医用透析纸透气性能的研究

季剑锋刘 文，胡江涛陈雪峰史海真李鸿凯史 贺汪 洋

（1．中国制浆造纸研究院衢州分院，浙江衢州，324022；2．中国制浆造纸研究院，北京，100102；3．安徽华邦特种纸业有限公司，安徽黄山，245200）

·医用透析纸·

医用透析纸透气性能的研究

季剑锋1刘 文1，2胡江涛3陈雪峰2史海真1李鸿凯1史 贺1汪 洋1

（1．中国制浆造纸研究院衢州分院，浙江衢州，324022；2．中国制浆造纸研究院，北京，100102；3．安徽华邦特种纸业有限公司，安徽黄山，245200）

透气性能作为医用透析纸的重要指标，越来越得到使用者的重视。研究探讨了针叶木浆与阔叶木浆打浆度、浆料配比、干强剂用量、湿强剂、表面施胶剂种类及压光等造纸工艺对医用透析纸透气性能及其他物理性能的影响。

医用透析纸；造纸工艺；透气性

医用透析纸较无纺布等多孔材料而言具有价格低、使用方便等特点［1］，可以与PE、PP等膜材料进行热封合或胶封合，常作为医疗包装行业医疗器械的灭菌包装材料，安徽华邦特种纸业有限公司、金佰利﹣克拉克环球有限公司及Mondi AG等公司对医用透析纸的生产工艺及设备发表了一系列的专利［2﹣4］。目前，国内对于灭菌包装材料的灭菌方式主要是ETO环氧乙烷灭菌法及高温湿热蒸汽法，因此医用透析纸需具备一定的透气性，同时具有较小的孔径，从而使制备的灭菌包装能够阻隔细菌和尘埃进入，允许环氧乙烷气体或蒸汽透过，达到对包装物医疗器械和物品灭菌的目的。纸张透气度的影响因素较多，选用不同的纤维原料如麻浆、针叶木浆及阔叶木浆都会对纸张透气度产生影响，即使同为针叶木浆，由于不同品牌针叶木浆纤维长度、宽度及粗度的不同也会对纸张透气度产生影响［5］；打浆工艺（如打浆浓度、打浆功率、打浆度等）会影响纤维的切断及细纤维化程度，从而影响透气度；造纸工艺（如压榨压力、干燥方式、压光［6］等）会对纸张的紧度产生影响，进而影响纸张的透气度。夏银凤［7］探讨了制备工艺对于透析纸阻菌性、孔隙结构和透气性的影响，当施胶量控制在3%以下，针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，打浆度为21°SR，油压压力为0．32 MPa时，透析纸获得较佳的综合性能。同时，医疗器械灭菌包装也需具备完全封合、保护包内容物、固定包内物、抗刺和抗摩擦等特点，因此医用透析纸的抗张强度、耐破度等物理性能指标需要符合ISO11607、EN868系列以及GB19633等标准要求［8］。本研究在保证医用透析纸其他性能的前提下，探讨了针叶木浆与阔叶木浆打浆度、浆料配比、干强剂用量、湿强剂、表面施胶剂种类及压光等对纸张透气性能的影响。

1 实 验

1.1 实验材料

1.1.1 原料及化学品

漂白硫酸盐针叶木浆，纤维平均长度2．30 mm；漂白阔叶木浆，纤维平均长度0．74 mm；湿强剂PAE，由浙江仙鹤特种纸业有限公司提供；干强剂两性聚丙烯酰胺，由中国制浆造纸研究院提供；施胶剂为PVA117、PVA124及PVA KL﹣318，日本可乐丽株式会社提供；施胶用羧甲基纤维素钠（CMC）及阳离子淀粉，由浙江仙鹤特种纸业有限公司提供。

1.1.2 仪器设备

Valley打浆机、标准纸页成形器，中国制浆造纸研究院自制；ZBJ﹣1纸张标准疏解机，长春纸张试验机有限责任公司；LVDV﹣Ⅱ+P 7﹣206旋转黏度计，美国Brookfield公司；YG461E数字式透气量仪，宁波纺织仪器厂；ZT﹣17肖氏纸张透气度测定仪，长春市纸张实验机械厂；WZL﹣300B卧式电脑拉力仪，杭州轻通博科自动化技术有限公司；DCP﹣SLY1000电脑测控撕裂度仪，四川长江造纸仪器有限责任公司；BSM﹣1600B耐破度仪，杭州轻通博科自动化技术有限公司；7220滤纸孔径测定仪，上海峰晟机械设备有限公司。

1.2 实验方法

打浆方法：阔叶木浆打浆时，首先将阔叶木浆浸泡4 h，然后将浆料疏解30 min，选用2 kg砣打浆15 min，再用3 kg砣打浆至所要求的打浆度；针叶木浆打浆时，先将针叶木浆浸泡4 h，然后将浆料疏解30 min，再选用4 kg砣打浆至所要求的打浆度。

抄纸方法：将针叶木浆与阔叶木浆按照一定比例称量后混合，在疏解机中进行疏解，疏解30000转；在浆浓为1．0%时添加化学品，首先添加湿强剂PAE，搅拌5 min后添加干强剂两性聚丙烯酰胺，再搅拌5 min，加水至一定体积，混合均匀后，量取一定体积浆料抄造手抄片；纸页成形后揭下，在400 kPa压力下压榨3 min，93℃下抽真空烘干5 min。

表面施胶方法：将纸张浸渍到一定浓度的施胶液中进行施胶，用表胶辊除去多余施胶液，用手摇烘缸贴缸干燥。

1.3 测试方法

抗张指数、撕裂指数、耐破指数、肖氏透气度及织物透气度按照相应国家标准测定。

黏度测定：控制施胶液浓度及温度，用旋转黏度计进行测定。

最大等效孔径：以异丙醇为润湿液，用7220滤纸孔径测定仪进行测试，记录出现第一个气泡时的压力，按公式D=4S/（P-98．3234）计算，其中D为最大等效半径，μm；S为表面张力，N/m；P为气泡透过纸张的压差，Pa。

2 结果与讨论

2.1 针叶木浆与阔叶木浆的配比对医用透析纸透气

度的影响

医用透析纸作为医疗器械等卫生用具的灭菌包装材料需要达到以下要求：纵横向撕裂度不小于550mN，纵向抗张强度＞4．40 kN/m，横向抗张强度＞2．20 kN/m，透气度＞3．4μm/Pa·s，最大孔径≤50μm，同时医疗器械灭菌包装在开启时无纸毛等要求。

控制针叶木浆的打浆度为22°SR，阔叶木浆的打浆度为35°SR，改变针叶木浆与阔叶木浆的配比，研究浆料配比对医用透析纸性能的影响，实验结果如图1所示。由图1可知，随着阔叶木浆用量的增加，医用透析纸的透气度逐渐上升，阔叶木浆用量从0变为25%时，透气度由5．5μm/Pa·s上升为7．0μm/Pa·s，上升了27．3%，同时，医用透析纸的抗张指数、耐破指数及撕裂指数略有下降。但是当阔叶木浆用量继续增加时，透气度上升变缓，同时纸张抗张指数、耐破指数及撕裂指数下降幅度增大。为提高医用透析纸的透气度，同时保证纸张的抗张指数、耐破指数及撕裂指数等物理性能，选择针叶木浆与阔叶木浆的配比为75%∶25%时较为合适。

图1 针叶木浆与阔叶木浆配比对纸张性能的影响

2.2 针叶木浆打浆度对医用透析纸透气度的影响

打浆度作为生产中检测的重要指标对纸张的透气性及强度性能等具有很大的影响，合适的打浆度能够使医用透析纸保持一定的透气度同时满足强度的要求。在针叶木浆打浆的过程中发现，随着打浆度的提升，浆料的湿重刚开始发生较快降低，一定时间后，浆料的湿重降低幅度逐渐变小，这可能是由于刚开始打浆时，针叶木浆纤维较长，纤维较易切断，而经过一定时间的打浆后，纤维变短，此后继续打浆则主要是纤维的分丝帚化［9］。实验选择针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，阔叶木浆打浆度为35°SR，PAE用量为1．0%，改变针叶木浆的打浆度，研究其对纸张透气性能及其他性能的影响，实验结果如图2所示。

图2 针叶木浆打浆度对纸张性能的影响

由图2可知，随着针叶木浆打浆度的上升纸张的抗张指数、耐破指数会略有提升，这是由于打浆过程中纤维发生了分丝帚化，纤维间的结合强度会逐渐提高；随着打浆度的上升纸张的撕裂指数逐渐下降，这是由于打浆初期，纤维发生了较多的切断，当打浆度由22°SR提高到29°SR时，撕裂指数下降较快，当打浆度由29°SR提高到40°SR时，由于该过程纤维切断较少，同时纤维发生分丝帚化，撕裂指数下降较慢，这表明纤维的长度是影响纸张撕裂度的重要因素；透气度随打浆度的提升明显降低，当打浆度由

22°SR提高到29°SR时，纸张的透气度由7．0μm/Pa·s降为3．3μm/Pa·s，下降52．8%。由以上分析可知，针叶木浆打浆度的变化对透气度的影响尤为明显，针叶木浆打浆度低有利提升纸张的透气度。

2.3 阔叶木浆打浆度对医用透析纸透气度的影响

阔叶木浆的纤维较短，一般为0．8～1．0 mm，纤维较粗，长宽比小，其细胞壁较厚，细胞腔小，壁腔比大，与针叶木浆配抄时能够提升纸张匀度、松厚度并调整纸张孔径，但是其强度不佳，需要通过适度的打浆来提升其与针叶木浆的结合。实验选择针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，针叶木浆打浆度为22°SR，改变阔叶木浆的打浆度，研究其对医用透析纸性能的影响，实验结果如图3所示。

图3 阔叶木浆打浆度对纸张性能的影响

由图3可知，当阔叶木浆的打浆度由25°SR提高到35°SR时，医用透析纸的抗张指数及耐破指数逐渐上升，抗张指数提升4．5%，耐破指数提升6．4%，但是纸张的透气度下降较快，从9．0μm/Pa·s降为7．0μm/Pa·s，下降22．2%，同时撕裂指数也略有降低。由以上分析可知，当针叶木浆配比为75%，打浆度为22°SR，阔叶木浆打浆度为25°SR时，有利于医用透析纸的透气性。

2.4 PAE对医用透析纸透气度的影响

部分医用灭菌包装在使用前需要通过高压蒸汽灭菌，这就要求医用透析纸具有一定的湿强度，生产中可以通过添加湿强剂的方法提升纸张的湿抗张强度等强度指标，PAE是目前应用最广泛的湿强剂。本实验以PAE为湿强剂，针叶木浆的打浆度为22°SR，阔叶木浆打浆度为35°SR，针叶木浆与阔叶木浆配比为60%∶40%，改变PAE的用量，研究其对医用透析纸性能的影响，实验结果如图4所示。

图4 PAE用量对纸张性能的影响

由图4可知，当PAE用量增加时，纸张的抗张指数及湿抗张指数逐渐上升，特别是当PAE用量从0增加为0．2%时，纸张的抗张指数提升26．13%，湿抗张指数提升了4．6倍，效果较明显，当PAE的用量继续增加，纸张的抗张指数及湿抗张指数的增加趋于平缓；随着PAE用量的增加，纸张的耐破指数逐渐增大，当PAE用量由0变为1．5%时，纸张的耐破指数提升13．9%；当PAE用量由0变为1．0%时，纸张的透气度上升17．5%，这可能是由于PAE能够与纤维进行交联，增加了纤维间的结合，使纤维发生一定程度的聚集，从而提升了纸张的透气度。当PAE用量超过1．0%时，纸张各方面的性能提升逐渐变缓，因此PAE的用量以1．0%为宜。

进一步研究PAE熟化对于纸张各方面性能的影响，针叶木浆的打浆度为22°SR，阔叶木浆打浆度为25°SR，针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，PAE用量为1．0%，纸张干燥后继续放入105℃烘箱中进行熟化，研究熟化时间对于医用透析纸性能的影响，实验结果如图5所示。

图5 PAE熟化时间对纸张性能的影响

由图5可知，随着PAE熟化时间的增加，纸张的抗张指数及湿抗张指数均逐渐增加，熟化时间超过15 min后，抗张指数及湿抗张指数的增加均趋于平缓，当熟化时间超过30 min后，纸张的抗张指数有下降的趋势，湿抗张指数也提升较少，这是由于熟化能够增加PAE之间、纤维与PAE之间的交联作用，从而提高纸张的抗张指数和湿抗张指数，但是当熟化时间超过30 min后，由于纸张纤维发生老化现象，纤维本身的强度逐渐降低，从而使纸张的抗张指数降低；随着PAE熟化时间的增加，纸张的耐破指数逐渐上升，但是上升的幅度不大；随着PAE熟化时间的增加，纸张的透气度变化不大，这可能是由于纸张已经在抄纸器中进行干燥，PAE之间、PAE与纤维之间的交联已经形成，而熟化作用是使该种交联作用得到增强，对纸张透气度的影响较小。因此，PAE的熟化时间不宜超过30 min。

2.5 干强剂对医用透析纸性能的影响

常用的干强剂主要是阴、阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、两性聚丙烯酰胺或接枝共聚物，加入干强剂后，干强剂上的活性基团（如羟基、羧基及胺基等）能够与纤维上的羟基形成氢键，阳离子基团能够与带负电荷的纤维发生静电吸附，从而增加纤维间的结合，同时，干强剂能够起到分散剂的作用，使纸浆中的纤维分布更加均匀，改善纸页成形［10］。本实验以两性聚丙烯酰胺为干强剂，针叶木浆的打浆度为22°SR，阔叶木浆打浆度为35°SR，针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，PAE用量为1．0%，改变干强剂两性聚丙烯酰胺的用量，研究其对医用透析纸性能的影响，实验结果见图6。

图6 干强剂用量对纸张性能的影响

由图6可知，随着干强剂用量的增加，纸张的抗张指数与耐破指数略有提升，当干强剂用量从0提高到0．5%时，纸张的抗张指数提升6．5%，耐破指数提升3．4%；透气度从7．4μm/Pa·s下降为6．0μm/Pa·s，这可能是由于两性聚丙烯酰胺起到分散剂的作用，提高了纸张的匀度，纸张中的纤维絮聚团数量明显减少，主要絮聚团的尺寸也变小，纸张各部分结构也更均一，纸张中产生全开性孔洞的可能性大大减少，从而降低纸张的透气度。由于两性聚丙烯酰胺的添加对于纸张的抗张强度提升不大，同时纸张的透气度有一定程度的降低，因此认为不宜添加干强剂。

2.6 施胶对医用透析纸透气度的影响

由于医疗行业对医疗器械灭菌包装产品使用时的特殊要求，灭菌包装在开启时需洁净开启，即灭菌包装产品开启时无纸毛，且剥开结构应连续、均匀，开启后不污染医疗器械。因此需保证热封合强度适中（0．80～8．00 N/15 mm）［11］，同时也需进一步提升医用透析纸的内结合强度及表面性能，表面施胶是常用的提高表面性能的方法之一。本实验通过浸渍施胶方式，研究不同施胶剂对医用透析纸透气度的影响。

针叶木浆打浆度为22°SR，阔叶木浆打浆度为25°SR，针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，PAE用量为1．0%，抄纸后原纸的透气度通过织物透气度

仪进行测定为2．0 mm/s，控制上胶量为1．0 g/m2，选用不同的施胶剂：PVA117、PVA124、PVA KL﹣318、阳离子淀粉、CMC等进行单独使用或复配使用，研究其对医用医用透析纸透气度的影响。各种施胶剂及其黏度值如1表所示。

表1 不同施胶剂的黏度

PVA117聚合度为1700，醇解度为99%；PVA124聚合度为2400，醇解度为99%；将PVA117与PVA124以质量比55∶45进行复配，复配后其平均聚合度接近2000，黏度大于PVA117但比PVA124低；PVA KL﹣318本身聚合度为1800，醇解度为85%，黏度比PVA117略低，但是由于其为羧基改性PVA，与PAE经过熟化处理后发生交联反应，从而提升涂层中树脂的分子质量，实验中将PVA KL﹣318与PAE以质量比100∶15进行复配；阳离子淀粉及CMC为天然高分子施胶剂，黏度均较大，与纤维素的结合都较好，它们的缺点是成膜性不如PVA，因此通过与PVA117进行复配的方式提升其成膜性。

选用不同施胶剂，施胶前后纸张的透气度变化如图7所示。由图7可知，单独采用PVA施胶，纸张的透气度均下降了，其中单独采用PVA124施胶时透气度下降了2．9%；而PVA117溶液黏度较小，渗透性较强，较易渗透到纸张内部，从而影响了其在纸张表面的成膜特性，同时分子质量小渗透能力强，相应地纸张透气度变化小；PVA KL﹣318为羧基改性PVA，其分子结构中的羧基能够与PAE发生交联反应，熟化后纸张表面的PAE涂层变得更加致密，透气度下降了13．9%；阳离子淀粉及CMC均是常用的表面施胶剂，与PVA复配后施胶液的黏度较高，较高的黏度增加了施胶液向纸张内部迁移的阻力，施胶剂较易在纸张表面沉积，施胶后纸张透气度较普通PVA施胶后的纸张降低更多，当CMC与PVA进行复配时，施胶后纸张透气度下降了3．5%，当PVA与阳离子淀粉进行复配时，施胶后纸张透气度下降了12．8%，这是由于阳离子淀粉表面带有阳离子电荷，而纤维带有负电荷，在静电吸引的作用下，阳离子淀粉与纤维有更好的亲和力，浸胶时阳离子淀粉更易截留在纸张表面的孔隙中［12］，因此PVA与阳离子淀粉进行复配比与CMC进行复配，施胶后纸张透气度下降更多。

2.7 压光对医用透析纸透气度的影响

最大等效孔径作为医用透析纸重要的指标之一，对医用灭菌包装材料的阻菌性能有很大影响，ISO11607、EN868系列以及GB19633等标准中均提出：10片纸的平均孔径≤35μm，任何一片不应≥50μm的要求。压光能够提升纸张的表面性能（如光泽度、平滑度以及表面强度等），压光过程中，纸张厚度减少，纸张中多孔的结构被挤压，孔径也会有所降低，但透气度也会下降，选择针叶木浆的打浆度为22°SR，阔叶木浆打浆度25°SR，针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，PAE用量1．0%，施胶剂为PVA与阳离子淀粉1∶1复配，制备医用包装透析纸，研究了不同线压力下医用透析纸透气度及最大等效孔径的变化，实验结果如表2所示。

图7 不同施胶剂对纸张透气性能的影响

表2 压光机线压力对医用透析纸透气度及最大等效孔径的影响

由表2可知，随着压光线压力的增加，纸张的透气度逐渐下降，当线压力为30 N/cm时，医用透析纸的透气度由7．5μm/Pa·s下降为5．1μm/Pa·s，同时最大等效孔径也随着线压力的增加而降低，最大等效孔径＜15μm，符合ISO11607、EN868系列以及GB19633等标准要求。

3 结 论

3.1 透气度是医用透析纸的重要指标，医疗器械灭菌包装在灭菌过程中需要具备一定的透气性能，在医用透析纸的生产过程中，浆料的打浆度、配比、湿强剂、干强剂及施胶剂都会对其性能产生影响。较低的针叶木浆和阔叶木浆打浆度，较高的针叶木浆配比、合适的施胶剂种类、较低的压光压力能够提升纸张的透气性能，但是由于医用透析纸作为医疗器械的包装材料，其阻菌性能、强度性能也是重要的指标，在实际生产中需综合考虑。

3.2 当针叶木浆的打浆度为22°SR，阔叶木浆打浆度为25°SR，针叶木浆与阔叶木浆配比为75%∶25%，湿强剂PAE用量1．0%，不添加干强剂，施胶剂为PVA与阳离子淀粉按1∶1复配，熟化30 min，30 N/cm压力下压光时，制备的医用透析纸具有较好的强度性能，同时纸张的透气度为5．1μm/Pa·s，最大等效孔径＜15μm。

［1］Huang Jinxiong．Packaging materials ofmedical supplies［J］．Chi﹣nese Journal of Nosocomiology，2004，14（12）：1440．黄靖雄．医疗用品的包装材料［J］．中华医院感染学杂志，2004，14（12）：1440．

［2］AnhuiWinbon Specialty Paper Co．，Ltd．A production method of sterilization paper：CN，201110101320．2［P］．2011﹣08﹣17．安徽华邦特种纸业有限公司．一种杀菌包装纸生产方法：CN，201110101320．2［P］．2011﹣08﹣17．

［3］Kimberly﹣clark Worldwide，INC．Saturating composition and its use：WO，0231248（A2）［P］．2002﹣04﹣18．

［4］Mondi AG．Online treated sealable and peelable medical paper for medical sterilization packaging：WO，071986（A1）［P］．2014﹣05﹣15．

［5］LIANG De﹣quan，WANG Shu﹣zhen．Measurement of Stabilizing the Permeability and Decreasing the Variance Coefficient of Cigarette Pa﹣ per［J］．China Pulp&Paper，2003，22（11）：38．梁德权，王淑珍．稳定透气度降低变异系数的措施［J］．中国造纸，2003，22（11）：38．

［6］LIU Qun﹣hua，LIUWen，CHEN Xue﹣feng，et al．The Factors Influ﹣encing Forming Degree of Aluminum Free Inner Lining Paper for Ciga﹣rette Packing［J］．China Pulp&Paper，2014，33（8）：19．刘群华，刘 文，陈雪峰，等．烟用无铝内衬纸成型度的影响因素研究［J］．中国造纸，2014，33（8）：19．

［7］Xia Yinfeng．The study on impact factors of dialysis paper in blockage bacteria and pore structure［D］．Xi'an：Shanxi University of Science and Technology，2012．夏银凤．透析纸阻菌性及孔隙结构影响因素的研究［D］．西安：陕西科技大学，2012．

［8］Zhang Fuqiang．Shallow discussion of disposable sterilemedical de﹣vice packaging［J］．China Packaging Industry，2014，14：9．张富强．浅论一次性使用无菌医疗器械的包装［J］．中国包装工业，2014，14：9．

［9］Lu Qianhe．Papermaking principle and engineering［M］．Beijing：China Light Industry Press，2004．卢谦和．造纸原理与工程［M］．北京：中国轻工业出版社，2004．

［10］Zhu Yongqiang．Paper strength aid and themechanism of strengthe﹣ning［J］．Shanghai Paper Making，2004，35（4）：41．朱勇强．纸页增强的机理与增强剂［J］．上海造纸，2004，35（4）：41．

［11］Wu Chunming．Performance Testing of Medical Device Sterilization Packaging［J］．China Medical Device Information，2007，13（8）：20．吴春明．医疗器械灭菌包装系统的一些性能实验［J］．中国医疗器械信息，2007，13（8）：20．

［12］Lee H L，Shin JY，Koh C H，et al．Surface sizing with cationic starch：its effect on paper quality and papermaking process［J］．TAPPIJournal，2002，1（1）：35． CPP

（责任编辑：马 忻）

Research on Permeability of M edical Dialyzing Paper

JIJian﹣feng1，*LIUWen1，2HU Jiang﹣tao3CHEN Xue﹣feng2SHIHai﹣zhen1LIHong﹣kai1SHIHe1WANG Yang1
（1．Quzhou Btanch of China National Pulp and Papet Reseatch Institute，Quzhou，Zhejiang Ptovince，324022；2．China National Pulp and Papet Reseatch Institute，Beijing，100102；3．AnhuiWinbon Specialty Papet Co.，Ltd.，Huangshan，Anhui Ptovince，245200）（*E﹣mail：a07130410@163．com）

Permeability as an important indicator formedical dialyzing paper，is attractingmore and more attention of the users．In this pa﹣per，the effects of papermaking processes such as the beating degree of softwood and hardwood pulps，the ratio of softwood pulp and hardwood pulp in the furnish，the amountof dry strength agent，the types ofwet strength agent，surface sizing agent，and the calendaring conditions on permeability and other physical properties ofmedical dialyzing paper were discussed．

medical dialyzing paper；papermaking processes；permeability

季剑锋先生，助理工程师；主要从事特种纸的研究和开发工作。

TS761．2

A

0254﹣508X（2015）09﹣0021﹣06

2015﹣05﹣08（修改稿）