新型医疗防护服用TPU防水透湿膜的性能

胡 华 黄林志 白子文 杨剑平

(浙江环龙新材料科技有限公司 浙江义乌 322002)

1 防水透湿型薄膜简述

理想的医用防护服具有多重功能，一是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；二是能排汗且穿着舒适；三是要具备抗菌性及防致敏性，不会危害人体健康；四是能耐消毒并有一定的阻燃性。医用防护服的防细菌和防病毒的功能主要来自医疗防护服用薄膜。医疗防护薄膜必须可防止细菌泳移、阻隔病毒穿透，减少交叉感染。医疗防护薄膜从透湿阻隔原理区分为微孔透气型薄膜与防水透湿型薄膜两类。从材料品种上则分为聚乙烯(PE)微孔医用防护薄膜、聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)高透湿薄膜、热塑性聚醚酯弹性体(TPEE)薄膜等几类[1-2]。

(1)微孔透气型薄膜

此类薄膜上有大量通透的微孔，微孔直径小于2 μm。水滴的直径一般大于100 μm，水蒸气分子的直径约0.4 nm，空气分子的直径小于水分子。所以水蒸气和空气可以通过，而液体水则由于表面张力的束缚不能通过。细菌和病毒的直径虽小于1 μm，但由于大多存在于液体水中，所以绝大多数不能通过，从而起到防护作用。

微孔薄膜的阻水能力与孔径成反比，透湿性与孔径及数量成正比。微孔越小阻隔性越好，防护能力也越好，但透气透湿性越差。PTFE膜和PE微孔膜都属于该类产品。

(2)无微孔的防水透湿型薄膜

没有微孔的防水透湿型薄膜一般是亲水型透湿薄膜，膜上没有通透的微孔，其透湿性是通过大分子链上的亲水链段实现的。由于含有亲水链段，所以在氢键、范德华力等分子间力的作用下，大分子会在湿度较高的一侧吸收水分，并通过分子迁移与扩散，传递到湿度较低的一侧挥发，从而起到透湿作用。但由于没有孔道，所以空气、液体水都不能通过。大多数常见细菌和病毒的直径在20～300 nm之间，远远大于水分子的直径，也无法通过，从而起到防护作用。亲水型薄膜的透湿性与材料的化学组成和薄膜厚度有关，薄膜越薄，透湿性越好。通常说的TPU防水透湿膜属于该类薄膜[3]。

可以看出，单从阻隔与防护功能看，亲水性无微孔防水透湿型薄膜要好于微孔透气型薄膜。

下文主要介绍亲水性的TPU防水透湿薄膜。

2 TPU防水透湿膜的原理及其特性

TPU防水透湿薄膜采用透湿型TPU为原料生产。透湿型TPU一般是以水溶性的聚氧化乙烯二醇和4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1，4-丁二醇为主要原料合成。其软段有较高的亲水性，水分子可以通过吸附渗透到透湿型TPU软段相中，并通过迁移从湿度高的地方迁移到湿度低的地方，然后缓慢脱离并挥发，因此这种薄膜具有透湿功能。由于薄膜上没有孔道，气体和液体无法通过，所以又具有防水阻隔功能，可以用于医疗防护服的制作。

TPU防水透湿薄膜的透湿性能测试方法可按照国标GB/T 12704—2009、美国标准ASTM E96 BW-2016、日本工业标准JIS L1099B-1的测试方法进行。由于具体测试方法不同，所以按这3个标准的测试结果也不同，相互之间没有可比性。企业在生产与应用中，3个标准都有使用。TPU防水透湿薄膜具有优异的透湿功能，其单膜透湿量美标可大于10 000 g/(m2·24 h)，日标可大于120 000 g/(m2·24 h)。TPU防水透湿膜的透湿性能与TPU大分子中聚氧化乙烯链段的含量有直接的关系，聚氧化乙烯链段含量越高，透湿性能越好。

TPU防水透湿薄膜具有TPU材料的优点[4-5]：(1)非常好的强度和弹性，拉伸强度可达50 MPa以上，断裂伸长率可达600%以上；(2)优良的低温性能与耐曲挠性，在-40 ℃仍具有柔性；(3)非常好的柔软性和手感，并非常方便防护服的运输与穿着；(4)可制成各种颜色，能赋予防护服时装的美感；(5)良好的附着性，可以采用涂胶、热熔胶膜等方式进行粘合复合；(6)较低的熔点，可以方便地采用热压、高频焊接的方式进行复合加工。

3 TPU防水透湿膜与PE微孔透气膜的比较

目前，一次性防护服多用PE微孔透气膜作为医疗阻隔膜。为了考察TPU防水透湿膜的性能可否满足防护服的要求，本研究将拟用于防护服的新型TPU防水透湿膜与目前防护服使用的2种不同厚度的PE微孔透气膜(用户提供)进行对比测试，结果见表1。

表1 TPU医疗防护膜与PE微孔透气膜性能比较

从表1可以看出，TPU防水透湿膜在强度上与PE微孔膜不相上下，耐水压和透湿方面好于PE微孔膜，耐热性能、伸长率则大大超过PE微孔膜。该薄膜在材料性能方面完全可以满足医疗防护服的制作，具有耐高温消毒、柔软、手感好、透湿能力强且穿着舒适的优点。

4 TPU防水透湿膜的防护性能测试

为考察TPU防水透湿膜对细菌的阻隔性能，本研究对新型医用防护用TPU防水透湿膜进行噬菌体穿透测试，测试方法参照ASTM F 1671—2013《防护服材料抗血液传播病原体穿透性能测试》之Phi-X174噬菌体试验方法，结果见表2。

表2 TPU防水透湿薄膜噬菌体穿透测试结果

测试条件：样品暴露方法B。测试菌种：噬菌体ATCC 13706-B1，细菌为大肠杆菌ATCC 13706。测试控制：(1)阴性对照应无噬菌体穿透；(2)阳性对照应有可见噬菌体穿透；(3)测试时间60 min后，记录最终的噬菌体悬液滴度。样品尺寸：75 mm×75 mm，测试之前将测试样品和对照样在温度(20±2)℃、湿度(65±4)%的环境条件下放置24 h。

本研究针对TPU防水透湿膜进行了BS EN 13795:2001+Al:2013 《病人、医护人员和器械用作医疗用具的手术单、手术衣和洁净服：生产商、经销商和产品的一般要求、测试方法、性能要求和性能等级》的测试。采用EN ISO 22610方法测试，温度24.1 ℃，相对湿度65.0%，琼脂离平皿口距离3 mm，检测结果见表3。

表3 TPU防水透湿膜湿态微生物阻隔性测试结果

表2和表3检测结果表明，国产TPU医疗防护服用薄膜完全符合医疗防护的要求，可以用于医疗防护服的制作。

5 TPU防水透湿膜在医疗防护服上的应用

浙江环龙新材料科技有限公司与TPU膜复合无纺布生产单位及医疗防护服生产企业合作，用TPU防水透湿膜制作了医疗防护服，由广州检验检测认证集团有限公司按GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》标准进行检测，结果见表4。

表4 医疗用TPU防水透湿膜制作的防护服检测结果

由表4可知，TPU防水透湿膜复合无纺布制作的医疗防护服，完全达到GB 19082—2009的要求。

6 结论

(1)TPU防水透湿膜对细菌病毒具有优良的阻隔性能，阻隔性能指标达到ASTM F 1671-2013与BS EN 13795:2001+Al:2013的要求。

(2)TPU防水透湿膜与PE微孔透气膜相比，在强度上与PE微孔膜相当，耐水压和透湿方面好于PE微孔膜，伸长率则大大超过PE微孔膜。

(3)采用TPU高透膜复合无纺布制作的医疗防护服，完全达到GB 19082—2009的要求。