天津工业大学林佳弘特聘教授/李婷婷副教授课题组《J CLEAN PROD》：可高效大宗生产的抗菌医用防护针刺涂层微米纤维膜的构筑

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当前，医用防护产品的加工多数集中在抗菌、抗病毒领域；现有的研究在提升纤维膜的抑菌方面已取得了显著的进展，然而，纤维膜普遍存在机械强度低、耐磨性能差、使用寿命短等缺陷；因此，迫切需要开发出一种多种性能兼容的新型防护材料来解决实际服用过程中存在的问题。作者通过针刺热压及表面改性多重技术相结合的方法，基于润湿与结构构效协同调控的思想，将无孔膜引入微孔纤维膜表面制备一种“多孔-无孔”微米纤维复合膜，一方面多孔膜保留了复合膜舒适性能，另一方面，无孔膜的引入赋予复合膜附加的功能防护性能；以上制备的具有多重防护特性复合膜可灵活设计应用于服装及新型医学生物材料领域。

天津工业大学李婷婷副教授与台湾逢甲大学林佳弘特聘教授、亚洲大学楼静文特聘教授合作，基于前期对针刺-涂层微米纤维膜工艺参数优化（Prog Org Coat 2020.105736），提出一种基于聚乳酸（PLA）/聚氨酯（PU）多孔-无孔结构的功能防护微米纤维复合膜的制备方法。研究内容以“Eco-friendly versatile protective polyurethane/triclosan coated polylactic acid nonwovens for medical covers application”为题发表在一区TOP期刊《Journal of Cleaner Production》上（影响因子9.297）。

多孔-无孔微米复合膜制备

首先，以针刺-热压的传统方法制备聚乳酸（PLA）微米纤维膜。然后，将三氯生（TCL）引入聚氨酯（PU）涂层液中；利用浸涂的方法整理于在聚乳酸（PLA）微米纤维膜表面制备多重防护性能的复合膜。其中，TCL的引入显著提升了复合膜的抗菌性能，且不影响膜机械性能。最终制备的微米纤维复合膜具备防水、高强、耐磨且高效抗菌多重性能，可广泛应用于服装及医疗卫生领域（见图1）。

图1 多孔-无孔微米纤维复合膜制备流程

微米纤维复合膜形貌表征及性能分析

浸渍涂层后针刺PLA纤维膜表面获得无孔膜结构，不同TCL浓度下复合膜的形貌如图2所示。其中，PU/TCL层为表面无孔层，提供抗菌、机械防护性能；PLA层作为多孔基底层，赋予膜舒适性能。通过多孔-无孔结构构效协同调控作用，实现多重防护性能。

图2 不同放大倍数下纤维复合膜的SEM形貌

用于医疗领域的防护材料最重要的为抗菌性能，由图3可知，随TCL浓度增加，复合膜的对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑制率增加。当TCL浓度0.3%时，复合膜的抑菌率最高；从图4可以看出，浸涂后，纤维复合膜防水性能显著改善，其PLA侧水接触角可达132°，PU/TCL一侧水接触角可达110°，具有显著的水防护性能。

图3 不同三氯生浓度微米纤维复合膜的抗菌（大肠杆菌及金黄色葡萄球菌）性能评估及纤维复合膜EDS谱图

图4 纤维复合膜的动态水接触角示意图

引入无孔膜后，纤维复合膜机械强力及耐磨性能显著提升，如图5及图6所示，延长了复合膜在实际应用过程中的使用寿命；与对照微米纤维膜相比，引入涂层膜后，纤维复合膜的断裂强度提升102.8%，耐磨性能由初始的仅能耐磨1080圈至磨擦10000圈表面无破坏，其性能是现有文献报道的同类微米纤维膜5倍以上。此外，复合膜具有良好的机械稳定性能。

图5 三氯生浓度对微米纤维复合膜的机械性能影响

图6 三氯生浓度对微米纤维复合膜的耐磨性能影响

综上所述，研究制备的微米纤维复合膜兼具多重防护性能，以上研究为开发清洁能源和医用防护服材料提供了一种新的设计思路，在医用防护服、户外运动和清洁能源等领域具有广阔的应用前景。论文的第一作者为天津工业大学纺织科学与工程学院张悦博士，天津工业大学李婷婷副教授、台湾逢甲大学林佳弘特聘教授和台湾亚洲大学楼静文特聘教授为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金和天津市自然科学基金的支持。

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124455

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