Những lý do khoa học vật liệu nào dẫn đến việc sử dụng các loại vật liệu khác nhau?khẩu trangMở rộng thêm về trang thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE), những vật liệu polymer đặc biệt và quy trình sản xuất nào được sử dụng?
Khẩu trang được làm từ chất liệu gì?
Tại sao lại có sự khác biệt lớn giữa các loại mặt nạ khác nhau? Khi viết bài này, tôi đã cắt mở một chiếc mặt nạ than hoạt tính bốn lớp thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để tìm hiểu xem bên trong nó như thế nào:
Như chúng ta thấy, khẩu trang được chia thành bốn lớp. Hai lớp ngoài cùng là hai chất liệu giống vải, lớp màu đen là than hoạt tính, và lớp còn lại dày hơn, hơi giống khăn ăn. Sau khi tìm hiểu một số thông tin, tôi hiểu rằng ngoài lớp than hoạt tính ở giữa, ba lớp còn lại là một loại vật liệu gọi là vải không dệt. Vải không dệt (tên tiếng Anh: non-woven Fabric hoặc Nonwoven cloth) được làm từ các sợi có hướng hoặc ngẫu nhiên. Nó được gọi là vải vì vẻ ngoài và một số đặc tính nhất định của nó.
Có nhiều quy trình sản xuất vải không dệt, bao gồm quy trình kéo sợi liên kết, quy trình phun nóng chảy, quy trình cán nóng, quy trình kéo sợi, v.v. Các sợi thô có thể sử dụng chủ yếu là polypropylen (PP) và polyester (PET). Ngoài ra, còn có nylon (PA), sợi visco, sợi acrylic, sợi polypropylen (HDPE), PVC, v.v.
Hiện nay, hầu hết các loại vải không dệt trên thị trường đều được sản xuất bằng phương pháp kéo sợi liên tục (spunbonded). Phương pháp này tạo ra các sợi liên tục bằng cách ép đùn và kéo giãn polymer, sau đó các sợi được xếp thành lưới, và lưới sợi sau đó được liên kết với nhau bằng liên kết tự nhiên, liên kết nhiệt, liên kết hóa học hoặc gia cường cơ học, để lưới sợi trở thành vải không dệt. Vải không dệt kéo sợi liên tục rất dễ nhận biết. Nói chung, các điểm cuộn của vải không dệt kéo sợi liên tục có hình thoi.
Một quy trình sản xuất vải không dệt phổ biến khác được gọi là vải không dệt kim. Nguyên tắc sản xuất là liên tục đâm xuyên lưới sợi bằng các cạnh có gai và các cạnh của tiết diện hình tam giác (hoặc các tiết diện khác). Khi gai xuyên qua lưới, nó ép bề mặt và lớp bên trong cục bộ của lưới vào bên trong. Do ma sát giữa các sợi, lưới xốp ban đầu bị nén lại. Khi kim ra khỏi lưới, các sợi bị giữ lại bởi gai, do đó nhiều sợi bị rối vào lưới và không thể trở lại trạng thái xốp ban đầu. Sau nhiều lần đâm xuyên, khá nhiều bó sợi bị đâm xuyên vào lưới sợi, và các sợi trong lưới bị rối vào nhau, do đó tạo thành vật liệu không dệt kim có độ bền và độ dày nhất định.
Nhưng các lỗ nhỏ trên hai loại vải không dệt này quá lớn, không phù hợp cho mục đích y tế để phân lập virus, với kích thước khoảng 100nm.
Do đó, lớp trung gian của khẩu trang phẫu thuật thông thường được làm từ vải không dệt bằng phương pháp phun nóng chảy. Quá trình sản xuất vải không dệt phun nóng chảy bắt đầu bằng việc cho hạt nhựa polymer (thường là polypropylene) vào máy đùn và làm nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 240℃ (đối với PP). Chất nóng chảy đi qua bơm định lượng và đến đầu khuôn phun. Khi polymer mới hình thành được đùn ra từ đầu phun, khí nén tác động lên polymer và kéo sợi nóng có đường kính từ 1 đến 10 m với vận tốc khí cao hơn âm thanh (550 m/s). Theo tính chất vật lý của nó, loại lưới này được gọi là lưới sợi siêu nhỏ. Những sợi siêu mịn này với khả năng mao dẫn độc đáo làm tăng số lượng và diện tích bề mặt của sợi trên một đơn vị diện tích, do đó làm cho vải phun nóng chảy có đặc tính lọc, che chắn, cách nhiệt và thấm hút dầu tốt. Nó có thể được sử dụng trong vật liệu lọc không khí, chất lỏng, vật liệu cách ly, vật liệu làm khẩu trang và các lĩnh vực khác.
Cơ chế lọc của khẩu trang y tế bao gồm khuếch tán Brownian, chặn bắt, va chạm quán tính, lắng đọng trọng lực và hấp phụ tĩnh điện. Bốn yếu tố đầu tiên đều là các yếu tố vật lý, là đặc tính tự nhiên của vải không dệt được sản xuất bằng phương pháp phun nóng chảy. Khả năng lọc chỉ khoảng 35%. Điều này chưa đáp ứng được yêu cầu của khẩu trang y tế. Chúng ta cần tiến hành xử lý tĩnh vật liệu, làm cho sợi mang điện tích, và sử dụng tĩnh điện để giữ lại các hạt khí dung chứa virus Corona mới.
Virus Corona chủng mới (aerosol) được giữ lại bằng phương pháp hấp phụ nhờ lực Coulomb của các sợi tích điện. Nguyên lý là làm cho bề mặt vật liệu lọc trở nên thoáng hơn, khả năng giữ lại các hạt mạnh hơn, và mật độ điện tích tăng lên, sự hấp phụ các hạt và hiệu ứng phân cực mạnh hơn, do đó lớp lọc của vật liệu lọc không dệt thổi nóng chảy phải được xử lý, không được thay đổi dưới điều kiện cản trở đường hô hấp, đạt hiệu quả lọc 95%, có tác dụng hiệu quả chống lại virus.
Sau một thời gian tìm hiểu, tôi đã có hiểu biết chung về cấu tạo của chiếc khẩu trang đang cầm trên tay: lớp ngoài được làm từ vải không dệt PP dập kim, lớp giữa gồm một lớp than hoạt tính và một lớp vải PP phun nóng chảy.
Thời gian đăng bài: 29/08/2020