Introduktion
Siden den verdensomspændende spredning af SARS-CoV-2-coronavirus er mund- og næsebeskyttelse blevet en del af vores dagligdag. I starten brugte man bandanaer, tørklæder og stofmasker i hverdagen, men på grund af den hurtige spredning af virussen blev de erstattet af medicinske masker som kirurgiske eller FFP2-masker. Når mund-næse-beskyttelsen er taget på, er den konstant i brugerens ind- og udåndingsstrøm. Især udåndingsstrømmen er næsten mættet med en luftfugtighed på 98 % under udånding [1]. Derfor bliver maskematerialet konstant fugtigt, hvilket reducerer filterfunktionen. Desuden fremmer det fugtige miljø spredning af skadelige bakterier og svampe i filtermaterialet og kan føre til infektiøse luftvejssygdomme hos maskebærerne [2].
I det følgende undersøges kvantificeringen af fugtabsorptionen for mund-næse-beskyttelsen som en funktion af det anvendte materiale og efter den anbefalede brugstid for halvmasker i overensstemmelse med den tyske lovpligtige ulykkesforsikring [3]. Til dette formål blev der fremstillet en prøve af både en klud og en FFP2-maske. På grund af ændringen fra klud til FFP2-masker ændres strukturen fra enkeltlags bomuldsstof til flerlags fleece. Ved hjælp af termogravimetriske målinger ved varierende niveauer af relativ luftfugtighed karakteriseres den mulige fugtabsorption af de forskellige masketyper.
Målebetingelser
Til undersøgelserne blev en STA 449 F3 Jupiter® med kobberovn koblet til fugtighedsgeneratoren MHG 100. Prøver af de enkelte maskematerialer (10 mm x 10 mm) blev forberedt fra midterdelen (figur 1) og placeret på Pt/Ir-nettet (figur 2) til bestemmelse af masseændringerne. Ved hjælp af denne prøvestøtte kan der udføres termogravimetriske målinger i STA. Endo- og eksotermiske effekter registreres ikke. Desuden blev prøverne justeret med indersiden af masken vendt mod fugtstrømmen for at efterligne deres virkelige driftsforhold.
De detaljerede målebetingelser er angivet i tabel 1.
Temperaturprogrammet blev fastlagt i overensstemmelse med undersøgelserne fra Münster University of Applied Sciences vedrørende genanvendelighed af FFP2-masker. Måleprogrammet omfattede 5 cyklusser af det temperaturprogram, der er vist i tabel 2.
Tabel 1: Målebetingelser
| Parameter | Klud Maske | FFP2-maske |
| Masse af prøve | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Ovn | Kobber | |
| Prøveholder | TG-prøveholder, Pt/Ir 10 net | |
| Gasatmosfære | Kvælstof | |
| Gasstrømningshastighed | 20 ml/min | |
| Tilbehør | MHG fugtighedsgenerator | |
Tabel 2: Temperaturprogram og fugtighedsjustering af målingerne
Måling segmenter | Temperatur | Relativ luftfugtighed | Tidspunkt |
1 | 32°C | 40% | 60 minutter |
2 | 32°C | 90% | 60 minutter |
3 | 32°C | 40% | 60 min |
4 | 32°C → 80°C (10 K/min) | 40% → 2.6% | - |
5 | 80°C | 2.6% | 60 minutter |
6 | 80°C → 32°C (10 K/min) | 2,6 % → 40 % | - |
Resultater af målinger
Figur 3 viser TGA-kurverne som en funktion af temperatur og relativ luftfugtighed for prøverne af både stof- og FFP2-maskerne. Begge prøver viser en masseforøgelse på grund af den stigende relative luftfugtighed, med betydeligt højere masseforøgelse for stofprøven (sort) end for FFP2-masken (grøn).
Når man ser nærmere på TGA-resultaterne for stofmaskeprøven (figur 4), kan der registreres en gennemsnitlig massestigning på 8 % efter stigningen i den relative luftfugtighed fra 40 % til 90 % ved 32 °C. Dette skyldes vandadsorption i prøven. Når den relative luftfugtighed efterfølgende reduceres til 40 %, er der en restbelastning på op til 0,75 % tilbage. Denne absorptions- og desorptionsadfærd for stofmasken i de 5 udførte cyklusser er reproducerbar og reversibel.
Til sammenligning viser figur 5 den TGA-kurve, der blev opnået for FFP2-maskeprøven. Ligesom stofmasken viser dette materiale også en masseforøgelse, så snart den relative luftfugtighed øges til 80 % ved 32 °C. Masseforøgelsen er dog betydeligt lavere; den er kun på ca. 0,2 %. Ved at reducere den relative luftfugtighed til 40 % sikres det, at den absorberede luftfugtighed frigives helt. I modsætning til stofmasken kan der ikke tydeligt registreres en restbelastning for FFP 2-maskeprøven. Som følge heraf forårsager selv temperaturstigningen til 80 °C ikke nogen yderligere væsentlig masseændring.
Sammenfatning
Kobling af en STA 449 F3 Jupiter® udstyret med kobberovn til en fugtighedsgenerator giver mulighed for at få detaljeret indsigt i masseændringen af en lang række prøver som en funktion af variable fugtighedsindholdsniveauer. Mens der bæres mund- og næsebeskyttelse, udsættes den konstant for fugtig åndedrætsluft. Ved at undersøge masseændringen ved forskellige fugtindholdsniveauer kan der drages konklusioner om de enkelte maskematerialers absorptionskapacitet eller restfugtbelastning. Resultaterne viser tydeligt, at stofmasken absorberer betydeligt større mængder fugt end FFP2-masken og viser en restbelastning, efter at fugtindholdet er reduceret. Den lave StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning af FFP2-masken kan muligvis forklares med de forskellige lag samt de materialer, der er brugt i FFP2-masken. Det er muligt, at de enkelte lag har forskellige egenskaber med hensyn til deres reaktion med fugt. Denne karakterisering kræver dog yderligere undersøgelser.
Stofmaskeprøven viser en stærkere fugtindtrængning, som kun frigives i sin helhed ved forhøjede opbevaringstemperaturer. Temperaturbehandlingen ved 80 °C sikrer derfor fuldstændig tørring af masken og forhindrer også spredning af bakterier og/eller svampe i stoffet.