20世纪90年代末。

江阴金凤非织造布有限公司率先利用离线复合设备生产SMS非织造布,至今中国已有多家企业可生产此种SMS产品。

PGI南海南新无纺布有限公司于1999年底从德国Reifenhauser公司引进ReicofilⅢ型SMXS生产线,该线于2000年4月投产,至此我国开始了SMS在线复合非织造布的生产。

2003年7月,PGI南海南新又在原来的“X”空位,增加了1个“M”熔喷头,使其可以生产SMMS复合产品。

当今世界上可提供在线组合式SMS技术的设备制造公司主要有德国Reifenhauser、美国Nord-son、意大利STP等。

2005年初,温州昌隆化纤有限公司投产了中国第一条国产SMS生产线,昭示着我国已拥有了在线SMS组合式非织造布技术

。

SMS的一个大的应用领域是一次性卫生用品方面。

妇女卫生巾侧边防渗、婴儿尿裤的腿根部的防侧漏边基本都是应用SMS非织造布；

同时，国际上一些知名的大公司的卫生巾、婴儿尿裤的最外包覆层也都在使用SMS非织造布。

据中国造纸协会生活用纸专业委员会的统计资料显示，2005年中国大陆卫生巾消费量达至数百亿片，市场渗透率为60%左右，卫生护垫的消费量过200亿片，市场渗透率为近6％；

婴儿尿裤消费量约3000亿片，市场渗透率超过6％，婴儿尿片消费量近千亿片，婴儿尿裤尿片总的市场渗透率为10％。

若中国一次性卫生用品市场渗透率能够达到欧美日等发达国家水平或世界平均水平的话，其在SMS非织造布方面的用量将是巨大的，是极具潜力的。

SMS的另外一个大的应用领域就是医用防护方面。

在欧美发达国家，SMS手术衣已经基本得到普及。

在我国，由于消费水平、法律法规、配套设施以及观念上的种种原因，SMS手术衣的应用还受到限制[13]。

目前中国的一级城市的医院和医疗机构，对防护服、手术衣等用即弃制品的应用都不够，或有些产品还达不到卫生署的要求等等因素。

但随着我国经济的不断发展和国家卫生法规的不断健全，中国一些大中城市的一些大中型医院已开始使用SMS非织造布手术服、防护服等，在21世纪，SMS复合非织造布在医疗和卫生领域的应用将会得到较快的增长。

1.1.2SMS复合非织造布的特性

纺粘法非织造布的最大特点是具有连续长丝结构，拉伸强度高，纤维纤度范围大。

而熔喷非织造布的特点是纤维直径细、比表面积大蓬松、柔软、悬垂性好、过滤阻力小、过滤效率高，而其最大的弱点是强度低、耐磨性较差。

熔喷非织造布不如纺粘非织造布强度高，而纺粘非织造布的纤维不如熔喷非织造布的纤维细。

强度低和耐磨性差两个缺点在相当程度上限制了熔喷产品的应用领域，而这恰恰可以由纺粘产品与之复合来弥补，使复合后的产品既有高的强度及耐磨性，又有好的过滤性、保温性及导湿性[14]。

以丙纶为主原料的SMS复合非织造布具有如下的优异特性：

（1）均匀美观的外观；

（2）高抗静水压能力；

（3）柔软的手感；

（4）良好的透气性；

（5）良好过滤效果；

（6）耐酸、耐碱能力强。

1.1.3SMS复合非织造布的应用领域

SMS复合非织造布产品具有的优异性能决定了其广泛的应用领域，目前以PP为主要原料的SMS复合非织造布主要应用在以下领域[15]。

（1）薄型的SMS产品因其防水透气性，适用于卫生市场，如卫生巾、卫生护垫、婴儿屎裤、成人失禁屎裤等的防渗侧漏边及背衬等。

（2）中等厚度的SMS产品适用丁医疗领域，如外科手术服、于术包布、手术罩布、杀菌绷带、伤口贴、膏药贴等，同时也适用于工业用工作服、防护服等。

（3）厚型SMS产品广泛用于各种气体和液体的高效过滤材料，同时也是优良的高效吸油材料，用于工业废水除油、海洋油污清理和工业抹布等方面。

1.1.4SMS非织造布应用于医用防护用品的优势

防护效果、成本及舒适性是医疗防护用品的三大要素[16]。

采用SMS复合非织造布能使三大要素得到较好的组合。

一、防护效果

防护效果的相关因素有屏蔽性、细菌过滤效率、最大孔径和平均孔径等。

一般采用静水压法可间接反映屏蔽性能。

静水压试验是测试施加在试样上的水柱的高度来表示非织造布抵抗液体渗透的能力[17]。

作为医疗卫生材料的SMS复合非织造布，无论是做手术衣或是做消毒包等都应该是防渗的。

因为病毒和细菌是通过液体的渗透而从非消毒区转移到消毒区的。

由于SMS复合非织造布具有压力条件下的防渗性，比起湿法、纺粘法等非织造布，其防渗性能要好得多。

SMS的静水压值与SMS中的M层（熔喷法非织造布）的静水压值相似，由此可得出结论：

SMS的静水压是由其中的M层作用而得到的。

此外在生产中一般也可以拒水性能来间接表示屏蔽性能，一般采用AATCC42--1994方法试验。

将500ml水倒入装有规定流量喷嘴的漏斗中，水流向喷嘴下方61cm处的面料冲击，待水流全部冲击完后，称量面料下的吸水纸板的增重数值，此数值表示了产品的屏蔽性能，数值越小，屏蔽性越好。

经该试验测量，几乎没有水能渗透过用作医用产品的SMS复合非织造布。

因其具有压力条件下的高抗渗透性，所以水很难因冲击力而穿透SMS复合非织造布，起到了很好的屏蔽作用，对隔离病毒和细菌等产生了积极的作用。

因为SMS基本上是以丙纶为原料，原料本身不吸水，从而使SMS不会受到浸渍。

由于液体的沾附性使细菌极易繁殖和扩散，所以拒水性是SMS阻菌的一个必要条件[18]。

二、舒适性

舒适性通常与材料的透气性和柔软性有关。

透气性以一定条件下材料的透气量来衡量，透气性直接影响穿着的舒适性。

用作手术衣的材料必须要透气。

有时～个手术需几个小时，医生常常汗流浃背，及时让汗汽透过手术衣排走就显得很重要。

随着SMS中M层的增厚，透气性逐渐降低。

随着透气性的提高，屏蔽性即细菌的阻挡能力会降低；

如果提高阻菌性，则会导致透气性下降，产生闷感，降低穿着的舒适性。

柔软性对于用作手术衣等医用产品的SMS也是一个重要性能，在定量相同的条件下，熔喷法非织造布的柔软性要比纺粘法非织造布好，可以推断出：

在定量相同的条件下，SMS的柔软性要好于纺粘法非织造布，而比熔喷法非织造布要差。

虽然SMS作为医用材料在柔软度上还不能很好地满足要求，但随着技术的进步，薄型SMS将会有很好的柔软性。

三、成本

在医疗费用上存在两种观点：

一是单纯考虑医用品的消耗量，认为用即弃产品增加了费用；

二是综合考虑原料和产品价格，使用过程中的费用（洗涤费、消毒费、人工费）和使用效果等，认为一次性医用品可降低综合费用。

研究发现，欧洲医疗行业因使用一次性医用品，术后感染率降低，从而一年可节省5.1亿英镑的费用。

四、其他性能

SMS复合非织造布在使用过程中还有其他一些性能需要考虑。

强力譬如断裂强力、撕破强力和剥离强力。

随着熔喷法非织造布定量的增加，而最终SMS复合非织造布的强力变化不大，说明SMS中S层（纺粘法非织造布）决定了SMS复合非织造布的强力，起到了骨架的作用。

据测算，其拉力与撕裂强力是各层非织造布强力和的1.3倍左右。

一般50g/m2左右的SMS复合非织造布即可满足医用产品的强力要求。

无绒毛脱落也是SMS复合非织造布的一个优点。

由于SMS表面层是纺粘法非织造布，系由长丝构成，所以热轧后经有限的摩擦也不会产生绒毛脱落而造成伤口感染。

由于SMS的以上所述的优异性能，在医疗卫生领域的应用日益增长，和水刺法、湿法等非织造布成了目前用即弃、屏蔽性医疗用非织造布的主流。

1.2抗菌整理及应用

1.2.1抗菌整理非织造布的发展

非织造布的抗菌整理是在织物的整理技术上发展起来的。

织物的抗菌整理可以追溯到4000年前埃及人用植物浸渍液来处理木乃伊裹尸布[19]。

第一次世界大战中，丹麦科学家从毒气受害者伤口不易化脓这一现象得到启示，由此开始了杀菌剂的研究。

据称，在第二次世界大战期间，部分德军军服经过杀菌剂处理，明显降低了战场上伤病员的二次感染[20]。

抗菌整理的大规模开发是在20世纪60年代末至70年代初，以日本和美国的发展较为迅速。

1975年后，卫生整理剂进入新的开发期，一系列低毒高效抗菌剂，如有机硅季铵盐、芳香卤代化合物、卤代二苯醚以及刘亚甲基双胍盐酸盐等相继推出市场，其中值得一提的是美国道康宁公司推出的有机硅季铵盐DC-5700抗菌整理剂，经过美国EPA的十八项安全检验，人体安全性好，至今仍被广泛使用。

我国在抗菌整理领域发展相对较晚，20世纪80年代初期出现了一些抗菌整理剂的研究和应用，如上海树脂厂的SAQ-1整理剂、山东省纺织研究所的STU-AM101整理剂等。

20世纪90年代末随着抗菌纺织品市场的升温，我国在抗菌纤维、抗菌剂的研究和应用等领域开展了大量的工作，取得了一系列的成果。

随着我国非织造产业的迅猛发展及其产品在各领域应用的推广，非织造布抗菌整理技术随之快速发展，具有抗菌性能的非织造布在医疗卫生、日常生活、保健等领域发挥了重要作用。

1.2.2抗菌剂及抗菌整理机理

可用于非织造布整理的抗菌剂有很多种类，根据抗菌整理剂与非织造布的结合和抗菌作用的形式，抗菌剂可以分为溶出型与非溶出型两大类。

溶出型抗菌整理剂不与纤维发生化学结合，在使用过程中可以向周围扩散并形成抑菌环，在抑菌环内的细菌被杀灭并不再生长，达到抗菌效果；

非溶出型抗菌整理剂能与织物以化学键结合，这种整理效果较持久，它主要靠抗菌剂直接与细菌接触，使其无法存活、繁殖，也称为吸附抗菌。

目前广泛使用的抗菌剂大致可分为有机、无机和天然抗菌剂3种类型。

相比而言，有机抗菌剂具有灭菌速度快、整理加工方便、价格便宜等优点，但也有诸多致命弱点，如对环境和人体有害且作用寿命短、使用温度低、化学稳定性差等；

无机抗菌剂则克服了上述缺点，具有安全性高、耐热好、抗菌持久等特点，但其抗菌效果没有有机抗菌剂快，价格偏高；

天然抗菌剂是从天然植物或动物中的提取物，不属于化学制品，对人畜或环境一般不产生危害，生物相容性好，抗菌谱广，近年来备受关注；

其缺点是抗菌效果相对较差，不耐高温等，一般在150~180℃就开始碳化分解，且资源有限，应用范围有很大的局限性。

因此,要研究出既长效又广谱、既高效又安全的抗菌剂,对抗菌机理的研究十分重要。

有机抗菌剂，有机抗菌剂种类多达500多种,但常用的只有几十种。

有机抗菌剂主要有[21]：

有机金属类，如五氯酚锌；

有机卤代物，如五氯酚钠；

醇、酚、醚类，如乙醇、对硝基苯酚、乙二醇-甲基醚等；

醛、酮、醌类，如戊二醛、邻羟基环戊烯二酮、四氯对醌；

酸及盐类，如山梨酸；

酯类，如富马酸二甲酯；

腈类，如百菌清；

胍类，如氯已啶；

有机硝基化合物类，如呋喃西林；

有机磷及有机砷类，如月桂胂。

此外，还有呋喃类、吡咯类、咪唑类、噻唑啉类、苯并呋喃类、苯并噻唑类等杂环类抗菌剂。

这些抗菌剂根据其用途又可分为杀菌剂、防腐剂和防霉防藻剂。

杀菌剂是指可效地杀死微生物的抗菌，主要有季铵盐、乙醇、双胍类化合物等，常用于机器表面和皮肤除菌、食品加工厂和餐馆杀菌，水处理等；

防腐剂是指可防止、减缓有机质的腐败变质的抗菌剂，常见有甲醛、有机卤素化合物及有机金属等，常用于家庭用品、水处理及船泊等；

防霉防藻剂是指防止材料、物体长霉生藻变质的抗菌剂，主要有吡啶、咪唑、卤代烷及碘化物等，常用于涂料、壁纸、塑料、薄膜及皮革等。

无机抗菌材料是20世纪80年代中期发展起来的一类抗菌材料,具有耐热性、持久性、连续性和安全性等优点,但存在一些缺点,如银系抗菌剂,防霉作用较弱、添加量较大、成本较高、易变色等缺点。

目前对无机抗菌材料的应用研究主要涉及金属元素抗菌剂、光催化材料抗菌剂和纳米材料抗菌剂,主要应用于纺织、塑料、涂料及陶瓷等方面。

金属元素抗菌剂为金属及其化合物,主要是Ag,Cu,Zn等元素,它们的抗菌性能（针对广谱抗菌性）依次减弱,其中Ag的抗菌性约为Zn的抗菌性的1000倍。

光催化抗菌剂主要有TiO2,ZnO,CdS,WO3,SnO2和Fe2O3等N型半导体金属氧化物，其中TiO2的氧化活性较高，稳定性也较强，对人体无毒。

纳米抗菌剂包括载银硅酸盐和载银磷酸盐等，其中载银硅酸盐系抗菌剂主要用于低温加工的纤维、塑料等产品；

载银酸磷盐系抗菌剂主要用于高温加工的陶瓷产品。

天然生物抗菌剂可将其分为植物源、动物源和微生物源[22]。

目前,植物源抗菌剂是研究最多的一类天然抗菌剂。

我国传统的中草药有着悠久的历史，这一类抗菌剂资源开发潜力巨大，如穿心莲、大蒜、金荞麦、苦木、黄连及黄连素、鱼腥草及鱼腥草素等，都是常用的抗菌药物。

动物源抗菌剂有氨基酸类、天然肽类、高分子糖类等，资源十分丰富。

微生物自身也可用作抗菌剂，其抑菌机制有分泌抗菌素[23]和参与营养和生存空间的竞争[24]两种。

自20世纪90年代以来，在美国、日本等国家抗菌剂随着抗菌卫生整理产品实现了工业化生产而空前发展。

在日本，抗菌剂生产厂家早已达到100家以上，有石冢硝子、品川燃料、东亚合成、信越化学、大和化学、帝三制药、大日本油墨公司、住友公司、北兴化学和松本油脂等十几家化学公司生产不同成分的抗菌整理剂，其抗菌即大多是有机硅季铵盐、甲壳素、二苯醚芳香族卤化物或复合物。

欧美地区开发的抗菌材料主要是以有机抗菌剂为主，如德国Herst公司，英国Avecia公司，瑞士CIBA公司，美国ARP公司，DowCorning公司。

国内先后在山东、江苏、上海、浙江、河南等地研制出不同的抗菌化学助剂,具有代表性的有东华大学研制的CHA抗菌剂；

山东巨龙化工有限公司开发出抗菌防臭整理剂SCJ-2000及SCK；

山东大学与山东纺织研究所合作试制出STU-AMl07整理剂等[25]。

因为抗菌整理剂的品种不同，其抗菌机理自然也就不同。

就抗菌整理剂作用与细胞而言，主要的抗菌机理有：

促进菌体蛋白质变性或凝固，如酚类、醇类、重金属盐类、酸碱类、醛类等；

干扰细菌的酶系统和代谢，如氧化剂、重金属盐类；

损伤细菌细胞膜，如醛类表面活性剂、脂溶剂等。

非织造布的抗菌整理是用适宜的抗菌整理剂对非织造布进行处理使之具有抑制或杀灭致病菌功能的过程。

经抗菌整理的非织造布基于以下三种机理发挥其