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“能否使用掃描電鏡對酒精處理或蒸煮過的口罩進行檢查,看熔噴無紡布的纖維結構是否會受到損傷?”很多讀者在上一篇文章下這樣留言。

 

隨著疫情的發展,不用說 N95,就連普通的一次性醫用口罩都成了緊俏物資,很多人在嘗試各種辦法對口罩進行重復使用。

 

Q1. 酒精,蒸煮真的會對熔噴無紡布纖維結構造成傷害嗎?

 

將常見一次性醫用護理口罩分割為四片:① 作為對照組,不做任何處理,② 75% 酒精浸泡 1 小時,③ 沸水煮 10 分鐘,④ 蒸汽蒸 7 分鐘。將四片樣品自然晾干后,取出熔噴層,使用飛納臺式掃描電鏡進行觀察。

 

 

首先,通過掃描電鏡在 250 倍下觀察濾層宏觀完整性。掃描電鏡結果如下,消毒處理后的樣品與對照組相比,并沒有看到任何明顯差異,沒有看到明顯孔洞,裂痕,消毒處理并沒有破壞濾膜的宏觀完整性。

 

250 倍 對照組,酒精浸泡,煮,蒸 掃描電鏡形貌對比

 

熔噴無紡布屬于超細纖維,直徑范圍僅僅 0.5-10 微米左右,很多讀者非常擔心,這么細的纖維能否承受消毒處理的折騰?

 

通過飛納電鏡將樣品放大到 2000 倍,結果如下圖所示,我們發現,即便對于細到 0.5 微米的纖維(比頭發絲細 150 倍),也沒有想象中那么脆弱。與對照組比,酒精浸泡,蒸,煮后,纖維的原始微觀結構都保持完好,纖維直徑分布,膨松性等并未發生改變,未發現纖維斷裂,腐蝕。

 

2000 倍對照組,酒精浸泡,煮,蒸 掃描電鏡形貌對比

 

除了結構表征,2015 年,Choi 等人通過壓降測試(Pressure drop)以推斷酒精處理是否會影響纖維的結構。結果顯示,酒精浸泡處理之后過濾器,相比于空白對照樣,其壓降幾乎沒有變化,這意味著酒精處理并沒有破壞過濾器的纖維結構,并未改變空氣通過效率。

 

 

解答:

綜合文獻資料和試驗結果,針對第一個問題,小編的答案是:

合理的消毒處理方式,不論是酒精處理還是蒸煮,均不會對熔噴無紡布的宏觀和微觀纖維結構造成明顯損傷。【注:試驗結果僅針對我們的試驗對象,未就更多口罩進行試驗】

 

Q2。 口罩過濾靠主要靜電吸附,一沾酒精就發生靜電中和,口罩失效,是真的嗎?

 

首先,靜電中和≠口罩失效。口罩過濾并不僅靠靜電吸附,還依靠慣性碰撞,攔截,布朗擴散等機制。他們相互分工,相互合作,靜電吸附和布朗擴散對 1 微米以內的顆粒或氣溶膠的有良好的攔截作用,而 1 微米以上的過濾主要靠其他機制。下圖左上對比了丟掉靜電吸附效應的影響,丟掉靜電后,僅會對小于 0.8 微米的顆粒或氣溶膠攔截產生不良影響

 

 

另外一個事實是,并不是所有的口罩都有靜電吸附能力,只有駐極處理過的熔噴布才有。而你的口罩是否具有靜電吸附能力,酒精處理是否會真的完全中和靜電呢?通過下面這個簡單的小實驗就可以得到結論。

 

 

視頻的結尾,實驗結果比較出人意料,經過三次 75% 酒精噴霧消毒后,我們的樣品依然具有靜電吸附能力。為什么我們的樣品沒有失效呢?

 

大量研究表明,酒精浸泡確實會引起靜電中和,但酒精噴霧≠酒精浸泡,有研究表示低密度酒精蒸汽并不會引起靜電中和。

 

熔噴無紡布可以在制造的時候,通過駐極處理的方式,使纖維負載上電荷,這些電荷會對 0.5 微米以內的飛沫或粉塵具有良好的靜電吸附效果。但是這些電荷集中在纖維表面,在消毒處理過程中是比較容易受到中和。2002 年,Lee 等人研究了酒精浸泡時間對顆粒通過駐極體過濾材料滲透的影響,文章中指出,在 1 分鐘的浸泡時間內,駐極過濾材料上的表面電荷會被完全中和。2014 年,文章也證實駐極過濾材料暴露于有機溶劑會導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,低密度的酒精處理(0.045g / cm2以內)對荷電的中和效應很弱。作者對比了無處理空白樣(圓形),酒精蒸汽處理(上三角形),高濃度酒精處理(下三角形),酒精浸泡并快速烘干(黑色方塊) 后的濾材過濾效率,見下圖。結果顯示,雖然高濃度酒精處理或浸泡會引起過濾效率的較大損失,但低密度酒精處理(0.045g / cm2以內)對濾材的過濾效率的影響很小。

 

 

解答:

綜合以上文獻資料和試驗結果,針對第二個問題,小編的答案是:

靜電吸附僅僅會影響 1 微米以內的顆粒或氣溶膠的攔截,但即便沒了靜電,布朗擴散也會對這部分過濾發揮作用,而對于 1 微米以上的顆粒攔截主要靠其他機制,也不會受到靜電中和的影響。

 

最后總結給大家

 

消毒處理不會明顯改變纖維形貌,酒精噴霧也不一定會大幅降低口罩的過濾能力。但是!但是!但是!這也并不意味著你可以放心大膽的帶著消毒過的口罩。昨天,中國疾控中心發布《口罩選擇與使用技術指引》提出:口罩該省的時候省,不該省的時候不要省。要根據使用場景和防護要求靈活選擇。

 

小編也認為,口罩該扔的時候扔,但可以重復用的時候也不妨重復用。我們 99% 讀者處于非疫區,空氣中的病毒濃度極低。當前 99% 的活動都是屬于低暴露風險活動。比如,口罩僅僅戴了一小會,出門遛了個彎,拿了個快遞,丟了個垃圾。對于這樣的情況,我們建議您可以將口罩晾曬通風后重復使用。如果不放心,拿酒精噴霧處理一下也不妨。

 

最后的最后,以一首詩送給所有人。沒有人是一座孤島,武漢加油!中國加油!

 

《沒有人是一座孤島》
(英國詩人約翰·多恩,李敖翻譯)

沒有人能自全,
沒有人是孤島,
每人都是大陸的一片,
要為本土應卯那便是一塊土地,
那便是一方海角,
那便是一座莊園,
不論是你的、
還是朋友的,
一旦海水沖走,
歐洲就要變小。
任何人的死亡,
都是我的減少,
作為人類的一員,
我與生靈共老。
喪鐘在為誰敲,
我本茫然不曉,
不為幽明永隔,
它正為你我哀悼。

 

參考資料

 

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。 美國CDC

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。

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.

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。

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. 李敖有話說20090808

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