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在当代,突发传染病疫情、生物恐怖事件和生物安全事故对国家安全、社会稳定和民众健康造成严重威胁,为此新型生物防护装备、技术和材料的研究受到了世界各国的重视。静电纺丝,就是在高压静电场条件下,聚合物溶液或熔体在静电力作用下经拉伸而获得细小纤维的一种技术方法。利用静电纺丝技术获得的纤维直径范围一般在几十纳米至几微米之间,因此静电纺丝制备的纤维材料具有比表面积大、孔隙尺寸小的特点,所以在生物防护领域,特别是对微生物气溶胶防护方面具有广阔的应用前景。聚氨酯(PU),具有良好的化学物理特性,成熟的工业化生产工艺,特别是成纤性能良好,适合制作纤维尤其是弹性纤维材料,所以非常适合采用静电纺丝方法来制备纳米级或亚微米级功能纤维材料。目前,国内外关于聚氨酯静电纺丝纤维材料用于微生物防护的研究报道较少。本文采用静电纺丝方法,以四氢呋喃(THF)和二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,制备了PU静电纺丝纤维材料并进行抗菌功能改性,研究了该材料对微生物的防护性能,为制备一种新型生物防护材料进行了探索。本文首先以PU为原料,THF/DMF为溶剂,制备了PU静电纺丝纤维,并研究了THF/DMF质量比,溶液质量分数,纺丝电压和接收距离四个因素对PU静电纺丝纤维形貌的影响。采用SEM观察PU静电纺丝纤维的形貌,并分析计算其平均直径。结果表明,纤维直径均匀性随THF/DMF质量比增大而下降。由于随着溶剂的改变,溶液的粘度、电导率、挥发性也相应改变,这些因素的相互竞争影响纤维直径的变化,使纤维平均直径变化表现出复杂性,当THF/DMF为5/5时,可得到形貌和直径都较为理想的PU静电纺丝纤维。纤维平均直径随溶液质量分数增大而增大,这与大多数聚合物规律相一致。纤维直径均匀性随溶液质量分数增大而下降。在该体系下,溶液质量分数为10%时可得到形貌理想,直径细小的PU静电纺丝纤维。在25~40kV电压范围内,PU溶液均能形成喷射流,静电纺丝获得PU纤维。喷射流随电压的增大而变得不稳定,不利于接收器收集纤维。但电压的增大对纤维直径和均匀性没有表现出明显的规律性。在接收距离分别为28cm和24cm时得到的PU静电纺丝纤维平均直径的最大值和最小值,但其对PU静电纺丝纤维直径和均匀性也没有表现出明显的规律性。综合考虑PU静电纺丝纤维平均直径、形貌、喷射流稳定性,在温度为(18-20)℃、湿度为(10-15)%条件下,确定了较佳工艺参数如下:THF/DMF质量比为5/5,溶液质量分数为10%,纺丝电压为32.5kV,接收距离为25cm,纺丝液流量为12ml/h。在该工艺参数下可得到平均直径为230nm,形貌理想的PU静电纺丝纤维材料。该PU静电纺丝纤维材料还表现出较好的透湿性能和力学性能,其试样透湿量均超过8800 g/(m2·d),断裂应力分别为10.1MPa和8.2MPa。在THF/DMF质量比为5/5,溶液质量分数为10%的PU溶液中分别加入、载银二氧化钛、TCS、TCC、PCMX、HM-98、ε-PLYS六种不同类型的抗菌剂,其中抗菌剂在PU静电纺丝纤维材料中的质量分数为5%。在适宜的工艺条件下制备出含不同抗菌剂的PU静电纺丝纤维材料。其中含载银二氧化钛、TCS、HM-98、ε-PLYS的PU静电纺丝纤维材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌效果都较为理想,抗菌率均达到了99.8%以上,但添加TCC、PCMX后静电纺丝获得的纤维材料抗菌效果不佳。经过红外光谱分析和SEM测试,结果说明抗菌剂与PU纤维共混较为均匀,添加抗菌剂后共混纤维形貌变化不大,HM-98的加入有利于纤维直径的减小,但降低了PU纺丝液的可纺性。经洗涤后,含载银二氧化钛、TCS的试样基本保持了较好的抗菌效果。综合考虑,本体系中宜选用载银二氧化钛抗菌剂。在适宜的工艺条件下制备了含不同质量分数的载银二氧化钛的PU静电纺丝抗菌纤维。含载银二氧化钛质量分数为1.0,1.5,2.0,2.5,3.0%的PU静电纺丝纤维平均直径分别是1085,937,827,806,664nm。随着载银二氧化钛的质量增加喷射流电荷密度增大,使PU静电纺丝纤维平均直径减小。当含载银二氧化钛质量分数大于1.5%时PU静电纺丝纤维材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有良好的抗菌效果,其抗菌率均大于99.99%。PU静电纺丝纤维和载银二氧化钛纳米颗粒混合形式主要是物理形式。载银二氧化钛的加入对纤维材料的力学性能没有显著影响。利用TIS3160分级式滤料测试台采用DOP法测试了平均面密度为104.3g/m2的含载银二氧化钛质量分数为1.5%的PU静电纺丝纤维材料试样对不同颗粒直径的气溶胶的过滤效率,测试气流流速为32L/min。结果表明,试样对气溶胶的过滤效率随颗粒粒径增大呈抛物线形,当颗粒直径为0.11-0.13μm范围时试样过滤效率达到最低,这与材料过滤机理相一致。利用微生物气溶胶过滤效率测试台测试试样对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌气溶胶的过滤效率,测试气流流速为28.3L/min。结果表明,试样对大金黄色葡萄球菌平均过滤效率达到99.97%,对肠杆菌气溶胶平均过滤效率达到99.99%。研究表明研制的PU静电纺丝纤维材料具有优良的微生物防护性能和良好的物理力学性能,本研究为开发一种新型生物防护材料奠定了基础。