新冠肺炎防护用品中的新材料

更新时间：2020-03-05 16:03:54 来源：中国塑膜网编辑部

在新型肺炎疫情的冲击下，我们迎来了一个颇为特殊的鼠年，还没等新年的钟声敲响，新型冠状病毒（2019-nCoV）早已迫不及待来到人世，来给人们增添过年的“气氛”。通过新闻、网络，我们看到了许许多多逆行的身影，战“疫”一线的抗“疫”专家、医生、护士都让我们为之动容。殊不知，材料同样在战“疫”中默默奉献着。

医用检查手套、护目镜、防护服、口罩等，是这次阻击新冠病毒战役中跟医护、疫苗、药物等同等重要的元素。它们都是用高分子材料生产出来的。它们为打赢防抗新型冠状病毒肺炎战役提供了有利的支持。

图1 抗疫一线人员佩戴医用检查手套、护目镜、防护服、口罩等

新型冠状病毒飞沫传播是最主要的传播途径，亦可通过接触传播。病毒的传播途径主要包括：
1、直接/气溶胶传播：吸入患者或病毒感染者咳嗽、喷嚏说话时喷出的飞沫，或者飞沫形成的气溶胶。
2、接触传播：飞沫沉积在物品表面（如桌子或门把手），之后再触摸口、鼻或眼睛。
3、眼结膜、鼻粘膜等处沾染患者或病毒携带者的痰液、血液、呕吐物、体液、分泌物等。

病毒给人们带来了巨大的影响，造成了我们出行的不便，为了减少病毒进一步传染的风险，口罩成为了老百姓出行的必需品，本文会着重介绍口罩涉及的材料，口罩的结构和工作原理，另外，也会简单介绍医用检查手套、护目镜、防护服。

1.医用口罩

根据国家发改委2月25日的统计数据，目前我国普通口罩、医用口罩、医用N95口罩的日产量达到7619万只。其中，医用口罩日产量达到3028万只，医用N95口罩日产能突破100万只。根据工信部此前披露的数据，疫情之前，我国口罩总体产能是日产2000多万只，产能为全球最高，占全球近半产能规模。当前产能已是疫情前的近4倍。

医用口罩最上游的原材料是由石油提炼出的聚丙烯（PP）颗粒，主要由中石化、中石油、中海油提炼。聚丙烯可用于生产塑料，其中一部分用于生产聚丙烯纤维，生产商包括中石化体系内的一系列公司；再往下需要用聚丙烯纤维生产无纺布。制约口罩产能的最大障碍是熔喷料和熔喷无纺布的产能。目前这两大原材料的产量非常低，短时间内仍难以满足下游生产需求。

1.1医用口罩产品结构组成

①S层——外层（阻水层）：无纺布（聚酯/聚酰胺/聚四氟乙烯/聚丙烯/碳纤维等纤维制品）

②M层——中层（过滤层）：高熔融指数的聚丙烯无纺熔喷过滤材料，是口罩的核心（N95级别口罩，结构上做了优化：中层层数更多，厚度更厚）

③S层——内层（吸湿层）：无纺布（聚酯/聚酰胺/聚四氟乙烯/聚丙烯/碳纤维等纤维制品）

④耳带：涤纶高弹

图2 SMS无纺布结构示意图

熔喷布，俗称口罩的“心脏”，是口罩中间的过滤层，能过滤细菌，阻止病菌传播。熔喷布属于聚合物挤压法非织造工艺，是美国海军在1950年代为收集核试验产生的放射性颗粒物而研制的具有超细过滤效果的过滤材料，由许多纵横交错的纤维以随机方向层叠而成的膜，纤维直径范围 0.5-10微米，其纤维直径大约有头发丝的三十分之一。而里外两层纺粘层纤维直径较粗，在20微米左右。

图3 飞纳台式扫描电镜拍摄的熔喷布结构照片

1.2医用口罩的工作原理

①扩散沉积：粒子布朗运动扩散位移到过滤纤维，受分子引力作用而被吸附。最易捕捉小尺度粒子、细纤维和低速运动的粒子。

②截留沉积：随气流运动的较大粒子被过滤材料的机械筛滤作用截留。粒子直径与滤膜纤维的直径的比率影响拦截效率。

③惯性沉积：粒子通过过滤材料弯曲的网状通道时，粒子由于惯性作用脱离气流撞击过滤纤维，并受分子引力作用被截留。大粒子、高密度、速度快时截留效果好。

④静电吸引沉积：粒子被过滤纤维的静电作用产生的沉积。

颗粒越小时，1、4沉积效应越强，颗粒越大时，2、3效果越好，所以并非越小的颗粒越难被过滤。综合过滤机制的协同作用，普通机械性滤料最易穿透粒径的范围是0.1m～0.3m。

图4 SMS结构对于各种物质阻隔效果示意图

2.医用手套

2.1医用手套分类

①无菌医用外科手套：适用于供临床外科操作时防护使用，用于戴在手术人员手上，以防止皮屑、细菌传播到开放的手术创面，并阻止手术病人的体液向医务人员传播，起到双向生物防护的作用。

②医用（无菌）检查手套：用于戴在医生手上或手指上对患者病情进行检查或触检，在医用检查和诊断治疗过程中防止病人和使用者之间交叉感染。

2.2医用手套的结构与组成

①医用外科手套一般由天然橡胶胶乳、丁腈橡胶胶乳、氯丁橡胶胶乳、丁苯橡胶或热塑性弹性体溶液或乳液、丁苯橡胶乳液等材料制成。

②医用（无菌）检查手套一般由天然橡胶胶乳、丁腈橡胶胶乳、氯丁橡胶胶乳、丁苯橡胶或热塑性弹性体溶液或乳液、丁苯橡胶乳液、聚氯乙烯、聚乙烯等材料制成。

其中，丁腈手套是乳胶手套的最理想替代品，高度贴合手部肌肤，具有超强的舒适性。适用于高风险接触血液或体液的非无菌操作；涉及锐器的操作、处理细胞毒性物质和消毒剂。

图5 医用手套

3.医用护目镜和医用防护面罩/防护面屏

3.1下列情况应使用护目镜或防护面罩

①在进行诊疗、护理操作，可能发生患者血液、体液、分泌物等喷溅时；

②近距离接触经飞沫传播的传染病患者时；

③为呼吸道传染病患者进行气管切开、气管插管等近距离操作，可能发生患者血液、体液、分泌物喷溅时，应使用全面型防护面罩。

3.2医用护目镜结构

①镜片：光学树脂、聚碳酸脂(PC)或聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)；

②镜架：一般聚氯乙烯(PVC)为主。

3.3医用防护面罩/防护面屏结构

①镜架：聚丙烯(PP)材质；

②镜片：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚碳酸酯(PC)

图6 医用护目镜(左)和医用防护面罩/面屏(右)

4.医用防护服

医用防护服材料种类较多，主要包括聚丙烯纺粘布、新聚酯纤维与木浆复合水刺布、SMS非织造布、高聚物涂层织物、透气膜/非织造布复合布。目前主要一次性防护服主要使用透气膜/非织造布复合布，重复使用的多用高聚物涂层织物。

①透气膜/非织造布复合布中，透气膜主要材料为聚乙烯、聚丙烯；生产非织造布三大纤维为聚丙烯、聚酯和粘胶，其中聚丙烯约占2/3。

②高聚物涂层织物是将普通织物与一层特殊薄膜通过层压工艺复合在一起制得，高端的使用的是聚四氟乙烯（PTFE）超级防水透湿复合面料。该面料是以PTFE为原料，经过膨化拉伸后形成一种具有微孔性的薄膜，将此薄膜用特殊工艺覆合在各种织物和基材上，成为新型过滤材料。

图7 医用防护服

由于本次疫情的突然性，广泛性和紧急性，前沿科技也起到了重要的社会支撑作用，如北斗的定位，5G通讯技术，人工智能的面部识别，体温检测，无人机的疫情防控，机器人参与的危险任务等。

2020年的这次疫情，毫无疑问会对社会产生重大影响，对科技领域特别是中国科技领域产生非常深远的影响。特别在半导体、化学、材料等基础技术领域，我们相信只有不断研发改进高技术产品和核心原料，才能保证一个国家、一个民族的长盛不衰。

2020，注定是一个不平凡的年份，在鼠年春天到来之际，我们经历着这样特别的冬天。但正如雪莱所说“冬天来了，春天还会晚吗”，冬天快要结束，春天也必将来临。防控疫情阻击战，我们也必将取得胜利，我们所坐拥的岁月静好不过是有人在替我们负重前行，让我们向最美逆行者致以最崇高的敬意，武汉加油，中国加油。

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