新技術戶外核酸采樣工作站的快速轉化為抗疫攻堅戰提供支撐

截至2020年3月中旬，我國的新冠肺炎疫情的本土新增確診病例已經得到控制，疫情防控工作取得了階段性勝利。而在戰疫之初，醫用和民用口罩在國內“一罩難求”的窘境，隨著疫情的逐漸消退已得到了緩解。

戶外核酸采樣工作站介紹作為防護口罩和防護服的關鍵核心材料——熔噴級聚丙烯，其性能成為醫用防護口罩能否成為戰疫一線“最美逆行者”生命安全的一道屏障，也成為民用防護和民用衛生口罩能否成為廣大人民自身與病毒有效隔離的屏障。然而，直至目前，我國熔噴級聚丙烯材料依然不能滿足國內外因疫情導致的“突發”剛性需求。為保障疫情防控的需要，我國各級政府采取了“特事特辦”的原則，在鼓勵增加企業產能的基礎上，加快對應用于新冠肺炎疫情中的醫藥、醫療器械、防護物品等領域新技術、新材料項目轉化落地的立項進程，建立了快速反應機制。一大批新材料和新技術在最短的時間內被應用在新冠肺炎疫情防控和救治的最前線。

疫情加速新材料的技術攻關進程

針對新冠肺炎疫情，北京市人民政府于2020年2月2日頒布的《北京市人民政府辦公廳關于進一步支持打好新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控阻擊戰若干措施》要求：對新落地生產防控疫情所需物資的項目加快審批，圍繞防控物資和配套部件、材料項目生產建設、認證等方面，開辟一站式、全鏈條并行、48小時內辦結的審批綠色通道。同一天，由北京市科學技術委員會同8部門聯合頒布的《關于加強新型冠狀病毒肺炎科技攻關促進醫藥健康創新發展的若干措施》中也要求：對個體防護標準制定和防護產品開發等方面，建立無縫銜接、協同創新的快速反應體系。

因此，北京市相關部門積極組織在京高校、企業等研發及生產力量，開發針對疫情阻擊的新材料和新技術。其中，北京化工大學材料科學與工程學院院長張立群教授團隊在高阻隔防護品用熔噴級聚丙烯制備技術方面，已具備實現產業化的能力，北京市科學技術委員會以科技計劃項目形式支持其進行產業化攻關。

戶外核酸采樣工作站在接受本刊采訪時，張立群表示，一些新技術、新思路在新冠肺炎疫情期間被快速轉化、論證和立項，在新聞報道中已看到有不少新型材料被應用于醫用防護方面。新冠肺炎疫情在給人類帶來苦難的同時，確實也在倒逼加速新材料技術的攻關和應用進程。張立群所在的北京化工大學是國內最早開展熔噴級聚丙烯材料研究工作的高校之一。2001年，北京化工大學與山東道恩高分子材料股份有限公司建立聯合實驗室，開展高性能熔噴級聚丙烯材料的研發工作，其“超高流動聚丙烯熔噴無紡布專用料技術”被鑒定為國際先進水平。新冠肺炎期間，張立群領銜的團隊聯合道恩高材（北京）科技公司突破聚丙烯可控降解技術以及荷電劑等助劑在熔噴料中高分散等技術難點，成功制備出靜電不易衰減的高載電荷、長效抗菌、抗老化熔噴級聚丙烯材料。測試結果顯示：制成的25g/m2型熔噴布過濾效率可高達97.0%（30L流量/min）；經70℃高溫老化24h后（相當于自然存放1年），其過濾效率仍然高達94%；3次水洗后過濾效率還能保持在93.5%以上，抑菌性能按紡織品相關標準檢測高達99%。

目前，該材料已經在道恩公司的煙臺生產基地進行批量生產，稱為第二代聚丙烯熔噴料，所制備的高性能熔噴布已發送北京聯合康力醫療器械有限公司、北京時尚控股集團下屬銅牛公司等5家北京口罩企業近10t，可制備高性能平面口罩1 000萬只。待經過測試后，即可實現產業化生產應用在新冠肺炎疫情的防護領域。

“一個口罩”帶來對新材料的行業思考

戶外核酸采樣工作站了解到在防護物資方面，我國在疫情暴發之時即采取的一系列保障措施在短時間內起到了不錯的效果，國內防護物資嚴重短缺的情況得到很大程度的緩解，醫用口罩、防護服等已經能夠得到保障。但隨著疫情在全球的加劇，醫用和民用防護型和衛生型口罩、防護服等防護物資仍然嚴重緊缺，尤其是醫用級聚丙烯熔噴布，在短時間內實現大量的增產也是不現實的事情。

如果沒有新冠肺炎疫情的發生，我們是不會關注一個醫用或民用口罩的。遺憾的是，疫情真的來了，口罩卻成為保證生命安全的屏障。新冠肺炎疫情下，口罩之困困在何處，一個口罩帶來的思考究竟有多少？

張立群為記者做了一些科普，解釋了疫情期間“口罩之困”的原因：醫用型、民用防護型和衛生型口罩區別于普通口罩的關鍵在于它中間的過濾層，這是阻隔病毒和細菌的關鍵層，而這一層的關鍵材料就是超高融指聚丙烯經過熔噴工藝制成的纖維無紡布（一般稱為“熔噴布”）。他說：“疫情發生之前，國內聚丙烯熔噴布每年的產能只有六七萬噸，日產能也就二三百噸，以往的用量不大，是個比較穩定的市場，生產企業和國家相關部門也沒有太去重視戰略性庫存。但是新冠肺炎疫情突然到來，這個產能肯定不能滿足疫情防控的需要，導致口罩原材料出現巨大的缺口。”

如果來看一組數據，就可以明白，張立群所說的口罩原材料短缺口不僅指我國，而且是全球。張立群進一步解釋：“1t熔噴級聚丙烯專用料，可以做成30萬～50萬個N95口罩（過濾效果達到95%），或者100萬個一次性醫用外科口罩。”即使把現在年產7萬t熔噴級聚丙烯全部用于支撐口罩生產，也只能支撐每天生產2.5億只一次性口罩，更何況生產尿不濕、消音棉和空氣以及水過濾器等產品也需要消耗大量熔噴級聚丙烯原料。我國醫用口罩的產量占到全球的60%以上，除N95口罩外，多屬于用即棄型（一次性）。新冠肺炎疫情已形成全球大流行之勢，在疫情期間的保守需求量接近13億只/天，最高需求量差不多29億只/天。

既然熔噴級聚丙烯及其熔噴布的缺口如此之大，增加生產線是否能解決呢？“熔噴級聚丙烯及其熔噴布生產線的技術門檻遠比口罩生產線的高，戶外核酸采樣工作站說特別是聚丙烯熔噴布生產線設備制造和安裝周期長，一般在3～6個月甚至更長，且部分高端零件依賴進口，臨時上馬生產線困難很大，但口罩生產線可以在幾天或數天內完成組建并實現產能。”張立群給記者作了一個比喻，熔噴級聚丙烯及其熔噴布處在口罩生產環節的中間，就像是一個葫蘆中間最細的腰部，卡住了醫用和民用口罩的產能，上游基礎聚丙烯原料完全能夠得到保證，下游的口罩生產能力也能得到保障，唯獨熔噴級聚丙烯及其熔噴布產能有限，造成供需關系的緊張。

新技術的快速轉化為抗疫攻堅戰提供支撐

在新冠肺炎疫情防控和阻擊的過程中，有許多新技術被快速轉化，如新冠肺炎病毒的各種有效檢測手段、人體體溫監控系統、可復用高阻隔防護品用熔噴級聚丙烯材料等，在疫情的攻堅戰中發揮了重要的支撐作用，為奪取抗疫的最終勝利提供了保障。

張立群認為，建立產業大數據對疫情的抗擊作用十分重要，就口罩生產來說，在疫情暴發時就能統計出我國有多少熔噴布生產企業、有多少原材料和口罩生產企業，如果知道這些數據，就能統籌安排。在這個過程當中，一定要統一指揮、調度和配置。“別看只是一個小小的口罩，這背后每一個鏈條環節都要做好統籌，才能解決當下的供需矛盾。”張立群補充。

3月初，新冠肺炎疫情在美國持續加重，全美同樣也面臨著醫療物資極其緊張的局面，甚至許多一線醫護人員每周只能分到一個N95口罩，不少醫護人員因防護物資短缺而導致被感染的風險增加達到精神崩潰的邊緣。但一個令美國民眾深感遺憾的消息被美國衛生部長阿扎爾（Alex Azar）證實，國家儲備的1700萬個N95口罩中，已有500萬個因過期無法使用，美國的醫療防護物資面臨著嚴重短缺的困難。

一般來說，醫用口罩最長的存放時間也不會超過2年，時間越久其防護效率越差，而決定口罩存放時間的關鍵因素依然是熔噴級聚丙烯材料。除影響熔噴級聚丙烯生產的設備難點外，張立群也指出了熔噴級聚丙烯材料的技術難點：一是熔噴布的過濾效率和通氣阻力需要平衡。聚丙烯經過熔噴后形成的微細纖維的物理阻隔和纖維上荷載電荷的靜電吸附作用是熔噴布能夠過濾細菌、病毒和霧霾等微細顆粒的基本原理。通常情況下，過濾效率越高其通氣阻力就越大，會造成佩戴者呼吸不暢，降低舒適度；如果降低通氣阻力，熔噴布的網孔增大，就會造成過濾效果下降。解決這個平衡的關鍵利器要么是開發更新結構的纖維材料，要么是大幅度提升現有聚丙烯熔噴布的電荷注入量，提升其靜電吸附能力。二是現有熔噴級聚丙烯抗老化性能差，且靜電和抗菌性能在短期內大幅衰減（抗菌性3個月由90%降至50%，靜電吸附效能6個月由99%降至70%～80%），不利于長期儲存。三是制備低氣味、分子量窄、超高融指（流動性）熔噴級聚丙烯自由基的控制降解反應技術的可控性難以掌握。

目前，在新冠肺炎全球流行的嚴峻形勢下，口罩、防護服等防護產品仍是最短缺的物資，如果民用防護和民用衛生口罩能夠實現重復利用，那么無疑將會極大緩解防護物資短缺的情況，成為全球抗擊新冠肺炎疫情的巨大助力。