0 前言在化工、軍用和消防等領域,為了保護人體免受傷害,通常需要進行化學和生物防護。目前,包括在建筑領域中為改善空氣質量,特別是醫院設施中,也通常采用化學和生物防護材料。防護的機理有多種,包括隔斷(防止滲透)、防止、吸附,及其相互組合。新型的化學和生物防護服裝主要采用微孔或納米纖維薄膜,以及自清潔材料等。
1 薄膜
非織造布由于具有價格低廉、質輕、防護效果好等優點,最近幾十年在用即棄防護服上的應用快速增加。這些防護材料通常用作服裝的主體部分,而手套部分則采用一整塊的聚合物薄膜。影響化學藥劑在這些紡織材料上穿透性的主要因素有:面料的毛細管直徑和結構、面料的后整理、纖維的化學性質,以及化學液體的表面張力和黏度等。由于化學防護性能通常與人體舒適感,即透氣性相互矛盾,因此,通常采用與微孔材料相互復合,或者以夾層的方式,既提高產品的化學防護效果,同時還能獲得良好的舒適性。
圖1為薄膜和復合薄膜與非織造布、機織布防護材料間的性能對比。
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圖1中,與非織造布和機織面料相比,化學藥劑在薄膜上的穿透力明顯降低,前者為0~100%,而后者僅為0~8%。當化學液體的表面張力高于38 dyn/cm,黏度低于0. 9 mPa·s時,則不能穿透薄膜。孔徑小于0. 3μm的聚四氟乙烯薄膜,透氣性很小,但透濕率與非織造布和機織布相當,達20 g/(m2·h)。大多數紡織材料的體積分數小于0. 5,因而水蒸氣主要是通過孔道進行輸送。增加材料的體積分數,則水蒸氣的透過能力下降。水蒸氣在紡織材料中的輸送主要取決于孔道的幾何形狀、孔徑大小、孔道的彎曲程度等結構性能。孔道的結構非常復雜,孔徑大小在單一孔道內也會發生變化,而且通常還存在封閉的孔道和盲孔等,這些都不利于水蒸氣的流動。因此,紡織面料的體積分數大多基本相當,但其透濕率卻大相徑庭。
采用毛細管流動孔徑測量儀測定體積分數為0. 4的非織造布和機織布的孔徑尺寸及其分布時發現,機織面料的孔徑為6. 5~115μm,而透濕率較低的非織造布孔徑為0. 3~6. 2μm。因此,可以通過設計孔徑結構,以獲得化學防護能力強,且透氣性優良的薄膜材料。
1.1 納米纖維膜
靜電紡絲是生產納米纖維的有效方法。采用納米纖維制備孔徑極其細小的超薄網狀薄膜,并將其添加到傳統非織造布中,盡管只是添加了極薄的一層(1. 0和2. 0 g/m2),但液體殺蟲劑在該復合非織造布中的穿透能力卻大大降低(見圖2)。
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