Introduction
Depuis la propagation mondiale du coronavirus SARS-CoV-2, la protection bucco-nasale fait partie de notre vie quotidienne. Au départ, des bandanas, des foulards et des masques en tissu étaient utilisés dans la vie de tous les jours, mais en raison de la propagation rapide du virus, ils ont été remplacés par des masques médicaux tels que des masques chirurgicaux ou des masques FFP2. Une fois la protection bucco-nasale mise en place, elle est constamment dans les flux respiratoires inspiratoires et expiratoires de la personne qui la porte. Le flux respiratoire expiratoire, en particulier, est presque saturé, avec une humidité de 98 % pendant l'expiration [1]. Par conséquent, le matériau du masque est continuellement humidifié, ce qui réduit la fonction de filtrage. En outre, l'environnement humide favorise la prolifération de bactéries et de champignons nocifs dans le matériau filtrant et peut entraîner des maladies respiratoires infectieuses chez les porteurs de masque [2].
Dans ce qui suit, la quantification de l'absorption d'humidité pour la protection bucco-nasale est étudiée en fonction du matériau utilisé et de la durée de port recommandée pour les demi-masques conformément à l'assurance accident légale allemande [3]. À cette fin, un échantillon a été préparé à partir d'un tissu et d'un masque FFP2. En raison du passage du tissu aux masques FFP2, la structure passe d'un tissu de coton à une couche à un molleton à plusieurs couches. Des mesures thermogravimétriques effectuées à différents niveaux d'humidité relative permettent de caractériser l'absorption éventuelle d'humidité par les différents types de masques.
Conditions de mesure
Pour les recherches, un STA 449 F3 Jupiter® avec four en cuivre a été couplé au générateur d'humidité MHG 100. Des échantillons des différents matériaux du masque (10 mm x 10 mm) ont été préparés à partir de la partie centrale (figure 1) et placés sur le filet Pt/Ir (figure 2) pour la détermination des changements de masse. Grâce à ce support d'échantillon, des mesures thermogravimétriques peuvent être effectuées dans le STA. Les effets endo- et exothermiques ne sont pas enregistrés. En outre, les échantillons ont été alignés avec la face interne du masque orientée vers le flux d'humidité, de manière à reproduire leurs conditions de fonctionnement réelles.
Les conditions de mesure détaillées sont énumérées dans le tableau 1.
Le programme de température a été établi conformément aux recherches de l'université des sciences appliquées de Münster concernant la réutilisation des masques FFP2. Le programme de mesure comprenait 5 cycles du programme de température indiqué dans le tableau 2.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Paramètres | Masque en tissu | Masque FFP2 |
| Masse de l'échantillon | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Four | Cuivre | |
| Porte-échantillon | Porte-échantillon TG, Pt/Ir 10 net | |
| Atmosphère de gaz | Azote | |
| Débit de gaz | 20 ml/min | |
| Accessoires | Générateur d'humidité MHG | |
Tableau 2 : Programme de température et réglage de l'humidité des mesures
Segments de segments | Température | Humidité relative | Durée de la mesure |
1 | 32°C | 40% | 60 min |
2 | 32°C | 90% | 60 minutes |
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 % | - |
Résultats des mesures
La figure 3 montre les courbes ATG obtenues en fonction de la température et de l'humidité relative pour les échantillons des masques en tissu et FFP2. Les deux échantillons montrent une augmentation de masse due à l'augmentation de l'humidité relative, avec une augmentation de masse significativement plus élevée pour l'échantillon de tissu (noir) que pour le masque FFP2 (vert).
Si l'on examine plus en détail les résultats de l'ATG de l'échantillon de masque en tissu (figure 4), on constate une augmentation moyenne de la masse de 8 % suite à l'augmentation de l'humidité relative de 40 % à 90 % à 32 °C. Ce phénomène est dû à l'adsorption de l'eau dans le masque en tissu. Cette augmentation est due à l'adsorption d'eau dans l'échantillon. Lorsque l'humidité relative est ensuite ramenée à 40 %, une charge résiduelle pouvant atteindre 0,75 % subsiste. Ce comportement d'absorption et de déProcessus de sorptionLa sorption est un processus physique et chimique par lequel une substance (généralement un gaz ou un liquide) s'accumule dans une autre phase ou à la limite de deux phases. En fonction du lieu d'accumulation, on distingue l'absorption (accumulation dans une phase) et l'adsorption (accumulation à la limite des phases).sorption du masque en tissu pour les 5 cycles effectués est reproductible et réversible.
En comparaison, la figure 5 présente la courbe ATG obtenue pour l'échantillon de masque FFP2. Comme le masque en tissu, ce matériau présente également une augmentation de masse dès que l'humidité relative est augmentée à 80% à 32°C. Cependant, l'augmentation de masse est nettement plus faible que pour le masque en tissu. Toutefois, l'augmentation de la masse est nettement plus faible ; elle n'est que d'environ 0,2 %. La réduction de la teneur en humidité relative à 40 % assure une libération complète de l'humidité absorbée. Contrairement au masque en tissu, une charge résiduelle ne peut pas être clairement détectée pour l'échantillon de masque FFP 2. Par conséquent, même l'augmentation de la température à 80°C n'entraîne pas de nouvelle variation significative de la masse.
Résumé
Le couplage d'un STA 449 F3 Jupiter® équipé d'un four en cuivre à un générateur d'humidité offre la possibilité d'obtenir un aperçu détaillé du changement de masse d'une grande variété d'échantillons en fonction de niveaux d'humidité variables. Le port d'une protection bucco-nasale entraîne une exposition permanente à l'air respiratoire humide. L'étude de la variation de masse à différents niveaux d'humidité permet de tirer des conclusions sur la capacité d'absorption ou la charge d'humidité résiduelle des différents matériaux du masque. Les résultats indiquent clairement que le masque en tissu absorbe des quantités d'humidité nettement plus importantes que le masque FFP2 et qu'il présente une charge résiduelle après réduction de la teneur en humidité. La faible charge du masque FFP2 peut s'expliquer par les différentes couches et les matériaux utilisés dans le masque FFP2. Il est possible que les différentes couches possèdent des propriétés différentes en ce qui concerne leur réaction à l'humidité. Cette caractérisation nécessite toutefois des recherches plus approfondies.
L'échantillon de masque en tissu présente une plus forte pénétration de l'humidité qui n'est entièrement libérée qu'à des températures de stockage élevées. Le traitement à 80°C assure donc un séchage complet du masque et empêche la propagation de bactéries et/ou de champignons dans le tissu.