3.4 病毒防护口罩关键材料发展趋势
病毒防护口罩关键材料是熔喷非织造布，目前主要材料是聚丙烯（PP）。
熔喷非织造布的高效低阻化趋势
美国的NIOSH 42 CFR84中N95要求口罩过滤效率≥95.0%，吸气阻力≤350Pa，呼气阻力≤250Pa；而我国于2016年发布的GB/T 32610《日常防护型口罩技术规范》，过滤效
率≥95.0%时要求吸气阻力≤175Pa，呼气阻力≤145Pa；2020年5月6日发布的GB/T 38880《儿童口罩技术规范》中规定过滤效率≥95.0%时，根据儿童呼吸特点，阻力采用45L/min进行测试，要求吸气阻力及呼气阻力均不大于45Pa。
国内外相关的口罩标准中对颗粒物过滤效率（PFE）和呼吸阻力都有明确的规定，从口罩的防护效果和佩戴舒适性上看，高效低阻才能满足这个需求。
特别是儿童的代谢旺盛，其代谢水平和需氧量接近成人。由于其生理特点，儿童肺容量及潮气量都比成人小。为适应代谢的需要，身体只能采取增加呼吸频率来得到满足，所以年龄愈小，呼吸频率愈快。而且儿童的呼吸内阻本就比成人大，那么在确保具有防护效果的前提下，为使儿童佩戴口罩时享有相对的舒适性，降低吸气阻力就是儿童口罩最重要的需求。正是高效低阻熔喷技术的发展，使得符合儿童国标的口罩可以在确保高效率的同时，透气性能大幅度优于成人口罩，使得儿童佩戴起来呼吸感觉更加通畅。
兼顾过滤效率高和阻力低本身是矛盾的，因为纤维直径细机械过滤效果好的同时带来的是阻力的上升，因此完成熔喷超细纤维制备技术的同时，实现长效驻极制备技术是生产优质熔喷布的关键，如图3-5和图3-6所示，也就是高效低阻熔喷技术。
图3-5 驻极增加纤维电荷示意图
图3-6 极化纤维防护过滤示意图
熔喷非织造布的纳米纤维化趋势
熔喷非织造布纤网结构的核心参数是纤维的直径，纤维直径越小，纤维之间的缠结点越多，孔径会越小，同时比表面积越大，其在静电处理过程中会积聚越多的静电电荷，如图3-7所示，越能提高纤网的电荷密度，增强熔喷非织造布的静电吸附作用，提高过滤效率。但与此同时，由于纤网结构比较致密，会增加熔喷非织造布的阻力，降低透气性，不利于高效低阻要求的口罩使用。
图3-7 熔喷非织造布纤维结构SEM图与静电驻极处理装置
纳米口罩的特殊之处在于中间层采用孔径更小（100～200nm）的纳米膜构成，在三维结构上具备网状连通、孔镶套、孔道弯曲等非常复杂的变化，因此具备优异的表面过滤功能。纳米口罩因其高效的过滤性能，目前已经成为一款高效医用防护口罩，未来纳米口罩将成为口罩发展新方向。
兼顾过滤效率高和阻力低本身是矛盾的，因为纤维直径细、机械过滤效果好的同时带来的是阻力的上升，因此，在完成熔喷超细纤维制备技术的同时，需要通过精准冷却的程度控制纤维与纤维之间的热黏合程度，在降低孔径的同时提高纤网的孔隙率，实现纳米级纤维的高效低阻性能。
熔喷非织造布性能的长效性
驻极体熔喷过滤器所具有的高过滤效率在很大程度上依赖其所带的电荷，当滤材暴露于特殊环境中时，例如潮湿的气氛或油雾等，其中的电荷会不同程度地衰减，如图3-8～图3-10所示，致使过滤性能下降。因此，过滤材料在应用过程中抗特殊环境的能力尤其是驻极体电荷稳定性是决定其能否实际应用的关键。此外，人们总是希望口罩等滤材能有尽可能长的保质期和使用寿命，这都对熔喷聚丙烯滤材的长效性能提出了更高的要求。
图3-8 熔喷布使用前后SEM图
图3-9 驻极熔喷布电荷随温度衰减情况
图3-10 驻极熔喷布电荷在一定湿度下随时间衰减情况
熔喷非织造布的功能化
实施健康中国战略要求“坚持预防为主”“预防控制重大疾病”；在人类生活环境中，细菌和病毒等微生物无处不在，如图3-11所示，对人类生命和健康造成极大危害，特别是对婴幼儿、老年人以及免疫功能低下者危害更大。由于流感等病毒容易变异，给治疗带来很大困难，预防就显得特别重要。为预防、控制和治疗这些传染病，世界各国花费了大量时间和精力来研发抗菌、抗病毒产品。
图3-11 流感等病毒的传播示意图及口罩防护的必要性
如日本，不仅在纺织品上使用抗菌材料，在其他生活用品和公共设施上也普及使用抗菌材料，为社会营造了一个安全、卫生的生活环境。目前，欧美、日本等发达国家和地区在抗菌纺织品的应用方面普遍高于中国，据有关资料统计，日本的应用率高达70%，美国达30%，而中国仅为10%。
作为与人类血液、皮肤直接接触的介质，无纺布中抗菌材料运用显得尤为重要。抗菌改性后的无纺布具备抗菌、抗病毒功能，不仅提升了产品的功能质量，更能满足疫情以及日后的生活、生产的防护需求。
新冠病毒在进行着人与人之间的“大迁徙”，飞沫、接触成为了它们重要的传播途径。飞沫通过口罩来隔离防护，保护与人交流时不被传染；要隔绝高频接触物的传播，可以用消毒水、消毒棉片来预防感染。将银抗菌材料抗菌剂引入无纺布纤维内部或表面，如图3-12所示，其在纤维上不易脱落，并通过纤维内部平衡扩散，使其具有持久的抗菌效果。改性后的抗菌无纺布具备了抗菌优势，也具备抗病毒功能：病毒干扰被克服，传染源可以被隔离。
图3-12 银系抗菌剂与病毒或细菌反应示意图
（蛋白质）—SH+Ag+—（蛋白质）—SAg+H+
（蛋白质、核酸）—NH+Ag+—（蛋白质、核酸）—NAg+H+
因此，开发一种具有抗菌抗病毒的高效低阻熔喷非织造布，用在口罩的核心过滤层，可以在保持口罩佩戴舒适性的同时，增加口罩的抗病毒功能，使口罩在抵挡病毒的同时灭活病毒，提高口罩的可重复利用性。