讓病毒迷路！這些先進(jìn)功能纖維材料制作的口罩太神了

郭春花

開欄語：

新冠肺炎疫情爆發(fā)以來，應(yīng)急防護(hù)用纖維作為急迫性、重要性、普適性并重的研究項目，受到了纖維及制品行業(yè)的廣泛關(guān)注。為此，2020年3月，國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心和盛虹控股集團(tuán)共同設(shè)立了“盛虹·應(yīng)急保障與公共安全用纖維材料及制品科研攻關(guān)項目專項基金”，重點(diǎn)聚焦應(yīng)急保障與公共安全用纖維材料及其制品項目的研發(fā)。經(jīng)過一年多的研發(fā)，近日，該基金項目最新研發(fā)成果向社會正式公布。為詳細(xì)推廣宣傳這些研發(fā)成果，國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心聯(lián)合《紡織服裝周刊》開辟“先進(jìn)功能纖維，為安全加碼”系列報道，按照口罩類項目、防護(hù)用先進(jìn)功能纖維與制品類項目、防護(hù)用創(chuàng)新性纖維與制品類項目，分3期報道項目研發(fā)的最新進(jìn)展。

猶記得2020年初，在新冠肺炎疫情肆虐的那一段時間，口罩嚴(yán)重短缺、熔噴布價格暴漲，暴露出我國在功能防護(hù)纖維紡織品領(lǐng)域的短板。面對這種情況，行業(yè)眾多高校、企業(yè)、機(jī)構(gòu)充分發(fā)揮自身的技術(shù)和生產(chǎn)優(yōu)勢，為應(yīng)對新冠肺炎、SARS等疫情以及霧霾天氣，滿足個體防護(hù)與醫(yī)療一線專業(yè)的防護(hù)需求，開展了防護(hù)用先進(jìn)功能纖維與制品相關(guān)研究，開發(fā)出了阻隔性、舒適性等功能進(jìn)一步提升的先進(jìn)纖維關(guān)鍵制備技術(shù)和關(guān)鍵裝備。

攻克傳統(tǒng)口罩靜電吸附相關(guān)問題

眾所周知，傳統(tǒng)醫(yī)用口罩的重要材料是熔噴布。熔噴布主要以聚丙烯為主要原料，聚丙烯空隙多、結(jié)構(gòu)蓬松、抗褶皺能力好，這些具有獨(dú)特毛細(xì)結(jié)構(gòu)的超細(xì)纖維，可增加單位面積上的纖維數(shù)量和比表面積，從而使熔噴布具有很好的過濾性、屏蔽性、絕熱性和吸油性等。但近年來爆發(fā)的SARS、COVID-19等新型冠狀病毒顆粒尺寸在100納米左右，而傳統(tǒng)的一次性口罩所采用的熔噴布纖維直徑在微米尺度，由其構(gòu)造的網(wǎng)孔尺寸大于病毒本身，必須依靠靜電吸附才能有效攔截病毒，然而吸附在口罩上的病毒可能成為新的污染源，從而造成二次污染。

針對這一問題，東華大學(xué)和生納科技（上海）有限公司通過將口罩內(nèi)的納米纖維及外層無紡布負(fù)載抗病毒藥物，開發(fā)出抗病毒口罩，主要用于病人和醫(yī)生使用。項目負(fù)責(zé)人莫秀梅介紹，載有藥物的抗病毒口罩達(dá)到了防護(hù)2級99%，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率都達(dá)到99%，H1N1的抗病毒活性為99.95%，H3N2的抗病毒活性為99.91%。

傳統(tǒng)口罩使用幾次后，會因荷電層靜電消除而降低過濾效率。針對這一問題，浙江理工大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院（國際絲綢學(xué)院）院長于斌帶領(lǐng)團(tuán)隊創(chuàng)新性發(fā)明了軟支撐納米纖維膜，利用物理攔截過濾原理阻隔病毒，可避免因高濕環(huán)境導(dǎo)致靜電消除而影響過濾效率，而且可重復(fù)使用。此外，該納米纖維膜孔隙率極高（孔徑<0.1μm），可實現(xiàn)高過濾效率與低過慮阻力間的平衡，既能阻擋病毒，又有良好的高透氣性。于斌介紹，利用本材料制備的口罩，經(jīng)國家勞動保護(hù)用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、國家紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（浙江）等多家權(quán)威資質(zhì)機(jī)構(gòu)測試，其過濾效率大于95%，吸氣阻力88—91Pa（遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求≤350Pa），呼氣阻力76Pa（遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求≤ 250Pa），達(dá)到了GB 2626-2006標(biāo)準(zhǔn)中KN95要求。

北京化工大學(xué)教授譚晶帶領(lǐng)團(tuán)隊更是創(chuàng)新性地研發(fā)出了一款可讓病毒“迷路”的納米纖維材料。譚晶介紹，該材料采用“零溶劑”熔體微分靜電紡絲技術(shù)制作，這種高壓靜電力可通過靜電微分和“拔河效應(yīng)”，將聚合物熔體均勻分割成多股流，最終可獲得不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的纖維膜，形成錯綜復(fù)雜的微孔通道，病毒通過時就會像走“迷宮”一樣被攔截，而且這種口罩經(jīng)酒精消毒或水洗后其阻隔病毒的功能不會大幅度衰減，可滿足重復(fù)使用要求。

新型材料口罩可自然降解

鑒于口罩的爆發(fā)式使用，全球多地出現(xiàn)了大量廢棄口罩，可能引發(fā)新一輪的白色危機(jī)。有報道稱，澳洲多處海灘出現(xiàn)水質(zhì)污染和白色垃圾，在這些常見的塑料污染中，已經(jīng)出現(xiàn)了口罩的身影。在地中海，法國環(huán)保組織也發(fā)現(xiàn)，廢棄的口罩、防護(hù)手套在這里竟然隨處可見！而這些口罩大多數(shù)是傳統(tǒng)的聚丙烯口罩，這類口罩無法在環(huán)境中降解，回收系統(tǒng)的缺陷將使得大量聚丙烯口罩暴露在土壤和水環(huán)境，材料將進(jìn)一步變成微塑料進(jìn)入水循環(huán)和大氣循環(huán)，完全降解需要上百年。

北京化工大學(xué)團(tuán)隊研發(fā)的讓病毒“迷路”的口罩則能很好地解決這個問題。譚晶介紹，這種口罩以聚乳酸為原料，在一定條件下可完全降解為二氧化碳和水，具有可再生、無污染的優(yōu)點(diǎn)，而且口罩所用纖維材料，采用了熔體微分靜電紡絲技術(shù)，不需要使用溶劑，完全摒棄有毒溶劑，還可耐受多次水洗重復(fù)使用，實現(xiàn)了全流程綠色制造。對于該技術(shù)目前的研發(fā)情況，譚晶介紹，相比成熟的傳統(tǒng)熔噴技術(shù)，熔體微分靜電紡絲技術(shù)還需進(jìn)一步提升制造效率，降低制造成本。目前團(tuán)隊正在進(jìn)一步研發(fā)新型濾料，比如具備抗菌殺毒和過濾的多功能可降解濾材;同時需要進(jìn)一步優(yōu)化濾材結(jié)構(gòu)，通過微米納米插層，實現(xiàn)更低的過濾阻力，提升舒適性。

山東寬原新材料科技有限公司也采用天然可降解生物基纖維為前驅(qū)體，研制出了新型生物基活性碳纖維復(fù)合材料。由該材料制備的防護(hù)口罩具備吸附率高、阻隔功能性強(qiáng)、透氣性好、抑菌性好等特性。

據(jù)了解，為繼續(xù)支持研發(fā)應(yīng)急保障與公共安全用纖維材料及其制品，國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心已發(fā)布了《2021年度“盛虹·應(yīng)急保障與公共安全用纖維材料及其制品科研攻關(guān)項目”申報指南》，將重點(diǎn)圍繞疫情防護(hù)、醫(yī)衛(wèi)防護(hù)等高阻隔、抗菌抑菌等功能纖維材料以及智能纖維及其防護(hù)材料，各種應(yīng)用領(lǐng)域下高阻燃、抗熔滴、抗靜電、防紫外等功能性個體防護(hù)纖維材料與制品等展開。根據(jù)該指南，創(chuàng)新中心將征集相關(guān)項目，組織專家遴選項目擇優(yōu)支持，推進(jìn)項目實施并對科研項目進(jìn)行綜合評價驗收。