نانو الیاف در صنعت ماسک

 ماسک­های تنفسی از لایه های فیلتر تشکیل شده­اند که با ایجاد مسیری پیچیده در جریان هوای تنفسی، ذرات، باکتری­ها، و ویروس­ها را فیلتر می­کنند. در هنگام استفاده از ماسک، لایه های تعبیه شده در آن باید قادر به فیلتر سه دسته از ذرات، شامل ذرات در مقیاس ماکرو، میکرو، و نانو بوده و از ورود آنها به دهان و بینی جلوگیری کند. ذرات در مقیاس ماکرو (بزرگتر از ) و میکرو ()، از طریق مکانیزم­های مکانیکی (برخورد ذرات با الیاف ماسک به دلیل ابعاد و یا سرعت و جهت حرکتشان)، فیلتر خواهند شد. ذرات در مقیاس بسیار کوچک (کمتر از )، با وجود ابعاد بسیار کوچک، به دلیل سبکی و اینرسی پایین، توسط مولکول­های هوا بر روی سطح الیاف رسوب می­کنند. در این میان ذرات در مقیاس نانو (در حدود )، با وجود اینکه از منافذ الیاف کوچک­تر هستند، در عین حال، به اندازه­ای انرژی و سرعت دارند که از الیاف عبور می کنند. در نتیجه این ذرات توسط مکانیزم­های مکانیکی قابل فیلتر شدن نخواهند بود. پیش از این تولید کنندگان ماسک برای غلبه با این مشکل، لایه های فیلتر را افزایش داده تا به دلیل وجود موانع فیزیکی بیشتر، احتمال جذب نانوذرات به وسیله مکانیزم­های مکانیکی افزایش دهند. البته این کار، به دلیل ایجاد اختلاف فشار بیشتر، قابلیت تنفس برای استفاده کننده را، سخت­تر می کرد که از نمونه آن می توان ماسک های مجهز به لایه هپا را نام برد. اخیراً تکنولوژی نانوالیاف برای حل این مشکل به کار گرفته شده است. ماسک های مجهز به نانوالیاف[1] همزمان با قابلیت جذب بالای نانوذرات اشاره شده، بدون ایجاد اختلاف فشار بیش از حد، قابلیت تنفس را مختل نمی­کنند.

نانوالیاف شبکه ای در هم تنیده از الیاف نانومتری است که به روش الکترواسپینینگ از پلیمرهای مختلف تولید می شود. در واقع در الکترواسپینینگ، با اعمال ولتاژ بالا، کشش سطحی محلول پلیمری شکسته شده و قطرات محلول به الیاف بسیار ظریف به قطر 40 تا 2000 نانومتر، کشیده می­شوند. نانو الیاف تولیدی، شبکه­های تصادفی را بر روی پارچه ایجاد می­کنند و توسط مکانیزم الکترواستاتیکی، نانوذرات با بار مخالف را را جذب خواهند کرد. در نتیجه ماسک­های دارای نانوالیاف، علاوه بر فیلتر ذرات با مکانیزم­های مکانیکی، قدرت جذب بسیار بالایی برای ذرات در مقیاس نانو، با استفاده از خاصیت جذب الکترواستاتیکی دارند. به علاوه، در ابعاد نانو، ایرودینامیک جریان سیال پیرامون نانوالیاف، به شدت تغییر خواهد کرد و به دلیل بر­هم کنش بین نانوالیاف، مکانیزم­های مکانیکی نیز، به شدت تقویت می­شوند. در این میان، ماسک­های سری N، مانندN95  و  N99 با استفاده از نانوالیاف تولیدی با روش الکترواسپینینگ، قابلیت جذب ذرات تا 95%  و 99% را دارا هستند. در عین حال قابلیت تنفسی را کاهش نمی­دهند.

علاوه بر فیلترینگ بهتر، نانوالیاف به دلیل افت فشار کمتر، کم هزینه تر، از نظر انرژی کم مصرف تر، و دارای عمر بیشتری هستند. به علاوه الیاف پلیمری تولیدی به روش الکترواسپینینگ، زیست دوست بوده و قابلیت تجزیه شدن در طبیعت را دارند.

[1] Electrospinning