个人防护装备：材料科技与防护理念的深度融合

今年新冠肺炎疫情的暴发，使防护服成为全球重要的防疫物资，但公众对防护服却知之甚少。不同防护材料起到的保护作用不同，还要符合相应的标准。7月9日，在中国纺织工业联合会检测中心主办的“2020个人防护装备新材料新技术在线研讨会”上，杜邦个人防护装备应用开发科学家张晓环，对防护服材料的性能及标准进行了详细解读。

面料和工艺决定防护服性能

在各种具有高风险职业岗位上，防护服是作业人员的一道生命屏障，无论是阻隔粉尘还是抵挡有害化学物质，抑或是阻隔病毒侵入，每一种防护服所特有的防护性能，都是由面料和工艺决定。据介绍，目前市场上防护服根据材质分为三类：一是橡胶或热塑性材料防护服，最常见的是丁基橡胶、氯丁橡胶、氟化橡胶材料。这类材料机械强度较高，但不透气，通常用作重复使用的防护服材料。而且这类防护服缺点是比较笨重，行动不方便，同时在化学防护上有很大局限性。二是活性炭涂层织物防护服，通常这类防护服有两层结构，内层结构是经过粘附活性炭吸附处理或者纤维本身做掺炭纤维处理，能够防御有毒气体及雾滴状毒剂。一般这类防护服会做成迷彩式或其他特定颜色，具有伪装功能。总的来说，这类防护服面料防毒、透气又有伪装功能，经常被军队作为防毒衣使用。三是无纺布、多层复合膜材料防护服，这也是目前市场上主流防护服材料。这类防护服材料根据其防护机理可分为：透气和不透气（隔绝式）两种。

较常见的是透气性无纺布材料，主要有：

（1）SBPP无纺布材料。它是一种聚丙烯做成的无纺布，其特点是抗拉强度较好，但不具防水性，且对颗粒物防护也较为有限。经常被用在无毒场所，比如在肮脏操作环境下，作为低成本防护服解决方案。

（2）SMS无纺布材料。它是纺粘和熔喷的复合产品，主要有三层结构。上下两层由纺粘聚丙烯组成，其主要作用是给材料提供物理强度和保护中间熔喷层，这也是一种提供过滤效果的结构。与SBPP材料相比，SMS在颗粒防护性以及防液体喷溅上有较大提高，而且SMS经过掺炭处理后，可以抗水、抗血液、抗酒精，在医疗领域应用广泛。

（3）多层复合膜材料、防水透气复合膜材料。这次疫情中，使用量最大的就是防水透气复合膜材料。这种材料主要有两层，纺粘聚丙烯和微孔透气膜。纺粘聚丙烯起到物理支撑作用；微孔透气膜因为膜孔一般在几微米，能够允许空气和水这种小分子通过，但液体或固体颗粒会被阻挡在外。

（4）闪蒸聚乙烯（Tyvek®），也就是杜邦Tyvek®，是由高强度连续高密度聚乙烯纤维经过闪蒸法纺粘工艺制成的无纺布。据悉，杜邦Tyvek®是杜邦1955年发明，1965年正式注册Tyvek®商标，一直到1967年才正式商业化的材料。它采用了闪蒸工艺，把聚乙烯熔在特定溶液里，再经过高温高压和快速膨胀，使溶剂瞬间挥发聚合形成超细纤维。这种超细纤维在静电作用下，能够保持根根独立，再铺成蜘蛛网状，最后经过热压做成无纺布。

杜邦Tyvek®的主要特性是：这种无纺布材料是由高密度聚乙烯制成，克重非常轻只有41.5克，能够防水透气，且有优异的液体颗粒和细菌阻隔性。其防水透气防护机理是：超细纤维连续铺成蛛网状结构，并层层叠加，使得其中产生的横向超微通道非常曲折，像微观结构里的迷宫，可以让小分子，如水汽、空气透过。但是遇到颗粒物以及液体危害时，就又被迷宫阻挡在外，因此它具备了优异的微小颗粒及微生物阻隔性。

张晓环介绍，杜邦Tyvek®除了在防护服上应用比较广泛，在其他领域也各有用途。比如在美国建筑市场，因为美国有较多木质结构建筑，因此它能以防水透气的特性，保护木制结构；而且Tyvek®还可以耐受各种各样灭菌条件，保持物理强度以及细菌阻隔性，可以经受伽马射线消毒，高温、蒸汽灭菌，环氧乙烷灭菌；因其透气性好，在医疗灭菌包装上也用途广泛。

另外，虽然透气性无纺布做成防护服，可以起到阻隔颗粒物和气溶胶的作用，比如新冠病毒主要通过飞沫传染，透气性防护服能够在提供保护的同时，尽可能提供舒适度。但面对埃博拉这样通过血液和体液传播的病毒，这种透气性防护服提供的防护就非常有限。

再如，工业化学品操作时，会有化学用品泄漏以及爆炸的危险，所以还需要有阻燃附加功能，这时需要用到隔绝式不透气的多层复合膜结构。杜邦多层复合膜材料，通常由几层甚至十几层材料做成，它是由多种材料组合，防护化学品范围非常广泛，可以制成气密性防护服，防护有毒生化战剂或是对皮肤有危害的化学品。

从防护需求看防护服标准体系

事实上，化学防护服并不能对应各种不同接触情况、化学性质、不同类型的屏障，以及机械阻力和穿戴者舒适度等引发的不同程度化学风险都起到防护作用，因此需要根据具体化学品接触情况选择化学防护服。因此，标准在防护服选择上具有重要作用。

张晓环介绍，从标准角度，要从三方面看防护服材料性能：一是物理强度，要看防护服材料是否结实；二是化学或者生物阻隔性，也是最重要的，因为防护服要保护身体及皮肤，因此阻隔性能是最重要的指标；三是舒适性要求，比如疫情期间使用的医用一次性防护服，在舒适性上还有透湿量技术指标。

化学防护服标准目前全球有两大体系：一是美标体系，它是美国消防协会（NFPA）的一系列标准：NFPA1991、NFPA1992、NFPA1993、NFPA1994，并把防护服按照危害分成A、B、C、D四个等级；二是欧盟体系，把防护服根据产品应用场景分为Type1气密型、Type2非气密型、Type3液密型、Type4喷溅致密型、Type5粉尘致密型以及Type6有限喷溅致密型。其中，Type1 ETEN943-2是应急救援使用的气密型防护服，Type3液密型和Type4喷溅致密型防护服，在这次疫情当中，是被我国作为紧急防疫物资使用时所采纳的标准。

在亚洲，中国、日本、韩国主要采纳欧盟化学防护服分级分类体系。我国化学防护服标准主要有：一是GB 24539防护服化学防护通用要求；二是GB/T 29511固体颗粒物以及酸碱防护服标准。张晓环透露，其实我国除了化学防护还有生物防护，我国GB 19082医用一次性防护服技术要求，是在2003年非典病毒暴发时制定。面对这次新冠病毒，GB 19082作为医院使用的防护服主要参考标准，立下了汗马功劳。但美国没有专门规范生物防护服产品的标准，它主要采用两种测试方法：抗合成血液ASTM F1670试验方法和噬菌体穿透ASTM F1671试验方法；欧洲有专门的生物防护服标准EN14126，但从本质上，EN14126属于化学防护服范畴，因为它必须在满足化学防护服基础上，再额外增加生物防护性能要求。

她强调，欧盟标准是被广泛认可和采纳的，欧盟标准对防护服面料指标评判：一是耐磨、耐弯折性，因为穿着防护服时很多动作会使面料折叠。欧盟把各种性能指标分成不同级别，比如耐磨性就分一级到六级，也就是说通过耐磨测试就能知道防护服是几级。通常一级耐磨性较低、六级耐磨性较强。二是撕裂强度、拉伸强度、抗刺穿以及抗静电要求。其中抗静电要求主要考虑在易燃易爆环境下产生静电发生危险。

但是作为防护服，如果都满足欧盟要求，是否代表防护服性能一样？张晓环解释，其实不然，以医用防护服使用最多的两类材料，微孔膜（MPF）和杜邦Tyvek®举例，这两类材料在经过相同圈数摩擦之后，在显微镜底下观察，可以看到，MPF材料这层孔膜有些微小孔洞。又因MPF材料是靠表面层膜提供防护作用，如果产生孔洞，其防护效果会大打折扣，而杜邦Tyvek®整层厚度都具有防护作用，而且耐磨性非常好。

此外，除了物理阻隔性，更重要的还是化学品阻隔性。在欧标里，Ⅰ型到Ⅵ型，对化学品的防护力有不同要求，其中Ⅰ型到Ⅳ型对防护服要求较高。Ⅵ型只防轻微泼溅。而作为防护服，穿透性和渗透性相比，更要关注渗透性。何为穿透性和渗透性？比如往塑料袋里装水，如果有孔就会漏水，这是穿透；但是往塑料袋里装油，即使没有孔，用手摸也会感觉手上有油，这是渗透。

生物防护性引起重视

今年因新冠肺炎疫情，生物防护服成为抗疫中的主力。张晓环表示，在欧标里，EN14126标准本质属于老化学防护服范畴，是在化学防护服基础上，增加了合成血液、噬菌体、抗生物污染液体以及污染气溶胶、污染粉尘的要求。而且它把这个要求也分成不同级别，只要满足其中最低要求，就说明这件防护服具有生物防护性。但在美标里则包含合成血液和噬菌体，而且判断标准不像欧标进行分级，它是分通过或不通过。美标的通过相当于欧标五级，所以美标要求远高于欧标。

中国医用一次性防护服标准GB 19082，除了物理性能还有阻隔性。因为医用一次性防护服主要用于保护医院里的病人和医务工作者，它的阻隔性与化学防护服明显不一样。由于医用一次性防护服，需要面临血液或体液，对防护服耐水压性有具体规定。还有颗粒过滤效率，因为新冠病毒的气溶胶颗粒是通过颗粒方式进行传播，所以对这项也有要求，因此防护服面料是否具备过滤颗粒物的作用是被强制要求的。透湿性要求是因医务工作者在医院会穿较长时间的防护服，所以透湿量越大越好；关于抗静电需求，在标准里并非每项指标都强制，比如阻燃性能测试，在医院这种没有易燃易爆的环境下，这个指标只作为可选项进行测试。

此外，防护服面料舒适性也很重要，在满足防护的基础上，越轻薄越好，这方面Tyvek®有较大优势，因为 Tyvek®克重非常轻，穿起来舒适。再有，透气性值越低，代表面料透气性越好。而Tyvek®和 SMS面料透气性都非常好，但SMS面料防护性有限，不能用来做医疗防护服，而且设计对防护服性能也会有影响。张晓环称，事实上，设计中很多点都会对防护服性能产生影响，比如防护服头罩是两片式还是三片式，决定头部的舒适性和头部运动的灵活性；如果有下半门襟，与防护面罩贴合得越适合，防护性能会越好；拉链门襟，四型以上的防护服拉链门襟是必须的，因为要防大量液体喷溅。而气密型防护服甚至拉链都是气密型拉链。

更关键的是接缝。它有多种形式，比如车缝、包边缝、贴条，还有双面贴条。车缝与包边缝会有针眼暴露，当有大量液体喷溅时，会从针眼穿透，所以必须要选择贴条防护。而在气密型防护服里，因为要达到气密性，通常还会采用两层甚至更多层贴条的方式。此外，在欧标里，不同类型防护有不同评判标准，且都是真人穿着防护服进入测试仓进行测试。而Ⅰ型防护服除了真人测试，还会有压力泄漏测试，就是把衣服里充满压力，在一定时间内测试压力是否下降。另外，不同型防护服，也有不同标准判定其穿透性能能否达到理想防护效果。