生化防护服发展概况.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生化防护服发展概况.精品文档.生化防护服发展概况The development of biochemical protective clothing摘要：本文主要介绍了生化防护服的发展和应用分类，比较了粉末活性炭、球形活性炭、活性炭纤维材料制备生化防护服的优缺点，并介绍了光敏材料应用于生化防护。关键词：生化防护服 活性炭 活性炭纤维 光敏材料Abstract：The passage mainly introduces the development and the category of biochemical protective clot

2、hing.The advantages and disadvantages of PAC(particle activated carbon)、GAC(granular activated carbon)and ACF(activated carbon fibers) was discussed .In the end,the photosensitive material for protective clothing was introduced.Keywords: biochemical protective clothing activated carbon activated car

3、bon fiber photosensitive material目 录前言11 生化防护服的发展12 生化防护服的分类32.1隔绝式防护服32.2透气式防护服32.3半透气式防护服4 2.4 选择性透气式防护服53 生化防护材料6 3.1 生化防护材料含炭吸附材料6 3.1.1 活性炭6 3.1.1.1粉末活性炭6 3.1.1.2 球形活性炭6 3.1.2 活性炭纤维73.2 生化防护材料-光敏材料8结语8参考文献9前言 随着社会发展和科技进步，人们工作环境不断改善，但仍有一些人员要处于有毒有害的生物、化学物质等污染和伤害的危险环境中，如接触传染疾病的医护人员、生产有毒有害化学品工厂的工人以

4、及现代战争中有可能处于生化武器伤害环境的军人。另外，现在世界上恐怖事件多发，如1995年发生在东京地铁的沙林毒气事件和2001年美国炭疽邮件恐怖事件，也促使各国政府加大了对于生化防护服的研究。作为产业纺织品的一个主要品种，生化防护服的应用范围不断扩大，有广阔的发展前景。 目前，我国在生化防护服领域的研究和开发较欧美发达国家还有较大的距离，应用范围较窄，尤其是在生化防护服的开发、设计、生产和测试等方面还没有形成量化的系统。但随着我国科学技术水平的发展及借鉴外国先进的技术，我国在该领域的研究也正取得显著的进展。1 生化防护服的发展1917年，德国人第一次使用黄十字毒剂时，所使用的防护装备只是一些用

5、药水浸渍过的纱布和棉花制成的口罩，这就是防护装备的最初雏形1。随着纺织工业和化工工业的不断发展，防护服材料逐渐发展为不透气的油布、橡胶布，这就演变成了现在的隔绝式防护服。20世纪40年代，美国首先研制出丁基橡胶防化服，并在第二次世界大战中被同盟国所采用，起到了一定的防护作用。50年代末期，美、英、苏各国给专业防化兵装备了丁基橡胶防化服。虽然丁基橡胶防化服对各种生物、化学毒剂均有良好的防护性，但其完全不透湿透气，舒适性差，易造成“热积聚”“冷凝”现象，且衣服厚重、质量大，不能长时间穿在身上，需配备微气候冷热调节系统。为了克服以上丁基橡胶防化服的缺点，在50年代末，美国率先研制出氯胺浸渍防护服，克

6、服了不透气的缺点，但是也存在一些缺点：一是氯胺对毒剂的吸收具有选择性，限制了防护毒剂的范围；二是氯胺对皮肤有刺激作用，使穿着者有不舒适的感觉；三是氯胺腐蚀织物，缩短了服装使用寿命。 到了20世纪60年代，各国加大了对生化防护服的研究。1966年，英国率先取得突破，命名为MK1，用纤维织物取代了丁基橡胶防化服以含炭非织造织物、含炭泡沫塑料复合织物、含炭绒物为含炭层作吸附材料。这种吸附材料是将粉状活性炭附着到不同类型的基材上制成的, 基材为聚氨酯泡沫, 棉法兰绒或非织造织物2。1973年，MK3防护服问世，这种防护服是一种含碳纤维服装（即核生化服，NBC服），其结构有两层面料，有一定透湿散热能力，

7、较丁基橡胶防护服有很大的进步。八十年代中期，波士顿化学防护研究所又开发了Mk4型防化服，进一步提高了其性能，各种性能有较大提高，但仍有许多服用生理方面的问题。随后，各国逐渐开发了各种类型的活性炭防护服，如1985年德国布鲁歇尔有限公司开发的萨拉托伽( Saratoga)防化服，这种防化服是将直径为0.5-1.0mm的活性炭按预定的图型以点状粘接到纤维层上，这个纤维层可以是聚酰胺织物、聚酯织物、棉织物或棉针织物2。但活性炭防护服也存在一些缺点，尤其是纤维状活性炭强度差、不耐心。为了克服这些缺点，各国开发了以活性炭纤维复合织物为吸附层的防护服，其质量轻，且防毒性能、生理性能、使用性能和耐洗性能更为

8、优良。目前最先进的透气式防护服是美国制造的“联合军种防护服”，这种防护服曾在2003年的伊拉克战争中使用过。在伊拉克战争中，美军特别重视部队的生化防护，陆海空三军和陆战队都装备了“联合军种防护服”(JSUST)。全套系统主要由三部分组成：轻型生化防护衣(包括外衣、内衣、野战制服和飞行外套)、改进型防化手套和多功能鞋套。这些装备都能提供完整的防护和最佳的舒适度美军挑选了世界上58种透气式防化材料组合进行测试，最终选择了这种球型活性炭式过滤层布料防护衣。该防护衣能够在战场上每天穿着超过20个小时，连续穿着45天以上，在经6次野战清洗后仍可保证防护效果。比之前的防护服轻O45kg，折叠后体积缩小了6

9、0。现在，美国纳蒂克士兵系统研究中心最新的研究是将电纺技术应用于生化防护服中，其原理是将不同种类聚合物和纤维交缠在一起形成电纺薄膜，具有高的过滤效率和低的透汽阻力，经过特殊加工后可用于生化防护服。 与国外相比，我国对于生化防护服的研究起步较晚，但非常受到重视，发展也较快。我军第一代防护服是在1966年定型装备的FFY-02、FFY-03型连身隔绝式防护服，它是用不透气的丁基胶布制成，具有耐酸、碱、轻便、防毒性能好的特点。在1982年，我军又装备了含碳透气式FFFO2型防护服。总后军需装备研究所最近研究成功了“选择性渗透膜防护材料”，即PTFE/PU选择性渗透膜，这种防护材料制成的防护服性能优良

10、，耐水压、耐洗涤且透湿性好。但总体来说，我国生化防护服的研究水平与欧美发达国家还有一些距离，仍存在品种功能少、舒适性差、防护时间短、重量重等问题。2 生化防护服的分类根据生化防护服防护能力可以分为隔绝式防护服、透气式防护服、半透气式防护服和选择性透气式防护服。2.1 隔绝式防护服隔绝式防护服是一类对液态、气态和气溶胶物质都不能透过的防护服。它通常采用丁基橡胶或氯化丁基胶的双面涂层胶布等不透气材料制成，具有优良的生化毒剂防护性能3。长时间地穿着隔绝式防护服，特别是在热带地区，人们皮肤上的汗液不能蒸发掉，严重影响了人体的散热，导致了热应激反应的显著增加，甚至引起人们中暑死亡。同样，如果在寒冷的气候

11、条件下穿着，将会出现体温降低的冷凝现象4。而且，存在易燃性和溶胶性的问题3。在第二次世界大战中，这种防护服配备给美、英、苏等国家的专业防化兵部队。在炎热的气候条件下，士兵一般只能穿10分钟，身体强壮的也不超过半小时。因此，需要配备质量重、价格昂贵、体积庞大的微气候冷却和加热系统，来补偿不透湿产生的不平衡现象。隔绝式防护服由于其完全隔绝性，一般可提供较高等级的生化防护，如美国开发的STEPO防护服可提供OSAH A级防护，可在化学战剂、工业化合物、火箭燃料、氧化剂以及缺氧环境中使用4h。另外，TST防护服、英国的HZ07OJX21B生化防护服、奥地利的ABC-90和ABC-90-HR均属于此类防

12、护服。隔绝式防护服防护性能好、造价低、可重复使用。可供接触高浓度物质的人员用。但由于其不透气。生理舒适性能极差且笨重，因此只能在生化战剂污染较严重的地方短期使用。2.2 透气式防护服 透气式防护服是一类可透过空气和湿气。但阻止毒剂气体透过的防护服。它通常由外层织物、吸附层和内层织物构成，具有防毒、透气、散热的功能，生理性能得到明显改善。但高静态压力时液态化学物质、有毒蒸汽和气溶胶均可以透过。为获得排斥液体的能力，通常在外层织物上涂覆含氟聚合物涂层之类的功能表面剂。透气式生化防护服的材料有化学试剂浸渍织物和含粉末、颗粒或球体活性炭的织物。化学浸渍织物的代表是美国与20世纪50年代开发的氯胺浸渍防

13、护服，这种防护服虽然具有一定的透气性，总体性能却较差，氯胺对人皮肤有危害且使织物使用的耐久性大大降低。含活性炭织物最早是由英美两国在20世纪80年代合作研制出的活性炭纤维防护服，如美军的作战服罩衣（Battle Dress Overgarment,BDO)和萨拉托加防护服（Marine Corps Saratoga,MCSO)。这两种类型的防护服均有内外两层构成，综合性能优良，防护机理均是依靠活性炭的物理吸附和化学吸附。其他含活性碳透气式防护服还有美国最新型的联合军种轻型综合防护服技术（JSLIST)罩服、德国的Helsa-Werke防护服、Blucher Saratoga TM防护服及法军生

14、化防护服。虽然透气式生化防护服综合性能优良，仍存在一些问题。透气式防护服存在4个主要问题5： （1）活性炭吸附是一种物理过程。环境温度、湿度的改变有可能引起被吸附毒剂的解析，产生二次污染。 （2）某些不需要防护的物质也会被活性炭吸附，降低了活性炭的吸附能力。 （3）为达到足够的防护性能，活性炭的使用量需达到160-300g/，防护服质量和体积的增加直接影响了穿着者的行动能力。 （4）不具备对气溶胶的防护，并且在高静态压力下，与之接触的水、液态化学物质和有毒蒸气也可以穿过。2.3 半透气式防护服半透气防护服是一类允许小分子气体，例如水汽、小分子化学毒气透过。但阻止大分子气体及液体和气溶胶透过的防

15、护服，它通常由微孔材料制成。当材料微孔处于合适的尺寸时，具有良好的液体和气溶胶阻隔性能。同时允许水蒸气透过，因而具有良好的舒适性能。半透气式防护服一般有半透过性材料制成，半透过性材料包括多孔、无孔膜和涂层，多孔又分为超微孔、微孔和大孔6。超微孔孔径为0.01-0.1m,微孔孔径为0.1-0.5m，大孔孔径则大于5m。无孔材料可认为是“溶解扩散”膜。尽管无孔材料没有可见的孔，但由于sympat一这类材料具有软链聚醚和亲水性硬链聚酯嵌段共聚结构，因此，水蒸气能以吸附扩散解吸的方式透过。半透过性材料在个体防护中具有防风、防水、防液体化学物质和防有害气溶胶颗粒的作用，同时具有相当的透湿功能但对有毒化学

16、品蒸气的防护还必须借助活性炭吸附层。目前市场上比较成熟的防水透湿膜有美国的GoreTex膜(用聚氨酯作面层处理)和欧洲的Sympatex膜。另外，还有一些涂层制成的半透气防护服，如Tyvek（特卫强）经多聚物涂层制成的杜邦Tychem C防护服、郝新敏等研制的“非典”防护服及张文福等研究的生物防护服。半透气式防护服能有效减少“热应激”和“冷凝”现象，但只能提供生物防护，对于有毒的化学蒸气的防护性能差，需要另外添加吸附层才可以。2.4 选择性透气式防护服选择性透气式防护服是一类选择性地只允许水汽分子透过，而阻止其他液体、气体和气溶胶物质透过的防护服。它通常由选择性渗透膜材料制成，通过溶解，扩散机

17、理透过水汽分子。不需要添加吸附型材料就可以对液态、气相化学剂、气悬物、微生物和毒素提供有效的防护。选择性透气式防护服的关键是选择性透过材料的研究。传统的选择性透过材料是指选择性或活性过滤涂层材料，如中空纤维和膜材料。选择性透过性材料可分为4类：不对称选择膜、复合选择透过性膜、均相选择透过性膜和非均相选择透过性膜。它们阻滞有机蒸汽分子渗透的机理都是相同的，即都是水蒸气分子从膜的一侧开始吸附渗入-膜内扩散-另一侧解吸，而透过速度取决于浓度梯度、时间和膜的厚度。目前，很多国家都在致力于选择性透气式防护服的研究。美国和德国的科学家研制出一种叫Spiratec Hybird的防护织物，可防护各种形态的毒

18、剂和各种类型的生物病毒或细菌。美国W L Gore公司和Akzo Nobel公司研制的胺基薄膜，纤维系统和纤维基薄膜，纤维系统可防护毒性很高的各种有毒化合物，包括攻击性的化学战剂和生物战剂7。 虽然目前选择性透气式防护服还在研究中，随着研究的深入，既能防液态、气态、气溶胶等多种形态的有毒化学物质、微生物和病毒，又具有轻薄、透湿、防水等良好生理功能的防护服必将成为现实。3 生化防护材料从1917年德国在战争中第一次使用黄十字毒剂开始，生化防护材料就不断的被应用。从最初的药水浸渍过的纱线和棉花制成的口罩发展到完全隔绝式的丁基橡胶，再到20世纪60年代英美两国合作开发成功的活性炭碳纤维，各种各样的生

19、化防护材料被研制出来。发展至今，主要有两大方向，一是对含活性碳纤维复合透气织物的研究，另一个是对光敏材料应用于生化防护服的研究。因此，主要介绍含活性炭吸附材料及光敏材料。3.1 生化防护材料含炭吸附材料3.1.1 活性炭活性炭（AC）是一种具有多孔结构和大的比表面积的微晶质炭材料。活性炭由于其较大的比表面积、微孔结构、物理和化学性质稳定、很强的吸附能力和很高的表面活性而成为独特的多功能吸附剂。由于其良好的吸附性能，它能够吸附多种气体和蒸气，特别是对多种有机化合物有很强的吸附能力。活性炭除毒机理主要是范德华力与毛细管凝聚而形成的物理吸附，其吸附量随着对象气体的分子最、分子结构、环境温度、湿度而变

20、化8。3.1.1.1 粉末炭 较早出现的是活性炭粉末（PAC，particle activated carbon），是将这种活性炭附着在不同类型的基材上制成的，包括低密度的柔性聚氨酯泡沫、起绒棉布和无纺布。性能较好的是无纺布粘附活性炭。活性炭属于超细粉末。96的颗粒尺寸小于25斗m，粉末炭上含有各类孔径的孔隙。它们提供了很高的吸附能力，减少了孔隙堵塞影响，并提高了防毒服产品的储存寿命。3.1.1.2 球形活性炭球形活性炭吸附是德国Blucher公司在1985年成功开发的一项技术（SARATOGATM),即采用粒径为0.5-1m的球形活性炭，以预设的模式，点状粘附在织物层面上，该层又与尼龙、聚酯

21、和机织棉等复合得到含有1mm厚度的活性炭复合织物。相比于粉末炭体系，球炭技术提供了85的表面区域来吸附有毒气体(15的表面区域用在与织物进行粘附而被胶粘剂覆盖)。由于胶粘剂只覆盖活性炭的极少部分，保留了大量的活性吸附点，因而该体系具有很高的吸附生能9。无论是粉末炭或球形炭，对有害气体的吸附速度大致相同，但是，后者在单位面积上含有三倍量的活性炭，具有三倍量的吸附能力，因此粘接球炭点粘技术对化学毒剂的吸附能力是粉末炭浸渍无纺布技术的三倍。SARATOGATM防毒服重256310 gm2，外层是经拒油拒水整理的高阻燃棉织物。经过整理的织物能阻止有毒液滴通过“芯吸”效应进入织物内部。SARATOGAT

22、M防毒服穿着感觉良好并能提供高水平的防护性能，但是在制作成本和热负荷效应上略有增加，重量也较粉末炭吸附材料重，其储存寿命为20年。3.1.2 活性炭纤维活性炭纤维(Activated Carbon Fiber，ACF)是指炭纤维(Carbon Fiber，CF)及可炭化纤维(Carbonizable Fiber)经过物理活化、化学活化或两者兼有的活化反应所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能性炭纤维10。活性炭纤维是由PAN纤维经预处理、炭化、活化三个阶段制备，以无纺布的形式存在。 ACF与传统的颗粒活性炭相比，具有以下优点8：(1)纤维细，与被吸附物质的接触面积大，增加了吸附几率，且可均匀接触

23、。(2)比表面积大，约是GAC的10100倍：吸附容量大，约是GAC的1 5100倍：吸附、脱附速度快，ACF对气体的吸附只需几十秒至几分钟即可达到平衡。(3)孔径分布范围窄，绝大多数孔径在100A以下，GAC的内部结构有微孔、过渡孔和大孔，而ACF的结构只有微孔，没有过渡孔和大孔，并且孔径均匀，这是ACF吸附选择性较好的原因。(4)ACF兼有纤维的各种特性，可以根据需要加工成纸、毡、布等各种形态。给工程应用和工艺设备的简化带来方便。由于活性炭纤维所具有的比表面积大，孔径分布集中，吸、脱速度快，吸附容大等特点，利用ACF 的纤维形态，可以直接加工成复合织物（其他核生化防护服吸附材料需采用粘合剂

24、将活性炭粘合在基织物上制成），因此，采用活性炭纤维制成的活性炭纤维复合织物的透气、透湿性和吸附性能可显著提高，是理想的核生化防护服吸附材料，经过浸渍处理，它还可以再负载上催化剂、化学吸收剂和杀菌剂等。作为第三代核生化防护服的吸附材料，被世界各国所广泛采用；英国、日本、加拿大以及我国台湾等均已大批量装备部队，其他国家也正在研制此类防护服。3.2 生化防护材料-光敏材料光敏材料是一些在光照下可以产生一定自由基团和自由电子的物质，产生的这些基团有一定的氧化能力或还原能力，从而可以与有机化合物反应。将光敏材料应用到生化防护服是利用了光敏材料光催化反应的能力，与纤维结合后，在一定光照下，当接触到有毒物质

25、、生物细菌等时，可以进行有效的防护。现阶段研究的一些光敏防护材料，如TiO2/PAN纤维、SiO2纤维等，都是在低温条件下，制成溶胶-凝胶溶液后，静电纺织而成11。TiO2/PAN纤维的尺寸较小，一般小于1m。经研究，光照后，TiO2/PAN纤维对甲苯气体有很好的降解性，且曝光时间越长，降解效果越好12。另外，一些金属氧化物的纳米晶体如MgO、CaO、Al2O3等表面也具有很高的化学反应性，可以降解一些化合物，如乙醛、甲酮类化合物。棉织物经氧化镁纳米晶体整理后，对农药和化学毒剂有很好的自降解功能，可以很好的防护人们。当然，光敏材料在生化防护服中应用还需要一定的研究和探索。相信在不久的将来，一定

26、可以生产出轻便、舒适、成本低、环保的光敏生化防护服。结语 面对各种生化战剂或毒剂的威胁，各国都越来越重视生化防护服的研究和开发，以最大限度的保护军队和民众的生命安全。在这种形式下，生化防护服一定会迅速的发展，得到显著的进步。不久的将来，一定会研发出轻量化、舒适性高、低成本且防护性能优良的生化防护服。参考文献1孙景海，左浩.国外核化生战剂防护装备技术的发展J.医疗卫生装备，2012，33（7）：73-77.2杨莉.活性炭和活性炭纤维在防化服中的应用与发展J.产业用纺织品，2009,3（17）：39-41.3田涛，段惠莉等.国内外生化防护服的研究现装和发展对策J.医疗卫生装备，2008,29（7）

27、：29-32.4邱初之，朱受成等.穿戴防毒装具时热负荷限度的研究J.航天医学工程，1989,2（4）：264.5陈焕祺.防毒服研究发展方向的思考J.防化研究，2003（4）：51-55.6李和国，李雷，刘江歌.选择透过材料在生化防护服中的应用J.中国个体防护装备，2005（5）：18-20,23.7李小银.美国研制选择性透气膜的防护服J.国外防化科技动态，2003（3）：9-10.8周长年，郝新敏.生化防护服吸附材料J.中国个体防护装备，2005（5）：21-23.9李和国，刘斌，李雷等.生化防护服材料技术J.中国个体防护装备，2006（3）：25-28.10刘恩文.活性炭纤维的制备及在核生化防护服中的应用J.国防技术基础，2008（5）：55-58.11Sun,Y,etal,Journal of Polymer Science,Part A:Polymer Chemistry,Vol.39,No.18,September 2001:3073-3084.12S.Kay.Improving Personal Protection Through Novel MaterialsJAATCC Review,July/August 2010:44-50.