Γιατί οι τσάντες ηλεκτρικών σκουπών κάνουν τις αποτελεσματικότερες μάσκες προσώπου

Έχετε γίνει πιθανώς χρησιμοποιημένοι να φορέσετε μια μάσκα προσώπου δημόσια. Και φοράτε πιθανώς ένα ύφασμα ένα, όπως έχουμε ωθηθεί για να σώσουμε N95, FFP3, και άλλες μάσκες «κλινικού βαθμού» για τους εργαζομένους υγειονομικής περίθαλψης. Αυτό είναι παρά την επιστήμη μην ξέροντας πόσο καλά την εργασία μασκών υφάσματος.

Για να υπερνικήσουν αυτό, μια ομάδα ότι είμαι μέρος στο πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ που αποφασίζεται για να εξετάσει τα διάφορα υφάσματα που βλέπουν πόσο καλά θα προστάτευαν τον κομιστή και το κοινό όταν χρησιμοποιείται στις μάσκες προσώπου. Ένα στοιχείο της αποτελεσματικότητας μασκών υφάσματος μπορεί να ανακαλυφθεί με την εξέταση πόσο καλά τα διάφορα ιός-ταξινομημένα φραγμός μόρια υλικών (από 0,2 έως 1,0 μικρόμετρα).

Ενώ κάποια έρευνα είχε ερευνήσει ήδη τη δυνατότητα του υφάσματος να ενεργήσει ως φίλτρο, αυτή η προηγούμενη δουλειά εξέτασε μόνο μια μικρή επιλογή των υφασμάτων και των οικιακών υλικών, όπως οι πετσέτες πιάτων, τα μαντίλι, και οι μπλούζες. Εντούτοις, αυτές οι πρώτες μελέτες έδειξαν ότι τα υφάσματα θα μπορούσαν να είναι ελπιδοφόρα ως υλικά μασκών. Παραδείγματος χάριν, μια μελέτη του 2013 διαπίστωσε ότι μια μπλούζα βαμβακιού ήταν σε θέση στο φίλτρο 69% των μορίων κατά τη διάρκεια της κανονικής αναπνοής.

Εν τούτοις, αυτές οι μελέτες άφησαν εκείνων και αγοράς μάσκες υφάσματος με μόνο την περιορισμένη καθοδήγηση. Το ύφασμα έρχεται σε όλα τα είδη των ινών και των τύπων. Όποιος είναι καλύτερος για τις μάσκες προσώπου; Εάν βάλετε σε στρώσεις δύο υφάσματα που κάθε φίλτρο με την αποτελεσματικότητα 40%, αυτό θα σας προστατεύσει από 80% των μορίων ιών;

Αυτές οι μελέτες απέτυχαν επίσης να αξιολογήσουν τη δυνατότητα ιός-φραξίματος ενός υφάσματος στους τύπους καταστάσεων όπου οι ιοί είναι πλέον πιθανοί να διαδοθούν, όπως το βήξιμο. Ενώ ένα άρρωστο άτομο μπορεί να εκπέμψει κάποιο ιό ενώ αναπνέοντας κανονικά, είναι πιθανό να αποβάλουν έναν πολύ υψηλότερο αριθμό μορίων κατά το βήξιμο ή τη φτέρνισμα, όπου αεροπορικά ταξίδια με μια πολύ υψηλότερη ταχύτητα. Εάν μια μάσκα υφάσματος είναι να προστατευθούν αποτελεσματικά εσείς ή άλλοι, πρέπει να εμποδίσει τα μόρια στις πολύ υψηλότερες ταχύτητες από προηγουμένως δοκιμασμένες.

Μίμηση του βηξίματος

Έτσι, η ομάδα μας επινόησε ένα πείραμα που εξετάζει πόσο καλά 20 συνήθως διαθέσιμα υφάσματα και οικιακά υλικά μπόρεσαν να φιλτραρίσουν τα ιός-ταξινομημένα μόρια με την ταχύτητα βηξίματος. Σχεδιάσαμε μια συσκευή για να κρατήσουμε ένα δείγμα υφάσματος που ήταν μια ίντσα στη διάμετρο. Τον αέρα πέρασαν έπειτα μέσω αυτού του δείγματος σε περίπου 16,5 μέτρα ανά δευτερόλεπτο – η μέση ταχύτητα ενός ενήλικου βήχα δεδομένου ότι αφήνει το στόμα.

Οι μετρητές δύο μορίων μέτρησαν έπειτα τη συγκέντρωση των μικρών μορίων στον αέρα πριν και μετά από το διέσχισαν το ύφασμα. Συγκρίναμε έπειτα αυτές τις συγκεντρώσεις για να παραγάγουμε την αποδοτικότητα διήθησης του υλικού. Κάναμε αυτό δέκα φορές για κάθε ύφασμα. Χάριν της σύγκρισης, μια μάσκα N95 και μια χειρουργική μάσκα εξετάστηκαν επίσης.

Τρέξαμε επίσης μια πρόσθετη δοκιμή που βλέπει εάν τα υφάσματα θα παρουσίαζαν πτώση απόδοσης όταν υγρά. Επτά χιλιόλιτρα του νερού, για το ποσό που αναδόθηκε σε μια ώρα, ψεκάστηκαν επάνω σε μερικά από τα δείγματα υφάσματος. Αυτά τα δείγματα εξετάστηκαν έπειτα πέντε περισσότερες φορές ενώ υγρά.

Ξέροντας την αποδοτικότητα διήθησης του μεμονωμένου υφάσματος οι τύποι είναι χρήσιμοι, οι περισσότερες μάσκες υφάσματος αποτελούνται από τουλάχιστον δύο στρώματα του υφάσματος. Θελήσαμε επίσης να ξέρουμε πώς η διάταξη σε στρώματα του υφάσματος έχει επιπτώσεις στη διήθηση. Έτσι αφότου εξετάστηκαν τα μεμονωμένα στρώματα του υφάσματος, βάλαμε έπειτα το ύφασμα σε στρώσεις στους πιθανούς συνδυασμούς μασκών για την περαιτέρω δοκιμή.

Υλικές διαφορές

Η μελέτη μας έδειξε ότι κάθε μάσκα, εάν είναι μια μάσκα N95 ή μια μάσκα υφάσματος, φίλτρα που λιγότερα μικρά μόρια όταν εκτίθενται στο μεγάλο αέρα (που βήχει/που φτερνίζεται) συγκρίνω με τον αέρα κανονικός-ταχύτητας (τακτικά να αναπνεύσει). Κατά τη διάρκεια των υψηλών ταχυτήτων του βηξίματος, ακόμη και οι μάσκες N95 φιλτράρισαν μόνο 53% των μικρών μορίων. Οι χειρουργικές μάσκες φιλτράρισαν λιγότερο από αυτό, για 48%.

Τα βαριά υφάσματα με τη χαμηλή διαπερατότητα, όπως το τζιν, παρείχαν την καλύτερη προστασία εντούτοις, αποδείχθηκαν δύσκολο να αναπνεστούν κατευθείαν και δεν είναι έτσι ιδανικοί για τις μάσκες. Οι δοκιμές μας έδειξαν ότι τα καταλληλότερα υφάσματα συμπεριλαμβανόμενα το μαλλί, με την αποδοτικότητα διήθησης 36%, και να γεμίσουν το βαμβάκι, με την αποδοτικότητα 35%. Τα υφάσματα που δεν εκτέλεσαν το καλά συμπεριλαμβανόμενο βαμβάκι Τζέρσεϋ πλέκουν (αποδοτικότητα 25%), τέντωμα Lycra (21%) και ελαφριές μπλούζες (11%).

Εξετάσαμε επίσης τις τσάντες ηλεκτρικών σκουπών, οι οποίες σχεδιάζονται για να συλλάβουν τα μικρά μόρια και είναι εύκολα - διαθέσιμος κατά τη διάρκεια της πανδημίας. Εκείνοι που εξετάσαμε ήταν ιδιαίτερα αποτελεσματικοί στο φιλτράρισμα των μορίων. Μια μίας χρήσης τσάντα φίλτρων HEPA ήταν 61% αποδοτικό και μια washable τσάντα φίλτρων 44% αποδοτική. Ενώ αυτοί παρουσιάζουν τεράστια υπόσχεση, εάν είναι ασφαλές να καλυφθεί το πρόσωπό σας με αυτά τα υλικά δεν είναι ακόμα γνωστό.

Όταν υγρό, N95 και οι χειρουργικές μάσκες υπέστησαν μια ξεχωριστή μείωση στην αποδοτικότητα διήθησης – κάτω από επτά και πέντε ποσοστιαίες μονάδες αντίστοιχα. Τα υφάσματα και οι κενές τσάντες δεν παρουσίασαν ως μεγάλη μια μείωση, και μερικά υλικά βελτίωσαν ακόμη και την απόδοσή τους όταν υγρός, ενδεχομένως λόγω της διακένωσης των ινών ή μιας αλλαγής στις ηλεκτροστατικές ιδιότητες.

Τέλος, βρήκαμε ότι επιτύχαμε τις πολύ υψηλότερες αποδοτικότητες διήθησης με τη διάταξη σε στρώματα των υφασμάτων. Η τηκτή διασύνδεση – υλικό που εμπυρευματίζεται με την κόλλα που είναι κολλημένη επάνω σε άλλα υφάσματα για να τους σκληρύνει, παραδείγματος χάριν στα περιλαίμια και τις μανσέτες – απέδειξε μια χρήσιμη προσθήκη. Για παράδειγμα, μια μάσκα με ένα στρώμα να γεμίσει το βαμβάκι, ένα στρώμα παχιά να κτυπήσει παπλωμάτων, και δύο στρώματα της τηκτής διασύνδεσης ήταν σε θέση στα μόρια φίλτρων με για την αποδοτικότητα 60%. Αυτός ήταν περισσότερο από τη μάσκα N95!

Αλλά θυμηθείτε: ακριβώς επειδή ένα ύφασμα ή ένας συνδυασμός υφασμάτων μπορεί να φιλτραρίσει τα μόρια καλά δεν σημαίνει ότι θα λειτουργήσει επίσης για τη χρήση σε μια μάσκα. Τα υφάσματα και τα στρώματα υφάσματος έτειναν να είναι δυσκολότερο να αναπνεστούν μέσω από το υλικό μασκών N95, και αυτό μπορεί να καταστήσει μια μάσκα γίνοντη από τα πιθανότερα να διαρρεύσουν ή/και δυσκολότερα να εγκαταστήσουν. Επιπλέον, όλα αυτά τα ποσοστά αντιπροσωπεύουν μόνο τη δυνατότητα του υφάσματος στα μόρια φίλτρων, και δεν λαμβάνουν υπόψη την επίδραση της τακτοποίησης μιας μάσκας, η οποία είναι κεντρική για να προστατευθεί κατάλληλα, και άλλων. Η συνομιλία

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από τη συνομιλία από τη Eugenia O'Kelly, υποψήφιος PHD, τμήμα εφαρμοσμένης μηχανικής, πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ με άδεια δημιουργική αστικών τάξεων. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.