小口罩谁是护目镜

小口罩，谁是护目镜

白天结束后，随着经理的检查，博物馆突然打开。这时，突然传来轻轻的说话声。一个粗犷的声音问“小口罩！你是新来的吧？”只听细细的声音回答：“是！”小口罩轻声问：“你是谁啊？这是哪里啊？”粗犷的声音回答“我是护目镜。这里是博物馆。博物馆是专门保存各种珍贵物品的地方，供人们参观学习。”“噢奥！这么好啊！”“可不！”“哎！快看，你的下面写了几排字。”只见几排文字：“熔喷布”俗称口罩的“心脏”，是一种纤维直径在0.5–10微米的超细静电纤维布，它的直径比口罩外层纤维直径小得多，具有良好的过滤性、屏蔽性和吸油性，是生产医用外科口罩和N95口罩的重要原料。它可以有效地捕捉粉尘，含有病毒的飞沫靠近熔喷布后，也会被静电吸附在表面而无法透过。小口罩问：“护目镜大哥，这是啥意思啊？”护目镜说：“我也不太懂。不如我们去问问这里最有知识的比特博士。”“好啊！”小口罩不由得跳了起来。于是他们俩一前一后地向博物馆的正门大厅走去。走不多远，就来到了博物馆的服务台。只见护目镜对着服务台上一个黑黑的“方盒子”说：“比特博士晚上好！”，并深深地鞠了一躬。这时，只见那个黑黑的大盒子下方发出一束淡淡的红色光芒，同时一个低沉的声音传来：“谁啊？”护目镜说；“博士，我是护目镜，这位是小口罩。今天找您是想请您看看她的这个介绍是什么意思。”比特博士的眼睛眨了眨，然后只见黑色大盒子突然变亮了，同时出现了相应的文字。“这是小口罩的介绍，这次抗击新冠病毒，她立了大功。所以人们为了纪念，就把她请了进来。同时这段介绍也隐含着她的身世之谜。”“身世？”小口罩说。“是的。小口罩。”然后只见一束光线照射在小口罩身上。小口罩还没说话，护目镜赶紧问：“这是什么意思啊？博士!”“小口罩，别害怕。我做个扫描，给你检查下身体。”一会儿，光线消失了。“你的组成是聚丙烯，分子量400–600万，表观密度约为0.4–0.489g∙cm“聚丙烯是什么啊？博士。”小口罩问。“这是一种人工合成的高分子材料，是应用很广泛的塑料之一。”“塑料？博士，塑料又是什么啊？”“塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的聚合物，其主要成分是合成树脂，大部分塑料还加入了填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂。”“好复杂，不懂啊！博士。”“通俗地理解，塑料是把许多小分子通过化学反应连接起来构成的一种材料，连接的分子非常非常多，小的几千个分子连接在一起，大的可以几十万个分子连接成一体。这种材料可塑性较强，所以统称为塑料。人类已经合成了几百种塑料。常用的有五大类，聚丙烯排行第二。”“还是有点糊涂。博士，你讲得太高深啦！”“那我就举些常见的例子吧，塑料包装袋、保鲜盒、矿泉水瓶子，你见过吧。”“嗯！见过。我的外包装就是透明的，感觉滑滑的。”“对的。这就是塑料的一种。可以说你和塑料是亲戚。”“塑料？我这么蓬松，塑料那么结实，我和他们一点儿也不像啊!怎么会是亲戚呢？”小口罩好奇地问。“你主要是由熔喷布和无纺布构成的，但是从化学成分上说都是聚丙烯，你不过是使用了特殊的加工工艺制成的。可以说你的全身上下都是人工合成的高分子材料。”“噢！原来是这样啊。”我们不妨来看看你的生产过程，你就明白了。这时只见大屏幕上出现了一幅图(图1)。“你看，你最初是从石油得到的。石油开采出来，经过提炼、催化裂化得到丙烯。丙烯是一种无色气体，这是合成聚丙烯的单体。然后经过聚合反应就得到了聚丙烯。聚丙烯经过不同的加工工艺，可以得到不同的材料，如塑料、熔喷布等。”“噢！原来是这样。”“那么，石油是什么东西呢？”“石油啊！石油又称原油，是从地下深处开采出来的可燃的黏稠液体，颜色有多种，有红、金黄、墨绿、黑、褐红，也有部分石油是透明的。其颜色主要由其所含胶质和沥青质的含量决定到了内燃机出现后，石油产量大增，这一时期主要作为燃料。随着技术的发展，石油化工也随之发展。就有了利用石油产品制造的各种人工高分子材料，如塑料、熔喷布、无纺布等。”“熔喷布的发明，促进了医疗防护水平的提升。可以说冥冥中自有天意啊！”博士喃喃地说道。“聚丙烯虽然很早就被制造出来了，而且也得到了广泛地应用。但是熔喷布，也就是口罩的心脏，却是很晚才被发明出来，你们知道为什么吗？”护目镜和小口罩都看着比特博士问：“为什么呢？”“看你们这么好奇，我就给你们说说吧。”只听博士清了清嗓子。“熔喷布顾名思义就是熔化喷出的布。这种布是用熔喷法工艺生产的。这种方法是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世纪50年代初。当时，美国海军实验室需要收集核试验产生的放射性微粒，这就需要一种超细的过滤材料。但是，他们找了很多材料都不符合要求。于是美国海军实验室就开始自己研制。期间，经历过多次失败也没有得到符合要求的材料。后来在研究气流喷射法纺丝时，纺出了极细的纤维，其直径在5微米以下，并制得由这种超细纤维组成的非织造布。后来，军方的控制不那么严了，就由相关公司继续开展相关研究，然后转为民用的产品。我国大约在20世纪50年代末、60年代初也开展了熔喷非织造布研究。现在我国已经是世界上重要的熔喷布生产国“博士，你说经历了多次失败。是为什么呢？”“嗯！问得好！我们先说说熔喷法纺丝原理，再来解答这个问题。熔喷布是无纺布的一种。无纺布又名为不织布，意思是不用纺织的布。这种布是由定向的或随机的纤维构成，没有经纬线。生产无纺布有很多种工艺，诸如纺粘法、熔喷法、热轧法、水刺法等。其中，熔喷法制成的无纺布被称为熔喷无纺布。熔喷非织造工艺的原理说起来很简单，指的是借助高速热气流使刚挤出的高聚物熔体迅速高倍拉伸固化成形的纺丝方法。”“好复杂啊！博士！”小口罩说。“嗯！有一点。那我做个简单的类比，你们可以回忆制作棉花糖的过程，这两者的原理是类似的。通俗地说就是先把高聚物加热，使它熔融，然后把它挤压通过很多非常非常小的细孔，同时用高速的热气流吹这些从细孔出来的高聚物，这些高聚物就会被吹成很细很细的丝，然后形成超细纤维并凝聚，再依靠自身粘合而成为非织造布。熔喷法生成的无纺布纤维更细，表面积更大，具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性，这些是其他工艺生产的无纺布所不能比拟的。因此，熔喷布应用广泛，除了应用在医用和工业口罩生产以外，还可以应用在保暖材料、过滤材料、医疗卫生材料、吸油材料、擦拭布、电池隔板乃至隔音材料等诸多领域“棉花糖……话说这熔喷布制造原理不复杂，为啥这么晚才发明出来？”护目镜好奇地问。“虽然原理简单，但是真正做起来却一点也不简单。介绍里有说熔喷布的纤维直径在0.5–10微米。你们知道吗，直径大约只有头发丝的三十分之一，要生产出来这么细的纤维，可并不是很容易的事。这不仅涉及到纺织学，还涉及到高分子科学、流体力学、气流学、纺丝学、热力学等多门学科。喷出纤维的粗细与聚丙烯材料的熔融指数(M.I.)有密切的关系。聚丙烯熔融指数越高，喷出的纤维就越细，制成的熔喷布过滤性也越好。以前是很难生产出来这么高熔融指数的聚丙烯，因此无论纺织技术怎么提高都难以生产出符合要求的产品。”“博士！什么是熔融指数啊？”小口罩问。“熔融指数是一种表示塑胶材料加工时的流动性的参数。测试方法是使熔融状态的聚合物在一定的温度和压力下于规定时间内通过规定尺寸的细孔，然后测量流过的重量。值越大表示该塑胶材料的加工流动性越佳，反之则越差自从Ziegler和Natta发明了新的催化剂并制成了结晶性聚丙烯以后，聚丙烯开始进入工业化生产阶段，并随后生产出了聚丙烯纤维，用于纺织行业。到了这一阶段，全球大部分地毯底布和部分地毯面纱由聚丙烯纤维制得。但是这一时期难以生产出高熔融指数的聚丙烯，聚丙烯纤维还是太粗。直到1980年以后，随着新技术的发展，特别是茂金属催化剂的发明使得聚丙烯树脂的品质得到了明显的改善。这一阶段聚丙烯纤维可以制造得很细，逐渐开始用于制造非织造布。由于其优良的过滤效果，也开始用于医疗行业。2003年SARS事件后，熔喷法非织造布发展迅速。这主要是由于它具有优异的阻菌性和空气过滤性。采用经驻极处理的熔喷法非织造布作为过滤介质的医用口罩可大大减少细菌的透过率，其阻菌率高达98%以上，而且佩戴时没有任何不舒服的感觉。到了今年，全球遭受新冠疫情，口罩作为一种有效的防护手段，政府推荐大家佩戴。熔喷布又一次派上了大用场。所以，在抗击新冠疫情方面，小口罩你功不可没啊！”“啊！没想到你这么厉害啊！”护目镜对着小口罩竖起了大拇指。比特博士又补充道：“现在的口罩可是个大家庭啊！你们看图2！”“现在医用防护口罩的发展方向往可重复方向发展，比如江苏产研院膜科学技术研究所开发了一种新型过滤材料——纳米蛛网仿生膜，用这种材料生产的口罩可重复使用。传统熔喷材料本身孔径较大，需要采用添加静电的方式提高过滤效率，而静电受环境中温度、湿度等影响，在短时间内就会失效，因而过滤效率急速降低，所以市场上用传统熔喷布生产的医用口罩只能一次性使用。纳米蛛网仿生膜材料因其孔隙率高、孔径小、过滤阻力低的特点