Farklı türdeki malzemelerin kullanımının ardındaki malzeme bilimi nedenleri nelerdir?maskelerKişisel koruyucu ekipmanlara (KKD) daha da geniş bir perspektiften bakacak olursak, hangi özel polimer malzemeler ve üretim süreçleri söz konusudur?
Maskeler hangi malzemeden yapılır?
Farklı maskeler arasında neden bu kadar büyük bir fark var? Yazıyı yazarken, laboratuvarlarda yaygın olarak kullanılan dört katmanlı aktif karbon maskesini içini incelemek için kestim:
Gördüğümüz gibi, maske dört katmana ayrılmış durumda. En dıştaki iki katman kumaş benzeri iki malzemeden oluşuyor; siyah katman aktif karbon, diğeri ise peçeteye benzeyen yoğun bir malzeme. Biraz araştırma yaptıktan sonra anladığımız kadarıyla, ortadaki aktif karbon katmanı hariç, diğer üç katman dokuma olmayan kumaş adı verilen bir malzemeden yapılmış. Dokuma olmayan kumaş (İngilizce adı: non-woven Fabric veya Nonwoven cloth), yönlendirilmiş veya rastgele liflerden yapılmış bir malzemedir. Görünümü ve bazı özellikleri nedeniyle kumaş olarak adlandırılır.
Dokumasız kumaşlar için spunbond işlemi, eriyik püskürtme işlemi, sıcak haddeleme işlemi, eğirme işlemi vb. dahil olmak üzere birçok üretim süreci vardır. Kullanılabilecek ham lifler esas olarak polipropilen (PP) ve polyester (PET)'dir. Bunlara ek olarak naylon (PA), viskoz lif, akrilik lif, polipropilen lif (HDPE), PVC vb. de mevcuttur.
Günümüzde piyasadaki dokuma olmayan kumaşların çoğu, eğrilerek bağlama yöntemiyle üretilmektedir. Bu yöntemde, polimerin ekstrüzyon ve gerilmesiyle sürekli filament oluşturulur, daha sonra filament bir ağ haline getirilir ve lif ağı daha sonra termal bağlama, kimyasal bağlama veya mekanik takviye ile bağlanarak dokuma olmayan bir kumaş haline getirilir. Eğrilerek bağlama yöntemiyle üretilen dokuma olmayan kumaşları tanımlamak kolaydır. Genellikle, eğrilerek bağlama yöntemiyle üretilen dokuma olmayan kumaşların haddeleme noktası elmas şeklindedir.
Yaygın olarak kullanılan bir diğer dokusuz kumaş üretim yöntemi ise iğneleme yöntemiyle dokusuz kumaş üretimidir. Üretim prensibi, lif ağını dikenli kenarlar ve üçgen kesit (veya diğer kesitler) kenarlarıyla tekrar tekrar delmektir. Diken ağdan geçerken, ağın yüzeyini ve yerel iç katmanını ağın içine doğru iter. Lifler arasındaki sürtünme nedeniyle, orijinal kabarık ağ sıkıştırılır. İğne ağdan çıkarken, dikenler lifleri geride bırakır, böylece birçok lif ağda birbirine dolanır ve orijinal kabarık hallerine geri dönemezler. Birçok kez iğneleme işleminden sonra, oldukça fazla sayıda lif demeti lif ağına delinir ve ağdaki lifler birbirine dolanarak belirli bir mukavemete ve kalınlığa sahip iğneleme yöntemiyle dokusuz kumaş oluşturulur.
Ancak bu iki dokusuz kumaşın gözenekleri, tıbbi amaçlarla yaklaşık 100 nm boyutundaki virüsleri izole etmek için çok büyüktür.
Bu nedenle, genel cerrahi maskenin ara katmanı, eritme püskürtme yöntemiyle üretilen dokusuz kumaştan yapılır. Eritme püskürtme yöntemiyle dokusuz kumaş üretimi, öncelikle polimer ana karışımının (genellikle polipropilen) ekstrüdere konulması ve yaklaşık 240℃ sıcaklıkta (PP için) ekstrüderde eritilmesiyle başlar. Erimiş malzeme, dozaj pompası aracılığıyla enjeksiyon kalıbı başlığına ulaşır. Yeni oluşan polimer, iplikçikten ekstrüde edildiğinde, sıkıştırılmış havanın ucu polimere etki eder ve sıcak filamenti sesten daha yüksek bir hava hızıyla (550 m/s) 1~10 m çapına kadar çeker. Fiziksel özelliklerine göre, bu ağa mikrofiber ağ denir. Eşsiz kılcallığa sahip bu ultra ince lifler, birim alan başına lif sayısını ve yüzey alanını artırarak, eritme püskürtme yöntemiyle üretilen kumaşların iyi filtrasyon, koruma, yalıtım ve yağ emme özelliklerine sahip olmasını sağlar. Hava, sıvı filtrasyon malzemesi, izolasyon malzemesi, maske malzemesi ve diğer alanlarda kullanılabilir.
Tıbbi maskelerin filtreleme mekanizması Brownian difüzyonu, yakalama, atalet çarpışması, yerçekimi çökelmesi ve elektrostatik adsorpsiyondur. İlk dördü, eriyik püskürtme yöntemiyle üretilen dokunmamış kumaşların doğal özellikleri olan fiziksel faktörlerdir. Filtreleme özelliği yaklaşık %35'tir. Bu, tıbbi maskelerin gereksinimlerini karşılamamaktadır. Malzeme üzerinde sabit bir işlem uygulamamız, liflerin elektrik yükü taşımasını sağlamamız ve yeni tip koronavirüsün bulunduğu aerosolü elektrostatik yöntemle yakalamamız gerekmektedir.
Yeni koronavirüs aerosolü (aerosol), yüklü lifin Coulomb kuvveti yoluyla yeni koronavirüs adsorpsiyonu ile yakalanmıştır. Prensip, filtreleme malzemesinin yüzeyini daha açık hale getirmektir; böylece parçacıkların yakalama yeteneği güçlenir ve yük yoğunluğu artar, parçacıkların adsorpsiyonu ve polarizasyon etkisi daha güçlü olur. Bu nedenle, eriyik püskürtmeli dokusuz filtre malzemesinin filtre tabakası, solunum direncini değiştirmeden, %95 filtreleme oranına ulaşarak virüse karşı etkili olacak şekilde işlenmelidir.
Biraz araştırma yaptıktan sonra, elimdeki maskenin bileşimi hakkında genel bir anlayışa sahibim: dış katman, PP'den yapılmış iğneyle delinmiş dokunmamış kumaştan, iç katman ise aktif karbon katmanından ve PP eriyik püskürtme kumaş katmanından oluşuyor.
Yayın tarihi: 29 Ağustos 2020