วัสดุหลักในหน้ากากป้องกันการแพร่ระบาดคือ โพลีโพรพีลีน

วัสดุหลักของหน้ากากคือผ้าไม่ทอโพลีโพรพีลีน(หรือที่รู้จักกันในชื่อผ้าไม่ทอ) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์บางหรือคล้ายสักหลาด ผลิตจากเส้นใยสิ่งทอโดยการยึดติด หลอมรวม หรือวิธีการทางเคมีและกลไกอื่นๆ หน้ากากอนามัยทางการแพทย์โดยทั่วไปทำจากผ้าไม่ทอสามชั้น ได้แก่ ผ้าไม่ทอสปันบอนด์ S, ผ้าไม่ทอเมลต์โบลน M และผ้าไม่ทอสปันบอนด์ S หรือที่เรียกว่าโครงสร้าง SMS ชั้นในทำจากผ้าไม่ทอธรรมดา ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นมิตรต่อผิวหนังและดูดซับความชื้น ชั้นนอกทำจากผ้าไม่ทอกันน้ำ ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันของเหลว และส่วนใหญ่ใช้ป้องกันของเหลวที่ผู้สวมใส่หรือผู้อื่นฉีดพ่น ชั้นกรองชั้นกลางมักทำจากผ้าไม่ทอโพลีโพรพีลีนเมลต์โบลนที่ผ่านการโพลาไรซ์ไฟฟ้าสถิต ซึ่งสามารถกรองแบคทีเรียและมีบทบาทสำคัญในการป้องกันและกรอง

สายการผลิตหน้ากากอนามัยอัตโนมัติช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตหน้ากากอนามัยได้อย่างมาก ม้วนผ้าไม่ทอโพลีโพรพีลีนขนาดใหญ่จะถูกตัดเป็นม้วนเล็กๆ แล้วนำไปวางบนสายการผลิตหน้ากากอนามัย เครื่องจะปรับมุมให้แคบลงและค่อยๆ ม้วนผ้าจากซ้ายไปขวา พื้นผิวของหน้ากากอนามัยจะถูกกดให้เรียบด้วยแท็บเล็ต และดำเนินการตามขั้นตอนต่างๆ เช่น การตัด การปิดผนึกขอบ และการกด สายการผลิตหน้ากากอนามัยของโรงงานใช้เวลาในการผลิตโดยเฉลี่ยเพียงประมาณ 0.5 วินาที หลังจากการผลิต หน้ากากอนามัยจะถูกฆ่าเชื้อด้วยเอทิลีนออกไซด์ และทิ้งไว้ให้ตกตะกอนเป็นเวลา 7 วัน ก่อนที่จะถูกปิดผนึก บรรจุลงกล่อง และจัดส่งออกไปจำหน่าย

วัสดุหลักของหน้ากากคือเส้นใยโพลีโพรพีลีน

ชั้นกรอง (ชั้น M) ที่อยู่ตรงกลางของหน้ากากอนามัยทางการแพทย์คือผ้ากรองแบบเมลต์โบลน ซึ่งเป็นชั้นแกนกลางที่สำคัญที่สุด และวัสดุหลักคือวัสดุโพลีโพรพีลีนชนิดเมลต์โบลนพิเศษ วัสดุนี้มีคุณสมบัติการไหลสูงเป็นพิเศษ ความผันผวนต่ำ และการกระจายน้ำหนักโมเลกุลแคบ ชั้นกรองที่ขึ้นรูปมีคุณสมบัติการกรอง การป้องกัน ฉนวน และการดูดซับน้ำมันที่แข็งแกร่ง ซึ่งสามารถตอบสนองมาตรฐานต่างๆ สำหรับจำนวนเส้นใยต่อหน่วยพื้นที่และพื้นที่ผิวของชั้นแกนกลางของหน้ากากอนามัยทางการแพทย์ เส้นใยโพลีโพรพีลีนที่มีจุดหลอมเหลวสูงหนึ่งตันสามารถผลิตหน้ากากอนามัยทางการแพทย์โพลีโพรพีลีน N95 ได้เกือบ 250,000 ชิ้น หรือหน้ากากอนามัยทางการแพทย์แบบใช้แล้วทิ้ง 900,000 ถึง 1 ล้านชิ้น

โครงสร้างของวัสดุกรองโพลีโพรพีลีนเมลต์โบลนประกอบด้วยเส้นใยหลายเส้นที่เรียงซ้อนกันแบบสุ่มในทิศทางต่างๆ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นใยเฉลี่ย 1.5-3 ไมโครเมตร หรือประมาณ 1/30 ของเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นผมมนุษย์ กลไกการกรองของวัสดุกรองโพลีโพรพีลีนเมลต์โบลนประกอบด้วยสองส่วนหลักๆ คือ กลไกการกั้นทางกลและการดูดซับไฟฟ้าสถิต วัสดุกรองโพลีโพรพีลีนเมลต์โบลนมีเส้นใยขนาดเล็กมาก พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ความพรุนสูง และขนาดรูพรุนเฉลี่ยขนาดเล็ก จึงมีประสิทธิภาพในการกั้นแบคทีเรียและการกรองที่ดี วัสดุกรองโพลีโพรพีลีนเมลต์โบลนมีหน้าที่ในการดูดซับไฟฟ้าสถิตหลังจากผ่านกระบวนการไฟฟ้าสถิต

ขนาดของไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่มีขนาดเล็กมาก ประมาณ 100 นาโนเมตร (0.1 ไมโครเมตร) แต่ไวรัสไม่สามารถดำรงอยู่ได้โดยอิสระ ส่วนใหญ่จะอยู่ในสารคัดหลั่งและละอองฝอยเมื่อจาม และขนาดของละอองฝอยอยู่ที่ประมาณ 5 ไมโครเมตร เมื่อละอองฝอยที่มีไวรัสเข้าใกล้ผ้าเมลต์โบลน ละอองฝอยจะถูกดูดซับด้วยไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิว ป้องกันไม่ให้ละอองฝอยแทรกซึมผ่านชั้นกลางที่มีความหนาแน่นสูงและสร้างเกราะป้องกัน เนื่องจากไวรัสนั้นยากที่จะแยกตัวออกจากการทำความสะอาดหลังจากถูกดักจับโดยเส้นใยไฟฟ้าสถิตขนาดเล็กมาก และการซักล้างยังสามารถทำลายความสามารถในการดูดไฟฟ้าสถิตได้ หน้ากากชนิดนี้จึงสามารถใช้ได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น

ความเข้าใจเกี่ยวกับเส้นใยโพลีโพรพีลีน

เส้นใยโพลีโพรพีลีน หรือที่รู้จักกันในชื่อเส้นใย PP มักเรียกกันทั่วไปว่าโพลีโพรพีลีนในประเทศจีน เส้นใยโพลีโพรพีลีนเป็นเส้นใยที่ผลิตขึ้นโดยการพอลิเมอร์ไรเซชันของโพรพิลีนเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์โพลีโพรพีลีน แล้วนำไปผ่านกระบวนการปั่นด้าย โพลีโพรพีลีนมีหลากหลายประเภทหลักๆ ได้แก่ เส้นใยโพลีโพรพีลีน เส้นใยโพลีโพรพีลีนแบบสั้น เส้นใยโพลีโพรพีลีนแบบแยกส่วน เส้นใยโพลีโพรพีลีนแบบขยาย (BCF) เส้นด้ายอุตสาหกรรมโพลีโพรพีลีน ผ้าไม่ทอโพลีโพรพีลีน เส้นใยโพลีโพรพีลีนแบบบุหรี่ เป็นต้น

เส้นใยโพลีโพรพีลีนส่วนใหญ่นำมาใช้ทำพรม (ฐานพรมและหนังกลับ) ผ้าตกแต่ง ผ้าเฟอร์นิเจอร์ แถบเชือกต่างๆ ตาข่ายจับปลา ผ้าสักหลาดดูดซับน้ำมัน วัสดุเสริมแรงอาคาร วัสดุบรรจุภัณฑ์ และผ้าอุตสาหกรรม เช่น ผ้ากรอง ผ้าถุง ฯลฯ โพลีโพรพีลีนสามารถใช้เป็นไส้กรองบุหรี่และวัสดุสุขอนามัยแบบไม่ทอ ฯลฯ เส้นใยโพลีโพรพีลีนขนาดเล็กพิเศษสามารถใช้ผลิตผ้าเสื้อผ้าระดับไฮเอนด์ ผ้าห่มที่ทำจากเส้นใยกลวงโพลีโพรพีลีนมีน้ำหนักเบา อบอุ่น และมีความยืดหยุ่นดี

การพัฒนาเส้นใยโพลีโพรพีลีน

เส้นใยโพลีโพรพีลีนเป็นเส้นใยชนิดใหม่ที่เริ่มมีการผลิตเชิงอุตสาหกรรมในช่วงทศวรรษ 1960 ในปี 1957 บริษัท Natta และคณะ จากอิตาลี ได้พัฒนาเส้นใยโพลีโพรพีลีนแบบไอโซแทกติกเป็นครั้งแรกและประสบความสำเร็จในการผลิตเชิงอุตสาหกรรม หลังจากนั้นไม่นาน บริษัท Montecatini ได้ใช้เส้นใยโพลีโพรพีลีนนี้ในการผลิตเส้นใยโพลีโพรพีลีน ในปี 1958-1960 บริษัทได้ใช้เส้นใยโพลีโพรพีลีนในการผลิตเส้นใยและตั้งชื่อว่า Meraklon ต่อมาการผลิตก็ได้เริ่มต้นขึ้นในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา หลังจากปี 1964 เส้นใยโพลีโพรพีลีนแบบแยกส่วนสำหรับมัดรวมได้รับการพัฒนาและผลิตเป็นเส้นใยสิ่งทอและเส้นด้ายพรมด้วยวิธีฟิบริลเลชันฟิล์มบาง
ในช่วงทศวรรษ 1970 กระบวนการปั่นด้ายระยะสั้นและอุปกรณ์ต่างๆ ได้พัฒนากระบวนการผลิตเส้นใยโพลีโพรพีลีนให้ดีขึ้น ในขณะเดียวกัน เส้นใยต่อเนื่องแบบขยายก็เริ่มถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมพรม และการผลิตเส้นใยโพลีโพรพีลีนก็พัฒนาอย่างรวดเร็ว หลังจากปี 1980 การพัฒนาโพลีโพรพีลีนและเทคโนโลยีใหม่ๆ ในการผลิตเส้นใยโพลีโพรพีลีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประดิษฐ์ตัวเร่งปฏิกิริยาเมทัลโลซีน ได้ช่วยปรับปรุงคุณภาพของเรซินโพลีโพรพีลีนอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากการปรับปรุงความสม่ำเสมอของเส้นใย (ไอโซโทรปีสูงถึง 99.5%) ทำให้คุณภาพที่แท้จริงของเส้นใยโพลีโพรพีลีนดีขึ้นอย่างมาก
ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 เส้นใยโพลีโพรพีลีนชนิดละเอียดพิเศษได้เข้ามาแทนที่เส้นใยฝ้ายบางชนิดสำหรับผ้าสิ่งทอและผ้าไม่ทอ ปัจจุบัน การวิจัยและพัฒนาเส้นใยโพลีโพรพีลีนก็ดำเนินไปอย่างแข็งขันในหลายประเทศทั่วโลก การเผยแพร่และการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเส้นใยที่แตกต่างกันได้ขยายขอบเขตการประยุกต์ใช้เส้นใยโพลีโพรพีลีนอย่างกว้างขวาง

โครงสร้างของเส้นใยโพลีโพรพีลีน

พอลิโพรพิลีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีอะตอมของคาร์บอนเป็นสายโซ่หลัก โครงสร้างสามมิติมีสามประเภท ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของกลุ่มเมทิล ได้แก่ แบบสุ่ม ไอโซเรกูลาร์ และเมตาเรกูลาร์ อะตอมของคาร์บอนบนสายโซ่หลักของโมเลกุลพอลิโพรพิลีนอยู่ในระนาบเดียวกัน และกลุ่มเมทิลด้านข้างสามารถจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันได้ทั้งบนและใต้ระนาบของสายโซ่หลัก
การผลิตเส้นใยโพลีโพรพีลีนใช้โพลีโพรพีลีนแบบไอโซแทกติกที่มีค่าไอโซทรอปิกมากกว่า 95% ซึ่งมีผลึกสูง โครงสร้างเป็นสายเกลียวสม่ำเสมอสามมิติ สายโซ่หลักของโมเลกุลประกอบด้วยสายโซ่ที่บิดตัวกันเป็นเกลียวอะตอมคาร์บอนบนระนาบเดียวกัน และหมู่เมทิลด้านข้างอยู่บนระนาบเดียวกันของสายโซ่หลัก การตกผลึกนี้ไม่เพียงแต่เป็นโครงสร้างแบบเดียวกันของสายโซ่แต่ละสายเท่านั้น แต่ยังมีการเรียงตัวของสายโซ่อย่างเป็นระเบียบในทิศทางตั้งฉากกับแกนของสายโซ่อีกด้วย ผลึกของเส้นใยโพลีโพรพีลีนปฐมภูมิมีค่าอยู่ระหว่าง 33%-40% หลังจากการยืดตัว ผลึกจะเพิ่มขึ้นเป็น 37%-48% หลังจากการอบด้วยความร้อน ผลึกจะเพิ่มขึ้นเป็น 65%-75%

เส้นใยโพลีโพรพีลีนมักผลิตโดยวิธีการปั่นหลอม โดยทั่วไปเส้นใยจะเรียบและตรงในแนวยาว ไม่มีลายทาง และมีหน้าตัดเป็นวงกลม นอกจากนี้ยังสามารถนำไปปั่นเป็นเส้นใยที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอและเส้นใยผสมได้อีกด้วย

ลักษณะการทำงานของเส้นใยโพลีโพรพีลีน

พื้นผิว

คุณสมบัติเด่นที่สุดของโพลีโพรพีลีนคือเนื้อสัมผัสที่เบาบาง มีความหนาแน่น 0.91 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งเบากว่าน้ำและมีน้ำหนักเพียง 60% ของน้ำหนักฝ้าย โพลีโพรพีลีนเป็นเส้นใยที่มีความหนาแน่นต่ำที่สุดในบรรดาเส้นใยเคมีทั่วไป เบากว่าไนลอน 20% เบากว่าโพลีเอสเตอร์ 30% และเบากว่าเส้นใยวิสโคส 40% เหมาะสำหรับใช้ทำเสื้อผ้ากีฬาทางน้ำ

คุณสมบัติทางกายภาพ

โพลีโพรพีลีนมีความแข็งแรงสูงและมีค่าการยืดตัวที่แตกหักได้ 20% -80% ความแข็งแรงจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และโพลีโพรพีลีนมีค่าโมดูลัสเริ่มต้นสูง ความสามารถในการคืนตัวแบบยืดหยุ่นใกล้เคียงกับไนลอน 66 และโพลีเอสเตอร์ และดีกว่าอะคริลิก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสามารถในการคืนตัวแบบยืดหยุ่นที่รวดเร็วกว่า ทำให้ผ้าโพลีโพรพีลีนมีความทนทานต่อการสึกหรอมากกว่า ผ้าโพลีโพรพีลีนไม่ยับง่าย จึงมีความทนทาน ขนาดเสื้อผ้าค่อนข้างคงที่ และไม่เสียรูปง่าย

ประสิทธิภาพการดูดซับความชื้นและการย้อมสี

ในบรรดาเส้นใยสังเคราะห์ โพลีโพรพีลีนมีการดูดซับความชื้นที่แย่ที่สุด โดยแทบจะไม่มีการคืนความชื้นกลับคืนภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐาน ดังนั้น ความแข็งแรงในสภาวะแห้งและเปียก รวมถึงความแข็งแรงในการแตกหักจึงใกล้เคียงกัน จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำอวนจับปลา เชือก ผ้ากรอง และผ้าก๊อซฆ่าเชื้อสำหรับยา โพลีโพรพีลีนมีแนวโน้มที่จะเกิดไฟฟ้าสถิตและขึ้นขุยระหว่างการใช้งาน และมีอัตราการหดตัวต่ำ ผ้าซักง่ายและแห้งเร็ว และค่อนข้างแข็ง เนื่องจากโพลีโพรพีลีนดูดซับความชื้นได้ไม่ดีและอับชื้นเมื่อสวมใส่ จึงมักถูกนำไปผสมกับเส้นใยที่มีความสามารถในการดูดซับความชื้นสูงเมื่อนำมาใช้ผลิตเสื้อผ้า
พอลิโพรพิลีนมีโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สม่ำเสมอและมีผลึกสูง แต่ขาดหมู่ฟังก์ชันที่สามารถจับกับโมเลกุลของสีย้อม ทำให้การย้อมสีทำได้ยาก สีย้อมทั่วไปไม่สามารถย้อมสีได้ การใช้สีย้อมแบบกระจายตัวเพื่อย้อมพอลิโพรพิลีนจะให้สีที่อ่อนมากและความคงทนของสีต่ำ การปรับปรุงประสิทธิภาพการย้อมสีของพอลิโพรพิลีนสามารถทำได้ผ่านวิธีการต่างๆ เช่น การกราฟต์โคพอลิเมอไรเซชัน การย้อมสีของเหลวดั้งเดิม และการดัดแปลงสารประกอบโลหะ

คุณสมบัติทางเคมี

โพลีโพรพีลีนมีความทนทานต่อสารเคมี แมลง และเชื้อราได้ดีเยี่ยม มีความเสถียรต่อกรด ด่าง และสารเคมีอื่นๆ สูงกว่าเส้นใยสังเคราะห์อื่นๆ โพลีโพรพีลีนมีความทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีได้ดี ยกเว้นกรดไนตริกเข้มข้นและโซดาไฟเข้มข้น โพลีโพรพีลีนมีความทนทานต่อกรดและด่างได้ดี จึงเหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุกรองวัสดุบรรจุภัณฑ์อย่างไรก็ตาม ความเสถียรต่อตัวทำละลายอินทรีย์ยังค่อนข้างต่ำ

ทนความร้อน

โพลีโพรพีลีนเป็นเส้นใยเทอร์โมพลาสติกที่มีจุดอ่อนตัวและจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเส้นใยชนิดอื่น อุณหภูมิจุดอ่อนตัวต่ำกว่าจุดหลอมเหลว 10-15 องศาเซลเซียส ทำให้ทนความร้อนได้ต่ำ ในระหว่างการย้อม การตกแต่ง และการใช้งานโพลีโพรพีลีน จำเป็นต้องให้ความสำคัญกับการควบคุมอุณหภูมิเพื่อป้องกันการเสียรูปพลาสติก เมื่อถูกความร้อนในสภาวะแห้ง (เช่น อุณหภูมิเกิน 130 องศาเซลเซียส) โพลีโพรพีลีนจะแตกร้าวเนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดังนั้นจึงมักมีการเติมสารป้องกันการเสื่อมสภาพ (สารคงสภาพความร้อน) ในการผลิตเส้นใยโพลีโพรพีลีนเพื่อเพิ่มความเสถียรของเส้นใยโพลีโพรพีลีน แต่โพลีโพรพีลีนมีความทนทานต่อความชื้นและความร้อนได้ดีกว่า สามารถต้มในน้ำเดือดเป็นเวลาหลายชั่วโมงโดยไม่เสียรูป

ประสิทธิภาพอื่น ๆ

โพลีโพรพีลีนมีความทนทานต่อแสงและสภาพอากาศต่ำ เสื่อมสภาพง่าย ไม่ทนต่อการรีด และควรเก็บให้ห่างจากแสงและความร้อน อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติป้องกันการเสื่อมสภาพสามารถปรับปรุงได้โดยการเติมสารป้องกันการเสื่อมสภาพในระหว่างการปั่น นอกจากนี้ โพลีโพรพีลีนยังเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดไฟฟ้าสถิตในระหว่างการแปรรูป โพลีโพรพีลีนไม่ติดไฟง่าย เมื่อเส้นใยหดตัวและละลายในเปลวไฟ เปลวไฟสามารถดับได้เอง เมื่อถูกเผาไหม้จะเกิดเป็นแท่งแข็งใสพร้อมกลิ่นยางมะตอยเล็กน้อย

ตงกวน Liansheng ไม่ทอเทคโนโลยี จำกัดก่อตั้งขึ้นในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2563 เป็นบริษัทผลิตผ้าไม่ทอขนาดใหญ่ที่บูรณาการการวิจัยและพัฒนา การผลิต และการจัดจำหน่ายเข้าด้วยกัน สามารถผลิตผ้าไม่ทอ PP สปันบอนด์หลากสีสันที่มีความกว้างน้อยกว่า 3.2 เมตร ตั้งแต่ 9 กรัม ถึง 300 กรัม