Beaucoup de gens savent que le cœur des masques chirurgicaux et des masques N95 est la couche intermédiaire – du coton fondu-soufflé.
Si vous ne le savez toujours pas, faisons un bref rappel. Les masques chirurgicaux sont composés de trois couches : les deux couches extérieures sont en tissu non tissé spunbond et la couche intermédiaire en coton meltblown. Qu’il s’agisse de tissu non tissé spunbond ou de coton meltblown, ces masques ne sont pas fabriqués en coton, mais en polypropylène (PP).
Behnam Pourdeyhimi, directeur adjoint de l'Institut des matériaux non tissés de l'Université d'État de Caroline du Nord et professeur de science des matériaux, a expliqué que les couches avant et arrière en tissu non tissé des masques chirurgicaux ne filtrent pas les micro-organismes. Elles bloquent uniquement les gouttelettes liquides, et seule la couche intermédiaire en coton soufflé fondu est capable de filtrer les bactéries.
La fonction de filtration du tissu non tissé soufflé à l'état fondu.
En effet, l'efficacité de filtration (EF) des fibres est déterminée par leur diamètre moyen et leur densité de tassement. Plus le diamètre des fibres est petit, plus l'efficacité de filtration est élevée.
Le diamètre des fibres de coton soufflé à l'état fondu est d'environ 0,5 à 10 microns, tandis que celui des fibres de la couche spunbond est d'environ 20 microns. Grâce à ses fibres ultrafines, le coton soufflé à l'état fondu possède une grande surface spécifique et peut adsorber diverses microparticules. Plus impressionnant encore, il est relativement respirant, ce qui en fait un matériau idéal pour la fabrication de filtres de masques, contrairement au tissu non tissé spunbond.
Examinons le processus de fabrication de ces deux types detissus non tissés.
Lors de la fabrication de tissus non tissés spunbond, le polypropylène est fondu et étiré en soie, qui forme ensuite un maillage. Comparé aux tissus non tissés spunbond, le coton meltblown bénéficie d'une technologie beaucoup plus avancée et, de fait, la technologie meltblown est actuellement la seule technologie utilisée pour la production à grande échelle de fibres de taille micrométrique.
Le procédé de fabrication du coton fondu-soufflé
La machine peut générer un flux d'air chaud à grande vitesse, qui pulvérise du polypropylène fondu à partir d'une buse à jet de fusion à ouverture extrêmement petite, avec le même effet qu'une pulvérisation.
Des fibres ultrafines et vaporeuses s'agglutinent sur des rouleaux ou des plaques pour former des tissus non tissés soufflés à l'état fondu. En réalité, cette technologie s'inspire de la nature. Saviez-vous que la nature produit elle aussi des matériaux soufflés à l'état fondu ? On trouve souvent d'étranges perruques près des cratères volcaniques : ce sont les cheveux de Pélé, composés de magma basaltique soufflé par les vents chauds du volcan.
Dans les années 1950, le Laboratoire de recherche navale américain (NRL) a été le premier à utiliser la technologie du meltblown pour fabriquer des fibres destinées à la filtration de matières radioactives. Aujourd'hui, cette technologie sert non seulement à fabriquer des matériaux filtrants pour l'eau et les gaz, mais aussi des matériaux d'isolation industrielle comme la laine minérale. Cependant, l'efficacité de filtration du coton meltblown n'est que d'environ 25 %. Comment expliquer alors l'efficacité de filtration de 95 % des masques N95 ?
Il s'agit d'une étape cruciale dans le processus de fabrication du coton médical fondu-soufflé : le traitement de polarisation électrostatique.
Comme nous l'avons mentionné, l'efficacité de filtration des masques est liée à leur diamètre et à leur densité de remplissage. Cependant, si le tissage est trop serré, le masque ne sera pas respirant et sera inconfortable pour la personne qui le porte. Sans traitement de polarisation électrostatique, l'efficacité de filtration du tissu non tissé soufflé à l'état fondu, qui permet de réduire la sensation d'étouffement, n'est que de 25 %.
Comment améliorer la respirabilité tout en garantissant l'efficacité de la filtration ?
En 1995, Peter P. Tsai, ingénieur et chercheur à l'Université du Tennessee, a eu l'idée d'utiliser la technologie de précipitation électrostatique dans la filtration industrielle.
Dans l'industrie (comme pour les cheminées d'usine), les ingénieurs utilisent un champ électrique pour charger les particules, puis le réseau électrique pour les aspirer afin de filtrer les particules extrêmement petites.
Utilisation de la technologie des précipitateurs électrostatiques pour filtrer l'air
Inspirés par cette technologie, nombreux sont ceux qui ont tenté d'électrifier les fibres plastiques, sans succès. Mais Cai Bingyi y est parvenu. Il a inventé une méthode pour charger le plastique : l'air est ionisé et le tissu non tissé est chargé électrostatiquement, ce qui le transforme en électret, un matériau chargé de façon permanente, à l'instar de Pikachu.
Après avoir été transformée en Pikachu, une couche de tissu soufflé fondu Pikachu peut non seulement atteindre 10 couches sans électricité, mais aussi attirer des particules d'un diamètre d'environ 100 nm, telles que le COVID-19.
On peut affirmer que c'est grâce à la technologie de Cai Bingyi que les masques N95 ont été créés. Des milliards de vies humaines à travers le monde sont protégées par cette technologie.
Par coïncidence, la technique de charge électrostatique de Cai Bingyi s'appelle la charge électrostatique corona, qui est du même type que le coronavirus, mais ici corona signifie corona.
Après avoir observé le processus de fabrication du coton soufflé fondu à usage médical, vous comprendrez sa complexité technique. En effet, l'étape la plus difficile de ce processus réside peut-être dans la fabrication mécanique du coton soufflé fondu.
En mars dernier, Markus Müller, directeur commercial de Reicol, fournisseur allemand de machines de production de fibres soufflées à l'état fondu, a déclaré lors d'un entretien avec NPR que, pour garantir la finesse et la qualité constante des fibres, les machines de ce type exigent une grande précision et sont complexes à fabriquer. Le délai de production et d'assemblage d'une machine est d'au moins cinq à six mois, et son prix peut atteindre quatre millions de dollars. Or, la qualité de nombreuses machines disponibles sur le marché est très inégale.
Hills, Inc., en Floride, est l'un des rares fabricants au monde à produire des buses pour machines à coton meltblown. Timothy Robson, responsable R&D de l'entreprise, a également indiqué que les machines à coton meltblown présentent un haut niveau de technologie.
Bien que la production annuelle de masques en Chine représente environ 50 % de la production mondiale totale, ce qui en fait le premier producteur et exportateur de masques, selon les données de l'Association chinoise de l'industrie textile industrielle de février, la production nationale de tissus non tissés meltblown est inférieure à 100 000 tonnes par an, ce qui indique une pénurie importante de tissus non tissés meltblown.
Compte tenu du prix et du délai de livraison des machines de fabrication de tissu meltblown, il est peu probable que les petites entreprises puissent produire de grandes quantités de coton meltblown de qualité en peu de temps.
Comment déterminer si le masque acheté est conforme aux normes et fabriqué en coton fondu-soufflé ?
La méthode est en fait très simple, elle se déroule en trois étapes.
Premièrement, comme la couche extérieure en tissu non tissé spunbond des masques sandwich est imperméable, les masques médicaux de qualité doivent l'être également. S'ils ne le sont pas, comment peuvent-ils filtrer les gouttelettes expulsées par la bouche ? Vous pouvez essayer de verser un peu d'eau dessus, comme le fait ce grand frère.
Deuxièmement, le polypropylène est difficilement inflammable et fond facilement sous l'effet de la chaleur ; le coton non tissé soufflé à l'état fondu ne brûlera donc pas. Si on le chauffe avec un briquet, le coton non tissé soufflé à l'état fondu s'enroulera et se détachera, mais il ne prendra pas feu. Autrement dit, si la couche intermédiaire du masque que vous achetez prend feu lorsqu'on la chauffe avec un briquet, il s'agit assurément d'une contrefaçon.
Troisièmement, le coton médical fondu-soufflé est comme Pikachu : il possède de l’électricité statique, ce qui lui permet de ramasser de petits morceaux de papier.
Bien entendu, si vous devez réutiliser le même masque, l'inventeur du N95, Cai Bingyi, propose également des solutions de désinfection.
Le 25 mars dernier, Cai Bingyi a déclaré sur le site web de l'Université du Tennessee que l'effet de polarisation électrostatique des masques médicaux et des masques N95 est très stable. Même une désinfection à l'air chaud à 70 degrés Celsius pendant 30 minutes n'altère pas les propriétés de polarisation des masques. En revanche, l'alcool dissout la charge du tissu meltblown ; il est donc déconseillé de désinfecter les masques avec de l'alcool.
Par ailleurs, grâce à ses excellentes propriétés d'absorption, de barrière, de filtration et d'étanchéité, le coton meltblown est utilisé dans la fabrication de nombreux produits d'hygiène féminine et de couches. Kimberly Clark a été la première entreprise à déposer des brevets dans ce domaine.
Dongguan Liansheng Non tissé Technology Co., Ltd.Fondée en mai 2020, cette entreprise est spécialisée dans la production de non-tissés à grande échelle. Elle intègre la recherche et le développement, la production et la vente. Elle fabrique des non-tissés spunbond en polypropylène (PP) de différentes couleurs, d'une largeur inférieure à 3,2 mètres et d'un grammage allant de 9 à 300 grammes.
Date de publication : 26 octobre 2024