阻断病毒 带来安心 可重复使用民用口罩核心材料应急研发及产业化

2020年是一个多事的年份，武汉开年的惊天一闭，让世人震惊，亦拉开了中国关于抗击新冠肺炎疫情的序幕，在这场看不见硝烟的战争中，口罩成了至关重要的急需物资。

针对疫情期间“口罩荒”的情况，在北京市政府的大力推动下，北京化工大学团队与生产商提出可重复使用民用口罩核心材料应急研发及产业化项目，使用原创基于自由基可控降解多级混合反应技术，通过大量配方和工艺试验以及测试表征，研发出长期静电保持、长效抗菌、抗老化的熔喷聚丙烯材料，保证了口罩的重复使用及长期放置后防护能力仍满足要求的功能要求。

与此同时，北京化工大学还与12家单位的18位专家共同修订并发布了《可重复使用民用口罩》团体标准，解决目前口罩重复使用无标可依的问题，为推动和规范民用防护口罩研发和产业提供支持，为中国抗疫疫情贡献了自己的一份力量，赢得了国内外民众的赞誉。

凤凰网：可重复使用民用口罩核心材料应急研发及产业化给中国老百姓带来的具体实惠是什么？

北京化工大学教授卢咏来：在新冠肺炎疫情蔓延期间，口罩成为人们不可或缺的防控急需品。因口罩所用关键材料－起过滤作用的熔喷纤维布产能限制，我国口罩供需曾极度短缺，造成社会恐慌，如在疫情防控复工复产的关键时期，日供需缺口最高可达4亿只。针对我国广泛使用的平面结构的口罩中的过滤层材料及熔喷纤维布供给瓶颈问题，在陈建峰院士和张立群教授的领导下，我们团队应急研发成功了高荷电、高抗静电衰减、抑菌、耐老化的新型熔喷级聚丙烯（mb-PP）复合材料。使用该材料制造的可重复使用民用口罩在累计佩戴24小时，经过3-6次消洗后，过滤效率仍超过90%。与原有一次性医用外科口罩只推荐佩戴4小时相比，有效使用时间提高了至少5倍，相当于口罩实际有效供应量也提高了5倍，极大地缓解了口罩荒难题！与山东道恩高分子材料股份有限公司合作，建成年产万吨新型熔喷复合材料生产线。目前可重复使用的口罩熔喷料产销已超过4000吨（可制成平面口罩40亿只）。4月8日，北京新型冠状病毒肺炎疫情防控工作领导小组物资保障组致信北京化工大学，对北京化工大学发挥科研优势，助力北京市疫情防控物资保障工作表示感谢。

凤凰网：2020年2月28日，国家科技部正式批准“可重复使用防护口罩关键技术及产业化”作为国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”重点专项立项，从团队合作到协同攻关再到最终取得技术上的突破，您们都经历了哪些激动人心的时刻？

卢咏来：（1）4月1日，在合作单位道恩股份的生产基地，年产万吨的高性能新型熔喷聚丙烯复合材料生产线以“火神山”速度建设完成投产，我看到我师弟，道恩股份总经理田洪池博士传来的生产线正在正常生产的视频非常激动。原来我们的一项技术能够在一两年内实现产业化就属于非常快了，这次为了抗疫斗争，大家都在争分夺秒的工作、合作，创造了奇迹，也使我们的新技术尽早为抗疫提供保障。

（2）4月底，采用我们技术研发的可重复使用民用口罩，经过我们组织的16名志愿者多轮次实际佩戴，验证多种清洗方法；权威机构的机器人头模模拟真人佩戴试验的考察，其过滤效率在经过累计佩戴24h，中间采用60-80℃热水浸泡的方式清洗3次后，过滤效率仍超过90%，达到了新制定的可重复使用民用口罩的标准要求，标志我们的研究工作已经取了成功。我们感到没有辜负国家的重托，提前了2个月完成了应急攻关任务，十分激动。

（3）6月初，山东道恩股份生产了20万只我们技术的新型可重复使用口罩，捐赠给北京化工大学助力复学。6月初我们实验室因为国家重大科研项目需求有一些研究生提前返校参加科研工作，看着这些同学戴着我们技术生产的口罩，在实验室里学习和工作，我非常激动和自豪。

凤凰网：在北京服装纺织行业协会的推动下，北京化工大学做为主要起草单位，与道恩股份等共12家单位的18位专家共同修订并发布了《可重复使用民用口罩》团体标准，这项标准对口罩这个行业意味着什么？

卢咏来：在口罩物资匮乏时，广大人民群众甚至一线医护人员，自发地重复使用口罩，在一定程度上缓解了口罩荒。然而，现有的口罩产品标准，主要是针对口罩一次性使用的性能制备做了规范和要求，对于如何考核其可重复使用性能并没有具体规定。由于缺乏可重复使用口罩的技术标准，既不利于保障普通消费者的身体健康安全，也不利于大众消费者选用和市场监管。按照北京市政府有关工作要求，北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室张立群教授团队牵头起草完成了国际首个《可重复使用民用口罩》团体标准（编号：T/BJFX 0001—2020），该标准于4月13日在全国团体标准信息平台发布和实施。以标准化引领行业产品质量升级，用标准进一步规范口罩市场秩序，对于保障人民群众的身体健康，具有重要意义。

凤凰网：据说用新材料制成的熔喷纤维布不仅纤维细度小、直径均匀、静电吸附效应强，而且对细菌和病毒的阻隔率很高，抑菌性能和抗老化性能也非常好，能把口罩的使用寿命延长三倍（应该是五倍以上），这其中的科学原理是什么？

卢咏来：熔喷纤维布的过滤机制是依靠颗粒物布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉降和以及静电吸附等几种作用来实现对颗粒物包括细菌、病毒飞沫（气溶胶）等的阻隔的。其中前四种与聚丙烯熔喷纤维厚度、直径、微观网络结构有关，而静电吸附则通过静电库仑力对空气中的颗粒物进行捕获。熔喷纤维所带电荷密度越高，对颗粒物的吸附和极化效应越强，熔喷纤维布的过滤效率越好。

如何提升纤维的荷载电荷能力、电荷抗环境衰减能力以及经过佩戴后滤效保持能力是高性能熔喷纤维布制造的关键点和难点。北京化工大学在国家科技部和北京市科委的大力支持下，与山东道恩高分子材料股份有限公司、北京联合康力医疗器械有限公司、北京铜牛集团有限公司等联合攻关，通过对可控自由基降解技术、驻极剂复合体设计技术、长效抗菌技术、防老化等技术的攻关突破，建立了熔喷纤维结晶结构、纤维直径、堆砌密度、熔喷工艺参数、驻极条件与熔喷纤维布性能的关系。最终开发出了新一代高荷载电荷、高稳定性、高过滤效率的熔喷纤维布。

凤凰网：此次新冠肺炎疫情，对您的生活和工作都产生了哪些影响？

卢咏来：由于参加防疫应急攻关项目，生活和工作节奏比以前加快了很多！在全国打赢疫情防控总体战、全民战争的感召下，感到自己的科研工作真真实实为人民、为国家做出了直接贡献，非常激动和兴奋，工作热情比疫情以前更加高涨。睡眠时间减少、工作时间增长了。

凤凰网：国际上普遍使用的口罩材料都有哪些？我国目前主要使用的是哪一种材料？

卢咏来：国际上普遍使用的口罩材料是聚丙烯非织造纤维布（无纺布）。95%以上的口罩都是用这种材料制造的。这类口罩采用不同种类的聚丙烯非织造纤维布制造，通常是S-M-S结构；其中S是指聚丙烯纺粘无纺布，主要发挥提供口罩结构强度的作用；M层是聚丙烯熔喷纤维布，是过滤病毒、细菌和微小颗粒的关键材料。平板型口罩，一般是一层M层。对于防护要求高的立体防护口罩，如N95，KN95等，多采用S-M-M-S结构，甚至有S-M-M-M-S结构的。我国是世界第一口罩生产大国，采用的也是这材料。

凤凰网：国际上对中国在这次疫情中的表现普遍持赞誉的态度，这都离不开您们这些科技工作者在背后付出的努力，等疫情过去，您最想做的事情是什么？

卢咏来：尽快把我们的科研工作恢复正常，把因为疫情影响的其他科研项目的进度赶回来。

凤凰网：您们团队在推进可重复使用民用口罩核心材料应急研发及产业化期间，政府部门给予了您们什么样的支持和帮助？

卢咏来：高荷电、高抗静电衰减、抑菌、耐老化的新型熔喷级聚丙烯（mb-PP）复合材料是可重复使用民用口罩的核心材料。如何评价其使用性能如何，要将材料制做成熔喷纤维布后才能进行。我们实验室没有进行熔喷加工的设备，而且该设备技术要求高，短期内也难于获得。经北京市国资委钱主任牵线搭桥，得知北京服装学院王锐教授团队有聚丙烯熔喷纤维膜制造的中试试验设备。交流后发现她们的设备缺乏静电驻极装置，利用北京市科委应急项目经费紧急购置了静电驻极装置，与北京服装学院原有设备组合形成了口罩过滤膜——熔喷聚丙烯纤维膜的试验生产线，为测试样品试验提供了条件。

口罩过滤材料的过滤效率、呼吸气阻力的测试权威机构中国有两家，一家在武汉、一家在北京。如果按照正常程序，测试一批样品至少要一周时间。在应急项目期间，北京市科委组建了测试平台，协调北京劳保所、器检所、安科院等权威机构，对我们新研发的聚丙烯熔喷纤维布及用它试制的可重复使用口罩样品进行快速测试。经常是样品早上送过去，晚上就能拿到测试结果。这种快速的测试结果反馈，为优化材料配发、工艺，不断迭代，在短期内取得重大技术突破，提供了关键支撑和保障。可以说没有北京市委、市政府和市科委的组织协调和经费支持，我们是不可能在一个月多一点时间内就取得技术突破，完成应急研发任务的。

凤凰网：疫情当前，首都的科技资源优势得以充分展示，首都科技工作者爱国奉献、攻坚克难的科学奋斗精神也得到了施展。说一说您对全国科技创新中心以后的希冀和祝福吧！

卢咏来：预祝全国科技创新中心带领北京的广大科技人员，协同创新，为疫情防控和复工复产开发出更多更好的新技术，早日战胜新冠肺炎！