非织造医用防护服标准及面料选用

韩 玲,郝栋连,马英博,胡梦缘

(西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安 710048)

0 引 言

2019年12月底,武汉出现传染型新型冠状病毒肺炎(COVID-19)[1-2]。2020年1月新冠肺炎在湖北乃至全国出现人与人之间飞沫或接触性传播[3]。疫情防控早期,湖北省提出医用防护服日均需求高达10万套,而2019年我国国标医用防护服年总产量仅40万套[4]。随着新冠肺炎疫情的暴发和扩散,全国各地紧急展开网格化管理,各地医用防护服均严重短缺。众多纺织服装企业应政府要求转产医用防护服。但防疫用医用防护服按照什么标准生产,所用非织造面料如何选择等问题困扰着众多企业。为此本文从国内外医用防护服标准及防护指标入手,着重介绍各种非织造医用防护服性能特点和应用注意事项等,以期为医用防护服生产企业选择非织造原料提供帮助。

1 医用防护服标准及其主要防护性能指标

医用防护服的主要作用为屏蔽、阻隔细菌、体液和外部感染物,可有效隔离外界病毒或污染。目前国内医用防护服主要执行GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》[5],美国主要执行ANSI/AAMI PB70—2012《医疗保健设施中使用的防护服和防护布的液体阻隔性能和分类》[6]和ANSI/NFPA 1999—2018《紧急医疗事故现场防护服标准》[7]。

1.1 GB 19082—2009主要防护性能指标

GB 19082—2009对医用防护服的液体阻隔性能(防水性和沾水等级)、强力(断裂伸长率和断裂强力)、过滤效率、阻燃性能、抗静电性能等给出了明确规定。其中主要指标内容[5]和来源见表1。

表 1 GB 19082—2009医用防护服的主要性能指标及来源Tab.1 Main performance indexes and source of GB 19082—2009 medical protective clothing

注:微生物指标中细菌菌落数应符合GB 15979—2002[8]中微生物指标要求;指定菌类为大肠菌群、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌。

对比防护服国际标准,GB 19082—2009对防护服的强力、液体阻隔性等给出了具体指标,但依旧存在分类不细,应用场景不清的问题。因此建议根据使用环境,国标中不明细的指标可以参照ANSI/AAMI PB70—2012和ANSI/NFPA 1999—2018设计和选用原料。

1.2 美国ANSI/AAMI PB70—2012防护服主要性能指标

ANSI/AAMI PB70—2012是美国医疗器材促进会(AAMI)对于医疗用装备如手术衣、防护衣与罩袍的液体阻隔性能与分级加以规范,根据渗水量、耐静水压等将液体阻隔性能划分为4级[6],详见表2。

表 2 ANSI/AAMI PB70—2012中使用的防护服和罩布的液体阻挡层性能及分级Tab.2 Liquid barrier performance and classification of protective apparel and drapes in ANSI/AAMI PB70—2012

1.3 美国ANSI/NFPA 1999—2018主要防护性能指标

表 3 ANSI/NFPA 1999—2018中医疗服主要性能指标Tab.3 Main performance indexes of medical operations in ANSI/NFPA 1999—2018

2 非织造医用防护服主要面料

此次新冠肺炎病毒传染性强,导致一次性医用防护服需求激增。非织造材料具有生产速度快、轻薄、成本低廉等特点[10],成为一次性医用防护服的首选面料。本次防疫用医用护服面料多采用纺黏非织造布、水刺非织造布、SMS类复合非织造布及纺黏复膜产品等。

2.1 纺黏非织造布

纺黏非织造布(spunbonded nonwoven),简称纺黏布,是采用高聚物熔融纺丝的方法制成长丝,经冷却牵伸后直接分丝铺网而成。制备流程如图1所示。原料多采用聚丙烯(PP)和聚酯(PET)。PET纺黏布强力高,相对价格偏高,不可降解,多使用在高强度、耐气候、耐腐蚀等产品中。聚丙烯密度小、质量轻,大分子链可光降解,所以PP纺黏布相对较环保,多用于一次性产品中。因纺黏布由长丝直接成网,产品轻薄、强力好,透气性好。

2.2 水刺非织造布

水刺非织造布,简称水刺布,是一种借助高压水射流将纤维缠结于纤维网中而使其固结的非织造织物[11]。纤网可以是短纤网(短纤维经过类似传统棉纺或毛纺的混合、开松、梳理后铺成纤维网)、长丝网(纺黏长丝网)、浆粕网(湿法成网或气流成网制得)。

水刺布经双面高压水作用,强力高，手感柔软舒适，产品均匀性好、不掉毛。此外,其生产过程用水需经复杂水循环处理,产品清洁度高，卫生级别高。由于手术过程中,不宜出现各种微尘,手术室内所用产品均要求不掉毛屑。水刺布因纤维缠结紧密不掉毛,已广泛用作手术服、手术帘、绷带、病床床单等医用装备的主要面料[12]。

2.3 复合非织造布

2.3.1 SMS类多层复合非织造布 纺黏布(S)和熔喷布(melt blowing nonwoven,简称M)多层复合非织造布,包括SMS、SMMS、SSMMS等。以SMS为例,即为上下各一层纺黏布S,中间夹一层熔喷布M,三层复合后即为SMS复合非织造布。SMS类复合材料非织造布既具有纺黏布的高强力,又具有熔喷布的良好过滤性能,且透气性较好，手感柔软，过滤性能良好。

SMS复合方法分为在线复合和离线复合两大类,其中离线复合SMS产品的过滤阻力会降低,适合做口罩原料。在线复合SMS的生产速度会受到熔喷层速度限制,产品厚度降低,层间结合力好,适合做防护服或强度要求高的产品。

2.3.2 复膜非织造布 复膜非织造布是将纺黏布与防渗透膜复合[13]。复膜形式分一布一膜或两布一膜[14]。目前医用防护服复合膜(film,简称F)多为PE膜、防水透湿PTFE膜和防水透湿PU膜。PE膜又分为普通膜和透气性膜,透气性膜是在聚乙烯树脂中混入一定等级的碳酸钙粉末,薄膜在拉伸取向时会在碳酸钙周围形成孔隙,具有较好的透湿性能[14]。防水透湿PTFE膜具有优良的拒水性和透湿性;防水透湿PU膜较为轻薄,有优良的防水性和透湿性,是一种无毒无害的环保材料。但因二者的价格比较昂贵,多用于户外防寒衣、冲锋衣表层材料。防水透湿PTFE膜和PU膜也可用于复用型防护服面料中,增加防护服的透湿性,从而提高其舒适性。

此次新冠病毒疫情防控中,医用防护服所用的复膜非织造织物分为以下几类:

教书育人中教师角色该如何定位？这是每一个教师应该经常思考的问题。我想到了年少时在农村放牛的情景。放牛时，牧者与牛之间的位置关系和牛的神态动作有着密切的关系。当人走在牛的前面时，牛的头总是低着的，而且表现出漫不经心、极不情愿的样子；当人走在牛的后面时，牛的头总是仰着的，表情神态自若，积极前行；人和牛处于平行位置同步前行时，牛的神态则是多样的，或低或仰，表情不一。

1) 多层纺黏布外复膜,简称FS型复膜非织造织物,主要复合方式为一层膜复合SSS三层纺黏布或SS两层纺黏布。

2) SFS复合材料,即纺黏布+薄膜+纺黏布[15],是在SF复合基础上的改进产品,一方面弥补了SF复合材料的膜易被刮擦等缺陷,另一方面增加了舒适性,提高了产品的附加值。

3 医用防护服非织造面料选用建议

医用防护服既要满足正常的使用功能,如阻隔病菌、防体液渗透等,为穿着者创建一个安全屏障,又要保证服装的基本热湿舒适性和可穿性[16-17]。此外,作为抗疫防护品,本次采用的医用防护服使用后有携带病毒的可能性,属于一次性用品,应尽可能节约社会资源,不宜选用价格昂贵的面料。由此,本文就医用防护服选用面料提出以下建议。

3.1 纺黏布选用建议

1) 纺黏布生产采用直铺成网,产品各向异性,纵向强度远大于横向强度,使用时重点检查横向强度是否符合产品强度标准;缝制防护服时也需区分面料的纵横向。

2) 纺黏布透气性好,但抗静水压能力、阻隔过滤性能不佳[18],不宜直接作细菌、病毒等防护要求较高的产品。但因其生产速度快、产品轻薄、价格低廉且强力好,已成为一次性医用防护服面料中非常重要的一部分。本文对纺黏布的选用建议为:① 纺黏布和熔喷布多层复合使用以提高其过滤性能;② 经过抗菌、防水等处理后使用;③ 采用表面或者中间复膜,以提高产品对病毒和细菌的防护性能。

3.2 水刺布选用建议

1) 水刺布必须经过抗酒精、抗血液、抗静电等整理或经防水涂层,才能有效封闭表面孔隙,方可获得较好的医用防护效果。

2) 水刺布手感柔软、透气性好、穿着舒适,适合做防护材料中贴近人体的内层材料。

3) 水刺布成本比纺黏布高,且耐一定次数水洗,建议可作限次数型医用防护材料使用。

4) 可利用水刺原料品种多的特点,开发抗菌型防护产品。如采用抗菌性甲壳素纤维制成抗菌水刺布，或采用水溶性纤维制成可溶性非织造织物面料。用其做成的防护服使用后可在沸水中溶解,减少废弃医用防护服处理所造成的环境压力。

3.3 复合非织造织物面料选用建议

3.3.1 SMS类复合非织造布 1) 在医疗领域,通常选用中厚型SMS非织造布,对于要求较高的防护用品,主要使用SMS加工工艺[19-20]。应根据需要选用不同熔喷比例的产品。如需过滤效果高,可选熔喷布比例大的SMS复合非织造布,但因其产量低,产品价格相对较高。

2) 普通SMS复合非织造布只对颗粒具有一定的阻隔效果,不具备防血液、酒精等液体渗透的能力,且易引起静电荷聚集。选其做为医用防护服面料时,应根据要求进行“三防一抗”(防水、防血、防酒精和抗静电)处理,对于阻隔要求较高(HSH≥100 cm) 的产品,则需结合SFS类复合材料来提高其对病毒或细菌的防护性能[21]。例如3M公司的4515型防护服,未经过抗静电处理,可用于日常防护;4546型防护服则经过接缝密封、双面抗静电处理,可用于医用防护。

3.3.2 复膜非织造布 1) FS型复合非织造布,主要依靠其中的膜来实现阻隔病菌和防渗透性能。所以防水透气膜的透气孔不宜太大,需要测定材料的液体阻隔性中的液体渗透性、静水压、透湿量3项指标,指标值建议参照表1～2。资料显示透气膜在喷射酒精消毒后液体阻隔性会降低[22]。因此,选用FS型复合非织造布做为医用防护服面料时，还建议检测其抗酒精性能。采用在线一步半复合法,可降低产品厚度,提高层间结合力。如采用离线复合,选用时需注意其膜层和基布的结合力是否达标(建议测试撕裂强力指标)。FS复合非织造织物面料,因膜直接外露,会因刮擦使得膜破损,影响甚至失去防护效果。因此,选用此类面料做医用防护服时,应有明显标识提示使用者避免刮擦。

2) SFS型复合非织造布,内外层均为纺黏布,采用离线复合法,因3层间需经胶粘合,第1层纺黏布和膜复合后,再复合1层纺黏布时,需要提高黏合温度,以防结合不牢[15]。此外SFS复合的生产速度受最后一层纺黏复合的速度限制,生产速度较FS慢,因此相对价格略高于FS复合非织造布。但从综合性能来看,SFS更适合作为医用防护服面料。如需更轻薄,可以选择降低外层或者内层纺黏布的克重,但总体强力和防护性能须符合国标规定。

4 结 语

各类防护服用面料中,纺黏布强度高、透气性好,但单层纺黏布克重较小,阻隔过滤性较差,不适合直接用作对细菌、病毒等防护要求较高的产品,一般医用防护服需选用多层纺黏布与透气膜或熔喷布复合,并经过“三防”处理后使用。水刺布的手感柔软，具有一定吸湿性、穿着舒适性且不掉毛屑,但产品价格较高,故建议用于限次型防护服面料。SMS类复合非织造布,由于其复合后强度、过滤性和抗菌性都有所提高,经过抗菌防水等处理,亦或表面复膜,可作为性能优良的防护服面料使用。通常FS复合非织造布,采用PE透气膜,可以达到医用防护服GB 19082—2009的透湿量要求,如果采用PTFE膜或PU膜,则可提高长时间穿着的舒适感。但由于PTFE膜或PU膜昂贵,建议用于可重复使用医用防护衣面料。

综上,医用防护服可用的非织造面料各具特点,总体原则应以满足国标为基础,尽量降低一次性医用防护服的面料成本。但对于多次使用的防护服,可根据使用情况,适当采用性能更加优良,穿着舒适、防护性能达标的面料。