可重复使用医用防护服面料的研发现状及趋势

孟硕 汪泽幸 李文辉 吴璠 陈小英

（1.湖南工程学院，湖南湘潭，411104；2.湖南永霏特种防护用品有限公司，湖南湘潭，411104；3.深圳市微纳先材科技有限公司，广东深圳，518035；4.东莞健贤纺织品科技有限公司，广东东莞，523916）

目前，多采用SMS复合非织造材料、微孔薄膜/非织造复合材料、闪蒸法非织造材料等制备医用一次性防护服，用后即弃虽然可有效防止医源性交叉感染，但医用一次性防护服使用量巨大，用后销毁成本高、资源浪费严重且会导致严重的环境污染［1-2］；同时，面临以新型冠状病毒肺炎（以下简称COVID-19）疫情为代表的突发性重大公共卫生事件时，紧急转产与产能提升困难，易造成防疫物资短缺。此外，现有医用一次性防护服的力学性能相对较差，剧烈活动时易因外力拉扯而破裂，从而无法提供有效的安全防护；同时，其透气性和透湿性较差，穿着舒适性不好［3-4］，虽可通过选用纤维材料和后整理方式提高穿着时的热湿舒适性［5-6］，但由于核心阻隔层特性的缘故，改善效果有限。

可重复使用医用防护服又称耐用型或复用型医用防护服，其面料性能优良，可在常规车间内生产，在常规储存条件下存放；当需无菌提供时候，可通过常规医用洗消流程快速达到使用要求，具有紧急转产容易、储存时间长、单次使用成本低等优点。在应对突发性重大公共卫生事件时，可有效缓解医用一次性防护服消耗量大、生产周期长等供应紧张局面，降低医用防护物资的使用成本和后处理成本。

可重复使用医用防护服研发涉及材料优选、工艺优化、设计创新等技术公关，技术难度高，相关研究较少。本研究介绍了可重复使用医用防护服的标准与性能要求，对比分析了各类可重复使用医用防护服面料的研究现状和性能特点，以期为可重复使用医用防护服的研发和生产提供参考。

1 可重复使用医用防护服的标准与性能要求

1.1 相关标准

我国现行标准为YY/T 1799—2020《可重复使用医用防护服技术要求》，国外的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 也为适用于可重复使用医用防护服的标准。

BS EN 14126：2003规定，对于至少可以清洗和重复使用5次的医用防护服，测试前需要对其进行5个循环的洗消处理，但未明确规定洗消流程。YY/T 1799—2020、ANSI/AAMI PB70：2012与NFPA 1999—2018均未明确规定可重复使用次数和消洗程序，但要求按制造商推荐洗消处理程序和次数处理后应满足相应标准规定的要求。NFPA 1999—2018要求检测前经过25次洗涤和烘干预处理，可认为该标准要求耐洗涤次数为25次，但未考虑消杀程序。

1.2 性能要求

与医用一次性防护服的作用相同，可重复使用医用防护服最重要的作用为对病原性微生物和病毒的阻隔，防止医护人员受到生物污染源的感染，保障医护人员的人身安全，因此阻隔性能是考核可重复使用医用防护服防护效果的核心指标。

YY/T 1799—2020主要考核面料的液体阻隔性能（抗合成血液穿透与阻止Phi-x174噬菌体穿透）、微生物阻隔性能（干态与湿态）以及对0.075 μm气溶胶颗粒的阻隔性能等。BS EN 14126：2003主要考核面料抗合成血液穿透、阻止0.6 μm气溶胶颗粒弥散穿透性能和阻止Phix174噬菌体穿透性能。ANSI/AAMI PB70：2012主要考核面料的抗冲击穿透性能、抗静水压与阻止Phi-x174噬菌体穿透性能。NFPA 1999—2018主要考核防护服的全面液体透过性能和面料阻止Phi-x174噬菌体穿透性能。

Phi-x174噬菌体是目前已知最小的血源性致病病毒之一，其大小和形态与丙型肝炎病毒相似，且可代表乙型肝炎病毒和人类免疫缺陷病毒等血源性病毒，现行标准均采用Phi-x174噬菌体悬液作为穿透检验模型，考核面料对微生物渗透的阻隔性能。

医用一次性防护服的单次使用时间一般不超过4 h，医用防护物资紧缺时通常使用超过6 h甚至更长时间，因而其舒适性非常重要。YY/T 1799—2020要求可重复使用医用防护服面料透湿 量 不 低 于2 500 g/（m2·24 h）；NFPA 1999—2018要求医用一次性防护服透湿量不低于650 g/（m2·24 h），可重复使用医用防护服面料吸水率不高于30%。此外，NFPA 1999—2018还对散热性能提出了要求，要求总体热损失值大于450 W/m2。BS EN 14126：2003与ANSI/AAMI PB70：2012均未提及透湿性能与散热性能方面的要求，YY/T 1799—2020亦未考核散热性能指标。

在反复洗消和穿戴过程中因受到外力会导致可重复使用医用防护服出现破裂、磨损掉絮等现象，减弱防护性能，增加医护人员的感染几率，对面料的力学性能（如拉伸断裂强力、撕破强力、耐磨性能、抗穿刺、耐屈挠破坏性能等）提出了要求。此外，不发尘、不吸尘、不掉絮、防静电也是医用防护服面料应具备的性能要求。对于可重复使用医用防护服，其面料经多次洗涤、消毒后，要求防护性能、舒适性能、力学性能以及其他必备的性能指标依然能保持在较高的水平，因而相对于医用一次性防护服面料，对可重复使用医用防护服面料的要求更高。

2 可重复使用医用防护服面料的研究进展

从加工方式上划分，可重复使用医用防护服面料可分为传统机织物、高密机织物、涂层织物以及层压复合织物等4类。

2.1 传统机织物

传统机织物主要采用棉纱或涤棉混纺纱加工而成，舒适性良好。早期的医用防护服一般采用棉织物制备而成，主要功能是防止病人的分泌物、血液、唾液等污染医生的衣物。传统机织物在干态下能阻隔一定量微生物的穿透，但病原菌易通过体液或血液渗透织物，因而无法从根本上解决病原菌渗透的问题［7-8］；虽可采用多层织物以增强其防护性能，但不能从根本上解决微生物通过潮湿面料逐层渗透和脱絮等问题。

2.2 高密机织物

细号棉纱或其他超细合成纤维长丝制成的高密机织物纱线间隙小，因纤维间的毛细作用，透湿性能好；采用碳氟化合物、有机硅等防水剂整理后具有一定的防水性能。二战期间，美国军需部门采用Pima丝光棉制备了厚密织物，并采用含氟整理剂与吡啶季铵盐或三聚氢酰胺进行防水整理，拒水效果优良，满足了作战的需求，战后开始用于外科手术衣的生产。周翔等人公开的可重复使用医用防护服面料是基于拒水整理工艺制备而成的，虽提及面料透气、透湿，并可屏蔽水、血液与体液等［9］，但未公开面料的性能数据。对高密度机织物进行防水整理，虽然可赋予面料较好的防水性能，但其抗静水压性能较差；此外，经过反复洗消后，面料表面疏水层逐渐被剥离，抗湿性能不断衰减［10］。由于高密机织物经纬纱排列紧密，总经根数多、组织交织点多以及布面密实，故在织造过程中易出现开口不清、起毛、断纱等现象，加工难度大，技术要求高［11］。

2.3 涂层织物

20世纪80年代以后，随着对血源性传播疾病传播途径研究的深入，医务人员在救治患者过程中可能会被HIV、HBV、HCV等血源性传播疾病病原体感染的问题得到了充分论证和重视，医用防护服的阻隔微生物和防止血液穿透性能研究开始被重视，促进了涂层和层压复合织物的发展。

采用涂层法制备可重复使用医用防护服面料，主要借鉴了高阻隔生化防护材料的制备方法和理念。PARK D等人基于聚氨酯（PU）和水性纳米悬浮液制备了抗菌、抗病毒涂层织物［12］。现有研究表明，在两侧水汽压力差的推动下，水汽基于分子扩散机理通过PU，从而实现透湿，其透湿性能不仅与PU的化学组成和结构以及结晶度等相关，同时还受涂层厚度的影响［13］。

现有PU涂层织物因涂层量较高，虽阻隔性能较好，但透湿性能普遍较差，不适用于可重复使用医用防护服的制备［14］13。为提高透湿性能，陈丽颖等人在采用氟碳化合物拒水处理的聚酯面料基础上，底涂聚醚型PU，面涂含微孔木质纤维素的聚醚型PU，所制备的面料透湿量超过4 000 g/（m2·24 h），耐有效氯和高温消毒，且抗菌、拒水、抗渗水、抗合成血液穿透性能、防静电以及手感良好［15］。陶刚等人在织物骨架上涂覆丁基橡胶制备了医用防护服面料，虽然提及对配比1∶50的84消毒液和质量分数为75%的酒精抗耐性好［16］，但未公开面料的具体性能指标，且未考虑防静电和透气性能。此外，亦有采用聚氯乙烯、聚乙烯、氯丁橡胶等涂层制备的医用防护服面料。采用涂层法制备的可重复使用医用防护服面料虽然阻隔性能优异，但普遍存在穿着舒适性差等缺陷，因而不是可重复使用医用防护服面料的最佳选择。

2.4 层压复合织物

2.4.1 微孔膜与高透膜

在确保防护性能的前提下，可重复使用医用防护服面料还需兼顾耐洗涤、消毒和穿着舒适性等。目前，多采用聚乙烯（PE）微孔膜、聚四氟乙烯（PTFE）微孔膜、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）微孔膜、PTFE复合膜以及PU高透膜为核心阻隔层，采用离线复合加工方式制备可重复使用医用防护服面料。

PE微孔膜虽然价格便宜，但因其表面张力较低、无极性基团等缘故［17］，与其他织物的黏结性能较差，由其制备的复合面料经一次洗涤后即发生层间脱黏、微孔膜破裂等现象，液体渗透现象明显［18］10，耐用性不足，因而不适用于可重复使用医用防护服面料的制备。此外，生产实践也发现，采用PP非织造布/PE微孔膜的复合面料制备医用一次性防护服时，若层间黏结强度不佳，经环氧乙烷熏蒸灭菌后，面料易产生起泡现象。

赖军等人以防静电高密涤纶长丝面料为外层、PU高透膜为阻隔层、涤纶长丝经编面料为内层，采用湿气固化反应型聚氨酯（PUR）热熔胶双面点式复合方式制备了可重复使用医用防护服面料，60℃水温下10次洗涤后，其抗静水压可达9 806.6 Pa（1 000 mm H2O），透 湿 量 超 过7 000 g/（m2·24 h），阻隔性能、抗合成血液穿透性能、防水性能以及防静电性能均达到GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》，但未能考虑消毒、灭菌流程对面料防护性能和舒适性能的影响，且透气性能仅为0.4 mm/s［19］。需要注意的是，可重复使用医用防护服面料多采用氯漂消毒、高温蒸汽灭菌处理，PU微孔膜的软化点较低（约120℃），经反复氯漂、高温蒸汽处理后，PU微孔膜的孔径逐渐变化［20］94，从而易造成防护性能降低甚至防护失效。

郝新敏等人研究发现，相对于PU涂层织物和TPU复合织物，采用PTFE复合膜制备的层压复合织物具有较好的阻隔性能和较高的透湿性能；且认为溶剂型PU黏合剂的理化性能更优、耐低温性能好，制备的复合面料手感较好［21］。此外，复合方式和上胶量不仅影响复合面料的透湿和抗静水压性能，还影响层间黏结性能；面涂工艺的上胶量高，可有效提高复合面料的抗静水压性能，有利于提高阻隔性能，但会大幅度影响透湿性能。点涂工艺的上胶量相对较低，封闭微孔膜的透湿通道较少，因而表现出较高的透湿性能；但当上胶量偏低时，因微孔膜微孔结构的固定点少，在水压作用下并且PTFE微孔膜厚度较低时，微孔膜的微孔结构会发生变形或破坏，导致复合面料的静水压较低；且因微孔膜与面料之间的黏结点少、黏结强度低的缘故，导致洗涤或高温蒸汽灭菌后，复合面料易产生起泡现象。郝新敏等人研究亦发现，采用PTFE复合膜制备的复合面料，经洗涤后其静水压急剧降低，究其原因主要是由于PTFE复合膜的微孔结构为经双向拉伸而成，其微孔结构并不稳定，在温度和外力作用下，其微孔结构易发生变形或破坏。

李瑞欣等人研究也发现采用PTFE复合膜制备的防护服面料耐洗涤性能较好，12次洗涤前后均表现出较好的力学、阻隔、防水和抗静水压性能，洗涤前透湿量达到7 070 g/（m2·24 h），但未研究洗涤后的透湿性能。同时也发现，PTFE微孔膜透湿性较好，但由其制备的复合面料层间黏结性能较差，约经过8次水洗后即发生分层现象，耐洗涤性能不足［18］10。

可重复使用医用防护服面料外层通常含有导电纤维，经水洗后导电纤维易断裂，从而破坏阻隔膜，影响阻隔性能。为避免此类问题，姚登辉等人以多沟槽异截面亲水涤纶长丝、炭黑导电丝为原料制备了经编面料，与PTFE微孔膜采用PUR热熔胶基于点式复合方式制备了可重复使用医用防护服面料，研究结果表明，经80次医用洗涤后，复合面料的防护性能仍满足要求，但未考虑洗后外观变化和透湿性能；同时认为，PEFE微孔膜的最优厚度为30 μm～45 μm，这主要是由于医用防护服面料洗消流程温度在130℃以上，PTFE微孔膜厚度过小时，会因反复洗消而发生破裂，影响防护性能；PTFE微孔膜为非对称膜且微孔孔道曲折、复杂，厚度过大则会由于水汽传递路径过长而导致透湿性能急剧下降，且经水洗和高温灭菌后，微孔结构减少或消失，透湿通道减少，加剧透湿性能的劣化。考虑到喷射血液和水蒸气的直径以及细菌和绝大多数病毒的尺寸，微孔膜的最优膜孔径为10 nm～50 nm［20］95。

可重复使用医用防护服的透湿性能除受到核心阻隔膜的透湿性能影响之外，同时还与内外层面料的透湿性能与透湿性能梯度配置密切相关。杨建忠等人研究发现多层穿着时，为确保湿传递能力，湿传递能力高的面料尽可能位于内层，以便形成良好的湿度梯度，可利于透湿［14］14。因而目前可重复使用医用防护服面料外层多为防静电高密涤纶长丝机织物，而内层多为经编网眼织物，亦有以吸湿性能良好的常规涤棉或纯棉织物为内层面料。

YY/T 1799—2020要求可重复使用医用防护服面料透湿性能不低于2 500 g/（m2·24 h），但该透湿性能要求仅相当于成年人在10℃环境中水平步行时的出汗量［22］，与实际人体出汗量相差巨大。为确保穿着舒适性，医用防护服面料的透湿量应高于10 000 g/（m2·24 h），该透湿性能略低于20℃条件下重度劳动时人体的出汗量［11 520 g/（m2·24 h）］［23］，但 现 有研 究 的 可 重复使用医用防护服面料透湿量少有可达到此要求的。目前已获批上市的可重复使用医用防护服其面料透湿量约3 000 g/（m2·24 h）［24］，亦无法满足穿着舒适性的要求，且不耐高温，不可采用高温蒸汽灭菌。

COVID-19疫情防控时期，医护人员的工作强度多属于中、重度劳动，且环境温度多高于20℃，甚至超过35℃，不仅出汗量大，且发热量高。现有可重复使用医用防护服面料透湿性能不足，无法将人体产生的水汽及时排出；且因透气性能差，不利于人体与环境之间的热湿对流，防护服与人体之间微气候的相对湿度和温度均保持较高的水平，导致医护人员长时间处于闷热、潮湿环境中，易引发身体上的不舒适和生理上的烦躁、焦虑，甚至出现胸闷、气短、大量出汗、皮肤浸渍、虚脱晕倒等，严重影响工作效率和质量。因此，为确保穿着时的热湿舒适性，不仅要求可重复使用医用防护服面料需具有较高的透湿性能，还要求具有良好的透气性能。

为确保对病原性微生物和病毒具有较高的阻隔性能，现有可重复使用医用防护服多选用PTFE微孔膜或PTFE复合膜为阻隔膜。PTFE微孔膜孔径小，孔道网状连通、镶套、弯曲且复杂多变，虽可确保对病原性微生物和病毒具有良好的阻隔性能，并兼具一定的透湿性能，但透气性能不佳，且因其亲油性和热塑性特性，在洗涤和使用过程中因微孔减少、变形而导致透湿性能下降，或因膜面破坏而导致阻隔性能下降。PTFE复合膜一面为PTFE微孔膜，一面为致密无孔PU膜，对各种病原性微生物和病毒具有较好的阻隔性能，并兼顾良好的透湿性能，但因致密无孔PU膜的存在，透气性能差。总之，现有可重复使用医用防护服面料虽具有良好的阻隔性能和一定的透湿性能，但无法兼顾透气性能，无法确保穿着时的热湿舒适性能。

2.4.2 静电纺丝膜

现有研究发现，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，其孔径小、孔隙率高、比表面积大，具有大量且连续的内部孔道结构等特性，透湿性能和阻隔性能优良，是防护服面料中阻隔膜的理想材料之一［25］。

已有学者认为在防护服的领口和后背部位采用静电纺丝纳米纤维膜，可在确保防护性能的同时，兼顾透湿与透气性能，有效提高穿着舒适性［26-27］。但静电纺丝纳米纤维膜中纤维随机取向、交错排列、强力低，其拉伸与耐磨性能较差，且与皮肤之间的接触舒适性较差，因而不可单独以膜的形式直接使用，可将其与其他织物（机织物、针织物或非织造布）采用层压方式离线制备复合面料。为满足复合工艺对纳米纤维膜力学性能的要求，此时需增加纳米纤维膜的厚度或对其进行表面处理，但会降低其透气与透湿性能，柔软性能变差［28］。为在确保防护性能的前提下，尽可能保持透气与透湿性能，亦有采用织物或非织造布为接收基布［29-30］，稳定纳米纤维膜的几何形态；为提高纳米纤维膜与基布之间的黏结性能，后期可采用热压方式进行加固，但层间黏结性能依然不足，耐洗涤性能差，不能满足可反复使用的要求。

考虑到耐用性能，静电纺丝纳米纤维膜多考虑用于一次性生化防护服，且因量产时纳米纤维膜性能稳定性不足和价格较高的缘故，目前未见基于静电纺丝纳米纤维膜制备的防护服面世，但基于静电纺丝纳米纤维膜的一次性和耐洗涤50次以上且可沸水消毒的重复使用防护口罩现已上市销售。

从前期研究来看，静电纺丝制备的自支撑聚酰亚胺纳米纤维膜具有耐洗涤、耐高温性能。对其复合面料进行测试发现，20次商业洗涤后对0.3 μm非油性颗粒物的过滤效率保持在97%以上，透气性能稳定在30 mm/s以上，透湿性能超过10 000 g/（m2·24 h），具有较好的阻隔性能和热湿舒适性能，可认为聚酰亚胺纳米纤维膜是制备可重复使用医用防护服面料的理想阻隔膜之一。研究中还发现，为保证防护性能的同时兼顾高透气和透湿性能，所选用的聚酰亚胺纳米纤维膜孔隙率较高，纤维之间结合力较差，采用传统复合工艺制备的复合面料其层间黏结强度不佳，水洗后复合面料易产生起泡或大面积脱黏甚至出现膜面破损现象，造成防护失效；因而其与内外层面料的复合工艺迥异于现有微孔膜和复合膜，在黏合剂类型的选用、复合工艺的控制等方面较为特殊。

3 结语

面对COVID-19疫情突发及其在全球蔓延，我国医用防护服的产能迅速提高，不仅满足了国内疫情防控的需要，同时也为全球共同抗击疫情做出了巨大的贡献。在此过程中，医用一次性防护服的使用量大幅度增长，其用后即弃，虽可有效避免交叉传染，但也暴露出其力学性能差、热湿舒适性差、资源浪费严重等问题；此外，处理成本以及可能带来的环境问题也引起了广泛的关注。在此背景下，可重复使用医用防护服再次受到了关注。现有可重复使用医用防护服多以PTFE微孔膜或PTFE复合膜为阻隔层，为提高耐洗涤性能，选用厚阻隔膜，且采用重上胶、点黏合工艺，导致现有可重复使用医用防护服虽然具有良好的机械性能、阻隔性能，但透湿性能不足，且不透气，无法在人体与环境之间实现热湿平衡，不能满足高强度医护工作的需要，严重影响穿着舒适性。因而，在确保高阻隔性能的基础上，如何提高面料的透湿性能，增强透气性能，还需在阻隔膜研发和选用以及复合工艺优化等方面做进一步的研究。