非織造布醫用防護服及其發展趨勢

王 磊,楊璧玲

(廣東職業技術學院,廣東 佛山528531)

2020年初爆發的新型冠狀病毒肺炎疫情一直牽動著全國各地億萬人民的心。廣大醫護衛生工作者為了控制疫情蔓延義無反顧地一直沖在全民抗疫斗爭的最前線,為人民筑起了一道安全防線。醫護保健工作者保護了人民,醫用疾病防護服保護了醫護工作者。介紹了非織造醫用防護服的性能要求、生產材料、制備方法以及對國內外相關標準的比較和分析,對未來醫用防護服的發展方向進行了展望,為醫用防護服相關方向的研究開發以及相關防護產品的生產提供一定理論參考。

1 醫用防護服的性能要求

關于醫用防護服,我國的相關標準為GB 19082-2009。醫用一次性防護服技術要求,醫用創傷防護服必須保證具備一定的力學性能、防護性、舒適性。其中液體防護性主要包括水的抗壓和滲水性、液體間的阻隔力、在合成血液和微生物阻隔穿透性等性能[1],舒適性包括透氣性、合身性。所以醫用氣體防護服裝需要具備的基本性能主要有:(1)必須具備對液體、顆粒物的阻隔和氣體防護的微生物氣體透過性等;(2)要保證具有一定的生物抗菌性、透氣性和抗靜電性;(3)具備一定的織物力學機械性能,如拉伸強力和刺破強力等。

2 非織造布醫用防護服材料

2.1 紡黏非織造材料

加工紡黏非織造材料的方法為熔融紡絲直接鋪網黏合法?，F在國內大部分的棉紡黏非織造面料產品的加工原料主要成分是聚丙烯酸酯纖維。加工過程主要是將一種聚丙烯高溫共聚物經熱熔融化并擠出后,通過牽伸壓制成布拉絲,直接用布鋪網、黏合,制成一種具有一定熱力學性和機械傳動性的非織造材料布[2]。因為材料價格便宜和良好的隔熱拒水抗震性能,醫用聚丙烯腈紡黏非織造布是目前醫用一次性創傷防護服中使用最普遍、使用量最大的非織造材料?，F在主要用于非織造醫用衛生防護服的非織造服裝材料在單位面積內的質量標準為45～55 g/m2。目前,人們也開始關注紡黏雙組分和多組分纖維的應用,如海島型和皮芯型雙組分及多組分纖維。

2.2 熔噴非織造材料

熔噴非織造纖維材料通常被認為是以一種聚丙烯纖維為主要原料,在高溫和高速的熱氣流的作用下,將這種聚合物通過熔體高速拉伸后形成的超細纖維,超細纖維可以包覆粘接到簾上面或著陸在滾筒上,形成超細纖維網簾涂層,再經過熔體熱動力粘合或自動力粘合的方式對其進行纖維加固,這樣就可以形成一層層的熔體熱噴非織造材料布[3]。超細纖維組成的材料,纖維孔徑小、孔隙率高,具有優良的液體和顆粒物阻隔性,抗滲水性能良好,可以有效阻隔細菌、微生物、血液等物質穿透。因為熔噴非織造材料的強度和耐磨性差,嚴重影響了其發展與應用。所以熔噴材料一般作為過濾層,通過復合膜材料或與其他織物復合來彌補其強度不足,提高其整體力學性能。

2.3 SMS復合非織造材料

SMS復合非織造專用材料,又可稱為高溫紡黏-耐熱熔融-耐熱紡黏非織造復合材料,是通過高溫熱軋或超聲波加熱粘合等方式,將內外兩層耐熱紡黏非織造復合材料和一層耐熱熔融熔噴非紡黏織造復合材料進行復合粘接在一起的復合材料?？梢愿鶕雷o服不同功能性的要求,通過調整模頭的數量來調整紡黏和熔噴的層數,如SSMS、SMMS、SMMMS等多模頭組合,來改變材料的單位面積質量,提高其防護效果。使用聚丙烯腈和SMSS等復合非織造布,集聚了紡黏布和熔噴布兩種材料的優勢,在國內外醫用防護服中得到了廣泛的應用。

2.4 覆膜復合非織造材料

覆膜復合非織造材料是將微孔透氣膜與非織造材料復合。塑料膜復合的形式有兩種,一種是一層布一層膜稱為SF,另一種是兩層布中間一層膜稱為SFS。覆膜非織造材料的加工方法,是利用熱熔膠或加熱的方式將非織造布和透氣微孔膜進行噴膠粘合或熱軋粘合,然后形成覆膜復合材料。其中采用具有一定力學性能的紡黏非織造布作為基布,對防護服起到保護透氣微孔膜和支撐的作用[4]。另外通常采用聚四氟乙烯、聚氨酯和聚乙烯作為透氣微孔膜。透氣微孔膜能給人體一定的舒適感。覆膜復合非織造材料在微生物和血液滲透方面有良好的阻隔效果。

2.5 閃蒸法非織造材料

閃蒸工藝法噴絲加工的非織造纖維材料,是將活性聚乙烯快速溶解在有機溶劑中,通過高壓噴絲孔快速擠出,溶劑迅速充分揮發,聚乙烯迅速固化成為網狀纖維。靜電場作用讓纖維絲條在快速拉伸收縮過程中相互用力摩擦合并產生反向靜電,通過這種靜電作用,單獨的纖維在熱狀態下迅速凝聚起來成為絲網,再經過噴絲熱軋冷壓粘合,形成一種閃蒸加工法非織造材料布[5-6]。通過高溫閃蒸法加工生產的泡棉纖維較細,質地較輕,手感柔軟,具有優良的防水性和透氣性,可以將許多類似固體的小顆粒和其他液態物與水完全隔絕,又可以透過一部分氣體。美國杜邦公司研制出一款閃蒸法性能優異防護服,可阻隔微米級顆粒,也可以很好地阻隔病毒及微生物的侵害。

3 國內外醫用防護服性能的相關標準對比

歐美國家對醫用防護服的研究比較早,并且制定實施了一系列標準。美國兩個標準ANSI/NFPA1999-2008《緊急醫療防護服的標準》[7]和ANSI/AAMI PB70-2012《保健設施中使用的防護服和布簾的液體阻隔性能和分類》[8],英國一個標準BS EN 13795-2011+A1-2013《手術單、手術衣和潔凈空氣服,用作病人、臨床工作人員和設備的醫療器械。制造商、處理器、產品、測試方法、性能要求和性能水平的一般要求》[9]。我國在醫用防護服的研發和生產起步較晚,醫用一次性防護服體系也在不斷建立和完善。針對于醫用一次性防護服,我國制定的國家標準是GB 19082-2009。

通過4個主要標準的綜合比較,可以明顯看出,抗表層滲水性,GB 19082-2009[10]標準規定了在防護服表層關鍵部位沾水HP≥1.67 kPa,防護服外側面表層沾水張力等級≥3級;在對于液體沾水阻隔的性能要求方面,GB 19082-2009規定了在一定靜止沾水壓力的條件下表層不得直接滲透,但是只有美國ANSI/NFPA1999-2008標準規定了在防護服外層表面沾水張力為3.5×10-4N/cm,水壓條件3 L/min的抗滲水量大于噴灑20 min,防護服表層不可直接穿透;ANSI/NFPA1999-2008規定了4個不同等級,等級要求越高,液體沾水阻隔的性能要求越嚴,4級沒有特別規定;BS EN13795-2011+A1-2013中分了標準型主要部分區域、標準型次要部分區域、加強型主要部分區域、加強型次要部分區域。因此,相比于GB 19082-2009,ANSI/AAMI PB70-2012和BS EN13795-2011+A1-2013比較嚴格。在使用微生物菌體穿透使用性能規定方面,GB 19082-2009對使用微生物菌體穿透沒有規定,ANSI/AAMI PB70-2012規定了Phix174抗菌體不得直接透過4級防護服,BS EN13795-2011+A1-2013規定干態下標準型主要防護區未要求,次要防護區≤300 CFU;加強型主要防護區無要求,次要防護區300 CFU;濕態下標準型主要防護區域至少2.8 IB,次要防護區無要求;加強型主要防護區6.0 IB,加強型次要防護區域無要求。ANSI/NFPA 1999-2008規定Phix174抗菌體不得透過試樣和接縫處。從表1可以看出微生物阻隔方面,國外的標準比國內標準更加嚴格。

表1 中國、美國、英國制定的防護服標準中測試項目比較

4 非織造布醫用防護服發展趨勢

4.1 開發新型醫用防護服材料

近年來,各種新纖維的不斷出現和快速發展為醫用防護材料提供了很好的支撐。纖維新材料的不斷開發和材料的各種功能性能的不斷增強,使得醫用防護服的防護能力和舒適性得到很大的提高。目前將納米顆粒和駐極納米材料植入防護服,提高材料的比表面積和孔隙率,可以獲得優異的液體阻隔性能和或空氣過濾能力[11-13]。還有制備納米纖維膜,然后復合非織造材料,在微生物和血液滲透方面有非常優良的阻隔性能,而且微孔透氣能給人體一定的舒適感[14]。

4.2 新技術的應用

隨著新工藝新技術的不斷發展,人們對防護服的功能性和舒適性的要求越來越高。覆膜材料技術、復合非織造材料制備和各種應用功能材料整理、涂層等技術的應用,進一步改善了防護服的功能性、舒適性,成為新型醫用防護服非織造材料的主力軍。覆膜材料復合涂層技術和各種新一代材料的復合涂層,使電子防護服實用功能增強,多功能覆膜復合涂層技術可以使醫用電子防護服舒適性與實用功能性完美共存。涂層和整理等工藝結合起來,改變和提高產品的功能性。

各種微孔薄膜的制備技術被越來越多地使用。在各種PTFE拉膜生產技術研發方面青島即發集團公司取得了很好的商業成績,成為目前世界上少數幾家能專業生產各種PTFE鋼拉膜的中國企業。我國已成功研制出安全性能較好的正壓生物防護服,生物安全型高效,空氣過濾密閉[15]。另外,國內正在研究閃蒸工藝,因為其優良的性能,通過閃蒸法加工的非織造布在醫療防護領域得到非常廣泛的應用。

4.3 醫用防護服智能化發展

近年來,智能化在紡織品行業取得了快速的發展。將各種柔性溫度傳感器等設備直接植入防護服中,這樣用戶可以直接獲得一套智能化醫用防護服。非織造布基材具有高柔性、結構多元多維化、功能性等特點,結合電子、計算機等高新技術制成智能紡織品,在醫療領域有著廣闊的應用前景[16]。Lou等[17]將網狀納米生物氧化纖維石墨烯塑料涂覆在各種聚乙烯偏聚二氟乙烯聚酯纖維上,制備后形成網狀納米氧化纖維,然后將塑料制成的網狀納米氧化纖維進行鋪展后形成納米網狀,將其直接植入到各種服裝上,可以輕松實現對整個人體腹部肌肉正常運動和心臟脈搏的實時監控。美國一所交通大學自主開發的GTWM智能型短袖襯衫,在智能襯衫中加入一種微電子調節系統,襯衫面料可以根據不同環境條件進行自我調節;杜紫嫣等[18]在襯衫面料中還會加入一種發光彈性纖維,當織物穿著者的脈搏數和心率發生變化時,織物內部發光的纖維顏色和振動頻率也可能會隨之發生改變。

但是有些技術問題還需要解決,目前醫用傳感防護服大多是作為一次性用品,將各種柔性智能傳感防護設備直接植入其中獲得的就是智能傳感防護服,現在亟待解決的一些問題主要是傳感防護設備長期使用防護效率低和防護制作設備成本比較高。在人們穿著皮鞋磨損或水洗鞋的情況下,柔性溫度傳感器和設備的工作可靠性和運行穩定性也可能會因此大幅降低[19]。

5 結語

隨著新冠肺炎疫情的爆發,人們對醫用防護服的安全防護要求日益提高,特別是醫護人員的生命安全得到人們越來越多的關注。醫護工作者在為人們保駕護航的同時,醫用防護服也為醫護工作者的生命安全保駕護航。新材料的開發,覆膜復合和功能整理等技術的應用,加強了防護服的防護功能及透氣性,進一步提高了穿著舒適性。智能防護服的研究應用,能積極滿足防護需求,是未來醫用防護服發展的方向。因此,開發更多健康舒適、安全有效的多功能安全防護面料紡織品,不僅能夠滿足現代市場經濟發展的迫切需要,而且能夠有效保護人民的生命健康安全,具有非常重要的社會現實意義。