科技|有趣的材料—口罩中的熔喷无纺布

科技|有趣的材料

口罩中的熔喷无纺布

前言导读

疫情时代，口罩伴我们走过许多时日，对于其中的材料，你又有怎样的了解呢？本篇文章将以口罩为切入点，来介绍熔喷无纺布的制造材料、过滤原理以及它在其他应领域的应用。

无纺布，顾名思义，是一种不需要纺纱织布而形成的织物，由纺织短纤维或者长丝排列形成纤网结构后采用机械、热粘或化学等方法加固后制得。我们常戴的三层口罩中对隔离病毒起最关键作用的中间层便是无纺布。

非织造布医用口罩的常用结构

聚丙烯（PP）母粒是目前常用医用口罩中熔喷无纺布的基础原料，具有成本低廉，耐热性良好和物理化学性质稳定等优点，一直作为优质原料广泛应用于医用非织造领域。

熔喷法，即借助高速热气流使刚挤出的高聚物熔体迅速高倍拉伸固化成形的纺丝方法。熔喷聚丙烯的生产工艺主要有过氧化物降解法和利用茂金属催化剂直接聚合法（简称聚合法）。聚合法工艺技术门槛较高，因此，市售熔喷聚丙烯仍以过氧化物降解法生产为主。

熔喷无纺布的过滤原理

熔喷无纺布之所以能起最关键作用，是因为除去常规网格状结构对粒子的拦截方式外，还具备静电作用以吸附微小粒子。

静电吸附示意图

以新型冠状病毒为例，虽然病毒尺寸很小，在100 nm左右，但其载体——飞沫的尺寸在5 μm左右，可以被无纺布防御。含有病毒的飞沫靠近熔喷布时，会被静电吸附在表面，无法透过。

熔喷布结构照片

然而粉尘被超细静电纤维捕捉住后，极不易因清洗而脱离，且水洗亦会被破坏静电的吸尘能力。因此由熔喷布制作的传统口罩只能一次性使用。

熔喷无纺布的其他应用

熔喷无纺布的制造原料多种多样，以下我们以聚丙烯熔喷无纺布为例，来介绍它在其他领域的应用。除医用防护这个聚丙烯熔喷无纺布的主要应用领域外，聚丙烯熔喷无纺布还多被应用作保暖、吸油、过滤材料。

聚丙烯熔喷无纺布

其中，滤料是聚丙烯熔喷无纺布最早的应用领域，在亚高效、高效低阻、普通家用空调、电子制造等过滤材料中有着广泛的应用。除了我们熟悉的空气过滤以外，聚丙烯熔喷材料还可用在液体过滤中，能过滤0.22～10μm的颗粒，如血液输送时的血液中白细胞的过滤。

空调过滤器，过滤材料为无纺布纤维毡

作为保暖材料，聚丙烯纤维比表面积大、孔径小且孔隙率高，该纤维结构能够贮存大量空气，有效防止热量散失。美国３Ｍ公司开发的熔喷保暖絮材，将粗旦涤纶三维卷曲纤维加入到丙纶熔喷纤维中（含量为35%），增加了无纺布的蓬松度。据报道，该熔喷产品结构是仿羽绒的，保暖性比羽绒高1.5倍。

聚丙烯熔喷无纺布还是一种高效且无污染的新型吸油材料，这是由于它具有很好的亲油性，较差的吸湿性，且不溶于油类和强酸强碱的化学性质。目前，聚丙烯熔喷吸油材料在环保及油水分离工程、海洋溢油等领域被广泛应用。

（ 注：关于“无污染”，聚丙烯比其他一些塑料更环保。它可以回收利用，释放毒素较PVC这样的塑料较少，它的分解速度也更快，只需20到30年，而其他一些塑料则需要500多年。）

科技前沿

中国科学院大连化学物理研究所研究员史全团队、研究员吴忠帅团队和澳大利亚迪肯大学陈英教授团队合作通过湿法纺丝和真空浸渍制备了柔性石墨烯-氮化硼纤维基的相变无纺布（GB-PCN），该相变无纺布表现出206.0 J/g的高焓值、出色的热稳定性和防泄漏能力、1000次循环后仍保持有97.6%的热循环能力，以及接近棉花的超高的水蒸气透过率，优于当前已报道的相变材料薄膜和纤维,为智能可穿戴管理器件的研究提供了新思路。

GB-PCN的制备工艺和结构表征示意图

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参考文献：

[1]叶小波.唐林等.医用口罩非织造材料研究进展[J]. 纺织科技进展. 2020,(10)

[2]康鹏.口罩用熔喷聚丙烯及无纺布中VOCs形成机理研究[J].合成树脂及塑料,2022,第39卷(2): 20-24

[3]陶永亮 陈曦 向科军.聚丙烯材料在医用口罩中的应用[J].橡塑技术与装备. 2020,46(08)

[4]方丽莉，李永贵，麻文效.聚丙烯熔喷无纺布的发展现状与应用[J].纺织科技进展,2021,(3): 1-5

[5] Liu H, Zhou F, Shi X, et al. A Thermoregulatory Flexible Phase Change Nonwoven for All-Season High-Efficiency Wearable Thermal Management. Nanomicro Lett. 2023;15(1):29. Published 2023 Jan 4. doi:10.1007/s40820-022-00991-6

文案：张一弛

排版：雷淙文