德國POROMETER / 2023年九月份電子報 –各種類的口罩孔徑分析

目的

鑒於新冠肺炎(COVID-19)病毒肆虐全球，其疫情已造成人員及全球經濟重大損失，各國莫不為公衛防護安全進行各式的努力。但口罩對於個人的先期保護效果，則已明顯顯示於疫情的防範。以下為POROMETER對於口罩材質內的不同結構層進行孔徑的分析，以了解其功能性的差異。

外科口罩(surgical mask)是覆蓋鼻子和嘴巴的寬鬆型口罩。為醫療專業人員佩戴用，主要目的為捕捉佩戴者口鼻中液滴和氣溶膠中的細菌病毒。如此，當醫護人員咳嗽或打噴嚏時，可以保護病患。外科口罩的評估標準包括ASTM（美國），EN（歐洲）和YY（中國）標準。

防護型口罩(respirator)，主要讓口鼻密封而為佩戴者提供保護，防止吸入有害的細菌病毒。用於此測試的防護型口罩是FFP2等級過濾式防護型口罩（也稱為“一次性呼吸器”）。常用的防護型口罩分類為N95，N99和N100（美國NIOSH），FFP1，FFP2和FFP3（歐洲CEN）和KN95（中國GB）。

口罩的組成

外科口罩通常由不織布聚丙烯織物製成，由三層結構所組成。 第一層和第三層通常是紡粘(spunbond)，而中間層由熔噴所製成，此稱為SMS技術（紡粘/熔噴/紡粘）。第一和第三層的密度通常為20 gsm（g/m2），而中間層的密度為25 gsm。使用不織布的主要原因為與織造物相比更具高的透氣性，更高的細菌過濾效率和更低的製造成本。防護型口罩也一樣，通常要三到四層。防護型口罩外層由聚丙烯不織布製成，而中間層為熔噴聚丙烯不織布。

POROLUX™ Series的分析方法

POROLUX™Cito是一種以“壓力掃描-Pressure Scan”方法的孔徑分析儀。此方式以持續增加氣體壓力，並即時記錄產生的氣體流量。如對簡單操作、分析時間和可重複性要求高，首選壓力掃描方法。POROLUX™Cito將是品質管控的正確選擇。

首先，將樣品浸入惰性、無毒的潤濕液中。接下來，將樣品固定在POROLUX™Cito中，使用惰性氣體（例如氮氣）將液體從多孔纖維網絡中置換出來。後會產生“濕曲線-wet curve”，該曲線表示分析通過樣品的氣體流量與施加的氣體壓力（與孔徑成反比）。除了使用液體浸漬外，還使用與上述相同的方法進行乾樣品分析。經乾曲線(Dry curve)的流量值除以2得到“Half dry curve-半乾曲線”。從乾、濕曲到半乾曲線數據，可以獲得關於此樣品孔徑分布的資訊。

POROLUX™Cito的最大工作壓力為1.5bar，可測孔徑至0.4um。第一個起泡點FBP（或最大孔徑）符合ASTM F316-03標準。POROLUX™Cito亦可快速分析透氣度或氣體滲透率(Permeability )。氣體滲透率-描述通過多孔材料的空氣流速-是面罩中使用的不織布最重要的特性之一。 由於不織物中的不規則排列，所有幾何形狀的孔都是可能的。一般來說，不織物材料的透氣性與樣品的纖維直徑、孔徑、孔隙率和厚度都有關。

下面顯示了透氣性測試（20毫巴壓力）的測量結果。

摘要

依POROLUX™Cito的分析結果，我們可以總結如下：1）如上所示，兩個面罩的外層孔均比中間層大得多。因此，通常將中間層稱為過濾層。在兩種口罩中，中間層與其他層相較具有更窄的孔徑分佈。2）下圖分別顯示了外科口罩和防護型口罩中間層之間的孔徑和流量差異。防護型口罩中間層的孔徑比外科口罩中間層的小。下圖另顯示，防護型口罩（10.7 µm）的平均孔徑小於外科口罩（12.8 µm）。 4）如分析數據所示，分析結果重複性高。 5）POROLUX™Cito可以快速，輕鬆地測量透氣度或氣體滲透率，此為口罩中使用的不織布最重要的原因之一。

結論

使用POROLUX™Cito孔徑分析儀可以輕鬆分析口罩相關產品的孔徑和透氣性。其分析速度快（小於5分鐘）且重複性高。此分析中我們可瞭解外科口罩和防護型口罩明顯的區別。用POROLUX™Cito獲得的數據可以為研發此產品提供有價值的資訊，並且可以作為品質控制的重要指標之一。

資料來源：POROMETER