國(guó)內(nèi)可重復(fù)使用口罩研發(fā)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)可重復(fù)使用口罩研發(fā)現(xiàn)狀

口罩是指放在口腔的上，過(guò)濾有害氣體、灰塵、飛沫、細(xì)菌和其他材料，以防止有害氣體、灰塵和其他材料進(jìn)入口腔和鼻部的防護(hù)裝置?？谡衷诤粑啦《拘詡魅静×餍袝r(shí)期是重要的個(gè)人防護(hù)用品之一，可有效阻斷顆粒物、細(xì)菌和病毒的傳播途徑，保護(hù)易感人群免受感染，在感染預(yù)防和傳染病控制中起到了舉足輕重的作用疫情初期上海政府部門(mén)牽頭產(chǎn)業(yè)鏈，推出國(guó)內(nèi)首款可重復(fù)使用的N95防護(hù)口罩1可重復(fù)使用口罩總結(jié)1.1可重復(fù)使用口罩的范圍國(guó)內(nèi)口罩主要分為民用口罩、醫(yī)用口罩和工業(yè)防護(hù)口罩3類(lèi)1.2發(fā)生消毒處理口罩在佩戴過(guò)程會(huì)阻隔灰塵、飛沫，吸附大氣細(xì)菌、病毒、顆粒物等污染物，也會(huì)被佩戴者汗液、口腔分泌物、食物殘?jiān)⒂椭任廴荆踔習(xí)a(chǎn)生異味，威脅佩戴者身體健康。因此，口罩重復(fù)使用須定期對(duì)口罩進(jìn)行洗滌，徹底去除口罩上吸附的污染物。此外流感多發(fā)期或肺炎疫情期還要對(duì)可重復(fù)使用口罩定期進(jìn)行消毒處理以避免細(xì)菌和病毒感染。因此，可重復(fù)使用口罩進(jìn)行復(fù)用需定期對(duì)口罩進(jìn)行消毒清洗以保證口罩自身清潔衛(wèi)生?？芍貜?fù)使用口罩復(fù)用時(shí)，合理有效的洗消方式極為重要。《可重復(fù)使用民用口罩》團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定制造商提供的消毒和清洗方法宜合二為一，如不能合二為一，應(yīng)先消毒再清洗，宜選用不破壞口罩過(guò)濾層荷電及結(jié)構(gòu)的消毒和清洗方法，以及能使口罩過(guò)濾層荷電再生的宜家干燥方法，并明確規(guī)定洗消次數(shù)（不少于3次）和佩戴時(shí)間（不低于24h）?！犊伤粗貜?fù)使用織物口罩》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了更嚴(yán)格的重復(fù)使用次數(shù)（50次），并進(jìn)一步明確洗消方式（洗衣機(jī)機(jī)洗、醫(yī)用酒精消毒）。根據(jù)我國(guó)新型冠狀病毒肺炎診療方案1.3過(guò)濾效率分析以一次性醫(yī)用口罩為代表的拋棄式口罩雖具有高防護(hù)效果，但通常采用駐極熔噴布作為核心濾材，消毒清洗后熔噴布攜帶的荷電會(huì)大幅衰減甚至完全耗散，口罩過(guò)濾效率大幅降低。中國(guó)香港科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)可重復(fù)使用口罩核心特點(diǎn)是其可耐受常規(guī)洗消操作，防護(hù)性能不隨佩戴時(shí)間和洗消次數(shù)增加而顯著降低，因而復(fù)用后也可為佩戴者提供高的防護(hù)效果，如圖1所示。1.4駐極聚丙烯熔噴布現(xiàn)代口罩通常由3層以上濾材組成，每層具備不同效果。醫(yī)用外科口罩一般由3層組成，外層多采用疏水紡黏非織造布，防止飛沫飛濺；中間層多采用駐極聚丙烯熔噴布，承擔(dān)主要過(guò)濾作用；內(nèi)層多采用親水非織造布，可吸收佩戴者呼出的水汽?？芍貜?fù)使用口罩結(jié)構(gòu)通常與醫(yī)用外科口罩保持一致，也采用3層設(shè)計(jì)，如圖2所示。兩者主要區(qū)別是可重復(fù)使用口罩使用耐洗消濾材代替熔噴布作為中間層，此外考慮到易清洗、親膚、觸感及美觀等因素，內(nèi)外層多采用棉質(zhì)濾材，并且很多可重復(fù)使用口罩還對(duì)外層和中間層濾材進(jìn)行抗菌、抗病毒處理，以抑制細(xì)菌和病毒在口罩上的滋生。1.5口罩性能要求單個(gè)病毒尺寸很小，但其在空氣中傳播以飛沫（>5.00μm）或氣溶膠（1.00～5.00μm）為載體。醫(yī)用外科口罩要求對(duì)3.00μm細(xì)菌氣溶膠過(guò)濾效率≥95%,KN90和KN95口罩對(duì)0.26μmNaCl顆粒的過(guò)濾效率分別大于90%和95%。因此，佩戴這些口罩均可有效阻斷COVID-19病毒傳染途徑，一方面可保護(hù)自己免受病毒飛沫和氣溶膠感染，同時(shí)還能保護(hù)他人免受自己呼出的病毒感染。表1中《可重復(fù)使用民用口罩》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和《可水洗重復(fù)使用織物口罩》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)口罩洗前和洗后過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力做出明確規(guī)定，《可重復(fù)使用民用口罩》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)口罩性能要求基本與KN90口罩一致，《可水洗重復(fù)使用織物口罩》要求過(guò)濾效率和呼吸阻力性能介于醫(yī)用外科口罩和KN90口罩之間，初級(jí)口罩PFE要大于70%，此外還對(duì)口罩抑菌率提出新要求。兩份團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)可重復(fù)使用口罩洗前和洗后防護(hù)效果要求均明顯高于醫(yī)用外科口罩，符合上述兩個(gè)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)可重復(fù)使用口罩不僅可高效攔截空氣中污染物顆粒和飛沫，對(duì)細(xì)菌和病毒氣溶膠也具有良好的防護(hù)效果。但目前市面上很多可重復(fù)使用口罩雖標(biāo)注為可重復(fù)使用，但僅新口罩執(zhí)行醫(yī)用外科口罩或KN95口罩等標(biāo)準(zhǔn)，口罩多次復(fù)用后性能沒(méi)有相應(yīng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。如《可重復(fù)使用民用口罩》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和《可水洗重復(fù)使用織物口罩》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，合格可重復(fù)使用口罩不僅初始性能，更重要的是按規(guī)定洗消方式復(fù)用規(guī)定次數(shù)后，其性能依舊符合上述團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)或醫(yī)用外科口罩和KN95口罩等主流口罩標(biāo)準(zhǔn)要求。1.6洗消裝置上的風(fēng)險(xiǎn)雖然目前沒(méi)有相關(guān)先例和評(píng)估，但值得警惕的是可重復(fù)使用口罩是否有成為新的病毒污染源的可能性，口罩在洗消過(guò)程是否存在細(xì)菌和病毒轉(zhuǎn)移到洗消裝置上并最終感染用戶(hù)等風(fēng)險(xiǎn)未知。因此，可重復(fù)口罩僅建議日常生活中用于阻隔微生物、飛沫、花粉等顆粒物使用；或大規(guī)模區(qū)域性肺炎、流感等疫情，以及其他防控應(yīng)急情況下口罩供應(yīng)急劇短缺狀況下在低風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)和場(chǎng)所作為應(yīng)急使用，不推薦密切接觸者、醫(yī)護(hù)人員和防疫人員使用。疫情期間在中高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)或區(qū)域，居民應(yīng)嚴(yán)格佩戴醫(yī)用外科口罩或KN95口罩等拋棄式口罩，且不建議重復(fù)使用。2口罩重復(fù)使用的條件可重復(fù)使用口罩的核心濾材能否經(jīng)受多次洗滌和消毒操作并繼續(xù)保持高的過(guò)濾效率和低的過(guò)濾阻力是口罩能否重復(fù)使用的關(guān)鍵所在。復(fù)用規(guī)定次數(shù)后防護(hù)效果和呼吸阻力等核心性能滿(mǎn)足相關(guān)口罩標(biāo)準(zhǔn)且具有良好抗菌、抗病毒性能的口罩是目前可重復(fù)使用口罩的重點(diǎn)研發(fā)方向。不同濾材實(shí)物圖和SEM圖片（200倍）如圖3所示。2.1口罩荷電再生重復(fù)使用駐極熔噴布（圖3a）是目前常用的重要口罩濾材之一，廣泛用于各種防護(hù)等級(jí)醫(yī)用和民用口罩中。口罩熔噴布多為聚丙烯材質(zhì)，具有良好耐溫、耐溶劑性能和良好的機(jī)械強(qiáng)度，但熔噴布纖維攜帶荷電遇水或乙醇等溶劑或高溫處理后會(huì)減少或完全消除，導(dǎo)致熔噴布過(guò)濾效率大幅下降，因此無(wú)法長(zhǎng)期或重復(fù)使用。為應(yīng)對(duì)駐極熔噴布不耐水洗問(wèn)題，疫情初期，北京化工大學(xué)陳建峰院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)口罩荷電再生重復(fù)使用技術(shù)，采用便攜式靜電發(fā)生器（如家用電器）對(duì)普通一次性醫(yī)用口罩進(jìn)行二次荷電處理，使其再生靜電效應(yīng)而達(dá)到可重復(fù)使用，經(jīng)測(cè)試，口罩經(jīng)10次荷電再生循環(huán)后，其過(guò)濾效率仍與新口罩相當(dāng)。北京化工大學(xué)張立群團(tuán)隊(duì)也研發(fā)出一種高荷載電荷-高抗靜電衰減、抑菌、抗老化三合一熔噴布，該材料口罩在60℃水中浸泡30min，晾干或吹干后即可再次使用，可至少使用3天。該熔噴布已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷(xiāo)數(shù)千噸，為可重復(fù)使用民用口罩提供重要材料支撐。2.2材料及濾材用量傳統(tǒng)熔噴布并不適合作為可重復(fù)使用口罩的核心濾材，選用耐洗消且高效低阻的新濾材是開(kāi)發(fā)可重復(fù)使用口罩的關(guān)鍵。如圖3a—圖3d所示，目前市面上的可重復(fù)使用口罩通常選用ePTFE納米薄膜、納米纖維膜、核孔膜等濾材。其中ePTFE納米薄膜濾材成本相對(duì)低、產(chǎn)能充足、過(guò)濾性能好，在可重復(fù)使用口罩中使用廣泛。這些濾材主要依靠物理過(guò)濾效應(yīng)，無(wú)需荷電也能實(shí)現(xiàn)高的過(guò)濾效率，因此經(jīng)過(guò)常規(guī)洗消操作后仍可能保持高的過(guò)濾效率，適用于制作可重復(fù)使用的口罩。2.2.1膨體聚乙烯薄膜ePTFE納米薄膜是以聚四氟乙烯為原料，經(jīng)過(guò)預(yù)混、壓制初坯、推擠、壓延、脫油和單向或雙向拉伸等工藝生產(chǎn)的具有結(jié)點(diǎn)-細(xì)纖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膨體聚四氟乙烯（ePTFE）薄膜2.2.2納米纖維膜納米纖維膜是由聚合物溶液或熔體在靜電場(chǎng)力（靜電紡絲2.2.3復(fù)合濾材過(guò)濾性能核孔膜是利用高能重離子轟擊聚合物薄膜后再通過(guò)化學(xué)刻蝕擴(kuò)孔得到新型濾膜核孔膜選用高強(qiáng)度聚合物薄膜作為基膜，其具備較高強(qiáng)度，可在洗消過(guò)程中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。ePTFE薄膜和納米纖維膜以納米級(jí)纖維為主體，其機(jī)械強(qiáng)度相比熔噴布和核孔膜要低很多，實(shí)際使用時(shí)需與高強(qiáng)度基材進(jìn)行復(fù)合，以避免洗消過(guò)程發(fā)生破損。目前市面上ePTFE薄膜和納米纖維膜多采用單面復(fù)合或雙面復(fù)合方式，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)雙面復(fù)合濾材耐洗消性能遠(yuǎn)高于單面復(fù)合濾材，雙面復(fù)合且復(fù)合較緊密的濾材在洗消過(guò)程中依舊能保持濾材纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的完整性，多次洗后過(guò)濾效率僅輕微下降。通過(guò)選用不同規(guī)格ePTFE濾材，分別制作出洗前和手洗30次后均符合《醫(yī)用外科口罩》和《呼吸防護(hù)自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》（KN95）標(biāo)準(zhǔn)的可重復(fù)使用口罩。2.3可重復(fù)使用口罩的抗菌性能可重復(fù)使用口罩不僅應(yīng)耐洗消，還應(yīng)具有良好的抗菌、抗病毒性能。可水洗重復(fù)使用織物口罩團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)口罩洗前和洗后抑菌率做出明確規(guī)定。疫情期間多家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)將具有抗菌、抗病毒功能的面料或?yàn)V材用于口罩外層或中間層，開(kāi)發(fā)出具有良好抗菌、抗病毒性能的功能口罩，通過(guò)抑制細(xì)菌和病毒在口罩上滋生或?qū)崿F(xiàn)自清潔功能，降低洗消頻次，進(jìn)而延長(zhǎng)使用時(shí)間。2020年6月中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)批準(zhǔn)《紡織品抗病毒、抗菌整理劑及其功能評(píng)價(jià)》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，隨后8月《抗病毒功能紡織品》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也由中國(guó)保健協(xié)會(huì)審批立項(xiàng)，為可重復(fù)使用口罩的抗菌、抗病毒測(cè)試提供有力依據(jù)。目前市面上抗菌、抗病毒濾材主要分為3類(lèi)：第1類(lèi)是直接選用天然抗菌（如甲殼素纖維、麻纖維、竹纖維）或改性抗菌（如殼聚糖、優(yōu)可絲EcoCosy）纖維制作濾材，如青島大學(xué)的海藻纖維口罩，抑菌率達(dá)95%以上；第2類(lèi)是在紡絲過(guò)程中將具有抗菌、抗病毒的無(wú)機(jī)抗菌材料（銀、銅、鋅納米顆粒、石墨烯等）引入傳統(tǒng)濾材中，如中國(guó)香港向全港市民免費(fèi)派發(fā)可重復(fù)使用的銅芯抗疫口罩（如圖4所示），可重復(fù)使用60次，中國(guó)航天航材院開(kāi)發(fā)的可重復(fù)使用石墨烯口罩，可連續(xù)佩戴48h；第3類(lèi)是使用天然（如黃芩、姜黃、蘆薈等）或合成（如季銨鹽類(lèi)化合物、聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽）的有機(jī)系抗菌劑對(duì)傳統(tǒng)濾材、面料進(jìn)行表面改性、后整理，使之具有抗菌或抗病毒功能，如廣東溢達(dá)紡織有限公司通過(guò)對(duì)口罩外層面料進(jìn)行抗菌后整理，開(kāi)發(fā)出高效抗菌可水洗棉布口罩，水洗30次后抗菌率仍高于90%。單靠抗菌、抗病毒口罩的自清潔功能而不進(jìn)行洗消難以一直保持口罩的清潔衛(wèi)生，但是口罩抗菌抗病毒是對(duì)耐洗消的良好補(bǔ)充，抗菌、抗病毒功能配合適宜的洗消方式，既可降低口罩洗消頻次，又可提供多一重防護(hù)。3可重復(fù)使用口罩的用途和使用成本隨著疫情形式的好轉(zhuǎn)，醫(yī)用外科口罩等拋棄式口罩的供應(yīng)已經(jīng)充足，市場(chǎng)對(duì)