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咱们为什么要研讨更好的口罩资料?详细知识

现在,口罩现已成为日常日子中的必备单品。或许咱们现已习惯了物美价廉的浅蓝色长方形无纺布在病毒面前为咱们建立的防护屏障,认为小小一只口罩现已没有什么科技前进的空间了。

但现实并非如此,一只高科技口罩的诞生,对于你我乃至地球而言,含义严峻。

一次性医用口罩(图片来源:VEER图库)

隔绝病毒的是什么布?

咱们每天运用的一次性医用防护口罩之所以能构成隔绝病毒的屏障,有赖于其间间层—熔喷布。简而言之,熔喷布是一种塑料制品,是由石油工业产品聚丙烯加热后,经熔喷工艺制成纤维后得到的。

而熔喷工艺,是过滤产品出产中遍及运用的工业技能,可以制作出直径为2-20微米的聚丙烯纤维。经过后续驻极处理后,聚丙烯纤维还可以带上电荷,当包括病毒的飞沫接近时,它可以发挥“静电神力”将它们吸附在外表,然后完结防护的作用。

聚丙烯熔喷布的纤维结构(图片来源:参考文献2)

正是这些咱们肉眼看不到的纤维结构,使得熔喷布成为防护病毒的“神盾”。因而聚丙烯在熔喷进程中构成的纤维尺度就显得尤为重要。

选用熔融指数更高的聚丙烯制成的熔喷布,具有直径仅为0.1-2微米的纤维,比头发丝还要细千倍,因而孔隙率更高,可以改进口罩的透气性、下降过滤阻力。一方面前进对病毒的防护才干,另一方面也使得佩带进程愈加舒适。

不只如此,更细的聚丙烯纤维意味着熔喷布的单位面积密度更低,可以下降口罩制品对不行再生的化石质料的耗费。

此外,聚丙烯十分安稳,在海洋环境中乃至需要400年才干降解。如果可以下降口罩中熔喷布的密度,就可以削减向环境输出塑料废物的总量。

所以说,将聚丙烯纤维变得更细,以“开源”和“节省”左右开弓,可以为地球大大减负。

聚丙烯纤维怎样变细呢?

如果咱们可以像大圣指挥满意金箍棒相同,口念“变细、变细、变细”就可以得到直径更小的聚丙烯纤维,那可真是得来全不费工夫。但咱们并没有此等神通,不过倒也不用心灰意懒,有高科技手法助力!

在运用熔喷技能制作聚丙烯纤维时,熔融的聚合物流领会经由喷嘴被注入高速气体/空气射流中。气体射流的冲击对聚合物流体发生强壮的牵引力,使得纤维直径敏捷下降至远低于喷嘴直径的巨细,然后被收集成自粘结网,然后出产微纤维。

熔喷进程示意图(图片来源:参考文献3)

熔喷设备的喷嘴可不简略,上面散布着成百上千个孔洞,作为聚丙烯流体的出口。经过前进喷嘴上孔洞的数量以及优化它们在喷嘴上的散布,合作特定视点的导气槽,就可以将聚丙烯纤维的均匀直径下降至300-500纳米。

除了喷嘴,或许还可以在聚丙烯上做做文章。在熔喷进程中,聚丙烯质料需要加热从固体变成熔融态,就像黏糊糊的流体相同。而前进温度,可以下降聚丙烯流体的粘度,也就使得它的流动性更好,在气流作用下受力能取得更细的纤维。

但是,升高温度是有约束的,那就是要防止聚丙烯在高温下发生分化。所以,研究人员别出心裁,把目光放在了如何加热喷嘴处的聚合物这方面。

幻想一下,当聚丙烯被挤出喷嘴时,迎面遇到一束激光,在喷嘴处的熔融状况的流体就会被加热,而设备内的其他聚丙烯却不受影响。这些阅历激光洗礼的“排头兵”由于温度升高,粘度下降,变得稀溜溜,再合作高速气流的牵引拖拽,嗖地一下就能完结“减肥”。

激光处理喷嘴处的聚丙烯得到更细的纤维(图片来源:参考文献4)

方法总比困难多嘛!源自科研人员的巧思,激光的参加使得熔喷技能制备的聚丙烯纤维均匀直径下降到450纳米,而这只需要0.7W的激光就可以做到。

更细的聚丙烯纤维有多重要?

或许你会问,有必要如此大费周章,只为了下降聚丙烯纤维的直径?莫非咱们现在用的口罩不行轻?防护作用不行好?

这样做的含义或许远比咱们想得还要重要。

更细的聚丙烯纤维,不只前进了对病毒等颗粒物的阻拦,一起下降了聚丙烯的用量。在当时布景下,全球每天消费的口罩数量据估计可到达4.6亿。

全球每天运用口罩数量散布图(图片来源:参考文献4)

当运用后的口罩被丢掉,它们便从健康的守卫者变成了废物。当时,每一只口罩需要运用约0.7克聚丙烯,仅需要简略地核算就可得知,全球每年消费和丢掉的聚丙烯纤维高达115万吨。而用更细的聚丙烯纤维制成的口罩,防护作用更佳的一起,每只口罩需要的聚丙烯纤维仅为0.13克。这一技能不只为全球每年节省92万吨聚丙烯质料,还为地球环境削减了很多的不行降解的塑料废物。

不只如此,聚丙烯纤维更细的口罩还有助于削减抛弃口罩给其他动物和地球环境带来的损害。聚丙烯在自然环境中十分安稳,其降解时刻乃至在400年以上。当抛弃口罩以不正确的方法进入环境中,不明就里的动物很或许误食,引发严峻的健康损害。2020年9月,在巴西海滩上发现的一具企鹅尸身的胃中,就发现了一只完好的口罩,这很或许使它死亡的主要原因。

而在咱们看不到的当地,地球正以无言的方法,承受着塑料污染的影响。在美国圣巴巴拉沿岸580米深的海底,在高纬度的北极,在8840米的珠峰,都现已发现了塑料污染物的痕迹。而这些污染或许正耳濡目染地影响着咱们人类本身。

所以,在看到口罩对咱们的维护的一起,也不应该忽视没有被正确处理的抛弃口罩对环境和生物的不良影响。

全球每天运用口罩数量散布图(图片来源:参考文献4)

因而,一只纤维更细的高科技口罩的诞生,于你我健康,于万物生灵,于自然环境,都显得如此特殊。而在这一进程中让咱们坚持举重若轻心态的底气,源于可持续发展的理念,更源于科技的前进。

出品:科普中国

作者:Vivian

监制:中国科普饱览

修改:孙晨宇

参考文献:

1.医用口罩过滤资料的研究进展. 纺织学报[J], 2020, 41, 158-169.

2.聚丙烯资料在医用口罩中的使用. 资料与使用[J], 2020, 46, 33-36.

3.Fabrication of nanofiber meltblown membranes and their filtration properties[J]. Journal of Membrane Science,2013, 336-344.

4. Saving 80% Polypropylene in Facemasks by Laser-Assisted MeltBlown Nanofibers[J]. Nano Letter, 2022, 22,7217-7219.

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