自新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，口罩需求量與日俱增，全國超過3000家企業(yè)新增了口罩業(yè)務。作為口罩過濾環(huán)節(jié)的關鍵材料，纖維直徑只有頭發(fā)絲三十分之一的熔噴布堪稱醫(yī)用外科口罩和KN95口罩的“心臟”，供應十分緊張，市場價格翻了十幾倍，可以說是“一布難求”。
為了緩解當前市場熔噴布供不應求的緊張局面，南京工業(yè)大學化工學院膜科學技術研究所充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，開發(fā)了一種新型過濾材料——納米蛛網(wǎng)仿生膜，并應用到高性能膜法口罩的生產(chǎn)中，用膜技術成果扛起戰(zhàn)“疫”使命擔當。
神奇的納米蛛網(wǎng)仿生膜材料
納米蛛網(wǎng)仿生膜纖維直徑在100—200納米范圍內(nèi)，纖維之間相互交錯，形成三維蛛網(wǎng)狀結構，形成的微孔尺寸可控制在0.1到0.5微米范圍內(nèi)。“相比于纖維無序堆積、直徑1000納米以上的熔噴材料，納米蛛網(wǎng)仿生膜具有孔隙率高、孔徑小、過濾阻力低、過濾精度高等優(yōu)勢。”南京工業(yè)大學化工學院膜科所教授仲兆祥說。
通�？諝庵泻写罅繋в姓姾膳c負電荷的細顆粒污染物，當空氣中的這些帶電粒子經(jīng)過駐極體附近時，會被強烈的吸附在駐極纖維上，同時不帶電的粒子會在駐極體形成的電場中因感應而極化，也會被吸附在纖維上。傳統(tǒng)熔噴材料本身孔徑較大，需要采用添加靜電的方式提高過濾效率，而靜電受環(huán)境中溫度濕度等影響，在短時間內(nèi)就會失效，因而過濾效率急速降低，所以市場上用傳統(tǒng)熔噴布生產(chǎn)的醫(yī)用口罩只能一次性使用。
據(jù)仲兆祥介紹，納米蛛網(wǎng)仿生膜材料因其孔隙率高、孔徑小、過濾阻力低、過濾精度高的特點。它無需加靜電，通過篩分作用截留污染物，能有效過濾99%以上的非油性顆粒，有效攔截各種固體氣溶膠、飛沫和病毒，無需擔心遇液體過濾效率降低的問題，同時具有良好的透氣性，不會產(chǎn)生呼吸的不適感。
克服水洗、酒精消毒等障礙
目前，市場上大多數(shù)醫(yī)用外科口罩都是一次性的，最長使用時間為四小時，KN95口罩雖然使用時間長一些，但也不能長期反復使用。這是因為通過荷電作用吸附污染物的熔噴材料，一旦遇水容易發(fā)生靜電中和現(xiàn)象，會導致口罩過濾效率降低，因此用熔噴布生產(chǎn)的口罩在普通清洗后就無法重復利用。
“納米蛛網(wǎng)仿生膜材料孔徑小，主要通過物理作用截留污染物，無需擔心遇液體效率降低的問題。” 仲兆祥團隊的博士生武軍偉表示，團隊研究人員將膜材料在水中和75%酒精中浸泡多次后，過濾效率不受影響，均保持在99%以上，說明膜材料口罩可以用水清洗或者酒精消毒后重復使用，這樣大大增加了口罩的利用率。
武軍偉表示，他們從使用壽命、重復使用性和透氣性等方面進行的多次對比實驗結果表明，納米蛛網(wǎng)仿生膜材料作為一種新型過濾材料，與傳統(tǒng)熔噴材料對比，具有更加優(yōu)異的截留及透氣性能，因而能夠重復使用，壽命更長。
還可用于醫(yī)療防護服、空氣凈化器
據(jù)介紹，南京工業(yè)大學化工學院膜科所研發(fā)的納米蛛網(wǎng)仿生膜材料除了可用于制作口罩外，還可以用于醫(yī)療防護服、空氣凈化器等領域。
仲兆祥表示，基于納米蛛網(wǎng)仿生膜材料制作的防護服，具有良好的抗菌拒水性能，是醫(yī)療防護中等級最高的醫(yī)用防護服。它的特點是人體的汗氣可以向外散發(fā)，而外面的水和細菌病毒等不能進入。“納米蛛網(wǎng)仿生膜材料每平方厘米約有 10 億個孔，孔隙率高達 90%以上，孔徑為 0.2微米左右，是水滴直徑的萬分之一，但比水汽分子的尺寸大 700 倍左右。液態(tài)水進不來，汗氣可以透出，從而能達到優(yōu)異的防水透濕性。”
在工業(yè)領域，經(jīng)過雙疏改性的空氣凈化膜用于煙塵的超低排放控制，已經(jīng)推廣應用了上百套工程裝備，產(chǎn)生經(jīng)濟效益二十多億元。 目前，空氣凈化膜材料和膜法口罩已經(jīng)在上百家單位使用，為堅持在防疫一線工作的人員提供了有力保障。
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