Introdução
Desde a disseminação mundial do coronavírus SARS-CoV-2, a proteção da boca e do nariz passou a fazer parte do nosso cotidiano. Inicialmente, bandanas, lenços e máscaras de tecido eram usados no cotidiano, mas, devido à rápida disseminação do vírus, foram substituídos por máscaras médicas, como as cirúrgicas ou as FFP2. Quando a proteção bucal é colocada, ela está constantemente nos fluxos respiratórios de inspiração e expiração do usuário. O fluxo respiratório de expiração, em particular, é quase saturado, com uma umidade de 98% durante a expiração [1]. Como resultado, o material da máscara é continuamente umedecido, reduzindo assim a função do filtro. Além disso, o ambiente úmido promove a proliferação de bactérias e fungos nocivos dentro do material do filtro e pode levar a doenças respiratórias infecciosas para os usuários da máscara [2].
A seguir, a quantificação da absorção de umidade para a proteção da boca e do nariz é investigada em função do material usado e seguindo o tempo de uso recomendado para meias-máscaras de acordo com o seguro legal alemão contra acidentes [3]. Para isso, uma amostra foi preparada a partir de uma máscara de tecido e de uma máscara FFP2. Devido à mudança de tecido para máscaras FFP2, a estrutura muda de tecido de algodão de camada única para velo de várias camadas. Por meio de medições termogravimétricas em diferentes níveis de umidade relativa, a possível absorção de umidade dos diferentes tipos de máscara é caracterizada.
Condições de medição
Para as investigações, um STA 449 F3 Jupiter® com forno de cobre foi acoplado ao gerador de umidade MHG 100. Amostras dos materiais individuais da máscara (10 mm x 10 mm) foram preparadas a partir da parte central (figura 1) e colocadas na rede de Pt/Ir (figura 2) para a determinação das alterações de massa. Por meio desse suporte de amostra, as medições termogravimétricas podem ser realizadas no STA. Os efeitos endo e exotérmicos não são registrados. Além disso, as amostras foram alinhadas com o lado interno da máscara voltado para o fluxo de umidade, de modo a imitar suas condições reais de operação.
As condições detalhadas de medição estão listadas na tabela 1.
O programa de temperatura foi estabelecido de acordo com as investigações da Universidade de Ciências Aplicadas de Münster com relação à reutilização das máscaras FFP2. O programa de medição incluiu 5 ciclos do programa de temperatura mostrado na tabela 2.
Tabela 1: Condições de medição
| Parâmetro | Máscara de tecido | Máscara FFP2 |
| Massa da amostra | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Forno | Cobre | |
| Suporte de amostra | Suporte de amostra TG, Pt/Ir 10 net | |
| Atmosfera de gás | Nitrogênio | |
| Vazão de gás | 20 ml/min | |
| Acessórios | Gerador de umidade MHG | |
Tabela 2: Programa de temperatura e ajuste de umidade das medições
Medição segmentos | Temperatura | Umidade relativa | Tempo |
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 da medição
A Figura 3 mostra as curvas de TGA obtidas em função da temperatura e da umidade relativa para as amostras das máscaras de tecido e FFP2. Ambas as amostras mostram um aumento de massa devido ao aumento da umidade relativa, com um aumento de massa significativamente maior para a amostra de tecido (preto) do que para a máscara FFP2 (verde).
Ao analisar mais detalhadamente os resultados de TGA da amostra de máscara de tecido (figura 4), é possível detectar um aumento médio de massa de 8% após o aumento da umidade relativa de 40% para 90% a 32°C. Isso é causado pela adsorção de água na máscara. Isso é causado pela adsorção de água da amostra. Quando a umidade relativa é posteriormente reduzida para 40%, permanece uma carga residual de até 0,75%. Esse comportamento de absorção e dessorção da máscara de tecido para os 5 ciclos realizados é reproduzível e reversível.
Em comparação, a Figura 5 apresenta a curva TGA obtida para a amostra da máscara FFP2. Assim como a máscara de tecido, esse material também apresenta um aumento de massa assim que a umidade relativa é aumentada para 80% a 32°C. No entanto, o aumento de massa é significativamente menor; é de apenas cerca de 0,2%. A redução do teor de umidade relativa para 40% garante a liberação completa da umidade absorvida. Em contraste com a máscara de tecido, não é possível detectar claramente uma carga residual na amostra da máscara FFP 2. Como resultado, mesmo o aumento da temperatura para 80°C não causa nenhuma outra alteração significativa na massa.
Resumo
O acoplamento de um STA 449 F3 Jupiter® equipado com forno de cobre a um gerador de umidade oferece a possibilidade de obter uma visão detalhada da mudança de massa de uma ampla variedade de amostras em função de níveis variáveis de teor de umidade. Enquanto o protetor bucal é usado, ele é continuamente exposto ao ar respiratório úmido. Ao investigar a alteração de massa em diferentes níveis de teor de umidade, é possível tirar conclusões sobre a capacidade de absorção ou a carga de umidade residual dos materiais individuais da máscara. Os resultados indicam claramente que a máscara de tecido absorve quantidades significativamente maiores de umidade do que a máscara FFP2 e apresenta uma carga residual depois que o teor de umidade é reduzido. A baixa carga da máscara FFP2 pode possivelmente ser explicada pelas diferentes camadas, bem como pelos materiais usados na máscara FFP2. É possível que as camadas individuais possuam propriedades diferentes em relação à sua reação com a umidade. Essa caracterização, no entanto, requer mais investigação.
A amostra da máscara de tecido mostra uma penetração de umidade mais forte, que só é liberada em sua totalidade em temperaturas de armazenamento elevadas. O tratamento de temperatura a 80°C, portanto, garante a secagem completa da máscara e também evita a propagação de bactérias e/ou fungos dentro do tecido.