醫(yī)用防護(hù)服用非織造材料的研究進(jìn)展

安 琪， 付譯鋆， 張 瑜， 張 偉， 王 璐， 李大偉

(1. 南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 南通 226019； 2. 安全防護(hù)用特種纖維復(fù)合材料研發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心， 江蘇 南通 226019； 3. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620)

近年來，全球性流行性傳染病頻繁爆發(fā)，埃博拉、非典(SARS)、甲型H1N1流感、新冠肺炎等疫情造成了大量人員死亡，使人們的防護(hù)意識(shí)不斷加強(qiáng)。醫(yī)用防護(hù)服是指醫(yī)務(wù)人員及進(jìn)入特定醫(yī)療衛(wèi)生區(qū)域的人群所使用的防護(hù)性服裝，其作用是阻隔病毒細(xì)菌、有害顆粒、溶液等物質(zhì)，保護(hù)醫(yī)護(hù)人員在診療、護(hù)理過程中不被感染[1]。我國(guó)醫(yī)用防護(hù)服雖然起步較晚，但整體上呈現(xiàn)迅速發(fā)展的趨勢(shì)。GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》中規(guī)定醫(yī)用防護(hù)服必須具備防護(hù)性、舒適性和物理力學(xué)性能[2-4]，其中防護(hù)性包括微生物及顆粒物阻隔能力[5-6]、抗?jié)B水性，舒適性包括透氣性、織物厚度、合身性，物理力學(xué)性能包括拉伸斷裂強(qiáng)度、脹破強(qiáng)度和接縫強(qiáng)度[7-9]。

醫(yī)用防護(hù)服的主體材料為紡粘、熔噴、針刺材料等，通過幾種材料的復(fù)合實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的阻隔，但使其同時(shí)具備防護(hù)性、舒適性和物理力學(xué)性能仍具有一定難度，還需進(jìn)行“三拒一抗”(即拒液、拒血液、拒酒精以及抗靜電)、抗菌及γ射線消毒等功能整理[10]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于防護(hù)服材料的研究重點(diǎn)在纖維原料的改性、復(fù)合技術(shù)以及整理技術(shù)[11]等方面。本文介紹了防護(hù)服用非織造材料的制備及其防護(hù)特性，重點(diǎn)剖析了非織造覆膜材料、復(fù)合及功能整理新型防護(hù)服材料的病毒過濾性及舒適性，并闡述了智能非織造材料的應(yīng)用與發(fā)展，以期為非織造材料在醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

1 醫(yī)用防護(hù)服用非織造材料的發(fā)展

1.1 紡粘非織造材料

醫(yī)用防護(hù)服發(fā)展初期是由紗線織造成純棉織物，但由于紗線較粗不能過濾微小顆粒及各類病毒，且棉纖維強(qiáng)度不高，因此，防護(hù)作用不佳[12]。近年來，隨著非織造技術(shù)的發(fā)展，紡粘非織造材料已被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。紡粘非織造材料通常以聚丙烯(PP)為原料，高溫熔融的PP切片經(jīng)寬狹縫負(fù)壓牽伸系統(tǒng)形成長(zhǎng)絲絲束，并均勻鋪放在凝網(wǎng)簾上，最后經(jīng)熱軋工藝加固處理制備得到紡粘非織造材料[13]，其微觀結(jié)構(gòu)[14]如圖1所示。

圖1 紡粘非織造材料微觀形貌Fig.1 Micromorphology of spun-bonded nonwovens.(a) Spun-bonded nonwovens; (b) Point bonding of spun-bonded nonwovens

PP紡粘非織造材料的最大特點(diǎn)是纖維為連續(xù)長(zhǎng)絲，與相同面密度的其他非織造產(chǎn)品相比，具有強(qiáng)度高、縱橫向性能接近的特點(diǎn)，但其成網(wǎng)均勻度和表面覆蓋性較差[15]，纖維直徑通常為15～40 μm，對(duì)病毒的阻隔效果欠佳。針對(duì)這個(gè)問題有2種解決措施：一種是將纖維原料進(jìn)行細(xì)旦化或雙組份處理，形成超細(xì)纖維；另一種是將PP紡粘非織造材料與納米膜進(jìn)行復(fù)合。

1.2 熔噴非織造材料

熔噴非織造材料通常是以PP為原料，利用高溫氣流噴吹作用使PP熔體細(xì)流受到拉伸而形成超細(xì)纖維，纖維凝聚到滾筒或成網(wǎng)簾上形成纖維網(wǎng)，再經(jīng)自身黏合或熱黏合加固成型[16]，加工原理如圖2所示。熔噴非織造材料的纖維直徑較紡粘非織造材料更細(xì)，平均直徑為2～5 μm，孔隙率高，且表現(xiàn)出更高的耐靜水壓性[17]，抗?jié)B水性能良好，因此，可有效阻隔細(xì)菌、病毒、氣溶膠、血液等物質(zhì)。但由于固網(wǎng)方式為自身黏合或熱黏合，故熔噴非織造材料的拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率較低，嚴(yán)重影響了其發(fā)展與應(yīng)用。熔噴材料作為過濾層，通過復(fù)合膜材料或其他織物作為強(qiáng)力支撐層可彌補(bǔ)其不足，提高整體力學(xué)性能。

圖2 熔噴非織造材料生產(chǎn)工藝流程Fig.2 Production process of meltblown nonwovens

1.3 復(fù)合非織造材料

由于紡粘非織造材料和熔噴非織造材料均具有一定的局限性，利用復(fù)合技術(shù)將紡粘非織造材料作為表層，熔噴非織造材料作為芯層，可制備紡粘-熔噴-紡粘(SMS)復(fù)合非織造材料。該復(fù)合非織造材料充分發(fā)揮了2種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，表層紡粘非織造材料提供足夠的拉伸斷裂強(qiáng)度和耐磨性能，芯層熔噴非織造材料利用其雜亂隨機(jī)分布的超細(xì)纖維保障其優(yōu)異的過濾阻隔作用[18]。但是單純的SMS非織造材料對(duì)微納米顆粒的過濾效率并不理想(約為60%)，為進(jìn)一步提高過濾效率，通過合理配置紡粘層和熔噴層的結(jié)構(gòu)及各層含量便可得到更加適用的復(fù)合非織造材料，如SMMS、SMMMS、SSMMMSS等。

普通的SMS雖然具有優(yōu)良的力學(xué)性能和過濾性；但還不能完全阻隔血液，也不具備抗菌性和抗靜電性，因此，需要經(jīng)過“三拒一抗”整理后才能達(dá)到醫(yī)用防護(hù)服的性能要求。本課題組利用直徑為2～3 μm的PP超細(xì)短纖熔噴非織造材料和直徑為20 μm的PP連續(xù)長(zhǎng)絲紡粘非織造材料，制備聚丙烯SMS非織造材料，并通過低溫等離子預(yù)處理技術(shù)和PM-3630含氟整理劑整理工藝對(duì)其進(jìn)行表面改性處理，整理前后的微觀形貌如圖3所示。處理后聚丙烯SMS非織造材料表面形成了一層膜，使表面平坦光滑，表面平均接觸角為110°，拒血液性能得到了進(jìn)一步提高，且材料透氣性良好。

圖3 含氟整理劑處理前后SMS復(fù)合非織造材料的微觀形貌Fig.3 Micromorphology of SMS composite nonwovens before(a) and after(b) fluorine containing finishing agent treatment

SMS非織造材料在國(guó)內(nèi)外醫(yī)用防護(hù)服中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)SMS非織造材料進(jìn)行“三拒一抗”整理后滿足了不同場(chǎng)合的使用需求，改善產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也提高了醫(yī)用非織造材料的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.4 閃蒸非織造材料

閃蒸非織造材料主要是將高密度聚乙烯(HDPE)、 二氯甲烷在高溫高壓下溶解制成紡絲液，當(dāng)紡絲液從噴絲板中噴出的瞬間，壓力急劇下降，溶劑迅速蒸發(fā)，固化形成閃蒸纖維，再通過靜電分絲技術(shù)使纖維進(jìn)一步拉伸分絲，形成納微纖維網(wǎng)，最后經(jīng)駐極處理和熱軋加固而成。閃蒸非織造布生產(chǎn)流程如圖4所示。閃蒸非織造材料手感柔軟，具有高強(qiáng)度、抗撕裂、吸濕透氣以及阻隔微生物和細(xì)小顆粒等性能，可用于醫(yī)用繃帶、防護(hù)服等醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域[19]。

圖4 閃蒸非織造材料生產(chǎn)工藝流程Fig.4 Production process of flash spinning nonwovens

甲型H1N1流感(病毒直徑為80～100 nm)蔓延期間，為防止其通過鼻腔或咽喉粘膜進(jìn)入人體，杜邦公司采用面密度為41 g/m2的閃蒸非織造材料制得了拉伸斷裂強(qiáng)力為58.5～81.3 N、纖維線密度為0.1～0.3 dtex的防護(hù)服[20]，可過濾氣溶膠、隔絕液體。其對(duì)非油性顆粒的過濾效率大于等于70%，在靜水壓為1.67 kPa時(shí)無滲水，經(jīng)抗體液穿透性測(cè)試，其對(duì)30%的H2SO4和10%的NaOH的穿透系數(shù)為零，透濕量為7 154 g/(m2·d)，抗?jié)竦燃?jí)達(dá)到4級(jí)， 因此，閃蒸非織造材料在保證力學(xué)強(qiáng)度和病毒防護(hù)效率的同時(shí)，改善了材料的透氣透濕性能，提高了穿著者的舒適性。但該材料采用溶液紡絲制備，產(chǎn)生的有機(jī)溶劑具有一定毒性且回收困難，濃度過高時(shí)易引起爆炸。

2 新型非織造防護(hù)材料

2.1 覆膜非織造材料

覆膜非織造材料通常是將非織造基布與透氣微孔膜相復(fù)合，覆膜形式可以是一布一膜(SF)或二布一膜(SFS)，其中透氣微孔膜通常采用聚四氟乙烯(PTFE)、 聚乙烯(PE)透氣膜或彈性聚氨酯(TPU)。 基布采用具有一定力學(xué)性能的紡粘非織造布或水刺非織造布，起到保護(hù)透氣微孔膜和支撐的作用[21-22]。該材料具有高的拉伸斷裂強(qiáng)度、過濾性、耐靜水壓性和透氣性，在阻隔病毒、防止血液滲透的同時(shí)，能給人體帶來舒適感。

目前研制出的SFS材料防護(hù)服面料呈三明治結(jié)構(gòu)，如圖5[23]所示。其中間芯層使用面密度為10～29 g/m2的PTFE透氣膜，上下2層分別為紡粘和水刺非織造材料，具有質(zhì)輕、穿著舒適、可選擇性地屏蔽病毒和細(xì)菌的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保證人體汗液的揮發(fā)，提供良好的舒適性。

圖5 三明治結(jié)構(gòu)防護(hù)服材料示意圖Fig.5 Structure diagram of sandwich protective garment

Parthasarathi等[24]開發(fā)了一種SFS防病毒防護(hù)服，結(jié)構(gòu)如圖6所示。其外層是面密度為30 g/m2的PP非織造材料，中間層是面密度為15 g/m2的PTFE薄膜，內(nèi)層是面密度為25 g/m2的聚酯(PET)紡粘非織造材料。利用PP優(yōu)異的拒液性，結(jié)合PTFE薄膜的選擇透過性，實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的阻隔防護(hù)作用。其內(nèi)、中、外層的平均孔徑分別為0.187、0.400和0.147 μm， 可阻隔直徑為0.027 μm的細(xì)菌和病毒；拉伸斷裂強(qiáng)力為145 N，耐靜水壓性能為2 930 mm H2O(28.7 kPa)， 透濕量為585.7 g/(m2·d)， 滿足美國(guó)醫(yī)療器械促進(jìn)協(xié)會(huì)(AAMI) 4級(jí)防護(hù)要求，具有優(yōu)異的病毒液體屏障功能，可有效減少醫(yī)務(wù)人員和患者之間的交叉感染。

圖6 SFS抗病毒防護(hù)服織物結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Fabric structure of SFS antiviral protective garment fabric

在各類材料中，紡粘/膜材料的過濾性和拒液性最佳，尤其是SFS對(duì)非油性固體顆粒的過濾效率可達(dá)99%，可有效阻斷傳染病病毒的入侵，但微孔膜的加工難度較大，目前還存在微孔孔隙加工不勻等問題。

2.2 新型復(fù)合非織造材料

2.2.1 活性碳復(fù)合非織造材料

醫(yī)用防護(hù)服的過濾層最為關(guān)鍵，活性碳纖維(ACF)作為一種新型纖維材料，具有質(zhì)輕，過濾性和力學(xué)性能好的特點(diǎn)。英國(guó)Chemviron Carbon公司以棉纖維為原料，經(jīng)過梳理成網(wǎng)和針刺加工后進(jìn)行炭化，制成活性炭針刺非織造材料，再與聚酯、聚酰胺或棉織物復(fù)合，并進(jìn)行抗菌整理，研發(fā)出具有抗菌、抗病毒雙重功效的Zorflex活性碳纖維防護(hù)服[25]，其中活性碳纖維直徑小于2 μm，孔徑為0.28～0.75 μm， 比表面積為1 000～2 000 m2/g，面密度為120～240 g/m2，透氣率為600～1 000 mm/s。 Zorflex活性碳纖維防護(hù)服具有過濾性能好、透氣性高和質(zhì)輕等特點(diǎn)，可有效阻隔病毒，并提供一定的舒適性。

以PP熔噴非織造材料為上下層，將直徑為0.7～5 mm 的活性炭顆粒作為中間過濾層，通過機(jī)械嵌入式黏合作用制備得到聚丙烯超細(xì)纖維/活性炭復(fù)合材料[26]。經(jīng)測(cè)試材料面密度為12 g/m2，活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%。參照EN1882-1《高效空氣過濾器 第1部分：分級(jí)、性能試驗(yàn)、標(biāo)識(shí)》中最易穿透粒徑法(MPPS)對(duì)直徑為0.3 μm粒子進(jìn)行過濾效率測(cè)試，結(jié)果表明：?jiǎn)螌泳郾├w維材料、雙層聚丙烯纖維材料以及聚丙烯纖維/活性炭復(fù)合材料的過濾效率分別為23.7%、45.2%和60.8%，過濾阻力分別為6.6 mm H2O(0.065 kPa)、10.08 mm H2O(0.099 kPa)和9.9 mm H2O(0.097 kPa)。可見，聚丙烯纖維/活性炭復(fù)合材料的過濾效率相較于普通的2層疊加聚丙烯纖維材料有明顯的提升，且過濾阻力較小，對(duì)氣溶膠和固體顆粒具有優(yōu)異的過濾阻隔性能。

2.2.2 紡粘/水刺復(fù)合非織造材料

紡粘非織造材料雖能滿足力學(xué)強(qiáng)度和舒適性的要求，但對(duì)病毒過濾性能欠佳，因此，細(xì)旦化紡粘非織造材料成為研究熱點(diǎn)。紡粘/水刺超細(xì)纖維非織造材料的制備是將紡粘成網(wǎng)技術(shù)與水刺固網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，其形貌如圖7所示。首先，利用高溫將聚酯(PET)/聚酰胺(PA)切片熔融，熔體細(xì)流通過高壓作用經(jīng)橘瓣型噴絲孔擠出，經(jīng)冷卻牽伸成長(zhǎng)絲收集在成網(wǎng)簾上，形成超細(xì)紡粘纖維網(wǎng)。然后通過水刺技術(shù)開纖，利用高壓水刺流反復(fù)穿刺紡粘纖維網(wǎng)，使纖維彼此發(fā)生糾纏、加固。常用的橘瓣型噴絲孔為16和32瓣， 單纖維線密度為0.05～0.14 dtex，相比于普通的紡粘或水刺非織造材料，橘瓣型超細(xì)纖維可有效阻隔病毒及細(xì)小顆粒，同時(shí)表現(xiàn)出良好的透氣性和保暖性，是理想的醫(yī)用防護(hù)材料[27]。

值得一提的是，江西三江集團(tuán)建立了我國(guó)首條擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紡粘/水刺超細(xì)纖維非織造材料生產(chǎn)線[28]，該生產(chǎn)線制備的滌綸/錦綸雙組分橘瓣型纖維開纖后形成線密度為0.15～0.18 dtex的超細(xì)纖維，縱橫向強(qiáng)力達(dá)300～400 N，撕裂強(qiáng)度可達(dá)30～60 N， 具有良好的阻隔性、力學(xué)性能和吸濕透氣性，滿足醫(yī)用防護(hù)材料的基本性能。

圖7 橘瓣型紡粘纖維結(jié)構(gòu)與紡粘/水刺復(fù)合非織造材料形貌Fig.7 Structure of tangerine flap spun-bonded fiber(a) and morphology of spun-bonded/spun-laced composite nonwovens(b)

2.2.3 靜電紡/非織造復(fù)合材料

為彌補(bǔ)單一非織造材料的不足，采用靜電紡/非織造復(fù)合技術(shù)可提高防護(hù)材料的病毒屏蔽效率和穿著舒適性[29]。Faccini等[30]制備了聚酰胺6(PA6)納米纖維/粘膠非織造復(fù)合材料，首先通過靜電紡絲技術(shù)制備PA6納米纖維網(wǎng)，然后將該納米纖維網(wǎng)與面密度為28 g/m2的粘膠水刺非織造材料熱熔復(fù)合。結(jié)果顯示，PA6納米纖維/粘膠非織造復(fù)合材料對(duì)微納米顆粒有明顯的阻隔性能，當(dāng)透氣率為1 070 mm/s時(shí)，其對(duì)直徑小于200 nm的氣溶膠的過濾效率為50%，進(jìn)一步增加纖維網(wǎng)厚度，阻隔效率可達(dá)99%。靜電紡絲纖維為納米級(jí)超細(xì)纖維，提供了物理阻隔性能，而粘膠水刺非織造材料提供了力學(xué)性能，從而使材料具有防護(hù)性和物理力學(xué)性能的雙重效果。

美國(guó)軍事人員裝備中心開發(fā)了一種新型彈性納米纖維網(wǎng)復(fù)合材料，該材料由彈性聚氨酯(TPU)納米材料、非彈性PA6納米材料和熔噴非織造材料構(gòu)成，提高了復(fù)合材料對(duì)氣溶膠的過濾效率[31-32]。采用靜電紡絲技術(shù)制備的TPU納米材料面密度為0.05 μg/m2，厚度為100 μm，平均孔徑為0.7 μm；PA6納米纖維材料面密度為0.5 μg/m2，直徑為100 nm， 平均孔徑為33 μm；熔噴非織造布面密度為97 g/m2、厚度為100 μm。復(fù)合后，這種納米/熔噴非織造材料軸向應(yīng)變彈性回復(fù)率達(dá)200%，平均孔徑為0.5～50 μm，氣溶膠(直徑為1～5 μm)過濾效率達(dá)99.99%。該材料最大的特點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)高過濾效率的同時(shí)，賦予材料優(yōu)良的彈性形變，更適合用作手肘、膝蓋等關(guān)節(jié)部位的材料，增加靈活性，提高舒適性能。

2.3 功能非織造材料

非織造材料一般都需要經(jīng)過功能性整理才能達(dá)到醫(yī)用防護(hù)服的標(biāo)準(zhǔn)要求。非織造醫(yī)用防護(hù)材料最常見的功能性整理有拒液整理、抗菌整理、抗靜電整理等。

2.3.1 拒液整理

為提高醫(yī)用防護(hù)服在高靜態(tài)壓力條件下對(duì)液態(tài)化學(xué)物質(zhì)和氣溶膠的阻隔效果，需要對(duì)其外層表面進(jìn)行拒液功能整理[33]。拒液整理實(shí)質(zhì)是增加液體在非織造材料表面的接觸角，降低非織造材料的表面能。在拒液整理中，通常選用低表面能的氟類或硅類整理劑對(duì)非織造表面進(jìn)行涂層處理。例如利用聚甲基氫硅氧烷溶液對(duì)3層醫(yī)用防護(hù)服(外層為PP紡粘非織造材料，中間層為PP熔噴非織造材料，內(nèi)層為PET/粘膠水刺非織造材料)進(jìn)行拒液整理[34]，結(jié)構(gòu)如圖8所示。測(cè)試結(jié)果表明，拒液整理前后復(fù)合織物的透氣率沒有變化，均為40 mm/s，耐靜水壓從32 cm 提高至52 cm，符合美國(guó)醫(yī)療器械促進(jìn)會(huì)(AAMI) 4級(jí)防護(hù)要求。這表明拒液涂層整理在保證透氣性的基礎(chǔ)上，提高了耐靜水壓性能，即在不影響舒適性的前提下改善了防護(hù)效果。

圖8 拒液涂層整理醫(yī)用防護(hù)服面料結(jié)構(gòu)Fig.8 Medical protective garment fabric with water-repellent coating

2.3.2 抗菌整理

細(xì)菌可在動(dòng)植物體外進(jìn)行自我復(fù)制繁衍[35]，因此，醫(yī)用防護(hù)服必須具備抗菌功能。采用Zn(NO3)2和超支化聚酰胺酯直接在水溶液中反應(yīng)生成納米氧化鋅沉積到PP/PE雙組分紡粘非織造材料中，可實(shí)現(xiàn)材料的抗菌整理[36]。經(jīng)測(cè)試，未經(jīng)抗菌整理的材料其透氣率為2 211.59 mm/s，整理后的試樣透氣率為2 060.34 mm/s，比未整理材料的透氣率有略微下降，但不影響舒適性。圖9示出整理前后試樣抗菌效果對(duì)比圖。可以看出，在大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的培養(yǎng)皿中，經(jīng)抗菌整理的試樣周圍出現(xiàn)了較大較明顯的抑菌圈，未經(jīng)整理的試樣周圍未出現(xiàn)抑菌圈，這表明整理后PP/PE雙組分紡粘非織造材料有良好的抗菌效果。由此可見，抗菌整理對(duì)細(xì)菌具有明顯的抑制效果，且對(duì)防護(hù)服材料的透氣性影響不顯著。

圖9 整理前后試樣抗菌效果對(duì)比Fig.9 Comparison of antibacterial effect of samples before and after finishing. (a) Bacillus coli; (b) Staphylococcus aureus

2.3.3 抗靜電整理

防護(hù)材料大都采用PP、PE等作為原料，這些材料表面化學(xué)惰性較大，摩擦后易產(chǎn)生靜電，影響服用舒適性，因此，需要進(jìn)行抗靜電整理?？轨o電加工方法有3種：一是在表面涂覆抗靜電劑，因?yàn)榭轨o電劑分子可使高分子表面具有一定潤(rùn)滑性，降低摩擦因數(shù)，從而減少和抑制靜電的產(chǎn)生，使材料具有抗靜電性；二是通過纖維接枝改性或與親水性纖維混紡提高材料的吸濕性，達(dá)到抗靜電的目的；三是在材料中加入導(dǎo)電纖維。

為降低PP熔噴非織造材料的抗靜電性，采用氬氣等離子體對(duì)PP熔噴非織造材料表面進(jìn)行處理，然后誘導(dǎo)丙烯酸接枝改性，可制備出吸濕性良好的熔噴非織造材料，其掃描電鏡(SEM)及接觸角照片[37]如圖10所示。可知：未處理的PP纖維表面光滑，接觸角為140°；經(jīng)等離子體處理后PP纖維表面有較清晰的刻蝕痕跡，接觸角減小到約89°；而經(jīng)接枝處理后，纖維表面形成一層聚丙烯酸，接觸角減小到32°，從而改善了材料的吸濕性，提高了抗靜電性能?？轨o電處理可降低非織造材料表面的摩擦因數(shù)，防止因摩擦帶靜電吸引空氣中的帶電塵埃而對(duì)防護(hù)服造成污染。

圖10 不同整理工藝PP熔噴非織造材料掃描電鏡及接 觸角照片F(xiàn)ig.10 SEM images and contact angle photos of PP meltblown nonwovens with different finishing technology. (a) Untreated(×1 500); (b) Plasma treatment(×1 500);(c) Graft treatment(×100)

3 智能納米防護(hù)材料

被動(dòng)防護(hù)型醫(yī)用防護(hù)服具有一定的應(yīng)用局限性，智能紡織品的出現(xiàn)為主動(dòng)防護(hù)型醫(yī)用防護(hù)服的開發(fā)提供了新思路，這類材料不僅可感知外部環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)的變化，還可主動(dòng)對(duì)這種變化做出反應(yīng)。目前，智能納米防護(hù)材料的實(shí)現(xiàn)主要有2種途徑：一是引入微電子技術(shù)，如采用導(dǎo)電聚合物制成應(yīng)變傳感器；二是使用智能形變材料、溫敏相變材料、pH響應(yīng)材料等智能材料，實(shí)現(xiàn)醫(yī)用防護(hù)服的生理指標(biāo)智能監(jiān)測(cè)、溫濕度調(diào)節(jié)、自消毒和自清潔等功能，以提升防護(hù)服的防護(hù)性能和舒適性[38-39]。

3.1 智能監(jiān)測(cè)型納米防護(hù)材料

美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制了一種由整齊排列的碳納米管構(gòu)成的導(dǎo)濕微孔膜材料，被稱為“第二層皮膚”，其示意圖[40]如圖11所示。其中碳納米管孔隙為5 nm，而病毒尺寸通常大于10 nm，因此，表現(xiàn)出良好的病毒屏蔽作用。美國(guó)麻省理工大學(xué)在棉纖維中加入納米金顆粒和碳纖維導(dǎo)電聚合物[41]，嵌入防護(hù)服中用于監(jiān)測(cè)心率和汗液分泌，且納米金顆?？稍谝欢ǔ潭壬掀鸬娇咕?、防病毒的作用，防止流感等疾病傳播。

圖11 碳納米管導(dǎo)濕微孔膜材料Fig.11 Moisture conducting microporous membrane of carbon nanotubes

3.2 溫濕度調(diào)節(jié)型納米防護(hù)材料

利用枯草芽孢桿菌納豆細(xì)胞具有濕度響應(yīng)的特點(diǎn)，美國(guó)麻省理工研究人員將幾十億個(gè)枯草芽孢桿菌納豆細(xì)胞以特定模式沉積在紡粘非織造材料上，研發(fā)出一種可呼吸納米防護(hù)材料。該材料具有良好的濕度響應(yīng)，可根據(jù)濕度變化在分子水平上膨脹或收縮。這種納米結(jié)構(gòu)在阻擋過濾病毒及其他微細(xì)粒子的同時(shí)，還保障了汗液揮發(fā)與擴(kuò)散，為穿著者提供了舒適的微環(huán)境，兼具防護(hù)與舒適功能[42]。

3.3 自消毒和自清潔型納米防護(hù)材料

基于光催化原理可對(duì)碳納米管膜進(jìn)行表面修飾。利用光催化劑納米粒子在光線照射下極強(qiáng)的氧化還原作用，對(duì)細(xì)菌和病毒產(chǎn)生抑制作用，例如朱孝明等[43]開發(fā)了一款自消毒材料，該防護(hù)材料分別由經(jīng)改性TiO2納米顆粒處理的PP熔噴非織造材料與PE/PET皮芯型雙組分熔噴非織造材料復(fù)合而成。PP熔噴材料中纖維的平均直徑和平均孔徑分別為4.28和11.73 μm，當(dāng)紡粘和熔噴材料的TiO2負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%和15%時(shí)，該復(fù)合材料對(duì)直徑為0.3 μm的NaCl氣溶膠的過濾效率為72.9%；在紫外光照條件下對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為99.07%和99.27%，具有良好的殺菌、病毒阻隔功能。此外，對(duì)于防護(hù)材料還有許多自清潔方面的研究，例如采取超疏水表面處理技術(shù)以防止血液等體液污染物對(duì)防護(hù)服的玷污[44]，或是利用化學(xué)原理，當(dāng)材料與有害化學(xué)液體反應(yīng)后，表層膜材料自動(dòng)脫落，達(dá)到自清潔目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著新冠肺炎在全球的爆發(fā)，人們的健康安全意識(shí)逐漸增強(qiáng)，特別是醫(yī)護(hù)人員的生命安全得到越來越多的重視。醫(yī)用防護(hù)服為醫(yī)護(hù)工作者的生命安全保駕護(hù)航，是抗擊傳染病疫情最有力的一道屏障。由于原料選擇、加工方式等技術(shù)限制，傳統(tǒng)醫(yī)用防護(hù)服存在一定的應(yīng)用局限性。覆膜技術(shù)、復(fù)合非織造材料制備和功能整理等技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步改善了防護(hù)服的功能性、舒適性和適應(yīng)性，成為新型醫(yī)用防護(hù)服非織造材料的主力軍。智能防護(hù)服在人體生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)、溫濕度調(diào)節(jié)、自消毒和自清潔等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，能更好地適應(yīng)醫(yī)護(hù)需求，成為醫(yī)用防護(hù)服發(fā)展的新趨勢(shì)。作為一種重要的醫(yī)用安全防護(hù)物資，未來智能防護(hù)材料將為應(yīng)對(duì)重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件提供強(qiáng)有力的后盾，大力推動(dòng)醫(yī)療防護(hù)體系的智能化建設(shè)。

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