口罩复用技术助力全球抗疫

  • 2020-04-28
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新冠疫情期间,口罩成为不可或缺的防控利器和战略物资。新增产能“翻番式”快速增加。在全球范围内,口罩产品的供需矛盾仍旧十分突出。如何在保证安全的情况下,让每一只口罩发挥最大效能,数倍甚至十倍以上地提高防护口罩有效使用时间,成为疫情防控所急需解决的关键科技问题。

在新冠疫情暴发期间,浙江闰土集团利用中国工程院院士陈建峰团队提出的口罩荷电再生重复使用技术,不仅大大降低了公司的口罩使用量,还确保了防疫工作的正常开展。

“我们对多种品牌的口罩实验,都验证了技术的有效性。公司将原先每个员工每日发放一个一次性医用口罩,改为每个员工每三日发放一个一次性医用口罩,自2020年2月20日至3月30日,共节约口罩12.25万只。”集团负责人徐万福告诉《中国科学报》。

他称赞的这项技术还受到了国际上的好评。在英国皇家工程院发起的多国工程院响应新冠疫情视频会议上,中国工程院推荐的参会代表、北京化工大学教授王丹,详细介绍了陈建峰团队有关口罩重复使用技术的最新进展,得到了各国工程院专家代表的热烈反响和高度评价。

打响全球“口罩战”

新冠疫情期间,口罩成为不可或缺的防控利器和战略物资。新增产能“翻番式”快速增加。

在国家的支持下,各行业展开通力协作。石化企业全力生产熔喷布、汽车企业供应口罩机,加上多部门的支持“兜底”政策,转产企业没有后顾之忧地开足马力生产口罩。产能仅一个月时间就扩大4倍以上,日产能突破1亿只。

然而,被中国等亚洲国家视为防疫必备的口罩,一直未得到欧美国家重视。不仅无人佩戴口罩,甚至戴口罩者也会遭到歧视。但随着疫情的大规模暴发和无症状感染者的出现,西方国家纷纷在口罩佩戴问题上改变策略。

4月22日,美国旧金山湾区多个县当天开始要求市民在某些公共场所佩戴口罩,德国16个联邦州已全部颁发“口罩强制令”,进入全民口罩时代……

因此,在全球范围内,口罩产品的供需矛盾仍旧十分突出。如何在保证安全的情况下,让每一只口罩发挥最大效能,数倍甚至十倍以上地提高防护口罩有效使用时间,成为疫情防控所急需解决的关键科技问题。

同时,伴随口罩使用量的增加,民用口罩造成的垃圾问题也日显突出。

“现有的口罩材料基本都是不可降解的聚丙烯塑料,废弃的口罩作为生活垃圾焚烧,如处理不当,会产生有害气体;如掩埋地下,数十年都不会腐烂,也可能会对土壤造成一定污染。”王丹告诉《中国科学报》,有效增加每一只口罩的服役时间,对于一定程度上解决口罩垃圾具有积极意义。

提质增效标准先行

据了解,陈建峰团队通过“热水泡灭毒+电吹风荷电再生”对口罩进行处理,即将口罩置于大于56 ℃热水中浸泡30分钟,随后用电吹风机吹烘约10分钟吹干并荷电。为解决非常时期口罩再生重复使用问题,提供了一种简便易行的方法思路。

王丹介绍,我国关于口罩产品的标准主要有5个,其中医用口罩标准有3个,为医用防护口罩(GB 19083)、医用外科口罩(YY 0469)和一次性使用医用口罩(YY/T 0969);另外包括一个属于工业领域的呼吸防护自吸过滤式防颗粒物呼吸器(GB 2626)和一个属于民用领域的日常防护型口罩(GB/T 32610)。每种口罩对细菌过滤效率、非油性颗粒物过滤效率、防护效果等关键指标都有相应的规定。

这种再生口罩是否具有和新口罩相当的效果性能?他给出了肯定的回复。“对于质量较好的口罩产品,再生口罩与新口罩相比,过滤效率衰减0.6%-2.3%,满足相关口罩标准中过滤效率指标,可推荐在限定的民用场所范围内使用,以节约资源、减少环境污染。”

然而,从目前的研究数据看,某些口罩经消毒处理后,其核心指标并不满足相关口罩标准的要求。

“这是由于现有的口罩标准中对于口罩产品的佩戴时间、使用次数、重复使用后性能等与反复多次使用直接相关的技术指标,并无明确规定和要求,导致可重复使用口罩存在无标可依的现象。”王丹说。

基于此,在北京市的大力支持下,北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室团队牵头起草制定了国际首个《可重复使用民用口罩》团体标准。

该标准指出,可重复使用民用口罩耐受洗消应不少于3次,累计佩戴时长不低于24小时,且24小时后口罩鼻夹不应脱落,口罩无明显变形;过滤效率与KN90级口罩性能指标一致;存储时间应不少于5年等。

标准还提出,制造商应提供具体的消毒、洗涤方法,应适用于居家操作。宜选用不破坏口罩过滤层荷电及结构的消毒和清洗方法,以及能够使口罩过滤层荷电再生的宜家干燥方法。每只口罩上应标有“可重复使用”或“RU”字样。

“以标准化引领行业产品质量升级,用标准进一步规范市场秩序,对于去掉市场的恶性、无序竞争,保障人民群众的身体健康,具有重要意义。”陈建峰说。

产业化尝试初见成效

据了解,自2月以来,陈建峰牵头承担的国家科技部重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”重点专项,紧急组织全国优势产学研力量,围绕“可重复使用防护口罩关键技术及产业化”重大需求开展应急科研攻关,其产业化尝试已初见成效。

陈建峰介绍,可重复使用防护口罩关键技术及产业化项目研究主要包括三个方面:一是防护口罩荷电再生技术及性能评价标准;二是高性能熔喷型聚丙烯复合材料纤维布及口罩技术;三是新型纳米纤维膜及口罩技术。

一系列成果不断涌现。北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室张立群团队等与山东道恩高分子材料公司、北京服装学院等团队合作,研制出了高效荷电剂聚丙烯熔喷纤维材料,已产销3000吨以上,为可重复使用民用口罩提供了重要的材料支撑。

在新型纳米纤维膜及口罩技术研究方面,北京化工大学杨卫民团队等创制了熔体微分纳米纤维复合膜材料,所制备的口罩通过了KN95级口罩标准测试;浙江理工大学于斌团队及配套企业研发的聚四氟乙烯软支撑纳米复合膜材料,已累计向市场提供200万平方米,约可生产6000万口罩。中原工学院何建新团队与企业合作,形成日产8000平米溶液静电纺纳米纤维膜生产线。清华大学伍晖团队研制了基于气纺纳米纤维的新型口罩,可以实现非静电方式的物理过滤,具有高的过滤效率和低的气阻,形成了100万平方米/年产能的气纺纳米纤维膜生产线,已向市场提供KN95级口罩滤材6万个。项目团队所研制和生产的新型纳米纤维膜口罩,其过滤效率和呼吸阻力均满足KN95级口罩标准,且能够满足长期存储、反复消毒使用的需要,初步达到了可重复使用民用防护口罩的要求。

下一步,陈建峰团队将强化可重复使用口罩技术和标准的推广工作,为社会和企业提供技术咨询,为打赢“防疫”“复工”两场战役提供科技支撑。同时,进一步优化口罩荷电再生重复使用技术和工艺,加强国际学术交流及宣传,为世界防疫提供科学方法。

“在保证安全的情况下,让每一只口罩发挥最大效能,数倍甚至十倍以上的提高口罩有效使用时间,科学合理使用口罩,避免过度消耗,符合绿色发展要求,是贯彻落实生态文明思想的体现。”陈建峰说。

来源:中国科学报 作者:程唯珈

 

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