一种高透湿生物降解复合材料及其生产方法与流程

本发明涉及生物降解复合材料领域，具体地说是一种高透湿生物降解复合材料及其生产方法。

背景技术：

一次性防护产品，如医疗手术服、手术洞巾、隔离防护服等，其即用即弃的方式，给医护人员、患者、核工业工作人员提供了便利，大大降低了相关人员在治疗和工作过程中发生交叉感染、被有害物质污染的风险，使术后感染率大大下降，大大提高了人民健康水平，减少了抗生素的使用。为了改善一次性防护服的隔离病原体或有害物质的能力，防护服普遍采用复合面料，其中最可靠、性能最好的当属与薄膜复合的材料。现有的薄膜与非织造布复合材料，具有极其优越的对有害物质阻隔性能，且透气轻薄、穿着舒适，在医疗、特种防护、防化领域具有广泛的应用。

然而，不断产生的一次性防护产品废弃物，给处理工作带来了巨大的挑战。如一次性使用医疗废弃物可能包含有致病病原体，在收集、包装、运输和处理过程中，存在泄漏和扩散风险；而且，一次性医疗废弃物往往品种混杂，处理前的分拣工作危险性大，工作量繁复；更重要的是，一次性医疗废弃物大多都是难以降解的高分子材料，无法通过自然降解进行销毁。

目前的一次性医疗废弃物处理方法，均采用消毒后焚烧的方式销毁。这种方法不但消耗大量的能源，而且产生含有许多有毒有害气体的焚烧尾气，排放会污染大气层，影响焚烧场地周围的居民身体健康。而对于核工业防护产品废弃物来说，防护产品在使用过程中，有可能沾染放射性尘埃，这些被污染物还不能进行焚烧处理，只能压缩密封填埋，不仅费用高昂，而且放射性污染物在其后几十年甚至上百亿年里，都存在着危害地下水资源、甚至在可能发生的自然灾害或地质灾害中形成新的放射性污染的风险。

CN104292573A公开了一种环保型生物降解材料的制造方法。该发明采用聚乳酸材料，在废弃后可以通过堆肥、填埋，利用土壤里的细菌降解，无污染。但是，作为医疗废弃物，以聚乳酸制造的生物降解材料，仍然存在消毒困难、需要填埋等复杂处理过程，而且生物降解时间也比较长。尤其是，这种材料的降解方法对密封填埋的核工业防护服废弃物来说是无效的。

CN103280250A公开了一种以生物降解的聚乙烯醇材料制作的防护产品以及它的废弃物处理方法。该防护服用于核电站，使用废弃后能够溶解于热水，并通过过滤除去可能污染的放射性尘埃，溶液排放到土壤里后，由土壤细菌降解。由此方法，开发具有水溶性防护产品，以满足此防护产品废弃物处理方法成为当务之急。

CN102307727A和CN103252951A均公开了一种多层复合的防护材料，它由聚乙烯醇非织造布和聚乙烯醇薄膜复合而成，作为实现有害物质阻隔作用的聚乙烯醇薄膜，不但具有良好的透湿性，轻薄舒适的穿着性能，更具有在常温水下的水不溶解特性，且在高温水中完全快速的水溶解特征，能够满足CN103280250A公开的废弃物处理方法。但是此专利文献没有涉及所述防护材料的生产方法。

CN101367953B和CN103613772B分别公开了类似聚乙烯醇薄膜的生产方法，CN101603274A和CN103252951B分别公开了采用聚乙烯醇薄膜和聚乙烯醇非织造布制成多层复合材料的生产工艺。采用上述工艺，需要首先制造薄膜，然后进行复合，工艺复杂，生产效率低下，生产成本较高。

在上述工艺方法中，为得到高透湿的复合材料，需要制作高透湿的聚乙烯醇高温水溶薄膜，CN1973974A通过添加大量的不溶颗粒实现，然而得到的透气薄膜柔软性能不好，且在其一次性制成品销毁时，大量不溶物将堵塞过滤器，难以实现CN103280250A公开的快速降解方法；CN103252951B采用高吸水的甘油等物质作为增塑剂，提高了薄膜的透湿性能，虽然可以大大提高ASTME96倒杯法的透湿性能，也能在一定程度上提高正杯法透湿性能，然而难以与微孔膜的透湿性能相比拟；CN103613772B公开了一种高透湿的聚乙烯醇薄膜的生产方法，然而该方法投资较大，溶剂型生产介质对安全要求较高，不容易实现。

技术实现要素：

针对目前具有可生物降解性能、能快速降解的高透湿多层复合材料高生产成本、且透湿量不够高的问题，本发明提供一种高透湿生物降解复合材料及其生产方法。

为此，本发明采用的一种技术方案如下：一种高透湿生物降解复合材料，包括聚乙烯醇非织造布和涂布聚乙烯醇水溶液的基膜，

所述聚乙烯醇非织造布的一面憎水，另一面亲水，聚乙烯醇非织造布的憎水面与涂布聚乙烯醇溶液的基膜复合。

进一步地，所述的聚乙烯醇溶液包括如下质量百分比的组分：聚乙烯醇树脂80％，增塑剂7-9％，表面活性剂0.1-0.25％，硝酸铵8.2-16.5％，余量为水。

更进一步地，所述聚乙烯醇树脂的聚合度为500-2600，醇解度为99％以上。

更进一步地，所述的增塑剂为丙三醇。

更进一步地，所述的表面活性剂为脂肪醇、脂肪酸、聚氧化乙烯醚、改性硅油中的一种或几种的混合物。

进一步地，所述聚乙烯醇非织造布的憎水面由含氟的防水防油剂涂布在聚乙烯醇非织造布的一面上形成。本发明中，由于憎水性要求不高，绝大部分含氟的防水防油剂都可以使用，优选质量百分含量为1-50％(最优选为5-10％)的含氟丙烯酸共聚物乳液，商品名如：日本大金TG-581、TG-5546；日本旭硝子AG-E82；美国3M的PM-3622等。

进一步地，所述含氟的防水防油剂的涂布量为聚乙烯醇非织造布重量的0.5-1.5％。

进一步地，所述聚乙烯醇非织造布的克重为35-90gsm。

进一步地，所述的基膜为PET膜。

本发明采用的另一种技术方案如下：高透湿生物降解复合材料的生产方法，其包括步骤：

1)将含氟的防水防油剂通过喷涂法涂布在聚乙烯醇非织造布的一面上，涂布量为聚乙烯醇非织造布重量的0.5-1.5％，进入烘箱在115-125℃进行烘干，并在170-180℃焙烘5-60秒，然后冷却，使聚乙烯醇非织造布的一面成为憎水面；

2)聚乙烯醇树脂、增塑剂、表面活性剂、硝酸铵和水混合，在85-95℃加热搅拌条件下，溶解1-3小时形成聚乙烯醇溶液；将所述的聚乙烯醇溶液涂布在磨砂的基膜上，形成涂布聚乙烯醇溶液的湿膜；

3)将步骤1)得到的聚乙烯醇非织造布的憎水面与涂布聚乙烯醇溶液的湿膜进行无张力平整贴合，贴合后采用表面柔性的辊面(如PU发泡海棉辊、羊毛辊、毛刷辊等)，以最小接触压力进行压合，然后进入烘箱烘干。

本发明具有以下有益效果：本发明的高透湿生物降解复合材料具有比现有高透湿聚乙烯醇防护材料更高的水蒸汽透过率，在23℃、50％相对湿度条件下，能够达到ASTM E96正杯水法700g/d.sm以上透湿量；聚乙烯醇非织造布的亲水面具有亲水特性，能够吸收人体汗液体液，有很高的舒适性。采用本发明的生产方法，生产效率高，生产成本低。

本发明的高透湿生物降解复合材料经一次性使用后，可以通过溶解、过滤工艺，形成水溶液排放土壤中生物降解，或者经过化学催化降解、喷雾热氧化、催化氧化方式快速销毁。

附图说明

图1为本发明聚乙烯醇非织造布憎水面的加工流程图；

图2为本发明聚乙烯醇非织造布的憎水面与涂布聚乙烯醇溶液的湿膜复合的工艺示意图。

图中，1-聚乙烯醇水刺非织布放卷，2-聚乙烯醇水刺非织布，3-防水溶液喷嘴，4-第一烘箱，5-收卷，6-介质，7-涂布聚乙烯醇溶液的湿膜，8-单面憎水面的聚乙烯醇水刺非织布放卷，9-海棉压辊，10-第二烘箱，11-复合材料收卷。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明高透湿生物降解复合材料的生产方法，其步骤如下：

1)将质量百分含量为5-10％的含氟丙烯酸共聚物乳液，通过喷涂法涂布在聚乙烯醇非织造布的一面上，涂布量为聚乙烯醇非织造布重量的0.5-1.5％，进入烘箱在115-125℃进行烘干，并在170-180℃焙烘5-60秒，然后冷却，使聚乙烯醇非织造布的一面成为憎水面，如图1所示。

2)聚乙烯醇树脂、增塑剂、表面活性剂、硝酸铵和水混合，在85-95℃加热搅拌条件下，溶解1-3小时形成聚乙烯醇溶液；将所述的聚乙烯醇溶液涂布在磨砂的基膜上，形成涂布聚乙烯醇溶液的湿膜；

3)将步骤1)得到的聚乙烯醇非织造布的憎水面与涂布聚乙烯醇溶液的湿膜进行无张力平整贴合，贴合后采用表面柔性的辊面，如PU发泡海棉辊、羊毛辊、毛刷辊等，以最小接触压力进行压合，然后进入烘箱烘干，切边后收卷得到成品。

实施例1

将含有5％的全氟C6丙烯酸共聚物乳液(选用日本大金TG-581)，通过喷涂法，均匀涂布在45gsm聚乙烯醇水刺非织造布的一面，涂布量为1％，立即进入烘箱以120℃温度烘干，并以175℃温度焙烘30秒。冷却后收卷。

取2499聚乙烯醇100kg，放入具有95℃夹套加热的混合容器中。加入550kg水、11kg甘油、0.125kg月桂酸聚乙二醇酯、硝酸铵10kg，搅拌溶解2小时以上备用。

将上述溶解的聚乙烯醇溶液均匀涂布在磨砂PET基材上，涂布量为160gsm，将上述聚乙烯醇水刺非织造布无张力平整地贴合在湿膜上，并以直径15mm的海棉辊轻轻碾压一遍后，进行烘箱，以120-140℃温度烘干，切边后收卷得到成品。

经检测，成品克重为74gsm，23℃50％相对湿度条件下，ASTM E96正杯水法透湿量达到821.25g/d.sm。

实施例2

上述实施例中，将聚乙烯醇水刺非织造布的克重改为62gsm。得到的成品为91gsm，透湿量为755.23g/d.sm。

实施例3

将含有10％的全氟C6丙烯酸共聚物乳液(选用日本旭硝子AG-E82)，通过喷涂法，均匀涂布在45gsm聚乙烯醇水刺非织造布的一面，涂布量为1.5％，立即进入烘箱以120℃温度烘干，并以175℃温度焙烘30秒。冷却后收卷。

取2499聚乙烯醇100kg，放入具有95℃夹套加热的混合容器中。加入550kg水、9kg甘油、0.3kg月桂酸聚乙二醇酯、硝酸铵20kg，搅拌溶解2小时以上备用。

将上述溶解的聚乙烯醇溶液均匀涂布在磨砂PET基材上，涂布量为150gsm，将上述聚乙烯醇水刺非织造布无张力平整地贴合在湿膜上，并以直径15mm的海棉辊轻轻碾压一遍后，进行烘箱，以120-140℃温度烘干，切边后收卷得到成品。

经检测，成品克重为73gsm，23℃50％相对湿度条件下，ASTM E96正杯水法透湿量达到856.12g/d.sm。

实施例4

上述实施例中，将10％的全氟C6丙烯酸共聚物乳液(选用美国3M的PM-3622)喷涂量调整为0.5％。得到的成品为74gsm，透湿量为884.75g/d.sm。

本发明高透湿生物降解复合材料的透湿原理如下：

将本发明高透湿生物降解复合材料制成防护产品，穿着时，由于人体表皮不断挥发水份，在复合材料与体表之间形成较高湿度的区域。复合材料靠近较高湿度区域的是复合材料的亲水面，由于亲水面在接触较高湿度的区域中水分子时，更容易吸收水分子，聚乙烯醇纤维局部溶胀，使复合材料含水量增高，水分子扩散到复合材料的另一面，贴近基膜的一面。在基膜(即PET基材)表面的聚乙烯醇中，添加了硝酸铵组分。由于硝酸铵具有极强的吸潮性，且它只含有氢氧氮三种元素，使得含它的面料，能够在专用的一次性废弃物处理装置中，通过氮氧化合物催化还原成氮气，避免排放污染大气。硝酸铵这一强烈的吸潮特性，使得基膜能够大量吸收布料中的水分，基膜的含水量变得很高，在基膜靠近较低湿度的外表面，水分向较低湿度外表面空气中挥发，整个过程形成一个动态平衡，水蒸汽形成一个从一面向另一面透过的过程。

上述过程同样也适合于ASTM E96 Procedure B标准测试过程原理。

样品测试结果

以下测试以ASTM E96-05标准中，Procedure B，蒸馏水法测试，两层复合亲水面朝水，薄膜朝外。本测试误差在5％左右。

本发明采用憎水面贴合湿膜的理由：

在之前的多层复合面料(CN101603274)中，聚乙烯醇薄膜和无纺布是采用超声波焊接原理复合到一起的，后来因为超声波复合工艺生产效率低下，渗漏可靠性差等原因，改为用胶水粘合薄膜和无纺布(CN103252951B)。为了改善复合材料的穿着舒适度，并提高生产效率，降低生产成本，本发明采用无纺布直接与聚乙烯醇溶液涂布湿膜进行贴合后干燥成复合材料。但由于聚乙烯醇无纺布具有极好的亲水性能，聚乙烯醇无纺布直接与聚乙烯醇溶液接触以后，会将聚乙烯醇溶液湿膜快速吸收到无纺布内，干燥后面料不分薄膜层和布料层，且非常僵硬如纸板，失去使用价值。当无纺布进行憎水处理后，布料不会直接吸收聚乙烯醇水溶液湿膜，湿膜干燥后，沾粘在布料表面，起到防护作用。

本发明采用硝酸铵的理由：

本发明复合材料的生产工艺和产品使用决定了采用的原料，必须符合以下条件：

1.不与薄膜的主要成份聚乙烯醇和其它添加组分起化学反应；

2.具有强烈的吸潮吸湿性能；

3.能够溶解于水；

4.仅含有碳氢氧氮4种元素。

能符合前3条要求的吸潮剂比较多，如氯化钙等，但是，一次性防护服在使用废弃后，将溶解于水进行化学降解后，高浓溶液直接喷雾热氧化，其中含有的金属氧化物将会堵塞管道，无机非金属元素的，如卤素等，将形成腐蚀性气体被循环水吸收腐蚀设备，残余部分将排放污染大气；含硅的，会形成二氧化硅堵塞催化剂；硼化合物会引起聚乙烯醇交联，堵塞滤网。因而有第4点需求。碳氢氧将直接氧化生成二氧化碳和水，氮元素氧化成氮氧化合物，由废弃物处理装置自带的催化单元还原成氮气排放。

符合上述条件的除硝酸铵以外，还有如某些氨基酸、类透明质酸、壳聚糖等，但这类物质与硝酸铵比，其价格较高，不容易大量得到，而硝酸铵是很多化肥厂的副产品，价廉易得，因而采用硝酸铵是比较经济的方案。