一种日用抗菌防霾口罩的开发及其评价标准探讨

2015-01-15郭金福车映红

产业用纺织品 2015年1期

郭金福车映红邵明

(1.上海兴诺康纶纤维科技股份有限公司，上海，200233;2.上海市纺织科学研究院，上海，200082;3.东华大学，上海，201620)

我国在经济发展的同时也出现了环境问题，工业生产、汽车尾气排放等过程中产生的各种大气污染颗粒物已使各地频现雾霾天气。环保部监测显示，雾霾天首要污染物往往是PM2.5(也称细颗粒物)。按照环保部2012年修订的GB3095—2012《环境空气质量标准》定义，PM2.5是指“环境空气中空气动力学当量直径≤2.5 μm的颗粒物”。按照标准GB2626—2006《呼吸防护用品自吸过滤式防颗粒物呼吸器》的定义，颗粒物是指“悬浮在空气中的固态、液态或固态与液态的颗粒状物质，如粉尘、烟、雾和微生物”。

GB3095—2012标准首次将 PM2.5列入公开监测指标，与其同步配套实施的HJ 633—2012《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》对空气质量进行了分级。随着对PM2.5监测结果的公布，人们日益关注自身健康防护，所以亟需开发一种对PM2.5具有防护效果并能抗细菌、抗病毒的日常防护型口罩。

口罩按照使用场合一般可分为工业口罩、医用口罩和民用口罩。一般的工业口罩在日常佩戴时会令人感到憋闷和湿热，降低了使用者的舒适度和可接受度，并且工业口罩有严格的佩戴场合要求及具体选用标准;医用口罩主要偏向用于医疗工作环境下，过滤空气中的颗粒物，阻隔飞沫、血液、体液、分泌物等;而民用口罩应用场合广泛。

本文介绍了新开发的一种日用抗菌防霾口罩［1］，包括其结构及关键性能指标。因为尚无相应国家标准或行业标准进行规范，消费者很难区分民用口罩的实际防护性能，因此本文也对其评价标准进行了探讨。

1 口罩结构

日用抗菌防霾口罩的结构如图1所示。

日用抗菌防霾口罩采用立体裁剪缝制技术，由口罩片部1、位于口罩片部上方的压鼻部2、位于口罩片部下方的收缩部3及系带4构成一个立体的凸出结构。按国人不同脸型尺寸分尺码，由系带挂在耳后，其中系带优选弹力带，并安装一个调节弹力带长度的固定件，或在压鼻部加装鼻垫，可以良好地包裹人的口鼻部。

图1 日用抗菌防霾口罩结构

口罩片部、压鼻部和收缩部为三层结构：外层、保暖层和全棉内层。外层为用上海兴诺康纶纤维科技股份有限公司生产的内置银离子抗菌的聚酯纤维［2］(注册商标“康纶”)制成的抗菌面料;保暖层可根据不同季节进行增减。在内层和保暖层之间设置一个内插入式可替换复合滤片6，并在内层设置两个便于滤片填装或更换的插口5，对称分布于口罩左右两边。

复合滤片为三层复合结构。外层和内层均为纺黏非织造布，面密度都在20～40 g/m2之间;中间层为抗菌驻极体聚丙烯熔喷复合滤料和/或活性炭层，复合滤料面密度在15～60 g/m2之间，活性炭层面密度在30～60 g/m2之间。

2 口罩关键性能指标

2.1 口罩过滤性能

日用抗菌防霾口罩利用立体裁剪缝制技术，采用“康纶”抗菌面料，采用可替换使用的微滤过滤技术滤片［3］，具备高抑菌效果及过滤效率，综合技术国内领先，具有新颖性。参考标准GB/T18664—2002《呼吸防护用品的选择、使用与维护》的定义，日用抗菌防霾口罩属于非油性颗粒物的自吸过滤式半面罩呼吸器，参考标准GB2626—2006对样品进行了过滤性能测试。检测气体流量85 L/min，测得样品的非油性颗粒物过滤效率(particulate filtration efficiency，PFE)大于90%，吸气阻力小于350 Pa，呼气阻力小于250 Pa。

2.2 口罩面料抗菌性能及安全性

日用抗菌防霾口罩外层采用的“康纶”面料，按照GB/T20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行测试，其对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌种抑菌率均大于95%;经美国MICORBAC实验室对抗H7N9病毒性能测试，测得其对流感病毒抑菌率大于95%。经测试，口罩面料符合GB18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》的B类要求。

2.3 滤片抗菌性能和过滤性能

复合滤片按照标准GB/T20944.3—2008进行测试，其对革兰氏阳性抑菌率大于95%、革兰氏阴性抑菌率大于85%。经美国国家职业安全与健康研究院(NELSON)实验室检测，滤片细菌过滤效率(bacterial filtration efficiency，BFE)大于 99%、PFE大于99%。

3 日用抗菌防霾口罩的评价标准探讨

日用抗菌防霾口罩主要是针对普通消费者在日常生活中抗菌防霾而开发的，目前尚没有适用的国家标准或行业标准，因此本文基于国内现有的工业标准和医用标准对其评价标准进行了探讨。表1分析比较了工业口罩和医用口罩的几个重要技术指标。

3.1 安全性

3.1.1 有害物质残留限定

作为接触皮肤的纺织品，尤其是直接接触口鼻部位的纺织品，其安全性显得尤为重要。虽然GB2626—2006标准要求“直接与面部接触的材料对皮肤无害”，但是并没有给出检测方法，实际可操作性不强，而医用口罩的三个标准均有“刺激性”等技术要求。日用抗菌防霾口罩内层面料优选本色全棉，测试结果符合GB18401—2010标准的B类要求，而外层面料除了应达到与内层面料同样的甲醛含量、pH值和异味三个技术指标的要求外，还要满足GB18401—2010标准中的色牢度及可分解致癌芳香胺染料的限量要求。

表1 国内工业用口罩和医用口罩主要技术指标比较

从表1可看出，医用口罩增加了符合GB15979—2002标准的微生物指标要求，并且对常用的消毒剂环氧乙烷限定残留量≤10 μg/g，而工业口罩仅要求“防止在使用前受到机械损伤和污染”。因日用抗菌防霾口罩可重复使用，需要清洗后再使用，因此暂无此消毒要求。

3.1.2 抗菌性能

口罩外层面料起到初级过滤的作用，会集聚一些携带致病菌的颗粒物或雾滴。日用抗菌防霾口罩的外层借助于“康纶”杰出的抗菌性能，可降低在佩戴使用过程中产生二次感染的风险，并且口罩的复合滤片除了高效过滤外也能抑制被过滤下来的细菌的生长，降低使用者佩戴和更换时产生二次感染的风险。必须指出，日用抗菌防霾口罩外层“康纶”面料能够杀灭被过滤下来的细菌和病毒，降低风险，但不能消除风险，也未提高口罩的过滤效率［4］，但有研究表明具有抗菌功能的生物防护口罩对于预防呼吸道传染病的流行、保护人员健康具有重要的意义［5］。

3.2 泄漏性

即使口罩过滤效率很高，如果密合性不高，颗粒物等有害物质也会从泄漏处进入口罩，起不到防护作用。虽然美国NIOSH在最新系列CBRN呼吸器标准中以LRPL或防护因数PF替代了泄漏率和总泄漏率，但在世界如英国、欧洲、日本、中国等其他国家或地区标准中，泄漏率和总泄漏率仍为十分常用的评判指标［6］。从GB2626—2006标准的术语定义可以看出：泄漏率是考察口罩除过滤元件以外的泄漏性，重在从生产者角度进行考量的指标;总泄漏率是考察包括过滤元件在内的口罩及其部件的气密性和口罩与佩戴者面部的密合性，重在从消费者角度进行考量的指标，更能体现口罩的整体防护实用性能。测试由脸型具有一定代表性的真人佩戴呼吸器做一些规定动作状态时的口罩总泄漏率，逐步成为全球口罩产品评价标准中必不可少的要求［7］。对于可更换式口罩，GB2626—2006标准仅给出了泄漏率的判定，医用防护口罩给出了总适合因数不小于100的规定，但是医用外科和一次性医用口罩并没有这项要求。

为使消费者更便捷合理地选戴口罩，笔者提出在以PM2.5为主要污染物的空气环境下，按照国家强制性标准GB3095—2012发布的国家空气质量为依据，消费者只要佩戴符合标准要求的民用口罩后吸入空气的PM2.5浓度限值(24 h平均值)达到一级或二级即可接受，对照HJ 633—2012标准，消费者此时吸入的是质量优良的空气。

为探讨民用口罩的适度合理防护，对常见的工业口罩KN95与几组不同总泄漏率口罩按照空气质量分级过滤前后的PM2.5浓度进行了比较，见表2。

表2 不同泄漏率口罩按照空气质量分级过滤前后PM2.5浓度的比较

从表2 可以看出，在 PM2.5为 500 μg/m3(严重污染)时，经TIL10%的口罩过滤后的PM2.5浓度为29 μg/m3，与经 KN95 口罩过滤后的 PM2.5浓度24 μg/m3相差不大，过滤后吸入空气质量都属于优;经 TIL20% 的口罩过滤后的 PM2.5浓度为59 μg/m3，过滤后吸入空气质量也可达到良。以上分析表明，探讨民用口罩的合理适度防护很有必要。另外，还需要综合考虑体力活动强度，或容尘量以及呼吸阻力等舒适性指标，口罩的选戴尚需进一步验证。

3.3 过滤效率

3.3.1 加载过滤效率

过滤效率是口罩的关键技术指标之一，表征过滤元件对标准颗粒物的防护能力。消费者在佩戴口罩过程中，被过滤下来的颗粒物会持续加载到滤料上。GB2626—2006标准从检测初始过滤效率改为检测加载过滤效率，更加反映实际使用性能;而医用口罩是测试初始过滤效率，可能是考虑多为一次性使用，佩戴时间较短。有研究表明，当医用外科口罩滤料的PFE达到86%以上时，BFE可达98%以上，且数据呈正相关性，依照试验结果，可以进一步探讨用较高的PFE作为BFE替代方法的可行性［8］。

3.3.2 颗粒物粒径

美国NOISH的研究人员发现过滤效率在颗粒物直径0.3 μm左右时会出现最低值，用MPPS(最具有穿透力)的粒径颗粒物检测并控制过滤效率，无论实际粉尘粒径分布如何，实际效率只会更高。因此，测试 PM2.5用 0.3 μm 的氯化钠气溶胶是合理的［7］。

3.3.3 呼吸流量

从图2可以看出，在相同粒径下气流量越大，过滤效率越低，因此检测流量的选择对实际过滤效率的影响很大。

职业人员在中等劳动强度下的平均通气量约为30 L/min［9］，人呼吸时气流速度呈正弦波状，一般平均吸气峰值流量PIFR为平均每分钟通气量的2.5到3.9倍［10］。为模拟滤料在最苛刻条件下的使用情况，我国和美国标准使用的气体流量是85 L/min［7，9］，欧洲标准使用 95 L/min。在日常生活中，一般人的呼吸流量需要根据ISO/TS 16976《呼吸防护用品-人的因素》的8个部分，结合气流通过的实际截面积进一步验证，以期更能符合实际使用情况。

图2 符合30CFR11美国标准的滤料在不同流量下对氯化钠气溶胶的过滤效率［7］

3.3.4 呼吸阻力

呼吸防护用品不仅要有好的防护性能，还需具有良好的生理舒适性能。呼吸阻力是对人体呼吸系统影响较大的因素，如果呼吸器的阻力过大，则造成用力呼吸，必然导致呼吸肌疲劳，佩带者会感觉不舒适［11-14］。在合理呼吸流量下，新开发的日用抗菌防霾口罩还需要进一步减小呼吸阻力，以便获得更好的呼吸体验。

4 结语

PM2.5危害很大，但只要合理适度防护，人们仍可以健康呼吸。新开发的日用抗菌防霾口罩采用两项专利技术“微滤过滤技术”和“康纶抗菌技术”进行创新，相关产品防“两细”(以PM2.5为代表的细颗粒物和以 NDM-1、MRSA、H1N1、H7N9为代表的细菌、病毒)效果显著。笔者提出，民用口罩的评价标准应重点关注口罩的整体防护性能，在以PM2.5为首要污染物的空气环境下，并在保证材料安全性的基础上，消费者佩戴符合要求的口罩，吸入的空气质量按照GB3095—2012标准评定为优良并呼吸舒适的即可认为符合标准。目前，我国口罩发展与美、欧等发达国家差距较大，ISO正在开展呼吸器全球标准化工作［15］。2012年9月针对新开发的日用抗菌防霾口罩，根据GB2626—2006国家标准制定了企业标准Q/TNYH002《日用抗菌防霾口罩》，并且围绕消费者体验一直在不断完善。

致谢：感谢中国产业用纺织品行业协会赵瑾瑜老师为本文提供重要的修改意见。

［1］赵丹青.一种可有效过滤PM2.5的立体口罩：中国，201220026054.1［P］.2012-09-26.

［2］赵丹青.一种兼具抗菌和吸湿排汗功能的四叶形聚酯纤维或长丝：中国，200710145775.8［P］.2008-06-11.

［3］赵丹青.一种可有效过滤PM2.5的口罩滤片：中国，201220026313.0［P］.2012-09-26.

［4］姚红.美国FDA对误导消费者的口罩宣传发出警告［J］.中国个体防护装备，2009(3)：48-49.

［5］杨荆泉，王政，郝丽梅，等.一种抗菌生物防护口罩的研制［J］.中国个体防护装备，2010(4)：17-21.

［6］杨小兵，房鹤，袁晓华，等.呼吸器标准中的泄漏率与实验室呼吸防护水平［J］.中国安全生产科学技术，2012，8(5)：58-63.

［7］姚红，丁松涛.探讨高浓度粉尘环境下的呼吸防护［C］//中国职业安全健康协会.2011年学术年会论文集.北京：煤炭工业出版社，2011：429-435.

［8］刘思敏，潘四春，岳卫华.医用外科口罩滤材非油性颗粒过滤效率与细菌过滤效率的相关性分析［J］.首都医药，2013(24)：8-9.

［9］丁松涛.GB2626—2006《呼吸防护用品——自吸过滤式防颗粒物呼吸器》概述［J］.中国个体防护装备，2007(1)：33-37.

［10］杨小兵，杨博，房鹤，等.动力送风过滤式呼吸器送风量指标研究［C］//中国职业安全健康协会.第二十届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2012学术年会论文集，2012：279-286.

［11］刘志强，刘宝龙，邱曼.自吸过滤式呼吸器对人体主观舒适度的影响［J］.中国安全生产科学技术，2009，5(1)：32-36.