應用 | 醫用口罩用新型石墨烯無紡布性能測試與評價

研究背景

自疫情爆發以來，個人防護進入常態化，消費者對口罩的要求從最開始的單一防護功能向舒適化、可復用、時尚化等多功能性轉變。市場對多功能化醫用口罩的迫切需求，不斷推動著現代醫用口罩非織造布在新材料、新技術方面的不斷探索和改進。有研究表明，將傳統非織造織物材料與石墨烯相結合，可開發高效、低阻的新型復合材料。同時，利用石墨烯獨te的網狀結構和ji高的比表面積，吸附和過濾顆粒、細菌和病毒，能有效阻隔冠狀病毒，大大地拓寬了石墨烯的應用領域。

2020年12月25日，在深圳舉行的第22屆中國國際高新技術成果交易會上，一種新型石墨烯無紡布一經面世就獲得優秀產品獎，引起了社會各界的廣泛關注。這種新型石墨烯無紡布是將傳統原料聚丙烯替換為石墨烯/聚丙烯復合母粒，采用紡粘無紡布制造工藝制備獲得。

本文通過對這種新型石墨烯無紡布微觀組織形貌及熱性能、表面親疏水(油) 性、防水性能、透氣性、壓力差、 配戴時效性及是否有異味等進行測試和評價，分析研究這種新型石墨烯無紡布在醫用口罩方面的應用前景，開發石墨烯在醫療器械領域的應用潛力，為口罩生產企業的產品升級、轉型提供數據支撐。

圖1. 石墨烯無紡布和醫用無紡布掃描電子顯微鏡照片

實驗方法與儀器

本文采用KRüSS DSA25B接觸角測量儀對石墨烯無紡布進行接觸角測試。

DSA25B接觸角測試儀

實驗開始前，將石墨烯無紡布用蒸餾水超聲清洗，并在50°C的鼓風干燥箱中烘干。實驗時， 樣品平鋪在載玻片上，水滴(油滴)體積約為2μL。高速相機捕捉水滴(油滴)照片，采用座滴法測量接觸角，即在液滴輪廓和表面投影(基線)之間的交叉點上(三相接觸點)使用座滴圖像量取接觸角，每張照片測量10組數據，取平均值作為測試結果。

結果與討論

圖2. 石墨烯無紡布表面親疏水（油）性測試結果

（注：a.水（油）滴光學照片；a.水（油）接觸角）

在室溫條件下，分別測試了石墨烯無紡布正反面水和油的靜態接觸角。圖2a所示為測試過程中捕捉的水(油)滴光學照片，通過座滴圖像法量取的接觸角如圖2b所示。可知，石墨烯無紡布正面水接觸角為132.6°，反面水接觸角為138.8°，正面油接觸角為142.8°，反面油接觸角為129.9°。這種新型石墨烯無紡布纖維表面張力低于水、油的表面張力，使得水滴以及油污無法在織物表面鋪展，因此證明這種新型石墨烯無紡布具有拒水、拒油的特性。同時，防水性能評價測試結果顯示試樣表面沒有潤濕，存有少量水珠，依照GB/T 4745-2012《紡織品防水性能的檢測和評價沾水法》評價標準，沾水等級達到4~5 級，該材料具有良好的抗沾水性能。

總結

可看出減少銀漿層的空洞是提高芯片鍵合強度的一種有效方法。合適的粘合促進劑可以幫助增加銀漿在基材表面的浸潤并減少界面銀漿層里的空洞。

新型石墨烯無紡布在醫用口罩的應用中體現出了組織結構穩定、拒水、拒油、抗沾水、低阻透氣、口罩無異味的特性，符合當下人們對口罩的舒適性、防護性和可重復使用性的要求，有助于口罩生產企業對產品的升級、轉型。隨著石墨烯無紡布生產技術和表面改性技術不斷完善成熟，新型石墨烯無紡布在醫用口罩、醫用縫合線、醫用輔料等醫療器械的應用將得到進一步拓展，從而實現石墨烯在功能無紡布應用中的商業化與規模化，未來可能會有越來越多功能各異的石墨烯無紡布產品陸續出現在市場上。