Introducere
De la răspândirea la nivel mondial a virusului corona SARS-CoV-2, protecția gură-nas a devenit parte din viața noastră de zi cu zi. Inițial, în viața de zi cu zi se foloseau bandane, eșarfe și măști de pânză, dar, din cauza răspândirii rapide a virusului, acestea au fost înlocuite cu măști medicale, cum ar fi măștile chirurgicale sau FFP2. Odată pusă, protecția buco-nasală se află în permanență în fluxurile respiratorii de inspirație și expirație ale purtătorului. Fluxul respirator de expirație, în special, este aproape saturat, cu o umiditate de 98% în timpul expirației [1]. În consecință, materialul măștii este umezit în permanență, reducând astfel funcția de filtrare. În plus, mediul umed favorizează proliferarea bacteriilor și ciupercilor dăunătoare în interiorul materialului filtrant și poate duce la boli respiratorii infecțioase pentru purtătorii măștii [2].
În cele ce urmează, se studiază cuantificarea absorbției de umiditate pentru protecția gură-nas în funcție de materialul utilizat și în funcție de timpul de purtare recomandat pentru jumătățile de măști în conformitate cu asigurarea legală germană împotriva accidentelor [3]. În acest scop, a fost preparată o probă atât dintr-o cârpă, cât și dintr-o mască FFP2. Datorită trecerii de la o cârpă la o mască FFP2, structura se schimbă de la o țesătură de bumbac cu un singur strat la un fleece multistrat. Prin intermediul măsurătorilor termogravimetrice la diferite niveluri de umiditate relativă, se caracterizează posibila absorbție de umiditate a diferitelor tipuri de măști.
Condiții de măsurare
Pentru investigații, un cuptor STA 449 F3 Jupiter® cu cuptor de cupru a fost cuplat la generatorul de umiditate MHG 100. Au fost pregătite eșantioane din fiecare material al măștii (10 mm x 10 mm) din partea centrală (figura 1) și au fost plasate pe plasa Pt/Ir (figura 2) pentru determinarea modificărilor de masă. Prin intermediul acestui suport de probe, se pot efectua măsurători termogravimetrice în STA. Efectele endo- și exoterme nu sunt înregistrate. În plus, eșantioanele au fost aliniate cu partea interioară a măștii orientată spre fluxul de umiditate, pentru a imita condițiile lor reale de funcționare.
Condițiile detaliate de măsurare sunt enumerate în tabelul 1.
Programul de temperatură a fost stabilit în conformitate cu investigațiile Universității de Științe Aplicate din Münster privind reutilizarea măștilor FFP2. Programul de măsurare a inclus 5 cicluri ale programului de temperatură prezentat în tabelul 2.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Parametru | Pânză Mască | Mască FFP2 |
| Masa probei | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Cuptor | Cupru | |
| Suport de probă | Suport de probă TG, Pt/Ir 10 net | |
| Atmosferă de gaz | Nitrogen | |
| Debit de gaz | 20 ml/min | |
| Accesoriu | Generator de umiditate MHG | |
Tabelul 2: Programul de temperatură și ajustarea umidității măsurătorilor
Măsurarea segmente | Temperatura | Umiditate rel | Timp |
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 % | - |
Rezultatele măsurătorilor
Figura 3 prezintă curbele TGA obținute în funcție de temperatură și umiditate relativă pentru probele de pânză și de mască FFP2. Ambele probe prezintă o creștere a masei ca urmare a creșterii umidității relative, cu o creștere a masei semnificativ mai mare pentru proba de pânză (negru) decât pentru masca FFP2 (verde).
Atunci când se analizează mai detaliat rezultatele TGA ale eșantionului de mască din pânză (figura 4), se poate detecta o creștere medie a masei de 8% în urma creșterii umidității relative de la 40% la 90% la 32°C. Aceasta este cauzată de adsorbția apei din probă. Atunci când umiditatea relativă este redusă ulterior la 40 %, rămâne o sarcină reziduală de până la 0,75 %. Acest comportament de absorbție și desorbție al măștii de pânză pentru cele 5 cicluri efectuate este reproductibil și reversibil.
În comparație, figura 5 prezintă curba TGA obținută pentru proba de mască FFP2. La fel ca masca textilă, și acest material prezintă o creștere a masei de îndată ce umiditatea relativă este crescută la 80% la 32°C. Cu toate acestea, creșterea masei este semnificativ mai mică; aceasta este de numai aproximativ 0,2%. Reducerea conținutului de umiditate relativă la 40% asigură eliberarea completă a umidității absorbite. Spre deosebire de masca din pânză, o sarcină reziduală nu poate fi detectată în mod clar pentru eșantionul de mască FFP 2. Prin urmare, chiar și creșterea temperaturii la 80 °C nu determină nicio altă modificare semnificativă a masei.
Rezumat
Cuplarea unui STA 449 F3 Jupiter® echipat cu cuptor de cupru la un generator de umiditate oferă posibilitatea de a obține informații detaliate cu privire la modificarea masei unei mari varietăți de probe în funcție de nivelurile variabile ale conținutului de umiditate. În timp ce este purtată protecția gură-nas, aceasta este expusă continuu la aerul respirator umed. Prin investigarea modificării masei la diferite niveluri ale conținutului de umiditate, se pot trage concluzii cu privire la capacitatea de absorbție sau sarcina de umiditate reziduală a materialelor individuale ale măștilor. Rezultatele indică în mod clar faptul că masca din pânză absoarbe cantități semnificativ mai mari de umiditate decât masca FFP2 și prezintă o sarcină reziduală după reducerea conținutului de umiditate. Sarcina scăzută a măștii FFP2 poate fi explicată, eventual, prin diferitele straturi, precum și prin materialele utilizate în masca FFP2. Este posibil ca straturile individuale să aibă proprietăți diferite în ceea ce privește reacția lor cu umiditatea. Totuși, această caracterizare necesită investigații suplimentare.
Eșantionul de mască textilă prezintă o penetrare mai puternică a umidității, care este eliberată în întregime numai la temperaturi de depozitare ridicate. Prin urmare, tratamentul la temperatura de 80 °C asigură uscarea completă a măștii și previne, de asemenea, răspândirea bacteriilor și/sau a ciupercilor în interiorul țesăturii.