मास्क बनाने का कच्चा माल — मेल्टब्लोन नॉनवॉवन | जिन्हाओचेंग

विभिन्न प्रकार के पदार्थों के उपयोग के पीछे भौतिक विज्ञान संबंधी क्या कारण हैं?मास्कव्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (पीपीई) के संदर्भ में, इसमें कौन-कौन सी विशेष पॉलिमर सामग्री और विनिर्माण प्रक्रियाएं शामिल हैं?

मास्क किस सामग्री से बने होते हैं?

अलग-अलग मास्क में इतना बड़ा अंतर क्यों होता है? लिखते समय, मैंने प्रयोगशाला में आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले चार परतों वाले सक्रिय चारकोल मास्क को काटकर देखा कि अंदर से यह कैसा दिखता है:

जैसा कि हम देख सकते हैं, मास्क चार परतों में विभाजित है। सबसे बाहरी दो परतें कपड़े जैसी सामग्री से बनी हैं, काली परत सक्रिय कार्बन की है, और दूसरी परत घनी है, जो कुछ हद तक नैपकिन जैसी है। कुछ जानकारी देखने के बाद पता चला कि सक्रिय कार्बन की मध्य परत के अलावा, बाकी तीन परतें नॉन-वोवन फैब्रिक नामक सामग्री से बनी हैं। नॉन-वोवन फैब्रिक (अंग्रेजी नाम: non-woven Fabric or Nonwoven cloth) को नॉन-वोवन फैब्रिक भी कहा जाता है, जो निर्देशित या अनियमित रेशों से बना होता है। इसे इसकी बनावट और कुछ विशेष गुणों के कारण कपड़ा कहा जाता है।

नॉन-वोवन फैब्रिक के निर्माण की कई प्रक्रियाएँ हैं, जिनमें स्पनबॉन्डिंग प्रक्रिया, मेल्टिंग स्प्रे प्रक्रिया, हॉट रोलिंग प्रक्रिया, स्पिनिंग प्रक्रिया आदि शामिल हैं। उपयोग किए जा सकने वाले कच्चे रेशे मुख्य रूप से पॉलीप्रोपाइलीन (PP) और पॉलिएस्टर (PET) हैं। इसके अलावा, नायलॉन (PA), विस्कोस फाइबर, एक्रिलिक फाइबर, पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर (HDPE), PVC आदि भी उपलब्ध हैं।

वर्तमान में, बाज़ार में अधिकांश नॉन-वोवन फैब्रिक का उत्पादन स्पनबॉन्डिंग विधि द्वारा किया जाता है। इस विधि में, पॉलीमर को एक्सट्रूड और स्ट्रेच करके निरंतर फिलामेंट बनाया जाता है, फिर फिलामेंट को एक नेट में बिछाया जाता है, और फिर फाइबर नेट को थर्मल बॉन्डिंग, केमिकल बॉन्डिंग या मैकेनिकल सुदृढ़ीकरण द्वारा आपस में जोड़ा जाता है, जिससे फाइबर नेट नॉन-वोवन बन जाता है। स्पनबॉन्डेड नॉन-वोवन फैब्रिक को पहचानना आसान होता है। आमतौर पर, स्पनबॉन्डेड नॉन-वोवन फैब्रिक का रोलिंग पॉइंट हीरे के आकार का होता है।

नॉन-वोवन फैब्रिक बनाने की एक अन्य सामान्य प्रक्रिया को नीडलिंग नॉन-वोवन फैब्रिक कहा जाता है। इस प्रक्रिया में, त्रिभुजाकार खंड (या अन्य खंडों) के नुकीले किनारों से फाइबर नेट को बार-बार छेदा जाता है। जब नुकीला सिरा नेट से गुजरता है, तो यह नेट की सतह और भीतरी परत को दबा देता है। फाइबर के बीच घर्षण के कारण, मूल रोएँदार नेट संकुचित हो जाता है। जब नीडल नेट से बाहर निकलती है, तो रेशे नुकीले सिरों द्वारा पीछे छूट जाते हैं, जिससे कई रेशे नेट में उलझ जाते हैं और अपनी मूल रोएँदार अवस्था में वापस नहीं आ पाते। कई बार नीडलिंग करने के बाद, फाइबर नेट में काफी संख्या में फाइबर के गुच्छे छेदे जाते हैं, और नेट में फाइबर आपस में उलझ जाते हैं, जिससे एक निश्चित मजबूती और मोटाई वाला नीडलिंग नॉन-वोवन मटेरियल बनता है।

लेकिन चिकित्सा उद्देश्यों के लिए लगभग 100 एनएम पर वायरस को अलग करने के लिए दोनों गैर-बुने हुए कपड़ों के छिद्र बहुत बड़े हैं।

इसलिए, सामान्य सर्जिकल मास्क की मध्यवर्ती परत मेल्ट स्प्रे विधि द्वारा नॉन-वोवन कपड़े से बनाई जाती है। मेल्ट स्प्रे नॉन-वोवन कपड़े के उत्पादन में सबसे पहले पॉलीमर मास्टरबैच (आमतौर पर पॉलीप्रोपाइलीन) को एक्सट्रूडर में डाला जाता है और इसे लगभग 240℃ (पीपी के लिए) तापमान पर एक्सट्रूडर में पिघलाया जाता है। पिघला हुआ पदार्थ मीटरिंग पंप से गुजरता है और इंजेक्शन मोल्ड हेड तक पहुंचता है। जब नवगठित पॉलीमर स्पिनरेट से बाहर निकलता है, तो संपीड़ित हवा का सिरा पॉलीमर पर क्रिया करता है और गर्म फिलामेंट को ध्वनि की गति से अधिक (550 मीटर/सेकंड) वायु वेग से 1 से 10 मीटर व्यास तक खींचता है। इसके भौतिक गुणों के आधार पर, इस प्रकार के जाल को माइक्रोफाइबर जाल कहा जाता है। अद्वितीय केशिका गुण वाले ये अतिसूक्ष्म रेशे प्रति इकाई क्षेत्रफल में रेशों की संख्या और सतह क्षेत्र को बढ़ाते हैं, जिससे पिघले हुए स्प्रे से निर्मित कपड़ों में बेहतर निस्पंदन, परिरक्षण, इन्सुलेशन और तेल अवशोषण गुण आ जाते हैं। इसका उपयोग वायु, तरल निस्पंदन सामग्री, अलगाव सामग्री, मास्क सामग्री और अन्य क्षेत्रों में किया जा सकता है।

मेडिकल मास्क की फ़िल्टरिंग प्रक्रिया ब्राउनियन डिफ्यूजन, इंटरसेप्शन, इनर्शियल कोलिजन, ग्रेविटी सेटलमेंट और इलेक्ट्रोस्टैटिक एडसॉर्प्शन पर आधारित है। पहले चार कारक भौतिक कारक हैं, जो मेल्टिंग स्प्रे द्वारा उत्पादित नॉन-वोवन फैब्रिक की प्राकृतिक विशेषताएं हैं। फ़िल्टरिंग क्षमता लगभग 35% है, जो मेडिकल मास्क की आवश्यकताओं के अनुरूप नहीं है। हमें सामग्री पर स्थिर उपचार करना होगा, जिससे फाइबर विद्युत आवेशित हो सके और इलेक्ट्रोस्टैटिक का उपयोग करके नोवेल कोरोनावायरस के एरोसोल को अवशोषित किया जा सके।

चार्ज्ड फाइबर के कूलम्ब बल के माध्यम से नोवेल कोरोनावायरस के एरोसोल (वाष्पों) को सोख लिया गया। सिद्धांत यह है कि फ़िल्टरिंग सामग्री की सतह को जितना अधिक खुला बनाया जाता है, कणों को सोखने की क्षमता उतनी ही अधिक होती है, और चार्ज घनत्व बढ़ने से कणों का सोखना और ध्रुवीकरण प्रभाव उतना ही मजबूत होता है। इस प्रकार, मेल्ट-ब्लोन नॉन-वोवन फ़िल्टर सामग्री की फ़िल्टर परत श्वसन प्रतिरोध की शर्त पर बिना किसी परिवर्तन के 95% फ़िल्टर करने की क्षमता प्राप्त करती है, जो वायरस के खिलाफ प्रभावी है।

कुछ शोध करने के बाद, मुझे अपने हाथ में मौजूद मास्क की संरचना के बारे में सामान्य जानकारी प्राप्त हुई है: बाहरी परत पीपी से बने नीडल-पंच्ड नॉन-वोवन कपड़े से बनी है, और अंतर्परत सक्रिय कार्बन की एक परत और पीपी मेल्ट स्प्रे कपड़े की एक परत है।