防PM2.5口罩研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

郭虹 吳薇 高原

摘 要：隨著社會(huì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，霧霾天氣發(fā)生的頻率也越來(lái)越高，PM2.5嚴(yán)重危害著人體健康。針對(duì)此問(wèn)題，本文分析了PM2.5的防護(hù)需求和研究現(xiàn)狀，并對(duì)市場(chǎng)在售的防PM2.5口罩質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了目前存在的主要問(wèn)題及今后的主要研究方向。

關(guān)鍵詞：PM2.5；霧霾；口罩

1 緒論

霾是由數(shù)百種大氣化學(xué)顆粒物質(zhì)組成，是對(duì)大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，空氣中含有的一系列懸浮雜質(zhì)中，危害最大的是PM2.5：空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，也被稱(chēng)為可入肺顆粒物，是城市大氣污染物中損害人體健康的重要元兇。隨著霧霾天氣的大規(guī)模爆發(fā)，我們沒(méi)有辦法短時(shí)間改變空氣質(zhì)量，因此霧霾天氣戴過(guò)濾效率高、透氣性較好的口罩是目前最便捷的保護(hù)方式。本文將國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及目前存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的分析[1]。

2 研究現(xiàn)狀

馬樂(lè)、孟良[2]等研究了一種石墨烯防PM2.5口罩功能層與制備方法以及其在濾片的應(yīng)用，其濾片功能層為活性炭添加石墨烯，能夠更加有效吸附PM2.5顆粒、抗菌抑菌、無(wú)需紡絲，制備工藝簡(jiǎn)化，便于工業(yè)化生產(chǎn)。陳飛武、袁磊[3]研究了一種防PM2.5的天然纖維口罩。該口罩主體部分中沒(méi)有折疊褶皺，兩側(cè)耳帶穿設(shè)在耳帶收緊通道內(nèi)，使用時(shí)，頂起褶皺，收緊耳帶，口罩形成形成一個(gè)凸起的半球形結(jié)構(gòu)，與使用者面部貼合性好；口罩主體上方使用者鼻梁附近沒(méi)有軟骨條及鼻梁架，防止呼吸時(shí)氣體從上方泄漏，避免冬天時(shí)在使用者眼鏡上產(chǎn)生霧氣；口罩本體四周設(shè)置海綿，消除口罩與面部的縫隙，加強(qiáng)口罩與面部貼合性；過(guò)濾效果極佳，多層天然纖維能夠有效吸附PM2.5顆粒，天然無(wú)污染，符合健康需求；天然纖維層兩面覆蓋紗布且進(jìn)行密集型縫合，將天然纖維層固定，避免清洗時(shí)蠶絲粘結(jié)。張瑩、張紅[4]等研究一種含竹葉黃酮成分的抗菌防霧霾口罩材料，包括位于底層的支撐材料，以及在所述支撐材料上依次復(fù)合形成的納米纖維網(wǎng)層和含竹葉黃酮的納米纖維膜層。該口罩材料由較粗的靜電熔融靜電紡纖維及較細(xì)的溶液靜電紡纖維組成，可以有效阻隔大部分PM2.5顆粒，且其中天然礦物納米材料所釋放的負(fù)離子具有捕捉PM2.5顆粒的效果，另外該口罩材料含有竹葉黃酮，具有抗菌功能，并且附帶了清新的竹子香味。沈煒[5]研究了一種防霧霾口罩，其包括罩體和彈性綁帶。所述罩體包括有緩沖腔，緩沖腔的前側(cè)面由隔離層做成，后側(cè)面由呼吸層做成。呼吸層上設(shè)有單向排氣閥連通緩沖腔，緩沖腔的彈性囊上接抽氣管，抽氣管另一端設(shè)置有彈性材料做成的抽吸器。彈性囊設(shè)有回氣閥，回氣閥與單向吸氣閥同步開(kāi)合，能有效緩解人們呼吸困難并防止霧霾侵襲。

3 目前存在的主要問(wèn)題

3.1 口罩濾層或?yàn)V芯的選材問(wèn)題

防霧霾口罩材料包括表層面料和芯層濾料。表層面料具有支撐口罩結(jié)構(gòu)，殺菌抗菌以及其他的功能性作用。芯層濾料是防霧霾口罩的核心，作用是高效過(guò)濾空氣中的微粒。防霧霾口罩過(guò)濾芯層一般由若干層過(guò)濾材料構(gòu)成，在配置過(guò)程中基本上都會(huì)遵循“梯度過(guò)濾”原則。外層以過(guò)濾相對(duì)較大的空氣微粒為主，內(nèi)層以過(guò)濾相對(duì)較小的微粒為主，層層過(guò)濾，直到能夠?qū)⒔^大部分的空氣微粒過(guò)濾掉為止。

3.2 透氣性問(wèn)題

為了達(dá)到過(guò)濾效果，有的口罩層數(shù)過(guò)多，有的排氣閥設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致透氣性差，長(zhǎng)時(shí)間佩戴容易出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀；透氣性差使得呼吸產(chǎn)生的水汽不能及時(shí)排出，易使PM2.5攜帶的細(xì)菌附著，使人體的健康受到二次威脅。

3.3 佩戴舒適性及密合程度

口罩與面部貼合的緊密程度直接影響到防護(hù)的效果。防霧霾口罩與人面部密合情況的好壞，將會(huì)直接影響其防護(hù)效果。研究結(jié)果表明，根據(jù)流體力學(xué)原理，氣流首先流向阻力小處，如果防霧霾口罩與人體面部吻合不好，呼吸氣流首先會(huì)穿過(guò)面罩與人體面部之間的縫隙進(jìn)行流通，而不是通過(guò)過(guò)濾材料，所以無(wú)論濾料的過(guò)濾效率多高，都起不到過(guò)濾作用，呼吸防護(hù)用品的整體防護(hù)效果難以保證，周邊1mm的小孔就會(huì)造成防護(hù)效率的顯著下降[6]。

4 防PM2.5口罩的發(fā)展方向

隨著空氣凈化新材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，種類(lèi)繁多的高性能新材料在PM2.5口罩的研發(fā)領(lǐng)域大展身手。以熔噴工藝為核心的靜電駐極型材料和以靜電紡絲技術(shù)為核心的納米纖維型過(guò)濾材料具有更低的呼吸阻力和更高的過(guò)濾效率，以此制作的防霧霾口罩防護(hù)效果更佳，適配性更好。為增加人們佩戴時(shí)的舒適感以及防護(hù)效果，可以在與使用者面部貼合方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。人體工效學(xué)在防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，在口罩的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量減少防霧霾口罩罩體與人體面部的空隙，使得口罩與用戶(hù)口鼻間都能夠達(dá)到密切貼合的效果，從而實(shí)現(xiàn)口罩在保證防霧霾的情況下可以滿足個(gè)體差異帶來(lái)的問(wèn)題 [7]。此外，不僅僅是需要加強(qiáng)對(duì)這蟹方面的研究，還需要強(qiáng)化對(duì)檢測(cè)與判定標(biāo)準(zhǔn)的研究。當(dāng)前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)防PM2.5口罩的專(zhuān)業(yè)檢測(cè)與判斷標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前產(chǎn)品關(guān)鍵性能指標(biāo)的檢測(cè)僅僅只能夠參照工業(yè)用呼吸防護(hù)用品的檢測(cè)方法來(lái)進(jìn)行。但是工業(yè)用防護(hù)用品標(biāo)準(zhǔn)是難以完全滿足作為日用防護(hù)口罩的需求的。特別是PM2.5口罩的佩戴主要人群之中包括了老人、兒童以及孕婦等等，這就使得其部分指標(biāo)以及判定方法是不適用的。需要注意的是，在日常生活之中，人們自主佩戴防護(hù)用品的理念還存在不足，國(guó)家以及行業(yè)部門(mén)需要加大進(jìn)行宣傳，引導(dǎo)人們對(duì)污染源有清晰的認(rèn)識(shí)，并能夠根據(jù)污染源正確的選擇防護(hù)用品，，而不是一個(gè)口罩就能防范住所有的污染源。在今后如何引導(dǎo)人們根據(jù)自身情況、環(huán)境特點(diǎn)等實(shí)際情況來(lái)正確選擇和佩戴防護(hù)用品，也將是研究的方向。

5 結(jié)語(yǔ)

市面上有種類(lèi)眾多的防霧霾口罩材料，同時(shí)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，越來(lái)越多的新材料被應(yīng)用到防霧霾的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。為了實(shí)現(xiàn)防霧霾口罩所設(shè)計(jì)的功能，需要不斷地對(duì)材料進(jìn)行詳細(xì)分析，然后基于防霾機(jī)理和流體力學(xué)原理優(yōu)選出防霧霾口罩表層面料和芯層過(guò)濾材料，再根據(jù)人體工效學(xué)，分析防霧霾口罩結(jié)構(gòu)對(duì)氣密性和適佩性的影響，設(shè)計(jì)出與人面部達(dá)到密切貼合，佩戴舒適的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出適合所有人群佩戴的，且防護(hù)效果更好的口罩。

參考文獻(xiàn)：

[1]田軍.防PM2.5口罩現(xiàn)狀及發(fā)展方向.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2005，11（5）：130135.

[2]馬樂(lè)，鄭逸群，孟良.石墨烯防PM2.5口罩濾片功能層及其在濾片中的應(yīng)用.中國(guó)：201510115035.1，20160127

[3]陳飛武，王景清，袁磊，田愛(ài)紅.一種防PM2.5的天然纖維口罩.中國(guó)：201620689471.2，20170215.

[4]張瑩，李穎，等.含竹葉黃酮的抗菌放霧霾口罩材料及其制備方法.中國(guó)：201610556669.8，20160921.

[5]沈煒.防霧霾口罩.中國(guó)：201611262364.2，20161230.

[6]李蓉，趙艷梅，李倩，張婷婷，等.PM2.5個(gè)人防護(hù)用品現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì).中國(guó)個(gè)體防護(hù)裝備，2014（6）：2326.

[7]夏俊濤，林育錦，畢小林，孟慶華.一種新型防霧霾口罩設(shè)計(jì)與研究.防護(hù)裝備技術(shù)研究，2016（04）：57.

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)科學(xué)研究項(xiàng)目（ZD201619）；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（2016076）

作者簡(jiǎn)介：郭虹（1995），女，工學(xué)學(xué)士，研究方向：為紡織材料和紡織品設(shè)計(jì)。

*通訊作者：吳薇。