生化防護服的分類及檢測方法

石余卿，張蕓娟，文 莉

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海200040）

0 引言

生化防護服是一種可以阻礙有毒氣體、化學(xué)物質(zhì)、病毒微生物等有害物質(zhì)，并能隔絕其與人體接觸的一種防護服裝。近年來，隨著“SARS”“新冠肺炎”等自然疫情和生化事故的不斷暴發(fā)，使得生化防護服在軍事、防疫、醫(yī)藥、消防、食品安全等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。為了獲得更加優(yōu)異的服用性能，在借助于紡織材料前沿新技術(shù)的條件下，生化防護服的性能得到了不斷完善和發(fā)展，自凈化材料、納米纖維、活性炭纖維、功能性纖維材料的應(yīng)用[1-3]，使得生化防護服在機械強力、耐用性、抵御生物制劑及化學(xué)藥劑等方面得到了極大的改善。然而，現(xiàn)階段的生化防護服仍然還存在很多局限性，如：熱負荷大、使用笨重、舒適性差、交流不便等。因此，研制性能更加優(yōu)良的生化防護服，成為我國乃至全世界不斷追求的目標。隨著新材料的不斷涌現(xiàn)和新技術(shù)的不斷革新，生化防護服將迎來“高精新”的發(fā)展趨勢，逐漸趨于多功能化、智能化、高精密化、高舒適性，從而滿足日益變化的生態(tài)文明發(fā)展的需求[4-5]。

1 生化防護服的種類及防護機制

由于一些特定的工況因素，軍人、醫(yī)生或其他特定職業(yè)者需要在有毒有害的生物或化學(xué)環(huán)境中工作，生化防護服就是為保護這些特定的工作者而設(shè)計的防護服裝。當前，會對人身體造成傷害的有毒有害的生物或化學(xué)物質(zhì)主要存在氣、霧、煙、液、粉等5種形態(tài)。這些有毒物質(zhì)主要侵襲人體的呼吸道、消化道、眼睛、黏膜、傷口、皮膚等部位，會對人體造成損傷或不可逆轉(zhuǎn)的傷害。因此，為避免有害物質(zhì)對人體的傷害，要求防護服具有較好阻斷有毒物質(zhì)對人體傷害的性能。

事實上，防護服穿著在人體上除了必要的防護性能外，服用性能也是一個重要指標。若防護服的透氣、透濕性能較差，即使能隔絕有毒有害物質(zhì)，服用者也無法長時間穿著，嚴重影響作業(yè)時間和作業(yè)效率。因而，防護服的防護材料一般均需兼顧防護和透濕透氣兩個方面。具體來講，可分為以下4種類型，即：滲透型材料、半滲透型材料、非滲透型材料和選擇滲透型材料。

1.1 隔絕式防護服

隔絕式防護服一般使用具有良好抗?jié)B透性能的非滲透型材料，如丁基橡膠、氯丁橡膠和其他彈性聚合物，可以有效阻止5種形態(tài)的有毒物質(zhì)的通透[6]，其防護機制是將人體局部或整體封閉在防護服包圍的微型環(huán)境中，使人體徹底與有毒有害物質(zhì)隔離，從而起到防護作用。這種防護服的優(yōu)點是防護性能優(yōu)良，不受毒源種類的限制和制約，常用于污染嚴重或不明污染源的環(huán)境中，其防護原理見圖1。

然而，這種防護服存在不透氣、不透濕等明顯的缺點，無法將人體散發(fā)的熱量和濕氣釋放到外界，容易引起熱激反應(yīng)和冷激反應(yīng)等[7]。另外，這種材料制作防護服時還需要配置體積龐大、質(zhì)量超重的微氣候調(diào)節(jié)裝置和供氧裝置[8]。

圖1 隔絕式防護服防護原理

1.2 半透氣式防護服

一般制作半透氣式防護服常采用的材料為具有優(yōu)良透濕性能的半滲透型材料。這種材料在有效防止有毒有害物質(zhì)穿透的情況下，其優(yōu)良的滲透性可有效地減少“熱應(yīng)激”現(xiàn)象，其防護原理見圖2。美國Gore公司開發(fā)的Gore-Tex膜和我國總后勤部軍需裝備研究所開發(fā)的PTFE膜都屬于半滲透型防護材料[9]。

圖2 半透氣式防護服防護原理

半滲透型材料是一類只允許小分子氣體透過，但阻止大分子透過的微孔材料。半滲透型材料的微孔尺寸僅允許比水蒸氣小的分子通過，其他有毒液體、有機大分子氣體都無法通過，故而既可以滿足一般的防護需求，又具有良好的服用性能。郝新敏等[10]研制的“非典”防護服，先采用聚酯纖維或棉纖維嵌織有機導(dǎo)電纖維制成面料，然后對面料進行抗菌、抗水拒油、阻燃等功能性整理，再與PTFE復(fù)合膜（微孔聚四氟乙烯/聚醚酯復(fù)合）進行層壓后制成，且里層采用網(wǎng)眼經(jīng)編織物。由此類材料制成的防護服具有耐久的隔離病毒、防血液滲透、防靜電、防水、防油、抗菌、透濕等多項功能，綜合防護性能達到甚至超過國家標準GB 19082—2009《醫(yī)用一次性防護服技術(shù)要求》的要求。

鑒于半透氣式防護服的缺點是無法阻止小分子蒸汽，故而制作半透氣式防護服時仍需要添加吸附型防護材料，以提高其防護性能。

1.3 透氣式防護服

透氣式防護服是一類既可透過空氣和濕氣，又能阻止毒劑氣體透過的防護服，其面料一般由多層材料組成（外層織物、吸附層、內(nèi)層織物），如非織造布、吸附型材料或裝入非織造氈片的炭末以及里子布組成。由于非織造布滲透性較好，空氣、液體、氣懸物及有毒有害生物、化學(xué)物質(zhì)都可以透過，因而其防護原理主要是依據(jù)吸附型材料來吸附有毒有害物質(zhì)，但對于高靜態(tài)壓力的液態(tài)化學(xué)物質(zhì)、有毒蒸汽，其防護性能較弱，故而會在外層織物上涂覆功能型整理劑以阻止此類物質(zhì)的通過，其防護原理詳見圖3。

吸附型材料的吸附主要是物理吸附和化學(xué)吸附。其中，化學(xué)吸附主要是利用織物上添加的物質(zhì)與毒劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成無毒物質(zhì)，最終達到防護的效果，是早期透氣式防護服采用的吸附類型，如：早在20世紀20年代，美國人將普通軍服浸漬氯胺類溶液[11]，借助于氨氮反應(yīng)生成一氯胺或二氯胺，從而達到殺菌消毒的目的，但其氧化能力比氯稍低。鑒于化學(xué)浸漬試劑會對織物有腐蝕性，且影響穿著者的舒適性，因而逐漸被物理吸附取代。

物理吸附主要采用活性炭的多層結(jié)構(gòu)，將有毒有害物質(zhì)吸附存儲起來達到防護目的。然而，物理吸附也存有缺陷，如：吸附毒劑發(fā)生解析會對環(huán)境、人體造成二次危害，其他無害物質(zhì)的吸附會降低對有害物質(zhì)的吸附能力；使用量較大，直接影響使用者的穿著行動能力。

圖3 透氣式防護服防護原理

1.4 選擇性透氣式防護服

選擇性透氣式防護服采用的防護材料具有非滲透型和半滲透型的復(fù)合功能，既能防止有害物質(zhì)對人體的危害，又具有良好的透氣透濕性能，服用性能良好。選擇性透氣式防護服是一類只允許水汽分子透過，但可阻止其他液體、氣體和氣溶膠物質(zhì)透過的防護服。它通常由選擇性滲透膜材料制成，水汽分子通過溶解/擴散機制透過防護材料，無需添加吸附型材料就可實現(xiàn)較好的防護性能，其防護原理詳見圖4。當然這是理想型選擇式防護服，實際應(yīng)用中還存在一些問題。

選擇性透氣式防護服制作的關(guān)鍵是選擇性滲透膜材料的選擇。目前，很多國家的科學(xué)家都在尋找適宜的防護材料。美國和德國科學(xué)家研制出一種叫Spiratec Hybird的防護織物[12]，美國W L Gore公司和Akzo Nobel公司研制出胺基薄膜/纖維系統(tǒng)和纖維基薄膜/纖維系統(tǒng)[13]，英國研制出一種由PVOH（聚乙烯醇）和PEI（聚乙烯亞胺）組成的新型聚合物材料等先進材料，既能防液態(tài)、氣態(tài)、氣溶膠等多種形態(tài)的有毒化學(xué)物質(zhì)、微生物和病毒，又具有輕薄、透濕、防水等良好的生理功能。

圖4 透氣式防護服防護原理

2 生化防護服的檢測方法

生化防護服作為特殊環(huán)境中使用的防護服裝，在防護性能和服用性能方面與常規(guī)服裝有著不同的要求，故所采用的檢測標準也不盡相同。防護服的質(zhì)量控制標準根據(jù)其用途可分為工業(yè)用防護服標準和醫(yī)用防護服標準。國內(nèi)外常用的工業(yè)用防護服標準詳見表1，醫(yī)用防護服標準詳見表2。

從性能要求來看，國內(nèi)外標準均包含了對防護服整體質(zhì)量及各個成分、各個部件的詳細質(zhì)量要求，需要檢測的項目一般包括漲破強度、液體穿透性、透濕量、阻燃性等。美國NFPA標準體系分類簡單，但是對低等級防護服的質(zhì)量要求沒有規(guī)定；歐洲EN標準體系分類較細，對高端防護服和低端防護服的質(zhì)量要求均有較好的涵蓋；ISO標準體系與EN標準體系的規(guī)定相似，但ISO標準將所有分類信息集中在一個標準里，便于查找應(yīng)用；我國國標GB標準體系的分類較為合理，對高等級和低等級化學(xué)防護服的質(zhì)量要求均有涵蓋，且分類更為簡便，便于掌握。除此之外，歐美等國家對生化防護服的整體性能要求要比中國高，這可能與每個國家生化防護服的使用要求、應(yīng)用環(huán)境及發(fā)展水平息息相關(guān)。

表1 國內(nèi)外常用工業(yè)用防護服標準

表2 國內(nèi)外常用醫(yī)用防護服標準

3 結(jié)論

（1）隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，許多高性能、感應(yīng)性原材料應(yīng)用于服裝面料。在生化防護服的實際應(yīng)用中，針對不同的使用目的和使用環(huán)境，對防護性能和其他性能的要求也不同。

（2）醫(yī)療衛(wèi)生和防疫用防護服要求阻隔病毒、衣原體、立克次體、細菌等微生物；軍隊的生化防護服應(yīng)具有良好的阻隔性和對化學(xué)毒劑的吸附與分解性。

（3）在生化防護服的性能研究中，既要注重生化防護服性能要求的全面性，即生化防護服不僅應(yīng)同時具備良好的防護性、服用性和穿著舒適性，還要根據(jù)各類生化防護服的不同用途，在其性能要求上有所側(cè)重，即視不同的使用環(huán)境增加或增強生化防護服在某些性能方面的要求，使生化防護服的性能要求進一步趨向全面和合理。