보호 장비 및 재료 우수 센터(CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Canada
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공중 보건 기관은 지역 사회가 COVID-19와 같은 공기 매개 질병의 확산을 줄이기 위해 마스크를 사용할 것을 권장합니다.마스크가 고효율 필터 역할을 하면 바이러스 확산이 줄어들기 때문에 마스크의 입자여과효율(PFE)을 평가하는 것이 중요하다.그러나 턴키 방식의 PFE 시스템 구매 또는 공인 실험실 고용과 관련된 높은 비용과 긴 리드 타임은 필터 재료의 테스트를 방해합니다."맞춤형" PFE 테스트 시스템이 분명히 필요합니다.그러나 (의료용) 마스크의 PFE 테스트를 규정하는 다양한 표준(예: ASTM International, NIOSH)은 프로토콜 및 지침의 명확성이 크게 다릅니다.여기에서는 현재 의료용 마스크 표준의 맥락에서 마스크를 테스트하기 위한 "내부" PFE 시스템 및 방법의 개발에 대해 설명합니다.ASTM 국제 표준에 따르면 시스템은 라텍스 구체(공칭 크기 0.1µm) 에어로졸을 사용하고 레이저 입자 분석기를 사용하여 마스크 재료의 상류 및 하류 입자 농도를 측정합니다.다양한 일반 직물 및 의료용 마스크에 대해 PFE 측정을 수행합니다.이 작업에서 설명하는 방법은 PFE 테스트의 현재 표준을 충족하는 동시에 변화하는 요구와 필터링 조건에 적응할 수 있는 유연성을 제공합니다.
공중 보건 기관은 COVID-19 및 기타 비말 및 에어로졸 매개 질병의 확산을 제한하기 위해 일반 대중에게 마스크를 착용할 것을 권장합니다.[1] 마스크 착용 요구 사항은 전염을 줄이는 데 효과적이며 [2]는 테스트되지 않은 커뮤니티 마스크가 유용한 필터링을 제공함을 나타냅니다.실제로 모델링 연구에 따르면 COVID-19 전염의 감소는 마스크 효과와 채택률을 합한 곱에 거의 비례하며 이러한 조치와 기타 인구 기반 조치는 입원 및 사망을 줄이는 데 시너지 효과가 있는 것으로 나타났습니다.[삼]
의료 및 기타 일선 작업자가 필요로 하는 인증된 의료용 마스크와 인공 호흡기의 수가 급격히 증가하여 기존 제조 및 공급망에 문제를 일으키고 새로운 제조업체가 새로운 재료를 신속하게 테스트하고 인증하게 되었습니다.ASTM International 및 NIOSH(National Institute of Occupational Safety and Health)와 같은 조직은 의료용 마스크 테스트를 위한 표준화된 방법을 개발했습니다.그러나 이러한 방법의 세부 사항은 매우 다양하며 각 조직은 자체 성능 표준을 설정했습니다.
미립자 여과 효율(PFE)은 에어로졸과 같은 작은 입자를 여과하는 능력과 관련이 있기 때문에 마스크의 가장 중요한 특성입니다.의료용 마스크는 ASTM International 또는 NIOSH와 같은 규제 기관의 인증을 받으려면 특정 PFE 목표[4-6]를 충족해야 합니다.수술용 마스크는 ASTM의 인증을 받았고 N95 호흡기는 NIOSH의 인증을 받았지만 두 마스크 모두 특정 PFE 컷오프 값을 통과해야 합니다.예를 들어, N95 마스크는 계수 평균 직경이 0.075 µm인 염 입자로 구성된 에어로졸에 대해 95% 여과를 달성해야 하는 반면 ASTM 2100 L3 수술용 마스크는 평균 직경이 0.1 µm인 라텍스 볼로 구성된 에어로졸에 대해 98% 여과를 달성해야 합니다. 필터 .
처음 두 가지 옵션은 비싸고(테스트 샘플당 > $1,000, 특정 장비의 경우 > $150,000로 추정됨) COVID-19 전염병 동안 긴 배송 시간과 공급 문제로 인해 지연이 있습니다.표준화된 성능 평가에 대한 일관된 지침의 부족과 함께 PFE 테스트의 높은 비용과 제한된 액세스 권한으로 인해 연구자들은 인증된 의료용 마스크에 대한 하나 이상의 표준을 기반으로 하는 다양한 맞춤형 테스트 시스템을 사용하게 되었습니다.
기존 문헌에서 볼 수 있는 특수 마스크 재료 테스트 장비는 일반적으로 위에서 언급한 NIOSH 또는 ASTM F2100/F2299 표준과 유사합니다.그러나 연구원은 선호도에 따라 설계 또는 작동 매개변수를 선택하거나 변경할 수 있습니다.예를 들어, 샘플 표면 속도, 공기/에어로졸 유속, 샘플 크기(면적) 및 에어로졸 입자 조성의 변화가 사용되었습니다.최근 많은 연구에서 맞춤형 장비를 사용하여 마스크 재료를 평가했습니다.이 장비는 염화나트륨 에어로졸을 사용하며 NIOSH 표준에 가깝습니다.예를 들어, Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Dronic et al.(2020) 및 Joo et al.(2021) 모든 건설 장비는 전하에 의해 중화되고 여과된 공기로 희석되어 재료 샘플로 보내지는 염화나트륨 에어로졸(다양한 크기)을 생성합니다. 14-16] Konda et al.(2020) 및 Hao et al.(2020) 유사한 장치가 구축되었지만 전하 중화제는 포함되지 않았습니다.[8, 17] 이 연구에서 샘플의 공기 속도는 1에서 90L min-1 사이로 다양했습니다(때로는 흐름/속도 효과를 감지하기 위해).그러나 표면 속도는 5.3과 25 cm s-1 사이였습니다.표본 크기는 ≈3.4에서 59cm2 사이로 다양합니다.
이에 반해 ASTM F2100/F2299 규격에 가까운 라텍스 에어로졸을 이용한 장비를 통한 마스크 소재 평가에 대한 연구는 많지 않다.예를 들어, Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) 및 Lu et al.(2020) 다양한 입자 분석기 또는 주사 이동성 입자 크기 분석기를 사용하여 입자 농도를 측정하는 폴리스티렌 라텍스 에어로졸을 생산하는 장치를 구성하여 희석하여 재료 샘플로 보냅니다.[18-20] 그리고 Lu et al.전하 중화제는 에어로졸 발생기의 다운스트림에 사용되었으며 다른 두 연구의 저자는 사용하지 않았습니다.샘플의 공기 유량도 F2299 표준의 한계 내에서 ≈7.3에서 19L min-1로 약간 변경되었습니다.Bagheri et al.에 의해 연구된 공기 표면 속도.는 각각 2 및 10 cm s–1(표준 범위 내)입니다.및 Lu et al., 및 Shakya et al.[18-20] 또한 저자와 Shakya et al.다양한 크기(즉, 전체, 20nm ~ 2500nm)의 테스트된 라텍스 구체.그리고 Lu et al.적어도 일부 테스트에서는 지정된 100nm(0.1μm) 입자 크기를 사용합니다.
이 작업에서는 기존 ASTM F2100/F2299 표준을 최대한 준수하는 PFE 장치를 만드는 데 직면한 문제를 설명합니다.널리 사용되는 주요 표준(예: NIOSH 및 ASTM F2100/F2299) 중에서 ASTM 표준은 비의료용 마스크의 PFE에 영향을 줄 수 있는 필터링 성능을 연구하기 위해 매개변수(예: 공기 유량)에서 더 큰 유연성을 제공합니다.그러나 우리가 설명했듯이 이러한 유연성은 그러한 장비를 설계할 때 추가적인 수준의 복잡성을 제공합니다.
화학 물질은 Sigma-Aldrich에서 구입하여 그대로 사용했습니다.스티렌 단량체(≥99%)는 tert-부틸카테콜을 제거하도록 설계된 알루미나 억제제 제거제가 포함된 유리 컬럼을 통해 정제됩니다.탈이온수(≈0.037 µS cm–1)는 Sartorius Arium 정수 시스템에서 나옵니다.
147gm-2의 공칭 중량을 갖는 100% 면 평직(Muslin CT)은 Veratex Lining Ltd., QC에서 제공되고 대나무/스판덱스 혼방은 D. Zinman Textiles, QC에서 제공됩니다.다른 후보 마스크 재료는 지역 패브릭 소매업체(Fabricland)에서 제공합니다.이러한 재료에는 2개의 다른 100% 면직물(다른 프린트 포함), 1개의 면/스판덱스 편물, 2개의 면/폴리에스터 편물(하나는 "유니버설" 및 하나는 "스웨터 패브릭") 및 면/폴리프로필렌 혼방 부직물이 포함됩니다. 면 안솜 소재.표 1은 알려진 직물 특성의 요약을 보여줍니다.새로운 장비를 벤치마킹하기 위해 ASTM 2100 레벨 2(L2) 및 레벨 3(L3, Halyard) 인증 의료 마스크와 N95 호흡기(3M)를 포함하여 지역 병원에서 인증된 의료 마스크를 획득했습니다.
약 85mm 직경의 원형 샘플을 테스트할 각 재료에서 절단했습니다.재료에 더 이상의 수정이 이루어지지 않았습니다(예: 세탁).테스트를 위해 PFE 장치의 샘플 홀더에 패브릭 루프를 고정합니다.기류와 접하는 샘플의 실제 직경은 73mm이며, 나머지 재료는 샘플을 단단히 고정하는 데 사용됩니다.조립된 마스크의 경우 얼굴에 닿는 면이 공급된 소재의 에어로졸과 떨어져 있습니다.
유화 중합에 의한 단분산 음이온성 폴리스티렌 라텍스 구체의 합성.이전 연구에서 설명한 절차에 따르면 반응은 단량체 결핍의 반 배치 모드로 수행되었습니다.[21, 22] 250mL 3구 둥근 바닥 플라스크에 탈이온수(160mL)를 넣고 교반 오일 배스에 넣습니다.그 다음 플라스크를 질소로 퍼징하고 억제제가 없는 스티렌 단량체(2.1mL)를 퍼징된 교반 플라스크에 첨가하였다.70°C에서 10분 후, 탈이온수(8mL)에 용해된 소듐 라우릴 설페이트(0.235g)를 추가합니다.추가 5분 후, 탈이온수(2mL)에 용해된 과황산칼륨(0.5g)을 첨가하였다.다음 5시간 동안 주사기 펌프를 사용하여 추가 억제제가 없는 스티렌(20mL)을 66 μL min-1의 속도로 플라스크에 천천히 주입합니다.스티렌 주입이 완료된 후 17시간 더 반응을 진행하였다.그런 다음 플라스크를 열고 냉각하여 중합을 종료했습니다.합성된 폴리스티렌 라텍스 에멀젼을 SnakeSkin 투석관(3500 Da 분자량 컷오프)에서 탈이온수에 대해 5일 동안 투석하고, 탈이온수를 매일 교체하였다.투석 튜브에서 에멀젼을 제거하고 사용할 때까지 4°C의 냉장고에 보관하십시오.
동적 광산란(DLS)은 Brookhaven 90Plus 분석기로 수행되었으며 레이저 파장은 659nm, 검출기 각도는 90°였습니다.내장 입자 솔루션 소프트웨어(v2.6, Brookhaven Instruments Corporation)를 사용하여 데이터를 분석합니다.라텍스 현탁액은 입자 수가 초당 약 500,000회(kcps)가 될 때까지 탈이온수로 희석됩니다.입자 크기는 125 ± 3 nm로 결정되었으며 보고된 다분산도는 0.289 ± 0.006이었습니다.
위상 분석 광산란 모드에서 제타 전위의 측정값을 얻기 위해 ZetaPlus 제타 전위 분석기(Brookhaven Instruments Corp.)를 사용하였다.샘플은 5 × 10-3m NaCl 용액에 라텍스 분취량을 추가하고 라텍스 현탁액을 다시 희석하여 입자 수가 약 500kcps가 되도록 하여 준비했습니다.5회 반복 측정(각각 30회 실행으로 구성됨)을 수행하여 제타 전위 값이 -55.1 ± 2.8mV가 되었습니다. 여기서 오차는 5회 반복 평균값의 표준 편차를 나타냅니다.이러한 측정은 입자가 음전하를 띠고 안정적인 현탁액을 형성함을 나타냅니다.DLS 및 제타 전위 데이터는 지원 정보 테이블 S2 및 S3에서 찾을 수 있습니다.
우리는 아래에 설명되고 그림 1에 표시된 것처럼 ASTM 국제 표준에 따라 장비를 제작했습니다. 단일 제트 Blaustein 분무 모듈(BLAM; CHTech) 에어로졸 발생기는 라텍스 볼을 포함하는 에어로졸을 생성하는 데 사용됩니다.여과된 공기 흐름(GE Healthcare Whatman 0.3µm HEPA-CAP 및 0.2µm POLYCAP TF 필터를 직렬로 통해 얻음)은 20psi(6.9kPa)의 압력으로 에어로졸 발생기로 들어가고 5mg L-1의 일부를 분무합니다. 현탁액은 주사기 펌프(KD Scientific Model 100)를 통해 장비의 라텍스 볼에 주입됩니다.에어로졸화된 습윤 입자는 에어로졸 생성기를 떠나는 기류를 관형 열교환기를 통해 통과시켜 건조됩니다.열교환기는 8피트 길이의 가열 코일로 감긴 5/8인치 스테인리스 스틸 튜브로 구성됩니다.출력은 216W(BriskHeat)입니다.조절 가능한 다이얼에 따르면 히터 출력은 장치 최대값의 40%(≈86W)로 설정됩니다.이것은 표면 장착 열전대(Taylor USA) 측정에 의해 결정되는 112°C(표준 편차 ≈1°C)의 평균 외벽 온도를 생성합니다.지원 정보의 그림 S4에는 히터 성능이 요약되어 있습니다.
그런 다음 건조된 분무 입자를 더 많은 양의 여과된 공기와 혼합하여 28.3L min-1(즉, 분당 1입방피트)의 총 공기 유량을 달성합니다.이 값은 시스템 다운스트림에서 샘플링하는 레이저 입자 분석기의 정확한 유속이기 때문에 선택되었습니다.라텍스 입자를 운반하는 공기 흐름은 두 개의 동일한 수직 챔버(예: 매끄러운 벽의 스테인리스 스틸 튜브) 중 하나로 보내집니다. 마스크 재료가 없는 "제어" 챔버 또는 분리 가능한 원형 절단 "샘플" 챔버 사용 샘플 홀더 천 외부에 삽입됩니다.두 챔버의 내경은 샘플 홀더의 내경과 일치하는 73mm입니다.샘플 홀더는 홈이 있는 링과 오목한 볼트를 사용하여 마스크 재료를 단단히 밀봉한 다음 분리 가능한 브래킷을 샘플 챔버의 틈에 삽입하고 고무 개스킷과 클램프로 장치에 단단히 밀봉합니다(그림 S2, 지원 정보).
기류와 접촉하는 직물 샘플의 직경은 73mm(면적 = 41.9cm2)입니다.테스트 중에 샘플 챔버에서 밀봉됩니다."컨트롤" 또는 "샘플" 챔버를 떠나는 기류는 레이저 입자 분석기(입자 측정 시스템 LASAIR III 110)로 전달되어 라텍스 입자의 수와 농도를 측정합니다.입자 분석기는 입방 피트당 2 × 10-4 및 ≈34 입자(입방 피트당 7 및 ≈950,000 입자)의 입자 농도의 하한 및 상한을 지정합니다.라텍스 입자 농도 측정을 위해 입자 농도는 에어로졸의 일중항 라텍스 입자의 대략적인 크기에 해당하는 하한과 상한이 0.10–0.15 µm인 "상자"에 보고됩니다.그러나 다른 bin 크기를 사용할 수 있으며 최대 입자 크기가 5 µm인 여러 bin을 동시에 평가할 수 있습니다.
이 장비에는 깨끗한 여과된 공기로 챔버 및 입자 분석기를 세척하는 장비와 필요한 밸브 및 기기와 같은 기타 장비도 포함됩니다(그림 1).전체 배관 및 계측 다이어그램은 지원 정보의 그림 S1 및 표 S1에 나와 있습니다.
실험 동안, 라텍스 현탁액은 안정적인 입자 출력을 유지하기 위해 ≈60 ~ 100 µL min-1의 유속으로 에어로졸 발생기에 주입되었습니다. 000 입자).피트) 0.10–0.15 µm 크기의 통에 있습니다.이 유속 범위는 에어로졸 발생기의 액체 트랩에 의해 포착된 라텍스 현탁액의 양의 변화에 기인할 수 있는 에어로졸 발생기 하류에서 관찰된 라텍스 입자 농도의 변화 때문에 필요합니다.
주어진 직물 샘플의 PFE를 측정하기 위해 라텍스 입자 에어로졸은 먼저 제어실을 통과한 다음 입자 분석기로 보내집니다.각각 1분 동안 지속되는 세 입자의 농도를 연속적으로 빠르게 측정합니다.입자 분석기는 분석 중 시간 평균 입자 농도, 즉 샘플의 1분(28.3L) 동안의 평균 입자 농도를 보고합니다.안정적인 입자 수와 가스 유량을 설정하기 위해 이러한 기준선 측정을 수행한 후 에어로졸은 샘플 챔버로 옮겨집니다.시스템이 평형에 도달하면(보통 60-90초) 또 다른 3개의 연속적인 1분 측정이 연속적으로 빠르게 수행됩니다.이러한 샘플 측정은 직물 샘플을 통과하는 입자의 농도를 나타냅니다.그 후, 에어로졸 흐름을 다시 제어실로 분할하여 제어실에서 또 다른 3개의 입자 농도 측정을 수행하여 전체 샘플 평가 프로세스 동안 상류 입자 농도가 실질적으로 변경되지 않았음을 확인했습니다.샘플 챔버가 샘플 홀더를 수용할 수 있다는 점을 제외하고 두 챔버의 디자인이 동일하기 때문에 챔버의 흐름 조건은 동일한 것으로 간주될 수 있으므로 제어 챔버와 샘플 챔버를 떠나는 가스의 입자 농도 비교할 수 있습니다.
입자 분석기 기기의 수명을 유지하고 각 테스트 사이에 시스템의 에어로졸 입자를 제거하기 위해 HEPA 필터 에어 제트를 사용하여 각 측정 후에 입자 분석기를 청소하고 샘플을 교체하기 전에 샘플 챔버를 청소하십시오.PFE 장치의 공기 플러싱 시스템 개략도는 지원 정보의 그림 S1을 참조하십시오.
이 계산은 단일 재료 샘플에 대한 단일 "반복" PFE 측정을 나타내며 ASTM F2299(식(2))의 PFE 계산과 동일합니다.
§2.1에 설명된 재료는 마스크 재료로서의 적합성을 결정하기 위해 §2.3에 설명된 PFE 장비를 사용하여 라텍스 에어로졸로 테스트되었습니다.그림 2는 입자 농도 분석기에서 얻은 판독 값을 나타내며 스웨터 직물과 안솜 재료의 PFE 값을 동시에 측정합니다.총 2개의 재료와 6개의 반복에 대해 3개의 샘플 분석을 수행하였다.분명히, 세 개의 판독값 세트(밝은 색으로 음영 처리됨)의 첫 번째 판독값은 일반적으로 다른 두 판독값과 다릅니다.예를 들어, 첫 번째 판독값은 그림 2의 12-15 트리플에서 다른 두 판독값의 평균과 5% 이상 다릅니다.이 관찰은 입자 분석기를 통해 흐르는 에어로졸 함유 공기의 균형과 관련이 있습니다.재료 및 방법에서 논의된 바와 같이 평형 판독값(두 번째 및 세 번째 대조군 및 샘플 판독값)은 각각 그림 2의 진한 파란색 및 빨간색 음영으로 PFE를 계산하는 데 사용되었습니다.전반적으로, 3개의 복제물의 평균 PFE 값은 스웨터 직물의 경우 78% ± 2%이고 면 안솜 재료의 경우 74% ± 2%입니다.
시스템 성능을 벤치마킹하기 위해 ASTM 2100 인증 의료용 마스크(L2, L3)와 NIOSH 호흡기(N95)도 평가되었습니다.ASTM F2100 표준은 레벨 2 및 레벨 3 마스크의 0.1μm 입자의 서브미크론 입자 여과 효율을 각각 ≥ 95% 및 ≥ 98%로 설정합니다.[5] 유사하게 NIOSH 인증 N95 호흡기는 평균 직경이 0.075 µm인 원자화된 NaCl 나노입자에 대해 95% 이상의 여과 효율을 보여야 합니다.[24] Rengasamy et al.보고서에 따르면 유사한 N95 마스크는 99.84%–99.98%의 PFE 값을 보여줍니다[25] Zangmeister et al.보고에 따르면, 그들의 N95는 99.9% 이상의 최소 여과 효율을 생산하는 반면, [14] Joo et al.보고서에 따르면 3M N95 마스크는 99%의 PFE(300nm 입자)를 생성하고 [16], Hao et al.보고된 N95 PFE(300nm 입자)는 94.4%입니다.[17] Shakya 등이 도전한 두 개의 N95 마스크에 대해.0.1 µm 라텍스 볼의 경우 PFE는 대략 80%에서 100% 사이로 떨어졌습니다.[19] 언제 Lu et al.같은 크기의 라텍스 볼을 사용하여 N95 마스크를 평가한 결과 평균 PFE는 93.8%로 보고되었습니다.본 연구에서 설명한 장비를 사용하여 얻은 결과는 N95 마스크의 PFE가 99.2 ± 0.1%로 대부분의 이전 연구와 잘 일치함을 보여줍니다.
수술용 마스크도 여러 연구에서 테스트되었습니다.Hao et al.의 수술용 마스크.73.4%의 PFE(300 nm 입자)를 보인 반면 [17] Drewnick et al.에 의해 테스트된 3개의 수술용 마스크.생산된 PFE는 약 60%에서 거의 100% 범위입니다.[15] (후자의 마스크는 인증된 모델일 수 있다.) 그러나 Zangmeister et al.보고서에 따르면 테스트한 두 개의 수술용 마스크의 최소 여과 효율은 30%보다 약간 높으며[14] 이 연구에서 테스트한 수술용 마스크보다 훨씬 낮습니다.유사하게, Joo et al.에 의해 테스트된 "파란색 수술용 마스크".PFE(300nm 입자)가 22%에 불과하다는 것을 증명하십시오.[16] Shakya et al.수술용 마스크(0.1μm 라텍스 입자 사용)의 PFE가 대략 60-80% 감소했다고 보고했습니다.Lu et al.의 수술용 마스크는 같은 크기의 라텍스 볼을 사용하여 평균 80.2%의 PFE 결과를 얻었습니다.이에 비해 L2 마스크의 PFE는 94.2 ± 0.6%이고 L3 마스크의 PFE는 94.9 ± 0.3%입니다.이러한 PFE가 문헌에 있는 많은 PFE를 능가하지만 이전 연구에서 언급된 인증 수준이 거의 없으며 당사의 수술용 마스크가 2급 및 3급 인증을 획득했다는 점에 유의해야 합니다.
그림 2의 후보 마스크 재료를 분석한 것과 같은 방식으로 다른 6개 재료에 대해 세 가지 테스트를 수행하여 마스크에 대한 적합성을 확인하고 PFE 장치의 작동을 시연했습니다.그림 3은 테스트된 모든 재료의 PFE 값을 표시하고 인증된 L3 및 N95 마스크 재료를 평가하여 얻은 PFE 값과 비교합니다.이 작업을 위해 선택한 11개의 마스크/후보 마스크 재료에서 다른 연구[8, 9, 15] 및 산업 설명자와 일치하는 ≈10%에서 거의 100%에 이르는 광범위한 PFE 성능을 명확하게 볼 수 있습니다. PFE와 PFE 사이에는 명확한 관계가 없습니다.예를 들어, 유사한 구성을 가진 재료(2개의 100% 면 샘플 및 면 모슬린)는 매우 다른 PFE 값(각각 14%, 54% 및 13%)을 나타냅니다.그러나 낮은 성능(예: 100% 면 A, PFE ≈ 14%), 중간 성능(예: 70%/30% 면/폴리에스터 혼방, PFE ≈ 49%) 및 고성능(예: 스웨터 패브릭, PFE ≈ 78%) 이 작업에서 설명하는 PFE 장비를 사용하여 패브릭을 명확하게 식별할 수 있습니다.특히 스웨터 직물과 면 안솜 소재는 PFE가 70%에서 80% 범위로 매우 잘 수행되었습니다.이러한 고성능 재료는 높은 여과 성능에 기여하는 특성을 이해하기 위해 더 자세히 식별 및 분석할 수 있습니다.그러나 유사한 산업 설명을 가진 재료(예: 면 재료)의 PFE 결과가 매우 다르기 때문에 이러한 데이터는 어떤 재료가 천 마스크에 널리 유용한지를 나타내지 않으며 특성을 추론하려는 의도가 아님을 상기하고 싶습니다. 재료 카테고리.성능 관계입니다.우리는 교정을 시연하고 측정이 가능한 여과 효율의 전체 범위를 포함한다는 것을 보여주고 측정 오류의 크기를 제공하기 위해 특정 예를 제공합니다.
이러한 PFE 결과는 우리 장비가 문헌에서 얻은 데이터와 비교하여 광범위한 측정 기능, 낮은 오류를 가지고 있음을 증명하기 위해 얻었습니다.예를 들어, Zangmeister et al.여러 면직물(예: "Cotton 1-11")(인치당 스레드 수 89~812)의 PFE 결과가 보고됩니다.11개 재료 중 9개에서 "최소 여과 효율" 범위는 0%에서 25% 사이입니다.다른 두 재료의 PFE는 약 32%입니다.유사하게, Konda et al.2개의 면직물(80 및 600 TPI, 153 및 152 gm-2)의 PFE 데이터가 보고됩니다.PFE 범위는 각각 7%~36% 및 65%~85%입니다.Drewnick et al.의 연구에서 단층 면직물(즉, 면, 면 니트, 몰톤; 139–265 TPI; 80–140 gm–2)에서 재료 PFE의 범위는 약 10%에서 30%입니다.Joo et al.의 연구에서 그들의 100% 면 소재는 PFE가 8%(300nm 입자)입니다.Bagheri et al.0.3~0.5μm의 폴리스티렌 라텍스 입자를 사용했습니다.6가지 면 소재(120-200 TPI, 136-237 gm-2)의 PFE가 0%에서 20% 범위로 측정되었습니다.[18] 따라서 이러한 재료의 대부분은 3가지 면직물(예: Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A 및 B)의 PFE 결과와 잘 일치하며 평균 여과 효율은 각각 13%, 14%입니다.54%.이러한 결과는 면 소재 간에 큰 차이가 있으며 높은 PFE(즉, Konda et al.의 600 TPI 면, 당사의 면 B)로 이어지는 소재 특성이 제대로 이해되지 않았음을 나타냅니다.
이러한 비교를 할 때, 우리는 이 연구에서 테스트한 재료와 동일한 특성(즉, 재료 구성, 직조 및 편직, TPI, 중량 등)을 갖는 문헌에서 테스트된 재료를 찾기 어렵다는 것을 인정합니다. 따라서 직접 비교할 수 없습니다.또한 저자가 사용하는 도구의 차이와 표준화의 부재로 인해 좋은 비교가 어렵습니다.그럼에도 불구하고 일반 직물의 성능/성능 관계는 잘 이해되지 않고 있음이 분명합니다.재료는 이러한 관계를 결정하기 위해 표준화되고 유연하며 신뢰할 수 있는 장비(예: 이 작업에 설명된 장비)로 추가 테스트됩니다.
1회 반복(0~4%)과 3회 분석한 시료 사이에는 총 통계적 오차(0~5%)가 있지만, 본 연구에서 제안한 장비는 다양한 재료의 PFE를 테스트하는 데 효과적인 도구임이 입증되었습니다.일반 원단부터 의료용 마스크까지.그림 3에 대해 테스트한 11개 재료 중에서 전파 오류 σprop가 단일 샘플의 PFE 측정 사이의 표준 편차, 즉 11개 재료 중 9개의 σsd를 초과한다는 점은 주목할 가치가 있습니다.이 두 가지 예외는 매우 높은 PFE 값(즉, L2 및 L3 마스크)에서 발생합니다.Rengasamy et al.반복된 샘플 사이의 차이가 작다는 것을 보여주고(즉, 5회 반복 <0.29%), [25] 그들은 마스크 제조를 위해 특별히 설계된 잘 알려진 필터링 특성을 가진 재료를 연구했습니다. 재료 자체가 더 균일할 수 있으며 테스트도 다음과 같습니다. PFE 범위의 영역이 더 일관적일 수 있습니다.전반적으로 우리 장비를 사용하여 얻은 결과는 다른 연구원이 얻은 PFE 데이터 및 인증 표준과 일치합니다.
PFE는 마스크의 성능을 측정하는 중요한 지표이지만 이 시점에서 독자들에게 미래의 마스크 재료에 대한 포괄적인 분석은 다른 요소, 즉 재료 투과성(즉, 압력 강하 또는 차압 테스트를 통해 ).ASTM F2100 및 F3502에는 규정이 있습니다.허용 가능한 통기성은 착용자의 편안함과 호흡 중 마스크 가장자리의 누출 방지를 위해 필수적입니다.많은 일반 재료의 PFE와 공기 투과성은 일반적으로 반비례하므로 마스크 재료의 성능을 보다 완벽하게 평가하려면 압력 강하 측정을 PFE 측정과 함께 수행해야 합니다.
ASTM F2299에 따른 PFE 장비 구축 가이드라인은 지속적인 표준 개선, 연구소 간 비교 가능한 연구 데이터 생성, 에어로졸 여과 성능 향상을 위해 필수적임을 권고합니다.단일 장치(TSI 8130A)를 지정하고 연구자가 턴키 장치(예: TSI 시스템)를 구매하지 못하도록 제한하는 NIOSH(또는 F3502) 표준에만 의존합니다.TSI 8130A와 같은 표준화된 시스템에 대한 의존도는 현재 표준 인증에 중요하지만 연구 진행에 역행하는 마스크, 인공 호흡기 및 기타 에어로졸 여과 기술의 개발을 제한합니다.NIOSH 표준은 이 장비가 필요할 때 예상되는 가혹한 조건에서 호흡기를 테스트하는 방법으로 개발되었지만 대조적으로 수술용 마스크는 ASTM F2100/F2299 방법으로 테스트된다는 점은 주목할 가치가 있습니다.커뮤니티 마스크의 모양과 스타일은 수술용 마스크에 가깝다고 해서 N95와 같은 우수한 여과 효율 성능을 의미하는 것은 아닙니다.수술용 마스크가 여전히 ASTM F2100/F2299에 따라 평가되는 경우 일반 직물은 ASTM F2100/F2299에 가까운 방법을 사용하여 분석해야 합니다.또한 ASTM F2299는 다양한 매개변수(예: 여과 효율 연구의 공기 흐름 속도 및 표면 속도)에서 추가적인 유연성을 허용하므로 연구 환경에서 거의 우수한 표준이 될 수 있습니다.
게시 시간: 2021년 8월 30일