Новые измерения показывают, что во влажных условиях эффективность фильтрации – мера того, насколько хорошо материал улавливает частицы – увеличивается в среднем на 33% в хлопчатобумажных тканях. Синтетические ткани хуже работают по сравнению с хлопком, и их характеристики не улучшаются с влажностью.
Материал медицинских процедурных масок также не улучшается с влажностью, хотя его характеристики примерно такие же, как и у хлопка.
Это исследование, проведенное учеными из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Смитсоновского института охраны природы, было опубликовано в журнале ACS Applied Nano Materials.
Более раннее исследование той же исследовательской группы показало, что двухслойные маски из плотно сплетенных хлопчатобумажных тканей с приподнятым ворсом, такие как фланели, особенно эффективны для фильтрации дыхания.
Это исследование проводилось в относительно сухих условиях лаборатории, и его главный результат все еще остается в силе.
«Хлопковые ткани по-прежнему являются отличным выбором», – сказал исследователь NIST Кристофер Зангмайстер. «Но это новое исследование показывает, что хлопчатобумажные ткани на самом деле лучше подходят для использования в масках, чем мы думали."
Исследователи также проверили, мешает ли влажность тканям дышать, и не обнаружили изменений в воздухопроницаемости.
Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) рекомендуют людям носить маски, чтобы замедлить распространение COVID-19.
При правильном ношении эти маски отфильтровывают некоторые наполненные вирусом капли, которые выдыхает инфицированный человек, а также обеспечивают некоторую защиту владельцу, фильтруя входящий воздух.
Это исследование является одним из нескольких, проведенных NIST и другими организациями, которые способствовали разработке первых стандартов для тканевых масок, предназначенных для замедления распространения COVID-19.
Эти стандарты были недавно выпущены организацией по разработке стандартов ASTM International.
Эффективность фильтрации хлопчатобумажных тканей повышается во влажных условиях, потому что хлопок гидрофильный, что означает, что он любит воду. Поглощая небольшое количество воды из дыхания человека, хлопковые волокна создают влажную среду внутри ткани.
По мере того, как микроскопические частицы проходят сквозь них, они поглощают часть этой влаги и становятся больше, что увеличивает вероятность их попадания в ловушку.
С другой стороны, большинство синтетических тканей гидрофобны, что означает, что они не любят воду.
Эти ткани не впитывают влагу, а их эффективность фильтрации не меняется во влажных условиях.
Для этого исследования команда проверила образцы тканей, а не настоящие маски.
Сначала они приготовили образцы двухслойной ткани, поместив их в небольшую коробку, где воздух поддерживался с влажностью 99% – примерно так же, как выдыхаемый воздух человеком. Для сравнения приготовили второй набор образцов при влажности 55%.
После того, как ткани достигли равновесия с увлажненным воздухом, исследователи поместили их перед трубкой, которая выпускала воздух примерно с той же скоростью, что и выдыхаемый воздух. В этом воздухе находились частицы соли различных размеров, типичных для капель, которые человек выдыхает при дыхании, разговоре и кашле.
Этот метод солевых частиц рекомендован Национальным институтом безопасности и гигиены труда CDC (NIOSH) для измерения эффективности фильтрации материалов для изготовления масок.
Исследователи рассчитали эффективность фильтрации, измерив количество частиц в воздухе до и после того, как он прошел через ткань. Они измерили воздухопроницаемость, измерив давление воздуха с обеих сторон ткани, когда воздух проходил через нее.
Исследователи протестировали девять различных типов хлопковой фланели, эффективность фильтрации которых во влажных условиях увеличилась с 12% до 45%, в среднем на 33%.
Они протестировали шесть типов синтетической ткани, включая нейлон, полиэстер и вискозу. Все результаты хуже по сравнению с хлопковой фланелью, независимо от влажности. Маски для медицинских процедур и респираторные маски N95 обеспечивали одинаковую эффективность фильтрации как в условиях высокой, так и в условиях низкой влажности.
Несмотря на то, что изменение характеристик хлопковых фланелей велико, на самом деле они не очень много впитывают воду.
Во влажных условиях двухслойная фланелевая маска из хлопка поглощает около 150 миллиграммов воды из дыхания человека, что эквивалентно одной или двум каплям. Если тканевые маски действительно промокнут по другим причинам, через них может стать трудно дышать, и CDC рекомендует людям не носить их для занятий, таких как плавание.
Если маски намокли из-за погодных условий, их следует сменить.
Хотя это исследование предоставляет полезную информацию для людей, которые носят маски для лица, оно также содержит уроки для ученых, которые работают над улучшением масок и измеряют их эффективность.
«Чтобы понять, как эти материалы работают в реальном мире, – сказал Зангмайстер, – нам необходимо изучить их в реальных условиях."