医用防护服透湿量测试分析

作者:济南兰光机电技术有限公司 范珺 文章来源:PT塑料网 发布时间:2020-06-01
医用防护服通常由织物材料、PU或TPU膜复合而成,精准控制其透湿量十分重要,因为它决定着防护服隔离性与舒适性的平衡。本文通过对不同试验方法的比较及测试条件的选择,分析了如何对医用防护服透湿量进行精确测量。

在2020年抗击新冠病毒的战“疫”中,3.2万名医护人员从各省市驰援湖北,如点点生命之荧光,带着希望汇入荆楚大地。只把“白衣”作“战袍”,在疫情最危险的医院和实验室里,这些“医护逆行者”们穿上了厚厚的防护服,奋战在抗疫一线。

 第一次体验防护服的周医生

“很多人告诉我穿了防护服以后可能会有憋闷、呕吐等等不适反应,我一开始是不信的。”作为支援武汉市金银潭医院最早的一批医护人员,周畅军医生在支援武汉之前从没穿过防护服。当他来到金银潭医院接手重症病房之前,第一次体验了穿上防护服的感受:湿热憋闷、喘不过气,衣衫不停地被汗水打湿,再被身体烘干,再打湿……像蒸桑拿的感觉。“从隔离病房出来的第一感觉是全身瘫软,只想躺在地上,全身衣服都湿透了。”周医生说道。

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医用防护服的透湿量决定着防护服隔离性与舒适性的平衡,因此需要精确控制

在战“疫”一线,脸部压痕成了医护人员的标配,而泡在汗水里成了他们的工作常态。

透湿量——防护服隔离性与舒适性的矛盾

根据国家标准GB 19082-2009《医用一次性防护服技术要求》的定义,医用防护服,是医务人员在工作时接触具有潜在感染性的患者血液、体液、分泌物及空气中的颗粒物等提供阻隔、防护作用的专业服装。可以说阻隔功能是医用防护服的关键指标体系,比如抗渗水性、抗合成血液穿透性、表面抗湿性,以及过滤效果(对非油性颗粒的阻隔)等。

与这些指标相比,有一个指标有些许特殊,即透湿量,它表征了防护服对水蒸气的渗透能力。简单来说,就是评价防护服疏导人体发散的汗液蒸气的能力,防护服的透湿量越大,憋闷、汗液难排的问题就越能得到缓解,更利于医护人员的穿着舒适。

一阻,一疏,从一定程度上来看是相互矛盾的两个问题。防护服阻隔能力的提升通常会牺牲一部分渗透能力,达到二者的统一,是目前企业研发的目标之一,也是国标GB 19082-2009的编制初衷。故在标准中,明确规定了医用一次性防护服材料透湿量的要求:不小于2500g/(m2·24h),同时还提供了测试方法。

吸湿法与蒸发法:国内外测试标准的差异

上文说到,GB 19082-2009规定了医用一次性防护服材料透湿量的测试方法——参照GB/T 12704-1991《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分 吸湿法》进行测试。其原理是把盛有干燥剂并封以织物试样的透湿杯放置于规定温度和湿度的密封环境中,根据一定时间内透湿杯质量的变化计算试样透湿量、透湿度和透湿系数。测试中需间隔称重透湿杯的质量,尤需注意的是,称重后轻微振动杯中的干燥剂,使其上下混合,以免长时间使用上层干燥剂导致干燥效果减弱。同时还需注意干燥剂吸湿总增量不得超过10%,避免影响测试的准确性。

以上是国内标准的情况,那么国外标准情况又如何呢?目前,国际上比较通用的医用防护服标准有美国NFPA(National Fire Protection Association)的NFPA 1999:2018<Standard on Protective Clothing and Ensembles for Emergency Medical Operations>,规定了急救医用防护服的性能要求和检测;美国AAMI(The Association for Advancement of Medical Instrumentation)的AAMI PB-70:2012< Liquid  Barrier Performance and Classification of Protective Apparel and Drapes Intended for Use in Health Care Facilities>,针对一次性和重复使用型防护服规定了液体阻隔性能和分类要求。其中,涉及到透湿性能的只有NFPA1999:2018“Moisture Vapor Transmission Rate”。

NFPA1999规定:医用防护服材料应具备至少650g/(m2•24h)的水蒸气透过量。测试方法参照ASTM E96<Standard Test Medicals for Water Vapor Transmission of Materials> ,采用Procedure B-Water method(即蒸发法或减重法)在23℃的试验条件下测试。其原理是在测试杯中盛入蒸馏水,通过定时称重来测定水蒸气透过试样进入受控环境气氛中的透过速率(GB T 12704.2-2009 《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分 蒸发法》也采用此原理)。

可以看出,吸湿法和蒸发法两种测试方法的不同之处,在于前者样品一侧干燥而另侧湿润,后者样品一侧保持低湿另一侧保持高湿。两种方法中的水蒸气压差可认为一致,不同之处在于样品两侧的湿度。在测试方法的选择方面,宜根据具体的产品标准择定。ASTM E96也建议:两种试验方法不应预期获得相同的试验结果,应选择更接近使用条件的那个试验方法。

测试条件的选择

另外,根据笔者的测试经验以及相关文献研究结果,大部分织物的透湿量基本上随着温度的升高而增大;而当温度一定时,织物的透湿量基本上是随着相对湿度的增加而减少。故某一试验条件下的样品透湿量并不能代表其他试验条件下测得的透湿量!

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Labthink兰光C360M水蒸气透过率测试系统

医用防护服技术要求GB 19082-2009,虽然明确了医用一次性防护服材料透湿量的指标要求,但并没有明确说明试验条件。笔者又查阅了试验方法标准GB/T 12704.1,该标准提供了3个试验条件:a.38℃,90%RH;b.23℃,50%RH;c.20℃,65%RH。建议优先采用a组试验条件,该组条件相对湿度较大,渗透速率较快,适合实验室测试研究。考虑到防护服的实际应用环境,还是建议有能力的企业可以追加一组38℃,50%RH试验条件的测试,从而更加全面地评价防护服材料的透湿能力。

当前医用防护服“透湿能力”如何

根据测试经验和可获取的相关文献资料,主流材料和结构的医用防护服(由织物材料,PU、TPU膜复合而成),其透湿量低则500g/(m2·24h)左右,高则7000g/ (m2·24h)左右,大多集中在1000~3000g/(m2·24h)左右。疫情期间,在扩大产能解决医用防护服等抗疫物资缺乏的同时,已有专业科研机构和企业从舒适度上考虑为医护人员量体裁衣。例如华中科技大学研发的防护服温湿控制技术,采用防护服内部空气循环处理技术除湿调温,使防护服内保持干燥,提高医护人员穿着的舒适性。

为了让奋战一线的“白衣战士”穿上更加舒适的防护服来救死扶伤,产业链各方,包括透湿量检测技术提供者,有必要共同协作努力,开发出隔离性与舒适性相平衡的医用防护服。

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