熔喷无纺布——口罩的“心脏”

熔喷无纺布，口罩的“心脏”

熔喷无纺布技术起源于20世纪50年代，美国为了收集高层大气中的放射性粒子研发超细过滤材料，开发出一种将熔融状态的高分子聚合物在温度和气流的作用下，直接生成无纺织物的技术。这种技术集合了化学工业的高分子材料加工技术与纺织工业的无纺织物制造技术，在材料学科领域形成制作新型高效化学无纺织物过滤材料的全新技术。简单地说，熔喷技术就是将熔融状态的高聚物在高速空气动力的作用下达到超细纤维化，与此同时高聚物熔体利用自身的热粘结性实现互相粘连，从而形成具有三维空间形态的无纺织物。

熔喷无纺布作为新型高效过滤材料是口罩的“心脏”，相对于传统过滤材料，对空气过滤和净化效能成百倍的提高，是目前进行生物卫生防护的最适宜的材料（活性炭等类似材料可用于防护化学物质，对细菌和病毒没有过滤净化功能）。它的诞生居然在一夜之间把医务界使用上百年的纱布口罩彻底淘汰。医学防护根据防护要求的等级一般分为三级。我们佩戴最多的那种浅蓝色的“外科防护口罩”可以用于一级防护，主要针对的是在日常生活和生产中对含有病原体的飞沫的有害传播。而对于在防疫一线的医务人员和专业人员来说一级防护远远不够，必须进行三级防护需要佩戴N95口罩（对粒径0.075µm±0.02µm的非油性颗粒物过滤效率达到95%以上）、KN95这样的专用防护口罩。其实二者所用的材料和结构并无太大区别，提高防护能力的关键措施，是增加口罩中间的以熔喷无纺布为材料的过滤层。图1是医学防护口罩SMS结构示意图。

图1医学防护口罩SMS结构示意图

在口罩中间的防护层（简称M层）就是聚丙烯熔喷无纺布，口罩的正、反两面是纺粘层（简称S层）。根据防护等级的要求M层可以放置1到多层。如果是一级防护用口罩，使用一层M层就够了；而像N95这样的三级防护口罩，M层可能要放三层熔喷无纺布甚至更多。当然，M层的层数越多，口罩的透气性越差，具体的产品会各有不同。这样一说，大家就不难理解，为什么称熔喷无纺布是口罩的“心脏”了吧。

那么，熔喷纤维为什么能够拦截住比它直径细微得多的病毒呢？

两大御敌本领：拦截与吸附

熔喷布熔喷无纺织物的工艺技术已经非常的成熟，其产品也广泛使用于社会生活与生产的很多领域。医用口罩（包括用于3级防护的N95口罩）所用的熔喷布主要以聚丙烯（PP）为原料。熔喷纤维的直径是确保产品防护性能的关键。采用数字控制的先进熔喷装置可以连续制造纤维直径达到亚微米级（0.1～2μm），厚度和疏密度可控、孔隙均匀的三维熔喷织物。

众所周知，传统的过滤材料主要依赖织物纤维的缝隙实现过滤和通气的效能。但是，过滤杂质与通透洁净空气是一对矛盾。由于病毒的物理形态在纳米尺度（nm，10-9m）,而传统口罩过滤材料基本不具备拦截功能，对病毒微粒的防护都形同虚设。先进的熔喷织物依靠对细小颗粒优异的拦截功能和独特的吸附功能，具备比传统口罩高上百倍的防护效能。图2是熔喷纤维防护效能的示意图。

图2熔喷纤维防护效能的示意图

拦截：过滤材料依靠纺织或非织造工艺实现纤维在空间的密集，并形成一定的网状孔隙，从而对流动的空气形成“阻塞”效应，空气中较大颗粒或是因为与纤维碰撞，或是因纤维网格阻挡被“拦截”在过滤材料的一侧。对于空气中的非生物颗粒（如：沙尘、PM2.5等），口罩的净化效能主要看过滤材料单拦截能力。

吸附：对于生物防护口罩来说，由于病毒等病原体物理尺度极小，依靠口罩纤维缝隙的拦截很难把大部分有害物净化掉，因此静电吸附效能就成为口罩防护功能的一个不可或缺的关键性特性。传统的天然纤维产生和携带静电的能力都很弱，因此纱布口罩基本没有吸附效能。而非极性高分子聚合物熔喷纤维是静电产生和保持的绝佳材料（这一点，大家可以对比穿着纯棉服装和化纤服装的感受），使其“天生”就具备极好的吸附效能。科研工作者对如何产生和保持过滤材料的静电效能做了大量的工作，在口罩制作中利用机械或电子的手段，将静电电荷富集到熔喷材料中。

由于有了静电吸附这种“独门绝技”，同时熔喷技术可以制作比天然纤维直径小一个数量级的化学纤维，也有利于化学吸附的产生。聚丙烯熔喷无纺布当仁不让地成为医学防护口罩材料的首选。有人曾经做过实验，一层熔喷无纺布口罩的防护效能轻松超过60层纱布口罩！

胜利就在前方

熔喷无纺织物技术为人类战胜新冠疫情提供了有力武器，在佩戴使用口罩上也要注意特殊的要求，这就是一定要保持口罩的干燥。由于水是静电的去除剂，口罩遇水或潮湿后，熔喷材料的静电会消失，降低其对细菌病毒等微粒的防护功能。所以，对于一线的医务工作者和专业人员，要坚持口罩一次性使用原则；而对于其它地区的一般人员来说，佩戴口罩主要是防飞沫，口罩不必须一次性使用。

新材料技术与医学技术、环境技术、信息技术等科学技术相互融合发展，让人类健康更有保障。我们有信心、有能力在党中央的正确领导下，坚决战胜新型冠状病毒造成的严重疫情。中国人民前进的脚步也不会由于疫情的困扰而停滞。