SMS非织造医用防护材料的研究现状及发展趋势

徐进进　张振飞　金泽

摘 要：介绍了SMS非织造材料在医用防护领域的应用特点，聚焦阻隔性、抗静电性、舒适性、力学性能等要求，分析了不同功能性整理技术在该领域的研究应用。随着人们对医用防护要求和穿着舒适性的不断提高，非织造医用防护材料未来会呈现多功能化、舒适化和智能化的发展方向。

关键词：SMS非织造材料;医用防护;性能要求;研究现状;发展趋势

中图分类号：TS176.4

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2021）05-0037-05

Research Status and Development Trend of

SMS Nonwoven Medical Protective Materials

XU Jinjin， ZHANG Zhenfei， JIN Ze

（Transfar Zhilian Co.， Ltd.， Hangzhou 311215， China）

Abstract： This article introduces the application characteristics of SMS （spunbond meltblown spunbond） nonwoven materials in the field of medical protection. From the aspects of barrier property， antistatic property， comfort， mechanical properties and other requirements， the application of different functional finishing technologies in this field is analyzed. With the improvement of people's requirements for medical protection and wearing comfort， nonwoven medical protective materials will present a multi-functional， comfortable and intelligent development trend in the future.

Key words： SMS nonwoven materials; medical protection; performance requirement; research status; development trend

新冠肺炎疫情的爆发对人民群众的生命健康安全构成了严重威胁，以口罩和防护服为代表的医用防护用品在疫情防控中发挥了关键作用。传统以棉为主的医用机织卫生材料，虽然其重复利用性高，但反复洗涤后强度会大幅度降低，而且阻隔效果会明显减弱，导致病人感染的概率增加，从而威胁医护人员的健康安全。相比之下，纺粘/熔喷/纺粘（SMS）医用非织造材料因其具有技术领先、安全有效、净化手术环境、经济可行等特点而被越来越多的人所认识和接受[1-2]，在医疗领域内的发展应用也极为迅速，俨然成为此次新冠疫情防控中的重要防护物资。

1 SMS非织造医用防护材料的應用特点

纺粘/熔喷/纺粘（SMS）非织造材料是当前医学领域内研究和应用最为广泛的防护材料类型。其中，纺粘非织造材料（S）是聚合物（以聚丙烯为代表）经过高温熔融后从纺丝孔挤出，在空气的牵伸作用下变长变细，冷却后成网制备而成的，具有强度高、耐磨损、手感好等特点[3]。熔喷非织造材料（M）是由聚合物母粒经熔融后从喷丝孔挤出，形成熔体细流，在高温、高速气流的作用下牵伸后沉积在接收装置上，并依靠自身残余热量加固制备而成的。其具有纤维直径细、孔径小、比表面积大且孔隙率高的特点，对防止细菌、病毒、血液渗透有至关重要的作用，又称之为阻隔层[4]。

目前，SMS非织造材料综合了二者的独特优势，具有优异的防水性、较好的透气性与高效的阻隔性能等特点[5]，能有效地隔离血液和细菌，被广泛应用于防护口罩、一次性医用防护服、隔离服和手术衣中。在实际加工中，可通过控制熔喷（M）的层数来调控材料的透气性、透湿性以及对微细颗粒物的过滤和阻隔效率。例如，当M的层数增加，该材料对颗粒物、血液、酒精以及体液等液体的过滤和阻隔效率提高，但同时透气性和透湿性会有所下降。因此，可根据不同级别的医用防护需要，对纺粘/熔喷/纺粘非织造材料中的层数进行选择，如SMS，SMMS，SMMMS等[6]。

2 SMS非织造医用防护材料的性能要求和研究进展

综合分析国内外关于医用防护口罩和防护服等的相关标准，医用防护材料的相关性能要求主要体现在阻隔性、抗静电性、舒适性、力学性能等几个方面。

2.1 阻隔性能

阻隔性能是医用防护材料的重要指标，主要包括湿态的液体阻隔性能（拒水性、拒合成血液穿透性、拒酒精）以及干态的微生物阻隔性能。医用防护材料应具有极佳的阻隔性能，能够有效阻止液体和微生物颗粒侵入人体，确保医护人员免受病毒的感染，从而大大降低病人二次感染的概率[7]。

2.1.1 液体阻隔性能

据查阅，中国、美国、欧盟等均设立了有关医用防护材料液体阻隔性能的标准和检测要求，以中国发布的标准YY/T 1499—2016《医用防护服的液体阻隔性能和分级》为例，其按照根据不同测试方法和结果，将医疗防护服的阻隔性能分为4级，级数越高，防护性能越好[8]。

纺粘/熔喷/纺粘（SMS）非织造材料虽然已具备一定的阻隔性能，但还需要进一步的后道整理加工，以防止飞沫、血液、酒精的侵入和传播。目前，含氟整理剂在SMS医用材料中的研究应用较为普遍。乔雪莲，梁肇文，张瑜，苏静等[9-12]研究了不同含氟拒水拒油整理剂在SMS非织造材料中的应用，结果均表明整理后的织物对水、油、血液、酒精具有较好的阻拒效果。

另外，疫情期间，发挥有效阻隔作用的SMS“心脏”组分熔喷无纺布表现出产能严重受限，市场供不应求的局面，与此同时，行业内也在积极寻求熔喷布的替代产品，超细纤维水刺无纺布便是其中的一种，但水刺无纺布中含有亲水性的木浆纤维成分，其本身并不具备阻挡酒精、血液、水等液体渗透的功能，需经过整理后才能达到相应的阻隔效果[13]。如传化化学开发的六碳氟系防水剂TF-5501，可同时用于超细纤维水刺无纺布滤层和纺粘无纺布面层的拒水拒油整理，具有产品稳定性好、拒水防油性好、抗血液渗透能力强以及优良的抗酒精性能。

2.1.2 微生物阻隔性能

为使非织造医用防护材料具有良好的微生物阻隔性能，目前主要通过后整理抗菌整理的方式来实现。针对不同类型的抗菌剂，业内也有不少相关报道，如王宗乾等[14]研究分析了有机硅季铵盐、纳米银抗菌剂和双胍类有机抗菌剂在聚丙烯SMS无纺布中的应用效果;陈影等[15]探讨了特殊杂环类抗菌整理在SMS非织造材料中的最优抗菌整理工艺和抗菌效果。另外，传化化学的抗菌整理剂TF-618A和TF-6182因具备安全性高、复配性好、耐洗性佳、性能突出等优点，被较好地用于口罩等医用非织造防护材料的抗菌整理，对细菌、真菌有非常好的防护效果。

2.2 抗静电性能

非织造布材料本身的吸湿性和导电性较差，在应用的过程中极易出现静电累积问题，从而产生灰尘吸附、油渍沾污等问题，而且会影响一些医疗精密仪器的的运行，严重时甚至产生电火花而引起火灾等，因此，医用非织造材料的抗静电整理极为关键。在GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》中，明确规定了防护服的带电量应不超过0.6 μC，防护服材料的电荷密度不超过7 μC/m2[16]。目前医用非织造材料的抗静电整理通常有以下两个重要途径来改善：

一是采用持久性抗静电整理方法，主要通过高分子耐久性抗静电剂与纤维发生接枝或交联来实现。刘亚等[17]采用2.2%～3.9%的抗静电母粒W103A与聚丙烯（PP）切片进行共混纺丝，所制备的纺黏非织造布具有较好的抗静电性能。

二是采用普通抗静电后整理加工方法，通过将不同种类的抗静电剂浸渍或浸轧整理到非织造布上，通过纤维表面亲水性的提升来改善其抗静电性能。此种方法抗静电剂的选择较为关键，其直接影响着整理后布面抗静电效果的持久性。如传化化学的耐久抗静电整理剂Transtex FUN 6220，其结构类型为聚醚聚氨酯，聚醚结构赋予织物较好的亲水抗静电性能，聚氨酯提供良好的耐洗性能。另外，在实际加工中，往往需要考虑抗静电剂与其他助剂如防水剂、有机硅柔软剂的同浴稳定性问题，如传化化学的非离子抗静电整理剂TF-480H，在后整理加工中表现出极佳的复配稳定性能。

2.3 舒适性能

针对手术衣、隔离服等常用医用防护材料，不仅仅需要具备优异的防护性能，对舒适性也提出了一定的需求[18]。但是，防护性和舒适性一般会相互制约，比如使用涂覆防护材料会使穿着者感到闷热，手感僵硬;而具有较好透气透湿性的材料却无法很好地发挥阻隔效果，所以需要寻求两者之间的最佳平衡点。通常舒适性主要从透湿性、柔软度等方面来衡量。

2.3.1 透湿性

聚丙烯等合成纤维是医用非织造布的主要原材料，其亲水性很差，当与人体皮肤接触时，汗液和水分难以迅速被吸收而传导到外表面，会给穿着者带来极强的不舒适感，甚至会滋生细菌感染。在GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》中，指出防护服的透湿量应不小于2 500 g/（m2·24 h）（用透湿杯法测定）[16]。

近年来不断涌现出较多关于SMS非织造布单向导湿的相关研究，主要体现布面的接枝改性和后整理表面吸附亲水整理剂等途径。如Wang等[19]在聚丙烯非织造布上采用自由基聚合法接枝N-乙烯基吡咯烷酮，发现布样的亲水性随着接枝率的增加而提升，水接触角可从113°±1.2°降到52°±3°。周晓洁等[20]、任祺等[21]采用亲水性整理剂对聚丙烯SMS非织造布进行单面亲水整理，使非织造布形成亲疏水双侧结构而实现单向导湿。上述两种方法中，接枝改性方法效果显著、不损伤纤维、耐久性好、不影响透气性，但是存在反应时间长、生产成本高和生产连续性低等不利之处。亲水整理剂后整理加工法具有工艺简单、成本低廉等优势，缺点是整理后材料的透气性能下降，且耐久性差，加工效果易受外界条件影响，如温度、酸碱度等[22]。

2.3.2 柔软度

柔软度也作为手术衣等医用防护材料舒适性方面的一项重要评价指标。医用非织造防护材料由于本身缺少与柔软剂键合的基团，通常需要先采用等离子体技术对布面进行预处理，而后再引入活性基团，使其能够与柔软剂大分子有效结合，从而达到柔软改性的目的。张天雷等[23]，谢柠蔚等[24]均采用低温空气等离子体对聚丙烯SMS非织造材料进行表面改性后，再浸渍有机硅柔软剂使织物具有较好的柔软性能。

2.4 力学性能

对于医用手术衣等材料而言，力学性能也是一项重要的指标。主要体现为材料的拉伸、顶破及撕破强力等。材料的力学性能好，可以保证手术实施过程的顺利进行，避免因材料的强度不够而导致断裂现象，减小医护人员和病人患处直接暴露于外界坏境的概率，从而降低被微生物及病毒侵入的概率。在标准GB 19082—2009《医用一次性防護服技术要求》[16]以及YY/T 0506.2—2016《病人、医护人员和器械用手术单、手术衣和洁净服》[25]中，明确规定防护服断裂强力应不小于20 N。

3 SMS非织造医用防护材料的发展趋势

随着高分子材料、高性能纤维、纺织、染整和智能化技术等领域的快速发展，以及人们对医用防护要求和穿着舒适安全性的不断提高，医用非织造材料势必向着多功能化、舒适化、智能化的方向发展。

3.1 多功能化和整理方式的迭代变革

近年来，随着终端需求的日趋多样化，有关医用防护材料多功能、复合功能的应用研究开发不断增加，同时结合节能环保的加工理念，功能整理方式的转变也同样受到了业内的普遍关注，如泡沫整理技术。王洁[26]基于聚丙烯SMS材料及木浆复合水刺材料的纤维特性和结构特点，采用泡沫整理方法进行“三拒一抗/单向导湿”加工，通过多组正交试验得出最优的实验工艺和配方。曲方圆[27]对聚丙烯SMS材料进行双面泡沫后整理加工，即先在材料的一侧实施三防整理，再在另一面进行单面亲水整理，通过工艺因素的探索，确定最佳的整理剂配方和工艺，使整理后材料兼具良好液体阻隔性能和透湿性能，从而获得符合医用一次性防护服要求的聚丙烯SMS材料。

3.2 舒适性能的提升性研究

目前，中国现有的医用防护服的技术标准中，对阻隔性能和力学性能的关注较多，而缺乏对服用舒适性的深入研究，而在实际生活中，医护人员因长时间穿着防护装备，对舒适性的需求较为迫切。另外，现阶段关于医用防护材料阻隔性能的研究报道层出不穷，也基本上能满足现有标准要求，但在防护服舒适性能的提升，以及舒适性与防护性能的兼容性问题方面还有较大的改善空间，因此，医用防护材料的舒适性研究也一定会成为未来的主要发展方向之一。防护服的舒适性能与材料的透气、透湿性能、手感、重量、保湿隔热性能等因素有关，需要通过纤维选择、混纺比优化、织物设计、印染后整理加工等多个环节综合考虑[28]。

3.3 智能化监测保障健康安全

新冠疫情爆发期间，工作时间长、压力大以及长时间的防护穿着装备，对医护人员的身体造成了极大的负荷，因此医用防护服不仅要具备一般的阻隔性能和服用性能，也需要智能化的监测装备，以随时保障医护人员的生命安全。目前学者们陆续开展了一些纺织基柔性传感器在医疗监控领域的研究[29]，其能够系统、精准地监测服用者的身体状况，同时利用无线数据传输技术，将所监测的数据进行实时上传，在通过大数据手段对体温、脉搏、血压等重要指标进行分析追踪，其应用前景较为广阔，但是如何将高成本的传感设备与医用防护服的服用特性（如一次性防护服、机械磨损、水洗等）结合起来，是今后智能化医用防护服亟待解决的问题。

4 结 语

随着非织造生产制造技术的发展以及人们对医用防护材料多样化需求的日益迫切，SMS非织造医用防护材料将会在医疗行业中发挥着越来越重要的作用，兼顾阻隔性、抗静电性、抗菌性等防护性能以及服用舒适性的医用防护用品将具有广阔的市场前景，也会反推行业内SMS医用防护材料的研究开发和技术升级，而新冠肺炎疫情的爆发无疑则会加速这一进程，相信在全世界强大的科研力量的支撑下，SMS非织造医用防护材料能够赢得更加快速的创新和发展。

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收稿日期：2020-06-04 网络出版日期：2020-12-17

作者简介：徐进进（1990 - ），女，河南信阳人，硕士研究生，主要从事纺织印染助剂方面的应用研究。