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南工大研發高性能膜法口罩
發布:Iron_MAN10   時間:2020/4/28 16:13:17   閱讀:109 
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自新冠肺炎疫情暴發以來,口罩需求量與日俱增,全國超過3000家企業新增了口罩業務。作為口罩過濾環節的關鍵材料,纖維直徑只有頭發絲三十分之一的熔噴布堪稱醫用外科口罩和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,南京工業大學化工學院膜科學技術研究所充分發揮專業優勢,開發了一種新型過濾材料——納米蛛網仿生膜,并應用到高性能膜法口罩的生產中,用膜技術成果扛起戰“疫”使命擔當。

神奇的納米蛛網仿生膜材料

納米蛛網仿生膜纖維直徑在100—200納米范圍內,纖維之間相互交錯,形成三維蛛網狀結構,形成的微孔尺寸可控制在0.1到0.5微米范圍內。“相比于纖維無序堆積、直徑1000納米以上的熔噴材料,納米蛛網仿生膜具有孔隙率高、孔徑小、過濾阻力低、過濾精度高等優勢。”南京工業大學化工學院膜科所教授仲兆祥說。

通常空氣中含有大量帶有正電荷與負電荷的細顆粒污染物,當空氣中的這些帶電粒子經過駐極體附近時,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,而靜電受環境中溫度濕度等影響,在短時間內就會失效,因而過濾效率急速降低,所以市場上用傳統熔噴布生產的醫用口罩只能一次性使用。

據仲兆祥介紹,納米蛛網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,市場上大多數醫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,一旦遇水容易發生靜電中和現象,會導致口罩過濾效率降低,因此用熔噴布生產的口罩在普通清洗后就無法重復利用。

“納米蛛網仿生膜材料孔徑小,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,納米蛛網仿生膜材料作為一種新型過濾材料,與傳統熔噴材料對比,具有更加優異的截留及透氣性能,因而能夠重復使用,壽命更長。

還可用于醫療防護服、空氣凈化器

據介紹,南京工業大學化工學院膜科所研發的納米蛛網仿生膜材料除了可用于制作口罩外,還可以用于醫療防護服、空氣凈化器等領域。

仲兆祥表示,基于納米蛛網仿生膜材料制作的防護服,具有良好的抗菌拒水性能,是醫療防護中等級最高的醫用防護服。它的特點是人體的汗氣可以向外散發,而外面的水和細菌病毒等不能進入。“納米蛛網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。液態水進不來,汗氣可以透出,從而能達到優異的防水透濕性。”

在工業領域,經過雙疏改性的空氣凈化膜用于煙塵的超低排放控制,已經推廣應用了上百套工程裝備,產生經濟效益二十多億元。 目前,空氣凈化膜材料和膜法口罩已經在上百家單位使用,為堅持在防疫一線工作的人員提供了有力保障。


來源:中國科學報
 
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