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盘点高分子材料在疫战中的作用

从1月25日正式开工到2月2日,7000余名建设者历经9个日夜鏖战完成火神山医院的交付,并且从2月3日起,火神山医院将正式收治新型冠状病毒感染的肺炎患者。


  
接下来我们就盘点一下高分子材料在火神山医院建设中的应用:

HDPE 防渗膜
现场施工人员铺设的「两布一膜」–两层土工布及一层HDPE防渗膜和第二层20公分厚砂石。HDPE 防渗膜全称为「高密度聚乙烯膜」,其采用的材料均为环保无毒材料,具有良好的防渗效果,化学稳定性、耐老化性能出众。

近年来,HDPE 防渗膜就被广泛用于环保、环卫、市政、水利等工程的防潮、防渗、防漏等环节,为环境防渗、防漏提供了很好的保障。其工艺原理,是利用防渗膜的防渗时间长,防渗效果好等特点,将HDPE防渗膜铺设在需要进行防渗处理的基面上,上面铺设素土、砂垫层或者砼保护层,从而形成一个整体、封闭的防渗体系。

防渗膜施工技术之工艺特点:
1. HDPE防渗膜有很高的灵活性,可满足不同工程防渗要求,可操作性强、施工方便、机械投入少。
2. 成本低、经济效益高,经实际测算采用该工艺要比钢筋砼自防水及黏土防水等普通防渗工艺的一般工程要节约成本30~50%。
3. HDPE防渗膜采用的材料均为环保材料,防渗原理是普通物理变化,不产生任何有害物质。
4. 防渗系数高,可有效克服基面的不均匀沉降,在非日光照射条件下使用寿命较长,可达30~50年。
5. 施工进度快,效率高。

吊装箱式板房
火神山医院修建运用当年非典期间北京的「小汤山」医院模式,甚至建筑和设计单位都是直接在小汤山医院建筑图纸基础上,针对选址和疫情特点再进行优化设计。此类型医院能够被快速搭建的重要因素是,使用复合轻钢板材板房。这种活动板房通常都是一种以轻钢为骨架,以夹芯板为围护材料,以标准模数系列进行空间合成,构件采用螺栓连接。这种活动板房,可方便快捷地进行组装和拆卸,实现临时建筑的通用标准化。

在板房材料中,许多种高分子材料也会派上用场,以一种新型装配式板房为例,其整体结构由以下构成:
1. 基础:箱式房对基础要求低,可采用硬化地坪、混凝土角柱基础或者刚结构平台基础。
2. 墙体:墙体采用50mm厚岩棉板,容重80kg/m3 ,防火性能优异,A1级不燃,保温性能好,导热系数0.04W/(m·K),能同时满足南北方使用需求,同时隔热吸音效果显著。
3. 屋面板:屋面板设计采用上下层玻璃钢夹芯复合材料,玻璃钢由无碱玻璃钢纤维及不饱和聚酯树脂复合而成,具有强度高,质量轻、不变形等优点,同时其耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、耐老化的特性提高了整箱的使用寿命。
4. 地板:设计上选用PVC塑胶地板。以聚氯乙烯为主要原料,经过一系列的物理加工过程而生产出的具有干净、整洁、弹性、吸音等功能的地面装饰材料。其绿色环保,不仅轻薄,而且超强耐磨,具有高弹性和超强抗冲击性,防火防滑阻燃,而且不会发生腐蚀,性能好、用途广泛。
5. 电气系统:箱式房电气系统根据所设计特殊顶部梁形成暗线槽及预埋在岩棉彩钢板内的暗线管,形成标准的暗埋电气系统,整体标准美观。
6. 梁柱:箱式房梁柱自主研发特殊形状梁柱,充分考虑强度、防水及寿命的使用要求。

护目镜
护目镜主要在进行诊疗、护理操作,可能发生患者血液、体液、分泌物等喷溅时;近距离接触经飞沫传播的传染病患者时;为呼吸道传染病患者进行气管切开、气管插管等近距离操作,可能发生患者血液、体液、分泌物喷溅时进行使用。

                      

医用多功能护目镜多由镜片、镜架组成,镜架材质无特殊要求。通常以光学树脂、聚碳酸脂(PC)或聚甲基丙烯酸甲脂(亚克力)为镜片材料,加以防蓝光、防紫外线、抗光学辐射、抗冲击等独特的光学晶体材料和独家特殊工艺研发制成。

医用口罩
经此疫情,口罩现在也已经成为人手必备的物品了,不管是医用外科口罩,还是N95口罩,这其中都用到了高分子材料。

                         

早年间,大陸医用口罩绝大部分由8-12层棉纱布制成,其阻隔效率低,表面容易吸湿,极易发生交叉感染。早期所用的高效口罩材料是超细玻璃纤维,1980年以后,因为合成超细纤维技术逐渐成熟,加上原料的改良及加静电技术的提升,合成超细加静电纤维的过滤效能要比早期的超细玻璃纤维好,空气阻力也降低了许多,此外皮肤过敏反应亦少。

目前医用口罩多采用非织造布复合制作而成,其中口罩面体分为内、中、外三层,内层为亲肤材质(普通卫生纱布或无纺布),中层为隔离过滤层(超细聚丙烯纤维熔喷材料层),外层为特殊材料抑菌层(无纺布或超薄聚丙烯熔喷材料层)。

非织造口罩主要生产工艺包括热粘、纺粘、熔喷和水刺法等。其中聚丙烯熔喷法非织造材料纤维结构较细,直径多在0.5-4μm间,尤适用于做过滤材料。医用非织造空气过滤材料所用的纤维一般为合成纤维,是将不同种类的纤维混用制备的,然后将混用纤维与水性聚合物分散液黏合。采用水刺法或熔喷法制成的非织造复合材料具备优良的柔软性、透气性和过滤性能,适用于制作过滤式医用防护口罩。

以熔喷非织造布(简称熔喷布)作为过滤层的医用防护口罩,由于熔喷布纤维直径超细、排列杂乱无序,因此具有三维多微孔结构、比表面积大、孔径小、孔隙率高、可弯曲、可造型、高效低阻等特点。且熔喷布对空气中的微细粉尘和细菌等微纳米颗粒具有优良的捕获能力,是一种优异的纤维过滤材料,通常作为各种中高效过滤器件的过滤部件。也因此,非织造医用防护口罩的过滤性能远优于传统的纱布口罩。

防护服
医用防护服的作用是产生细菌阻隔层,以防止细菌泳移,减少交叉感染。在本次疫战中,一次性医用防护服也是前线医务人员必需装备,目前国际上较为通用的标准是美国NIOSH标准和欧盟的EN标准。

医用防护服按面料的组织结构可分为机织、非织造布和复合材料;按使用期限分为用即弃型(一次性使用)、限次型和可重复使用型;按加工复合技术来说有整理加工、涂层和覆膜三大类方法。近年来一些科研单位和企业已经开发出不少医用防护服,大多以非织造布为主要面料。下文就几种常用的非织造医用防护材料及其发展趋势进行介绍。

水刺非织造布是20世纪90年代发展起来的,它可以通过「三抗」(抗酒精、抗血、抗油)、抗静电、抗菌等处理及γ射线消毒,是替代传统纺织品的优异材料。但这种水刺非织造布的抗静水压相对较低,对病毒粒子阻隔效率也比较差,只能替代传统的纺织品用于普通的手术服、手术洞巾等材料的制备,不是理想的防护材料。

之后有人发明了纺粘法非织造材料,其生产工艺流程短,生产效率高,成本非常低。同时也可经过“三抗”和抗静电、抗菌等处理,用于医用防护材料可大大减少交叉感染率,可替代传统的纺织防护材料制成抗菌、抗静电防护服等。但传统的纺粘非织造材料抗静水压也不高,对病毒粒子的阻隔效率也比较差,因此只能作为无菌外科手术服、消毒包布等普通防护用品。

为了提高静水压,有人开始开发熔喷法非织造布作为医用防护材料。由于其纤维直径只有几个微米,产品的耐静水压得到了较大提高。同时发现,熔喷法非织造材料对病毒、PM2.5的阻隔效果是其他非织造材料所无法比拟的。但由于熔喷法非织造材料在生产过程中需要用热风对喷丝孔流出的熔体细流进行喷吹牵伸,接收距离非常短,纤维中的高分子链段来不及取向和结晶,所制备的产品强度非常低,大大限制了其应用。

在此基础上,有人考虑到纺粘和熔喷技术在原理上非常接近,生产设备也相似,于是将两者结合起来开发了SMS复合非织造材料,发现这种材料利用了能将两者取长补短、优势互补,同时产品又具有非常好的透气透湿性能,是一种非常理想的医用防护材料,可用于制作医用隔离服、防护服等高档医疗防护用品。

在此期间,随着闪蒸非织造技术的发展,有人发现闪蒸法非织造材料纤维非常细,产品经过热轧后强度非常高,对病毒和微小颗粒的阻隔效果相对也比较好。在非典期间,SMS材料供不应求,闪蒸法非织造材料也成为了另一种比较热门的隔离防护材料。

经历了非织造技术的发展及改进,对于能满足医疗防护材料要求的非织造医疗防护材料,其加工方法目前已经相对比较成熟,根据其制备技术的不同,目前主要有纺粘、熔喷、SMS复合技术、水刺及闪蒸等制备技术。随着人们对防护材料的要求越来越严格,这些非织造防护材料的制备也在向着多功能、高性能和差别化等方向发展。



防护帽
用于临床医务人员在医院手术室为病人做手术时使用,为医护人员起到防汗、吸汗,并能更好地固定头发,防止手术时头发外露、飘落。医用防护帽(吸汗型)一般由单层无纺布加汗圈经裁剪、缝制而成;医用防护帽(防护型)则由SMS复合无纺布加橡筋、粘扣经裁剪、缝制而成。

資料來源:荣格塑料工业

 
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