疫情考验美国医用无纺品的研发

文/牟汝佳

美国食品和药物管理局最近向温斯顿-塞勒姆（Winston-Salem）公司授权，生产一种名为哈尼斯的品牌口罩。这是一种专用外科口罩，供卫生保健专业人员用作个人防护。其实，这类口罩早就出现在市场上，只因它来自国外，美国政府有意为限制进口而设置障碍。这给美国国内企业制造了不少麻烦。此后，北卡州立大学、北卡州立大学分校和其他相关机构开始合作研发。这种两层一次性外科手术口罩是由北卡州立大学无纺研究所设计的织物，与相关的细菌感染预防专家合作开发而成。

新型口罩这样研发出来

该研究所(NWI)有着纺粘法无纺布微纤化技术的悠久研发历史。2004年到2008年成为该所重点发展的阶段。他们在2018年和2019年间对研发的技术进行了修改，使口罩形成了机械性的高效空气(HEPA)过滤器，并在近期再次改造成为面罩过滤器的基础层。这类口罩被称为“哈尼斯口罩”，其特殊性在于：鸭嘴形、高透气、高屏蔽。

报告称：这家无纺研究所研发的独特织物是世界上第一个被认可的工程织物，它消除了需要第三过滤层的成本并具备过滤效果。其海绵层由两种不同的聚合物材料组成，使一种纤维具有显著的强度和厚度，过滤效果超越市场上现有的口罩材料。该所的这项研发项目旨在确保疫情期间为一线卫生工作人员提供高质量和负担得起的防护装备。

提及最近的无纺研发和哈尼斯品牌的两层一次性手术口罩，美国这个部门从2021年3月初就全面开展工作，相关设施昼夜不停地运转。那么他们在两层一次性手术口罩的无纺布中使用了什么技术呢？其实只是结构做了改变，即内层形成了包括粗细纤维混合，之所以要用两种不同的聚合物，是因为若要使纤维更进一步产生屏蔽性，就需要不相容的聚合物。例如，尼龙与聚酯、聚酯与聚丙烯或聚乙烯。而他们选择的是聚乳酸(PLA)和PP材质。

为提高效率，他们采取多团队联合研发。通过与客户的大量沟通，倾听客户的声音来获得更多有开发价值的信息。因此他们花了很多时间进行测试和重新调整材料，进行材料组合和设计，旨在想要迅速推出产品。他们认为这是有价值的，因为美国FDA已向所有研发机构发出紧急授权使用的测试指令。FDA原要求由经认证的实验室进行测试，如纳尔森和英特克实验室。但要完成这一点所需要时间实在太长。幸运的是，该研究所具备了进行同样测试的设施和专业知识。因此，在开发阶段，所有的测试仍在该研究所进行。只有在最后他们才一边把样品提交给经认证的实验室进行最终测试，一边提交给企业试产。

限制进口使美企面临数不胜数的难题

他们认为，这类产品的快速开发要归功于合作。美国机构对国内机构与外国的合作是严加管控的，但对国内企业机构间的合作却大开绿灯，旨在摆脱对外国个人防护用品的依赖。

但他们却面临新的挑战，因为美国国内很难有企业还生产他们需要的过滤介质产品。这导致美国融合性的过滤介质极度短缺，促使他们不得不改变基础材料。美国业界可在几个月内建立口罩制造设备，许多公司也这样做到了，但成熟的介质产品仍然短缺，许多人正忙于寻找这类介质。他们面临的另一个挑战是，在生产高质量的熔融结构时缺乏专门的技术。不得已，该研究所开发出一种这类介质的替代方案，以帮助缓解紧缺。该研究所还在测试和验证、产品设计等方面帮助其他公司满足需求，并向在线网络研讨会提供关于系列PPE和熔喷纺粘工艺结合的全过程，因为它与其他具备研发过滤品的企业有关。

然而，这还不是关键所在。他们面临的另一难题是，美国缺乏相关的人才。美国业界缺乏这方面的专业知识和专门技术。他们对这类挑战深有所悟，自己不能简单地买一台熔融机，按下按钮就开始生产。当机械制造商正努力帮助他们开发设备并培训人才时，他们又迫切需要建立质量管理体系，培训维护和操作人员。为了帮助实现这一点，该研究所为几家有兴趣购买无纺设备的公司开发了培训项目。为了开发这类有效的外科手术口罩，他们不得不又去找投资商，原因只有一点，他们还缺乏资金。

要生产这类褶皱口罩还真的难住了他们。美国除了3M、摩尔德和霍尼韦尔是该行业的领导者外，他们不得不寻找其他能生产模制杯款式无纺品的企业。这是因为他们意识到，若从欧洲引进相关设备他们也需要10到16个月时间才能到货；就是破例从中国引进熔融生产设备也需要3周至3个月才到货。更重要的是，该研究所帮助几家公司重新调整了液体过滤器的生产方向，即使是这样，他们也只能生产用于游泳池和水疗中心的过滤器。他们这才意识到，改变进口为自产，他们面临的问题远不止上述这些。要用自产替代进口，不仅不能缓解短缺，还加剧了PPE的紧缺程度，并且他们发现，自产远非政府说一句话就能完全替代进口。

使美企雪上加霜的单边政策

令这家无纺研究所难以应对的还有，他们还需要开发生产测试手套的设施，并帮助几家公司使用替代材料开发医用防护袍。但不管怎么想方设法，要完全响应政府的替代进口政策根本不可能，这反而使美国的医用无纺业面临困境。此外，他们还绞尽脑汁，找到可支持通用的多功能面具的技术。他们突然想到，电纺纱可用作熔融吹制的替代品；然而，鉴于设施短缺和生产效率低下，他们不得不放弃这一想法。

今天的世界，防护面具种类数不胜数。不幸的是，美国自产的很多产品远没有那么有效，而许多产品的透气性也很差。除了医用口罩标准之外，他们还缺乏其他标准，导致美国的客户索赔。口罩无纺布的另一特征是具有1～2微米或更小厚度的超细纤维。而美国大多数纺织纤维的厚度都要大得多。迄今为止，美国只有艾福龙和麦德琳两家公司可生产用来制造口罩的超细纤维无纺布。这类材料的屏蔽效果好，原因是纤维孔径很小，屏蔽密度大。

这家研究所近期开发的新型海绵口罩具有惊人的透气性，其过滤效率在80%～95%以上。这是因为它的结构含有超细纤维，而且还带静电。该研究所之前的合作伙伴一直生产单层口罩。疫情给了美国人一个很好的教训。单边政策给美国带去的只能是雪上加霜。但美国政府对外解释的理由是：这是个令人惊呆的困难时期，完全依赖进口显然不是明智之举。而严峻的形势又迫使美国政府不得不面对现实，认真对待外包项目。

（据美国《纺织世界》https://www.textileworld.com/textile-world/2020/12/covid-19-tests-nonwovensdevelopments/近期资料）