我们为什么要研究更好的口罩材料？ _喷嘴

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现在，口罩已经成为日常生活中的必备单品。或许我们已经习惯了物美价廉的浅蓝色长方形无纺布在病毒面前为我们搭建的防护屏障，认为小小一只口罩已经没有什么科技进步的空间了。
但事实并非如此，一只高科技口罩的诞生，对于你我甚至地球而言，意义重大。

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一次性医用口罩（图片来源：VEER图库）

隔离病毒的是什么布？
我们每天使用的一次性医用防护口罩之所以能形成阻隔病毒的屏障，有赖于其中间层---熔喷布。简而言之，熔喷布是一种塑料制品，是由石油工业产品聚丙烯加热后，经熔喷工艺制成纤维后得到的。
而熔喷工艺，是过滤产品生产中普遍使用的工业技术，可以制造出直径为2-20微米的聚丙烯纤维。经过后续驻极处理后，聚丙烯纤维还可以带上电荷，当包含病毒的飞沫靠近时，它可以发挥“静电神力”将它们吸附在表面，从而实现防护的效果。

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聚丙烯熔喷布的纤维结构（图片来源：参考文献2）

正是这些我们肉眼看不到的纤维结构，使得熔喷布成为防护病毒的“神盾” 。因此聚丙烯在熔喷过程中形成的纤维尺寸就显得尤为重要。
采用熔融指数更高的聚丙烯制成的熔喷布，具有直径仅为0.1-2微米的纤维，比头发丝还要细千倍，因此孔隙率更高，可以改善口罩的透气性、降低过滤阻力。一方面提高对病毒的防护能力，另一方面也使得佩戴过程更加舒适。
不仅如此，更细的聚丙烯纤维意味着熔喷布的单位面积密度更低，可以降低口罩成品对不可再生的化石原料的消耗。
此外，聚丙烯十分稳定，在海洋环境中甚至需要400年才能降解。如果可以降低口罩中熔喷布的密度，就可以减少向环境输出塑料垃圾的总量。
所以说，将聚丙烯纤维变得更细，以“开源”和“节流”双管齐下，可以为地球大大减负。
聚丙烯纤维怎么变细呢？
如果我们可以像大圣指挥如意金箍棒一样，口念“变细、变细、变细”就可以得到直径更小的聚丙烯纤维，那可真是得来全不费工夫。但我们并没有此等神通，不过倒也不必灰心丧气，有高科技手段助力！
在利用熔喷技术制造聚丙烯纤维时，熔融的聚合物流体会经由喷嘴被注入高速气体/空气射流中。气体射流的冲击对聚合物流体产生强大的牵引力，使得纤维直径迅速降低至远低于喷嘴直径的大小，而后被收集成自粘结网，从而生产微纤维。

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熔喷过程示意图（图片来源：参考文献3）

熔喷设备的喷嘴可不简单，上面分布着成百上千个孔洞，作为聚丙烯流体的出口。通过提高喷嘴上孔洞的数量以及优化它们在喷嘴上的分布，配合特定角度的导气槽，就可以将聚丙烯纤维的平均直径降低至300-500纳米。
除了喷嘴，或许还可以在聚丙烯上做做文章。在熔喷过程中，聚丙烯原料需要加热从固体变成熔融态，就像黏糊糊的流体一样。而提高温度，可以降低聚丙烯流体的粘度，也就使得它的流动性更好，在气流作用下受力能获得更细的纤维。