孫喜娥，廉志軍，張師軍，徐毅輝，姜超，高達(dá)利

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 內(nèi)蒙古呼和浩特 010080；2.中國(guó)紡織科學(xué)研究院有限公司 北京 100025；3.中石化（北京）化工研究院有限公司 北京 100013；4. 中國(guó)石油化工股份有限公司 北京 100728）

1 前言

PTFE（聚四氟乙烯）微孔膜是由PTFE樹脂經(jīng)特殊工藝?yán)於傻谋∧?，其微觀形態(tài)為微纖維糾纏相連形成的蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，微纖維之間的孔隙形成無數(shù)微孔[1]。PTFE分子結(jié)構(gòu)為完全對(duì)稱的無枝化線性聚合物，C-C主鍵的周圍被氟原子緊密包圍，C-F鍵是最牢固的高分子鍵之一，對(duì)稱的氟原子使其整個(gè)大分子不帶極性，表面能較低，化學(xué)穩(wěn)定性好。PTFE的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其制品具有良好的耐熱性、耐化學(xué)品性、耐腐蝕性、疏水性、耐老化性。

20世紀(jì)60年代美國(guó)杜邦（DuPont）公司首先采用單向拉伸法制得PTFE微孔膜，1973年美國(guó)戈?duì)枺℅ORE）公司成功開發(fā)了雙向拉伸PTFE微孔膜[2]。雙向拉伸技術(shù)的進(jìn)步使得PTFE微孔膜的性能不斷提升，在透氣性、透濕性、過濾性方面可滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用要求。

PTFE微孔膜孔隙率可達(dá)80%以上，微孔孔徑在幾十至數(shù)百納米之間，常用的服裝用PTFE微孔膜平均孔徑在200nm左右，是水分子直徑的500倍以上，又遠(yuǎn)小于液體水滴的直徑，很容易允許氣態(tài)水通過，又能阻隔液態(tài)水和固體顆粒物，兼具高透濕性、高過濾性。

PTFE微孔膜優(yōu)異的性能使其在醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、石油化工、消防、戶外運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其是近幾年，受全球新冠疫情的影響，PTFE微孔膜在防護(hù)服、口罩等方面的應(yīng)用越來越多。文章將從醫(yī)療衛(wèi)生、消防、化學(xué)防護(hù)等方面探討PTFE微孔膜在防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

2醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域

醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域是對(duì)防護(hù)性能有較高要求的領(lǐng)域，進(jìn)入21世紀(jì)以來，大規(guī)模傳染性疫情頻發(fā)。從2003年的非典肺炎、2009年的甲型H1N1流感、2012年的中東呼吸癥、2014年的埃博拉病毒、2016年的巴西寨卡病毒到2019年開始并持續(xù)到現(xiàn)在的新冠肺炎疫情，不斷給醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域帶來挑戰(zhàn)[3]。在應(yīng)對(duì)傳染性強(qiáng)的病毒性感染時(shí)，醫(yī)護(hù)人員與患者之間需要建立一個(gè)可靠的隔離屏障，以保證醫(yī)護(hù)人員自身的安全，這個(gè)隔離屏障包括防護(hù)服、口罩等產(chǎn)品。

2.1 PTFE微孔膜在醫(yī)用防護(hù)服領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)使用特性，醫(yī)用防護(hù)服分為一次性醫(yī)用防護(hù)服、可重復(fù)使用醫(yī)用防護(hù)服兩種。

一次性醫(yī)用防護(hù)服主要是非織造復(fù)合材料產(chǎn)品，我國(guó)執(zhí)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為GB 19082-2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》，指標(biāo)體系包括防護(hù)性、舒適性和力學(xué)性能指標(biāo)，具體指標(biāo)包括抗?jié)B水性、透濕量、抗合成血液穿透性、表面抗?jié)裥?、斷裂?qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、過濾效率、阻燃性能、抗靜電性、靜電衰減性能、皮膚刺激性、微生物指標(biāo)、環(huán)氧乙烷殘留量等，對(duì)液體阻隔、顆粒物阻隔、透濕性等均有要求。

PTFE微孔膜的高液體阻隔性、高顆粒物阻隔性和高透濕透氣性使其非常適合用于可重復(fù)使用醫(yī)用防護(hù)服面料。

早在20世紀(jì)70年代，美國(guó)GORE公司率先進(jìn)行PTFE微孔膜與織物復(fù)合面料產(chǎn)品開發(fā)[4]。GORE公司生產(chǎn)的外科隔離膜類（CROSSTECH EMS）織物是第一種符合ASTM 1671標(biāo)準(zhǔn)的可重復(fù)使用隔離織物，被美國(guó)、加拿大和歐洲手術(shù)室醫(yī)護(hù)人員廣泛使用，CROSSTECH EMS醫(yī)用織物能有效阻隔血液、體液、普通化學(xué)藥品的滲透，并具有良好的透濕性，提供的防護(hù)性能和舒適性高于其他層壓或涂層產(chǎn)品[5]。

我國(guó)對(duì)PTFE微孔膜的研究始于20世紀(jì)70年代，但直到21世紀(jì)初才有產(chǎn)品推向市場(chǎng)[6]。2003年非典肺炎爆發(fā)，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)醫(yī)用防護(hù)服一度短缺，郝新敏[7]等人將PTFE微孔復(fù)合膜與純棉或純滌面料采用層壓工藝制成“非典”防護(hù)面料，并通過嵌織有機(jī)導(dǎo)電纖維提供抗靜電性能，面料綜合防護(hù)性能超過國(guó)標(biāo)GB 19082-2003的要求，并可經(jīng)15次消毒和洗滌重復(fù)使用，為2003年的抗擊非典作出了貢獻(xiàn)。

王歡[8]等人研究將聚酰亞胺纖維面料與PTFE微孔膜進(jìn)行復(fù)合，開發(fā)可重復(fù)使用醫(yī)用防護(hù)服面料，洗滌和消毒10次前后復(fù)合面料的性能指標(biāo)均能滿足GB 19082-2003要求，其消毒方法為121℃高壓蒸汽滅菌30min，洗滌和消毒10次后透濕性能從6725g/（m2.d）下降至3940g/（m2.d），抗合成血液穿透性從4級(jí)下降至3級(jí)，其他指標(biāo)變化不大。

姚登輝[9]等人研究了復(fù)用醫(yī)用手術(shù)服面料，將多溝槽異截面高親水滌綸有色絲經(jīng)編面料與PTFE微孔膜用熱熔膠進(jìn)行復(fù)合，所用PTFE微孔膜的厚度為30～45μm，孔徑為10～50nm，經(jīng)80次醫(yī)用洗滌—烘干—消毒處理后，各項(xiàng)指標(biāo)都符合YY/T 0506.2-2016《病人、醫(yī)護(hù)人員和器械用手術(shù)單、手術(shù)衣和潔凈服》的要求。

PTFE微孔膜在醫(yī)用防護(hù)服、手術(shù)衣等方面的應(yīng)用將越來越廣。

2.2 PTFE微孔膜在醫(yī)用口罩方面的應(yīng)用

口罩是重要的醫(yī)用防護(hù)物資，其主要作用為阻擋飛沫傳染。目前醫(yī)用口罩的核心過濾材料是聚丙烯熔噴布，過濾效果較好的聚丙烯熔噴布纖維的尺寸在1～6μm左右，纖維間的孔隙非常多，對(duì)粒徑1μm以下的顆粒物直接阻擋效果差，其主要過濾機(jī)理為靜電吸附，經(jīng)過駐極處理的熔噴布有良好的過濾性能[10-11]。但隨著靜電的散逸，熔噴布的過濾性能下降，所以一般熔噴布口罩的有效期都在2年以內(nèi)[12]。

PTFE微孔膜孔徑可控制在0.1～0.2μm左右，能直接阻擋粒徑0.3μm以上的顆粒物，其主要過濾機(jī)理為物理篩分[12]?？谡钟肞TFE微孔膜除了考慮過濾效率外，還要考慮氣流阻力，因此膜的厚度遠(yuǎn)小于服裝用PTFE微孔膜，通常厚度在1μm左右，加工難度大，需要與無紡布或其他支撐材料復(fù)合后使用。

近兩年，口罩用PTFE微孔膜推出了一個(gè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/SDAS 206-2020《口罩用聚四氟乙烯（PTFE）納米復(fù)合膜》，對(duì)非油性顆粒過濾效率、油性顆粒過濾效率、細(xì)菌過濾效率、水洗過濾效率衰減率、酒精消毒過濾效率衰減率、氣流阻力等都制定了相應(yīng)的指標(biāo)。以Ⅳ類產(chǎn)品為例，標(biāo)準(zhǔn)要求其非油性顆粒過濾效率≥95%、油性顆粒過濾效率≥95%、水洗過濾效率衰減率≤10%、酒精消毒過濾效率衰減率≤10%、氣流阻力≤175Pa。

PTFE微孔膜口罩具有過濾效率高、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，但隨著顆粒物沉積，氣流阻力會(huì)上升，將PTFE微孔膜與聚丙烯熔噴布進(jìn)行組合使用可開發(fā)出高性能口罩產(chǎn)品。

3 消防領(lǐng)域

消防人員在執(zhí)行任務(wù)時(shí)穿著的滅火防護(hù)服對(duì)保障消防員人身安全有重要作用，根據(jù)GA 10-2014《消防員滅火防護(hù)服》的規(guī)定，消防滅火服的面料結(jié)構(gòu)從外到里依此為：外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層。在提高滅火防護(hù)服的熱防護(hù)性和舒適性方面，防水透氣層材料的選擇非常重要，GA 10-2014規(guī)定的透濕率指標(biāo)為不小于5000g/（m2.d），耐靜水壓指標(biāo)為洗滌25次后不小于50kPa，PTFE微孔膜耐熱、高透濕、防滲水的特性使其非常適合用于滅火防護(hù)服的防水透氣層。

1982年，美國(guó)GORE公司開發(fā)出復(fù)合PTFE微孔膜的GORE-TEX防潮透氣面料，并首次將這種面料應(yīng)用于消防和安全領(lǐng)域，該面料具有持久的防水性能，并能提供優(yōu)異的透氣性、熱穩(wěn)定性，可以降低消防員的熱應(yīng)激反應(yīng)，1989年美國(guó)消防協(xié)會(huì)（NFPA）和其技術(shù)委員會(huì)將GORE公司的防潮透氣面料認(rèn)定為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[13]。

RL Barker[14]等將PTFE微孔膜與芳綸面料復(fù)合用于消防員防護(hù)服的隔熱層和防潮層，研究測(cè)試了復(fù)合面料的防水透濕性能等熱濕性能。劉亞光[15]研究了3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服，將PTFE微孔膜、芳綸隔熱氈及均勻分布的硅膠凸點(diǎn)組成新型防水透氣隔熱層，熱防護(hù)性能與標(biāo)準(zhǔn)4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服相近。金艷蘋[16]等研究了新型消防服隔熱層織物熱防護(hù)性及熱濕舒適性，所用的12種消防服用多層織物的防水透氣層均為PTFE微孔膜復(fù)合芳綸織物，復(fù)合織物厚度0.53mm，面密度110g/m2。蔡普寧[17]等研究了消防服用芳綸隔熱層面料的熱防護(hù)性能，以芳綸1414針刺氈為例，復(fù)合PTFE微孔膜后熱防護(hù)系數(shù)提高43.78%。邱浩[18]等在消防服多重功能的研究進(jìn)展中指出PTFE微孔膜用于防水透氣層，不但具有良好的防水透氣和耐高溫性能，還具有自動(dòng)抗油脂性能，可緩解以往消防服多次使用后防水透氣性能嚴(yán)重下降的問題。

綜上，PTFE微孔膜與芳綸的復(fù)合織物具有防水透氣、阻燃隔熱的特性，用于消防領(lǐng)域可在為消防員提供保護(hù)的同時(shí)提供更好的濕熱舒適性。

4 化學(xué)防護(hù)領(lǐng)域

PTFE微孔膜耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑，即使對(duì)王水也能保持穩(wěn)定性[19]，因此在化學(xué)防護(hù)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。化學(xué)防護(hù)服包括隔絕式防護(hù)服、半透氣式防護(hù)服、透氣式防護(hù)服，PTFE微孔膜主要用于半透氣式防護(hù)服和選擇性透氣式防護(hù)服。

在化學(xué)防護(hù)領(lǐng)域，美國(guó)GORE公司提供從頭到腳的解決方案，GORE公司開發(fā)的PTFE微孔膜與織物復(fù)合的CHEMPAK超防護(hù)性系列面料可滿足不同場(chǎng)合生化防護(hù)服的要求，CHEMPAK面料為三明治結(jié)構(gòu)，中間層為平米克重10g～29g的PTFE微孔膜，對(duì)氣溶膠、液態(tài)或蒸汽狀有毒化學(xué)品均可選擇性隔絕[20]。選擇透過型CHEMPAK面料可滿足NFPA 1994《危險(xiǎn)物質(zhì)應(yīng)急反應(yīng)人員和CBRN恐怖事件應(yīng)急保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》類目3、3R、4、4R，和NFPA 1992《危險(xiǎn)材料事故用防液體噴濺套裝和服裝標(biāo)準(zhǔn)》的要求。超阻隔型CHEMPAK面料可滿足NFPA 1994類目1、2、2R要求。

美國(guó)杜邦公司將PTFE微孔膜用于選擇性透氣式生化防護(hù)服，為消防員、士兵、警察等提供極端條件下的安全保障，不僅能有效防護(hù)有害物質(zhì)的侵入，還能透汗、防熱，重量也僅為傳統(tǒng)隔絕式防護(hù)服的一半[21]。

目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也提供以PTFE微孔膜為阻隔層的選擇性透過式化學(xué)防護(hù)服產(chǎn)品，并在石油化工、應(yīng)急救援等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

5 結(jié)論

PTFE微孔膜以其卓越的選擇透過性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐溫性而在防護(hù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，是重要的防水透氣阻隔材料。PTFE微孔膜與不同類型織物的復(fù)合面料可滿足不同行業(yè)的防護(hù)指標(biāo)需求，在醫(yī)療衛(wèi)生、消防、化工等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，具有很大的市場(chǎng)空間，但國(guó)內(nèi)在PTFE微孔膜及復(fù)合面料開發(fā)方面還有不足之處，很多專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)鮮有報(bào)道，部分行業(yè)甚至依賴進(jìn)口產(chǎn)品，需要加大科研攻關(guān)力度。