Inleiding
Sinds de wereldwijde verspreiding van het SARS-CoV-2 Corona virus is mond-neusbescherming een onderdeel van ons dagelijks leven geworden. Aanvankelijk werden in het dagelijks leven bandana's, sjaals en stoffen maskers gebruikt, maar door de snelle verspreiding van het virus werden deze vervangen door medische maskers zoals chirurgische maskers of FFP2-maskers. Zodra mond-neusbescherming is opgezet, bevindt het zich voortdurend in de in- en uitademende ademhalingsstromen van de drager. Vooral de uitademingsstroom is bijna verzadigd, met een vochtigheid van 98% tijdens de uitademing [1]. Als gevolg hiervan wordt het materiaal van het masker voortdurend bevochtigd, waardoor de filterfunctie afneemt. Bovendien bevordert de vochtige omgeving de proliferatie van schadelijke bacteriën en schimmels binnen het filtermateriaal en kan dit leiden tot infectieziekten aan de luchtwegen bij de maskerdragers [2].
In het volgende wordt de kwantificering van de vochtopname voor de mond-neusbescherming onderzocht als functie van het gebruikte materiaal en volgens de aanbevolen draagtijd voor halfgelaatsmaskers in overeenstemming met de Duitse wettelijke ongevallenverzekering [3]. Hiertoe werd een monster geprepareerd van zowel een doek- als een FFP2-masker. Door de overgang van doek naar FFP2-maskers verandert de structuur van katoenen stof met één laag naar fleece met meerdere lagen. Door middel van thermogravimetrische metingen bij verschillende niveaus van relatieve vochtigheid is de mogelijke vochtopname van de verschillende maskertypen gekarakteriseerd.
Meetomstandigheden
Voor het onderzoek werd een STA 449 F3 Jupiter® met koperoven gekoppeld aan de MHG 100 vochtgenerator. Monsters van de afzonderlijke maskermaterialen (10 mm x 10 mm) werden geprepareerd uit het middendeel (figuur 1) en op het Pt/Ir net (figuur 2) geplaatst voor bepaling van de massaveranderingen. Met behulp van deze monstersteun kunnen thermogravimetrische metingen worden uitgevoerd in de STA. Endo- en exotherme effecten worden niet geregistreerd. Bovendien werden de monsters uitgelijnd met de binnenkant van het masker in de richting van de vochtstroom, zodat de werkelijke werkomstandigheden werden nagebootst.
De gedetailleerde meetomstandigheden staan in tabel 1.
Het temperatuurprogramma werd opgesteld in overeenstemming met het onderzoek van de Hogeschool Münster naar de herbruikbaarheid van FFP2 maskers. Het meetprogramma omvatte 5 cycli van het temperatuurprogramma in tabel 2.
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Parameter | Doek Masker | FFP2 Masker |
| Monstermassa | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Oven | Koper | |
| Monsterhouder | TG monsterdrager, Pt/Ir 10 net | |
| Gasatmosfeer | Stikstof | |
| Gasstroom | 20 ml/min | |
| Toebehoren | MHG vochtigheidsgenerator | |
Tabel 2: Temperatuurprogramma en vochtigheidsinstelling van de metingen
Meten segmenten | Temperatuur | Rel. vochtigheid | Tijd |
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 % | - |
Meetresultaten
Figuur 3 toont de TGA-curves verkregen als functie van temperatuur en relatieve vochtigheid voor de monsters van zowel het doek en de FFP2 maskers. Beide monsters laten een massatoename zien als gevolg van de toenemende relatieve vochtigheid, met een significant hogere massatoename voor het doekmonster (zwart) dan voor het FFP2 masker (groen).
Wanneer we de TGA-resultaten van het doekmasker (figuur 4) in meer detail bekijken, kan een gemiddelde massatoename van 8% worden gedetecteerd na de toename van de relatieve vochtigheid van 40% tot 90% bij 32°C. Dit wordt veroorzaakt door de wateradsorptie van het masker. Dit wordt veroorzaakt door de wateradsorptie van het monster. Wanneer de relatieve vochtigheid vervolgens wordt verlaagd tot 40%, blijft er een restlading van maximaal 0,75% over. Dit absorptie- en desorptiegedrag van het doekmasker voor de 5 uitgevoerde cycli is reproduceerbaar en omkeerbaar.
Ter vergelijking toont figuur 5 de TGA-curve die werd verkregen voor het FFP2 maskermonster. Net als het doekmasker vertoont ook dit materiaal een massatoename zodra de relatieve vochtigheid wordt verhoogd tot 80% bij 32°C. De massatoename is echter aanzienlijk lager dan bij het doekmasker. De massatoename is echter aanzienlijk lager; deze bedraagt slechts ongeveer 0,2%. Verlaging van de relatieve vochtigheid tot 40% zorgt ervoor dat het geabsorbeerde vocht volledig vrijkomt. In tegenstelling tot het stoffen masker, kan een restbelasting niet duidelijk worden gedetecteerd voor het FFP 2 maskermonster. Als gevolg hiervan veroorzaakt zelfs de temperatuurverhoging tot 80°C geen verdere significante massaverandering.
Samenvatting
Het koppelen van een STA 449 F3 Jupiter® uitgerust met een koperoven aan een vochtgenerator biedt de mogelijkheid om gedetailleerd inzicht te krijgen in de massaverandering van een grote verscheidenheid aan monsters als functie van variabele vochtigheidsniveaus. Terwijl de mond-neusbescherming wordt gedragen, wordt deze voortdurend blootgesteld aan vochtige ademlucht. Door de massaverandering bij verschillende vochtgehaltes te onderzoeken, kunnen conclusies worden getrokken over de absorptiecapaciteit of resterende vochtbelasting van de afzonderlijke maskermaterialen. De resultaten geven duidelijk aan dat het stoffen masker aanzienlijk grotere hoeveelheden vocht absorbeert dan het FFP2-masker en een restbelasting vertoont nadat het vochtgehalte is verlaagd. De lage belasting van het FFP2-masker kan mogelijk worden verklaard door de verschillende lagen en de materialen die in het FFP2-masker zijn gebruikt. Het is mogelijk dat de afzonderlijke lagen verschillende eigenschappen hebben met betrekking tot hun reactie met vocht. Deze karakterisering vereist echter verder onderzoek.
Het doekmaskermonster vertoont een sterkere vochtpenetratie die pas bij verhoogde opslagtemperaturen volledig vrijkomt. De temperatuurbehandeling bij 80°C zorgt daarom voor een volledige droging van het masker en voorkomt ook de verspreiding van bacteriën en/of schimmels in het doek.