生化防护服的分类及检测方法

2021-05-06石余卿张芸娟

纺织检测与标准 2021年2期

石余卿，张芸娟，文莉

（上海市质量监督检验技术研究院，上海200040）

0 引言

生化防护服是一种可以阻碍有毒气体、化学物质、病毒微生物等有害物质，并能隔绝其与人体接触的一种防护服装。近年来，随着“SARS”“新冠肺炎”等自然疫情和生化事故的不断暴发，使得生化防护服在军事、防疫、医药、消防、食品安全等方面发挥着越来越重要的作用。为了获得更加优异的服用性能，在借助于纺织材料前沿新技术的条件下，生化防护服的性能得到了不断完善和发展，自净化材料、纳米纤维、活性炭纤维、功能性纤维材料的应用[1-3]，使得生化防护服在机械强力、耐用性、抵御生物制剂及化学药剂等方面得到了极大的改善。然而，现阶段的生化防护服仍然还存在很多局限性，如：热负荷大、使用笨重、舒适性差、交流不便等。因此，研制性能更加优良的生化防护服，成为我国乃至全世界不断追求的目标。随着新材料的不断涌现和新技术的不断革新，生化防护服将迎来“高精新”的发展趋势，逐渐趋于多功能化、智能化、高精密化、高舒适性，从而满足日益变化的生态文明发展的需求[4-5]。

1 生化防护服的种类及防护机制

由于一些特定的工况因素，军人、医生或其他特定职业者需要在有毒有害的生物或化学环境中工作，生化防护服就是为保护这些特定的工作者而设计的防护服装。当前，会对人身体造成伤害的有毒有害的生物或化学物质主要存在气、雾、烟、液、粉等5种形态。这些有毒物质主要侵袭人体的呼吸道、消化道、眼睛、黏膜、伤口、皮肤等部位，会对人体造成损伤或不可逆转的伤害。因此，为避免有害物质对人体的伤害，要求防护服具有较好阻断有毒物质对人体伤害的性能。

事实上，防护服穿着在人体上除了必要的防护性能外，服用性能也是一个重要指标。若防护服的透气、透湿性能较差，即使能隔绝有毒有害物质，服用者也无法长时间穿着，严重影响作业时间和作业效率。因而，防护服的防护材料一般均需兼顾防护和透湿透气两个方面。具体来讲，可分为以下4种类型，即：渗透型材料、半渗透型材料、非渗透型材料和选择渗透型材料。

1.1 隔绝式防护服

隔绝式防护服一般使用具有良好抗渗透性能的非渗透型材料，如丁基橡胶、氯丁橡胶和其他弹性聚合物，可以有效阻止5种形态的有毒物质的通透[6]，其防护机制是将人体局部或整体封闭在防护服包围的微型环境中，使人体彻底与有毒有害物质隔离，从而起到防护作用。这种防护服的优点是防护性能优良，不受毒源种类的限制和制约，常用于污染严重或不明污染源的环境中，其防护原理见图1。

然而，这种防护服存在不透气、不透湿等明显的缺点，无法将人体散发的热量和湿气释放到外界，容易引起热激反应和冷激反应等[7]。另外，这种材料制作防护服时还需要配置体积庞大、质量超重的微气候调节装置和供氧装置[8]。

图1 隔绝式防护服防护原理

1.2 半透气式防护服

一般制作半透气式防护服常采用的材料为具有优良透湿性能的半渗透型材料。这种材料在有效防止有毒有害物质穿透的情况下，其优良的渗透性可有效地减少“热应激”现象，其防护原理见图2。美国Gore公司开发的Gore-Tex膜和我国总后勤部军需装备研究所开发的PTFE膜都属于半渗透型防护材料[9]。

图2 半透气式防护服防护原理

半渗透型材料是一类只允许小分子气体透过，但阻止大分子透过的微孔材料。半渗透型材料的微孔尺寸仅允许比水蒸气小的分子通过，其他有毒液体、有机大分子气体都无法通过，故而既可以满足一般的防护需求，又具有良好的服用性能。郝新敏等[10]研制的“非典”防护服，先采用聚酯纤维或棉纤维嵌织有机导电纤维制成面料，然后对面料进行抗菌、抗水拒油、阻燃等功能性整理，再与PTFE复合膜（微孔聚四氟乙烯/聚醚酯复合）进行层压后制成，且里层采用网眼经编织物。由此类材料制成的防护服具有耐久的隔离病毒、防血液渗透、防静电、防水、防油、抗菌、透湿等多项功能，综合防护性能达到甚至超过国家标准GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》的要求。

鉴于半透气式防护服的缺点是无法阻止小分子蒸汽，故而制作半透气式防护服时仍需要添加吸附型防护材料，以提高其防护性能。

1.3 透气式防护服

透气式防护服是一类既可透过空气和湿气，又能阻止毒剂气体透过的防护服，其面料一般由多层材料组成（外层织物、吸附层、内层织物），如非织造布、吸附型材料或装入非织造毡片的炭末以及里子布组成。由于非织造布渗透性较好，空气、液体、气悬物及有毒有害生物、化学物质都可以透过，因而其防护原理主要是依据吸附型材料来吸附有毒有害物质，但对于高静态压力的液态化学物质、有毒蒸汽，其防护性能较弱，故而会在外层织物上涂覆功能型整理剂以阻止此类物质的通过，其防护原理详见图3。

吸附型材料的吸附主要是物理吸附和化学吸附。其中，化学吸附主要是利用织物上添加的物质与毒剂发生化学反应，生成无毒物质，最终达到防护的效果，是早期透气式防护服采用的吸附类型，如：早在20世纪20年代，美国人将普通军服浸渍氯胺类溶液[11]，借助于氨氮反应生成一氯胺或二氯胺，从而达到杀菌消毒的目的，但其氧化能力比氯稍低。鉴于化学浸渍试剂会对织物有腐蚀性，且影响穿着者的舒适性，因而逐渐被物理吸附取代。

物理吸附主要采用活性炭的多层结构，将有毒有害物质吸附存储起来达到防护目的。然而，物理吸附也存有缺陷，如：吸附毒剂发生解析会对环境、人体造成二次危害，其他无害物质的吸附会降低对有害物质的吸附能力；使用量较大，直接影响使用者的穿着行动能力。

图3 透气式防护服防护原理

1.4 选择性透气式防护服

选择性透气式防护服采用的防护材料具有非渗透型和半渗透型的复合功能，既能防止有害物质对人体的危害，又具有良好的透气透湿性能，服用性能良好。选择性透气式防护服是一类只允许水汽分子透过，但可阻止其他液体、气体和气溶胶物质透过的防护服。它通常由选择性渗透膜材料制成，水汽分子通过溶解/扩散机制透过防护材料，无需添加吸附型材料就可实现较好的防护性能，其防护原理详见图4。当然这是理想型选择式防护服，实际应用中还存在一些问题。

选择性透气式防护服制作的关键是选择性渗透膜材料的选择。目前，很多国家的科学家都在寻找适宜的防护材料。美国和德国科学家研制出一种叫Spiratec Hybird的防护织物[12]，美国W L Gore公司和Akzo Nobel公司研制出胺基薄膜/纤维系统和纤维基薄膜/纤维系统[13]，英国研制出一种由PVOH（聚乙烯醇）和PEI（聚乙烯亚胺）组成的新型聚合物材料等先进材料，既能防液态、气态、气溶胶等多种形态的有毒化学物质、微生物和病毒，又具有轻薄、透湿、防水等良好的生理功能。

图4 透气式防护服防护原理

2 生化防护服的检测方法

生化防护服作为特殊环境中使用的防护服装，在防护性能和服用性能方面与常规服装有着不同的要求，故所采用的检测标准也不尽相同。防护服的质量控制标准根据其用途可分为工业用防护服标准和医用防护服标准。国内外常用的工业用防护服标准详见表1，医用防护服标准详见表2。

从性能要求来看，国内外标准均包含了对防护服整体质量及各个成分、各个部件的详细质量要求，需要检测的项目一般包括涨破强度、液体穿透性、透湿量、阻燃性等。美国NFPA标准体系分类简单，但是对低等级防护服的质量要求没有规定；欧洲EN标准体系分类较细，对高端防护服和低端防护服的质量要求均有较好的涵盖；ISO标准体系与EN标准体系的规定相似，但ISO标准将所有分类信息集中在一个标准里，便于查找应用；我国国标GB标准体系的分类较为合理，对高等级和低等级化学防护服的质量要求均有涵盖，且分类更为简便，便于掌握。除此之外，欧美等国家对生化防护服的整体性能要求要比中国高，这可能与每个国家生化防护服的使用要求、应用环境及发展水平息息相关。