如今,口罩已经成为了人手必备的物品。戴了那么久的口罩,相信很多不是无纺布行业的朋友还是分不清楚布料质量材质,那么口罩的防护结构是怎么样的?为什么能够阻挡病毒的传播? 它又是什么样的材质做成的呢? 下面为大家详细解说。

一、口罩防护结构
我们通常说口罩是无纺布材料,无纺布是相对纺织布来说,就是非纺织的布,是由定向的或随机的纤维而构成。
具体到口罩上,其原料全部都是聚丙烯(Polypropylene,简称PP),医疗用口罩一般都是多层结构,一般简称为SMS结构,示意图见图一和图二。
而我们经常说的几层口罩,在口罩的国家标准GB/T 32610中并没有规定,如果是医疗用口罩,至少应该是3层,即我们说的SMS(2层S层和1层M层),目前国内最高的层数是5层,即SMMMS(2层S层和3层M层),做口罩并不难,比较难的是做SMMMS布,一台进口的无纺布设备价格都是上亿元,笔者见过最贵的一台医疗无纺布设备是5亿人民币。

KN95,N95,一次性口罩防护结构及抗菌原理

SMS结构
从口罩用料上来看, 聚丙烯高熔脂无纺布专用料成为最佳选择,生产熔体质量流动速率在33-41g/min的聚丙烯产品,达到卫材聚丙烯无纺布标准。
从纤维应用领域看,聚丙烯纤维专用料产品应用于非织造布、服装面料、地毯丝、医用手术用品、民用卫生用品等领域。
在医疗卫生方面,聚丙烯无纺布专用料生产的无纺布可用于一次性手术衣、被单、口罩、盖布、液体吸收垫等,无纺布口罩是由专业用于医疗卫生的纤维无纺布内两层,中间增加一层过滤防菌达99.999%的以上过滤溶喷布经超声波焊接而成,无纺布口罩的鼻梁处采用环保型全塑条,不含任何金属,配带透气,舒适。

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这里面的S表示纺粘层(Spunbond),其纤维直径比较粗,在20微米(μm)左右,2层S纺粘层主要作用是支撑整个无纺布结构,对阻隔并没有太大的作用。
口罩里面最重要的是阻隔层或则熔喷层M(Meltblown),熔喷层的纤维直径比较细,在2微米(μm)左右,所以只有纺粘层直径的十分之一,这个对防止细菌、血液渗透其至关重要的作用。
如果S纺粘层过多,口罩就比较硬,而熔喷层M过多,则呼吸比较困难,所以从口罩呼吸的难易程度可以判断口罩的隔绝效果,呼吸越困难,则阻隔效果更好,但是,如果M层变为薄膜,就基本上不能呼吸了,病毒是阻隔了,人也快不行了,所以,这也是一个技术问题。

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为了更能说明问题,我们将纺粘层S纤维,熔喷层M纤维和头发做一个对比图如下,头发直径的1/3,接近纺粘层纤维,而头发直径的1/30,和熔喷层M纤维直径接近了,当然,研发人员还在开发更细的纤维,来保证更好的抗菌阻隔性。
前面提到,M层越细,就越能阻挡细菌等微小颗粒的进入,比如N95,就是指在正常情况下,能阻挡95%的微小颗粒(0.3微米),按照医用防护口罩国家标准GB/T19083要求,在气体流量为85L/min情况下,口罩对非油性颗粒过滤效率符合下表要求:

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表1:医用防护口罩过滤等级

从上面的解释来说,N95实际上就是用聚丙烯无纺布SMMMS制作成的能过滤95%微细颗粒的5层口罩。
最后我们从材料角度来看看分别对S纺粘层和M熔喷层都有哪些要求:
材料要求

M层:熔喷层

材料要求:高流动性

推荐材料:国产材料如山东道恩降解法聚丙烯:Z-1400,Z1500,进口如巴塞尔公司的茂金属聚丙烯HP461Y,MF650Y。

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S层:纺粘层

材料要求:高强度

推荐材料:熔体指数在25~60聚丙烯,比如埃克森美孚Exxon-Mobile的和上海赛科的2040都是很好的纺粘材料,如S2040性能指标如下:

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二、什么是KN95,N95口罩?
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1、N95口罩和KN95口罩:
N95口罩指经过美国NIOSH(美国国家职业安全卫生研究所)机构认证的非油性颗粒物防护效率不小于95%的口罩。
● 无论是N95还是KN95口罩都不是特定品牌或产品的名称,而是代表了口罩的防护等级。其中“N”或“KN”表示用于防护非油性颗粒物(如病毒、细菌、粉尘等);“95”表示在标准规定的检测条件下,口罩的过滤效率≥95%。无论是中国国家标准还是美国NIOSH的测试标准,在产品的分类和过滤效率上,N95和KN95的防护级别相当。
● 另外,与N95和KN95防护级别相当的还有符合欧洲EN149标准认证的FFP2级别的口罩,即在欧洲标准规定的检测条件下口罩的过滤效率≥94%。通过欧标EN149认证且达到FFP2级别的口罩上均标注 “EN 149:2001+A1:2009 FFP2” 字样。

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KN95,N95口罩

2、 N90,FFP2等,它们跟N95有什么区别:
按滤网材质的最低过滤效率,在规定条件下,口罩罩体滤除颗粒物的能力,数值越大,防护等级越高,呼吸阻力也大。口罩可分为三个等级,95级为最低过滤效率为95%,99级最低过滤效率为99%,100级最低过滤效率为99.97%。
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按照标准划分,口罩上标注的N代表采用的是美国标准,FFP是欧洲标准,KN是中国的标准。

FFP欧标口罩由欧盟标准委员会呼吸防护装具认证标准。标准是将粒状物防护滤材分为固态粒子防护与液态粒子防护两种,分别以NaCL (氯化钠)与DOP (石蜡油)气溶胶测试并分级。
作用都是将有害气溶胶,包括粉尘、熏烟、雾滴、毒气和毒蒸气等经滤料吸附,阻挡而不被人所吸入。合格的固态粒子防护滤材,根据测试的粒子穿透率分为P1 (FFP1),P2 (FFP2),P3 (FFP3)三个等级,FFP1最低过滤效果≥80%,FFP2最低过滤效果≥94%,FFP3最低过滤效果≥97%。
美标口罩是由美国国家职业安全卫生研究院(NIOSH)对口罩的滤网材质和过滤效率进行了分级,这个标准在全世界的认可度是最高的。

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按口罩中间层的滤网材质分为三种:
N即Not resistant to oil,是可防护非油性悬浮微粒。例如炒菜产生的油烟就是油性颗粒物,而人说话或咳嗽产生的飞沫不是油性的。通常非油性颗粒物指的是煤尘、水泥尘、酸雾、微生物等。目前肆虐的雾霾污染中,悬浮颗粒也多是非油性的。而油性颗粒物指油烟、油雾、沥青烟等。
R即Resistant to oil,可防护非油性及含油性悬浮微粒,但用于油性颗粒物时,使用时间不得超过 8 个小时。 
P即oil Proof,可防护非油性及含油性悬浮微粒,相比于R系列,P系列使用的时间相对较长,具体根据不同制造商的标注。 
这样就很好理解什么是N95口罩了。

N95口罩是用0.3微米氯化钠颗粒进行测试,阻隔率须达95%以上,并经戴用者脸庞紧密度测试时,确保在密贴脸部边缘状况下,空气能透过口罩进出,符合此测试的才发出N95认证号码。

三种不同标准的口罩之间,防护级别是应该如何换算呢?很明显,欧盟的FFP可以同时过滤非油性及含油性颗粒,而美、中的N和KN则只能有效过滤非油性颗粒。所以,它们防护效果公式大致是:FFP3>FFP2=N95=KN95>KN90。
三、医用口罩和工业口罩的区别?
我们常规所说的N95口罩或是KN95口罩,多数都是工业用的,而不是医用N95口罩。
我们首先要了解什么是医用口罩,与工业或者其它的口罩有何不同?
目前我国医用口罩主要分为3种:
1.防护级别最高的医用防护口罩;
2.手术室等有创操作环境常用的医用外科口罩;
3.普通级别的一次性使用医用口罩。
医用外科口罩:符合YY0469-2011《医用外科口罩技术要求》标准,在空气流量(30±2)L/min条件下,对空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm氯化钠气溶胶的过滤效率不低于30%;细菌过滤效率在规定条件下,对平均颗粒直径为(3±0.3)μm的金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率不低于95%,呼吸阻力在过滤效率流量条件下,吸气阻力不超过49Pa,呼气阻力不超过29.4Pa。

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在空气流量(85±2)L/min条件下,对空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm氯化钠气溶胶的过滤效率不低于95%,即符合N95(或FFP2)及以上等级,吸气阻力在上述流量条件下,吸气阻力不超过343.2Pa(35mmH2O)。适用于经空气传播及近距离接触经飞沫传播的呼吸道传染病的防护,如结核、水痘、SARS病毒。能阻止经空气传播的直径≤5um感染因子> 95%。
医用N95要求通过合成血液穿透测试,能阻止经空气传播的直径≤5um感染因子> 95%,而并不是简单的对非油性颗粒过滤效率不小于95%。
普通医用口罩:符合相关注册产品标准(YZB)或YY/T0969-2013《一次性使用医用口罩》,一般缺少对颗粒和细菌的过滤效率要求,或者对颗粒和细菌的过滤效率要求低于医用外科口罩和医用防护口罩,适用于医护人员一般防护。

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工业用KN95口罩用于日常生活防护已经足够了,只是不能用于医疗防护。
其实钟南山院士已经说了,其实不直接接触病人时候,医用外科口罩(YY0469-2011)已经够用了。
四、口罩的抗菌原理是什么?
N95口罩中保证细菌过滤效果的标准就是第二条,金黄色葡萄球菌细菌气溶胶过滤效率不低于95%.
因此即使是工业用N95口罩也满足过滤效率满足95%的标准,且能更好地贴合人体面部,所以也能起到很好的病毒预防作用。
而给医用防护口罩和医用外科口罩带来病毒过滤作用的主要材料,就是极细密且带静电的内层过滤布——熔喷无纺布

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熔喷无纺布主要材质是聚丙烯,是一种超细静电纤维布,可以捕捉粉尘。
含有肺炎病毒的飞沫靠近熔喷无纺布后,会被静电吸附在无纺布表面,无法透过。这就是这种材料隔绝病菌的原理。

粉尘被超细静电纤维捕捉住后,极不易因清洗而脱离,且水洗亦会被破坏静电的吸尘能力。因此这种口罩只能一次性使用。
适合平面口罩熔喷过滤级别有:普通级、BFE95(滤效95%)、BFE99(滤效99%)、VFE95(滤效99%)、PFE95(滤效99%)、KN90(滤效90%)。
医用外科口罩一般是由三层无纺布制成。
第一层25克纺粘无纺布
第二层25克熔喷无纺布(过滤效果99以上)
第三层25克纺粘无纺布
也可以一层改用短纤改善皮肤触感,即ES热轧无纺布+熔喷无纺布+纺粘无纺布
口罩外层具有防飞沫设计,中层过滤,内存吸湿。熔喷布一般选用20克重的。

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N95杯型口罩则由针刺棉、熔喷布、及无纺布组成。
第一层50克纺粘无纺布
第二层50克针刺棉/热风棉
第三层25克过滤效果95%以上熔喷布
第四层25克过滤效果95%以上熔喷布
第五层25克纺粘无纺布
目前国内口罩最多的是五-六层,质量和产量均已明显提高,但各种口罩无纺布的价格也水涨船高,几乎一天一个价。现在普通的单S纺粘无纺布也因此身价暴涨,从之前的1万左右每吨到十万左右每吨。
其实口罩的内外层没有过滤效果,只是起到骨架保护中间层。大家普遍采用PP无纺布是因为便宜。据悉,日韩的N95口罩用的是水刺无纺布,亲肤,不过敏。特殊时期,大家可以对比价格及市场需求,谨慎采购。