Многие знают, что основой хирургических масок и масок N95 является средний слой – мельтблаун-хлопок.
Если вы всё ещё не знаете, давайте сначала кратко рассмотрим. Хирургические маски делятся на три слоя: два внешних слоя изготовлены из нетканого материала спанбонд, а средний слой — из хлопка, полученного методом мельтблаун. Независимо от того, используется ли спанбонд или хлопковый материал, они изготовлены не из хлопка, а из пластика — полипропилена (ПП).
Бехнам Пурдейхими, заместитель директора Института нетканых материалов Университета штата Северная Каролина и профессор материаловедения, пояснил, что передний и задний слои нетканого материала хирургических масок не обладают способностью фильтровать микроорганизмы. Они способны лишь блокировать капли жидкости, и только средний слой из хлопка, полученного методом мелтблауна, выполняет функцию фильтрации бактерий.
Фильтрующая функция нетканого материала, полученного методом выдува расплава.
Фактически, эффективность фильтрации (ЭФ) волокон определяется их средним диаметром и плотностью упаковки. Чем меньше диаметр волокна, тем выше эффективность фильтрации.
Диаметр волокон мельтблауна из хлопка составляет примерно от 0,5 до 10 микрон, а диаметр волокон спанбонда — около 20 микрон. Благодаря ультратонким волокнам мельтблаун имеет большую площадь поверхности и способен адсорбировать различные микрочастицы. Ещё более впечатляющим является то, что мельтблаун относительно воздухопроницаем, что делает его хорошим материалом для изготовления фильтров для масок, в отличие от нетканого материала спанбонда.
Давайте рассмотрим процесс производства этих двух типовнетканые материалы.
При изготовлении нетканого материала спанбонд полипропилен расплавляется и вытягивается в шелк, который затем образует сетку. По сравнению с неткаными материалами спанбонд, мельтблаун-хлопок имеет гораздо более продвинутую технологию, и, по сути, технология мельтблаун в настоящее время является единственной технологией, используемой для крупномасштабного производства волокон микронного размера.
Процесс производства хлопка-мелтблауна
Машина может генерировать высокоскоростной поток горячего воздуха, который распыляет расплавленный полипропилен через сопло с очень маленьким отверстием, обеспечивая тот же эффект, что и распыление
Тончайшие волокна собираются на валиках или пластинах, образуя нетканые материалы, полученные методом мелтблауна. На самом деле, вдохновение для создания технологии мелтблауна пришло из природы. Вы, вероятно, не знаете, что природа также создаёт материалы, полученные методом мелтблауна. Вблизи вулканических кратеров часто можно увидеть странные парики – это волосы Пеле, состоящие из базальтовой магмы, выдуваемой горячим ветром вулкана.
В 1950-х годах Военно-морская исследовательская лаборатория США (NRL) впервые применила технологию мелтблауна для производства волокон для фильтрации радиоактивных веществ. В настоящее время технология мелтблауна используется не только для производства фильтрующих материалов для воды и газа, но и для производства промышленных изоляционных материалов, таких как минеральная вата. Однако эффективность фильтрации самого мелтблауна составляет всего около 25%. Как удалось достичь 95%-ной эффективности фильтрации масок N95?
Это важнейший этап в процессе производства медицинского мельтблауна — обработка электростатической поляризацией.
Как мы уже упоминали, эффективность фильтрации масок зависит от их диаметра и плотности наполнения. Однако, если ткань слишком плотная, маска не будет воздухопроницаемой, и пользователь будет чувствовать себя некомфортно. Без электростатической поляризации эффективность фильтрации мельтблауна, способного уменьшить ощущение удушья, составляет всего 25%.
Как можно улучшить воздухопроницаемость, обеспечив при этом эффективность фильтрации?
В 1995 году ученый-инженер Питер П. Цай из Университета Теннесси выступил с идеей технологии электростатического осаждения, используемой в промышленной фильтрации.
В промышленности (например, в заводских дымоходах) инженеры используют электрическое поле для зарядки частиц, а затем используют электросеть для их всасывания с целью отфильтровать чрезвычайно мелкие частицы.
Использование технологии электрофильтрации для фильтрации воздуха
Вдохновлённые этой технологией, многие пытались электрифицировать пластиковые волокна, но безуспешно. Однако Цай Бинъи это сделал. Он изобрел метод зарядки пластика, ионизируя воздух и накладывая электростатический заряд на ткань, полученную методом мельтблауна, превращая её в электрет — материал с постоянным зарядом, подобный Пикачу.
После трансформации в Пикачу слой ткани, полученной методом расплавления, может не только достигать 10 слоев без электричества, но и притягивать частицы диаметром около 100 нм, такие как COVID-19.
Можно сказать, что благодаря технологии Цай Бинъи были созданы маски N95. Эта технология защищает жизни миллиардов людей по всему миру.
По совпадению, метод электростатической зарядки Цай Бинъи называется коронной электростатической зарядкой, которая представляет собой тот же тип короны, что и коронавирус, но здесь «корона» означает «корона».
Посмотрев процесс производства медицинского мельтблауна, вы поймёте его техническую сложность. Пожалуй, самой сложной частью процесса производства мельтблауна является его механическое изготовление.
В марте этого года Маркус Мюллер, директор по продажам компании Reicol, немецкого поставщика оборудования для мельтблауна, заявил в интервью NPR, что для обеспечения тонкости и стабильного качества волокон машины для мельтблауна требуют высокой точности и сложны в изготовлении. Срок производства и сборки машины составляет не менее 5-6 месяцев, а стоимость каждой машины может достигать 4 миллионов долларов. Однако качество многих машин на рынке может быть разным.
Компания Hills, Inc. во Флориде — один из немногих производителей в мире, способных изготавливать сопла для оборудования по производству хлопка-мелтблауна. Тимоти Робсон, менеджер по исследованиям и разработкам компании, также отметил высокий уровень технологичности оборудования по производству хлопка-мелтблауна.
Хотя годовой объем производства масок в Китае составляет около 50% от общемирового объема, что делает страну крупнейшим производителем и экспортером масок, по данным Китайской ассоциации промышленной текстильной промышленности за февраль, национальное производство нетканых материалов, полученных методом мельтблауна, составляет менее 100 000 тонн в год, что указывает на значительный дефицит нетканых материалов, полученных методом мельтблауна.
Учитывая стоимость и сроки поставки оборудования для производства мельтблаун-тканей, маловероятно, что малые предприятия смогут производить большие объемы качественного мельтблаун-хлопка за короткий период времени.
Как определить, соответствует ли купленная маска требованиям и изготовлена ли она из хлопка, полученного методом мелтблауна?
Метод на самом деле очень прост, сделайте три шага.
Во-первых, поскольку внешний слой нетканого материала спанбонд в печеньях-сэндвичах обладает водонепроницаемыми свойствами, сертифицированные медицинские маски должны быть водонепроницаемыми. Если они не водонепроницаемы, как они могут фильтровать капли, распыляемые изо рта? Можно попробовать полить их водой, как этот старший брат.
Во-вторых, полипропилен невоспламеняем и плавится под воздействием тепла, поэтому мельтблаун не горит. При запекании с помощью зажигалки мельтблаун свернётся и отпадёт, но не загорится. Другими словами, если средний слой купленной вами маски загорится при запекании с помощью зажигалки, это однозначно подделка.
В-третьих, медицинский мельтблаун-хлопок — это Пикачу, обладающий статическим электричеством, поэтому он может притягивать небольшие кусочки бумаги.
Конечно, если вам необходимо использовать одну и ту же маску несколько раз, изобретатель N95 Цай Бинъи также предлагает рекомендации по дезинфекции.
25 марта этого года Цай Бинъи заявил на сайте Университета Теннесси, что электростатический поляризационный эффект медицинских масок и масок N95 очень стабилен. Даже дезинфекция масок горячим воздухом при температуре 70 градусов Цельсия в течение 30 минут не влияет на их поляризационные свойства. Однако спирт снимает заряд с ткани, изготовленной методом мельтблауна, поэтому не следует дезинфицировать маски спиртом.
Кстати, благодаря высокой впитывающей способности, барьерным свойствам, фильтрации и предотвращению протеканий, мельтблаун-хлопок также используется для производства многих женских изделий и подгузников. Кимберли Кларк была первой, кто подал соответствующие патентные заявки.
Dongguan Liansheng Нетканые технологии Co., Ltd.Основанная в мае 2020 года, компания представляет собой крупномасштабное предприятие по производству нетканых материалов, объединяющее научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, производство и продажи. Компания может производить полипропиленовые нетканые материалы спанбонд различных цветов шириной менее 3,2 метра плотностью от 9 до 300 граммов.
Время публикации: 26 октября 2024 г.