個(gè)人防護(hù)裝備：材料科技與防護(hù)理念的深度融合

今年新冠肺炎疫情的暴發(fā)，使防護(hù)服成為全球重要的防疫物資，但公眾對(duì)防護(hù)服卻知之甚少。不同防護(hù)材料起到的保護(hù)作用不同，還要符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。7月9日，在中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)檢測(cè)中心主辦的“2020個(gè)人防護(hù)裝備新材料新技術(shù)在線研討會(huì)”上，杜邦個(gè)人防護(hù)裝備應(yīng)用開發(fā)科學(xué)家張曉環(huán)，對(duì)防護(hù)服材料的性能及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)解讀。

面料和工藝決定防護(hù)服性能

在各種具有高風(fēng)險(xiǎn)職業(yè)崗位上，防護(hù)服是作業(yè)人員的一道生命屏障，無論是阻隔粉塵還是抵擋有害化學(xué)物質(zhì)，抑或是阻隔病毒侵入，每一種防護(hù)服所特有的防護(hù)性能，都是由面料和工藝決定。據(jù)介紹，目前市場(chǎng)上防護(hù)服根據(jù)材質(zhì)分為三類：一是橡膠或熱塑性材料防護(hù)服，最常見的是丁基橡膠、氯丁橡膠、氟化橡膠材料。這類材料機(jī)械強(qiáng)度較高，但不透氣，通常用作重復(fù)使用的防護(hù)服材料。而且這類防護(hù)服缺點(diǎn)是比較笨重，行動(dòng)不方便，同時(shí)在化學(xué)防護(hù)上有很大局限性。二是活性炭涂層織物防護(hù)服，通常這類防護(hù)服有兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層結(jié)構(gòu)是經(jīng)過粘附活性炭吸附處理或者纖維本身做摻炭纖維處理，能夠防御有毒氣體及霧滴狀毒劑。一般這類防護(hù)服會(huì)做成迷彩式或其他特定顏色，具有偽裝功能?？偟膩碚f，這類防護(hù)服面料防毒、透氣又有偽裝功能，經(jīng)常被軍隊(duì)作為防毒衣使用。三是無紡布、多層復(fù)合膜材料防護(hù)服，這也是目前市場(chǎng)上主流防護(hù)服材料。這類防護(hù)服材料根據(jù)其防護(hù)機(jī)理可分為：透氣和不透氣（隔絕式）兩種。

較常見的是透氣性無紡布材料，主要有：

（1）SBPP無紡布材料。它是一種聚丙烯做成的無紡布，其特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度較好，但不具防水性，且對(duì)顆粒物防護(hù)也較為有限。經(jīng)常被用在無毒場(chǎng)所，比如在骯臟操作環(huán)境下，作為低成本防護(hù)服解決方案。

（2）SMS無紡布材料。它是紡粘和熔噴的復(fù)合產(chǎn)品，主要有三層結(jié)構(gòu)。上下兩層由紡粘聚丙烯組成，其主要作用是給材料提供物理強(qiáng)度和保護(hù)中間熔噴層，這也是一種提供過濾效果的結(jié)構(gòu)。與SBPP材料相比，SMS在顆粒防護(hù)性以及防液體噴濺上有較大提高，而且SMS經(jīng)過摻炭處理后，可以抗水、抗血液、抗酒精，在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

（3）多層復(fù)合膜材料、防水透氣復(fù)合膜材料。這次疫情中，使用量最大的就是防水透氣復(fù)合膜材料。這種材料主要有兩層，紡粘聚丙烯和微孔透氣膜。紡粘聚丙烯起到物理支撐作用；微孔透氣膜因?yàn)槟た滓话阍趲孜⒚?，能夠允許空氣和水這種小分子通過，但液體或固體顆粒會(huì)被阻擋在外。

（4）閃蒸聚乙烯（Tyvek?），也就是杜邦Tyvek?，是由高強(qiáng)度連續(xù)高密度聚乙烯纖維經(jīng)過閃蒸法紡粘工藝制成的無紡布。據(jù)悉，杜邦Tyvek?是杜邦1955年發(fā)明，1965年正式注冊(cè)Tyvek?商標(biāo)，一直到1967年才正式商業(yè)化的材料。它采用了閃蒸工藝，把聚乙烯熔在特定溶液里，再經(jīng)過高溫高壓和快速膨脹，使溶劑瞬間揮發(fā)聚合形成超細(xì)纖維。這種超細(xì)纖維在靜電作用下，能夠保持根根獨(dú)立，再鋪成蜘蛛網(wǎng)狀，最后經(jīng)過熱壓做成無紡布。

杜邦Tyvek?的主要特性是：這種無紡布材料是由高密度聚乙烯制成，克重非常輕只有41.5克，能夠防水透氣，且有優(yōu)異的液體顆粒和細(xì)菌阻隔性。其防水透氣防護(hù)機(jī)理是：超細(xì)纖維連續(xù)鋪成蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并層層疊加，使得其中產(chǎn)生的橫向超微通道非常曲折，像微觀結(jié)構(gòu)里的迷宮，可以讓小分子，如水汽、空氣透過。但是遇到顆粒物以及液體危害時(shí)，就又被迷宮阻擋在外，因此它具備了優(yōu)異的微小顆粒及微生物阻隔性。

張曉環(huán)介紹，杜邦Tyvek?除了在防護(hù)服上應(yīng)用比較廣泛，在其他領(lǐng)域也各有用途。比如在美國(guó)建筑市場(chǎng)，因?yàn)槊绹?guó)有較多木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑，因此它能以防水透氣的特性，保護(hù)木制結(jié)構(gòu)；而且Tyvek?還可以耐受各種各樣滅菌條件，保持物理強(qiáng)度以及細(xì)菌阻隔性，可以經(jīng)受伽馬射線消毒，高溫、蒸汽滅菌，環(huán)氧乙烷滅菌；因其透氣性好，在醫(yī)療滅菌包裝上也用途廣泛。

另外，雖然透氣性無紡布做成防護(hù)服，可以起到阻隔顆粒物和氣溶膠的作用，比如新冠病毒主要通過飛沫傳染，透氣性防護(hù)服能夠在提供保護(hù)的同時(shí)，盡可能提供舒適度。但面對(duì)埃博拉這樣通過血液和體液傳播的病毒，這種透氣性防護(hù)服提供的防護(hù)就非常有限。

再如，工業(yè)化學(xué)品操作時(shí)，會(huì)有化學(xué)用品泄漏以及爆炸的危險(xiǎn)，所以還需要有阻燃附加功能，這時(shí)需要用到隔絕式不透氣的多層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。杜邦多層復(fù)合膜材料，通常由幾層甚至十幾層材料做成，它是由多種材料組合，防護(hù)化學(xué)品范圍非常廣泛，可以制成氣密性防護(hù)服，防護(hù)有毒生化戰(zhàn)劑或是對(duì)皮膚有危害的化學(xué)品。

從防護(hù)需求看防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)體系

事實(shí)上，化學(xué)防護(hù)服并不能對(duì)應(yīng)各種不同接觸情況、化學(xué)性質(zhì)、不同類型的屏障，以及機(jī)械阻力和穿戴者舒適度等引發(fā)的不同程度化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)都起到防護(hù)作用，因此需要根據(jù)具體化學(xué)品接觸情況選擇化學(xué)防護(hù)服。因此，標(biāo)準(zhǔn)在防護(hù)服選擇上具有重要作用。

張曉環(huán)介紹，從標(biāo)準(zhǔn)角度，要從三方面看防護(hù)服材料性能：一是物理強(qiáng)度，要看防護(hù)服材料是否結(jié)實(shí)；二是化學(xué)或者生物阻隔性，也是最重要的，因?yàn)榉雷o(hù)服要保護(hù)身體及皮膚，因此阻隔性能是最重要的指標(biāo)；三是舒適性要求，比如疫情期間使用的醫(yī)用一次性防護(hù)服，在舒適性上還有透濕量技術(shù)指標(biāo)。

化學(xué)防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)目前全球有兩大體系：一是美標(biāo)體系，它是美國(guó)消防協(xié)會(huì)（NFPA）的一系列標(biāo)準(zhǔn)：NFPA1991、NFPA1992、NFPA1993、NFPA1994，并把防護(hù)服按照危害分成A、B、C、D四個(gè)等級(jí)；二是歐盟體系，把防護(hù)服根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景分為Type1氣密型、Type2非氣密型、Type3液密型、Type4噴濺致密型、Type5粉塵致密型以及Type6有限噴濺致密型。其中，Type1 ETEN943-2是應(yīng)急救援使用的氣密型防護(hù)服，Type3液密型和Type4噴濺致密型防護(hù)服，在這次疫情當(dāng)中，是被我國(guó)作為緊急防疫物資使用時(shí)所采納的標(biāo)準(zhǔn)。

在亞洲，中國(guó)、日本、韓國(guó)主要采納歐盟化學(xué)防護(hù)服分級(jí)分類體系。我國(guó)化學(xué)防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)主要有：一是GB 24539防護(hù)服化學(xué)防護(hù)通用要求；二是GB/T 29511固體顆粒物以及酸堿防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)。張曉環(huán)透露，其實(shí)我國(guó)除了化學(xué)防護(hù)還有生物防護(hù)，我國(guó)GB 19082醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求，是在2003年非典病毒暴發(fā)時(shí)制定。面對(duì)這次新冠病毒，GB 19082作為醫(yī)院使用的防護(hù)服主要參考標(biāo)準(zhǔn)，立下了汗馬功勞。但美國(guó)沒有專門規(guī)范生物防護(hù)服產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，它主要采用兩種測(cè)試方法：抗合成血液ASTM F1670試驗(yàn)方法和噬菌體穿透ASTM F1671試驗(yàn)方法；歐洲有專門的生物防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)EN14126，但從本質(zhì)上，EN14126屬于化學(xué)防護(hù)服范疇，因?yàn)樗仨氃跐M足化學(xué)防護(hù)服基礎(chǔ)上，再額外增加生物防護(hù)性能要求。

她強(qiáng)調(diào)，歐盟標(biāo)準(zhǔn)是被廣泛認(rèn)可和采納的，歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防護(hù)服面料指標(biāo)評(píng)判：一是耐磨、耐彎折性，因?yàn)榇┲雷o(hù)服時(shí)很多動(dòng)作會(huì)使面料折疊。歐盟把各種性能指標(biāo)分成不同級(jí)別，比如耐磨性就分一級(jí)到六級(jí)，也就是說通過耐磨測(cè)試就能知道防護(hù)服是幾級(jí)。通常一級(jí)耐磨性較低、六級(jí)耐磨性較強(qiáng)。二是撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、抗刺穿以及抗靜電要求。其中抗靜電要求主要考慮在易燃易爆環(huán)境下產(chǎn)生靜電發(fā)生危險(xiǎn)。

但是作為防護(hù)服，如果都滿足歐盟要求，是否代表防護(hù)服性能一樣？張曉環(huán)解釋，其實(shí)不然，以醫(yī)用防護(hù)服使用最多的兩類材料，微孔膜（MPF）和杜邦Tyvek?舉例，這兩類材料在經(jīng)過相同圈數(shù)摩擦之后，在顯微鏡底下觀察，可以看到，MPF材料這層孔膜有些微小孔洞。又因MPF材料是靠表面層膜提供防護(hù)作用，如果產(chǎn)生孔洞，其防護(hù)效果會(huì)大打折扣，而杜邦Tyvek?整層厚度都具有防護(hù)作用，而且耐磨性非常好。

此外，除了物理阻隔性，更重要的還是化學(xué)品阻隔性。在歐標(biāo)里，Ⅰ型到Ⅵ型，對(duì)化學(xué)品的防護(hù)力有不同要求，其中Ⅰ型到Ⅳ型對(duì)防護(hù)服要求較高。Ⅵ型只防輕微潑濺。而作為防護(hù)服，穿透性和滲透性相比，更要關(guān)注滲透性。何為穿透性和滲透性？比如往塑料袋里裝水，如果有孔就會(huì)漏水，這是穿透；但是往塑料袋里裝油，即使沒有孔，用手摸也會(huì)感覺手上有油，這是滲透。

生物防護(hù)性引起重視

今年因新冠肺炎疫情，生物防護(hù)服成為抗疫中的主力。張曉環(huán)表示，在歐標(biāo)里，EN14126標(biāo)準(zhǔn)本質(zhì)屬于老化學(xué)防護(hù)服范疇，是在化學(xué)防護(hù)服基礎(chǔ)上，增加了合成血液、噬菌體、抗生物污染液體以及污染氣溶膠、污染粉塵的要求。而且它把這個(gè)要求也分成不同級(jí)別，只要滿足其中最低要求，就說明這件防護(hù)服具有生物防護(hù)性。但在美標(biāo)里則包含合成血液和噬菌體，而且判斷標(biāo)準(zhǔn)不像歐標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，它是分通過或不通過。美標(biāo)的通過相當(dāng)于歐標(biāo)五級(jí)，所以美標(biāo)要求遠(yuǎn)高于歐標(biāo)。

中國(guó)醫(yī)用一次性防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)GB 19082，除了物理性能還有阻隔性。因?yàn)獒t(yī)用一次性防護(hù)服主要用于保護(hù)醫(yī)院里的病人和醫(yī)務(wù)工作者，它的阻隔性與化學(xué)防護(hù)服明顯不一樣。由于醫(yī)用一次性防護(hù)服，需要面臨血液或體液，對(duì)防護(hù)服耐水壓性有具體規(guī)定。還有顆粒過濾效率，因?yàn)樾鹿诓《镜臍馊苣z顆粒是通過顆粒方式進(jìn)行傳播，所以對(duì)這項(xiàng)也有要求，因此防護(hù)服面料是否具備過濾顆粒物的作用是被強(qiáng)制要求的。透濕性要求是因醫(yī)務(wù)工作者在醫(yī)院會(huì)穿較長(zhǎng)時(shí)間的防護(hù)服，所以透濕量越大越好；關(guān)于抗靜電需求，在標(biāo)準(zhǔn)里并非每項(xiàng)指標(biāo)都強(qiáng)制，比如阻燃性能測(cè)試，在醫(yī)院這種沒有易燃易爆的環(huán)境下，這個(gè)指標(biāo)只作為可選項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試。

此外，防護(hù)服面料舒適性也很重要，在滿足防護(hù)的基礎(chǔ)上，越輕薄越好，這方面Tyvek?有較大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)?Tyvek?克重非常輕，穿起來舒適。再有，透氣性值越低，代表面料透氣性越好。而Tyvek?和 SMS面料透氣性都非常好，但SMS面料防護(hù)性有限，不能用來做醫(yī)療防護(hù)服，而且設(shè)計(jì)對(duì)防護(hù)服性能也會(huì)有影響。張曉環(huán)稱，事實(shí)上，設(shè)計(jì)中很多點(diǎn)都會(huì)對(duì)防護(hù)服性能產(chǎn)生影響，比如防護(hù)服頭罩是兩片式還是三片式，決定頭部的舒適性和頭部運(yùn)動(dòng)的靈活性；如果有下半門襟，與防護(hù)面罩貼合得越適合，防護(hù)性能會(huì)越好；拉鏈門襟，四型以上的防護(hù)服拉鏈門襟是必須的，因?yàn)橐来罅恳后w噴濺。而氣密型防護(hù)服甚至拉鏈都是氣密型拉鏈。

更關(guān)鍵的是接縫。它有多種形式，比如車縫、包邊縫、貼條，還有雙面貼條。車縫與包邊縫會(huì)有針眼暴露，當(dāng)有大量液體噴濺時(shí)，會(huì)從針眼穿透，所以必須要選擇貼條防護(hù)。而在氣密型防護(hù)服里，因?yàn)橐_(dá)到氣密性，通常還會(huì)采用兩層甚至更多層貼條的方式。此外，在歐標(biāo)里，不同類型防護(hù)有不同評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，且都是真人穿著防護(hù)服進(jìn)入測(cè)試倉進(jìn)行測(cè)試。而Ⅰ型防護(hù)服除了真人測(cè)試，還會(huì)有壓力泄漏測(cè)試，就是把衣服里充滿壓力，在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)試壓力是否下降。另外，不同型防護(hù)服，也有不同標(biāo)準(zhǔn)判定其穿透性能能否達(dá)到理想防護(hù)效果。