郑 杰，林 杨
广东省医疗器械质量监督检验所，广东 广州 510663
口罩的过滤层一般分为三层非织造布，即SMS 三层结构，从内到外分别为纺粘层、熔喷层、纺粘层，中间层熔喷非纺织布，是利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行拉伸，形成超细纤维并凝聚在凝网帘或滚筒上，并依靠自身黏合而形成的[1]。以聚丙烯为原料熔喷后生成独特的超细纤维（约1 ～10μm），纤维在空间靠自身黏合和缠结形成的三维曲径结构与传统织物和梳理成网非织造物中的纤维分布截然不同，它具有更大的比表面积，更高的孔隙率，微孔结构曲折，对固体颗粒具有较强的吸附作用；
加上聚丙烯无毒、质地轻、柔韧性好、耐腐蚀、价格低廉等，十分适合制作过滤材料[2]，可作为核心部件，起最主要的过滤防护作用。文章研究了熔喷布在微观结构下的纤维分布对过滤效率的影响，并且通过使用扫描电镜即可快速甄别出合格的熔喷层滤材。
1.1 仪器
TSI 8130 自动滤材测试仪（美国TSI 公司）；
BFE-0801细菌过滤效率试验装置（青岛思普瑞环保科技有限公司）；
Hfsafe-1200Cla II Type A2 生物安全柜（上海力申科学仪器有限公司）；
LRH-250A 生化培养箱(韶关鑫腾科普仪器有限公司)；
GL-02KA 高低温交换湿热试验箱（广州爱斯佩克有限公司）。
1.2 试剂
胰酪大豆胨琼脂培养基（Tryptose Soya Agar，TSA）（广东环凯微生物科技有限公司）；
无菌生理盐水（广东环凯微生物科技有限公司）；
蛋白胨水溶液（广东环凯微生物科技有限公司）；
金黄色葡萄球菌ATCC 6538（广东微生物研究所微生物菌种保藏中心）。
1.3 样品及样品预处理
取30 个不同厂家口罩，不同厂家各取同一批次样品、3 个放置于温度为（21±5）℃、相对湿度为（85±5）%的高低温交换湿热试验箱中4h，并各取1 个置于温度为（38±2.5）℃、相对湿度为（85±5）%的高低温交换湿热试验箱中25h。
2.1 BFE 细菌过滤效率
试验用细菌悬液制备：取金黄色葡萄球菌ATCC 6538 定量菌种用新鲜的蛋白胨水溶液稀释至约5×105CFU/mL 浓度。
样品数量：用于温度为（21±5）℃、相对湿度为（85±5）%的高低温交换湿热试验箱的3 个样品进行试验。
试验步骤如下：
（1）在一侧采样器不放样品，将气体流速控制在28.3L/min，向喷雾器输送细菌悬液的时间设定为1min，空气压力和采样器运行时间设定为2min，将细菌气溶胶收集到TSA 琼脂上，作为阳性质控。
（2）在另一侧采样器放置样品，同时按同条件进行试验。
（3）一批试样测试完成后，再测试一次阳性质控，然后收集2min 气溶胶室中的空气样品，作为阴性质控，在此过程中不向喷雾器中输送细菌悬液。
（4）试验结束后，取出琼脂平板在（37±2）℃培养（48±4）h，然后对菌落形成单位进行计数并转换为可能的撞击颗粒数。
（5）按式（1）计算试验结果。
式中：c为阳性质控平均值；
T为试验样品计数之和。
结果评价：口罩的细菌过滤效率应不小于95%[3]。
2.2 PFE 颗粒过滤效率
（1）标准[4]要求的氯化钠气溶胶相对湿度为（30±10）%，温度为（25±5）℃，颗粒中位直径为（0.075±0.020）μm，颗粒分布的几何标准偏差≤1.86，浓度≤200mg/m3,为TSI自动滤材试验机固有参数，设备内部控制。
（2）设置TSI 自动滤材试验机的空气流量为（30±2）L/min对于（38±2.5）℃、相对湿度为（85±5）%的高低温交换湿热试验箱中放置25h 的口罩进行测试并记录结果。
2.3 纤维直径分布与孔径
以不同厂家口罩熔喷层依次进行电镜扫描，在不同倍数下对熔喷层的结构进行观察并测量。
三个样品的检测结果显示：纤维分布直径为1 ～6μm的孔径较小的口罩熔喷布，在电镜下观察，分别放大1100倍与650 倍，每组纤维形态较好，结构蓬松（见图1（a）、图1（b））；
纤维分布直径为2 ～15μm 的孔径较小的口罩熔喷布，在电镜下观察纤维形态不佳、交叉且扭结严重，混杂粗纤维较多，PFE 过滤效率不如直径为1 ～6μm 的孔径较小的口罩熔喷布（见图1（c）、图1（d））。维的空隙，而被纤维直接捕获。
图1 非油性颗粒的熔喷层电镜扫描典型图
（5）静电效应：纤维经过驻极处理，带有静电，微粒在运动中被吸附在纤维表面，粒径越小、质量越轻，更易被吸附[5]。
熔喷滤材的微观结构下，纤维直径分布越小，孔径分布越均匀；
平均孔径越小，过滤效率就越高。即熔喷层的微观结构中，纤维呈细长形式，分布均匀且密集，孔径小的熔喷滤材，过滤效率高。故企业在日常挑选滤材时可以用
当过滤效率符合标准要求时，纤维直径分布较小，呈细长状，纤维间孔径分布均匀，平均口径小；
当过滤效率不符合标准要求时，纤维直径分布较大，混杂粗纤维，分布交织杂乱，导致平均孔径大。
口罩的过滤机理主要有以下几种。
（1）重力沉降效应：由微粒自身的重力偏离气流方向，引起直接沉降，而被滤材捕获，质量越大，机会越大。
（2）惯性撞击效应：跟随气流的不同质量的微粒，由于不同质量导致的不同惯性，导致其偏离了气流方向，与纤维碰撞而被捕获，对质量越大、速度越大的微粒作用力更大。
（3）布朗运动：指微粒受到空气分子的撞击，不断做无规则的运动，而随机碰撞纤维而被吸附在纤维表面上。
（4）直接捕获：由于大微粒的尺寸原因，无法穿透纤电镜法快速甄别合格的原材料，减少劣质产品的产生。
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