一次性醫(yī)用墊單紙的研制

楊 揚(yáng) 劉群華 朝魯門 劉 文 毛宗久

（1.中國制漿造紙研究院有限公司，北京，100102；2.制漿造紙國家工程實驗室，北京，100102）

一次性醫(yī)用墊單又稱中單、檢查墊單等，可用作一次性采血墊、一次性床單、體檢墊、包扎換藥墊、醫(yī)療器具包裝墊等，是目前醫(yī)院病癥檢測、病床護(hù)理應(yīng)用非常廣泛的物品，能有效隔離、防止交叉感染；一次性醫(yī)用墊單應(yīng)具有較好的強(qiáng)度性能，良好的柔軟親膚特性，較高的抗水阻隔性，防止血液及其他液體透過，用作床單紙時應(yīng)具有一定的透氣性[1-3]。目前一次性醫(yī)用墊單主要采用無紡布材料，主要原料為聚丙烯、聚乙烯等石油基化工材料，不可再生，對環(huán)境負(fù)荷大。利用可再生的植物纖維為主要原料制備醫(yī)用墊單紙在國外已有相關(guān)產(chǎn)品，以植物纖維為主要原料可有效降低一次性墊單產(chǎn)品對石油基材料的高度依賴，緩解對環(huán)境造成的壓力，并為醫(yī)療防護(hù)物資提供新的原材料解決方案，為推動公共衛(wèi)生防護(hù)領(lǐng)域用新材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供新的技術(shù)途徑。

本研究以針葉木漿為主要原料，配比少量其他特種纖維制備一次性醫(yī)用墊單紙。通過分析針葉木漿打漿度及配抄特種纖維的種類、長度、用量，以及浸漬乳液種類對起皺前后醫(yī)用墊單紙性能的影響，優(yōu)選出最佳的工藝，制備柔韌、透氣、防水阻隔的生物基一次性醫(yī)用墊單紙。

1 實驗

1.1 實驗原料

漂白硫酸鹽針葉木漿（以下簡稱針葉木漿），加拿大雄獅牌；滌綸纖維（5 mm×1.67 D、10 mm×1.67 D），威百萊纖維有限公司；天絲纖維（4 mm×1.7 D），奧地利蘭精公司；黏膠纖維（4.8 mm×1.7 D），唐山三友集團(tuán)有限公司；R1、R2、R3水性復(fù)合乳液，廣東某化工公司提供。

1.2 實驗儀器

標(biāo)準(zhǔn)漿料疏解器、快速紙頁成型器，奧地利PTI公司；轉(zhuǎn)鼓式干燥器，日本KRK公司；抗張強(qiáng)度測定儀，杭州紙邦自動化技術(shù)有限公司；厚度儀、耐破度儀、柔軟度儀，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司；撕裂度測定儀、Cobb值測定儀，奧地利PTI公司；數(shù)字式透氣量儀，寧波紡織儀器廠。

1.3 實驗方法

1.3.1 漿料的準(zhǔn)備和原紙的制備

用Vally打漿機(jī)將針葉木漿打漿至目標(biāo)打漿度備用；按照一定的質(zhì)量比將特種纖維與針葉木漿混合，用標(biāo)準(zhǔn)疏解器攪拌均勻，漿內(nèi)添加濕強(qiáng)劑和分散劑，用快速紙頁成型器抄紙制得墊單原紙，原紙定量約40 g/m2。

1.3.2 墊單紙的制備

將R1、R2、R3乳液分別用自來水稀釋至一定的質(zhì)量濃度，然后將墊單原紙浸漬乳液，浸漬后的手抄片經(jīng)兩輥擠壓施膠機(jī)擠壓施膠后用轉(zhuǎn)鼓式干燥器進(jìn)行干燥，制得墊單紙。

1.3.3 性能測定

參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及方法測定原紙和墊單紙的定量、抗張強(qiáng)度、伸長率、撕裂度、耐破度、Cobb值、透氣量、柔軟度。

柔軟性是紙張產(chǎn)品在皮膚上摩擦或者用手觸摸時觸覺上可感知的柔軟特性，是人們各種生理和心理相互作用的復(fù)雜函數(shù)，這種主觀觸覺是多種物理特性的組合，包括紙張的彈性或剛度、摩擦特性和紙張表面的紋理等[4-5]。目前各行業(yè)針對柔軟特性并沒有完善的評價方法，主要是采用主觀和客觀結(jié)合的評價方法，客觀方法主要借助儀器。本研究采用生活用紙常用的柔軟度儀對制備的墊單紙柔軟特性進(jìn)行間接評價。柔軟度測試過程為：在一定作用力下，將一定寬度的試樣壓入一定寬度的縫隙中一定深度，試樣本身抗彎曲能力是試樣與儀器縫隙之間的摩擦阻力的矢量和，該值表示紙張的柔軟度，以力的單位mN表示，柔軟度越低，表明紙張越柔軟。

2 結(jié)果與討論

一次性醫(yī)用墊單在應(yīng)用場景中會接觸皮膚并產(chǎn)生皺褶，常伴隨液體污染情況，因此一次性墊單紙需要具有良好的強(qiáng)度和防水阻隔特性，為了保持舒適性還需要具有一定的透氣性和柔軟特性。根據(jù)進(jìn)口墊單紙及其他墊單產(chǎn)品性能，擬定實驗室制備的墊單紙需要滿足以下指標(biāo)要求：定量（50±5）g/m2，抗張指數(shù)≥26.7 N·m/g，耐 破 指 數(shù)≥4.0 kPa·m2/g，透 氣 量≥50 L/(m2·s)，Cobb值≤25 g/m2。

2.1 特種纖維種類對墊單紙性能的影響

將長度約5 mm的滌綸、天絲、黏膠纖維分別與20°SR針葉木漿以2∶8的質(zhì)量比混合抄紙以制備墊單原紙，然后將原紙浸漬R1乳液，通過調(diào)整乳液濃度固定上膠量約7 g/m2，測定紙張的抗張強(qiáng)度、伸長率、耐破度、撕裂度、透氣量、柔軟度、Cobb值，結(jié)果如圖1和圖2所示。

從圖1可以看出，墊單紙的抗張指數(shù)、伸長率、耐破指數(shù)明顯高于原紙，因為浸漬的膠乳類物質(zhì)可以吸附在纖維表面或填充在纖維之間，待干燥固化后可在纖維交叉點處發(fā)揮膠黏作用，將兩根或多根纖維黏結(jié)，提高纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度，從而會明顯改善紙張的抗張強(qiáng)度和耐破度等性能，但是浸漬乳液后對紙張的撕裂度具有一定的負(fù)面影響。對比3種特種纖維的紙張可知，添加黏膠纖維的墊單紙的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)最高，撕裂度和柔軟性較好，但是透氣量最低，小于40 L/(m2·s)；含有天絲纖維的紙張抗張指數(shù)、伸長率、耐破指數(shù)較低，且柔軟性較差；含滌綸纖維的紙張強(qiáng)度較高且柔軟透氣性較好，浸漬紙的透氣量>60 L/(m2·s)。紙張之間的性能差異與特種纖維自身的特性和纖維在紙張中的分布情況有關(guān)，含黏膠纖維的紙張勻度最好，且紙張的緊度也較高，因此其強(qiáng)度最高、透氣性最差。3種墊單紙的Cobb值相近（如圖2所示），均小于15 g/m2，抗水性均較好。因此，綜合考慮3種特種纖維紙張性能，滌綸纖維更適用于制備一次性墊單紙。

圖1 特種纖維種類對墊單原紙和墊單紙性能的影響Fig.1 Effect of specialty fiber types on properties of base and pad sheet papers

圖2 特種纖維種類對墊單紙Cobb值的影響Fig.2 Effect of specialty fiber types on Cobb value of pad sheet papers

2.2 滌綸纖維長度對墊單紙性能的影響

將長度為5 mm、10 mm的滌綸纖維分別與20°SR針葉木漿以質(zhì)量比2∶8混合抄紙制得原紙，然后將原紙浸漬R1乳液，浸漬液的上膠量約7 g/m2，對比分析不同滌綸纖維長度墊單原紙和墊單紙的性能，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，原紙之間相比，滌綸纖維長度不同時，二者的抗張指數(shù)、伸長率、耐破指數(shù)無明顯差距，但墊單紙的抗張指數(shù)、伸長率、耐破指數(shù)有所差異，含10 mm滌綸纖維的墊單紙抗張指數(shù)、伸長率和耐破指數(shù)均高于含5 mm滌綸纖維的墊單紙，這可能是因為含有較短滌綸纖維的紙張勻度優(yōu)于長滌綸纖維，對于強(qiáng)度較低的原紙，勻度對強(qiáng)度的影響較大，勻度較差的紙張中的薄弱區(qū)域易于拉斷和破裂[6]，因此勻度較好的短纖維原紙強(qiáng)度與較長纖維的原紙強(qiáng)度相當(dāng)，而墊單紙中勻度對這些強(qiáng)度性能的影響減弱，纖維長度的影響較大，因此含有較長纖維的墊單紙強(qiáng)度較高。纖維較長的10 mm滌綸纖維原紙和墊單紙的撕裂指數(shù)均高于含5 mm滌綸纖維的紙張，這是因為紙張中較長的纖維更利于撕裂度。

從圖3還可以看出，墊單紙的透氣量明顯較原紙有所降低，無論原紙還是墊單紙，含10 mm滌綸纖維的紙張透氣量均高于含5 mm滌綸纖維的紙張，這可能是因為5 mm的滌綸纖維在紙張中的分布更加均勻、紙張更緊致所致。墊單紙的柔軟度低于原紙，墊單紙的主觀手感柔軟性也好于原紙，可見浸漬乳液有利于柔軟性的改善，含10 mm滌綸纖維的紙張主觀柔軟性高于含5 mm滌綸纖維的紙張，但是浸漬后二者的柔軟度相近。

圖3 滌綸纖維長度對墊單原紙和墊單紙性能的影響Fig.3 Effect of polyester fiber length on properties of base and pad sheet papers

實驗中測得含5 mm和10 mm滌綸纖維的墊單紙的Cobb值分別為14.1 g/m2和13.7 g/m2，二者的Cobb值相近，表明滌綸纖維長度對抗水性的影響較小。綜合考慮分別含有5 mm和10 mm滌綸纖維墊單紙的各項性能可知，含有10 mm滌綸纖維墊單紙的強(qiáng)度性能和柔軟性更優(yōu)，表明其更適宜制備墊單紙。

2.3 針葉木漿打漿度對墊單紙性能的影響

將10 mm滌綸纖維分別與14°SR、20°SR、27°SR針葉木漿以質(zhì)量比2∶8混合以抄制墊單原紙，然后浸漬R1乳液，固定上膠量約7 g/m2，測定原紙和墊單紙的性能，結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖5 針葉木漿打漿度對墊單紙Cobb值的影響Fig.5 Effects of beating degree on Cobb value of pad sheet paper

從圖4可以看出，原紙和墊單紙的抗張指數(shù)均隨著針葉木漿打漿度的增加而顯著提高，對于伸長率和耐破指數(shù)，原紙和墊單紙的變化趨勢相同，打漿度由14°SR增至20°SR，紙張的伸長率和耐破指數(shù)顯著提高，打漿度由20°SR增至27°SR，伸長率和耐破指數(shù)增幅減緩。原紙和墊單紙的撕裂指數(shù)隨針葉木漿打漿度的增加變化趨勢不同，原紙的撕裂指數(shù)隨打漿度的增加而提高，而墊單紙的撕裂指數(shù)卻隨打漿度的增加而降低。

圖4 針葉木漿打漿度對墊單原紙和墊單紙性能的影響Fig.4 Effect of beating degree on properties of base and pad sheet papers

原紙和墊單紙的透氣量、柔軟度隨打漿度的變化趨勢相同，透氣量隨打漿度的增加而降低，柔軟度隨著打漿度的增加而提高。當(dāng)打漿度為27°SR時，原紙和墊單紙的透氣量均小于40 L/(m2·s)，透氣量較低，且原紙和墊單紙較為挺硬，柔軟度較高，柔軟性明顯較差。從圖5可以看出，打漿度對墊單紙的Cobb值無明顯影響，Cobb值均<16 g/m2。

綜上所述，打漿度為14°SR時，雖然紙張的柔軟性和透氣性較好，但墊單紙的抗張強(qiáng)度、耐破度等較低，且紙張勻度較差；打漿度為27°SR時雖然紙張的抗張強(qiáng)度、耐破度較好，但墊單紙的撕裂度較低且透氣性、柔軟性差，因此綜合考慮各項性能，選擇20°SR為較適宜的打漿度。

2.4 滌綸纖維用量對墊單紙性能的影響

選用長度為10 mm的滌綸纖維與打漿度20°SR針葉木漿，按照滌綸纖維的用量為總纖維質(zhì)量的0、10%、20%、30%混合抄造制備原紙，將原紙浸漬R1乳液，固定上膠量約7 g/m2，測定原紙和墊單紙的各項性能，結(jié)果如圖6和圖7所示。

從圖6可以看出，隨著紙張中滌綸纖維用量的增加，原紙的抗張指數(shù)、伸長率和耐破指數(shù)均呈下降趨勢，墊單紙的抗張指數(shù)隨著滌綸纖維用量增加的變化趨勢與原紙相同，而伸長率、耐破指數(shù)變化趨勢與原紙不同，當(dāng)滌綸纖維用量為20%時，墊單紙的伸長率和耐破指數(shù)達(dá)到最大，比不含滌綸纖維墊單紙的伸長率和耐破指數(shù)分別增加了2個百分點和15.4%，含滌綸纖維的墊單紙抗張指數(shù)雖然低于不含滌綸纖維的紙張，但伸長率卻明顯較高。當(dāng)紙張具有良好的結(jié)合強(qiáng)度時，紙張的伸長率主要取決于纖維的拉伸潛能；通常，合成纖維比木材纖維具有更高的伸長率，這可能是含滌綸纖維墊單紙伸長率高的原因[7-8]。紙張的耐破度與纖維結(jié)合強(qiáng)度和纖維長度密切相關(guān)，原紙中滌綸纖維的添加使紙張中平均纖維長度增加，但紙張中纖維間的結(jié)合力降低，因此原紙耐破指數(shù)隨滌綸纖維用量的增加而降低，但是墊單紙因浸漬乳液提高了紙張的結(jié)合強(qiáng)度，且滌綸纖維的加入增加了纖維平均長度，這均有利于紙張耐破指數(shù)的提升，綜合作用的結(jié)果是滌綸纖維用量20%和30%的墊單紙的耐破指數(shù)高于未添加滌綸纖維和滌綸纖維用量10%的墊單紙。

原紙和墊單紙撕裂指數(shù)均隨著滌綸纖維用量的增加而提高，但墊單紙的撕裂指數(shù)比原紙有所降低。紙張撕裂度與纖維長度密切相關(guān)，因為實驗所用滌綸纖維長度為10 mm，長度遠(yuǎn)大于針葉木纖維，纖維越長，應(yīng)力分布更均勻，增加了紙張抵抗裂縫延伸擴(kuò)展的能力，因此滌綸長纖維的添加有利于紙張撕裂度的提高，且紙張中滌綸纖維的質(zhì)量比越高，紙張撕裂度越高；但是浸漬后紙張的結(jié)合強(qiáng)度較高，導(dǎo)致撕裂應(yīng)力不易分散，所以墊單紙撕裂度反而有所降低[9-11]。

從圖6還可以看出，原紙和墊單紙的透氣量隨滌綸纖維用量的增加均呈明顯提高的趨勢，滌綸纖維用量越多，紙張透氣性越好，當(dāng)滌綸纖維用量為30%時，原紙和墊單紙的透氣量均比未添加滌綸纖維紙張的透氣量增加了7倍多。紙張浸漬乳液后，部分乳液填充在紙張中的纖維空隙中，從而使墊單紙的透氣量低于原紙。從柔軟度趨勢圖可看出，當(dāng)滌綸纖維用量為20%時，測定的原紙和墊單紙的柔軟度均較低，但是主觀手感發(fā)現(xiàn)滌綸纖維用量越高，原紙和墊單紙越柔軟，不含滌綸纖維的紙張手感較為挺硬。墊單紙比原紙柔軟，因為所用浸漬乳液的玻璃轉(zhuǎn)化溫度較低，墊單紙干燥后紙張柔軟性有所改善。

圖6 滌綸纖維用量對墊單紙原紙和墊單紙性能的影響Fig.6 Effect of polyester fiber dosage on properties of base and pad sheet papers

不同滌綸纖維用量下墊單紙的Cobb值如圖7所示。由圖7可知，隨著滌綸纖維用量的增加，墊單紙Cobb值無明顯變化，Cobb值均在12~15 g/m2之間。由于所用浸漬乳液抗水性較好，所以墊單紙的Cobb值均較低，抗水性能良好。

圖7 滌綸纖維用量對墊單紙Cobb值的影響Fig.7 Effect of polyester fiber dosage on Cobb value of pad sheet paper

綜合考慮滌綸纖維用量對原紙和墊單紙性能的影響，當(dāng)滌綸纖維用量20%時墊單紙的耐破指數(shù)、伸長率較高，柔軟度較低，且此時漿料的分散效果較好，若滌綸纖維用量較高（達(dá)30%時），漿料的分散性稍差，成紙勻度較差，因此滌綸纖維用量20%較為適宜。

2.5 浸漬乳液種類對墊單紙性能的影響

將長度為10 mm的滌綸纖維與20°SR針葉木漿以2∶8的比例混合抄紙，然后分別浸漬R1、R2、R3膠乳浸漬液，固定上膠量為7 g/m2，分析不同乳液對墊單紙性能的影響，結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，對比分析3種乳液浸漬處理后墊單紙的性能，發(fā)現(xiàn)經(jīng)R3乳液浸漬后紙張的抗張指數(shù)、伸長率、耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)最高，其次是R1乳液，經(jīng)R2乳液浸漬后這些強(qiáng)度性能指標(biāo)最差，3種乳液處理后紙張的柔軟度差別較小，R2乳液浸漬后紙張的透氣量最低、Cobb值最高（>60 g/m2），表明R2乳液的防水性較差，而R1乳液處理后紙張的抗水效果最好。

圖8 不同乳液對墊單紙性能的影響Fig.8 Effect of emulsion type on properties of pad sheet papers

為了進(jìn)一步改善墊單紙的柔軟特性，需要對墊單紙進(jìn)行起皺處理，經(jīng)實驗室模擬起皺處理后，發(fā)現(xiàn)起皺后的R1和R2浸漬紙抗張指數(shù)大幅降低，分別比起皺前墊單紙的抗張指數(shù)降低了54.6%和56.2%，R3墊單紙起皺后抗張指數(shù)降低了18.4%，鑒于R3墊單紙起皺前后均具有較好的強(qiáng)度性能，而R1墊單紙具有優(yōu)良的抗水效果，本實驗將R1和R3乳液混合后浸漬原紙以制備墊單紙，設(shè)定浸漬液中R1和R3乳液的質(zhì)量比分別為3∶7、5∶5、7∶3，測定起皺前后浸漬混合乳液后紙張的性能，結(jié)果如圖9所示。

從圖9可以看出，起皺前和起皺后墊單紙的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)均隨著混合浸漬液中R3比例的增加而提高，起皺后墊單紙的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)比起皺前明顯降低，且浸漬液中R1比例越高降低越明顯，R3比例越高起皺后強(qiáng)度降低幅度越小。當(dāng)浸漬液中R1和R3比例為5∶5時，起皺后墊單紙抗張指數(shù)和耐破指數(shù)比起皺前分別降低了25.1%和16.3%。起皺后墊單紙的柔軟度明顯降低，比起皺前均降低了55%以上，表明起皺后墊單紙的柔軟性得到了明顯的改善。浸漬液中R1和R3比例的變化對墊單紙透氣量無明顯影響，且起皺前后墊單紙的透氣量變化不大。隨著浸漬液中R3比例的增加，墊單紙的Cobb值增加，抗水性有所降低，起皺對墊單紙Cobb值無明顯影響，當(dāng)浸漬液中R1的比例達(dá)到50%以上時，墊單紙的Cobb值可小于20 g/m2。綜合考慮墊單紙起皺后強(qiáng)度性能的降低幅度及墊單紙的Cobb值，浸漬液中R1和R3比例5∶5最為適宜。

圖9 浸漬液中R1和R3乳液比例對起皺前后墊單紙性能的影響Fig.9 Effect of R1 and R3 emulsion ratio on the properties of pad sheet papers with or without wrinkling

2.6 自制墊單紙與進(jìn)口墊單紙性能對比

根據(jù)上述實驗結(jié)果所得的最佳工藝條件制備墊單紙，利用20°SR漂白硫酸鹽針葉木漿與10 mm滌綸纖維以質(zhì)量比8∶2混合抄制原紙，原紙定量約40 g/m2，將原紙浸漬R1和R3混合乳液（二者質(zhì)量比5∶5），制得的墊單紙經(jīng)起皺處理，測定起皺后的性能，并與進(jìn)口墊單紙進(jìn)行對比，結(jié)果如表1所示。

表1 自制墊單紙與進(jìn)口墊單紙性能對比Table 1 Properties comparation between self-made and imported pad sheet paper

由表1可知，自制墊單紙的各項性能均能滿足擬定指標(biāo)，與進(jìn)口墊單紙產(chǎn)品相比，自制墊單紙抗張強(qiáng)度、耐破度、柔軟度和Cobb值均與進(jìn)口墊單紙產(chǎn)品相近，透氣量略高于進(jìn)口墊單紙。由此可知，實驗室自制的墊單紙手感柔軟、透氣性好、強(qiáng)度較高，且具有良好的抗水性能，性能與進(jìn)口墊單紙產(chǎn)品相當(dāng)。

3 結(jié)論

3.1 對比配比不同種類纖維的墊單紙可知，含天絲纖維的墊單紙強(qiáng)度、柔軟性稍差，含黏膠纖維的墊單紙透氣性較差，滌綸纖維更適于制備墊單紙；10 mm滌綸纖維比5 mm滌綸纖維更利于墊單紙的強(qiáng)度、柔軟性和透氣性；當(dāng)滌綸纖維用量20%時，墊單紙的耐破指數(shù)、伸長率最高，且柔軟透氣性及勻度均較好。

3.2 3種乳液浸漬墊單原紙，R1墊單紙的抗水性最優(yōu)，但起皺后強(qiáng)度降低明顯，而R3墊單紙雖然抗水性稍差但起皺后強(qiáng)度較高，將R1和R3以5∶5質(zhì)量比混合浸漬原紙可制得強(qiáng)度高、抗水性好且透氣柔軟的墊單紙。

3.3 制備墊單紙的適宜工藝條件為：10 mm滌綸纖維與20°SR針葉木漿以質(zhì)量比2∶8混合制備墊單原紙，浸漬質(zhì)量比5∶5的R1和R3混合液，經(jīng)起皺處理制得的一次性墊單紙能夠滿足擬定的性能指標(biāo)，且與進(jìn)口墊單紙產(chǎn)品性能相當(dāng)，手感柔軟、透氣性好、強(qiáng)度較高，且具有良好的抗水性能。