หน้ากากทำจากวัสดุอะไร? N95 คืออะไร?

หลังจากการระบาดของไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ ผู้คนจำนวนมากขึ้นตระหนักถึงบทบาทสำคัญของหน้ากากอนามัย ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับหน้ากากอนามัยเหล่านี้ คุณรู้หรือไม่?

เลือกหน้ากากอนามัยอย่างไรดี?

ในด้านการออกแบบ หากจัดอันดับตามความสำคัญของความสามารถในการป้องกันของผู้สวมใส่ (จากสูงไปต่ำ) ได้แก่ หน้ากาก N95>หน้ากากอนามัย>หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ทั่วไป>หน้ากากผ้าฝ้ายทั่วไป

สำหรับโรคปอดอักเสบจากเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ และหน้ากากที่มีการกรองอนุภาคที่ไม่ใช่น้ำมันมากกว่าหรือเท่ากับ 95% เช่น N95, KN95, DS2, FFP2 มีประสิทธิภาพในการปิดกั้นได้ชัดเจน

การจำแนกประเภทของหน้ากากอนามัย

ในปัจจุบัน หน้ากากอนามัยในประเทศจีนแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ คือ หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ที่มีระดับการป้องกันสูงสุด หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ที่ใช้กันทั่วไปในสภาพแวดล้อมการผ่าตัดที่มีการรุกราน เช่น ห้องผ่าตัด และหน้ากากอนามัยทางการแพทย์แบบใช้แล้วทิ้งระดับธรรมดา

วัสดุของหน้ากากอนามัยทางการแพทย์

โดยทั่วไปแล้ว หน้ากากทำจากวัสดุผ้าไม่ทอ ซึ่งเมื่อเทียบกับผ้าทอแล้วถือว่าเป็นผ้าไม่ทอ เส้นใยประกอบด้วยเส้นใยที่เรียงตัวหรือแบบสุ่ม วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตหน้ากากโดยเฉพาะคือโพลีโพรพิลีน (PP) และโดยทั่วไปแล้วหน้ากากอนามัยทางการแพทย์จะมีโครงสร้างหลายชั้น ซึ่งมักเรียกว่าโครงสร้าง SMS

ความรู้ทางเคมี

พอลิโพรพิลีน หรือที่รู้จักกันในชื่อ PP เป็นของแข็งไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่เป็นพิษ และกึ่งโปร่งใส เกิดขึ้นจากการพอลิเมอไรเซชันของโพรพิลีน มีสูตรโมเลกุลคือ – [CH2CH (CH3)] n - พอลิโพรพิลีนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตผลิตภัณฑ์เส้นใย เช่น เสื้อผ้าและผ้าห่ม อุปกรณ์ทางการแพทย์ รถยนต์ จักรยาน ชิ้นส่วน ท่อลำเลียง ภาชนะบรรจุสารเคมี และยังใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหารและยาอีกด้วย

จากมุมมองของวัสดุสำหรับทำหน้ากากผ้าไม่ทอโพลิโพรพีลีนจุดหลอมเหลวสูงชนิดพิเศษได้กลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด โดยผลิตผลิตภัณฑ์โพลิโพรพีลีนที่มีอัตราการไหลของมวลหลอมเหลว 33-41 กรัม/นาที ซึ่งตรงตามมาตรฐานผ้าไม่ทอโพลิโพรพีลีนที่ถูกสุขอนามัย

ผ้าไม่ทอที่ผลิตจากวัสดุพิเศษของผ้าไม่ทอโพลีโพรพีลีน สามารถนำไปใช้ผลิตชุดผ่าตัดแบบใช้แล้วทิ้ง ผ้าปูที่นอน หน้ากากอนามัย ปลอกหุ้ม แผ่นซับของเหลว และผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์และสุขภาพอื่นๆ หน้ากากไม่ทอทำจากผ้าไม่ทอสองชั้นที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์ทางการแพทย์และสุขภาพโดยเฉพาะ เสริมด้วยผ้ากรองแบบสเปรย์ชั้นกลางที่มีคุณสมบัติการกรองและป้องกันแบคทีเรียได้มากกว่า 99.999% ซึ่งเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

หน้ากากอนามัยป้องกันไวรัส

หน้ากากที่สามารถป้องกันไวรัสได้ส่วนใหญ่ ได้แก่ หน้ากากอนามัยทางการแพทย์และหน้ากาก N95 ตามมาตรฐานแห่งชาติ YY 0469-2004 “ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับหน้ากากอนามัยทางการแพทย์” ตัวบ่งชี้ทางเทคนิคที่สำคัญที่หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ต้องปฏิบัติตาม ได้แก่ ประสิทธิภาพการกรอง ประสิทธิภาพการกรองแบคทีเรีย และความต้านทานต่อระบบทางเดินหายใจ

ประสิทธิภาพการกรอง: ภายใต้เงื่อนไขอัตราการไหลของอากาศ (30 ± 2) ลิตร/นาที ประสิทธิภาพการกรองของละอองโซเดียมคลอไรด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย (0.24 ± 0.06) μm ในอากาศพลศาสตร์ไม่น้อยกว่า 30%

ประสิทธิภาพการกรองแบคทีเรีย: ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ประสิทธิภาพการกรองสำหรับละอองลอย Staphylococcus aureus ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคเฉลี่ย (3 ± 0.3) μ m จะต้องไม่น้อยกว่า 95%

ความต้านทานต่อการหายใจ: ภายใต้เงื่อนไขอัตราการไหลที่มีประสิทธิภาพการกรอง ความต้านทานการหายใจเข้าไม่เกิน 49Pa และความต้านทานการหายใจออกไม่เกิน 29.4Pa

เกณฑ์ที่สองในการรับรองประสิทธิภาพการกรองแบคทีเรียคือ ประสิทธิภาพการกรองละอองลอยของแบคทีเรีย Staphylococcus aureus จะต้องไม่น้อยกว่า 95% ซึ่งเป็นที่มาของแนวคิด N95 ดังนั้น แม้ว่าหน้ากาก N95 จะไม่ใช่หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ แต่ก็มีประสิทธิภาพการกรอง 95% และแนบสนิทกับใบหน้าของมนุษย์ได้ดีกว่า จึงสามารถมีบทบาทสำคัญในการป้องกันไวรัสได้เป็นอย่างดี

ผ้าไม่ทอแบบละลาย

วัสดุหลักที่ทำให้หน้ากากทั้งสองประเภทนี้มีประสิทธิภาพในการกรองไวรัสได้คือผ้ากรองชั้นในแบบไฟฟ้าสถิตที่ละเอียดเป็นพิเศษ ซึ่งเรียกว่าผ้าเมลต์โบลนแบบไม่ทอ

วัสดุหลักของผ้าไม่ทอเมลต์โบลนคือโพลีโพรพิลีน ซึ่งเป็นผ้าใยไฟฟ้าสถิตละเอียดพิเศษที่สามารถดักจับฝุ่นได้ เมื่อละอองฝอยที่มีเชื้อไวรัสปอดบวมเข้าใกล้ผ้าไม่ทอเมลต์โบลน ละอองฝอยเหล่านี้จะถูกดูดซับด้วยไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของผ้าไม่ทอและไม่สามารถผ่านเข้าไปได้

นี่คือหลักการของวัสดุนี้ในการแยกแบคทีเรีย หลังจากถูกดักจับด้วยเส้นใยไฟฟ้าสถิตขนาดเล็กพิเศษ ฝุ่นจะหลุดออกยากมากเนื่องจากการทำความสะอาด และการล้างด้วยน้ำก็อาจทำลายความสามารถในการดูดไฟฟ้าสถิตได้เช่นกัน ดังนั้น หน้ากากประเภทนี้จึงสามารถใช้ได้เพียงครั้งเดียว ระดับการกรองที่เหมาะสมสำหรับการกรองแบบเมลต์โบลนของหน้ากากแบบแบน ได้แก่ ระดับปกติ, BFE95 (ประสิทธิภาพการกรอง 95%), BFE99 (ประสิทธิภาพการกรอง 99%), VFE95 (ประสิทธิภาพการกรอง 99%), PFE95 (ประสิทธิภาพการกรอง 99%) และ KN90 (ประสิทธิภาพการกรอง 90%)

องค์ประกอบเฉพาะ

หน้ากากอนามัยทางการแพทย์โดยทั่วไปทำจากผ้าไม่ทอสามชั้น วัสดุที่ใช้คือผ้าไม่ทอสปันบอนด์ + ผ้าไม่ทอเมลท์โบลน +ผ้าสปันบอนด์แบบไม่ทอเส้นใยสั้นสามารถนำมาใช้ในชั้นเดียวเพื่อปรับปรุงพื้นผิวผิวได้ เช่น ผ้าไม่ทอรีดร้อน ES + ผ้าไม่ทอเมลต์โบลน + ผ้าไม่ทอสปันบอนด์ ชั้นนอกของหน้ากากออกแบบมาเพื่อป้องกันละอองฝอย ชั้นกลางมีตัวกรองและเมมโมรีช่วยดูดซับความชื้น โดยทั่วไปแล้วผ้าเมลต์โบลนจะมีน้ำหนัก 20 กรัม

หน้ากาก N95 แบบถ้วยประกอบด้วยผ้าฝ้ายแบบเจาะเข็ม ผ้าเมลต์โบลน และผ้าไม่ทอ โดยทั่วไปผ้าเมลต์โบลนจะมีน้ำหนัก 40 กรัมหรือมากกว่า และด้วยความหนาของผ้าฝ้ายแบบเจาะเข็ม ทำให้ดูหนากว่าหน้ากากแบบแบน และประสิทธิภาพในการป้องกันอย่างน้อย 95%

มาตรฐานแห่งชาติ GB/T 32610 ไม่ได้ระบุจำนวนชั้นของหน้ากากอนามัยไว้ หากเป็นหน้ากากอนามัยทางการแพทย์ ควรมีอย่างน้อย 3 ชั้น ซึ่งเรียกว่า SMS (ชั้น S 2 ชั้น และชั้น M 1 ชั้น) ปัจจุบัน จำนวนชั้นสูงสุดในประเทศจีนคือ 5 ชั้น ซึ่งเรียกว่า SMMMS (ชั้น S 2 ชั้น และชั้น M 3 ชั้น) การทำหน้ากากอนามัยไม่ใช่เรื่องยาก แต่การทำผ้า SMMMS เป็นเรื่องยาก ราคาอุปกรณ์ผ้าไม่ทอที่นำเข้ามีราคาสูงกว่า 100 ล้านหยวน

S ในที่นี้หมายถึงชั้นสปันบอนด์ ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นใยค่อนข้างหยาบประมาณ 20 ไมโครเมตร (μ m) S สองชั้นชั้นสปันบอนด์รองรับโครงสร้างผ้าไม่ทอทั้งหมดเป็นหลักและไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติการป้องกัน

ชั้นที่สำคัญที่สุดภายในหน้ากากคือชั้นกั้นหรือชั้นเมลต์โบลน M เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยของชั้นเมลต์โบลนค่อนข้างบาง ประมาณ 2 ไมโครเมตร (μ m) ดังนั้นจึงมีขนาดเพียงหนึ่งในสิบของเส้นผ่านศูนย์กลางของชั้นสปันบอนด์ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการป้องกันแบคทีเรียและเลือดไม่ให้ซึมผ่าน

หากมีชั้น S spunbond มากเกินไป หน้ากากจะแข็งขึ้น ในขณะที่หากมีชั้น M meltblown มากเกินไป การหายใจจะลำบากขึ้น ดังนั้น ความยากลำบากในการหายใจของหน้ากากจึงสามารถนำมาใช้ประเมินประสิทธิภาพการแยกตัวของหน้ากากได้ ยิ่งหายใจลำบากมากเท่าไหร่ ประสิทธิภาพการแยกตัวก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม หากชั้น M กลายเป็นฟิล์มบางๆ ก็หมายความว่าไม่สามารถระบายอากาศได้ และไวรัสจะถูกปิดกั้น แต่ผู้คนก็ไม่สามารถหายใจได้เช่นกัน ดังนั้น นี่จึงเป็นปัญหาทางเทคนิคเช่นกัน

เพื่ออธิบายปัญหานี้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น เราจะเปรียบเทียบเส้นใยสปันบอนด์ชั้น S เส้นใยเมลต์โบลนชั้น M และเส้นผมในภาพต่อไปนี้ สำหรับเส้นผมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1/3 เส้นใยจะอยู่ใกล้กับเส้นใยสปันบอนด์ชั้น M ในขณะที่เส้นผมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1/30 เส้นใยจะอยู่ใกล้กับเส้นใยเมลต์โบลนชั้น M แน่นอนว่านักวิจัยยังคงพัฒนาเส้นใยที่มีความละเอียดมากขึ้นเพื่อให้มีคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียและป้องกันได้ดีขึ้น

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ยิ่งชั้น M ละเอียดมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งสามารถป้องกันอนุภาคขนาดเล็ก เช่น แบคทีเรียได้มากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น N95 หมายถึงความสามารถในการป้องกันอนุภาคขนาดเล็ก (0.3 ไมครอน) ได้ถึง 95% ในสภาวะปกติ ตามมาตรฐานแห่งชาติ GB/T 19083 สำหรับหน้ากากอนามัยทางการแพทย์ ประสิทธิภาพการกรองของหน้ากากสำหรับอนุภาคที่ไม่ใช่น้ำมันตรงตามข้อกำหนดในตารางด้านล่าง ที่อัตราการไหลของก๊าซ 85 ลิตร/นาที
ตารางที่ 1: ระดับการกรองของหน้ากากอนามัยทางการแพทย์

จากคำอธิบายข้างต้น N95 จริงๆ แล้วคือหน้ากาก 5 ชั้นที่ทำจากผ้าโพลีโพรพีลีนแบบไม่ทอ SMMMS ที่สามารถกรองอนุภาคขนาดเล็กได้ 95%

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