收录于话题：#纳米口罩 #可降解纳米纤维 #PLA（聚乳酸）

摘要：本文介绍了大量废弃口罩给生物和环境带来的危害，同时也给大家科普了几种可降解口罩，重点讲解了PLA生物可降解纳米纤维口罩及其全套制备方案。

目录：

1. 废弃口罩的危害

2. 聚酯纤维材料可降解口罩

3. 纤维素纳米纤维可降解口罩

4. 可降解PLA纳米纤维口罩及其生产方案

1. 废弃口罩的危害

自2020年新冠肺炎疫情以来，口罩成为生活必备的防护用品，世界范围内口罩的消耗量大增。现在人们常用的一次性医用口罩主要由防水层（纺粘无纺布）、过滤层（熔喷无纺布）、耳带、鼻梁条等部件组成。其中，防水层和过滤层均以聚丙烯无纺布超细纤维作为核心材料，占比90%以上；耳带以PET塑料和聚氨酯（PU）等作为常用材料；鼻梁条以聚丙烯/镀锌铁丝、聚乙烯/镀锌铁丝或铝条等作为常用材料。从成分分析可知，口罩的材料几乎都是塑料，如果处理不当，将会带来许多危害和隐患。

（1）口罩如果被动物当作食物误食，将造成消化道疾病和死亡；而通过食物链的积累，口罩分解产生的塑料碎片可能影响到人体健康。

图1  在马来西亚，人们发现猕猴咀嚼废弃口罩上的带子

（2）口罩进入环境，如土壤，会很难降解，从而造成田地肥力衰减；口罩进入水域，尤其是海洋，会在洋流的作用下与其他物体碰撞，形成微塑料，不仅危害水生生物，也危及人类。

图2 流入海洋的废弃口罩

（3）废弃口罩上可能会携带病毒，这会造成二次传播的风险。由于当前新冠肺炎疫情形势仍然严峻，口罩可能会成为疫情传播的一个介质。研究早已揭示，新冠病毒可以在金属、玻璃和塑料上存活长达9天，有些甚至可以在低温下停留长达28天。

全球疫情的悬而未决、大量持续使用口罩的常态化趋势、不可降解的聚丙烯（PP）材料、医疗废物中病毒的二次传播，都令口罩这一“新型污染”甚至比此前的塑料污染更为严重。假设我国每天废弃约2亿只口罩，折合至少产生400吨废弃塑料，一年将产生12万吨废塑料。能否制造出平时储存稳定、废弃后可生物降解的民用口罩，凸显中国力量的“硬核”支撑，是一个亟待解决的社会热点问题。因此，国内外各研究团队也在加紧对可降解口罩的研发。

2. 聚酯纤维材料可降解口罩

聚酯纤维材料可降解口罩的研发，突破了几项重要的关键技术。北京化工大学王朝副教授课题小组与彤程新材料集团研发团队紧密配合，首次设计合成了熔融指数高达1200g/10min的可生物降解的改性聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）熔喷料（改性PBAT熔喷料现场见图3）；突破了阻隔层无纺纤维布制备技术，实现了阻隔层纳米纤维或微米纤维的成功纺丝（阻隔层扫描电镜照片和阻隔性能测试见图4）。耳带材料未来将采用北京化工大学先进弹性体材料研究中心开发的生物可降解聚酯弹性体材料。北京工商大学对制造的全生物降解口罩的降解性能进行了评价，该口罩储存稳定，在普通环境下不会发生降解或性能下降。基于过去大量的研究数据，口罩阻隔层材料只有在堆肥的土壤中，才会进行降解，一般在几个月内会完全降解，由微生物进行分解，释放出水和二氧化碳。

图3  改性PBAT熔喷料生产现场

图4 口罩阻隔层扫描电镜照片和阻隔性能测试

3. 纤维素纳米纤维可降解口罩

昆士兰科技大学QUT的Thomas Rainey博士和他的研究团队正在加紧研究他们正在开发的可生物降解的防污染口罩用的去除纳米颗粒的新材料。Rainey博士称：“我们已经开发并测试了一种高度透气的纳米纤维素材料，该材料可以去除小于100纳米（病毒大小）的颗粒。”

图5  从蔗渣到新型纳米颗粒去除材料

“这种新材料具有优良的透气性，更强的去除最小颗粒的能力。可以作为口罩中的一次性过滤滤芯使用。该材料的生产成本会相对较低，因此适合一次性使用。纤维素纳米纤维成分由甘蔗蔗渣等废弃植物材料和其他农业废弃物制成，因此是可生物降解的。它可以用相对简单的设备进行生产，因此我们可以快速大量生产这种材料。”

4. 可降解PLA纳米纤维口罩及其生产方案

佛山轻子精密测控技术有限公司通过整合资源，设计了一款全部采用可生物降解原料的低成本可降解口罩方案。

图6  PLA生物可降解纳米纤维口罩生产方案

由于目前市面上PLA熔喷布产品货源少，价格高昂，因此可以采用PLA无纺布结合纳米纤维的方式大大降低口罩的生产成本。轻子公司提供全套的可降解纳米纤维过滤材料的技术支持（包括平面口罩及N95口罩的可降解过滤材料）。口罩的核心功能是过滤，因此口罩中最重要的部分是过滤层，而这款口罩是用纳米纤维膜作为过滤层。相比熔喷布，纳米纤维膜的优势非常明显，不但拥有极高的过滤效率，而且其阻力反而比熔喷布要小，能保证使用者呼吸通畅。

图7  可降解PLA纳米纤维口罩制备

（1）材料方案

轻子公司提供全套可降解（PLA）口罩原料，包括纺粘层、纳米纤维过滤层、耳带、鼻梁条等。聚乳酸（PLA），作为一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成，具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。 

图8  可降解PLA纳米纤维口罩

（2）设备方案

轻子公司开发的纳米纤维生产线能在PLA纺粘布上完成PLA纳米纤维过滤层的加工，从而实现可降解口罩滤材的工业化量产。纳米纤维产线设备操作简便，维护少，生产的PLA纳米纤维滤材的纳米纤维层纤维直径小、比表面积大、孔隙率高、压阻低，从而滤材具备滤效高、硬挺性好、透气性高、韧性强、可降解、环境友好等优点。

◆1.2m设备生产方案（MF03-002）

图9  纳米纤维生产线MF03-002

【设备参数】

◆600mm设备生产方案（MF04-002）

图10 纳米纤维生产线MF04-002

【设备参数】

在面对新冠疫情危机时，佩戴口罩是十分重要的环节，但它不应以牺牲我们的地球为代价。保护地球环境，抗击新冠疫情，从提倡使用可降解口罩做起！