一襲防護服，最美“逆行者”守護著萬千生命安全。疫情當前，防護成了隔離病毒，保障生命安全的最直接的屏障。而相對於緊張時期的口罩、護目鏡等，防護服的短缺尤其突出。醫用防護服產業鏈條長、生產週期長、各項指標要求嚴格……相比普通的衣物，醫用防護服有哪些特殊功能?相對應的，對材料有哪些特殊的要求?相關的標準和檢測儀器都有哪些?日前，我們特別邀請到了北京服裝學院材料設計與工程學院龔龑教授給大家做詳細的解讀。


龔龑博士，中國紡織服裝教育學會常務理事、中國複合材料學會青年委員會副主任，目前掛職新疆塔里木大學籌建紡織服裝學院，兼任新疆大學紡織服裝學院特聘教授，其團隊致力於功能紡織服裝材料的研發和應用推廣，有功能性服裝及相關複合材料國家專利多項，榮獲過國家發明金獎，目前正致力於醫用紡織品與智能可穿戴領域結合的研究。


1、醫用防護服的重要性


在當前新冠肺炎仍舊肆虐的形勢下，醫用防護服是為保證醫護人員、公共衛生工作者、患者、因醫院探視等進入感染區域人員安全而必備的防護性服裝，其作用還包括隔離病菌、有害超細粉塵、酸鹼性溶液等，保證相關人員的生命和工作安全，同時保持環境清潔。

醫用防護服的性能指標主要指防護性、舒適性、物理機械性能等。其中，防護性是醫用防護服最為重要的性能要求——主要包括液體阻隔、微生物阻隔和對顆粒物質阻隔等;舒適性主要指透氣和透濕性能。為增強防護效果，防護服面料通常經過層壓或複膜處理，厚重且透氣和透濕性差。長期穿著一定要求透氣透濕，排汗排熱;物理機械性能主要指醫用防護服材料要求抗撕裂、抗穿刺和耐磨損等性能，從而避免為細菌和病毒傳播提供通道。


　　2、醫用防護服的透氣性


　　一次性醫用防護服材料需要滿足“三拒一抗”(即拒水、拒血液、拒酒精以及抗靜電)要求的微納米級別材料。這種複合材料可以通過不同材料複合，如用聚乙烯/聚丙烯紡黏非織造布，與透氣微孔薄膜或其他非織造布複合，或用水刺非織造布與透氣微孔薄膜複合，或用木漿複合水刺非織造布。此外還有一些聚四氟乙烯製備的膜材可用於高端防護服面料製作。而這些材料複合中，透氣微孔薄膜尤為重要。


所謂的透氣性薄膜，是通過聚烯烴原料中均勻加入混入一種功能性無機物產品，使製品在成膜過程中因高倍拉伸而產生氣孔，從而具備透氣、導濕功能;透氣膜的功能簡言之：隔水、透氣(濕氣)，以最常用的PE為載體的透氣膜為例。


　　(1)透氣的原理


　　原理很簡單：無機物+拉伸=微孔，實際上操作是很講究的，只有尺寸合適，分佈均勻的微孔才有效

若拉伸不足將導致孔徑過小甚至無孔徑，而不良的拉伸和尺寸不足的微孔只能作為廢品。


　　(2)透氣膜基本成膜原理


　　透氣膜成膜原理：PE+CaCO3(母粒)——成膜——拉伸——透氣膜。 PE透氣膜是在LDPE/LLDPE聚乙烯樹脂載體中，添加50%左右的特種碳酸鈣進行共混，經擠出成膜後定向拉伸一定倍率而成。由於聚乙烯樹脂為熱塑性材料，可在一定條件下進行拉伸和結晶，拉伸時聚合物與碳酸鈣顆粒之間發生界面剝離，碳酸鈣顆粒周圍就形成了相互連通的蜿蜒曲折的孔隙或通道，正是這些孔隙和通道賦予了薄膜的透氣(濕)功能，從而溝通了薄膜兩面的環境。


　　(3)透氣膜的作用機理


　　當薄膜一側的水蒸氣濃度在大於薄膜另一側的環境時，形成了一種濕度梯度壓力差。這就提供了氣(汽)體對流的基本條件，由於對流的形成從而使得薄膜兩側的濕度環境趨於了相對的平衡。透氣膜作為隔水膜使用​​，對液體有阻隔效果，因為薄膜中存在許多通路，它所形成的曲折通道“長徑比”(L/D)值很大，可理解為毛細管。所以，在同一液體(如水)、相同壓力情況下，只要毛細管的液柱高度小於毛細管的長度，就可保證液體不會漏出。


　　3、醫用防護服的分類


　　目前市面上的醫療防護服所用材料各異，但無論使用何種材料都應滿足各項指標要求。自從SARS以來，湧現出各式各樣的醫用防護服。不過按照使用形式可大致分為重複使用型和即用即棄型兩類。


　　(1)重複使用型醫用防護服材料


重複使用型包括：以天然纖維(棉、麻)和合成纖維(滌綸、錦綸)以及兩者混紡的傳統機織布;由超細長絲織成的高密結構織物;由塗層劑封閉於織物表面的塗層織物;由微孔薄膜和普通織物層壓而成的層壓織物。


　　傳統機織物：以天然纖維(棉、麻)和合成纖維(滌綸、錦綸)以及兩者混紡的多次重複使用的機織布。傳統棉質手術衣由於良好的舒適性，仍得到廣泛使用，但棉織物容易吸附空氣中的污染物及微生物，且它良好的吸濕性變成微生物生存的有利條件。另外棉織物不能阻止血液及其它液體的滲透。


　　高密織物：利用高支棉紗或其他超細合成纖維長絲織成高密織物，使紗線間隙變得非常小。織物由於纖維的毛細作用而具有透濕性，再經過碳氟化合物、有機矽等防水劑整理後具有一定的防液體滲透性能，但織物表面仍留有間隙。儘管這類織物具有優良的透濕性、懸垂性和較好的手感，但其耐水壓性差。


　　塗層織物：織物經過直接或轉移法塗層加工，使織物表面為塗層劑所封閉，因而具有防滲透性。塗層劑包括：聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、有機矽橡膠等。織物透濕性是通過塗層上經特殊方法形成的微孔結構或親水基團的作用來獲得，塗層織物可分親水型塗層織物和微孔型塗層織物。親水型塗層織物通過塗層劑高分子熱運動形成的自由體積及高分子之間的空間構成了允許水蒸氣通過的孔來達到透濕汽功能。由於親水基團的存在，汗液水蒸氣分子通過吸附——擴散——解吸的作用透過塗層。微孔型塗層織物是通過在塗層劑中形成2～3μm的永久性微孔與通道系統，使水蒸氣通過。總的來說，塗層織物加工簡單，耐水壓高，防滲透性強，但透濕氣性差。


　　層壓織物：層壓織物一般是將普通織物與一層特殊薄膜通過層壓工藝複合在一起制得。比如PTFE(聚四氟乙烯)超級防水透濕複合面料由於該織物主體PTFE膜的微孔。孔徑大大小於水滴直徑，可以防止血液及其它體液滲透;另一方面，薄膜的孔隙率高，孔徑大於水蒸汽分子直徑，水蒸汽分子可自由通過，透濕汽性能較好。


　　(2)用即棄型醫用防護服材料


　　用即棄型一般都是非織造布材料。用於製作醫用防護服的非織造布種類主要有水刺法非織造布、紡粘法非織造布、閃蒸法非織造布、SMS複合材料等。


紡粘法：紡粘法也稱紡絲成網法，紡絲成網的原理和纖網性狀與蠶吐絲網非常相似，只不過它採用樹脂為原料，利用化纖紡絲的方法形成長絲，再藉助氣流或機械的方法分絲成網的，而且絕大多數情況下需要通過固結工序達到成布目的。這種工藝生產的非織造佈在手感和性能方面很接近於傳統的紡織品，國內技術比較成熟的為丙綸紡粘布。


　　閃蒸法：閃蒸法也有人稱其為瞬時溶劑揮發紡絲成網法，以聚乙烯烴為主要原料。不同於紡粘法用氣流分絲或氣流與機械結合分絲，閃蒸法採用靜電分絲，即利用靜電發生器或靜電鹽添加劑形成靜電場，使絲條在拉伸過程中相互摩擦形成靜電分絲，彼此互排斥保持單纖維狀態，然後靠靜電裝置使纖維凝聚成網，纖網再經熱軋便形成了閃蒸法非織造布。 Dupont公司開發的“Tyvek”系列非織造布就是用閃蒸法製造的。


　　水刺法：水刺法非織造布生產工藝是一種新型非織造布加工技術，70年代中期由美國Dupont和Chicopee公司開發成功。水刺法工藝也稱射流噴網工藝，是通過高壓水柱高速水流對纖網噴射，在水力作用下使纖網中纖維運動而重新排列和相互纏結，以達到固結成布的目的。水刺法非織造布具有強度高、吸濕透氣性好、不易起毛、手感柔軟、懸垂性好及無化學粘合劑等優點。主要原料為滌綸、錦綸、丙綸、粘膠、脫脂棉纖維或漿粕以及其它功能性纖維等。


SMS複合非織造布：複合非織造布就是將兩種以上性能各異的非織造纖網(或非織造布與其他紡織品及塑料等)通過化學、熱或機械等方式複合在一起，或者是結合不同的成網工藝製造的非織造布。由這些方法加工出來的以非織造佈為主體的複合產品集多種材料優良性能與一體，通過各種被複合材料性能的互補，使產品的綜合性能得以充分的加強。


　　4、醫用防護服相關標準


　　在防護鞋服產品的包裝和標識方面，我國標準和美國NFPA 1999、歐盟標準都做了較為全面和嚴格的規定。


我國GB 19082-2009《醫用一次性防護服技術要求》中規定防護服由連帽上衣、褲子組成，分為連身式結構和分身式結構，不適用於可重複使用的防護服，並對醫用防護服的阻燃性能、沾水等級、電荷密度、斷裂延伸率及防水性等指標作出規定。


　　美國NFPA 1999標準適用的防護服分為一次性和可重複使用兩種，包括分體式和連體式的工作服、病患使用的。除了常規的物理強力性能、阻燃性能等指標外，該標準還要求進行整體測試，隔離層和接縫要經過抗液體和微生物透過測試。


　　歐盟的EN 14126-2003《防護服 抗感染防護服的性能要求和試驗方法》適用於可重複的和有限使用的防護服，但不適合外科醫生及手術過程中為避免交叉感染的患者穿著用。其中要求防護服的接縫處應符合EN 14325中的強度要求。整套防護服按照防護性能分為6類，從type1到type6，數字越小防護越高;type4為醫用推薦要求，帶(B)的類型是生物防護，一般優先選擇帶B類型防護服。


　　所以，醫用防護服檢測的重點指標在液體阻隔性能，主要包括抗滲水性、濕透量、抗合成血液穿透性及沾水等級等指標。此外還有斷裂強力和斷裂伸長率測定，過濾效率測定，阻燃性能分析、抗靜電性能分析等等。


　　5、醫用防護服檢測相關儀器


國標要求防護服關鍵部位靜水壓應不低於1.67kpa(17mmH2O)，防護服透濕量不小於2500g/(m2·d)，抗合成血液穿透性測試項目不低於2級要求，防護服關鍵部位材料的斷裂強力不小於45N，斷裂伸長率不小於15%，非油性顆粒過濾效率大於等於70%，靜電衰減時間不超過0.5s，環氧乙烷殘留量不超過10μg/g。 GB 19082-2009《醫用一次性防護服技術要求》


此外國內的檢測儀器還有溫州市大榮紡織儀器有限公司的YG(B)812Q 織物滲水性測定儀、YG(B)216G 織物透濕量儀、DR247Y 防護服血液穿透測試儀、Y(B )813 織物沾水度儀(表面抗濕)、YG(B)026G無紡布強力機、DR251X顆粒物過濾效率測試儀、YG(B)815DC-I 垂直法阻燃性能測試儀、YG(B) 403 織物摩擦帶電測試儀、YG(B)342T靜電衰減性能測試儀等;國外儀器常用美國Agilent(安捷倫)8890氣相色譜儀;美國CSI(上海程斯智能科技有限公司)的醫用防護服透氣性測試儀等。


　　國內檢測儀器雖然在快速發展著，但與國外相應的儀器相比性能方面略有不足。不過，從另一方面來說，國產儀器價格相對較低，且大多能達到相關測試要求，在醫藥檢驗部門、安全檢測部門、高校和研究機構應用較多。