Das „N“ in N95-Masken steht für „nicht ölbeständig“, d. h. die Masken sind nicht ölbeständig. Die Zahl 95 gibt die Filterleistung bei Tests mit 0,3 Mikrometer großen Partikeln an und bedeutet, dass die Maske mindestens 95 % der kleinen Partikel wie Grippeviren, Staub, Pollen, Smog und Rauch herausfiltert. Ähnlich wie medizinische OP-Masken besteht die Hauptstruktur von N95-Masken aus drei Teilen: einer feuchtigkeitsabweisenden Oberflächenschicht, einer mittleren Filter- und Adsorptionsschicht und einer inneren Hautschicht. Das verwendete Rohmaterial ist hochmolekulares Polypropylen-Schmelzblasvlies. Da es sich bei allen Masken um Schmelzblasvlies handelt, stellt sich die Frage, warum die Filterleistung nicht den Standard erfüllt.
Gründe für die unzureichende Filtrationsleistung von Masken-Schmelzblasgewebe
Die Filtrationsleistung von Meltblown-Vliesstoffen liegt tatsächlich nur unter 70 %. Es genügt nicht, sich allein auf die mechanische Barrierewirkung der dreidimensionalen Faseraggregate aus Meltblown-Ultrafeinfasern mit feinen Fasern, kleinen Poren und hoher Porosität zu verlassen. Andernfalls würde eine einfache Erhöhung des Gewichts und der Dicke des Materials den Filtrationswiderstand erheblich steigern. Daher werden Meltblown-Filtermaterialien üblicherweise durch elektrostatische Polarisation elektrostatisch aufgeladen. Mithilfe elektrostatischer Verfahren lässt sich die Filtrationseffizienz auf 99,9 % bis 99,99 % steigern. Dies entspricht mindestens dem N95-Standard.
Funktionsprinzip der Schmelzblas-Faserfiltration
Das für N95-Masken verwendete Schmelzblasvlies filtert Partikel hauptsächlich durch einen doppelten Effekt: mechanische Barrierewirkung und elektrostatische Adsorption. Die mechanische Barrierewirkung hängt eng mit der Struktur und den Eigenschaften des Materials zusammen: Wird das Schmelzblasvlies mittels Koronaentladung mit einer Spannung von mehreren hundert bis mehreren tausend Volt aufgeladen, diffundieren die Fasern aufgrund der elektrostatischen Abstoßung in ein Porennetzwerk. Der Abstand zwischen den Fasern ist dabei deutlich größer als der von Staubpartikeln, wodurch eine offene Struktur entsteht. Beim Durchdringen des Schmelzblasvlieses zieht der elektrostatische Effekt nicht nur geladene Staubpartikel effektiv an, sondern fängt auch polarisierte neutrale Partikel durch elektrostatische Induktion ab. Je höher das elektrostatische Potenzial des Materials, desto höher ist seine Ladungsdichte, desto mehr Punktladungen trägt es und desto stärker ist die elektrostatische Wirkung. Koronaentladungen können die Filtrationsleistung von Polypropylen-Schmelzblasvlies deutlich verbessern. Die Zugabe von Turmalinpartikeln kann die Polarisierbarkeit effektiv erhöhen, die Filtrationseffizienz steigern, den Filtrationswiderstand verringern, die Oberflächenladungsdichte der Fasern erhöhen und die Ladungsspeicherkapazität des Faservlieses verbessern.
Die Zugabe von 6 % Turmalin zur Elektrode führt zu einer besseren Gesamtwirkung. Ein zu hoher Anteil polarisierbarer Materialien kann die Bewegung und Neutralisierung von Ladungsträgern sogar verstärken. Das elektrifizierte Masterbatch sollte eine Partikelgröße und Homogenität im Nanometer- oder Mikronanometerbereich aufweisen. Ein gutes polares Masterbatch kann die Spinnleistung verbessern, ohne die Düse zu beeinträchtigen, die Filtrationseffizienz erhöhen, elektrostatischer Degradation entgegenwirken, den Luftwiderstand verringern, die Dichte und Tiefe der Ladungsaufnahme erhöhen, die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass mehr Ladungen in den Faseraggregaten eingefangen werden, und die eingefangenen Ladungen in einem niedrigeren Energiezustand halten. Dadurch wird es ihnen erschwert, aus Ladungsträgerfallen zu entkommen oder neutralisiert zu werden, wodurch die Degradation verlangsamt wird.
Schmelzblasverfahren mit elektrostatischer Polarisation
Das Schmelzblasverfahren mit elektrostatischer Entladung beinhaltet die Zugabe anorganischer Materialien wie Turmalin, Siliziumdioxid und Zirkoniumphosphat zu Polypropylen (PP). Vor dem Aufrollen des Materials wird dieses mittels einer Nadelelektrode mit einer Spannung von 35–50 kV, erzeugt durch einen elektrostatischen Generator, durch eine oder mehrere Koronaentladungen aufgeladen. Bei Anlegen der hohen Spannung kommt es in der Luft unterhalb der Nadelspitze zu Koronaionisation, die lokale Durchschlagsentladungen zur Folge hat. Die Ladungsträger lagern sich durch das elektrische Feld auf der Oberfläche des Schmelzblasmaterials ab, wobei ein Teil von ihnen von stationären Mutterpartikeln eingefangen wird. Dadurch wirkt das Schmelzblasmaterial als Filter für die Elektrode. Die Spannung während dieses Koronaprozesses ist im Vergleich zu einer Entladung mit einer Hochspannung von etwa 200 kV etwas niedriger, was zu einer geringeren Ozonproduktion führt. Ladeabstand und Ladespannung wirken sich gegenläufig aus: Mit zunehmendem Ladeabstand verringert sich die vom Material aufgenommene Ladungsmenge.
Elektrifiziertes Schmelzblasvlies ist erforderlich
1. Ein Satz Schmelzblasgeräte
2. Elektrifiziertes Masterbatch
3. Vier Sätze von Hochspannungs-Elektrostatik-Entladungsgeräten
4. Schneidgeräte
Meltblown-Gewebe sollte feuchtigkeits- und wasserdicht gelagert werden.
Unter normalen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen weisen polarisierbare PP-Schmelzblasmaterialien eine ausgezeichnete Ladungsspeicherstabilität auf. In Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit kommt es jedoch zu einem erheblichen Ladungsverlust. Dieser ist auf den kompensatorischen Effekt polarer Gruppen in Wassermolekülen und anisotroper Partikel in der Atmosphäre auf die Ladungen der Fasern zurückzuführen. Die Ladungsabnahme beschleunigt sich mit steigender Luftfeuchtigkeit. Daher muss das Schmelzblasvlies während Transport und Lagerung feuchtigkeitsgeschützt aufbewahrt und vor hoher Luftfeuchtigkeit geschützt werden. Andernfalls erfüllen die hergestellten Masken die geforderten Standards nur schwer.
Dongguan Liansheng Vliesstofftechnologie Co., Ltd.Das Unternehmen wurde im Mai 2020 gegründet. Es handelt sich um einen Großbetrieb für die Herstellung von Vliesstoffen, der Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb vereint. Es produziert PP-Spinnvliesstoffe in verschiedenen Farben mit einer Breite von unter 3,2 Metern und einem Gewicht von 9 bis 300 Gramm.
Veröffentlichungsdatum: 27. Oktober 2024