聚丙烯熔喷布抗菌性能研究进展

郑花平 

摘要：疫情的不断重复和新型新冠病毒的逐渐变异表明了全球疫情防控的困难和长期性。口罩是防止新型新冠病毒传播的重要物资之一，原料溶剂研发、生产能力、品控尤为重要。2020年第一季度，因传染病需要大规模生产的熔喷布曾经出现过结晶、沙眼、太硬、太柔软、成品放置几天后变脆、内阻增大、过滤效率低、强度低、韧性差等不良现象大部分是原材料、配方、设备、工艺、技术人员经验等引起的。熔法非织造布生产工艺是由熔体直接辐射到网中的工艺，常用熔法非织造布简称溶剂织物。因熔喷纤网被广泛用作过滤，因为它用超细纤维提供了很大的表面积。

基于此，本篇文章对聚丙烯熔喷布抗菌性能研究进展进行研究，以供参考。

关键词：聚丙烯；熔喷布；抗菌性能；研究进展

引言

聚丙烯(PP)具有优良的力学性能和加工性，使其得到快速发展。然而，PP的极限氧指数(LOI)仅为17%~18%，属于易燃材料，在燃烧时产生大量的熔滴，易引燃周围的物体，限制其使用范围。普通一次性医用口罩从内到外的过滤层从内到外分别为纺粘层、熔喷层、纺粘层，其中熔喷层之间为聚丙烯微纤维(约1-10 μm)熔喷织物，其比表面积大，渗透性好，大体平坦柔软，可填充于SPE小柱中，本文研究了聚丙烯熔喷织物抗菌性能的研究进展。

1聚丙烯产品的应用及发展前景

均聚聚丙烯占我国聚丙烯产品产量的60%~70%左右，包含100余种产品牌号，广泛应用于纺丝、注塑、双向拉伸膜等材料加工。双向拉伸膜是食品、香烟等包装的重要原料，实现了人们日常生活的便捷性。抗冲共聚聚丙烯占比约25%，可用于注塑及管材生产，是建筑行业及汽车零部件的重要材料，其生产牌号数量略低于均聚产品牌号数量。无规共聚聚丙烯占比约10%，产品牌号数量少于前两者，主要用于制备透明料、聚丙烯流延膜等，其中聚丙烯流延膜可用于加工热包装、无菌包装，满足人们生活的快捷需求。2020年由于新冠疫情原因，全球汽油、柴油等燃料油需求量均有所下降，导致石油化工行业市场经济并不景气，但因聚丙烯自身良好的物理及化学特性，是生产医疗耗材的重要原料，多家企业对其装置进行扩能以满足国内市场骤增的需求量。此外，透明牌号的聚丙烯由于其无毒的特性，被广泛用于生产药品、食品等包装；高流动性、高结晶、高抗冲并低气味的“三高一低”聚丙烯也是生产汽车零部件的良好原料，如仪表板、方向盘等；作为五大通用合成树脂材料之一的聚丙烯产品也应用于建筑行业。随着市场经济与技术的不断发展，各行各业对聚丙烯原料的需求也将持续递增，同时对聚丙烯的质量与性能要求也将越发严格。以迅速发展的电商行业为例，人们对网购、外卖等需求会消耗大量的透明聚丙烯专用料和薄壁注塑料制造食品包装材料。而为了实现绿色环保及可持续发展，可降解堆肥塑料将是发展的必然趋势，它也将是各化工企业需要突破的技术问题。预计至2022年，我国聚丙烯产能可达3000万t以上，但仍会存在低端产品产能过剩、高性能原料依赖进口的情况。因此，企业需在考虑如何获取高额经济利润的同时，提升聚丙烯产品性能以满足各行各业不断优化的原料标准，并降低其生产技术难度从而适宜装置加工，通过扩能占据市场有利地位。

2熔喷布工艺原理

超细纤维是由模头细孔喷出的聚合物熔体喷雾流体通过高速热空气流牵引形成，后在凝网帘或滚筒上凝聚，同时通过自身粘合作用而形成非织造布。由图1可看出熔喷布生产工艺主要流程为聚合物熔体经过过滤，去除杂质和聚合反应后残留的催化剂，采用齿轮计量泵计量，精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度，聚合物熔体经入口、孔流、雾化从模头喷孔喷出。熔体通过模体，受两侧热空气影响，在模头喷出时，迅速膨胀，粘流状的溶体流在高速热气流牵引下被迅速拉伸变细。后经冷却空气固化，在喷雾装置作用下，吹向接收装置(凝网帘或滚筒)，熔喷接收装置内部均设有真空抽吸装置，收集纤维，后通过热粘合或其他加固方法制成熔喷布。
 

图1熔喷工艺原理与过程

熔喷布纤维结构分析:高聚物熔体细流离开喷丝孔后， 其流变行为受高温气体高牵伸倍数效应的影响很大，高速气流的不稳定性容易引起细熔体流所受张力的变化，最终导致线密度不均匀，熔喷纤维厚度不均匀，这也影响了过滤效率。熔融纤维线密度是影响口罩过滤效率和通风阻力的重要因素，其纤维越细，内纤维表面积越大，过滤效果越好。显微观察发现，大多数熔喷纤维存在明显的质量缺陷，有些还特别严重，如未形成微纤维结构，密度差，杂质，异物等。熔合时也不会形成微纤维结构，形成的纤维也有细丝，导致这些缺陷的原因应该与熔融浸出量、浸出量过高、纤维丝拉拔不足有关，容易形成和金属丝。可以观察到，熔炼中含有异物或杂质，考虑到这次选择的熔炼射流没有被使用，所以基本上可以排除吸附空气中的颗粒，得出应该由荧光组织制成，或者在造粒生产环境中引入，医用口罩的生产应该严格按照医疗器械生产管理规定进行，包括其原材料粒料、无纺布、熔喷布都应在相应的洁净环境中生产，口罩生产商应对供应商进行必要的考核。不可控的生产环境，无法保证初始污染菌和微粒在规范要求的范围内。

3抗菌型熔喷布种类

3.1载卤胺型抗菌PP熔喷布

卤胺类抗菌剂中具有一个或多个活性卤素原子，呈现高效的抗菌性能，在污水处理、纺织品等领域中应用较多。通过熔融接枝聚合反应，在挤出机内，以甲基丙烯酰胺(MAM)作为无环卤素前体，在过氧化物引发剂作用下，将其接枝到PP原料上制备PP-g-MAM塑料颗粒，以此颗粒为原料生产PP-g-MAM型熔喷布。将此熔喷布在含有活性氯的溶液中浸渍，使其氯化，产生有杀菌效果的无环卤胺，从而制得载卤胺型抗菌PP熔喷布。此熔喷布杀菌效率超过99.9%，杀菌效果优异。PP-g-MAM型熔喷布具有较好的抗菌再生性，其氯化能力在重复5次的氯淬/浸渍的循环中几乎没有变化，说明其具有较高的活性氯容量和较大的氯气充电能力，至少能够重复使用5次。虽然载卤胺型抗菌PP熔喷布具有较大的抗菌能力、优异的抗菌再生性等优点，但是其对人体有一定毒性，并且细菌对其产生一定的耐药性，使其在医疗卫生领域的应用受到一定限制，不适宜用于贴合人体的医疗产品，仅应用于医疗包装、医用窗帘等产品。减小载卤胺型抗菌PP熔喷布对人体的毒性，使其能够应用于如防护口罩的生产，是未来研究重点。

3.2石墨烯型PP抗菌熔喷布

石墨烯的比表面积大，可破坏细菌细胞膜，起杀菌效果。石墨烯与PP熔喷布结合可在PP纤维表面形成锋利的“纳米刀”，从而使熔喷布具有抗菌功能。北京航空材料研究院研发了石墨烯熔喷料及其专用熔喷设备，制得石墨烯型PP抗菌熔喷布，此熔喷布制得的口罩与传统口罩相比不仅增加了抗菌性能，而且使用时间相对更长，能达到48h，是传统口罩的12倍以上。

3.3季铵盐类抗菌熔喷布

在消毒剂对抗菌效果的分类中，季铵盐属于低效率。其主要杀菌过程包含各种作用机制，主要由氢作用、静电作用、疏水作用(主要通过表面活性剂和蛋白质之间的相互作用)组成。这些效应使得消毒剂自身吸附负电荷菌株，然后以聚集形式存在于细胞壁表面，产生了抑制细菌增殖以降低细菌存活率的室间阻力效应；细菌自身携带的亲水基团与消毒剂表面的疏水烷基相互反应，显着改变细胞膜本身的渗透性，并在其自身溶解效果的影响下分裂细胞结构，最终细胞在上述效果的影响下溶解或死亡。

结束语

总而言之，熔喷布生产工艺中一步法工艺具有生产效率高、节能环保、生产成本相对低的优势。但普通一步法熔喷布并不具备抗菌性能，需要加入抗菌剂使该产品具有抗菌性能，从而更符合其在医疗防护方面的实际应用需求。

参考文献

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