单向导湿新工艺在手术服上的应用

徐 宏 刘文和 陈作芳

1. 中国纺织信息中心， 北京 100025； 2. 山东沃源新型面料股份有限公司， 山东 淄博 256100

单向导湿新工艺在手术服上的应用

徐 宏1刘文和2陈作芳2

1. 中国纺织信息中心， 北京 100025； 2. 山东沃源新型面料股份有限公司， 山东 淄博 256100

利用单向导湿整理，使手术服同时具备良好的吸汗排汗及防止外界液体渗入的性能。提出一种静电喷淋方法，通过改变喷嘴和静电场，将拒水剂液滴直径控制在50～200 μm，然后在织物上形成直径为0.1～2.0 mm且间距0.1～2.0 mm的液滴，其尺寸根据所加工产品的工艺要求而定。采用静电喷洒法对纯棉或涤棉织物进行单向导湿整理，不仅简化了工序，降低了加工难度和费用，而且使织物获得了良好、持久的单向导湿效果。

手术服，单向导湿，静电喷淋，液滴尺寸，间距，持久

医生和护士在手术中的劳动强度很大，经常会大汗淋漓，故手术服需有良好的亲水性和吸汗排汗性能。但手术服在使用过程中不可避免地会接触到患者的血液等体液，如手术服的亲水性良好，这些体液会很容易地渗入到手术服的内侧，甚至沾污医护人员的皮肤。这种体液如带有病原体，若不及时处理，很可能会导致医护人员感染疾病。这个问题长期困扰着手术室内的医护人员。

目前有厂家对手术服面料的表面进行常规的拒水整理，这虽解决了体液渗入的问题，但会影响手术服的排汗性能，并导致患者的体液喷洒到手术服上后会直接滴落，而在手术室内工作的医护人员通常穿着拖鞋，因此这些体液会滴落至医护人员的脚面，也会导致生物性职业暴露。要让手术服既能吸湿排汗，又能抵御患者体液的渗入，需要采用更合理的技术手段来解决。

1 织物单向导湿功能实施技术的研究现状

液态水在织物中的传播性，可以用吸湿快干、吸湿排汗、单向导湿3个词来描述。其中，吸湿快干是指液态水在织物上有良好的润湿、渗透和迁移能力，并因织物有较大的比表面积(即较大的蒸发面积)，汗液能较快地蒸发而干燥；吸湿排汗也是指液态水容易润湿、渗透织物，并在织物中容易迁移、扩散，将汗液迁移而远离发汗端。这两种均基于毛细效应，特别是纱线中纤维之间的空隙所形成的毛细效应，故表现为液态水在织物内部的展开，以及通过经纬纱的屈曲波高来实现其在织物正反面之间的迁移，并且按其浓度梯度进行扩散，没有固定的传播方向。

单向导湿则基于2层纤维集合体的表面张力差异或拒水剂在织物表面按照一定规则或图案分布，使液态水只能沿织物的某个方向进行传播，而不是根据液态水的含量差异进行扩散[1]。显然，这种带有方向性的迁移会形成流向可控的液体迁移，对手术服的导汗和防止患者体液反向渗入具有特殊的应用价值。

单向导湿最早是利用疏水性纤维与亲水性纤维的分层分布实现的。例如棉盖丙纶织物，贴身的丙纶层可以在人体出汗后将汗液导至棉纤维层，保持贴身层比较干爽[2]。单向导湿进一步的实现方法是通过印花，即将拒水整理剂调入印花浆中，在织物表面印制均匀分布的圆点、方块等图形(即拒水剂痕迹)，其尺度约0.5～1.0 mm，彼此之间的间距也约0.5～1.0 mm，可获得良好的单向导湿性能[3-4]。

2 新型整理设备的研发思路

采用印花法虽然可以实现织物的单向导湿性能，但需要使用印花糊料及调浆、印花、蒸化、清洗、干燥和定型等加工，流程较长，费用也比较高。因此，本项目组利用静电喷淋法，对织物点状施加拒水剂。

点状加工形成织物单向导湿性能的基本思路：在织物背面点状施加拒水剂形成拒水点，其会将人体汗液等排斥到拒水点之间的缝隙中，在毛细力的作用下，人体汗液等沿织物法向被直接输送到织物正面；当织物正面碰到患者体液等液体时，因为织物背面有拒水点，会对这些液体产生由内向外的排斥力，故外来液体不会向织物里面渗透，也不会向下流淌，只会在织物正面铺展。将这种性能赋予手术服，能对医护人员起到有效的保护作用。

点状加工的技术难点：喷洒出来的拒水点尺度不匀，喷洒到织物上的拒水点分布不匀。因此，本项目组提出了静电控制气助喷雾技术路线，即由一定压力的气体与拒水剂乳液形成气液两相流，在一定的压差下形成喷雾。自喷头喷出液滴开始，让液滴处于静电场中，可起到3个作用[5]：

(1) 在液滴带有某种导电物质的前提下，其在静电场中受静电感应后会产生同性相斥，故可以通过调整静电场的电压来控制液滴的尺寸；

(2) 液滴在行进途中受静电场控制，同性液滴相互排斥、相互均衡，不会靠近而由小液滴汇聚成大液滴，使液滴均匀分布在织物表面；

(3) 荷电液滴在静电场中被加速，其动能提高，这增强了其到达织物时的冲击能力，即提高了其对织物的渗透性能。

采用静电控制气助喷雾或静电控制矩阵喷雾等方法施加的液滴，对织物的增重率在15%以下，故气化所需热量大幅度减小，具有良好的节能效果。

3 静电控制气助喷雾点状喷洒设备的研制

图1所示为静电控制气助喷雾点状喷洒设备的结构。其中：1为织物输送机构；2为储液罐；3为增压泵；4为调液阀；5为雾化器；6为气动喷嘴；7为压缩空气的控制阀；8为空气压缩机；9为龙门架；10为高压电极；11为静电放电腔；12为高压发生器；13为接地电极；14为织物。

图1 静电控制气助喷雾点状喷洒设备示意

储液罐存储的拒水剂中适量添加盐类物质，由气动喷嘴经雾化器喷出的液滴初步雾化成200 μm以下的尺度；再经约5万V的直流静电场极化，将液滴尺度控制在50～200 μm，其尺度根据所加工产品的工艺要求而定。

图2为上述喷洒设备安装于定型机前的示意图。由于目前扁平喷嘴的最大喷洒宽度约70.00 cm，而织物门幅通常大于150.00 cm(若成品门幅为150.00 cm，在定型机前要更宽)，故通常采用3个喷嘴，即可完成整幅织物的喷洒加工。

图2 喷洒设备安装于定型机前的示意

上述喷淋设备由山东沃源新型面料股份有限公司等单位合作研制，目前安装在山东沃源新型面料股份有限公司的染整车间，已经加工了单向导湿体能训练服面料、手术服面料、运动服装面料及单向拒水面料等多种产品。

4 单向导湿面料的加工技术要点

采用上述静电控制气助喷雾设备加工单向导湿面料的技术要点：

(1) 对织物进行亲水预处理，使未施加拒水剂的纤维表面具备良好的亲水性，保证沿织物法向有强的毛细力使得液体能够快速导出。亲水化预处理可以使用亲水剂，或其他亲水化方法。

(2) 拒水剂优选、液滴尺寸及间距控制。试验证明，含氟拒水剂具有良好的使用效果[6]，其中C6拒水剂的效果最好，C4拒水剂较差(与硅系拒水剂类似)。但这些拒水剂均可使用。液滴尺寸以控制在约100 μm为好，液滴间距控制在约100 μm时织物具有最佳的单向导湿效果。

(3) 拒水整理液的优选配方为1 L水中添加20～ 30 g氟系拒水剂及30～50 g盐(如食盐)。

(4) 织物的行进速度为30～40 m/min。

(5) 液滴的施加量根据织物行进速度和织物面密度计算，其质量分数为10%～15%。

5 手术服面料研制

表1所示为自行织造的织物基本参数及其主要性能指标。

表1 自行织造的织物基本参数及其主要性能指标

采用上述设备和工艺，对上述织物及从市场上购买的手术服面料半制品(即未沾染过拒水剂的面料)进行单向导湿加工。具体工艺：

涤/棉或全棉织物，面密度约170 g/m2。首先经常规练漂加工，并在进入定型机进行定型加工前轧压日本小谷化学工业公司生产的Queenset PSO -5500 耐久性亲水剂(其用量为30 g/L，轧余率80%)；接着，织物在180 ℃下在德国布鲁克纳公司生产的Power-Line型拉幅定型机中定型60 s；然后，将织物置于喷洒设备的织物输送机构上，以30 m/min 的速度传送，由气动喷嘴对从其下方经过的织物喷洒拒水整理液(拒水剂使用亨斯迈公司生产的Oleophobol CP-S非离子型含氟拒水整理剂，用量为30 g/L)，气动喷嘴的给液量为1 mL/m2；最后，将织物输入德国布鲁克纳公司生产的Power-Line型拉幅定型机中定型，定型机速度为30 m/min，烘箱温度为180 ℃ (3级烘箱，其余关闭)。

6 评价方法

通过比对织物上的残留水迹，确定织物的单向导湿性能[7]。采用带较大针头的注射器或较小口径的移液管以产生较小尺寸的水滴来模拟汗滴，分别滴加0.5 mL到经拒水整理液处理过的织物表面和未经拒水整理液处理过的织物表面，观察30 s。当水滴加到经拒水整理液处理过的织物表面上时，目测到水滴快速渗透到织物的另一面，基本不残留湿痕；当水滴加到未经拒水整理液处理过的织物表面上时，水滴在此表面快速扩散，且不渗透到织物的另一面，残留湿痕面积较大。由此可以确定，织物具有单向导湿性能，见图3、图4。

图3 经拒水整理液处理过的织物表面滴加0.5 mL水后30 s时的状态

图4 未经拒水整理液处理过的织物表面滴加0.5 mL水后30 s时的状态

本项目组还测试了织物的单向导湿性能的持久性，分别对织物进行10、30、50次洗涤，然后对洗涤后的织物测试其单向导湿性能，结果表明，织物的单向导湿性能的耐洗涤效果非常好，洗涤50次后，单向导湿性能的减退并不明显，见图5、图6。

图5 洗涤50次后经拒水整理液处理过的织物表面滴加0.5 mL水后30 s时的状态

图6 洗涤50次后未经拒水整理液处理过的织物表面滴加0.5 mL水后30 s时的状态

7 单向导湿手术服的试穿效果

采用表1中的织物，经过单向导湿处理后，加工成手术服，共200件手术服样品进入医院手术室试穿，试穿100 d，基本达到使用要求，多数使用者认为单向导湿效果较好，满意率达到80%(表2)。

表2 单向导湿手术服试穿调查问卷统计

注：共发放了130份调查问卷，收回有效问卷62份

8 结论

(1) 研发的静电控制气助喷雾设备，可生产单向导湿织物、单面拒水织物等功能性面料，能耗低，设备制造费用低，具有推广前景。

(2) 拒水剂点状分布的单向导湿织物，可以在保证织物具有良好的透通性、舒适性的同时，使衣服内侧的人体汗液沿织物法向快速排出，并抵御衣服外侧所沾染的液体向内部渗入。这种性能很适合医院的手术服面料，对防止患者体液沾附于手术服时的回渗现象有切实的效果，可提高医护人员在手术中对职业暴露的防范能力。

[1] 王其，冯勋伟.形成差动毛细效应的条件研究[J].东华大学学报(自然科学版)，2002，28(3)：34-36+39.

[2] 傅菊芬，王秋美.丙棉交织针织物的湿传递性初探[J]，纺织学报，1997，18(1)：25-27+20.

[3] 吴烨芳.单向导湿织物的研究[D].天津：天津工业大学，2006.

[4] 吴烨芳，何天虹，姚金波，等.单向导湿织物的开发[J].纺织学报，2006，27(6)：94-96.

[5] 汪朝晖.高压静电场中液体射流的雾化研究及应用[D].重庆： 重庆大学，2009.

[6] 王薇.织物用含氟拒水整理剂的制备及其在复合整理中的应用[D].上海：东华大学，2010.

[7] 王伟，黄晨，靳向煜.单向导湿织物的研究现状及进展[J].纺织学报，2016，37(5)：167-172.

Application of new process of unidirectional water-transfer in surgical gowns

XuHong1，LiuWenhe2，ChenZuofang2

1. China Textile Information Center， Beijing 100025， China；2. Shandong Woyuan New Fabric Co.， Ltd.， Zibo 256100， China

Through the unidirectional water-transfer finishing， the surgical gowns were given good sweat absorption and perspiration， as well as the ability to prevent the outside liquid infiltrating. An electrostatic spraying process was proposed. By changing the nozzle and the electrostatic field， the liquid droplet diameter of water-repellent agent was controlled between 50 and 200 microns， and then the liquid droplets with diameters of 0.1～2.0 mm and the distance between the liquid droplets each other of 0.1～2.0 mm were obtained on fabrics. These sizes were determined according to the requirements of the products processed. That the electrostatic spraying process was adopted to carry out the unidirectional water-transfer finishing for cotton or polyester/cotton fabrics， not only simplified the procedure and reduced the processing difficulty and cost， but also enabled the fabrics to get a good and persistent unidirectional water-transfer effect.

surgical gown， unidirectional water-transfer， electrostatic spraying， size of droplet, spacing， persistent

2016-08-09

徐宏，男，1962年生，高级工程师，主要从事纺织工程技术、医疗卫生用纺织品科技推广工作

TS195.1

A

1004-7093(2017)04-0038-05