納米防護(hù)口罩：可以水洗的KN95級(jí)口罩

今年新冠肺炎疫情的暴發(fā)，使所有人都無法離開口罩，口罩已經(jīng)成為出門之標(biāo)配，尤其在疫情初期，很多人會(huì)選擇具有高防護(hù)效果的KN95口罩。但在保證了安全的同時(shí)，KN95口罩佩戴的舒適性遭到了很多人吐槽，而且作為無紡布防護(hù)口罩，它無法水洗，必須要頻繁更換，非常浪費(fèi)也不環(huán)保。

不久前，由廣東粵港澳大灣區(qū)國家納米科技創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱“廣納院”）研發(fā)的一款納米防護(hù)口罩——恩伊納米防護(hù)口罩，彌補(bǔ)了現(xiàn)有KN95口罩的諸多弊端。近日，《中國纖檢》記者采訪了恩伊納米防護(hù)口罩項(xiàng)目的研發(fā)人員、廣東粵港澳大灣區(qū)國家納米科技創(chuàng)新研究院納米表面處理組劉瓊溪博士。

超乎想象的納米防護(hù)口罩

據(jù)悉，恩伊納米防護(hù)口罩是一款設(shè)計(jì)時(shí)尚、可重復(fù)使用，且整體抗菌、無環(huán)境污染，更可以水洗的KN95級(jí)口罩。其核心技術(shù)是“織物表面納米處理技術(shù)”，現(xiàn)已擁有80多項(xiàng)專利保護(hù)。該技術(shù)最大特點(diǎn)是可以在織物面料上施加穩(wěn)定的納米著色功能層，使整個(gè)生產(chǎn)過程無水、無化工染料、無污染，真正做到綠色生產(chǎn)。

目前，產(chǎn)品已通過最嚴(yán)格的瑞士企業(yè)OEKO-TEX認(rèn)證及面料TESTEX檢測(cè)認(rèn)證。除環(huán)保外，還從根本上解決了洗滌時(shí)染色、串色問題，避免了對(duì)水資源的污染，也提高了防曬、抗病菌、防靜電等復(fù)合功能的耐水洗性，與一次性口罩相比，減少了浪費(fèi)、節(jié)約了開銷。

這款具有抗病菌防曬+KN95級(jí)有害物質(zhì)過濾隔離+防過敏抗病菌的三層防護(hù)體系的口罩，外層面料采用了高科技納米表面處理技術(shù)，抗病菌防曬的納米膜層大大降低感染概率，抗病菌率≥99%，防曬系數(shù)高達(dá)UPF400以上。

通常，日常使用無紡布口罩一大問題是粘附外層的細(xì)菌和病毒會(huì)殘留，以新冠病毒為例，新冠病毒可以在無紡布口罩外層存活超7天，任何戴口罩時(shí)的不當(dāng)操作或放置不當(dāng)，都會(huì)通過手的觸碰導(dǎo)致病菌的二次污染。且無紡布口罩不可以用酒精噴灑消毒，會(huì)導(dǎo)致口罩的過濾效果急劇下降，因此不可重復(fù)使用。恩伊納米防護(hù)口罩的持久抗病菌外層，酒精噴灑不會(huì)影響過濾和抗病菌及防曬功能，真正做到超持久防護(hù)。它的中層過濾層，摒棄了傳統(tǒng)熔噴布，使用全新納米孔徑ptfe新材料作為過濾層，不依靠靜電吸附作用，直接利用納米材料自身納米孔徑實(shí)現(xiàn)對(duì)有害物質(zhì)物理隔絕；超薄的納米過濾層，擁有超高的KN95級(jí)過濾效果（NaCl顆粒過濾效果95%以上），遠(yuǎn)超醫(yī)用外科口罩過濾效果（NaCl顆粒過濾效果30%以上）。需要說明的是，NaCl顆粒過濾效果95%這一防護(hù)效果，遠(yuǎn)高于普通一次性口罩上的細(xì)菌過濾效果（BFE）95%。因?yàn)椴《镜拇笮∵h(yuǎn)小于細(xì)菌，因此僅細(xì)菌過濾效果達(dá)到95%的口罩并不完全適合作為新冠疫情防護(hù)用口罩，所以而需要參考粒徑更小的NaCl顆粒過濾效果。

其內(nèi)層防過敏抗病菌層，選用的是100%吸濕親膚高支棉，無甲醛、無漂白、無染色，從根本上杜絕化工染料帶來的安全問題及致敏風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，親膚棉層還應(yīng)用先進(jìn)的抗病菌工藝，可實(shí)現(xiàn)水洗50次以上持久抗菌，有效解決了口罩內(nèi)部潮濕問題與口氣問題。

另外，在保證防護(hù)效果前提下，恩伊納米防護(hù)口罩整體設(shè)計(jì)經(jīng)過百余次優(yōu)化調(diào)整，通過對(duì)鼻梁條和中部支撐條設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了口罩內(nèi)部空間大、立體版型不臃腫、支撐穩(wěn)定不回貼的三大優(yōu)點(diǎn)，舒適度遠(yuǎn)高于硬挺的無紡布口罩與普通無支撐織物口罩，同時(shí)保證了口罩的舒適與時(shí)尚。

集多項(xiàng)納米技術(shù)于一身

對(duì)于恩伊納米防護(hù)口罩的核心技術(shù)原理，劉瓊溪告訴記者，織物表面納米處理技術(shù)最開始是從玻璃鍍膜里尋到的靈感，后廣東欣豐科技有限公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后和香港理工大學(xué)以及國家納米中心的科學(xué)家共同研究，在解決了納米生物安全性等問題后，才轉(zhuǎn)化出成果。目前已在廣納院完成后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)。

納米表面處理技術(shù)是借助磁控濺射等真空沉積技術(shù)，將金屬或陶瓷材料沉積在織物表面形成穩(wěn)定的納米膜層，從而達(dá)到著色或者賦能作用；真空沉積技術(shù)是指將金屬或陶瓷材料直接轟擊到面料上，類似于將原子直接嵌入基材，不用借助任何其他物質(zhì)，所以無水、無污染，是靠納米膜層對(duì)光的吸收，反射折射產(chǎn)生色彩，因此是無需染料的結(jié)構(gòu)色。它的應(yīng)用范圍包括所有平滑柔性基材，比如化纖、真絲、棉，還有碳纖維、聚酰亞胺，都有很高的適用性，但是這項(xiàng)技術(shù)目前不能用于毛絨類有立體結(jié)構(gòu)的材料上。這項(xiàng)技術(shù)在技術(shù)鑒定中已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，主要應(yīng)用方向是“綠色染整技術(shù)”以及“制備永久性功能織物”。

恩伊納米防護(hù)口罩的獨(dú)特設(shè)計(jì)主要有3項(xiàng)：一是內(nèi)外雙殺菌加中間納米細(xì)菌病毒過濾層三重全面防護(hù)；二是口罩無需換濾芯，整體可消毒、水洗；三是口罩外層的著色、抗菌和防曬功能，都是統(tǒng)一由納米表面處理技術(shù)一道工藝同步完成。

劉瓊溪坦言，納米概念雖然很多人聽說過，但對(duì)其并不了解。其實(shí)納米是數(shù)量概念，納米顆粒簡(jiǎn)單說就是極微小的顆粒。但實(shí)際納米材料還包括納米線、納米纖維和納米膜。恩伊納米防護(hù)口罩的抗菌納米層應(yīng)用的是納米膜技術(shù)，是直接將有抗菌效果的材料在織物表面沉積，形成納米厚度的抗菌納米層。這種納米層牢度非常好，水洗不會(huì)脫落，抗菌持久；而納米過濾層則應(yīng)用了納米纖維交叉成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔徑控制在100nm以內(nèi)，該孔徑可有效攔截新冠病毒、細(xì)菌等有害顆粒。

納米過濾層也可以簡(jiǎn)單理解成“可以隔絕病菌的紗窗”。病菌就是蚊蟲，無法通過納米紗窗，但這個(gè)紗窗可以洗，晾干就能恢復(fù)效果。而納米過濾層起到的作用和熔噴布類似，就是物理隔絕病毒細(xì)菌，只不過熔噴布孔徑要大很多，如果不做靜電處理便無法有效過濾病菌；但納米過濾層孔徑直接小于病菌，因此能直接阻隔。

另外，恩伊納米防護(hù)口罩外層是織物抗病菌層，外抗病菌層主要是防止手觸口罩時(shí)二次污染，因?yàn)橐志檬褂每谡郑鈱釉诳咕耐瑫r(shí)還要能消毒，但無紡布肯定不行，只有高等級(jí)抗病菌織物才可以。而超持久抗病菌、水洗不失效則是納米表面處理技術(shù)一個(gè)很大優(yōu)勢(shì)，因此選擇了這項(xiàng)技術(shù)作為外層面料抗病菌技術(shù)。此外，內(nèi)層在抗菌的同時(shí)，還選擇了吸濕透氣面料，防止因內(nèi)部潮濕滋生細(xì)菌產(chǎn)生皮膚不適，因?yàn)槠胀谡制毡榇嬖诔睗窈涂跉鈫栴}，恩伊對(duì)兩者的處理，主要是靠?jī)?nèi)部吸濕面料和抗菌起到的效果。同時(shí)，如果面部有致痘細(xì)菌，內(nèi)層面料也可以抑制，所以它也是一款防痘口罩。

提起為何要采用納米過濾層代替熔噴布時(shí)，劉瓊溪表示，熔噴布最主要的缺點(diǎn)就是不能潮濕，因?yàn)槌睗駮?huì)導(dǎo)致靜電失效，不能持久重復(fù)使用。但呼吸產(chǎn)生濕氣不可避免，致使熔噴布4小時(shí)左右就失效了，因此想要制備可重復(fù)使用的防護(hù)口罩，尤其是可以消毒和可以水洗的防護(hù)口罩，熔噴布必然不能使用。但是如果以納米過濾層來代替熔噴布作為一次性口罩的過濾層卻并不劃算，因?yàn)橐砸咔榍叭蹏姴嫉膬r(jià)格來算，納米濾層價(jià)位大概是熔噴布的5至10倍，起到的效果也只是適當(dāng)延長(zhǎng)使用時(shí)間，畢竟無紡布口罩不能噴酒精，更不能水洗，僅更換過濾層材質(zhì)并不能改變不可復(fù)用的特性。因此只有做成整體可重復(fù)使用的口罩，納米過濾層的價(jià)值才可以得到最大體現(xiàn)。

況且，KN95口罩眾所周知的一個(gè)弊端就是透氣性問題，這也是因?yàn)槠鋯螌尤蹏姴歼_(dá)不到KN95過濾效果，所以需要三層熔噴布再加PP棉，才能達(dá)到過濾效果，因此KN95口罩透氣性會(huì)很差。而納米防護(hù)口罩僅依靠特別薄的一層納米過濾層便可實(shí)現(xiàn)過濾效果，因此舒適性要好很多。現(xiàn)在已研發(fā)生產(chǎn)的恩伊納米防護(hù)口罩之所以也有一定厚度，主要是因內(nèi)外層面料織物的厚度，但是恩伊口罩的呼吸阻力遠(yuǎn)低于一般的KN95口罩。因?yàn)檠邪l(fā)這款產(chǎn)品時(shí)還不是夏天，所以一代產(chǎn)品的織物面料整體感覺會(huì)偏厚，不過正在開發(fā)中的二代產(chǎn)品，則是更適合夏天的超薄款口罩，不久就可面市。

除了嚴(yán)密的防護(hù)效果，恩伊納米防護(hù)口罩的防曬功能也是大多數(shù)口罩不具備的。“這款口罩的防曬功能，也是主要來自納米膜層的施加，由于物理防曬霜是用二氧化鈦?zhàn)鳛槲锢矸罆駝┦褂玫模诙饕良{米防護(hù)口罩中，也是主要應(yīng)用了二氧化鈦的抗菌效果，所以它的防曬功能只是一個(gè)附加效果，卻也順應(yīng)了市場(chǎng)對(duì)口罩防曬功能的龐大需求。”劉瓊溪說。

新冠肺炎疫情促使納米防護(hù)口罩誕生

據(jù)了解，廣東粵港澳大灣區(qū)國家納米科技創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱“廣納院”）是由中國科學(xué)院和廣東省人民政府共建的新型事業(yè)單位，并以納米科研成果技術(shù)來孵化平臺(tái)，加速納米技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。

談起這款口罩研發(fā)的初衷，劉瓊溪回憶，今年大年初二，正當(dāng)疫情暴發(fā)初期，廣納院院長(zhǎng)趙宇亮院士組織了一次電話會(huì)議，希望納米生物安全專家和納米表面處理課題組，能利用現(xiàn)有技術(shù)為疫情做些貢獻(xiàn)。

因?yàn)楸旧砑{米表面處理組一大主要研究方向就是“織物持久功能化表面處理技術(shù)”，主要應(yīng)用方向之一就是抗菌防護(hù)，因此在當(dāng)時(shí)口罩等防護(hù)用品高度緊缺時(shí)期，廣納院決定以此方向作為研發(fā)切入點(diǎn)，研發(fā)出有別于市面所有口罩的新型產(chǎn)品。

在這之后，劉瓊溪用一周時(shí)間分析了現(xiàn)有KN95口罩存在的主要問題：一是高度依賴熔噴布作為濾材，該濾材為一次性產(chǎn)品，一旦發(fā)生疫情，將面臨巨大缺口，且短時(shí)間內(nèi)無法補(bǔ)充貨源；二是要依靠熔噴布靜電處理才能達(dá)到防病毒效果（通過鹽性顆粒檢測(cè)），會(huì)進(jìn)一步加大關(guān)鍵濾材缺口，而靜電效果也會(huì)隨時(shí)間增加減弱、隨呼出濕氣快速衰減，并不適合作為長(zhǎng)時(shí)間戰(zhàn)略儲(chǔ)備物資，疫情嚴(yán)重時(shí)防護(hù)效果失效難以判定；三是市場(chǎng)上主流產(chǎn)品均為一次性產(chǎn)品，使用后成為醫(yī)用廢品且不可降解，對(duì)環(huán)境危害性極高；四是所有產(chǎn)品均忽略了內(nèi)外層抗病菌處理（無紡布極難實(shí)現(xiàn)），在高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下，口罩外側(cè)污染會(huì)極其嚴(yán)重，碰觸后極易造成二次污染。

綜合上述問題，她找到了解決問題的方向：一是開發(fā)無需依靠靜電吸附的新濾材，保證防護(hù)穩(wěn)定性；二是開發(fā)非一次性濾材，減少環(huán)境危害；三是選擇抗菌類材料作為口罩內(nèi)外層，減少手觸二次污染。

“根據(jù)早期各類研究結(jié)果和所積累的產(chǎn)業(yè)合作伙伴信息，我們?cè)O(shè)計(jì)了內(nèi)外層納米織物抗病菌層加中層自清潔納米過濾層結(jié)構(gòu)。從方案確立到第一版小樣用時(shí)兩周。但由于疫情原因，工廠復(fù)工一直推遲到3月初，這也成為口罩研發(fā)過程中，阻礙轉(zhuǎn)化速度的一大問題。另外，開發(fā)過程中還面臨抗菌納米處理材料的選擇。出于安全性考量，我們放棄了抗菌效果最出色的‘Ag系和Cu系’，因?yàn)檫@兩種元素安全風(fēng)險(xiǎn)較高，我們認(rèn)為不適合應(yīng)用于口罩產(chǎn)品上，因此又用一周時(shí)間，調(diào)試出穩(wěn)定的‘二氧化鈦系和氧化鋅系’納米膜層作為抗病菌功能層，以保證口罩安全性。同時(shí)，納米過濾層的開發(fā)還需要穩(wěn)定的高過濾效率、較好透氣性以及穩(wěn)定的支撐保護(hù)，來增加納米過濾層多次可重復(fù)水洗使用。”劉瓊溪說。

雖然恩伊納米防護(hù)口罩有其他口罩無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但因研發(fā)生產(chǎn)時(shí)間較短，目前在市場(chǎng)上并未普及。對(duì)于產(chǎn)品前景，劉瓊溪表示，未來恩伊納米防護(hù)口罩仍要做好產(chǎn)品和技術(shù)推廣，同時(shí)擴(kuò)大產(chǎn)能，爭(zhēng)取機(jī)器化生產(chǎn)。因?yàn)檫@種可以重復(fù)使用、佩戴舒適性高的防護(hù)口罩，相對(duì)于傳統(tǒng)口罩是一種革命性產(chǎn)品，同時(shí)又有很高的技術(shù)壁壘，前景較為樂觀。

她告訴記者，目前恩伊納米防護(hù)口罩主要集中在企業(yè)和學(xué)校大宗定制，在網(wǎng)上也有少量零售，但后續(xù)還會(huì)做聯(lián)名類推廣和拓展海外市場(chǎng)。因?yàn)楫?dāng)口罩不再是緊缺品時(shí)，其時(shí)尚和環(huán)保將成為人們購買的主要?jiǎng)恿Α６遥?dú)有的專利技術(shù)和過硬的產(chǎn)品永遠(yuǎn)都不缺買家。