防疫第一線:口罩及防護衣的技術發展

 

刊登日期:2020/5/5
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蕭弘毅、林嘉君、張仕欣、黃泳彬/工研院材化所
 
口罩及防護衣是一種個人防護用具,能有效阻擋有害的氣體、氣味、飛沫進出佩戴者口鼻或身體,以避免受到化學物質噴濺危害或微生物感染。為了增加過濾性能與佩戴及穿著舒適性,新材料不斷被開發出來,提供更佳防護功效。本文即介紹口罩及防護衣的材質、標準規範、市場概況及新材料技術之發展。
 
【內文精選】
前 言
近來新型冠狀病毒(COVID-19)的快速傳播,對經濟、社會民生及有疫情的國家以及全球經濟都造成極大的影響。最佳的個人防護用具是口罩(Mask),而第一線檢疫或醫護人員除口罩外,還需要配戴隔離衣與防護衣(Protective Clothing)以避免被感染。口罩一般是指戴在口鼻部位用於過濾進出口鼻的空氣,以達到阻擋有害的氣體、氣味、飛沫進出佩戴者口鼻的用具。口罩依用途有許多不同的種類,在使用時需選用正確的口罩才能達到最佳的防護;如針對新冠病毒的防護,一般防護需選用外科口罩或醫用口罩。此外,隔離衣係防護衣的一種,在病人隔離情況下,用以保護醫療人員和病人免於遭受微生物(Microorganisms)和體液(Fluid)的傳染。而防護衣之設計製作主要是為了隔離身體全部或部分地方免於遭受潛在危險,或隔離外在環境免於穿著者受感染。本文即介紹口罩及防護衣的規格、材料、市場及技術發展。
 
口罩綜論
口罩是一個極其普通的生活用品,為用於個人防護的空氣過濾產品,可以防止我們將懸浮微粒、有害的氣體、氣味、飛沫吸進體內,最直接防護人們避免受到污染物侵害或細菌、病毒感染。
2. 國內口罩的市場概況
如表二,從口罩海關進出口統計資料顯示,國內口罩每年的進口金額約新台幣2~3億元,出口金額約3~4億元。口罩進口國家如表三所示,以中國大陸為主要進口來源,約占70%以上。國內每年口罩生產約14億4千萬片。口罩出口國家如表四所示,以日本為主要出口國家,約占60%以上,其次為中國大陸。
4. 口罩的技術發展
隨著科技的發展,材料日新月異,新的機能材料也應用在口罩產品上,如奈米纖維口罩、PTFE薄膜口罩、抗菌口罩及抗病毒口罩。
(2) PTFE薄膜口罩
PTFE是一種高分子化合物,化學名稱是聚四氟乙烯,它是可以經延展、產生強韌且具多孔性的新材料。PTFE經獨特處理和加工,可以延展至奈米數量級的纖維,交錯形成薄膜,這種所謂的鐵氟龍薄膜(PTFE Membrane)(圖六)具有輕薄、透濕、不黏性、耐高低溫等特性。PTFE奈米薄膜纖維直徑非常小,將其應用在防護PM2.5口罩產品上,可達到98%以上的過濾效果,可以直接阻擋污染物,屬物理性過濾機制。圖七為PTFE薄膜與靜電熔噴不織布比較,顯示PTFE具有高效率低壓差的性能。
 
圖七、PTFE薄膜與靜電熔噴不織布比較
圖七、PTFE薄膜與靜電熔噴不織布比較
 
防護衣綜論
醫療防護服,也稱為一次性防護服或防毒服。醫用防護服是指醫務人員(例如醫生、護士、公共衛生人員、清潔工等)和進入特定衛生區的人員(例如患者、醫院就診者、進入感染區的人員等)使用的防護服。醫用防護服需有良好的透濕性和阻隔性,具備抵抗酒精、血液、體液、空氣塵埃顆粒和細菌病毒滲透的功能,以有效保護人員安全、保持環境清潔。
 
依海關進出口統計資料(表六)所示,國內防護衣以進口為主,每年進口金額約新台幣0.5~0.8億元。防護衣樣式如圖九所示。目前防護衣全球市占率冠軍為美國DuPont公司,其他如美國3M公司、日本纖維大廠Toray公司也生產防護衣;防護衣加工廠則大部分位於中國大陸、東南亞等國家。醫療防護服依其用途及使用對象可以分為隔離衣及防護衣,如表七所示。依據美國醫療器材促進會(AAMI)的定義,隔離衣(Isolation Gown)係防護衣的一種,在病人隔離情況下,用以保護醫療人員和病人免於遭受微生物和體液的傳染。而防護衣(Protective Apparel)之設計製作主要是為了隔離身體全部或部分地方免於遭受潛在危險,或隔離外在環境免於穿著者受到感染。
 
表七、醫療防護服依其用途及使用對象分類
表七、醫療防護服依其用途及使用對象分類
 
1. 醫用防護服的常用原料和性能
用於一次性醫療防護服的常用材料為聚丙烯紡織黏合織物、新型聚酯纖維、聚合物塗層織物、SMS不織布、聚乙烯透氣膜/不織布複合材料。目前,大多數使用聚四氟乙烯(PTFE)材料製成醫用防護服,PTFE是一種高性能的聚合物,不僅可以抵抗水壓,而且可以通過微孔排放水蒸氣。這些材料的相關屬性如表八所示…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
★本文節錄自《工業材料雜誌》401期,更多資料請見下方附檔。

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