Introducción
Desde la propagación mundial del virus corona SARS-CoV-2, la protección buconasal ha pasado a formar parte de nuestra vida cotidiana. Al principio, en la vida cotidiana se utilizaban pañuelos, bufandas y mascarillas de tela, pero debido a la rápida propagación del virus, se sustituyeron por mascarillas médicas como las quirúrgicas o las FFP2. Una vez puesta, la protección buconasal está constantemente en los flujos respiratorios de inhalación y exhalación del usuario. El flujo respiratorio espiratorio, en particular, está casi saturado, con una humedad del 98% durante la espiración [1]. Como consecuencia, el material de la mascarilla se humedece continuamente, lo que reduce la función de filtro. Además, el ambiente húmedo favorece la proliferación de bacterias y hongos nocivos dentro del material del filtro y puede provocar enfermedades respiratorias infecciosas a los usuarios de la mascarilla [2].
A continuación, se investiga la cuantificación de la absorción de humedad para la protección buconasal en función del material utilizado y siguiendo el tiempo de uso recomendado para las semimáscaras de acuerdo con el seguro legal alemán de accidentes [3]. Para ello, se preparó una muestra tanto de una mascarilla de tela como de una mascarilla FFP2. Debido al cambio de tela a máscaras FFP2, la estructura cambia de tejido de algodón monocapa a vellón multicapa. Mediante mediciones termogravimétricas a distintos niveles de contenido de humedad relativa, se caracteriza la posible absorción de humedad de los distintos tipos de máscara.
Condiciones de medición
Para las investigaciones, se acopló un STA 449 F3 Jupiter® con horno de cobre se acopló al generador de humedad MHG 100. Se prepararon muestras de cada uno de los materiales de la máscara (10 mm x 10 mm) de la parte central (figura 1) y se colocaron sobre la red de Pt/Ir (figura 2) para determinar los cambios de masa. Mediante este soporte de muestras se pueden realizar mediciones termogravimétricas en el STA. Los efectos endo y exotérmicos no se registran. Además, las muestras se alinearon con la cara interna de la máscara orientada hacia el flujo de humedad, con el fin de imitar sus condiciones reales de funcionamiento.
En la tabla 1 se detallan las condiciones de medición.
El programa de temperatura se estableció de acuerdo con las investigaciones de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Münster relativas a la reutilización de las máscaras FFP2. El programa de medición incluyó 5 ciclos del programa de temperatura indicado en la tabla 2.
Cuadro 1: Condiciones de medición
| Parámetro | Tela Máscara | Máscara FFP2 |
| Masa de la muestra | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Horno | Cobre | |
| Portamuestras | Portamuestras TG, Pt/Ir 10 net | |
| Atmósfera de gas | Nitrógeno | |
| Caudal de gas | 20 ml/min | |
| Accesorio | Generador de humedad MHG | |
Tabla 2: Programa de temperatura y ajuste de humedad de las mediciones
Medición segmentos | Temperatura | Humedad Rel | Tiempo |
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 % | - |
Resultados de las mediciones
La figura 3 muestra las curvas TGA obtenidas en función de la temperatura y la humedad relativa para las muestras de las máscaras de tela y FFP2. Ambas muestras muestran un aumento de masa debido al aumento de la humedad relativa, con un aumento de masa significativamente mayor para la muestra de tela (negro) que para la máscara FFP2 (verde).
Si se observan con más detalle los resultados del TGA de la muestra de máscara de tela (figura 4), se puede detectar un aumento medio de la masa del 8% tras el aumento de la humedad relativa del 40% al 90% a 32°C. Esto se debe a la adsorción de agua en la máscara de tela. Esto se debe a la adsorción de agua de la muestra. Cuando la humedad relativa se reduce posteriormente al 40%, queda una carga residual de hasta el 0,75%. Este comportamiento de absorción y desorción de la máscara de tela durante los 5 ciclos realizados es reproducible y reversible.
En comparación, la figura 5 presenta la curva TGA obtenida para la muestra de máscara FFP2. Al igual que la máscara de tela, este material también muestra un aumento de masa en cuanto la humedad relativa se incrementa hasta el 80% a 32°C. Sin embargo, el aumento de masa es significativamente menor; sólo es de alrededor del 0,2%. La reducción del contenido de humedad relativa al 40% garantiza la liberación completa de la humedad absorbida. A diferencia de la máscara de tela, en la muestra de máscara FFP 2 no puede detectarse claramente una carga residual. En consecuencia, ni siquiera el aumento de la temperatura a 80°C provoca un nuevo cambio significativo de la masa.
Resumen
El acoplamiento de un STA 449 F3 Jupiter® equipada con un horno de cobre a un generador de humedad ofrece la posibilidad de obtener una visión detallada del cambio de masa de una amplia variedad de muestras en función de niveles variables de contenido de humedad. Mientras se lleva puesto el protector buconasal, se expone continuamente al aire respiratorio húmedo. Al investigar el cambio de masa a diferentes niveles de contenido de humedad, se pueden extraer conclusiones sobre la capacidad de absorción o la carga de humedad residual de cada uno de los materiales de las mascarillas. Los resultados indican claramente que la mascarilla de tela absorbe cantidades de humedad significativamente mayores que la mascarilla FFP2 y muestra una carga residual después de reducir el contenido de humedad. La baja carga de la máscara FFP2 puede explicarse posiblemente por las diferentes capas, así como por los materiales utilizados en la máscara FFP2. Es posible que las distintas capas posean propiedades diferentes en cuanto a su reacción con la humedad. Sin embargo, esta caracterización requiere más investigación.
La muestra de máscara de tela muestra una mayor penetración de la humedad, que sólo se libera en su totalidad a temperaturas de almacenamiento elevadas. Por lo tanto, el tratamiento térmico a 80°C garantiza el secado completo de la máscara y también evita la propagación de bacterias y/u hongos dentro de la tela.