Úvod
Od rozšíření viru SARS-CoV-2 po celém světě Corona se ochrana úst a nosu stala součástí našeho každodenního života. Zpočátku se v každodenním životě používaly šátky, šály a látkové masky, ale vzhledem k rychlému šíření viru byly nahrazeny lékařskými maskami, jako jsou chirurgické masky nebo masky FFP2. Jakmile si uživatel nasadí ochranu úst-nosu, je neustále v dýchacích proudech při vdechování a vydechování. Zejména výdechový dýchací proud je téměř nasycen, přičemž vlhkost při výdechu dosahuje 98 % [1]. V důsledku toho je materiál masky neustále zvlhčován, čímž se snižuje funkce filtru. Vlhké prostředí navíc podporuje množení škodlivých bakterií a plísní ve filtračním materiálu a může vést k infekčním onemocněním dýchacích cest u uživatelů masky [2].
V následujícím textu je zkoumána kvantifikace absorpce vlhkosti pro ochranu úst a nosu v závislosti na použitém materiálu a v návaznosti na doporučenou dobu nošení polomasek podle německého zákonného úrazového pojištění [3]. Za tímto účelem byl připraven vzorek jak z látky, tak z masky FFP2. V důsledku přechodu z látkových masek na masky FFP2 se mění struktura z jednovrstvé bavlněné tkaniny na vícevrstvé rouno. Pomocí termogravimetrických měření při různých úrovních obsahu relativní vlhkosti byla charakterizována možná absorpce vlhkosti různých typů masek.
Podmínky měření
Pro účely vyšetřování se používá STA 449 F3 Jupiter® s měděnou pecí byla připojena ke generátoru vlhkosti MHG 100. Ze středové části (obr. 1) byly připraveny vzorky jednotlivých materiálů masky (10 mm x 10 mm) a umístěny na síť Pt/Ir (obr. 2) pro stanovení hmotnostních změn. Pomocí této podložky pro vzorky lze provádět termogravimetrická měření ve STA. Endo- a exotermické účinky se nezaznamenávají. Vzorky byly navíc zarovnány tak, aby vnitřní strana masky směřovala k proudu vlhkosti a napodobovala tak jejich skutečné provozní podmínky.
Podrobné podmínky měření jsou uvedeny v tabulce 1.
Teplotní program byl stanoven v souladu s výzkumy Univerzity aplikovaných věd v Münsteru týkajícími se opakovaného použití masek FFP2. Program měření zahrnoval 5 cyklů teplotního programu uvedeného v tabulce 2.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Parametr | Látková maska | FFP2 Maska |
| Hmotnost vzorku | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Pec | Měď | |
| Držák vzorku | TG nosič vzorku, Pt/Ir 10 net | |
| Plynová atmosféra | Dusík | |
| Průtok plynu | 20 ml/min | |
| Příslušenství | Generátor vlhkosti MHG | |
Tabulka 2: Teplotní program a nastavení vlhkosti měření
Měření segmenty | Teplota | Rel. vlhkost | Čas |
1 | 32°C | 40% | 60 min |
2 | 32°C | 90% | 60 min |
3 | 32°C | 40% | 60 min |
4 | 32°C → 80°C (10 K/min) | 40% → 2.6% | - |
5 | 80°C | 2.6% | 60 min |
6 | 80°C → 32°C (10 K/min) | 2,6 % → 40 % | - |
Výsledky měření
Na obrázku 3 jsou zobrazeny křivky TGA získané v závislosti na teplotě a relativní vlhkosti pro vzorky látkových masek a masek FFP2. Oba vzorky vykazují nárůst hmotnosti v důsledku zvyšující se relativní vlhkosti, přičemž nárůst hmotnosti je výrazně vyšší u vzorku tkaniny (černá) než u masky FFP2 (zelená).
Při podrobnějším pohledu na výsledky TGA vzorku látkové masky (obr. 4) lze zjistit průměrný nárůst hmotnosti o 8 % po zvýšení relativní vlhkosti ze 40 % na 90 % při 32 °C. To je způsobeno adsorpcí vody ve vzorku. Při následném snížení relativní vlhkosti na 40 % zůstává zbytkové zatížení až 0,75 %. Toto absorpční a desorpční chování látkové masky pro 5 provedených cyklů je reprodukovatelné a reverzibilní.
Pro srovnání je na obrázku 5 uvedena křivka TGA získaná pro vzorek masky FFP2. Stejně jako látková maska vykazuje i tento materiál nárůst hmotnosti, jakmile se relativní vlhkost zvýší na 80 % při teplotě 32 °C. Nárůst hmotnosti je však podstatně nižší; činí pouze asi 0,2 %. Snížení obsahu relativní vlhkosti na 40 % zajistí úplné uvolnění absorbované vlhkosti. Na rozdíl od látkové masky nelze u vzorku masky FFP 2 zřetelně zjistit zbytkovou zátěž. V důsledku toho ani zvýšení teploty na 80 °C nezpůsobí žádnou další významnou změnu hmotnosti.
Souhrn
Spojení STA 449 F3 Jupiter® vybavené měděnou pecí s generátorem vlhkosti nabízí možnost získat podrobný přehled o změnách hmotnosti nejrůznějších vzorků v závislosti na proměnlivé úrovni vlhkosti. Zatímco se nosí ochrana úst a nosu, je neustále vystavena vlhkému vzduchu v dýchacích cestách. Zkoumáním změny hmotnosti při různých úrovních obsahu vlhkosti lze vyvodit závěry o absorpční schopnosti nebo zbytkové zátěži vlhkosti jednotlivých materiálů masky. Výsledky jasně ukazují, že látková maska absorbuje výrazně vyšší množství vlhkosti než maska FFP2 a vykazuje zbytkovou zátěž po snížení obsahu vlhkosti. Nízké zatížení masky FFP2 lze pravděpodobně vysvětlit různými vrstvami i materiály použitými v masce FFP2. Je možné, že jednotlivé vrstvy mají různé vlastnosti, pokud jde o jejich reakci s vlhkostí. Tato charakteristika však vyžaduje další zkoumání.
Látkový vzorek masky vykazuje silnější pronikání vlhkosti, která se v plném rozsahu uvolňuje až při zvýšených teplotách skladování. Teplotní úprava při 80 °C proto zajišťuje úplné vysušení masky a také zabraňuje šíření bakterií a/nebo plísní uvnitř tkaniny.