讓病毒迷路！這些先進功能纖維材料制作的口罩太神了

郭春花

開欄語：

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

猶記得2020年初，在新冠肺炎疫情肆虐的那一段時間，口罩嚴重短缺、熔噴布價格暴漲，暴露出我國在功能防護纖維紡織品領域的短板。面對這種情況，行業眾多高校、企業、機構充分發揮自身的技術和生產優勢，為應對新冠肺炎、SARS等疫情以及霧霾天氣，滿足個體防護與醫療一線專業的防護需求，開展了防護用先進功能纖維與制品相關研究，開發出了阻隔性、舒適性等功能進一步提升的先進纖維關鍵制備技術和關鍵裝備。

攻克傳統口罩靜電吸附相關問題

眾所周知，傳統醫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、結構蓬松、抗褶皺能力好，這些具有獨特毛細結構的超細纖維，可增加單位面積上的纖維數量和比表面積，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。但近年來爆發的SARS、COVID-19等新型冠狀病毒顆粒尺寸在100納米左右，而傳統的一次性口罩所采用的熔噴布纖維直徑在微米尺度，由其構造的網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，東華大學和生納科技（上海）有限公司通過將口罩內的納米纖維及外層無紡布負載抗病毒藥物，開發出抗病毒口罩，主要用于病人和醫生使用。項目負責人莫秀梅介紹，載有藥物的抗病毒口罩達到了防護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到99%，H1N1的抗病毒活性為99.95%，H3N2的抗病毒活性為99.91%。

傳統口罩使用幾次后，會因荷電層靜電消除而降低過濾效率。針對這一問題，浙江理工大學紡織科學與工程學院（國際絲綢學院）院長于斌帶領團隊創新性發明了軟支撐納米纖維膜，利用物理攔截過濾原理阻隔病毒，可避免因高濕環境導致靜電消除而影響過濾效率，而且可重復使用。此外，該納米纖維膜孔隙率極高（孔徑<0.1μm），可實現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，經國家勞動保護用品質量監督檢驗中心、國家紡織服裝產品質量監督檢驗中心（浙江）等多家權威資質機構測試，其過濾效率大于95%，吸氣阻力88—91Pa（遠低于標準要求≤350Pa），呼氣阻力76Pa（遠低于標準要求≤ 250Pa），達到了GB 2626-2006標準中KN95要求。

北京化工大學教授譚晶帶領團隊更是創新性地研發出了一款可讓病毒“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制作，這種高壓靜電力可通過靜電微分和“拔河效應”，將聚合物熔體均勻分割成多股流，最終可獲得不同形態結構的纖維膜，形成錯綜復雜的微孔通道，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，可滿足重復使用要求。

新型材料口罩可自然降解

鑒于口罩的爆發式使用，全球多地出現了大量廢棄口罩，可能引發新一輪的白色危機。有報道稱，澳洲多處海灘出現水質污染和白色垃圾，在這些常見的塑料污染中，已經出現了口罩的身影。在地中海，法國環保組織也發現，廢棄的口罩、防護手套在這里竟然隨處可見！而這些口罩大多數是傳統的聚丙烯口罩，這類口罩無法在環境中降解，回收系統的缺陷將使得大量聚丙烯口罩暴露在土壤和水環境，材料將進一步變成微塑料進入水循環和大氣循環，完全降解需要上百年。

北京化工大學團隊研發的讓病毒“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、無污染的優點，而且口罩所用纖維材料，采用了熔體微分靜電紡絲技術，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使用，實現了全流程綠色制造。對于該技術目前的研發情況，譚晶介紹，相比成熟的傳統熔噴技術，熔體微分靜電紡絲技術還需進一步提升制造效率，降低制造成本。目前團隊正在進一步研發新型濾料，比如具備抗菌殺毒和過濾的多功能可降解濾材;同時需要進一步優化濾材結構，通過微米納米插層，實現更低的過濾阻力，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體，研制出了新型生物基活性碳纖維復合材料。由該材料制備的防護口罩具備吸附率高、阻隔功能性強、透氣性好、抑菌性好等特性。

據了解，為繼續支持研發應急保障與公共安全用纖維材料及其制品，國家先進功能纖維創新中心已發布了《2021年度“盛虹·應急保障與公共安全用纖維材料及其制品科研攻關項目”申報指南》，將重點圍繞疫情防護、醫衛防護等高阻隔、抗菌抑菌等功能纖維材料以及智能纖維及其防護材料，各種應用領域下高阻燃、抗熔滴、抗靜電、防紫外等功能性個體防護纖維材料與制品等展開。根據該指南，創新中心將征集相關項目，組織專家遴選項目擇優支持，推進項目實施并對科研項目進行綜合評價驗收。