城市環(huán)境研究所在高透氣與高強(qiáng)度的防水聚酰亞胺納米纖維防護(hù)服的研究中取得進(jìn)展

文章來源:城市環(huán)境研究所  |  發(fā)布時間:2023-12-26  |  【打印】 【關(guān)閉

  

  醫(yī)用防護(hù)服作為保障醫(yī)護(hù)人員生命健康的防護(hù)用品之一,其重要性進(jìn)一步凸顯。目前,市場上的商業(yè)防護(hù)服主要包括聚丙烯紡粘/熔噴/紡粘非織造材料(SMS)、聚乙烯透氣薄膜/無紡布復(fù)合非織造材料(SF)和聚乙烯閃蒸非織造材料(FS),致人員出現(xiàn)嚴(yán)重不適。SMS因疏松多孔的纖維結(jié)構(gòu)具有良好的透氣性,但其過濾性能是依靠靜電效應(yīng)提供,當(dāng)SMS暴露于水或消毒劑中時,因靜電荷的耗散,過濾效率可能會驟降至30%左右。因此,研發(fā)高透氣和高阻隔的防護(hù)服具有重要意義。 

  納米纖維膜因其孔隙率高、比表面積大和相互貫穿的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu),有望兼顧高阻隔和高透氣。但由于納米纖維直徑細(xì),纖維強(qiáng)度較弱,作為防護(hù)服材料還需進(jìn)一步提升其強(qiáng)度。此外,考慮到高溫滅菌再生,液體噴濺和遇到明火等情況,防護(hù)服材料還應(yīng)具備耐高溫,耐酸堿,阻燃等特性。 

  本研究以剛性結(jié)構(gòu),高玻璃轉(zhuǎn)化溫度的均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-氧化二苯胺(ODA)為聚酰亞胺(PI)前驅(qū)單體,采用調(diào)控靜電紡絲結(jié)合氣相沉積技術(shù),設(shè)計并制備了一種過濾效率高、透氣性佳、機(jī)械強(qiáng)度高的PI-ENM納米纖維通過優(yōu)化PI納米纖維結(jié)構(gòu),所制備的PI納米纖維膜具有高過濾效率(96.13%),低壓降(57.1 Pa)和高品質(zhì)因子(0.057 Pa-1),對葡萄球菌具有99.48%的攔截能力。相比于商業(yè)防護(hù)服材料SFFS,其透氣性高1~2個數(shù)量級。此外,由于PI-ENM的高穩(wěn)定性,即使在各種環(huán)境考驗(yàn)下PI-ENM性質(zhì)沒有發(fā)生明顯改變。經(jīng)過5次循環(huán)消毒處理后,PI-ENM仍保持良好性質(zhì),證明其具備較好的重復(fù)利用性。 

   相關(guān)研究成果以Highly breathable and durable waterproof polyimide electrospun nanofibrous membrane for potential reusable protective clothing application: Preparation, characterization and performance為題發(fā)表在國際期刊Journal of Membrane Science上。碩士研究生李巖為第一作者,鐘鷺斌副研究員(青促會員第九批),鄭煜銘研究員為通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(2019307)和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃(No. 2022YFC3702800)等資助。 

圖1. PI-ENM防護(hù)服示意圖及其過濾性能