小口罩，誰(shuí)是護(hù)目鏡

白天結(jié)束后，隨著經(jīng)理的檢查，博物館突然打開(kāi)。這時(shí)，突然傳來(lái)輕輕的說(shuō)話聲。一個(gè)粗獷的聲音問(wèn)“小口罩！你是新來(lái)的吧？”只聽(tīng)細(xì)細(xì)的聲音回答：“是！”小口罩輕聲問(wèn)：“你是誰(shuí)啊？這是哪里?。俊贝肢E的聲音回答“我是護(hù)目鏡。這里是博物館。博物館是專門保存各種珍貴物品的地方，供人們參觀學(xué)習(xí)?！薄班迠W！這么好??！”“可不！”“哎！快看，你的下面寫了幾排字?！敝灰?jiàn)幾排文字：“熔噴布”俗稱口罩的“心臟”，是一種纖維直徑在0.5–10微米的超細(xì)靜電纖維布，它的直徑比口罩外層纖維直徑小得多，具有良好的過(guò)濾性、屏蔽性和吸油性，是生產(chǎn)醫(yī)用外科口罩和N95口罩的重要原料。它可以有效地捕捉粉塵，含有病毒的飛沫靠近熔噴布后，也會(huì)被靜電吸附在表面而無(wú)法透過(guò)。小口罩問(wèn)：“護(hù)目鏡大哥，這是啥意思??？”護(hù)目鏡說(shuō)：“我也不太懂。不如我們?nèi)?wèn)問(wèn)這里最有知識(shí)的比特博士?！薄昂冒?！”小口罩不由得跳了起來(lái)。于是他們倆一前一后地向博物館的正門大廳走去。走不多遠(yuǎn)，就來(lái)到了博物館的服務(wù)臺(tái)。只見(jiàn)護(hù)目鏡對(duì)著服務(wù)臺(tái)上一個(gè)黑黑的“方盒子”說(shuō)：“比特博士晚上好！”，并深深地鞠了一躬。這時(shí)，只見(jiàn)那個(gè)黑黑的大盒子下方發(fā)出一束淡淡的紅色光芒，同時(shí)一個(gè)低沉的聲音傳來(lái)：“誰(shuí)??？”護(hù)目鏡說(shuō)；“博士，我是護(hù)目鏡，這位是小口罩。今天找您是想請(qǐng)您看看她的這個(gè)介紹是什么意思?！北忍夭┦康难劬φＡ苏＃缓笾灰?jiàn)黑色大盒子突然變亮了，同時(shí)出現(xiàn)了相應(yīng)的文字?！斑@是小口罩的介紹，這次抗擊新冠病毒，她立了大功。所以人們?yōu)榱思o(jì)念，就把她請(qǐng)了進(jìn)來(lái)。同時(shí)這段介紹也隱含著她的身世之謎?！薄吧硎?？”小口罩說(shuō)?！笆堑摹Ｐ】谡??！比缓笾灰?jiàn)一束光線照射在小口罩身上。小口罩還沒(méi)說(shuō)話，護(hù)目鏡趕緊問(wèn)：“這是什么意思啊？博士!”“小口罩，別害怕。我做個(gè)掃描，給你檢查下身體?！币粫?huì)兒，光線消失了?！澳愕慕M成是聚丙烯，分子量400–600萬(wàn)，表觀密度約為0.4–0.489g?cm“聚丙烯是什么啊？博士。”小口罩問(wèn)。“這是一種人工合成的高分子材料，是應(yīng)用很廣泛的塑料之一?！薄八芰?？博士，塑料又是什么??？”“塑料是以單體為原料，通過(guò)加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的聚合物，其主要成分是合成樹脂，大部分塑料還加入了填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、色料等添加劑。”“好復(fù)雜，不懂??！博士?！薄巴ㄋ椎乩斫猓芰鲜前言S多小分子通過(guò)化學(xué)反應(yīng)連接起來(lái)構(gòu)成的一種材料，連接的分子非常非常多，小的幾千個(gè)分子連接在一起，大的可以幾十萬(wàn)個(gè)分子連接成一體。這種材料可塑性較強(qiáng)，所以統(tǒng)稱為塑料。人類已經(jīng)合成了幾百種塑料。常用的有五大類，聚丙烯排行第二。”“還是有點(diǎn)糊涂。博士，你講得太高深啦！”“那我就舉些常見(jiàn)的例子吧，塑料包裝袋、保鮮盒、礦泉水瓶子，你見(jiàn)過(guò)吧?！薄班牛∫?jiàn)過(guò)。我的外包裝就是透明的，感覺(jué)滑滑的?！薄皩?duì)的。這就是塑料的一種?？梢哉f(shuō)你和塑料是親戚?！薄八芰?？我這么蓬松，塑料那么結(jié)實(shí)，我和他們一點(diǎn)兒也不像啊!怎么會(huì)是親戚呢？”小口罩好奇地問(wèn)?！澳阒饕怯扇蹏姴己蜔o(wú)紡布構(gòu)成的，但是從化學(xué)成分上說(shuō)都是聚丙烯，你不過(guò)是使用了特殊的加工工藝制成的?？梢哉f(shuō)你的全身上下都是人工合成的高分子材料?！薄班?！原來(lái)是這樣啊?！蔽覀儾环羴?lái)看看你的生產(chǎn)過(guò)程，你就明白了。這時(shí)只見(jiàn)大屏幕上出現(xiàn)了一幅圖(圖1)?！澳憧矗阕畛跏菑氖偷玫降?。石油開(kāi)采出來(lái)，經(jīng)過(guò)提煉、催化裂化得到丙烯。丙烯是一種無(wú)色氣體，這是合成聚丙烯的單體。然后經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)就得到了聚丙烯。聚丙烯經(jīng)過(guò)不同的加工工藝，可以得到不同的材料，如塑料、熔噴布等?！薄班?！原來(lái)是這樣?！薄澳敲?，石油是什么東西呢？”“石油??！石油又稱原油，是從地下深處開(kāi)采出來(lái)的可燃的黏稠液體，顏色有多種，有紅、金黃、墨綠、黑、褐紅，也有部分石油是透明的。其顏色主要由其所含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量決定到了內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)后，石油產(chǎn)量大增，這一時(shí)期主要作為燃料。隨著技術(shù)的發(fā)展，石油化工也隨之發(fā)展。就有了利用石油產(chǎn)品制造的各種人工高分子材料，如塑料、熔噴布、無(wú)紡布等。”“熔噴布的發(fā)明，促進(jìn)了醫(yī)療防護(hù)水平的提升?？梢哉f(shuō)冥冥中自有天意??！”博士喃喃地說(shuō)道?！熬郾╇m然很早就被制造出來(lái)了，而且也得到了廣泛地應(yīng)用。但是熔噴布，也就是口罩的心臟，卻是很晚才被發(fā)明出來(lái)，你們知道為什么嗎？”護(hù)目鏡和小口罩都看著比特博士問(wèn)：“為什么呢？”“看你們這么好奇，我就給你們說(shuō)說(shuō)吧?！敝宦?tīng)博士清了清嗓子?！叭蹏姴碱櫭剂x就是熔化噴出的布。這種布是用熔噴法工藝生產(chǎn)的。這種方法是聚合物擠壓法非織造工藝中的一種，起源于20世紀(jì)50年代初。當(dāng)時(shí)，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室需要收集核試驗(yàn)產(chǎn)生的放射性微粒，這就需要一種超細(xì)的過(guò)濾材料。但是，他們找了很多材料都不符合要求。于是美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室就開(kāi)始自己研制。期間，經(jīng)歷過(guò)多次失敗也沒(méi)有得到符合要求的材料。后來(lái)在研究氣流噴射法紡絲時(shí)，紡出了極細(xì)的纖維，其直徑在5微米以下，并制得由這種超細(xì)纖維組成的非織造布。后來(lái)，軍方的控制不那么嚴(yán)了，就由相關(guān)公司繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)研究，然后轉(zhuǎn)為民用的產(chǎn)品。我國(guó)大約在20世紀(jì)50年代末、60年代初也開(kāi)展了熔噴非織造布研究?，F(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)是世界上重要的熔噴布生產(chǎn)國(guó)“博士，你說(shuō)經(jīng)歷了多次失敗。是為什么呢？”“嗯！問(wèn)得好！我們先說(shuō)說(shuō)熔噴法紡絲原理，再來(lái)解答這個(gè)問(wèn)題。熔噴布是無(wú)紡布的一種。無(wú)紡布又名為不織布，意思是不用紡織的布。這種布是由定向的或隨機(jī)的纖維構(gòu)成，沒(méi)有經(jīng)緯線。生產(chǎn)無(wú)紡布有很多種工藝，諸如紡粘法、熔噴法、熱軋法、水刺法等。其中，熔噴法制成的無(wú)紡布被稱為熔噴無(wú)紡布。熔噴非織造工藝的原理說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，指的是借助高速熱氣流使剛擠出的高聚物熔體迅速高倍拉伸固化成形的紡絲方法?！薄昂脧?fù)雜?。〔┦?！”小口罩說(shuō)?！班牛∮幸稽c(diǎn)。那我做個(gè)簡(jiǎn)單的類比，你們可以回憶制作棉花糖的過(guò)程，這兩者的原理是類似的。通俗地說(shuō)就是先把高聚物加熱，使它熔融，然后把它擠壓通過(guò)很多非常非常小的細(xì)孔，同時(shí)用高速的熱氣流吹這些從細(xì)孔出來(lái)的高聚物，這些高聚物就會(huì)被吹成很細(xì)很細(xì)的絲，然后形成超細(xì)纖維并凝聚，再依靠自身粘合而成為非織造布。熔噴法生成的無(wú)紡布纖維更細(xì)，表面積更大，具有很好的過(guò)濾性、屏蔽性、絕熱性和吸油性，這些是其他工藝生產(chǎn)的無(wú)紡布所不能比擬的。因此，熔噴布應(yīng)用廣泛，除了應(yīng)用在醫(yī)用和工業(yè)口罩生產(chǎn)以外，還可以應(yīng)用在保暖材料、過(guò)濾材料、醫(yī)療衛(wèi)生材料、吸油材料、擦拭布、電池隔板乃至隔音材料等諸多領(lǐng)域“棉花糖……話說(shuō)這熔噴布制造原理不復(fù)雜，為啥這么晚才發(fā)明出來(lái)？”護(hù)目鏡好奇地問(wèn)?！半m然原理簡(jiǎn)單，但是真正做起來(lái)卻一點(diǎn)也不簡(jiǎn)單。介紹里有說(shuō)熔噴布的纖維直徑在0.5–10微米。你們知道嗎，直徑大約只有頭發(fā)絲的三十分之一，要生產(chǎn)出來(lái)這么細(xì)的纖維，可并不是很容易的事。這不僅涉及到紡織學(xué)，還涉及到高分子科學(xué)、流體力學(xué)、氣流學(xué)、紡絲學(xué)、熱力學(xué)等多門學(xué)科。噴出纖維的粗細(xì)與聚丙烯材料的熔融指數(shù)(M.I.)有密切的關(guān)系。聚丙烯熔融指數(shù)越高，噴出的纖維就越細(xì)，制成的熔噴布過(guò)濾性也越好。以前是很難生產(chǎn)出來(lái)這么高熔融指數(shù)的聚丙烯，因此無(wú)論紡織技術(shù)怎么提高都難以生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品?！薄安┦浚∈裁词侨廴谥笖?shù)?。俊毙】谡謫?wèn)?！叭廴谥笖?shù)是一種表示塑膠材料加工時(shí)的流動(dòng)性的參數(shù)。測(cè)試方法是使熔融狀態(tài)的聚合物在一定的溫度和壓力下于規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過(guò)規(guī)定尺寸的細(xì)孔，然后測(cè)量流過(guò)的重量。值越大表示該塑膠材料的加工流動(dòng)性越佳，反之則越差自從Ziegler和Natta發(fā)明了新的催化劑并制成了結(jié)晶性聚丙烯以后，聚丙烯開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段，并隨后生產(chǎn)出了聚丙烯纖維，用于紡織行業(yè)。到了這一階段，全球大部分地毯底布和部分地毯面紗由聚丙烯纖維制得。但是這一時(shí)期難以生產(chǎn)出高熔融指數(shù)的聚丙烯，聚丙烯纖維還是太粗。直到1980年以后，隨著新技術(shù)的發(fā)展，特別是茂金屬催化劑的發(fā)明使得聚丙烯樹脂的品質(zhì)得到了明顯的改善。這一階段聚丙烯纖維可以制造得很細(xì)，逐漸開(kāi)始用于制造非織造布。由于其優(yōu)良的過(guò)濾效果，也開(kāi)始用于醫(yī)療行業(yè)。2003年SARS事件后，熔噴法非織造布發(fā)展迅速。這主要是由于它具有優(yōu)異的阻菌性和空氣過(guò)濾性。采用經(jīng)駐極處理的熔噴法非織造布作為過(guò)濾介質(zhì)的醫(yī)用口罩可大大減少細(xì)菌的透過(guò)率，其阻菌率高達(dá)98%以上，而且佩戴時(shí)沒(méi)有任何不舒服的感覺(jué)。到了今年，全球遭受新冠疫情，口罩作為一種有效的防護(hù)手段，政府推薦大家佩戴。熔噴布又一次派上了大用場(chǎng)。所以，在抗擊新冠疫情方面，小口罩你功不可沒(méi)?。　薄鞍?！沒(méi)想到你這么厲害?。　弊o(hù)目鏡對(duì)著小口罩豎起了大拇指。比特博士又補(bǔ)充道：“現(xiàn)在的口罩可是個(gè)大家庭??！你們看圖2！”“現(xiàn)在醫(yī)用防護(hù)口罩的發(fā)展方向往可重復(fù)方向發(fā)展，比如江蘇產(chǎn)研院膜科學(xué)技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)了一種新型過(guò)濾材料——納米蛛網(wǎng)仿生膜，用這種材料生產(chǎn)的口罩可重復(fù)使用。傳統(tǒng)熔噴材料本身孔徑較大，需要采用添加靜電的方式提高過(guò)濾效率，而靜電受環(huán)境中溫度、濕度等影響，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)失效，因而過(guò)濾效率急速降低，所以市場(chǎng)上用傳統(tǒng)熔噴布生產(chǎn)的醫(yī)用口罩只能一次性使用。納米蛛網(wǎng)仿生膜材料因其孔隙率高、孔徑小、過(guò)濾阻力低的特點(diǎn)