非织造布医用防护服及其发展趋势

王 磊,杨璧玲

(广东职业技术学院,广东 佛山528531)

2020年初爆发的新型冠状病毒肺炎疫情一直牵动着全国各地亿万人民的心。广大医护卫生工作者为了控制疫情蔓延义无反顾地一直冲在全民抗疫斗争的最前线,为人民筑起了一道安全防线。医护保健工作者保护了人民,医用疾病防护服保护了医护工作者。介绍了非织造医用防护服的性能要求、生产材料、制备方法以及对国内外相关标准的比较和分析,对未来医用防护服的发展方向进行了展望,为医用防护服相关方向的研究开发以及相关防护产品的生产提供一定理论参考。

1 医用防护服的性能要求

关于医用防护服,我国的相关标准为GB 19082-2009。医用一次性防护服技术要求,医用创伤防护服必须保证具备一定的力学性能、防护性、舒适性。其中液体防护性主要包括水的抗压和渗水性、液体间的阻隔力、在合成血液和微生物阻隔穿透性等性能[1],舒适性包括透气性、合身性。所以医用气体防护服装需要具备的基本性能主要有:(1)必须具备对液体、颗粒物的阻隔和气体防护的微生物气体透过性等;(2)要保证具有一定的生物抗菌性、透气性和抗静电性;(3)具备一定的织物力学机械性能,如拉伸强力和刺破强力等。

2 非织造布医用防护服材料

2.1 纺黏非织造材料

加工纺黏非织造材料的方法为熔融纺丝直接铺网黏合法。现在国内大部分的棉纺黏非织造面料产品的加工原料主要成分是聚丙烯酸酯纤维。加工过程主要是将一种聚丙烯高温共聚物经热熔融化并挤出后,通过牵伸压制成布拉丝,直接用布铺网、黏合,制成一种具有一定热力学性和机械传动性的非织造材料布[2]。因为材料价格便宜和良好的隔热拒水抗震性能,医用聚丙烯腈纺黏非织造布是目前医用一次性创伤防护服中使用最普遍、使用量最大的非织造材料。现在主要用于非织造医用卫生防护服的非织造服装材料在单位面积内的质量标准为45～55 g/m2。目前,人们也开始关注纺黏双组分和多组分纤维的应用,如海岛型和皮芯型双组分及多组分纤维。

2.2 熔喷非织造材料

熔喷非织造纤维材料通常被认为是以一种聚丙烯纤维为主要原料,在高温和高速的热气流的作用下,将这种聚合物通过熔体高速拉伸后形成的超细纤维,超细纤维可以包覆粘接到帘上面或着陆在滚筒上,形成超细纤维网帘涂层,再经过熔体热动力粘合或自动力粘合的方式对其进行纤维加固,这样就可以形成一层层的熔体热喷非织造材料布[3]。超细纤维组成的材料,纤维孔径小、孔隙率高,具有优良的液体和颗粒物阻隔性,抗渗水性能良好,可以有效阻隔细菌、微生物、血液等物质穿透。因为熔喷非织造材料的强度和耐磨性差,严重影响了其发展与应用。所以熔喷材料一般作为过滤层,通过复合膜材料或与其他织物复合来弥补其强度不足,提高其整体力学性能。

2.3 SMS复合非织造材料

SMS复合非织造专用材料,又可称为高温纺黏-耐热熔融-耐热纺黏非织造复合材料,是通过高温热轧或超声波加热粘合等方式,将内外两层耐热纺黏非织造复合材料和一层耐热熔融熔喷非纺黏织造复合材料进行复合粘接在一起的复合材料。可以根据防护服不同功能性的要求,通过调整模头的数量来调整纺黏和熔喷的层数,如SSMS、SMMS、SMMMS等多模头组合,来改变材料的单位面积质量,提高其防护效果。使用聚丙烯腈和SMSS等复合非织造布,集聚了纺黏布和熔喷布两种材料的优势,在国内外医用防护服中得到了广泛的应用。

2.4 覆膜复合非织造材料

覆膜复合非织造材料是将微孔透气膜与非织造材料复合。塑料膜复合的形式有两种,一种是一层布一层膜称为SF,另一种是两层布中间一层膜称为SFS。覆膜非织造材料的加工方法,是利用热熔胶或加热的方式将非织造布和透气微孔膜进行喷胶粘合或热轧粘合,然后形成覆膜复合材料。其中采用具有一定力学性能的纺黏非织造布作为基布,对防护服起到保护透气微孔膜和支撑的作用[4]。另外通常采用聚四氟乙烯、聚氨酯和聚乙烯作为透气微孔膜。透气微孔膜能给人体一定的舒适感。覆膜复合非织造材料在微生物和血液渗透方面有良好的阻隔效果。

2.5 闪蒸法非织造材料

闪蒸工艺法喷丝加工的非织造纤维材料,是将活性聚乙烯快速溶解在有机溶剂中,通过高压喷丝孔快速挤出,溶剂迅速充分挥发,聚乙烯迅速固化成为网状纤维。静电场作用让纤维丝条在快速拉伸收缩过程中相互用力摩擦合并产生反向静电,通过这种静电作用,单独的纤维在热状态下迅速凝聚起来成为丝网,再经过喷丝热轧冷压粘合,形成一种闪蒸加工法非织造材料布[5-6]。通过高温闪蒸法加工生产的泡棉纤维较细,质地较轻,手感柔软,具有优良的防水性和透气性,可以将许多类似固体的小颗粒和其他液态物与水完全隔绝,又可以透过一部分气体。美国杜邦公司研制出一款闪蒸法性能优异防护服,可阻隔微米级颗粒,也可以很好地阻隔病毒及微生物的侵害。

3 国内外医用防护服性能的相关标准对比

欧美国家对医用防护服的研究比较早,并且制定实施了一系列标准。美国两个标准ANSI/NFPA1999-2008《紧急医疗防护服的标准》[7]和ANSI/AAMI PB70-2012《保健设施中使用的防护服和布帘的液体阻隔性能和分类》[8],英国一个标准BS EN 13795-2011+A1-2013《手术单、手术衣和洁净空气服,用作病人、临床工作人员和设备的医疗器械。制造商、处理器、产品、测试方法、性能要求和性能水平的一般要求》[9]。我国在医用防护服的研发和生产起步较晚,医用一次性防护服体系也在不断建立和完善。针对于医用一次性防护服,我国制定的国家标准是GB 19082-2009。

通过4个主要标准的综合比较,可以明显看出,抗表层渗水性,GB 19082-2009[10]标准规定了在防护服表层关键部位沾水HP≥1.67 kPa,防护服外侧面表层沾水张力等级≥3级;在对于液体沾水阻隔的性能要求方面,GB 19082-2009规定了在一定静止沾水压力的条件下表层不得直接渗透,但是只有美国ANSI/NFPA1999-2008标准规定了在防护服外层表面沾水张力为3.5×10-4N/cm,水压条件3 L/min的抗渗水量大于喷洒20 min,防护服表层不可直接穿透;ANSI/NFPA1999-2008规定了4个不同等级,等级要求越高,液体沾水阻隔的性能要求越严,4级没有特别规定;BS EN13795-2011+A1-2013中分了标准型主要部分区域、标准型次要部分区域、加强型主要部分区域、加强型次要部分区域。因此,相比于GB 19082-2009,ANSI/AAMI PB70-2012和BS EN13795-2011+A1-2013比较严格。在使用微生物菌体穿透使用性能规定方面,GB 19082-2009对使用微生物菌体穿透没有规定,ANSI/AAMI PB70-2012规定了Phix174抗菌体不得直接透过4级防护服,BS EN13795-2011+A1-2013规定干态下标准型主要防护区未要求,次要防护区≤300 CFU;加强型主要防护区无要求,次要防护区300 CFU;湿态下标准型主要防护区域至少2.8 IB,次要防护区无要求;加强型主要防护区6.0 IB,加强型次要防护区域无要求。ANSI/NFPA 1999-2008规定Phix174抗菌体不得透过试样和接缝处。从表1可以看出微生物阻隔方面,国外的标准比国内标准更加严格。

表1 中国、美国、英国制定的防护服标准中测试项目比较

4 非织造布医用防护服发展趋势

4.1 开发新型医用防护服材料

近年来,各种新纤维的不断出现和快速发展为医用防护材料提供了很好的支撑。纤维新材料的不断开发和材料的各种功能性能的不断增强,使得医用防护服的防护能力和舒适性得到很大的提高。目前将纳米颗粒和驻极纳米材料植入防护服,提高材料的比表面积和孔隙率,可以获得优异的液体阻隔性能和或空气过滤能力[11-13]。还有制备纳米纤维膜,然后复合非织造材料,在微生物和血液渗透方面有非常优良的阻隔性能,而且微孔透气能给人体一定的舒适感[14]。

4.2 新技术的应用

随着新工艺新技术的不断发展,人们对防护服的功能性和舒适性的要求越来越高。覆膜材料技术、复合非织造材料制备和各种应用功能材料整理、涂层等技术的应用,进一步改善了防护服的功能性、舒适性,成为新型医用防护服非织造材料的主力军。覆膜材料复合涂层技术和各种新一代材料的复合涂层,使电子防护服实用功能增强,多功能覆膜复合涂层技术可以使医用电子防护服舒适性与实用功能性完美共存。涂层和整理等工艺结合起来,改变和提高产品的功能性。

各种微孔薄膜的制备技术被越来越多地使用。在各种PTFE拉膜生产技术研发方面青岛即发集团公司取得了很好的商业成绩,成为目前世界上少数几家能专业生产各种PTFE钢拉膜的中国企业。我国已成功研制出安全性能较好的正压生物防护服,生物安全型高效,空气过滤密闭[15]。另外,国内正在研究闪蒸工艺,因为其优良的性能,通过闪蒸法加工的非织造布在医疗防护领域得到非常广泛的应用。

4.3 医用防护服智能化发展

近年来,智能化在纺织品行业取得了快速的发展。将各种柔性温度传感器等设备直接植入防护服中,这样用户可以直接获得一套智能化医用防护服。非织造布基材具有高柔性、结构多元多维化、功能性等特点,结合电子、计算机等高新技术制成智能纺织品,在医疗领域有着广阔的应用前景[16]。Lou等[17]将网状纳米生物氧化纤维石墨烯塑料涂覆在各种聚乙烯偏聚二氟乙烯聚酯纤维上,制备后形成网状纳米氧化纤维,然后将塑料制成的网状纳米氧化纤维进行铺展后形成纳米网状,将其直接植入到各种服装上,可以轻松实现对整个人体腹部肌肉正常运动和心脏脉搏的实时监控。美国一所交通大学自主开发的GTWM智能型短袖衬衫,在智能衬衫中加入一种微电子调节系统,衬衫面料可以根据不同环境条件进行自我调节;杜紫嫣等[18]在衬衫面料中还会加入一种发光弹性纤维,当织物穿着者的脉搏数和心率发生变化时,织物内部发光的纤维颜色和振动频率也可能会随之发生改变。

但是有些技术问题还需要解决,目前医用传感防护服大多是作为一次性用品,将各种柔性智能传感防护设备直接植入其中获得的就是智能传感防护服,现在亟待解决的一些问题主要是传感防护设备长期使用防护效率低和防护制作设备成本比较高。在人们穿着皮鞋磨损或水洗鞋的情况下,柔性温度传感器和设备的工作可靠性和运行稳定性也可能会因此大幅降低[19]。

5 结语

随着新冠肺炎疫情的爆发,人们对医用防护服的安全防护要求日益提高,特别是医护人员的生命安全得到人们越来越多的关注。医护工作者在为人们保驾护航的同时,医用防护服也为医护工作者的生命安全保驾护航。新材料的开发,覆膜复合和功能整理等技术的应用,加强了防护服的防护功能及透气性,进一步提高了穿着舒适性。智能防护服的研究应用,能积极满足防护需求,是未来医用防护服发展的方向。因此,开发更多健康舒适、安全有效的多功能安全防护面料纺织品,不仅能够满足现代市场经济发展的迫切需要,而且能够有效保护人民的生命健康安全,具有非常重要的社会现实意义。