一次性醫(yī)用防護(hù)非織造材料研究進(jìn)展及展望

葉曉睿 馬 勇 趙 建 田明偉

1． 青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東 青島 266071；

2． 青島佰紡寢裝用品有限公司，山東 青島266071；

3． 青島起初智能有限公司，山東 青島 266071

SARS病毒、禽流感病毒及新型冠狀病毒(COVID-19)等的出現(xiàn)與傳播極大地威脅著人類(lèi)的生命和健康，這使得一線防疫工作人員對(duì)醫(yī)用防護(hù)口罩和醫(yī)用防護(hù)服等醫(yī)用防護(hù)類(lèi)產(chǎn)品的需求急劇增加。醫(yī)用防護(hù)非織造材料作為醫(yī)用防護(hù)類(lèi)產(chǎn)品(如醫(yī)用防護(hù)口罩、醫(yī)用防護(hù)服、手術(shù)衣、手術(shù)洞巾等)的基礎(chǔ)材料，其因加工工藝流程短、生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量高、成本低、用途廣、原料多等特點(diǎn)，在醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力，在醫(yī)療器械等方面也有大規(guī)模的應(yīng)用。

阻隔防滲性是醫(yī)用防護(hù)類(lèi)產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，良好的舒適性、抗菌殺菌性及物理力學(xué)性能等也是提高醫(yī)用防護(hù)類(lèi)產(chǎn)品穿著舒適性、減輕醫(yī)護(hù)人員身心疲勞感的重要保障。目前，有關(guān)醫(yī)用防護(hù)非織造材料的穿著舒適性、物理力學(xué)性能及吸濕透氣性等的研究還不夠深入，高性能及功能多樣化、差別化仍將是醫(yī)用防護(hù)非織造材料的發(fā)展方向[1]。

本文將從纖維新材料、非織造材料類(lèi)型及應(yīng)用三方面綜合介紹醫(yī)用防護(hù)非織造材料的進(jìn)展，以期為高性能及功能多樣化、差別化的醫(yī)用防護(hù)非織造材料的研發(fā)提供建議和參考。

1 纖維新材料

科技的進(jìn)步帶動(dòng)了醫(yī)用防護(hù)非織造材料的發(fā)展，一系列新穎且性能優(yōu)于傳統(tǒng)纖維的新型纖維被研發(fā)出來(lái)。部分新型纖維在功能方面得到了改善，部分在纖維形態(tài)、性能或其他方面與傳統(tǒng)纖維存在不同。本節(jié)將根據(jù)醫(yī)用防護(hù)非織造材料的性能要求，結(jié)合纖維新材料的特點(diǎn)，介紹幾種有代表性的如殼聚糖纖維、竹炭纖維、聚乳酸纖維等新型纖維在醫(yī)用防護(hù)非織造材料中的應(yīng)用。

1.1 殼聚糖纖維

甲殼素是以蝦皮、蟹殼等天然高聚物為原料加工制成的，其原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉[2]。甲殼素纖維主要采用濕法紡絲法制備[3]。但甲殼素的溶解性較差，處理較困難，故制備紡絲液時(shí)會(huì)先對(duì)甲殼素脫乙酰化，這樣得到的殼聚糖的溶解性會(huì)大為改善，可溶于弱酸性溶液中，制備出殼聚糖紡絲液。

良好的吸濕導(dǎo)濕性使得殼聚糖纖維較適用于手術(shù)服的內(nèi)層，其可為醫(yī)護(hù)人員提供良好的舒適性。另外，殼聚糖纖維具有廣譜抑菌特性，對(duì)大腸埃希菌、白色念珠菌、金黃色葡萄球菌等都具有很好的抑制作用。徐小萍等[4]將殼聚糖纖維與黏膠纖維混合，制作出水刺非織造材料，并發(fā)現(xiàn)：隨著殼聚糖纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，水刺非織造材料變得較柔軟，且透氣性變好，但由于殼聚糖纖維卷曲數(shù)少，所得水刺非織造材料力學(xué)性能較低；當(dāng)殼聚糖纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，水刺非織造材料的抗菌率高達(dá)98.1%，抗菌性能優(yōu)異。合肥巧織紡織科技有限公司[5]公開(kāi)了一種利用殼聚糖纖維制備抗菌除螨非織造材料口罩的方法，所得口罩抗菌率達(dá)96.4%、除螨率達(dá)98.2%。

1.2 竹炭纖維

竹炭纖維取毛竹為原料，先將毛竹高溫炭化處理制成竹炭，再利用納米技術(shù)將竹炭微粉化，最后經(jīng)特殊工藝加入到黏膠、聚酯或竹漿粕紡絲液中，經(jīng)熔融或濕法紡絲得到竹炭纖維[6]。竹炭纖維作為一種新型功能性纖維，具備竹炭?jī)?yōu)異的吸附性能。劉濱璐等[7]研究了竹炭黏膠纖維的抗菌性，發(fā)現(xiàn)在竹炭黏膠纖維與脫脂棉的混合試樣中，當(dāng)竹炭黏膠纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，混合試樣對(duì)大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌的抗菌率分別達(dá)到了91.5%、81.5%，抗菌性能優(yōu)異。此外，竹炭纖維因蜂窩狀的結(jié)構(gòu)還具有良好的吸濕和自調(diào)濕性，穿著十分舒適[8]；其釋放的負(fù)離子濃度高達(dá)6 000個(gè)/cm3，能緩解疲勞[9]。江陰恒和無(wú)紡布制品有限公司[10]發(fā)明了一種以竹炭纖維層作為外層的醫(yī)用手術(shù)洞巾，其抗菌率高達(dá)94.5%，可有效阻止體液和血液中細(xì)菌和病毒的傳播，降低醫(yī)護(hù)人員交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 聚乳酸纖維

聚乳酸纖維是將玉米、小麥、土豆等淀粉原料發(fā)酵得到乳酸后，經(jīng)直接聚合或丙交酯開(kāi)環(huán)聚合或其他方式聚合后，再通過(guò)干法、紡黏法或熔噴法制得的一種合成纖維[11-13]。相較于滌綸，聚乳酸纖維吸濕性較強(qiáng)，導(dǎo)濕性良好，強(qiáng)度略低(為6.23 cN/dtex)[14]。此外，可降解性是聚乳酸纖維的突出特性，其能在高溫(>60 ℃)、高濕(相對(duì)濕度>80%)及堿性(pH>8.0)的非酶水解條件下，先將自身相對(duì)分子質(zhì)量降低到10 000～20 000，然后經(jīng)由微生物快速降解為CO2和H2O[15]。陳寬義等[16]制備了一種聚乳酸水刺非織造材料，其產(chǎn)品親膚舒適，應(yīng)用前景喜人。河南亞都實(shí)業(yè)有限公司[17]利用聚乳酸纖維和納米銀等制備了一種全降解醫(yī)療衛(wèi)生用非織造布，該產(chǎn)品12周的降解測(cè)試數(shù)據(jù)顯示降解效果良好。

2 非織造材料類(lèi)型

非織造材料能過(guò)濾塵埃等細(xì)小微粒，且阻隔細(xì)菌、病毒等效果顯著，用其制成的醫(yī)用防護(hù)類(lèi)產(chǎn)品可降低醫(yī)院發(fā)生傳染的概率[18]，故在醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用潛力極大。

2.1 紡黏非織造材料

紡黏非織造材料強(qiáng)力良好，但纖維較粗，故阻隔性較差。隨著研究的推進(jìn)，雙組分紡絲法在一定程度上彌補(bǔ)了這方面的不足。雙組分纖維的結(jié)構(gòu)主要有橘瓣型和海島型兩種，其開(kāi)纖方式包括機(jī)械、化學(xué)、濕熱等。其中，橘瓣型雙組分纖維主要采用水刺方式開(kāi)纖，其工藝流程短，生產(chǎn)速度快，無(wú)污染，抗撕裂性好[19]，但是為了將內(nèi)部的纖維打散，所需的水針壓力較大，故對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求較高。盧志敏等[20]對(duì)橘瓣型雙組分紡黏水刺非織造材料采用堿法開(kāi)纖，發(fā)現(xiàn)最佳開(kāi)纖效果的工藝參數(shù)為溫度80 ℃、NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.0%、時(shí)間15 min。隨著開(kāi)纖率的增加，非織造材料的透氣性下降。堿法開(kāi)纖對(duì)纖維損傷較大，故工藝參數(shù)的設(shè)定是關(guān)鍵。錢(qián)幺等[21]采用針刺工藝對(duì)橘瓣型雙組分紡黏水刺布進(jìn)行了再次開(kāi)纖，結(jié)果顯示，針刺開(kāi)纖后材料的面密度減小，結(jié)構(gòu)變蓬松，過(guò)濾效率提高。

此外，通過(guò)在紡黏工藝中加入各種功能性母粒，如抗菌母粒、抗靜電母粒等，可賦予紡黏非織造材料多種性能。

2.2 SMS非織造材料

SMS非織造材料結(jié)合了紡黏非織造材料和熔噴非織造材料的特點(diǎn)，具有很好的過(guò)濾、阻隔性，且強(qiáng)力較好，已在醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，SMS非織造材料生產(chǎn)線多樣化，制備工藝相對(duì)成熟，且多通過(guò)后整理的方法賦予SMS非織造材料多種性能。

曲方圓等[22]在發(fā)泡溫度為25 ℃、焙烘時(shí)間為3 min、焙烘溫度為130 ℃的條件下，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、0.2%、0.3%的十二烷基硫酸鈉、羧乙基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉，對(duì)SMS非織造材料進(jìn)行“三防(防水、防酒精、防血液)”整理，發(fā)現(xiàn)整理后的材料接觸角達(dá)132.9°，抗酒精達(dá)8級(jí)， “三防”性能良好，還兼具較好的舒適性。謝檸蔚等[23]在pH值為6.5、浸漬時(shí)間為60 min、浸漬溫度為60 ℃的條件下，利用納米銀溶液對(duì)聚丙烯SMS非織造材料進(jìn)行抗菌整理，發(fā)現(xiàn)整理后的材料抑菌率高達(dá)99.9%，抗菌性優(yōu)異。陳影等[24]利用特殊雜環(huán)類(lèi)抗菌整理劑對(duì)SMS非織造材料進(jìn)行浸漬整理，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)整理劑濃度為30 g/L、整理溫度為43 ℃、浸漬時(shí)間為20 min、烘燥溫度為100 ℃和烘燥時(shí)間為180 s時(shí)，所得SMS非織造材料對(duì)大腸埃希菌的抑菌環(huán)寬度達(dá)12.70 mm，具有良好抑菌性。

當(dāng)前，醫(yī)用防護(hù)用SMS非織造材料正逐步向多元功能化、高性能化的方向發(fā)展，且多采用后整理法，也有少量文獻(xiàn)提及在聚合物切片中加入功能性母粒。另外，銀類(lèi)抗菌劑雖抗菌效果極佳，但安全性有待商榷。

2.3 閃蒸非織造材料

閃蒸法屬新型紡絲工藝，其以結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚合物如聚丙烯等為原料、以有機(jī)溶劑為溶劑，兩者混合后經(jīng)高溫高壓溶解成紡絲原液，再由噴絲孔噴出，固化拉伸同時(shí)溶劑揮發(fā)，制得超細(xì)纖維，且所得纖維的細(xì)度與強(qiáng)力均優(yōu)于熔噴紡絲工藝所得纖維。閃蒸非織造材料兼具阻隔、透氣等性能，且力學(xué)性能良好，在醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。Xia等[25]以超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯為原料，制得了直徑在0.15～1.22 mm和0.2～5.0 μm的細(xì)絲和微纖維，且強(qiáng)度高于8.00 cN/dtex，紡絲速度和聚合物消耗量分別高達(dá)47.2 m/s和116.7 g/min，這相比于靜電紡絲等工藝，生產(chǎn)效率大幅提高。但是閃蒸法目前技術(shù)尚不完善，仍存在難點(diǎn)，且成本較高，還有待做進(jìn)一步的研究。

3 應(yīng)用

3.1 醫(yī)用口罩

醫(yī)用口罩包括普通醫(yī)用口罩、醫(yī)用外科口罩、醫(yī)用防護(hù)口罩等，它們多采用紡黏熔噴復(fù)合非織造材料生產(chǎn)。表1將GB 19083—2010《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》中有關(guān)醫(yī)用口罩過(guò)濾性和氣流阻力的指標(biāo)要求進(jìn)行了羅列[26]。滿足表1要求的醫(yī)用口罩普遍存在透氣性差、悶熱等問(wèn)題。胡海霞等[27]對(duì)多種醫(yī)用非織造材料口罩內(nèi)側(cè)進(jìn)行了涼爽整理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)涼感整理劑濃度為28 g/L、浸漬時(shí)間為35 min和烘干溫度為65 ℃時(shí)，接觸涼感較整理前提高了3.38倍，氣流阻力為294.8 Pa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，醫(yī)用口罩大多只對(duì)細(xì)菌有過(guò)濾功效，且不存在殺菌效果，故仍極有可能造成交叉感染，因此抗菌性、抑菌性、殺菌性已成為醫(yī)用口罩的關(guān)鍵性能。余沛陽(yáng)[28]通過(guò)引入鉺元素賦予了醫(yī)用口罩高效殺菌性，抑菌率高達(dá)98.0%～99.5%，抑菌效果優(yōu)秀。但鉺元素屬重稀土元素，長(zhǎng)期攝入會(huì)危害人體健康，故用于醫(yī)用口罩的安全性有待探討。

表1 GB 19083—2010中過(guò)濾性和氣流阻力的指標(biāo)要求

近期研究進(jìn)展顯示，醫(yī)用防護(hù)口罩用非織造材料的功能化多采用后整理法。另外，對(duì)于貼膚使用的和用即棄的一次性醫(yī)用口罩，其安全性和可降解性也需高度重視。

3.2 手術(shù)服

手術(shù)服是一種重要的醫(yī)用紡織品，其在無(wú)菌、無(wú)塵的基礎(chǔ)上還要滿足隔菌、抗菌、抑菌及舒適性等要求，多采用SMS非織造材料生產(chǎn)。此外，阻隔防滲性是手術(shù)服的關(guān)鍵性能。對(duì)手術(shù)服進(jìn)行疏水性整理，可有效提高手術(shù)服的阻隔防滲性。例如，Moradi等[29]利用聚丙烯紡黏、聚丙烯熔噴、聚酯/黏膠紡黏等三種非織造材料，研制出三層手術(shù)服衣料，并利用疏水性聚甲基硅氧烷溶液處理，所得手術(shù)服拒血液性良好，且透氣性及力學(xué)性能好。

東華大學(xué)[30]利用親水性黏膠纖維和殼聚糖纖維制備了一種具有良好單向?qū)δ艿乃谭强椩觳迹捎糜卺t(yī)用防護(hù)服。其結(jié)構(gòu)為兩層，均由水刺加固。張哲烽等[31]受荷葉自清潔效應(yīng)啟發(fā)，對(duì)聚丙烯非織造布進(jìn)行了改性，發(fā)現(xiàn)改性后的手術(shù)服接觸角為138.0°，油滴可保持60 s不浸潤(rùn)，當(dāng)傾斜角度為20.6°時(shí)血液可快速滾落，疏水疏油性、拒血液性優(yōu)良，降低了交叉感染的可能性。

醫(yī)療工作人員所處的工作環(huán)境要求手術(shù)服應(yīng)盡可能同時(shí)兼具阻隔防滲性、抗菌殺菌性、力學(xué)性能、舒適性和環(huán)保性等，因此，功能多樣化、高性能化是手術(shù)服的發(fā)展趨勢(shì)。

4 總結(jié)

醫(yī)用防護(hù)非織造材料是非織造材料的重要發(fā)展方向。綜合近年的研究進(jìn)展可以發(fā)現(xiàn)，性能優(yōu)異、種類(lèi)豐富的新型纖維及改性纖維為醫(yī)用防護(hù)非織造材料的功能多元化提供了更多可能。產(chǎn)品性能的改善可以從纖維原料的選擇和制備工藝入手，如纖維改性、多種紡絲方式組合等，以綜合有效地利用各種資源。此外，利用后整理法、接枝法等可賦予非織造材料抗菌性、防滲性等功能。目前，醫(yī)用防護(hù)非織造材料功能性較為單一，纖維性能的完全發(fā)揮及產(chǎn)品功能多樣化、高性能化仍是醫(yī)用防護(hù)非織造材料面臨的挑戰(zhàn)，同時(shí)成本也是關(guān)注的焦點(diǎn)。