含卤胺结构的抗菌聚丙烯非织造材料制备及性能研究

在空气传播性病原体间歇性爆发的时代背景下,大量医用防护设备被用来避免在外出行或工作环境中的病原体感染。其中,聚丙烯基医用防护口罩是目前人们抵御空气传播性病原体入侵的首要措施,其中主要起过滤作用的聚丙烯熔喷寻找更多非织造材料能够利用内部致密的三维无序纤维结构来对外界病原体进行阻隔。然而,由于聚丙烯无灭活病菌功能,阻隔于聚丙烯熔喷非织造材料中的病原体依然存活,使用后不妥当处理极易会对人体造成感染。因此,赋予聚丙烯非织造材料灭活病原体的功能拥有重要意义。本文利用卤胺类抗菌剂对聚丙烯进行改性,以赋予聚丙烯非织造材料抗菌功能。本论文主要分为以下三个内容:(1)利用反应挤出工艺将卤胺前驱体甲基丙烯酰胺(MAM)接枝到聚丙烯(PP)主链上,以制备出改性的聚丙烯接枝甲基丙烯酰胺(PP-g-MAM)母粒,并通过熔喷纺丝工艺、静电驻极处理及氯化处理制备出PP-g-MAM抗菌熔喷非织造材料,最后对PP-g-MAM熔喷非织造材料的组成结构、热失重行为、机械性能、表面形貌、过滤效果、活性氯含量及抗菌性能进行综合评价。结果表明,MAM的接枝对聚丙烯熔喷非织造材料的机械性能及表面形貌无影响;由于氯化处理过程会导致非织造材料中静电荷流失,非织造材料过滤性能大幅下降,可利用再次电晕驻极的方式恢复非织造材料过滤性能;氯化PP-g-MAM熔喷非织造材料中活性氯含量最高为403 ppm,对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌拥有良好的抗菌效果。(2)采用自由基熔融接枝共聚的方式制备聚丙烯接枝1-烯丙基乙内酰脲聚合物(PP-g-AHD),随后采用熔体静电纺丝工艺及氯化处理制备PP-g-AHD抗菌非织造材料。实验中以熔喷聚丙烯树脂作为原料,研究了熔体静电纺丝工艺中纺丝Pathologic processes温度、纺丝电压、收集距离以及收集方式对聚丙烯纤维直径及其分布状态的影响,并在此基础上将PP-g-AHD聚合物制成非织造材料。经傅里叶红外光谱、有机元素分析仪及扫描电子显微镜对聚丙烯纤维及PP-g-AHD非织造材料进行测试。熔体静电纺丝制备的聚丙烯纤维直径在2~11μm之间,PP-g-AHD非织造材料中纤维最小平均直径为8.43μm,纤维间呈交错结构且分布均匀;PP-g-AHD非织造材料经氯化处理后,活性氯含量超200 ppm;氯化PP-g-AHD非织造材料在与大肠杆菌及金色葡萄球菌接触30分钟后,抗菌率均超过99%。(3)采用紫外光照原理在聚丙烯熔喷非织造材料表面生成含卤胺结构的纳米颗粒。将功能单体甲基丙烯酰胺(MAM)与交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)通过交联反应在聚丙烯熔喷非织造材料纤维表面形成卤胺纳米颗粒(P(MAM-MBA)),赋Raf抑制剂予聚丙烯熔喷非织造材料抗菌功能的同时提高其亲水性。研究了不同单体浓度、交联剂浓度、光引发剂浓度及紫外光照时间对聚丙烯熔喷非织造材料中所结合P(MAM-MBA)纳米颗粒含量的影响,探究了不同氯化条件对PP-P(MAM-MBA)非织造材料中活性氯含量的影响,并利用傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜能谱(EDS)对聚丙烯熔喷非织造材料表面纳米颗粒进行分析,利用扫描电子显微镜、接触角仪、英斯特朗电子拉力机、织物透气性能测试仪及滤料综合性能测试台对PP-P(MAM-MBA)非织造材料表面形貌、亲疏水性、机械性能、透气性及过滤性能进行表征。PP-P(MAM-MBA)非织造材料纤维上存在明显颗粒物,亲水性得到大幅提高,且紫外光照越久聚丙烯非织造材料表面P(MAM-MBA)纳米颗粒含量越多,但P(MAM-MBA)纳米颗粒含量提高的同时PP-P(MAM-MBA)非织造材料透气率大幅下降。在以MAM浓度为15%、MBA浓度为3%、BP浓度为1%、紫外光照5分钟为条件时,制得的PP-P(MAM-MBA)-Cl非织造材料氯化后活性氯含量超过3500 ppm。在抗菌测试中,PP-P(MAM-MBA)-Cl非织造材料对大肠杆菌及金色葡萄球菌拥有高效抗菌效果。