Vielen ist bekannt, dass der Kern von OP-Masken und N95-Masken die mittlere Schicht ist – schmelzgeblasene Baumwolle.
Falls Sie es noch nicht wissen, hier eine kurze Erklärung: OP-Masken bestehen aus drei Lagen. Die beiden äußeren Lagen sind aus Spinnvlies, die mittlere aus Meltblown-Baumwolle. Beide Materialien – Spinnvlies und Meltblown-Baumwolle – bestehen nicht aus Baumwolle, sondern aus Polypropylen (PP).
Behnam Pourdeyhimi, stellvertretender Direktor des Instituts für Vliesstoffe an der North Carolina State University und Professor für Materialwissenschaften, erklärte, dass die Vorder- und Rückseite aus Vliesstoff auf chirurgischen Masken keine Mikroorganismen filtern können. Sie können lediglich Flüssigkeitströpfchen abhalten, und nur die mittlere Schicht aus Meltblown-Baumwolle filtert Bakterien.
Die Filterfunktion von schmelzgeblasenem Vliesstoff.
Tatsächlich wird die Filtrationseffizienz (FE) von Fasern durch ihren mittleren Durchmesser und ihre Packungsdichte bestimmt. Je kleiner der Faserdurchmesser, desto höher die Filtrationseffizienz.
Der Durchmesser von Meltblown-Baumwollfasern liegt etwa zwischen 0,5 und 10 Mikrometern, während der Durchmesser von Spinnvliesfasern bei rund 20 Mikrometern liegt. Dank der ultrafeinen Fasern weist Meltblown-Baumwolle eine große Oberfläche auf und kann verschiedene Mikropartikel adsorbieren. Besonders bemerkenswert ist die relative Atmungsaktivität von Meltblown-Baumwolle, wodurch sie sich gut für die Herstellung von Maskenfiltern eignet, im Gegensatz zu Spinnvlies.
Werfen wir einen Blick auf den Herstellungsprozess dieser beiden Arten vonVliesstoffe.
Bei der Herstellung von Spinnvlies wird Polypropylen geschmolzen und zu einer seidigen Faser gezogen, die dann ein Netz bildet. Im Vergleich zu Spinnvliesen verfügt Meltblown-Baumwolle über eine wesentlich fortschrittlichere Technologie; tatsächlich ist die Meltblown-Technologie derzeit die einzige Technologie, die für die großtechnische Herstellung von Fasern im Mikrometerbereich eingesetzt wird.
Der Herstellungsprozess von schmelzgeblasener Baumwolle
Die Maschine erzeugt einen Hochgeschwindigkeits-Heißluftstrom, der geschmolzenes Polypropylen durch eine extrem kleine Schmelzstrahldüse versprüht und dabei den gleichen Effekt wie ein Sprühgerät erzielt.
Feinste, nebelartige Fasern sammeln sich auf Walzen oder Platten und bilden so schmelzgeblasene Vliesstoffe – die Inspiration für diese Technologie stammt tatsächlich aus der Natur. Wussten Sie, dass auch die Natur schmelzgeblasene Materialien produziert? In der Nähe von Vulkankratern findet man oft seltsam anmutende Gebilde: Peles Haar, das aus basaltischem Magma besteht, das vom heißen Vulkanwind verweht wurde.
In den 1950er Jahren nutzte das US-amerikanische Marineforschungslabor (NRL) erstmals die Schmelzblastechnologie zur Herstellung von Fasern für die Filterung radioaktiver Materialien. Heute wird die Schmelzblastechnologie nicht nur zur Herstellung von Filtermaterialien für Wasser und Gase, sondern auch für industrielle Dämmstoffe wie Mineralwolle eingesetzt. Die Filterleistung von Schmelzblaswatte selbst liegt jedoch nur bei etwa 25 %. Wie kommt es also zu der 95%igen Filterleistung von N95-Masken?
Dies ist ein entscheidender Schritt im Herstellungsprozess von medizinischer Schmelzblaswatte – die elektrostatische Polarisationsbehandlung.
Wie bereits erwähnt, hängt die Filterleistung von Masken von ihrem Durchmesser und ihrer Fülldichte ab. Ist das Gewebe jedoch zu dicht gewebt, ist die Maske nicht atmungsaktiv und der Träger empfindet sie als unangenehm. Ohne elektrostatische Polarisationsbehandlung beträgt die Filterleistung von Meltblown-Vlies, die das Gefühl der Erstickung verringern kann, lediglich 25 %.
Wie können wir die Atmungsaktivität verbessern und gleichzeitig die Filtrationseffizienz gewährleisten?
Im Jahr 1995 entwickelte der Ingenieurwissenschaftler Peter P. Tsai von der Universität Tennessee die Idee der elektrostatischen Abscheidungstechnologie für die industrielle Filtration.
In der Industrie (z. B. bei Fabrikschornsteinen) nutzen Ingenieure ein elektrisches Feld, um Partikel aufzuladen und sie dann mithilfe des Stromnetzes abzusaugen, um extrem kleine Partikel herauszufiltern.
Luftfilterung mittels elektrostatischer Abscheidertechnologie
Inspiriert von dieser Technologie haben viele versucht, Kunststofffasern zu elektrisieren, jedoch ohne Erfolg. Cai Bingyi gelang es jedoch. Er entwickelte ein Verfahren zur Aufladung von Kunststoff, indem er die Luft ionisierte und das Meltblown-Gewebe elektrostatisch auflud. Dadurch verwandelte er es in ein Elektret, ein permanent geladenes Material, ähnlich wie Pikachu.
Nach der Umwandlung in Pikachu kann eine Schicht aus Pikachu-Schmelzblasvlies nicht nur ohne Strom 10 Lagen erreichen, sondern auch Partikel mit einem Durchmesser von etwa 100 nm, wie zum Beispiel COVID-19, anziehen.
Man kann sagen, dass die Technologie von Cai Bingyi die Grundlage für die Entwicklung der N95-Masken bildete. Milliarden von Menschenleben weltweit werden durch diese Technologie geschützt.
Zufälligerweise wird Cai Bingyis elektrostatische Aufladungstechnik als Corona-elektrostatische Aufladung bezeichnet, was die gleiche Art von Corona ist wie das Coronavirus, aber hier bedeutet Corona Corona.
Nachdem Sie den Herstellungsprozess von medizinischer Meltblown-Baumwolle beobachtet haben, werden Sie die damit verbundenen technischen Schwierigkeiten verstehen. Tatsächlich dürfte die maschinelle Herstellung der Meltblown-Baumwolle der schwierigste Teil des Herstellungsprozesses sein.
Im März dieses Jahres erklärte Markus Müller, Vertriebsleiter des deutschen Herstellers von Meltblown-Maschinen Reicol, in einem Interview mit NPR, dass Meltblown-Maschinen für die Herstellung feiner und qualitativ hochwertiger Fasern höchste Präzision erfordern und daher schwierig zu fertigen seien. Die Produktions- und Montagezeit einer Maschine betrage mindestens fünf bis sechs Monate, und der Preis könne bis zu vier Millionen US-Dollar betragen. Viele der auf dem Markt erhältlichen Maschinen wiesen jedoch Qualitätsschwankungen auf.
Hills, Inc. in Florida ist einer der wenigen Hersteller weltweit, der Düsen für Meltblown-Baumwollanlagen fertigen kann. Timothy Robson, Forschungs- und Entwicklungsleiter des Unternehmens, erklärte zudem, dass Meltblown-Baumwollanlagen einen hohen technologischen Anspruch erfüllen.
Obwohl Chinas jährliche Maskenproduktion etwa 50 % der weltweiten Gesamtproduktion ausmacht und das Land damit der größte Produzent und Exporteur von Masken ist (laut Daten des chinesischen Verbandes der Textilindustrie vom Februar), liegt die nationale Produktion von Meltblown-Vliesstoffen bei weniger als 100.000 Tonnen pro Jahr, was auf einen erheblichen Mangel an Meltblown-Vliesstoffen hinweist.
Angesichts des Preises und der Lieferzeit von Maschinen zur Herstellung von Meltblown-Vliesstoffen ist es unwahrscheinlich, dass kleine Unternehmen in kurzer Zeit große Mengen an qualitativ hochwertiger Meltblown-Baumwolle produzieren können.
Wie lässt sich feststellen, ob die gekaufte Maske den Qualitätsstandards entspricht und aus schmelzgeblasener Baumwolle besteht?
Die Methode ist eigentlich ganz einfach, sie besteht aus drei Schritten.
Da die äußere Schicht aus Spinnvliesstoff in Sandwich-Masken wasserabweisende Eigenschaften besitzt, sollten auch medizinische Masken wasserdicht sein. Wie sollen sie sonst die aus dem Mund ausgestoßenen Tröpfchen filtern? Sie können es selbst ausprobieren: Gießen Sie etwas Wasser darauf, so wie bei diesem großen Modell.
Zweitens ist Polypropylen schwer entflammbar und schmilzt bei Hitzeeinwirkung, daher brennt die Meltblown-Baumwolle nicht. Beim Erhitzen mit einem Feuerzeug rollt sich die Meltblown-Baumwolle zwar auf und fällt ab, fängt aber nicht Feuer. Mit anderen Worten: Wenn die mittlere Schicht der gekauften Maske beim Erhitzen mit einem Feuerzeug Feuer fängt, handelt es sich definitiv um eine Fälschung.
Drittens ist medizinische Meltblown-Baumwolle Pikachu, die statische Elektrizität besitzt, sodass sie kleine Papierstücke aufnehmen kann.
Falls Sie dieselbe Maske mehrmals verwenden müssen, hat der Erfinder der N95-Maske, Cai Bingyi, natürlich auch Desinfektionsvorschläge parat.
Am 25. März dieses Jahres erklärte Cai Bingyi auf der Website der Universität von Tennessee, dass der elektrostatische Polarisationseffekt von medizinischen Masken und N95-Masken sehr stabil sei. Selbst eine 30-minütige Desinfektion der Masken mit 70 Grad Celsius heißer Luft beeinträchtige die Polarisationseigenschaften nicht. Alkohol hingegen entlade das Meltblown-Gewebe, weshalb die Maske nicht mit Alkohol desinfiziert werden sollte.
Übrigens werden aufgrund der starken Absorptions-, Barriere-, Filtrations- und Auslaufschutzeigenschaften von Meltblown-Baumwolle auch viele Damenprodukte und Windeln daraus hergestellt. Kimberly-Clark hat als erstes Unternehmen entsprechende Patente angemeldet.
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: 26. Oktober 2024