SMS非織造醫(yī)用防護(hù)材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

徐進(jìn)進(jìn)　張振飛　金澤

摘 要：介紹了SMS非織造材料在醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，聚焦阻隔性、抗靜電性、舒適性、力學(xué)性能等要求，分析了不同功能性整理技術(shù)在該領(lǐng)域的研究應(yīng)用。隨著人們對(duì)醫(yī)用防護(hù)要求和穿著舒適性的不斷提高，非織造醫(yī)用防護(hù)材料未來會(huì)呈現(xiàn)多功能化、舒適化和智能化的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：SMS非織造材料;醫(yī)用防護(hù);性能要求;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TS176.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2021）05-0037-05

Research Status and Development Trend of

SMS Nonwoven Medical Protective Materials

XU Jinjin， ZHANG Zhenfei， JIN Ze

（Transfar Zhilian Co.， Ltd.， Hangzhou 311215， China）

Abstract： This article introduces the application characteristics of SMS （spunbond meltblown spunbond） nonwoven materials in the field of medical protection. From the aspects of barrier property， antistatic property， comfort， mechanical properties and other requirements， the application of different functional finishing technologies in this field is analyzed. With the improvement of people's requirements for medical protection and wearing comfort， nonwoven medical protective materials will present a multi-functional， comfortable and intelligent development trend in the future.

Key words： SMS nonwoven materials; medical protection; performance requirement; research status; development trend

新冠肺炎疫情的爆發(fā)對(duì)人民群眾的生命健康安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，以口罩和防護(hù)服為代表的醫(yī)用防護(hù)用品在疫情防控中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)以棉為主的醫(yī)用機(jī)織衛(wèi)生材料，雖然其重復(fù)利用性高，但反復(fù)洗滌后強(qiáng)度會(huì)大幅度降低，而且阻隔效果會(huì)明顯減弱，導(dǎo)致病人感染的概率增加，從而威脅醫(yī)護(hù)人員的健康安全。相比之下，紡粘/熔噴/紡粘（SMS）醫(yī)用非織造材料因其具有技術(shù)領(lǐng)先、安全有效、凈化手術(shù)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)可行等特點(diǎn)而被越來越多的人所認(rèn)識(shí)和接受[1-2]，在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用也極為迅速，儼然成為此次新冠疫情防控中的重要防護(hù)物資。

1 SMS非織造醫(yī)用防護(hù)材料的應(yīng)用特點(diǎn)

紡粘/熔噴/紡粘（SMS）非織造材料是當(dāng)前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)研究和應(yīng)用最為廣泛的防護(hù)材料類型。其中，紡粘非織造材料（S）是聚合物（以聚丙烯為代表）經(jīng)過高溫熔融后從紡絲孔擠出，在空氣的牽伸作用下變長(zhǎng)變細(xì)，冷卻后成網(wǎng)制備而成的，具有強(qiáng)度高、耐磨損、手感好等特點(diǎn)[3]。熔噴非織造材料（M）是由聚合物母粒經(jīng)熔融后從噴絲孔擠出，形成熔體細(xì)流，在高溫、高速氣流的作用下牽伸后沉積在接收裝置上，并依靠自身殘余熱量加固制備而成的。其具有纖維直徑細(xì)、孔徑小、比表面積大且孔隙率高的特點(diǎn)，對(duì)防止細(xì)菌、病毒、血液滲透有至關(guān)重要的作用，又稱之為阻隔層[4]。

目前，SMS非織造材料綜合了二者的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有優(yōu)異的防水性、較好的透氣性與高效的阻隔性能等特點(diǎn)[5]，能有效地隔離血液和細(xì)菌，被廣泛應(yīng)用于防護(hù)口罩、一次性醫(yī)用防護(hù)服、隔離服和手術(shù)衣中。在實(shí)際加工中，可通過控制熔噴（M）的層數(shù)來調(diào)控材料的透氣性、透濕性以及對(duì)微細(xì)顆粒物的過濾和阻隔效率。例如，當(dāng)M的層數(shù)增加，該材料對(duì)顆粒物、血液、酒精以及體液等液體的過濾和阻隔效率提高，但同時(shí)透氣性和透濕性會(huì)有所下降。因此，可根據(jù)不同級(jí)別的醫(yī)用防護(hù)需要，對(duì)紡粘/熔噴/紡粘非織造材料中的層數(shù)進(jìn)行選擇，如SMS，SMMS，SMMMS等[6]。

2 SMS非織造醫(yī)用防護(hù)材料的性能要求和研究進(jìn)展

綜合分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于醫(yī)用防護(hù)口罩和防護(hù)服等的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用防護(hù)材料的相關(guān)性能要求主要體現(xiàn)在阻隔性、抗靜電性、舒適性、力學(xué)性能等幾個(gè)方面。

2.1 阻隔性能

阻隔性能是醫(yī)用防護(hù)材料的重要指標(biāo)，主要包括濕態(tài)的液體阻隔性能（拒水性、拒合成血液穿透性、拒酒精）以及干態(tài)的微生物阻隔性能。醫(yī)用防護(hù)材料應(yīng)具有極佳的阻隔性能，能夠有效阻止液體和微生物顆粒侵入人體，確保醫(yī)護(hù)人員免受病毒的感染，從而大大降低病人二次感染的概率[7]。

2.1.1 液體阻隔性能

據(jù)查閱，中國(guó)、美國(guó)、歐盟等均設(shè)立了有關(guān)醫(yī)用防護(hù)材料液體阻隔性能的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)要求，以中國(guó)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)YY/T 1499—2016《醫(yī)用防護(hù)服的液體阻隔性能和分級(jí)》為例，其按照根據(jù)不同測(cè)試方法和結(jié)果，將醫(yī)療防護(hù)服的阻隔性能分為4級(jí)，級(jí)數(shù)越高，防護(hù)性能越好[8]。

紡粘/熔噴/紡粘（SMS）非織造材料雖然已具備一定的阻隔性能，但還需要進(jìn)一步的后道整理加工，以防止飛沫、血液、酒精的侵入和傳播。目前，含氟整理劑在SMS醫(yī)用材料中的研究應(yīng)用較為普遍。喬雪蓮，梁肇文，張瑜，蘇靜等[9-12]研究了不同含氟拒水拒油整理劑在SMS非織造材料中的應(yīng)用，結(jié)果均表明整理后的織物對(duì)水、油、血液、酒精具有較好的阻拒效果。

另外，疫情期間，發(fā)揮有效阻隔作用的SMS“心臟”組分熔噴無紡布表現(xiàn)出產(chǎn)能嚴(yán)重受限，市場(chǎng)供不應(yīng)求的局面，與此同時(shí)，行業(yè)內(nèi)也在積極尋求熔噴布的替代產(chǎn)品，超細(xì)纖維水刺無紡布便是其中的一種，但水刺無紡布中含有親水性的木漿纖維成分，其本身并不具備阻擋酒精、血液、水等液體滲透的功能，需經(jīng)過整理后才能達(dá)到相應(yīng)的阻隔效果[13]。如傳化化學(xué)開發(fā)的六碳氟系防水劑TF-5501，可同時(shí)用于超細(xì)纖維水刺無紡布濾層和紡粘無紡布面層的拒水拒油整理，具有產(chǎn)品穩(wěn)定性好、拒水防油性好、抗血液滲透能力強(qiáng)以及優(yōu)良的抗酒精性能。

2.1.2 微生物阻隔性能

為使非織造醫(yī)用防護(hù)材料具有良好的微生物阻隔性能，目前主要通過后整理抗菌整理的方式來實(shí)現(xiàn)。針對(duì)不同類型的抗菌劑，業(yè)內(nèi)也有不少相關(guān)報(bào)道，如王宗乾等[14]研究分析了有機(jī)硅季銨鹽、納米銀抗菌劑和雙胍類有機(jī)抗菌劑在聚丙烯SMS無紡布中的應(yīng)用效果;陳影等[15]探討了特殊雜環(huán)類抗菌整理在SMS非織造材料中的最優(yōu)抗菌整理工藝和抗菌效果。另外，傳化化學(xué)的抗菌整理劑TF-618A和TF-6182因具備安全性高、復(fù)配性好、耐洗性佳、性能突出等優(yōu)點(diǎn)，被較好地用于口罩等醫(yī)用非織造防護(hù)材料的抗菌整理，對(duì)細(xì)菌、真菌有非常好的防護(hù)效果。

2.2 抗靜電性能

非織造布材料本身的吸濕性和導(dǎo)電性較差，在應(yīng)用的過程中極易出現(xiàn)靜電累積問題，從而產(chǎn)生灰塵吸附、油漬沾污等問題，而且會(huì)影響一些醫(yī)療精密儀器的的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生電火花而引起火災(zāi)等，因此，醫(yī)用非織造材料的抗靜電整理極為關(guān)鍵。在GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》中，明確規(guī)定了防護(hù)服的帶電量應(yīng)不超過0.6 μC，防護(hù)服材料的電荷密度不超過7 μC/m2[16]。目前醫(yī)用非織造材料的抗靜電整理通常有以下兩個(gè)重要途徑來改善：

一是采用持久性抗靜電整理方法，主要通過高分子耐久性抗靜電劑與纖維發(fā)生接枝或交聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。劉亞等[17]采用2.2%～3.9%的抗靜電母粒W103A與聚丙烯（PP）切片進(jìn)行共混紡絲，所制備的紡黏非織造布具有較好的抗靜電性能。

二是采用普通抗靜電后整理加工方法，通過將不同種類的抗靜電劑浸漬或浸軋整理到非織造布上，通過纖維表面親水性的提升來改善其抗靜電性能。此種方法抗靜電劑的選擇較為關(guān)鍵，其直接影響著整理后布面抗靜電效果的持久性。如傳化化學(xué)的耐久抗靜電整理劑Transtex FUN 6220，其結(jié)構(gòu)類型為聚醚聚氨酯，聚醚結(jié)構(gòu)賦予織物較好的親水抗靜電性能，聚氨酯提供良好的耐洗性能。另外，在實(shí)際加工中，往往需要考慮抗靜電劑與其他助劑如防水劑、有機(jī)硅柔軟劑的同浴穩(wěn)定性問題，如傳化化學(xué)的非離子抗靜電整理劑TF-480H，在后整理加工中表現(xiàn)出極佳的復(fù)配穩(wěn)定性能。

2.3 舒適性能

針對(duì)手術(shù)衣、隔離服等常用醫(yī)用防護(hù)材料，不僅僅需要具備優(yōu)異的防護(hù)性能，對(duì)舒適性也提出了一定的需求[18]。但是，防護(hù)性和舒適性一般會(huì)相互制約，比如使用涂覆防護(hù)材料會(huì)使穿著者感到悶熱，手感僵硬;而具有較好透氣透濕性的材料卻無法很好地發(fā)揮阻隔效果，所以需要尋求兩者之間的最佳平衡點(diǎn)。通常舒適性主要從透濕性、柔軟度等方面來衡量。

2.3.1 透濕性

聚丙烯等合成纖維是醫(yī)用非織造布的主要原材料，其親水性很差，當(dāng)與人體皮膚接觸時(shí)，汗液和水分難以迅速被吸收而傳導(dǎo)到外表面，會(huì)給穿著者帶來極強(qiáng)的不舒適感，甚至?xí)躺?xì)菌感染。在GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》中，指出防護(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）[16]。

近年來不斷涌現(xiàn)出較多關(guān)于SMS非織造布單向?qū)竦南嚓P(guān)研究，主要體現(xiàn)布面的接枝改性和后整理表面吸附親水整理劑等途徑。如Wang等[19]在聚丙烯非織造布上采用自由基聚合法接枝N-乙烯基吡咯烷酮，發(fā)現(xiàn)布樣的親水性隨著接枝率的增加而提升，水接觸角可從113°±1.2°降到52°±3°。周曉潔等[20]、任祺等[21]采用親水性整理劑對(duì)聚丙烯SMS非織造布進(jìn)行單面親水整理，使非織造布形成親疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)單向?qū)?。上述兩種方法中，接枝改性方法效果顯著、不損傷纖維、耐久性好、不影響透氣性，但是存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高和生產(chǎn)連續(xù)性低等不利之處。親水整理劑后整理加工法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)是整理后材料的透氣性能下降，且耐久性差，加工效果易受外界條件影響，如溫度、酸堿度等[22]。

2.3.2 柔軟度

柔軟度也作為手術(shù)衣等醫(yī)用防護(hù)材料舒適性方面的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。醫(yī)用非織造防護(hù)材料由于本身缺少與柔軟劑鍵合的基團(tuán)，通常需要先采用等離子體技術(shù)對(duì)布面進(jìn)行預(yù)處理，而后再引入活性基團(tuán)，使其能夠與柔軟劑大分子有效結(jié)合，從而達(dá)到柔軟改性的目的。張?zhí)炖椎萚23]，謝檸蔚等[24]均采用低溫空氣等離子體對(duì)聚丙烯SMS非織造材料進(jìn)行表面改性后，再浸漬有機(jī)硅柔軟劑使織物具有較好的柔軟性能。

2.4 力學(xué)性能

對(duì)于醫(yī)用手術(shù)衣等材料而言，力學(xué)性能也是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。主要體現(xiàn)為材料的拉伸、頂破及撕破強(qiáng)力等。材料的力學(xué)性能好，可以保證手術(shù)實(shí)施過程的順利進(jìn)行，避免因材料的強(qiáng)度不夠而導(dǎo)致斷裂現(xiàn)象，減小醫(yī)護(hù)人員和病人患處直接暴露于外界壞境的概率，從而降低被微生物及病毒侵入的概率。在標(biāo)準(zhǔn)GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》[16]以及YY/T 0506.2—2016《病人、醫(yī)護(hù)人員和器械用手術(shù)單、手術(shù)衣和潔凈服》[25]中，明確規(guī)定防護(hù)服斷裂強(qiáng)力應(yīng)不小于20 N。

3 SMS非織造醫(yī)用防護(hù)材料的發(fā)展趨勢(shì)

隨著高分子材料、高性能纖維、紡織、染整和智能化技術(shù)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及人們對(duì)醫(yī)用防護(hù)要求和穿著舒適安全性的不斷提高，醫(yī)用非織造材料勢(shì)必向著多功能化、舒適化、智能化的方向發(fā)展。

3.1 多功能化和整理方式的迭代變革

近年來，隨著終端需求的日趨多樣化，有關(guān)醫(yī)用防護(hù)材料多功能、復(fù)合功能的應(yīng)用研究開發(fā)不斷增加，同時(shí)結(jié)合節(jié)能環(huán)保的加工理念，功能整理方式的轉(zhuǎn)變也同樣受到了業(yè)內(nèi)的普遍關(guān)注，如泡沫整理技術(shù)。王潔[26]基于聚丙烯SMS材料及木漿復(fù)合水刺材料的纖維特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用泡沫整理方法進(jìn)行“三拒一抗/單向?qū)瘛奔庸?，通過多組正交試驗(yàn)得出最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)工藝和配方。曲方圓[27]對(duì)聚丙烯SMS材料進(jìn)行雙面泡沫后整理加工，即先在材料的一側(cè)實(shí)施三防整理，再在另一面進(jìn)行單面親水整理，通過工藝因素的探索，確定最佳的整理劑配方和工藝，使整理后材料兼具良好液體阻隔性能和透濕性能，從而獲得符合醫(yī)用一次性防護(hù)服要求的聚丙烯SMS材料。

3.2 舒適性能的提升性研究

目前，中國(guó)現(xiàn)有的醫(yī)用防護(hù)服的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)阻隔性能和力學(xué)性能的關(guān)注較多，而缺乏對(duì)服用舒適性的深入研究，而在實(shí)際生活中，醫(yī)護(hù)人員因長(zhǎng)時(shí)間穿著防護(hù)裝備，對(duì)舒適性的需求較為迫切。另外，現(xiàn)階段關(guān)于醫(yī)用防護(hù)材料阻隔性能的研究報(bào)道層出不窮，也基本上能滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求，但在防護(hù)服舒適性能的提升，以及舒適性與防護(hù)性能的兼容性問題方面還有較大的改善空間，因此，醫(yī)用防護(hù)材料的舒適性研究也一定會(huì)成為未來的主要發(fā)展方向之一。防護(hù)服的舒適性能與材料的透氣、透濕性能、手感、重量、保濕隔熱性能等因素有關(guān)，需要通過纖維選擇、混紡比優(yōu)化、織物設(shè)計(jì)、印染后整理加工等多個(gè)環(huán)節(jié)綜合考慮[28]。

3.3 智能化監(jiān)測(cè)保障健康安全

新冠疫情爆發(fā)期間，工作時(shí)間長(zhǎng)、壓力大以及長(zhǎng)時(shí)間的防護(hù)穿著裝備，對(duì)醫(yī)護(hù)人員的身體造成了極大的負(fù)荷，因此醫(yī)用防護(hù)服不僅要具備一般的阻隔性能和服用性能，也需要智能化的監(jiān)測(cè)裝備，以隨時(shí)保障醫(yī)護(hù)人員的生命安全。目前學(xué)者們陸續(xù)開展了一些紡織基柔性傳感器在醫(yī)療監(jiān)控領(lǐng)域的研究[29]，其能夠系統(tǒng)、精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)服用者的身體狀況，同時(shí)利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，在通過大數(shù)據(jù)手段對(duì)體溫、脈搏、血壓等重要指標(biāo)進(jìn)行分析追蹤，其應(yīng)用前景較為廣闊，但是如何將高成本的傳感設(shè)備與醫(yī)用防護(hù)服的服用特性（如一次性防護(hù)服、機(jī)械磨損、水洗等）結(jié)合起來，是今后智能化醫(yī)用防護(hù)服亟待解決的問題。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著非織造生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)醫(yī)用防護(hù)材料多樣化需求的日益迫切，SMS非織造醫(yī)用防護(hù)材料將會(huì)在醫(yī)療行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，兼顧阻隔性、抗靜電性、抗菌性等防護(hù)性能以及服用舒適性的醫(yī)用防護(hù)用品將具有廣闊的市場(chǎng)前景，也會(huì)反推行業(yè)內(nèi)SMS醫(yī)用防護(hù)材料的研究開發(fā)和技術(shù)升級(jí)，而新冠肺炎疫情的爆發(fā)無疑則會(huì)加速這一進(jìn)程，相信在全世界強(qiáng)大的科研力量的支撐下，SMS非織造醫(yī)用防護(hù)材料能夠贏得更加快速的創(chuàng)新和發(fā)展。

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收稿日期：2020-06-04 網(wǎng)絡(luò)出版日期：2020-12-17

作者簡(jiǎn)介：徐進(jìn)進(jìn)（1990 - ），女，河南信陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事紡織印染助劑方面的應(yīng)用研究。