Определение характеристик защитных масок с помощью POROLUX 100

АПР092020

Цель

В данной статье кратко объясняется, как распределение размеров пор хирургических защитных масок и респираторов может быть измерено с использованием метода сканирующего давления, газовым жидкостным порометром POROLUX ™ 100.

Хирургическая защитная маска против респиратора

Хирургическая маска — это неплотно сидящая маска, закрывающая нос и рот. Она предназначена для ношения медицинскими работниками, чтобы поймать бактерии в жидких капельках и аэрозолях изо рта и носа пользователя. Таким образом, пациент защищен, когда медицинский работник кашляет или чихает.

 Хирургические маски оцениваются, среди прочего, по стандартам ASTM (США), EN (Европа) и YY (Китай).

Хирургическая маска (слева) и респиратор (справа)

Респиратор представляет собой плотно прилегающую маску, предназначенную для создания лицевого уплотнения. Респираторы предназначены для обеспечения защиты пользователя от вдыхания опасных частиц в воздухе. Респиратором, который использовался для этого теста, является фильтрующий респиратор для лица с номиналом FFP2 (также называемый «одноразовый респиратор»).

Обычно используемые респираторы классифицируются как N95, N99 и N100 (NIOSH, США), FFP1, FFP2 и FFP3 (CEN, Европа) и KN95 (GB, Китай).

Строение защитной маски для лица

Хирургические маски обычно изготавливаются из нетканого полипропиленового полотна и в основном состоят из трех слоев. Первый и третий слой – это обычно спанбонд, в то время как средний слой - мельтблаун.

Данное строение обычно называют технологией SMS (Спанбонд / Мельтблаун / Спанбонд).

Плотность первого и третьего слоя обычно составляет 20 г/м2, в то время как средний слой составляет 25 г/м2. Причина использования нетканого материала в основном из-за более высокой воздухопроницаемости, более высокой эффективности бактериальной фильтрации и более низкой стоимости изготовления по сравнению с ткаными тканями.

То же самое касается респиратора, где обычно бывает три или четыре слоя. Как и в случае хирургических масок, внешние слои выполнены из нетканого полипропилена, а средний слой - из нетканого полипропилена мельтлаунта. Вместе волокна образуют многослойное полотно, где промежутки между волокнами обеспечивают воздухопроницаемость.

Три слоя хирургической маски (вверху) и респиратор (внизу)

Методика измерения с помощью POROLUX™ 100

POROLUX ™ 100 - это газожидкостной порометр, использующий метод сканирующего давления. Это быстрый, но воспроизводимый метод, при котором давление воздуха постоянно увеличивается, а результирующие значения расходов регистрируются одновременно. Метод сканирующего давления предпочтителен для условий, где простота, скорость и воспроизводимость являются основными требованиями. Таким образом, POROLUX™ 100 является правильным выбором для контроля качества и обеспечения качества.

Сначала образец пропитывают инертной нетоксичной смачивающей жидкостью. Затем образец фиксируется в приборе POROLUX™ 100, где используется инертный газ (например, азот) для вытеснения жидкости из сети пористых волокон. Данный эксперимент с мокрым образцом приводит к получению «мокрой кривой», которая представляет измеренный расход газа через образец в зависимости от приложенного давления (обратно пропорционально размеру пор).

Помимо пропитки жидкостью, для измерения сухого образца («сухая кривая») используется тот же метод, что и выше. «Полусухая кривая» получается путем деления значений расхода сухой кривой на 2. Эта кривая также откладывается в зависимости от приложенного давления на том же графике. Из данных мокрой кривой, сухой кривой и полусухой кривой можно получить информацию о пористой структуре.

Максимальное рабочее давление POROLUX™ 100 составляет 1,5 бар (22 psi), что позволяет измерять размеры пор до 0,4 мкм. Определение первой точки пузырька (или максимального размера пор), в дальнейшем именуемой «FBP», основано на методе испытаний, описанном в стандарте ASTM F316-03.

Порометр POROLUX^TM 100

Результаты, показывающие отличия хирургической маски и респиратора, которые мы измерили

(1) Измерено с помощью POREFIL ™ с использованием коэффициента формы 1.00

Мокрые и сухие кривые протестированных хирургических защитных масок и респираторов

POROLUX™ 100 также позволяет быстро и легко измерять воздухопроницаемость. Воздухопроницаемость, характеризующая скорость воздушного потока через пористый материал, является одним из важнейших свойств нетканых материалов, используемых в масках для лица.

Из-за случайного расположения волокон в нетканых материалах возможны поры всех геометрических форм. Как правило, воздухопроницаемость нетканых материалов связана с диаметром волокна, размером пор, пористостью и толщиной образцов.

Ниже показаны результаты измерений воздухопроницаемости (давление 20 мбар).

(2) Поток проницаемости определяется как объем воздуха, протекающего через образец на единицу площади в единицу времени.

Итог

Основываясь на измерениях, выполненных с помощью POROLUX™ 100, мы можем подвести итог следующим образом:

1) Как видно на рисунках 2 и 4, наружные слои обеих масок имеют значительно большие поры по сравнению со своими средними слоями. Поэтому средний слой часто называют фильтрующим слоем. В обеих масках средний слой имеет более узкое распределение размеров пор по сравнению с другими слоями.

2) При измерении всей маски мы измеряем – согласно теории порометрии - поры в слое с наименьшими порами (слой 2, средний слой).

3) На рисунках 5 и 6 показаны различия между средними слоями хирургической маски и респиратора по диаметру и потоку соответственно. Средний слой респиратора имеет меньшие поры, чем средний слой хирургической маски. На рисунке 6 показано, что размер пор при среднем потоке (50% потока проходит через поры больше, чем средний размер пор потока) меньше для респиратора (10,7 мкм), чем для хирургической маски (12,8 мкм).

4) Как показано на рисунках 1 и 3, измерения очень воспроизводимы. Это подтверждает ценность POROLUX™ 100 для контроля качества.

5) POROLUX™ 100 также позволяет быстро и легко измерять воздухопроницаемость. Воздухопроницаемость, характеризующая скорость воздушного потока через пористый материал, является одним из важнейших свойств нетканых материалов, используемых в масках для лица.

Выводы

Данные измерения показывают, что размеры пор и воздухопроницаемость хирургической маски и респиратора легко измерить с помощью порометра POROLUX™ 100. Измерения быстрые (до 5 минут) и очень воспроизводимые. Мы видим четкие различия между хирургической маской и респиратором. Данные, полученные с помощью POROLUX ™ 100, могут предоставить ценный вклад в исследования и разработки и / или стать хорошим индикатором для контроля качества.

Заявление об ограничении ответственности

Целью измерения этих масок с помощью POROLUX ™ 100 является не проверка масок на соответствие нормам, указанным в разделе «Хирургические маски против респираторов». Понимание размеров пор и распределения пор по размерам является лишь частью определения эффективности фильтра, и результаты не следует сравнивать с указанным размером вирусов и т. д.

Подробные характеристики
Газо-жидкостного порометра POROLUX 100