Millised on materjaliteaduslikud põhjused erinevat tüüpi materjalide kasutamise taga?maskidMilliseid spetsiaalseid polümeermaterjale ja tootmisprotsesse kasutatakse lisaks isikukaitsevahenditele ka?
Mis materjalist maskid on tehtud?
Miks on erinevate maskide vahel nii suur erinevus? Kirjutades lõikasin lahti laboris tavaliselt kasutatava neljakihilise aktiivsöemaski, et teada saada, milline see seestpoolt välja näeb:
Nagu näeme, on mask jagatud neljaks kihiks. Kaks äärmist kihti on valmistatud kahest riidetaolisest materjalist, must kiht on aktiivsüsi ja teine kiht on tihe, mis meenutab natuke salvrätikut. Pärast mõningate andmete otsimist on lisaks aktiivsöe kihile ka ülejäänud kolm kihti materjalist, mida nimetatakse lausriideks. Lausriie (ingliskeelne nimetus: non-woven Fabric või Nonwoven cloth) on valmistatud suunatud või juhuslikest kiududest. Seda nimetatakse kangaks oma välimuse ja teatud omaduste tõttu.
Lausriide valmistamiseks on palju erinevaid protsesse, sealhulgas ketramisprotsess, sulatuspihustusprotsess, kuumvaltsimisprotsess, ketramisprotsess jne. Kasutatavad toorkiud on peamiselt polüpropüleen (PP) ja polüester (PET). Lisaks on olemas nailon (PA), viskooskiud, akrüülkiud, polüpropüleenkiud (HDPE), PVC jne.
Praegu toodetakse turul enamikku lausriideid ketramismeetodil. Selle meetodi puhul moodustatakse pidev filament polümeeri ekstrudeerimise ja venitamise teel, seejärel asetatakse filament võrku ja seejärel liimitakse kiudvõrk ise kokku termilise sidumise, keemilise sidumise või mehaanilise tugevdamise teel, nii et kiudvõrk muutub lausriideks. Kedratud lausriideid on lihtne tuvastada. Üldiselt on ketratud lausriide rullimispunkt rombikujuline.
Teine levinud lausriide tootmisprotsess on nõelumine. Tootmispõhimõte on kiudvõrgu korduval läbistamisel okaste servade ja kolmnurkse sektsiooni (või muude sektsioonide) servadega. Kui okas läbib võrgustikku, surub see võrgu pinna ja kohaliku sisemise kihi võrku. Kiududevahelise hõõrdumise tõttu surutakse algne kohev võrk kokku. Kui nõel võrgust väljub, jäävad okaste vahele kiud, nii et paljud kiud takerduvad võrku ega saa oma algsesse kohevasse olekusse tagasi pöörduda. Pärast mitut nõelumist torgatakse kiudvõrku üsna palju kiukimpe ja võrgus olevad kiud takerduvad omavahel, moodustades nõelumisega valmistatud lausriide teatud tugevuse ja paksusega.
Kuid kahe lausriide poorid on meditsiiniliseks otstarbeks liiga suured, et isoleerida umbes 100 nm lainepikkusega viiruseid.
Seega valmistatakse üldkirurgilise maski vahekiht sulatuspihustamise teel lausriidest. Sulatuspihustamisega lausriide tootmine seisneb esmalt polümeeri põhisegu (tavaliselt polüpropüleen) ekstruuderisse panemises ja selle sulatamises ekstruuderis temperatuuril umbes 240 ℃ (PP puhul). Sulatus läbib doseerimispumba ja jõuab survevaluvormi peani. Kui äsja moodustatud polümeer ekstrudeeritakse tsentrifuugist välja, mõjutab suruõhu ots polümeeri ja tõmbab kuuma filamendi 1–10 m läbimõõduga õhukiirusega, mis on suurem kui helikiirus (550 m/s). Oma füüsikaliste omaduste kohaselt nimetatakse sellist võrku mikrokiudvõrguks. Need ülipeened kiud, millel on ainulaadne kapillaarsus, suurendavad kiudude arvu ja pindala ühiku pindala kohta, muutes sulatuspihustamisega töödeldud kangad headeks filtreerimis-, varjestus-, isolatsiooni- ja õliimamisomadusteks. Seda saab kasutada õhu, vedeliku filtreerimismaterjalina, isolatsioonimaterjalina, maskimaterjalina ja muudes valdkondades.
Meditsiinimaski filtreerimismehhanismid on Browni difusioon, pealtkuulamine, inertsiaalne kokkupõrge, gravitatsiooniline settimine ja elektrostaatiline adsorptsioon. Esimesed neli on kõik füüsikalised tegurid, mis on sulatuspihustusega toodetud lausriide loomulikud omadused. Filtreerimisomadus on umbes 35%. See ei vasta meditsiinimaski nõuetele. Peame materjali statsionaarselt töötlema, panema kiu elektrilaengut kandma ja kasutama elektrostaatilist laengut, et püüda kinni aerosool, milles uudne koroonaviirus sisaldub.
Uudse koroonaviiruse aerosool (aerosool) püüti kinni laetud kiudude Coulombi jõu abil uudse koroonaviiruse adsorptsiooni teel. Põhimõte on muuta filtreerimismaterjali pind avatumaks, osakeste püüdmisvõime on tugev ja laengutihedus suureneb, osakeste adsorptsioon ja polarisatsiooniefekt on tugevam, seega on sulatatud puhutud lausriidest filtrimaterjali filterkiht, millega toime tulla, ei saa hingamistakistuse eeldusel muutuda, saavutada 95% filtreeritavus, et olla viiruse vastu tõhus.
Pärast mõningast uurimistööd on mul käes oleva maski koostisest üldine arusaam: välimine kiht on valmistatud nõelaga augustatud PP-st lausriidest ning vahekiht on aktiivsöe kiht ja PP-sulatatud pihustuslapi kiht.
Postituse aeg: 29. august 2020