張勇

上海超高環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?（上海 200942）

一場(chǎng)突如其來的新冠肺炎疫情蔓延至200 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，奪走了幾十萬人的生命。新冠肺炎病毒來勢(shì)兇猛，其除了通過飛沫傳播和接觸傳播外，極易在公共場(chǎng)所的密閉空間內(nèi)快速傳播，航母、潛艇、游輪的餐廳、娛樂場(chǎng)所和寢室都是密閉空間，空氣的流通主要通過中央空調(diào)送風(fēng)與吸風(fēng)來完成空氣的內(nèi)部循環(huán)（俗稱“內(nèi)循環(huán)”），這樣一來，只要有發(fā)病的病人在這個(gè)環(huán)境中存在，病毒就會(huì)隨著空氣流動(dòng)到各個(gè)密閉空間，造成交叉感染。賓館、辦公樓、醫(yī)院門診樓、各大商場(chǎng)與其他公共空間同樣具有這種隱患。究其原因，這些中央空調(diào)進(jìn)出口使用的過濾網(wǎng)均以過濾塵顆粒為主，不具備過濾細(xì)菌和殺滅細(xì)菌的作用。本研究提供了一種具有滅菌通道可自由彎曲成型的燒結(jié)過濾網(wǎng)，其具有殺滅細(xì)菌粒子和攔截粒徑在80～120 nm 之間顆粒物（新冠病毒粒子直徑大約為80～100 nm）的作用，以該材料制作的各類中央空調(diào)過濾網(wǎng)可殺滅細(xì)菌，杜絕密閉空間因空氣流通造成的交叉感染。

1 材料的選用與耦合研究

具有滅菌通道可自由彎曲成型的燒結(jié)過濾網(wǎng)的材料選用，決定了過濾網(wǎng)能否具備滅菌和自由彎曲的功能。在選材上，首選聚苯醚粉末為濾網(wǎng)的基材。聚苯醚無毒、透明、相對(duì)密度小，具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、耐應(yīng)力松弛、抗蠕變性、耐熱性、耐水性、耐水蒸氣性和尺寸穩(wěn)定性；在很寬的溫度、頻率范圍內(nèi)電性能良好，具備自熄功能。其次，選用納米銀離子粉末為殺菌材料，納米銀離子作為最新一代的天然抗菌材料具有以下特點(diǎn)：強(qiáng)效殺菌，可以在數(shù)分鐘內(nèi)殺死多種對(duì)人體有害的病菌；廣譜抗菌殺菌且無任何耐藥性；滲透性強(qiáng)，可由毛孔迅速滲入皮下，對(duì)普通細(xì)菌、頑固細(xì)菌、耐藥細(xì)菌以及真菌引起的感染均有良好的殺菌作用；促進(jìn)愈合，改善創(chuàng)傷周圍組織的微循環(huán)，有效地激活并促進(jìn)組織細(xì)胞生長(zhǎng)，加速傷口愈合，減少疤痕生成；抗菌持久。第三，選用活性炭粉末作為吸附材料?；钚蕴渴且环N黑色多孔的固體炭質(zhì)，主要成分為碳，并含少量氧、氫、硫、氮、氯等元素?；钚蕴渴且环N很細(xì)小的炭粒，有很大的比表面積，而且炭粒中有更細(xì)小的孔——毛細(xì)管，其具有很強(qiáng)的吸附能力。由于炭粒的比表面積很大，所以能與氣體（雜質(zhì)）充分接觸并將其吸附，起到凈化作用。

材料確定后，耦合是關(guān)鍵。先將聚苯醚和活性炭進(jìn)行配比混煉、擠出造粒、粉碎研磨，然后通過篩選，取合適粒徑的粉末與納米銀離子粉末進(jìn)行二次混煉，混煉時(shí)的溫度控制在150 ℃左右，待溫度下降至65 ℃左右時(shí)，將材料出鍋、裝袋備用。至此完成對(duì)聚苯醚、活性炭和銀離子粉末材料的親和與耦合。

2 產(chǎn)品成型與結(jié)構(gòu)探究

將親和與耦合后的材料經(jīng)過稱量、定量地加入到鋁制成型模具內(nèi)，模具吊掛在環(huán)形步進(jìn)裝置上，進(jìn)入回轉(zhuǎn)爐窯，分段升溫加熱燒結(jié)。當(dāng)溫度升至350 ℃時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入保溫模式，保溫180 min 后爐門自動(dòng)打開，移出模具至冷卻裝置進(jìn)行驟冷，溫度降至125 ℃時(shí)開模，取出成型的制成品，即為具有滅菌通道可自由彎曲成型的燒結(jié)過濾網(wǎng)。在燒結(jié)過程中，受熱的聚苯醚材料體積膨脹，通過界面將應(yīng)力傳遞給銀離子粉末，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到支撐，并將納米銀離子和粉狀活性炭牢牢地鑲嵌在聚苯醚的表面，形成具有滅菌通道和微孔結(jié)構(gòu)的燒結(jié)過濾網(wǎng)，也改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能，使其具備反復(fù)清洗、重復(fù)使用（測(cè)試數(shù)據(jù)見表1）的性能。過濾網(wǎng)設(shè)計(jì)的理想結(jié)構(gòu)如圖1 所示，成型產(chǎn)品的電鏡照片見圖2。對(duì)比圖1 與圖2，發(fā)現(xiàn)成型產(chǎn)品的滅菌通道清晰規(guī)則，其技術(shù)數(shù)據(jù)坐落在原設(shè)計(jì)的理想范圍內(nèi)，滅菌通道的空隙限定在100 nm 左右。

表1 過濾網(wǎng)反復(fù)清洗、重復(fù)使用效率的檢測(cè)結(jié)果

圖1 過濾網(wǎng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

圖2 過濾網(wǎng)電鏡照片

3 成型產(chǎn)品的功能

采用聚苯醚塑料粉末、納米銀離子粉末、活性炭粉末為原料，經(jīng)過混煉，加入到模具內(nèi)燒結(jié)成一種具有全穿透微孔結(jié)構(gòu)且可任意彎曲的過濾網(wǎng)。該過濾網(wǎng)的外形結(jié)構(gòu)如圖3 所示，它不僅可以平面分布，也可以任意彎曲。

圖3 過濾網(wǎng)外形結(jié)構(gòu)

該燒結(jié)過濾網(wǎng)經(jīng)過國(guó)家有資質(zhì)的檢測(cè)單位檢測(cè)，其對(duì)大腸桿菌的殺滅效率為99.97%，對(duì)金黃色葡萄球菌的殺滅率為99.998%（檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2），對(duì)于冠狀病毒HCoV 229E 株的殺滅率（經(jīng)英格爾檢測(cè)有限公司檢測(cè)）見表3。由表3 可知，過濾網(wǎng)對(duì)冠狀病毒HCoV 229E 株的平均滅活對(duì)數(shù)值為0.79（即平均殺滅率為83.83%）。

表2 過濾網(wǎng)對(duì)細(xì)菌殺滅效率的檢測(cè)結(jié)果

表3 對(duì)人體冠狀病毒229E 株的滅活效果（接觸1 h）

4 結(jié)語

采用聚苯醚粉料、納米銀離子粉料、活性炭原料的組合，在模具內(nèi)燒結(jié)成一種具有全穿透微孔滅菌通道并可自由彎曲成型的燒結(jié)過濾網(wǎng)的方法是可行的。這種燒結(jié)過濾網(wǎng)可以充分適應(yīng)流體力學(xué)中的線條輪廓，降低氣流阻力，由于過濾網(wǎng)是剛性結(jié)構(gòu)，能夠反復(fù)清洗、重復(fù)使用，大大延長(zhǎng)了使用壽命，并具備過濾面積大、過濾精度高、殺菌效果好、節(jié)能減排等諸多優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航母、潛艇、游輪以及醫(yī)院、寫字樓、賓館等中央空調(diào)的過濾，具有廣闊的市場(chǎng)前景。