Molte persone sanno che il cuore delle mascherine chirurgiche e delle mascherine N95 è lo strato intermedio: cotone meltblown.
Se ancora non lo sapete, ripassiamolo brevemente. Le mascherine chirurgiche sono divise in tre strati, con i due strati esterni in tessuto non tessuto spunbond e lo strato intermedio in cotone meltblown. Che si tratti di tessuto non tessuto spunbond o di cotone meltblown, non sono realizzate in cotone, ma in polipropilene (PP).
Behnam Pourdeyhimi, vicedirettore dell'Institute of Non woven Materials della North Carolina State University e professore di scienza dei materiali, ha spiegato che gli strati anteriore e posteriore di tessuto non tessuto delle mascherine chirurgiche non hanno la capacità di filtrare i microrganismi. Possono solo bloccare le goccioline di liquido, e solo lo strato intermedio di cotone meltblown ha la funzione di filtrare i batteri.
Funzione filtrante del tessuto non tessuto soffiato a fusione.
Infatti, l'efficienza di filtrazione (FE) delle fibre è determinata dal loro diametro medio e dalla densità di compattazione. Minore è il diametro della fibra, maggiore è l'efficienza di filtrazione.
Il diametro delle fibre di cotone meltblown finito è compreso tra 0,5 e 10 micron, mentre il diametro delle fibre dello strato spunbond è di circa 20 micron. Grazie alle fibre ultrafini, il cotone meltblown ha un'ampia superficie e può assorbire diverse microparticelle. Ciò che è ancora più impressionante è che il cotone meltblown è relativamente traspirante, il che lo rende un buon materiale per la produzione di filtri per mascherine, a differenza del tessuto non tessuto spunbond.
Diamo un'occhiata al processo di fabbricazione di questi due tipi ditessuti non tessuti.
Nella produzione di tessuto non tessuto spunbond, il polipropilene viene fuso e trasformato in seta, che poi forma una maglia. Rispetto ai tessuti non tessuti spunbond, il cotone meltblown ha una tecnologia molto più avanzata e, di fatto, la tecnologia meltblown è attualmente l'unica tecnologia utilizzata per la produzione su larga scala di fibre di dimensioni micrometriche.
Il processo di produzione del cotone soffiato a fusione
La macchina può generare un flusso di aria calda ad alta velocità, che spruzzerà polipropilene fuso dall'ugello a getto di fusione con apertura estremamente piccola, con lo stesso effetto dello spruzzo
Fibre ultrafini e nebulose si raccolgono su rulli o piastre per formare tessuti non tessuti meltblown: in effetti, l'ispirazione per la tecnologia meltblown viene dalla natura. Probabilmente non sapete che anche la natura produce materiali meltblown. Spesso si vedono parrucche dall'aspetto strano vicino ai crateri vulcanici: sono i capelli di Pele, fatti di magma basaltico soffiato dal vento caldo del vulcano.
Negli anni '50, il Naval Research Laboratory (NRL) statunitense utilizzò per la prima volta la tecnologia meltblown per produrre fibre per la filtrazione di materiali radioattivi. Oggi, la tecnologia meltblown non viene utilizzata solo per produrre materiali filtranti per la filtrazione di acqua e gas, ma anche per la produzione di materiali isolanti industriali come la lana minerale. Tuttavia, l'efficienza di filtrazione del cotone meltblown è solo del 25% circa. Come si è arrivati all'efficienza di filtrazione del 95% delle mascherine N95?
Si tratta di una fase cruciale nel processo di produzione del cotone meltblown medicale: il trattamento di polarizzazione elettrostatica.
Come abbiamo appena detto, l'efficienza di filtrazione delle mascherine è correlata al loro diametro e alla densità di riempimento. Tuttavia, se tessuta troppo strettamente, la mascherina non sarà traspirante e chi la indossa avvertirà una sensazione di disagio. Se non viene effettuato il trattamento di polarizzazione elettrostatica, l'efficienza di filtrazione del tessuto soffiato a fusione, che può ridurre la sensazione di soffocamento, è solo del 25%.
Come possiamo migliorare la traspirabilità garantendo al contempo l'efficienza della filtrazione?
Nel 1995, l'ingegnere Peter P. Tsai dell'Università del Tennessee ebbe l'idea di utilizzare la tecnologia della precipitazione elettrostatica nella filtrazione industriale.
In ambito industriale (ad esempio nei camini delle fabbriche), gli ingegneri utilizzano un campo elettrico per caricare le particelle e poi sfruttano la rete elettrica per aspirarle e filtrare quelle estremamente piccole.
Utilizzo della tecnologia dei precipitatori elettrostatici per filtrare l'aria
Ispirati da questa tecnologia, molti hanno tentato di elettrificare le fibre di plastica, ma senza successo. Cai Bingyi, invece, ci è riuscito. Ha inventato un metodo per caricare la plastica, ionizzando l'aria e caricando elettrostaticamente il tessuto meltblown, trasformandolo in un elettrete, un materiale permanentemente carico, simile a Pikachu.
Dopo essere stato trasformato in Pikachu, uno strato di tessuto fuso soffiato a forma di Pikachu non solo può raggiungere i 10 strati senza elettricità, ma può anche attrarre particelle con un diametro di circa 100 nm, come il COVID-19.
Si può dire che grazie alla tecnologia di Cai Bingyi siano state create le mascherine N95. Miliardi di vite di persone in tutto il mondo sono protette da questa tecnologia.
Per coincidenza, la tecnica di carica elettrostatica di Cai Bingyi si chiama carica elettrostatica a corona, che è lo stesso tipo di corona del coronavirus, ma qui corona significa corona.
Dopo aver osservato il processo di produzione del cotone meltblown di grado medicale, ne comprenderete la complessità tecnica. Infatti, la parte più complessa del processo di produzione del cotone meltblown è probabilmente la lavorazione meccanica del cotone.
A marzo di quest'anno, Markus Müller, direttore vendite di Reicol, fornitore tedesco di macchinari per meltblown, ha dichiarato in un'intervista a NPR che, per garantire fibre fini e di qualità stabile, le macchine meltblown richiedono un'elevata precisione e sono difficili da produrre. Il tempo di produzione e assemblaggio di una macchina è di almeno 5-6 mesi e il prezzo di ciascuna macchina può raggiungere i 4 milioni di dollari. Tuttavia, molte macchine sul mercato presentano livelli di qualità non uniformi.
Hills, Inc. in Florida è uno dei pochi produttori al mondo in grado di realizzare ugelli per macchine per la produzione di cotone meltblown. Timothy Robson, responsabile R&S dell'azienda, ha inoltre affermato che le macchine per la produzione di cotone meltblown presentano un elevato contenuto tecnologico.
Sebbene la produzione annuale di mascherine della Cina rappresenti circa il 50% del totale mondiale, rendendola il maggiore produttore ed esportatore di mascherine, secondo i dati della China Industrial Textile Industry Association di febbraio, la produzione nazionale di tessuti non tessuti meltblown è inferiore a 100.000 tonnellate all'anno, il che indica una significativa carenza di tessuti non tessuti meltblown.
Considerando il prezzo e i tempi di consegna dei macchinari per la produzione di tessuti meltblown, è improbabile che le piccole imprese riescano a produrre grandi quantità di cotone meltblown qualificato in un breve lasso di tempo.
Come faccio a sapere se la mascherina acquistata è idonea e realizzata in cotone soffiato a fusione?
Il metodo è in realtà molto semplice: si procede in tre passaggi.
In primo luogo, poiché lo strato esterno di tessuto non tessuto spunbond nei biscotti sandwich ha proprietà impermeabili, le mascherine mediche qualificate dovrebbero essere impermeabili. Se non sono impermeabili, come possono filtrare le goccioline spruzzate dalla bocca? Puoi provare a versarci sopra un po' d'acqua, come questo fratello maggiore.
In secondo luogo, il polipropilene non prende fuoco facilmente e tende a sciogliersi se esposto al calore, quindi il cotone meltblown non brucia. Se cotto con un accendino, il cotone meltblown si arrotola e cade, ma non prende fuoco. In altre parole, se lo strato intermedio della mascherina che acquisti prende fuoco quando cotto con un accendino, è sicuramente un falso.
In terzo luogo, il cotone meltblown medico è Pikachu, che ha elettricità statica e può quindi raccogliere piccoli pezzi di carta.
Naturalmente, se si ha bisogno di usare la stessa mascherina più volte, l'inventore della N95, Cai Bingyi, ha anche dei suggerimenti per la disinfezione.
Il 25 marzo di quest'anno, Cai Bingyi ha dichiarato sul sito web dell'Università del Tennessee che l'effetto di polarizzazione elettrostatica delle mascherine mediche e delle mascherine N95 è molto stabile. Anche se le mascherine vengono disinfettate con aria calda a 70 gradi Celsius per 30 minuti, ciò non influisce sulle proprietà di polarizzazione delle mascherine. Tuttavia, l'alcol rimuoverà la carica del tessuto meltblown, quindi non disinfettare la mascherina con alcol.
A proposito, grazie alle elevate capacità di assorbimento, barriera, filtrazione e prevenzione delle perdite del cotone meltblown, molti prodotti femminili e pannolini vengono realizzati con questo materiale. Kimberly Clark è stata la prima a richiedere brevetti in materia.
Dongguan Liansheng Non tessuto Technology Co., Ltd.Fondata nel maggio 2020, è un'azienda di produzione di tessuti non tessuti su larga scala che integra ricerca e sviluppo, produzione e vendita. È in grado di produrre tessuti non tessuti spunbond in PP di vari colori, con una larghezza inferiore a 3,2 metri, da 9 a 300 grammi.
Data di pubblicazione: 26-10-2024