口罩，再多了解一些

 

时至今日，我们对于口罩的科普知识已了解太多。可是除了科普知识外，关于口罩我们还能了解什么呢？由于口罩的材质、结构、纤维直径等综合作用会对病毒起到一定的阻隔作用，为了对大家购买口罩、使用口罩提供相关参考价值，美信检测实验室选择了四款不同类型的口罩产品进行组织结构、材质、显微形貌、纤维直径等四个维度的对比评测，一起来了解一下吧。

 

我们选用的四款口罩分别是：

①一次性口罩，本报告样品编号为A

 

 

②汤默臣一次性口罩，本报告样品编号为B

 

 

③折叠式KN95口罩，本报告样品编号为C

 

 

④四层活性炭口罩，本报告编号是D

 

 

我们可以看到四款产品表面均无破洞、污渍，呼气阀，均配有鼻夹和口罩带，且鼻夹具有可调节性。样品C的厚度明显比其它样品厚。

 

 

1 结构分析

 

首先进行结构分析。在展示分析过程之前，我们需要先来了解一下口罩的基本结构，口罩一般多为SMS结构或SMMS结构（如下图所示）。

 

△ SMS无纺布结构示意图（图片来源：百度搜索）

 

SMS结构为：Spunbond + Meltblown + Spunbond Nonwovens，由纺粘无纺布层+熔喷布层+纺粘无纺布层，纤网热轧而成；SMMS结构则指其中的熔喷布层有两层。

 

△ 常见外科口罩的构成及作用

（图片来源：https://www.chp.gov.hk）

 

为了剖析A、B、C、D四款口罩的结构我们沿口罩的边缘剪开，得到：

 

 

样品A有3层：颜色从外到内分别为浅蓝、白色、白色，依次为纺粘层、熔喷层、纺粘层，典型的SMS结构。

 

 

样品B有4层：颜色从外到内分别为黑色、黑色、白色、白色，依次为纺粘层、活性炭层、熔喷层、纺粘层。

 

 

样品C有5层：颜色从外到内分别为蓝色、白色、白色、白色、白色，依次为纺粘层、针刺棉层、熔喷层、熔喷层、纺粘层，其中两层熔喷层紧密的贴在一起，为双M层结构。

 

 

样品D有4层：从外到内分别为白色、黑色、白色、白色，依次为纺粘层、活性炭层、熔喷层、纺粘层。

 

 

2 材质分析

 

为了方便描述，口罩从外层到最内层依次命名为I、II、III、IV、V层，通过材质分析我们得到如下结果。

 

 

从图表中我们可以直观的看到：

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

· 样品B的 I层和样品D的 I、II、IV层除了主成分聚丙烯之外，添加了碳酸钙填料（既可以增加材料的性能，又可以降低材料的成本），但在酸性环境下，可能会受到酸的作用，形成可溶性盐，附在口罩表面，影响透气效果。

· 样品B和样品D的II层均加入了活性炭颗粒，增加吸附有毒气体的功能，但样品B活性炭颗粒不纯，含有二氧化硅颗粒。

 

材质分析中的分析谱图（部分）

 

（1）PP(聚丙烯)与PET（聚酯）红外谱图

 

PP红外谱图

 

PET红外谱图

 

（2）样品B的II 层（活性炭层）EDS能谱图

 

 

（3）样品D的II 层（活性炭层）EDS能谱图

 

 

 

3 形貌观察

 

（1）纺粘层形貌

 

从结构分析我们知道这四款口罩的最外层和最内层均为纺粘层，使用的材料是纺粘无纺布。

 

纺粘无纺布主要由轧点和纤维两部分组成。纤维相互交叉形成不同大小的孔隙，孔隙形状主要呈多边形，其中以四边形和三角形居多。

 

通过体式显微镜放大10倍后，观察A、B、C、D四款口罩的内、外纺粘层，我们可以看到：

①最外层—纺粘层形貌

 

 

在最外层，样品A与样品C轧点成椭圆形阵列排布；样品B和样品D轧点成菱形阵列排布。

样品C最外层相比较其他样品，纤维密集程度较大，孔隙较小；样品A纤维密集程度稀疏，孔隙最多；样品D纤维明显不透明，填加了比较多的碳酸钙。

 

②最内层—纺粘层形貌

 

 

在最内层，样品A、B、C轧点成椭圆形阵列排布，样品D轧点成菱形阵列排布。

 

（2）熔喷层形貌

 

熔喷层使用的熔喷无纺布决定了口罩的过滤性能，熔喷无纺布是采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，并收集在凝网帘或滚筒上，同时自身粘合而成为熔喷无纺布。熔喷无纺布是直接由纤维组成的三维多孔介质，纤维多数呈杂乱无规分布，且各纤维的粗细不一且粗细相差较大，纤维直径大小分布不均匀^[1]。

 

△ 图片来源：百度百科

 

通过场发射扫描电子显微镜对A、B、C、D四款口罩的熔喷层放大至100倍、200倍、500倍、1000倍进行观察，我们可以看到：

 

▲ 样品A 熔喷层表面形貌

 

▲ 样品B 熔喷层表面形貌

 

▲ 样品C 熔喷层表面形貌

 

▲ 样品D 熔喷层表面形貌

 

我们得到：样品C纤维排布密集程度最大，几乎看不到直通孔，样品B次之，样品A和样品D相对比较稀疏，可看到直通孔。

 

 

4 熔喷层纤维直径

 

通过对A、B、C、D四款口罩的熔喷层纤维直径尺寸进行测量：

 

 

我们得到：

样品A纤维直径在1~10um之间；

样品B纤维直径1~12um；

样品C纤维直径在1~8um 之间；

样品D纤维直径为1~14um之间。

样品C纤维直径分布范围最窄，样品D纤维直径分布最宽，四个样品整体纤维直径相差不大。

 

 

其中特别要说明的是B款口罩（汤默臣一次性口罩），我们在购买时被告知是医用口罩，然而通过评测发现实际是活性炭口罩。

同时有许多科普信息告知我们，活性炭口罩（指三层：纺粘层＋活性炭层＋纺粘层）作用不大，实际上四层（含有熔喷层）的活性炭口罩，也可以起到一定的防护作用。

 

特别提醒：本文不基于口罩的行业标准进行，仅针对口罩的组织结构、材质、显微形貌、纤维直径等四个维度进行评测，仅供参考，欢迎大家对相关内容进行交流与指导~

 

参考文献

[1].应伟伟.纺粘/熔喷非织造布的制备及其结构与过滤性能研究[D].浙江:浙江理工大学,2014