目前,全球醫(yī)用紡織品市場主要由美國、歐洲(以歐盟國家為主)、日本等發(fā)達國家和地區(qū)主導。可降解、復合化、功能化、微創(chuàng)化、智能化已然成為國際醫(yī)用紡織品的發(fā)展方向。發(fā)達國家在高端醫(yī)用紡織品的研制開發(fā)方面投入巨大,配有眾多專門的研究機構和企業(yè),并已形成完善的技術和生產體系。
其中,因全球傳染性疾病的不定期爆發(fā),作為醫(yī)用紡織品重要組成部分的醫(yī)用防護紡織品的需求不斷增長。我國醫(yī)用防護紡織品雖起步較晚,但近年來產品品類和應用領域不斷拓展,已由簡單的個體衛(wèi)生用品,逐漸發(fā)展到手術洞單、手術服、隔離衣、防護服等技術含量較高的制品。現(xiàn)階段,醫(yī)用防護紡織品已經成為產業(yè)用紡織品行業(yè)重點投資方向之一。與醫(yī)用防護紡織品行業(yè)的高速發(fā)展一致,國內相關領域的非織造企業(yè)成長也非常迅速。
隨著新工藝的開發(fā)、新技術和新材料的應用,醫(yī)用防護紡織品拓展了新的領域,滿足了市場需求,呈現(xiàn)出產品多樣化、高端化的發(fā)展趨勢和產業(yè)集群化的發(fā)展態(tài)勢。但總體來看,我國醫(yī)用防護紡織品行業(yè)仍存在企業(yè)規(guī)模較小、產業(yè)集中度不高、原創(chuàng)性核心技術匱乏等問題,行業(yè)核心競爭力不足,目前產品主要集中在衛(wèi)生保健領域,在高附加值醫(yī)用防護紡織品的研究開發(fā)上與發(fā)達國家差距明顯。
一、醫(yī)用防護紡織品的分類和性能要求
醫(yī)用防護紡織品,通常指應用于醫(yī)療、防護、保健及衛(wèi)生用途的紡織品。其是醫(yī)用紡織品中的一個大類,是集紡織、醫(yī)學、高分子等多個學科相互交叉融合的高附加值產品。
按照不同的分類標準,醫(yī)用防護紡織品主要有4種分類方法。按防護部位分為手術衣、手術洞巾、手術蓋(鋪)單、防護服、隔離衣、防護口罩等;按生產原料分類,可分為棉纖維、常規(guī)化學纖維(聚丙烯等)、超細纖維、功能纖維(抗菌纖維、抗靜電纖維等);按材料制備工藝方法可分為非織造布、機織布、涂層材料、層壓材料以及靜電紡材料;按照使用的期限可分為一次性使用材料和可重復使用材料。
二、醫(yī)用防護紡織材料行業(yè)的新進展
目前,我國醫(yī)用防護紡織品主要采用棉纖維、滌綸纖維、滌棉纖維混紡織造成機織物和非織造布。機織材料主要用于加工可重復使用的醫(yī)用防護服,包括傳統(tǒng)機織物、高密織物、涂層織物和層壓織物。
傳統(tǒng)機織物主要是采用棉纖維或滌綸纖維等合成纖維與棉的混紡紗加工而成,具有良好的舒適性,主要用于織造日常工作服,如白大褂等;高密織物是利用高支棉紗或其他超細合成纖維長絲織成,主要用作需要較好防水效果的手術衣材料;涂層織物是運用高聚物材料制成的,對病毒、血液和化學藥品阻隔效果都非常好。但是目前聚乙烯、聚氯乙烯及其他高聚物材料透氣性能較差;層壓織物是將織物與一層特殊薄膜(如聚乙烯透氣膜等)通過層壓工藝復合在一起。
傳統(tǒng)的醫(yī)用防護紡織品一般是棉織物經過后整理而成,加工工藝復雜,流程及周期較長,成本較高;另外棉織物防護性較差,醫(yī)用防護制品經消毒處理后其阻隔過濾病菌的能力會下降,同時在洗滌過程中也存在交叉感染的可能性。
與傳統(tǒng)醫(yī)用防護紡織品相比,經過抗酒精、抗血、抗油處理后的醫(yī)用非織造布具有優(yōu)良的阻隔性能和物理屏障性能,可避免引起交叉感染,同時省去了洗滌消毒處理程序。此外,非織造布纖維來源廣泛,適應性強,大部分化學纖維皆可用于生產非織造布;非織造布生產工藝靈活多變,可以生產具有各種功能特點的紡織品;非織造布還具有生產流程短,用工數(shù)量少,生產成本相對較低。
隨著非織造技術的發(fā)展及改進,對于能滿足醫(yī)用防護材料要求的非織造醫(yī)用防護紡織品,目前其加工方法已相對成熟,根據其制備技術的不同,目前主要有水刺法、紡粘法、熔噴法、復合法、閃蒸法及靜電紡絲法等制備技術。
(一)醫(yī)用非織造材料的市場需求
近年來,得益于持續(xù)增加的需求推動,非織造布行業(yè)逐漸成為全球紡織業(yè)中成長最快、創(chuàng)新最活躍、受關注最密切的領域之一,非織造材料成為現(xiàn)代經濟、社會發(fā)展必不可少的重要新型材料。盡管非織造材料產業(yè)在我國的發(fā)展歷史不長,但發(fā)展速度驚人,呈現(xiàn)出爆發(fā)性的增長。目前,我國非織造材料產量占全球總產量40%以上,居全球首位,我國已成為全球最大的非織造材料生產國、消費國和貿易國。2020年全球新冠疫情的爆發(fā),非織造材料及制品作為醫(yī)用口罩、醫(yī)用防護服等醫(yī)用防護紡織品的主要原材料,增長迅速。中國產業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會數(shù)據顯示,2020年我國非織造布的產量達到8.78×106t,同比增長35.9%。
此外,我國人口老齡化程度不斷加劇,研究數(shù)據顯示,近10年內,我國60歲及以上老年人口不斷增長。2020年第七次全國人口普查數(shù)據顯示,我國60歲及以上人口的比重達到18.70%,其中65歲及以上人口比重達到13.50%。許多老年疾病如中風、癡呆、糖尿病、膀胱疾病等,其易造成短期或長期失禁以致引發(fā)褥瘡、潰瘍等疾病,使成人失禁衛(wèi)生用品等產品的需求持續(xù)不斷增長。另外,微創(chuàng)與低感染手術的發(fā)展也在一定程度上增加了一次性產品的需求,而新的護理和處理傷口方法,加之非織造復合工藝的發(fā)展和新型纖維的廣泛應用,讓非織造材料可以更好地實現(xiàn)個性化需求,提供更加無微不至的醫(yī)護服務。
(二)醫(yī)用非織造材料的性能要求
醫(yī)用非織造材料是指醫(yī)療機構在醫(yī)療、預防、保健等相關活動中使用的消耗型輔助用品,主要起到隔離防護、促進創(chuàng)面愈合、包扎固定等作用。
醫(yī)用非織造材料的性能要求主要包含以下幾個方面:
阻隔防護性。阻隔防護性是指材料能夠有效的阻隔微生物、顆粒物質及液體(水、血液、酒精等),防止液體滲透造成交叉感染;
舒適性能。舒適性能是指材料要讓患者或醫(yī)護人員在使用過程中感到舒適的性能,可通過材料的厚度、透氣透濕性、懸垂性、抗靜電性、親膚性等來表現(xiàn),其中透氣透濕性能決定著人體與服裝內部的濕熱環(huán)境,尤為重要;
服用性能。服用性能是指材料要具有一定的抗撕裂和耐磨損性能,保證醫(yī)護人員在臨床應用過程中、患者在穿著過程中,避免材料由于強度不足而斷裂、被尖銳物體刺破以及材料本身或連接處發(fā)生破裂,導致為病菌傳播提供通道,增加感染的概率;
其他性能。除上述性能要求外,高防護性的醫(yī)用非織造材料還需要具備抗化學試劑的性能;可重復使用的防護服需要具備經過多次洗滌或消毒處理后,阻隔性能和防護性能仍能達到規(guī)范要求。
(三)新冠肺炎疫情對醫(yī)用非織造材料行業(yè)的影響
新冠肺炎疫情的爆發(fā),使醫(yī)用紡織品產生巨大需求,也帶動了上游材料的消費量,如醫(yī)用口罩的原材料聚丙烯、熔噴非織造布,醫(yī)用防護服的原材料聚烯烴、聚四氟乙烯材料等。尤其是熔噴非織造布需求量激增,對全球熔噴非織造布市場的供求秩序造成了極大的沖擊。
據英國《金融時報》報道,在疫情嚴重期間,由于貨源緊缺,海外熔噴非織造布的價格一度瘋漲超過了10倍。中國產業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會紡粘法非織造布分會的統(tǒng)計數(shù)據顯示,2019年國內熔噴非織造布的實際產量大約為5.6×104t,在2020年疫情爆發(fā)的背景下,為適應社會及民眾對于個人防護產品的需求,行業(yè)內熔噴非織造布企業(yè)積極擴產、上游企業(yè)新增生產線及部分相關企業(yè)改造生產線等,在3月上旬就實現(xiàn)了熔噴非織造布日產量超過600t。
疫情爆發(fā)后,國內非織造布龍頭企業(yè),如大連瑞光、恒天嘉華、欣龍控股、大連華倫等,快速擴大熔噴非織造布的產能。除上述上游相關企業(yè)新增生產線以擴大產能外,國內生產基礎較好的機械制造及科技公司如比亞迪、廣汽集團、三槍、爹地寶貝等,也在強大的市場需求驅動下,跨界生產口罩等醫(yī)用紡織品。
面對全球疫情,國外眾多非織造布生產企業(yè)及機械制造商也積極投入抗疫。美國DuPont(杜邦)公司在疫情發(fā)生后,將常規(guī)產品的產量增加了3倍,并推出“Tyvek Together”計劃以滿足全球市場對個人防護設備的需求。國際知名的非織造材料生產制造商如德國Reifenh?user(萊芬豪舍)和Oerlikon Nonwoven(歐瑞康非織造業(yè)務單元)都通過縮短熔噴非織造布生產線交貨時間的手段來緩解全球供應短缺的問題;為確保歐洲范圍內熔噴非織造布關鍵供應鏈的安全,德國制定了“Nonwovens Production”補助計劃,政府承擔企業(yè)熔噴非織造布生產線成本的30%,以更好地滿足當?shù)孛癖妼τ诳谡值葌€人防護產品的需求。歐洲非織造布協(xié)會(EDANA)在疫情期間聯(lián)合非織造布供應商、設備供應商、口罩制造商及檢測等機構,全力為歐盟提供自給自足的個人防護產品供應鏈。
三、醫(yī)用非織造材料的主要生產工藝
隨著非織造技術的不斷發(fā)展和進步,醫(yī)用非織造材料的生產技術日趨成熟,目前主要應用的醫(yī)用非織造材料生產技術包括紡粘法、熔噴法、針刺法、水刺法、復合法、閃蒸法及靜電紡絲法等。
(一)紡粘非織造工藝
20世紀50年代末至60年代初,杜邦公司和德國Freudenberg(科德寶)公司分別發(fā)明了紡粘法非織造技術。1986年中國引進了第1條紡粘非織造布生產線,經過30余年的發(fā)展,目前我國已成為紡粘非織造布生產大國。紡粘法非織造技術是將聚合物(聚丙烯、聚酯、聚乙烯等)經過高溫熔融后,直接由熔體紡絲成網制造非織造布的工藝,其具體生產工藝包括:切片烘燥—切片喂入—熔融擠壓—紡絲—冷卻牽伸—分絲鋪網—纖網加固—卷取。
此外,人們對于雙組分纖維(如海島型、橘瓣型、皮芯型雙組分纖維)的生產與應用越發(fā)關注,如以聚丙烯/聚乙烯并列型雙組分纖維為原料的非織造材料不僅可實現(xiàn)纖網結構蓬松,且其手感和柔軟度比單組分纖維或同組分皮芯型纖維制品更好。
紡粘法非織造材料作為防護材料其強度和舒適性能滿足要求,但是在阻隔防護性能上相對較弱。對此,研究學者借鑒熔噴法的超細纖維技術,采取一定的措施使紡粘法非織造纖維兼具強度和細度兩方面的要求。細旦化紡粘技術成為紡粘技術的一大研究熱點,應運而生的是雙組分紡粘水刺技術。此技術由科德寶公司率先發(fā)明,其利用中空桔瓣型紡絲組件,在熔體細流從噴孔擠出之后,經冷卻吹風、氣流牽伸形成長絲鋪置在成網簾上,再利用高壓水刺技術進行開纖及固網,開纖率能達到70%。
土耳其Mogul公司于2017年推出的Madaline雙組分微絲紡粘水刺非織造布(圖4),通過具有專利的雙組分技術擠出超細纖維長絲,經高壓水射流,使纖維成纖、纏結并形成非織造布。超細的致密結構提供了良好的阻隔和過濾性能,另外材料具有保濕性能好、吸水性強、干燥速度快、透氣性佳的優(yōu)點,可用于制造手術衣。
(二)熔噴非織造工藝
熔噴非織造工藝是聚合物擠壓成網方法的一種,利用高速熱空氣對模頭噴絲孔擠出的聚合物熔體細流進行牽伸,由此形成超細纖維并凝聚在凝網簾或者滾筒上,并利用自身黏合而形成非織造布,如圖5所示。與紡粘法非織造材料相比,雖然熔噴法非織造材料強力比紡粘法非織造材料低,但其纖維更細,比表面積大,結構蓬松,具有優(yōu)良的阻隔性能。
聚丙烯是熔噴工藝應用最多的一種聚合物原料,聚丙烯熔噴非織造布中纖維平均直徑通常為2~4μm,若采用新的工藝技術,可制備出平均直徑<0.3μm的纖維。與普通聚丙烯熔噴法非織造布相比,采用高熔體指數(shù)(MFI=800~1400g/10min)聚丙烯為原料制備的熔噴法非織造材料具有彎曲剛度低、手感柔軟、懸垂性好等特點。除了聚丙烯外,聚酯、聚酰胺、聚乙烯等聚合物也是熔噴非織造工藝中常用的原料。
針對熔噴非織造材料壓縮回彈性差的問題,美國3M公司開發(fā)了插層熔噴技術。插層熔噴技術是在傳統(tǒng)熔噴生產的過程中,向熔噴纖維流中噴吹入中空彈性短纖維,在同樣的克重下,產品的壓縮回彈性提高,結構變得更為蓬松,透氣透濕性能也有所提高;此外,顆粒物在材料中通過的路程變長,增加了攔截作用,對顆粒的阻隔效果大大提高。另外,可通過將熔噴布固網成形后,通過一個高壓電暈放電電場給熔噴非織造材料進行駐極處理,經過駐極處理后的熔噴法非織造材料可以通過靜電吸附機理,捕捉更多與其電荷相反的顆粒,從而增強其過濾性能。
(三)針刺非織造工藝
針刺法非織造工藝利用帶有鉤刺的針,對纖網進行反復針刺,刺針插入纖網后帶動纖網表層和里層的纖維刺入纖維網,使得纖維在運動的過程中相互纏結,同時由于摩擦力的作用和纖維上下位移對纖網產生一定的擠壓,使纖網受到壓縮。刺針隨著針板刺入后再回升,在回升的過程中,鉤刺為順向,纖維脫離刺針留在纖網內部,從而使壓縮的纖網不會回復為原形態(tài)。經過反復針刺,大量的纖維束在纖維內部纏繞,形成具有一定厚度和強度的針刺非織造材料。
針刺加固纖網為纏繞結構,由其制得的非織造材料通常為中厚型,克重范圍在80~2000g/m2。由于采用針刺法生產的非織造材料為機械纏繞,成網后纖維的特性保留,因此纖網的強度和尺寸穩(wěn)定性較好。材料過濾性能與機械性能優(yōu)良,成為口罩等醫(yī)用防護用品的重要材料。
(四)水刺非織造工藝
水刺工藝路線主要包括纖維成網系統(tǒng)、水刺加固系統(tǒng)、水循環(huán)及過濾系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)。水刺工藝與針刺工藝類似,均是機械加固,水刺工藝是利用高壓水,經過水刺頭中的噴水板,形成微細的高壓水針射流,對托網簾或轉鼓上運動的纖網進行連續(xù)噴射,在水針直接沖擊和反射水流雙重作用力下,纖網中纖維相互位移、穿插、纏結抱合,形成無數(shù)的機械結合,從而加固纖網。水刺工藝利用高壓高速的微細水針射流不斷的沖擊纖網,水針結構基本呈圓柱狀,單位面積內沖帶的纖維量很高,而且不受纖維的排列方向和纖網運動方向的影響。
水刺非織造材料具有強度高、手感柔軟、懸垂性好、無化學黏合劑及透氣性好等特點,在醫(yī)用防護領域,主要應用于手術衣、傷口敷料、醫(yī)用簾、口罩包覆材料等產品。其中,作為手術衣材料時,水刺非織造材料需要進行拒水整理,以防止手術過程中血液等液體對醫(yī)護人員造成感染;作為某些衛(wèi)生材料使用時,還要進行抗菌整理。
英國University of Leeds(利茲大學)利用針刺非織造工藝開發(fā)了一款門把手防交叉感染材料,此材料是在水刺加工過程中利用特殊的裝置使水刺非織造材料形成空穴結構,并在空穴結構中添加緩釋消毒劑膠囊。將該裝置放于醫(yī)院與人體接觸的門把手、扶手等場合,當人體給予把手壓力時,微膠囊便會釋放消毒劑,有效殺死病菌。
(五)復合法非織造工藝
復合法非織造工藝是將兩種或兩種以上性能各異的非織造材料通過化學、熱和機械等方法復合在一起的一項技術。采用此工藝加工出來的復合產品以非織造材料為主體,通過與所復合的材料性能的取長補短作用,集多種材料的優(yōu)異性能為一體,大大改善產品的綜合性能。隨著復合技術的不斷發(fā)展,生產醫(yī)用制品時也常將紡粘法與其他非織造技術復合,如復合工藝中的紡粘-熔噴-紡粘技術(“SMS”復合技術)、紡粘與水刺復合技術等。
在紡粘-熔噴-紡粘生產線上,紡粘系統(tǒng)可以是單組分或雙組分,單組分多為聚丙烯纖維,雙組分則包括聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)纖維、聚乙烯/聚酯(PE/PET)纖維、聚酯/聚酰胺(PET/PA)纖維等;而熔噴系統(tǒng)多采用聚丙烯纖維等單組分原料。目前市面上較常見的SMS類產品是指SSMS、SMMS、SMMMS等SMXS多模頭組合紡熔非織造工藝加工而成的復合產品。
(六)閃蒸法非織造工藝
閃蒸法與干法紡絲工藝類似,是杜邦公司開發(fā)的一種新型非織造紡絲成網工藝,也叫瞬時溶劑揮發(fā)紡絲成網法。閃蒸法是將高分子聚合物在高溫高壓條件下溶于適當?shù)娜軇┲?,紡絲時溶體從噴絲口噴出,由于壓力突然降低使溶劑急劇揮發(fā),引起聚合物高度原纖化而成為超細纖狀結構,由速度梯度產生的拉伸力,會使纖維進一步拉伸變細。同時,在纖維成型過程中,使用靜電分絲原理使纖維進一步分離,以利于均勻凝聚成網和加固。
閃蒸法產品具有強度高、耐壓、耐磨、屏蔽性好、透氣透濕等特點,在醫(yī)療、衛(wèi)生、民用和產業(yè)領域中都有著廣泛的用途。該技術目前被杜邦公司壟斷,其Tyvek?(特衛(wèi)強)閃蒸法防護服(圖13)結合了防護性、舒適性和耐用性,可防護小至微米級顆粒的侵害,是目前國際上應用最多的應對突發(fā)公共衛(wèi)生事件的裝備。
(七)靜電紡絲工藝
靜電紡絲是利用電場力對位于高壓電場中的紡絲溶液或熔體射流進行牽伸的紡絲方法。由此工藝生產出的納米纖維材料具有超細結構、高孔隙率和大比表面積特性,產品具有極高的表面吸附和過濾隔阻性能。國外已經開發(fā)了靜電紡工業(yè)化生產設備,如日本MECC半工業(yè)化靜電紡絲設備和捷克ELMARCO公司工業(yè)化靜電紡絲設備。
雖然靜電紡絲具有眾多優(yōu)點,但靜電紡絲機產量低,難以大規(guī)模應用;納米纖維的強度較低;另外,靜電紡絲的工藝過程沒有明確的理論指導,電紡過程中的纖維很難控制,故其產業(yè)化應用受到限制。
四、醫(yī)用防護紡織材料與技術在醫(yī)用防護領域中的應用
新型冠狀病毒的爆發(fā)在給行業(yè)發(fā)展和正常運行帶來巨大壓力的同時,也助推了醫(yī)用防護紡織新材料、新技術的快速發(fā)展和應用。
浙江理工大學聯(lián)合湖州禾海材料科技有限公司等5家公司,開發(fā)了高效低阻聚四氟乙烯(PTFE)復合纖維膜防護材料,此材料突破了傳統(tǒng)PTFE微孔薄膜阻力高的局限,創(chuàng)新性發(fā)明PTFE微納纖維膜為阻隔表層,通過復合技術開發(fā)出穩(wěn)定的高效低阻PTFE復合纖維膜,廣泛應用于各類防護產品,獲得2020年度“紡織之光”中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術獎 —— 科技進步獎一等獎。
獲得培育和推廣2020年度十大類紡織創(chuàng)新產品的ACT濺鍍抑菌防護口罩采用ACT抗菌技術,利用氬氣離子撞擊銀銅鈦,使金屬材料納米化,直接濺射鍍于被鍍物表面。產品利用銀銅原子的電位差,產生微電流破壞細菌細胞膜以及病毒表面蛋白質,使細菌死亡、病毒失去活性。此外,鈦原子在空氣中氧化后,轉為二氧化鈦(TiO2),受到陽光照射后會產生光觸媒反應,可強效分解各種具有不穩(wěn)定化學鍵的有機化合物和部分無機物,將這些有機化合物和部分無機物最終降解為H2O、CO2等無害的小分子物質,并可破壞細菌的細胞膜和凝固病毒的蛋白質載體。
東華大學在疫情初期迅速開展新型冠狀病毒醫(yī)衛(wèi)防護材料應急專項行動,通過與企業(yè)的合作,先后研發(fā)出系列Rowelk?有限次使用的醫(yī)用防護服,防護服由通過瞬時釋壓紡絲成形設備制備的具有高阻隔、高耐磨、高透濕的防護材料制成,部分物化指標達到杜邦“特衛(wèi)強”材料的指標;開發(fā)了聚四氟乙烯納米纖維高性能口罩濾芯膜(Hyproof),產品過濾性能高、性能穩(wěn)定、可重復使用,在復工復產關鍵時期提供了急需物資保障。
國外眾多機構和公司也主要圍繞口罩等防疫物資的過濾性能進行了研究,納米級過濾介質、抗菌濾材、可替代熔噴非織造布的功能性雙組分紡粘非織造布、生物基熔噴纖維過濾介質以及可清洗、可重復使用的防護口罩、呼吸器產品陸續(xù)進入市場。
日本Zetta公司在疫情爆發(fā)期開發(fā)了Z-Mask口罩,Z-Mask中納米纖維的直徑為0.08~0.4μm,粗細是N95口罩纖維材料的1/10。而且,Z-Mask納米纖維材料利用分子間的相互作用力,可防護粒徑小至0.1μm的微粒。測試結果顯示,Z-Mask口罩能阻擋近乎100%的大小與新冠病毒相當?shù)奈⒘!?/p>
Berry(貝里)在歐洲市場基于Synergex?系列產品開發(fā)出一種用于口罩過濾介質的新型材料Synergex ONE,這種材料可替代常規(guī)駐極熔噴材料。
加拿大阿爾伯塔大學(University of Alberta)研究了一款無需清洗、可重復使用的口罩,其口罩的面層和中層的涂層中含有特殊溶液,可溶解穿透到口罩內的飛沫,并能在5min之內迅速殺死飛沫中的細菌或病毒。
另外,加拿大i3 BioMedical公司宣布,其研發(fā)的TrioMed Active Mask抗菌涂層能夠在幾分鐘之內使至少99%的COVID-19的SARS-CoV-2病毒失活,能有效保護易受到病毒污染的醫(yī)護人員。
為了防止疫情的傳播,口罩等產品幾乎是以數(shù)十億為單位的數(shù)量被大規(guī)模地生產出來,疫情引發(fā)了全球性的塑料消費,遺棄的口罩不僅造成了環(huán)境的污染,其攜帶的病毒、細菌等也威脅著人類的健康。在新冠疫情的大環(huán)境下如何開發(fā)可降解的醫(yī)用紡織品,成為了眾多科研人員關注的新課題。
加拿大英屬哥倫比亞大學(UBC)生物研究所的研究人員研發(fā)出一款可降解Can-Mask口罩,此口罩的框架為植物纖維、木質纖維,可有效避免口罩對環(huán)境的污染。
濟南圣泉集團股份有限公司用食品級、高透氣量的天然纖維素復合濾紙代替口罩內外層非織造布,用熔噴非織造布或納米纖維膜作為高效過濾元件,生產出一款兼具高過濾性和可降解性的一次性使用醫(yī)用口罩。
隨著研究人員對口罩等醫(yī)用產品的持續(xù)關注,未來更多兼具高防護性與環(huán)保性的產品將會不斷面世。
五、醫(yī)用防護紡織品的標準體系建設
國際上早在20世紀80年代就已經重視醫(yī)護人員在手術中被感染的問題,并針對醫(yī)用材料的性能制定了相關標準和政策。我國從2003年SARS流行才開始意識到制定醫(yī)用紡織品標準的重要性,緊急制定了GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護服技術要求》及GB 19083—2010《醫(yī)用防護口罩技術要求》等強制性國家標準。之后隨著甲型H1N1流感病毒的全球爆發(fā),進一步提升了人們對醫(yī)用材料的重視與依賴程度。
中國是目前全球最大的一次性手術服、防護服生產與加工國。據統(tǒng)計,全球約有20%的醫(yī)用紡織品在中國生產,其中60%左右的一次性手術服在中國生產加工。但由于醫(yī)用紡織品市場上防護材料種類繁多,性能差異很大,中國醫(yī)用紡織品標準建設還存在一定程度的滯后甚至缺失,產品質量缺乏監(jiān)管,制約了中國醫(yī)用紡織品行業(yè)的規(guī)范和發(fā)展。目前我國醫(yī)用口罩及防護服的標準與規(guī)范如下。
(一)醫(yī)用口罩相關標準與規(guī)范
面對重大傳染疾病時,醫(yī)用防護口罩是防護性能最好,也是醫(yī)護人員最緊缺的物資。目前國際上常見的醫(yī)用防護口罩標準有中國的GB 19083—2010《醫(yī)用防護口罩技術要求》、美國國家職業(yè)安全與健康研究所(NIOSH)制定的NIOSH-42 CFR Part 84《呼吸防護裝置》、ASTM F2100-2019《醫(yī)用口罩材料性能規(guī)格》及由歐盟標準委員會制定的呼吸防護裝置認證標準EN 149:2001+A1:2009《呼吸防護裝置 顆粒防護用過濾半面罩——要求、測試和標記》。
2020年COVID-19的全球性爆發(fā),促使國內醫(yī)用紡織品標準體系得到進一步的完善。2020年3月,由中國產業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會牽頭制定的《民用衛(wèi)生口罩》團體標準正式發(fā)布。該標準圍繞口罩材料及佩戴安全性、阻隔功能、佩戴舒適性等設定指標,并對兒童口罩進行詳細分類和規(guī)定,適用于復工復產后普通民眾大量使用的阻隔型口罩。
為了滿足疫情期間兒童出行、復學等迫切需要,2020年5月市場監(jiān)管總局(標準委)正式發(fā)布GB/T 38880—2020《兒童口罩技術規(guī)范》推薦性國家標準,此標準從安全、防護、舒適性能3個方面對兒童防護口罩進行了要求,為正確選擇和佩戴兒童口罩、規(guī)范行業(yè)競爭秩序、加強市場監(jiān)管提供了依據,為兒童口罩生產企業(yè)提供了技術支持和標準保障。
(二)醫(yī)用防護服標準與規(guī)范
我國關于醫(yī)用一次性防護服的現(xiàn)行標準包括GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護服技術要求》和YY/T 0506 — 2016《病人、醫(yī)護人員和器械用手術單、手術衣和潔凈服》系列標準。為應對普通防護服標準的缺失,由廣州檢驗檢測認證集團有限公司聯(lián)合30家國內知名企業(yè)和技術機構起草的T/GDBX 026—2020《一次性使用普通防護服》團體標準于5月26日正式發(fā)布實施。該標準對一次性使用普通防護服的術語和定義、要求、試驗方法、使用說明、包裝、運輸和貯存進行了規(guī)定,適用于以非織造布為主要面料,在日常環(huán)境中與他人密切接觸時提供適當阻隔和防護作用的服裝產品,為促進一次性使用普通防護服高質量市場供給提供了技術支撐。
國際上通用的醫(yī)用防護服標準是美國NIOSH標準和歐盟EN標準。
AAMI PB70:2012《醫(yī)療保健設施中使用的防護服和防護布的防液性能和分類》是由美國醫(yī)療器具開發(fā)協(xié)會(association for the advancement of medical instrumentation,AAMI)發(fā)布,主要規(guī)定了衛(wèi)生用防護服裝的阻隔性能的標準;
美國防火協(xié)會(national fire protection association,NFPA)制定的適用于醫(yī)療急救防護服的標準NFPA 1999:2008《醫(yī)用急救救助服(一次性或重復使用)》。
2003年,英國標準協(xié)會(british standards institution,BSI)發(fā)布了EN 14126-2003《防病毒防護服(一次性或重復使用)》,此標準對防病毒防護服的性能要求和試驗方法進行了規(guī)定;
2011年發(fā)布了EN 13795:2011+A1:2013《外科用手術衣及手術單(一次性或重復使用)》,對干態(tài)和濕態(tài)下的手術衣的防護性和物理力學性能要求分別做出規(guī)定,包括檢測方法和指標水平。
從醫(yī)用一次性防護服防護性分級指標來看,AAMI PB70:2012標準對手術衣、防護衣與手術鋪單的液態(tài)阻隔性能與分級加以規(guī)范,將阻隔性能分為4級,其中4級(Level 4)為最高級別,要求手術衣或其他防護衣必須通過血液與病毒滲漏2項試驗,而GB 19082—2009無抗液體沖擊測試和全身液體噴淋的測試要求。
在合成血液滲透方面,GB 19082—2009將一次性防護服分成了6個等級,AAMI PB70:2012僅對4級防護服進行了規(guī)定,NFPA 1999:2008和EN 13795:2011+A1:2013均無規(guī)定。GB 19082—2009對于防護服的微生物穿透性能沒有進行規(guī)定,而是通過合成血液穿透性和對非油性顆粒的過濾效率來替代。
盡管我國醫(yī)用防護紡織品領域已取得了長足發(fā)展,但由于我國醫(yī)用材料生產起步較晚、技術水平較低,尚未形成規(guī)模。目前80%以上的成果仍處于實驗室階段,約70%的高端生物醫(yī)用紡織品依然需要進口。國際上醫(yī)用防護紡織科技產品勢必將朝著可降解、復合化、功能化、微創(chuàng)化、智能化方向發(fā)展。
醫(yī)用防護紡織品的發(fā)展除不斷提升自主與集成創(chuàng)新能力,加強公共平臺及人才隊伍建設,強化產學研醫(yī)結合等措施外,深化國際合作交流,時刻把握技術發(fā)展新動向,做到與國際、國內同領域同步,先并跑,最終實現(xiàn)領跑,也是我國醫(yī)用防護紡織材料領域研究的突破和產業(yè)的轉型升級的關鍵。