Khẩu trang được làm bằng chất liệu gì? N95 là gì?

Sau đại dịch virus corona chủng mới, ngày càng nhiều người nhận ra tầm quan trọng của khẩu trang. Vậy những kiến ​​thức khoa học về khẩu trang này là gì? Bạn có biết không?

Làm thế nào để chọn mặt nạ?

Về thiết kế, nếu xếp hạng theo mức độ ưu tiên về khả năng tự bảo vệ của người đeo (từ cao xuống thấp): Khẩu trang N95 > Khẩu trang phẫu thuật > Khẩu trang y tế thông thường > Khẩu trang cotton thông thường.

Đối với bệnh viêm phổi do virus corona mới, khẩu trang phẫu thuật y tế và khẩu trang có khả năng lọc các hạt không dầu lớn hơn hoặc bằng 95% như N95, KN95, DS2, FFP2 có tác dụng ngăn chặn rõ ràng.

Phân loại khẩu trang y tế

Hiện nay, khẩu trang y tế tại Trung Quốc chủ yếu được chia thành ba loại: khẩu trang bảo hộ y tế có mức độ bảo vệ cao nhất, khẩu trang phẫu thuật y tế thường dùng trong môi trường phẫu thuật xâm lấn như phòng mổ và khẩu trang y tế dùng một lần thông thường.

Chất liệu của khẩu trang y tế

Chúng ta thường nói rằng khẩu trang được làm từ chất liệu vải không dệt, khác với vải dệt, là loại vải không dệt được cấu tạo từ các sợi định hướng hoặc sợi ngẫu nhiên. Riêng đối với khẩu trang, tất cả nguyên liệu thô đều là polypropylene (PP), và khẩu trang y tế thường có cấu trúc nhiều lớp, thường được gọi là cấu trúc SMS.

Kiến thức hóa học

Polypropylene, còn được gọi là PP, là một chất rắn không màu, không mùi, không độc hại và bán trong suốt được tạo thành từ phản ứng trùng hợp propylene. Công thức phân tử là – [CH2CH(CH3)]n-. Polypropylene được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm sợi như quần áo và chăn, thiết bị y tế, ô tô, xe đạp, phụ tùng, đường ống dẫn, thùng chứa hóa chất, và cũng được sử dụng trong bao bì thực phẩm và dược phẩm.

Từ góc nhìn củavật liệu mặt nạVải không dệt polypropylene có điểm nóng chảy cao, vật liệu đặc biệt đã trở thành sự lựa chọn tốt nhất, sản xuất ra các sản phẩm polypropylene có lưu lượng khối nóng chảy là 33-41g/phút, đáp ứng tiêu chuẩn vải không dệt polypropylene vệ sinh.

Vải không dệt được sản xuất từ ​​vật liệu vải không dệt polypropylene đặc biệt, có thể được sử dụng làm áo choàng phẫu thuật dùng một lần, khăn trải giường, khẩu trang, tấm phủ, miếng thấm chất lỏng và các sản phẩm y tế và sức khỏe khác. Trong số đó, khẩu trang không dệt được làm từ hai lớp vải không dệt sợi chuyên dụng cho mục đích y tế và sức khỏe, với một lớp vải phun lọc bổ sung ở giữa có hiệu quả lọc và kháng khuẩn hơn 99,999%, được hàn bằng sóng siêu âm.

Khẩu trang y tế chống vi-rút

Khẩu trang có khả năng chống virus chủ yếu bao gồm khẩu trang phẫu thuật y tế và khẩu trang N95. Theo tiêu chuẩn quốc gia YY 0469-2004 “Yêu cầu kỹ thuật đối với khẩu trang phẫu thuật y tế”, các chỉ số kỹ thuật quan trọng mà khẩu trang phẫu thuật y tế phải đáp ứng bao gồm hiệu quả lọc, hiệu quả lọc vi khuẩn và khả năng cản trở hô hấp:

Hiệu suất lọc: Trong điều kiện lưu lượng khí (30 ± 2) L/phút, hiệu suất lọc khí dung natri clorua có đường kính trung bình (0,24 ± 0,06) μm về mặt khí động học không nhỏ hơn 30%;

Hiệu quả lọc vi khuẩn: Trong điều kiện quy định, hiệu quả lọc đối với khí dung Staphylococcus aureus có đường kính hạt trung bình là (3 ± 0,3) μm không được nhỏ hơn 95%;

Sức cản hô hấp: Trong điều kiện lưu lượng hiệu quả lọc, sức cản hít vào không vượt quá 49Pa và sức cản thở ra không vượt quá 29,4Pa.

Tiêu chí thứ hai để đảm bảo hiệu quả lọc vi khuẩn là hiệu quả lọc khí dung của vi khuẩn Staphylococcus aureus không được thấp hơn 95%, đây chính là nguồn gốc của khái niệm N95. Do đó, mặc dù khẩu trang N95 không phải là khẩu trang y tế, nhưng chúng vẫn đạt tiêu chuẩn hiệu quả lọc 95% và có thể vừa vặn với khuôn mặt người dùng hơn, do đó cũng có thể phát huy tác dụng tốt trong việc phòng chống virus.

Vải không dệt thổi tan chảy

Vật liệu chính mang lại hiệu quả lọc virus cho hai loại khẩu trang này chính là lớp vải lọc tĩnh điện cực mịn bên trong – vải không dệt meltblown.

Vật liệu chính của vải không dệt thổi tan chảy là polypropylene, một loại vải sợi tĩnh điện siêu mịn có khả năng bắt bụi. Khi các giọt bắn chứa virus gây viêm phổi tiếp cận vải không dệt thổi tan chảy, chúng sẽ bị hấp phụ tĩnh điện trên bề mặt vải không dệt và không thể xuyên qua.

Đây là nguyên lý cách ly vi khuẩn của vật liệu này. Bụi bẩn sau khi được giữ lại bởi các sợi tĩnh điện siêu mịn sẽ cực kỳ khó tách ra do vệ sinh, và việc rửa bằng nước cũng có thể làm hỏng khả năng hút tĩnh điện. Do đó, loại khẩu trang này chỉ có thể sử dụng một lần. Các mức lọc thổi tan chảy phù hợp cho khẩu trang phẳng bao gồm: mức lọc thông thường, BFE95 (hiệu suất lọc 95%), BFE99 (hiệu suất lọc 99%), VFE95 (hiệu suất lọc 99%), PFE95 (hiệu suất lọc 99%), KN90 (hiệu suất lọc 90%).

Thành phần cụ thể

Khẩu trang y tế phẫu thuật thường được làm từ ba lớp vải không dệt. Chất liệu là vải không dệt spunbond + vải không dệt meltblown +vải không dệt spunbond. Sợi ngắn cũng có thể được sử dụng trong một lớp để cải thiện kết cấu da, cụ thể là vải không dệt cán nóng ES + vải không dệt thổi tan + vải không dệt spunbond. Lớp ngoài của khẩu trang được thiết kế để ngăn chặn các giọt bắn, lớp giữa được lọc và lớp nhớ hình giúp hấp thụ độ ẩm. Vải thổi tan thường được chọn có trọng lượng 20 gram.

Khẩu trang N95 dạng cốc được cấu tạo từ vải cotton kim, vải meltblown và vải không dệt. Vải meltblown thường nặng 40 gram hoặc hơn, với độ dày của vải cotton kim, nhìn bề ngoài trông dày hơn khẩu trang phẳng, hiệu quả bảo vệ có thể đạt ít nhất 95%.

Tiêu chuẩn quốc gia GB/T 32610 về khẩu trang không quy định số lớp khẩu trang. Nếu là khẩu trang y tế, khẩu trang phải có ít nhất 3 lớp, tức là loại SMS (2 lớp S và 1 lớp M). Hiện nay, số lớp cao nhất ở Trung Quốc là 5 lớp, tức là loại SMMMS (2 lớp S và 3 lớp M). Sản xuất khẩu trang không khó, nhưng sản xuất vải SMMMS lại rất khó. Giá của một thiết bị nhập khẩu vải không dệt lên tới hơn 100 triệu nhân dân tệ.

Chữ S ở đây biểu thị lớp spunbond, có đường kính sợi tương đối thô, khoảng 20 micromet (μm). Hai lớp Slớp spunbondchủ yếu hỗ trợ toàn bộ cấu trúc vải không dệt và không có tác động đáng kể đến tính chất chắn chắn.

Lớp quan trọng nhất bên trong khẩu trang là lớp chắn hay còn gọi là lớp meltblown M. Đường kính sợi của lớp meltblown tương đối mỏng, khoảng 2 micromet (μm), nên chỉ bằng một phần mười đường kính của lớp spunbond. Lớp này đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa vi khuẩn và máu xâm nhập.

Nếu có quá nhiều lớp spunbond S, khẩu trang sẽ trở nên cứng hơn, trong khi nếu có quá nhiều lớp meltblown M, việc thở sẽ khó khăn hơn. Do đó, độ khó thở của khẩu trang có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả cách ly của nó. Càng khó thở, hiệu quả cách ly càng tốt. Tuy nhiên, nếu lớp M trở thành một lớp màng mỏng, về cơ bản nó không thể thở được, virus bị chặn, nhưng con người cũng không thể thở được. Vì vậy, đây cũng là một vấn đề kỹ thuật.

Để minh họa rõ hơn vấn đề này, chúng ta sẽ so sánh sợi spunbond lớp S, sợi meltblown lớp M và tóc trong hình sau. Đối với tóc có đường kính 1/3, nó gần với sợi spunbond lớp, trong khi đối với tóc có đường kính 1/30, nó gần với sợi meltblown lớp M. Tất nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn đang phát triển các loại sợi mịn hơn để đảm bảo khả năng kháng khuẩn và bảo vệ tốt hơn.

Như đã đề cập trước đó, lớp M càng mịn thì khả năng ngăn chặn các hạt nhỏ như vi khuẩn càng tốt. Ví dụ, N95 có nghĩa là khả năng ngăn chặn 95% các hạt nhỏ (0,3 micron) trong điều kiện bình thường. Theo tiêu chuẩn quốc gia GB/T 19083 về khẩu trang y tế, hiệu quả lọc các hạt không dầu của khẩu trang đạt yêu cầu trong bảng dưới đây với lưu lượng khí 85 lít/phút.
Bảng 1: Mức độ lọc của khẩu trang y tế

Từ giải thích trên, N95 thực chất là khẩu trang 5 lớp làm từ vải không dệt polypropylene SMMMS có khả năng lọc được 95% các hạt mịn.

Công ty TNHH Công nghệ vải không dệt Đông Quan LianshengĐược thành lập vào tháng 5 năm 2020, đây là doanh nghiệp sản xuất vải không dệt quy mô lớn, tích hợp nghiên cứu phát triển, sản xuất và kinh doanh. Công ty có thể sản xuất vải không dệt PP spunbond nhiều màu sắc, khổ rộng dưới 3,2 mét, định lượng từ 9g đến 300g.