医用非织造过滤材料的发展与应用

陈 浩 赵明良 杨 靖 邢明杰 宁 新

1. 山东出入境检验检疫局 (中国) 2. 青岛大学 纺织服装学院 (中国) 3. 青岛大学 非织造材料与产业纺织品创新研究院(中国)



医用非织造过滤材料的发展与应用

陈 浩1赵明良2杨 靖2邢明杰2宁 新3

1. 山东出入境检验检疫局 (中国) 2. 青岛大学 纺织服装学院 (中国) 3. 青岛大学 非织造材料与产业纺织品创新研究院(中国)

非织造过滤材料作为一种新型的纺织过滤材料，在医疗卫生、过滤等行业都有很大的应用潜力和市场。介绍了非织造过滤材料的性能指标、测试方法及在医疗卫生领域中的应用,分析了医用非织造过滤材料的市场前景和发展趋势。

非织造材料; 过滤材料; 医疗领域; 应用

过滤是一个在气体或液体中分离、捕捉颗粒状物质的过程，应用于过滤的非织造材料具有很多优良特性，主要为过滤效率高、易生产、成本小、价格低，易与其他种类的非织造过滤材料复合，且容易在生产线上进行打裥、折叠和模压成型等深加工处理，因而非织造过滤材料将可逐步取代传统的过滤材料，并广泛应用于各领域，过滤用非织造纺织品的用量将越来越大。

由于医疗卫生用品大部分为一次性用品，非织造材料不仅易于加工、成本低廉，而且还能有效防止病菌的传播和交叉感染。因此，非织造过滤材料在医疗卫生领域中的应用尤其广泛。非织造纤维网制成的过滤材料，由于孔隙多、表面毛羽较少，具有良好的吸湿和透气性，优于传统纱布的抗菌性，不易与人体伤口粘连发生感染，因而得到越来越多的应用。

1 影响过滤效率的因素

1.1 非织造材料结构

一般情况下，要求过滤材料在结构上能够阻挡或吸附颗粒，并确保一定量的气体顺利通过。过滤材料的过滤作用是通过其内部的孔隙通道实现的，所以孔径及其分布对材料的过滤效率有很大影响。研究表明，非织造材料孔隙率越小，过滤效率越高。这是因为材料孔隙率减小时，纤维在整个材料结构中所占的空间增大，与颗粒的接触机会增多，对颗粒的捕捉能力增强，因此材料的过滤效率提高。对过滤用非织造材料而言，其结构与过滤效率有着密不可分的关系[1-2]。

1.2 颗粒尺寸和形状

颗粒的尺寸和形状影响过滤材料的过滤效率。

颗粒粒径由小到大，扩散效率则逐渐减弱，粒径较小的颗粒由于扩散作用会先沉积在纤维上，粒径较大的颗粒由于拦截和惯性作用也会沉积在纤维上。图1所示为微粒直径与过滤效率的关系。

图1 微粒直径与过滤效率的关系

1.3 过滤速度

图2 过滤速度与过滤效率的关系

过滤速度与过滤效率的关系如图2[3]所示。可见，在过滤速度较小的情况下，随着过滤速度的增大，过滤效率下降。对于直径相同的纤维而言，随着颗粒直径的减小，纤维越不易捕捉颗粒，颗粒穿透率增大，导致过滤效率降低；对粒径相同的颗粒而言，随着纤维直径的增大，纤维比表面积减小，对颗粒的捕捉能力减弱，颗粒穿透率增加，导致过滤效率降低。

1.4 温湿度

过滤材料主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉积等机械作用来过滤空气中的颗粒。过滤空气时，升高温度，颗粒的扩散程度会随之增强，但温度升高，气体的黏性也变大，粒径较大的颗粒由于惯性和重力，不易沉积在纤维上[4]，过滤效果明显下降。且提高过滤空气的湿度后，颗粒的扩散程度会增大，过滤效果也将明显下降。

2 过滤材料的性能测试

过滤材料的过滤性能指标包括孔径、透气性、过滤材料的相容性，以及过滤精度等。

2.1 孔径

过滤材料和过滤产品尺寸都用孔径(μm)表征，但孔径和过滤精度没有直接联系。孔径的测试方法有统一标准，即将过滤材料浸入试验溶液中，同时在过滤材料的末端施加一定压力的气体，气体从另一端以气泡的形式溢出，用溢泡点气泡的微压值来表征孔径的大小[5]。计算式为

式中:D——孔径；S——试验液表面张力；P——溢泡点微压值。

在城市化进程不断加快的信息时代下，人们对电力的需求日益增多。在此基础上，我国工业化得到了迅猛的发展。虽然工业化的发展，在一定程度上促进了社会经济的繁荣，但是也导致我国环境污染受到了严重破坏。因此，现阶段，人们逐渐加强对生态环境和空气质量的重视。为了满足人们的生活需求，工业化电厂企业逐渐开始重视脱硫脱硝和烟气除尘技术。本文通过对电厂锅炉脱硫脱硝和烟气除尘技术的特点、技术等分析，对于促进电厂过滤的可持续发展具有重要的意义。

2.2 透气性

透气性是衡量过滤材料性能的一项指标，是指在单位压差作用下单位面积过滤材料所通过的平均空气流量。透气性是产品过滤性能的直接影响因素，大多基于一定量的气体通过一定面积的过滤材料时所遇到的阻力进行表征。

2.3 过滤材料的相容性

过滤材料还会受到工作液体的影响，如果与工作液体不相容，过滤材料就极可能出现软化和熔融状况[6]；过滤材料的相关性能在酸、碱及其他化学试剂作用下也会发生改变，出现变脆、变软、发胀及分解等现象，这必将严重影响过滤材料的使用性能。

3 医疗过滤用非织造材料的应用状况

非织造过滤材料在医疗领域的应用越来越得到人们的认可，许多国家都有大量投入，以研发更多、更实用的非织造过滤材料。其中，液体过滤材料和空气过滤材料是当前具有较大研究价值的两类医用非织造过滤材料。

3.1 医疗液体过滤用非织造材料

当今医学上关于血液过滤用非织造材料、人造器官和止血纱布的研究较以往增多，这些材料都属非织造液体过滤材料。例如，经常需要给病人或伤员进行输血，但血液中含有白细胞，而白细胞抗体的存在会产生许多副作用，如非溶血性热反应、呼吸困难及病毒传染等，为减少这些副作用，通常需在输血过程中采用去除白细胞的办法[7]。非织造材料由于其特殊结构而具有优良的过滤性能，其中，熔喷非织造材料又具有超细纤维结构，因而普遍认为是一种性能优良的液固分离材料。以熔喷法制成的聚丙烯非织造过滤材料[8]，具备特殊的纤维结构和细尖的边缘等特性，间隙小且分布均匀，因而具有比表面积大的特性，同时它还具有生物特异性，无副作用，不易感染，因而可应用在血液过滤方面。国内外的研究资料表明，聚丙烯熔喷非织造材料经过等离子体等表面改性处理后，亲水性大大提高，能最大程度地过滤白细胞，过滤性能增强，对血液过滤的临床应用具有重要的意义。

3.2 医疗空气过滤用非织造材料

医疗过滤用非织造材料在空气过滤方面应用最为广泛的是过滤式非织造口罩，以及大量生产的医疗用品(包括手术服和一次性床单)。医用非织造空气过滤材料所用的纤维一般为合成纤维，是将不同种类的纤维混用制备的，然后将混用纤维与水性聚合物分散液黏合。

采用水刺法或熔喷法制成的非织造复合材料具备优良的柔软性、透气性和过滤性能，可用于制作过滤式医用防护口罩。这种防护口罩要求能阻止病菌通过空气传播给医生或病人，降低手术的危险性。为此，对用于制造熔喷非织造过滤材料的纤维有严格要求，要求纤维直径足够小，小于病毒和尘埃直径，从而使非织造材料中纤维表面积非常大，以确保医用防护口罩具有优良的气体过滤和细菌屏蔽功能。

针刺非织造材料的孔隙通道为蛛网结构，具有一定的强度，作为一种性能优良的过滤材料也可应用于非织造口罩的生产。目前开发了一种由两层针刺非织造材料组成的过滤式非织造口罩[9]，选用100%聚酯纤维，或聚乙烯醇纤维与聚酯纤维各占50%的混合纤维为原料，为增强过滤细菌的能力，可将具有一定蓬松度的聚丙烯纤网放在表层与内层之间，或采用电极化的聚丙烯纤网，这种电极化的聚丙烯纤维网可由熔喷法[10]制得。

目前，越来越多的口罩都选用复合非织造材料进行生产。

4 结论

复合材料已越来越多地应用于防护性医用品领域，使用时要求兼顾材料的细菌屏蔽性、舒适性和透气性等。世界各国已越来越重视对功能性纤维材料的研发，将生物医学与功能性非织造纤维结合起来进行研究，相信未来一定能开发出科技含量更高的医疗用非织造过滤材料，并在医疗实践中得到广泛应用。

[1] 李瑞欣,彭景洋,刘亚,等.非织造布在过滤中的应用[J].非织造布,2011,19(6):63-66.

[2] 杨旭红.非织造材料基本结构特征的表达[J].纺织导报,2004,16(4):16-19.

[3] 简小平.非织造布空气过滤材料过滤性能的研究[D].上海：东华大学,2014.

[4] 王同庆.过滤材料主要性能参数关系[J].过滤与分离,2000,10(1):30-32.

[5] 刘呈坤,马建伟.非织造布过滤材料的性能测试及产品应用[J].非织造布，2005,13(1):30-34.

[6] 魏取福.非织造滤布过滤性能研究[J].纺织学报,2001,22(4):59-60.

[7] 杨海华.血液过滤用非织造布的发展现状与趋势[J].产业用纺织品,1999,17(1):22-25.

[8] 杨潇潇,万明,陈福通.医用非织造布过滤材料的现状与性能研究[J].轻纺工业与技术,2011,40(1):28-29.

[9] 张如全,徐滇,康翠珍,等.熔喷非织造布医用口罩的开发[J].产业用纺织品,1995,13(2):19-21.

[10] 迟莉娜.抗菌整理及抗菌非织造布的开发应用[J].产业用纺织品,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.

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