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口罩,再多了解壹些

2020-02-27  瀏覽量:1387

 

時至今日,我們對於口罩的科普知識已了解太多。可是除了科普知識外,關於口罩我們還能了解什麽呢?由於口罩的材質、結構、纖維直徑等綜合作用會對病毒起到壹定的阻隔作用,為了對大家購買口罩、使用口罩提供相關參考價值,美信檢測實驗室選擇了四款不同類型的口罩產品進行組織結構、材質、顯微形貌、纖維直徑等四個維度的對比評測,壹起來了解壹下吧。

 

我們選用的四款口罩分別是:

①壹次性口罩,本報告樣品編號為A

 

 

②湯默臣壹次性口罩,本報告樣品編號為B

 

 

③折疊式KN95口罩,本報告樣品編號為C

 

 

④四層活性炭口罩,本報告編號是D

 

 

我們可以看到四款產品表面均無破洞、汙漬,呼氣閥,均配有鼻夾和口罩帶,且鼻夾具有可調節性。樣品C的厚度明顯比其它樣品厚。

 

 

1 結構分析

 

首先進行結構分析。在展示分析過程之前,我們需要先來了解壹下口罩的基本結構,口罩壹般多為SMS結構或SMMS結構(如下圖所示)。

 

△ SMS無紡布結構示意圖(圖片來源:百度搜索)

 

SMS結構為:Spunbond + Meltblown + Spunbond Nonwovens,由紡粘無紡布層+熔噴布層+紡粘無紡布層,纖網熱軋而成;SMMS結構則指其中的熔噴布層有兩層。

 

△ 常見外科口罩的構成及作用

(圖片來源:https://www.chp.gov.hk)

 

為了剖析A、B、C、D四款口罩的結構我們沿口罩的邊緣剪開,得到:

 

 

五十路:顏色從外到內分別為淺藍、白色、白色,依次為紡粘層、熔噴層、紡粘層,典型的SMS結構。

 

 

樣品B有4層:顏色從外到內分別為黑色、黑色、白色、白色,依次為紡粘層、活性炭層、熔噴層、紡粘層。

 

 

樣品C有5層:顏色從外到內分別為藍色、白色、白色、白色、白色,依次為紡粘層、針刺棉層、熔噴層、熔噴層、紡粘層,其中兩層熔噴層緊密的貼在壹起,為雙M層結構。

 

 

樣品D有4層:從外到內分別為白色、黑色、白色、白色,依次為紡粘層、活性炭層、熔噴層、紡粘層。

 

 

2 材質分析

 

為了方便描述,口罩從外層到最內層依次命名為I、II、III、IV、V層,通過材質分析我們得到如下結果。

 

 

從圖表中我們可以直觀的看到:

· 樣品A 中I、II、III層全部為PP(聚丙烯),是目前主流口罩的材料;

· 樣品B的 I層和樣品D的 I、II、IV層除了主成分聚丙烯之外,添加了碳酸鈣填料(既可以增加材料的性能,又可以降低材料的成本),但在酸性環境下,可能會受到酸的作用,形成可溶性鹽,附在口罩表面,影響透氣效果。

· 樣品B和樣品D的II層均加入了活性炭顆粒,增加吸附有毒氣體的功能,但樣品B活性炭顆粒不純,含有二氧化矽顆粒。

 

材質分析中的分析譜圖(部分)

 

(1)PP(聚丙烯)與PET(聚酯)紅外譜圖

 

PP紅外譜圖

 

PET紅外譜圖

 

(2)樣品B的II 層(活性炭層)EDS能譜圖

 

 

(3)樣品D的II 層(活性炭層)EDS能譜圖

 

 

 

3 形貌觀察

 

(1)紡粘層形貌

 

從結構分析我們知道這四款口罩的最外層和最內層均為紡粘層,使用的材料是紡粘無紡布。

 

紡粘無紡布主要由軋點和纖維兩部分組成。纖維相互交叉形成不同大小的孔隙,孔隙形狀主要呈多邊形,其中以四邊形和三角形居多。

 

通過體式顯微鏡放大10倍後,觀察A、B、C、D四款口罩的內、外紡粘層,我們可以看到:

①最外層—紡粘層形貌

 

 

在最外層,樣品A與樣品C軋點成橢圓形陣列排布;樣品B和樣品D軋點成菱形陣列排布。

樣品C最外層相比較其他樣品,纖維密集程度較大,孔隙較小;樣品A纖維密集程度稀疏,孔隙最多;樣品D纖維明顯不透明,填加了比較多的碳酸鈣。

 

②最內層—紡粘層形貌

 

 

在最內層,樣品A、B、C軋點成橢圓形陣列排布,樣品D軋點成菱形陣列排布。

 

(2)熔噴層形貌

 

熔噴層使用的熔噴無紡布決定了口罩的過濾性能,熔噴無紡布是采用高速熱空氣流對模頭噴絲孔擠出的聚合物熔體細流進行牽伸,並收集在凝網簾或滾筒上,同時自身粘合而成為熔噴無紡布。熔噴無紡布是直接由纖維組成的三維多孔介質,纖維多數呈雜亂無規分布,且各纖維的粗細不壹且粗細相差較大,纖維直徑大小分布不均勻[1]

 

△ 圖片來源:百度百科

 

通過場發射掃描電子顯微鏡對A、B、C、D四款口罩的熔噴層放大至100倍、200倍、500倍、1000倍進行觀察,我們可以看到:

 

▲ 樣品A 熔噴層表面形貌

 

▲ 樣品B 熔噴層表面形貌

 

▲ 樣品C 熔噴層表面形貌

 

▲ 樣品D 熔噴層表面形貌

 

我們得到:樣品C纖維排布密集程度最大,幾乎看不到直通孔,樣品B次之,樣品A和樣品D相對比較稀疏,可看到直通孔。

 

 

4 熔噴層纖維直徑

 

通過對A、B、C、D四款口罩的熔噴層纖維直徑尺寸進行測量:

 

 

我們得到:

樣品A纖維直徑在1~10um之間;

樣品B纖維直徑1~12um;

樣品C纖維直徑在1~8um 之間;

樣品D纖維直徑為1~14um之間。

樣品C纖維直徑分布範圍最窄,樣品D纖維直徑分布最寬,四個樣品整體纖維直徑相差不大。

 

結果顯示

 

1、結構分析(由外到內)

①樣品A:3層,依次為紡粘層(淺藍)、熔噴層(白色)、紡粘層(白色),SMS結構;

②樣品B:4 層,依次為紡粘層(黑色)、活性炭層(黑色)、熔噴層(白色)、紡粘層(白色);

③樣品C:5層,依次為紡粘層(藍色)、針刺棉層(白色)、熔噴層(白色)、熔噴層(白色)、紡粘層(白色),其中兩層熔噴層緊密的貼在壹起,為雙M層結構。

④樣品D:4層,依次為紡粘層(白色)、活性炭層(黑色)、熔噴層(白色)、紡粘層(白色)。

 

2、材質分析(由外到內)

①樣品A 中I、II、III層全部為PP(聚丙烯),是目前主流口罩的材料;

②樣品B的 I層和樣品D的 I、II、IV層除了主成分聚丙烯之外,且添加了碳酸鈣填料,在酸性環境下,可能影響透氣效果。

③樣品B和樣品D的II層均加入了活性炭顆粒,增加吸附有毒氣體的功能,但樣品B活性炭顆粒不純,含有二氧化矽顆粒。

 

3、形貌觀察(紡粘層和熔噴層)

①樣品A、B、C、D的紡粘層形貌(最外層):樣品C最外層相比較其他樣品,纖維密集程度較大,孔隙較小;樣品A纖維密集程度稀疏,孔隙最多;樣品D纖維明顯不透明,填加了比較多的碳酸鈣。

②樣品A、B、C、D的熔噴層形貌:樣品C纖維排布密集程度最大,幾乎看不到直通孔,樣品B次之,樣品A和樣品D相對比較稀疏,可看到直通孔。

 

4、熔噴層纖維直徑

樣品C纖維直徑分布範圍最窄,樣品D纖維直徑分布最寬,樣品A、B、C、D整體纖維直徑相差不大。

 

其中特別要說明的是B款口罩(湯默臣壹次性口罩),我們在購買時被告知是醫用口罩,然而通過評測發現實際是活性炭口罩。

同時有許多科普信息告知我們,活性炭口罩(指三層:紡粘層+活性炭層+紡粘層)作用不大,實際上四層(含有熔噴層)的活性炭口罩,也可以起到壹定的防護作用。

 

特別提醒:本文不基於口罩的行業標準進行,僅針對口罩的組織結構、材質、顯微形貌、纖維直徑等四個維度進行評測,僅供參考,歡迎大家對相關內容進行交流與指導~

 

參考文獻

[1].應偉偉.紡粘/熔噴非織造布的制備及其結構與過濾性能研究[D].浙江:浙江理工大學,2014

 

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