東華大學(xué)烏婧—鄒黎明—王華平團(tuán)隊(duì)《Carbohyd.Polym.》：一次性醫(yī)衛(wèi)用疏水透氣纖維素非織造布

admin2022-04-15 01:29:16320

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隨著人們生活水平的不斷提高和衛(wèi)生意識(shí)的重視，一次性醫(yī)衛(wèi)用品行業(yè)發(fā)展迅速。2020年，個(gè)人衛(wèi)生用品市場(chǎng)規(guī)模已超過1000億美元；自2019年新冠疫情爆發(fā)以來(lái)，全球每月使用和處理的口罩?jǐn)?shù)量達(dá)1290億個(gè)。這些產(chǎn)品的基本組成部分主要是不可生物降解的聚丙烯（PP）和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維非織造布，此類產(chǎn)品因高度污染難以回收再利用，因此，此類產(chǎn)品使用后產(chǎn)生的垃圾通常被焚燒或填埋處理，少部分因管理不當(dāng)流落到環(huán)境中或成為微塑料的來(lái)源，會(huì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成不可估量的危害。近期，隨著各國(guó)各地區(qū)限塑令或禁塑令的頒布，開發(fā)可生物降解的一次性衛(wèi)生產(chǎn)品是非常有必要的。

纖維素是地球上最豐富的生物質(zhì)之一，可再生、可生物降解。纖維素非織造布因良好的透氣性和保水性，已廣泛應(yīng)用于個(gè)人護(hù)理、美容美妝、醫(yī)療等領(lǐng)域。然而纖維素非織造布不適合直接用于吸收性衛(wèi)生產(chǎn)品，因這類產(chǎn)品的主要功能是促進(jìn)液體快速滲透到吸收芯層，并有效阻止反滲，其表層材料的功能除受本身物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響外，還與親疏水性有關(guān)。此外，透氣性是此類產(chǎn)品應(yīng)用的另一個(gè)關(guān)鍵性能，因?yàn)槿梭w產(chǎn)生的水分和熱量需要通過透氣的孔隙持續(xù)排出，以保持皮膚干燥舒適。因此，開發(fā)兼具疏水和良好透氣性的纖維素非織造布具有重要意義。

近日，東華大學(xué)烏婧副研究員、王華平研究員團(tuán)隊(duì)與鄒黎明教授共同在《Carbohydrate polymers》雜志上發(fā)表了題為"Hydrophobic, breathable cellulose nonwoven fabrics for disposable hygiene applications"（DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119367）的論文。論文的第一作者為東華大學(xué)博士研究生劉美，通訊作者為烏婧副研究員和鄒黎明研究員。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心的資助。

該課題組提出了一種簡(jiǎn)便高效的一步改性方法，通過氨酯化反應(yīng)在纖維素結(jié)構(gòu)上分別引入三種疏水官能團(tuán)，有效地將完全親水的纖維素非織造基材轉(zhuǎn)化為高度疏水的織物（水接觸角為130–135°）。更重要的是，通過調(diào)節(jié)改性劑濃度，優(yōu)化異氰酸酯的類型和取代度，可以很好地保持改性織物的透氣性（變化±6%）。該研究系統(tǒng)探究了改性劑種類和濃度對(duì)織物結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵性能（疏水性、透氣性、斷裂強(qiáng)度、柔韌性）的影響。

研究結(jié)果表明：采用一步氨酯化反應(yīng)，分別將三種單異氰酸酯（叔丁基異氰酸酯TBIS、間甲苯異氰酸酯MTIS和3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷ISPTMOS）成功接枝到纖維素上。如圖1所示，通過疏水基團(tuán)取代度的調(diào)控，使疏水織物固有的透氣性保持在最佳水平（1300–1400 mm/s），其中CNW-TBIS (5 wt%)（DS_c= 0.048）改性織物的水接觸角為132.5°，透氣性比原織物（1337 mm/s）提高了5.9%；CNW-MTIS (1 wt%)（DS_c= 0.066）和CNW-ISPTMOS (0.5 wt%)（DS_c= 0.006）改性織物的水接觸角分別為132.7°和134.2°，透氣性略低于原織物 (分別為2.9%和6.9%)，此外，這些織物的斷裂強(qiáng)度大于80 N/5cm，柔韌性與原織物相當(dāng)，能基本滿足吸收性衛(wèi)生用品面層的性能要求。這種方法在非織造布后整理階段具有很大的工業(yè)放大潛力，并且疏水性和透氣性可以在一定程度上針對(duì)不同類型的纖維素織物進(jìn)行調(diào)整。

圖1. 不同濃度改性劑所得織物的水接觸角(WCA)，透氣性，強(qiáng)度和柔韌性:（a）TBIS，（b）MTIS和（c）ISPTMOS，（d）改性前后織物的柔韌性測(cè)試照片。

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原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119367

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