Mange vet at kjernen i kirurgiske masker og N95-masker er mellomlaget – smelteblåst bomull.
Hvis du fortsatt ikke vet det, la oss først kort gjennomgå det. Kirurgiske masker er delt inn i tre lag, hvor de to ytre lagene er spunbond non-woven stoff og det midterste laget er smelteblåst bomull. Enten det er spunbond non-woven stoff eller smelteblåst bomull, er de ikke laget av bomull, men av plastisk polypropylen (PP).
Behnam Pourdeyhimi, assisterende direktør ved Institute of Non woven Materials ved North Carolina State University og professor i materialvitenskap, forklarte at de fremre og bakre lagene av ikke-vevd stoff på kirurgiske masker ikke har evnen til å filtrere mikroorganismer. De kan bare blokkere væskedråper, og bare det midterste laget av smelteblåst bomull har funksjonen til å filtrere bakterier.
Filtreringsfunksjonen til smelteblåst ikke-vevd stoff.
Faktisk bestemmes filtreringseffektiviteten (FE) til fibre av deres gjennomsnittlige diameter og pakningstetthet. Jo mindre fiberdiameteren er, desto høyere er filtreringseffektiviteten.
Diameteren til smelteblåste bomullsfibre er omtrent mellom 0,5 og 10 mikron, mens diameteren til spunbond-lagfibrene er rundt 20 mikron. På grunn av de ultrafine fibrene har smelteblåst bomull et stort overflateareal og kan absorbere forskjellige mikropartikler. Det som er enda mer imponerende er at smelteblåst bomull er relativt pustende, noe som gjør det til et godt materiale for å lage maskefiltre, mens spunbond ikke-vevd stoff ikke er det.
La oss se på produksjonsprosessen for disse to typeneikke-vevde stoffer.
Når man lager spunbond non-woven-stoff, smeltes polypropylen og trekkes til silke, som deretter danner et nett. Sammenlignet med spunbond non-woven-stoffer har smelteblåst bomull mye mer avansert teknologi, og faktisk er smelteblåst teknologi for tiden den eneste teknologien som brukes til storskala produksjon av fibre i mikronstørrelse.
Produksjonsprosessen for smelteblåst bomull
Maskinen kan generere varmluftstrøm med høy hastighet, som sprøyter smeltet polypropylen fra den ekstremt lille smeltedysen med samme effekt som sprøyting.
Tåkete ultrafine fibre samler seg på ruller eller plater for å danne smelteblåste ikke-vevde stoffer – faktisk kommer inspirasjonen til smelteblåsteteknologien fra naturen. Du vet sannsynligvis ikke at naturen også produserer smelteblåste materialer. Det er ofte noen merkelige parykker i nærheten av vulkanske kratere, som er Peles hår, som er laget av basaltmagma blåst av vulkanens varme vind.
På 1950-tallet brukte US Naval Research Laboratory (NRL) først smelteblåst teknologi for å produsere fibre for filtrering av radioaktive materialer. I dag brukes smelteblåst teknologi ikke bare til å produsere filtermaterialer for filtrering av vann og gass, men også til produksjon av industrielle isolasjonsmaterialer som mineralull. Imidlertid er filtreringseffektiviteten til smelteblåst bomull i seg selv bare omtrent 25 %. Hvordan oppsto 95 % filtreringseffektivitet for N95-masker?
Dette er et avgjørende trinn i produksjonsprosessen av medisinsk smelteblåst bomull – elektrostatisk polarisasjonsbehandling.
Det er slik, som vi nettopp nevnte, filtreringseffektiviteten til masker er relatert til diameteren og fyllingstettheten. Men hvis masken er vevd for tett, vil den ikke puste, og brukeren vil føle seg ukomfortabel. Hvis elektrostatisk polarisasjonsbehandling ikke utføres, er filtreringseffektiviteten til smelteblåst stoff, som kan gjøre at folk føler seg mindre kvalt, bare 25 %.
Hvordan kan vi forbedre pusteevnen samtidig som vi sikrer filtreringseffektivitet?
I 1995 kom ingeniørforskeren Peter P. Tsai fra University of Tennessee opp med ideen om elektrostatisk utfellingsteknologi brukt i industriell filtrering.
I industrien (som fabrikkskorsteiner) bruker ingeniører et elektrisk felt til å lade partikler, og bruker deretter strømnettet til å suge dem opp for å filtrere ut ekstremt små partikler.
Bruk av elektrostatisk utfellingsteknologi for å filtrere luft
Inspirert av denne teknologien har mange forsøkt å elektrifisere plastfibre, men uten hell. Men Cai Bingyi klarte det. Han oppfant en metode for å lade plast, ionisere luften og elektrostatisk lade det smelteblåste stoffet, og gjøre det om til en elektret, et permanent ladet materiale som ligner på Pikachu.
Etter å ha blitt forvandlet til Pikachu, kan et lag med smelteblåst Pikachu-stoff ikke bare nå 10 lag uten strøm, men også tiltrekke seg partikler med en diameter på omtrent 100 nm, for eksempel COVID-19.
Man kan si at N95-masker ble laget med Cai Bingyis teknologi. Milliarder av menneskers liv rundt om i verden er beskyttet av denne teknologien.
Tilfeldigvis kalles Cai Bingyis elektrostatiske ladeteknikk koronaelektrostatisk lading, som er samme type korona som koronaviruset, men her betyr korona korona.
Etter å ha sett produksjonsprosessen for smelteblåst bomull av medisinsk kvalitet, vil du forstå dens tekniske vanskeligheter. Faktisk kan den vanskeligste delen av produksjonsprosessen for smelteblåst bomull være den mekaniske produksjonen av smelteblåst bomull.
I mars i år uttalte Markus Müller, salgsdirektøren til Reicol, en tysk leverandør av smelteblåste maskiner, i et intervju med NPR at smelteblåste maskiner krever høy presisjon og er vanskelige å produsere for å sikre at fibrene er fine og av stabil kvalitet. Produksjons- og monteringstiden for en maskin er minst 5–6 måneder, og prisen for hver maskin kan nå 4 millioner dollar. Mange maskiner på markedet har imidlertid ujevne kvalitetsnivåer.
Hills, Inc. i Florida er en av få produsenter i verden som kan produsere dyser for smelteblåst bomullsutstyr. Timothy Robson, selskapets FoU-sjef, uttalte også at smelteblåst bomullsutstyr har et høyt nivå av teknologisk innhold.
Selv om Kinas årlige produksjon av masker utgjør omtrent 50 % av verdens totale produksjon, noe som gjør landet til den største produsenten og eksportøren av masker, er den nasjonale produksjonen av smelteblåste ikke-vevde stoffer mindre enn 100 000 tonn per år, ifølge data fra China Industrial Textile Industry Association i februar, noe som indikerer en betydelig mangel på smelteblåste ikke-vevde stoffer.
Med tanke på prisen og leveringstiden for maskiner for produksjon av smelteblåst stoff, er det lite sannsynlig at små bedrifter produserer store mengder kvalifisert smelteblåst bomull på kort tid.
Hvordan avgjøre om den kjøpte masken er kvalifisert og laget av smelteblåst bomull?
Metoden er faktisk veldig enkel, ta tre trinn.
For det første, fordi det ytre laget av spunbond-fiberduk i sandwichkjeks har vanntette egenskaper, bør kvalifiserte medisinske masker være vanntette. Hvis de ikke er vanntette, hvordan kan de filtrere dråpene som sprayes fra munnen? Du kan prøve å helle litt vann på den slik som denne storebroren.
For det andre er ikke polypropylen lett å antenne og har lett for å smelte når den utsettes for varme, så smelteblåst bomull vil ikke brenne. Hvis den bakes med en lighter, vil den smelteblåste bomullen rulle seg opp og falle av, men den vil ikke ta fyr. Med andre ord, hvis mellomlaget på masken du kjøper tar fyr når den bakes med en lighter, er det definitivt en forfalskning.
For det tredje er medisinsk smelteblåst bomull Pikachu, som har statisk elektrisitet, slik at den kan plukke opp små papirbiter.
Hvis du trenger å bruke den samme masken flere ganger, har oppfinneren av N95, Cai Bingyi, selvfølgelig også forslag til desinfeksjon.
Den 25. mars i år uttalte Cai Bingyi på nettsiden til University of Tennessee at den elektrostatiske polarisasjonseffekten til medisinske masker og N95-masker er svært stabil. Selv om maskene desinfiseres med varmluft ved 70 grader Celsius i 30 minutter, påvirker det ikke polarisasjonsegenskapene til maskene. Alkohol vil imidlertid føre bort ladningen i det smelteblåste stoffet, så ikke desinfiser masken med alkohol.
Forresten, på grunn av den sterke absorpsjons-, barriere-, filtrerings- og lekkasjeforebyggende egenskapene til smelteblåst bomull, er mange dameprodukter og bleier også laget med den. Kimberly Clark var den første som søkte om relevante patenter.
Dongguan Liansheng Non Woven Technology Co., Ltd.ble etablert i mai 2020. Det er en storstilt produksjonsbedrift for ikke-vevde stoffer som integrerer forskning og utvikling, produksjon og salg. Den kan produsere PP spunbond ikke-vevde stoffer i forskjellige farger med en bredde på mindre enn 3,2 meter, fra 9 gram til 300 gram.
Publisert: 26. oktober 2024