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医用一次性无纺布口罩的凉感整理

日期:2020-03-30|作者:admin |人气:
目前,日益严重的环境污染和随处可见的病毒、细菌对人们的生活质量和身心健康影响很大,呼吸防护用品(如口罩)受到人们的积极关注并发挥了重要作用[1-3]。当前,医用一次性无纺布口罩的市场应用广泛,该类口罩采用熔喷无纺布,呼吸阻力小、阻尘效率高、透气柔软、价格便宜。然而天气炎热或长时间佩戴时会感到十分闷热潮湿,容易造成毛孔阻塞,导致湿疹或者过敏现象,因此,对口罩性能进行改进很有必要。
 
韩旭等[4]对比了医用防护口罩过滤层的性能,并提出改进生产线和提升生产质量的措施。杜建等[5]研究了医用防护口罩的防护效率及佩戴时间,得出N95口罩的过滤效率最高,并能长时间使用。刘忠友等[6]对医用防护口罩的性能进行测试,分析了主要性能参数的形成原因和对实际使用过程的影响。王燕慧等[7]通过对医用防护口罩物理性能进行测试,对该类产品存在的问题及标准的不足之处提出了建议。沈伟等[8]研究了医用防护服与防护口罩的过滤效率、透气性与阻隔性能。罗伶[9]研究了防尘口罩阻尘效率和呼吸阻力的影响因素,分析了过滤机理和各种滤材的特性。李烽[10]研究了普通脱脂纱布口罩的细菌阻隔效率和气流阻力,并呼吁运用新材料、新工艺、新技术生产制造新型防护口罩。
 
上述报道均未探讨口罩的凉感整理。凉感全称为“接触瞬间凉感”,通过热传导将温度由高温处传导到低温处,直至平衡[11]。目前,市场上的凉感整理剂多为高级脂肪烃和凉爽因子,相变温度略低于体表温度,一般为31~32 ℃,给人以凉爽的舒适感,同时对皮肤无刺激性、无过敏性等不良反应[12]。通过凉感整理可以改善口罩长时间佩戴闷热的问题,保持口鼻凉感和干燥。
 
本研究对医用一次性无纺布口罩的内侧无纺布进行凉感整理,即运用凉感整理剂(配制成整理液)对该类口罩的内侧无纺布进行浸渍处理,以接触凉感值(Qmax值,即织物最大热流失量,单位为织物瞬间凉感热流量,W/cm2)、气流阻力、合成血穿透时间(喷射直至渗透时间)为衡量指标,结合GB 19083—2010《医用防护口罩技术标准》的要求,探讨了凉感整理剂用量、浸渍时间、烘干温度对上述指标的影响,并拟定最佳工艺方案。
 
1 实验
1.1 材料
凉感整理剂(上海科顾新材料科技有限公司,组分为高级脂肪烃和凉爽因子,外观为乳白色液体,pH=6.5~8.0,相对密度为0.95,易溶于水,无毒无害,无刺激),医用一次性无纺布口罩。
1.2 设备
日本KES-F7 精密瞬间热物性测试仪,FY226 纺织品气流阻力测试仪,OMEGASCOPE 手持式红外测温仪,FYY182 医用口罩合成血穿透仪,YG747 型快速八篮烘箱。
1.3 凉感整理工艺
医用一次性无纺布口罩内侧浸渍整理液(凉感整理剂 16~40 g/L,15~55 min,室温)→烘干(55~95 ℃)→缝合在口罩内侧→测试。
1.4 测试
Qmax 值:依据产业标准(FTTS-FA-019),将处理后的无纺布缝合在口罩内侧,并将内侧朝上放置在冷板上,当热板温度达到设定温度(一般为35 ℃)时,快速将热板置于口罩内侧,记录显示屏上的值,即为Qmax值,测5 次取平均值。Qmax值越大,表示带走的热量越多,凉感效应越明显。
气流阻力:采用纺织品气流阻力测试仪(设定气体流量为85 L/min),依据GB 19083—2010《医用防护口罩技术标准》测试口罩的吸气阻力,单位为Pa,测5次取平均值。
合成血穿透时间:采用医用口罩合成血液穿透仪,结合GB 19083—2010《医用防护口罩技术标准》,将2 mL 合成血以10.7 kPa 的压力喷向口罩,测试合成血喷射直至渗透的时间,喷射速度480 cm/s,每次喷射间隔0.8 s。
 
2 结果与讨论
2.1 凉感整理工艺优化
2.1.1 凉感整理剂用量
由表1可知,随着凉感整理剂用量的增加,处理后口罩的Qmax值逐步增大,气流阻力逐步增大,合成血穿透时间由0.8 s 延长至3.2 s。原因在于凉感整理剂用量增加,分子交联在口罩内侧微小的空隙里,造成气流阻力增大,合成血穿透时间逐步延长;同时,凉感效应明显,Qmax 值逐步增大。依据GB 19083—2010《医用防护口罩技术标准》规定:在气体流量为85 L/min 的情况下,口罩的气流阻力不得超过343.2 Pa,同时考虑Qmax值,选择凉感整理剂用量为28 g/L。
 
2.1.2 浸渍时间
由表2可知,随着浸渍时间的延长,处理后口罩的Qmax值逐步增大,气流阻力逐步增大,合成血穿透时间由0.8 s 延长至3.2 s;但当浸渍时间超过35 min后,Qmax值、合成血穿透时间趋于稳定。原因在于开始时凉感整理剂发挥作用明显;浸渍一段时间后,织物上的凉感整理剂接近饱和。故浸渍时间选择35 min。
 
2.1.3 烘干温度
由表3可知,随着烘干温度的上升,处理后口罩的Qmax值、气流阻力和合成血穿透时间均呈现先增大后下降的趋势。原因在于烘干温度上升,凉感整理剂作用明显,但温度越高,凉感整理剂蒸发越快。烘干温度选择65 ℃为宜。
 
通过单因子实验,得出医用一次性无纺布口罩凉感整理的最佳工艺为:凉感整理剂用量28 g/L、浸渍35 min、65 ℃烘干;在此工艺条件下,医用一次性无纺布口罩的Qmax 值为0.482 W/cm2,气流阻力为294.8 Pa,合成血穿透时间为2.4 s。相比未处理的口罩,Qmax值提高了3.38 倍,合成血穿透时间延长了两倍,气流阻力提高了67%,符合GB 19083—2010《医用防护口罩技术标准》的要求,并且实现了口罩内侧的凉感效应。
 
2.2 凉感整理前后口罩内侧的温度变化
采用手持式红外测温仪测试凉感整理口罩在佩戴一定时间后的内侧温度,并与未处理的口罩进行对比,结果如图1所示。由图1可知,凉感整理口罩的内侧温度在佩戴1~6 h 内明显低于未处理的口罩;同时,随着佩戴时间的延长,口罩内侧温度逐步上升,表明凉感整理剂发挥的作用在逐步减弱。这一点与Qmax值的测试结果相符。
 
2.3 不同类型医用一次性口罩的性能对比
由表4可知,F 的Qmax值最大,表明凉感整理确实能改善佩戴时的闷热感,但气流阻力较其他医用一次性无纺布口罩有较大提升;E 的气流阻力最大,A最小,即N95 口罩的透气性最差,12 层纱布口罩最佳;N95 口罩的合成血穿透时间最长,F 次之,其他口罩均较低,说明经凉感整理后,凉感整理剂分子吸附到口罩内侧表面,减小了口罩内侧纤维的孔隙。
 
3 结论
(1)凉感整理的最佳工艺方案为:凉感整理剂用量28 g/L,浸渍35 min,65 ℃烘干。
(2)最佳工艺方案处理的医用一次性无纺布口罩的 Qmax值为 0.482 W/cm2,气流阻力为 294.8 Pa,合成血穿透时间为2.4 s。相比未处理的口罩,Qmax值提高了3.38 倍,合成血穿透时间提高了两倍,气流阻力提高了67%,符合GB 19083—2010《医用防护口罩技术标准》的要求,且实现了口罩内侧的凉感效应。

 
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