Темы: средства индивидуальной защиты, маски для лица, защита от вирусов, фильтры, ртутная порозиметрия, капиллярная порометрия, сорбция водяного пара

 Полный текст статьи!

Введение

Хирургические или процедурные маски, предназначенные для предотвращения выброса крупных частиц пользователем в окружающую среду, представляют собой тонкие многослойные тканевые маски. Внешний слой, как правило, является водостойким, чтобы смягчить проникновение жидкостей организма (от брызг или капель). Средний слой представляет собой фильтрующую прокладку, которая служит для предотвращения прохождения капель и частиц, а третий слой располагается у лица, рта и носа. Три слоя скреплены по краям, чтобы сохранить структуру. 

Устойчивый к воздействию жидкости внешний слой обычно представляет собой крупнопористый, нетканый, термо- или формованный гидрофобный полипропилен. Фильтрующий элемент - слой с небольшими порами, который отвечает за эффективность фильтрации - обычно изготавливается из нетканого полипропилена, полученного выдуванием из расплава. Внутренний слой, еще один крупнопористый нетканый материал, обеспечивает комфорт и предотвращает насыщение слюны и пота на фильтровальной подушке.

Распределение пор по размерам для всех трех слоев (в первую очередь для среднего слоя) определяет общую эффективность фильтрации. Меньшие поры в слоях усиливают эффект просеивания и обеспечивают большую площадь поверхности для захвата частиц. Нетканый характер материала создает извилистую сеть пор и увеличивает эффективность воздействия (инерционную и диффузионную).

В этой статье основное внимание уделяется физическим характеристикам трехслойной плиссированной маски (Маска 1) и маски из формованной чашки (Маска 2)

Методы анализа

1.     Порометрия Капиллярного Потока  (ПКП) используется для описания распределения размеров сквозных пор, которое коррелирует с размером частиц, которые будут или не будут проходить через материал. ПКП измеряет размер разделяющих сквозных пор (наименьшее «окно» внутри воздушных потоков, проходящих через материал, который отсекает частицы большего размера). Это делается путем заполнения пор фильтрующего материала жидкостью с известным поверхностным натяжением, которая полностью смачивает материал. Далее через образец пропускается воздух под давлением, которое постепенно увеличивается.

Сначала потока не будет, но как только давление достигнет уровня, превышающего капиллярные силы внутри пор, жидкость будет вытеснятся из пор, и поток воздуха будет проходить через образец. 

Анализ сквозных пор методом Порометрии Капиллярного Потока выполняется на анализаторах серии Porometer 

Посмотреть подробную информацию можно здесь

2.     Ртутная Интрузионная Порозиметрия (РИП) дает информацию об объеме пор, недоступную для капиллярной проточной порометрии, соответствующую механическим свойствам. Анализ делается путем непосредственного измерения количества ртути, поглощенной образцом при различных давлениях, и также предоставляет информацию об объеме пор. Важное различие между РИП и ПКП состоит в том, что любые поры, доступные снаружи материала, будут включаться в результаты РИП, тогда как в ПКП измеряется только минимальный размер сечения сквозных пор. 

Анализ методом Ртутной Интрузионной Порометрии выполняется на анализаторах серии Pormaster 

Посмотреть подробную информацию можно здесь

3. Манометрическая сорбция водяного пара используется для понимания гидрофобности / гидрофильности материалов. Этот дополнительный метод дает сравнимые результаты с экспериментами по гравиметрической динамической сорбции пара (DVS).  

Для манометрических измерений создается изотерма сорбции воды, сначала создавая вакуум над образцом, а затем осторожно дозируя чистый водяной пар. Затем сорбцию измеряют с помощью датчиков давления в диапазоне относительных давлений, то есть относительной влажности (RH).

Анализ методом сорбции водяного пара выполняется на анализаторах серии VStar

Посмотреть подробную информацию можно здесь

Экспериментальная часть 

 Порометрия Капиллярного Потока

 Эксперименты ПКП проводились на приборе Anton Paar Porometer 3G zh. Маска 1 была проанализирована с использованием всех трех слоев вместе и каждого слоя отдельно. Маска 2 была измерена как есть. Обе пробы для испытаний были полностью смочены с помощью смачивающей жидкости Porofil. Образцы были затем загружены в стандартный держатель образца диаметром 25 мм для анализа. Общее время анализа составило чуть более 30 минут. 

Размер и объем пор

Сравнение результатов ПКП для двух образцов, сфокусированных на среднем слое, показывает четкое различие между распределениями по размерам сквозных пор : 

Сравнение результатов определения размера пор РИП показывает довольно похожие результаты. Оба имеют распределение пор по размерам от более 300 до менее 20 мкм. Маска 1 имеет поры размером менее 20 мкм, которые отсутствуют в маске 2 

 Полученные результаты по объему подтвердили различия между двумя образцами. Маска 1 показывает более 5 см³/г объема пор, в то время как Маска 2 - примерно в два раза меньше. ПКП также использовалась для проверки каждого слоя маски 1 (маска 2 имела только один слой, поэтому его результаты не представлены в таблице.

Из этих данных очевидно, что средний уровень маски 1 доминирует в результатах ПКП. Также интересно отметить, что результаты по размеру сквозных пор этого данного слоя немного выше, чем результаты, полученные при использовании маски в целом. Это показывает эффект сложности сквозных пор, возникающий при добавлении слоев к материалу, даже если эти слои гораздо более открыты.

Сорбция паров воды

 Количественные результаты, показали, что в пересчете на массу внутренний слой адсорбировал наименьшее количество водяного пара во всем диапазоне относительной влажности (RH). Средний «фильтрующий» слой адсорбировал наибольшее количество водяного пара.

Чашечная маска была значительно более гидрофильной (до 70% относительной влажности), чем любой слой в хирургической маске. Но при высокой (в %) относительной влажности средний слой хирургической маски начал демонстрировать значительное поглощение, намного превышающее маску из формованной чашки. Только внутренний слой хирургической маски адсорбируется меньше, чем маска чашки при относительной влажности 95%.

Заключение

Было показано, что анализы ПКП, РИП и манометрические изотермы сорбции водяного пара являются полезными методами для характеристики и дифференциации различных материалов, используемых при изготовлении средств индивидуальной защиты.

ПКП способна четко дифференцировать наименьшие сквозные поры в обеих масках и распределения пор по размерам в каждой. РИП дополнительно предоставила информацию об общем объеме пор и меньших порах, способных захватывать частицы, которые не проходят по прямому пути через слой фильтра.

Различия в гидрофобности между слоями хирургической маски и маски из формованной чашки также были определены количественно.