纳米防护口罩：可以水洗的KN95级口罩

今年新冠肺炎疫情的暴发，使所有人都无法离开口罩，口罩已经成为出门之标配，尤其在疫情初期，很多人会选择具有高防护效果的KN95口罩。但在保证了安全的同时，KN95口罩佩戴的舒适性遭到了很多人吐槽，而且作为无纺布防护口罩，它无法水洗，必须要频繁更换，非常浪费也不环保。

不久前，由广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院（以下简称“广纳院”）研发的一款纳米防护口罩——恩伊纳米防护口罩，弥补了现有KN95口罩的诸多弊端。近日，《中国纤检》记者采访了恩伊纳米防护口罩项目的研发人员、广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院纳米表面处理组刘琼溪博士。

超乎想象的纳米防护口罩

据悉，恩伊纳米防护口罩是一款设计时尚、可重复使用，且整体抗菌、无环境污染，更可以水洗的KN95级口罩。其核心技术是“织物表面纳米处理技术”，现已拥有80多项专利保护。该技术最大特点是可以在织物面料上施加稳定的纳米着色功能层，使整个生产过程无水、无化工染料、无污染，真正做到绿色生产。

目前，产品已通过最严格的瑞士企业OEKO-TEX认证及面料TESTEX检测认证。除环保外，还从根本上解决了洗涤时染色、串色问题，避免了对水资源的污染，也提高了防晒、抗病菌、防静电等复合功能的耐水洗性，与一次性口罩相比，减少了浪费、节约了开销。

这款具有抗病菌防晒+KN95级有害物质过滤隔离+防过敏抗病菌的三层防护体系的口罩，外层面料采用了高科技纳米表面处理技术，抗病菌防晒的纳米膜层大大降低感染概率，抗病菌率≥99%，防晒系数高达UPF400以上。

通常，日常使用无纺布口罩一大问题是粘附外层的细菌和病毒会残留，以新冠病毒为例，新冠病毒可以在无纺布口罩外层存活超7天，任何戴口罩时的不当操作或放置不当，都会通过手的触碰导致病菌的二次污染。且无纺布口罩不可以用酒精喷洒消毒，会导致口罩的过滤效果急剧下降，因此不可重复使用。恩伊纳米防护口罩的持久抗病菌外层，酒精喷洒不会影响过滤和抗病菌及防晒功能，真正做到超持久防护。它的中层过滤层，摒弃了传统熔喷布，使用全新纳米孔径ptfe新材料作为过滤层，不依靠静电吸附作用，直接利用纳米材料自身纳米孔径实现对有害物质物理隔绝；超薄的纳米过滤层，拥有超高的KN95级过滤效果（NaCl颗粒过滤效果95%以上），远超医用外科口罩过滤效果（NaCl颗粒过滤效果30%以上）。需要说明的是，NaCl颗粒过滤效果95%这一防护效果，远高于普通一次性口罩上的细菌过滤效果（BFE）95%。因为病毒的大小远小于细菌，因此仅细菌过滤效果达到95%的口罩并不完全适合作为新冠疫情防护用口罩，所以而需要参考粒径更小的NaCl颗粒过滤效果。

其内层防过敏抗病菌层，选用的是100%吸湿亲肤高支棉，无甲醛、无漂白、无染色，从根本上杜绝化工染料带来的安全问题及致敏风险。同时，亲肤棉层还应用先进的抗病菌工艺，可实现水洗50次以上持久抗菌，有效解决了口罩内部潮湿问题与口气问题。

另外，在保证防护效果前提下，恩伊纳米防护口罩整体设计经过百余次优化调整，通过对鼻梁条和中部支撑条设计，实现了口罩内部空间大、立体版型不臃肿、支撑稳定不回贴的三大优点，舒适度远高于硬挺的无纺布口罩与普通无支撑织物口罩，同时保证了口罩的舒适与时尚。

集多项纳米技术于一身

对于恩伊纳米防护口罩的核心技术原理，刘琼溪告诉记者，织物表面纳米处理技术最开始是从玻璃镀膜里寻到的灵感，后广东欣丰科技有限公司的研发团队先后和香港理工大学以及国家纳米中心的科学家共同研究，在解决了纳米生物安全性等问题后，才转化出成果。目前已在广纳院完成后续的应用开发。

纳米表面处理技术是借助磁控溅射等真空沉积技术，将金属或陶瓷材料沉积在织物表面形成稳定的纳米膜层，从而达到着色或者赋能作用；真空沉积技术是指将金属或陶瓷材料直接轰击到面料上，类似于将原子直接嵌入基材，不用借助任何其他物质，所以无水、无污染，是靠纳米膜层对光的吸收，反射折射产生色彩，因此是无需染料的结构色。它的应用范围包括所有平滑柔性基材，比如化纤、真丝、棉，还有碳纤维、聚酰亚胺，都有很高的适用性，但是这项技术目前不能用于毛绒类有立体结构的材料上。这项技术在技术鉴定中已达到国际领先水平，主要应用方向是“绿色染整技术”以及“制备永久性功能织物”。

恩伊纳米防护口罩的独特设计主要有3项：一是内外双杀菌加中间纳米细菌病毒过滤层三重全面防护；二是口罩无需换滤芯，整体可消毒、水洗；三是口罩外层的着色、抗菌和防晒功能，都是统一由纳米表面处理技术一道工艺同步完成。

刘琼溪坦言，纳米概念虽然很多人听说过，但对其并不了解。其实纳米是数量概念，纳米颗粒简单说就是极微小的颗粒。但实际纳米材料还包括纳米线、纳米纤维和纳米膜。恩伊纳米防护口罩的抗菌纳米层应用的是纳米膜技术，是直接将有抗菌效果的材料在织物表面沉积，形成纳米厚度的抗菌纳米层。这种纳米层牢度非常好，水洗不会脱落，抗菌持久；而纳米过滤层则应用了纳米纤维交叉成网状结构，孔径控制在100nm以内，该孔径可有效拦截新冠病毒、细菌等有害颗粒。

纳米过滤层也可以简单理解成“可以隔绝病菌的纱窗”。病菌就是蚊虫，无法通过纳米纱窗，但这个纱窗可以洗，晾干就能恢复效果。而纳米过滤层起到的作用和熔喷布类似，就是物理隔绝病毒细菌，只不过熔喷布孔径要大很多，如果不做静电处理便无法有效过滤病菌；但纳米过滤层孔径直接小于病菌，因此能直接阻隔。

另外，恩伊纳米防护口罩外层是织物抗病菌层，外抗病菌层主要是防止手触口罩时二次污染，因为要持久使用口罩，外层在抗菌的同时还要能消毒，但无纺布肯定不行，只有高等级抗病菌织物才可以。而超持久抗病菌、水洗不失效则是纳米表面处理技术一个很大优势，因此选择了这项技术作为外层面料抗病菌技术。此外，内层在抗菌的同时，还选择了吸湿透气面料，防止因内部潮湿滋生细菌产生皮肤不适，因为普通口罩普遍存在潮湿和口气问题，恩伊对两者的处理，主要是靠内部吸湿面料和抗菌起到的效果。同时，如果面部有致痘细菌，内层面料也可以抑制，所以它也是一款防痘口罩。

提起为何要采用纳米过滤层代替熔喷布时，刘琼溪表示，熔喷布最主要的缺点就是不能潮湿，因为潮湿会导致静电失效，不能持久重复使用。但呼吸产生湿气不可避免，致使熔喷布4小时左右就失效了，因此想要制备可重复使用的防护口罩，尤其是可以消毒和可以水洗的防护口罩，熔喷布必然不能使用。但是如果以纳米过滤层来代替熔喷布作为一次性口罩的过滤层却并不划算，因为以疫情前熔喷布的价格来算，纳米滤层价位大概是熔喷布的5至10倍，起到的效果也只是适当延长使用时间，毕竟无纺布口罩不能喷酒精，更不能水洗，仅更换过滤层材质并不能改变不可复用的特性。因此只有做成整体可重复使用的口罩，纳米过滤层的价值才可以得到最大体现。

况且，KN95口罩众所周知的一个弊端就是透气性问题，这也是因为其单层熔喷布达不到KN95过滤效果，所以需要三层熔喷布再加PP棉，才能达到过滤效果，因此KN95口罩透气性会很差。而纳米防护口罩仅依靠特别薄的一层纳米过滤层便可实现过滤效果，因此舒适性要好很多。现在已研发生产的恩伊纳米防护口罩之所以也有一定厚度，主要是因内外层面料织物的厚度，但是恩伊口罩的呼吸阻力远低于一般的KN95口罩。因为研发这款产品时还不是夏天，所以一代产品的织物面料整体感觉会偏厚，不过正在开发中的二代产品，则是更适合夏天的超薄款口罩，不久就可面市。

除了严密的防护效果，恩伊纳米防护口罩的防晒功能也是大多数口罩不具备的。“这款口罩的防晒功能，也是主要来自纳米膜层的施加，由于物理防晒霜是用二氧化钛作为物理防晒剂使用的，而在恩伊纳米防护口罩中，也是主要应用了二氧化钛的抗菌效果，所以它的防晒功能只是一个附加效果，却也顺应了市场对口罩防晒功能的庞大需求。”刘琼溪说。

新冠肺炎疫情促使纳米防护口罩诞生

据了解，广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院（以下简称“广纳院”）是由中国科学院和广东省人民政府共建的新型事业单位，并以纳米科研成果技术来孵化平台，加速纳米技术成果转化。

谈起这款口罩研发的初衷，刘琼溪回忆，今年大年初二，正当疫情暴发初期，广纳院院长赵宇亮院士组织了一次电话会议，希望纳米生物安全专家和纳米表面处理课题组，能利用现有技术为疫情做些贡献。

因为本身纳米表面处理组一大主要研究方向就是“织物持久功能化表面处理技术”，主要应用方向之一就是抗菌防护，因此在当时口罩等防护用品高度紧缺时期，广纳院决定以此方向作为研发切入点，研发出有别于市面所有口罩的新型产品。

在这之后，刘琼溪用一周时间分析了现有KN95口罩存在的主要问题：一是高度依赖熔喷布作为滤材，该滤材为一次性产品，一旦发生疫情，将面临巨大缺口，且短时间内无法补充货源；二是要依靠熔喷布静电处理才能达到防病毒效果（通过盐性颗粒检测），会进一步加大关键滤材缺口，而静电效果也会随时间增加减弱、随呼出湿气快速衰减，并不适合作为长时间战略储备物资，疫情严重时防护效果失效难以判定；三是市场上主流产品均为一次性产品，使用后成为医用废品且不可降解，对环境危害性极高；四是所有产品均忽略了内外层抗病菌处理（无纺布极难实现），在高风险环境下，口罩外侧污染会极其严重，碰触后极易造成二次污染。

综合上述问题，她找到了解决问题的方向：一是开发无需依靠静电吸附的新滤材，保证防护稳定性；二是开发非一次性滤材，减少环境危害；三是选择抗菌类材料作为口罩内外层，减少手触二次污染。

“根据早期各类研究结果和所积累的产业合作伙伴信息，我们设计了内外层纳米织物抗病菌层加中层自清洁纳米过滤层结构。从方案确立到第一版小样用时两周。但由于疫情原因，工厂复工一直推迟到3月初，这也成为口罩研发过程中，阻碍转化速度的一大问题。另外，开发过程中还面临抗菌纳米处理材料的选择。出于安全性考量，我们放弃了抗菌效果最出色的‘Ag系和Cu系’，因为这两种元素安全风险较高，我们认为不适合应用于口罩产品上，因此又用一周时间，调试出稳定的‘二氧化钛系和氧化锌系’纳米膜层作为抗病菌功能层，以保证口罩安全性。同时，纳米过滤层的开发还需要稳定的高过滤效率、较好透气性以及稳定的支撑保护，来增加纳米过滤层多次可重复水洗使用。”刘琼溪说。

虽然恩伊纳米防护口罩有其他口罩无法比拟的优势，但因研发生产时间较短，目前在市场上并未普及。对于产品前景，刘琼溪表示，未来恩伊纳米防护口罩仍要做好产品和技术推广，同时扩大产能，争取机器化生产。因为这种可以重复使用、佩戴舒适性高的防护口罩，相对于传统口罩是一种革命性产品，同时又有很高的技术壁垒，前景较为乐观。

她告诉记者，目前恩伊纳米防护口罩主要集中在企业和学校大宗定制，在网上也有少量零售，但后续还会做联名类推广和拓展海外市场。因为当口罩不再是紧缺品时，其时尚和环保将成为人们购买的主要动力。而且，独有的专利技术和过硬的产品永远都不缺买家。