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  • 新知|一只口罩的科技含量

    来源:河北新闻网 2020-03-12 05:53:51
    语音播报

    新知|一只口罩的科技含量

    上海3M中国公司漕河泾工厂口罩生产线。据新华社

    口罩是目前距离老百姓最近的医学防护用品。抵御细菌病毒及微细颗粒物通过呼吸道对人体的侵害,都离不开它。

    在抗击新冠肺炎疫情的非常时期,小小的口罩撑起了大大的一片天,发挥了巨大的作用。从聚丙烯颗粒到医用无纺布,经过口罩机的加工,一只只口罩轻盈而出,再经过严格的消毒,最终成为当前抗击疫情的核心防护物资。

    每一个口罩都蕴涵着科技元素。记者近日采访了有关专家,为您揭开关于口罩的科学秘密。

    揭秘口罩防病毒原理

    口罩的雏形最早出现于中国,当时它是一种围巾,用来遮住口鼻以免呼出的浊气污染食物。随着西方医学的发展,口罩开始用于避免唾液飞溅到外科手术伤口上,并逐渐被推广到临床应用,作为一种防护用具使用。

    口罩变成公众常备用品,是伴随着“西班牙流感”而来。从1918年3月到1919年底,全世界大约20%的人感染了“西班牙流感”,疫病蔓延期间,口罩变成了疫区人民必要的常备用品,在预防、阻断病毒传播方面,发挥了积极作用。

    2003年抗击“非典”期间,口罩在中国的使用和普及达到高潮。而当前呼吸系统传染病和空气污染,使人们越发地认识到了口罩的防护价值。

    那么,口罩是如何在微生物和病原体的世界中,保护我们不被入侵的呢?

    “常见的医用外科口罩由表层抗湿层、中间过滤吸附层及内层贴肤层三部分组成,其中,表层抗湿层及内层贴肤层多为纺粘非织造布,而中间过滤吸附层包含一层或多层带有静电的熔喷非织造布,起到核心防护作用。”河北科技大学纺织服装学院院长张威说。

    据介绍,熔喷布由超细纤维组成,直径集中分布于1微米-5微米之间,纤维间形成数量众多的小孔径通孔,使熔喷布具有一定的透气性与过滤功能;纺粘布具有较高的强力,纤维直径在15微米-40微米。

    但记者调查发现,新型冠状病毒尺寸很小,直径约60-220纳米。相较而言,熔喷非织造布的纤维间空隙依旧很大,那么它是如何起到过滤病毒的作用呢?

    新冠肺炎和其他大多数的呼吸道传染病的病毒随呼吸道飞沫(粒径1微米-5微米)进入空气中,飞沫只能在传染源1米至2米的空间内近距离传播。进入空气中的飞沫很快蒸发,病毒就会依附在空气中飘浮的微细颗粒物上,在有限、密闭空间内达到一定浓度,就会随空气进入呼吸道而对人体造成伤害。

    “熔喷非织造布作为核心过滤层对含病毒的飞沫或微细颗粒物具有良好的过滤效果。”张威介绍。

    “大颗粒由于自身惯性较大,在跟随气流时无法及时转向,会直接撞到过滤纤维上被拦截下来。”张威进一步解释,“惯性撞击”的物理作用可以阻挡一部分较大的颗粒。还有一些大颗粒在通过口罩时会因为直径太大或受到重力作用明显,沉降到过滤纤维上。“粒径越大的颗粒就越容易因为自身惯性作用和过滤纤维拦截机制而被口罩过滤层拦截下来。”

    “还有部分小的悬浮颗粒受分子热运动影响,与空气气体分子撞击后,不停地做无规则运动。”张威介绍,这种无规则运动的现象叫作布朗运动,做布朗运动的粒子非常微小,直径约1纳米-30纳米,在周围液体或气体分子的碰撞下,这些较小的悬浮颗粒在跟随气流运动时偏离原有方向,有更大的机会运动到纤维表面而沉降下来。

    此外,细微颗粒物和过滤材料都有可能带静电,细微颗粒会因电荷之间存在的作用力或诱导力而沉降在过滤材料上。

    但普通过滤材料的这种作用力不能长时间存在,电场强度也很弱,产生的吸引力很小。用这些材料做口罩,达不到医用口罩国家标准的要求。怎样才能提高医用口罩的过滤效率呢?

    “对过滤材料进行驻极处理是一个有效办法。”张威介绍,经过驻极处理的材料表面就会存在由大量静电荷形成的电场,这个电场通过静电效应使中性颗粒物带电从而捕获到纤维表面。静电力可以使过滤材料在不增加过滤阻力的情况下,极大地提高过滤材料对细菌、亚微米级颗粒物的捕获效率。

    责任编辑:张云

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