新型醫(yī)療防護(hù)服用TPU防水透濕膜的性能

胡 華 黃林志 白子文 楊劍平

(浙江環(huán)龍新材料科技有限公司 浙江義烏 322002)

1 防水透濕型薄膜簡(jiǎn)述

理想的醫(yī)用防護(hù)服具有多重功能，一是能保護(hù)醫(yī)護(hù)人員免受有毒有害的液體、氣體或具傳染性的病毒和微生物侵襲；二是能排汗且穿著舒適；三是要具備抗菌性及防致敏性，不會(huì)危害人體健康；四是能耐消毒并有一定的阻燃性。醫(yī)用防護(hù)服的防細(xì)菌和防病毒的功能主要來自醫(yī)療防護(hù)服用薄膜。醫(yī)療防護(hù)薄膜必須可防止細(xì)菌泳移、阻隔病毒穿透，減少交叉感染。醫(yī)療防護(hù)薄膜從透濕阻隔原理區(qū)分為微孔透氣型薄膜與防水透濕型薄膜兩類。從材料品種上則分為聚乙烯(PE)微孔醫(yī)用防護(hù)薄膜、聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜、熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)高透濕薄膜、熱塑性聚醚酯彈性體(TPEE)薄膜等幾類[1-2]。

(1)微孔透氣型薄膜

此類薄膜上有大量通透的微孔，微孔直徑小于2 μm。水滴的直徑一般大于100 μm，水蒸氣分子的直徑約0.4 nm，空氣分子的直徑小于水分子。所以水蒸氣和空氣可以通過，而液體水則由于表面張力的束縛不能通過。細(xì)菌和病毒的直徑雖小于1 μm，但由于大多存在于液體水中，所以絕大多數(shù)不能通過，從而起到防護(hù)作用。

微孔薄膜的阻水能力與孔徑成反比，透濕性與孔徑及數(shù)量成正比。微孔越小阻隔性越好，防護(hù)能力也越好，但透氣透濕性越差。PTFE膜和PE微孔膜都屬于該類產(chǎn)品。

(2)無微孔的防水透濕型薄膜

沒有微孔的防水透濕型薄膜一般是親水型透濕薄膜，膜上沒有通透的微孔，其透濕性是通過大分子鏈上的親水鏈段實(shí)現(xiàn)的。由于含有親水鏈段，所以在氫鍵、范德華力等分子間力的作用下，大分子會(huì)在濕度較高的一側(cè)吸收水分，并通過分子遷移與擴(kuò)散，傳遞到濕度較低的一側(cè)揮發(fā)，從而起到透濕作用。但由于沒有孔道，所以空氣、液體水都不能通過。大多數(shù)常見細(xì)菌和病毒的直徑在20～300 nm之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水分子的直徑，也無法通過，從而起到防護(hù)作用。親水型薄膜的透濕性與材料的化學(xué)組成和薄膜厚度有關(guān)，薄膜越薄，透濕性越好。通常說的TPU防水透濕膜屬于該類薄膜[3]。

可以看出，單從阻隔與防護(hù)功能看，親水性無微孔防水透濕型薄膜要好于微孔透氣型薄膜。

下文主要介紹親水性的TPU防水透濕薄膜。

2 TPU防水透濕膜的原理及其特性

TPU防水透濕薄膜采用透濕型TPU為原料生產(chǎn)。透濕型TPU一般是以水溶性的聚氧化乙烯二醇和4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和1，4-丁二醇為主要原料合成。其軟段有較高的親水性，水分子可以通過吸附滲透到透濕型TPU軟段相中，并通過遷移從濕度高的地方遷移到濕度低的地方，然后緩慢脫離并揮發(fā)，因此這種薄膜具有透濕功能。由于薄膜上沒有孔道，氣體和液體無法通過，所以又具有防水阻隔功能，可以用于醫(yī)療防護(hù)服的制作。

TPU防水透濕薄膜的透濕性能測(cè)試方法可按照國(guó)標(biāo)GB/T 12704—2009、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E96 BW-2016、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS L1099B-1的測(cè)試方法進(jìn)行。由于具體測(cè)試方法不同，所以按這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果也不同，相互之間沒有可比性。企業(yè)在生產(chǎn)與應(yīng)用中，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有使用。TPU防水透濕薄膜具有優(yōu)異的透濕功能，其單膜透濕量美標(biāo)可大于10 000 g/(m2·24 h)，日標(biāo)可大于120 000 g/(m2·24 h)。TPU防水透濕膜的透濕性能與TPU大分子中聚氧化乙烯鏈段的含量有直接的關(guān)系，聚氧化乙烯鏈段含量越高，透濕性能越好。

TPU防水透濕薄膜具有TPU材料的優(yōu)點(diǎn)[4-5]：(1)非常好的強(qiáng)度和彈性，拉伸強(qiáng)度可達(dá)50 MPa以上，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)600%以上；(2)優(yōu)良的低溫性能與耐曲撓性，在-40 ℃仍具有柔性；(3)非常好的柔軟性和手感，并非常方便防護(hù)服的運(yùn)輸與穿著；(4)可制成各種顏色，能賦予防護(hù)服時(shí)裝的美感；(5)良好的附著性，可以采用涂膠、熱熔膠膜等方式進(jìn)行粘合復(fù)合；(6)較低的熔點(diǎn)，可以方便地采用熱壓、高頻焊接的方式進(jìn)行復(fù)合加工。

3 TPU防水透濕膜與PE微孔透氣膜的比較

目前，一次性防護(hù)服多用PE微孔透氣膜作為醫(yī)療阻隔膜。為了考察TPU防水透濕膜的性能可否滿足防護(hù)服的要求，本研究將擬用于防護(hù)服的新型TPU防水透濕膜與目前防護(hù)服使用的2種不同厚度的PE微孔透氣膜(用戶提供)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果見表1。

表1 TPU醫(yī)療防護(hù)膜與PE微孔透氣膜性能比較

從表1可以看出，TPU防水透濕膜在強(qiáng)度上與PE微孔膜不相上下，耐水壓和透濕方面好于PE微孔膜，耐熱性能、伸長(zhǎng)率則大大超過PE微孔膜。該薄膜在材料性能方面完全可以滿足醫(yī)療防護(hù)服的制作，具有耐高溫消毒、柔軟、手感好、透濕能力強(qiáng)且穿著舒適的優(yōu)點(diǎn)。

4 TPU防水透濕膜的防護(hù)性能測(cè)試

為考察TPU防水透濕膜對(duì)細(xì)菌的阻隔性能，本研究對(duì)新型醫(yī)用防護(hù)用TPU防水透濕膜進(jìn)行噬菌體穿透測(cè)試，測(cè)試方法參照ASTM F 1671—2013《防護(hù)服材料抗血液傳播病原體穿透性能測(cè)試》之Phi-X174噬菌體試驗(yàn)方法，結(jié)果見表2。

表2 TPU防水透濕薄膜噬菌體穿透測(cè)試結(jié)果

測(cè)試條件：樣品暴露方法B。測(cè)試菌種：噬菌體ATCC 13706-B1，細(xì)菌為大腸桿菌ATCC 13706。測(cè)試控制：(1)陰性對(duì)照應(yīng)無噬菌體穿透；(2)陽(yáng)性對(duì)照應(yīng)有可見噬菌體穿透；(3)測(cè)試時(shí)間60 min后，記錄最終的噬菌體懸液滴度。樣品尺寸：75 mm×75 mm，測(cè)試之前將測(cè)試樣品和對(duì)照樣在溫度(20±2)℃、濕度(65±4)%的環(huán)境條件下放置24 h。

本研究針對(duì)TPU防水透濕膜進(jìn)行了BS EN 13795:2001+Al:2013 《病人、醫(yī)護(hù)人員和器械用作醫(yī)療用具的手術(shù)單、手術(shù)衣和潔凈服：生產(chǎn)商、經(jīng)銷商和產(chǎn)品的一般要求、測(cè)試方法、性能要求和性能等級(jí)》的測(cè)試。采用EN ISO 22610方法測(cè)試，溫度24.1 ℃，相對(duì)濕度65.0%，瓊脂離平皿口距離3 mm，檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 TPU防水透濕膜濕態(tài)微生物阻隔性測(cè)試結(jié)果

表2和表3檢測(cè)結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)TPU醫(yī)療防護(hù)服用薄膜完全符合醫(yī)療防護(hù)的要求，可以用于醫(yī)療防護(hù)服的制作。

5 TPU防水透濕膜在醫(yī)療防護(hù)服上的應(yīng)用

浙江環(huán)龍新材料科技有限公司與TPU膜復(fù)合無紡布生產(chǎn)單位及醫(yī)療防護(hù)服生產(chǎn)企業(yè)合作，用TPU防水透濕膜制作了醫(yī)療防護(hù)服，由廣州檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)有限公司按GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表4。

表4 醫(yī)療用TPU防水透濕膜制作的防護(hù)服檢測(cè)結(jié)果

由表4可知，TPU防水透濕膜復(fù)合無紡布制作的醫(yī)療防護(hù)服，完全達(dá)到GB 19082—2009的要求。

6 結(jié)論

(1)TPU防水透濕膜對(duì)細(xì)菌病毒具有優(yōu)良的阻隔性能，阻隔性能指標(biāo)達(dá)到ASTM F 1671-2013與BS EN 13795:2001+Al:2013的要求。

(2)TPU防水透濕膜與PE微孔透氣膜相比，在強(qiáng)度上與PE微孔膜相當(dāng)，耐水壓和透濕方面好于PE微孔膜，伸長(zhǎng)率則大大超過PE微孔膜。

(3)采用TPU高透膜復(fù)合無紡布制作的醫(yī)療防護(hù)服，完全達(dá)到GB 19082—2009的要求。