時(shí)至今日，我們對(duì)于口罩的科普知識(shí)已了解太多。可是除了科普知識(shí)外，關(guān)于口罩我們還能了解什么呢？由于口罩的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、纖維直徑等綜合作用會(huì)對(duì)病毒起到一定的阻隔作用，為了對(duì)大家購(gòu)買(mǎi)口罩、使用口罩提供相關(guān)參考價(jià)值，美信檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室選擇了四款不同類型的口罩產(chǎn)品進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、顯微形貌、纖維直徑等四個(gè)維度的對(duì)比評(píng)測(cè)，一起來(lái)了解一下吧。

 

我們選用的四款口罩分別是：

①一次性口罩，本報(bào)告樣品編號(hào)為A

 

 

②湯默臣一次性口罩，本報(bào)告樣品編號(hào)為B

 

 

③折疊式KN95口罩，本報(bào)告樣品編號(hào)為C

 

 

④四層活性炭口罩，本報(bào)告編號(hào)是D

 

 

我們可以看到四款產(chǎn)品表面均無(wú)破洞、污漬，呼氣閥，均配有鼻夾和口罩帶，且鼻夾具有可調(diào)節(jié)性。樣品C的厚度明顯比其它樣品厚。

 

 

1 結(jié)構(gòu)分析

 

首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。在展示分析過(guò)程之前，我們需要先來(lái)了解一下口罩的基本結(jié)構(gòu)，口罩一般多為SMS結(jié)構(gòu)或SMMS結(jié)構(gòu)（如下圖所示）。

 

△ SMS無(wú)紡布結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來(lái)源：百度搜索）

 

SMS結(jié)構(gòu)為：Spunbond + Meltblown + Spunbond Nonwovens，由紡粘無(wú)紡布層+熔噴布層+紡粘無(wú)紡布層，纖網(wǎng)熱軋而成；SMMS結(jié)構(gòu)則指其中的熔噴布層有兩層。

 

△ 常見(jiàn)外科口罩的構(gòu)成及作用

（圖片來(lái)源：https://www.chp.gov.hk）

 

為了剖析A、B、C、D四款口罩的結(jié)構(gòu)我們沿口罩的邊緣剪開(kāi)，得到：

 

 

樣品A有3層：顏色從外到內(nèi)分別為淺藍(lán)、白色、白色，依次為紡粘層、熔噴層、紡粘層，典型的SMS結(jié)構(gòu)。

 

 

樣品B有4層：顏色從外到內(nèi)分別為黑色、黑色、白色、白色，依次為紡粘層、活性炭層、熔噴層、紡粘層。

 

 

樣品C有5層：顏色從外到內(nèi)分別為藍(lán)色、白色、白色、白色、白色，依次為紡粘層、針刺棉層、熔噴層、熔噴層、紡粘層，其中兩層熔噴層緊密的貼在一起，為雙M層結(jié)構(gòu)。

 

 

樣品D有4層：從外到內(nèi)分別為白色、黑色、白色、白色，依次為紡粘層、活性炭層、熔噴層、紡粘層。

 

 

2 材質(zhì)分析

 

為了方便描述，口罩從外層到最內(nèi)層依次命名為I、II、III、IV、V層，通過(guò)材質(zhì)分析我們得到如下結(jié)果。

 

 

從圖表中我們可以直觀的看到：

· 樣品A 中I、II、III層全部為PP(聚丙烯)，是目前主流口罩的材料；

· 樣品B的 I層和樣品D的 I、II、IV層除了主成分聚丙烯之外，添加了碳酸鈣填料（既可以增加材料的性能，又可以降低材料的成本），但在酸性環(huán)境下，可能會(huì)受到酸的作用，形成可溶性鹽，附在口罩表面，影響透氣效果。

· 樣品B和樣品D的II層均加入了活性炭顆粒，增加吸附有毒氣體的功能，但樣品B活性炭顆粒不純，含有二氧化硅顆粒。

 

材質(zhì)分析中的分析譜圖（部分）

 

（1）PP(聚丙烯)與PET（聚酯）紅外譜圖

 

PP紅外譜圖

 

PET紅外譜圖

 

（2）樣品B的II 層（活性炭層）EDS能譜圖

 

 

（3）樣品D的II 層（活性炭層）EDS能譜圖

 

 

 

3 形貌觀察

 

（1）紡粘層形貌

 

從結(jié)構(gòu)分析我們知道這四款口罩的最外層和最內(nèi)層均為紡粘層，使用的材料是紡粘無(wú)紡布。

 

紡粘無(wú)紡布主要由軋點(diǎn)和纖維兩部分組成。纖維相互交叉形成不同大小的孔隙，孔隙形狀主要呈多邊形，其中以四邊形和三角形居多。

 

通過(guò)體式顯微鏡放大10倍后，觀察A、B、C、D四款口罩的內(nèi)、外紡粘層，我們可以看到：

①最外層—紡粘層形貌

 

 

在最外層，樣品A與樣品C軋點(diǎn)成橢圓形陣列排布；樣品B和樣品D軋點(diǎn)成菱形陣列排布。

樣品C最外層相比較其他樣品，纖維密集程度較大，孔隙較小；樣品A纖維密集程度稀疏，孔隙最多；樣品D纖維明顯不透明，填加了比較多的碳酸鈣。

 

②最內(nèi)層—紡粘層形貌

 

 

在最內(nèi)層，樣品A、B、C軋點(diǎn)成橢圓形陣列排布，樣品D軋點(diǎn)成菱形陣列排布。

 

（2）熔噴層形貌

 

熔噴層使用的熔噴無(wú)紡布決定了口罩的過(guò)濾性能，熔噴無(wú)紡布是采用高速熱空氣流對(duì)模頭噴絲孔擠出的聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行牽伸，并收集在凝網(wǎng)簾或滾筒上，同時(shí)自身粘合而成為熔噴無(wú)紡布。熔噴無(wú)紡布是直接由纖維組成的三維多孔介質(zhì)，纖維多數(shù)呈雜亂無(wú)規(guī)分布，且各纖維的粗細(xì)不一且粗細(xì)相差較大，纖維直徑大小分布不均勻^[1]。

 

△ 圖片來(lái)源：百度百科

 

通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)A、B、C、D四款口罩的熔噴層放大至100倍、200倍、500倍、1000倍進(jìn)行觀察，我們可以看到：

 

▲ 樣品A 熔噴層表面形貌

 

▲ 樣品B 熔噴層表面形貌

 

▲ 樣品C 熔噴層表面形貌

 

▲ 樣品D 熔噴層表面形貌

 

我們得到：樣品C纖維排布密集程度最大，幾乎看不到直通孔，樣品B次之，樣品A和樣品D相對(duì)比較稀疏，可看到直通孔。

 

 

4 熔噴層纖維直徑

 

通過(guò)對(duì)A、B、C、D四款口罩的熔噴層纖維直徑尺寸進(jìn)行測(cè)量：

 

 

我們得到：

樣品A纖維直徑在1~10um之間；

樣品B纖維直徑1~12um；

樣品C纖維直徑在1~8um 之間；

樣品D纖維直徑為1~14um之間。

樣品C纖維直徑分布范圍最窄，樣品D纖維直徑分布最寬，四個(gè)樣品整體纖維直徑相差不大。

 

 

其中特別要說(shuō)明的是B款口罩（湯默臣一次性口罩），我們?cè)谫?gòu)買(mǎi)時(shí)被告知是醫(yī)用口罩，然而通過(guò)評(píng)測(cè)發(fā)現(xiàn)實(shí)際是活性炭口罩。

同時(shí)有許多科普信息告知我們，活性炭口罩（指三層：紡粘層＋活性炭層＋紡粘層）作用不大，實(shí)際上四層（含有熔噴層）的活性炭口罩，也可以起到一定的防護(hù)作用。

 

特別提醒：本文不基于口罩的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，僅針對(duì)口罩的組織結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、顯微形貌、纖維直徑等四個(gè)維度進(jìn)行評(píng)測(cè)，僅供參考，歡迎大家對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行交流與指導(dǎo)~

 

參考文獻(xiàn)

[1].應(yīng)偉偉.紡粘/熔噴非織造布的制備及其結(jié)構(gòu)與過(guò)濾性能研究[D].浙江:浙江理工大學(xué),2014