聚酰亞胺纖維可重復醫(yī)用防護面料的制備與性能測試

王歡，潘虹，夏燕茂，胡珊珊

(江蘇奧神新材料股份有限公司，江蘇 連云港 222000)

0 引言

2020年春節(jié)來臨之際，新型冠狀病毒(2019-nCoV)疫情突如其來并肆虐全國。隨著新型冠狀病毒感染的肺炎疫情蔓延，醫(yī)用防護物資需求量激增。類似新型冠狀病毒肺炎等突發(fā)公共衛(wèi)生事件易導致醫(yī)用防護服嚴重短缺、現(xiàn)有醫(yī)用一次性防護服廢棄處理引起的環(huán)境問題。因此，開發(fā)一種可重復使用的醫(yī)用防護面料，對于解決一次性醫(yī)用防護服廢棄處置問題和降低醫(yī)用防護服成本、節(jié)約醫(yī)用防護資源具有重要意義。

1 實驗

1.1 結構設計

結構1：外層防護層面料，阻隔層膜材料的二層結構面料，因為膜直接外露，會因刮擦使得膜破損，影響甚至失去防護效果。試驗開發(fā)時，可以有效避免刮擦，但在實際重復使用過程中，很難保證使用者不刮擦膜層，因此開發(fā)可重復醫(yī)用防護服面料暫不考慮這種結構。

結構2：外層防護層面料，中間層阻隔層膜材料，里層經編里料的三層結構面料。與結構1相對，結構2設計面料的生產速度較慢，相對價格略高。但從綜合性能來看，一方面彌補了結構1的膜易被刮擦等缺陷，另一方面增加了舒適性，提高了產品的附加值。

本文選用結構2作為醫(yī)用防護服面料的結構，即外層防護層面料、中間層阻隔層膜材料、里層經編里料的三層結構面料。

1.2 材料篩選

目前醫(yī)用防護服[1][2]通常采用聚酯或聚丙烯紡絲成網的非織造布與透氣微孔薄膜或其他非織造布復合，或采用水刺非織造布與透氣微孔薄膜復合，或采用木漿復合水刺非織造布制成。復合工藝廣泛使用聚乙烯閃紡法非織造布及紡粘/熔噴/紡粘(SMS)或紡粘/熔噴/熔噴/紡粘(SMMS)復合非織造布與微孔薄膜復合，并經 “三拒一抗”(拒水、拒血液、拒酒精，抗靜電)功能性后整理?，F(xiàn)有醫(yī)用防護服多為一次性使用，一次性醫(yī)用防護服廢棄帶來了嚴重的環(huán)境問題，如何處理醫(yī)用廢棄防護服，成為急需解決的難題。選用合適的醫(yī)用防護服面料可以解決現(xiàn)有醫(yī)用防護服無法重復使用的難題。

選用聚酰亞胺機織布為防護層，聚四氟乙烯(PTFE)膜為中間層、經編面料為里料，經兩次復合，制備可重復用醫(yī)用防護面料。聚酰亞胺機織面料和PTFE膜復合的面料不僅具有阻隔微生物和防水的效果，還有阻燃性能，且透濕性能符合要求，實測指標遠超標準要求。在PTFE膜另一面復合里層面料-滌綸經編面料，確保保護PTFE膜不被刮擦損壞，影響阻隔效果。

2 生產工藝

2.1 防護層面料的制備

聚酰亞胺[3]是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)的一類聚合物，包括薄膜、樹脂、泡沫和纖維等形式，廣泛應用于航空航天、特種防護、阻燃隔熱、微電子、納米、液晶、分離膜、激光、復合材料等領域。江蘇奧神新材料股份有限公司生產的甲綸聚酰亞胺纖維具有阻燃、隔熱、耐高低溫、不熔滴、離火自熄、隔溫性、耐輻照和抑菌等功能，可長期在260 ℃使用，且具有天然持久的抗菌作用(金黃色葡萄球菌抑菌率98%，大腸桿菌抑菌率99%)，良好的可加工性。

本文以聚酰亞胺纖維為主原料，經過預處理—梳理—并條—粗紗—細紗—紗線，得到聚酰亞胺紗線；再經過織造、后整理得到聚酰亞胺機織布，即防護層面料。防護層面料所用紗線為聚酰亞胺纖維/阻燃腈綸/粘膠纖維(比例40∶30∶30)混紡紗線，紗線規(guī)格45英支/1。織造結構為平紋組織，機織布克重為120 g/m2。由于聚酰亞胺纖維天然抗菌，其在防護面料中將起到抑菌作用，另防護面料經180 ℃處理5 min，尺寸無變化。

表1 聚酰亞胺機織面料性能

2.2 阻隔層材料的優(yōu)選

醫(yī)用防護服面料阻隔層通常會選擇PE膜、PU膜、PTFE膜。其中PE膜價格便宜，有一定的阻隔能力，但覆膜之后防護服透氣性較差，降低了穿著者的體驗，經過水洗處理，膜的結構易被完全破壞，發(fā)生滲漏現(xiàn)象。PU膜膜透濕性不高，長時間穿戴時產生悶熱感，舒適性差。PTFE膜具有很好的環(huán)境適應性，不但有良好的防護性能，還具有良好的透濕性能和耐洗消性。

新型冠狀病毒直徑為60～140 nm[4]，但其無法獨立存在，主要途徑是經呼吸道飛沫和密切接觸傳播，接觸病毒污染的物品也可造成感染。其一般以體液、血液和飛沫等液體以及氣溶膠和懸浮的微顆粒等作為載體，間接與人體接觸。而霧(小水滴，20～100 μm)，PM2.5霧霾粉塵(2.5 μm)，孔徑指標將會影響膜材料的選擇。在醫(yī)用防護服中主要依靠其中膜材料來實現(xiàn)阻隔病菌和防滲透性能，通過對不同廠家PTFE膜孔徑進行電鏡分析，優(yōu)選膜材料。

由圖1～圖3可得，不同廠家PTFE膜孔徑尺寸數(shù)據(jù)(表2)。

圖1 1#廠家PTFE膜孔徑電鏡圖

圖2 2#廠家PTFE膜孔徑電鏡圖

圖3 3#廠家PTFE膜孔徑電鏡圖

表2 不同廠家PTFE膜孔徑數(shù)據(jù)

3#廠家的PTFE膜孔徑基本小于霧(小水滴)和PM2.5霧霾粉塵的尺寸，又遠大于空氣及水蒸氣分子(0.000 3～0.000 4 μm)，該廠家膜可防止血液、體液等的滲透，同時保持較好的透濕性能。最終選用3#廠家的PTFE膜。膜的具體指標見表3。

表3 PTFE薄膜性能指標數(shù)據(jù)

2.3 里層面料的選擇

里層面料可保護PTFE膜不被刮擦，同時保證穿著舒適性，初步選擇低克重滌綸經編面料和錦綸經編面料，又考慮本文采用耐水洗高溫熱熔膠膠水，該膠水與PTFE薄膜與滌綸經編面料貼合牢度更好，貼合加工方式多樣，最終確定選擇滌綸經編網眼布，平方米克重為30 g/m2。

2.4 復合工藝

采用離線復合法，將聚酰亞胺機織面料和PTFE膜復合后，再復合經編里料。復合設備和工藝參數(shù)具體如下：

復合設備：GK-PUR熱熔膠復合機。

上膠輥：第一次聚酰亞胺機織布復合PTFE膜用耐水洗高溫熱熔膠粘合劑；第二次復合里料用耐水洗高溫熱熔膠粘合劑。

復合溫度：90 ℃。

復合機器速度：12 m/min。

膠水固化環(huán)境：溫度25 ℃，相對濕度 60%～70%。

3 洗滌和消毒工藝

本文依據(jù)《GB/T 8629—2017 紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》和國家衛(wèi)生部2002年頒布《消毒技術規(guī)范》和《醫(yī)院消毒供應中心 第二部分：清洗消毒及滅菌技術操作規(guī)范》(WS 310.2—2009)對聚酰亞胺可重復醫(yī)用防護服面料進行洗滌和消毒。工藝流程為：水洗—高壓蒸汽滅菌—烘干程序，得到洗消后的聚酰亞胺可重復醫(yī)用防護服面料。

水洗流程：使用水平滾筒、前門加料型全自動洗衣機，洗滌程序參數(shù)：水洗溫度20 ℃，洗滌時間25 min，脫水時間5 min，轉速50 r/min。在完成洗滌程序后小心取出試樣，注意不要拉伸或絞擰。

高壓蒸汽滅菌流程：使用自動高壓滅菌鍋，消毒條件：121 ℃，30 min；先加溫(排氣閥打開)，待水沸騰以后，將鍋內冷空氣排盡，關閉排氣閥，繼續(xù)升溫，等溫度上升到121 ℃，開始計時，30 min后，關閉電源，等待降溫，完成滅菌。

烘干程序：使用翻轉烘干機，烘干條件：60 ℃，20 min；可在40～60 ℃下烘干20 min翻轉干燥試樣；停止加熱后繼續(xù)翻轉5 min，立即將試樣取出。

4 面料性能測試

經過復合后的面料，依據(jù)GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護服技術要求》進行洗滌和消毒10次前后的性能測試，測試結果高于標準規(guī)定的性能指標。

表4

5 結論

經過防護層、阻隔層和里層面料的材料篩選，采用離線復合工藝制備可重復使用醫(yī)用防護服面料，以聚酰亞胺纖維/阻燃腈綸/粘膠纖維紗線織造的面料為防護層，優(yōu)選適合孔徑的聚四氟乙烯(PTFE)膜為阻隔層，滌綸面料為里層。復合后的面料在洗滌和消毒10次前后均滿足現(xiàn)有標準要求，對于實現(xiàn)醫(yī)用防護服的重復使用具有較好的參考意義。