防護型口罩用“智能芯片”的開發與應用

吉林法德龍硅藻土新材料科技有限公司， 吉林 白山 134300

隨著人們環保意識的逐漸增強，防護型口罩的消費量也越來越大，但國內市場上防護型口罩的質量卻千差萬別。2016年11月1日，我國首個民用防護型口罩國家標準——GB/T 32610—2016《日常防護型口罩技術規范》[1]正式實施，這標志著防護型口罩已納入標準化管理。當前，國內防護型口罩的防護性與從國外進口的防護型口罩相比相差甚遠，這導致人們寧可花高價購買進口防護型口罩，也不愿購買低價的國產防護型口罩。但實際上，無論是進口的還是國產的防護型口罩，由于每個人臉型不同，故佩戴時不可能與臉部貼服得非常嚴密，都會或多或少地存在氣體短路現象(即外圍空氣從口罩與臉部的縫隙中進入并被人體吸入)。因此，為解決防護型口罩存在的技術問題，吉林法德龍硅藻土新材料科技有限公司研發了一款防護型口罩專用“智能芯片”，并得到了廣大防護型口罩生產廠家的一致認可，市場前景十分樂觀。

1 防護型口罩用“智能芯片”的開發

1.1 硅藻土的功能特性

我國硅藻土資源非常豐富，儲藏量為3.85億t，遠景儲藏量大于20.00億t，亞洲第一、世界第二。尤其是在吉林省白山地區，硅藻土儲藏量占全國儲藏量的60%～65%。吉林省白山地區的硅藻土品質好，SiO2含量在95.0%(質量分數)以上、Al2O3含量在0.8～3.0%(質量分數)、Fe2O3含量在0.2～2.0%(質量分數)，比表面積大(33～65 m2/g)，微孔甚多(2.0～2.5億個/g)，粒徑范圍一般在10～3 000 nm，常規密度在0.4～0.9 g/cm3，微孔體積在0.45～0.98 cm3/g。且隨著硅藻土的生產分級提純技術的不斷成熟，有關硅藻土的應用研究也在不斷地深入，并創造了良好的經濟效益和社會效益。

硅藻土屬納米級粉體材料，它的多微孔吸附性賦予了其具有多功能性，如吸附甲醛、吸異味除臭、吸光消光、吸聲降噪、釋放負氧離子、殺菌消毒、凈化空氣、耐熱阻燃、耐疲勞抗老化、呼吸調濕等。所以，硅藻土在建筑材料、復合材料、凈化材料、助濾或微過濾材料上得到了極其廣泛的應用。當前，硅藻土已成為繼稀土材料之后的又一新型材料，應用面廣、作用大，并已形成綠色的朝陽產業。

1.2 “智能芯片”的開發

吉林法德龍硅藻土新材料科技有限公司基于硅藻土的多功能性，將硅藻土復合在兩種透氣性較好的非織造布中，制成了一種非織造布復合材料[2](已獲專利)。其中，硅藻土中的微孔在應用時會受到不同因素的影響，因此為保證微孔的完好性，吉林法德龍硅藻土新材料科技有限公司利用硅藻土良好的水溶性和分散性，將其與熱熔膠混合在一起，利用漿點式黏合襯生產工藝，制成了一種非織造布復合材料。且由于硅藻土是一種納米級粉體材料，自身極易出現團聚現象，若不采取一定的技術措施，則無法實現將硅藻土均勻地與熱熔膠混合在一起。所以，實現硅藻土與熱熔膠的均勻混合是研究要解決的首項技術問題。吉林法德龍硅藻土新材料科技有限公司采用硅藻土改性的方法[3](已獲專利)，在硅藻土表面形成薄薄的包覆膜，減輕了納米級硅藻土粉體的團聚現象。具體硅藻土改性工藝流程：原料稱重→混配→高速混合→自然冷卻→成品→檢驗→包裝→入庫。

然后，利用攪拌釜將改性硅藻土與熱熔膠在常溫低速下進行混合，再采用漿點式復合機制成非織造布復合材料，即得到防護型口罩用“智能芯片”。而之所以稱其為“智能芯片”，是因為它的吸甲醛、吸異味、除臭、殺菌消毒、凈化空氣、釋放負氧離子、呼吸調濕等功能對防護型口罩來講非常重要。故帶有“智能芯片”的新型防護型口罩特別受廣大戴眼鏡人群的歡迎和喜愛。

“智能芯片”的生產工藝流程：改性硅藻土與熱熔膠混配→非織造布退卷→烘干燙平→漿點→復合→ 收卷→分切→檢驗→成品→包裝→入庫。

2 “智能芯片”防護型口罩與普通防護型口罩的對比

“智能芯片”是“智能芯片”防護型口罩的心臟。“智能芯片”具有極強的吸附能力，可提高防護型口罩的防護功能，封閉口罩與人臉之間的縫隙，科學有效地解決氣體短路現象，使霧霾無法進入并被人體吸入，克服了防護型口罩與人臉不貼服的缺陷；同時，由于“智能芯片”的高吸附性，人們佩戴口罩時呼出的水氣全部被“智能芯片”所吸附，故可確保冬天佩戴眼鏡不上霜，這是“智能芯片”獨特的功效，是任何材料所無法比擬的。已有大量的應用研究表明，無論“智能芯片”放置在何種材質的防護型口罩中，其作用都是非常有效且效果顯著的。本文參照GB 2626—2006《呼吸防護用品——自吸過濾式防顆粒物呼吸器》[4]，對“智能芯片”防護型口罩與普通防護型口罩進行了反復的試驗對比，結果顯示“智能芯片”防護型口罩的各項技術指標都好于普通型防護口罩(表1)。

注：過濾效率是指在模擬試驗中，PM2.5濃度為350 μg/m3時，口罩過濾后的PM2.5濃度達到75 μg/m3的效率

從表1可以看出，同為B級的防護型口罩：“智能芯片”防護型口罩的呼吸阻力比普通防護型口罩降低了50%～70%，所以人們佩戴“智能芯片”防護型口罩明顯要比佩戴普通防護型口罩舒服；相同條件下，“智能芯片”防護型口罩對PM2.5的過濾效率比普通防護型口罩提高了15%～20%，所以其對人們的保護作用更強、防霧霾效果更理想；由于“智能芯片”自身具有吸甲醛功能，且水洗后甲醛會分解而自動消失，因此佩戴“智能芯片”防護型口罩，人體會免遭霧霾中甲醛的危害；“智能芯片”防護型口罩對空氣中大腸埃希菌的抑菌率也遠高于普通防護型口罩，提高了30%～35%，這意味著，即便是戴過的“智能芯片”防護型口罩未及時清洗，其也具有抑菌的作用，且從真菌菌落總數可見，普通防護型口罩是“智能芯片”防護型口罩的數十倍。

3 結論

通過綜合對比分析和大量的實踐應用研究表明，“智能芯片”防護型口罩各項技術指標都好于普通防護型口罩。“智能芯片”的研究與應用技術路線是可行的，效果是非常理想的，且“智能芯片”的成功研究將會給防護型口罩行業帶來巨大的變革。“智能芯片”防護型口罩既科學又安全，而且舒適透氣，其為人類抵御霧霾等空氣污染提供了一種科學有效的辦法。“智能芯片”研究應用的大量結果充分說明，“智能芯片”防護型口罩是今后口罩發展的必然趨勢，應用市場空間巨大，發展前景光明。

[1] 中國紡織工業聯合會.日常防護型口罩技術規范：GB/T 32610—2016[S].北京：中國標準出版社，2016：1-17.

[2] 刁廣祥.一種復合材料不織布的制備方法：20141040 5930.5[P].2017-01-25.

[3] 刁廣祥.一種改性硅藻土的制備方法：201410147630.1[P].2016-01-27.

[4] 國家安全生產監督管理局.呼吸防護用品——自吸過濾式防顆粒物呼吸器：GB 2626—2006[S].北京：中國標準出版社，2006：1-25.