3.3　可重復(fù)使用口罩關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀

　口罩重復(fù)使用技術(shù)

口罩使用過程中，因細菌病毒在靜電層的沉積以及哈氣（水汽）等導(dǎo)致荷電層靜電的消除，都會損傷其過濾效果，甚至失效。因此，新冠病毒感染的肺炎疫情（簡稱新冠疫情）期間若想重復(fù)使用口罩，需要重點考慮兩點問題：一是如何在不破壞口罩材料及微觀結(jié)構(gòu)的情況下，殺死或者去除沉積到口罩上的新冠病毒；二是重新恢復(fù)口罩過濾層電荷或?qū)⑼饨珉姾赊D(zhuǎn)移至過濾層（即荷電再生），以保證重復(fù)使用的口罩仍具有一定的顆粒物阻隔效果。2020年2月14日，科學(xué)網(wǎng)報道了北京化工大學(xué)陳建峰院士科研團隊關(guān)于新冠肺炎疫情應(yīng)急時期口罩重復(fù)使用的初步研究成果。

首先，研究人員將使用后的一次性醫(yī)用無紡布口罩置于熱水中做消毒殺菌清潔處理，隨后采用電吹風(fēng)機、電風(fēng)扇、電子點火器等對“失效”的口罩進行吹干荷電處理，證實口罩可重新荷電而再生靜電效應(yīng)。基于此，研究人員提出應(yīng)急時期一次性醫(yī)用無紡布口罩荷電再生導(dǎo)則，具體步驟如下：

① 將用過的一次性醫(yī)用無紡布口罩置于大于56℃的熱水中浸泡30min（參考《新型冠狀病毒肺炎防控方案（第四版）》所述56℃30min可有效滅活病毒），通常沸水與室溫水（按20℃算）1∶1混合后約為60℃，為提高滅毒殺菌效果，可適當(dāng)提高沸水比例。

② 將口罩從水中取出，甩掉表面液滴，平放在干燥的絕緣材質(zhì)表面（如桌布、床單等），用電吹風(fēng)機吹烘約10min吹干并荷電，或用普通電風(fēng)扇吹口罩約15min，或用普通家用電子點火器對口罩進行全面覆蓋的“電擊”，通過口罩內(nèi)部纖維的摩擦或外部放電等，使口罩材料重新荷電。

③ 在絕緣桌面上撒一些碎紙屑，將荷電后的口罩平放并使外層接近碎紙屑，距離約1mm但并未接觸時，可觀察到口罩對碎紙屑的靜電吸附現(xiàn)象，認為口罩荷電成功，可以再使用；如靜電吸附現(xiàn)象不明顯，則延長電吹風(fēng)機吹烘口罩的時間，再次通過“紙屑吸附”檢驗荷電情況，至荷電成功，可以再使用。

為進一步驗證采用家用器件使口罩重新荷電的可行性，研究人員采用普通家用打火機拆下的點火器作為靜電發(fā)生器，在口罩特定部位進行“電擊”（范圍1cm×1cm，約10s）。結(jié)果同樣顯示，“充電”后的口罩可以吸附小紙屑，荷電效果顯著。

根據(jù)國家衛(wèi)生健康委員會于2020年2月6日發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎防控方案（第四版）》，56℃條件下30min可有效殺滅新冠病毒，荷電再生處理有助于恢復(fù)口罩過濾層靜電，從而使其具有高的顆粒物過濾性能。口罩作為阻隔微生物、飛沫、花粉等顆粒物在人與環(huán)境間傳播的具有一定保護功能的用品，其對顆粒物的過濾效率是檢測其應(yīng)用性能的重要指標(biāo)之一。再生口罩對于阻隔微生物、飛沫、花粉等顆粒物在人與環(huán)境間傳播具有顯著作用。

相關(guān)研究結(jié)果表明：在疫情應(yīng)急時期，口罩重復(fù)使用是可行的，可緩解當(dāng)前市場需求與供給的矛盾，且可節(jié)約資源、減少環(huán)境污染。

　可重復(fù)使用口罩標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)有的口罩產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對口罩一次性使用的性能制備做了規(guī)范和要求，對于如何考核其可重復(fù)使用性能并沒有具體規(guī)定。我國關(guān)于口罩產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)主要有5個，其中包括3個醫(yī)用口罩標(biāo)準(zhǔn)：醫(yī)用防護口罩（GB 19083）、醫(yī)用外科口罩（YY 0469）、一次性使用醫(yī)用口罩（YY/T 0969）；1個屬于工業(yè)領(lǐng)域的呼吸防護自吸過濾式防顆粒物呼吸器（GB 2626）；1個屬于民用領(lǐng)域的日常防護型口罩（GB/T 32610）。

相關(guān)口罩標(biāo)準(zhǔn)主要是針對一次性使用的技術(shù)要求，對于如何考核其可重復(fù)性能沒有具體規(guī)定。GB 2626—2019標(biāo)準(zhǔn)中雖提及了“若產(chǎn)品設(shè)計允許過濾原件在清洗和/或消毒后重復(fù)使用”的要求，但工業(yè)口罩主要針對特定環(huán)境和特定人群使用，在疫情防控期的民用場所，相關(guān)產(chǎn)品供應(yīng)量十分有限。因此有必要編制一套標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范口罩的“可反復(fù)多次使用”。按照北京市政府有關(guān)工作要求，北京化工大學(xué)有機無機復(fù)合材料國家重點實驗室張立群教授等牽頭起草完成了國際首個《可重復(fù)使用民用口罩》團體標(biāo)準(zhǔn)（編號：T/BJFX 0001—2020）。2020年3月17日—31日，《可重復(fù)使用民用口罩》團體標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）在北京服裝紡織行業(yè)協(xié)會網(wǎng)站公示并公開征求意見反饋。標(biāo)準(zhǔn)起草組根據(jù)征求意見進一步完善標(biāo)準(zhǔn)文本，形成送審稿和編制說明。2020年4月2日，北京服裝紡織行業(yè)協(xié)會在北京化工大學(xué)組織召開了《可重復(fù)使用民用口罩》團體標(biāo)準(zhǔn)評審會。評審專家組一致認為標(biāo)準(zhǔn)文稿內(nèi)容完整、指標(biāo)合理、表述準(zhǔn)確。特別是在防控新冠肺炎疫情期間，針對國內(nèi)缺乏可重復(fù)使用民用口罩規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)實問題，《可重復(fù)使用民用口罩》團體標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)既考慮了疫情防控的短期應(yīng)急，同時兼顧了長期戰(zhàn)略儲備的需求，具有較高的專業(yè)水平和先進性。評審專家組一致同意通過對該標(biāo)準(zhǔn)的評審。2020年4月13日，北京服裝紡織行業(yè)協(xié)會在全國團體標(biāo)準(zhǔn)信息平臺發(fā)布《可重復(fù)使用民用口罩》團體標(biāo)準(zhǔn)并正式實施。

《可重復(fù)使用民用口罩》團體標(biāo)準(zhǔn)適用于在日常生活中阻隔微生物、飛沫、花粉等顆粒物的可重復(fù)使用的民用口罩。按照口罩功能及使用場景，分為可重復(fù)使用民用防護口罩、可重復(fù)使用民用衛(wèi)生口罩。其中可重復(fù)使用民用防護口罩定義為潛在高污染或高風(fēng)險場景下用于濾除病原微生物、粉塵、煙、霧等顆粒物的具有高度防護性能的可多次使用民用口罩，對防護效果和密合性能要求較高，核心指標(biāo)為過濾效率、呼吸阻力與總泄漏率；可重復(fù)使用民用衛(wèi)生口罩定義為日常環(huán)境下用于阻隔飛沫、花粉、微生物等顆粒物在人與環(huán)境間傳播的具有一定保護功能的可多次使用民用口罩，對口罩材料阻隔性能和透氣性要求較高，主要適用于日常生活環(huán)境下的佩戴，核心指標(biāo)為過濾效率和通氣阻力。考慮到兒童群體以及醫(yī)療環(huán)境、缺氧環(huán)境、水下作業(yè)、逃生、消防及工業(yè)防塵等特殊行業(yè)，本標(biāo)準(zhǔn)特別指出，不適用兒童口罩、醫(yī)療環(huán)境、缺氧環(huán)境、水下作業(yè)、逃生、消防、醫(yī)用及工業(yè)防塵等特殊行業(yè)用呼吸防護用品。

口罩可重復(fù)使用場景主要面向大規(guī)模區(qū)域性肺炎、流感等疫情期間，以及其他防控應(yīng)急情況下口罩供應(yīng)急劇短缺時，通過科學(xué)使用口罩，讓每一只口罩發(fā)揮最大效能，避免過度防護和無效防護，保障疫情防控質(zhì)量，并節(jié)約資源、減少環(huán)境污染。嚴禁個人或企業(yè)將廢棄口罩回收處理后，二次銷售使用。因此，在標(biāo)準(zhǔn)范圍中特別指出了，本標(biāo)準(zhǔn)不適用于已廢棄口罩。從保護環(huán)境、應(yīng)對疫情的雙重角度看，《可重復(fù)使用民用口罩》團體標(biāo)準(zhǔn)提倡企業(yè)生產(chǎn)可重復(fù)使用民用口罩。

　可重復(fù)使用口罩材料產(chǎn)業(yè)進展

自2020年2月以來，陳建峰院士牽頭承擔(dān)的國家科技部重點研發(fā)計劃“公共安全風(fēng)險防控與應(yīng)急技術(shù)裝備”重點專項，緊急組織全國優(yōu)勢產(chǎn)學(xué)研力量，圍繞“可重復(fù)使用防護口罩關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”重大需求，針對我國廣泛使用的平面結(jié)構(gòu)的口罩中的過濾層材料及熔噴纖維布供給瓶頸問題，開展了系列應(yīng)急攻關(guān)，其產(chǎn)業(yè)化嘗試已初見成效。

北京化工大學(xué)張立群教授團隊針對我國廣泛使用的SMS結(jié)構(gòu)的防護口罩中的過濾層（M層）材料及熔噴纖維布供給瓶頸問題，創(chuàng)新性地提出制備高荷電、高抗靜電衰減、抑菌、耐老化的新型熔噴級聚丙烯（mb-PP）復(fù)合材料。基于前期聚烯烴材料結(jié)構(gòu)調(diào)控及結(jié)構(gòu)性能關(guān)系研究基礎(chǔ)，研制出了25g/m2級別、國內(nèi)阻隔效率最高且高靜電穩(wěn)定的纖維布（初始濾效PFE=97.2%，30L/min，經(jīng)過10次消洗后，PFE=92%，30L/min），使用該材料制造的平板型防護口罩佩戴3天后（累積佩戴時間>24h，經(jīng)過熱水消洗3次）的PFE>90%，30L/min。支持合作企業(yè)山東道恩高分子迅速建設(shè)年產(chǎn)萬噸新型mb-PP復(fù)合材料生產(chǎn)線，2020年3—6月期間，新型mb-PP復(fù)合材料產(chǎn)銷超過4000t（可制成平面口罩40億只）。

浙江理工大學(xué)陳文興院士、郭玉海教授和于斌教授等，研發(fā)了可替代熔噴材料的聚四氟乙烯軟支撐納米復(fù)合膜材料。這種新材料相比傳統(tǒng)熔噴材料，具有過濾性能優(yōu)越、透氣性強、生產(chǎn)效率高、易于儲存等多種優(yōu)勢。以市面上的常規(guī)口罩為例，其大多使用熔噴材料作為核心阻隔層，過濾原理主要是在熔噴材料中加載荷電層，通過靜電的吸附作用，將超細顆粒和飛沫吸附在口罩上，從而隔絕病毒。一旦口罩因水汽（哈氣）或細菌、病毒在靜電層的沉積導(dǎo)致荷電層靜電消除，過濾效果將大大降低。這就是一般口罩每隔4h需要更換的原因。同時，由于生產(chǎn)過程需要對熔噴材料加載靜電，所以生產(chǎn)效率較低。浙江理工大學(xué)團隊研發(fā)的軟支撐納米纖維膜口罩新材料，通過將材料拉長分裂延伸至幾十納米粗細的纖維，并控制纖維組成孔徑大約為0.1～0.3μm的納米數(shù)量級，直接將細菌、病毒等極細微顆粒攔截在口罩外。這種方式無須花費時間加載靜電，從而克服了熔噴口罩材料生產(chǎn)效率低的問題。同時，因為是物理攔截，口罩也不會因為高濕等環(huán)境因素而影響過濾效果，為口罩的可重復(fù)利用和長期儲存提供了可能性，可作為國家應(yīng)急戰(zhàn)備物資儲存。利用該材料制備的口罩，經(jīng)國家勞動保護用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、國家紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（浙江）等多家機構(gòu)測試，過濾效率大于95%，達到了GB 2626—2006標(biāo)準(zhǔn)中的KN95要求。同時，口罩的透氣性能也優(yōu)于一般的KN95口罩。前者的呼吸氣阻力一般在100Pa以上，而新型材料經(jīng)測試，吸氣阻力88～91Pa（遠低于標(biāo)準(zhǔn)要求“不大于350Pa”），呼氣阻力76Pa（遠低于標(biāo)準(zhǔn)要求“不大于250Pa”）。作為一種戰(zhàn)略儲備物資，這種材料的原料供應(yīng)相對充足，在價格上相比現(xiàn)有的熔噴材料也有一定優(yōu)勢，可以在短時間內(nèi)緩解當(dāng)下熔噴材料產(chǎn)能不足、“舉布維艱”的現(xiàn)狀。

清華大學(xué)伍暉教授等針對高性能、可重復(fù)使用的個人防護口罩的核心材料需求，在納米纖維制備方法上源頭創(chuàng)新，通過自主研發(fā)的高速氣流溶液紡絲技術(shù)獲得了一系列成分可調(diào)、結(jié)構(gòu)可控、功能可疊加的納米纖維材料。研究團隊通過對溶液噴射行為和納米纖維成纖機理的系統(tǒng)分析和闡述，在此基礎(chǔ)上進一步改進納米纖維的成型和沉積等制造過程，成功地獲得了豐富的聚合物材料體系的納米纖維，將氣紡絲發(fā)展成為制造納米纖維的通用平臺性技術(shù)，并針對可反復(fù)消毒使用并可長期存儲的KN95口罩的市場需求開展科研攻關(guān)，通過對高分子溶液的設(shè)計和系統(tǒng)探索，最終獲得了平均直徑80nm的高穩(wěn)定性納米纖維材料，在較短時間內(nèi)完成了對接口罩生產(chǎn)的納米纖維氣紡絲制備設(shè)備的設(shè)計和制造，順利得到口罩專用標(biāo)準(zhǔn)濾材，并進一步完成相應(yīng)口罩產(chǎn)品的試制、生產(chǎn)、通過標(biāo)準(zhǔn)檢測并投入實際應(yīng)用。共設(shè)計、建設(shè)納米纖維標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)線10條，成功研發(fā)得到不同種類的納米纖維口罩產(chǎn)品，并先后在權(quán)威機構(gòu)通過了GB 2626（KN95防護口罩）、GB 19083（醫(yī)用防護口罩）、YY 0469（醫(yī)用外科口罩）等國家標(biāo)準(zhǔn)檢測，這一類新型材料在“抗疫”中得到了應(yīng)用。

中原工學(xué)院何建新教授等基于印刷式線性靜電紡納米纖維制造技術(shù)，通過網(wǎng)膜層疊工藝，實現(xiàn)紡絲和口罩生產(chǎn)的匹配，創(chuàng)制出防護性能穩(wěn)定和可多次重復(fù)使用的納米纖維膜口罩新材料。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計使得口罩材料具有呼氣阻力小、濾效高的特點，實現(xiàn)了依靠物理攔截濾材過濾性能優(yōu)越，并且濾效不受高濕等環(huán)境影響的優(yōu)良特征。利用模塊化印刷式靜電紡絲技術(shù)制備了納米纖維材料，通過調(diào)控納米纖維層的結(jié)構(gòu)和厚度，研發(fā)了可滿足KN90、KN95、FFP2和FFP3標(biāo)準(zhǔn)的納米纖維口罩濾芯材料，并制備了KN95型和FFP2型納米纖維防護口罩。采用納米纖維膜制備的口罩性能高度穩(wěn)定，可以反復(fù)消毒和重復(fù)使用，消靜電后過濾效率不降低，為傳統(tǒng)熔噴聚丙烯纖維防護口罩提供了很好的補充。也為口罩的可重復(fù)使用和長期儲存提供了可能性，為我國口罩應(yīng)急物資儲備提供了新的技術(shù)方案。

長時間佩戴口罩過程中，容易造成細菌病毒等微生物在口罩內(nèi)的滋生繁殖。因此在高風(fēng)險環(huán)境下，對于攔截在口罩內(nèi)的細菌病毒，可能會在口罩長時間佩戴過程中滋生繁殖，重新脫附并擴散到環(huán)境中，帶來潛在的生物學(xué)風(fēng)險。北京化工大學(xué)有機無機復(fù)合材料國家重點實驗室與北京鼎衛(wèi)科技服務(wù)有限公司（以下簡稱北京鼎衛(wèi)科技）合作，設(shè)計研發(fā)了一種具有抗新冠病毒功能的納米復(fù)合纖維濾材（以下簡稱北化-鼎衛(wèi)濾材），該濾材以柔性聚合物纖維作為基材，以銅合金材料作為抗菌殺毒功能層。事實上，銅合金材料對細菌微生物的抑制作用，早已引起人們的關(guān)注。李時珍在《本草綱目》中將銅綠（銅與空氣中的氧氣、二氧化碳、水蒸氣反應(yīng)生成的綠色堿式碳酸銅，又稱銅青）作為一類中藥，可用于治療走馬牙疳、口鼻疳瘡、楊梅毒瘡、臁瘡頑癬等細菌感染。現(xiàn)代科學(xué)對銅離子抗菌機制提出了多種科學(xué)解釋，比如，銅能夠接受和釋放電子從而在Cu+和Cu2+之間轉(zhuǎn)換，可以作為催化劑生成活性氧，進而導(dǎo)致對細菌生存至關(guān)重要的細胞成分如蛋白質(zhì)、核酸和脂類(包括細胞膜)的氧化損傷。銅離子也可能會與Zn2+或其他金屬離子競爭蛋白質(zhì)的結(jié)合位點，這種錯誤的結(jié)合導(dǎo)致蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變，從而使蛋白質(zhì)功能紊亂，造成細菌細胞的凋亡。北化-鼎衛(wèi)濾材制造過程中，通過高效納米復(fù)合技術(shù)，在有機纖維表面形成一層納米銅合金涂層材料，每平方米銅含量僅350mg，銅與纖維結(jié)合力強，保證抗菌殺毒效果的同時，避免了重金屬對人體的潛在危害。根據(jù)中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實驗動物研究所提供的檢測報告，參考ISO 18184—2019《紡織品——紡織品抗病毒活性的測定》標(biāo)準(zhǔn)開展復(fù)合濾材抗新冠病毒的體外實驗研究，“北化-鼎衛(wèi)濾材作用1h，對新冠病毒SARS-CoV-2的殺滅率大于99.9%”。應(yīng)用高效殺滅病毒的過濾材料，可望減少口罩等制品長期使用過程中病毒積累的風(fēng)險，提供更加安全的抗病毒防護效果。通過對已有的抗菌濾材生產(chǎn)線進行工藝升級，北京鼎衛(wèi)科技很快實現(xiàn)了抗新冠病毒有機無機納米復(fù)合濾材的規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)能達到了2萬米2/天，并率先在民用口罩領(lǐng)域應(yīng)用殺滅新冠病毒的材料，即在口罩熔噴布過濾層與內(nèi)層之間增加一層該殺毒濾材，降低口罩長期使用過程中的細菌病毒積累的風(fēng)險。

除了應(yīng)用于普通百姓佩戴的口罩外，該抗病毒濾材用于室內(nèi)場所使用的空氣凈化機以及空調(diào)等，均能起到凈化空氣的作用。在該類空氣凈化制品中，起到濾除病原微生物、粉塵、煙、霧等顆粒物作用的部件，通常是具有多孔結(jié)構(gòu)的纖維材料，通過纖維靜電吸附以及纖維排列的微小縫隙，實現(xiàn)對病原體微生物等顆粒的阻隔。然而，由于新冠病毒在高分子聚合物塑料表面可存活2～3天，因此，對于攔截在口罩、空氣凈化機、空氣調(diào)節(jié)器等終端制品過濾材料表面的新冠病毒，可能會重新脫附并擴散到環(huán)境中，給使用人員帶來潛在的生物學(xué)風(fēng)險。因此，該成果（能夠有效殺滅新冠病毒的空氣凈化材料）可望減少空氣凈化制品長期使用過程中的病毒積累風(fēng)險，提供更加安全的空氣凈化和病毒防護效果。