醫(yī)用非織造過濾材料的發(fā)展與應用

陳 浩 趙明良 楊 靖 邢明杰 寧 新

1. 山東出入境檢驗檢疫局 (中國) 2. 青島大學 紡織服裝學院 (中國) 3. 青島大學 非織造材料與產(chǎn)業(yè)紡織品創(chuàng)新研究院(中國)

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醫(yī)用非織造過濾材料的發(fā)展與應用

陳 浩1趙明良2楊 靖2邢明杰2寧 新3

1. 山東出入境檢驗檢疫局 (中國) 2. 青島大學 紡織服裝學院 (中國) 3. 青島大學 非織造材料與產(chǎn)業(yè)紡織品創(chuàng)新研究院(中國)

非織造過濾材料作為一種新型的紡織過濾材料，在醫(yī)療衛(wèi)生、過濾等行業(yè)都有很大的應用潛力和市場。介紹了非織造過濾材料的性能指標、測試方法及在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應用,分析了醫(yī)用非織造過濾材料的市場前景和發(fā)展趨勢。

非織造材料; 過濾材料; 醫(yī)療領(lǐng)域; 應用

過濾是一個在氣體或液體中分離、捕捉顆粒狀物質(zhì)的過程，應用于過濾的非織造材料具有很多優(yōu)良特性，主要為過濾效率高、易生產(chǎn)、成本小、價格低，易與其他種類的非織造過濾材料復合，且容易在生產(chǎn)線上進行打裥、折疊和模壓成型等深加工處理，因而非織造過濾材料將可逐步取代傳統(tǒng)的過濾材料，并廣泛應用于各領(lǐng)域，過濾用非織造紡織品的用量將越來越大。

由于醫(yī)療衛(wèi)生用品大部分為一次性用品，非織造材料不僅易于加工、成本低廉，而且還能有效防止病菌的傳播和交叉感染。因此，非織造過濾材料在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應用尤其廣泛。非織造纖維網(wǎng)制成的過濾材料，由于孔隙多、表面毛羽較少，具有良好的吸濕和透氣性，優(yōu)于傳統(tǒng)紗布的抗菌性，不易與人體傷口粘連發(fā)生感染，因而得到越來越多的應用。

1 影響過濾效率的因素

1.1 非織造材料結(jié)構(gòu)

一般情況下，要求過濾材料在結(jié)構(gòu)上能夠阻擋或吸附顆粒，并確保一定量的氣體順利通過。過濾材料的過濾作用是通過其內(nèi)部的孔隙通道實現(xiàn)的，所以孔徑及其分布對材料的過濾效率有很大影響。研究表明，非織造材料孔隙率越小，過濾效率越高。這是因為材料孔隙率減小時，纖維在整個材料結(jié)構(gòu)中所占的空間增大，與顆粒的接觸機會增多，對顆粒的捕捉能力增強，因此材料的過濾效率提高。對過濾用非織造材料而言，其結(jié)構(gòu)與過濾效率有著密不可分的關(guān)系[1-2]。

1.2 顆粒尺寸和形狀

顆粒的尺寸和形狀影響過濾材料的過濾效率。

顆粒粒徑由小到大，擴散效率則逐漸減弱，粒徑較小的顆粒由于擴散作用會先沉積在纖維上，粒徑較大的顆粒由于攔截和慣性作用也會沉積在纖維上。圖1所示為微粒直徑與過濾效率的關(guān)系。

圖1 微粒直徑與過濾效率的關(guān)系

1.3 過濾速度

圖2 過濾速度與過濾效率的關(guān)系

過濾速度與過濾效率的關(guān)系如圖2[3]所示。可見，在過濾速度較小的情況下，隨著過濾速度的增大，過濾效率下降。對于直徑相同的纖維而言，隨著顆粒直徑的減小，纖維越不易捕捉顆粒，顆粒穿透率增大，導致過濾效率降低；對粒徑相同的顆粒而言，隨著纖維直徑的增大，纖維比表面積減小，對顆粒的捕捉能力減弱，顆粒穿透率增加，導致過濾效率降低。

1.4 溫濕度

過濾材料主要依靠布朗擴散、截留、慣性碰撞、重力沉積等機械作用來過濾空氣中的顆粒。過濾空氣時，升高溫度，顆粒的擴散程度會隨之增強，但溫度升高，氣體的黏性也變大，粒徑較大的顆粒由于慣性和重力，不易沉積在纖維上[4]，過濾效果明顯下降。且提高過濾空氣的濕度后，顆粒的擴散程度會增大，過濾效果也將明顯下降。

2 過濾材料的性能測試

過濾材料的過濾性能指標包括孔徑、透氣性、過濾材料的相容性，以及過濾精度等。

2.1 孔徑

過濾材料和過濾產(chǎn)品尺寸都用孔徑(μm)表征，但孔徑和過濾精度沒有直接聯(lián)系。孔徑的測試方法有統(tǒng)一標準，即將過濾材料浸入試驗溶液中，同時在過濾材料的末端施加一定壓力的氣體，氣體從另一端以氣泡的形式溢出，用溢泡點氣泡的微壓值來表征孔徑的大小[5]。計算式為

式中:D——孔徑；S——試驗液表面張力；P——溢泡點微壓值。

在城市化進程不斷加快的信息時代下，人們對電力的需求日益增多。在此基礎(chǔ)上，我國工業(yè)化得到了迅猛的發(fā)展。雖然工業(yè)化的發(fā)展，在一定程度上促進了社會經(jīng)濟的繁榮，但是也導致我國環(huán)境污染受到了嚴重破壞。因此，現(xiàn)階段，人們逐漸加強對生態(tài)環(huán)境和空氣質(zhì)量的重視。為了滿足人們的生活需求，工業(yè)化電廠企業(yè)逐漸開始重視脫硫脫硝和煙氣除塵技術(shù)。本文通過對電廠鍋爐脫硫脫硝和煙氣除塵技術(shù)的特點、技術(shù)等分析，對于促進電廠過濾的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

2.2 透氣性

透氣性是衡量過濾材料性能的一項指標，是指在單位壓差作用下單位面積過濾材料所通過的平均空氣流量。透氣性是產(chǎn)品過濾性能的直接影響因素，大多基于一定量的氣體通過一定面積的過濾材料時所遇到的阻力進行表征。

2.3 過濾材料的相容性

過濾材料還會受到工作液體的影響，如果與工作液體不相容，過濾材料就極可能出現(xiàn)軟化和熔融狀況[6]；過濾材料的相關(guān)性能在酸、堿及其他化學試劑作用下也會發(fā)生改變，出現(xiàn)變脆、變軟、發(fā)脹及分解等現(xiàn)象，這必將嚴重影響過濾材料的使用性能。

3 醫(yī)療過濾用非織造材料的應用狀況

非織造過濾材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應用越來越得到人們的認可，許多國家都有大量投入，以研發(fā)更多、更實用的非織造過濾材料。其中，液體過濾材料和空氣過濾材料是當前具有較大研究價值的兩類醫(yī)用非織造過濾材料。

3.1 醫(yī)療液體過濾用非織造材料

當今醫(yī)學上關(guān)于血液過濾用非織造材料、人造器官和止血紗布的研究較以往增多，這些材料都屬非織造液體過濾材料。例如，經(jīng)常需要給病人或傷員進行輸血，但血液中含有白細胞，而白細胞抗體的存在會產(chǎn)生許多副作用，如非溶血性熱反應、呼吸困難及病毒傳染等，為減少這些副作用，通常需在輸血過程中采用去除白細胞的辦法[7]。非織造材料由于其特殊結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良的過濾性能，其中，熔噴非織造材料又具有超細纖維結(jié)構(gòu)，因而普遍認為是一種性能優(yōu)良的液固分離材料。以熔噴法制成的聚丙烯非織造過濾材料[8]，具備特殊的纖維結(jié)構(gòu)和細尖的邊緣等特性，間隙小且分布均勻，因而具有比表面積大的特性，同時它還具有生物特異性，無副作用，不易感染，因而可應用在血液過濾方面。國內(nèi)外的研究資料表明，聚丙烯熔噴非織造材料經(jīng)過等離子體等表面改性處理后，親水性大大提高，能最大程度地過濾白細胞，過濾性能增強，對血液過濾的臨床應用具有重要的意義。

3.2 醫(yī)療空氣過濾用非織造材料

醫(yī)療過濾用非織造材料在空氣過濾方面應用最為廣泛的是過濾式非織造口罩，以及大量生產(chǎn)的醫(yī)療用品(包括手術(shù)服和一次性床單)。醫(yī)用非織造空氣過濾材料所用的纖維一般為合成纖維，是將不同種類的纖維混用制備的，然后將混用纖維與水性聚合物分散液黏合。

采用水刺法或熔噴法制成的非織造復合材料具備優(yōu)良的柔軟性、透氣性和過濾性能，可用于制作過濾式醫(yī)用防護口罩。這種防護口罩要求能阻止病菌通過空氣傳播給醫(yī)生或病人，降低手術(shù)的危險性。為此，對用于制造熔噴非織造過濾材料的纖維有嚴格要求，要求纖維直徑足夠小，小于病毒和塵埃直徑，從而使非織造材料中纖維表面積非常大，以確保醫(yī)用防護口罩具有優(yōu)良的氣體過濾和細菌屏蔽功能。

針刺非織造材料的孔隙通道為蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具有一定的強度，作為一種性能優(yōu)良的過濾材料也可應用于非織造口罩的生產(chǎn)。目前開發(fā)了一種由兩層針刺非織造材料組成的過濾式非織造口罩[9]，選用100%聚酯纖維，或聚乙烯醇纖維與聚酯纖維各占50%的混合纖維為原料，為增強過濾細菌的能力，可將具有一定蓬松度的聚丙烯纖網(wǎng)放在表層與內(nèi)層之間，或采用電極化的聚丙烯纖網(wǎng)，這種電極化的聚丙烯纖維網(wǎng)可由熔噴法[10]制得。

目前，越來越多的口罩都選用復合非織造材料進行生產(chǎn)。

4 結(jié)論

復合材料已越來越多地應用于防護性醫(yī)用品領(lǐng)域，使用時要求兼顧材料的細菌屏蔽性、舒適性和透氣性等。世界各國已越來越重視對功能性纖維材料的研發(fā)，將生物醫(yī)學與功能性非織造纖維結(jié)合起來進行研究，相信未來一定能開發(fā)出科技含量更高的醫(yī)療用非織造過濾材料，并在醫(yī)療實踐中得到廣泛應用。

[1] 李瑞欣,彭景洋,劉亞,等.非織造布在過濾中的應用[J].非織造布,2011,19(6):63-66.

[2] 楊旭紅.非織造材料基本結(jié)構(gòu)特征的表達[J].紡織導報,2004,16(4):16-19.

[3] 簡小平.非織造布空氣過濾材料過濾性能的研究[D].上海：東華大學,2014.

[4] 王同慶.過濾材料主要性能參數(shù)關(guān)系[J].過濾與分離,2000,10(1):30-32.

[5] 劉呈坤,馬建偉.非織造布過濾材料的性能測試及產(chǎn)品應用[J].非織造布，2005,13(1):30-34.

[6] 魏取福.非織造濾布過濾性能研究[J].紡織學報,2001,22(4):59-60.

[7] 楊海華.血液過濾用非織造布的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,1999,17(1):22-25.

[8] 楊瀟瀟,萬明,陳福通.醫(yī)用非織造布過濾材料的現(xiàn)狀與性能研究[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2011,40(1):28-29.

[9] 張如全,徐滇,康翠珍,等.熔噴非織造布醫(yī)用口罩的開發(fā)[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,1995,13(2):19-21.

[10] 遲莉娜.抗菌整理及抗菌非織造布的開發(fā)應用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,1999,17(1):16-21.

Development and application of medical nonwoven filter materials

ChenHao1,ZhaoMingliang2,YangJing2,XingMingjie2,NingXin3

1.ShandongEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Qingdao/China2.CollegeofTextiles&Clothing,QingdaoUniversity,Qingdao/China3.IndustrialResearchInstituteofNonwoven&TechnicalTextiles,QingdaoUniversity,Qingdao/China

Nonwoven filter materials as a new type of textile filter material, have a great application potential and market in many fields such as medical care and filter. Medical nonwoven filter materials were introduced by the performance index, the test method and the application in medical fields. The market prospect and development trend of medical nonwoven filter materials were analyzed.

nonwoven; filter material; medical field; application