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穿在身上的铜墙铁壁_生化武器-防护服

2018-10-30 08:40:27  

在现在工业发展越来越快的环境下,很多人经常与火焰、高温、熔融金属、腐蚀性化学品、低温、机械加工等接触,极易产生危险,对于这些危险,就需要专门的防护装备来保护整个身体。防护服就是其中重要的一种,它能有效地保护作业人员免受环境中物理、化学、生物等因素的伤害。随着科学技术的发展和人们生活质量的提高,防护服的美观性和舒适性也显得越来越重要。防护服装属于功能性服装的一类,主要用于保护在各种劳动场所作业的人员免受劳动环境中的物理、化学和生物等因素的伤害。防护服装的防护功能是伴随着工业发展与进步不断增加与提高的,是作业环境的需要,更是对人体保护的需要。根据其应用领域的不同,防护服装可以分为公共事业用,军事用,医疗卫生用,工业、建筑业和农业用,娱乐业用等几大类。而评价一件防护服质量的优劣,可以从“防护有效、安全适用、穿着轻便、舒适美观”几个方面进行衡量。


一、生化防护服的发展历程

1917年,雏形—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药水浸渍过的纱布和棉花制成的口罩,防护服材料逐渐发展为不透气的油布、橡胶布。

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。美国率先研制出氯胺浸渍防护服,克服了不透气的缺点,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。

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,

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,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。

1985年活性炭防护服问世,德国布鲁歇尔有限公司开发的萨拉托伽( Saratoga)防化服,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”,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。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O.45kg,折叠后体积缩小了60%。

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。

1917年,雏形—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药水浸渍过的纱布和棉花制成的口罩,防护服材料逐渐发展为不透气的油布、橡胶布。

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。美国率先研制出氯胺浸渍防护服,克服了不透气的缺点,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。

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,

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,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。

1985年活性炭防护服问世,德国布鲁歇尔有限公司开发的萨拉托伽(Saratoga)防化服,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”,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。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O.45kg,折叠后体积缩小了60%。

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。

二、生化防护服的分类

2.2 按防护原理分类

化学防护服材料根据其防护原理的不同,可分为以下三种类型。

  (一)解毒型防护材料

某些化学物质可与危险化学品(毒剂)发生化学反应,从而使其失去毒性,这些物质称为解毒剂。通过将解毒剂添加在纺织品上所制备的防护材料称为解毒型防护材料。这类防护材料的防护作用明显,使用方便,但使用后其防毒作用会降低甚至丧失,需重新进行处理或更换。解毒剂可以是液态或固态物质,如金属络合物等。解毒剂可采用浸渍法、微胶囊法、中空纤维填入法等附着于纺织品上。由于危险化学物质的种类很多,化学性质不同,因此解毒型防护材料因其适用性的限制,目前应用较少。                                  
  (二)隔绝型防护材料

隔绝型防护材料通过将有害物质隔绝在防护材料之外,从而避免人体受到毒气、毒液等的危害。这类防护材料一般通过将具有良好阻隔性能的材料涂敷在纺织品表面,以获得隔绝危险有害物质的功能。隔绝型防护材料的防护性能很好,但穿着笨重、行动不便、穿着舒适性差。
  (三)吸附型防护材料

吸附型防护材料是在纺织品中添加具有很大比表面积的微孔性物质,通过这些微孔物质的强吸附作用,对毒气、毒液进行物理吸附,避免其与人体接触或进入体内,从而达到防护目的。活性炭是最常用的吸附剂。活性炭吸附型防护材料的防护能力受多种因素的影响,其中毒剂的种类和性质对活性炭的吸附能力影响较大。毒剂分子越大,其蒸气越易被活性炭吸附;反之,则不易被吸附,如活性炭对氢氰酸和氯化氰等气体的吸附能力差。吸附型防护材料透气性好,质轻,防毒效果优良。这类防护材料在吸附有毒物质后,必须进行解吸处理,以去除有毒物质。吸附型防护材料若受潮或与人的体液、大气等长时间发生作用,吸附材料活性炭的吸附能力会降低,并导致防护材料的防护能力降低或失效。

2.2按防护程度分类

根据化学防护服防护程度的不同,美国环境保护局(EPA)将防护等级分为四级。

(1) A级A级防护为最高等级的防护。A级防护服具有隔绝气、液危险品的性能,在含有危险性化学品的环境中,可使人体的皮肤和呼吸系统得到最好的保护。这类防护服整体密封,含有自给式呼吸器。

(2) B级B级防护能防止任何液体进入防护服,但气体和湿汽可以渗透。

(3) C级C级防护服可对轻度污染提供一定的防护作用,紧急救援人员一般不用C级防护。

(4) D级D级防护属于一般防护,不能作为紧急救援人员的防护服。

2.3按防护服性能和应用领域分类

根据防护服的性能及应用领域的不同,防护服又可分为:(1)防化服,即CPC防护服;(2)防核材料、生物及化学伤害的保护服,即NBC防护服;(3)防化学、生物、放射性物质和核材料伤害的保护服,即CBRN防护服等。

三、生化防护服的防护原理

生化防护服是对在有毒有害的生物、化学物质环境下作业的人员进行既能保护皮肤,又能保护呼吸道、消化道等不受毒害的各种防护性服装。对人体造成伤害的有毒有害的生物、化学物质很多,而且有多种存在形式,其性质各不相同,因此对生化防护服的防护性能要求也不同。有毒有害的生物、化学物质主要以气、雾、烟、液、粉5种状态(雾和烟又统称为气溶胶状态)进入人的呼吸道、消化道、眼睛、粘膜、伤口或侵蚀人的皮肤等,造成对人体的伤害。其特点是不易识别,伤害因素和途径多,面积效应大,危害持续时间长,有些还具有强的传染性,因此要求防护服必须采用科学的方法防护对人体的伤害。

3.1与外界污染环境隔绝的方法

在外界污染环境中使用隔绝式的生化防护服,在人体局部或整体形成一个封闭式的微型环境,使人的皮肤或呼吸完全与污染的环境相隔离,从而起到防护作用,而且依靠防护服供氧装置系统本身提供氧气以满足呼吸需要。隔绝式防护服防护性能好,不受毒源种类的制约和影响,适用于污染严重或不明毒源性质时使用。但由于该防护服不透气,穿着时会对人体产生不利的生理影响,容易使人产生各种应激反应,如热应激反应和冷应激反应等。

3.2对污染空气进行过滤的方法

通过防护服本身紧密的纺织品结构和一些辅助的涂层、膜层、透湿性粘合剂以及其中的化学药剂等物质的吸附、分解作用,使进入人—防护服间微环境的空气净化,从而起到避免有毒有害物质接触皮肤或吸入体内。目前的过滤式防护服也有一定的局限性,因为过滤方法受毒源的不同性质影响较大,但由于有一定的透气性,穿着舒适性较好。
四、生化防护服材料

技术革新都会从根本上改变整个个体防护装备的现有模式,并且引领个体防护装备的发展趋势。随着科学技术的不断发展,越来越多的新型材料层出不穷,随之而来的是具有各式各样新功能材料的应运而生。

4.1功能性聚合物与纤维材料在防生化服上的使用

4.1.1自净化材料

具有自净化功能的聚合物或织物一般具有如下技术特征,即可快速抑制或杀死广谱生物;快速净化常规化学战争中可能出现的有毒试剂的危害;确保人员与环境的安全;防护服长期使用后仍能保持舒适和透气;服装的使用、贮存和再使用以及对生物与化学活性的持久性要好。

4.1.2功能性纤维新材料

欧洲Limerick大学的研究人员使用经过抗菌纳米制剂处理的纤维材料,用于医疗人员罩衫、床单以及病房的内装饰纺织品,可有效抑制超级细菌(Surperbug)日益严重的交叉感染带来的危害。

4.2非织造布在生化防护服上的使用

4.2.1梳理型非织造布

美国坦萨斯大学环境与人类健康研究所开发的商品名为“Fibertech”的干态针刺型非织造布网垫产品,作为应对战争中可能出现的化学制剂和有毒化学品威胁的净化材料,已广泛应用在防护服的衬里中。

4.2.2熔喷非织造布

熔喷非织造布纤维网可以作为纺粘非织造布复合材料的芯层组分,诸如广泛使用的SMS产品。美国Unitech公司的“Hybrid”型防护服使用抗静电聚丙烯SMS材料、聚烯烃SMS材料制作的防护服,适用于防护喷溅化学品可能带来的危害,该面料可以屏蔽直径大于1μm的颗粒物,去除率达99%。国内湖北新华采用克重为30~70g/m2的同类材料制作的防化服也已投放市场。

4.3聚合物纳米纤维在防护纺织品上的使用

使用克重为1.0~2.0g/m2,充分利用现代科学技术,使防护服集多种防护功能于一体,在核生化防护的同时,为保证穿着舒适,还要具有透气性,若要供应急救援使用,还要增加阻燃性。随着功能兼容技术的发展,未来的防护服可为穿着者提供更全面的防护。

4.4活性炭纤维在防护服上的应用

活性炭纤维的微孔尺寸结构通常小于2μm,比表面积可高达3000m2/g,具有优良的吸附功能。在环境控制和生物与化学制剂(NBC)危险防护服领域的使用呈持续增长态势。活性炭纤维易加工成多种形状的产品,如毡垫、织物等,其制作的防护服在强力、挠性和耐用性等方面均表现良好.


五、高新科技的防护服

纵观近十年来几场较大规模的局部战争,几乎都是在核生化武器威胁下进行的,所以,可以清楚地认识到防毒服会呈上升式发展的态势。随着新材料、新技术的不断发展,防护服呈现出高科技化、多功能化、智能化、高性能和舒适化的发展趋势。

设计中采用新材料、新技术,提高防护性能。美军正在研究半透膜防毒服,替代现行的以炭吸附为基础的生化防护服,不仅能经得起士兵在战场上所有的考验,还能抵御更大的自然灾害。美国纳蒂克士兵系统研究中心将静电纺丝技术应用于生化防护服,将不同种类的聚合物和纤维交缠在一起形成电纺薄膜,经特殊加工后用于生化防护服,使其具有高过滤效率和低透气阻力;另外,利用生物技术,把具有降解生化战剂功能的酶和微生物“嫁接”到纤维织物上,制成一种灭菌、抑菌和自行解毒功能的生物纤维。纳米材料和纳米技术也为防护服的发展提供了新的契机,利用纳米材料具有的良好吸附、催化消毒性,研制可处理的吸收剂和新的催化体系,发展各种纳米材料减轻士兵的热量和压力负担。

5.1趋于多功能化

充分利用现代科学技术,使防护服集多种防护功能于一体,在核生化防护的同时,为保证穿着舒适,还要具有透气性,若要供应急救援使用,还要增加阻燃性。随着功能兼容技术的发展,未来的防护服可为穿着者提供更全面的防护。

5.2实现智能化

通过新型智能材料、智能软件来实现智能化。美国阿拉莫斯国立实验室研制出一种由聚乙烯醇和氯化钠溶入甘油中制成的新型“智能”防护服。该防护服在划破后,会自动发出报警信号,更好地保证了在危险环境中工作人员的安全。美军正在进行智能化军服的研究,这种军服在具有分解化学毒剂功能的同时,还能通过自动调温纤维对周围的温度作出反应,提高舒适性和保暖能力。

5.3注重高性能和舒适性

为满足未来高技术战争、生化恐怖袭击和突发公共事件,理想的生化防护服应具有防护能力高、防护时间长和穿着舒适性良好的特点。选择性透气式防护服的研究就是为了解决防护性能和舒适性的矛盾。

防护服的研究开发涉及多个学科,而且不同的应用领域对防护内容要求不同,因此在防护服的研究开发时,应考虑多品种、专用化和与其他防护器材的配套使用问题。同时,针对不同用途、不同功能的防护材料,应根据使用要求,进一步完善相应的产品标准,以指导企业生产出防护性能好、使用时间长、舒适性好,而且价格更合理的化学防护服。生化防护材料在工业、国防、消防、医疗救护等领域具有广泛应用。随着新材料、新技术的不断发展,生化防护服呈现出多功能化、智能化、高科技化、高性能和舒适化的趋势。其技术关键是在新型防护材料的研究上取得突破,如果能开发出轻便、透气、防火又满足CBRN防护要求的防护服,那么消防员可以随时穿着这种防护服,不必携带各种适用于不同情况的防护服。还可以通过采用新型智能材料智能软件和系统来实现智能化,比如是设计一种防护服,可以再防护服划破后,自动发出报警信号,还有防护服在具有分解化学毒剂功能的同时,能通过自动调温纤维对周围温度作出反应,提高舒适性和保暖性。采用新材料、新技术,提高防护性能也是生化防护服的发展趋势,美国纳蒂克士兵系统研究中心将静电纺丝技术应用于生化防护服,将不同种类的聚合物和纤维交缠在一起形成电纺薄膜,经特殊加工后用于生化防护服。使其具有高的过滤效率和低的透气阻力。利用生物技术,把具有“吃”生化战剂功能的酶和微生物共价到纤维织物上,制成一种灭菌、抑菌和自行解毒功能的生物纤维。为满足未来高技术战争、生化恐怖袭击和突发公共事件,理想的生化防护服应具有防护能力高、防护时间长和穿着舒适性良好的特点。选择性透气式防护服的研究就是为了解决防护性能和舒适性的矛盾。目前,国内防护服的开发研究已进入了发展期,前景广阔。也许不要多久,各行业的工作人员都有自己适用的防护衣,将使平民百姓得益,这是一项利国利民和效益可观的事业!

防护服被称为是“安全防护的最后一道防线”,能否科学、合理地打造这道最后的防线,关系到千万使用者的健康甚至生命。因此无论是最终用户还是生产者都有责任详细、全面地了解防护材料的性能指标,做出正确的推荐和选择。

 


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