防病毒口罩/面罩三層設(shè)計(jì)運(yùn)用是目前較主要的方式，其次還在利用抗病毒材質(zhì)，添加抗病毒中藥等創(chuàng)新技術(shù)

安全防護(hù)用品是“十三五”期間國(guó)家重點(diǎn)扶持的產(chǎn)業(yè)，疫情期間，防病毒安全防護(hù)用品對(duì)于保護(hù)民眾健康起著舉足輕重的作用。本文重點(diǎn)從防病毒/抗病毒的口罩/面罩相關(guān)技術(shù)及專利出發(fā)進(jìn)行分析，進(jìn)一步展示此類產(chǎn)品的特點(diǎn)、技術(shù)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，希望這些專利技術(shù)的剖析能為口罩生產(chǎn)企業(yè)提供參考。

1 各類型口罩的防護(hù)效果及標(biāo)準(zhǔn)

在此次疫情中，能起到防護(hù)病毒作用的口罩是：醫(yī)用一次性口罩、醫(yī)用外科口罩、醫(yī)用防護(hù)口罩。這些口罩的規(guī)格都在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了規(guī)范，包括工業(yè)防護(hù)口罩，梳理情況詳見(jiàn)表1。

各類口罩的防病毒安全防護(hù)能力為：醫(yī)用防護(hù)口罩＞ 醫(yī)用外科口罩＞ 醫(yī)用一次性口罩。按照標(biāo)準(zhǔn)劃分，口罩上標(biāo)注的N 代表采用的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)FP是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，KN是中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字越大防護(hù)等級(jí)也越高。

以N95為例，其是NIOSH（美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全衛(wèi)生研究所，National Institute for Occupational Safety and Health）在1995年制定的9 種標(biāo)準(zhǔn)之一。N95 不是特定的產(chǎn)品名稱，只要符合N95 標(biāo)準(zhǔn)，并且通過(guò)NIOSH 審查的產(chǎn)品就可以稱為N95型口罩?！癗”表示“不耐油（not resistant to oil）”?！?5”表示對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)直徑≥0.3μm 的顆粒的過(guò)濾效率達(dá)到95%以上，在表1 中PFE ≥95%就表示此含義。

表1 防護(hù)口罩標(biāo)準(zhǔn)情況

2 醫(yī)用口罩防病毒之技術(shù)設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用外科口罩分三層，外層有阻水作用，可防止飛沫進(jìn)入口罩里面；中層有過(guò)濾作用，可阻隔病毒顆粒；近口鼻的內(nèi)層用以吸濕。中層核心過(guò)濾層均由一種特殊的材料構(gòu)成，這層材料稱為熔噴無(wú)紡布，或簡(jiǎn)稱為熔噴布。熔噴布是一種以聚丙烯為材料，由許多縱橫交錯(cuò)的纖維以隨機(jī)方向?qū)盈B而成的膜，纖維直徑范圍0.5～10微米。也就是說(shuō)，只要口罩帶有質(zhì)量較高、直徑較細(xì)的熔噴布，便很大程度上能夠有效將飛沫擋在這層之外，不滲入口罩內(nèi)層接觸人體皮膚和口鼻（見(jiàn)圖1）。

圖1 醫(yī)用口罩技術(shù)結(jié)構(gòu)

圖2 使用熔噴無(wú)紡布或熔噴技術(shù)防/抗病毒口罩專利情況

N95級(jí)別的口罩結(jié)構(gòu)上做了優(yōu)化：（中層）核心過(guò)濾層層數(shù)更多，厚度更厚；更有廠商（例如3M）通過(guò)靜電處理增強(qiáng)纖維過(guò)濾能力，防護(hù)性能要更好一些。

3 熔噴無(wú)紡布技術(shù)專利情況

口罩關(guān)鍵原料“熔噴布”被稱為口罩的心臟，是口罩最中間一層織物，可以過(guò)濾病毒。熔噴布的原料通過(guò)一系列工序后會(huì)形成超細(xì)纖維，通過(guò)纖維自身的粘合，再加上靜電處理后，達(dá)到提高過(guò)濾率的效果。那使用熔噴布或熔噴技術(shù)防病毒/抗菌口罩專利技術(shù)或?qū)＠季智闆r如何呢？下面將結(jié)合圖2進(jìn)行分析。

對(duì)熔噴布或熔噴技術(shù)防病毒/抗菌口罩專利進(jìn)行檢索（截止到2020年2月15日），使用北京合享智慧科技有限公司INCOPAT 全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過(guò)同族合并得到31 組專利（申請(qǐng)）。熔噴布或熔噴技術(shù)防病毒/抗菌口罩專利最早見(jiàn)于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人南通工學(xué)院，于1997年申請(qǐng)，抗菌口罩罩芯為超細(xì)纖維網(wǎng)膜層熔噴附著在活性碳纖維氈塊表面，熔噴過(guò)程中，超細(xì)纖維之間以及超細(xì)纖維與活性炭纖維之間自行粘合、冷凝而形成均勻網(wǎng)膜，活性炭纖維不易脫落。該專利后續(xù)因未繳年費(fèi)而權(quán)利終止。

下面重點(diǎn)研究對(duì)此后授權(quán)且目前仍有效的專利，其中，日本尤妮佳股份有限公司在2006年-2010年進(jìn)行了較多熔噴布相關(guān)防/抗病毒口罩專利布局。尤妮佳在中國(guó)的兩件專利分別于2007年和2010年申請(qǐng)，且均在日本、歐洲、美國(guó)等區(qū)域進(jìn)行同族專利布局。專利101534905B 中口罩含有銀離子抗菌性聚烯烴纖維片和干式無(wú)紡布，專利CN102548439B 中口罩包括含有無(wú)機(jī)類抗菌劑的聚烯烴纖維的第一纖維層，熔噴無(wú)紡布的第二纖維層以及第三纖維層。該企業(yè)通過(guò)綜合使用無(wú)機(jī)類抗菌劑和熔噴無(wú)紡布實(shí)現(xiàn)口罩防/抗病毒的作用。

香港英諾利科技股份有限公司也通過(guò)受讓、申請(qǐng)等方式擁有較多熔噴布口罩相關(guān)有效專利。其在2010年受讓了由菲利根有限公司轉(zhuǎn)讓的中國(guó)CN102448550B和美國(guó)專利US9963611B2，均是關(guān)于聚丙烯材料制成的防護(hù)面罩，涂覆檸檬酸、聚乙烯醇以及非離子型表面活性劑，還可包括殺細(xì)菌、殺真菌或殺病毒試劑。另外，英諾利在受讓專利同期還申請(qǐng)了歐洲專利EP2435139B1，涉及四層防護(hù)口罩，第一、二、四層為紡粘非織造聚丙烯纖維，第一層含檸檬酸，第二層含乙酸銅、乙酸鋅組合物，第三層為熔噴聚丙烯纖維。

另外，2010年以后國(guó)內(nèi)企業(yè)在熔噴布口罩方面進(jìn)行較集中的專利申請(qǐng)，可見(jiàn)隨著需求擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)企業(yè)在熔噴布口罩技術(shù)方面的不斷創(chuàng)新，也擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。例如，岳陽(yáng)唯爾復(fù)合材料科技有限公司防病菌口罩專利CN104055247B 采用聚合物超薄亞納濾

圖3 專利CN104302473A 中多層無(wú)紡布的截面圖

復(fù)合膜作為中間濾芯。鞍山瀚盛科技有限公司口罩中層為超細(xì)聚丙烯纖維熔噴材料層，外層表面還設(shè)有超臨界納米級(jí)光觸媒涂層，以達(dá)到防/抗病毒效果。廣州拜費(fèi)爾空氣凈化材料有限公司防/抗病毒口罩采用紡粘纖維層、熔噴纖維層、納米纖維層和第二紡粘纖維層的四層設(shè)計(jì)。

截止到2020年2月15日，共檢索到防/抗病毒口罩全球?qū)＠?61組（合并同族），在2003年SARS之后幾年國(guó)內(nèi)防病毒口罩相關(guān)專利出現(xiàn)一個(gè)申請(qǐng)高峰

4 3M抗病毒口罩專利情況

市場(chǎng)上，N95 口罩銷量較多的是3M品牌，其中，3M的型號(hào)有1860、1870、9132 幾種。下面，重點(diǎn)對(duì)3M防病毒口罩專利技術(shù)進(jìn)行一下分析。

對(duì)3M創(chuàng)新有限公司的防/抗病毒的口罩/面罩進(jìn)行檢索，得到14 組專利（申請(qǐng)），其中，較為重要的專利有兩組，同族代表專利分別為CN104302473A（具有抗過(guò)敏作用的多層非織造織物）和US20040241216A1（具有抗菌活性的親水性聚丙烯纖維）。下面重點(diǎn)對(duì)專利CN104302473A相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析。

專利技術(shù)內(nèi)容

專利CN104302473A：公開(kāi)了多層非織造織物和制造方法，其包括具有竹纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）型纖維和包含這些的射流噴網(wǎng)非織造織物的外層，具有熔噴非織造織物的中間層和具有熔噴非織造織物或熔噴射流噴網(wǎng)非織造織物的內(nèi)層，如圖3所示。三層非織造織物可以以各種方法結(jié)合，包括粘合劑、熱或超聲接合劑。中間層和內(nèi)層的一種以上的織物材料選自聚丙烯、聚烯烴、聚酯和聚酰胺。

其中，熔噴非織造織物為具有層合于篩網(wǎng)上的微纖維的高過(guò)濾功能的非織造織物，具有過(guò)濾器或過(guò)濾介質(zhì)的功能，包括具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的三維纖維集合體，該集合體中直徑10μm 或更小的細(xì)小纖維彼此結(jié)合。為了增強(qiáng)該過(guò)濾器功能，中間層可以電暈放電、等離子體放電、利用帶電水泡的水放電或這些混合的方式額外地進(jìn)行靜電處理。

技術(shù)效果：通過(guò)將射流噴網(wǎng)非織造織物置于表面層上和將熔噴非織造織物置于中間層上，多層非織造織物可作用為具有高功能性的過(guò)濾器。通過(guò)以最大外角層上所包含的過(guò)敏原鈍化劑防止病原體滲入內(nèi)部，它可提供抗過(guò)敏、抗病毒和抗菌的作用。該抗過(guò)敏產(chǎn)品可用于面罩、過(guò)濾器、防毒面罩、空氣凈化器和空氣調(diào)節(jié)器。

專利布局情況

考察3M創(chuàng)新有限公司專利CN104302473A相關(guān)技術(shù)專利布局情況，發(fā)現(xiàn)專利CN104302473A 共有8件同族專利，將該技術(shù)在全球主要的國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行了專利布局，包括美國(guó)、歐洲、中國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)家以及中國(guó)臺(tái)灣等地區(qū)。

3M創(chuàng)新有限公司最早將該技術(shù)以專利KR1020120140003A進(jìn)行申請(qǐng)，申請(qǐng)時(shí)間為2011年6月20日，其他專利以此為優(yōu)先權(quán)，申請(qǐng)時(shí)間為2012年6月19日，韓國(guó)和日本專利是通過(guò)WIPO申請(qǐng)進(jìn)入國(guó)家階段。另外，對(duì)3M創(chuàng)新有限公司的相關(guān)專利法律狀態(tài)進(jìn)行查詢，在INCOPAT 數(shù)據(jù)庫(kù)中，顯示的中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)、歐專局專利申請(qǐng)的法律狀態(tài)均視為撤回，為失效專利。

5 其它抗病毒口罩相關(guān)專利技術(shù)

截止到2020年2月15日，共檢索到防/抗病毒口罩全球?qū)＠?61 組（合并同族），從申請(qǐng)時(shí)間來(lái)看，在2003年SARS 之后幾年國(guó)內(nèi)防病毒口罩相關(guān)專利出現(xiàn)一個(gè)申請(qǐng)高峰，相關(guān)專利技術(shù)情況如下。

防/抗病毒口罩主要相關(guān)技術(shù)，包括抗病毒材料、添加抗病毒物質(zhì)、利用靜電或超聲技術(shù)殺病毒以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)等方面。

首先，在抗病毒口罩材質(zhì)方面，有通過(guò)防病毒竹纖維和納米結(jié)構(gòu)材料替代傳統(tǒng)口罩材質(zhì)的技術(shù)改進(jìn)，如專利WO2016099417A1; 有利用納米銀材料實(shí)現(xiàn)抗病菌功能的，如專利CN110743281A和CN205964734U; 還有使用銀離子殺菌材料，如將口罩內(nèi)外層設(shè)有銀絲網(wǎng)實(shí)現(xiàn)抗病毒效果，詳見(jiàn)專利CN104041960A。

其次，有一大類專利是將抗病毒物質(zhì)添加到口罩中，如通過(guò)在口罩中加入藥芯層或飼藥膜等實(shí)現(xiàn)抗病毒作用，添加的抗病毒物質(zhì)有西藥也有中草藥。如專利RU2549065C2 通過(guò)添加鉑碘化物、碘化鈀、碘化銀、碘化銅或硫氰酸銅至少一種細(xì)顆粒滅活病毒；專利CN205390400U 口罩本體的內(nèi)部設(shè)置有過(guò)濾殺毒芯，殺毒芯由過(guò)濾網(wǎng)、吸附層和殺毒層組成，殺毒層的表面粘附有殺菌顆粒，殺菌顆粒為盤尼西林顆粒；專利CN110742339A 藥物內(nèi)芯夾層上浸潤(rùn)有連翹花提取物；專利CN109832691A將中間層浸泡中草藥金銀花、甘草、黃連、菊花等混合中藥蒸煮液。

圖4 抗病毒口罩相關(guān)專利技術(shù)

圖5 防/抗病毒口罩過(guò)濾殺毒芯專利技術(shù)示意圖

圖6 金屬電網(wǎng)防病毒口罩專利技術(shù)示意圖

再次，有些專利中用到靜電技術(shù)或金屬電網(wǎng)殺滅病毒，專利CN101352390A 涉及一種靜電自吸過(guò)濾式防煙霧防病毒口眼罩；專利CN2748106Y 通過(guò)在罩體中置電連接的金屬網(wǎng)來(lái)防/抗病毒。還有專利通過(guò)超聲技術(shù)抗病毒，如專利KR1020170002096A，使用能夠產(chǎn)生超聲波的超薄薄膜超聲沉積裝置附在面罩上，通過(guò)產(chǎn)生超聲波來(lái)預(yù)防和消滅病毒。

另外，抗病毒口罩專利還在結(jié)構(gòu)方面有創(chuàng)新，諸如增加透氣性、解決換氣缺氧問(wèn)題（如CN2695034Y），增加鼻貼設(shè)計(jì)以增強(qiáng)舒適感（如DE102016124196A1），濾片易換設(shè)計(jì)（如CN207913039U、CN205390400U）等（見(jiàn)圖4）。

示例一：

專利CN205390400U 口罩本體的內(nèi)部設(shè)置有過(guò)濾殺毒芯，殺毒芯由過(guò)濾網(wǎng)、吸附層和殺毒層組成（見(jiàn)圖5）。吸附層上附著有竹炭微粒，可以更加徹底的對(duì)經(jīng)過(guò)口罩的空氣中的顆粒物進(jìn)行有效的吸附；殺毒層的表面粘附有殺菌顆粒，殺菌顆粒為盤尼西林顆粒，由于殺毒層上附著有殺菌顆粒，可以有效消滅空氣中含有的病菌，避免病菌進(jìn)入體內(nèi)對(duì)人體產(chǎn)生危害。

示例二：

專利CN2748106Y 通過(guò)在罩體中置電連接的金屬網(wǎng)（見(jiàn)圖6），金屬網(wǎng)通電后，有約0.25I 的交叉電流通過(guò)，同時(shí)，電網(wǎng)上還產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng)，使得病毒幾乎無(wú)法通過(guò)。該設(shè)計(jì)能有效地防止病毒從口腔吸入，從而降低人體患病的機(jī)率，有利于預(yù)防新冠狀肺炎和流感病毒。

總體來(lái)說(shuō)，安全防護(hù)用品之防病毒口罩三層設(shè)計(jì)運(yùn)用是目前較主要的方式，其次防病毒口罩還在利用抗病毒材質(zhì)，添加抗病毒中藥、西藥，在利用靜電、電網(wǎng)、超聲的技術(shù)消滅和阻隔所吸附病毒方面均有創(chuàng)新。