近年來，由于環(huán)境的不斷惡化，極端天氣事件出現(xiàn)越來越頻繁(例如全球極端高溫天氣)，這對人類的正常生活，特別是在特殊環(huán)境中工作的人們提出了巨大的挑戰(zhàn)。因此，個人防護裝備(PPE)在保護消防員、士兵、醫(yī)護人員等在惡劣環(huán)境中工作的人員方面發(fā)揮著不可或缺的作用。個人防護裝備可以防止病毒(如COVID-19)、火災(zāi)以及物理和化學(xué)傷害。PPE可以有效降低在惡劣環(huán)境下的傷害風(fēng)險，但同時也會造成人體透濕性的降低，嚴(yán)重限制汗液的蒸發(fā)和人體的散熱。由于穿著PPE的人員在工作過程中會大量出汗，容易在PPE內(nèi)部的皮膚表面積累汗液，不易蒸發(fā)，增加熱應(yīng)激和不適感。當(dāng)在高溫環(huán)境下長時間的工作，最終會導(dǎo)致細菌滋生、肌肉痙攣、電解質(zhì)紊亂、中暑甚至死亡。
擁有一個舒適的熱環(huán)境不僅是人類正常生活不可缺少的需求，而且對人體健康起著至關(guān)重要的作用。而高熱、高濕環(huán)境會造成工作人員的生理和心理問題，如不舒服感、人體健康風(fēng)險等，進而對工作積極性、勞動生產(chǎn)率和社會經(jīng)濟產(chǎn)生負(fù)面影響。
一般來說，人體散熱的途徑有四種:輻射、對流、傳導(dǎo)和蒸發(fā)。因此，許多專注于設(shè)計制備具有輻射性能、蒸發(fā)性能和導(dǎo)熱性能的制冷紡織品用于個人熱管理(PTM)的技術(shù)已經(jīng)得到了快速發(fā)展。然而，目前大多數(shù)制備得到的功能服裝主要適用于戶外個人熱管理或常規(guī)人群，而不適用于需要在惡劣環(huán)境下穿著防護服工作的特殊工作人群，如士兵、消防員、醫(yī)護人員等。因此，基于PTM的排汗吸濕制冷服裝的開發(fā)制備技術(shù)鮮有報道。
近日，在此背景下，蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院李戰(zhàn)雄教授課題組、新加坡南洋理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院魏磊教授課題組和新加坡國立大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Tan Swee Ching(陳瑞深)教授課題組提出了一個新概念，通過將超吸濕、抗菌和防污性能集成到一個可穿戴制冷服裝中，實現(xiàn)長期個人的人體熱管理的效果。具體來說，設(shè)計了一種由超吸濕性摻鈣鹽的聚4-苯乙烯磺酸鈉膜(Ca-PSS)和超疏水性Zn基MOF織物組成的類“三明治”結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)在高溫環(huán)境下工作時人體排汗過程的冷卻、防污和抗菌能力。
Ca-PSS膜能夠迅速吸收人體皮膚上產(chǎn)生的汗液，可有效降低人體微環(huán)境中的濕度和溫度熱指數(shù)，進而表現(xiàn)出良好的降溫效果，從而防止人體脫水中暑，提高防護服內(nèi)部微環(huán)境的熱舒適性。
值得注意的是，Ca-PSS膜/MOF可穿戴織物的三明治結(jié)構(gòu)具有單向?qū)竦腏anus特征，可以使汗液水汽單向透過織物并保留在內(nèi)部的Ca-PSS膜的網(wǎng)絡(luò)中。這樣可以防止被吸收的汗液再次回流到皮膚表面。此外，超疏水MOF織物不僅能表現(xiàn)出優(yōu)異的防污抗菌性能，還能進一步防止吸汗膜直接接觸皮膚引起的二次不適。
因此，多功能三明治結(jié)構(gòu)超吸濕Ca-PSS/MOF可穿戴設(shè)備可以幫助那些需要穿著防護服在高溫環(huán)境中工作的人員(世界各地的消防員、士兵、醫(yī)護人員等)，顯著降低其防護服內(nèi)部微環(huán)境中的濕度和熱指數(shù)，達到制冷舒適的效果。最后通過人體穿著制備的T恤和消防服模擬實驗證明，所制備的T恤能夠通過高效的排汗蒸發(fā)制冷緩解人體的熱應(yīng)力，提高舒適性，同時具有優(yōu)異的抗菌和防污性能。
