可反復(fù)使用的高阻隔熔噴聚丙烯材料助力抗疫攻堅(jiān)戰(zhàn)

劉超

截至2020年3月中旬，我國(guó)的新冠肺炎疫情的本土新增確診病例已經(jīng)得到控制，疫情防控工作取得了階段性勝利。而在戰(zhàn)疫之初，醫(yī)用和民用口罩在國(guó)內(nèi)“一罩難求”的窘境，隨著疫情的逐漸消退已得到了緩解。

作為防護(hù)口罩和防護(hù)服的關(guān)鍵核心材料——熔噴級(jí)聚丙烯，其性能成為醫(yī)用防護(hù)口罩能否成為戰(zhàn)疫一線“最美逆行者”生命安全的一道屏障，也成為民用防護(hù)和民用衛(wèi)生口罩能否成為廣大人民自身與病毒有效隔離的屏障。然而，直至目前，我國(guó)熔噴級(jí)聚丙烯材料依然不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外因疫情導(dǎo)致的“突發(fā)”剛性需求。為保障疫情防控的需要，我國(guó)各級(jí)政府采取了“特事特辦”的原則，在鼓勵(lì)增加企業(yè)產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，加快對(duì)應(yīng)用于新冠肺炎疫情中的醫(yī)藥、醫(yī)療器械、防護(hù)物品等領(lǐng)域新技術(shù)、新材料項(xiàng)目轉(zhuǎn)化落地的立項(xiàng)進(jìn)程，建立了快速反應(yīng)機(jī)制。一大批新材料和新技術(shù)在最短的時(shí)間內(nèi)被應(yīng)用在新冠肺炎疫情防控和救治的最前線。

疫情加速新材料的技術(shù)攻關(guān)進(jìn)程

針對(duì)新冠肺炎疫情，北京市人民政府于2020年2月2日頒布的《北京市人民政府辦公廳關(guān)于進(jìn)一步支持打好新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控阻擊戰(zhàn)若干措施》要求：對(duì)新落地生產(chǎn)防控疫情所需物資的項(xiàng)目加快審批，圍繞防控物資和配套部件、材料項(xiàng)目生產(chǎn)建設(shè)、認(rèn)證等方面，開(kāi)辟一站式、全鏈條并行、48小時(shí)內(nèi)辦結(jié)的審批綠色通道。同一天，由北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)同8部門(mén)聯(lián)合頒布的《關(guān)于加強(qiáng)新型冠狀病毒肺炎科技攻關(guān)促進(jìn)醫(yī)藥健康創(chuàng)新發(fā)展的若干措施》中也要求：對(duì)個(gè)體防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制定和防護(hù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面，建立無(wú)縫銜接、協(xié)同創(chuàng)新的快速反應(yīng)體系。

因此，北京市相關(guān)部門(mén)積極組織在京高校、企業(yè)等研發(fā)及生產(chǎn)力量，開(kāi)發(fā)針對(duì)疫情阻擊的新材料和新技術(shù)。其中，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)張立群教授團(tuán)隊(duì)在高阻隔防護(hù)品用熔噴級(jí)聚丙烯制備技術(shù)方面，已具備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的能力，北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)以科技計(jì)劃項(xiàng)目形式支持其進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)。

在接受本刊采訪時(shí)，張立群表示，一些新技術(shù)、新思路在新冠肺炎疫情期間被快速轉(zhuǎn)化、論證和立項(xiàng)，在新聞報(bào)道中已看到有不少新型材料被應(yīng)用于醫(yī)用防護(hù)方面。新冠肺炎疫情在給人類(lèi)帶來(lái)苦難的同時(shí)，確實(shí)也在倒逼加速新材料技術(shù)的攻關(guān)和應(yīng)用進(jìn)程。張立群所在的北京化工大學(xué)是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展熔噴級(jí)聚丙烯材料研究工作的高校之一。2001年，北京化工大學(xué)與山東道恩高分子材料股份有限公司建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展高性能熔噴級(jí)聚丙烯材料的研發(fā)工作，其“超高流動(dòng)聚丙烯熔噴無(wú)紡布專(zhuān)用料技術(shù)”被鑒定為國(guó)際先進(jìn)水平。新冠肺炎期間，張立群領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合道恩高材（北京）科技公司突破聚丙烯可控降解技術(shù)以及荷電劑等助劑在熔噴料中高分散等技術(shù)難點(diǎn)，成功制備出靜電不易衰減的高載電荷、長(zhǎng)效抗菌、抗老化熔噴級(jí)聚丙烯材料。測(cè)試結(jié)果顯示：制成的25g/m2型熔噴布過(guò)濾效率可高達(dá)97.0%（30L流量/min）；經(jīng)70℃高溫老化24h后（相當(dāng)于自然存放1年），其過(guò)濾效率仍然高達(dá)94%；3次水洗后過(guò)濾效率還能保持在93.5%以上，抑菌性能按紡織品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)高達(dá)99%。

目前，該材料已經(jīng)在道恩公司的煙臺(tái)生產(chǎn)基地進(jìn)行批量生產(chǎn)，稱(chēng)為第2代聚丙烯熔噴料，所制備的高性能熔噴布已發(fā)送北京聯(lián)合康力醫(yī)療器械有限公司、北京時(shí)尚控股集團(tuán)下屬銅牛公司等5家北京口罩企業(yè)近10t，可制備高性能平面口罩1 000萬(wàn)只。待經(jīng)過(guò)測(cè)試后，即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用在新冠肺炎疫情的防護(hù)領(lǐng)域。

“一個(gè)口罩”帶來(lái)對(duì)新材料的行業(yè)思考

在防護(hù)物資方面，我國(guó)在疫情暴發(fā)之時(shí)即采取的一系列保障措施在短時(shí)間內(nèi)起到了不錯(cuò)的效果，國(guó)內(nèi)防護(hù)物資嚴(yán)重短缺的情況得到很大程度的緩解，醫(yī)用口罩、防護(hù)服等已經(jīng)能夠得到保障。但隨著疫情在全球的加劇，醫(yī)用和民用防護(hù)型和衛(wèi)生型口罩、防護(hù)服等防護(hù)物資仍然嚴(yán)重緊缺，尤其是醫(yī)用級(jí)聚丙烯熔噴布，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的增產(chǎn)也是不現(xiàn)實(shí)的事情。

如果沒(méi)有新冠肺炎疫情的發(fā)生，我們是不會(huì)關(guān)注一個(gè)醫(yī)用或民用口罩的。遺憾的是，疫情真的來(lái)了，口罩卻成為保證生命安全的屏障。新冠肺炎疫情下，口罩之困困在何處，一個(gè)口罩帶來(lái)的思考究竟有多少？

張立群為記者做了一些科普，解釋了疫情期間“口罩之困”的原因：醫(yī)用型、民用防護(hù)型和衛(wèi)生型口罩區(qū)別于普通口罩的關(guān)鍵在于它中間的過(guò)濾層，這是阻隔病毒和細(xì)菌的關(guān)鍵層，而這一層的關(guān)鍵材料就是超高融指聚丙烯經(jīng)過(guò)熔噴工藝制成的纖維無(wú)紡布（一般稱(chēng)為“熔噴布”）。他說(shuō)：“疫情發(fā)生之前，國(guó)內(nèi)聚丙烯熔噴布每年的產(chǎn)能只有六七萬(wàn)噸，日產(chǎn)能也就二三百?lài)?，以往的用量不大，是個(gè)比較穩(wěn)定的市場(chǎng)，生產(chǎn)企業(yè)和國(guó)家相關(guān)部門(mén)也沒(méi)有太去重視戰(zhàn)略性庫(kù)存。但是新冠肺炎疫情突然到來(lái)，這個(gè)產(chǎn)能肯定不能滿(mǎn)足疫情防控的需要，導(dǎo)致口罩原材料出現(xiàn)巨大的缺口?！?img src="https://cimg.fx361.com/images/2020/08/13/qkimagesclcyclcy202002clcy20200202-2-l.jpg"/>

如果來(lái)看一組數(shù)據(jù)，就可以明白，張立群所說(shuō)的口罩原材料短缺不僅指我國(guó)，而且是全球。張立群進(jìn)一步解釋?zhuān)骸?t熔噴級(jí)聚丙烯專(zhuān)用料，可以做成30萬(wàn)～50萬(wàn)個(gè)N95口罩（過(guò)濾效果達(dá)到95%），或者100萬(wàn)個(gè)一次性醫(yī)用外科口罩?！奔词拱熏F(xiàn)在年產(chǎn)7萬(wàn)t熔噴級(jí)聚丙烯全部用于支撐口罩生產(chǎn)，也只能支撐每天生產(chǎn)2.5億只一次性口罩，更何況生產(chǎn)尿不濕、消音棉和空氣以及水過(guò)濾器等產(chǎn)品也需要消耗大量熔噴級(jí)聚丙烯原料。我國(guó)醫(yī)用口罩的產(chǎn)量占到全球的60%以上，除N95口罩外，多屬于用即棄型（一次性）。新冠肺炎疫情已形成全球大流行之勢(shì)，在疫情期間的保守需求量接近13億只/天，最高需求量差不多29億只/天。

既然熔噴級(jí)聚丙烯及其熔噴布的缺口如此之大，增加生產(chǎn)線是否能解決呢？“熔噴級(jí)聚丙烯及其熔噴布生產(chǎn)線的技術(shù)門(mén)檻遠(yuǎn)比口罩生產(chǎn)線的高，特別是聚丙烯熔噴布生產(chǎn)線設(shè)備制造和安裝周期長(zhǎng)，一般在3～6個(gè)月甚至更長(zhǎng)，且部分高端零件依賴(lài)進(jìn)口，臨時(shí)上馬生產(chǎn)線困難很大，但口罩生產(chǎn)線可以在幾天或數(shù)天內(nèi)完成組建并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能?！睆埩⑷航o記者作了一個(gè)比喻，熔噴級(jí)聚丙烯及其熔噴布處在口罩生產(chǎn)環(huán)節(jié)的中間，就像是一個(gè)葫蘆中間最細(xì)的腰部，卡住了醫(yī)用和民用口罩的產(chǎn)能，上游基礎(chǔ)聚丙烯原料完全能夠得到保證，下游的口罩生產(chǎn)能力也能得到保障，唯獨(dú)熔噴級(jí)聚丙烯及其熔噴布產(chǎn)能有限，造成供需關(guān)系的緊張。

新技術(shù)的快速轉(zhuǎn)化為抗疫攻堅(jiān)戰(zhàn)提供支撐

在新冠肺炎疫情防控和阻擊的過(guò)程中，有許多新技術(shù)被快速轉(zhuǎn)化，如新冠肺炎病毒的各種有效檢測(cè)手段、人體體溫監(jiān)控系統(tǒng)、可復(fù)用高阻隔防護(hù)品用熔噴級(jí)聚丙烯材料等，在疫情的攻堅(jiān)戰(zhàn)中發(fā)揮了重要的支撐作用，為奪取抗疫的最終勝利提供了保障。

張立群認(rèn)為，建立產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)對(duì)疫情的抗擊作用十分重要，就口罩生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，在疫情暴發(fā)時(shí)就能統(tǒng)計(jì)出我國(guó)有多少熔噴布生產(chǎn)企業(yè)、有多少原材料和口罩生產(chǎn)企業(yè)，如果知道這些數(shù)據(jù)，就能統(tǒng)籌安排。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，一定要統(tǒng)一指揮、調(diào)度和配置?！皠e看只是一個(gè)小小的口罩，這背后每一個(gè)鏈條環(huán)節(jié)都要做好統(tǒng)籌，才能解決當(dāng)下的供需矛盾?！睆埩⑷貉a(bǔ)充。

3月初，新冠肺炎疫情在美國(guó)持續(xù)加重，全美同樣也面臨著醫(yī)療物資極其緊張的局面，甚至許多一線醫(yī)護(hù)人員每周只能分到一個(gè)N95口罩，不少醫(yī)護(hù)人員因防護(hù)物資短缺而導(dǎo)致被感染的風(fēng)險(xiǎn)增加達(dá)到精神崩潰的邊緣。但一個(gè)令美國(guó)民眾深感遺憾的消息被美國(guó)衛(wèi)生部長(zhǎng)阿扎爾（Alex Azar）證實(shí)，國(guó)家儲(chǔ)備的1 700萬(wàn)個(gè)N95口罩中，已有500萬(wàn)個(gè)因過(guò)期無(wú)法使用，美國(guó)的醫(yī)療防護(hù)物資面臨著嚴(yán)重短缺的困難。

一般來(lái)說(shuō)，醫(yī)用口罩最長(zhǎng)的存放時(shí)間也不會(huì)超過(guò)2年，時(shí)間越久其防護(hù)效率越差，而決定口罩存放時(shí)間的關(guān)鍵因素依然是熔噴級(jí)聚丙烯材料。除影響熔噴級(jí)聚丙烯生產(chǎn)的設(shè)備難點(diǎn)外，張立群也指出了熔噴級(jí)聚丙烯材料的技術(shù)難點(diǎn)：一是熔噴布的過(guò)濾效率和通氣阻力需要平衡。聚丙烯經(jīng)過(guò)熔噴后形成的微細(xì)纖維的物理阻隔和纖維上荷載電荷的靜電吸附作用是熔噴布能夠過(guò)濾細(xì)菌、病毒和霧霾等微細(xì)顆粒的基本原理。通常情況下，過(guò)濾效率越高其通氣阻力就越大，會(huì)造成佩戴者呼吸不暢，降低舒適度；如果降低通氣阻力，熔噴布的網(wǎng)孔增大，就會(huì)造成過(guò)濾效果下降。解決這個(gè)平衡的關(guān)鍵利器要么是開(kāi)發(fā)更新結(jié)構(gòu)的纖維材料，要么是大幅度提升現(xiàn)有聚丙烯熔噴布的電荷注入量，提升其靜電吸附能力。二是現(xiàn)有熔噴級(jí)聚丙烯抗老化性能差，且靜電和抗菌性能在短期內(nèi)大幅衰減（抗菌性3個(gè)月由90%降至50%，靜電吸附效能6個(gè)月由99%降至70%～80%），不利于長(zhǎng)期儲(chǔ)存。三是制備低氣味、分子量窄、超高融指（流動(dòng)性）熔噴級(jí)聚丙烯自由基的控制降解反應(yīng)技術(shù)的可控性難以掌握。

目前，在新冠肺炎全球流行的嚴(yán)峻形勢(shì)下，口罩、防護(hù)服等防護(hù)產(chǎn)品仍是最短缺的物資，如果民用防護(hù)和民用衛(wèi)生口罩能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)利用，那么無(wú)疑將會(huì)極大緩解防護(hù)物資短缺的情況，成為全球抗擊新冠肺炎疫情的巨大助力。