防PM2.5口罩研究现状及发展趋势
2020-04-09 点击：
霾是由数百种大气化学颗粒物质组成，是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，空气中含有的一系列悬浮杂质中，危害大的是PM2.5：空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，也被称为可入肺颗粒物，是城市大气污染物中损害人体健康的重要元凶。随着雾霾天气的大规模爆发，我们没有办法短时间改变空气质量，因此雾霾天气戴过滤效率高、透气性较好的口罩是目前便捷的保护方式。本文将国内外研究现状及目前存在的问题进行详细的分析[1]。
研究现状
马乐、孟良[2]等研究了一种石墨烯防PM2.5口罩功能层与制备方法以及其在滤片的应用，其滤片功能层为活性炭添加石墨烯，能够更加有效吸附PM2.5颗粒、抗菌抑菌、无需纺丝，制备工艺简化，便于工业化生产。陈飞武、袁磊[3]研究了一种防PM2.5的天然纤维口罩。该口罩主体部分中没有折叠褶皱，两侧耳带穿设在耳带收紧通道内，使用时，顶起褶皱，收紧耳带，口罩形成形成一个凸起的半球形结构，与使用者面部贴合性好；口罩主体上方使用者鼻梁附近没有软骨条及鼻梁架，防止呼吸时气体从上方泄漏，避免冬天时在使用者眼镜上产生雾气；口罩本体四周设置海绵，消除口罩与面部的缝隙，加强口罩与面部贴合性；过滤效果极佳，多层天然纤维能够有效吸附PM2.5颗粒，天然无污染，符合健康需求；天然纤维层两面覆盖纱布且进行密集型缝合，将天然纤维层固定，避免清洗时蚕丝粘结。张莹、张红[4]等研究一种含竹叶黄酮成分的抗菌防雾霾口罩材料，包括位于底层的支撑材料，以及在所述支撑材料上依次复合形成的纳米纤维网层和含竹叶黄酮的纳米纤维膜层。该口罩材料由较粗的静电熔融静电纺纤维及较细的溶液静电纺纤维组成，可以有效阻隔大部分PM2.5颗粒，且其中天然矿物纳米材料所释放的负离子具有捕捉PM2.5颗粒的效果，另外该口罩材料含有竹叶黄酮，具有抗菌功能，并且附带了清新的竹子香味。沈炜[5]研究了一种防雾霾口罩，其包括罩体和弹性绑带。所述罩体包括有缓冲腔，缓冲腔的前侧面由隔离层做成，后侧面由呼吸层做成。呼吸层上设有单向排气阀连通缓冲腔，缓冲腔的弹性囊上接抽气管，抽气管另一端设置有弹性材料做成的抽吸器。弹性囊设有回气阀，回气阀与单向吸气阀同步开合，能有效缓解人们呼吸困难并防止雾霾侵袭。
目前存在的主要问题
1 口罩滤层或滤芯的选材问题
防雾霾口罩材料包括表层面料和芯层滤料。表层面料具有支撑口罩结构，杀菌抗菌以及其他的功能性作用。芯层滤料是防雾霾口罩的核心，作用是高效过滤空气中的微粒。防雾霾口罩过滤芯层一般由若干层过滤材料构成，在配置过程中基本上都会遵循“梯度过滤”原则。外层以过滤相对较大的空气微粒为主，内层以过滤相对较小的微粒为主，层层过滤，直到能够将绝大部分的空气微粒过滤掉为止。
2 透气性问题
为了达到过滤效果，有的口罩层数过多，有的排气阀设计不合理，导致透气性差，长时间佩戴容易出现头晕、恶心等症状；透气性差使得呼吸产生的水汽不能及时排出，易使PM2.5携带的细菌附着，使人体的健康受到二次威胁。
3 佩戴舒适性及密合程度
口罩与面部贴合的紧密程度直接影响到防护的效果。防雾霾口罩与人面部密合情况的好坏，将会直接影响其防护效果。研究结果表明，根据流体力学原理，气流首先流向阻力小处，如果防雾霾口罩与人体面部吻合不好，呼吸气流首先会穿过面罩与人体面部之间的缝隙进行流通，而不是通过过滤材料，所以无论滤料的过滤效率多高，都起不到过滤作用，呼吸防护用品的整体防护效果难以保证，周边1mm的小孔就会造成防护效率的显着下降[6]。
防PM2.5口罩的发展方向
随着空气净化新材料技术的不断进步，种类繁多的高性能新材料在PM2.5口罩的研发领域大展身手。以熔喷工艺为核心的静电驻极型材料和以静电纺丝技术为核心的纳米纤维型过滤材料具有更低的呼吸阻力和更高的过滤效率，以此制作的防雾霾口罩防护效果更佳，适配性更好。为增加人们佩戴时的舒适感以及防护效果，可以在与使用者面部贴合方面进行设计。人体工效学在防护领域的应用越来越多，在口罩的设计过程中，应尽量减少防雾霾口罩罩体与人体面部的空隙，使得口罩与用户口鼻间都能够达到密切贴合的效果，从而实现口罩在保证防雾霾的情况下可以满足个体差异带来的问题 [7]。此外，不仅仅是需要加强对这蟹方面的研究，还需要强化对检测与判定标准的研究。当前还没有专门针对防PM2.5口罩的专业检测与判断标准，当前产品关键性能指标的检测仅仅只能够参照工业用呼吸防护用品的检测方法来进行。但是工业用防护用品标准是难以完全满足作为日用防护口罩的需求的。特别是PM2.5口罩的佩戴主要人群之中包括了老人、儿童以及孕妇等等，这就使得其部分指标以及判定方法是不适用的。需要注意的是，在日常生活之中，人们自主佩戴防护用品的理念还存在不足，国家以及行业部门需要加大进行宣传，引导人们对污染源有清晰的认识，并能够根据污染源正确的选择防护用品，，而不是一个口罩就能防范住所有的污染源。在今后如何引导人们根据自身情况、环境特点等实际情况来正确选择和佩戴防护用品，也将是研究的方向。
结语
市面上有种类众多的防雾霾口罩材料，同时随着技术的不断进步发展，越来越多的新材料被应用到防雾霾的设计生产中。为了实现防雾霾口罩所设计的功能，需要不断地对材料进行详细分析，然后基于防霾机理和流体力学原理优选出防雾霾口罩表层面料和芯层过滤材料，再根据人体工效学，分析防雾霾口罩结构对气密性和适佩性的影响，设计出与人面部达到密切贴合，佩戴舒适的结构，设计出适合所有人群佩戴的，且防护效果更好的口罩。
