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扫描电镜实验观察之消毒对一次性口罩的影响
点击次数:1006 发布日期:2020-2-7  来源:本站 仅供参考,谢绝转载,否则责任自负

“能否使用扫描电镜对酒精处理或蒸煮过的口罩进行检查,看熔喷无纺布的纤维结构是否会受到损伤?”很多读者在上一篇文章下这样留言。

 

随着疫情的发展,不用说 N95,就连普通的一次性医用口罩都成了紧俏物资,很多人在尝试各种办法对口罩进行重复使用。

 

Q1. 酒精,蒸煮真的会对熔喷无纺布纤维结构造成伤害吗?

 

将常见一次性医用护理口罩分割为四片:① 作为对照组,不做任何处理,② 75% 酒精浸泡 1 小时,③ 沸水煮 10 分钟,④ 蒸汽蒸 7 分钟。将四片样品自然晾干后,取出熔喷层,使用飞纳台式扫描电镜进行观察。

 

 

爱情电影首先,通过扫描电镜在 250 倍下观察滤层宏观完整性。扫描电镜结果如下,消毒处理后的样品与对照组相比,并没有看到任何明显差异,没有看到明显孔洞,裂痕,消毒处理并没有破坏滤膜的宏观完整性。

 

250 倍 对照组,酒精浸泡,煮,蒸 扫描电镜形貌对比

 

熔喷无纺布属于超细纤维,直径范围仅仅 0.5-10 微米左右,很多读者非常担心,这么细的纤维能否承受消毒处理的折腾?

 

通过飞纳电镜将样品放大到 2000 倍,结果如下图所示,我们发现,即便对于细到 0.5 微米的纤维(比头发丝细 150 倍),也没有想象中那么脆弱。与对照组比,酒精浸泡,蒸,煮后,纤维的原始微观结构都保持完好,纤维直径分布,膨松性等并未发生改变,未发现纤维断裂,腐蚀。

 

2000 倍对照组,酒精浸泡,煮,蒸 扫描电镜形貌对比

 

爱情电影除了结构表征,2015 年,Choi 等人通过压降测试(Pressure drop)以推断酒精处理是否会影响纤维的结构。结果显示,酒精浸泡处理之后过滤器,相比于空白对照样,其压降几乎没有变化,这意味着酒精处理并没有破坏过滤器的纤维结构,并未改变空气通过效率。

 

 

解答:

综合文献资料和试验结果,针对第一个问题,小编的答案是:

爱情电影合理的消毒处理方式,不论是酒精处理还是蒸煮,均不会对熔喷无纺布的宏观和微观纤维结构造成明显损伤。【注:试验结果仅针对我们的试验对象,未就更多口罩进行试验】

 

Q2. 口罩过滤靠主要静电吸附,一沾酒精就发生静电中和,口罩失效,是真的吗?

 

首先,静电中和≠口罩失效。口罩过滤并不仅靠静电吸附,还依靠惯性碰撞,拦截,布朗扩散等机制。他们相互分工,相互合作,静电吸附和布朗扩散对 1 微米以内的颗粒或气溶胶的有良好的拦截作用,而 1 微米以上的过滤主要靠其他机制。下图左上对比了丢掉静电吸附效应的影响,丢掉静电后,仅会对小于 0.8 微米的颗粒或气溶胶拦截产生不良影响

 

 

另外一个事实是,并不是所有的口罩都有静电吸附能力,只有驻极处理过的熔喷布才有。而你的口罩是否具有静电吸附能力,酒精处理是否会真的完全中和静电呢?通过下面这个简单的小实验就可以得到结论。

 


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视频的结尾,实验结果比较出人意料,经过三次 75% 酒精喷雾消毒后,我们的样品依然具有静电吸附能力。为什么我们的样品没有失效呢?

 

大量研究表明,酒精浸泡确实会引起静电中和,但酒精喷雾≠酒精浸泡,有研究表示低密度酒精蒸汽并不会引起静电中和。

 

爱情电影熔喷无纺布可以在制造的时候,通过驻极处理的方式,使纤维负载上电荷,这些电荷会对 0.5 微米以内的飞沫或粉尘具有良好的静电吸附效果。但是这些电荷集中在纤维表面,在消毒处理过程中是比较容易受到中和。2002 年,Lee 等人研究了酒精浸泡时间对颗粒通过驻极体过滤材料渗透的影响,文章中指出,在 1 分钟的浸泡时间内,驻极过滤材料上的表面电荷会被完全中和。2014 年,文章也证实驻极过滤材料暴露于有机溶剂会导致其收集效率大大降低(Xiao 等人)。

 

但是 2015 年,Choi 等人在指出,不同于酒精浸泡,低密度的酒精处理(0.045g / cm2以内)对荷电的中和效应很弱。作者对比了无处理空白样(圆形),酒精蒸汽处理(上三角形),高浓度酒精处理(下三角形),酒精浸泡并快速烘干(黑色方块) 后的滤材过滤效率,见下图。结果显示,虽然高浓度酒精处理或浸泡会引起过滤效率的较大损失,但低密度酒精处理(0.045g / cm2以内)对滤材的过滤效率的影响很小。

 

 

解答:

爱情电影综合以上文献资料和试验结果,针对第二个问题,小编的答案是:

爱情电影静电吸附仅仅会影响 1 微米以内的颗粒或气溶胶的拦截,但即便没了静电,布朗扩散也会对这部分过滤发挥作用,而对于 1 微米以上的颗粒拦截主要靠其他机制,也不会受到静电中和的影响。

 

最后总结给大家

 

消毒处理不会明显改变纤维形貌,酒精喷雾也不一定会大幅降低口罩的过滤能力。但是!但是!但是!这也并不意味着你可以放心大胆的带着消毒过的口罩。昨天,中国疾控中心发布《口罩选择与使用技术指引》提出:口罩该省的时候省,不该省的时候不要省。要根据使用场景和防护要求灵活选择。

 

小编也认为,口罩该扔的时候扔,但可以重复用的时候也不妨重复用。我们 99% 读者处于非疫区,空气中的病毒浓度极低。当前 99% 的活动都是属于低暴露风险活动。比如,口罩仅仅戴了一小会,出门遛了个弯,拿了个快递,丢了个垃圾。对于这样的情况,我们建议您可以将口罩晾晒通风后重复使用。如果不放心,拿酒精喷雾处理一下也不妨。

 

最后的最后,以一首诗送给所有人。没有人是一座孤岛,武汉加油!中国加油!

 

《没有人是一座孤岛》
(英国诗人约翰·多恩,李敖翻译)

没有人能自全,
没有人是孤岛,
每人都是大陆的一片,
要为本土应卯那便是一块土地,
那便是一方海角,
那便是一座庄园,
不论是你的、
还是朋友的,
一旦海水冲走,
欧洲就要变小。
任何人的死亡,
都是我的减少,
作为人类的一员,
我与生灵共老。
丧钟在为谁敲,
我本茫然不晓,
不为幽明永隔,
它正为你我哀悼。

 

参考资料

 

1. Filtering out Confusion: Frequently Asked Questions about Respiratory Protection. NIOSH

2. Recommended Guidance for Extended Use and Limited Reuse of N95 Filtering Facepiece Respirators in Healthcare Settings. 美国CDC

爱情电影3. Hyun-Jin Choi,Eun-Seon Park,Jeong-Uk Kim,Sung Hyun Kim &Myong-Hwa Lee. (2015) Experimental Study on Charge Decay of Electret Filter Due to Organic Solvent Exposure. Aerosol Science and Technology, Volume 49, 2015 - Issue 10

4. Multifunctional air filtration for respiratory protection using electrospun nanofibre membrane, Vinod Vishnu Kadam M. Tech. (Textile Technology) 2006, Mumbai University

5. Brown, R., Wake, D., Gray, R., Blackford, D. B., and Bostock, G. J. (1988). Effect of Industrial Aerosols on the Performance of Electrically Charged Filter Material. Ann. Occup. Hyg., 32:271–294.

爱情电影6. Ji, J. H., Bae, G. N., Kang, S. H., and Hwang, J.-H. (2003). Effect of Particle Loading on the Collection Performance of an Electret Cabin Air Filter for Submicron Aerosols. J. Aerosol Sci., 34:1493–1504.

爱情电影7. Sae-lim, W., Tanthapanichakoon, W., and Kanaoka, C. (2006). Correlation for the Efficiency Enhancement Factor of a Single Electret Fiber. J. Aerosol Sci., 37:228–240.

爱情电影8. Lee, M.-H., Otani, Y., Namiki, N., and Emi, H. (2002). Prediction of Collection Efficiency of High-Performance Electret Filters. J. Chem. Eng. Jpn., 35:57–62.

9. Xiao, H., Song, Y., and Chen, G. (2014). Correlation Between Charge Decay and Solvent Effect for Melt-Blown Polypropylene Electret Filter Fabrics. J. Electrost., 72:311–314.

10. 李敖有话说20090808

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