上海千实精密机电科技有限公司
地址:上海市闵行区顾戴路2578号
电话:021-62200566
传真:021-67801892-810
联系人:

邮箱:info@qinsun-lab.com

医用非织造材料的发展与应用-上海千实精密机电科技有限公司

来源: admin/  作者: admin  时间: 2020-04-02 15:09
近年来,美国、欧洲、日本等发达国家和地区对一次性非织造医用产品的使用量一直呈现稳步增长的态势,与此同时,一些高技术含量的产品如人造血管、人造皮肤等受到热烈追捧。根据市场研究公司Global Industry Analysts(GIA)的预测,到2017年,全球医用非织造布的市场需求将达209亿美元,用即弃产品将保持旺盛的市场需求。
 
自2003年“非典”以来,我国医疗用防护材料市场得到快速发展,按照基本功能可大致分为重复使用型和用即弃型两种,前者多为传统纺织产品,后者一般指非织造布。传统棉质产品经反复使用、洗涤、消毒后强度会大幅降低,且在反复洗涤25次后,其对微生物和血液的阻抗性会急剧减弱,导致病人感染的机率增加,同时也不利于医护人员的健康。与传统的机织材料相比,非织造医用材料具有技术先进、安全可靠、净化手术环境、经济性更佳等优势。比如,水刺产品及纺粘产品的各项性能均优于传统棉织物,一方面与产品原料的选择有关,另一方面与产品的生产工艺相关。
 
1 医用非织造布的分类及其特点
医用非织造布按照用途可分为防护型医用产品和功能性医用产品,其中防护型产品是指非直接治疗的用品,而主要用于改善治疗区域的卫生环境、防止细菌穿透引起间接传染和病毒交叉感染,提高治疗效果。该类产品主要包括手术衣帽、口罩、帷幕、床单、罩布等。功能性医用品是指直接用于患者身上进行治疗的用品,包括用于伤口的医用品、植入人体的医用品、医用过滤材料、保健品等。
医用非织造布根据生产工艺划分主要包括水刺非织造布、纺粘非织造市、闪蒸非织造布、SMS复合材料等。其中用于制作手术衣和手术罩布的主要为水刺非织造布、纺粘非织造布、湿法非织造布和SMS复合非织造布。其中水刺法非织造布的手感最接近传统纺织产品,穿着舒适,湿法非织造布在价格上优势明显,SMS非织造布具有优良的过滤性、吸附性、阻隔性,强力高,耐久性好。目前,医院的消毒包布主要采用SMS非织造布,其中的熔喷超细纤维防护层具有大量的微孔,可让消毒蒸汽进出包装袋,且其对0.3 μm微粒子的过滤效率应可达80% ~ 90%。
 
2 医用材料的性能要求
目前,国际上针对医用防护品的标准通常以美国的NIOSH标准和欧盟的CEN标准为主。美国国家防火协会制定了美国的医用防护服标准NFPA 1999,规定了提供阻隔血液和体液的最低防护标准。美国的医疗器械促进协会制定了医用手术衣和防护服的阻隔性能和分类标准PB 70:2003,并对防护等级进行了明确规定。
我国医用防护品现阶段执行的仍为医药行业标准YY/T0506.2 — 2009《病人、医护人员和器械用手术单、手术衣和洁净服》和国家标准GB19082 — 2009《医用一次性防护服技术要求》,对医用防护服的防水性、透湿性、阻隔性、舒适性、抗静电性等性能做了明确的规定。
2.1 阻隔性
医用防护材料应具有很好的阻隔性能,防止液体和微生物颗粒对人体的侵入,才能使医护人员免受病毒的感染,从而降低病人二次感染的概率。我国对医用防护服的评价主要从防水性、防酒精性、防合成血液穿透以及沾水等级等方面进行;欧洲主要对材料进行过滤效率和液体阻隔性能测试;美国将液体阻隔能力划分成 4 级来评价,其中对SMS非织造布进行评价,可以达到 1 ~ 3 级的要求。
2.2 抗静电性
在进行手术时,会使用到许多医疗器械,防止或减少防护服与人体本身及医疗器材之间的静电效应也是现阶段需要关注的问题。我国GB 19082 — 2009规定了防护服的带电量应不大于0.6 μC,电荷密度不大于 7 μC/m2。
2.3 力学性能
医疗防护产品的力学性能也是非常重要的指标。保证材料的拉伸、顶破及撕破强力,可以避免在手术实施过程中,因材料的强度不够而发生断裂破裂现象,降低病人伤口和医护人员直接暴露于外界坏境的概率,减少被病毒及微生物侵入的概率。我国在医用一次性防护服技术要求(GB 19082— 2009)中明确规定防护服断裂强力应不小于20 N,在GB/T3923.1 — 1997标准中规定断裂伸长率不应小于30%。
2.4 舒适性
随着防护阻隔性能的提高,医护人员对手术衣和防护服的舒适性也有了更高的要求。我国GB 19082 — 2009要求防护服的透湿量应不小于2 500 g/( m2?24 h)(用透湿杯法测
定)。然而我国并未对防护服柔软度做出规定,美国ASTM D1388-96则规定了柔软度的测试方法,且要求防护服的弯曲长度应小于 3 cm。根据几项性能指标的标准,可以发现阻隔性和舒适性之间存在着一定的矛盾,采用覆膜材料可以达到很好的防护效果,但会使人感到闷热。SMS由于是纺粘材料和熔喷材料复合而成,具熔喷材料优异阻隔性能的同时,还具有纺粘材料良好的强力和透湿性。
 
3 医用SMS非织造布
3.1 SMS非织造布的生产工艺
纺粘非织造布由连续长丝组成,产品强度高,单过滤性、吸附性较差,而熔喷非织造布由超纤组成,具有良好的阻隔过滤以及吸附性能,但纤维强度低,单独使用效果差,将纺粘非织造产品与单层或多层熔喷产品复合,充分利用这两者的优势,纺粘层使产品增加了纵横向强力,而超细纤维的熔喷层又大大提高了产品的外观均匀性和抗水性,弥补了纺粘层均匀性较差、熔喷布强度较低等不足。近几年又发展了更多模头的复合技术,如SMMS、SMMMS、SSMMMSS等,形成了多层的复合,在提高产量的同时改善了产品质量。
3.2 医用SMS非织造布的结构及应用
对于SMS非织造材料来说,其表层(纺粘层)决定了手感,其内层(熔喷层)提高屏蔽、过滤特性。因此,发展一种由多种细度纤维组成的SMS非织造材料,是提高SMS非织造材料舒适性、柔软性和高屏蔽性的核心,也是进一步提高我国医用非织造布生产行业竞争力的关键。
SMS产品有薄型、中厚型以及厚型产品之分,根据产品的厚度不同其应用领域也不尽相同。通常,中厚型的SMS产品适用于医疗领域,可用于加工外科手术服、手术包布、手术罩布、膏药贴等,也适于制作工作服、防护服等。过去这类产品一直采用水刺产品,但与SMS产品对比,其阻隔能力较差,抗静水压能力也不够理想,经过“三抗”和抗静电处理的SMS产品,在医疗防护用品材料中表现突出,因而逐渐得到广泛应用。
3.3 纺粘/熔喷复合非织造布的屏蔽机理
现有的研究表明,SMS型非织造布的屏蔽特性主要有M层(熔喷层)提供,因此针对SMS非织造布屏蔽机理的研究将首先针对M层对细小颗粒物的拦截及对流体传输特性进行分析。熔喷层的数量对SMS型复合非织造材料的屏蔽阻隔性能有重要影响。对不同层数相同克重的SMS型复合材料进行基本性能测试,可以发现,在相同克重下,层数越多,产品的均匀性越好,透气量减小,静水压值变大(表 1)。考虑其屏蔽性能,熔喷头越多,喂入相同重量的原料时,分给每个喷头的减少,在同样的工艺参数下拉伸出来的纤维变细,隙率减少,屏蔽性能提高。
 
4 医用SMS非织造布原料的开发
医疗卫生产品品种繁多,目前市面上一次性产品多采用非织造工艺制得,这些产品根据制作工艺和所需具备的基本性能要求,在原料选取上有所差异。一般手术衣的表层多采用以聚丙烯(PP)和聚酯为原料的SMS产品,擦拭布及绷带这类产品一般采用以粘胶和棉为原料的水刺非织造产品。
4.1 功能性PP材料
目前在SMS产品中,用得最多的原料仍为PP。其中手术服一般以PP切片为原料,采用熔融纺丝制得非织造产品。为研发具有屏蔽、柔软、保健等特殊功能的医疗用品,可在制备聚合物切片时加入具有特殊功能的物质。如聚合物切片加工过程中添加功能性母粒,使产品具有保温、保健、抗菌、除臭等功能,更适用于医疗卫生等方面。
4.2 PP改性工艺
PP改性一般有物理改性和化学改性两种。物理改性是指通过增强、填充、共混等方法加入其他物质,使其具有新的功能;化学改性指通过接枝、共聚、交联等方式,改变PP的内部分子结构从而达到改变性能的目的。从SMS非织造产品的生产工艺上来说,对PP进行物理改性赋予其功能性的方法非常适合工业化生产。
对PP切片进行功能改性要考虑其熔点、软化点以及玻璃化转变温度,而且要分析其流变性能。在聚合物熔融过程中,温度升高、熔体流动速率增大,熔体剪切粘度减小,聚合物熔体所受的剪切应力减小,从而使纤维直径减小。一般在制备功能性切片时会添加降低聚合物熔融温度的物质,使纤维直径、不匀率和结晶度有所降低,同时能使纺丝温度降低20 ~ 30 ℃。
根据最终产品的要求添加不同种类的功能性母粒。功能性母粒的原料一般有树脂载体、分散助剂以及功能性添加剂。原料在高速混合机下充分均匀地混合,经螺杆挤出机挤出,冷却、切片、制粒得到功能性母粒。
(1)负离子母粒
SMS非织造材料作为医用产品使用时,若赋予材料抗病、抑菌的功能,将会提高产品的市场竞争力。负离子材料有除尘、净化空气、抑菌等功能,可促进新陈代谢。目前主要通过高压电产生电离,使空气产生负离子;或利用天然矿物质产品,经提炼加工制成负离子母粒。添加了负离子母粒的产品可赋予制品释放负离子的功能,负离子释放量大,有益人体健康(可按照4% ~ 5%添加到普通母粒中,均匀搅拌)。
(2)色母粒
目前常见的SMS非织造产品都带有不同的颜色,据此可以看出SMS产品的梯度分布。与此同时,现在很多手术服也不再是单一沉闷的颜色。生产有颜色的SMS产品一般在纺粘或熔喷工艺中添加色母粒,添加量通常不超过5%。添加色母粒是获得高质量树脂着色制品的常用方法,而色母粒和树脂基体流变性能的一致性直接关系到切片的品质。本文对 3 个不同厂家生产的色母粒进行了流变性能测试,结果如图 1 所示。从中可以看出,色母粒产品的剪切粘度在 5 ~ 6 Pa?s之间,选择混合使用的PP基材时应考虑其剪切粘度,使色母粒更加完美地混合其中。
(3)抗菌防臭母粒
医用口罩、伤口敷料、手术罩布等在使用前都应该阻止和抑制微生物的生长,避免医护人员和病人受到病毒感染;使用之后,也应注意防臭处理,避免污染大气环境。因此,在对SMS医用产品进行功能改性时可加入抗菌防臭母粒。抗菌母粒中,纳米银系抗菌防臭母粒具有较高的安全性、广谱高效的抗菌性和优异的耐洗涤性。目前有机抗菌防臭母粒品种主要有丙纶抗菌防臭母粒、涤纶抗菌防臭母粒和锦纶抗菌防臭母粒。
(4)柔软母粒
现阶段,消费者对非织造产品的手感及穿着舒适性有了更高的要求,柔软处理的方法有多种,包括机械法和物理法,其中添加柔软母粒需从聚合物原料入手。聚合物的柔软处理一般是在制备母粒的过程中添加增塑剂。
 
5 结束语
现阶段我国医疗机构使用的一次性防护用纺织品存在比例低、品质不高等问题,容易造成术后感染、交叉感染和重复感染。加大一次性医用产品的开发和应用,可以大幅提高我国的医疗防护水平,同时也能够节约大量的医疗资源。可降解、复合化、功能化、微创化、智能化是国际上医用产品的发展方向。SMS非织造产品独特的性能使其在医疗卫生行业快速发展,有逐步取代传统医用防护产品的趋势,而将SMS产品功能化、柔软舒适化、纤维超细化是目前行业发展的重要方向。从原料改性入手,进一步优化工艺参数,将极大地推动SMS非织造医用产品的发展与应用。