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防护型口罩用“智能芯片”的开发与应用

随着人们环保意识的逐渐增强,防护型口罩的消费量也越来越大,但国内市场上防护型口罩的质量却千差万别。2016年11月1日,我国首个民用防护型口罩国家标准——GB/T 32610—2016《日常防护型口罩技术规范》[1]正式实施,这标志着防护型口罩已纳入标准化管理。当前,国内防护型口罩的防护性与从国外进口的防护型口罩相比相差甚远,这导致人们宁可花高价购买进口防护型口罩,也不愿购买低价的国产防护型口罩。但实际上,无论是进口的还是国产的防护型口罩,由于每个人脸型不同,故佩戴时不可能与脸部贴服得非常严密,都会或多或少地存在气体短路现象(即外围空气从口罩与脸部的缝隙中进入并被人体吸入)。因此,为解决防护型口罩存在的技术问题,吉林法德龙硅藻土新材料科技有限公司研发了一款防护型口罩专用“智能芯片”,并得到了广大防护型口罩生产厂家的一致认可,市场前景十分乐观。
 
1 防护型口罩用“智能芯片”的开发
1.1 硅藻土的功能特性
我国硅藻土资源非常丰富,储藏量为3.85亿t,远景储藏量大于20.00亿t,亚洲第一、世界第二。尤其是在吉林省白山地区,硅藻土储藏量占全国储藏量的60%~65%。吉林省白山地区的硅藻土品质好,SiO2含量在95.0%(质量分数)以上、Al2O3含量在0.8~3.0%(质量分数)、Fe2O3含量在0.2~2.0%(质量分数),比表面积大(33~65 m2/g),微孔甚多(2.0~2.5亿个/g),粒径范围一般在10~3 000 nm,常规密度在0.4~0.9 g/cm3,微孔体积在0.45~0.98 cm3/g。且随着硅藻土的生产分级提纯技术的不断成熟,有关硅藻土的应用研究也在不断地深入,并创造了良好的经济效益和社会效益。
硅藻土属纳米级粉体材料,它的多微孔吸附性赋予了其具有多功能性,如吸附甲醛、吸异味除臭、吸光消光、吸声降噪、释放负氧离子、杀菌消毒、净化空气、耐热阻燃、耐疲劳抗老化、呼吸调湿等。所以,硅藻土在建筑材料、复合材料、净化材料、助滤或微过滤材料上得到了极其广泛的应用。当前,硅藻土已成为继稀土材料之后的又一新型材料,应用面广、作用大,并已形成绿色的朝阳产业。
 
1.2 “智能芯片”的开发
吉林法德龙硅藻土新材料科技有限公司基于硅藻土的多功能性,将硅藻土复合在两种透气性较好的非织造布中,制成了一种非织造布复合材料[2](已获专利)。其中,硅藻土中的微孔在应用时会受到不同因素的影响,因此为保证微孔的完好性,吉林法德龙硅藻土新材料科技有限公司利用硅藻土良好的水溶性和分散性,将其与热熔胶混合在一起,利用浆点式黏合衬生产工艺,制成了一种非织造布复合材料。且由于硅藻土是一种纳米级粉体材料,自身极易出现团聚现象,若不采取一定的技术措施,则无法实现将硅藻土均匀地与热熔胶混合在一起。所以,实现硅藻土与热熔胶的均匀混合是研究要解决的首项技术问题。吉林法德龙硅藻土新材料科技有限公司采用硅藻土改性的方法[3](已获专利),在硅藻土表面形成薄薄的包覆膜,减轻了纳米级硅藻土粉体的团聚现象。具体硅藻土改性工艺流程:原料称重→混配→高速混合→自然冷却→成品→检验→包装→入库。
然后,利用搅拌釜将改性硅藻土与热熔胶在常温低速下进行混合,再采用浆点式复合机制成非织造布复合材料,即得到防护型口罩用“智能芯片”。而之所以称其为“智能芯片”,是因为它的吸甲醛、吸异味、除臭、杀菌消毒、净化空气、释放负氧离子、呼吸调湿等功能对防护型口罩来讲非常重要。故带有“智能芯片”的新型防护型口罩特别受广大戴眼镜人群的欢迎和喜爱。
“智能芯片”的生产工艺流程:改性硅藻土与热熔胶混配→非织造布退卷→烘干烫平→浆点→复合→ 收卷→分切→检验→成品→包装→入库。
 
2 “智能芯片”防护型口罩与普通防护型口罩的对比
“智能芯片”是“智能芯片”防护型口罩的心脏。“智能芯片”具有极强的吸附能力,可提高防护型口罩的防护功能,封闭口罩与人脸之间的缝隙,科学有效地解决气体短路现象,使雾霾无法进入并被人体吸入,克服了防护型口罩与人脸不贴服的缺陷;同时,由于“智能芯片”的高吸附性,人们佩戴口罩时呼出的水气全部被“智能芯片”所吸附,故可确保冬天佩戴眼镜不上霜,这是“智能芯片”独特的功效,是任何材料所无法比拟的。已有大量的应用研究表明,无论“智能芯片”放置在何种材质的防护型口罩中,其作用都是非常有效且效果显着的。本文参照GB 2626—2006《呼吸防护用品——自吸过滤式防颗粒物呼吸器》[4],对“智能芯片”防护型口罩与普通防护型口罩进行了反复的试验对比,结果显示“智能芯片”防护型口罩的各项技术指标都好于普通型防护口罩(表1)。
 
图1;
 
从表1可以看出,同为B级的防护型口罩:“智能芯片”防护型口罩的呼吸阻力比普通防护型口罩降低了50%~70%,所以人们佩戴“智能芯片”防护型口罩明显要比佩戴普通防护型口罩舒服;相同条件下,“智能芯片”防护型口罩对PM2.5的过滤效率比普通防护型口罩提高了15%~20%,所以其对人们的保护作用更强、防雾霾效果更理想;由于“智能芯片”自身具有吸甲醛功能,且水洗后甲醛会分解而自动消失,因此佩戴“智能芯片”防护型口罩,人体会免遭雾霾中甲醛的危害;“智能芯片”防护型口罩对空气中大肠埃希菌的抑菌率也远高于普通防护型口罩,提高了30%~35%,这意味着,即便是戴过的“智能芯片”防护型口罩未及时清洗,其也具有抑菌的作用,且从真菌菌落总数可见,普通防护型口罩是“智能芯片”防护型口罩的数十倍。
 
3 结论
通过综合对比分析和大量的实践应用研究表明,“智能芯片”防护型口罩各项技术指标都好于普通防护型口罩。“智能芯片”的研究与应用技术路线是可行的,效果是非常理想的,且“智能芯片”的成功研究将会给防护型口罩行业带来巨大的变革。“智能芯片”防护型口罩既科学又安全,而且舒适透气,其为人类抵御雾霾等空气污染提供了一种科学有效的办法。“智能芯片”研究应用的大量结果充分说明,“智能芯片”防护型口罩是今后口罩发展的必然趋势,应用市场空间巨大,发展前景光明。