Mitkä ovat materiaalitieteelliset syyt erityyppisten materiaalien käytön taustalla?naamiotMitä erityisiä polymeerimateriaaleja ja valmistusprosesseja käytetään henkilönsuojainten (PPE) osalta?
Mistä materiaalista maskit on tehty?
Miksi eri naamioiden välillä on niin suuri ero? Kirjoittaessani leikkasin auki laboratoriossa yleisesti käytetyn nelikerroksisen aktiivihiilinaamion selvittääkseni, millaista se on sisältä:
Kuten voimme nähdä, maski on jaettu neljään kerrokseen. Kaksi ulointa kerrosta ovat kaksi kangasmaista materiaalia, musta kerros on aktiivihiiltä ja toinen on tiheää, hieman lautasliinan kaltaista kerrosta. Pieni meikki, kun olet etsinyt tietoa, keskimmäisen aktiivihiilikerroksen lisäksi kolme muuta kerrosta ovat eräänlaista materiaalia, jota kutsutaan kuitukankaaksi. Kuitukankaat (englanninkielinen nimi: non-woven Fabric tai Nonwoven cloth) tunnetaan myös nimellä Nonwoven Fabric, joka on valmistettu suunnatuista tai satunnaisista kuiduista. Sitä kutsutaan kankaaksi sen ulkonäön ja tiettyjen ominaisuuksien vuoksi.
Kuitukankaiden valmistusprosesseja on monenlaisia, kuten kehräysprosessi, sulatusruiskutusprosessi, kuumavalssausprosessi, kehräysprosessi ja niin edelleen. Käytettäviä raakakuituja ovat pääasiassa polypropeeni (PP) ja polyesteri (PET). Lisäksi on olemassa nailonia (PA), viskoosikuitua, akryylikuitua, polypropeenikuitua (HDPE), PVC:tä jne.
Tällä hetkellä markkinoilla useimmat kuitukankaat valmistetaan kehruumenetelmällä. Tässä menetelmässä muodostetaan jatkuva filamentti puristamalla ja venyttämällä polymeeriä, minkä jälkeen filamentti asetetaan verkkoon, ja kuituverkko sidotaan itseensä lämpösidonnalla, kemiallisella sidonnalla tai mekaanisella lujituksella, jolloin kuituverkosta tulee kuitua. Kehruutetut kuitukankaat on helppo tunnistaa. Yleensä kehruutettujen kuitukankaiden pyörimispiste on timantin muotoinen.
Toinen yleinen kuitukankaan valmistusprosessi on kuitukankaan neulaus. Valmistusperiaatteena on puhkaista kuituverkko toistuvasti piikkireunoilla ja kolmio-osan (tai muiden osien) reunoilla. Kun piikki kulkee verkon läpi, se pakottaa verkon pinnan ja paikallisen sisäkerroksen verkkoon. Kuitujen välisen kitkan vuoksi alkuperäinen pörröinen verkko puristuu kokoon. Kun neula poistuu verkosta, piikkien jättämät säikeet jäävät jälkeensä, jolloin monet säikeet takertuvat verkkoon eivätkä voi palata alkuperäiseen pörröiseen tilaansa. Useiden neulausten jälkeen kuituverkkoon puhkaistaan melko paljon kuitukimpuja, ja verkon kuidut takertuvat toisiinsa muodostaen neulattua kuitumateriaalia, jolla on tietty lujuus ja paksuus.
Mutta näiden kahden kuitukankaan huokoset ovat liian suuria lääketieteellisiin tarkoituksiin, jotta niistä voitaisiin eristää viruksia noin 100 nm:n aallonpituudella.
Yleisen kirurgisen maskin välikerros valmistetaan siis kuitukankaasta sulatusruiskutuksella. Sulatusruiskutettavan kuitukankaan valmistuksessa polymeerimasterbatsi (yleensä polypropeeni) laitetaan ensin ekstruuderiin ja sulatetaan se ekstruuderissa noin 240 ℃:n lämpötilassa (PP:lle). Sula kulkee annostelupumpun läpi ja saavuttaa ruiskutusmuotin pään. Kun vasta muodostettu polymeeri ekstrudoidaan kehruusuuttimesta, paineilman pää VAIKUTTAA polymeeriin ja vetää kuuman filamentin halkaisijaltaan 1–10 m äänen nopeudella (550 m/s). Fysikaalisten ominaisuuksiensa perusteella tällaista verkkoa kutsutaan mikrokuituverkoksi. Nämä ainutlaatuisen kapillaarisuuden omaavat erittäin hienot kuidut lisäävät kuitujen määrää ja pinta-alaa pinta-alayksikköä kohti, mikä tekee sulatusruiskutetuista kankaista hyvät suodatus-, suojaus-, eristys- ja öljynimukykyominaisuudet. Sitä voidaan käyttää ilmassa, nestesuodatusmateriaaleissa, eristysmateriaaleissa, maskimateriaaleissa ja muilla aloilla.
Lääketieteellisen maskin suodatusmekanismit ovat Brownin diffuusio, sieppaus, inertiatörmäys, painovoiman laskeutuminen ja sähköstaattinen adsorptio. Neljä ensimmäistä ovat kaikki fysikaalisia tekijöitä, jotka ovat sulatusruiskulla valmistettujen kuitukankaiden luonnollisia ominaisuuksia. Suodatusominaisuus on noin 35 %. Tämä ei täytä lääketieteellisen maskin vaatimuksia. Meidän on suoritettava materiaalille kiinteä käsittely, saatava kuitu kantamaan sähkövarausta ja käytettävä sähköstaattista sähköä uuden koronaviruksen sisältämän aerosolin talteen ottamiseksi.
Uuden koronaviruksen aerosoli (aerosoli) saatiin talteen adsorboimalla se varautuneen kuidun Coulombin voiman avulla. Periaatteena on tehdä suodatinmateriaalin pinnasta avoimempi, jolloin hiukkasten sieppauskyky on vahva ja varaustiheys kasvaa, hiukkasten adsorptio ja polarisaatiovaikutus ovat voimakkaampia. Näin sulapuhallettu kuitusuodatinmateriaali kestää suodatuskerroksen, joka ei muutu hengitysvastuksen ollessa alhainen ja saavuttaa 95 %:n suodatettavuuden, jotta se olisi tehokas virusta vastaan.
Tutkittuani asiaa, minulla on yleinen käsitys kädessäni olevan maskin koostumuksesta: ulkokerros on valmistettu neulalla rei'itetystä PP-kuitukankaasta ja välikerros on aktiivihiilikerros ja PP-sulatesuihkukangaskerros.
Julkaisun aika: 29. elokuuta 2020