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2020-02-16

高分子材料助力武汉新冠病毒肺炎防疫战,为一线医护人员保驾护航!

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本文最后更新于2020.04.08-10:17,某些文章内容或图片具有时效性,若有不显示或链接等已失效,请在下方留言或联系弹性体杨工

 

度过不太安定的2019,迎来更加艰难的2020,新年伊始,新型冠状病毒(2019-nCoV)入侵武汉,紧接着迅速蔓延至全国各地,乃至全球都出现了大面积的疫情感染者。不过灾难无情人有情,我们从这次突如其来的天灾中看到了坚定的希望,看到了中国政府和中国人民万众一心、众志成城来打赢这场疫情防疫攻坚战的坚定信心。

 

材料不光是工业革命发展中的重要基础,同样在这次生化病毒战中发挥着它不可磨灭的急行军角色,高分子材料继续助力武汉疫情防控,医用防毒面罩/面具(高分子弹性体TPE、硅胶、聚丙烯)、医用一次性口罩(聚丙烯无纺布)、高分子医用防护服(聚四氟乙烯层压织物、聚烯烃纤维无纺布、聚酰亚胺等)、护目镜、以及用于患者治疗的药品和一次性医用耗材等物资紧急驰援武汉。加油武汉!加油中国!下面杨工就来细数一下本次新冠肺炎疫情阻击战中的各种高分子化学医用材料。正是这一系列的有机高分子材料为战“疫”前线提供弹药,为一线医护人员保驾护航。

 

一、防毒面罩弹性体、聚丙烯、硅胶、高分子

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常见的防毒面罩结构是由硬塑料和弹性体软胶材料通过二次注塑成型工艺制成的。硬塑料主要起到支撑面罩,使之空气流通;软胶材料主要是考虑到戴在面部与人体接触的舒适度。目前硬塑料通常采用聚丙烯PP,软胶材料主要有软质PVC、硅胶、橡胶、弹性体TPE、TPU等。但生产企业在综合各方面的考究(环保无毒、软触感、一体化成型加工、可回收利用…),确定在防毒面罩软胶材料上使用的基本只有硅胶和TPE两种。

 

TPE防毒面罩用材料通常是以苯乙烯类弹性体SBC(s)、三元乙丙胶EPDM、热塑性聚氨酯TPU、聚丙烯PP等为主要基材,通过独特的高分子混配工艺与双螺杆造粒加工出品的TPE颗粒料。

 

二、一次性口罩 无纺布口罩 能抗病毒吗?

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 良好的透气性,无纺布优于其他织物,如果与滤纸混合,则具有更好的过滤性。同时,无纺布口罩的吸水率将达到防水效果,比纱布口罩好多了。

 

无纺布口罩具有良好的柔韧性。即使左右拉伸,也不会显得蓬头垢面。即使它们被洗多次,它们也不会在阳光下硬化。无纺布面膜具有弹性,长期使用后可恢复原状。因此,日常使用纱布或无纺布制作的一次性口罩防沙尘、飞沫等功效是足够了,对于抗病毒,抗菌感染,建议选择医用口罩。除了高卫生要求外,医用防护口罩还具有有效阻挡液体飞溅的功能。由于手术过程中血液或传染性体液飞溅的可能性,这种飞溅具有一定的压力,而不是一般的液体渗透,并且口罩材料阻挡加压液体的能力相对较高。只有这样才能有效抗病毒病原体。因此,在医用防护口罩的标准中,使用特殊的测试方法来测试这些产品的阻隔液体性质。

更多口罩知识,请阅读→ 罩的主要种类?口罩防病毒与熔喷无纺布的关系?

 

三、医用防护服 (聚四氟乙烯层压织物-PTFE、聚烯烃纤维无纺布、特卫强

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医用防护服包括医疗环境下医护人员穿戴的各类服装,含日常工作服、外科手术服、隔离衣以及防护服等。根据应用环境及功能的不同,医用防护服对于液体及细菌渗入有不同的标准等级,所采用的制作材料也有差异。主要可分为重复使用型和一次性使用型两类。

 

重复使用型:聚四氟乙烯层压织物-PTFE

 

重复使用型防护服,一般作为医护人员的日常工作服和手术服等。采用传统机织布、高密织物、涂层织物及层压织物等工序制成。由于层压织物是将普通织物与一层特殊薄膜通过层压工艺复合在一起制得,因防护性能及透湿透汽性能较好成为业内主流选择。

比较高端的层压织物是聚四氟乙烯PTFE超级防水透湿复合面料。该面料是以聚四氟乙烯PTFE为原料,经过胀大拉伸后形成一种具有微孔性的薄膜,将此薄膜用特殊工艺覆合在各种织物和基材上,成为新型过滤材料。由于该膜孔径小,分布均匀,孔隙率大,在保持空气流通的同时,可以过滤包括细菌在内的尘埃颗粒,达到净化且通风的目的。这种层压织物能够防风、防水、透气、透湿,而且舒适性极好。采用聚四氟乙烯复合膜作为隔离层研制的医用多功能防护服,具有耐久的防水、拒水、抗菌、抗静电、阻燃、透湿等物理机械性能,对血液、病毒(液体重或气体重)在自然条件和压力条件下都具有很好的阻隔性能,阻隔(过滤)效率大于99%。

 

一次性防护服:聚烯烃纤维无纺布

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理想的医用防护服应该具有多功能性,既要能保护医护人员免受有毒有害的液体、气体或具传染性的病毒和微生物侵袭,又要穿着舒适,在具备阻隔性能的同时,还要具备透气性、抗菌性及防致敏性,不得危害人体健康。除此之外,防护服面料选择还要考虑成本及废弃后的环保问题。

 

可重复使用的防护服,每次使用后都要进行洗涤和消毒,操作不方便,大大限制了它的织造结构,而且使用一段时间后,其防护性能有所下降。鉴于此,国际上逐渐采用一次性非织造(无纺布)材料制成的防护服。这种防护服,经过进一步的抗菌、抗静电等处理,手感和性能跟传统纺织品比较接近,而且价格较低。因此,在医疗领域的隔离衣和防护服中应用较为广泛。

 

目前,国内用于无纺布生产的三大纤维分别为聚丙烯、聚酯和粘胶纤维。其中聚丙烯所占比例最高,占62%。一般而言,用于生产无纺布的聚丙烯主要指的是高熔指聚丙烯纤维料,近年来,聚丙烯高熔纤维料的需求受多重利好因素的影响,被市场看好,生产企业也在积极的研发拓展聚丙烯纤维市场。

 

无纺布生产工艺主要有纺粘法、水刺法、闪蒸法、SMS复合材料等。纺粘法无纺布主要利用化纤纺丝的方法形成聚丙烯长丝,再借助气流或机械的方法分丝成网,其在手感和性能方面很接近于传统的纺织品;水刺法无纺布,是通过高压水柱高速水流对涤纶、锦纶、丙纶等纤维纤网喷射,使纤网中纤维运动而重新排列和相互结合,以达到固结成布的目的;闪蒸法无纺布,以聚烯烃为主要原料,采用静电分丝,使丝条在拉伸过程中相互摩擦形成静电分丝,彼此相互排斥保持单纤维状态,然后靠静电装置使纤维凝聚成网,纤网再经热轧而成;SMS复合无纺布,就是将两种以上性能各异的非织造纤网通过化学、热或机械等方式复合在一起,或者是结合不同的成网工艺制造的无纺布。

 

目前,一次性防护服多采用聚乙烯透气膜制成复合无纺布。聚乙烯透气膜在LDPE/LLDPE树脂载体中,添加50%左右的特种碳酸钙进行共混,经挤出成膜后定向拉伸一定倍率而成。由于聚乙烯树脂为热塑性塑性材料,可在一定条件下进行拉伸和结晶,拉伸时聚合物与碳酸钙颗粒之间发生界面剥离,碳酸钙颗粒周围就形成了相互连通的蜿蜒曲折的孔隙或通道,正是这些孔隙和通道赋予了薄膜的透气(湿)功能,从而沟通了薄膜两面的环境。

 

四、医用防护密封条 (特卫强、高密度聚乙烯HDPE 保障无缝无针孔)

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不仅医用防护服的材料要采用化学专用料,而且服装的接缝处也要用专业的胶条进行处理,这样才能够有效防止病毒等从接缝位置穿透,达到医护人员专业防护的标准要求。一般来讲,一次性防护服所有接缝均用无纺布热熔胶通过超声波粘合,使得防护服表现为无缝无针孔,增强了防护服接缝的抗拉力,彻底杜绝接缝处漏气、漏水、漏菌,且穿着舒适。

 

PS:自新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生以来,全国医用防护服需求量激增。作为医用防护服上重要材料之一的密封条,需求量同时大增,相关企业现正紧急生产医用防护服的各部件,以更好地保障疫情前线人员物资所需。

 

高端代表:特卫强材料

 

近年来,美国、欧洲、日本等发达国家和地区对一次性医用产品的使用量一直呈现稳步增长的态势,对于面料的研制和应用工作也取得较多的成果。其中,杜邦公司开发的特卫强材料,为闪蒸法无纺布的代表性产品,在医疗防护领域前景十分看好。

 

杜邦公司TYVEK特卫强材料,由高密度聚乙烯HDPE经闪蒸工艺制成非常精细的纤维,其直径从0.5到10微米不等。采用加热加压来接合,无黏合剂/无方向性的长丝结构,具有高物理强度及耐化学稳定性,超细纤维形成的蛛网结构。强韧的长丝纤维保证了材料的强度、抗刺破性及低尘屑,能使各种灭菌气体高效透过,而且具有优异的微生物阻隔性,材料具有生物相容性。经测试,特卫强材料柔软、轻便,透气性好,透湿量7154克/平方米,表面抗湿性达到4级。

 

五、化学成像的医用胶片

 

医用胶片也就是患者去放射科拍的片子,上面承载着医疗影像图文信息。通常来说,黑白影像的X光胶片一般由感光乳剂层、片基、保护层、底层(结合层)组成。后来发展起来的医用彩色胶片结构比较复杂,一般分为保护层、上层感光乳剂、滤光层、隔层、中下层感光乳剂、结合层、片基、抗光晕静电层。

 

胶片的影像成分也就是感光乳剂层,由明胶、银盐和添加剂构成。其中,明胶是从动物骨骼与皮中提取的高级动物胶;银盐是金属银和化学上称为卤素的氯、溴碘形成的盐类化合物;添加剂一般是化学增感剂,一般还有抑制胶片产生灰雾的溴化钾和提高药膜强度的铬矾化学药品。

 

目前医用胶片多为化学成像胶片。所谓化学成像,是指通过一系列化学反应在胶片介质上形成最终影像,这种胶片表面是均匀涂抹的碳粉,对日光不敏感,可在明室操作,也不需化学处理。常见的化学成像胶片有激光干式胶片、热敏干式胶片,胶片在干式打印机内成像后,原有的两层保护膜脱掉,在碳粉层图像两面再各压一层保护膜。

 

无论哪种胶片,片基多采用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)聚酯材料,俗称涤纶树脂,是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物。PET塑料分子结构高度对称,具有一定的结晶取向能力,故而具有较高的成膜性。同时,这种材料具有很好的光学性能和耐候性,非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性,以及优良的耐磨耗摩擦性、尺寸稳定性、电绝缘性。

 

六、高分子材料制成的医用手套

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医生在做手术、检查病人时都会戴着专用手套并严格消毒,因此一次性医用手套用量也较大。按照使用环境的不同,一次性医用手套可分为手术手套与检查手套两大类。相对而言,手术手套的卫生要求会比检查手套更加严苛,需要灭菌、独立包装等条件。

目前医用手套多选用高分子材料,按材质不同可分为乳胶手套、丁腈手套、聚氯乙烯(PVC)手套、聚乙烯(PE)薄膜手套等。其中前两者价格较高,主要用于身体的检测及手术时防感染的隔离。

医用乳胶手套由天然乳胶加工而成,具有良好弹性和柔软质感,并具有耐磨性、耐穿刺,抗酸碱、油脂、燃油及多种溶剂等优点,有着广泛的抗化性能,防油效果良好。

而医用丁腈手套选取优质丁腈橡胶,不易致过敏,是对乳胶蛋白过敏或皮肤敏感的医护人员首选。丁腈橡胶由丁二烯、丙烯腈经乳液聚合法制得,耐油性、耐磨性、耐热性好,还具有良好的耐水性、气密性及粘结性能。更难得的是可以完美记忆手部动作,高度贴合手部肌肤,具有超强的舒适性,长时间佩戴也不会感觉疲劳。而且这种手套同样具备耐穿刺性能,适用于高风险接触血液或体液的非无菌操作,在医护人员的手部表面建立防护屏障,降低被医疗器械划伤手部皮肤。

聚氯乙烯手套不含过敏原,发尘量低,离子含量少,不含塑化剂、酯、硅油等成分,具有较强的化学抗性、良好的灵活性和触感,穿戴方便舒适,具有防静电性能,可在无尘环境中使用。

聚乙烯薄膜手套又称一次性医用检查薄膜手套,由高密度聚乙烯(HDPE)或低密度聚乙烯(LDPE)为原料吹膜压制而成,主要用途是供医护职员临床检查及病房整理时作一般隔离。

 

七、离不开塑料的输液器

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静脉输液是大家最常见的治疗手段,其治疗层面涵盖肠道外输液、营养支持、用药与输液的治疗。静脉输液会用到输液器、输液袋(输液瓶),其中输液器由静脉针或注射针、针头护帽、输液软管、药液过滤器、流速调节器、滴壶、瓶塞穿刺器、空气过滤器8个部分连接组成,部分输液器还有注射件、加药口等。

大到外科手术,小到感冒发烧,几乎都会用到静脉输液,因此输液器的用量非常大。有研究显示,中国每年仅一次性输液器的使用量就超过50亿支。

过去的输液器多以聚氯乙烯为原料制作,但其中必须加入增塑剂、稳定剂、润滑剂等方可使用。临床上使用的聚氯乙烯输液器具有价格便宜、体积小、质量轻、临床应用方便等优点。但后来人们发现聚氯乙烯对某些药物产生吸附,加之多含有增塑剂等致癌物,故现已为大多数厂家抛弃。

目前,医用输液瓶、输液管的材料有聚丙烯(PP)、聚乙烯和高密度聚乙烯三种。输液瓶由聚乙烯或聚丙烯塑料制成,而输液管是用医用无毒透明软聚氯乙烯塑料或高性能聚烯烃热塑弹性体(TPE)材料制成,TPE被认为是制作一次性输液器更安全、更高性能的材料。

除了输液瓶,输液袋目前也普遍使用。输液袋现在多采用三层或五层共挤输液用膜,即三层或五层高分子材料(多为聚丙烯)采用共挤出方式压制成膜,再制成袋。内层为完全无毒的惰性聚合物,化学性稳定,不脱落或降解出异物,通常采用聚丙烯、聚乙烯压制。中层为致密材料,具有优良的水、气阻隔性能,多采用聚丙烯、聚酰胺(PA)。外层主要是提高软袋的机械强度,目前市场上软袋所采用的材料通常有聚丙烯、聚酰胺等。

三层材料的熔点不同,从内到外逐渐升高,利于由内向外热合,使其更加严密牢固。这也是优于聚氯乙烯材料(高频焊接由外向内进行)的一个方面。

 

八、输液管

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可静脉输液的化学水溶液

静脉输液一般会用5%的葡萄糖溶液或是0.9%的氯化钠溶液作为母液,再加上其他针剂。因为发烧的时候人体不断丢失水分,所以要补充水分和电解质。

葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖,属于多羟基醛,具有多元醇和醛的性质。纯净的葡萄糖为无色晶体,有甜味,易溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚。葡萄糖在生物学领域具有重要地位,是生物体内新陈代谢不可缺少的营养物质,临床应用广泛,用于各种高热、脱水、昏迷或不能进食的患者所需的水分和热量。

葡萄糖注射液可调节水盐、电解质及酸碱平衡,可以补充能量和体液,同时可作为高渗溶液用作组织脱水剂,配制腹膜透析液、药物稀释剂。葡萄糖注射液为无色或几乎无色的澄明液体,味甜,静脉注射葡萄糖直接进入血液循环,在体内完全氧化生成二氧化碳和水,经肺和肾排出体外,同时产生能量,也可转化成糖原和脂肪贮存。

0.9%氯化钠水溶液也称生理盐水,因为它的渗透压值和正常人的血浆、组织液大致一样,可以用作补液(不会降低和增加正常人体内钠离子浓度)以及其他医疗用途,也常用作体外培养活组织、细胞。医院根据患者不同病情,会在葡萄糖、氯化钠水溶液中加入不同的注射剂,如青霉素、盐酸克林霉素、硫酸庆大霉素、复方氨基酸注射液等。


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