2016年11月11日 星期五 09:15:33
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口罩的防病毒原理是什么?从微观角度给您专业解答

发表时间:2020/2/6

一场突如其来的疫情,让防病毒口罩一时间成为热门话题。市面上的口罩种类很多,在这些口罩中,医用外科口罩以及N95级口罩可以起到良好的防病毒的作用。那么其防病毒的原理是什么呢?

医用外科口罩,一般分成 3 层:(内层)吸湿层、(中层)核心过滤层和(外层)阻水层。



而N95级别口罩与医用外科口罩相比,结构上做了优化,其核心过滤层的层数更多,甚至,3M、霍尼韦尔等生产商通过静电处理来增强纤维的过滤能力,口罩的防护性能要更好一些。


图片来源:霍尼韦尔


这两种口罩之所以能够有效防病毒,关键在于它们的核心过滤层均由一层熔喷非织造布构成,该熔喷非织造布是一种以聚丙烯为材料,由许多纵横交错的纤维以随机方向层叠而成的膜,纤维直径范围 在0.5~10 μm,扫描电镜图如下。



从扫描电镜中可以看到,熔喷非织造布的纤维间空隙依旧很大,所以它是如何过滤环境中病毒的?虽然新型冠状病毒尺寸很小,在 100 nm左右,但是病毒无法独立存在,其传播途径主要有分泌物和打喷嚏时的飞沫,而飞沫的大小在 5 μm左右。熔喷非织造布可通过多种过滤机制实现对飞沫等的过滤,纤维空隙可起到'筛'的作用,但这只是最基本的相互作用之一。


根据飞沫颗粒的大小和气流速度,纤维可通过多种机制捕捉含病毒飞沫:

· 惯性碰撞 —— 存在较大的惯性的大颗粒遇到过滤纤维时,由于其惯性而无法改变方向,因此会撞击纤维并附着在纤维上。

· 拦截 —— 当颗粒沿着气流运动,碰巧与纤维表面接触时,容易跟随气流移动的中等尺寸颗粒与过滤纤维接触,被纤维拦截。

· 扩散 —— 当粒子尺寸极小时,受随机粒子运动(小粒子的布朗运动)控制,运动方向脱离气流方向,碰到纤维时被吸附。

· 静电吸引 —— 当纤维上存在静电荷时,纤维上的静电荷对颗粒会产生静电粘附。



而要发生这些相互作用,要求纤维的直径要尽量小,而熔喷非织造布中的纤维直径在 0.5~10 μm之间,比表面积大,排列紧密,过滤性能好。在医用外科口罩与 N95 口罩中均使用了熔喷布作为核心过滤层,所以对含病毒的飞沫或气凝胶均具有良好的过滤效果。



由于N95级口罩所用熔喷非织造布的层数较多,过度消耗N95口罩会过快消耗熔喷非织造布资源,引起更严重的口罩紧缺。据相关生产厂负责人表示,目前熔喷非织造布的价格上涨,原材料紧缺。因此,我们也呼吁读者遵守钟南山院士的倡议,在日常生活中使用医用外科口罩即可,减少N95口罩的消耗,把生产资源留给真正需要的医护人员和疫区的同胞们。

(来源:飞纳电镜)