謝宛姿， 佑曉露， 傅佳佳， 高衛(wèi)東， 王鴻博

(江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，人類對(duì)自然的破壞加劇，污染日益嚴(yán)重，導(dǎo)致各種病菌的繁衍和傳播。在全球范圍內(nèi)，已經(jīng)出現(xiàn)的極具危險(xiǎn)性傳染疾病包括乙肝、艾滋病等，它們能夠通過(guò)體液、血液途徑進(jìn)行快速傳播。2019年底，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)，這種病毒可通過(guò)飛沫、接觸以及氣溶膠進(jìn)行快速傳播[1]，導(dǎo)致經(jīng)常與病患直接或間接接觸的醫(yī)護(hù)人員存在很大感染風(fēng)險(xiǎn)。因此，利用各種醫(yī)用防護(hù)材料來(lái)保障醫(yī)護(hù)人員的身體健康極其重要。

醫(yī)用防護(hù)材料的作用是產(chǎn)生病菌阻隔層，以防止病菌泳移，減少交叉感染[2]。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，人們對(duì)防護(hù)面料防護(hù)性能的要求越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)外專家也通過(guò)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)醫(yī)用防護(hù)材料的舒適性以及其他各種性能給予具體的規(guī)定；同時(shí)，各種防病菌醫(yī)學(xué)防護(hù)材料(如阻隔織物、層壓織物和涂層織物等)的研究獲得了巨大發(fā)展[3]，并不斷向更專業(yè)化的方向突破。

1 醫(yī)用防護(hù)面料性能要求

為保障醫(yī)患雙方的安全，需嚴(yán)格把關(guān)醫(yī)用防護(hù)材料的安全性，確保其具有優(yōu)良的防護(hù)性能。防護(hù)性主要包括防液體滲透、阻隔微生物、阻隔顆粒物質(zhì)3部分。此外，醫(yī)用防護(hù)面料必須具備一定的力學(xué)性能；為了滿足醫(yī)護(hù)人員長(zhǎng)時(shí)間的穿戴要求，近代醫(yī)學(xué)對(duì)醫(yī)用防護(hù)面料的舒適性能也提出了要求[4]。

中國(guó)于2009年5月發(fā)布GB19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》[5]，針對(duì)醫(yī)用一次性防護(hù)服的性能、測(cè)試條件、測(cè)試方法提出具體的要求。例如，對(duì)其抗?jié)B水性、抗合成血液穿透性、表面抗?jié)裥砸约皩?duì)非油性顆粒的過(guò)濾效率等防護(hù)性能指標(biāo)提出了要求；通過(guò)透濕量對(duì)其舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)；通過(guò)斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行規(guī)定；通過(guò)帶電量對(duì)其抗靜電性能進(jìn)行評(píng)估。

1.1 防護(hù)性能

防護(hù)性是醫(yī)用防護(hù)面料最重要的性能。由于醫(yī)護(hù)人員經(jīng)常接觸攜帶病菌的血液、體液和分泌物等，長(zhǎng)期處于病菌活躍的環(huán)境中，所以防護(hù)面料必須具有防液體(如水、酒精和血液)滲透以及阻隔灰塵、氣溶膠(如病菌)等顆粒物質(zhì)的性能，以預(yù)防交叉感染，保障醫(yī)護(hù)人員的身體健康。

1.2 舒適性能

面料舒適性包括熱濕舒適性和接觸舒適性。面料舒適性與纖維性能、織造技術(shù)以及后整理工藝等息息相關(guān)，主要表現(xiàn)為面料質(zhì)量、透氣透濕性、親膚柔軟性等，其中透氣透濕性是評(píng)價(jià)舒適性最重要的指標(biāo)之一。在長(zhǎng)期穿著過(guò)程中，具有良好透氣透濕性的防護(hù)服能夠在短時(shí)間內(nèi)將皮膚表面產(chǎn)生的濕氣和熱量快速吸收，并通過(guò)纖維迅速傳遞至織物外表面，以保持皮膚表面和服裝內(nèi)側(cè)微環(huán)境的干燥，以此保障醫(yī)護(hù)人員的身體健康，提高工作效率。而防護(hù)服的阻隔性能不允許面料具有很好的透氣透濕性，如何平衡防護(hù)性與舒適性是醫(yī)用防護(hù)面料的一個(gè)重要研究方向。SMS(紡黏-熔噴-紡黏)復(fù)合非織造材料在醫(yī)療防護(hù)衛(wèi)生用品中應(yīng)用廣泛，由于其兼具紡黏和熔噴非織造布的優(yōu)點(diǎn)，因而除了擁有熔噴層的良好阻隔性，還兼具紡黏層的透氣透濕性[6]。

1.3 物理機(jī)械性能

雖然如今大多數(shù)醫(yī)用防護(hù)服是一次性產(chǎn)品，但也必須具有一定的物理機(jī)械性能。如果防護(hù)服的抗磨損性、抗撕裂性能較差，在穿戴過(guò)程中受到外力拉扯后破裂、磨損脫絮，防護(hù)服就會(huì)成為病菌傳播的通道，從而增加醫(yī)護(hù)人員感染幾率，使防護(hù)效果大打折扣。因此醫(yī)用防護(hù)面料對(duì)斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、撕破強(qiáng)力、耐磨強(qiáng)力等基本物理機(jī)械性能的要求較高。

1.4 其他性能

不產(chǎn)塵、不吸塵、不脫絮、防靜電均是醫(yī)用防護(hù)面料應(yīng)該具備的性能。靜電會(huì)導(dǎo)致紡織品吸塵，而醫(yī)用防護(hù)服在使用過(guò)程中由于摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，所以其必須具備一定的抗靜電性能。

2 醫(yī)用防護(hù)面料的纖維材料選擇

根據(jù)醫(yī)用防護(hù)面料的使用期限，可將其分為重復(fù)使用型和即棄型。重復(fù)使用型醫(yī)用防護(hù)面料包括傳統(tǒng)機(jī)織物、高密織物、涂層織物和層壓織物等，主要用于醫(yī)用日常工作服和手術(shù)服。即棄型醫(yī)用防護(hù)面料主要以非織造布為主，與傳統(tǒng)機(jī)織棉織物相比，非織造布具有柔軟光滑、過(guò)濾性能極佳、不易產(chǎn)生塵埃顆粒等優(yōu)點(diǎn)，因此，非織造布被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域[6]。

2.1 傳統(tǒng)纖維材料

棉織物具有手感柔軟、光澤柔和等優(yōu)點(diǎn)，滌棉混紡織物具有手感挺滑、耐洗、快干等優(yōu)點(diǎn)，由它們制成的防護(hù)面料接近日常服用面料，具有良好的透濕透氣性能，穿著較為舒適，因此是目前日常醫(yī)用工作服的主要面料[7]。此類醫(yī)用防護(hù)面料在干燥情況下對(duì)病菌具有一定的防御能力，但在濕態(tài)條件下易受到病菌的入侵，且普通棉纖維制成的織物抗起毛起球性較差，不適用于無(wú)菌無(wú)塵的手術(shù)室，因此，日常醫(yī)用手術(shù)服主要由高支棉紗、長(zhǎng)絲、改性聚酯纖維等材料[8]加工而成。由以上材料制成的防護(hù)面料雖然穿著較為舒適、方便，透濕透氣性能較好，但對(duì)病菌的屏障阻隔性能較差。

2.2 功能纖維材料

對(duì)血液、體液、病菌等進(jìn)行有效阻隔是醫(yī)用防護(hù)面料應(yīng)滿足的性能要求之一，目前已有多種高分子材料用于醫(yī)用防護(hù)面料的制備。采用高分子材料(如聚氨酯(PU)、聚丙烯(PP)等)對(duì)普通防護(hù)面料進(jìn)行一定整理加工、涂層和覆膜等操作，能夠增加防護(hù)面料的防滲透性，增強(qiáng)面料抵御病菌的能力。

2.2.1PU/熱塑性聚氨酯(TPU) 作為高分子化合物，PU和TPU具有較好的彈性和生理適應(yīng)性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。在醫(yī)用防護(hù)面料上多用PU對(duì)織物進(jìn)行涂層加工，用涂層劑封閉織物表面，從而起到防滲透作用[9]。此外，聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、有機(jī)硅橡膠等材料也可用于織物涂層的整理，以提升織物的防護(hù)性能。TPU或TPU與PP共混應(yīng)用于熔噴非織造布，可解決醫(yī)療防護(hù)用品柔性差的問題[10]。

2.2.2PP纖維材料 與傳統(tǒng)棉纖維相比，PP價(jià)格更為低廉，高溶脂PP纖維材料經(jīng)處理后可獲得一定的抗菌、抗靜電等性能，通常用于制作一次性手術(shù)衣[11]。但這種材料的抗靜水壓能力比較差，而且對(duì)病菌的阻隔效果也不佳，因此只能用作無(wú)菌外科手術(shù)衣。SMS復(fù)合防護(hù)材料大部分以PP為原料[12]，但必須經(jīng)過(guò)后整理工序，以降低其表面張力，獲取更佳的液體阻隔性能[13]。

2.2.3聚四氟乙烯(PTFE)材料 半滲透型材料可制成致密無(wú)孔、超微孔或微孔膜，通過(guò)涂層或覆膜加工的方法能夠制成高性能防護(hù)面料。PTFE復(fù)合膜是半滲透型防護(hù)材料的典型代表。PTFE微孔膜表面為蜘蛛網(wǎng)狀的微孔結(jié)構(gòu)，膜的正反面尺寸有差異，微孔孔徑介于水蒸氣和水滴直徑之間，可在防止血液和其他體液滲透的同時(shí)使水蒸氣分子通過(guò)，具有一定的透氣性，是目前企業(yè)生產(chǎn)醫(yī)用防護(hù)面料時(shí)較為常用的復(fù)合膜材料[14]。

2.2.4可生物降解材料 為了有效阻隔病菌，目前使用的醫(yī)用防護(hù)面料大多是即棄型非織造材料。即棄型醫(yī)用防護(hù)用品在使用一次后需立即銷毀，因此，一次性醫(yī)用防護(hù)廢棄物品的處理問題應(yīng)引起重視。纖維素纖維(黏膠和醋酸纖維)、聚酯纖維(聚乳酸(PLA)和聚羥基乙酸(PGA)纖維)等材料具有良好的生物降解性和生物相容性，經(jīng)過(guò)堆肥掩埋處理后可完全分解為二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境也沒有任何污染，可用于手術(shù)衣、手術(shù)覆蓋布等醫(yī)用防護(hù)面料的生產(chǎn)[12，15]。

2.2.5功能性抗菌材料 隨著對(duì)醫(yī)用防護(hù)材料的深入研究，越來(lái)越多草本提取物和新型功能性材料用于紡織生產(chǎn)中。例如，莽草酸接枝固定在PLA非織造布上，能提高防護(hù)面料的抗菌性能[16]；黨參提取物微粉水溶液與黏膠紡絲液結(jié)合，紡織成絲，能使改性后的黏膠纖維具有抗菌性[17]；以具有抗菌抑菌性能的氧化石墨烯為接枝單體，用PP非織造布接枝氧化石墨烯，可改善PP非織造布的抗菌和抗靜電性能[18]；采用銀/還原氧化石墨烯負(fù)載PP為材料，經(jīng)熔噴紡絲，可制成具有抗菌和抗靜電性能的防護(hù)面料[19]。

雖然可生物降解材料和功能性抗菌材料的加入使醫(yī)用非織造布增加了可生物降解、抗菌等優(yōu)良性能，但考慮到企業(yè)加工成本及批量化生產(chǎn)問題，棉織物、滌棉混紡織物、PP紡黏布、PU及PTFE涂層(覆膜)等材料仍是現(xiàn)在醫(yī)用非織造布的首選。

3 醫(yī)用防護(hù)面料制備技術(shù)

19世紀(jì)，為了防止醫(yī)務(wù)人員在工作時(shí)被病菌感染，科研人員開始研發(fā)醫(yī)用手術(shù)服，并得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)時(shí)醫(yī)用手術(shù)服的制備技術(shù)只是傳統(tǒng)的機(jī)織物加工法，手術(shù)服材料也是一種稀薄的機(jī)織棉布。二戰(zhàn)中美軍采用高密機(jī)織物加工法制備醫(yī)用防護(hù)服，在1952年被BECK W C指出并不能完全抵抗病菌的入侵[20]。20世紀(jì)80年代以后，各種病毒不斷對(duì)人類構(gòu)成威脅，各國(guó)開始研發(fā)醫(yī)用防護(hù)面料，探討其加工制備技術(shù)。目前，醫(yī)用防護(hù)面料加工制備技術(shù)可分為機(jī)織類防護(hù)面料加工制備技術(shù)和非織造布類防護(hù)面料加工制備技術(shù)，具體如圖1所示。

3.1 機(jī)織類防護(hù)面料加工制備技術(shù)

機(jī)織類防護(hù)面料加工制備技術(shù)是以機(jī)織物為主的加工體系，并在此體系下兼顧不同的加工方法，包括傳統(tǒng)加工法、高密加工法、涂層加工法和層壓加工法。其中，傳統(tǒng)加工法是采用棉纖維或者滌綸等合成纖維與棉的混紡紗相互交叉形成傳統(tǒng)機(jī)織物的制備技術(shù)，制成的醫(yī)用防護(hù)面料具有良好的舒適性，可應(yīng)用于日常工作服和手術(shù)服。高密加工法是采用高支棉紗或其他超細(xì)合成纖維長(zhǎng)絲織成高密度機(jī)織物的制備技術(shù)，醫(yī)用防護(hù)高密織物的后整理則采用碳氟化合物、有機(jī)硅等防水劑的防液體透濕技術(shù)。由于高密織物特點(diǎn)為經(jīng)緯密度大、總經(jīng)根數(shù)多、組織交織點(diǎn)多及布面密實(shí)等，其制備技術(shù)存在一定的技術(shù)難點(diǎn)，如織造過(guò)程中出現(xiàn)開口不清、起毛、斷紗等現(xiàn)象[21-22]，需要進(jìn)一步攻克。涂層加工法是在機(jī)織物表面涂覆涂層劑，以防止水分滲透，但存在的主要問題是透濕性差，導(dǎo)致醫(yī)護(hù)人員的穿著舒適性降低[23-24]。層壓加工法是將一層特殊薄膜通過(guò)層壓復(fù)合工藝與織物黏合在一起，又可分為干法、濕法和干濕法[25]。

3.2 非織造布類防護(hù)面料加工制備技術(shù)

非織造醫(yī)用防護(hù)面料的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)90年代，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家最先擁有的水刺非織造先進(jìn)技術(shù)是通過(guò)“三抗”(抗酒精、抗血、抗油)、抗靜電、抗菌等處理及γ射線消毒的技術(shù)，但由于其抗靜水壓低而逐漸被紡黏法非織造技術(shù)取代，使得工藝流程和生產(chǎn)成本縮減，生產(chǎn)效率大大提高?！胺堑洹睍r(shí)期，閃蒸非織造布防護(hù)面料和復(fù)合非織造布防護(hù)面料使用廣泛。目前，非織造布類防護(hù)面料的主要制備方法有紡黏法、熔噴法、水刺法、閃蒸法和復(fù)合法等，其主要制備技術(shù)如圖2[12]所示。

3.2.1紡黏法非織造技術(shù) 紡黏法是一種由聚合物切片原料直接熔融紡絲，冷卻拉伸成網(wǎng)的制備技術(shù)，其基本工藝流程如圖3所示。紡黏法工藝具有高速高產(chǎn)的特點(diǎn)，制成面料中的纖維呈長(zhǎng)絲狀，所以面料具有優(yōu)異的抗拉伸強(qiáng)度，但其防滲透性能和手感舒適性較差。通常紡黏法使用最廣泛的是寬狹縫負(fù)壓牽伸系統(tǒng)工藝，并用海島型、皮芯型和桔瓣型雙組分纖維及多組分纖維進(jìn)行面料制備，增加面料的柔軟性，使其具有良好的手感[11]。

3.2.2熔噴法非織造布技術(shù) 熔噴法基本工藝流程如圖4所示。熔噴法因其制備流程短、生產(chǎn)成本低而快速發(fā)展，其制備的非織造布具有纖維極細(xì)、比表面積大、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，這使其具有很好的阻隔性能，但是牽伸工藝流程短，導(dǎo)致其纖維的強(qiáng)力低。為了提高熔噴非織造布的性能，涌現(xiàn)出各種熔噴非織造布新技術(shù)，如駐極熔噴技術(shù)、雙組分熔噴技術(shù)以及插層熔噴技術(shù)等[26]。

與傳統(tǒng)熔噴技術(shù)不同，經(jīng)過(guò)駐極體處理的熔噴纖維網(wǎng)能夠有效增強(qiáng)非織造布對(duì)空氣中有害物質(zhì)的阻隔，這主要是因?yàn)轳v極體的加入使非織造布除了自身基礎(chǔ)過(guò)濾外，還附加了靜電效應(yīng)，從而對(duì)空氣中灰塵等細(xì)小顆粒的吸附效率進(jìn)一步提高[27]。由于熔噴非織造布具有高效、低阻的過(guò)濾性能，可用于醫(yī)療防護(hù)(如防護(hù)口罩)、電子器械、防霧霾窗紗等過(guò)濾材料領(lǐng)域。

3.2.3SMS復(fù)合非織造技術(shù) 由于熔噴非織造布具有較好的阻隔性能，而紡黏非織造布具有較高的強(qiáng)力，將兩種工藝技術(shù)相結(jié)合，制備得到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的SMS復(fù)合非織造布。SMS復(fù)合非織造布是由3層非織造布復(fù)合而成，上下兩層為具有高強(qiáng)力的紡黏非織造布，中間層為具有高阻隔性的熔噴布。熔噴布是一層致密的超細(xì)纖維層，纖維間的空隙非常小，對(duì)空氣中的顆粒物質(zhì)和微生物具有很好的阻隔性能。SMS材料在中間層具有優(yōu)良阻隔性、過(guò)濾性的同時(shí)，紡黏外層又具有高強(qiáng)力和良好舒適性，因此在醫(yī)護(hù)紡織材料上有廣泛的應(yīng)用(如防護(hù)服、隔離衣、消毒包布等)[28]。

普通的SMS非織造布對(duì)血液、水和酒精沒有完全的防滲透功能。為了達(dá)到醫(yī)用防護(hù)材料的性能要求，使SMS非織造材料具有更廣泛的應(yīng)用，可以通過(guò)各種后處理工藝對(duì)SMS材料進(jìn)行防菌[29]、抗靜電[30]、拒液性[31]等功能化處理。

3.2.4其他非織造技術(shù) 水刺法是采用極細(xì)的高壓水流對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行反復(fù)穿刺，使纖維相互纏結(jié)，并固結(jié)成布的技術(shù)。水刺法基本工藝流程如圖5所示。水刺法制得的面料具有良好的柔軟性、懸垂性及吸濕透氣性。纖維取向和水針工藝是影響面料性能的重要工藝參數(shù)，與平行于機(jī)器方向排列相比，纖維取向垂直于機(jī)器方向排列具有更優(yōu)異的力學(xué)性能。多刺頭和小水針距能使纖網(wǎng)中的纖維分布更加均勻，力學(xué)性能更佳[32]。在該制備工藝中，利用水刺加固技術(shù)代替紡黏法的化學(xué)試劑固網(wǎng)技術(shù)，能使產(chǎn)品更加綠色、安全、衛(wèi)生[33]。

閃蒸法是將溶解在溶劑中的高聚物通過(guò)噴絲孔噴出，液態(tài)絲條在高速運(yùn)動(dòng)中固化，再經(jīng)牽伸形成超細(xì)纖維，然后靠靜電裝置使纖維凝聚成網(wǎng)，最后經(jīng)熱軋加固而成的制備技術(shù)。閃蒸法基本工藝流程如圖6所示。制備工藝中若選用烷類紡絲溶劑和較高的紡絲溫度，能夠提高面料的透氣性和舒適性[34]，但目前閃蒸法因技術(shù)難度較高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，人類物質(zhì)生活水平得到提高，然而由于人口增長(zhǎng)，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)增加，導(dǎo)致生活環(huán)境逐步惡化，各類傳染疾病不斷侵蝕人類的身體，因此對(duì)醫(yī)用防護(hù)用品的需求和性能要求在逐步提高。制備防護(hù)、舒適、抗靜電等功能于一體的一次性綠色環(huán)保醫(yī)用防護(hù)面料是未來(lái)的研究重點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外主要對(duì)PTFE、聚乙烯等高聚物的涂層、覆膜和復(fù)合技術(shù)進(jìn)行研究，可在增加醫(yī)用防護(hù)面料防護(hù)性能的同時(shí)提升舒適透氣性，但其作為一次性用品價(jià)格昂貴。

因此，在材料方面應(yīng)選擇價(jià)格低廉、可生物降解且防水透氣的高分子材料；在制備工藝方面應(yīng)選擇趨于專業(yè)化和多功能化的復(fù)合加工方法。這對(duì)紡織材料及制備技術(shù)提出了新的、更專業(yè)的要求，加強(qiáng)學(xué)科交叉從而制備更具人性化的醫(yī)用防護(hù)面料是紡織行業(yè)進(jìn)一步的追求目標(biāo)和前進(jìn)方向。