Quali sono le ragioni scientifiche dei materiali alla base dell'uso di diversi tipi dimaschereEstendendo ulteriormente l'analisi ai dispositivi di protezione individuale (DPI), quali materiali polimerici speciali e processi di produzione sono coinvolti?
Di che materiale sono fatte le mascherine?
Perché c'è una differenza così grande tra le diverse mascherine? Mentre scrivevo, ho aperto una mascherina a quattro strati al carbone attivo, comunemente usata in laboratorio, per scoprire com'è all'interno:
Come possiamo vedere, la maschera è divisa in quattro strati. I due strati più esterni sono costituiti da due materiali simili a tessuto: lo strato nero è in carbone attivo, mentre l'altro è denso, un po' come un tovagliolo. Dopo aver esaminato alcuni dati, si può capire che, oltre allo strato centrale di carbone attivo, gli altri tre strati sono costituiti da un tipo di materiale chiamato tessuto non tessuto. Il tessuto non tessuto (nome inglese: non-woven Fabric o Nonwoven cloth) è anche chiamato tessuto non tessuto, ed è composto da fibre orientate o casuali. Viene chiamato tessuto per il suo aspetto e alcune sue proprietà.
Esistono molti tipi di processi di produzione per i tessuti non tessuti, tra cui il processo spunbonded, il processo melting spray, il processo hot rolling, il processo di spunting e così via. Le fibre grezze che possono essere utilizzate sono principalmente polipropilene (PP) e poliestere (PET). Inoltre, ci sono nylon (PA), fibra di viscosa, fibra acrilica, fibra di polipropilene (HDPE), PVC, ecc.
Attualmente, la maggior parte dei tessuti non tessuti presenti sul mercato viene prodotta con il metodo spunbonded. Questo metodo prevede la formazione di un filamento continuo mediante estrusione e stiramento del polimero; il filamento viene poi disposto a formare una rete di fibre, che viene successivamente legata tra loro tramite legame termico, chimico o rinforzo meccanico, trasformandosi così in un tessuto non tessuto. I tessuti non tessuti spunbonded sono facilmente riconoscibili. Generalmente, il punto di avvolgimento dei tessuti non tessuti spunbonded ha una forma a diamante.
Un altro processo comune di produzione di tessuto non tessuto è chiamato agugliatura. Il principio di produzione consiste nel perforare ripetutamente la rete di fibre con i bordi uncinati e i bordi della sezione triangolare (o di altre sezioni). Quando l'uncino attraversa la rete, spinge la superficie e lo strato interno locale della rete all'interno della rete stessa. A causa dell'attrito tra le fibre, la rete originariamente soffice viene compressa. Quando l'ago esce dalla rete, i fili vengono lasciati indietro dagli uncini, in modo che molti di essi si aggroviglino nella rete e non possano tornare al loro stato soffice originale. Dopo numerose punzonature, un numero considerevole di fasci di fibre viene perforato nella rete di fibre e le fibre nella rete si aggrovigliano tra loro, formando così un materiale non tessuto agugliato con una certa resistenza e spessore.
Tuttavia, i pori dei due tessuti non tessuti sono troppo grandi per scopi medici, in quanto non consentono di isolare virus di dimensioni pari a circa 100 nm.
Pertanto, lo strato intermedio della maschera chirurgica generica è realizzato in tessuto non tessuto mediante melt-spruzing. La produzione del tessuto non tessuto melt-spruzing consiste innanzitutto nell'inserire il masterbatch polimerico (generalmente polipropilene) nell'estrusore e fonderlo al suo interno a una temperatura di circa 240 °C (per il PP). Il fuso passa attraverso la pompa dosatrice e raggiunge la testa dello stampo a iniezione. Quando il polimero appena formato viene estruso dalla filiera, l'estremità dell'aria compressa agisce sul polimero e tira il filamento caldo fino a un diametro di 1-10 m a una velocità dell'aria superiore a quella del suono (550 m/s). In base alle sue proprietà fisiche, tale rete è chiamata rete di microfibre. Queste fibre ultrafini con una capillarità unica aumentano il numero e la superficie delle fibre per unità di area, conferendo così ai tessuti melt-spruzing buone proprietà di filtrazione, schermatura, isolamento e assorbimento dell'olio. Può essere utilizzato come materiale per la filtrazione dell'aria e dei liquidi, come materiale isolante, come materiale per maschere e in altri campi.
Il meccanismo di filtraggio delle mascherine mediche si basa su diffusione browniana, intercettazione, collisione inerziale, sedimentazione gravitazionale e adsorbimento elettrostatico. I primi quattro sono tutti fattori fisici, ovvero caratteristiche naturali dei tessuti non tessuti prodotti mediante fusione a spruzzo. La capacità di filtraggio è di circa il 35%. Questo valore non è sufficiente per le mascherine mediche. È necessario effettuare un trattamento statico sul materiale, in modo che le fibre si carichino elettricamente e si possa utilizzare l'elettrostatica per catturare l'aerosol contenente il nuovo Coronavirus.
Il nuovo Coronavirus (aerosol) è stato catturato mediante adsorbimento del nuovo coronavirus attraverso la forza di Coulomb della fibra carica. Il principio è quello di rendere la superficie del materiale filtrante più aperta, la capacità di cattura delle particelle è forte e la densità di carica aumenta, l'adsorbimento delle particelle e l'effetto di polarizzazione sono più forti, quindi lo strato filtrante del materiale filtrante non tessuto melt-blown, deve passare per essere trattato, non può cambiare a condizione che la resistenza respiratoria sia raggiunta, ottenendo una filtrabilità del 95%, per essere efficace contro il virus.
Dopo alcune ricerche, ho una comprensione generale della composizione della mascherina che ho tra le mani: lo strato esterno è costituito da un tessuto non tessuto agugliato in PP, mentre lo strato intermedio è composto da uno strato di carbone attivo e uno strato di tessuto in PP spruzzato a caldo.
Data di pubblicazione: 29 agosto 2020