可重復使用醫用防護服面料的研發現狀及趨勢

孟碩 汪澤幸 李文輝 吳璠 陳小英

（1.湖南工程學院，湖南湘潭，411104；2.湖南永霏特種防護用品有限公司，湖南湘潭，411104；3.深圳市微納先材科技有限公司，廣東深圳，518035；4.東莞健賢紡織品科技有限公司，廣東東莞，523916）

目前，多采用SMS復合非織造材料、微孔薄膜/非織造復合材料、閃蒸法非織造材料等制備醫用一次性防護服，用后即棄雖然可有效防止醫源性交叉感染，但醫用一次性防護服使用量巨大，用后銷毀成本高、資源浪費嚴重且會導致嚴重的環境污染［1-2］；同時，面臨以新型冠狀病毒肺炎（以下簡稱COVID-19）疫情為代表的突發性重大公共衛生事件時，緊急轉產與產能提升困難，易造成防疫物資短缺。此外，現有醫用一次性防護服的力學性能相對較差，劇烈活動時易因外力拉扯而破裂，從而無法提供有效的安全防護；同時，其透氣性和透濕性較差，穿著舒適性不好［3-4］，雖可通過選用纖維材料和后整理方式提高穿著時的熱濕舒適性［5-6］，但由于核心阻隔層特性的緣故，改善效果有限。

可重復使用醫用防護服又稱耐用型或復用型醫用防護服，其面料性能優良，可在常規車間內生產，在常規儲存條件下存放；當需無菌提供時候，可通過常規醫用洗消流程快速達到使用要求，具有緊急轉產容易、儲存時間長、單次使用成本低等優點。在應對突發性重大公共衛生事件時，可有效緩解醫用一次性防護服消耗量大、生產周期長等供應緊張局面，降低醫用防護物資的使用成本和后處理成本。

可重復使用醫用防護服研發涉及材料優選、工藝優化、設計創新等技術公關，技術難度高，相關研究較少。本研究介紹了可重復使用醫用防護服的標準與性能要求，對比分析了各類可重復使用醫用防護服面料的研究現狀和性能特點，以期為可重復使用醫用防護服的研發和生產提供參考。

1 可重復使用醫用防護服的標準與性能要求

1.1 相關標準

我國現行標準為YY/T 1799—2020《可重復使用醫用防護服技術要求》，國外的BS EN 14126：2003《Protective Clothing Performance Requirements and Tests Methods for Protective Clothing against Infective Agents》、ANSI/AAMI PB70：2012《Liquid Barrier Performance and Classification of Protective Apparel and Drapes Intended for Use in Health Care Facilities》、NFPA 1999—2018《Standard on Protective Clothing and Ensembles for Emergency Medical Operations》等 也為適用于可重復使用醫用防護服的標準。

BS EN 14126：2003規定，對于至少可以清洗和重復使用5次的醫用防護服，測試前需要對其進行5個循環的洗消處理，但未明確規定洗消流程。YY/T 1799—2020、ANSI/AAMI PB70：2012與NFPA 1999—2018均未明確規定可重復使用次數和消洗程序，但要求按制造商推薦洗消處理程序和次數處理后應滿足相應標準規定的要求。NFPA 1999—2018要求檢測前經過25次洗滌和烘干預處理，可認為該標準要求耐洗滌次數為25次，但未考慮消殺程序。

1.2 性能要求

與醫用一次性防護服的作用相同，可重復使用醫用防護服最重要的作用為對病原性微生物和病毒的阻隔，防止醫護人員受到生物污染源的感染，保障醫護人員的人身安全，因此阻隔性能是考核可重復使用醫用防護服防護效果的核心指標。

YY/T 1799—2020主要考核面料的液體阻隔性能（抗合成血液穿透與阻止Phi-x174噬菌體穿透）、微生物阻隔性能（干態與濕態）以及對0.075 μm氣溶膠顆粒的阻隔性能等。BS EN 14126：2003主要考核面料抗合成血液穿透、阻止0.6 μm氣溶膠顆粒彌散穿透性能和阻止Phix174噬菌體穿透性能。ANSI/AAMI PB70：2012主要考核面料的抗沖擊穿透性能、抗靜水壓與阻止Phi-x174噬菌體穿透性能。NFPA 1999—2018主要考核防護服的全面液體透過性能和面料阻止Phi-x174噬菌體穿透性能。

Phi-x174噬菌體是目前已知最小的血源性致病病毒之一，其大小和形態與丙型肝炎病毒相似，且可代表乙型肝炎病毒和人類免疫缺陷病毒等血源性病毒，現行標準均采用Phi-x174噬菌體懸液作為穿透檢驗模型，考核面料對微生物滲透的阻隔性能。

醫用一次性防護服的單次使用時間一般不超過4 h，醫用防護物資緊缺時通常使用超過6 h甚至更長時間，因而其舒適性非常重要。YY/T 1799—2020要求可重復使用醫用防護服面料透濕 量 不 低 于2 500 g/（m2·24 h）；NFPA 1999—2018要求醫用一次性防護服透濕量不低于650 g/（m2·24 h），可重復使用醫用防護服面料吸水率不高于30%。此外，NFPA 1999—2018還對散熱性能提出了要求，要求總體熱損失值大于450 W/m2。BS EN 14126：2003與ANSI/AAMI PB70：2012均未提及透濕性能與散熱性能方面的要求，YY/T 1799—2020亦未考核散熱性能指標。

在反復洗消和穿戴過程中因受到外力會導致可重復使用醫用防護服出現破裂、磨損掉絮等現象，減弱防護性能，增加醫護人員的感染幾率，對面料的力學性能（如拉伸斷裂強力、撕破強力、耐磨性能、抗穿刺、耐屈撓破壞性能等）提出了要求。此外，不發塵、不吸塵、不掉絮、防靜電也是醫用防護服面料應具備的性能要求。對于可重復使用醫用防護服，其面料經多次洗滌、消毒后，要求防護性能、舒適性能、力學性能以及其他必備的性能指標依然能保持在較高的水平，因而相對于醫用一次性防護服面料，對可重復使用醫用防護服面料的要求更高。

2 可重復使用醫用防護服面料的研究進展

從加工方式上劃分，可重復使用醫用防護服面料可分為傳統機織物、高密機織物、涂層織物以及層壓復合織物等4類。

2.1 傳統機織物

傳統機織物主要采用棉紗或滌棉混紡紗加工而成，舒適性良好。早期的醫用防護服一般采用棉織物制備而成，主要功能是防止病人的分泌物、血液、唾液等污染醫生的衣物。傳統機織物在干態下能阻隔一定量微生物的穿透，但病原菌易通過體液或血液滲透織物，因而無法從根本上解決病原菌滲透的問題［7-8］；雖可采用多層織物以增強其防護性能，但不能從根本上解決微生物通過潮濕面料逐層滲透和脫絮等問題。

2.2 高密機織物

細號棉紗或其他超細合成纖維長絲制成的高密機織物紗線間隙小，因纖維間的毛細作用，透濕性能好；采用碳氟化合物、有機硅等防水劑整理后具有一定的防水性能。二戰期間，美國軍需部門采用Pima絲光棉制備了厚密織物，并采用含氟整理劑與吡啶季銨鹽或三聚氫酰胺進行防水整理，拒水效果優良，滿足了作戰的需求，戰后開始用于外科手術衣的生產。周翔等人公開的可重復使用醫用防護服面料是基于拒水整理工藝制備而成的，雖提及面料透氣、透濕，并可屏蔽水、血液與體液等［9］，但未公開面料的性能數據。對高密度機織物進行防水整理，雖然可賦予面料較好的防水性能，但其抗靜水壓性能較差；此外，經過反復洗消后，面料表面疏水層逐漸被剝離，抗濕性能不斷衰減［10］。由于高密機織物經緯紗排列緊密，總經根數多、組織交織點多以及布面密實，故在織造過程中易出現開口不清、起毛、斷紗等現象，加工難度大，技術要求高［11］。

2.3 涂層織物

20世紀80年代以后，隨著對血源性傳播疾病傳播途徑研究的深入，醫務人員在救治患者過程中可能會被HIV、HBV、HCV等血源性傳播疾病病原體感染的問題得到了充分論證和重視，醫用防護服的阻隔微生物和防止血液穿透性能研究開始被重視，促進了涂層和層壓復合織物的發展。

采用涂層法制備可重復使用醫用防護服面料，主要借鑒了高阻隔生化防護材料的制備方法和理念。PARK D等人基于聚氨酯（PU）和水性納米懸浮液制備了抗菌、抗病毒涂層織物［12］。現有研究表明，在兩側水汽壓力差的推動下，水汽基于分子擴散機理通過PU，從而實現透濕，其透濕性能不僅與PU的化學組成和結構以及結晶度等相關，同時還受涂層厚度的影響［13］。

現有PU涂層織物因涂層量較高，雖阻隔性能較好，但透濕性能普遍較差，不適用于可重復使用醫用防護服的制備［14］13。為提高透濕性能，陳麗穎等人在采用氟碳化合物拒水處理的聚酯面料基礎上，底涂聚醚型PU，面涂含微孔木質纖維素的聚醚型PU，所制備的面料透濕量超過4 000 g/（m2·24 h），耐有效氯和高溫消毒，且抗菌、拒水、抗滲水、抗合成血液穿透性能、防靜電以及手感良好［15］。陶剛等人在織物骨架上涂覆丁基橡膠制備了醫用防護服面料，雖然提及對配比1∶50的84消毒液和質量分數為75%的酒精抗耐性好［16］，但未公開面料的具體性能指標，且未考慮防靜電和透氣性能。此外，亦有采用聚氯乙烯、聚乙烯、氯丁橡膠等涂層制備的醫用防護服面料。采用涂層法制備的可重復使用醫用防護服面料雖然阻隔性能優異，但普遍存在穿著舒適性差等缺陷，因而不是可重復使用醫用防護服面料的最佳選擇。

2.4 層壓復合織物

2.4.1 微孔膜與高透膜

在確保防護性能的前提下，可重復使用醫用防護服面料還需兼顧耐洗滌、消毒和穿著舒適性等。目前，多采用聚乙烯（PE）微孔膜、聚四氟乙烯（PTFE）微孔膜、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU）微孔膜、PTFE復合膜以及PU高透膜為核心阻隔層，采用離線復合加工方式制備可重復使用醫用防護服面料。

PE微孔膜雖然價格便宜，但因其表面張力較低、無極性基團等緣故［17］，與其他織物的黏結性能較差，由其制備的復合面料經一次洗滌后即發生層間脫黏、微孔膜破裂等現象，液體滲透現象明顯［18］10，耐用性不足，因而不適用于可重復使用醫用防護服面料的制備。此外，生產實踐也發現，采用PP非織造布/PE微孔膜的復合面料制備醫用一次性防護服時，若層間黏結強度不佳，經環氧乙烷熏蒸滅菌后，面料易產生起泡現象。

賴軍等人以防靜電高密滌綸長絲面料為外層、PU高透膜為阻隔層、滌綸長絲經編面料為內層，采用濕氣固化反應型聚氨酯（PUR）熱熔膠雙面點式復合方式制備了可重復使用醫用防護服面料，60℃水溫下10次洗滌后，其抗靜水壓可達9 806.6 Pa（1 000 mm H2O），透 濕 量 超 過7 000 g/（m2·24 h），阻隔性能、抗合成血液穿透性能、防水性能以及防靜電性能均達到GB 19082—2009《醫用一次性防護服技術要求》，但未能考慮消毒、滅菌流程對面料防護性能和舒適性能的影響，且透氣性能僅為0.4 mm/s［19］。需要注意的是，可重復使用醫用防護服面料多采用氯漂消毒、高溫蒸汽滅菌處理，PU微孔膜的軟化點較低（約120℃），經反復氯漂、高溫蒸汽處理后，PU微孔膜的孔徑逐漸變化［20］94，從而易造成防護性能降低甚至防護失效。

郝新敏等人研究發現，相對于PU涂層織物和TPU復合織物，采用PTFE復合膜制備的層壓復合織物具有較好的阻隔性能和較高的透濕性能；且認為溶劑型PU黏合劑的理化性能更優、耐低溫性能好，制備的復合面料手感較好［21］。此外，復合方式和上膠量不僅影響復合面料的透濕和抗靜水壓性能，還影響層間黏結性能；面涂工藝的上膠量高，可有效提高復合面料的抗靜水壓性能，有利于提高阻隔性能，但會大幅度影響透濕性能。點涂工藝的上膠量相對較低，封閉微孔膜的透濕通道較少，因而表現出較高的透濕性能；但當上膠量偏低時，因微孔膜微孔結構的固定點少，在水壓作用下并且PTFE微孔膜厚度較低時，微孔膜的微孔結構會發生變形或破壞，導致復合面料的靜水壓較低；且因微孔膜與面料之間的黏結點少、黏結強度低的緣故，導致洗滌或高溫蒸汽滅菌后，復合面料易產生起泡現象。郝新敏等人研究亦發現，采用PTFE復合膜制備的復合面料，經洗滌后其靜水壓急劇降低，究其原因主要是由于PTFE復合膜的微孔結構為經雙向拉伸而成，其微孔結構并不穩定，在溫度和外力作用下，其微孔結構易發生變形或破壞。

李瑞欣等人研究也發現采用PTFE復合膜制備的防護服面料耐洗滌性能較好，12次洗滌前后均表現出較好的力學、阻隔、防水和抗靜水壓性能，洗滌前透濕量達到7 070 g/（m2·24 h），但未研究洗滌后的透濕性能。同時也發現，PTFE微孔膜透濕性較好，但由其制備的復合面料層間黏結性能較差，約經過8次水洗后即發生分層現象，耐洗滌性能不足［18］10。

可重復使用醫用防護服面料外層通常含有導電纖維，經水洗后導電纖維易斷裂，從而破壞阻隔膜，影響阻隔性能。為避免此類問題，姚登輝等人以多溝槽異截面親水滌綸長絲、炭黑導電絲為原料制備了經編面料，與PTFE微孔膜采用PUR熱熔膠基于點式復合方式制備了可重復使用醫用防護服面料，研究結果表明，經80次醫用洗滌后，復合面料的防護性能仍滿足要求，但未考慮洗后外觀變化和透濕性能；同時認為，PEFE微孔膜的最優厚度為30 μm～45 μm，這主要是由于醫用防護服面料洗消流程溫度在130℃以上，PTFE微孔膜厚度過小時，會因反復洗消而發生破裂，影響防護性能；PTFE微孔膜為非對稱膜且微孔孔道曲折、復雜，厚度過大則會由于水汽傳遞路徑過長而導致透濕性能急劇下降，且經水洗和高溫滅菌后，微孔結構減少或消失，透濕通道減少，加劇透濕性能的劣化。考慮到噴射血液和水蒸氣的直徑以及細菌和絕大多數病毒的尺寸，微孔膜的最優膜孔徑為10 nm～50 nm［20］95。

可重復使用醫用防護服的透濕性能除受到核心阻隔膜的透濕性能影響之外，同時還與內外層面料的透濕性能與透濕性能梯度配置密切相關。楊建忠等人研究發現多層穿著時，為確保濕傳遞能力，濕傳遞能力高的面料盡可能位于內層，以便形成良好的濕度梯度，可利于透濕［14］14。因而目前可重復使用醫用防護服面料外層多為防靜電高密滌綸長絲機織物，而內層多為經編網眼織物，亦有以吸濕性能良好的常規滌棉或純棉織物為內層面料。

YY/T 1799—2020要求可重復使用醫用防護服面料透濕性能不低于2 500 g/（m2·24 h），但該透濕性能要求僅相當于成年人在10℃環境中水平步行時的出汗量［22］，與實際人體出汗量相差巨大。為確保穿著舒適性，醫用防護服面料的透濕量應高于10 000 g/（m2·24 h），該透濕性能略低于20℃條件下重度勞動時人體的出汗量［11 520 g/（m2·24 h）］［23］，但 現 有研 究 的 可 重復使用醫用防護服面料透濕量少有可達到此要求的。目前已獲批上市的可重復使用醫用防護服其面料透濕量約3 000 g/（m2·24 h）［24］，亦無法滿足穿著舒適性的要求，且不耐高溫，不可采用高溫蒸汽滅菌。

COVID-19疫情防控時期，醫護人員的工作強度多屬于中、重度勞動，且環境溫度多高于20℃，甚至超過35℃，不僅出汗量大，且發熱量高?，F有可重復使用醫用防護服面料透濕性能不足，無法將人體產生的水汽及時排出；且因透氣性能差，不利于人體與環境之間的熱濕對流，防護服與人體之間微氣候的相對濕度和溫度均保持較高的水平，導致醫護人員長時間處于悶熱、潮濕環境中，易引發身體上的不舒適和生理上的煩躁、焦慮，甚至出現胸悶、氣短、大量出汗、皮膚浸漬、虛脫暈倒等，嚴重影響工作效率和質量。因此，為確保穿著時的熱濕舒適性，不僅要求可重復使用醫用防護服面料需具有較高的透濕性能，還要求具有良好的透氣性能。

為確保對病原性微生物和病毒具有較高的阻隔性能，現有可重復使用醫用防護服多選用PTFE微孔膜或PTFE復合膜為阻隔膜。PTFE微孔膜孔徑小，孔道網狀連通、鑲套、彎曲且復雜多變，雖可確保對病原性微生物和病毒具有良好的阻隔性能，并兼具一定的透濕性能，但透氣性能不佳，且因其親油性和熱塑性特性，在洗滌和使用過程中因微孔減少、變形而導致透濕性能下降，或因膜面破壞而導致阻隔性能下降。PTFE復合膜一面為PTFE微孔膜，一面為致密無孔PU膜，對各種病原性微生物和病毒具有較好的阻隔性能，并兼顧良好的透濕性能，但因致密無孔PU膜的存在，透氣性能差。總之，現有可重復使用醫用防護服面料雖具有良好的阻隔性能和一定的透濕性能，但無法兼顧透氣性能，無法確保穿著時的熱濕舒適性能。

2.4.2 靜電紡絲膜

現有研究發現，利用靜電紡絲技術制備的納米纖維膜，其孔徑小、孔隙率高、比表面積大，具有大量且連續的內部孔道結構等特性，透濕性能和阻隔性能優良，是防護服面料中阻隔膜的理想材料之一［25］。

已有學者認為在防護服的領口和后背部位采用靜電紡絲納米纖維膜，可在確保防護性能的同時，兼顧透濕與透氣性能，有效提高穿著舒適性［26-27］。但靜電紡絲納米纖維膜中纖維隨機取向、交錯排列、強力低，其拉伸與耐磨性能較差，且與皮膚之間的接觸舒適性較差，因而不可單獨以膜的形式直接使用，可將其與其他織物（機織物、針織物或非織造布）采用層壓方式離線制備復合面料。為滿足復合工藝對納米纖維膜力學性能的要求，此時需增加納米纖維膜的厚度或對其進行表面處理，但會降低其透氣與透濕性能，柔軟性能變差［28］。為在確保防護性能的前提下，盡可能保持透氣與透濕性能，亦有采用織物或非織造布為接收基布［29-30］，穩定納米纖維膜的幾何形態；為提高納米纖維膜與基布之間的黏結性能，后期可采用熱壓方式進行加固，但層間黏結性能依然不足，耐洗滌性能差，不能滿足可反復使用的要求。

考慮到耐用性能，靜電紡絲納米纖維膜多考慮用于一次性生化防護服，且因量產時納米纖維膜性能穩定性不足和價格較高的緣故，目前未見基于靜電紡絲納米纖維膜制備的防護服面世，但基于靜電紡絲納米纖維膜的一次性和耐洗滌50次以上且可沸水消毒的重復使用防護口罩現已上市銷售。

從前期研究來看，靜電紡絲制備的自支撐聚酰亞胺納米纖維膜具有耐洗滌、耐高溫性能。對其復合面料進行測試發現，20次商業洗滌后對0.3 μm非油性顆粒物的過濾效率保持在97%以上，透氣性能穩定在30 mm/s以上，透濕性能超過10 000 g/（m2·24 h），具有較好的阻隔性能和熱濕舒適性能，可認為聚酰亞胺納米纖維膜是制備可重復使用醫用防護服面料的理想阻隔膜之一。研究中還發現，為保證防護性能的同時兼顧高透氣和透濕性能，所選用的聚酰亞胺納米纖維膜孔隙率較高，纖維之間結合力較差，采用傳統復合工藝制備的復合面料其層間黏結強度不佳，水洗后復合面料易產生起泡或大面積脫黏甚至出現膜面破損現象，造成防護失效；因而其與內外層面料的復合工藝迥異于現有微孔膜和復合膜，在黏合劑類型的選用、復合工藝的控制等方面較為特殊。

3 結語

面對COVID-19疫情突發及其在全球蔓延，我國醫用防護服的產能迅速提高，不僅滿足了國內疫情防控的需要，同時也為全球共同抗擊疫情做出了巨大的貢獻。在此過程中，醫用一次性防護服的使用量大幅度增長，其用后即棄，雖可有效避免交叉傳染，但也暴露出其力學性能差、熱濕舒適性差、資源浪費嚴重等問題；此外，處理成本以及可能帶來的環境問題也引起了廣泛的關注。在此背景下，可重復使用醫用防護服再次受到了關注。現有可重復使用醫用防護服多以PTFE微孔膜或PTFE復合膜為阻隔層，為提高耐洗滌性能，選用厚阻隔膜，且采用重上膠、點黏合工藝，導致現有可重復使用醫用防護服雖然具有良好的機械性能、阻隔性能，但透濕性能不足，且不透氣，無法在人體與環境之間實現熱濕平衡，不能滿足高強度醫護工作的需要，嚴重影響穿著舒適性。因而，在確保高阻隔性能的基礎上，如何提高面料的透濕性能，增強透氣性能，還需在阻隔膜研發和選用以及復合工藝優化等方面做進一步的研究。