Центр передового опыта по защитному оборудованию и материалам (CEPEM), 1280 Main St. W., Гамильтон, Онтарио, Канада
Воспользуйтесь ссылкой ниже, чтобы поделиться полной текстовой версией этой статьи со своими друзьями и коллегами.учить больше.
Агентства общественного здравоохранения рекомендуют сообществам использовать маски, чтобы уменьшить распространение болезней, передающихся воздушно-капельным путем, таких как COVID-19.Когда маска действует как высокоэффективный фильтр, распространение вируса будет уменьшено, поэтому важно оценить эффективность фильтрации частиц (PFE) маски.Однако высокая стоимость и длительное время выполнения заказа, связанные с приобретением системы ПФЭ «под ключ» или наймом аккредитованной лаборатории, препятствуют проведению испытаний фильтрующих материалов.Очевидно, что существует потребность в «индивидуальной» системе тестирования PFE;однако различные стандарты, предписывающие тестирование PFE (медицинских) масок (например, ASTM International, NIOSH), сильно различаются по четкости своих протоколов и руководств.Здесь описывается разработка «внутренней» системы PFE и метода тестирования масок в контексте действующих стандартов медицинских масок.В соответствии с международными стандартами ASTM, в системе используются аэрозоли из латексных сфер (номинальный размер 0,1 мкм) и лазерный анализатор частиц для измерения концентрации частиц до и после материала маски.Выполните измерения PFE на различных распространенных тканях и медицинских масках.Метод, описанный в этой работе, соответствует текущим стандартам тестирования PFE, обеспечивая при этом гибкость для адаптации к изменяющимся потребностям и условиям фильтрации.
Органы общественного здравоохранения рекомендуют населению в целом носить маски, чтобы ограничить распространение COVID-19 и других болезней, передающихся воздушно-капельным и аэрозольным путем.[1] Требование носить маски эффективно снижает передачу инфекции, а [2] указывает на то, что непроверенные маски сообщества обеспечивают полезную фильтрацию.Фактически, модельные исследования показали, что снижение передачи COVID-19 почти пропорционально комбинированному произведению эффективности масок и скорости их использования, и эти и другие популяционные меры имеют синергетический эффект в снижении госпитализаций и смертей.[3]
Количество сертифицированных медицинских масок и респираторов, необходимых работникам здравоохранения и другим передовым работникам, резко возросло, что создает проблемы для существующих цепочек производства и поставок и заставляет новых производителей быстро тестировать и сертифицировать новые материалы.Такие организации, как ASTM International и Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH), разработали стандартизированные методы тестирования медицинских масок;однако детали этих методов сильно различаются, и каждая организация установила свои собственные стандарты эффективности.
Эффективность фильтрации твердых частиц (PFE) является наиболее важной характеристикой маски, поскольку она связана с ее способностью фильтровать мелкие частицы, такие как аэрозоли.Медицинские маски должны соответствовать определенным целевым показателям PFE[4–6], чтобы получить сертификат регулирующих органов, таких как ASTM International или NIOSH.Хирургические маски сертифицированы ASTM, а респираторы N95 сертифицированы NIOSH, но обе маски должны соответствовать определенным пороговым значениям PFE.Например, маски N95 должны обеспечивать 95-процентную фильтрацию аэрозолей, состоящих из частиц соли со средним диаметром 0,075 мкм, а хирургические маски ASTM 2100 L3 должны обеспечивать 98-процентную фильтрацию аэрозолей, состоящих из латексных шариков со средним диаметром 0,1 мкм. .
Первые два варианта являются дорогостоящими (> 1000 долларов США за тестовый образец, по оценкам, более 150 000 долларов США за определенное оборудование), а во время пандемии COVID-19 возникают задержки из-за длительных сроков доставки и проблем с поставками.Высокая стоимость тестирования PFE и ограниченные права доступа — в сочетании с отсутствием последовательного руководства по стандартизированной оценке эффективности — побудили исследователей использовать различные индивидуальные системы тестирования, которые часто основаны на одном или нескольких стандартах для сертифицированных медицинских масок.
Специальное оборудование для испытаний материалов масок, встречающееся в существующей литературе, обычно аналогично вышеупомянутым стандартам NIOSH или ASTM F2100/F2299.Однако у исследователей есть возможность выбрать или изменить конструкцию или рабочие параметры в соответствии со своими предпочтениями.Например, использовались изменения поверхностной скорости образца, расхода воздуха/аэрозоля, размера образца (площади) и состава аэрозольных частиц.Во многих недавних исследованиях использовалось индивидуальное оборудование для оценки материалов маски.В этом оборудовании используются аэрозоли хлорида натрия, и оно соответствует стандартам NIOSH.Например, Рогак и др.(2020), Zangmeister et al.(2020), Друник и др.(2020) и Джу и др.(2021 г.) Все построенное оборудование будет производить аэрозоль хлорида натрия (различных размеров), который нейтрализуется электрическим зарядом, разбавляется фильтрованным воздухом и направляется на пробу материала, где находится оптический классификатор частиц, конденсированных частиц различных комбинированных измерений концентрации частиц [9, 14-16] Конда и др.(2020) и Hao et al.(2020) Аналогичное устройство было построено, но нейтрализатор заряда не был включен.[8, 17] В этих исследованиях скорость воздуха в образце варьировалась от 1 до 90 л/мин (иногда для обнаружения эффектов потока/скорости);однако поверхностная скорость была между 5,3 и 25 см с-1 между ними.Размер выборки колеблется от ≈3,4 до 59 см2.
Напротив, имеется несколько исследований по оценке материалов масок с помощью оборудования, использующего латексный аэрозоль, который близок к стандарту ASTM F2100/F2299.Например, Багери и др.(2021), Шакья и др.(2016) и Лу и соавт.(2020) Сконструировал устройство для производства аэрозоля полистирольного латекса, который разбавляли и направляли к образцам материалов, где для измерения концентрации частиц использовались различные анализаторы частиц или анализаторы размера частиц со сканирующей подвижностью.[18-20] А Лу и др.Нейтрализатор заряда использовался после их аэрозольного генератора, а авторы двух других исследований этого не делали.Расход воздуха в образце также изменился незначительно, но в пределах стандарта F2299 — от ≈7,3 до 19 л/мин.Скорость поверхности воздуха, изученная Bagheri et al.составляет 2 и 10 см с–1 (в пределах нормы) соответственно.И Лу и др., и Шакья и др.[18-20] Кроме того, автор и Shakya et al.тестировали латексные сферы различных размеров (т.е. в целом от 20 нм до 2500 нм).А Лу и др.По крайней мере, в некоторых из своих тестов они используют указанный размер частиц 100 нм (0,1 мкм).
В этой работе мы описываем проблемы, с которыми мы сталкиваемся при создании устройства PFE, максимально соответствующего существующим стандартам ASTM F2100/F2299.Среди основных популярных стандартов (например, NIOSH и ASTM F2100/F2299) стандарт ASTM обеспечивает большую гибкость параметров (таких как скорость воздушного потока) для изучения эффективности фильтрации, которая может повлиять на PFE в немедицинских масках.Однако, как мы показали, эта гибкость обеспечивает дополнительный уровень сложности при проектировании такого оборудования.
Химические вещества были приобретены у Sigma-Aldrich и использовались как есть.Мономер стирола (≥99%) очищают через стеклянную колонку, содержащую средство для удаления ингибитора оксида алюминия, которое предназначено для удаления трет-бутилкатехола.Деионизированная вода (≈0,037 мкСм·см–1) поступает из системы очистки воды Sartorius Arium.
100% хлопок полотняного переплетения (Muslin CT) с номинальной массой 147 г/м2 поступает от Veratex Lining Ltd., QC, а смесь бамбука и спандекса поступает от D. Zinman Textiles, QC.Другие материалы для масок-кандидатов поступают от местных розничных продавцов тканей (Fabricland).Эти материалы включают в себя две разные ткани из 100% хлопка (с разными принтами), одну трикотажную ткань из хлопка/спандекса, две трикотажные ткани из хлопка/полиэстера (одну «универсальную» и одну «ткань для свитера») и нетканый материал из смеси хлопка/полипропилена. хлопковый ватиновый материал.В таблице 1 приведены сводные данные об известных свойствах ткани.Чтобы протестировать новое оборудование, в местных больницах были получены сертифицированные медицинские маски, в том числе медицинские маски, сертифицированные по стандарту ASTM 2100 уровня 2 (L2) и уровня 3 (L3; Halyard), и респираторы N95 (3M).
Из каждого испытуемого материала вырезали круглый образец диаметром приблизительно 85 мм;никаких дальнейших модификаций материала (например, стирки) не производилось.Зажмите петлю ткани в держателе образца устройства PFE для тестирования.Фактический диаметр образца, контактирующего с потоком воздуха, составляет 73 мм, а остальные материалы используются для плотной фиксации образца.Для собранной маски сторона, которая касается лица, находится вдали от аэрозоля поставляемого материала.
Синтез монодисперсных анионных полистирольных латексных сфер методом эмульсионной полимеризации.По методике, описанной в предыдущем исследовании, реакцию проводили в полупериодическом режиме мономерного голодания.[21, 22] Добавьте деионизированную воду (160 мл) в трехгорлую круглодонную колбу объемом 250 мл и поместите ее на масляную баню с перемешиванием.Затем колбу продували азотом и в продутую колбу с мешалкой добавляли не содержащий ингибитора стирольный мономер (2,1 мл).Через 10 минут при 70°C добавляют лаурилсульфат натрия (0,235 г), растворенный в деионизированной воде (8 мл).Еще через 5 минут добавляли персульфат калия (0,5 г), растворенный в деионизированной воде (2 мл).В течение следующих 5 часов с помощью шприцевого насоса медленно введите в колбу дополнительное количество стирола без ингибитора (20 мл) со скоростью 66 мкл/мин.После завершения инфузии стирола реакция продолжалась еще 17 часов.Затем колбу открывали и охлаждали для завершения полимеризации.Синтезированную латексную эмульсию полистирола подвергали диализу против деионизированной воды в диализной трубке SnakeSkin (отсечка по молекулярной массе 3500 Da) в течение пяти дней, и деионизированную воду заменяли каждый день.Удалите эмульсию из диализной трубки и храните ее в холодильнике при температуре 4°C до использования.
Динамическое светорассеяние (ДРС) проводили на анализаторе Brookhaven 90Plus, длина волны лазера 659 нм, угол детектора 90°.Используйте встроенное программное обеспечение для решения частиц (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) для анализа данных.Латексную суспензию разбавляют деионизированной водой до тех пор, пока количество частиц не станет приблизительно 500 тысяч импульсов в секунду (тыс./сек).Определенный размер частиц составляет 125 ± 3 нм, а заявленная полидисперсность — 0,289 ± 0,006.
Анализатор дзета-потенциала ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.) использовали для получения измеренного значения дзета-потенциала в режиме светорассеяния фазового анализа.Образец готовили, добавляя аликвоту латекса к раствору NaCl 5×10-3м и снова разбавляя суспензию латекса, чтобы получить количество частиц приблизительно 500 тыс. имп/с.Было выполнено пять повторных измерений (каждое из 30 прогонов), в результате чего значение дзета-потенциала составило -55,1 ± 2,8 мВ, где ошибка представляет собой стандартное отклонение среднего значения пяти повторений.Эти измерения показывают, что частицы заряжены отрицательно и образуют стабильную суспензию.Данные DLS и дзета-потенциала можно найти в вспомогательных информационных таблицах S2 и S3.
Мы построили оборудование в соответствии с международными стандартами ASTM, как описано ниже и показано на рисунке 1. Генератор аэрозолей с одноструйным модулем распыления Blaustein (BLAM; CHTech) используется для производства аэрозолей, содержащих латексные шарики.Поток фильтрованного воздуха (полученный последовательно через фильтры GE Healthcare Whatman 0,3 мкм HEPA-CAP и 0,2 мкм POLYCAP TF) поступает в генератор аэрозолей под давлением 20 фунтов на кв. дюйм (6,9 кПа) и распыляет часть 5 мг л-1. суспензия Жидкость впрыскивается в латексный шарик оборудования с помощью шприцевого насоса (модель KD Scientific 100).Аэрозольные влажные частицы сушат, пропуская воздушный поток, выходящий из генератора аэрозоля, через трубчатый теплообменник.Теплообменник состоит из трубки из нержавеющей стали диаметром 5/8 дюйма, намотанной на нагревательный змеевик длиной 8 футов.Выходная мощность 216 Вт (BriskHeat).По его регулируемой шкале мощность нагревателя устанавливается на 40% от максимального значения прибора (≈86 Вт);это дает среднюю температуру наружной стенки 112 ° C (стандартное отклонение ≈ 1 ° C), которая определяется измерением с помощью термопары, установленной на поверхности (Taylor, США).На рис. S4 во вспомогательной информации приведены характеристики нагревателя.
Затем высушенные распыленные частицы смешивают с большим объемом отфильтрованного воздуха для достижения общего расхода воздуха 28,3 л/мин (то есть 1 кубический фут в минуту).Это значение было выбрано потому, что оно является точным значением скорости потока прибора для отбора проб лазерного анализатора частиц после системы.Воздушный поток, несущий латексные частицы, направляется в одну из двух идентичных вертикальных камер (т. е. трубок из нержавеющей стали с гладкими стенками): «контрольную» камеру без материала маски или круглую «пробную» камеру — съемную. Держатель образца. вставляется снаружи ткани.Внутренний диаметр двух камер составляет 73 мм, что соответствует внутреннему диаметру держателя образца.В держателе образца используются рифленые кольца и утопленные болты, чтобы плотно запечатать материал маски, а затем вставить съемный кронштейн в зазор камеры для образца и плотно запечатать его в устройстве с помощью резиновых прокладок и зажимов (рисунок S2, вспомогательная информация).
Диаметр образца ткани, контактирующего с потоком воздуха, 73 мм (площадь = 41,9 см2);он запечатан в камере образца во время испытания.Воздушный поток, выходящий из «контрольной» или «образцовой» камеры, направляется в лазерный анализатор частиц (система измерения частиц LASAIR III 110) для измерения количества и концентрации латексных частиц.Анализатор частиц указывает нижний и верхний пределы концентрации частиц, соответственно 2 × 10-4 и ≈34 частиц на кубический фут (7 и ≈950 000 частиц на кубический фут).Для измерения концентрации латексных частиц концентрация частиц указана в «коробке» с нижним пределом и верхним пределом 0,10–0,15 мкм, что соответствует приблизительному размеру синглетных частиц латекса в аэрозоле.Однако можно использовать бункеры других размеров и одновременно оценивать несколько бункеров с максимальным размером частиц 5 мкм.
В состав оборудования также входит другое оборудование, такое как оборудование для промывки камеры и анализатора частиц чистым отфильтрованным воздухом, а также необходимые клапаны и инструменты (рис. 1).Полные схемы трубопроводов и контрольно-измерительных приборов показаны на рисунке S1 и в таблице S1 вспомогательной информации.
В ходе эксперимента латексную суспензию вводили в аэрозольный генератор со скоростью потока от ≈60 до 100 мкл/мин для поддержания стабильного выхода частиц, примерно 14-25 частиц на кубический сантиметр (400 000 частиц на кубический сантиметр) 700 000 частиц).футов) в бине размером 0,10–0,15 мкм.Этот диапазон скорости потока необходим из-за наблюдаемых изменений концентрации частиц латекса после генератора аэрозоля, которые могут быть связаны с изменениями количества суспензии латекса, захваченной ловушкой для жидкости генератора аэрозоля.
Чтобы измерить PFE данного образца ткани, аэрозоль частиц латекса сначала проходит через диспетчерскую, а затем направляется в анализатор частиц.Непрерывно измеряйте концентрацию трех частиц в быстрой последовательности, каждая из которых длится одну минуту.Анализатор частиц сообщает среднюю по времени концентрацию частиц во время анализа, то есть среднюю концентрацию частиц за одну минуту (28,3 л) пробы.После выполнения этих базовых измерений для установления стабильного количества частиц и расхода газа аэрозоль переносится в камеру для проб.Как только система достигает равновесия (обычно через 60–90 секунд), в быстрой последовательности проводятся еще три последовательных измерения продолжительностью в одну минуту.Эти измерения образца представляют собой концентрацию частиц, проходящих через образец ткани.Затем, разделив аэрозольный поток обратно в диспетчерскую, из диспетчерской были проведены еще три измерения концентрации частиц, чтобы убедиться, что концентрация частиц выше по потоку существенно не изменилась в течение всего процесса оценки пробы.Поскольку конструкция обеих камер одинакова (за исключением того, что камера для пробы может вмещать держатель пробы), условия потока в камере можно считать одинаковыми, поэтому концентрация частиц в газе, выходящем из контрольной камеры и камеры для пробы можно сравнить.
Чтобы продлить срок службы анализатора частиц и удалить аэрозольные частицы из системы между каждым тестом, используйте струю воздуха с фильтром HEPA для очистки анализатора частиц после каждого измерения и очищайте камеру для образцов перед заменой образцов.Пожалуйста, обратитесь к рисунку S1 в информации о поддержке для схематической схемы системы продувки воздухом на устройстве PFE.
Этот расчет представляет собой одно «повторное» измерение PFE для одного образца материала и эквивалентен расчету PFE в ASTM F2299 (уравнение (2)).
Материалы, описанные в §2.1, подвергались воздействию латексных аэрозолей с использованием оборудования PFE, описанного в §2.3, для определения их пригодности в качестве материалов для масок.На рис. 2 показаны показания, полученные с анализатора концентрации частиц, и значения PFE тканей свитера и материалов ватина измеряются одновременно.Всего было проведено три анализа образцов для двух материалов и шести повторов.Очевидно, что первое показание в наборе из трех показаний (заштрихованное более светлым цветом) обычно отличается от двух других показаний.Например, первое показание отличается от среднего значения двух других показаний в тройках 12-15 на рисунке 2 более чем на 5%.Это наблюдение связано с балансом аэрозольсодержащего воздуха, проходящего через анализатор частиц.Как обсуждалось в разделе «Материалы и методы», показания равновесия (второй и третий контроль и показания образца) использовались для расчета PFE в темно-синем и красном оттенках на рисунке 2 соответственно.В целом среднее значение PFE в трех повторностях составляет 78% ± 2% для ткани свитера и 74% ± 2% для хлопкового ватина.
Для сравнения производительности системы также были оценены сертифицированные ASTM 2100 медицинские маски (L2, L3) и респираторы NIOSH (N95).Стандарт ASTM F2100 устанавливает эффективность фильтрации субмикронных частиц 0,1 мкм для масок уровня 2 и уровня 3 на уровне ≥ 95% и ≥ 98% соответственно.[5] Точно так же респираторы N95, сертифицированные NIOSH, должны демонстрировать эффективность фильтрации ≥95% для распыленных наночастиц NaCl со средним диаметром 0,075 мкм.[24] Ренгасами и соавт.Согласно отчетам, аналогичные маски N95 показывают значение PFE 99,84–99,98%, [25] Zangmeister et al.Согласно сообщениям, их N95 обеспечивает минимальную эффективность фильтрации более 99,9% [14], в то время как Joo et al.Согласно отчетам, маски 3M N95 производили 99% PFE (частицы размером 300 нм), [16] и Hao et al.Сообщаемый PFE N95 (частицы размером 300 нм) составляет 94,4%.[17] Для двух масок N95, оспариваемых Shakya et al.с латексными шариками размером 0,1 мкм PFE упал примерно от 80% до 100%.[19] Когда Лу и соавт.При использовании латексных шариков одинакового размера для оценки масок N95 средний PFE составляет 93,8%.[20] Результаты, полученные с использованием оборудования, описанного в этой работе, показывают, что PFE маски N95 составляет 99,2 ± 0,1%, что хорошо согласуется с большинством предыдущих исследований.
Хирургические маски также были протестированы в нескольких исследованиях.Хирургические маски Hao et al.показали PFE (частицы размером 300 нм) 73,4% [17], в то время как три хирургические маски, протестированные Drewnick et al.Произведенный PFE колеблется от приблизительно 60% до почти 100%.[15] (Последняя маска может быть сертифицированной моделью.) Однако Zangmeister et al.Согласно отчетам, минимальная эффективность фильтрации двух протестированных хирургических масок лишь немногим превышает 30% [14], что намного ниже, чем у хирургических масок, протестированных в этом исследовании.Точно так же «синяя хирургическая маска», испытанная Joo et al.Докажите, что PFE (частицы размером 300 нм) составляет всего 22%.[16] Шакья и др.сообщили, что PFE хирургических масок (с использованием латексных частиц размером 0,1 мкм) снизился примерно на 60-80%.[19] Используя латексные шарики того же размера, хирургическая маска Лу и др. дала средний результат PFE 80,2%.[20] Для сравнения, PFE нашей маски L2 составляет 94,2 ± 0,6%, а PFE маски L3 составляет 94,9 ± 0,3%.Хотя эти PFE превосходят многие PFE в литературе, мы должны отметить, что в предыдущем исследовании почти не упоминался уровень сертификации, и наши хирургические маски получили сертификацию уровня 2 и уровня 3.
Таким же образом, как были проанализированы материалы-кандидаты для масок на рисунке 2, были проведены три теста с другими шестью материалами, чтобы определить их пригодность для маски и продемонстрировать работу устройства PFE.На рисунке 3 представлены значения PFE для всех протестированных материалов и их сравнение со значениями PFE, полученными при оценке сертифицированных материалов для масок L3 и N95.Из 11 масок/материалов-кандидатов, выбранных для этой работы, можно четко увидеть широкий диапазон характеристик PFE, от ≈10% до почти 100%, что согласуется с другими исследованиями [8, 9, 15] и отраслевыми дескрипторами. Четкой зависимости между PFE и PFE нет.Например, материалы со схожим составом (два образца 100% хлопка и хлопковый муслин) демонстрируют очень разные значения PFE (14%, 54% и 13% соответственно).Но важно, чтобы низкие характеристики (например, 100% хлопок А; PFE ≈ 14%), средние характеристики (например, смесь 70%/30% хлопок/полиэстер; PFE ≈ 49%) и высокие характеристики (например, ткань свитера; PFE ≈ 78%) Ткань можно четко идентифицировать с помощью оборудования PFE, описанного в этой работе.Особенно хорошо себя зарекомендовали ткани для свитеров и хлопчатобумажные ватиновые материалы с показателем PFE от 70% до 80%.Такие высокоэффективные материалы могут быть идентифицированы и проанализированы более подробно, чтобы понять характеристики, которые способствуют их высокой эффективности фильтрации.Однако мы хотим напомнить, что, поскольку результаты PFE для материалов с аналогичными отраслевыми описаниями (например, хлопчатобумажных материалов) сильно различаются, эти данные не указывают, какие материалы широко используются для тканевых масок, и мы не собираемся делать выводы о свойствах. материальные категории.Отношения производительности.Мы приводим конкретные примеры для демонстрации калибровки, показываем, что измерение охватывает весь диапазон возможной эффективности фильтрации, и приводим размер погрешности измерения.
Мы получили эти результаты PFE, чтобы доказать, что наше оборудование имеет широкий диапазон измерительных возможностей, низкую погрешность и по сравнению с данными, полученными в литературе.Например, Zangmeister et al.Приведены результаты PFE для нескольких тканых хлопчатобумажных тканей (например, «Хлопок 1-11») (от 89 до 812 нитей на дюйм).У 9 из 11 материалов «минимальная эффективность фильтрации» колеблется от 0% до 25%;PFE двух других материалов составляет около 32%.[14] Аналогично, Konda et al.Приведены данные PFE для двух хлопчатобумажных тканей (80 и 600 TPI; 153 и 152 г/м2).PFE колеблется от 7% до 36% и от 65% до 85% соответственно.В исследовании Drewnick et al. в однослойных хлопчатобумажных тканях (например, хлопок, хлопчатобумажный трикотаж, молетон; 139–265 TPI; 80–140 г/м2) диапазон PFE материала составляет от 10% до 30%.В исследовании Joo et al., их материал из 100% хлопка имеет PFE 8% (частицы размером 300 нм).Багери и др.использовали частицы полистирольного латекса размером от 0,3 до 0,5 мкм.PFE шести хлопчатобумажных материалов (120-200 TPI; 136-237 г/м2) измеряли в диапазоне от 0% до 20%.[18] Таким образом, большинство этих материалов хорошо согласуются с результатами PFE трех наших хлопчатобумажных тканей (например, Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A и B), а их средняя эффективность фильтрации составляет 13%, 14% и соответственно.54%.Эти результаты показывают, что существуют большие различия между хлопковыми материалами и что свойства материала, которые приводят к высокому PFE (например, хлопок Konda et al. 600 TPI; наш хлопок B), плохо изучены.
При проведении этих сравнений мы признаем, что в литературе трудно найти проверенные материалы, которые имеют те же характеристики (т. е. состав материала, ткачество и вязание, TPI, вес и т. д.) с материалами, протестированными в этом исследовании, и поэтому нельзя сравнивать напрямую.Кроме того, различия в инструментах, используемых авторами, и отсутствие стандартизации затрудняют проведение качественных сравнений.Тем не менее, ясно, что взаимосвязь производительности и производительности обычных тканей изучена недостаточно.Материалы будут дополнительно протестированы с помощью стандартизированного, гибкого и надежного оборудования (например, оборудования, описанного в этой работе), чтобы определить эти отношения.
Несмотря на наличие суммарной статистической погрешности (0-5 %) между однократной повторностью (0-4 %) и образцами, проанализированными в трех повторностях, предложенное в данной работе оборудование зарекомендовало себя как эффективный инструмент для испытаний ФЭ различных материалов.Обычные ткани для сертифицированных медицинских масок.Стоит отметить, что среди 11 материалов, протестированных для рисунка 3, ошибка распространения σprop превышает стандартное отклонение между измерениями PFE одного образца, то есть σsd для 9 из 11 материалов;эти два исключения возникают при очень высоком значении PFE (т.е. маска L2 и L3).Хотя результаты, представленные Rengasamy et al.Показав, что разница между повторными образцами невелика (т.е. пять повторов <0,29%), [25] исследовали материалы с известными высокими фильтрующими свойствами, разработанные специально для изготовления масок: сам материал может быть более однородным, да и тест тоже. область диапазона PFE может быть более последовательной.В целом, результаты, полученные с использованием нашего оборудования, согласуются с данными PFE и стандартами сертификации, полученными другими исследователями.
Хотя PFE является важным показателем для измерения характеристик маски, на данный момент мы должны напомнить читателям, что всесторонний анализ материалов будущих масок должен учитывать другие факторы, то есть проницаемость материала (то есть при испытании на перепад давления или дифференциальное давление). ).Существуют правила ASTM F2100 и F3502.Приемлемая воздухопроницаемость необходима для комфорта пользователя и предотвращения протекания края маски во время дыхания.Поскольку PFE и воздухопроницаемость многих распространенных материалов обычно обратно пропорциональны, измерение перепада давления следует выполнять вместе с измерением PFE, чтобы более полно оценить характеристики материала маски.
Мы рекомендуем, чтобы рекомендации по конструированию оборудования PFE в соответствии с ASTM F2299 были необходимы для постоянного совершенствования стандартов, получения данных исследований, которые можно сравнивать между исследовательскими лабораториями, и улучшения фильтрации аэрозолей.Полагайтесь только на стандарт NIOSH (или F3502), который определяет одно устройство (TSI 8130A) и запрещает исследователям приобретать готовые устройства (например, системы TSI).Опора на стандартизированные системы, такие как TSI 8130A, важна для текущей стандартной сертификации, но она ограничивает разработку масок, респираторов и других технологий фильтрации аэрозолей, которые противоречат прогрессу исследований.Стоит отметить, что стандарт NIOSH был разработан как метод тестирования респираторов в суровых условиях, ожидаемых, когда это оборудование необходимо, но, в отличие от этого, хирургические маски тестируются методами ASTM F2100/F2299.Форма и стиль общественных масок больше похожи на хирургические маски, что не означает, что они обладают превосходной эффективностью фильтрации, как N95.Если хирургические маски по-прежнему оцениваются в соответствии с ASTM F2100/F2299, обычные ткани следует анализировать с использованием метода, более близкого к ASTM F2100/F2299.Кроме того, ASTM F2299 допускает дополнительную гибкость в различных параметрах (таких как расход воздуха и поверхностная скорость в исследованиях эффективности фильтрации), что может сделать его приблизительным превосходящим стандартом в исследовательской среде.
Время публикации: 30 августа 2021 г.