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  • 拼 命 加 载 中 ... 口罩

    复工大潮在即,甚至很多单位已经开始复工了,这样一天大概有10个小时左右需要戴上口罩,原本就一罩难求的口罩更加捉襟见肘。在广州,购买口罩先要去预约,然后摇号随机抽取名单,十天才一次机会,能抽中的几率估计也就百分之几。而通常建议一个口罩佩戴四小时就需要更换了,按这样算,一天十多小时怎么也要消耗三个口罩,估计没几个人能应付得了,口罩的消毒与重复再生利用已是不可避免之事。

    但是,怎么给口罩消毒,网上说法不一,我们这些经常给别人科普的小编看了也头晕,决定还是自己写一篇,查资料看文献,甚至动手实验,希望能去伪存真,在这非常时期能给大家一些帮助,但咱也不是专业人士,如果有什么错误遗漏,恳请指正。

    口罩的基本结构与过滤机理

    首先还是要对口罩结构有个基本了解,通常它有三层(也有四层、五层的),外层用来防水防飞溅防较大的颗粒,中间层是主要的过滤层,里层为吸湿层,防止水汽呼出。

    这几层的材料一般是由无纺布构成,无妨布不是由一根一根的纱线交织编结在一起的,而是将纤维直接通过物理的方法粘合在一起的,它可以依靠纤维过滤的方式来实现过滤功能,纤维越细,滤材的比表面积越大,吸附效果越好,同时它的网孔也越小,对颗粒的阻隔效果也就越好,但是太细的网孔会造成更大的呼吸阻力,舒服性下降。

    无纺布的加工方法有很多种,如湿法、化学粘合法、针刺法、纺粘法和熔喷法等,其中以熔喷法的组成纤维最细,基本上采用聚丙烯为原料,它在加工过程中利用高速高温气流喷吹形成,纤维直径在0.5-4μm间,因此作为口罩最重要的部分过滤层(中间那一层),通常采用熔喷无纺布制作。不过,目前很多人手头上的口罩可能中间层和里层都是普通的无纺布,可以观察观察,如果这两层是同样材质,肯定是普通无纺布无疑,熔喷无纺布更柔软,有点像餐巾纸,现在也没有什么简易的鉴别方法,网上流传的火烧法其实也不靠谱,也辟谣了。有条件的话,我们还是尽可能选用熔喷无纺布的口罩。

    按照网上的说法,熔喷无纺布的价格是普通无纺布的5倍左右,目前已疯狂涨价了,从之前的2万元/吨涨到了8万元/吨,成本更是要高出好多倍。理论上来说克重越大,过滤效率越高。医用外科口罩的熔喷布大约20-30克,N95和医用防护口罩约55-60克。

    说完材料,再看看过滤,纤维有五大过滤机理:直接捕获、惯性沉积、重力沉积、扩散沉积效应和静电吸附,前四种与材料的纤维结构和粒子的运动方式有关,咱们也管不了,重点说下第五种,也就是非常重要的静电吸附,同时也是因为目前有些消毒方法会破坏这个静电吸附。

    由于单纯减小纤维直径,会遇到技术上的瓶颈,成本和过滤阻力都会增加,解决办法就是通过静电吸附效应提高过滤性能,简单说就是在强外电场作用下让纤维极化并长时间保持极化状态,也称驻极化,经过驻极处理的聚丙烯熔喷无纺布可以带有较为持久的静电,当空气中带电粒子在经过时,会被强烈吸附在驻极纤维上,另外不带电的粒子也会在驻极体形成的电场中极化,也会被吸附在纤维上。


    驻极体和非驻极体过滤材料过滤效率的对比

    静电吸附是口罩中非常重要的过滤方式,不同的驻极方法也会造成单位面积上电荷量及埋藏深度的差异,最终也会影响到过滤性能。杭州电子科技大学驻极体及其应用实验室曾经做过试验,同等条件下,驻极体材料比非驻极体材料的过滤效率提高了90%-190%。

    值得我们注意的是,纤维上的这些电荷是有饱和度的,而且随着使用时间的增加,电荷也会慢慢减少,最终过滤效果大降,通常这时候口罩也该要换了。


    可以通过吸附小纸屑来验证口罩的静电吸附能力

    你可以通过吸附小纸屑来验证口罩的静电吸附能力,我手头上的几款口罩的静电吸附能力是比较弱的。但是吸附小纸屑的能力并不能完全判断它的静电吸附能力,因为还有表面电荷和体电荷的差别。研究表明,用洗衣粉等清洗剂清洁口罩会大幅降低过滤性能,其原因可能与清洗剂中所含的表面活性剂有关,其所含的疏水基团也聚丙烯分子可以产生较强的相互作用,从而引起驻极体电荷的衰减。

    不要用洗衣粉等清洗剂清洁口罩

    不怎么正确的消毒方式

    所以,回顾到本文的问题,如何给口罩安全消毒并重复利用,需要注意两个问题:

    一、不破坏口罩各层的结构,过滤效率尽可能下降的少

    二、给过滤层重新“充电”

    可以用酒精给口罩消毒吗?不能

    表面涂抹、喷洒75%酒精很难起到对医用口罩内部的消毒作用,另一方面,酒精也会破坏口罩外层防水结构,原因是酒精的表面张力和水有很大不同,用酒精处理过的口罩材料对水(血液、唾液)的吸收会增强,这会加速口罩过滤层失效。

    网上也有很多喷了酒精后口罩漏水的测试。

    可以高温给口罩消毒吗?不能

    大家都知道,“56℃ 30分钟”可有效灭活病毒,那是否可通过烤箱、水煮的方式实现口罩再利用呢?

    根据已有资料,聚丙烯熔喷材料纤维非常细,要比头发丝细十几倍,平均只有两个微米左右,不耐高温,温度大于80℃时就会收缩变形,导致结构破坏,防护效果降低。

    可以用紫外灯等给口罩消毒吗?不能

    聚丙烯熔喷材料是一种热塑性高分子材料,耐老化性差对紫外线非常敏感。接受紫外线照射后,结构会发生破坏即氧化降解,使过滤性能大幅下降。

    可以用水洗口罩吗?不能

    虽然有研究说聚丙烯分子与水分分相互作用弱,但更多的专家指出,水洗口罩会引起口罩过滤层驻极体电荷的严重衰减,大幅降低过滤效率,咱们本着宁可信其有的原则,不推荐大家水洗口罩了。

    正确的消毒方式

    那口罩还能好好的消毒吗?如果确实要重复利用,还是有方法可以勉而为之:

    一、自然消毒法,适用于条件有限的情况

    将用过的口罩挂于通风干燥的地方,一般来说这病毒在物体表面的存活期不超过五天,所以安全起见,让它通风干燥五天以上可以再次利用。

    二、中温烘干法

    既然高温会破坏纤维结构,咱们可以中温来消毒,大于56度就可,这需要相应的设备来支持,有些消毒柜有单独的烘干功能,比如我们用的这款就可以60度下烘干30-60分钟,正好用来给口罩消毒:

    再生利用,给口罩重新“充电”

    光顾着消毒并不行,还得尽量保证口罩的过滤性能,最大问题是过滤层的电荷的减少引起过滤性能的下降,那还有可能给过滤层重新“充电”吗?

    答案是可以的。中国工程院院士陈建峰带领团队在“口罩荷电再生技术研究”上取得成效,依靠普通家用电吹风机、电风扇、电子点火器就能让“失效”的口罩“浴电重生”。该项目负责人王丹教授解释说:“通俗来说,吹风机吹头发,头发会很蓬松就是一种静电现象。那么吹风机鼓动空气热运动,理论上也可以累积静电到口罩中间层为口罩‘充电’。”

    基于此,研究人员提出应急时期一次性医用无纺布口罩荷电再生导则,具体步骤如下:

    1、先将用过的口罩消毒,如果没有足够时间通风干燥,也没有中温烘干设备,那还是直接将口罩置于大于56 ℃热水中浸泡30分钟吧(反正是要再充电的)。

    2、将口罩从水中取出沥去表面水分,平放在干燥的绝缘材质表面(如桌布、床单等),用电吹风机吹烘约10分钟吹干并荷电,或用普通电风扇吹口罩约15分钟,或用普通家用电子点火器对口罩进行全面覆盖的“电击”,通过口罩内部纤维的摩擦或外部放电等,使口罩材料重新荷电。

    3、通过纸屑验证“充电”情况,如果口罩对碎纸屑有静电吸附现象,可认为口罩荷电成功,能再使用;如静电吸附现象不明显,则延长电吹风吹烘口罩的时间至荷电成功方可再使用。

    这种简易的方法至少能解决一部分口罩再生使用的问题,由于它的荷电能力肯定和驻极处理是不可比的,只适用于较低风险暴露人员使用。


    “青山一道同云雨,明月何曾是两乡”,作为一个武汉人,祝大家平平安安,中国加油,武汉加油!

     

    主要参考资料及文献: 

    《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》- 卫健委
    GB/T 32610-2016 日常防护型口罩技术规范
    《买不到口罩?这样处理可以重复使用!》- 青春化工
    《防尘口罩结构/材料及其加工技术探讨》- 朱华 2013
    《熔喷聚丙烯驻极体过滤材料对医用消毒剂的耐受性研究》- 陈钢进 2012
    《拋棄式防塵口罩滅菌再使用之可行性探討》- 台湾行政院劳工安全卫生研究所 2008
    《水煮、喷酒精、照紫外线…… 防病毒口罩不能用这些方法循环使用》 - 科技日报  胡定坤 2020

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