CN111363245B - 一种防水透气的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料领域，公开了一种聚丙烯复合材料，主要由以下组分制得：聚丙烯、PVA、LLDPE、偶联剂、海藻酸盐、氯化钙、抗菌剂和水。所述聚丙烯复合材料的制备方法为：(1)将海藻酸盐与氯化钙分别用水溶解后，混合，生成海藻酸钙胶粒；(2)将剩余组分与步骤(1)制得的海藻酸钙胶粒一同加入混合机中混合，得到混合料；(3)将步骤(2)得到的混合料加入挤出机进行挤出，造粒，制得所述聚丙烯复合材料。使用所述聚丙烯复合材料制得的医用防护服，具有优良的防水、透气性和透湿性，还具备良好的抗菌性能以及机械强度，其性能更能满足医用防护服的实际需求。

Description

一种防水透气的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料领域，特别涉及一种防水透气的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前市面上的所使用的医用防护服中，最为常用的为聚丙烯材料，其具有防护性能好和成本较低的优势，因而受到业界的广泛青睐。然而，以聚丙烯为原料制备而成的防护服，明显的缺点在于亲水性较差，且防水、透气和透湿的性能不足。因而医务工作者在紧张工作下所产生的大量汗水(在高强度手术时人体的出汗量可超过10000g/(m2×24h))，而医用一次性防护服的透湿性标准仅为≥2500g/(m2×24h)，因此汗水经普通防护服无法得到很好的散发，大大影响了穿戴的舒适性，也不可避免的降低了工作效率。同时，现有防护服的耐静水压标准规定为不低于1.67kPa(即17cmH2O)，而该标准还不能完全满足医用防护服防水性的需要，因而还需要进一步的改良。
因此，希望提供一种防水、透气透湿性能良好，可用于制备医用防护服的复合材料。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种聚丙烯复合材料，使用所述聚丙烯复合材料制得的医用防护服，具有优良的防水、透气性和透湿性，还具备良好的抗菌性能以及机械强度，其性能更能满足医用防护服的实际需求。
一种聚丙烯复合材料，主要由以下组分制得：聚丙烯、PVA、LLDPE、偶联剂、海藻酸盐、氯化钙、抗菌剂和水。
优选的，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002467438310000011
Figure BDA0002467438310000021
优选的，所述海藻酸盐选自海藻酸钠或海藻酸钾。
通过将PVA(聚乙烯醇)和海藻酸盐与聚丙烯按一定配比进行添加，所制得的复合材料具有更好的亲水性和亲肤性，同时具有更强的防水、透气、透湿性能。其中PVA与海藻酸盐均具有成膜性，并可提高材料的亲肤性。
由于海藻酸盐(海藻酸钠或海藻酸钾)溶于水，因此通过加入氯化钙可使海藻酸钠凝结为胶粒(海藻酸钙)，使得海藻酸分子的G区相互交联形成三维的网格状分子，将其应用于聚丙烯复合材料，不仅起到增塑剂和粘结剂的作用，还具备良好亲水性又且不会被水所溶解。
以所述聚丙烯复合材料为原料制得的医用防护服，由于海藻酸盐具有亲水性，因此在使用时该医用防护服的内外层会形成湿度梯度，有助于水汽的散发，提高了透湿性能；同时海藻酸盐的添加还有助于气体的交换，从而提高了透气性能。此外，PVA还可起到良好的分散作用。
线性低密度聚乙烯(LLDPE)为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.918-0.935g/cm3。其具有较高的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。
由于PVA(聚乙烯醇)与海藻酸盐的加入会降低复合材料的力学性能，经不断试验发现，通过在配方中添加合适比例的LLDPE(线性低密度聚乙烯)可有效增加复合材料抗张强度、抗撕裂强度等力学性能，并进一步提高对细菌病毒的阻隔效果(过滤效率)。
优选的，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的至少一种。
优选的，所述抗菌剂中包含有磷酸锆，所述磷酸锆占所述抗菌剂的质量百分数为30-100％。磷酸锆不仅具有显著的抗菌性能，还可提高聚丙烯复合物的机械强度和耐磨性能。将磷酸锆作为抗菌剂的重要组成部分，可与其他无机抗菌剂(如银离子抗菌剂、氧化锌、氧化铜、磷酸二氢铵等)或有机抗菌剂(如酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、季铵盐类、双胍类、酚类等)进行复配形成复合抗菌剂。
所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸盐与氯化钙分别用水溶解后，混合，生成海藻酸钙胶粒；
(2)将剩余组分与步骤(1)制得的海藻酸钙胶粒一同加入混合机中混合，得到混合料；
(3)将步骤(2)得到的混合料加入挤出机进行挤出，造粒，制得所述聚丙烯复合材料。
其中步骤(1)氯化钙溶液的浓度控制在1.8-2.5％为宜，此时海藻酸盐才能与氯化钙发生良好的交联。
优选的，步骤(2)中混合的时间为5-15min，混合的转速为200-500r/min。
优选的，步骤(2)中混合时需加热，加热的温度为60-75℃。
优选的，步骤(3)所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选的，步骤(3)中挤出机设定的温度为130-150℃。
所述聚丙烯复合材料可应用于制备防护服，尤为适用于制备医用防护服。
一种防护服，包括上述聚丙烯复合材料。
所述防护服的制备方法，包括以下步骤：将上述聚丙烯复合材料通过吹塑机进行吹膜，制得所述防护服。
优选的，所述吹膜的温度为130-175℃，吹胀比控制为2.1-2.5。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)以本发明所述聚丙烯复合材料为原料制得的医用防护服改良了聚丙烯材料亲肤性不足的缺陷，给穿戴者带来了更好的舒适度，一定程度缓解了穿戴者工作时的不适感。
(2)与现有聚丙烯材质医用防护服相比，采用本发明所述聚丙烯复合材料制得的医用防护服的防水、透气性、透湿性均得到明显改善；其中透湿量可达8000g/(m2×24h)以上，耐静水压值可达60cmH2O以上，其性能的优良程度已大大超出了国家标准。
(3)本发明所述聚丙烯复合材料通过添加LLDPE(线性低密度聚乙烯)，有效解决了添加PVA和海藻酸盐所带来的机械性能降低的缺陷。
(4)本发明将磷酸锆作为聚丙烯复合材料中抗菌剂的重要组分，使所制得的医用防护服面料在抗菌性能上具有优良的表现。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
聚丙烯材料的制备
实施例1
一种聚丙烯复合材料，按重量份数计，主要由以下原料组分制得：
Figure BDA0002467438310000041
其中偶联剂选用硅烷偶联剂，所述抗菌剂选用磷酸锆和银离子抗菌剂(两者用量比为1:1)。
上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠与氯化钙分别用水溶解后，将海藻酸钠溶液滴入氯化钙溶液(浓度为2％)中，反应30min后，生成海藻酸钙胶粒；
(2)将剩余组分与步骤(1)制得的海藻酸钙胶粒一同加入高速混合机中混合，混合的温度为60℃，混合的时间为15min，混合时转速为300r/min，得到混合料；
(3)将步骤(2)得到的混合料加入双螺杆挤出机进行挤出，挤出机温度设定为140℃，经造粒机造粒，制得聚丙烯复合材料。
实施例2
一种聚丙烯复合材料，按重量份数计，主要由以下原料组分制得：
Figure BDA0002467438310000042
Figure BDA0002467438310000051
其中偶联剂选自钛酸酯偶联剂，抗菌剂中所含成分为：40％磷酸锆和60％季铵盐类抗菌剂。
上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠与氯化钙分别用水溶解后，将海藻酸钠溶液滴入氯化钙溶液(浓度为2％)中，反应40min后，生成海藻酸钙胶粒；
(2)将剩余组分与步骤(1)制得的海藻酸钙胶粒加入高速混合机中混合，混合的温度为70℃，混合的时间为5min，混合时转速为350r/min，得到混合料；
(3)将步骤(2)得到的混合料加入双螺杆挤出机进行挤出，挤出机温度设定为150℃，经造粒机造粒，制得聚丙烯复合材料。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的区别之处在于，其中PVA的含量用海藻酸钠替代(即海藻酸钠的重量份数为6.5份)，其余组分与制备方法均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，对比例2的区别之处在于，其中海藻酸钠的含量用PVA替代(即PVA的重量份数为6.5份)，因此也不添加水和氯化钙，其余组分与制备方法与实施例1基本相同。
对比例3
与实施例1相比，对比例3的区别之处在于不含有LLDPE，其余组分与制备方法与实施例1相同。
对比例4
与实施例1相比，对比例4的区别在于不添加水和氯化钙，直接将海藻酸钠粉末与其它组分混合后挤出。
产品效果测试
将实施例1-2，对比例1-4制得的聚丙烯复合材料制备得到新型医用防护服，具体制备方法为：
将所述聚丙烯复合材料通过吹塑机进行吹膜，吹塑温度为130-175℃，控制吹胀比为2.1-2.5，得到医用防护服面料。
由于对比例4中聚丙烯复合材料制得的医用防护服面料在浸水8h后机械性能便发生大幅下降，明显无法满足医用防护服的基本抗水要求(可能是由于海藻酸钠溶于水破坏了聚丙烯复合材料的内部结构)，因此不做进一步的测试。
以实施例1-2，对比例1-3聚丙烯复合材料为原料制得的医用防护服面料，厚度为50μm，孔隙率为75-80％，平均孔径为0.2-0.35μm。将制得医用防护服面料主要根据《中华人民共和国国家标准:医用一次性防护服技术要求(GB 19082-2009)》中所列标准进行测试，本发明主要改进的指标参数如表1所示：
表1
检测项目 检测标准 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3
透气量(L/m<sup>2</sup>×s) —— 6.62 6.71 4.88 4.46 6.41
透湿量(g/(m<sup>2</sup>×24h)) ＞2500 8350 8120 5426 4872 8225
耐静水压值(cmH<sub>2</sub>O) ＞17 65 58 32 44 45
断裂强度(MPa) ＞45 62 59 54 58 32
从表1中可以得出，实施例1-2和对比例1-2的各项指标均满足要求各项国家检测标准。然而，与对比例1-2相比，实施例1-2的防水性能、透气性和透湿性均获得了明显的改善，而仅添加有PVA(聚乙烯醇)或海藻酸钠成分的对比例1-2，其效果却远不如实施例1-2，表明PVA(聚乙烯醇)与海藻酸钠以合适的配比可产生协同增效效果。
与实施例1-2相比，未添加LLDPE(线性低密度聚乙烯)的对比例3的断裂强度发生了明显的下降，这是由于PVA和海藻酸钠减低了聚丙烯复合材料的机械性能，而实施例1-2中LLDPE的添加可对聚丙烯复合材料的机械性能产生有效的改善。
除以上测试外，本发明还对以上医用防护服面料的抗菌性能进行了测试，测试结果表明上述医用防护服面料的抗合成血液和过滤效率均达到国家相应标准，且上述医用防护服面料在抗菌性能上具有优良的表现，充分体现添加有磷酸锆的抗菌剂具备良好的抗菌抑菌效果。
经试穿戴的志愿者反应，与市面常规医用一次性防护服相比，穿戴本发明实施例1或实施例2中聚丙烯复合材料制得的医用防护服面料与皮肤贴合时的舒适度更高，且具有明显更好的透气性和透湿性，可满足医务工作者常规条件下的透气散汗的需要。

Claims (7)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，制备所述聚丙烯复合材料的原料包括：
聚丙烯 40-50份
PVA 3-5份
LLDPE 5-8份
偶联剂 5-8份
海藻酸钠 1.5-2.5份
氯化钙 0.1-0.25份
抗菌剂 0.2-0.5份
水 10-25份；
所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将海藻酸钠与氯化钙分别用水溶解后，混合，生成海藻酸钙胶粒；
（2）将剩余组分与步骤（1）制得的海藻酸钙胶粒一同加入混合机中混合，得到混合料；
（3）将步骤（2）得到的混合料加入挤出机进行挤出，造粒，制得所述聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铬络合物偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗菌剂中包含有磷酸锆，所述磷酸锆占所述抗菌剂的质量百分数为30-100%。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，步骤（3）中挤出机设定的温度为130-150℃。
5.一种防护服，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的聚丙烯复合材料。
6.权利要求5所述的防护服的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1-5中任一项所述的聚丙烯复合材料通过吹塑机进行吹膜，制得所述防护服。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述吹膜的温度为130-175℃，吹胀比控制为2.1-2.5。
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