Inledning
Sedan SARS-CoV-2 Corona spreds över världen har mun-nässkydd blivit en del av vårt dagliga liv. Till en början användes bandanas, halsdukar och tygmasker i vardagen, men på grund av den snabba spridningen av viruset ersattes de av medicinska masker som kirurgiska eller FFP2-masker. När mun-nässkyddet väl är påsatt befinner det sig ständigt i bärarens in- och utandningsflöde. I synnerhet utandningsflödet är nästan mättat, med en luftfuktighet på 98% under utandningen [1]. Detta leder till att maskmaterialet kontinuerligt fuktas, vilket minskar filterfunktionen. Dessutom främjar den fuktiga miljön spridningen av skadliga bakterier och svampar i filtermaterialet och kan leda till smittsamma luftvägssjukdomar hos maskbärarna [2].
I det följande undersöks kvantifieringen av fuktabsorptionen för mun-nässkyddet som en funktion av det material som används och efter den rekommenderade användningstiden för halvmasker i enlighet med tysk lagstadgad olycksfallsförsäkring [3]. För detta ändamål förbereddes ett prov från både en tyg- och en FFP2-mask. På grund av bytet från tyg till FFP2-masker ändras strukturen från bomullstyg med ett lager till fleece med flera lager. Med hjälp av termogravimetriska mätningar vid varierande relativ luftfuktighet karakteriseras den möjliga fuktabsorptionen hos de olika masktyperna.
Mätförhållanden
För undersökningarna kopplades en STA 449 F3 Jupiter® med kopparugn kopplad till fuktighetsgeneratorn MHG 100. Prover av de enskilda maskmaterialen (10 mm x 10 mm) togs ut från mittdelen (fig. 1) och placerades på Pt/Ir-nätet (fig. 2) för bestämning av massförändringarna. Med hjälp av detta provstöd kan termogravimetriska mätningar utföras i STA. Endo- och exotermiska effekter registreras inte. Dessutom riktades provkropparna in med maskens insida mot fuktflödet, för att efterlikna deras verkliga driftsförhållanden.
De detaljerade mätförhållandena anges i tabell 1.
Temperaturprogrammet fastställdes i enlighet med de undersökningar som utförts av Münster University of Applied Sciences beträffande återanvändbarhet av FFP2-masker. Mätprogrammet omfattade 5 cykler av det temperaturprogram som visas i tabell 2.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Parameter | Tyg Mask | FFP2-mask |
| Provets massa | 16.313 mg | 19.921 mg |
| Ugn | Koppar | |
| Provhållare | TG-provbärare, Pt/Ir 10 nät | |
| Gasatmosfär | Kväve | |
| Gasens flödeshastighet | 20 ml/min | |
| Tillbehör | MHG luftfuktighetsgenerator | |
Tabell 2: Temperaturprogram och justering av luftfuktighet för mätningarna
Mätning segment | Temperatur | Relativ luftfuktighet | Tid för mätning |
1 | 32°C | 40% | 60 minuter |
2 | 32°C | 90% | 60 minuter |
3 | 32°C | 40% | 60 minuter |
4 | 32°C → 80°C (10 K/min) | 40% → 2.6% | - |
5 | 80°C | 2.6% | 60 minuter |
6 | 80°C → 32°C (10 K/min) | 2,6 % → 40 % | - |
Resultat av mätning
Figur 3 visar TGA-kurvorna som erhållits som en funktion av temperatur och relativ fuktighet för proverna av både tyg- och FFP2-maskerna. Båda proverna visar en massökning till följd av den ökande relativa fuktigheten, med betydligt högre massökning för tygprovet (svart) än för FFP2-masken (grön).
När man tittar närmare på TGA-resultaten för tygmaskprovet (figur 4) kan man se en genomsnittlig massökning på 8% efter ökningen av den relativa luftfuktigheten från 40% till 90% vid 32°C. Detta orsakas av vattenadsorptionen i provet. När den relativa luftfuktigheten därefter sänks till 40 % kvarstår en restbelastning på upp till 0,75 %. Detta absorptions- och desorptionsbeteende hos tygmasken under de 5 cykler som utförts är reproducerbart och reversibelt.
Som jämförelse visas i figur 5 den TGA-kurva som erhölls för FFP2-maskprovet. Liksom tygmasken uppvisar även detta material en massökning så snart den relativa luftfuktigheten ökas till 80% vid 32°C. Massökningen är dock betydligt lägre; den är bara ca 0,2%. Genom att sänka den relativa luftfuktigheten till 40 % säkerställs att den absorberade luftfuktigheten avges helt och hållet. I motsats till tygmasken kan en kvarvarande belastning inte tydligt upptäckas för FFP 2-maskprovet. Därför orsakar inte ens temperaturökningen till 80°C någon ytterligare betydande massförändring.
Sammanfattning
Koppling av en STA 449 F3 Jupiter® utrustad med kopparugn till en fuktighetsgenerator ger möjlighet att få detaljerad insikt i massförändringen hos en mängd olika prover som en funktion av varierande fuktighetshalter. När mun-nässkydd bärs exponeras det kontinuerligt för fuktig andningsluft. Genom att undersöka massförändringen vid olika fukthalter kan man dra slutsatser om de enskilda maskmaterialens absorptionsförmåga eller kvarvarande fuktbelastning. Resultaten visar tydligt att tygmasken absorberar betydligt större mängder fukt än FFP2-masken och uppvisar en kvarstående belastning efter att fukthalten har minskats. FFP2-maskens låga belastning kan möjligen förklaras av de olika skikten samt de material som används i FFP2-masken. Det är möjligt att de enskilda skikten har olika egenskaper när det gäller deras reaktion med fukt. Denna karaktärisering kräver dock ytterligare undersökningar.
Provet med tygmasken visar en starkare fuktgenomträngning som endast släpps igenom i sin helhet vid förhöjda lagringstemperaturer. Temperaturbehandlingen vid 80°C säkerställer därför en fullständig torkning av masken och förhindrar även spridning av bakterier och/eller svamp i tyget.