Centre d'excellence pour les équipements et matériaux de protection (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Canada
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Les agences de santé publique recommandent aux communautés d'utiliser des masques pour réduire la propagation des maladies aéroportées telles que la COVID-19.Lorsque le masque agit comme un filtre à haute efficacité, la propagation du virus sera réduite, il est donc important d'évaluer l'efficacité de filtration des particules (PFE) du masque.Cependant, les coûts élevés et les longs délais associés à l'achat d'un système PFE clé en main ou à l'embauche d'un laboratoire accrédité entravent les tests des matériaux filtrants.Il existe clairement un besoin pour un système de test PFE « sur mesure » ;cependant, les diverses normes qui prescrivent les tests PFE des masques (médicaux) (par exemple, ASTM International, NIOSH) varient considérablement dans la clarté de leurs protocoles et directives.Ici, le développement d'un système PFE "interne" et d'une méthode pour tester les masques dans le contexte des normes actuelles de masques médicaux est décrit.Selon les normes internationales ASTM, le système utilise des aérosols de sphères de latex (taille nominale de 0,1 µm) et utilise un analyseur de particules laser pour mesurer la concentration de particules en amont et en aval du matériau du masque.Effectuez des mesures PFE sur divers tissus courants et masques médicaux.La méthode décrite dans ce travail répond aux normes actuelles de test PFE, tout en offrant une flexibilité pour s'adapter à l'évolution des besoins et des conditions de filtrage.
Les agences de santé publique recommandent à la population générale de porter des masques pour limiter la propagation du COVID-19 et d'autres maladies transmises par les gouttelettes et les aérosols.[1] L'obligation de porter des masques est efficace pour réduire la transmission, et [2] indique que les masques communautaires non testés fournissent un filtrage utile.En fait, des études de modélisation ont montré que la réduction de la transmission du COVID-19 est presque proportionnelle au produit combiné de l'efficacité du masque et du taux d'adoption, et ces mesures et d'autres mesures basées sur la population ont un effet synergique sur la réduction des hospitalisations et des décès.[3]
Le nombre de masques médicaux et de respirateurs certifiés requis par les soins de santé et les autres travailleurs de première ligne a considérablement augmenté, ce qui pose des défis aux chaînes de fabrication et d'approvisionnement existantes et oblige les nouveaux fabricants à tester et certifier rapidement de nouveaux matériaux.Des organisations telles que ASTM International et l'Institut national de la sécurité et de la santé au travail (NIOSH) ont développé des méthodes normalisées pour tester les masques médicaux ;cependant, les détails de ces méthodes varient considérablement et chaque organisation a établi ses propres normes de performance.
L'efficacité de filtration des particules (PFE) est la caractéristique la plus importante d'un masque car elle est liée à sa capacité à filtrer les petites particules telles que les aérosols.Les masques médicaux doivent répondre à des cibles PFE spécifiques [4-6] afin d'être certifiés par des organismes de réglementation tels que ASTM International ou NIOSH.Les masques chirurgicaux sont certifiés par l'ASTM et les respirateurs N95 sont certifiés par le NIOSH, mais les deux masques doivent respecter des valeurs limites PFE spécifiques.Par exemple, les masques N95 doivent atteindre 95 % de filtration pour les aérosols composés de particules de sel d'un diamètre moyen de 0,075 µm, tandis que les masques chirurgicaux ASTM 2100 L3 doivent atteindre 98 % de filtration pour les aérosols composés de billes de latex d'un diamètre moyen de 0,1 µm Filtre .
Les deux premières options sont coûteuses (> 1 000 $ par échantillon de test, estimé à > 150 000 $ pour l'équipement spécifié), et pendant la pandémie de COVID-19, il y a des retards dus aux longs délais de livraison et aux problèmes d'approvisionnement.Le coût élevé des tests PFE et les droits d'accès limités, combinés à un manque de directives cohérentes sur les évaluations de performances standardisées, ont conduit les chercheurs à utiliser une variété de systèmes de test personnalisés, qui sont souvent basés sur une ou plusieurs normes pour les masques médicaux certifiés.
L'équipement d'essai de matériau de masque spécial trouvé dans la littérature existante est généralement similaire aux normes NIOSH ou ASTM F2100/F2299 mentionnées ci-dessus.Cependant, les chercheurs ont la possibilité de choisir ou de modifier les paramètres de conception ou de fonctionnement selon leurs préférences.Par exemple, des changements dans la vitesse de surface de l'échantillon, le débit d'air/aérosol, la taille de l'échantillon (surface) et la composition des particules d'aérosol ont été utilisés.De nombreuses études récentes ont utilisé un équipement personnalisé pour évaluer les matériaux des masques.Ces équipements utilisent des aérosols de chlorure de sodium et sont proches des normes NIOSH.Par exemple, Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) et Joo et al.[9, 14-16] Konda et al.(2020) et Hao et al.(2020) Un appareil similaire a été construit, mais le neutraliseur de charge n'était pas inclus.[8, 17] Dans ces études, la vitesse de l'air dans l'échantillon variait entre 1 et 90 L min-1 (parfois pour détecter des effets débit/vitesse) ;cependant, la vitesse de surface était comprise entre 5,3 et 25 cm s-1 entre les deux.La taille de l'échantillon semble varier entre ≈3,4 et 59 cm2.
Au contraire, il existe peu d'études sur l'évaluation des matériaux des masques au travers d'équipements utilisant des aérosols de latex, ce qui est proche de la norme ASTM F2100/F2299.Par exemple, Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) et Lu et al.(2020) Construit un appareil pour produire un aérosol de latex de polystyrène, qui a été dilué et envoyé à des échantillons de matériaux, où divers analyseurs de particules ou analyseurs de taille de particules à mobilité de balayage ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules.[18-20] Et Lu et al.Un neutraliseur de charge a été utilisé en aval de leur générateur d'aérosols, contrairement aux auteurs des deux autres études.Le débit d'air dans l'échantillon a également légèrement changé, mais dans les limites de la norme F2299, passant de ≈7,3 à 19 L min-1.La vitesse de surface de l'air étudiée par Bagheri et al.est de 2 et 10 cm s–1 (dans la plage standard), respectivement.Et Lu et al., et Shakya et al.[18-20] De plus, l'auteur et Shakya et al.sphères de latex testées de différentes tailles (c'est-à-dire, globalement, 20 nm à 2500 nm).Et Lu et al.Au moins dans certains de leurs tests, ils utilisent la taille de particule spécifiée de 100 nm (0,1 µm).
Dans ce travail, nous décrivons les défis auxquels nous sommes confrontés dans la création d'un dispositif PFE qui se conforme autant que possible aux normes ASTM F2100/F2299 existantes.Parmi les principales normes populaires (c.-à-d. NIOSH et ASTM F2100/F2299), la norme ASTM offre une plus grande flexibilité dans les paramètres (tels que le débit d'air) pour étudier les performances de filtrage qui peuvent affecter le PFE dans les masques non médicaux.Cependant, comme nous l'avons démontré, cette flexibilité apporte un niveau de complexité supplémentaire dans la conception de tels équipements.
Les produits chimiques ont été achetés chez Sigma-Aldrich et utilisés tels quels.Le monomère de styrène (≥ 99 %) est purifié à travers une colonne de verre contenant un dissolvant d'inhibiteur d'alumine, qui est conçu pour éliminer le tert-butylcatéchol.L'eau déminéralisée (≈0,037 µS cm–1) provient du système de purification d'eau Sartorius Arium.
Le tissage uni 100 % coton (Muslin CT) d'un poids nominal de 147 gm-2 provient de Veratex Lining Ltd., QC, et le mélange bambou/spandex provient de D. Zinman Textiles, QC.D'autres matériaux de masques candidats proviennent de détaillants de tissus locaux (Fabricland).Ces matériaux comprennent deux tissus tissés 100 % coton différents (avec des imprimés différents), un tissu tricoté en coton/élasthanne, deux tissus tricotés en coton/polyester (un « universel » et un « tissu pull ») et un non-tissé coton/polypropylène mélangé. matériau de ouate de coton.Le tableau 1 montre un résumé des propriétés de tissu connues.Afin de comparer le nouvel équipement, des masques médicaux certifiés ont été obtenus auprès des hôpitaux locaux, y compris des masques médicaux certifiés ASTM 2100 Niveau 2 (L2) et Niveau 3 (L3 ; Halyard) et des respirateurs N95 (3M).
Un échantillon circulaire d'environ 85 mm de diamètre a été découpé dans chaque matériau à tester ;aucune autre modification n'a été apportée au matériau (par exemple, lavage).Fixez la boucle de tissu dans le porte-échantillon de l'appareil PFE pour le test.Le diamètre réel de l'échantillon en contact avec le flux d'air est de 73 mm, et les matériaux restants sont utilisés pour fixer fermement l'échantillon.Pour le masque assemblé, la face qui touche le visage est éloignée de l'aérosol du matériel fourni.
Synthèse de sphères de latex de polystyrène anionique monodisperses par polymérisation en émulsion.Selon la procédure décrite dans l'étude précédente, la réaction a été réalisée en mode semi-discontinu de privation de monomère.[21, 22] Ajouter de l'eau déionisée (160 ml) à un ballon à fond rond à trois cols de 250 ml et le placer dans un bain d'huile sous agitation.Le ballon a ensuite été purgé avec de l'azote et un monomère de styrène sans inhibiteur (2,1 ml) a été ajouté au ballon purgé et agité.Après 10 minutes à 70 °C, ajouter du laurylsulfate de sodium (0,235 g) dissous dans de l'eau déminéralisée (8 ml).Après 5 minutes supplémentaires, du persulfate de potassium (0,5 g) dissous dans de l'eau désionisée (2 ml) a été ajouté.Au cours des 5 prochaines heures, utilisez une pompe à seringue pour injecter lentement du styrène supplémentaire sans inhibiteur (20 mL) dans le flacon à un débit de 66 µL min-1.Une fois l'infusion de styrène terminée, la réaction s'est poursuivie pendant encore 17 heures.Ensuite, le ballon a été ouvert et refroidi pour terminer la polymérisation.L'émulsion de latex de polystyrène synthétisée a été dialysée contre de l'eau déionisée dans un tube de dialyse SnakeSkin (seuil de poids moléculaire de 3500 Da) pendant cinq jours, et l'eau désionisée a été remplacée tous les jours.Retirer l'émulsion du tube de dialyse et la conserver au réfrigérateur à 4°C jusqu'à utilisation.
La diffusion dynamique de la lumière (DLS) a été réalisée avec l'analyseur Brookhaven 90Plus, la longueur d'onde du laser était de 659 nm et l'angle du détecteur était de 90°.Utilisez le logiciel de solution de particules intégré (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) pour analyser les données.La suspension de latex est diluée avec de l'eau désionisée jusqu'à ce que le nombre de particules soit d'environ 500 000 coups par seconde (kcps).La taille des particules a été déterminée comme étant de 125 ± 3 nm et la polydispersité rapportée était de 0,289 ± 0,006.
Un analyseur de potentiel zêta ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.) a été utilisé pour obtenir la valeur mesurée du potentiel zêta dans le mode de diffusion de la lumière par analyse de phase.L'échantillon a été préparé en ajoutant une aliquote de latex à une solution de NaCl 5 × 10-3m et en diluant à nouveau la suspension de latex pour obtenir un nombre de particules d'environ 500 kcps.Cinq mesures répétées (chacune consistant en 30 passages) ont été effectuées, résultant en une valeur de potentiel zêta de -55,1 ± 2,8 mV, où l'erreur représente l'écart type de la valeur moyenne des cinq répétitions.Ces mesures indiquent que les particules sont chargées négativement et forment une suspension stable.Les données DLS et de potentiel zêta se trouvent dans les tableaux d'informations complémentaires S2 et S3.
Nous avons construit l'équipement conformément aux normes internationales ASTM, comme décrit ci-dessous et illustré à la figure 1. Le générateur d'aérosols du module d'atomisation Blaustein à jet unique (BLAM; CHTech) est utilisé pour produire des aérosols contenant des billes de latex.Le flux d'air filtré (obtenu via les filtres GE Healthcare Whatman HEPA-CAP 0,3 µm et POLYCAP TF 0,2 µm en série) entre dans le générateur d'aérosol à une pression de 20 psi (6,9 kPa) et atomise une partie des 5 mg L-1 suspension Le liquide est injecté dans la bille de latex de l'équipement au moyen d'un pousse-seringue (KD Scientific Model 100).Les particules humides aérosolisées sont séchées en faisant passer le flux d'air sortant du générateur d'aérosol à travers un échangeur de chaleur tubulaire.L'échangeur de chaleur se compose d'un tube en acier inoxydable de 5/8" enroulé avec un serpentin chauffant de 8 pieds de long.La puissance est de 216 W (BriskHeat).Selon son cadran réglable, la puissance de chauffage est réglée à 40 % de la valeur maximale de l'appareil (≈86 W) ;cela produit une température moyenne de la paroi extérieure de 112 °C (écart type ≈1 °C), qui est déterminée par une mesure de thermocouple monté en surface (Taylor USA).La figure S4 dans les informations complémentaires résume les performances du réchauffeur.
Les particules atomisées séchées sont ensuite mélangées à un plus grand volume d'air filtré pour obtenir un débit d'air total de 28,3 L min-1 (c'est-à-dire 1 pied cube par minute).Cette valeur a été choisie parce qu'il s'agit du débit précis de l'instrument analyseur de particules laser qui échantillonne en aval du système.Le flux d'air transportant les particules de latex est envoyé dans l'une des deux chambres verticales identiques (c'est-à-dire des tubes en acier inoxydable à paroi lisse) : une chambre « contrôle » sans matériau de masque, ou une chambre « échantillon » de coupe circulaire à utiliser amovible Le porte-échantillon est inséré à l'extérieur du tissu.Le diamètre intérieur des deux chambres est de 73 mm, ce qui correspond au diamètre intérieur du porte-échantillon.Le porte-échantillon utilise des anneaux rainurés et des boulons encastrés pour sceller hermétiquement le matériau du masque, puis insérez le support amovible dans l'espace de la chambre d'échantillon et scellez-le fermement dans l'appareil avec des joints et des pinces en caoutchouc (Figure S2, informations de support).
Le diamètre de l'échantillon de tissu en contact avec le flux d'air est de 73 mm (surface = 41,9 cm2) ;il est scellé dans la chambre d'échantillon pendant le test.Le flux d'air sortant de la chambre « témoin » ou « échantillon » est transféré vers un analyseur de particules laser (système de mesure de particules LASAIR III 110) pour mesurer le nombre et la concentration de particules de latex.L'analyseur de particules spécifie les limites inférieure et supérieure de concentration en particules, respectivement 2 × 10-4 et ≈34 particules par pied cube (7 et ≈950 000 particules par pied cube).Pour la mesure de la concentration de particules de latex, la concentration de particules est rapportée dans une "boîte" avec une limite inférieure et une limite supérieure de 0,10 à 0,15 µm, correspondant à la taille approximative des particules de latex singulet dans l'aérosol.Cependant, d'autres tailles de bacs peuvent être utilisées et plusieurs bacs peuvent être évalués en même temps, avec une taille de particules maximale de 5 µm.
L'équipement comprend également d'autres équipements, tels que l'équipement pour rincer la chambre et l'analyseur de particules avec de l'air filtré propre, ainsi que les vannes et instruments nécessaires (Figure 1).Les schémas complets de tuyauterie et d'instrumentation sont illustrés à la figure S1 et au tableau S1 des informations complémentaires.
Au cours de l'expérience, la suspension de latex a été injectée dans le générateur d'aérosol à un débit de ≈60 à 100 µL min-1 pour maintenir un débit de particules stable, environ 14-25 particules par centimètre cube (400 000 par centimètre cube) 700 000 particules).Pieds) dans un bac d'une taille de 0,10 à 0,15 µm.Cette plage de débit est nécessaire en raison des changements observés dans la concentration de particules de latex en aval du générateur d'aérosol, qui peuvent être attribués à des changements dans la quantité de suspension de latex capturée par le piège à liquide du générateur d'aérosol.
Afin de mesurer le PFE d'un échantillon de tissu donné, l'aérosol de particules de latex est d'abord transféré à travers la salle de contrôle puis dirigé vers l'analyseur de particules.Mesurer en continu la concentration de trois particules en succession rapide, chacune durant une minute.L'analyseur de particules rapporte la concentration moyenne temporelle des particules pendant l'analyse, c'est-à-dire la concentration moyenne des particules en une minute (28,3 L) de l'échantillon.Après avoir pris ces mesures de base pour établir un nombre de particules et un débit de gaz stables, l'aérosol est transféré dans la chambre d'échantillon.Une fois que le système atteint l'équilibre (généralement 60 à 90 secondes), trois autres mesures consécutives d'une minute sont prises en succession rapide.Ces mesures d'échantillon représentent la concentration de particules traversant l'échantillon de tissu.Par la suite, en divisant le flux d'aérosols vers la salle de contrôle, trois autres mesures de concentration de particules ont été prises depuis la salle de contrôle pour vérifier que la concentration de particules en amont n'a pas changé de manière substantielle pendant tout le processus d'évaluation de l'échantillon.Étant donné que la conception des deux chambres est la même, sauf que la chambre d'échantillon peut accueillir le porte-échantillon, les conditions d'écoulement dans la chambre peuvent être considérées comme identiques, de sorte que la concentration de particules dans le gaz quittant la chambre de contrôle et la chambre d'échantillon peut être comparé.
Afin de maintenir la durée de vie de l'analyseur de particules et d'éliminer les particules d'aérosol dans le système entre chaque test, utilisez un jet d'air filtré HEPA pour nettoyer l'analyseur de particules après chaque mesure et nettoyez la chambre d'échantillon avant de changer les échantillons.Veuillez vous reporter à la figure S1 dans les informations d'assistance pour un schéma du système de rinçage à l'air sur le dispositif PFE.
Ce calcul représente une seule mesure de PFE « répétée » pour un seul échantillon de matériau et équivaut au calcul de PFE dans la norme ASTM F2299 (équation (2)).
Les matériaux décrits au §2.1 ont été testés avec des aérosols de latex à l'aide de l'équipement PFE décrit au §2.3 pour déterminer leur adéquation en tant que matériaux de masque.La figure 2 montre les lectures obtenues à partir de l'analyseur de concentration de particules, et les valeurs PFE des tissus de chandail et des matériaux de molleton sont mesurées en même temps.Trois analyses d'échantillons ont été effectuées pour un total de deux matériaux et six répétitions.De toute évidence, la première lecture d'un ensemble de trois lectures (ombrée d'une couleur plus claire) est généralement différente des deux autres lectures.Par exemple, la première lecture diffère de la moyenne des deux autres lectures dans les triplets 12-15 de la figure 2 de plus de 5 %.Cette observation est liée à l'équilibre de l'air contenant des aérosols circulant dans l'analyseur de particules.Comme indiqué dans Matériels et méthodes, les lectures d'équilibre (deuxième et troisième lectures de contrôle et d'échantillon) ont été utilisées pour calculer le PFE dans les tons bleu foncé et rouge de la figure 2, respectivement.Dans l'ensemble, la valeur moyenne du PFE des trois répétitions est de 78 % ± 2 % pour le tissu de chandail et de 74 % ± 2 % pour le coton ouaté.
Pour comparer les performances du système, des masques médicaux certifiés ASTM 2100 (L2, L3) et des respirateurs NIOSH (N95) ont également été évalués.La norme ASTM F2100 fixe l'efficacité de filtration des particules submicroniques des particules de 0,1 µm des masques de niveau 2 et de niveau 3 à ≥ 95 % et ≥ 98 %, respectivement.[5] De même, les respirateurs N95 certifiés NIOSH doivent afficher une efficacité de filtration ≥ 95 % pour les nanoparticules de NaCl atomisées d'un diamètre moyen de 0,075 µm.[24] Rengasamy et al.Selon des rapports, des masques N95 similaires affichent une valeur PFE de 99,84 % à 99,98 %, [25] Zangmeister et al.Selon les rapports, leur N95 produit une efficacité de filtration minimale supérieure à 99,9 %, [14] tandis que Joo et al.Selon les rapports, les masques 3M N95 produisaient 99% de PFE (particules de 300 nm), [16] et Hao et al.Le PFE N95 rapporté (particules de 300 nm) est de 94,4 %.[17] Pour les deux masques N95 contestés par Shakya et al.avec des billes de latex de 0,1 µm, le PFE a chuté d'environ 80 % à 100 %.[19] Lorsque Lu et al.En utilisant des boules de latex de même taille pour évaluer les masques N95, le PFE moyen serait de 93,8 %.[20] Les résultats obtenus à l'aide du matériel décrit dans ce travail montrent que le PFE du masque N95 est de 99,2 ± 0,1 %, ce qui est en bon accord avec la plupart des études antérieures.
Les masques chirurgicaux ont également été testés dans plusieurs études.Les masques chirurgicaux de Hao et al.ont montré un PFE (particules de 300 nm) de 73,4 %, [17] alors que les trois masques chirurgicaux testés par Drewnick et al.Le PFE produit varie d'environ 60 % à presque 100 %.[15] (Ce dernier masque peut être un modèle certifié.) Cependant, Zangmeister et al.Selon les rapports, l'efficacité de filtration minimale des deux masques chirurgicaux testés n'est que légèrement supérieure à 30 %, [14] bien inférieure aux masques chirurgicaux testés dans cette étude.De même, le « masque chirurgical bleu » testé par Joo et al.Prouver que le PFE (particules de 300 nm) n'est que de 22 %.[16] Shakya et al.ont rapporté que le PFE des masques chirurgicaux (utilisant des particules de latex de 0,1 µm) avait diminué d'environ 60 à 80 %.[19] En utilisant des boules de latex de même taille, le masque chirurgical de Lu et al. a produit un résultat PFE moyen de 80,2 %.[20] En comparaison, le PFE de notre masque L2 est de 94,2 ± 0,6 % et le PFE du masque L3 est de 94,9 ± 0,3 %.Bien que ces PFE surpassent de nombreux PFE dans la littérature, force est de constater qu'il n'y a quasiment pas de niveau de certification mentionné dans les recherches précédentes, et nos masques chirurgicaux ont obtenu la certification niveau 2 et niveau 3.
De la même manière que les matériaux de masque candidats de la figure 2 ont été analysés, trois tests ont été effectués sur les six autres matériaux pour déterminer leur adéquation dans le masque et démontrer le fonctionnement du dispositif PFE.La figure 3 trace les valeurs PFE de tous les matériaux testés et les compare aux valeurs PFE obtenues en évaluant les matériaux de masque certifiés L3 et N95.À partir des 11 masques/matériaux de masques candidats sélectionnés pour ce travail, une large gamme de performances PFE peut être clairement observée, allant de ≈10 % à près de 100 %, conformément à d'autres études [8, 9, 15] et aux descripteurs de l'industrie Il n'y a pas de relation claire entre PFE et PFE.Par exemple, des matières de composition similaire (deux échantillons 100 % coton et une mousseline de coton) présentent des valeurs de PFE très différentes (respectivement 14 %, 54 % et 13 %).Mais il est essentiel que les performances faibles (par exemple, 100 % coton A ; PFE ≈ 14 %), les performances moyennes (par exemple, mélange 70 %/30 % coton/polyester ; PFE ≈ 49 %) et les performances élevées (par exemple, Pull Tissu ; PFE ≈ 78 %) Le tissu peut être clairement identifié à l'aide de l'équipement PFE décrit dans cet ouvrage.En particulier, les tissus de chandail et les matériaux de ouate de coton se sont très bien comportés, avec des PFE allant de 70 % à 80 %.Ces matériaux hautes performances peuvent être identifiés et analysés plus en détail pour comprendre les caractéristiques qui contribuent à leurs performances de filtration élevées.Cependant, nous voulons rappeler que parce que les résultats PFE des matériaux avec des descriptions industrielles similaires (c'est-à-dire les matériaux en coton) sont très différents, ces données n'indiquent pas quels matériaux sont largement utiles pour les masques en tissu, et nous n'avons pas l'intention d'en déduire les propriétés- catégories de matériaux.La relation de performance.Nous fournissons des exemples spécifiques pour démontrer l'étalonnage, montrer que la mesure couvre toute la gamme d'efficacité de filtration possible et donner la taille de l'erreur de mesure.
Nous avons obtenu ces résultats PFE pour prouver que notre équipement a une large gamme de capacités de mesure, une faible erreur et par rapport aux données obtenues dans la littérature.Par exemple, Zangmeister et al.Les résultats PFE de plusieurs tissus de coton tissés (par exemple "Cotton 1-11") (89 à 812 fils par pouce) sont rapportés.Dans 9 des 11 matériaux, « l'efficacité minimale de filtration » varie de 0 % à 25 % ;le PFE des deux autres matériaux est d'environ 32 %.[14] De même, Konda et al.Les données PFE de deux tissus de coton (80 et 600 TPI ; 153 et 152 gm-2) sont rapportées.Le DFP varie de 7 % à 36 % et de 65 % à 85 %, respectivement.Dans l'étude de Drewnick et al., dans les tissus en coton monocouche (c.-à-d. coton, tricot de coton, moleton ; 139–265 TPI ; 80–140 gm–2), la gamme de matière PFE est d'environ 10 % à 30 %.Dans l'étude de Joo et al., leur matière 100% coton a un PFE de 8% (particules de 300 nm).Bagheri et al.utilisé des particules de latex de polystyrène de 0,3 à 0,5 µm.Le PFE de six matériaux en coton (120-200 TPI ; 136-237 gm-2) a été mesuré, allant de 0 % à 20 %.[18] Par conséquent, la plupart de ces matériaux sont en bon accord avec les résultats PFE de nos trois tissus en coton (c'est-à-dire Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A et B), et leur efficacité de filtration moyenne est de 13 %, 14 % et respectivement.54 %.Ces résultats indiquent qu'il existe de grandes différences entre les matériaux en coton et que les propriétés des matériaux qui conduisent à un PFE élevé (c'est-à-dire le coton 600 TPI de Konda et al. ; notre coton B) sont mal comprises.
En faisant ces comparaisons, nous admettons qu'il est difficile de trouver des matériaux testés dans la littérature qui ont les mêmes caractéristiques (ie, composition des matériaux, tissage et tricotage, TPI, poids, etc.) avec les matériaux testés dans cette étude, et donc pas directement comparable.De plus, les différences d'instruments utilisés par les auteurs et le manque de standardisation rendent difficiles les bonnes comparaisons.Néanmoins, il est clair que la relation performance/performance des tissus ordinaires n'est pas bien comprise.Les matériaux seront ensuite testés avec des équipements standardisés, flexibles et fiables (tels que les équipements décrits dans ce travail) pour déterminer ces relations.
Bien qu'il existe une erreur statistique totale (0-5%) entre un seul réplicat (0-4%) et les échantillons analysés en triple, l'équipement proposé dans ce travail s'est avéré être un outil efficace pour tester le PFE de divers matériaux.Des tissus ordinaires aux masques médicaux certifiables.Il est à noter que parmi les 11 matériaux testés pour la figure 3, l'erreur de propagation σprop dépasse l'écart type entre les mesures PFE d'un même échantillon, c'est-à-dire le σsd de 9 matériaux sur 11 ;ces deux exceptions se produisent en valeur PFE très élevée (c'est-à-dire masque L2 et L3).Bien que les résultats présentés par Rengasamy et al.Montrant que la différence entre les échantillons répétés est faible (c'est-à-dire cinq répétitions <0,29%), [25] ils ont étudié des matériaux aux propriétés filtrantes connues élevées conçues spécifiquement pour la fabrication de masques : le matériau lui-même peut être plus uniforme, et le test est également présent. zone de la gamme PFE peut être plus cohérente.Dans l'ensemble, les résultats obtenus à l'aide de nos équipements sont cohérents avec les données PFE et les normes de certification obtenues par d'autres chercheurs.
Bien que le PFE soit un indicateur important pour mesurer les performances d'un masque, à ce stade, nous devons rappeler aux lecteurs qu'une analyse complète des futurs matériaux de masque doit prendre en compte d'autres facteurs, à savoir la perméabilité du matériau (c'est-à-dire par la chute de pression ou le test de pression différentielle ).Il existe des réglementations dans ASTM F2100 et F3502.Une respirabilité acceptable est essentielle pour le confort de l'utilisateur et pour éviter les fuites du bord du masque pendant la respiration.Étant donné que le PFE et la perméabilité à l'air de nombreux matériaux courants sont généralement inversement proportionnels, la mesure de la chute de pression doit être effectuée avec la mesure du PFE pour évaluer plus complètement les performances du matériau du masque.
Nous recommandons que les lignes directrices pour la construction d'équipements PFE conformément à la norme ASTM F2299 soient essentielles pour l'amélioration continue des normes, la génération de données de recherche pouvant être comparées entre les laboratoires de recherche et l'amélioration de la filtration des aérosols.Ne vous fiez qu'à la norme NIOSH (ou F3502), qui spécifie un seul appareil (TSI 8130A) et empêche les chercheurs d'acheter des appareils clés en main (par exemple, les systèmes TSI).Le recours à des systèmes standardisés tels que TSI 8130A est important pour la certification standard actuelle, mais il limite le développement de masques, de respirateurs et d'autres technologies de filtration des aérosols qui vont à l'encontre des progrès de la recherche.Il convient de noter que la norme NIOSH a été développée comme méthode pour tester les respirateurs dans les conditions difficiles attendues lorsque cet équipement est nécessaire, mais en revanche, les masques chirurgicaux sont testés selon les méthodes ASTM F2100/F2299 .La forme et le style des masques communautaires ressemblent davantage à des masques chirurgicaux, ce qui ne signifie pas qu'ils ont d'excellentes performances d'efficacité de filtration comme le N95.Si les masques chirurgicaux sont toujours évalués conformément à la norme ASTM F2100/F2299, les tissus ordinaires doivent être analysés en utilisant une méthode plus proche de la norme ASTM F2100/F2299.De plus, ASTM F2299 permet une flexibilité supplémentaire dans différents paramètres (tels que le débit d'air et la vitesse de surface dans les études d'efficacité de filtration), ce qui peut en faire une norme supérieure approximative dans un environnement de recherche.
Heure de publication : 30 août 2021