醫(yī)用一次性防護(hù)服靜電衰減測量探究

楊涵，劉洪偉，彭思睿，顏悅，吳娟潔，徐良

深圳市藥品檢驗(yàn)研究院/深圳市醫(yī)療器械檢測中心 a.無源部；b.業(yè)務(wù)部；c.有源部，廣東 深圳 518057

引言

醫(yī)用一次性防護(hù)服需重視多種性能，如阻隔性、抗菌性[1]、力學(xué)性能、抗靜電性能[2]等。在醫(yī)療工作中，經(jīng)常使用醫(yī)用酒精等易燃物品，且行動(dòng)時(shí)難免摩擦起電，若電荷量過大，易引發(fā)火災(zāi)。此外，靜電會(huì)導(dǎo)致藥品吸附灰塵，防護(hù)服上吸附病原體等[3]。

紡織靜電的基本原理是摩擦起電[4]，對應(yīng)的靜電防護(hù)機(jī)理包括靜電耗散、電荷傳輸和靜電屏蔽三種[5]。對于醫(yī)用防護(hù)服，主要評價(jià)其靜電耗散能力，對應(yīng)考察指標(biāo)為服裝帶電電荷量及電荷衰減。

護(hù)服材料主要有3類：SMS復(fù)合材料、透氣微孔膜/非織造布復(fù)合材料、閃蒸法非織造布[6]。SMS復(fù)合材料因其均勻美觀的外觀、高抗靜水壓能力、良好的透氣性、良好的過濾效果等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用[7-8]。聚乙烯膜/非織造布復(fù)合材料有較好的阻隔粒子穿透和液體滲透的效果，較高的抗拉力和良好的透氣性讓舒適性能大大提高[9]。受限于成本和技術(shù)，目前國內(nèi)防護(hù)服材料以薄膜和基布復(fù)合材料為主[10]。聚丙烯等薄膜材料具有高絕緣性且電阻大，電荷釋放較慢，靜電衰減性能較差，常需要通過抗靜電整理等手段改善抗靜電性能[11-12]。其中無紡布主要為滌綸水刺無紡布或聚丙烯紡黏無紡布[13-14]。

相比國外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[15]，我國在GB 19082-2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》[16]中對于醫(yī)用一次性防護(hù)服的靜電性能提出了兩條規(guī)定：① 4.9防護(hù)服的帶電量應(yīng)不大于0.6 μC/件；② 4.10防護(hù)服材料靜電衰減時(shí)間不超過0.5 s，從兩方面評價(jià)防護(hù)服靜電性能，表征其灰塵吸附程度及放電問題[17]?？椢镬o電衰減國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 33728-2017《紡織品 靜電性能的評定 靜電衰減法》[18]及YY/T 0867-2011《非織造布靜電衰減時(shí)間的測試方法》[19]，但GB 19082-2009中靜電衰減項(xiàng)目現(xiàn)在仍按照IST40.2(01)《Standard Test Method for Electrostatic Decay of Nonwoven Fabrics》[20]執(zhí)行。針對靜電衰減測量測試及結(jié)果評價(jià)，目前少有關(guān)于測量方法的討論[21]，但是這部分在測量過程中有很多需要注意的事項(xiàng)。

本文以現(xiàn)階段國內(nèi)常見的醫(yī)用一次性防護(hù)服材料：水刺無紡布及紡黏無紡布為對象，研究了測試樣品在表面有無臟污和褶皺的情況下靜電衰減特性的變化；并對比橫縱向靜電衰減特性的區(qū)別，最后討論了在測量結(jié)果臨界于合格點(diǎn)0.5 s左右時(shí)的處理建議。

1 方法與結(jié)果

根據(jù)GB 19082-2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》[16]規(guī)定，醫(yī)用一次性防護(hù)服靜電衰減時(shí)間不應(yīng)超過0.5 s。本文測量了以水刺非織布和紡黏非織布材料為基布制造的一次性醫(yī)用防護(hù)服的靜電衰減特性，由于在取成品防護(hù)服時(shí)表面臟污和褶皺是經(jīng)常存在的問題，故本文對這兩個(gè)問題進(jìn)行了一定的研究。另外當(dāng)測量的靜電衰減時(shí)間在0.5 s左右時(shí)，本文給出了一些測量的處理建議，謹(jǐn)慎地做出產(chǎn)品合格或不合格結(jié)論。

1.1 表面臟污實(shí)驗(yàn)對比

圖1為水刺非織布和紡黏非織布有無臟污對比圖，本文評估的表面臟污為邊緣水性筆畫。根據(jù)GB 19082-2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》[16]，要求在關(guān)鍵部位取尺寸為89 mm×（152±6）mm的樣品，取樣過程中需帶手套，防止將臟污帶入到樣品表面。但是原本樣品本身可能在某些關(guān)鍵測量部位帶有臟污，而且在取樣時(shí)，用水性筆在防護(hù)服上畫裁剪標(biāo)記時(shí)也難免帶入少許臟污。因此本研究對比了在樣品表面邊緣帶有水性筆畫和無水性筆畫時(shí)靜電衰減特性。通過對樣品施加±5 kV的電壓，并使其衰減，得到靜電衰減時(shí)間，測量結(jié)果如表1所示。

圖1 表面臟污情況。

表1 表面有無臟污靜電衰減時(shí)間對比（s）

通過對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，水刺非織布P=0.655>0.05，表明無臟污與周圍有水性筆畫處理后水刺非織布的測試結(jié)果差別不明顯；紡黏非織布P=0.219>0.05，表明無臟污與周圍有水性筆畫處理后紡黏非織布的測試結(jié)果差別也不明顯。

1.2 褶皺實(shí)驗(yàn)對比

防護(hù)服樣品在包裝運(yùn)輸過程中及制樣測試過程中產(chǎn)生褶皺難以避免。圖2為水刺非織布和紡黏非織布有無褶皺對比圖，本研究通過揉搓樣品，對比測量產(chǎn)生大量褶皺前后樣品的靜電衰減特性。此外，本研究對比測量了紡黏非織布材料制作的防護(hù)服，橫向和縱向靜電衰減特性，結(jié)果如表2所示。

圖2 褶皺情況

表2 揉搓前后，以及紡黏非織布橫縱向樣品靜電衰減特性對比結(jié)果（s）

通過對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，水刺非織布P=0.006<0.05，表明揉搓前與揉搓后水刺非織布的測試結(jié)果有差異；紡黏非織布P=0<0.05，表明揉搓前（縱）與揉搓后（縱）紡黏非織布的測試結(jié)果有顯著性差異。從表2可以看出水刺非織布揉搓前后靜電衰減特性變化較小，可能是因?yàn)樗坦に囀沟貌牧侠w維排布均勻，表面觸感光滑，揉搓雖然帶來很多褶皺，但并未改變表面排布特性。反觀紡黏非織布材料，觸感粗糙，揉搓后粗糙度觸感有一定程度改變，靜電衰減時(shí)間增加了近乎一倍。此外紡黏非織布軋點(diǎn)呈現(xiàn)菱形，顯微鏡下樣品表面有明顯橫縱尺度差異（圖3），其橫縱裁剪下的樣品靜電衰減時(shí)間差異明顯。

圖3 紡黏非織布表面

1.3 臨界測量值相關(guān)測量現(xiàn)象和處理討論

針對測量結(jié)果上下波動(dòng)于測量合格臨界值0.5 s時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎給出不合格結(jié)論。對于靜電衰減測量過程及原理，可以將衰減過程簡單等效為RC放電模型，詳見圖4。放電過程中，樣品兩端的電壓可表示為：U(t)=U0·e-t/RC。

圖4 靜電衰減RC模型

試驗(yàn)中，以表2中紡黏非織布橫向裁剪樣品揉搓前的一列測量數(shù)據(jù)為例，雖然這個(gè)測量結(jié)果不在0.5 s附近，但卻很能說明問題。從表2中的該列數(shù)據(jù)可以看出，測量結(jié)果都集中在1.1 s附近，唯獨(dú)存在一個(gè)1.453 s的數(shù)據(jù)，該列數(shù)據(jù)前兩個(gè)衰減時(shí)間對應(yīng)的對比衰減曲線如圖5所示。

圖5 紡黏非織布橫向裁剪樣品兩次測量結(jié)果

從圖5a中可以看出，1.062 s的測量曲線和RC放電模型非常接近，計(jì)算程序在計(jì)算衰減到10%電壓初值的時(shí)間誤差不會(huì)很大。而在圖5b中，衰減曲線相對于理想RC放電曲線有些變形，在衰減末端曲線接近平坦，曲線在衰減時(shí)間為1 s左右時(shí)就已經(jīng)接近10%電壓初值，由于數(shù)據(jù)本身呈現(xiàn)抖動(dòng)會(huì)使測量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差和方差，結(jié)果偏離較為嚴(yán)重。此時(shí)將擬合的衰減曲線下降到10%電壓初值時(shí)的時(shí)間作為衰減時(shí)間更為合理。此外，當(dāng)將樣品更換成銅板測量導(dǎo)電體的衰減時(shí)間時(shí)，其數(shù)值可作為參考背景在測量實(shí)際樣品時(shí)扣除。

2 討論

醫(yī)用一次性防護(hù)服在一些醫(yī)療環(huán)境的使用過程中需要做到嚴(yán)防靜電，若靜電性能不合格，在使用到一些可燃或助燃的氣體時(shí)容易引發(fā)爆炸，心電手術(shù)過程中會(huì)增加傷害患者的風(fēng)險(xiǎn)。另外靜電太高會(huì)對EMC設(shè)備產(chǎn)生干擾，從而影響其正常使用等。靜電性能對醫(yī)用一次性防護(hù)服極其重要，本研究主要探討臟污和褶皺對靜電衰減這一靜電性能的影響。

比較無臟污和周圍有水性筆畫處理的樣品測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，少量臟污對靜電衰減測量結(jié)果影響較??；臟污主要影響樣品表面導(dǎo)電特性，只要在使用時(shí)正確佩戴手套，樣品制造或測量過程中引入的少量臟污對測量結(jié)果影響甚??；成品防護(hù)服在使用過程中如產(chǎn)生少量臟污對其靜電衰減特性影響較小故不必?fù)?dān)心。當(dāng)樣品存在明顯橫縱結(jié)構(gòu)差異時(shí)，褶皺對靜電衰減影響較大，因此在制作樣品時(shí)，應(yīng)最大程度減少樣品產(chǎn)生褶皺，避開褶皺區(qū)取樣是非常必要的。除此之外，在防護(hù)服每個(gè)關(guān)鍵部位：左右前襟、左右手臂及背部位置都取橫縱兩塊，總計(jì)10片樣品進(jìn)行測量是必要的。成品防護(hù)服在使用過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生褶皺，對于由橫縱差異明顯的材質(zhì)制成的防護(hù)服而言，褶皺對其靜電衰減特性有一定影響，因此該類防護(hù)服產(chǎn)品若需在對靜電有很高要求的場所下使用，建議在外包裝或使用說明中標(biāo)明“整理穿著，盡量減少衣服上的褶皺，以免影響其靜電衰減性能”等類似字樣，同時(shí)希望在標(biāo)準(zhǔn)中能增加相關(guān)標(biāo)識的要求。在測量過程中，由于數(shù)據(jù)本身呈現(xiàn)抖動(dòng)，記錄首次出現(xiàn)下降到10%電壓初值作為衰減時(shí)間的測量方法會(huì)使得多次測量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差和方差，從而導(dǎo)致本身樣本量不大的測試結(jié)果偏離較為嚴(yán)重，因此在對防護(hù)服靜電衰減特性進(jìn)行測量時(shí)，在這種情況下，特別是在樣品測量結(jié)果接近臨界合格條件下，應(yīng)考慮對衰減曲線做擬合或平均處理，同時(shí)可考慮扣除測量儀器的背景來保證測量的準(zhǔn)確性。靜電衰減結(jié)果可能受樣品因素、環(huán)境條件或儀器穩(wěn)定性等影響而產(chǎn)生偏差較大的結(jié)果，此時(shí)應(yīng)結(jié)合具體情況分析判斷，或?qū)λp曲線作適當(dāng)處理，從而保證醫(yī)用一次性防護(hù)服產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)良性。

3 結(jié)論

各類重大公共衛(wèi)生事件的爆發(fā)，使我們愈發(fā)意識到保障醫(yī)用防護(hù)物資充足供應(yīng)的重要性，也促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展。技術(shù)升級與產(chǎn)品創(chuàng)新對保證產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的時(shí)效性提出了挑戰(zhàn)，本研究對實(shí)際情況下準(zhǔn)確測量靜電衰減數(shù)值具有重要的參考作用，同時(shí)對成品防護(hù)服在使用過程中應(yīng)避免的問題進(jìn)行了闡述。作為檢測機(jī)構(gòu)，調(diào)整完善檢驗(yàn)檢測方法、制修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對促進(jìn)醫(yī)療防護(hù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和創(chuàng)新發(fā)展、應(yīng)對重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件都至關(guān)重要。