醫(yī)用非織造材料的發(fā)展與應(yīng)用

李娜+錢曉明

摘要：本文介紹了醫(yī)用非織造布的分類及發(fā)展概況，對(duì)醫(yī)用SMS非織造材料的屏蔽機(jī)理及性能特點(diǎn)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)探討了聚丙烯在非織造材料中的使用及功能改性的方法，同時(shí)展望了功能性聚丙烯在醫(yī)用SMS復(fù)合非織造布領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用非織造材料；SMS復(fù)合非織造布；功能性母粒；聚丙烯；改性

中圖分類號(hào)：TS176.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Development and Application of Medical Nonwovens

Abstract： The paper introduced the classification and development of medical nonwovens and analyzed the shielding mechanism and properties of SMS nonwovens for medical use. Particularly， it discussed the application of polypropylene in nonwovens and the methods for functional modification of polypropylene and also anticipated the application prospects of functional polypropylene in medical SMS composite nonwovens.

Key words： medical nonwovens； SMS composite nonwoven fabric； functional masterbatch； polypropylene； modification

近年來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)對(duì)一次性非織造醫(yī)用產(chǎn)品的使用量一直呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，與此同時(shí)，一些高技術(shù)含量的產(chǎn)品如人造血管、人造皮膚等受到熱烈追捧。根據(jù)市場(chǎng)研究公司Global Industry Analysts（GIA）的預(yù)測(cè)，到2017年，全球醫(yī)用非織造布的市場(chǎng)需求將達(dá)209億美元，用即棄產(chǎn)品將保持旺盛的市場(chǎng)需求。

自2003年“非典”以來(lái)，我國(guó)醫(yī)療用防護(hù)材料市場(chǎng)得到快速發(fā)展，按照基本功能可大致分為重復(fù)使用型和用即棄型兩種，前者多為傳統(tǒng)紡織產(chǎn)品，后者一般指非織造布。傳統(tǒng)棉質(zhì)產(chǎn)品經(jīng)反復(fù)使用、洗滌、消毒后強(qiáng)度會(huì)大幅降低，且在反復(fù)洗滌25次后，其對(duì)微生物和血液的阻抗性會(huì)急劇減弱，導(dǎo)致病人感染的機(jī)率增加，同時(shí)也不利于醫(yī)護(hù)人員的健康。

與傳統(tǒng)的機(jī)織材料相比，非織造醫(yī)用材料具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、凈化手術(shù)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性更佳等優(yōu)勢(shì)。比如，水刺產(chǎn)品及紡粘產(chǎn)品的各項(xiàng)性能均優(yōu)于傳統(tǒng)棉織物，一方面與產(chǎn)品原料的選擇有關(guān)，另一方面與產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝相關(guān)。

1 醫(yī)用非織造布的分類及其特點(diǎn)

醫(yī)用非織造布按照用途可分為防護(hù)型醫(yī)用產(chǎn)品和功能性醫(yī)用產(chǎn)品，其中防護(hù)型產(chǎn)品是指非直接治療的用品，而主要用于改善治療區(qū)域的衛(wèi)生環(huán)境、防止細(xì)菌穿透引起間接傳染和病毒交叉感染，提高治療效果。該類產(chǎn)品主要包括手術(shù)衣帽、口罩、帷幕、床單、罩布等。功能性醫(yī)用品是指直接用于患者身上進(jìn)行治療的用品，包括用于傷口的醫(yī)用品、植入人體的醫(yī)用品、醫(yī)用過(guò)濾材料、保健品等。

醫(yī)用非織造布根據(jù)生產(chǎn)工藝劃分主要包括水刺非織造布、紡粘非織造市、閃蒸非織造布、SMS復(fù)合材料等。其中用于制作手術(shù)衣和手術(shù)罩布的主要為水刺非織造布、紡粘非織造布、濕法非織造布和SMS復(fù)合非織造布。其中水刺法非織造布的手感最接近傳統(tǒng)紡織產(chǎn)品，穿著舒適，濕法非織造布在價(jià)格上優(yōu)勢(shì)明顯，SMS非織造布具有優(yōu)良的過(guò)濾性、吸附性、阻隔性，強(qiáng)力高，耐久性好。目前，醫(yī)院的消毒包布主要采用SMS非織造布，其中的熔噴超細(xì)纖維防護(hù)層具有大量的微孔，可讓消毒蒸汽進(jìn)出包裝袋，且其對(duì)0.3 μm微粒子的過(guò)濾效率應(yīng)可達(dá)80% ～ 90%。

2 醫(yī)用材料的性能要求

目前，國(guó)際上針對(duì)醫(yī)用防護(hù)品的標(biāo)準(zhǔn)通常以美國(guó)的NIOSH標(biāo)準(zhǔn)和歐盟的CEN標(biāo)準(zhǔn)為主。美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)制定了美國(guó)的醫(yī)用防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)NFPA 1999，規(guī)定了提供阻隔血液和體液的最低防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)的醫(yī)療器械促進(jìn)協(xié)會(huì)制定了醫(yī)用手術(shù)衣和防護(hù)服的阻隔性能和分類標(biāo)準(zhǔn)PB 70：2003，并對(duì)防護(hù)等級(jí)進(jìn)行了明確規(guī)定。

我國(guó)醫(yī)用防護(hù)品現(xiàn)階段執(zhí)行的仍為醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0506.2 — 2009《病人、醫(yī)護(hù)人員和器械用手術(shù)單、手術(shù)衣和潔凈服》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB19082 — 2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》，對(duì)醫(yī)用防護(hù)服的防水性、透濕性、阻隔性、舒適性、抗靜電性等性能做了明確的規(guī)定。

2.1 阻隔性

醫(yī)用防護(hù)材料應(yīng)具有很好的阻隔性能，防止液體和微生物顆粒對(duì)人體的侵入，才能使醫(yī)護(hù)人員免受病毒的感染，從而降低病人二次感染的概率。我國(guó)對(duì)醫(yī)用防護(hù)服的評(píng)價(jià)主要從防水性、防酒精性、防合成血液穿透以及沾水等級(jí)等方面進(jìn)行；歐洲主要對(duì)材料進(jìn)行過(guò)濾效率和液體阻隔性能測(cè)試；美國(guó)將液體阻隔能力劃分成 4 級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)，其中對(duì)SMS非織造布進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以達(dá)到 1 ～ 3 級(jí)的要求。

2.2 抗靜電性

在進(jìn)行手術(shù)時(shí)，會(huì)使用到許多醫(yī)療器械，防止或減少防護(hù)服與人體本身及醫(yī)療器材之間的靜電效應(yīng)也是現(xiàn)階段需要關(guān)注的問(wèn)題。我國(guó)GB 19082 — 2009規(guī)定了防護(hù)服的帶電量應(yīng)不大于0.6 μC，電荷密度不大于 7 μC/m2。

2.3 力學(xué)性能

醫(yī)療防護(hù)產(chǎn)品的力學(xué)性能也是非常重要的指標(biāo)。保證材料的拉伸、頂破及撕破強(qiáng)力，可以避免在手術(shù)實(shí)施過(guò)程中，因材料的強(qiáng)度不夠而發(fā)生斷裂破裂現(xiàn)象，降低病人傷口和醫(yī)護(hù)人員直接暴露于外界壞境的概率，減少被病毒及微生物侵入的概率。我國(guó)在醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求（GB 19082— 2009）中明確規(guī)定防護(hù)服斷裂強(qiáng)力應(yīng)不小于20 N，在GB/T 3923.1 — 1997標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定斷裂伸長(zhǎng)率不應(yīng)小于30%。

2.4 舒適性

隨著防護(hù)阻隔性能的提高，醫(yī)護(hù)人員對(duì)手術(shù)衣和防護(hù)服的舒適性也有了更高的要求。我國(guó)GB 19082 — 2009要求防護(hù)服的透濕量應(yīng)不小于2 500 g/（ m2？24 h）（用透濕杯法測(cè)定）。然而我國(guó)并未對(duì)防護(hù)服柔軟度做出規(guī)定，美國(guó)ASTM D 1388-96則規(guī)定了柔軟度的測(cè)試方法，且要求防護(hù)服的彎曲長(zhǎng)度應(yīng)小于 3 cm。根據(jù)幾項(xiàng)性能指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)現(xiàn)阻隔性和舒適性之間存在著一定的矛盾，采用覆膜材料可以達(dá)到很好的防護(hù)效果，但會(huì)使人感到悶熱。SMS由于是紡粘材料和熔噴材料復(fù)合而成，具熔噴材料優(yōu)異阻隔性能的同時(shí)，還具有紡粘材料良好的強(qiáng)力和透濕性。

3 醫(yī)用SMS非織造布

3.1 SMS非織造布的生產(chǎn)工藝

紡粘非織造布由連續(xù)長(zhǎng)絲組成，產(chǎn)品強(qiáng)度高，單過(guò)濾性、吸附性較差，而熔噴非織造布由超纖組成，具有良好的阻隔過(guò)濾以及吸附性能，但纖維強(qiáng)度低，單獨(dú)使用效果差，將紡粘非織造產(chǎn)品與單層或多層熔噴產(chǎn)品復(fù)合，充分利用這兩者的優(yōu)勢(shì)，紡粘層使產(chǎn)品增加了縱橫向強(qiáng)力，而超細(xì)纖維的熔噴層又大大提高了產(chǎn)品的外觀均勻性和抗水性，彌補(bǔ)了紡粘層均勻性較差、熔噴布強(qiáng)度較低等不足。近幾年又發(fā)展了更多模頭的復(fù)合技術(shù)，如SMMS、SMMMS、SSMMMSS等，形成了多層的復(fù)合，在提高產(chǎn)量的同時(shí)改善了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 醫(yī)用SMS非織造布的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

對(duì)于SMS非織造材料來(lái)說(shuō)，其表層（紡粘層）決定了手感，其內(nèi)層（熔噴層）提高屏蔽、過(guò)濾特性。因此，發(fā)展一種由多種細(xì)度纖維組成的SMS非織造材料，是提高SMS非織造材料舒適性、柔軟性和高屏蔽性的核心，也是進(jìn)一步提高我國(guó)醫(yī)用非織造布生產(chǎn)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。

SMS產(chǎn)品有薄型、中厚型以及厚型產(chǎn)品之分，根據(jù)產(chǎn)品的厚度不同其應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同。通常，中厚型的SMS產(chǎn)品適用于醫(yī)療領(lǐng)域，可用于加工外科手術(shù)服、手術(shù)包布、手術(shù)罩布、膏藥貼等，也適于制作工作服、防護(hù)服等。過(guò)去這類產(chǎn)品一直采用水刺產(chǎn)品，但與SMS產(chǎn)品對(duì)比，其阻隔能力較差，抗靜水壓能力也不夠理想，經(jīng)過(guò)“三抗”和抗靜電處理的SMS產(chǎn)品，在醫(yī)療防護(hù)用品材料中表現(xiàn)突出，因而逐漸得到廣泛應(yīng)用。

3.3 紡粘/熔噴復(fù)合非織造布的屏蔽機(jī)理

現(xiàn)有的研究表明，SMS型非織造布的屏蔽特性主要有M層（熔噴層）提供，因此針對(duì)SMS非織造布屏蔽機(jī)理的研究將首先針對(duì)M層對(duì)細(xì)小顆粒物的攔截及對(duì)流體傳輸特性進(jìn)行分析。熔噴層的數(shù)量對(duì)SMS型復(fù)合非織造材料的屏蔽阻隔性能有重要影響。對(duì)不同層數(shù)相同克重的SMS型復(fù)合材料進(jìn)行基本性能測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)，在相同克重下，層數(shù)越多，產(chǎn)品的均勻性越好，透氣量減小，靜水壓值變大（表 1）?？紤]其屏蔽性能，熔噴頭越多，喂入相同重量的原料時(shí)，分給每個(gè)噴頭的減少，在同樣的工藝參數(shù)下拉伸出來(lái)的纖維變細(xì)，隙率減少，屏蔽性能提高。

4 醫(yī)用SMS非織造布原料的開(kāi)發(fā)

醫(yī)療衛(wèi)生產(chǎn)品品種繁多，目前市面上一次性產(chǎn)品多采用非織造工藝制得，這些產(chǎn)品根據(jù)制作工藝和所需具備的基本性能要求，在原料選取上有所差異。一般手術(shù)衣的表層多采用以聚丙烯（PP）和聚酯為原料的SMS產(chǎn)品，擦拭布及繃帶這類產(chǎn)品一般采用以粘膠和棉為原料的水刺非織造產(chǎn)品。

4.1 功能性PP材料

目前在SMS產(chǎn)品中，用得最多的原料仍為PP。其中手術(shù)服一般以PP切片為原料，采用熔融紡絲制得非織造產(chǎn)品。

為研發(fā)具有屏蔽、柔軟、保健等特殊功能的醫(yī)療用品，可在制備聚合物切片時(shí)加入具有特殊功能的物質(zhì)。如聚合物切片加工過(guò)程中添加功能性母粒，使產(chǎn)品具有保溫、保健、抗菌、除臭等功能，更適用于醫(yī)療衛(wèi)生等方面。

4.2 PP改性工藝

PP改性一般有物理改性和化學(xué)改性兩種。物理改性是指通過(guò)增強(qiáng)、填充、共混等方法加入其他物質(zhì)，使其具有新的功能；化學(xué)改性指通過(guò)接枝、共聚、交聯(lián)等方式，改變PP的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)從而達(dá)到改變性能的目的。從SMS非織造產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝上來(lái)說(shuō)，對(duì)PP進(jìn)行物理改性賦予其功能性的方法非常適合工業(yè)化生產(chǎn)。

對(duì)PP切片進(jìn)行功能改性要考慮其熔點(diǎn)、軟化點(diǎn)以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，而且要分析其流變性能。在聚合物熔融過(guò)程中，溫度升高、熔體流動(dòng)速率增大，熔體剪切粘度減小，聚合物熔體所受的剪切應(yīng)力減小，從而使纖維直徑減小。一般在制備功能性切片時(shí)會(huì)添加降低聚合物熔融溫度的物質(zhì)，使纖維直徑、不勻率和結(jié)晶度有所降低，同時(shí)能使紡絲溫度降低20 ～ 30 ℃。

根據(jù)最終產(chǎn)品的要求添加不同種類的功能性母粒。功能性母粒的原料一般有樹脂載體、分散助劑以及功能性添加劑。原料在高速混合機(jī)下充分均勻地混合，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出，冷卻、切片、制粒得到功能性母粒。

（1）負(fù)離子母粒

SMS非織造材料作為醫(yī)用產(chǎn)品使用時(shí)，若賦予材料抗病、抑菌的功能，將會(huì)提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。負(fù)離子材料有除塵、凈化空氣、抑菌等功能，可促進(jìn)新陳代謝。目前主要通過(guò)高壓電產(chǎn)生電離，使空氣產(chǎn)生負(fù)離子；或利用天然礦物質(zhì)產(chǎn)品，經(jīng)提煉加工制成負(fù)離子母粒。添加了負(fù)離子母粒的產(chǎn)品可賦予制品釋放負(fù)離子的功能，負(fù)離子釋放量大，有益人體健康（可按照4% ～ 5%添加到普通母粒中，均勻攪拌）。

（2）色母粒

目前常見(jiàn)的SMS非織造產(chǎn)品都帶有不同的顏色，據(jù)此可以看出SMS產(chǎn)品的梯度分布。與此同時(shí)，現(xiàn)在很多手術(shù)服也不再是單一沉悶的顏色。生產(chǎn)有顏色的SMS產(chǎn)品一般在紡粘或熔噴工藝中添加色母粒，添加量通常不超過(guò)5%。添加色母粒是獲得高質(zhì)量樹脂著色制品的常用方法，而色母粒和樹脂基體流變性能的一致性直接關(guān)系到切片的品質(zhì)。本文對(duì) 3 個(gè)不同廠家生產(chǎn)的色母粒進(jìn)行了流變性能測(cè)試，結(jié)果如圖 1 所示。從中可以看出，色母粒產(chǎn)品的剪切粘度在 5 ～ 6 Pa？s之間，選擇混合使用的PP基材時(shí)應(yīng)考慮其剪切粘度，使色母粒更加完美地混合其中。

（3）抗菌防臭母粒

醫(yī)用口罩、傷口敷料、手術(shù)罩布等在使用前都應(yīng)該阻止和抑制微生物的生長(zhǎng)，避免醫(yī)護(hù)人員和病人受到病毒感染；使用之后，也應(yīng)注意防臭處理，避免污染大氣環(huán)境。因此，在對(duì)SMS醫(yī)用產(chǎn)品進(jìn)行功能改性時(shí)可加入抗菌防臭母粒?？咕噶Ｖ?，納米銀系抗菌防臭母粒具有較高的安全性、廣譜高效的抗菌性和優(yōu)異的耐洗滌性。目前有機(jī)抗菌防臭母粒品種主要有丙綸抗菌防臭母粒、滌綸抗菌防臭母粒和錦綸抗菌防臭母粒。

（4）柔軟母粒

現(xiàn)階段，消費(fèi)者對(duì)非織造產(chǎn)品的手感及穿著舒適性有了更高的要求，柔軟處理的方法有多種，包括機(jī)械法和物理法，其中添加柔軟母粒需從聚合物原料入手。聚合物的柔軟處理一般是在制備母粒的過(guò)程中添加增塑劑。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段我國(guó)醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的一次性防護(hù)用紡織品存在比例低、品質(zhì)不高等問(wèn)題，容易造成術(shù)后感染、交叉感染和重復(fù)感染。加大一次性醫(yī)用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可以大幅提高我國(guó)的醫(yī)療防護(hù)水平，同時(shí)也能夠節(jié)約大量的醫(yī)療資源?？山到?、復(fù)合化、功能化、微創(chuàng)化、智能化是國(guó)際上醫(yī)用產(chǎn)品的發(fā)展方向。SMS非織造產(chǎn)品獨(dú)特的性能使其在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)快速發(fā)展，有逐步取代傳統(tǒng)醫(yī)用防護(hù)產(chǎn)品的趨勢(shì)，而將SMS產(chǎn)品功能化、柔軟舒適化、纖維超細(xì)化是目前行業(yè)發(fā)展的重要方向。從原料改性入手，進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，將極大地推動(dòng)SMS非織造醫(yī)用產(chǎn)品的發(fā)展與應(yīng)用。

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