让病毒迷路！这些先进功能纤维材料制作的口罩太神了

郭春花

开栏语：

新冠肺炎疫情爆发以来，应急防护用纤维作为急迫性、重要性、普适性并重的研究项目，受到了纤维及制品行业的广泛关注。为此，2020年3月，国家先进功能纤维创新中心和盛虹控股集团共同设立了“盛虹·应急保障与公共安全用纤维材料及制品科研攻关项目专项基金”，重点聚焦应急保障与公共安全用纤维材料及其制品项目的研发。经过一年多的研发，近日，该基金项目最新研发成果向社会正式公布。为详细推广宣传这些研发成果，国家先进功能纤维创新中心联合《纺织服装周刊》开辟“先进功能纤维，为安全加码”系列报道，按照口罩类项目、防护用先进功能纤维与制品类项目、防护用创新性纤维与制品类项目，分3期报道项目研发的最新进展。

犹记得2020年初，在新冠肺炎疫情肆虐的那一段时间，口罩严重短缺、熔喷布价格暴涨，暴露出我国在功能防护纤维纺织品领域的短板。面对这种情况，行业众多高校、企业、机构充分发挥自身的技术和生产优势，为应对新冠肺炎、SARS等疫情以及雾霾天气，满足个体防护与医疗一线专业的防护需求，开展了防护用先进功能纤维与制品相关研究，开发出了阻隔性、舒适性等功能进一步提升的先进纤维关键制备技术和关键装备。

攻克传统口罩静电吸附相关问题

众所周知，传统医用口罩的重要材料是熔喷布。熔喷布主要以聚丙烯为主要原料，聚丙烯空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，这些具有独特毛细结构的超细纤维，可增加单位面积上的纤维数量和比表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性等。但近年来爆发的SARS、COVID-19等新型冠状病毒颗粒尺寸在100纳米左右，而传统的一次性口罩所采用的熔喷布纤维直径在微米尺度，由其构造的网孔尺寸大于病毒本身，必须依靠静电吸附才能有效拦截病毒，然而吸附在口罩上的病毒可能成为新的污染源，从而造成二次污染。

针对这一问题，东华大学和生纳科技（上海）有限公司通过将口罩内的纳米纤维及外层无纺布负载抗病毒药物，开发出抗病毒口罩，主要用于病人和医生使用。项目负责人莫秀梅介绍，载有药物的抗病毒口罩达到了防护2级99%，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率都达到99%，H1N1的抗病毒活性为99.95%，H3N2的抗病毒活性为99.91%。

传统口罩使用几次后，会因荷电层静电消除而降低过滤效率。针对这一问题，浙江理工大学纺织科学与工程学院（国际丝绸学院）院长于斌带领团队创新性发明了软支撑纳米纤维膜，利用物理拦截过滤原理阻隔病毒，可避免因高湿环境导致静电消除而影响过滤效率，而且可重复使用。此外，该纳米纤维膜孔隙率极高（孔径<0.1μm），可实现高过滤效率与低过虑阻力间的平衡，既能阻挡病毒，又有良好的高透气性。于斌介绍，利用本材料制备的口罩，经国家劳动保护用品质量监督检验中心、国家纺织服装产品质量监督检验中心（浙江）等多家权威资质机构测试，其过滤效率大于95%，吸气阻力88—91Pa（远低于标准要求≤350Pa），呼气阻力76Pa（远低于标准要求≤ 250Pa），达到了GB 2626-2006标准中KN95要求。

北京化工大学教授谭晶带领团队更是创新性地研发出了一款可让病毒“迷路”的纳米纤维材料。谭晶介绍，该材料采用“零溶剂”熔体微分静电纺丝技术制作，这种高压静电力可通过静电微分和“拔河效应”，将聚合物熔体均匀分割成多股流，最终可获得不同形态结构的纤维膜，形成错综复杂的微孔通道，病毒通过时就会像走“迷宫”一样被拦截，而且这种口罩经酒精消毒或水洗后其阻隔病毒的功能不会大幅度衰减，可满足重复使用要求。

新型材料口罩可自然降解

鉴于口罩的爆发式使用，全球多地出现了大量废弃口罩，可能引发新一轮的白色危机。有报道称，澳洲多处海滩出现水质污染和白色垃圾，在这些常见的塑料污染中，已经出现了口罩的身影。在地中海，法国环保组织也发现，废弃的口罩、防护手套在这里竟然随处可见！而这些口罩大多数是传统的聚丙烯口罩，这类口罩无法在环境中降解，回收系统的缺陷将使得大量聚丙烯口罩暴露在土壤和水环境，材料将进一步变成微塑料进入水循环和大气循环，完全降解需要上百年。

北京化工大学团队研发的让病毒“迷路”的口罩则能很好地解决这个问题。谭晶介绍，这种口罩以聚乳酸为原料，在一定条件下可完全降解为二氧化碳和水，具有可再生、无污染的优点，而且口罩所用纤维材料，采用了熔体微分静电纺丝技术，不需要使用溶剂，完全摒弃有毒溶剂，还可耐受多次水洗重复使用，实现了全流程绿色制造。对于该技术目前的研发情况，谭晶介绍，相比成熟的传统熔喷技术，熔体微分静电纺丝技术还需进一步提升制造效率，降低制造成本。目前团队正在进一步研发新型滤料，比如具备抗菌杀毒和过滤的多功能可降解滤材;同时需要进一步优化滤材结构，通过微米纳米插层，实现更低的过滤阻力，提升舒适性。

山东宽原新材料科技有限公司也采用天然可降解生物基纖维为前驱体，研制出了新型生物基活性碳纤维复合材料。由该材料制备的防护口罩具备吸附率高、阻隔功能性强、透气性好、抑菌性好等特性。

据了解，为继续支持研发应急保障与公共安全用纤维材料及其制品，国家先进功能纤维创新中心已发布了《2021年度“盛虹·应急保障与公共安全用纤维材料及其制品科研攻关项目”申报指南》，将重点围绕疫情防护、医卫防护等高阻隔、抗菌抑菌等功能纤维材料以及智能纤维及其防护材料，各种应用领域下高阻燃、抗熔滴、抗静电、防紫外等功能性个体防护纤维材料与制品等展开。根据该指南，创新中心将征集相关项目，组织专家遴选项目择优支持，推进项目实施并对科研项目进行综合评价验收。