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N95口罩是什么材料做成的?国内哪些企业生产相关原材料?
时间:2020-02-13 11:36:03      
国内各大便利店、药房等零售渠道的口罩产品被抢购一空,淘宝、京东、拼多多等多个电商平台中,包括3M品牌旗舰店内的部分KN95系列口罩、主打防霾、防粉尘、防病毒的系列口罩,大多处在“缺货”、“无货”、“下架”状态,全民抢购口罩进入紧张状态。
目前我国医用口罩主要分为3种:防护级别最高的医用防护口罩、手术室等有创操作环境常用的医用外科口罩和普通级别的一次性使用医用口罩。

那么口罩为什么能够阻挡病毒的传播呢?它又是什么样的材质呢?
我们通常说口罩是无纺布材料,无纺布是相对纺织布来说,就是非纺织的布,是由定向的或随机的纤维而构成。

具体到口罩上,其原料全部都是聚丙烯(Polypropylene,简称PP),医疗用口罩一般都是多层结构,一般简称为SMS结构,示意图见图一和图二。

从口罩用料上来看,聚丙烯高熔指无纺布专用料成为最佳选择,生产熔体质量流动速率在33-41g/min的聚丙烯产品,达到卫材聚丙烯无纺布标准

从纤维应用领域看,聚丙烯纤维专用料产品应用于非织造布、服装面料、地毯丝、医用手术用品、民用卫生用品等领域。

在医疗卫生方面,聚丙烯无纺布专用料生产的无纺布可用于一次性手术衣、被单、口罩、盖布、液体吸收垫等,无纺布口罩是由专业用于医疗卫生的纤维无纺布内两层,中间增加一层过滤防菌达99.999%的以上过滤溶喷布经超声波焊接而成,无纺布口罩的鼻梁处采用环保型全塑条,不含任何金属,配带透气,舒适。

国内疫情逐渐扩大,各地口罩供不应求,炼化企业快速转变生产计划,确保全力保供。


据了解,目前国内高熔指纤维生产企业共31家,2019年全年高熔纤维产量在88万吨左右。

1月下旬疫情骤起,1月21日东华能源率先公布全力保供高熔指纤维Y381H用于医疗口罩生产,上海赛科全力以赴,使命保障医护用品原料,洛阳石化指出如果2月初纤维料有紧急需求,将组织企业优化生产、保障原料供应。

中石化华北因济南炼化全月排产纤维料,目前暂未加大排产,大连有机双线在产高熔指纤维,巨正源继续重点推广Y40L纤维料,独山子石化随时待命将随时调整生产计划,确保下游工厂需求,中国石油为全国保供优质卫生材料,在疫情面前,全力以赴。

关键时刻,使命担当,各大炼化企业正全力跟进高熔纤维的排产问题,将继续稳定产品质量,根据市场需求情况,增加产量满足市场需求。

下游生产企业3M中国,该工厂工作人员指出,目前工厂也没有存货,正加班加点生产口罩产品,全力对抗这一场没有硝烟的战争。


有报道数据显示,1吨高熔指纤维料可生产大约25万个病菌防护口罩,1吨透明料可生产约50万个医用一次性注射器,疫情面前聚丙烯生产厂家正在积极行动。

目前,新型冠状病毒正处于爆发期,又正值过年时间,全国医用口罩基本断货。再者,为实现抗病毒效果,口罩只能一次性使用,使用成本昂贵。这里告诉大家什么是防病毒医用口罩。
一、医用口罩抗菌原理介绍
可起到病毒防护作用的口罩主要有医用外科口罩和N95口罩。国家YY 0469-2004《医用外科口罩技术要求》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:
  1. 过滤效率: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)μm氯化钠气溶胶的过滤效率不低于30%;
  2. 细菌过滤效率:在规定条件下,对平均颗粒直径为(3±0.3)μm的金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率不低于95%;
  3. 呼吸阻力: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。
这其中保证细菌过滤效果的标准就是第二条,金黄色葡萄球菌细菌气溶胶过滤效率不低于95%,这也就是N95概念的由来。因此N95口罩虽然不是医用口罩,但是满足过滤效率满足95%的标准,且能更好地贴合人体面部,所以也能起到很好的病毒预防作用。
而给这两种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。


熔喷无纺布主要材质是聚丙烯,是一种超细静电纤维布,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。
这就是这种材料隔绝病菌的原理。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。适合平面口罩熔喷过滤级别有:普通级、BFE95(滤效95%)、BFE99(滤效99%)、VFE95(滤效99%)、PFE95(滤效99%)、KN90(滤效90%)。
二、医用外科口罩
医用外科口罩一般是由三层无纺布制成。材料是纺粘无纺布+熔喷无纺布+纺粘无纺布。也可以一层改用短纤改善皮肤触感,即ES热轧无纺布+熔喷无纺布+纺粘无纺布。口罩外层具有防飞沫设计,中层过滤,内存吸湿。熔喷布一般选用20克重的。
而N95杯型口罩则由针刺棉、熔喷布、及无纺布组成,其熔喷布通常采用40克重甚至更高,再加上针刺棉的厚度,所以外观上看起来比平面口罩更厚一些,其防护效果至少能达到95%。
几层口罩,在口罩的国家标准GB/T 32610中并没有规定,如果是医疗用口罩,至少应该是3层,即我们说的SMS(2层S层和1层M层),目前国内最高的层数是5层,即SMMMS(2层S层和3层M层),做口罩并不难,比较难的是做SMMMS布,一台进口的无纺布设备价格都是上亿元,笔者见过最贵的一台医疗无纺布设备是5亿人民币。
这里面的S表示纺粘层(Spunbond),其纤维直径比较粗,在20微米(μm)左右,2层S纺粘层主要作用是支撑整个无纺布结构,对阻隔并没有太大的作用。
口罩里面最重要的是阻隔层或则熔喷层M(Meltblown),熔喷层的纤维直径比较细,在2微米(μm)左右,所以只有纺粘层直径的十分之一,这个对防止细菌、血液渗透其至关重要的作用。
如果S纺粘层过多,口罩就比较硬,而熔喷层M过多,则呼吸比较困难,所以从口罩呼吸的难易程度可以判断口罩的隔绝效果,呼吸越困难,则阻隔效果更好,但是,如果M层变为薄膜,就基本上不能呼吸了,病毒是阻隔了,人也快不行了,所以,这也是一个技术问题。
为了更能说明问题,我们将纺粘层S纤维,熔喷层M纤维和头发做一个对比图如下,头发直径的1/3,接近纺粘层纤维,而头发直径的1/30,和熔喷层M纤维直径接近了,当然,研发人员还在开发更细的纤维,来保证更好的抗菌阻隔性。
前面提到,M层越细,就越能阻挡细菌等微小颗粒的进入,比如N95,就是指在正常情况下,能阻挡95%的微小颗粒(0.3微米),按照医用防护口罩国家标准GB/T 19083要求,在气体流量为85L/min情况下,口罩对非油性颗粒过滤效率符合下表要求:
表1:医用防护口罩过滤等级

从上面的解释来说,N95实际上就是用聚丙烯无纺布SMMMS制作成的能过滤95%微细颗粒的5层口罩。


最后我们从材料角度来看看分别对S纺粘层和M熔喷层都有哪些要求:

M层:熔喷层

材料要求:高流动性。
推荐材料:国产材料如山东道恩降解法聚丙烯:Z-1400,Z1500,进口如巴塞尔公司的茂金属聚丙烯HP461Y,MF650Y。
S层:纺粘层

材料要求:高强度
推荐材料:熔体指数在25~60聚丙烯,比如埃克森美孚Exxon-Mobile的和上海赛科的2040都是很好的纺粘材料,如S2040性能指标如下:


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