筑起阻隔病毒的关键防线——细说口罩中的合成树脂材料

  编者按 在来势汹汹的新冠病毒感染的肺炎疫情面前，口罩、护目镜、防护服的原材料，消毒液、洗手液的主要成分，以及病毒基因检测试剂和预防类药品等，成为了颇受关注的对象。支撑这些防护物资的原料如聚丙烯、乙醇等等，都是化工产品。他们名字虽然平平无奇，日常生活中也随手可见，却在这个最关键的时刻，为保卫人民的健康安全筑起了一道道防线。本版从今日起推出《抗击疫情的化工卫士》系列报道，将这些阻击疫情、护卫人民的化工产品一一呈现。

  新型冠状病毒感染的肺炎疫情发生以来，戴口罩成为最直接有效的防控方法之一。随着感染病例的持续不断的增加，大家对戴口罩的自我防护意识空前提高，国内各大便利店、药房等零售渠道的口罩产品被抢购一空，电子商务平台也大多处在缺货、下架状态，同时国内定点生产商也在加班加点生产，满足群众防护需要。

  那么，目前常用口罩是怎样的结构和成分，对病毒有无阻隔效果?生产原料与化工有何关系，能否满足市场需求?佩戴口罩有何讲究，市面上的各类口罩该怎么样选择呢?

  新型冠状病毒主要是通过咳嗽或打喷嚏飞沫传播。鉴于这种传播方式，大多数病例的感染途径均与病毒载体非间接接触有关。国家卫健委发布权威口罩使用指南中强调，口罩是预防呼吸道传染病的重要防线，能够更好的降低新冠病毒感染风险。

  目前，我国医用口罩大致上可以分为三种：一是防护级别最高的N95医用防护口罩，二是在手术室等有创伤操作环境常用的医用外科口罩，三是只能一次性使用的普通级别的脱脂纱布医用口罩。其中N95口罩可以阻挡95%的细菌，医用外科口罩可以阻挡70%的细菌，而一次性医用口罩只能阻挡36%的细菌，因此防范新冠状病毒应选择前两种口罩，而且4个小时左右就要更换一次。

  N95型口罩，是美国国家职业安全卫生研究所(NIOSH)认证的9种防颗粒物口罩中的一种，可用于职业性呼吸防护，包括某些微生物颗粒，如病毒、细菌、霉菌、炭疽杆菌、结核杆菌等。

  国家YY0469-2004《医用外科口罩技术方面的要求》标准规定，医用外科口罩须达到的重要技术指标，包括过滤效率、细菌过滤效率和呼吸阻力。过滤效率规定，在空气流量(30±2)L/min条件下，对空气动力学中值直径(0.24±0.06)微米氯化钠气溶胶的过滤效率不低于30%;细菌过滤效率规定，对平均颗粒直径为(3±0.3)微米的金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率不低于95%;呼吸阻力规定，在过滤效率流量条件下，吸气阻力不超过49Pa，呼气阻力不超过29.4Pa。

  给医用口罩带来病毒过滤作用的主要材料就是极细密且带静电的内层过滤布——熔喷无纺布。从口罩用料上来看，聚丙烯高熔指无纺布专用料是目前的最佳选择。

  所谓无纺布（专业术语是非织造布），是相对纺织品而言的，由定向的或随机的纤维构成。熔喷无纺布的主要材质是五大通用合成树脂之一的聚丙烯。熔体质量流动速率在33~41克/分钟的聚丙烯产品，即达到医用卫生材料聚丙烯无纺布标准。这种超细静电纤维布，可以捕捉粉尘，含有肺炎病毒的飞沫靠近熔喷无纺布后，会被静电吸附在无纺布表面，无法透过。这就是这样一种材料隔绝病菌的原理。

  目前的医用口罩一般都是三层结构，简称为SMS结构。外层为无纺布或超薄聚丙烯熔喷材料层，具有防飞沫设计;中层为超细聚丙烯纤维熔喷材料层，有阻隔过滤作用;内层为普通卫生纱布或无纺布，可以吸湿。三层中最重要的是阻隔层，也就是熔喷层，这层高熔纤维直径比较细，在2微米左右，对防止细菌、血液渗透其至关重要的作用。一般带有细菌的悬浮颗粒、液体和血液都无法传过中间的熔喷层，而气体和水蒸气则能通过三层结构。

  不管是防尘还是医用口罩，都是靠静电吸附来达到过滤功能的。由于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，因此这种口罩只能一次性使用。但是，拿酒精喷涂，在起到一定杀菌效果的同时，应该还能延续使用寿命。

  无纺布生产用纤维主要是丙纶、涤纶，还有锦纶、粘胶纤维、腈纶、乙纶、氯纶。而医用无纺布产品是利用化学纤维包括聚酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚丙烯、碳纤维和玻璃纤维制成的医疗卫生用纺织品。与传统的纯棉机织医用纺织品相比，医用非织造织物具有对细菌、尘埃过滤性高、手术感染率低、消毒灭菌方便、易于与其他材料复合等特点。医用非织造产品作为用即弃的一次性用品，不仅使用便利，安全卫生，还能有效地防止细菌感染和医原叉感染。

  聚丙烯树脂是五大通用合成树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS)之一，以丙烯为原料，乙烯为共聚单体通过聚合反应生产制得。中国工业化的丙烯生产路线主要有石化路线(蒸汽裂解、催化裂化)、煤化工(CTO、MTO、MTP)和丙烷脱氢(PDH)。其中丙烷脱氢的原材料就是丙烷;丙烯是炼油和天然气加工的副产品。在炼油过程中，乙烯、丙烯等化合物可以由裂化相对分子质量较大的烃而产生。

  根据卓创数据统计，聚丙烯纤维占聚丙烯下游需求的10%左右，2019年国内聚丙烯纤维料产量约170万吨左右，同比增长7.5%。其中高熔指(35左右)95万吨，同比增长15.8%;中熔(25左右)77万吨，和去年基本持平。

  卓创资讯分析师宁晓琴表示，聚丙烯纤维料的下游应用领域非常比较广泛，其中无纺布占比70%。无纺布的应用分为两个部分：包材(包装用)和卫材(医疗、卫生用品)，高熔纤维主要用在卫材领域。而卫材领域涉及产品比较多，不仅有口罩，还有尿布、卫生巾、医疗绷带、衬布等。

  有数据显示，1吨高熔指聚丙烯纤维料可生产大约25万只防护口罩或5000套防护服，2018年全国生产了各类口罩45.4亿只，口罩用材仅占高熔纤维料供应的3%左右。

  据了解，目前国内高熔指纤维生产企业共31家，大多分布在在中石化和中石油。其中，中石化高熔占比26%，中石油高熔占比37%。煤化工及地方企业高熔纤维产量基数虽不高，但增幅亦比较明显。

  从具体数据分析来看，大连有机H39S-2、上海赛科S2040、独山子石化S2040、洛阳石化Y35、济南炼厂Y35、镇海炼化H30S、东华Y381H占据高熔纤维主力供应企业。

  其中，独山子石化自主研发的聚丙烯S2040具有高熔指性、力学强度好和分布窄等特点，产品稳定性很高，一直获得医用无纺布厂的追捧。独石化在聚丙烯S2040生产方面经验成熟，是国内高熔纤维主力生产企业之一，2019年销量达到10.4万吨。该公司从1月23日开始，聚丙烯S2040产量由每小时23吨调整为26吨，日均产量624吨。目前，乙烯厂生产车间积极做好聚丙烯S2040“三剂”准备和反应器参数的调节等工作。

  中国石化青岛炼化在聚丙烯医卫无纺布专用料生产方面经验成熟，是国内高熔纤维主力生产企业之一，其开发的无纺布专用料PPH-Y38Q、PPH-Y38QH具有高立构规整度、窄相对分子质量分布、低灰分、低凝胶、低鱼眼数等特点，产品稳定性很高，一般适用于制造卫材级无纺布(医用防护口罩、防护服等产品)。目前，青岛炼化聚丙烯装置无纺布专用料PPH-Y38Q产量由每小时21吨调整为24吨，日均产量近600吨。

  此外，作为国内市场占有率名列前茅的专业口罩滤材研发生产企业，天津泰达洁净材料有限公司相关负责的人介绍，在市面上的口罩无论N90/N95或其他口罩生产材料都是聚丙乙烯颗粒，区别就是在于生产难度。比如市面上缺少的N95，生产难度会更大，产能也就更低。口罩滤材生产之后还要送到实验室来保证口罩质量。据该公司口罩滤材实验室工作人员介绍，该公司产品能达到美国95级和欧盟P1P2级别标准，同时也能满足国标的系列要求，生产的口罩滤材完全能达到甚至超越N95级别。尤其是在全自动检验测试过程中一般要求穿透率低于12%才是合格产品，而天津泰达洁净公司则制定了更为严格的标准，8%以下才算合格产品。此外检测的口罩滤材材料，阻隔率在3%上下，有害细菌的阻隔率达到97%左右，全部符合标准。除了阻隔率还要检测拉伸强度，只有拉伸度够强，才能方便下游生产企业自由使用。目前，天津泰达洁净公司口罩滤材生产线的产能已经全面释放，产品正陆续输送给振德医疗、厦门弓立、河南亚都等19家国内口罩生产厂家。

  长时间佩戴口罩时(如1~2小时)，由于佩戴者的呼吸等人体活动，口罩会受潮，其静电吸附能力减弱，隔离效果逐渐变差。

  纳米口罩因其高效的过滤性能，慢慢的变成了一款高效医用防护口罩。类似于普通医用口罩，纳米防菌口罩也包含外层、中间层、内层、耳挂、鼻夹等部分所组成。纳米口罩的特殊之处在于中间层采用孔径更小(100~200纳米)的纳米膜构成，一般为聚四氟乙烯(PTFE)材料。通过单向或者双向拉伸法制备的PTFE薄膜，表面具有蜘蛛网式的微孔结构，在三维结构上具备网状连通、孔镶套、孔道弯曲等很复杂的变化，因此具备优异的表面过滤功能。利用该材料生产的纳米口罩，具备阻隔效率高，常规使用的寿命长、轻薄透气的特点，是未来口罩发展的新方向。但目前，此种口罩价格较为昂贵，还无法完全替代传统口罩。

  目前，新冠病毒感染仍离我们不远，不少人在公共场所仍然佩戴口罩，我们也总能听到“N95口罩”这个词汇。

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