Das Kernmaterial von Epidemieschutzmasken ist Polypropylen.

Das Hauptmaterial von Masken istPolypropylen-Vliesstoff(auch bekannt als Vliesstoff) ist ein dünnes, filzartiges Produkt, das aus Textilfasern durch Verklebung, Verschmelzung oder andere chemische und mechanische Verfahren hergestellt wird. Medizinische OP-Masken bestehen in der Regel aus drei Lagen Vliesstoff: Spinnvliesstoff S, Schmelzblasvliesstoff M und Spinnvliesstoff S, auch bekannt als SMS-Struktur. Die Innenschicht besteht aus hautfreundlichem, feuchtigkeitsabsorbierendem Vliesstoff. Die Außenschicht ist wasserdicht und flüssigkeitsabweisend; sie dient hauptsächlich dazu, Spritzer durch den Träger oder andere Personen abzuwehren. Die mittlere Filterschicht besteht üblicherweise aus elektrostatisch polarisiertem Polypropylen-Schmelzblasvliesstoff, der Bakterien filtert und eine entscheidende Rolle bei der Filterung spielt.

Die automatisierte Maskenproduktionslinie steigert die Produktionseffizienz erheblich. Große Rollen Polypropylen-Vliesstoff werden in kleine Rollen geschnitten und auf die Produktionslinie gelegt. Die Maschine stellt einen kleinen Winkel ein und verjüngt und bündelt die Rollen von links nach rechts. Die Maskenoberfläche wird mit einer Presse flachgedrückt, anschließend werden Schneide-, Kantenversiegelungs- und Pressvorgänge durchgeführt. Dank der automatisierten Maschinen dauert die Herstellung einer Maske auf dieser Produktionslinie durchschnittlich nur etwa 0,5 Sekunden. Nach der Produktion werden die Masken mit Ethylenoxid desinfiziert und sieben Tage lang gelagert, bevor sie versiegelt, verpackt und versandfertig gemacht werden.

Das Kernmaterial der Masken – Polypropylenfasern

Die Filterschicht (M-Schicht) in der Mitte von medizinischen Masken besteht aus einem schmelzgeblasenen Filtervlies und ist die wichtigste Kernschicht. Hauptmaterial ist ein spezielles, schmelzgeblasenes Polypropylen-Vlies. Dieses Material zeichnet sich durch extrem hohe Fließfähigkeit, geringe Flüchtigkeit und eine enge Molekulargewichtsverteilung aus. Die so entstehende Filterschicht bietet starke Filter-, Abschirmungs-, Isolations- und Ölabsorptionseigenschaften und erfüllt die verschiedenen Normen für die Faserdichte und die Oberfläche der Kernschicht medizinischer Masken. Aus einer Tonne hochschmelzender Polypropylenfasern lassen sich fast 250.000 medizinische N95-Atemschutzmasken aus Polypropylen oder 900.000 bis 1 Million Einweg-OP-Masken herstellen.

Das Polypropylen-Schmelzblasfiltermaterial besteht aus vielen sich kreuzenden Fasern, die in zufälligen Richtungen angeordnet sind. Der durchschnittliche Faserdurchmesser beträgt 1,5–3 μm, was etwa einem Dreißigstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Der Filtrationsmechanismus von Polypropylen-Schmelzblasfiltermaterialien beruht im Wesentlichen auf zwei Aspekten: der mechanischen Barrierewirkung und der elektrostatischen Adsorption. Dank der ultrafeinen Fasern, der großen spezifischen Oberfläche, der hohen Porosität und der geringen durchschnittlichen Porengröße weisen Polypropylen-Schmelzblasfiltermaterialien eine gute Bakterienbarriere und Filtrationswirkung auf. Nach einer elektrostatischen Behandlung zeigt das Polypropylen-Schmelzblasfiltermaterial die Funktion der elektrostatischen Adsorption.

Das neuartige Coronavirus ist mit etwa 100 nm (0,1 μm) sehr klein, kann aber nicht selbstständig existieren. Es befindet sich hauptsächlich in Sekreten und Tröpfchen beim Niesen, die einen Durchmesser von etwa 5 μm aufweisen. Wenn virushaltige Tröpfchen auf das Meltblown-Gewebe treffen, werden sie elektrostatisch an der Oberfläche adsorbiert. Dadurch wird verhindert, dass sie die dichte Zwischenschicht durchdringen, und eine Barrierewirkung erzielt. Da sich das Virus nach der Adsorption durch die ultrafeinen elektrostatischen Fasern nur sehr schwer entfernen lässt und Waschen die elektrostatische Adsorptionsfähigkeit beeinträchtigen kann, ist diese Art von Maske nur für den einmaligen Gebrauch bestimmt.

Verständnis von Polypropylenfasern

Polypropylenfasern, auch PP-Fasern genannt, werden in China allgemein als Polypropylen bezeichnet. Sie entstehen durch Polymerisation von Propylen als Rohmaterial und werden anschließend in mehreren Spinnprozessen verarbeitet. Zu den wichtigsten Polypropylenarten zählen Polypropylenfilament, Polypropylen-Kurzfasern, Polypropylen-Spaltfasern, Polypropylen-Expandfilamente (BCF), Polypropylen-Industriegarne, Polypropylen-Vliesstoffe und Polypropylen-Zigarettenfasern.

Polypropylenfasern werden hauptsächlich für Teppiche (Teppichgrundierung und Veloursleder), Dekorationsstoffe, Möbelstoffe, verschiedene Seilbänder, Fischernetze, ölabsorbierende Filze, Baustoffe, Verpackungsmaterialien und Industriegewebe wie Filtergewebe und Sackgewebe verwendet. Polypropylen kann auch für Zigarettenfilter und Vliesstoffe im Sanitärbereich eingesetzt werden. Aus ultrafeinen Polypropylenfasern lassen sich hochwertige Bekleidungsstoffe herstellen. Steppdecken aus Polypropylen-Hohlfasern sind leicht, wärmend und elastisch.

Die Entwicklung von Polypropylenfasern

Polypropylenfasern sind eine Faserart, deren industrielle Produktion in den 1960er Jahren begann. 1957 entwickelte das italienische Unternehmen Natta et al. erstmals isotaktisches Polypropylen und nahm die industrielle Fertigung auf. Kurz darauf nutzte die Firma Montecatini dieses Material zur Herstellung von Polypropylenfasern. Von 1958 bis 1960 verwendete das Unternehmen Polypropylen für die Faserproduktion und nannte das Produkt Meraklon. Später begann die Produktion auch in den USA und Kanada. Nach 1964 wurden Polypropylen-Folienspaltfasern für die Bündelung entwickelt und durch Dünnschichtfibrillation zu Textilfasern und Teppichgarnen verarbeitet.
In den 1970er Jahren verbesserten Kurzstreckenspinnverfahren und entsprechende Anlagen die Herstellung von Polypropylenfasern. Gleichzeitig hielt expandiertes Endlosfilament Einzug in die Teppichindustrie, was zu einem rasanten Anstieg der Polypropylenfaserproduktion führte. Nach 1980 trugen die Weiterentwicklung von Polypropylen und neuer Technologien zur Herstellung von Polypropylenfasern, insbesondere die Erfindung von Metallocenkatalysatoren, maßgeblich zur Verbesserung der Polypropylenharzqualität bei. Dank der verbesserten Stereoregularität (Isotropie bis zu 99,5 %) konnte die intrinsische Qualität von Polypropylenfasern erheblich gesteigert werden.
Mitte der 1980er-Jahre ersetzten ultrafeine Polypropylenfasern einen Teil der Baumwollfasern in Textilien und Vliesstoffen. Aktuell wird weltweit intensiv an der Entwicklung von Polypropylenfasern geforscht und gearbeitet. Die Verbreitung und Verbesserung differenzierter Faserherstellungstechnologien hat die Anwendungsbereiche von Polypropylenfasern erheblich erweitert.

Struktur von Polypropylenfasern

Polypropylen ist ein großes Molekül mit einer Kohlenstoffkette. Abhängig von der räumlichen Anordnung seiner Methylgruppen existieren drei Arten von dreidimensionalen Strukturen: statistische, iso-reguläre und meta-reguläre. Die Kohlenstoffatome der Hauptkette von Polypropylenmolekülen liegen in derselben Ebene, während die seitlichen Methylgruppen in unterschiedlichen räumlichen Anordnungen auf und unterhalb dieser Ebene angeordnet sein können.
Für die Herstellung von Polypropylenfasern wird isotaktisches Polypropylen mit einer Isotropie von über 95 % verwendet, das eine hohe Kristallinität aufweist. Seine Struktur besteht aus einer regelmäßigen Spiralkette mit dreidimensionaler Regelmäßigkeit. Die Hauptkette des Moleküls setzt sich aus in derselben Ebene verdrillten Kohlenstoffatomketten zusammen, wobei sich die seitlichen Methylgruppen auf derselben Seite der Hauptkettenebene befinden. Diese Kristallisation zeichnet sich nicht nur durch eine regelmäßige Struktur der einzelnen Ketten aus, sondern auch durch eine regelmäßige Stapelung der Ketten im rechten Winkel zur Kettenachse. Die Kristallinität von primären Polypropylenfasern liegt bei 33–40 %. Nach dem Verstrecken steigt sie auf 37–48 %. Durch eine Wärmebehandlung kann die Kristallinität 65–75 % erreichen.

Polypropylenfasern werden üblicherweise im Schmelzspinnverfahren hergestellt. Im Allgemeinen sind die Fasern glatt und in Längsrichtung gerade, ohne Streifen und mit kreisförmigem Querschnitt. Sie werden aber auch zu unregelmäßigen Fasern und Verbundfasern versponnen.

Leistungseigenschaften von Polypropylenfasern

Textur

Das herausragendste Merkmal von Polypropylen ist sein geringes Gewicht. Mit einer Dichte von 0,91 g/cm³ ist es leichter als Wasser und wiegt nur 60 % so viel wie Baumwolle. Es ist die leichteste unter den gängigen Chemiefasern und 20 % leichter als Nylon, 30 % leichter als Polyester und 40 % leichter als Viskose. Daher eignet es sich hervorragend für die Herstellung von Wassersportbekleidung.

Physikalische Eigenschaften

Polypropylen zeichnet sich durch hohe Festigkeit und eine Bruchdehnung von 20–80 % aus. Die Festigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab, und Polypropylen besitzt einen hohen Anfangsmodul. Seine elastische Rückstellfähigkeit ist vergleichbar mit der von Nylon 66 und Polyester und besser als die von Acryl. Insbesondere seine schnelle elastische Rückstellfähigkeit ist ausgeprägter, wodurch Polypropylengewebe auch abriebfester ist. Polypropylengewebe knittert kaum, ist daher langlebig, formstabil und verformt sich nicht so leicht.

Feuchtigkeitsaufnahme und Färbeleistung

Polypropylen weist unter den synthetischen Fasern die geringste Feuchtigkeitsaufnahme auf und nimmt unter normalen atmosphärischen Bedingungen nahezu keine Feuchtigkeit wieder auf. Daher sind seine Festigkeit im trockenen und nassen Zustand sowie seine Bruchfestigkeit nahezu identisch, wodurch es sich besonders für die Herstellung von Fischernetzen, Seilen, Filtertüchern und Desinfektionsgaze für medizinische Zwecke eignet. Polypropylen neigt während des Gebrauchs zu statischer Aufladung und Pilling, weist jedoch eine geringe Schrumpfrate auf. Der Stoff ist leicht zu waschen, trocknet schnell und ist relativ steif. Aufgrund seiner geringen Feuchtigkeitsaufnahme und der damit verbundenen Luftfeuchtigkeit wird Polypropylen bei der Verwendung in Bekleidungsstoffen häufig mit Fasern mit hoher Feuchtigkeitsaufnahme gemischt.
Polypropylen besitzt eine regelmäßige makromolekulare Struktur und hohe Kristallinität, jedoch fehlen ihm funktionelle Gruppen, die Farbstoffmoleküle binden können, was das Färben erschwert. Herkömmliche Farbstoffe können es nicht färben. Die Verwendung von Dispersionsfarbstoffen führt lediglich zu sehr hellen Farbtönen und geringer Farbechtheit. Die Färbeeigenschaften von Polypropylen lassen sich durch Verfahren wie Pfropfcopolymerisation, Flüssigfärbung und Modifizierung mit Metallverbindungen verbessern.

Chemische Eigenschaften

Polypropylen weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Insektenbefall und Schimmel auf. Seine Stabilität gegenüber Säuren, Laugen und anderen chemischen Substanzen ist anderen synthetischen Fasern überlegen. Polypropylen ist gut beständig gegen chemische Korrosion, mit Ausnahme von konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Natronlauge. Aufgrund seiner guten Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen eignet es sich als Filtermaterial.Verpackungsmaterial.Seine Stabilität gegenüber organischen Lösungsmitteln ist jedoch etwas gering.

Hitzebeständigkeit

Polypropylen ist eine thermoplastische Faser mit einem niedrigeren Erweichungs- und Schmelzpunkt als andere Fasern. Die Erweichungstemperatur liegt 10–15 °C unter dem Schmelzpunkt, was zu einer geringen Hitzebeständigkeit führt. Beim Färben, Veredeln und Verwenden von Polypropylen ist daher auf die Temperaturkontrolle zu achten, um plastische Verformungen zu vermeiden. Wird Polypropylen unter trockenen Bedingungen erhitzt (z. B. bei Temperaturen über 130 °C), reißt es aufgrund von Oxidation. Aus diesem Grund werden bei der Herstellung von Polypropylenfasern häufig Alterungsschutzmittel (Wärmestabilisatoren) zugesetzt, um deren Stabilität zu verbessern. Polypropylen weist jedoch eine gute Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit und Hitze auf. Es kann mehrere Stunden in kochendem Wasser ohne Verformung gekocht werden.

Sonstige Darbietung

Polypropylen weist eine geringe Licht- und Witterungsbeständigkeit auf, altert schnell, ist nicht bügelfest und sollte licht- und wärmegeschützt gelagert werden. Die Alterungsbeständigkeit lässt sich jedoch durch die Zugabe von Alterungsschutzmitteln während des Spinnprozesses verbessern. Polypropylen besitzt zudem eine gute elektrische Isolation, neigt aber bei der Verarbeitung zur statischen Aufladung. Es ist schwer entflammbar. Wenn die Fasern in einer Flamme schrumpfen und schmelzen, erlischt die Flamme von selbst. Im verbrannten Zustand bildet es einen transparenten, harten Block mit einem leichten Asphaltgeruch.

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.