直面口罩垃圾，產學研協同創新
——我國研發出可生物降解民用口罩
2020年疫情突如其來，為打贏疫情防控阻擊戰，重點醫療物資保障至關重要，其間口罩的消耗量大增。據國家發改委3月2日發布的數據顯示，全國口罩日產能達到1.16億隻。口罩是醫務人員抗疫的武器，是保護群眾健康的盾牌，也是企業有序復工復產的保障。
然而口罩垃圾也成了目前的一大隱患，現有的口罩材料基本都是不可降解的聚丙烯材料，這些廢棄的口罩無疑會對環境造成嚴重的汙染。雖然我國近期將會出臺可重複使用民用口罩團體標準，能在一定程度上抑制口罩垃圾的產生，然而無法徹底解決民用口罩塑料垃圾，對這些熔融指數很高（無紡布約為90g/10min，熔噴阻隔布約為1000g/10min）的口罩聚丙烯，也缺乏再次回收利用的有效方案與技術。假設我國每天廢棄約2億隻口罩，折合至少產生400噸廢塑料，一年將產生12萬噸廢塑料。能否製造出平時儲存穩定、廢棄後可生物降解的民用口罩，凸顯中國力量的「硬核」支撐，是一個亟待解決的社會熱點問題。
近日，北京化工大學先進彈性體材料研究中心和生物醫用材料北京實驗室聯手彤程新材料集團有限公司（簡稱彤程新材）、北京銅牛集團有限公司（簡稱北京銅牛）和北京聯合康力醫療防護用品有限公司（簡稱北京聯合康力），以及北京工商大學、北京化工大學機電工程學院和中原工學院，從可生物降解阻隔層材料的設計與合成、阻隔層超細纖維紡絲，到可降解口罩內外層材料的選擇與優化，再到全生物降解口罩的製造與性能評價，進行了快速的全鏈條式的攻關，製造出了罩體材料可全部生物降解的新一代民用口罩（口罩配戴照片和口罩照片見圖1），該全生物降解口罩的性能超過了醫用外科口罩的核心指標（濾效和通氣阻力）。
圖1 口罩佩戴照片和口罩照片
該口罩的研發，突破了幾項重要的關鍵技術。北京化工大學王朝副教授課題小組與彤程新材料集團研發團隊緊密配合，主攻生物可降解阻隔材料和纖維布製造技術，首次設計合成了熔融指數高達1200g/10min的可生物降解的改性聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）熔噴料（改性PBAT熔噴料現場見圖2）；突破了阻隔層無紡纖維布製備技術，實現了阻隔層納米纖維或微米纖維的成功紡絲（阻隔層掃描電鏡照片和阻隔性能測試見圖3）。北京化工大學機電學院以及中原工學院在紡絲技術上給予了大力支持。北京銅牛和北京聯合康力主攻可降解口罩的生產製造技術，優化了口罩內外層材料，口罩內外層採用天然材料棉纖針織布。耳帶材料未來將採用北京化工大學先進彈性體材料研究中心開發的生物可降解聚酯彈性體材料。
圖2 改性PBAT熔噴料生產現場
圖3 口罩阻隔層掃描電鏡照片和阻隔性能測試
北京工商大學對製造的全生物降解口罩的降解性能進行了評價，該口罩儲存穩定，在普通環境下不會發生降解或性能下降。基於過去大量的研究數據，口罩阻隔層材料只有在堆肥的土壤中，才會進行降解，一般在幾個月內會完全降解，由微生物進行分解，釋放出水和二氧化碳。
北京化工大學從2003年就開始從事生物基可降解聚酯彈性體研究，在生物可降解材料製備技術科學支撐上，曾獲得北京市自然科學基金重點課題和國家自然科學基金重點基金的支持，近期又參與了國家自然科學基金委員會基礎科學中心項目——資源生態合成高分子材料（北京化工大學為3家參與單位之一），主持了國家「十三五」重點研發計劃項目——生物基橡膠的設計製備與產業化。彤程新材作為課題負責單位承擔了該國家「十三五」重點研發計劃項目的課題三，且自2018年就開始布局生物可降解材料聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）研發與生產。
參與此次項目研發的公司作為有社會責任的企業，長期致力踐行「材料讓地球更美好」。北京化工大學、彤程新材、北京銅牛和北京聯合康力4家單位一直關注環境保護和資源生態問題，均參與了《可重複使用民用口罩團體標準》制定的工作。2020年3月，終止塑料廢棄物聯盟（The Alliance to End Plastic Waste，簡稱AEPW）將彤程新材納入其成員之一，彤程新材也成為繼中石化之後第2家進入該組織的中國企業。
目前北京化工大學聯合相關企業，將進一步完善阻隔層材料、阻隔纖維布和耳帶材料規模化生產技術，完成全類型口罩產品的試製與檢測（包括民用衛生型和民用防護型），力爭在不久的將來，實現可全降解口罩的規模化生產和應用，緩解口罩需求壓力並解決不可降解口罩帶來的環境汙染問題。
背景知識：
國家發展改革委、生態環境部於2020年1月19日公布《關於進一步加強塑料汙染治理的意見》，稱到2020年年底，我國將率先在部分地區、部分領域禁止、限制部分塑料製品的生產、銷售和使用，到2022年年底，一次性塑料製品的消費量明顯減少，替代產品得到推廣。
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來源：橡膠工業傳媒
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