מהן הסיבות של מדעי החומרים העומדות מאחורי השימוש בסוגים שונים שלמסכותבהרחבה נוספת לציוד מגן אישי (PPE), אילו חומרי פולימר מיוחדים ותהליכי ייצור מעורבים בכך?
מאיזה חומר עשויות המסכות?
מדוע יש הבדל כה גדול בין מסכות שונות? כשכתבתי, חתכתי מסכת פחם פעיל בת ארבע שכבות הנפוצה במעבדה כדי לגלות איך היא בפנים:
כפי שאנו רואים, המסכה מחולקת לארבע שכבות. שתי השכבות החיצוניות ביותר עשויות משני חומרים דמויי בד, השכבה השחורה עשויה מפחם פעיל, והשנייה צפופה, הדומה מעט למפית. לאחר חיפוש נתונים כדי להבין, בנוסף לשכבת הפחם הפעיל האמצעית, שלוש השכבות האחרות הן סוג של חומר הנקרא בד לא ארוג. בד לא ארוג (שם באנגלית: non-woven Fabric או Nonwoven cloth) נקרא גם בד לא ארוג, והוא עשוי מסיבים מכוונים או אקראיים. הוא נקרא בד בגלל מראהו ותכונותיו המסוימות.
ישנם סוגים רבים של תהליכי ייצור לבדים לא ארוגים, כולל תהליך ספונבונדד, תהליך התכה בהתזה, תהליך גלגול חם, תהליך טוויה וכן הלאה. הסיבים הגולמיים בהם ניתן להשתמש הם בעיקר פוליפרופילן (PP) ופוליאסטר (PET). בנוסף, ישנם ניילון (PA), סיבי ויסקוזה, סיבי אקריליק, סיבי פוליפרופילן (HDPE), PVC וכו'.
כיום, רוב הבדים הלא ארוגים מיוצרים בשיטת הספין-בונדד בשוק. שיטה זו יוצרת סיב רציף על ידי דחיסה ומתיחה של הפולימר, לאחר מכן הנחת הסיב לרשת, ורשת הסיבים מחוברת בפני עצמה, באמצעות חיבור תרמי, חיבור כימי או חיזוק מכני, כך שרשת הסיבים הופכת ללא ארוגה. קל לזהות בדים לא ארוגים בספין-בונדד. באופן כללי, נקודת הגלגול של בדים לא ארוגים בספין-בונדד היא בצורת יהלום.
תהליך ייצור נפוץ נוסף של בדים לא ארוגים נקרא דיקור בד לא ארוג. עקרון הייצור הוא ניקוב חוזר של רשת הסיבים באמצעות הקצוות הדוקרניים וקצוות המשולש (או מקטעים אחרים). כאשר הדיקור עובר דרך הרשת, הוא דוחף את פני השטח והשכבה הפנימית המקומית של הרשת לתוך הרשת. עקב החיכוך בין הסיבים, הרשת הרכות המקורית נדחסת. כאשר המחט יוצאת מהרשת, הגדילים נותרים מאחור על ידי הדיקורנים, כך שרבים מהגדילים מסתבכים ברשת ואינם יכולים לחזור למצבם הרכות המקורי. לאחר דיקור רב, לא מעט צרורות סיבים מנוקבים ברשת הסיבים, והסיבים ברשת מסתבכים זה בזה, ובכך יוצרים את חומר הדיקור הלא ארוג בעל חוזק ועובי מסוימים.
אבל הנקבוביות של שני הבדים הלא ארוגים גדולות מדי למטרות רפואיות כדי לבודד וירוסים בסביבות 100 ננומטר.
לכן, שכבת הביניים של מסכת הכירורגיה הכללית עשויה מבד לא ארוג באמצעות התזה בהתזה. ייצור בד לא ארוג בהתזה בהתזה הוא ראשית להכניס את אבץ' הפולימר (בדרך כלל פוליפרופילן) לתוך המכבש ולהמיס אותו בטמפרטורה של כ-240 מעלות צלזיוס (עבור PP). ההיתוך עובר דרך משאבת המדידה ומגיע לראש תבנית ההזרקה. כאשר הפולימר החדש שנוצר מוחלץ מהספינרט, קצה האוויר הדחוס פועל על הפולימר ומושך את הפילמנט החם לקוטר של 1~10 מטר במהירות אוויר גבוהה מקצב הקול (550 מטר/שנייה). על פי תכונותיה הפיזיקליות, רשת כזו נקראת רשת מיקרופייבר. סיבים עדינים במיוחד אלה בעלי קפילריות ייחודית מגדילים את מספר ושטח הפנים של הסיבים ליחידת שטח, ובכך הופכים את הבדים המותזים בהתזה לבעלי תכונות סינון, מיגון, בידוד וספיגת שמן טובות. ניתן להשתמש בהם באוויר, חומר סינון נוזלי, חומר בידוד, חומר מסכה ותחומים אחרים.
מנגנון הסינון של מסכה רפואית הוא דיפוזיה בראונית, יירוט, התנגשות אינרציאלית, שקיעת כוח משיכה וספיחה אלקטרוסטטית. ארבעת הראשונים הם כולם גורמים פיזיקליים, שהם המאפיינים הטבעיים של בדים לא ארוגים המיוצרים על ידי התכת ריסוס. תכונת הסינון היא כ-35%. זה לא עומד בדרישות של מסכה רפואית. עלינו לבצע טיפול נייח על החומר, לגרום לסיבים לשאת מטען חשמלי, ולהשתמש באלקטרוסטטיה כדי ללכוד את האירוסול שבו נמצא נגיף הקורונה החדש.
אירוסול (אירוסול) של נגיף הקורונה החדש נלכד על ידי ספיחה של נגיף הקורונה החדש באמצעות כוח קולומב של סיבים טעונים. העיקרון הוא להפוך את פני השטח של חומר הסינון פתוחים יותר, יכולת הלכידה של החלקיקים חזקה יותר, צפיפות המטען עולה, ספיגת החלקיקים ואפקט הקיטוב חזקים יותר, כך ששכבת הסינון של חומר הסינון הלא ארוג המנופח נמס, שחייבת להתמודד עם התנגדות נשימתית, לא יכולה להשתנות תחת הנחת היסוד, להשיג סינון של 95%, כדי להיות יעילה נגד הנגיף.
לאחר מחקר מסוים, יש לי הבנה כללית של הרכב המסכה שבידי: השכבה החיצונית עשויה מבד לא ארוג מנוקב במחט העשוי PP, והשכבה הבין-שכבתית היא שכבת פחם פעיל ושכבת בד PP בהתזה.
זמן פרסום: 29 באוגוסט 2020