मास्कसाठी लागणारा कच्चा माल — मेल्टब्लोन नॉनवोव्हन | जिन्हाओचेंग

वेगवेगळ्या प्रकारच्या वापरामागील पदार्थ विज्ञानाची कारणे कोणती आहेत?मास्कवैयक्तिक संरक्षक उपकरणांच्या (PPE) बाबतीत बोलायचे झाल्यास, त्यामध्ये कोणत्या विशेष पॉलिमर सामग्री आणि उत्पादन प्रक्रियांचा समावेश असतो?

मास्क कोणत्या पदार्थापासून बनवलेले असतात?

वेगवेगळ्या मास्कमध्ये इतका मोठा फरक का असतो? हे लिहित असताना, प्रयोगशाळेत सामान्यतः वापरला जाणारा चार-पदरी ॲक्टिव्हेटेड चारकोल मास्क आतून कसा असतो हे पाहण्यासाठी मी तो कापून उघडला:

जसे आपण पाहू शकतो, मास्क चार थरांमध्ये विभागलेला आहे. सर्वात बाहेरचे दोन थर कापडासारख्या पदार्थांचे आहेत, काळा थर सक्रिय कार्बनचा (ॲक्टिव्हेटेड कार्बन) आहे आणि दुसरा थर दाट असून तो थोडासा नॅपकिनसारखा आहे. थोडी माहिती पाहून समजल्यावर असे लक्षात येते की, मधल्या सक्रिय कार्बनच्या थराव्यतिरिक्त, इतर तीन थर नॉन-वोव्हन फॅब्रिक नावाच्या पदार्थाचे बनलेले आहेत. नॉन-वोव्हन फॅब्रिक (इंग्रजी नाव: non-woven Fabric किंवा Nonwoven cloth) हे एका विशिष्ट दिशेने किंवा अनियमित तंतूंपासून बनवलेले असते. त्याच्या दिसण्यामुळे आणि विशिष्ट गुणधर्मांमुळे त्याला कापड म्हटले जाते.

नॉन-वोव्हन फॅब्रिक्सच्या निर्मितीसाठी अनेक प्रकारच्या प्रक्रिया आहेत, ज्यामध्ये स्पनबॉन्डेड प्रक्रिया, मेल्टिंग स्प्रे प्रक्रिया, हॉट रोलिंग प्रक्रिया, स्पनिंग प्रक्रिया इत्यादींचा समावेश होतो. यासाठी वापरले जाणारे कच्चे तंतू प्रामुख्याने पॉलीप्रोपिलीन (PP) आणि पॉलिस्टर (PET) आहेत. याव्यतिरिक्त, नायलॉन (PA), व्हिस्कोस फायबर, ॲक्रेलिक फायबर, पॉलीप्रोपिलीन फायबर (HDPE), PVC इत्यादींचाही वापर होतो.

सध्या, बाजारात बहुतेक नॉन-वोव्हन फॅब्रिक्स स्पनबॉन्डेड पद्धतीने तयार केले जातात. या पद्धतीत पॉलिमरला एक्सट्रूड करून आणि ताणून सलग तंतू तयार केले जातात, नंतर हे तंतू एका जाळीच्या रूपात मांडले जातात आणि त्यानंतर ही तंतूंची जाळी नैसर्गिकरित्या, औष्णिक बंधनाने, रासायनिक बंधनाने किंवा यांत्रिक मजबुतीकरणाने जोडली जाते, ज्यामुळे या तंतूंच्या जाळीचे नॉन-वोव्हन कापडात रूपांतर होते. स्पनबॉन्डेड नॉन-वोव्हन फॅब्रिक्स ओळखणे सोपे असते. सामान्यतः, स्पनबॉन्डेड नॉन-वोव्हन फॅब्रिक्सचा गुंडाळण्याचा बिंदू (रोलिंग पॉईंट) हिऱ्याच्या आकाराचा असतो.

आणखी एक सामान्य नॉन-वोव्हन उत्पादन प्रक्रियेला 'नीडलिंग नॉन-वोव्हन फॅब्रिक' म्हणतात. याचे उत्पादन तत्त्व म्हणजे काटेरी कडा आणि त्रिकोणी भागाच्या (किंवा इतर भागांच्या) कडांनी फायबर नेटला वारंवार टोचणे. जेव्हा काटा जाळ्यामधून जातो, तेव्हा तो जाळ्याचा पृष्ठभाग आणि स्थानिक आतील थर जाळ्यामध्ये ढकलतो. फायबरमधील घर्षणामुळे, मूळचे मऊ जाळे दाबले जाते. जेव्हा सुई जाळ्यातून बाहेर पडते, तेव्हा काट्यांमुळे काही धागे मागे राहतात, ज्यामुळे बरेच धागे जाळ्यात अडकतात आणि त्यांच्या मूळ मऊ स्थितीत परत येऊ शकत नाहीत. अनेक वेळा नीडलिंग केल्यावर, फायबर नेटमध्ये बरेच फायबर बंडल टोचले जातात आणि जाळ्यातील फायबर एकमेकांमध्ये गुंततात, ज्यामुळे विशिष्ट ताकद आणि जाडी असलेले नीडलिंग नॉन-वोव्हन मटेरियल तयार होते.

परंतु वैद्यकीय उद्देशांसाठी, सुमारे 100nm आकाराचे विषाणू वेगळे करण्यासाठी त्या दोन नॉन-वोव्हन फॅब्रिक्सची छिद्रे खूप मोठी आहेत.

म्हणूनच, सामान्य सर्जिकल मास्कचा मधला थर मेल्टिंग स्प्रेद्वारे नॉन-वोव्हन कापडाचा बनलेला असतो. मेल्ट-स्प्रेइंग नॉन-वोव्हन कापडाच्या उत्पादनामध्ये, सर्वप्रथम पॉलिमर मास्टरबॅच (सामान्यतः पॉलीप्रोपिलीन) एक्सट्रूडरमध्ये टाकले जाते आणि ते एक्सट्रूडरमध्ये सुमारे २४०℃ (पीपीसाठी) तापमानावर वितळवले जाते. हे वितळलेले मिश्रण मीटरिंग पंपातून जाते आणि इंजेक्शन मोल्ड हेडपर्यंत पोहोचते. जेव्हा नव्याने तयार झालेले पॉलिमर स्पिनरेटमधून बाहेर पडते, तेव्हा संकुचित हवेचा झोत पॉलिमरवर क्रिया करतो आणि ध्वनीपेक्षा जास्त वेगाने (५५० मी/से) गरम तंतूंना १~१० मायक्रॉन व्यासापर्यंत खेचतो. त्याच्या भौतिक गुणधर्मांनुसार, अशा जाळीला मायक्रोफायबर नेट म्हणतात. हे अद्वितीय केशिका गुणधर्म असलेले अतिसूक्ष्म तंतू प्रति एकक क्षेत्रफळातील तंतूंची संख्या आणि पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढवतात, ज्यामुळे मेल्ट-स्प्रे केलेल्या कापडात चांगले गाळण, संरक्षण, उष्णतारोधन आणि तेल शोषण्याचे गुणधर्म येतात. याचा उपयोग हवा, द्रव गाळण साहित्य, विलगीकरण साहित्य, मास्क साहित्य आणि इतर क्षेत्रांमध्ये केला जाऊ शकतो.

वैद्यकीय मास्कची गाळण्याची यंत्रणा ब्राउनियन विसरण, अवरोधन, जडत्वीय टक्कर, गुरुत्वाकर्षण स्थिरीकरण आणि स्थिरविद्युत अधिशोषण आहे. यातील पहिले चार घटक भौतिक आहेत, जे वितळवून फवारणीद्वारे तयार केलेल्या न विणलेल्या कापडांची नैसर्गिक वैशिष्ट्ये आहेत. याची गाळण्याची क्षमता सुमारे ३५% आहे. हे वैद्यकीय मास्कच्या गरजा पूर्ण करत नाही. आपल्याला सामग्रीवर स्थिर प्रक्रिया करणे, तंतूंना विद्युत प्रभार देणे आणि नवीन कोरोनाव्हायरस असलेल्या एरोसोलला पकडण्यासाठी स्थिरविद्युतचा वापर करणे आवश्यक आहे.

चार्ज केलेल्या फायबरच्या कूलॉम्ब बलाद्वारे नवीन कोरोनाव्हायरसचे एरोसोल (aerosol) शोषण करून पकडले गेले. यामागील तत्त्व असे आहे की, गाळण सामग्रीचा पृष्ठभाग अधिक मोकळा केल्याने, कण पकडण्याची क्षमता मजबूत होते आणि चार्ज घनता वाढते, ज्यामुळे कणांचे शोषण आणि ध्रुवीकरण प्रभाव अधिक मजबूत होतो. म्हणून, मेल्ट-ब्लोन नॉन-वोव्हन फिल्टर मटेरियलच्या गाळण थराला श्वासोच्छवासाच्या प्रतिकाराच्या परिस्थितीतून जावे लागते, ज्यामुळे ९५% गाळणक्षमता प्राप्त होते आणि ते विषाणूविरूद्ध प्रभावी ठरते.

थोड्या संशोधनानंतर, माझ्या हातात असलेल्या मास्कच्या रचनेबद्दल मला सर्वसाधारण कल्पना आली आहे: त्याचा बाहेरील थर पीपी (PP) पासून बनवलेल्या नीडल-पंच्ड नॉन-वोव्हन कापडाचा आहे, आणि मधला थर ॲक्टिव्हेटेड कार्बनचा व पीपी मेल्ट स्प्रे कापडाचा आहे.