Въведение
След световното разпространение на коронарния вирус SARS-CoV-2 защитата на устата и носа стана част от нашето ежедневие. Първоначално в ежедневието се използваха кърпи, шалове и маски от плат, но поради бързото разпространение на вируса те бяха заменени с медицински маски, като хирургически или FFP2 маски. След като веднъж се постави защитата уста-нос, тя е постоянно в дихателните потоци на вдишването и издишването на носещия я. По-специално издишваният респираторен поток е почти наситен, като влажността му по време на издишване е 98 % [1]. В резултат на това материалът на маската непрекъснато се овлажнява, като по този начин се намалява филтърната функция. Освен това влажната среда насърчава разпространението на вредни бактерии и гъбички във филтърния материал и може да доведе до инфекциозни заболявания на дихателните пътища за ползвателите на маската [2].
По-долу се изследва количественото определяне на абсорбцията на влагата за защита на устата и носа като функция на използвания материал и след препоръчителното време за носене на полумаски в съответствие с германското законово осигуряване за злополука [3]. За тази цел беше подготвена проба от плат и маска FFP2. Поради преминаването от плат към маски FFP2 структурата се променя от еднослойна памучна тъкан към многослойна вълна. Чрез термогравиметрични измервания при различни нива на съдържание на относителна влажност е характеризирана възможната абсорбция на влага от различните видове маски.
Условия за измерване
За целите на разследванията, STA 449 F3 Jupiter® с медна пещ е свързан с генератора на влажност MHG 100. От централната част (фигура 1) бяха подготвени проби от отделните материали на маската (10 mm x 10 mm), които бяха поставени върху Pt/Ir мрежата (фигура 2) за определяне на промените в масата. С помощта на тази подложка за проби могат да се извършват термогравиметрични измервания в STA. Ендо- и екзотермичните ефекти не се регистрират. Освен това образците са подравнени с вътрешната страна на маската, обърната към потока на влагата, така че да се имитират реалните им работни условия.
Подробните условия на измерване са изброени в таблица 1.
Температурната програма е създадена в съответствие с изследванията на Университета за приложни науки в Мюнстер по отношение на възможността за повторно използване на маски FFP2. Програмата за измерване включваше 5 цикъла на температурната програма, показана в таблица 2.
Таблица 1: Условия за измерване
| Параметър | Маска от плат | FFP2 Маска |
| Маса на пробата | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Пещ | Медна | |
| Държач на пробата | TG носител на пробата, Pt/Ir 10 net | |
| Газова атмосфера | Азот | |
| Дебит на газа | 20 ml/min | |
| Принадлежности | Генератор на влажност MHG | |
Таблица 2: Температурна програма и настройка на влажността при измерванията
Измерване сегменти | Температура | Относителна влажност | Време |
1 | 32°C | 40% | 60 мин |
2 | 32°C | 90% | 60 мин |
3 | 32°C | 40% | 60 мин |
4 | 32°C → 80°C (10 K/min) | 40% → 2.6% | - |
5 | 80°C | 2.6% | 60 мин |
6 | 80°C → 32°C (10 K/min) | 2,6 % → 40 % | - |
Резултати от измерването
На фигура 3 са показани кривите на TGA, получени като функция на температурата и относителната влажност за образците от платнени и FFP2 маски. И при двата образеца се наблюдава увеличаване на масата в резултат на нарастващата относителна влажност, като увеличението на масата е значително по-голямо за образеца от плат (черно), отколкото за маската FFP2 (зелено).
При по-подробно разглеждане на резултатите от TGA на пробата от платнена маска (фигура 4) може да се установи средно увеличение на масата с 8 % след увеличаване на относителната влажност от 40 % до 90 % при 32 °C. Това се дължи на адсорбцията на вода в пробата. При последващо намаляване на относителната влажност до 40 % остава остатъчно натоварване до 0,75 %. Това поведение на абсорбция и десорбция на платнената маска за извършените 5 цикъла е възпроизводимо и обратимо.
За сравнение, на фигура 5 е представена TGA кривата, получена за образеца на маската FFP2. Подобно на платнената маска, този материал също показва увеличение на масата, щом относителната влажност се увеличи до 80 % при 32 °C. Въпреки това увеличението на масата е значително по-ниско - само около 0,2 %. Намаляването на относителната влажност до 40 % осигурява пълното освобождаване на погълнатата влажност. За разлика от платнената маска, за образеца на маска FFP 2 не може да се открие ясно остатъчно натоварване. В резултат на това дори повишаването на температурата до 80 °С не предизвиква по-нататъшно значително изменение на масата.
Резюме
Свързване на STA 449 F3 Jupiter® оборудвана с медна пещ, към генератор на влажност предлага възможност за получаване на подробна представа за изменението на масата на голямо разнообразие от проби като функция на променливите нива на влажност. Докато се носи защита на устата и носа, тя е постоянно изложена на влажен въздух за дишане. Като се изследва изменението на масата при различни нива на съдържание на влага, могат да се направят изводи за капацитета за абсорбиране или за остатъчното влагонатоварване на отделните материали на маската. Резултатите ясно показват, че маската от плат абсорбира значително по-големи количества влага от маската FFP2 и показва остатъчен товар след намаляване на съдържанието на влага. Ниското натоварване на маската FFP2 вероятно може да се обясни с различните слоеве, както и с материалите, използвани в маската FFP2. Възможно е отделните слоеве да притежават различни свойства по отношение на реакцията им с влагата. Тази характеристика обаче изисква допълнително проучване.
Образецът на платнената маска показва по-силно проникване на влага, която се освобождава изцяло само при повишени температури на съхранение. Поради това температурната обработка при 80 °C осигурява пълно изсушаване на маската и също така предотвратява разпространението на бактерии и/или гъбички в плата.