微细聚烯烃纤维设计制备及其高端医用防护材料应用开发

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微细聚烯烃纤维设计制备及其高端医用防护材料应用开发有机高分子材料。

关键词： 聚烯烃，微细纤维，高端医用防护

目录

应用领域

防护服，医用包装等

成果简介

基于微细纤维的非织造布材料是高端医用防护及包装材料的关键材料，当纤维的直径细到一定的程度，可兼顾防护材料的高阻隔性、舒适性。具体表现为，气体分子可以通过纤维膜排出，而颗粒物、液滴等大尺度物质可被有效阻隔。然而目前，工业化制备非织造布的方法，如溶液喷射纺、熔喷法等难以构筑高阻隔性的微细纤维。而静电纺、海岛型或桔瓣型复合纺等构筑微细纤维非织造布（Ultrathin fiber based nonwoven fibric， UF-nonwoven）的方法，适用聚合物类型少、产品需多步加工或与其它材料复合，力学性能较差，生产效率不高。离心纺、超拉伸法也可用于构筑UF-nonwoven，但仍处于实验室探索阶段，短期难以实现工业转化。因此建立一种简便易行、适用范围广、产品性能优的UF-nonwoven一步成形方法，对于UF-nonwoven产业化推进，解决高端医用防护及包装材料的缺口具有重要意义。

虽然由美国杜邦公司发明的闪蒸法是一种在高温高压下将聚合物溶液喷射到大气环境中形成UF-nonwoven的制备方法，能实现该材料的高质量制备。该特种非织造布材料是由数百万根极其细小的连续不断的高密度聚乙烯纤维纺黏而成的产品，集纸、薄膜和纤维的特性于一身。因纤维的连续、强韧及纤细特性，该材料具有优异的微生物屏障特性，同时又具有超轻重量、出色抗穿刺特性、耐撕裂、剥离效果好、表面可印刷的特性，可广泛应用于防水透汽材料、化学防护服、医用包装材料等等，相关产品在高等级医疗卫生防护服等领域处于领先甚至垄断地位。

目前由于杜邦公司的技术严格保密，我国及世界其他国家应用闪蒸法纺丝构筑非织造布很少，仅有少数高校和企业做了探索性研究。 该项目突破杜邦闪蒸法聚烯烃无纺布技术，通过新型聚合物纤维纺丝成形技术--“瞬时释压”（FPR）纺丝制备聚烯烃无纺布材料。“瞬时释压”（FPR）纺丝是一种新型的聚合物纤维纺丝成形技术，它既有溶液纺丝和干法纺丝的优点，但又不同于上述两种方法。高压饱和溶液瞬时释放到大气环境中，压力降瞬时达到100~200倍，溶液流速达到200~300 米/秒钟，同时在高倍压力降作用的影响，饱和溶液中的溶剂瞬时发生了气化作用，溶质聚合物则通过静电分丝形成微纳纤维。相对于常规的干湿法纺丝（压力降约为1，纺丝速度0.1~1.5米/秒钟），瞬时释压纺丝具有更高的纺丝和射流拉伸速度，可以满足聚合物微纳纤维的成形和生产。

该项目基于超临界条件下高溶解度溶液相图控制，纺丝甬道的温度、速度和压力的矢量有限元分析，实现了直径0.1-10 μm微细聚合物纤维及其聚集体的工程化生产，且生产过程和纤维产品可计算、可模拟。通过优化纺丝工艺、控制纤维结构性能来调控纤维聚集体的几何结构调控，开发了系列高耐磨、高阻隔、高透汽性的聚烯烃微纳纤维及聚集体纤维膜，设计并批量制备符合二类医疗器械要求的新型抗病毒医用连体防护服装并建立相关标准。

随着疫情的常态化及对智慧现代医疗的需求，医卫防护用品及包装材料的市场需求也将大量增加。医用无菌包装材料应具有屏障微生物的能力，应具有提供、维护产品无菌的基本功能，对于保障无菌医疗器械的完整性、无菌性和产品的安全起到十分重要的作用。项目将进一步探索使役环境和特殊外场对微细纤维聚集体纤维膜防护性能的影响规律，评估其循环重复使用和耐候存储性能，通过表面改性技术优化透气膜表面性质，设计并制备符合医用无菌包装要求的新型透气膜材料并建立相关标准，实现其在高端医疗包装用品的产业化应用。

经济效益与社会效益

产品应用高端防护服、隔离衣等领域。