生化防護服的分類及檢測方法

石余卿，張蕓娟，文 莉

（上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院，上海200040）

0 引言

生化防護服是一種可以阻礙有毒氣體、化學物質、病毒微生物等有害物質，并能隔絕其與人體接觸的一種防護服裝。近年來，隨著“SARS”“新冠肺炎”等自然疫情和生化事故的不斷暴發(fā)，使得生化防護服在軍事、防疫、醫(yī)藥、消防、食品安全等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。為了獲得更加優(yōu)異的服用性能，在借助于紡織材料前沿新技術的條件下，生化防護服的性能得到了不斷完善和發(fā)展，自凈化材料、納米纖維、活性炭纖維、功能性纖維材料的應用[1-3]，使得生化防護服在機械強力、耐用性、抵御生物制劑及化學藥劑等方面得到了極大的改善。然而，現(xiàn)階段的生化防護服仍然還存在很多局限性，如：熱負荷大、使用笨重、舒適性差、交流不便等。因此，研制性能更加優(yōu)良的生化防護服，成為我國乃至全世界不斷追求的目標。隨著新材料的不斷涌現(xiàn)和新技術的不斷革新，生化防護服將迎來“高精新”的發(fā)展趨勢，逐漸趨于多功能化、智能化、高精密化、高舒適性，從而滿足日益變化的生態(tài)文明發(fā)展的需求[4-5]。

1 生化防護服的種類及防護機制

由于一些特定的工況因素，軍人、醫(yī)生或其他特定職業(yè)者需要在有毒有害的生物或化學環(huán)境中工作，生化防護服就是為保護這些特定的工作者而設計的防護服裝。當前，會對人身體造成傷害的有毒有害的生物或化學物質主要存在氣、霧、煙、液、粉等5種形態(tài)。這些有毒物質主要侵襲人體的呼吸道、消化道、眼睛、黏膜、傷口、皮膚等部位，會對人體造成損傷或不可逆轉的傷害。因此，為避免有害物質對人體的傷害，要求防護服具有較好阻斷有毒物質對人體傷害的性能。

事實上，防護服穿著在人體上除了必要的防護性能外，服用性能也是一個重要指標。若防護服的透氣、透濕性能較差，即使能隔絕有毒有害物質，服用者也無法長時間穿著，嚴重影響作業(yè)時間和作業(yè)效率。因而，防護服的防護材料一般均需兼顧防護和透濕透氣兩個方面。具體來講，可分為以下4種類型，即：滲透型材料、半滲透型材料、非滲透型材料和選擇滲透型材料。

1.1 隔絕式防護服

隔絕式防護服一般使用具有良好抗?jié)B透性能的非滲透型材料，如丁基橡膠、氯丁橡膠和其他彈性聚合物，可以有效阻止5種形態(tài)的有毒物質的通透[6]，其防護機制是將人體局部或整體封閉在防護服包圍的微型環(huán)境中，使人體徹底與有毒有害物質隔離，從而起到防護作用。這種防護服的優(yōu)點是防護性能優(yōu)良，不受毒源種類的限制和制約，常用于污染嚴重或不明污染源的環(huán)境中，其防護原理見圖1。

然而，這種防護服存在不透氣、不透濕等明顯的缺點，無法將人體散發(fā)的熱量和濕氣釋放到外界，容易引起熱激反應和冷激反應等[7]。另外，這種材料制作防護服時還需要配置體積龐大、質量超重的微氣候調節(jié)裝置和供氧裝置[8]。

圖1 隔絕式防護服防護原理

1.2 半透氣式防護服

一般制作半透氣式防護服常采用的材料為具有優(yōu)良透濕性能的半滲透型材料。這種材料在有效防止有毒有害物質穿透的情況下，其優(yōu)良的滲透性可有效地減少“熱應激”現(xiàn)象，其防護原理見圖2。美國Gore公司開發(fā)的Gore-Tex膜和我國總后勤部軍需裝備研究所開發(fā)的PTFE膜都屬于半滲透型防護材料[9]。

圖2 半透氣式防護服防護原理

半滲透型材料是一類只允許小分子氣體透過，但阻止大分子透過的微孔材料。半滲透型材料的微孔尺寸僅允許比水蒸氣小的分子通過，其他有毒液體、有機大分子氣體都無法通過，故而既可以滿足一般的防護需求，又具有良好的服用性能。郝新敏等[10]研制的“非典”防護服，先采用聚酯纖維或棉纖維嵌織有機導電纖維制成面料，然后對面料進行抗菌、抗水拒油、阻燃等功能性整理，再與PTFE復合膜（微孔聚四氟乙烯/聚醚酯復合）進行層壓后制成，且里層采用網(wǎng)眼經(jīng)編織物。由此類材料制成的防護服具有耐久的隔離病毒、防血液滲透、防靜電、防水、防油、抗菌、透濕等多項功能，綜合防護性能達到甚至超過國家標準GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護服技術要求》的要求。

鑒于半透氣式防護服的缺點是無法阻止小分子蒸汽，故而制作半透氣式防護服時仍需要添加吸附型防護材料，以提高其防護性能。

1.3 透氣式防護服

透氣式防護服是一類既可透過空氣和濕氣，又能阻止毒劑氣體透過的防護服，其面料一般由多層材料組成（外層織物、吸附層、內(nèi)層織物），如非織造布、吸附型材料或裝入非織造氈片的炭末以及里子布組成。由于非織造布滲透性較好，空氣、液體、氣懸物及有毒有害生物、化學物質都可以透過，因而其防護原理主要是依據(jù)吸附型材料來吸附有毒有害物質，但對于高靜態(tài)壓力的液態(tài)化學物質、有毒蒸汽，其防護性能較弱，故而會在外層織物上涂覆功能型整理劑以阻止此類物質的通過，其防護原理詳見圖3。

吸附型材料的吸附主要是物理吸附和化學吸附。其中，化學吸附主要是利用織物上添加的物質與毒劑發(fā)生化學反應，生成無毒物質，最終達到防護的效果，是早期透氣式防護服采用的吸附類型，如：早在20世紀20年代，美國人將普通軍服浸漬氯胺類溶液[11]，借助于氨氮反應生成一氯胺或二氯胺，從而達到殺菌消毒的目的，但其氧化能力比氯稍低。鑒于化學浸漬試劑會對織物有腐蝕性，且影響穿著者的舒適性，因而逐漸被物理吸附取代。

物理吸附主要采用活性炭的多層結構，將有毒有害物質吸附存儲起來達到防護目的。然而，物理吸附也存有缺陷，如：吸附毒劑發(fā)生解析會對環(huán)境、人體造成二次危害，其他無害物質的吸附會降低對有害物質的吸附能力；使用量較大，直接影響使用者的穿著行動能力。

圖3 透氣式防護服防護原理

1.4 選擇性透氣式防護服

選擇性透氣式防護服采用的防護材料具有非滲透型和半滲透型的復合功能，既能防止有害物質對人體的危害，又具有良好的透氣透濕性能，服用性能良好。選擇性透氣式防護服是一類只允許水汽分子透過，但可阻止其他液體、氣體和氣溶膠物質透過的防護服。它通常由選擇性滲透膜材料制成，水汽分子通過溶解/擴散機制透過防護材料，無需添加吸附型材料就可實現(xiàn)較好的防護性能，其防護原理詳見圖4。當然這是理想型選擇式防護服，實際應用中還存在一些問題。

選擇性透氣式防護服制作的關鍵是選擇性滲透膜材料的選擇。目前，很多國家的科學家都在尋找適宜的防護材料。美國和德國科學家研制出一種叫Spiratec Hybird的防護織物[12]，美國W L Gore公司和Akzo Nobel公司研制出胺基薄膜/纖維系統(tǒng)和纖維基薄膜/纖維系統(tǒng)[13]，英國研制出一種由PVOH（聚乙烯醇）和PEI（聚乙烯亞胺）組成的新型聚合物材料等先進材料，既能防液態(tài)、氣態(tài)、氣溶膠等多種形態(tài)的有毒化學物質、微生物和病毒，又具有輕薄、透濕、防水等良好的生理功能。

圖4 透氣式防護服防護原理

2 生化防護服的檢測方法

生化防護服作為特殊環(huán)境中使用的防護服裝，在防護性能和服用性能方面與常規(guī)服裝有著不同的要求，故所采用的檢測標準也不盡相同。防護服的質量控制標準根據(jù)其用途可分為工業(yè)用防護服標準和醫(yī)用防護服標準。國內(nèi)外常用的工業(yè)用防護服標準詳見表1，醫(yī)用防護服標準詳見表2。

從性能要求來看，國內(nèi)外標準均包含了對防護服整體質量及各個成分、各個部件的詳細質量要求，需要檢測的項目一般包括漲破強度、液體穿透性、透濕量、阻燃性等。美國NFPA標準體系分類簡單，但是對低等級防護服的質量要求沒有規(guī)定；歐洲EN標準體系分類較細，對高端防護服和低端防護服的質量要求均有較好的涵蓋；ISO標準體系與EN標準體系的規(guī)定相似，但ISO標準將所有分類信息集中在一個標準里，便于查找應用；我國國標GB標準體系的分類較為合理，對高等級和低等級化學防護服的質量要求均有涵蓋，且分類更為簡便，便于掌握。除此之外，歐美等國家對生化防護服的整體性能要求要比中國高，這可能與每個國家生化防護服的使用要求、應用環(huán)境及發(fā)展水平息息相關。

表1 國內(nèi)外常用工業(yè)用防護服標準

表2 國內(nèi)外常用醫(yī)用防護服標準

3 結論

（1）隨著科學技術的不斷創(chuàng)新，許多高性能、感應性原材料應用于服裝面料。在生化防護服的實際應用中，針對不同的使用目的和使用環(huán)境，對防護性能和其他性能的要求也不同。

（2）醫(yī)療衛(wèi)生和防疫用防護服要求阻隔病毒、衣原體、立克次體、細菌等微生物；軍隊的生化防護服應具有良好的阻隔性和對化學毒劑的吸附與分解性。

（3）在生化防護服的性能研究中，既要注重生化防護服性能要求的全面性，即生化防護服不僅應同時具備良好的防護性、服用性和穿著舒適性，還要根據(jù)各類生化防護服的不同用途，在其性能要求上有所側重，即視不同的使用環(huán)境增加或增強生化防護服在某些性能方面的要求，使生化防護服的性能要求進一步趨向全面和合理。