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盤點高分子材料在疫戰中的作用

從1月25日正式開工到2月2日,7000餘名建設者歷經9個日夜鏖戰完成火神山醫院的交付,並且從2月3日起,火神山醫院將正式收治新型冠狀病毒感染的肺炎患者。


 
接下來我們就盤點一下高分子材料在火神山醫院建設中的應用:
 
HDPE 防滲膜
現場施工人員鋪設的「兩布一膜」– 兩層土工布及一層HDPE防滲膜和第二層20公分厚砂石。HDPE防滲膜全稱為「高密度聚乙烯膜」,其採用的材料均為環保無毒材料,具有良好的防滲效果,化學穩定性、耐老化性能出眾。
 
近年來,HDPE 防滲膜就被廣泛用於環保、環衛、市政、水利等工程的防潮、防滲、防漏等環節,為環境防滲、防漏提供了很好的保障。其工藝原理,是利用防滲膜的防滲時間長,防滲效果好等特點,將HDPE防滲膜鋪設在需要進行防滲處理的基面上,上面鋪設素土、砂墊層或者砼保護層,從而形成一個整體、封閉的防滲體系。

防滲膜施工技術之工藝特點:
1. HDPE防滲膜有很高的靈活性,可滿足不同工程防滲要求,可操作性強、施工方便、機械投入少。
2. 成本低、經濟效益高,經實際測算採用該工藝要比鋼筋砼自防水及黏土防水等普通防滲工藝的一般工程要節約成本30~50 % 。
3. HDPE防滲膜採用的材料均為環保材料,防滲原理是普通物理變化,不產生任何有害物質。
4. 防滲係數高,可有效克服基面的不均勻沉降,在非日光照射條件下使用壽命較長,可達30~50年。
5. 施工進度快,效率高。

吊裝箱式板房
火神山醫院修建運用當年非典期間北京的「小湯山」醫院模式,甚至建築和設計單位都是直接在小湯山醫院建築圖紙基礎上,針對選址和疫情特點再進行優化設計。此類型醫院能夠被快速搭建的重要因素是,使用複合輕鋼板材板房。這種活動板房通常都是一種以輕鋼為骨架,以夾芯板為圍護材料,以標準模數係列進行空間合成,構件採用螺栓連接。這種活動板房,可方便快捷地進行組裝和拆卸,實現臨時建築的通用標準化。

在板房材料中,許多種高分子材料也會派上用場,以一種新型裝配式板房為例,其整體結構由以下構成:
1. 基礎:箱式房對基礎要求低,可採用硬化地坪、混凝土角柱基礎或者剛結構平台基礎。
2. 牆體: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:屋面板設計採用上下層玻璃鋼夾芯複合材料,玻璃鋼由無鹼玻璃鋼纖維及不飽和聚酯樹脂複合而成,具有強度高,質量輕、不變形等優點,同時其耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、耐老化的特性提高了整箱的使用壽命。
4. 地板:設計上選用PVC塑膠地板。以聚氯乙烯為主要原料,經過一系列的物理加工過程而生產出的具有乾淨、整潔、彈性、吸音等功能的地面裝飾材料。其綠色環保,不僅輕薄,而且超強耐磨,具有高彈性和超強抗衝擊性,防火防滑阻燃,而且不會發生腐蝕,性能好、用途廣泛。
5. 電氣系統:箱式房電氣系統根據所設計特殊頂部梁形成暗線槽及預埋在岩棉彩鋼板內的暗線管,形成標準的暗埋電氣系統,整體標準美觀。
6. 樑柱:箱式房樑柱自主研發特殊形狀樑柱,充分考慮強度、防水及壽命的使用要求。

護目鏡
護目鏡主要在進行診療、護理操作,可能發生患者血液、體液、分泌物等噴濺時;近距離接觸經飛沫傳播的傳染病患者時;為呼吸道傳染病患者進行氣管切開、氣管插管等近距離操作,可能發生患者血液、體液、分泌物噴濺時進行使用。


醫用多功能護目鏡多由鏡片、鏡架組成,鏡架材質無特殊要求。通常以光學樹脂、聚碳酸脂(PC)或聚甲基丙烯酸甲脂(亞克力)為鏡片材料,加以防藍光、防紫外線、抗光學輻射、抗衝擊等獨特的光學晶體材料和獨家特殊工藝研發製成。

醫用口罩
經此疫情,口罩現在也已經成為人手必備的物品了,不管是醫用外科口罩,還是N95口罩,這其中都用到了高分子材料。


早年間,大陸醫用口罩絕大部分由8-12曾棉紗布製成,其阻隔效率低,表面容易吸濕,極易發生交叉感染。早期所用的高效口罩材料是超細玻璃纖維,1980年以後,因为合成超細纖維细技術逐漸成熟,加上原料的改良及加靜電技術的提升,合成超細加靜電纖維的過濾效能要比早期的超細玻璃纖維好,空氣阻力也降低了許多,此外皮膚過敏反應亦少。
 
目前醫用口罩多採用非織造布複合製作而成,其中口罩面體分為內、中、外三層,內層為親膚材質(普通衛生紗布或無紡布),中層為隔離過濾層(超細聚丙烯纖維熔噴材料層),外層為特殊材料抑菌層(無紡布或超薄聚丙烯熔噴材料層)。
 
非織造口罩主要生產工藝包括熱黏、紡黏、熔噴和水刺法等。其中聚丙烯熔噴法非織造材料纖維結構較細,直徑多在0.5-4μm 間, 尤適用於做過濾材料。
 
醫用非織造空氣過濾材料所用的纖維一般為合成纖維,是將不同種類的纖維混用製備的,然後將混用纖維與水性聚合物分散液黏合。採用水刺法或熔噴法製成的非織造複合材料具備優良的柔軟性、透氣性和過濾性能,適用於製作過濾式醫用防護口罩。
 
以熔噴非織造布( 簡稱熔噴佈) 作為過濾層的醫用防護口罩,由於熔噴佈纖維直徑超細、排列雜亂無序,因此具有三維多微孔結構、比表面積大、孔徑小、孔隙率高、可彎曲、可造型、高效低阻等特點。且熔噴佈對空氣中的微細粉塵和細菌等微納米顆粒具有優良的捕獲能力,是一種優異的纖維過濾材料,通常作為各種中高效過濾器件的過濾部件。也因此,非織造醫用防護口罩的過濾性能遠優於傳統的紗布口罩。
 
防護服
醫用防護服的作用是產生細菌阻隔層,以防止細菌泳移,減少交叉感染。在本次疫戰中,一次性醫用防護服也是前線醫務人員必需裝備,目前國際上較為通用的標準是美國NIOSH標準和歐盟的EN標準。
 
醫用防護服按面料的組織結構可分為機織、非織造布和復合材料;按使用期限分為用即棄型(一次性使用)、限次型和可重複使用型;按加工複合技術來說有整理加工、塗層和覆膜三大類方法。近年來一些科研單位和企業已經開發出不少醫用防護服,大多以非織造佈為主要面料。下文就幾種常用的非織造醫用防護材料及其發展趨勢進行介紹。
 
水刺非織造布是20世紀90年代發展起來的,它可以通過「三抗」(抗酒精、抗血、抗油)、抗靜電、抗菌等處理及γ射線消毒,是替代傳統紡織品的優異材料。但這種水刺非織造布的抗靜水壓相對較低,對病毒粒子阻隔效率也比較差,只能替代傳統的紡織品用於普通的手術服、手術洞巾等材料的製備,不是理想的防護材料。
 
之後有人發明了紡黏法非織造材料,其生產工藝流程短,生產效率高,成本非常低。同時也可經過“三抗”和抗靜電、抗菌等處理,用於醫用防護材料可大大減少交叉感染率,可替代傳統的紡織防護材料製成抗菌、抗靜電防護服等。但傳統的紡粘非織造材料抗靜水壓也不高,對病毒粒子的阻隔效率也比較差,因此只能作為無菌外科手術服、消毒包布等普通防護用品。
 
為了提高靜水壓,有人開始開發熔噴法非織造布作為醫用防護材料。由於其纖維直徑只有幾個微米,產品的耐靜水壓得到了較大提高。同時發現,熔噴法非織造材料對病毒、PM2.5的阻隔效果是其他非織造材料所無法比擬的。但由於熔噴法非織造材料在生產過程中需要用熱風對噴絲孔流出的熔體細流進行噴吹牽伸,接收距離非常短,纖維中的高分子鏈段來不及取向和結晶,所製備的產品強度非常低,大大限制了其應用。
 
在此基礎上,有人考慮到紡粘和熔噴技術在原理上非常接近,生產設備也相似,於是將兩者結合起來開發了SMS複合非織造材料,發現這種材料利用了能將兩者取長補短、優勢互補,同時產品又具有非常好的透氣透濕性能,是一種非常理想的醫用防護材料,可用於製作醫用隔離服、防護服等高檔醫療防護用品。
 
在此期間,隨著閃蒸非織造技術的發展,有人發現閃蒸法非織造材料纖維非常細,產品經過熱軋後強度非常高,對病毒和微小顆粒的阻隔效果相對也比較好。在非典期間,SMS材料供不應求,閃蒸法非織造材料也成為了另一種比較熱門的隔離防護材料。
 
經歷了非織造技術的發展及改進,對於能滿足醫療防護材料要求的非織造醫療防護材料,其加工方法目前已經相對比較成熟,根據其製備技術的不同,目前主要有紡黏、熔噴、SMS複合技術、水刺及閃蒸等製備技術。隨著人們對防護材料的要求越來越嚴格,這些非織造防護材料的製備也在向著多功能、高性能和差別化等方向發展。
 
防護帽
用於臨床醫務人員在醫院手術室為病人做手術時使用,為醫護人員起到防汗、吸汗,並能更好地固定頭髮,防止手術時頭髮外露、飄落。醫用防護帽(吸汗型)一般由單層無紡布加汗圈經裁剪、縫製而成;醫用防護帽(防護型)則由SMS複合無紡布加橡筋、粘扣經裁剪、縫製而成。
 
資料來源:榮格塑料工業

 
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