浙江省绍兴重点科研项目.docx

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浙江省绍兴重点科研项目

浙江省绍兴市重点科研项目

高端医疗防护服用新材料

研发可行性报告

浙江越韩科技透气材料有限公司

二0一二年二月

第一章立项的背景和意义

1.1立项的背景和意义

第二章国内外研究现状和发展趋势

2.1国内外研究现状和发展趋势

第三章项目研究开发内容和技术关键及主要创新点

3.1透气薄膜的研究内容和技术路线

3.2复合的研究内容和技术路线

3.3项目的关键技术

3.3.1透气薄膜的关键技术

3.3.2复合的关键技术

3.4项目的技术特点

第四章技术预期目标

4.1技术性能指标

4.2经济效益

4.3产业化前景

第五章计划进度安排

5.1计划进度安排

第六章现有工作基础和条件

6.1现有工作基础和条件

第七章经费预算

7.1经费投资

7.2项目经费支出预算

参考文献

第一章立项的背景和意义

1.1立项的背景和意义

目前，非织造防护材料越来越受到人们的重视。

它主要用于制作防护服装、医疗防护口罩、帽子、鞋套和手术帷帘等劳动防护用品。

其应用领域包括医疗防护、工业防护、消防服装、和登山、滑雪服等。

防护用品多采用非织造材料经涂层或复合加工技术制成，以达到所规定的防护等级和要求。

据INDA报道，北美的一次性非织造防护服市场总价值2.9亿美元，而杜邦公司的闪蒸纺Tyvek（主要用于工业防护）约占总价值的80%，SMS的复合产品占15%，余下的是纺丝成网和水刺产品[1]。

而医用防护产品主要使用SMS、纺丝成网和水刺材料，可见在防护产品领域，用于工业的防护产品占大多数，而医用防护产品所占比例不到总价值的20%[2]。

近年来，医疗卫生用品市场已经出现从可反复使用的商品向一次性商品持续稳定的转变。

这种发展趋势在美国市场上早已显而易见了。

随着人们的生活水平提高、对卫生健康的日益关注以及科学技术的发展，在国内外市场上，一次性医疗卫生用品的销售量也与日俱增。

上百年来使用的医疗防护用品一直以纯棉机织布为主，用后消毒再重复使用，这就使得它的作用逐渐削弱，且引起病人术后交叉感染率提高，此外，其布上的碎屑、绒毛脱落，造成伤口的另一种污染。

90年代以来，西方发达国家依靠其先进的非织造技术，率先研制开发了由非织造材料制成的一次性使用的手术衣、口罩、手术洞巾等医疗用品。

在美国和日本，非织造布一次性防护服的成本优势早已是公认的事实，几乎90%的医用服装都是一次性使用的，世界其它地区则是在近几年才对此有较好的认识[3]。

目前发达国家己基本普及了一次性非织造手术防护用品，其性能已经为临床外科手术所接受。

虽然纯棉的机织布穿着比较舒适，但使用后洗涤、储藏、洗涤后的污水处理等需要较高的成本，而非织造布一次性防护用品用即弃，无需进行上述的处理工序，所以非织造布一次性防护用品在医疗保健成本方面有很大的压缩空间，由此其应用前景是非常广阔的。

第二章国内外研究现状和发展趋势

2.1国内外研究进展和发展趋势

非织造布防护用品是采用非织造材料经涂层或复合加工技术制成的。

与纺织材料相比，非织造材料有许多优点，尤其是原材料可以灵活配置，以满足不同类型外科手术的需求[4]。

医用非织造防护产品的加工方法主要有：

水刺法、SMS、透气性薄膜层压法、湿法成网、梳理成网/粘合等等。

目前，国内外对医用非织造防护用品的研究主要归结为3大类：

不同性能的非织造布结合、非织造结合透气膜、不同纤维原料的结合。

不同性能的非织造布结合是利用各种非织造布的优势互补而进行复合的，所制成的复合非织造布可避免单一非织造的缺点。

Kimberly-Clark公司开发的复合非织造防护材料（美国专利US6103647）[5]是用一层或一层以上的熔喷非织造材料，结合纺丝成网非织造材料（纤网中纤维平均直径大于7μm）制得的SMS或SMMS复合材料。

这种复合材料要比一般的纺丝成网非织造材料柔软，同时纺丝成网纤网可以有效地弥补熔喷非织造材料强力不高的缺陷。

德国Freudenberg公司生产的水刺纺丝成网非织造材料（商品名为Evolon）是将纺丝成网的纤网，经高压水针不连续冲击，使长丝分裂成不同纤度（0.05-2.5dtxe）的细旦长丝。

Evolon纺丝成网非织造材料具有优良的力学性能，较高的透气性，手感柔软[6]。

产品表面经整理后，与普通的机织和针织物同样具有良好的悬垂性，非常适于制作防护服。

张雪松等[7]开发的复合非织造布（中国专利号CN200820076707.0）是利用置于上面的短纤针刺非织造布的纤维束密布穿过置于下面的丙纶长纤热轧非织造布而构成的一种新型长短纤复合非织造布，可满足聚乙烯防水卷材的高性能要求。

非织造布复合透气膜的防护材料是近几年来防水透湿织物中刚刚兴起的一个品种。

它是一种通过胶粘剂或热压/轧等作用下把非织造布与透气性薄膜相结合。

经过该处理后，可以减小非织造材料的孔径，从而可以更有效地阻挡有害粒子的通过。

孙政刚等[8]开发了一种具有透气作用的复合无纺布（中国专利号ZL200820216680.0），主要用于空气的过滤净化领域。

该透气的复合无纺布是由纺粘无纺布层和透气膜层组成，具有透气效果好且对空气的过滤净化能力强，适用于净化要求较高、细菌容易孽生地场所使用。

刘首珍等[9]发明了一种含透气薄膜的复合无纺布（中国专利号ZL200620099262.9），其组成由水刺或浸渍的非织造布+透气的聚四氟乙烯薄膜或水刺或浸渍的非织造布+透气的聚四氟乙烯薄膜+水刺或浸渍的非织造布，该组成结构经热熔胶复合而成。

这种复合无纺布具有抗菌、抗静电、阻燃、防血污、防电磁波、防化学腐蚀、无落絮脱尘等性能，且手感柔软、穿着舒适、防水透气性好、拉伸强度高等特点，可应用于军事、医疗、洁净厂房、防护用品、包装用品、妇婴卫生品等领域。

孙建中等[10]开发了一种净化空气及防水透气的三层复合膜（中国专利申请号200610103804.X），其中中间层为微孔膜，内外两层为丙纶或涤纶非织造布。

该三层复合膜的透湿量高达2400-4800g/m2·24h，静水压为2000-2300mmH2O，纵向抗拉力为220-280N/5cm，横向抗拉为160-190N/5cm。

该复合膜可用作对室内空气质量和环境要求高的生态建筑中非混凝土斜式屋顶内侧的衬垫层，也可作为在露天条件下进行建筑装配作业时用的覆盖膜。

CN1381624A专利公开了一种中间层为聚乙烯微孔膜，内外两层为丙纶无纺布的三层复合材料的制备方法及用途，其中丙纶无纺布为已有技术，中间层聚乙烯微孔膜是通过对流延成型聚乙烯拉伸膜在半固化状态时经点纹压辊再牵伸实现致孔，在致孔的同时实现中间层与内外两层无纺布的复合，产品用于防护服。

类似的专利还有CN1258305A、CN1041167A、CN1014794B、USP3903234、USP498372以及EP-A-2702026等。

USP5415924公开了一种三层复合防水透湿材料的制备方法及用途，其中间层为防水透湿的聚氨酯膜，内外两层为聚氨酯或聚酯织物，三层间的复合由热熔胶点粘实现，产品主要用于特殊服装，如潜水服、登山服和冰上运动服等。

透气薄膜与水刺、纺丝成网等非织造材料进行复合，其血液渗透率仅为2%，使用聚四氟乙烯（PTFE）薄膜所形成特殊的三维结构复合层，不仅具有很强的防水性，而且具有良好的透湿、透气性、耐光性和耐化学品性[11][12]，但使用PTFE的价格相对较高，尤其是复合一件防护服所用的PTFE需花费100-120元。

因此，它在手术医疗中的普遍应用仍受到成本的限制。

不同纤维原料的结合是利用优势各异的不同纤维原料而进行复合的，提高产品的性能。

海南欣龙无纺股份有限公司为解决一般医用防护用品对细菌、微尘阻隔性不够理想的问题，采用三层结构的舒肤网产品，即合成纤维层加超细纤维层加纤维素纤维层。

该产品各层所起主要作用分别为高强耐磨、阻隔细菌和吸湿透气，由于复合了超细纤维层，而超细纤维直径小（≤5μm），纤维层结构紧密，不但抵抗细菌和微尘的穿透性好，还有很好的抗液体渗透性（纤维间孔隙直径≤50μm，而水滴直径≥70μm）较好的透湿性（孔隙率≥86%、水汽分子直径为4×10-4μm）和强度，很好地满足了此类产品的使用要求[13]。

由上综述可见，当前国际上对非织造防护用品的研究还是比较广泛的，生产和处理的新技术也很多，然而，非织造防护服材料的研究已取得了很大进展，但它们的还是不够理想。

一次性医疗卫生用品目前存在的“瓶颈”是它们的透气性舒适性和液体阻隔性。

倘若使用不透气的薄膜与非织造材料复合，虽然有阻菌防血溅功能，但透气性差，医护人员穿上后，汗流侠背，影响医护人员体能和工作效率。

因此，透气舒适且高液体阻隔性的性能是非织造防护用品的发展趋势。

第三章项目研究开发内容和技术关键及主要创新点

3.1透气薄膜的研究内容和技术路线

纺织用膜材料必须考虑到材料对人体的安全无毒性及加工方便性，根据不同功能选择配伍合适的膜材料。

由于聚乙烯薄膜安全无毒、加工方便，且其具有高透湿量、高截留率、较强的抗物理、化学和微生物侵蚀、良好的柔韧性等性能，可适用于纺织服装领域。

透气膜的生产方法从工艺上分有吹塑法与流延拉伸法。

本项目中的透气膜生产工艺采用流延拉伸法，详见下面的透气膜生产工艺示意图。

透气膜母料计量搅拌混合挤压熔融挤出流延冷却拉伸定型牵引分切收卷成品透气薄膜以聚烯烃和改性碳酸钙为主要原料，利用拉伸区各辊筒的速度差使得有机的聚烯烃发生变形，而无机的碳酸钙未发生变形，从而引起碳酸钙微粒与熔融状态的PE树脂结合处形成肉眼看不到微孔的原理制成的（见下图所示），实现了透气膜透气而不透水的性能，同时保证成膜均匀性以及达到一定的强伸度要求。

在消化吸收引进的欧洲透气膜生产工艺技术和原理基础上，针对高透湿性以及高耐静水压的复合薄膜项目目标，从原料选型及混合、透气膜的拉伸工艺和设备选型改造进行着手研究。

原料选型及混合方面，①作为透气性薄膜的主要成分之一聚乙烯是关系到产品物性及加工性的重要影响因素，如在相同的生产工艺下，聚烯烃的物性差异势必会影响到最终产品（透气膜）的物性，如C8，C6的聚烯烃比C4的聚烯烃具有更好的强伸度和优越的加工性；②碳酸钙是透气性薄膜的另一主要成分，关系到稳定的加工性能及透气性能，一方面合适的碳酸钙（如粒径分布，表面处理效果）等直接影响产品的流延加工性能，另一方面可改善产品的透气性能。

此外碳酸钙的添加量，也是一个重要的课题，如增加碳酸钙的添加量，从常规的45%-50%添加到50%-60%，如何来避免因加入过多碳酸钙而引起的物性不均匀问题。

③在选择合适的原材料后，在透气性树脂的制造过程中，各种材料的混合计量及均匀性也是一大关键。

它们的均匀混合一则保证后序的透气膜加工的可行性，二则保证透气膜的物性均匀性。

透气膜拉伸工艺的控制，主要包括拉伸温度和拉伸比率的控制，选择恰当的拉伸工艺使薄膜具有优越、均匀的透气性、高的耐静水压，从而有效隔离水份，排除热湿气，阻隔液体的渗透。

设备选型改造方面，如添加在线厚度检测仪和瑕疵检测仪，实时在线监控产品质量，确保产品质量的稳定性，等等。

3.2复合的研究内容和技术路线

透气复合膜是采用合成树脂纤维构成的非织造布与比非织造布软化温度及熔融温度低的热塑性合成树脂透气薄膜为基材，预热软化的两层膜之间插入非织造布，通过纤维间隙热融并一体化，使非织造布与透气膜结合，制成透气复合膜产品。

复合方式从工艺上分有干法（如热熔胶）、湿法（如溶剂型胶）和热轧（如轧辊）等。

本项目中复合方式采用湿法。

在消化吸收引进的韩国透气复合膜生产工艺技术和原理基础上，针对高透湿性且高耐静水压的复合膜项目目标，从原料选型、上胶辊的选型及复合工艺着手研究。

原料选型方面，影响复合膜的透湿性以及耐静水压的主要因素之一是非织造布，因此其选型尤其重要。

由于不同的非织造布由于其加工的工艺不同，在性能方面各有特色，如水刺非织造材料强度大，舒适性、悬垂性好，但成本较高，而纺丝非织造布强度高、耐磨性好，成本较低。

上胶辊的选型是影响复合透气膜的透湿性的另一个主要因素。

上胶辊是一根雕刻有一定深度的图案，胶粘剂涂布在上胶辊上后，借助刮刀作用刮掉非图案部分的胶粘剂，而图案部分的胶粘剂未被刮掉，当上胶辊与透气膜接触时，通过橡胶辊的作用把上胶辊图案部分的胶粘剂转移到透气膜上，当预涂布有胶粘剂的透气膜与非织造布接触时就可以实现复合。

上胶辊图案的深度和网线的密度决定涂布在透气膜上胶粘剂量的多少，从而影响透气膜的透湿性，因此，上胶辊的选型是本项目的研究内容之一。

复合工艺也是影响复合透气膜的透湿性及耐静水压的另一主要因素之一。

复合工艺过程为：

退卷涂胶干燥复合冷却收卷。

在这些工艺中，本项目的一个主要研究内容包括3个方面：

①复合涂胶量的控制，因为涂胶量的多少直接影响透气复合膜透湿性的损失量与制成产品后的柔软性等；②干燥温度的控制，它对透气复合膜的透明度、溶剂残留量、粘合牢度、气味、卫生性能都有直接影响；③复合压力的调节系统控制，复合压力过小，薄膜与非织造材料贴合不紧，粘合剂与非织造布接触面过小，上胶量少，影响产品的剥离强度等。

复合压力增加，上胶量也增多，剥离强度增大，但过高的复合压力会导致透气膜损伤，影响透湿性和耐水压等，或在复合材料表面出现起皱、起泡问题。

3.3项目的关键技术

3.3.1透气薄膜的关键技术

透气薄膜是由聚烯烃和碳酸钙搅拌混合后，经螺杆挤出机混炼而成改性树脂，经再次熔融挤出、流延冷却、拉伸定型而制成的。

在这个过程中，透气薄膜的核心技术在于聚烯烃材料的选型、碳酸钙的选型以及混合方法、透气薄膜生产工艺的控制和辅助设备的选型。

1聚烯烃材料的选型，它对透气薄膜的加工性、强伸度等有直接影响，从而影响透气薄膜的透湿性、耐水压和产品的手感等；

2碳酸钙的选择，由于高透湿性以及高耐水压的透气薄膜所要求的碳酸钙必须达到一定的粒径要求，同时必须有良好的与聚烯烃相容并能达到密炼的加工性能，因此要选择合适的碳酸钙；

3聚烯烃和碳酸钙的混合方法，直接影响透气膜加工的可行性以及透气膜的物性均匀性，最终影响透气薄膜的透湿性和耐水压性能；

4透气薄膜生产工艺的控制，特别是拉伸温度和拉伸比率直接影响透气薄膜的透湿性和耐水压性能；

5辅助设备的选型，辅助实时在线监控产品质量，确保产品质量的稳定性，如添加在线厚度检测仪和瑕疵检测仪等。

3.3.2复合的关键技术

本项目的复合过程中，关键技术主要涉及到非织造布的选型、上胶辊的选型以及复合工艺的控制。

1非织造布的选型，它对透气复合膜的强伸度、耐水压有直接的影响，且直接影响最终成品的手感等；

2上胶辊的选型，直接影响上胶量的多少，最终影响透湿性，同时影响成品的手感；

3复合工艺的控制，特别是复合上胶量的多少、干燥温度和复合压力的控制，它们都影响成品的透湿性和耐水压。

3.4项目的技术特点

①透气薄膜的克重控制在25g/m2左右，与单层、两层非织造布复合后的克重分别控制在45g/m2、65g/m2左右，透湿量分别≥4500g/m2·24h、≥4000g/m2·24h，耐水压分别≥2000mmH2O、≥2500mmH2O；

②透气膜与非织造布复合后，因其具有高透湿性、高耐静水压的特性，其用途有了很大程度的扩展，不仅可以应用于医疗防护用品，也可延伸应用到建筑材料、妇婴用品、服装、家纺用品行业中，解决了因透湿不良而造成的发霉、人体感到不舒适等的难题；

③实现聚烯烃和碳酸钙的计量精确，且混合均匀，保证了后序透气膜物性的均匀性，同时在透气膜生产过程中，实现高精度的拉伸比率控制；

④在线配置先进的检测仪，在线产品的厚度及瑕疵状况实时反映在显示屏上，操作人员根据情况及时进行调整，控制产品质量，减少损失；

⑤实现了透气膜复合非织造布过程中上胶量、干燥温度以及复合压力的有效控制；

⑥高透湿性、高耐水压的复合膜产品的开发成功，可进行产品国产化生产，同时为开拓市场，提升企业竞争力提供了卓有成效的途径。

第四章项目预期目标

4.1技术性能指标

生产的透气复合膜，包括非织造布+透气薄膜，非织造布+透气薄膜+非织造布两种类型，它们的技术性能指标如下：

①非织造布+透气薄膜：

1、水汽透过率（WVTR）4500-8000g/m2.24hr

2、耐静水压≥2000mmH2O

3、纵向断裂强力>70N/50mm

横向断裂强力>20N/50mm

4、纵向剥离强度>50cN/50mm

②非织造布+透气薄膜+非织造布：

1、水汽透过率（WVTR）4000-7000g/m2.24hr

2、耐静水压≥2500mmH2O

3、纵向断裂强力>90N/50mm

横向断裂强力>40N/50mm

4、纵向剥离强度>50cN/50mm

4.2经济效益

本项目预计年增产值1600万元，利润170万元，税金90万元，年

创（节）汇80万美元。

4.3产业化前景

据统计，在2001年世界非织造材料用途比例中，医疗防护用品占5%，其中消费的主要地区是北美、西欧和日本。

1998年北美的医疗/手术用非织造材料的产量为157.5亿平方码，占总产量的8.17%，99年产量为160亿平方码，占总产量的8.03%。

2000年，北美的一次性医疗防护用非织造材料的用量为16.94亿平方米，并以每年5%的速度持续增加，这反映了近十几年来，从用非织造材料制作医疗用品开始，到目前已占有全美医用纺织品市场90%份额的发展历程。

2000年欧洲医用非织造材料用量为70.73亿平方米。

日本的医疗用品的非织造材料用量为7.2万吨。

经预计，未来几年医用防护用品市场呈持续增长态势，世界的年平均增长率将保持在4-5%[14]。

而在我国，目前全国有6万多家医院和11.5万所以上的医疗门诊，近450万张病床，年耗用布约5.73亿平方米，以传统的纺织品医疗用布洗换寿限平均为5次，如果全部用一次性非织造材料替代，则年需30亿平方米。

一旦大多数医院均采用一次性非织造防护产品，我国的医用防护产品领域将有着巨大的发展空间。

项目开发成功后，该产品不仅可应用于医疗防护用品上，还可推广应用到建筑、洁净厂房、劳动防护用品、包装用品、妇婴卫生用品、服装、家纺等领域中。

第五章计划进度安排

5.1计划进度安排

2011年5月至8月，查阅国内外资料，对产品进行综合分析，并根据前期

对透气薄膜的研究，确定生产高透、高耐水压的透气性薄膜所用的原料（聚乙

烯、碳酸钙、添加剂）的确定，可制出高透气性、高耐水压的透气薄膜，并与不

同风格的非织造布进行小批量的试制，比较各非织造布复合后的性能，优选非织

造布。

2011年9月至2012年2月，测试、分析透气复合膜的各项性能，进行综合比较，

优选生产工艺；同时根据测试结果，估算出高透气性薄膜经复合后的透视量的损

失量，以便对透气薄膜所需达到的透湿量进行预估算，再次进行复合生产。

2012年3月至6月，在生产设备、工艺流程、测试方法等方面不断优化，

全面提高产品质量，并进行全面投产。

2012年7月至8月，资料整理和总结。

同时，对人员的各项职能工作进行有效分配，根据各个参与项目人员的相关

专业和工作岗位进行统一调配，通力合作。

第六章现有的工作基础和条件

6.1经费投资

公司已通过“三合一”管理体系，拥有严谨的项目研究流程。

并也引进了精细化管理系统。

公司建有独立的研发团队和实验室，并已是市级研发中心，与国内高校成立了联合研发中心。

公司拥有洁净的现代化无尘车间及国际先进的制造设备，新产品的试制均能独立完成，不需外协。

第七章经费预算

7.1经费投资

本项目研发总经费投资700万元人民币。

申请财政补助50万元人民币用于材料的购买。

7.2项目经费支出预算

经费开支科目

预算经费总额（万元）

1.设备费

60.00

2.材料费

500.00

3.测试化验加工费

1.00

4.燃料动力费

30.00

5.差旅费

2.00

6.合作、协作研究与交流费

30.00

7.人员劳务费

42.0

8.专家咨询费

35.0

参考文献：

[1]GivenmeshelterNonwovensindustry[J]2003（3）:

40.

[2]张静峰等.医用纺丝成网复膜非织造防护材料工艺与性能研究[D]2004.

[3]不织布的成长一过去与未来不织布情报[J]2003（4）:

47-51.

[4]KarenBitz非织造布的新方向.国际非织造布工业商情[J]2003（12）:

30-32

[5]Kimberly-ClarkCorporationNonwovenlaminateforinfection-controlhasgoodconformability

MedicalTextiles[J]Mar，2001

[6]靳向煜,吴海波.我国水刺非织造布的技术进步产业用纺织品[J]2002（9）:

7-9

[7]张雪松.复合非织造,专利号CN200820076707.0.

[8]孙政纲.具有透气作用的复合无纺布,专利号ZL200820216680.0

[9]刘首珍等.一种含透气薄膜的复合无纺布,专利号ZL200620099262.9

[10]孙建中等.一种净化空气及防水透气的三层复合膜,专利申请号200610103804.X

[11]张建春.批量生产PTFE层压织物.新纺织[J]1999（6）:

26-27

[12]殷英贤.高分子膜在防护服防水透湿方面的应用.中国个体防护装备[J]2003

（1）:

27

[13]戴晋明,任玉杰.防水透气织物舒适性[M].中国纺织工业出版社2003年6月第一版:

78

[14]美国不织布、机织布医疗用品不织布情报[J]2003（l）:

241