一種日用抗菌防霾口罩的開發(fā)及其評價標(biāo)準(zhǔn)探討

郭金福 車映紅 邵 明

(1.上海興諾康綸纖維科技股份有限公司，上海，200233;2.上海市紡織科學(xué)研究院，上海，200082;3.東華大學(xué)，上海，201620)

我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時也出現(xiàn)了環(huán)境問題，工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程中產(chǎn)生的各種大氣污染顆粒物已使各地頻現(xiàn)霧霾天氣。環(huán)保部監(jiān)測顯示，霧霾天首要污染物往往是PM2.5(也稱細(xì)顆粒物)。按照環(huán)保部2012年修訂的GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》定義，PM2.5是指“環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm的顆粒物”。按照標(biāo)準(zhǔn)GB2626—2006《呼吸防護(hù)用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》的定義，顆粒物是指“懸浮在空氣中的固態(tài)、液態(tài)或固態(tài)與液態(tài)的顆粒狀物質(zhì)，如粉塵、煙、霧和微生物”。

GB3095—2012標(biāo)準(zhǔn)首次將 PM2.5列入公開監(jiān)測指標(biāo)，與其同步配套實(shí)施的HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》對空氣質(zhì)量進(jìn)行了分級。隨著對PM2.5監(jiān)測結(jié)果的公布，人們?nèi)找骊P(guān)注自身健康防護(hù)，所以亟需開發(fā)一種對PM2.5具有防護(hù)效果并能抗細(xì)菌、抗病毒的日常防護(hù)型口罩。

口罩按照使用場合一般可分為工業(yè)口罩、醫(yī)用口罩和民用口罩。一般的工業(yè)口罩在日常佩戴時會令人感到憋悶和濕熱，降低了使用者的舒適度和可接受度，并且工業(yè)口罩有嚴(yán)格的佩戴場合要求及具體選用標(biāo)準(zhǔn);醫(yī)用口罩主要偏向用于醫(yī)療工作環(huán)境下，過濾空氣中的顆粒物，阻隔飛沫、血液、體液、分泌物等;而民用口罩應(yīng)用場合廣泛。

本文介紹了新開發(fā)的一種日用抗菌防霾口罩［1］，包括其結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵性能指標(biāo)。因?yàn)樯袩o相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，消費(fèi)者很難區(qū)分民用口罩的實(shí)際防護(hù)性能，因此本文也對其評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討。

1 口罩結(jié)構(gòu)

日用抗菌防霾口罩的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

日用抗菌防霾口罩采用立體裁剪縫制技術(shù)，由口罩片部1、位于口罩片部上方的壓鼻部2、位于口罩片部下方的收縮部3及系帶4構(gòu)成一個立體的凸出結(jié)構(gòu)。按國人不同臉型尺寸分尺碼，由系帶掛在耳后，其中系帶優(yōu)選彈力帶，并安裝一個調(diào)節(jié)彈力帶長度的固定件，或在壓鼻部加裝鼻墊，可以良好地包裹人的口鼻部。

圖1 日用抗菌防霾口罩結(jié)構(gòu)

口罩片部、壓鼻部和收縮部為三層結(jié)構(gòu)：外層、保暖層和全棉內(nèi)層。外層為用上海興諾康綸纖維科技股份有限公司生產(chǎn)的內(nèi)置銀離子抗菌的聚酯纖維［2］(注冊商標(biāo)“康綸”)制成的抗菌面料;保暖層可根據(jù)不同季節(jié)進(jìn)行增減。在內(nèi)層和保暖層之間設(shè)置一個內(nèi)插入式可替換復(fù)合濾片6，并在內(nèi)層設(shè)置兩個便于濾片填裝或更換的插口5，對稱分布于口罩左右兩邊。

復(fù)合濾片為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)。外層和內(nèi)層均為紡黏非織造布，面密度都在20～40 g/m2之間;中間層為抗菌駐極體聚丙烯熔噴復(fù)合濾料和/或活性炭層，復(fù)合濾料面密度在15～60 g/m2之間，活性炭層面密度在30～60 g/m2之間。

2 口罩關(guān)鍵性能指標(biāo)

2.1 口罩過濾性能

日用抗菌防霾口罩利用立體裁剪縫制技術(shù)，采用“康綸”抗菌面料，采用可替換使用的微濾過濾技術(shù)濾片［3］，具備高抑菌效果及過濾效率，綜合技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，具有新穎性。參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T18664—2002《呼吸防護(hù)用品的選擇、使用與維護(hù)》的定義，日用抗菌防霾口罩屬于非油性顆粒物的自吸過濾式半面罩呼吸器，參考標(biāo)準(zhǔn)GB2626—2006對樣品進(jìn)行了過濾性能測試。檢測氣體流量85 L/min，測得樣品的非油性顆粒物過濾效率(particulate filtration efficiency，PFE)大于90%，吸氣阻力小于350 Pa，呼氣阻力小于250 Pa。

2.2 口罩面料抗菌性能及安全性

日用抗菌防霾口罩外層采用的“康綸”面料，按照GB/T20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》進(jìn)行測試，其對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌種抑菌率均大于95%;經(jīng)美國MICORBAC實(shí)驗(yàn)室對抗H7N9病毒性能測試，測得其對流感病毒抑菌率大于95%。經(jīng)測試，口罩面料符合GB18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》的B類要求。

2.3 濾片抗菌性能和過濾性能

復(fù)合濾片按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T20944.3—2008進(jìn)行測試，其對革蘭氏陽性抑菌率大于95%、革蘭氏陰性抑菌率大于85%。經(jīng)美國國家職業(yè)安全與健康研究院(NELSON)實(shí)驗(yàn)室檢測，濾片細(xì)菌過濾效率(bacterial filtration efficiency，BFE)大于 99%、PFE大于99%。

3 日用抗菌防霾口罩的評價標(biāo)準(zhǔn)探討

日用抗菌防霾口罩主要是針對普通消費(fèi)者在日常生活中抗菌防霾而開發(fā)的，目前尚沒有適用的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此本文基于國內(nèi)現(xiàn)有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)對其評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討。表1分析比較了工業(yè)口罩和醫(yī)用口罩的幾個重要技術(shù)指標(biāo)。

3.1 安全性

3.1.1 有害物質(zhì)殘留限定

作為接觸皮膚的紡織品，尤其是直接接觸口鼻部位的紡織品，其安全性顯得尤為重要。雖然GB2626—2006標(biāo)準(zhǔn)要求“直接與面部接觸的材料對皮膚無害”，但是并沒有給出檢測方法，實(shí)際可操作性不強(qiáng)，而醫(yī)用口罩的三個標(biāo)準(zhǔn)均有“刺激性”等技術(shù)要求。日用抗菌防霾口罩內(nèi)層面料優(yōu)選本色全棉，測試結(jié)果符合GB18401—2010標(biāo)準(zhǔn)的B類要求，而外層面料除了應(yīng)達(dá)到與內(nèi)層面料同樣的甲醛含量、pH值和異味三個技術(shù)指標(biāo)的要求外，還要滿足GB18401—2010標(biāo)準(zhǔn)中的色牢度及可分解致癌芳香胺染料的限量要求。

表1 國內(nèi)工業(yè)用口罩和醫(yī)用口罩主要技術(shù)指標(biāo)比較

從表1可看出，醫(yī)用口罩增加了符合GB15979—2002標(biāo)準(zhǔn)的微生物指標(biāo)要求，并且對常用的消毒劑環(huán)氧乙烷限定殘留量≤10 μg/g，而工業(yè)口罩僅要求“防止在使用前受到機(jī)械損傷和污染”。因日用抗菌防霾口罩可重復(fù)使用，需要清洗后再使用，因此暫無此消毒要求。

3.1.2 抗菌性能

口罩外層面料起到初級過濾的作用，會集聚一些攜帶致病菌的顆粒物或霧滴。日用抗菌防霾口罩的外層借助于“康綸”杰出的抗菌性能，可降低在佩戴使用過程中產(chǎn)生二次感染的風(fēng)險，并且口罩的復(fù)合濾片除了高效過濾外也能抑制被過濾下來的細(xì)菌的生長，降低使用者佩戴和更換時產(chǎn)生二次感染的風(fēng)險。必須指出，日用抗菌防霾口罩外層“康綸”面料能夠殺滅被過濾下來的細(xì)菌和病毒，降低風(fēng)險，但不能消除風(fēng)險，也未提高口罩的過濾效率［4］，但有研究表明具有抗菌功能的生物防護(hù)口罩對于預(yù)防呼吸道傳染病的流行、保護(hù)人員健康具有重要的意義［5］。

3.2 泄漏性

即使口罩過濾效率很高，如果密合性不高，顆粒物等有害物質(zhì)也會從泄漏處進(jìn)入口罩，起不到防護(hù)作用。雖然美國NIOSH在最新系列CBRN呼吸器標(biāo)準(zhǔn)中以LRPL或防護(hù)因數(shù)PF替代了泄漏率和總泄漏率，但在世界如英國、歐洲、日本、中國等其他國家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)中，泄漏率和總泄漏率仍為十分常用的評判指標(biāo)［6］。從GB2626—2006標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語定義可以看出：泄漏率是考察口罩除過濾元件以外的泄漏性，重在從生產(chǎn)者角度進(jìn)行考量的指標(biāo);總泄漏率是考察包括過濾元件在內(nèi)的口罩及其部件的氣密性和口罩與佩戴者面部的密合性，重在從消費(fèi)者角度進(jìn)行考量的指標(biāo)，更能體現(xiàn)口罩的整體防護(hù)實(shí)用性能。測試由臉型具有一定代表性的真人佩戴呼吸器做一些規(guī)定動作狀態(tài)時的口罩總泄漏率，逐步成為全球口罩產(chǎn)品評價標(biāo)準(zhǔn)中必不可少的要求［7］。對于可更換式口罩，GB2626—2006標(biāo)準(zhǔn)僅給出了泄漏率的判定，醫(yī)用防護(hù)口罩給出了總適合因數(shù)不小于100的規(guī)定，但是醫(yī)用外科和一次性醫(yī)用口罩并沒有這項要求。

為使消費(fèi)者更便捷合理地選戴口罩，筆者提出在以PM2.5為主要污染物的空氣環(huán)境下，按照國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB3095—2012發(fā)布的國家空氣質(zhì)量為依據(jù)，消費(fèi)者只要佩戴符合標(biāo)準(zhǔn)要求的民用口罩后吸入空氣的PM2.5濃度限值(24 h平均值)達(dá)到一級或二級即可接受，對照HJ 633—2012標(biāo)準(zhǔn)，消費(fèi)者此時吸入的是質(zhì)量優(yōu)良的空氣。

為探討民用口罩的適度合理防護(hù)，對常見的工業(yè)口罩KN95與幾組不同總泄漏率口罩按照空氣質(zhì)量分級過濾前后的PM2.5濃度進(jìn)行了比較，見表2。

表2 不同泄漏率口罩按照空氣質(zhì)量分級過濾前后PM2.5濃度的比較

從表2 可以看出，在 PM2.5為 500 μg/m3(嚴(yán)重污染)時，經(jīng)TIL10%的口罩過濾后的PM2.5濃度為29 μg/m3，與經(jīng) KN95 口罩過濾后的 PM2.5濃度24 μg/m3相差不大，過濾后吸入空氣質(zhì)量都屬于優(yōu);經(jīng) TIL20% 的口罩過濾后的 PM2.5濃度為59 μg/m3，過濾后吸入空氣質(zhì)量也可達(dá)到良。以上分析表明，探討民用口罩的合理適度防護(hù)很有必要。另外，還需要綜合考慮體力活動強(qiáng)度，或容塵量以及呼吸阻力等舒適性指標(biāo)，口罩的選戴尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.3 過濾效率

3.3.1 加載過濾效率

過濾效率是口罩的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一，表征過濾元件對標(biāo)準(zhǔn)顆粒物的防護(hù)能力。消費(fèi)者在佩戴口罩過程中，被過濾下來的顆粒物會持續(xù)加載到濾料上。GB2626—2006標(biāo)準(zhǔn)從檢測初始過濾效率改為檢測加載過濾效率，更加反映實(shí)際使用性能;而醫(yī)用口罩是測試初始過濾效率，可能是考慮多為一次性使用，佩戴時間較短。有研究表明，當(dāng)醫(yī)用外科口罩濾料的PFE達(dá)到86%以上時，BFE可達(dá)98%以上，且數(shù)據(jù)呈正相關(guān)性，依照試驗(yàn)結(jié)果，可以進(jìn)一步探討用較高的PFE作為BFE替代方法的可行性［8］。

3.3.2 顆粒物粒徑

美國NOISH的研究人員發(fā)現(xiàn)過濾效率在顆粒物直徑0.3 μm左右時會出現(xiàn)最低值，用MPPS(最具有穿透力)的粒徑顆粒物檢測并控制過濾效率，無論實(shí)際粉塵粒徑分布如何，實(shí)際效率只會更高。因此，測試 PM2.5用 0.3 μm 的氯化鈉氣溶膠是合理的［7］。

3.3.3 呼吸流量

從圖2可以看出，在相同粒徑下氣流量越大，過濾效率越低，因此檢測流量的選擇對實(shí)際過濾效率的影響很大。

職業(yè)人員在中等勞動強(qiáng)度下的平均通氣量約為30 L/min［9］，人呼吸時氣流速度呈正弦波狀，一般平均吸氣峰值流量PIFR為平均每分鐘通氣量的2.5到3.9倍［10］。為模擬濾料在最苛刻條件下的使用情況，我國和美國標(biāo)準(zhǔn)使用的氣體流量是85 L/min［7，9］，歐洲標(biāo)準(zhǔn)使用 95 L/min。在日常生活中，一般人的呼吸流量需要根據(jù)ISO/TS 16976《呼吸防護(hù)用品-人的因素》的8個部分，結(jié)合氣流通過的實(shí)際截面積進(jìn)一步驗(yàn)證，以期更能符合實(shí)際使用情況。

圖2 符合30CFR11美國標(biāo)準(zhǔn)的濾料在不同流量下對氯化鈉氣溶膠的過濾效率［7］

3.3.4 呼吸阻力

呼吸防護(hù)用品不僅要有好的防護(hù)性能，還需具有良好的生理舒適性能。呼吸阻力是對人體呼吸系統(tǒng)影響較大的因素，如果呼吸器的阻力過大，則造成用力呼吸，必然導(dǎo)致呼吸肌疲勞，佩帶者會感覺不舒適［11-14］。在合理呼吸流量下，新開發(fā)的日用抗菌防霾口罩還需要進(jìn)一步減小呼吸阻力，以便獲得更好的呼吸體驗(yàn)。

4 結(jié)語

PM2.5危害很大，但只要合理適度防護(hù)，人們?nèi)钥梢越】岛粑?。新開發(fā)的日用抗菌防霾口罩采用兩項專利技術(shù)“微濾過濾技術(shù)”和“康綸抗菌技術(shù)”進(jìn)行創(chuàng)新，相關(guān)產(chǎn)品防“兩細(xì)”(以PM2.5為代表的細(xì)顆粒物和以 NDM-1、MRSA、H1N1、H7N9為代表的細(xì)菌、病毒)效果顯著。筆者提出，民用口罩的評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注口罩的整體防護(hù)性能，在以PM2.5為首要污染物的空氣環(huán)境下，并在保證材料安全性的基礎(chǔ)上，消費(fèi)者佩戴符合要求的口罩，吸入的空氣質(zhì)量按照GB3095—2012標(biāo)準(zhǔn)評定為優(yōu)良并呼吸舒適的即可認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國口罩發(fā)展與美、歐等發(fā)達(dá)國家差距較大，ISO正在開展呼吸器全球標(biāo)準(zhǔn)化工作［15］。2012年9月針對新開發(fā)的日用抗菌防霾口罩，根據(jù)GB2626—2006國家標(biāo)準(zhǔn)制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/TNYH002《日用抗菌防霾口罩》，并且圍繞消費(fèi)者體驗(yàn)一直在不斷完善。

致謝：感謝中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會趙瑾瑜老師為本文提供重要的修改意見。

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