我国研发出可生物降解民用口罩!

直面口罩垃圾,产学研协同创新——我国研发出可生物降解民用口罩

2020年疫情突如其来,为打赢疫情防控阻击战,重点医疗物资保障至关重要,其间口罩的消耗量大增。据国家发改委3月2日发布的数据显示,全国口罩日产能达到1.16亿只。口罩是医务人员抗疫的武器,是保护群众健康的盾牌,也是企业有序复工复产的保障。

然而口罩垃圾也成了目前的一大隐患,现有的口罩材料基本都是不可降解的聚丙烯材料,这些废弃的口罩无疑会对环境造成严重的污染。虽然我国近期将会出台可重复使用民用口罩团体标准,能在一定程度上抑制口罩垃圾的产生,然而无法彻底解决民用口罩塑料垃圾,对这些熔融指数很高(无纺布约为90g/10min,熔喷阻隔布约为1000g/10min)的口罩聚丙烯,也缺乏再次回收利用的有效方案与技术。假设我国每天废弃约2亿只口罩,折合至少产生400吨废塑料,一年将产生12万吨废塑料。能否制造出平时储存稳定、废弃后可生物降解的民用口罩,凸显中国力量的“硬核”支撑,是一个亟待解决的社会热点问题。

近日,北京化工大学先进弹性体材料研究中心和生物医用材料北京实验室联手彤程新材料集团有限公司(简称彤程新材)、北京铜牛集团有限公司(简称北京铜牛)和北京联合康力医疗防护用品有限公司(简称北京联合康力),以及北京工商大学、北京化工大学机电工程学院和中原工学院,从可生物降解阻隔层材料的设计与合成、阻隔层超细纤维纺丝,到可降解口罩内外层材料的选择与优化,再到全生物降解口罩的制造与性能评价,进行了快速的全链条式的攻关,制造出了罩体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见图1),该全生物降解口罩的性能超过了医用外科口罩的核心指标(滤效和通气阻力)。

我国研发出可生物降解民用口罩!
口罩佩戴照片和口罩照片

 

该口罩的研发,突破了几项重要的关键技术。北京化工大学王朝副教授课题小组与彤程新材料集团研发团队紧密配合,主攻生物可降解阻隔材料和纤维布制造技术首次设计合成了熔融指数高达1200g/10min的可生物降解的改性聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)熔喷料(改性PBAT熔喷料现场见图2);突破了阻隔层无纺纤维布制备技术,实现了阻隔层纳米纤维或微米纤维的成功纺丝(阻隔层扫描电镜照片和阻隔性能测试见图3)。

北京化工大学机电学院以及中原工学院在纺丝技术上给予了大力支持。北京铜牛和北京联合康力主攻可降解口罩的生产制造技术,优化了口罩内外层材料,口罩内外层采用天然材料棉纤针织布耳带材料未来将采用北京化工大学先进弹性体材料研究中心开发的生物可降解聚酯弹性体材料

我国研发出可生物降解民用口罩!
改性PBAT熔喷料生产现场
我国研发出可生物降解民用口罩!
口罩阻隔层扫描电镜照片和阻隔性能测试

北京工商大学对制造的全生物降解口罩的降解性能进行了评价,该口罩储存稳定,在普通环境下不会发生降解或性能下降。基于过去大量的研究数据,口罩阻隔层材料只有在堆肥的土壤中,才会进行降解,一般在几个月内会完全降解,由微生物进行分解,释放出水和二氧化碳。

北京化工大学从2003年就开始从事生物基可降解聚酯弹性体研究,在生物可降解材料制备技术科学支撑上,曾获得北京市自然科学基金重点课题和国家自然科学基金重点基金的支持,近期又参与了国家自然科学基金委员会基础科学中心项目——资源生态合成高分子材料(北京化工大学为3家参与单位之一),主持了国家“十三五”重点研发计划项目——生物基橡胶的设计制备与产业化。彤程新材作为课题负责单位承担了该国家“十三五”重点研发计划项目的课题三,且自2018年就开始布局生物可降解材料聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)研发与生产。

参与此次项目研发的公司作为有社会责任的企业,长期致力践行“材料让地球更美好”。北京化工大学、彤程新材、北京铜牛和北京联合康力4家单位一直关注环境保护和资源生态问题,均参与了《可重复使用民用口罩团体标准》制定的工作

2020年3月,终止塑料废弃物联盟(The Alliance to End Plastic Waste,简称AEPW)将彤程新材纳入其成员之一,彤程新材也成为继中石化之后第2家进入该组织的中国企业。

目前北京化工大学联合相关企业,将进一步完善阻隔层材料、阻隔纤维布和耳带材料规模化生产技术,完成全类型口罩产品的试制与检测(包括民用卫生型和民用防护型),力争在不久的将来,实现可全降解口罩的规模化生产和应用,缓解口罩需求压力并解决不可降解口罩带来的环境污染问题。

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