Wiele osób wie, że rdzeniem maseczek chirurgicznych i masek N95 jest warstwa środkowa – bawełna meltblown.
Jeśli nadal nie wiesz, najpierw pokrótce to omówimy. Maseczki chirurgiczne składają się z trzech warstw: dwie zewnętrzne to włóknina typu spunbond, a środkowa to bawełna meltblown. Niezależnie od tego, czy jest to włóknina typu spunbond, czy bawełna meltblown, nie są one wykonane z bawełny, lecz z polipropylenu (PP).
Behnam Pourdeyhimi, zastępca dyrektora Instytutu Materiałów Nietkanych na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej i profesor materiałoznawstwa, wyjaśnił, że przednia i tylna warstwa włókniny w maseczkach chirurgicznych nie mają zdolności filtrowania mikroorganizmów. Mogą one jedynie blokować kropelki cieczy, a jedynie środkowa warstwa z bawełny meltblown pełni funkcję filtrowania bakterii.
Funkcja filtracyjna włókniny typu melt blown.
W rzeczywistości wydajność filtracji (FE) włókien jest określana przez ich średnią średnicę i gęstość upakowania. Im mniejsza średnica włókna, tym wyższa wydajność filtracji.
Średnica włókien bawełny meltblown wynosi około 0,5-10 mikronów, podczas gdy średnica włókien warstwy spunbond wynosi około 20 mikronów. Dzięki ultracienkim włóknom, bawełna meltblown charakteryzuje się dużą powierzchnią i może adsorbować różne mikrocząsteczki. Co jeszcze bardziej imponujące, bawełna meltblown jest stosunkowo oddychająca, co czyni ją dobrym materiałem do produkcji filtrów do masek, w przeciwieństwie do włókniny spunbond.
Przyjrzyjmy się bliżej procesowi produkcji tych dwóch typówtkaniny nietkane.
Podczas produkcji włókniny typu spunbond, polipropylen jest topiony i rozciągany w jedwab, który następnie tworzy siatkę. W porównaniu do włóknin typu spunbond, bawełna meltblown jest znacznie bardziej zaawansowana technologicznie. Co więcej, technologia meltblown jest obecnie jedyną technologią wykorzystywaną w masowej produkcji włókien o wielkości mikronów.
Proces produkcji bawełny melt blown
Maszyna może generować strumień gorącego powietrza o dużej prędkości, który rozpyla stopiony polipropylen z dyszy strumieniowej o niezwykle małym otworze, z takim samym efektem jak rozpylanie
Mgiełkowate, ultracienkie włókna gromadzą się na wałkach lub płytach, tworząc włókniny melt blown – w rzeczywistości inspiracja dla technologii melt blown pochodzi z natury. Prawdopodobnie nie wiesz, że natura również produkuje materiały melt blown. W pobliżu kraterów wulkanicznych często można znaleźć dziwnie wyglądające peruki – włosy Pele, wykonane z bazaltowej magmy wydmuchiwanej przez gorący wiatr wulkanu.
W latach 50. XX wieku amerykańskie Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej (NRL) po raz pierwszy zastosowało technologię meltblown do produkcji włókien filtrujących materiały radioaktywne. Obecnie technologia meltblown jest wykorzystywana nie tylko do produkcji materiałów filtracyjnych do filtrowania wody i gazów, ale także do produkcji przemysłowych materiałów izolacyjnych, takich jak wełna mineralna. Jednak skuteczność filtracji samej bawełny meltblown wynosi zaledwie około 25%. Skąd wzięła się 95% skuteczność filtracji masek N95?
To kluczowy etap procesu produkcyjnego medycznej bawełny meltblown – obróbka polaryzacją elektrostatyczną.
Jak już wspomnieliśmy, skuteczność filtracji masek zależy od ich średnicy i gęstości wypełnienia. Jednak zbyt ciasno tkana maska nie będzie oddychać, a użytkownik będzie odczuwał dyskomfort. Bez zastosowania polaryzacji elektrostatycznej, skuteczność filtracji tkaniny melt-blown, która może zmniejszyć uczucie duszenia, wynosi zaledwie 25%.
Jak możemy poprawić oddychalność, zapewniając jednocześnie wydajność filtracji?
W 1995 roku inżynier Peter P. Tsai z University of Tennessee wpadł na pomysł wykorzystania technologii wytrącania elektrostatycznego w filtracji przemysłowej.
W przemyśle (np. w kominach fabrycznych) inżynierowie wykorzystują pole elektryczne do naładowania cząsteczek, a następnie za pomocą sieci energetycznej odsysają je, aby odfiltrować wyjątkowo małe cząsteczki.
Wykorzystanie technologii elektrofiltru do filtrowania powietrza
Zainspirowani tą technologią, wielu próbowało naelektryzować włókna plastikowe, ale bezskutecznie. Udało się to jednak Cai Bingyi. Wynalazł metodę ładowania plastiku, jonizując powietrze i ładując elektrostatycznie tkaninę meltblown, przekształcając ją w elektret, trwale naładowany materiał podobny do Pikachu.
Po przekształceniu się w Pikachu, warstwa roztopionego materiału Pikachu może nie tylko osiągnąć 10 warstw bez użycia prądu, ale także przyciągać cząsteczki o średnicy około 100 nm, takie jak COVID-19.
Można powiedzieć, że dzięki technologii Cai Bingyi'ego powstały maski N95. Dzięki tej technologii życie miliardów ludzi na całym świecie jest chronione.
Przypadkowo technika ładowania elektrostatycznego Cai Bingyi'ego nazywana jest ładowaniem elektrostatycznym koronowym, co jest tym samym rodzajem korony co koronawirus, ale w tym przypadku słowo „corona” oznacza „corona”.
Po zapoznaniu się z procesem produkcji bawełny meltblown o jakości medycznej, zrozumiesz jego techniczne trudności. W rzeczywistości, najtrudniejszą częścią procesu produkcji bawełny meltblown może być jej mechaniczne wytwarzanie.
W marcu tego roku Markus Müller, dyrektor sprzedaży w firmie Reicol, niemieckim dostawcy maszyn do technologii meltblown, stwierdził w wywiadzie dla NPR, że aby zapewnić drobną strukturę włókien i ich stabilną jakość, maszyny meltblown wymagają wysokiej precyzji i są trudne w produkcji. Czas produkcji i montażu maszyny wynosi co najmniej 5-6 miesięcy, a cena jednej maszyny może sięgać 4 milionów dolarów. Jednak wiele maszyn dostępnych na rynku charakteryzuje się nierównym poziomem jakości.
Firma Hills, Inc. z Florydy jest jednym z niewielu producentów na świecie, którzy oferują dysze do urządzeń do produkcji bawełny meltblown. Timothy Robson, kierownik ds. badań i rozwoju w firmie, stwierdził również, że urządzenia do produkcji bawełny meltblown charakteryzują się wysokim poziomem zaawansowania technologicznego.
Chociaż roczna produkcja masek w Chinach stanowi około 50% całkowitej produkcji światowej, co czyni ten kraj największym producentem i eksporterem masek, to według danych China Industrial Textile Industry Association z lutego krajowa produkcja włóknin meltblown wynosi mniej niż 100 000 ton rocznie, co wskazuje na znaczny niedobór włóknin meltblown.
Biorąc pod uwagę cenę i czas dostawy maszyn do produkcji tkanin meltblown, mało prawdopodobne jest, aby małe przedsiębiorstwa wytworzyły duże ilości wysokiej jakości bawełny meltblown w krótkim czasie.
Jak sprawdzić, czy zakupiona maska spełnia wymagania i jest wykonana z bawełny meltblown?
Metoda jest naprawdę bardzo prosta, składa się z trzech kroków.
Po pierwsze, ponieważ zewnętrzna warstwa włókniny spunbond w ciasteczkach kanapkowych ma właściwości wodoodporne, kwalifikowane maseczki medyczne powinny być wodoodporne. Jeśli nie są wodoodporne, jak mogą filtrować kropelki rozpylane z ust? Możesz spróbować polać je wodą, tak jak ten starszy brat.
Po drugie, polipropylen nie jest łatwopalny i podatny na topienie pod wpływem ciepła, dlatego bawełna melt-blown nie zapali się. Podgrzana zapalniczką, bawełna melt-blown zwinie się i odpadnie, ale nie zapali się. Innymi słowy, jeśli środkowa warstwa maski, którą kupujesz, zapali się pod wpływem ciepła, to z pewnością jest to podróbka.
Po trzecie, medyczna bawełna meltblown to Pikachu, która ma właściwości statyczne, dzięki czemu może zbierać małe kawałki papieru.
Oczywiście, jeśli musisz używać tej samej maski wielokrotnie, wynalazca N95, Cai Bingyi, ma również sugestie dotyczące dezynfekcji.
25 marca br. Cai Bingyi oświadczył na stronie internetowej Uniwersytetu Tennessee, że efekt polaryzacji elektrostatycznej masek medycznych i masek N95 jest bardzo stabilny. Nawet dezynfekcja masek gorącym powietrzem o temperaturze 70 stopni Celsjusza przez 30 minut nie wpływa na ich właściwości polaryzacyjne. Alkohol jednak usuwa ładunek elektryczny z tkaniny meltblown, dlatego nie należy dezynfekować masek alkoholem.
Nawiasem mówiąc, ze względu na silne właściwości absorpcyjne, barierowe, filtracyjne i zapobiegające przeciekaniu bawełny meltblown, wytwarza się z niej również wiele artykułów dla kobiet i pieluszek. Kimberly Clark jako pierwsza złożyła odpowiednie wnioski patentowe.
Dongguan Liansheng Non tkane Technology Co., Ltd.Firma została założona w maju 2020 roku. Jest to przedsiębiorstwo zajmujące się produkcją włóknin na dużą skalę, integrujące badania i rozwój, produkcję oraz sprzedaż. Może produkować włókniny PP typu spunbond w różnych kolorach o szerokości poniżej 3,2 metra i gramaturze od 9 do 300 gramów.
Czas publikacji: 26-10-2024