N95口罩發明者竟是台灣人!揭祕它讓全球醫護搶著用的關鍵技術

2020-04-06 21:38

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圖為N95口罩。(盧逸峰攝)

圖為N95口罩。(盧逸峰攝)

武漢肺炎疫情早在爆發之初,台灣人就懂得戴起口罩防止飛沫傳染,然而您有想過自己與過續效果佳的N95口罩,之間有著什麼神秘的連結嗎?原來N95口罩的發明功臣是台灣人!台灣不織布工業同業公會在臉書撰文分享表示,「利用Peter Tsai博士的新方法所得到的帶電不織布,過濾空氣中顆粒的能力強了10倍,還不會阻礙空氣流通,奠定了N95口罩的技術基石。去年,曾有人估計這項技術保護和改善了超過10億人的健康 」。

N95口罩中間層是關鍵,熔噴布市價30萬元1噸

由劉迪一撰文、發表在臺灣區不織布工業同業公會官網的文章中指出,N95口罩裡的「N」為「not resistant to oil」不防油,「95」則意為使用0.3微米顆粒進行測試時的過濾效率,95就是至少能過濾掉95%的流感病毒、灰塵、花粉、霧霾、以及煙塵等微小顆粒物;與醫用外科口罩類似,N95口罩的主體結構是由表層抗濕層、中間過濾吸附層以及內層貼膚層三部分組成,原材料均為高分子材料聚丙烯。

口罩表層抗濕層和內層貼膚層,大多都以紡粘不織布和熱風不織布為原料,此類不織布的纖維直徑在15~40μm,透氣性出色,但幾乎沒有過濾能力,它們作為口罩的最外和最內層,主要目的在於定型和保護中間層的熔噴布。

而中間層的熔噴布就是口罩製造技術的核心,也因此在市場上被炒到了30多萬元1噸。

熔噴不織布工藝與駐極處理,2大關鍵技術打造防護層

熔噴布的纖維直徑為1~5μm、細密而錯雜地排列,不讓粉塵、病毒與細菌微沫留任何進入的空檔,發揮著過濾與阻隔的核心作用,而這一功能的製造和實現,關鍵就是兩大核心技術的支撐。

第一:熔噴布得用穩定又精確的熔噴不織布工藝批量生產出來,然而平均直徑<5μm的超細纖維可不是拉麵,不是想拉就能拉的。

第二:拉出的熔噴布得經過「駐極處理」,讓纖維表面帶上大量靜電電荷,才能借助靜電吸附作用來捕捉細微顆粒物,這項關鍵處理技術,保護和改善了超過10億人的健康 。

至今,兩大核心技術的實現與普及幫助N95口罩走入千家萬戶,但在30年前,它們是很多研究者在實驗室裡熬夜研發的項目。美國台灣工程師蔡秉燚(Peter Tsai)也是研發大軍裡的其中之一。蔡秉燚博士在材料方面涉獵廣泛,他既研究熔噴不織布工藝,又解決駐極處理問題。 在熔噴不織布方面,他不斷嘗試優化熔噴工藝,推動其發展,到如今,人們可以直接利用一套成熟的方法,在高壓、高熱空氣下將聚合物牽伸成超細纖維。

而在駐極處理技術方面,他的貢獻更是堪稱革命性。首先,他利用電場使中性的空氣發生電離,產生帶相反電荷的離子和電子,然後通過電場和感應使不織布纖維帶上電。經過這種駐極處理的纖維便可以吸附各種企圖穿過口罩的微小物體。 

1995年,蔡秉燚博士獲得了5項美國專利,其中一項便是這個口罩黑科技,到了2006年蔡秉燚博士更是獲得田納西大學設立、頗負盛名的惠利獎,此獎旨在表彰那些做出了卓越產業化研究的教職工。

不織布纖維領域先鋒,蔡博士致力於研究成果產業化

2018年的時候,蔡秉燚博士還研發了一種通過摩擦將靜電荷安排到織物上的新方法。這個新技術使用超純水浸透不織布,然後以高壓真空把水抽掉,這個被稱為「水力摩擦帶電」(hydro triboelectrification)的過程能產生摩擦,並將電荷高效地傳遞到織物上,且無需重複,最後可以得到過濾效率比未處理的織物高20倍的不織布。

作為一位不織布纖維領域的先鋒,他目前擁有12個美國發明專利,超過20個商業產品授權,其技術被工業界廣泛使用了30多年,除了用在N95和醫用口罩上,還有HVAC空氣篩檢程式等產品。這位N95口罩的幕後締造者在田納西大學工作長達35年,他將他的技術經田大智慧財產所轉移,並與之合作長達25年,去年剛剛退休,還在去年十二月因新發明,又拿到田大第二次惠利獎,取名為創新者名人奨,為田大有史以來唯一第二次拿該奬的人。

田納西大學的副校長瑪哈·克裡希那穆提曾評價:「Peter證明了我們學校的研究人員是怎樣建立、並保持科研與產業間聯繫的,是怎樣將創新產品推向市場並產生巨大影響的。我們感謝他對研究的奉獻,以及對研究成果產業化的熱情和動力」。

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