Centro de Excelencia para Equipos y Materiales de Protección (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Canadá
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Las agencias de salud pública recomiendan que las comunidades usen máscaras para reducir la propagación de enfermedades transmitidas por el aire como el COVID-19.Cuando la máscara actúa como un filtro de alta eficiencia, la propagación del virus se reducirá, por lo que es importante evaluar la eficiencia de filtración de partículas (PFE) de la máscara.Sin embargo, los altos costos y los largos plazos de entrega asociados con la compra de un sistema PFE llave en mano o la contratación de un laboratorio acreditado dificultan la prueba de materiales de filtro.Claramente existe la necesidad de un sistema de prueba PFE "personalizado";sin embargo, los diversos estándares que prescriben pruebas de PFE de máscaras (médicas) (por ejemplo, ASTM International, NIOSH) varían mucho en la claridad de sus protocolos y pautas.Aquí, se describe el desarrollo de un sistema PFE "interno" y un método para probar máscaras en el contexto de los estándares médicos actuales de máscaras.De acuerdo con los estándares internacionales de ASTM, el sistema utiliza aerosoles de esferas de látex (tamaño nominal de 0,1 µm) y utiliza un analizador de partículas láser para medir la concentración de partículas aguas arriba y aguas abajo del material de la máscara.Realice mediciones de PFE en varias telas comunes y máscaras médicas.El método descrito en este trabajo cumple con los estándares actuales de las pruebas de PFE, al tiempo que brinda flexibilidad para adaptarse a las necesidades cambiantes y las condiciones de filtrado.
Las agencias de salud pública recomiendan que la población en general use máscaras para limitar la propagación de COVID-19 y otras enfermedades transmitidas por gotitas y aerosoles.[1] El requisito de usar máscaras es efectivo para reducir la transmisión, y [2] indica que las máscaras comunitarias no probadas brindan un filtrado útil.De hecho, los estudios de modelado han demostrado que la reducción en la transmisión de COVID-19 es casi proporcional al producto combinado de la efectividad de la mascarilla y la tasa de adopción, y estas y otras medidas basadas en la población tienen un efecto sinérgico en la reducción de hospitalizaciones y muertes.[3]
La cantidad de máscaras médicas y respiradores certificados requeridos por los trabajadores de atención médica y otros trabajadores de primera línea ha aumentado drásticamente, lo que plantea desafíos para las cadenas de fabricación y suministro existentes, y hace que los nuevos fabricantes prueben y certifiquen rápidamente nuevos materiales.Organizaciones como ASTM International y el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) han desarrollado métodos estandarizados para probar máscaras médicas;sin embargo, los detalles de estos métodos varían ampliamente y cada organización ha establecido sus propios estándares de desempeño.
La eficiencia de filtración de partículas (PFE) es la característica más importante de una máscara porque está relacionada con su capacidad para filtrar partículas pequeñas como los aerosoles.Las máscaras médicas deben cumplir con objetivos específicos de PFE[4-6] para poder ser certificadas por agencias reguladoras como ASTM International o NIOSH.Las máscaras quirúrgicas están certificadas por ASTM y los respiradores N95 están certificados por NIOSH, pero ambas máscaras deben pasar valores de corte de PFE específicos.Por ejemplo, las mascarillas N95 deben lograr una filtración del 95 % para aerosoles compuestos por partículas de sal con un diámetro promedio de recuento de 0,075 µm, mientras que las mascarillas quirúrgicas ASTM 2100 L3 deben lograr una filtración del 98 % para aerosoles compuestos por bolas de látex con un diámetro promedio de 0,1 µm Filtro .
Las dos primeras opciones son caras (>$1000 por muestra de prueba, estimado en >$150 000 por equipo específico) y durante la pandemia de COVID-19, hay demoras debido a los largos tiempos de entrega y problemas de suministro.El alto costo de las pruebas de PFE y los derechos de acceso limitados, combinados con la falta de orientación coherente sobre las evaluaciones de desempeño estandarizadas, han llevado a los investigadores a utilizar una variedad de sistemas de prueba personalizados, que a menudo se basan en uno o más estándares para máscaras médicas certificadas.
El equipo de prueba de material de máscara especial que se encuentra en la literatura existente suele ser similar a los estándares NIOSH o ASTM F2100/F2299 mencionados anteriormente.Sin embargo, los investigadores tienen la oportunidad de elegir o cambiar el diseño o los parámetros operativos según sus preferencias.Por ejemplo, se han utilizado cambios en la velocidad de la superficie de la muestra, el caudal de aire/aerosol, el tamaño de la muestra (área) y la composición de las partículas del aerosol.Muchos estudios recientes han utilizado equipos personalizados para evaluar los materiales de las mascarillas.Estos equipos utilizan aerosoles de cloruro de sodio y están cerca de los estándares de NIOSH.Por ejemplo, Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) y Joo et al.(2021) Todos los equipos construidos producirán aerosol de cloruro de sodio (varios tamaños), que se neutraliza mediante carga eléctrica, se diluye con aire filtrado y se envía a la muestra de material, donde se mide el tamaño de partículas ópticas, partículas condensadas de varias mediciones de concentración de partículas combinadas [9, 14-16] Konda et al.(2020) y Hao et al.(2020) Se construyó un dispositivo similar, pero no se incluyó el neutralizador de carga.[8, 17] En estos estudios, la velocidad del aire en la muestra varió entre 1 y 90 L min-1 (a veces para detectar efectos de flujo/velocidad);sin embargo, la velocidad superficial estuvo entre 5,3 y 25 cm s-1 entre.El tamaño de la muestra parece variar entre ≈3,4 y 59 cm2.
Por el contrario, existen pocos estudios sobre la evaluación de materiales de máscaras a través de equipos que utilizan aerosol de látex, que se acerca a la norma ASTM F2100/F2299.Por ejemplo, Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) y Lu et al.(2020) Construyó un dispositivo para producir aerosol de látex de poliestireno, que se diluyó y envió a muestras de materiales, donde se utilizaron varios analizadores de partículas o analizadores de tamaño de partículas de movilidad de barrido para medir la concentración de partículas.[18-20] Y Lu et al.Se usó un neutralizador de carga aguas abajo de su generador de aerosol, y los autores de los otros dos estudios no lo hicieron.La tasa de flujo de aire en la muestra también cambió ligeramente, pero dentro de los límites del estándar F2299, de ≈7,3 a 19 L min-1.La velocidad superficial del aire estudiada por Bagheri et al.es de 2 y 10 cm s–1 (dentro del rango estándar), respectivamente.Y Lu et al., y Shakya et al.[18-20] Además, el autor y Shakya et al.probó esferas de látex de varios tamaños (es decir, en general, de 20 nm a 2500 nm).y Lu et al.Al menos en algunas de sus pruebas, utilizan el tamaño de partícula especificado de 100 nm (0,1 µm).
En este trabajo, describimos los desafíos que enfrentamos al crear un dispositivo PFE que cumpla con los estándares existentes de ASTM F2100/F2299 tanto como sea posible.Entre los principales estándares populares (es decir, NIOSH y ASTM F2100/F2299), el estándar ASTM brinda una mayor flexibilidad en los parámetros (como la tasa de flujo de aire) para estudiar el rendimiento de filtrado que puede afectar el PFE en máscaras no médicas.Sin embargo, como demostramos, esta flexibilidad proporciona un nivel adicional de complejidad en el diseño de dichos equipos.
Los productos químicos se adquirieron de Sigma-Aldrich y se usaron tal cual.El monómero de estireno (≥99 %) se purifica a través de una columna de vidrio que contiene un eliminador de inhibidor de alúmina, que está diseñado para eliminar el terc-butilcatecol.El agua desionizada (≈0,037 µS cm–1) proviene del sistema de purificación de agua Sartorius Arium.
El tejido liso 100 % algodón (Muslin CT) con un peso nominal de 147 gm-2 proviene de Veratex Lining Ltd., QC, y la mezcla de bambú/spandex proviene de D. Zinman Textiles, QC.Otros materiales candidatos para mascarillas provienen de minoristas locales de telas (Fabricland).Estos materiales incluyen dos tejidos diferentes 100% algodón (con diferentes estampados), un tejido de punto de algodón/spandex, dos tejidos de punto de algodón/poliéster (uno “universal” y otro “tejido de suéter”) y una mezcla de algodón/polipropileno no tejido. material de guata de algodón.La Tabla 1 muestra un resumen de las propiedades conocidas del tejido.Para comparar el nuevo equipo, se obtuvieron máscaras médicas certificadas de hospitales locales, incluidas máscaras médicas certificadas ASTM 2100 Nivel 2 (L2) y Nivel 3 (L3; Halyard) y respiradores N95 (3M).
Se cortó una muestra circular de aproximadamente 85 mm de diámetro de cada material a ensayar;no se hicieron más modificaciones al material (por ejemplo, lavado).Sujete el lazo de tela en el portamuestras del dispositivo PFE para la prueba.El diámetro real de la muestra en contacto con el flujo de aire es de 73 mm, y los materiales restantes se utilizan para fijar firmemente la muestra.Para la máscara ensamblada, el lado que toca la cara está alejado del aerosol del material suministrado.
Síntesis de esferas de látex de poliestireno aniónico monodisperso por polimerización en emulsión.De acuerdo con el procedimiento descrito en el estudio anterior, la reacción se llevó a cabo en un modo semicontinuo de privación de monómero.[21, 22] Agregue agua desionizada (160 ml) a un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml y colóquelo en un baño de aceite con agitación.A continuación, el matraz se purgó con nitrógeno y se añadió monómero de estireno libre de inhibidor (2,1 ml) al matraz agitado y purgado.Después de 10 minutos a 70 °C, agregue lauril sulfato de sodio (0,235 g) disuelto en agua desionizada (8 ml).Después de otros 5 minutos, se añadió persulfato de potasio (0,5 g) disuelto en agua desionizada (2 ml).Durante las próximas 5 horas, use una bomba de jeringa para inyectar lentamente estireno libre de inhibidor adicional (20 mL) en el matraz a una velocidad de 66 µL min-1.Una vez completada la infusión de estireno, la reacción prosiguió durante otras 17 horas.Luego se abrió el matraz y se enfrió para finalizar la polimerización.La emulsión de látex de poliestireno sintetizada se dializó frente a agua desionizada en un tubo de diálisis SnakeSkin (límite de peso molecular de 3500 Da) durante cinco días, y el agua desionizada se reemplazó todos los días.Retire la emulsión del tubo de diálisis y guárdela en un refrigerador a 4°C hasta su uso.
La dispersión de luz dinámica (DLS) se realizó con el analizador Brookhaven 90Plus, la longitud de onda del láser fue de 659 nm y el ángulo del detector fue de 90°.Utilice el software de solución de partículas incorporado (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) para analizar los datos.La suspensión de látex se diluye con agua desionizada hasta que el conteo de partículas sea de aproximadamente 500 mil conteos por segundo (kcps).Se determinó que el tamaño de partícula era de 125 ± 3 nm y la polidispersidad informada era de 0,289 ± 0,006.
Se usó un analizador de potencial zeta ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.) para obtener el valor medido del potencial zeta en el modo de dispersión de luz de análisis de fase.La muestra se preparó agregando una alícuota de látex a una solución de NaCl de 5 × 10-3 m y diluyendo la suspensión de látex nuevamente para lograr un conteo de partículas de aproximadamente 500 kcps.Se realizaron cinco mediciones repetidas (cada una de las cuales consistió en 30 corridas), lo que resultó en un valor de potencial zeta de -55,1 ± 2,8 mV, donde el error representa la desviación estándar del valor promedio de las cinco repeticiones.Estas medidas indican que las partículas están cargadas negativamente y forman una suspensión estable.Los datos de potencial DLS y zeta se pueden encontrar en las tablas de información de apoyo S2 y S3.
Construimos el equipo de acuerdo con los estándares de ASTM International, como se describe a continuación y se muestra en la Figura 1. El generador de aerosol del módulo de atomización Blaustein de chorro único (BLAM; CHTech) se usa para producir aerosoles que contienen bolas de látex.El flujo de aire filtrado (obtenido a través de los filtros en serie GE Healthcare Whatman HEPA-CAP de 0,3 µm y POLYCAP TF de 0,2 µm) ingresa al generador de aerosol a una presión de 20 psi (6,9 kPa) y atomiza una porción de los 5 mg L-1 suspensión El líquido se inyecta en la bola de látex del equipo a través de una bomba de jeringa (KD Scientific Model 100).Las partículas húmedas en aerosol se secan haciendo pasar la corriente de aire que sale del generador de aerosol a través de un intercambiador de calor tubular.El intercambiador de calor consta de un tubo de acero inoxidable de 5/8” enrollado con un serpentín de calentamiento de 8 pies de largo.La salida es de 216 W (BriskHeat).Según su dial ajustable, la salida del calentador se establece en el 40% del valor máximo del dispositivo (≈86 W);esto produce una temperatura media de la pared exterior de 112 °C (desviación estándar ≈1 °C), que se determina mediante la medición de un termopar montado en superficie (Taylor EE. UU.).La Figura S4 en la información de apoyo resume el rendimiento del calentador.
Las partículas atomizadas secas luego se mezclan con un volumen mayor de aire filtrado para lograr una tasa de flujo de aire total de 28,3 L min-1 (es decir, 1 pie cúbico por minuto).Se eligió este valor porque es el caudal exacto del instrumento analizador de partículas láser que toma muestras aguas abajo del sistema.La corriente de aire que transporta las partículas de látex se envía a una de las dos cámaras verticales idénticas (es decir, tubos de acero inoxidable de paredes lisas): una cámara de "control" sin material de máscara o una cámara de "muestra" de corte circular: se puede usar el portamuestras se inserta fuera de la tela.El diámetro interior de las dos cámaras es de 73 mm, que coincide con el diámetro interior del portamuestras.El portamuestras utiliza anillos ranurados y pernos empotrados para sellar herméticamente el material de la máscara y, a continuación, inserte el soporte desmontable en el espacio de la cámara de muestra y séllelo firmemente en el dispositivo con juntas de goma y abrazaderas (Figura S2, información de apoyo).
El diámetro de la muestra de tejido en contacto con el flujo de aire es de 73 mm (área = 41,9 cm2);se sella en la cámara de muestra durante la prueba.El flujo de aire que sale de la cámara de "control" o "muestra" se transfiere a un analizador de partículas láser (sistema de medición de partículas LASAIR III 110) para medir el número y la concentración de partículas de látex.El analizador de partículas especifica los límites inferior y superior de la concentración de partículas, respectivamente 2 × 10-4 y ≈34 partículas por pie cúbico (7 y ≈950 000 partículas por pie cúbico).Para la medición de la concentración de partículas de látex, la concentración de partículas se indica en una “caja” con un límite inferior y un límite superior de 0,10 a 0,15 µm, que corresponde al tamaño aproximado de las partículas de látex singulete en el aerosol.Sin embargo, se pueden usar otros tamaños de recipientes y se pueden evaluar varios recipientes al mismo tiempo, con un tamaño de partícula máximo de 5 µm.
El equipo también incluye otros equipos, como el equipo para enjuagar la cámara y el analizador de partículas con aire limpio filtrado, así como las válvulas e instrumentos necesarios (Figura 1).Los diagramas completos de tuberías e instrumentación se muestran en la Figura S1 y la Tabla S1 de la información de respaldo.
Durante el experimento, la suspensión de látex se inyectó en el generador de aerosol a un caudal de ≈60 a 100 µL min-1 para mantener una salida de partículas estable, aproximadamente 14-25 partículas por centímetro cúbico (400 000 por centímetro cúbico) 700 000 partículas).Pies) en un recipiente con un tamaño de 0,10–0,15 µm.Este rango de velocidad de flujo es necesario debido a los cambios observados en la concentración de partículas de látex aguas abajo del generador de aerosol, que pueden atribuirse a cambios en la cantidad de suspensión de látex capturada por la trampa de líquido del generador de aerosol.
Para medir el PFE de una muestra de tela dada, el aerosol de partículas de látex primero se transfiere a través de la sala de control y luego se dirige al analizador de partículas.Mida continuamente la concentración de tres partículas en rápida sucesión, cada una con una duración de un minuto.El analizador de partículas informa la concentración promedio de tiempo de partículas durante el análisis, es decir, la concentración promedio de partículas en un minuto (28,3 L) de la muestra.Después de tomar estas medidas de referencia para establecer un recuento de partículas y un caudal de gas estables, el aerosol se transfiere a la cámara de muestras.Una vez que el sistema alcanza el equilibrio (normalmente entre 60 y 90 segundos), se toman otras tres mediciones consecutivas de un minuto en rápida sucesión.Estas medidas de muestra representan la concentración de partículas que pasan a través de la muestra de tejido.Posteriormente, al dividir el flujo de aerosol de regreso a la sala de control, se tomaron otras tres mediciones de concentración de partículas desde la sala de control para verificar que la concentración de partículas aguas arriba no cambió sustancialmente durante todo el proceso de evaluación de la muestra.Dado que el diseño de las dos cámaras es el mismo, excepto que la cámara de muestra puede acomodar el portamuestras, las condiciones de flujo en la cámara pueden considerarse iguales, por lo que la concentración de partículas en el gas que sale de la cámara de control y la cámara de muestra puede ser comparado.
Para mantener la vida útil del instrumento analizador de partículas y eliminar las partículas de aerosol en el sistema entre cada prueba, utilice un chorro de aire con filtro HEPA para limpiar el analizador de partículas después de cada medición y limpie la cámara de muestras antes de cambiar las muestras.Consulte la Figura S1 en la información de soporte para ver un diagrama esquemático del sistema de lavado de aire en el dispositivo PFE.
Este cálculo representa una sola medición de PFE "repetida" para una sola muestra de material y es equivalente al cálculo de PFE en ASTM F2299 (Ecuación (2)).
Los materiales descritos en §2.1 se probaron con aerosoles de látex usando el equipo PFE descrito en §2.3 para determinar su idoneidad como materiales para mascarillas.La Figura 2 muestra las lecturas obtenidas del analizador de concentración de partículas, y los valores de PFE de las telas de suéter y los materiales de guata se miden al mismo tiempo.Se realizaron tres análisis de muestra para un total de dos materiales y seis repeticiones.Obviamente, la primera lectura de un conjunto de tres lecturas (sombreada con un color más claro) suele ser diferente de las otras dos lecturas.Por ejemplo, la primera lectura difiere del promedio de las otras dos lecturas en los 12-15 triples de la Figura 2 en más del 5 %.Esta observación está relacionada con el equilibrio del aire que contiene aerosoles que fluye a través del analizador de partículas.Como se explica en Materiales y métodos, las lecturas de equilibrio (segundo y tercer control y lecturas de muestra) se usaron para calcular el PFE en tonos azul oscuro y rojo en la Figura 2, respectivamente.En general, el valor promedio de PFE de las tres réplicas es 78 % ± 2 % para tela de suéter y 74 % ± 2 % para material de guata de algodón.
Para comparar el rendimiento del sistema, también se evaluaron máscaras médicas certificadas ASTM 2100 (L2, L3) y respiradores NIOSH (N95).La norma ASTM F2100 establece que la eficiencia de filtración de partículas submicrónicas de partículas de 0,1 µm de máscaras de nivel 2 y nivel 3 es ≥ 95 % y ≥ 98 %, respectivamente.[5] De manera similar, los respiradores N95 certificados por NIOSH deben mostrar una eficiencia de filtración de ≥95 % para nanopartículas de NaCl atomizadas con un diámetro promedio de 0,075 µm.[24] Rengasamy et al.Según informes, máscaras N95 similares muestran un valor de PFE de 99,84 %–99,98 %, [25] Zangmeister et al.Según los informes, su N95 produce una eficiencia de filtración mínima superior al 99,9 %, [14] mientras que Joo et al.Según los informes, las máscaras 3M N95 produjeron el 99 % de PFE (partículas de 300 nm), [16] y Hao et al.El N95 PFE informado (partículas de 300 nm) es del 94,4 %.[17] Para las dos máscaras N95 cuestionadas por Shakya et al.con pelotas de látex de 0,1 µm, el PFE se redujo aproximadamente entre un 80 % y un 100 %.[19] Cuando Lu et al.Usando bolas de látex del mismo tamaño para evaluar las máscaras N95, se informa que el PFE promedio es del 93,8 %.[20] Los resultados obtenidos con el equipo descrito en este trabajo muestran que el PFE de la máscara N95 es 99,2 ± 0,1 %, lo que concuerda con la mayoría de los estudios anteriores.
Las máscaras quirúrgicas también se han probado en varios estudios.Las mascarillas quirúrgicas de Hao et al.mostró un PFE (partículas de 300 nm) del 73,4%, [17] mientras que las tres máscaras quirúrgicas probadas por Drewnick et al.El PFE producido oscila entre aproximadamente el 60 % y casi el 100 %.[15] (La última máscara puede ser un modelo certificado). Sin embargo, Zangmeister et al.Según los informes, la eficiencia de filtración mínima de las dos mascarillas quirúrgicas probadas es solo ligeramente superior al 30 %, [14] muy por debajo de las mascarillas quirúrgicas probadas en este estudio.De manera similar, la “mascarilla quirúrgica azul” probada por Joo et al.Demostrar que PFE (partículas de 300 nm) es sólo el 22%.[16] Shakya et al.informaron que el PFE de las mascarillas quirúrgicas (que utilizan partículas de látex de 0,1 µm) disminuyó aproximadamente entre un 60 y un 80 %.[19] Usando bolas de látex del mismo tamaño, la máscara quirúrgica de Lu et al. produjo un resultado de PFE promedio de 80,2%.[20] En comparación, la PFE de nuestra máscara L2 es 94,2 ± 0,6 % y la PFE de la máscara L3 es 94,9 ± 0,3 %.Aunque estos PFE superan a muchos PFE en la literatura, debemos tener en cuenta que casi no hay un nivel de certificación mencionado en la investigación anterior, y nuestras máscaras quirúrgicas han obtenido la certificación de nivel 2 y nivel 3.
De la misma manera que se analizaron los materiales de máscara candidatos en la Figura 2, se realizaron tres pruebas en los otros seis materiales para determinar su idoneidad en la máscara y demostrar el funcionamiento del dispositivo PFE.La Figura 3 traza los valores de PFE de todos los materiales probados y los compara con los valores de PFE obtenidos mediante la evaluación de materiales de máscara L3 y N95 certificados.De las 11 máscaras/materiales de máscara candidatos seleccionados para este trabajo, se puede ver claramente una amplia gama de rendimiento de PFE, que va desde ≈10 % hasta cerca del 100 %, en consonancia con otros estudios, [8, 9, 15] y descriptores de la industria. No existe una relación clara entre PFE y PFE.Por ejemplo, materiales con una composición similar (dos muestras de algodón 100 % y muselina de algodón) presentan valores de PFE muy diferentes (14 %, 54 % y 13 %, respectivamente).Pero es fundamental que las prestaciones bajas (por ejemplo, 100 % algodón A; PFE ≈ 14 %), las prestaciones medias (por ejemplo, mezcla 70 %/30 % algodón/poliéster; PFE ≈ 49 %) y las prestaciones altas (por ejemplo, suéter Tela; PFE ≈ 78%) La tela se puede identificar claramente usando el equipo PFE descrito en este trabajo.Especialmente las telas para suéteres y los materiales de guata de algodón se desempeñaron muy bien, con PFE que oscilaron entre el 70 % y el 80 %.Dichos materiales de alto rendimiento se pueden identificar y analizar con más detalle para comprender las características que contribuyen a su alto rendimiento de filtración.Sin embargo, queremos recordar que debido a que los resultados de PFE de materiales con descripciones industriales similares (es decir, materiales de algodón) son muy diferentes, estos datos no indican qué materiales son ampliamente útiles para las máscaras de tela, y no pretendemos inferir las propiedades. categorías de materiales.La relación de rendimiento.Brindamos ejemplos específicos para demostrar la calibración, mostrar que la medición cubre todo el rango de posible eficiencia de filtración y dar el tamaño del error de medición.
Obtuvimos estos resultados de PFE para demostrar que nuestro equipo tiene una amplia gama de capacidades de medición, bajo error y en comparación con los datos obtenidos en la literatura.Por ejemplo, Zangmeister et al.Se informan los resultados de PFE de varios tejidos de algodón (p. ej., "Algodón 1-11") (89 a 812 hilos por pulgada).En 9 de los 11 materiales, la “eficiencia mínima de filtración” oscila entre 0% y 25%;el PFE de los otros dos materiales es de alrededor del 32%.[14] Del mismo modo, Konda et al.Se reportan los datos PFE de dos telas de algodón (80 y 600 TPI; 153 y 152 gm-2).El PFE oscila entre el 7 % y el 36 % y entre el 65 % y el 85 %, respectivamente.En el estudio de Drewnick et al., en telas de algodón de una sola capa (es decir, algodón, tejido de punto de algodón, moleton; 139–265 TPI; 80–140 gm–2), el rango de material PFE es de aproximadamente 10% a 30%.En el estudio de Joo et al., su material 100 % algodón tiene un PFE del 8 % (partículas de 300 nm).Bagheri et al.Se utilizaron partículas de látex de poliestireno de 0,3 a 0,5 µm.Se midió el PFE de seis materiales de algodón (120-200 TPI; 136-237 gm-2), con un rango de 0% a 20%.[18] Por lo tanto, la mayoría de estos materiales están en buen acuerdo con los resultados de PFE de nuestras tres telas de algodón (es decir, Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A y B), y su eficiencia de filtración promedio es 13%, 14% y respectivamente.54%.Estos resultados indican que existen grandes diferencias entre los materiales de algodón y que las propiedades de los materiales que conducen a un alto PFE (es decir, el algodón de 600 TPI de Konda et al.; nuestro algodón B) no se comprenden bien.
Al hacer estas comparaciones, admitimos que es difícil encontrar materiales probados en la literatura que tengan las mismas características (es decir, composición del material, tejido y tricotado, TPI, peso, etc.) con los materiales probados en este estudio, y por lo tanto, no se puede comparar directamente.Además, las diferencias en los instrumentos utilizados por los autores y la falta de estandarización dificultan realizar buenas comparaciones.No obstante, está claro que la relación rendimiento/rendimiento de los tejidos ordinarios no se comprende bien.Los materiales se probarán más con equipos estandarizados, flexibles y confiables (como el equipo descrito en este trabajo) para determinar estas relaciones.
Aunque existe un error estadístico total (0-5%) entre una sola réplica (0-4%) y las muestras analizadas por triplicado, el equipo propuesto en este trabajo demostró ser una herramienta eficaz para probar PFE de varios materiales.Tejidos ordinarios a mascarillas médicas certificables.Vale la pena señalar que entre los 11 materiales probados para la Figura 3, el error de propagación σprop supera la desviación estándar entre las mediciones de PFE de una sola muestra, es decir, la σsd de 9 de 11 materiales;estas dos excepciones ocurren en valores de PFE muy altos (es decir, máscara L2 y L3).Aunque los resultados presentados por Rengasamy et al.Al demostrar que la diferencia entre muestras repetidas es pequeña (es decir, cinco repeticiones <0,29 %), [25] estudiaron materiales con altas propiedades filtrantes conocidas diseñadas específicamente para la fabricación de mascarillas: el material en sí puede ser más uniforme y la prueba también es El área del rango de PFE puede ser más consistente.En general, los resultados obtenidos con nuestro equipo son consistentes con los datos de PFE y los estándares de certificación obtenidos por otros investigadores.
Aunque el PFE es un indicador importante para medir el rendimiento de una mascarilla, en este punto debemos recordar a los lectores que un análisis exhaustivo de los futuros materiales de las mascarillas debe considerar otros factores, es decir, la permeabilidad del material (es decir, a través de la caída de presión o la prueba de presión diferencial). ).Hay regulaciones en ASTM F2100 y F3502.Una transpirabilidad aceptable es esencial para la comodidad del usuario y para evitar fugas del borde de la máscara durante la respiración.Dado que el PFE y la permeabilidad al aire de muchos materiales comunes suelen ser inversamente proporcionales, la medición de la caída de presión debe realizarse junto con la medición del PFE para evaluar más completamente el rendimiento del material de la máscara.
Recomendamos que las pautas para construir equipos PFE de acuerdo con la norma ASTM F2299 sean esenciales para la mejora continua de los estándares, la generación de datos de investigación que se puedan comparar entre laboratorios de investigación y la mejora de la filtración de aerosoles.Confíe únicamente en el estándar NIOSH (o F3502), que especifica un solo dispositivo (TSI 8130A) y restringe a los investigadores la compra de dispositivos llave en mano (por ejemplo, sistemas TSI).La confianza en sistemas estandarizados como TSI 8130A es importante para la certificación estándar actual, pero limita el desarrollo de máscaras, respiradores y otras tecnologías de filtración de aerosoles que van en contra del progreso de la investigación.Vale la pena señalar que el estándar NIOSH se desarrolló como un método para probar los respiradores en las duras condiciones que se esperan cuando se necesita este equipo, pero, en contraste, las máscaras quirúrgicas se prueban con los métodos ASTM F2100/F2299.La forma y el estilo de las mascarillas comunitarias se parecen más a las mascarillas quirúrgicas, lo que no significa que tengan un rendimiento de eficiencia de filtración excelente como el N95.Si las mascarillas quirúrgicas aún se evalúan de acuerdo con la norma ASTM F2100/F2299, las telas ordinarias deben analizarse utilizando un método más cercano a la norma ASTM F2100/F2299.Además, la norma ASTM F2299 permite flexibilidad adicional en diferentes parámetros (como la tasa de flujo de aire y la velocidad superficial en los estudios de eficiencia de filtración), lo que puede convertirla en una norma superior aproximada en un entorno de investigación.
Hora de publicación: 30-ago-2021