自新冠肺炎疫情暴發(fā)以來(lái)，口罩需求量與日俱增，全國(guó)超過(guò)3000家企業(yè)新增了口罩業(yè)務(wù)。作為口罩過(guò)濾環(huán)節(jié)的關(guān)鍵材料，纖維直徑只有頭發(fā)絲三十分之一的熔噴布堪稱醫(yī)用外科口罩和KN95口罩的“心臟”，供應(yīng)十分緊張，市場(chǎng)價(jià)格翻了十幾倍，可以說(shuō)是“一布難求”。

為了緩解當(dāng)前市場(chǎng)熔噴布供不應(yīng)求的緊張局面，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院膜科學(xué)技術(shù)研究所充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了一種新型過(guò)濾材料——納米蛛網(wǎng)仿生膜，并應(yīng)用到高性能膜法口罩的生產(chǎn)中，用膜技術(shù)成果扛起戰(zhàn)“疫”使命擔(dān)當(dāng)。

神奇的納米蛛網(wǎng)仿生膜材料

納米蛛網(wǎng)仿生膜纖維直徑在100—200納米范圍內(nèi)，纖維之間相互交錯(cuò)，形成三維蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成的微孔尺寸可控制在0.1到0.5微米范圍內(nèi)。“相比于纖維無(wú)序堆積、直徑1000納米以上的熔噴材料，納米蛛網(wǎng)仿生膜具有孔隙率高、孔徑小、過(guò)濾阻力低、過(guò)濾精度高等優(yōu)勢(shì)。”南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院膜科所教授仲兆祥說(shuō)。

通�？諝庵泻�有大量帶有正電荷與負(fù)電荷的細(xì)顆粒污染物，當(dāng)空氣中的這些帶電粒子經(jīng)過(guò)駐極體附近時(shí)，會(huì)被強(qiáng)烈的吸附在駐極纖維上，同時(shí)不帶電的粒子會(huì)在駐極體形成的電場(chǎng)中因感應(yīng)而極化，也會(huì)被吸附在纖維上。傳統(tǒng)熔噴材料本身孔徑較大，需要采用添加靜電的方式提高過(guò)濾效率，而靜電受環(huán)境中溫度濕度等影響，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)失效，因而過(guò)濾效率急速降低，所以市場(chǎng)上用傳統(tǒng)熔噴布生產(chǎn)的醫(yī)用口罩只能一次性使用。

據(jù)仲兆祥介紹，納米蛛網(wǎng)仿生膜材料因其孔隙率高、孔徑小、過(guò)濾阻力低、過(guò)濾精度高的特點(diǎn)。它無(wú)需加靜電，通過(guò)篩分作用截留污染物，能有效過(guò)濾99%以上的非油性顆粒，有效攔截各種固體氣溶膠、飛沫和病毒，無(wú)需擔(dān)心遇液體過(guò)濾效率降低的問(wèn)題，同時(shí)具有良好的透氣性，不會(huì)產(chǎn)生呼吸的不適感。

克服水洗、酒精消毒等障礙

目前，市場(chǎng)上大多數(shù)醫(yī)用外科口罩都是一次性的，最長(zhǎng)使用時(shí)間為四小時(shí)，KN95口罩雖然使用時(shí)間長(zhǎng)一些，但也不能長(zhǎng)期反復(fù)使用。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)荷電作用吸附污染物的熔噴材料，一旦遇水容易發(fā)生靜電中和現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致口罩過(guò)濾效率降低，因此用熔噴布生產(chǎn)的口罩在普通清洗后就無(wú)法重復(fù)利用。

“納米蛛網(wǎng)仿生膜材料孔徑小，主要通過(guò)物理作用截留污染物，無(wú)需擔(dān)心遇液體效率降低的問(wèn)題。” 仲兆祥團(tuán)隊(duì)的博士生武軍偉表示，團(tuán)隊(duì)研究人員將膜材料在水中和75%酒精中浸泡多次后，過(guò)濾效率不受影響，均保持在99%以上，說(shuō)明膜材料口罩可以用水清洗或者酒精消毒后重復(fù)使用，這樣大大增加了口罩的利用率。

武軍偉表示，他們從使用壽命、重復(fù)使用性和透氣性等方面進(jìn)行的多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米蛛網(wǎng)仿生膜材料作為一種新型過(guò)濾材料，與傳統(tǒng)熔噴材料對(duì)比，具有更加優(yōu)異的截留及透氣性能，因而能夠重復(fù)使用，壽命更長(zhǎng)。

還可用于醫(yī)療防護(hù)服、空氣凈化器

據(jù)介紹，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院膜科所研發(fā)的納米蛛網(wǎng)仿生膜材料除了可用于制作口罩外，還可以用于醫(yī)療防護(hù)服、空氣凈化器等領(lǐng)域。

仲兆祥表示，基于納米蛛網(wǎng)仿生膜材料制作的防護(hù)服，具有良好的抗菌拒水性能，是醫(yī)療防護(hù)中等級(jí)最高的醫(yī)用防護(hù)服。它的特點(diǎn)是人體的汗氣可以向外散發(fā)，而外面的水和細(xì)菌病毒等不能進(jìn)入。“納米蛛網(wǎng)仿生膜材料每平方厘米約有 10 億個(gè)孔，孔隙率高達(dá) 90%以上，孔徑為 0.2微米左右，是水滴直徑的萬(wàn)分之一，但比水汽分子的尺寸大 700 倍左右。液態(tài)水進(jìn)不來(lái)，汗氣可以透出，從而能達(dá)到優(yōu)異的防水透濕性。”

在工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)雙疏改性的空氣凈化膜用于煙塵的超低排放控制，已經(jīng)推廣應(yīng)用了上百套工程裝備，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益二十多億元。 目前，空氣凈化膜材料和膜法口罩已經(jīng)在上百家單位使用，為堅(jiān)持在防疫一線工作的人員提供了有力保障。