陳 浩 趙明良 楊 靖 邢明杰 寧 新

1. 山東出入境檢驗(yàn)檢疫局 (中國(guó)) 2. 青島大學(xué) 紡織服裝學(xué)院 (中國(guó)) 3. 青島大學(xué) 非織造材料與產(chǎn)業(yè)紡織品創(chuàng)新研究院(中國(guó))

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醫(yī)用非織造過(guò)濾材料的發(fā)展與應(yīng)用

陳 浩1趙明良2楊 靖2邢明杰2寧 新3

1. 山東出入境檢驗(yàn)檢疫局 (中國(guó)) 2. 青島大學(xué) 紡織服裝學(xué)院 (中國(guó)) 3. 青島大學(xué) 非織造材料與產(chǎn)業(yè)紡織品創(chuàng)新研究院(中國(guó))

非織造過(guò)濾材料作為一種新型的紡織過(guò)濾材料，在醫(yī)療衛(wèi)生、過(guò)濾等行業(yè)都有很大的應(yīng)用潛力和市場(chǎng)。介紹了非織造過(guò)濾材料的性能指標(biāo)、測(cè)試方法及在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用,分析了醫(yī)用非織造過(guò)濾材料的市場(chǎng)前景和發(fā)展趨勢(shì)。

非織造材料; 過(guò)濾材料; 醫(yī)療領(lǐng)域; 應(yīng)用

過(guò)濾是一個(gè)在氣體或液體中分離、捕捉顆粒狀物質(zhì)的過(guò)程，應(yīng)用于過(guò)濾的非織造材料具有很多優(yōu)良特性，主要為過(guò)濾效率高、易生產(chǎn)、成本小、價(jià)格低，易與其他種類的非織造過(guò)濾材料復(fù)合，且容易在生產(chǎn)線上進(jìn)行打裥、折疊和模壓成型等深加工處理，因而非織造過(guò)濾材料將可逐步取代傳統(tǒng)的過(guò)濾材料，并廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，過(guò)濾用非織造紡織品的用量將越來(lái)越大。

由于醫(yī)療衛(wèi)生用品大部分為一次性用品，非織造材料不僅易于加工、成本低廉，而且還能有效防止病菌的傳播和交叉感染。因此，非織造過(guò)濾材料在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用尤其廣泛。非織造纖維網(wǎng)制成的過(guò)濾材料，由于孔隙多、表面毛羽較少，具有良好的吸濕和透氣性，優(yōu)于傳統(tǒng)紗布的抗菌性，不易與人體傷口粘連發(fā)生感染，因而得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

1 影響過(guò)濾效率的因素

1.1 非織造材料結(jié)構(gòu)

一般情況下，要求過(guò)濾材料在結(jié)構(gòu)上能夠阻擋或吸附顆粒，并確保一定量的氣體順利通過(guò)。過(guò)濾材料的過(guò)濾作用是通過(guò)其內(nèi)部的孔隙通道實(shí)現(xiàn)的，所以孔徑及其分布對(duì)材料的過(guò)濾效率有很大影響。研究表明，非織造材料孔隙率越小，過(guò)濾效率越高。這是因?yàn)椴牧峡紫堵蕼p小時(shí)，纖維在整個(gè)材料結(jié)構(gòu)中所占的空間增大，與顆粒的接觸機(jī)會(huì)增多，對(duì)顆粒的捕捉能力增強(qiáng)，因此材料的過(guò)濾效率提高。對(duì)過(guò)濾用非織造材料而言，其結(jié)構(gòu)與過(guò)濾效率有著密不可分的關(guān)系[1-2]。

1.2 顆粒尺寸和形狀

顆粒的尺寸和形狀影響過(guò)濾材料的過(guò)濾效率。

顆粒粒徑由小到大，擴(kuò)散效率則逐漸減弱，粒徑較小的顆粒由于擴(kuò)散作用會(huì)先沉積在纖維上，粒徑較大的顆粒由于攔截和慣性作用也會(huì)沉積在纖維上。圖1所示為微粒直徑與過(guò)濾效率的關(guān)系。

圖1 微粒直徑與過(guò)濾效率的關(guān)系

1.3 過(guò)濾速度

圖2 過(guò)濾速度與過(guò)濾效率的關(guān)系

過(guò)濾速度與過(guò)濾效率的關(guān)系如圖2[3]所示?？梢姡谶^(guò)濾速度較小的情況下，隨著過(guò)濾速度的增大，過(guò)濾效率下降。對(duì)于直徑相同的纖維而言，隨著顆粒直徑的減小，纖維越不易捕捉顆粒，顆粒穿透率增大，導(dǎo)致過(guò)濾效率降低；對(duì)粒徑相同的顆粒而言，隨著纖維直徑的增大，纖維比表面積減小，對(duì)顆粒的捕捉能力減弱，顆粒穿透率增加，導(dǎo)致過(guò)濾效率降低。

1.4 溫濕度

過(guò)濾材料主要依靠布朗擴(kuò)散、截留、慣性碰撞、重力沉積等機(jī)械作用來(lái)過(guò)濾空氣中的顆粒。過(guò)濾空氣時(shí)，升高溫度，顆粒的擴(kuò)散程度會(huì)隨之增強(qiáng)，但溫度升高，氣體的黏性也變大，粒徑較大的顆粒由于慣性和重力，不易沉積在纖維上[4]，過(guò)濾效果明顯下降。且提高過(guò)濾空氣的濕度后，顆粒的擴(kuò)散程度會(huì)增大，過(guò)濾效果也將明顯下降。

2 過(guò)濾材料的性能測(cè)試

過(guò)濾材料的過(guò)濾性能指標(biāo)包括孔徑、透氣性、過(guò)濾材料的相容性，以及過(guò)濾精度等。

2.1 孔徑

過(guò)濾材料和過(guò)濾產(chǎn)品尺寸都用孔徑(μm)表征，但孔徑和過(guò)濾精度沒有直接聯(lián)系?？讖降臏y(cè)試方法有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，即將過(guò)濾材料浸入試驗(yàn)溶液中，同時(shí)在過(guò)濾材料的末端施加一定壓力的氣體，氣體從另一端以氣泡的形式溢出，用溢泡點(diǎn)氣泡的微壓值來(lái)表征孔徑的大小[5]。計(jì)算式為

式中:D——孔徑；S——試驗(yàn)液表面張力；P——溢泡點(diǎn)微壓值。

在城市化進(jìn)程不斷加快的信息時(shí)代下，人們對(duì)電力的需求日益增多。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)工業(yè)化得到了迅猛的發(fā)展。雖然工業(yè)化的發(fā)展，在一定程度上促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮，但是也導(dǎo)致我國(guó)環(huán)境污染受到了嚴(yán)重破壞。因此，現(xiàn)階段，人們逐漸加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境和空氣質(zhì)量的重視。為了滿足人們的生活需求，工業(yè)化電廠企業(yè)逐漸開始重視脫硫脫硝和煙氣除塵技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)電廠鍋爐脫硫脫硝和煙氣除塵技術(shù)的特點(diǎn)、技術(shù)等分析，對(duì)于促進(jìn)電廠過(guò)濾的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

2.2 透氣性

透氣性是衡量過(guò)濾材料性能的一項(xiàng)指標(biāo)，是指在單位壓差作用下單位面積過(guò)濾材料所通過(guò)的平均空氣流量。透氣性是產(chǎn)品過(guò)濾性能的直接影響因素，大多基于一定量的氣體通過(guò)一定面積的過(guò)濾材料時(shí)所遇到的阻力進(jìn)行表征。

2.3 過(guò)濾材料的相容性

過(guò)濾材料還會(huì)受到工作液體的影響，如果與工作液體不相容，過(guò)濾材料就極可能出現(xiàn)軟化和熔融狀況[6]；過(guò)濾材料的相關(guān)性能在酸、堿及其他化學(xué)試劑作用下也會(huì)發(fā)生改變，出現(xiàn)變脆、變軟、發(fā)脹及分解等現(xiàn)象，這必將嚴(yán)重影響過(guò)濾材料的使用性能。

3 醫(yī)療過(guò)濾用非織造材料的應(yīng)用狀況

非織造過(guò)濾材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越得到人們的認(rèn)可，許多國(guó)家都有大量投入，以研發(fā)更多、更實(shí)用的非織造過(guò)濾材料。其中，液體過(guò)濾材料和空氣過(guò)濾材料是當(dāng)前具有較大研究?jī)r(jià)值的兩類醫(yī)用非織造過(guò)濾材料。

3.1 醫(yī)療液體過(guò)濾用非織造材料

當(dāng)今醫(yī)學(xué)上關(guān)于血液過(guò)濾用非織造材料、人造器官和止血紗布的研究較以往增多，這些材料都屬非織造液體過(guò)濾材料。例如，經(jīng)常需要給病人或傷員進(jìn)行輸血，但血液中含有白細(xì)胞，而白細(xì)胞抗體的存在會(huì)產(chǎn)生許多副作用，如非溶血性熱反應(yīng)、呼吸困難及病毒傳染等，為減少這些副作用，通常需在輸血過(guò)程中采用去除白細(xì)胞的辦法[7]。非織造材料由于其特殊結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良的過(guò)濾性能，其中，熔噴非織造材料又具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，因而普遍認(rèn)為是一種性能優(yōu)良的液固分離材料。以熔噴法制成的聚丙烯非織造過(guò)濾材料[8]，具備特殊的纖維結(jié)構(gòu)和細(xì)尖的邊緣等特性，間隙小且分布均勻，因而具有比表面積大的特性，同時(shí)它還具有生物特異性，無(wú)副作用，不易感染，因而可應(yīng)用在血液過(guò)濾方面。國(guó)內(nèi)外的研究資料表明，聚丙烯熔噴非織造材料經(jīng)過(guò)等離子體等表面改性處理后，親水性大大提高，能最大程度地過(guò)濾白細(xì)胞，過(guò)濾性能增強(qiáng)，對(duì)血液過(guò)濾的臨床應(yīng)用具有重要的意義。

3.2 醫(yī)療空氣過(guò)濾用非織造材料

醫(yī)療過(guò)濾用非織造材料在空氣過(guò)濾方面應(yīng)用最為廣泛的是過(guò)濾式非織造口罩，以及大量生產(chǎn)的醫(yī)療用品(包括手術(shù)服和一次性床單)。醫(yī)用非織造空氣過(guò)濾材料所用的纖維一般為合成纖維，是將不同種類的纖維混用制備的，然后將混用纖維與水性聚合物分散液黏合。

采用水刺法或熔噴法制成的非織造復(fù)合材料具備優(yōu)良的柔軟性、透氣性和過(guò)濾性能，可用于制作過(guò)濾式醫(yī)用防護(hù)口罩。這種防護(hù)口罩要求能阻止病菌通過(guò)空氣傳播給醫(yī)生或病人，降低手術(shù)的危險(xiǎn)性。為此，對(duì)用于制造熔噴非織造過(guò)濾材料的纖維有嚴(yán)格要求，要求纖維直徑足夠小，小于病毒和塵埃直徑，從而使非織造材料中纖維表面積非常大，以確保醫(yī)用防護(hù)口罩具有優(yōu)良的氣體過(guò)濾和細(xì)菌屏蔽功能。

針刺非織造材料的孔隙通道為蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具有一定的強(qiáng)度，作為一種性能優(yōu)良的過(guò)濾材料也可應(yīng)用于非織造口罩的生產(chǎn)。目前開發(fā)了一種由兩層針刺非織造材料組成的過(guò)濾式非織造口罩[9]，選用100%聚酯纖維，或聚乙烯醇纖維與聚酯纖維各占50%的混合纖維為原料，為增強(qiáng)過(guò)濾細(xì)菌的能力，可將具有一定蓬松度的聚丙烯纖網(wǎng)放在表層與內(nèi)層之間，或采用電極化的聚丙烯纖網(wǎng)，這種電極化的聚丙烯纖維網(wǎng)可由熔噴法[10]制得。

目前，越來(lái)越多的口罩都選用復(fù)合非織造材料進(jìn)行生產(chǎn)。

4 結(jié)論

復(fù)合材料已越來(lái)越多地應(yīng)用于防護(hù)性醫(yī)用品領(lǐng)域，使用時(shí)要求兼顧材料的細(xì)菌屏蔽性、舒適性和透氣性等。世界各國(guó)已越來(lái)越重視對(duì)功能性纖維材料的研發(fā)，將生物醫(yī)學(xué)與功能性非織造纖維結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，相信未來(lái)一定能開發(fā)出科技含量更高的醫(yī)療用非織造過(guò)濾材料，并在醫(yī)療實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。

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Development and application of medical nonwoven filter materials

ChenHao1,ZhaoMingliang2,YangJing2,XingMingjie2,NingXin3

1.ShandongEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Qingdao/China2.CollegeofTextiles&Clothing,QingdaoUniversity,Qingdao/China3.IndustrialResearchInstituteofNonwoven&TechnicalTextiles,QingdaoUniversity,Qingdao/China

Nonwoven filter materials as a new type of textile filter material, have a great application potential and market in many fields such as medical care and filter. Medical nonwoven filter materials were introduced by the performance index, the test method and the application in medical fields. The market prospect and development trend of medical nonwoven filter materials were analyzed.

nonwoven; filter material; medical field; application