接触角表征医用纺织品表面润湿性试验研究

发布日期：2025-01-06 14:26

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表面润湿性是医用纺织品表面特性的重要表征项目，如医用防护服、手术衣、手术单、口罩等产品都涉及表面润湿性测试和评价。文中通过配制不同表面张力的试液，分析不...

表面润湿性是医用纺织品表面特性的重要表征项目，如医用防护服、手术衣、手术单、口罩等产品都涉及表面润湿性测试和评价。文中通过配制不同表面张力的试液，分析不同表面张力试液对样品接触角测试结果的影响，同时研究采用接触角表征医用纺织品表面润湿性的可行性。结果表明，不同表面张力的试液与接触角测试结果有相关性，表面张力越小，接触角越小，当表述医用纺织品对于液体的接触角是多少时，必须同时指明所使用的液体种类及表面张力；采用接触角作为客观量值，可以更加准确有效地评价医用纺织品的表面润湿性能，不受检测人员操作和主观评级因素的影响。

湿是一种流体取代界面上另一种流体的界面现象，通常是指液体从固体表面取代气体的过程。表面润湿性是医用纺织品表面特性的重要表征项目之一，包括医用防护服、手术单、手术衣、手术洞巾、口罩等都会涉及到表面润湿性的表征[1]。纺织品拒水整理一般通过在产品表面涂覆一层低表面能物质，或者通过使用拒水类纤维，使产品表面由高能表面变为低能表面，产品表面能越小，则拒水效果越好。

在织物表面疏水拒水开发研究方面，康伟等[4]研制了拒水拒油纳米Si O2面料，分别使用沾水性能、拒油性能和接触角这3种不同方法对面料测试表征，结果表明，接触角法可作为评定纳米技术处理服装拒水拒油性能的有效测试方法。皇甫志杰等[5]采用溶胶凝胶法制备了纳米Si O2微粒，将其整理到棉织物表面，在织物表面构建微纳米级粗糙结构，用3种无氟疏水剂对织物进行修饰，使其具备超疏水性能，通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析Si O2粒子晶体形态和整理前后棉织物的化学结构及微观形貌，并通过接触角等评价织物疏水性能。张维等[6]基于仿生超疏水理论，将溶胶凝胶法制得的纳米二氧化硅粒子与阳离子聚电解质聚烯丙基胺盐酸盐（PAH），通过静电层自组装作用交替沉积在棉织物表面，构筑微细粗糙结构，随后用低表面能物质十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）和十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）进行修饰以实现超疏水效果。周枫等以溶胶凝胶法制备的纳米Ti O2溶胶和十二烷基三甲氧基硅烷为原料，以具有纵向分裂结构的米字形截面涤纶纤维织物为基材，通过低温氧等离子体预处理、浸轧处理和高温固化处理，在织物纤维上构筑了具有多级粗糙度结构的超疏水表面，制备了具有高疏水耐久性和疏水自修复性的功能纺织品。

在表面润湿性评价方面，目前多采用目光评级方法，如国家标准GB/T 4745—2012《纺织品防水性能的检测和评价沾水法》、GB/T 24120—2009《纺织品抗乙醇水溶液性能的测定》和GB/T19977—2014《纺织品拒油性抗碳氢化合物试验》等。GB/T 4745—2012标准用于测试蒸馏水或去离子水对纺织品的表面润湿性能，是一种主观评定方法；GB/T24120—2009标准通过配制不同质量分数的乙醇溶液，用于测试纺织品表面抗乙醇性能，如明显的球珠状液滴、局部加深的半球状液滴、芯吸、完全润湿等，采用人眼主观判定；GB/T 19977—2014标准则选取不同表面张力的一系列碳氢化合物标准试液滴加在试样表面，观察表面润湿情况，采用拒油等级来表征样品的拒油性，由人眼来观察液滴的情况。综合以上标准，目前均是使用试验人员主观评级方式。由于试验人员试验操作以及自身目光之间差异，可能导致测试结果差异。

不同液体有不同的表面张力，其对产品的润湿能力也不同，对于医用纺织品而言，常见的液体包括合成血液、水、不同浓度的乙醇溶液等。在医药行业标准YY 0469—2011《医用外科口罩》中，在抗合成血液穿透性试验中，合成血液由红色染料、表面活性剂、增稠剂和蒸馏水组成，其表面张力和黏度可以代表血液，该合成血液、水、乙醇表面张力分别为（42.0±2.0) m N/m、72.0 m N/m、22.0m N/m左右，不同配比的水-乙醇混合溶液有不同的表面张力。

将1滴液体滴在固体表面上，液滴接触试样表面时，固体、液、气体三相交点处的气-液界面的切线和固-液交界线之间的夹角称为接触角。本试验研究采用接触角作为客观量值表征医用纺织品的表面润湿性能，即将1个液滴滴在试样表面上，液滴接触试样表面达到平衡时，固液气三相交点处的气液界面的切线与固液间交界线之间形成夹角。

将液体与试样表面相互作用形成的接触角大小作为衡量医用纺织品表面润湿性的指标，得到了可以量化的物理量来表征医用纺织品的表面润湿性能。液滴在医用纺织品上的不同形态如图1所示，其中接触角小于90.0°，纺织品表面属于亲水表面，容易被润湿；接触角约等于90.0°，纺织品具有一定的拒水性；接触角远远大于90.0°，纺织品表面属于拒水表面，具有非常强的拒水效果。

图1 液滴在医用纺织品表面的不同形态

1 试验

1.1 样品

蓝色医用纺织品：纺黏熔喷纺黏（SMS）复合非织造布。

1.2 分析仪器

OCA 15 EC视频光学接触角测试仪（德国Dataphysics公司）。

1.3 试验内容

通过配制不同表面张力的试液，采用表面张力仪测试不同试液的表面张力。通过OCA 15 EC视频光学接触角测试仪研究不同表面张力试液对试样接触角测试结果影响。

2 结果与分析

2.1 乙二醇与水混合溶液试验

分别配制不同质量分数的乙二醇和水的混合溶液，并测试试液的表面张力，采用配制的试液进行接触角测试，测试结果如表1和图2所示。

从表1和图2中可以看出，当采用三级水时，其表面张力为72.9 m N/m，此时测得的样品表面接触角为141.2°，水基本呈现近似圆形稳定在样品表面；当采用60%乙二醇混合溶液时，测得混合溶液表面张力为60.5 m N/m，此时测得的样品表面接触角为130.2°，与水相比，接触角下降了10.0°；当采用乙二醇时，测得乙二醇的表面张力为43.1 m N/m，此时测得的样品表面接触角为121.5°。结果可知，随着所用试液表面张力越小，液滴与样品之间的接触角越小，与表面张力变化呈现一定的线性相关性。

表1 接触角测试结果

图2 试验液体表面张力和接触角关系

2.2 异丙醇与水混合溶液试验

分别配制9种质量分数不同的异丙醇与水混合溶液作为试液，对样品进行表面润湿性试验，样品上呈现的形态如图3所示。

从图3中可以看出，从图3a到图3e，接触角下降的趋势比较缓慢，并且与表面张力呈现一定的线性相关性，此时液滴保持较为稳定的近圆形状态；从图3f开始，则接触角下降的趋势明显，说明对于同一类液体，在某个表面张力时，接触角会发生明显变化。从图3h和图3i可以看出，此时的接触角已经小于90.0°，接触角90.0°作为润湿与否的分界线，说明图3h和图3i已经出现部分润湿，当试液的表面张力下降到30.0m N/m时，接触角出现更大幅度地下降，试液对样品出现了润湿。