環保可降解口罩及其制備方法

自2020年新冠肺炎疫情以來,口罩成爲生(shēng)活必備的防護用品,世界範圍内口罩的消耗量大(dà)增。現在人們常用的一(yī)次性醫用口罩主要由防水層(紡粘無紡布)、過濾層(熔噴無紡布)、耳帶、鼻梁條等部件組成。其中(zhōng),防水層和過濾層均以聚丙烯無紡布超細纖維作爲核心材料,占比90%以上;耳帶以PET塑料和聚氨酯(PU)等作爲常用材料;鼻梁條以聚丙烯/鍍鋅鐵絲、聚乙烯/鍍鋅鐵絲或鋁條等作爲常用材料。從成分(fēn)分(fēn)析可知(zhī),口罩的材料幾乎都是塑料,如果處理不當,将會帶來許多危害和隐患。

環保可降解口罩及其制備方法

  1. 廢棄口罩的危害

受到全球疫情影響,每分(fēn)鍾地球上的人類都扔掉300萬張口罩。研究人員(yuán)警告說,許多口罩最終成爲環境中(zhōng)潛在的有毒微納米塑料或其他有毒物(wù)質的載體(tǐ)。

最近的研究估計,我(wǒ)(wǒ)們每個月在全球範圍内使用的口罩數量達到驚人的1290億個,也就是每分(fēn)鍾要丢棄300萬個,其中(zhōng)大(dà)部分(fēn)是由塑料微纖維制成的一(yī)次性口罩。

研究人員(yuán)在科學雜(zá)志(zhì)《環境科學與工(gōng)程前沿》上發表評論警告說:”随着越來越多關于口罩處置不當的報道,人們需要迫切認識到這種潛在的環境威脅,防止它成爲下(xià)一(yī)個塑料污染問題”。

一(yī)次性口罩是塑料制品,不能輕易地進行生(shēng)物(wù)降解,而是可能碎裂成更小(xiǎo)的塑料顆粒,即生(shēng)态系統中(zhōng)廣泛存在的微塑料和納米塑料,一(yī)次性口罩的巨大(dà)生(shēng)産規模與塑料瓶類似。然而,與塑料瓶不同(其中(zhōng)大(dà)部分(fēn)被回收),目前沒有任何官方層面的口罩回收指引,使其更有可能被作爲固體(tǐ)廢物(wù)處理。

如果不進行回收處理,就像其他塑料垃圾一(yī)樣,一(yī)次性口罩最終可能會進入環境、淡水系統和海洋,在那裏,風化作用會讓丢棄的口罩在相對較短的時間内(幾周)産生(shēng)大(dà)量的微小(xiǎo)顆粒(小(xiǎo)于5毫米),并進一(yī)步破碎成納米塑料(小(xiǎo)于1微米)。

“一(yī)個更新更大(dà)的問題是,口罩是直接由微尺寸的塑料纖維(厚度約爲1至10微米)制成。當在環境中(zhōng)分(fēn)解時,口罩可能會釋放(fàng)更多的微塑料,比塑料袋等散裝塑料更容易、更快。”研究人員(yuán)表示。

研究人員(yuán)強調,他們不知(zhī)道口罩是如何造成環境中(zhōng)檢測到的大(dà)量塑料顆粒的,因爲目前不存在口罩降解的自然界數據。但我(wǒ)(wǒ)們知(zhī)道,與其他塑料碎片一(yī)樣,一(yī)次性口罩也可能積累并釋放(fàng)有害的化學和生(shēng)物(wù)物(wù)質,如雙酚A、重金屬以及緻病微生(shēng)物(wù)。這些都可能對植物(wù)、動物(wù)和人類造成間接的不良影響。

(1)口罩如果被動物(wù)當作食物(wù)誤食,将造成消化道疾病和死亡;而通過食物(wù)鏈的積累,口罩分(fēn)解産生(shēng)的塑料碎片可能影響到人體(tǐ)健康。

(2)口罩進入環境,如土壤,會很難降解,從而造成田地肥力衰減;口罩進入水域,尤其是海洋,會在洋流的作用下(xià)與其他物(wù)體(tǐ)碰撞,形成微塑料,不僅危害水生(shēng)生(shēng)物(wù),也危及人類。

(3)廢棄口罩上可能會攜帶病毒,這會造成二次傳播的風險。由于當前新冠肺炎疫情形勢仍然嚴峻,口罩可能會成爲疫情傳播的一(yī)個介質。研究早已揭示,新冠病毒可以在金屬、玻璃和塑料上存活長達9天,有些甚至可以在低溫下(xià)停留長達28天。

全球疫情的懸而未決、大(dà)量持續使用口罩的常态化趨勢、不可降解的聚丙烯(PP)材料、醫療廢物(wù)中(zhōng)病毒的二次傳播,都令口罩這一(yī)“新型污染”甚至比此前的塑料污染更爲嚴重。假設我(wǒ)(wǒ)國每天廢棄約2億隻口罩,折合至少産生(shēng)400噸廢棄塑料,一(yī)年将産生(shēng)12萬噸廢塑料。能否制造出平時儲存穩定、廢棄後可生(shēng)物(wù)降解的民用口罩,凸顯中(zhōng)國力量的“硬核”支撐,是一(yī)個亟待解決的社會熱點問題。因此,國内外(wài)各研究團隊也在加緊對可降解口罩的研發。

2. 聚酯纖維材料可降解口罩

有報道稱,聚酯纖維材料可降解口罩的研發,突破了幾項重要的關鍵技術。北(běi)京化工(gōng)大(dà)學王朝副教授課題小(xiǎo)組與彤程新材料集團研發團隊緊密配合,首次設計合成了熔融指數高達1200g/10min的可生(shēng)物(wù)降解的改性聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)熔噴料;突破了阻隔層無紡纖維布制備技術,實現了阻隔層納米纖維或微米纖維的成功紡絲。耳帶材料未來将采用北(běi)京化工(gōng)大(dà)學先進彈性體(tǐ)材料研究中(zhōng)心開(kāi)發的生(shēng)物(wù)可降解聚酯彈性體(tǐ)材料。北(běi)京工(gōng)商(shāng)大(dà)學對制造的全生(shēng)物(wù)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(xià)不會發生(shēng)降解或性能下(xià)降。基于過去(qù)大(dà)量的研究數據,口罩阻隔層材料隻有在堆肥的土壤中(zhōng),才會進行降解,一(yī)般在幾個月内會完全降解,由微生(shēng)物(wù)進行分(fēn)解,釋放(fàng)出水和二氧化碳。

3. 纖維素納米纖維可降解口罩

據外(wài)網報道 (bayee-exim.com),昆士蘭科技大(dà)學QUT的Thomas Rainey博士和他的研究團隊正在加緊研究他們正在開(kāi)發的可生(shēng)物(wù)降解的防污染口罩用的去(qù)除納米顆粒的新材料。Rainey博士稱:“我(wǒ)(wǒ)們已經開(kāi)發并測試了一(yī)種高度透氣的納米纖維素材料,該材料可以去(qù)除小(xiǎo)于100納米(病毒大(dà)小(xiǎo))的顆粒。”

“這種新材料具有優良的透氣性,更強的去(qù)除最小(xiǎo)顆粒的能力。可以作爲口罩中(zhōng)的一(yī)次性過濾濾芯使用。該材料的生(shēng)産成本會相對較低,因此适合一(yī)次性使用。纖維素納米纖維成分(fēn)由甘蔗蔗渣等廢棄植物(wù)材料和其他農業廢棄物(wù)制成,因此是可生(shēng)物(wù)降解的。它可以用相對簡單的設備進行生(shēng)産,因此我(wǒ)(wǒ)們可以快速大(dà)量生(shēng)産這種材料。

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