当今世界各地疫情频繁发生，医用防护服作为 紧急防护物资，在抗疫救灾过程中扮演着重要的角色。一次性防护服使用量巨大且在使用后需进行集中处理，较为麻烦，开发一种可重复使用型医用防护 服成为迫切需求。防护服在使用过程中会与空气、液体、粉尘等接触，而细菌病毒本身无法独立存在，都是附着在气溶胶、液体、粉尘上进行传播，因此，对防护服面料的阻隔、防沾污性能提出了更高的 要求。除此之外，通过在防护服面料中添加抗菌剂成分，可使其在进行阻隔、抗污的同时具备抗菌、抗病毒的功能，有效杀灭附着在防护服表面的细菌和 病毒。可重复使用型防护服在使用后还需进行多次 洗涤和消毒处理，对防护服面料的耐洗性能提出新要求。

1. 1 实验材料和仪器

    材料: 涤纶针织物( 面密度为 210 g /m2) ，浙江棉度纺织有限公司; 热塑性聚氨酯( TPU) ，上海远能 塑胶有限公司; 硝酸银、氨水、硼氢化钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司; 水性聚氨酯( WPU，固含 量为 32%) ，吉田新材料有限公司; N，N－二甲基甲 酰胺( DMF) 、丙酮、无水乙醇，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司; 大肠杆菌、金黄色葡萄球 菌，上海鲁微科技有限公司; 营养肉汤、营养琼脂、磷 酸盐缓冲液( PBS) ，杭州百思生物技术有限公司; 聚 二甲基硅氧烷( PDMS) ，道康宁有限公司。

    仪器: HZ－11 型静电纺丝机，青岛诺康环保科 技有限公司; YXQ－LS － 50A 型立式压力蒸汽灭菌 锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂; LＲH － 250A 型生化培养箱，广东省医疗器械厂; SW－CJ－ 1D 型单人净化工作台，上海苏净实业有限公司;KQ5200 型超声波清洗器，南通泰康计量仪器有限 公司; CTP－2000A 型等离子体准辉光放电表面处理 机，南京苏曼等离子科技有限公司; ZEISS Gemini SEM 300 型 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜、X － MaxN 50 mm2 型能谱仪，德国卡尔蔡司公司; Nicolet 型傅 里叶红外光谱仪，美国赛默飞世尔科技有限公司;Instron5969 型万能材料试验机，英斯特朗( 上海) 测 试设备贸易有限公司; OCA15EC 型接触角测量仪，宁波海曙迈时检测科技有限公司; W3 /031 型水蒸 气透过率测试仪，济南赛成电子科技有限公司;YG( B) 812D 型数字式渗水性测定仪、SW－12JG 型 耐洗色牢度试验机，温州大荣纺织仪器有限公司;TSI8130 型自动滤料检测仪，苏州苏信环境科技有 限公司。

1. 2 试样制备

1. 2. 1 载银 TPU 纳米纤维膜的制备

    分别配制 7. 8 g /L 的 AgNO3 溶液和 1 g /L 的硼氢化钠溶液。取 10 mL AgNO3 溶液与一定量的氨水混合制备银氨溶液。取 40 mL 银氨溶液，依次加入 4 g WPU 和 2 mL 硼氢化钠溶液，最后加去离子 水定容至 50 mL。在硼氢化钠的还原作用下，Ag+在 保护剂 WPU 中原位还原为 Ag，得到质量浓度为4 000 mg /L 的 AgNPs 溶液。

    取 15 g TPU 粒子加入到 20 g DMF 和 20 g 丙酮 的混合溶剂中，于 70 ℃ 水浴中加热溶解。往上述TPU 溶液中加入 AgNPs 溶液，搅拌均匀，得到载银TPU 纺丝液。利用静电纺丝技术分别制备 AgNPs负载量为 50、100、200 mg /kg 的载银 TPU 纳米纤维 膜。纺 丝 工 艺 为: 正 极电 压 15 kV，注 射 速 率1 mL /h，接收距离 15 cm，接收辊转速 100 r/min。

1. 2. 2 防沾污涤纶织物的制备

    取 20 g PDMS 加入到 500 mL 无水乙醇中，超声 波分散 30 min 得到疏水整理液。使用等离子体准 辉光放电表面处理机对涤纶织物进行刻蚀，工艺参 数为: 功率 300 W，放电距离 2 mm，处理时间 1 s。将刻蚀后的涤纶织物浸渍于 PDMS 整理液中( 浴比1∶40) ，三浸三轧，轧余率为 15%，于 60 ℃烘干，最后 在 130 ℃条件下焙烘 5 min，得到防沾污涤纶织物。

1. 2. 3 生物防护材料的制备

    利用共聚酰胺作为热熔胶，通过点胶复合工艺 将防沾污涤纶织物与载银 TPU 纳米纤维膜进行复 合得到生物防护材料。施胶工艺参数为: 开胶时间0. 005 s，点胶距离 5 mm，施胶压强 0. 35 MPa，溶胶 温度 220 ℃。控制胶点密度为 50 个/cm2，胶点横截 面积为 0. 5 mm2。

1. 3 测试与表征

1. 3. 1 微观形貌表征

    采用场发射扫描电子显微镜对载银前后 TPU纳米纤维膜的形貌以及未处理涤纶、等离子体刻蚀 涤纶和 PDMS 处理涤纶织物的形貌进行观察。

1. 3. 2 化学结构表征

    采用傅里叶红外光谱仪对载银前后 TPU 纳米纤 维膜的化学结构进行分析，扫描范 围 为 4 000 ～ 500 cm－1。

1. 3. 3 拉伸性能测试

    参照 GB /T 3923. 1—2013《纺织品 织物拉伸性 能 第 1 部分: 断裂强力和断裂伸长率的测定( 条样 法) 》，将不同银含量的 TPU 纳米纤维膜剪成大小为200 mm×50 mm 的试样，采用万能材料试验机对其 拉伸性能进行测试，设置隔距长度为 100 mm，拉伸 速度为 100 mm /min。

1. 3. 4 元素测试

    采用能谱仪对未处理涤纶织物和疏水整理后涤 纶织物的元素进行测试。

1. 3. 5 疏水性能测试

    采用接触角测量仪对防沾污涤纶织物的水接触 角进行测试，设置水滴量为 5 μL，水滴滴落速度为 2 μL /s。

1. 3. 6 抗菌性能测试

    参照 GB /T 20944. 3—2008《纺织品 抗菌性能 的评价 第 3 部分: 振荡法》，选用大肠杆菌和金黄色 葡萄球菌对洗涤 50 次后不同银含量 TPU 纳米纤维 膜的抗菌性能进行测试。按照下式计算抑菌率:Ｒ = B － A B × 100%式中: A 为测试样培养皿中任意四分之一区域的菌 落数; B 为对照样培养皿中相同四分之一区域的菌 落数。

1. 3. 7 抗湿性能测试

    参照 ISO 4920—2012 《纺织品 表面抗湿性测 定( 喷淋试验) 》对生物防护材料的抗湿性能进行测 试，淋水量为 250 mL。

1. 3. 8 透湿性能测试

    参照 GB /T 1037—2021《塑料薄膜与薄片水蒸 气透过性能测定 杯式增重与减重法》，采用水蒸气 透过率测试仪对生物防护材料的透湿性能进行测 试，设置称重间隔时间为 40 min，循环次数为 4。

1. 3. 9 防水性能测试

    参照 GB /T 4744—2013《纺织品 防水性能的检 测和评价 静水压法》，将生物防护材料剪成 15 cm× 15 cm 的试样，采用数字式渗水性测定仪对生物防 护材料的防水性能进行测试，设定水压上升速率为6 kPa /min，记录试样上第 3 处水珠刚出现时的静水 压值。

1. 3. 10 过滤性能测试

    参照 GB 2626—2019《呼吸防护 自吸过滤式防颗 粒物呼吸器》，采用自动滤料检测仪对生物防护材料 的过滤性能进行测试，颗粒物流量为 1. 5 L/min。

1. 3. 11 耐洗性能测试

    参照 GB /T 3921—2008 《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》，将生物防护材料剪成 100 mm× 40 mm 的试样，夹于 2 块 100 mm×40 mm 单纤维贴 衬布中间，沿短边缝合，采用耐洗色牢度试验机对其 进行水洗。

2. 1 载银 TPU 纳米纤维膜

2. 1. 1 形貌分析

    图 3 示出不同条件下处理的涤纶织物形貌照片。可以看出，未处理涤纶表面光滑，经过等离子体刻蚀后的涤纶表面出现了明显的凹槽，而经过疏水处理的涤纶表面已经覆盖了一层 PDMS 薄膜。

2. 2. 2 元素分析

    图 4 为防沾污涤纶织物的能谱图，证明 PDMS已经在涤纶织物表面形成涂层结构。

2. 2. 3 接触角分析

    将 PDMS 修饰到涤纶织物上，可降低其表面能。再经过高温焙烘后，PDMS 大分子之间发生交联，形 成薄膜。等离子体刻蚀形成的凹槽可提高薄膜与织 物的黏附牢度。图 5 示出防沾污涤纶织物经不同次 数洗涤后的水接触角。洗涤前其水接触角达到140. 6°，经 50 次洗涤后水接触角达到 143. 1°。在经 水洗后，防沾污涤纶织物的水接触角不仅没有降低，反而升 高 了 2. 5°。其 原 因 是，涤纶织物表面的PDMS 薄膜在经多次水洗后，原本的涂层粗糙结构变得更加粗糙。

2. 3 生物防护材料

2. 3. 1 抗菌性能分析

    AgNPs 的添加赋予了生物防护材料优异的抗菌 性能。在低 AgNPs 负载量的情况下就能够实现优 异的抗菌效果，归因于所制备的 AgNPs 粒径小，抗 菌活性高，分散均匀。另外，采用静电纺丝技术制得 的载银 TPU 纳米纤维膜具有立体网状结构，更有助 于 Ag+的释放，达到高效抗菌、抗病毒的功能。由于直接将 AgNPs 掺杂在 TPU 溶液中进行静电 纺丝制备载银 TPU 纳米纤维膜，大部分的 AgNPs 被 包覆在 TPU 纳米纤维内部，因此产生了良好的耐洗 性能。表 1 示出不同银含量的生物防护材料经过 50次洗涤后的抑菌率。当 AgNPs 负载量为 200 mg /kg时，经过 50 次洗涤后生物防护材料对大肠杆菌和金 黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到 99. 89%和 99. 27%。当 AgNPs 负载量为 300 mg /kg 时，经过 50 次洗涤后 生物防护材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌 率均达到 99. 99%。

2. 3. 2 抗湿性能分析

    表 2 示出不同试样的沾湿等级。可以看出，生 物防护材料在喷淋的条件下表现出优异的抗湿性 能，经 50 次洗涤后，其沾湿等级保持在 4 级。说明 外层防沾污涤纶织物表面已经形成了一层 PDMS 薄 膜，且等离子体刻蚀形成的凹槽使得 PDMS 薄膜与 涤纶基体牢固结合。

2. 3. 3 防水、透湿、拉伸和过滤性能分析

    采用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜其纤维直 径细，孔隙率高。其微孔在允许水蒸气透过的同时 能有效阻隔液体和固体颗粒物，因此，由载银 TPU纳米纤维膜作为膜材料制备得到的生物防护材料具 有较好的透湿性能、防水性能和过滤性能。图 6、7分别示出生物防护材料经不同次数洗涤后的透湿性 能、拉伸性能、防水性能和过滤性能。

    从图 6、7 看出: 在经过 50 次洗涤后，生物防护材料的透湿性能和过滤性能未发生明显的变化，水蒸气透过量达到 2 654. 8 g /( m2·24 h) ，对固体颗粒物的过滤效率保持在 99%以上。其防水性能在 经 50 次洗涤后出现轻微下降，静水压值从 73. 5 kPa下降至 53. 6 kPa，其原因是经多次洗涤后，生物防护 材料的胶点连接处出现了一些缺陷。通过点胶复合工艺，在保证复合牢度的同时可最大限度地提高生物防护材料的透湿性能。在经过 50 次洗涤后，生物 防护材料的拉伸性能未出现明显变化，断裂强力保持在 450 N 左右。