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口罩是什么材料制成的?啥是N95?

来源:广州耳鼻喉医院 时间:2020/3/23 18:18

  如何选择口罩?

  从设计上,如果按照对佩戴者自身的防护能力优先级排名的话(从高到低):

  N95口罩>外科口罩>普通医用口罩>普通棉口罩。

  对于这次新情况,有明显阻隔作用的是

  医用外科口罩和对非油性颗粒的过滤大于等于95%的口罩

  如N95、KN95、DS2、FFP2等

  目前我国医用口罩主要分为3种:

  防护级别最高的医用防护口罩、手术室等有创操作环境常用的医用外科口罩和普通级别的一次性使用医用口罩。

  口罩为什么能够阻挡病毒的传播呢?它又是什么样的材质呢?

  我们通常说口罩是无纺布材料,无纺布是相对纺织布来说,就是非纺织的布,是由定向的或随机的纤维而构成。

  具体到口罩上,其原料全部都是聚丙烯(Polypropylene,简称PP),医疗用口罩一般都是多层结构,一般简称为SMS结构

  化学小知识

  聚丙烯:英文名polypropylene,简称PP,是一种无色、无臭、无毒、半透明固体物质,是丙烯加聚反应而成的聚合物。分子式为 -[CH2CH(CH3)]n-。聚丙烯广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产,也用于食品、药品包装。

  从口罩用料上来看,聚丙烯高熔指无纺布专用料成为最佳选择,生产熔体质量流动速率在33-41g/min的聚丙烯产品,达到卫材聚丙烯无纺布标准。

  聚丙烯无纺布专用料生产的无纺布可用于一次性手术衣、被单、口罩、盖布、液体吸收垫等医疗卫生用品。其中,无纺布口罩是由专业用于医疗卫生的纤维无纺布内两层,中间增加一层过滤防菌达99.999%的以上过滤溶喷布经超声波焊接而成。

  有哪些防病毒医用口罩:

  能起到病毒防护作用的口罩主要有医用外科口罩和N95口罩。国家YY 0469-2004《医用外科口罩技术要求》标准规定,医用外科口罩须达到的重要技术指标包括过滤效率、细菌过滤效率和呼吸阻力:

  过滤效率:在空气流量(30±2)L/min条件下,对空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm氯化钠气溶胶的过滤效率不低于30%;细菌过滤效率:在规定条件下,对平均颗粒直径为(3±0.3)μm的金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率不低于95%;呼吸阻力:在过滤效率流量条件下,吸气阻力不超过49Pa,呼气阻力不超过29.4Pa。

  其中保证细菌过滤效果的标准就是第二条,金黄色葡萄球菌细菌气溶胶过滤效率不低于95%,这也就是N95概念的由来。因此N95口罩虽然不是医用口罩,但是满足过滤效率满足95%的标准,且能更好地贴合人体面部,所以也能起到很好的病毒预防作用。

  而给这两种口罩带来病毒过滤作用的主要材料就是极细密且带静电的内层过滤布——熔喷无纺布。

  熔喷无纺布主要材质是聚丙烯,是一种超细静电纤维布,可以捕捉粉尘。含有肺炎病毒的飞沫靠近熔喷无纺布后,会被静电吸附在无纺布表面,无法透过。

  这就是这种材料隔绝病菌的原理。粉尘被超细静电纤维捕捉住后,极不易因清洗而脱离,且水洗亦会被破坏静电的吸尘能力。因此这种口罩只能一次性使用。适合平面口罩熔喷过滤级别有:普通级、BFE95(滤效95%)、BFE99(滤效99%)、VFE95(滤效99%)、PFE95(滤效99%)、KN90(滤效90%)。

  医用外科口罩一般是由三层无纺布制成。材料是纺粘无纺布+熔喷无纺布+纺粘无纺布。也可以一层改用短纤改善皮肤触感,即ES热轧无纺布+熔喷无纺布+纺粘无纺布。口罩外层具有防飞沫设计,中层过滤,内存吸湿。熔喷布一般选用20克重的。

  而N95杯型口罩则由针刺棉、熔喷布、及无纺布组成,其熔喷布通常采用40克重甚至更高,再加上针刺棉的厚度,所以外观上看起来比平面口罩更厚一些,其防护效果至少能达到95%。

  几层口罩,在口罩的国家标准GB/T 32610中并没有规定,如果是医疗用口罩,至少应该是3层,即我们说的SMS(2层S层和1层M层),目前国内最高的层数是5层,即SMMMS(2层S层和3层M层),做口罩并不难,比较难的是做SMMMS布,一台进口的无纺布设备价格都是上亿元。

  这里面的S广州耳鼻喉医院(ebhccy.cn)表示纺粘层(Spunbond),其纤维直径比较粗,在20微米(μm)左右,2层S纺粘层主要作用是支撑整个无纺布结构,对阻隔并没有太大的作用。

  口罩里面最重要的是阻隔层或则熔喷层M(Meltblown),熔喷层的纤维直径比较细,在2微米(μm)左右,所以只有纺粘层直径的十分之一,这个对防止细菌、血液渗透其至关重要的作用。

  如果S纺粘层过多,口罩就比较硬,而熔喷层M过多,则呼吸比较困难,所以从口罩呼吸的难易程度可以判断口罩的隔绝效果,呼吸越困难,则阻隔效果更好,但是,如果M层变为薄膜,就基本上不透气了,病毒是阻隔了,但人也无法呼吸了。所以,这也是一个技术问题。

  为了更能说明问题,我们将纺粘层S纤维,熔喷层M纤维和头发做一个对比图如下,头发直径的1/3,接近纺粘层纤维,而头发直径的1/30,和熔喷层M纤维直径接近了,当然,研发人员还在开发更细的纤维,来保证更好的抗菌阻隔性。

  前面提到,M层越细,就越能阻挡细菌等微小颗粒的进入,比如N95,就是指在正常情况下,能阻挡95%的微小颗粒(0.3微米),按照医用防护口罩国家标准GB/T 19083要求,在气体流量为85L/min情况下,口罩对非油性颗粒过滤效率符合下表要求:

  表1:医用防护口罩过滤等级

  从上面的解释来说,N95实际上就是用聚丙烯无纺布SMMMS制作成的能过滤95%微细颗粒的5层口罩。

  说了这么多理论性的内容,那么,口罩是如何制成的呢?

  当前,多地口罩供不应求,口罩上游炼化企业和下游生产企业都在加班加点,增加产量,全力对抗这场没有硝烟的战争。

  最后,还是恳请每一个人:

  戴好口罩,做好防护,

  这不仅是对自己的保护,

  也是为防控疫情做出应有的贡献。

  人人都是一道防线,

  将病毒挡在口罩之外,

  疫情的魔鬼终究会被彻底罩住。

  (来源于流程工业、腾讯视频等,化学人生)



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