防PM2.5口罩研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

郭虹 吳薇 高原

摘 要：隨著社會的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，霧霾天氣發(fā)生的頻率也越來越高，PM2.5嚴(yán)重危害著人體健康。針對此問題，本文分析了PM2.5的防護需求和研究現(xiàn)狀，并對市場在售的防PM2.5口罩質(zhì)量現(xiàn)狀進行分析，提出了目前存在的主要問題及今后的主要研究方向。

關(guān)鍵詞：PM2.5；霧霾；口罩

1 緒論

霾是由數(shù)百種大氣化學(xué)顆粒物質(zhì)組成，是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，空氣中含有的一系列懸浮雜質(zhì)中，危害最大的是PM2.5：空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，也被稱為可入肺顆粒物，是城市大氣污染物中損害人體健康的重要元兇。隨著霧霾天氣的大規(guī)模爆發(fā)，我們沒有辦法短時間改變空氣質(zhì)量，因此霧霾天氣戴過濾效率高、透氣性較好的口罩是目前最便捷的保護方式。本文將國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及目前存在的問題進行詳細的分析[1]。

2 研究現(xiàn)狀

馬樂、孟良[2]等研究了一種石墨烯防PM2.5口罩功能層與制備方法以及其在濾片的應(yīng)用，其濾片功能層為活性炭添加石墨烯，能夠更加有效吸附PM2.5顆粒、抗菌抑菌、無需紡絲，制備工藝簡化，便于工業(yè)化生產(chǎn)。陳飛武、袁磊[3]研究了一種防PM2.5的天然纖維口罩。該口罩主體部分中沒有折疊褶皺，兩側(cè)耳帶穿設(shè)在耳帶收緊通道內(nèi)，使用時，頂起褶皺，收緊耳帶，口罩形成形成一個凸起的半球形結(jié)構(gòu)，與使用者面部貼合性好；口罩主體上方使用者鼻梁附近沒有軟骨條及鼻梁架，防止呼吸時氣體從上方泄漏，避免冬天時在使用者眼鏡上產(chǎn)生霧氣；口罩本體四周設(shè)置海綿，消除口罩與面部的縫隙，加強口罩與面部貼合性；過濾效果極佳，多層天然纖維能夠有效吸附PM2.5顆粒，天然無污染，符合健康需求；天然纖維層兩面覆蓋紗布且進行密集型縫合，將天然纖維層固定，避免清洗時蠶絲粘結(jié)。張瑩、張紅[4]等研究一種含竹葉黃酮成分的抗菌防霧霾口罩材料，包括位于底層的支撐材料，以及在所述支撐材料上依次復(fù)合形成的納米纖維網(wǎng)層和含竹葉黃酮的納米纖維膜層。該口罩材料由較粗的靜電熔融靜電紡纖維及較細的溶液靜電紡纖維組成，可以有效阻隔大部分PM2.5顆粒，且其中天然礦物納米材料所釋放的負離子具有捕捉PM2.5顆粒的效果，另外該口罩材料含有竹葉黃酮，具有抗菌功能，并且附帶了清新的竹子香味。沈煒[5]研究了一種防霧霾口罩，其包括罩體和彈性綁帶。所述罩體包括有緩沖腔，緩沖腔的前側(cè)面由隔離層做成，后側(cè)面由呼吸層做成。呼吸層上設(shè)有單向排氣閥連通緩沖腔，緩沖腔的彈性囊上接抽氣管，抽氣管另一端設(shè)置有彈性材料做成的抽吸器。彈性囊設(shè)有回氣閥，回氣閥與單向吸氣閥同步開合，能有效緩解人們呼吸困難并防止霧霾侵襲。

3 目前存在的主要問題

3.1 口罩濾層或濾芯的選材問題

防霧霾口罩材料包括表層面料和芯層濾料。表層面料具有支撐口罩結(jié)構(gòu)，殺菌抗菌以及其他的功能性作用。芯層濾料是防霧霾口罩的核心，作用是高效過濾空氣中的微粒。防霧霾口罩過濾芯層一般由若干層過濾材料構(gòu)成，在配置過程中基本上都會遵循“梯度過濾”原則。外層以過濾相對較大的空氣微粒為主，內(nèi)層以過濾相對較小的微粒為主，層層過濾，直到能夠?qū)⒔^大部分的空氣微粒過濾掉為止。

3.2 透氣性問題

為了達到過濾效果，有的口罩層數(shù)過多，有的排氣閥設(shè)計不合理，導(dǎo)致透氣性差，長時間佩戴容易出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀；透氣性差使得呼吸產(chǎn)生的水汽不能及時排出，易使PM2.5攜帶的細菌附著，使人體的健康受到二次威脅。

3.3 佩戴舒適性及密合程度

口罩與面部貼合的緊密程度直接影響到防護的效果。防霧霾口罩與人面部密合情況的好壞，將會直接影響其防護效果。研究結(jié)果表明，根據(jù)流體力學(xué)原理，氣流首先流向阻力小處，如果防霧霾口罩與人體面部吻合不好，呼吸氣流首先會穿過面罩與人體面部之間的縫隙進行流通，而不是通過過濾材料，所以無論濾料的過濾效率多高，都起不到過濾作用，呼吸防護用品的整體防護效果難以保證，周邊1mm的小孔就會造成防護效率的顯著下降[6]。

4 防PM2.5口罩的發(fā)展方向

隨著空氣凈化新材料技術(shù)的不斷進步，種類繁多的高性能新材料在PM2.5口罩的研發(fā)領(lǐng)域大展身手。以熔噴工藝為核心的靜電駐極型材料和以靜電紡絲技術(shù)為核心的納米纖維型過濾材料具有更低的呼吸阻力和更高的過濾效率，以此制作的防霧霾口罩防護效果更佳，適配性更好。為增加人們佩戴時的舒適感以及防護效果，可以在與使用者面部貼合方面進行設(shè)計。人體工效學(xué)在防護領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，在口罩的設(shè)計過程中，應(yīng)盡量減少防霧霾口罩罩體與人體面部的空隙，使得口罩與用戶口鼻間都能夠達到密切貼合的效果，從而實現(xiàn)口罩在保證防霧霾的情況下可以滿足個體差異帶來的問題 [7]。此外，不僅僅是需要加強對這蟹方面的研究，還需要強化對檢測與判定標(biāo)準(zhǔn)的研究。當(dāng)前還沒有專門針對防PM2.5口罩的專業(yè)檢測與判斷標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前產(chǎn)品關(guān)鍵性能指標(biāo)的檢測僅僅只能夠參照工業(yè)用呼吸防護用品的檢測方法來進行。但是工業(yè)用防護用品標(biāo)準(zhǔn)是難以完全滿足作為日用防護口罩的需求的。特別是PM2.5口罩的佩戴主要人群之中包括了老人、兒童以及孕婦等等，這就使得其部分指標(biāo)以及判定方法是不適用的。需要注意的是，在日常生活之中，人們自主佩戴防護用品的理念還存在不足，國家以及行業(yè)部門需要加大進行宣傳，引導(dǎo)人們對污染源有清晰的認識，并能夠根據(jù)污染源正確的選擇防護用品，，而不是一個口罩就能防范住所有的污染源。在今后如何引導(dǎo)人們根據(jù)自身情況、環(huán)境特點等實際情況來正確選擇和佩戴防護用品，也將是研究的方向。

5 結(jié)語

市面上有種類眾多的防霧霾口罩材料，同時隨著技術(shù)的不斷進步發(fā)展，越來越多的新材料被應(yīng)用到防霧霾的設(shè)計生產(chǎn)中。為了實現(xiàn)防霧霾口罩所設(shè)計的功能，需要不斷地對材料進行詳細分析，然后基于防霾機理和流體力學(xué)原理優(yōu)選出防霧霾口罩表層面料和芯層過濾材料，再根據(jù)人體工效學(xué)，分析防霧霾口罩結(jié)構(gòu)對氣密性和適佩性的影響，設(shè)計出與人面部達到密切貼合，佩戴舒適的結(jié)構(gòu)，設(shè)計出適合所有人群佩戴的，且防護效果更好的口罩。

參考文獻：

[1]田軍.防PM2.5口罩現(xiàn)狀及發(fā)展方向.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2005，11（5）：130135.

[2]馬樂，鄭逸群，孟良.石墨烯防PM2.5口罩濾片功能層及其在濾片中的應(yīng)用.中國：201510115035.1，20160127

[3]陳飛武，王景清，袁磊，田愛紅.一種防PM2.5的天然纖維口罩.中國：201620689471.2，20170215.

[4]張瑩，李穎，等.含竹葉黃酮的抗菌放霧霾口罩材料及其制備方法.中國：201610556669.8，20160921.

[5]沈煒.防霧霾口罩.中國：201611262364.2，20161230.

[6]李蓉，趙艷梅，李倩，張婷婷，等.PM2.5個人防護用品現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.中國個體防護裝備，2014（6）：2326.

[7]夏俊濤，林育錦，畢小林，孟慶華.一種新型防霧霾口罩設(shè)計與研究.防護裝備技術(shù)研究，2016（04）：57.

基金項目：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)科學(xué)研究項目（ZD201619）；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校級大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃項目（2016076）

作者簡介：郭虹（1995），女，工學(xué)學(xué)士，研究方向：為紡織材料和紡織品設(shè)計。

*通訊作者：吳薇。