郭金福 車映紅 邵 明

(1.上海興諾康綸纖維科技股份有限公司，上海，200233;2.上海市紡織科學研究院，上海，200082;3.東華大學，上海，201620)

我國在經(jīng)濟發(fā)展的同時也出現(xiàn)了環(huán)境問題，工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程中產(chǎn)生的各種大氣污染顆粒物已使各地頻現(xiàn)霧霾天氣。環(huán)保部監(jiān)測顯示，霧霾天首要污染物往往是PM2.5(也稱細顆粒物)。按照環(huán)保部2012年修訂的GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》定義，PM2.5是指“環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑≤2.5 μm的顆粒物”。按照標準GB2626—2006《呼吸防護用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》的定義，顆粒物是指“懸浮在空氣中的固態(tài)、液態(tài)或固態(tài)與液態(tài)的顆粒狀物質(zhì)，如粉塵、煙、霧和微生物”。

GB3095—2012標準首次將 PM2.5列入公開監(jiān)測指標，與其同步配套實施的HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》對空氣質(zhì)量進行了分級。隨著對PM2.5監(jiān)測結(jié)果的公布，人們?nèi)找骊P(guān)注自身健康防護，所以亟需開發(fā)一種對PM2.5具有防護效果并能抗細菌、抗病毒的日常防護型口罩。

口罩按照使用場合一般可分為工業(yè)口罩、醫(yī)用口罩和民用口罩。一般的工業(yè)口罩在日常佩戴時會令人感到憋悶和濕熱，降低了使用者的舒適度和可接受度，并且工業(yè)口罩有嚴格的佩戴場合要求及具體選用標準;醫(yī)用口罩主要偏向用于醫(yī)療工作環(huán)境下，過濾空氣中的顆粒物，阻隔飛沫、血液、體液、分泌物等;而民用口罩應(yīng)用場合廣泛。

本文介紹了新開發(fā)的一種日用抗菌防霾口罩［1］，包括其結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵性能指標。因為尚無相應(yīng)國家標準或行業(yè)標準進行規(guī)范，消費者很難區(qū)分民用口罩的實際防護性能，因此本文也對其評價標準進行了探討。

1 口罩結(jié)構(gòu)

日用抗菌防霾口罩的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

日用抗菌防霾口罩采用立體裁剪縫制技術(shù)，由口罩片部1、位于口罩片部上方的壓鼻部2、位于口罩片部下方的收縮部3及系帶4構(gòu)成一個立體的凸出結(jié)構(gòu)。按國人不同臉型尺寸分尺碼，由系帶掛在耳后，其中系帶優(yōu)選彈力帶，并安裝一個調(diào)節(jié)彈力帶長度的固定件，或在壓鼻部加裝鼻墊，可以良好地包裹人的口鼻部。

圖1 日用抗菌防霾口罩結(jié)構(gòu)

口罩片部、壓鼻部和收縮部為三層結(jié)構(gòu)：外層、保暖層和全棉內(nèi)層。外層為用上海興諾康綸纖維科技股份有限公司生產(chǎn)的內(nèi)置銀離子抗菌的聚酯纖維［2］(注冊商標“康綸”)制成的抗菌面料;保暖層可根據(jù)不同季節(jié)進行增減。在內(nèi)層和保暖層之間設(shè)置一個內(nèi)插入式可替換復合濾片6，并在內(nèi)層設(shè)置兩個便于濾片填裝或更換的插口5，對稱分布于口罩左右兩邊。

復合濾片為三層復合結(jié)構(gòu)。外層和內(nèi)層均為紡黏非織造布，面密度都在20～40 g/m2之間;中間層為抗菌駐極體聚丙烯熔噴復合濾料和/或活性炭層，復合濾料面密度在15～60 g/m2之間，活性炭層面密度在30～60 g/m2之間。

2 口罩關(guān)鍵性能指標

2.1 口罩過濾性能

日用抗菌防霾口罩利用立體裁剪縫制技術(shù)，采用“康綸”抗菌面料，采用可替換使用的微濾過濾技術(shù)濾片［3］，具備高抑菌效果及過濾效率，綜合技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，具有新穎性。參考標準GB/T18664—2002《呼吸防護用品的選擇、使用與維護》的定義，日用抗菌防霾口罩屬于非油性顆粒物的自吸過濾式半面罩呼吸器，參考標準GB2626—2006對樣品進行了過濾性能測試。檢測氣體流量85 L/min，測得樣品的非油性顆粒物過濾效率(particulate filtration efficiency，PFE)大于90%，吸氣阻力小于350 Pa，呼氣阻力小于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層采用的“康綸”面料，按照GB/T20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》進行測試，其對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌種抑菌率均大于95%;經(jīng)美國MICORBAC實驗室對抗H7N9病毒性能測試，測得其對流感病毒抑菌率大于95%。經(jīng)測試，口罩面料符合GB18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》的B類要求。

2.3 濾片抗菌性能和過濾性能

復合濾片按照標準GB/T20944.3—2008進行測試，其對革蘭氏陽性抑菌率大于95%、革蘭氏陰性抑菌率大于85%。經(jīng)美國國家職業(yè)安全與健康研究院(NELSON)實驗室檢測，濾片細菌過濾效率(bacterial filtration efficiency，BFE)大于 99%、PFE大于99%。

3 日用抗菌防霾口罩的評價標準探討

日用抗菌防霾口罩主要是針對普通消費者在日常生活中抗菌防霾而開發(fā)的，目前尚沒有適用的國家標準或行業(yè)標準，因此本文基于國內(nèi)現(xiàn)有的工業(yè)標準和醫(yī)用標準對其評價標準進行了探討。表1分析比較了工業(yè)口罩和醫(yī)用口罩的幾個重要技術(shù)指標。

3.1 安全性

3.1.1 有害物質(zhì)殘留限定

作為接觸皮膚的紡織品，尤其是直接接觸口鼻部位的紡織品，其安全性顯得尤為重要。雖然GB2626—2006標準要求“直接與面部接觸的材料對皮膚無害”，但是并沒有給出檢測方法，實際可操作性不強，而醫(yī)用口罩的三個標準均有“刺激性”等技術(shù)要求。日用抗菌防霾口罩內(nèi)層面料優(yōu)選本色全棉，測試結(jié)果符合GB18401—2010標準的B類要求，而外層面料除了應(yīng)達到與內(nèi)層面料同樣的甲醛含量、pH值和異味三個技術(shù)指標的要求外，還要滿足GB18401—2010標準中的色牢度及可分解致癌芳香胺染料的限量要求。

表1 國內(nèi)工業(yè)用口罩和醫(yī)用口罩主要技術(shù)指標比較

從表1可看出，醫(yī)用口罩增加了符合GB15979—2002標準的微生物指標要求，并且對常用的消毒劑環(huán)氧乙烷限定殘留量≤10 μg/g，而工業(yè)口罩僅要求“防止在使用前受到機械損傷和污染”。因日用抗菌防霾口罩可重復使用，需要清洗后再使用，因此暫無此消毒要求。

3.1.2 抗菌性能

口罩外層面料起到初級過濾的作用，會集聚一些攜帶致病菌的顆粒物或霧滴。日用抗菌防霾口罩的外層借助于“康綸”杰出的抗菌性能，可降低在佩戴使用過程中產(chǎn)生二次感染的風險，并且口罩的復合濾片除了高效過濾外也能抑制被過濾下來的細菌的生長，降低使用者佩戴和更換時產(chǎn)生二次感染的風險。必須指出，日用抗菌防霾口罩外層“康綸”面料能夠殺滅被過濾下來的細菌和病毒，降低風險，但不能消除風險，也未提高口罩的過濾效率［4］，但有研究表明具有抗菌功能的生物防護口罩對于預防呼吸道傳染病的流行、保護人員健康具有重要的意義［5］。

3.2 泄漏性

即使口罩過濾效率很高，如果密合性不高，顆粒物等有害物質(zhì)也會從泄漏處進入口罩，起不到防護作用。雖然美國NIOSH在最新系列CBRN呼吸器標準中以LRPL或防護因數(shù)PF替代了泄漏率和總泄漏率，但在世界如英國、歐洲、日本、中國等其他國家或地區(qū)標準中，泄漏率和總泄漏率仍為十分常用的評判指標［6］。從GB2626—2006標準的術(shù)語定義可以看出：泄漏率是考察口罩除過濾元件以外的泄漏性，重在從生產(chǎn)者角度進行考量的指標;總泄漏率是考察包括過濾元件在內(nèi)的口罩及其部件的氣密性和口罩與佩戴者面部的密合性，重在從消費者角度進行考量的指標，更能體現(xiàn)口罩的整體防護實用性能。測試由臉型具有一定代表性的真人佩戴呼吸器做一些規(guī)定動作狀態(tài)時的口罩總泄漏率，逐步成為全球口罩產(chǎn)品評價標準中必不可少的要求［7］。對于可更換式口罩，GB2626—2006標準僅給出了泄漏率的判定，醫(yī)用防護口罩給出了總適合因數(shù)不小于100的規(guī)定，但是醫(yī)用外科和一次性醫(yī)用口罩并沒有這項要求。

為使消費者更便捷合理地選戴口罩，筆者提出在以PM2.5為主要污染物的空氣環(huán)境下，按照國家強制性標準GB3095—2012發(fā)布的國家空氣質(zhì)量為依據(jù)，消費者只要佩戴符合標準要求的民用口罩后吸入空氣的PM2.5濃度限值(24 h平均值)達到一級或二級即可接受，對照HJ 633—2012標準，消費者此時吸入的是質(zhì)量優(yōu)良的空氣。

為探討民用口罩的適度合理防護，對常見的工業(yè)口罩KN95與幾組不同總泄漏率口罩按照空氣質(zhì)量分級過濾前后的PM2.5濃度進行了比較，見表2。

表2 不同泄漏率口罩按照空氣質(zhì)量分級過濾前后PM2.5濃度的比較

從表2 可以看出，在 PM2.5為 500 μg/m3(嚴重污染)時，經(jīng)TIL10%的口罩過濾后的PM2.5濃度為29 μg/m3，與經(jīng) KN95 口罩過濾后的 PM2.5濃度24 μg/m3相差不大，過濾后吸入空氣質(zhì)量都屬于優(yōu);經(jīng) TIL20% 的口罩過濾后的 PM2.5濃度為59 μg/m3，過濾后吸入空氣質(zhì)量也可達到良。以上分析表明，探討民用口罩的合理適度防護很有必要。另外，還需要綜合考慮體力活動強度，或容塵量以及呼吸阻力等舒適性指標，口罩的選戴尚需進一步驗證。

3.3 過濾效率

3.3.1 加載過濾效率

過濾效率是口罩的關(guān)鍵技術(shù)指標之一，表征過濾元件對標準顆粒物的防護能力。消費者在佩戴口罩過程中，被過濾下來的顆粒物會持續(xù)加載到濾料上。GB2626—2006標準從檢測初始過濾效率改為檢測加載過濾效率，更加反映實際使用性能;而醫(yī)用口罩是測試初始過濾效率，可能是考慮多為一次性使用，佩戴時間較短。有研究表明，當醫(yī)用外科口罩濾料的PFE達到86%以上時，BFE可達98%以上，且數(shù)據(jù)呈正相關(guān)性，依照試驗結(jié)果，可以進一步探討用較高的PFE作為BFE替代方法的可行性［8］。

3.3.2 顆粒物粒徑

美國NOISH的研究人員發(fā)現(xiàn)過濾效率在顆粒物直徑0.3 μm左右時會出現(xiàn)最低值，用MPPS(最具有穿透力)的粒徑顆粒物檢測并控制過濾效率，無論實際粉塵粒徑分布如何，實際效率只會更高。因此，測試 PM2.5用 0.3 μm 的氯化鈉氣溶膠是合理的［7］。

3.3.3 呼吸流量

從圖2可以看出，在相同粒徑下氣流量越大，過濾效率越低，因此檢測流量的選擇對實際過濾效率的影響很大。

職業(yè)人員在中等勞動強度下的平均通氣量約為30 L/min［9］，人呼吸時氣流速度呈正弦波狀，一般平均吸氣峰值流量PIFR為平均每分鐘通氣量的2.5到3.9倍［10］。為模擬濾料在最苛刻條件下的使用情況，我國和美國標準使用的氣體流量是85 L/min［7，9］，歐洲標準使用 95 L/min。在日常生活中，一般人的呼吸流量需要根據(jù)ISO/TS 16976《呼吸防護用品-人的因素》的8個部分，結(jié)合氣流通過的實際截面積進一步驗證，以期更能符合實際使用情況。

圖2 符合30CFR11美國標準的濾料在不同流量下對氯化鈉氣溶膠的過濾效率［7］

3.3.4 呼吸阻力

呼吸防護用品不僅要有好的防護性能，還需具有良好的生理舒適性能。呼吸阻力是對人體呼吸系統(tǒng)影響較大的因素，如果呼吸器的阻力過大，則造成用力呼吸，必然導致呼吸肌疲勞，佩帶者會感覺不舒適［11-14］。在合理呼吸流量下，新開發(fā)的日用抗菌防霾口罩還需要進一步減小呼吸阻力，以便獲得更好的呼吸體驗。

4 結(jié)語

PM2.5危害很大，但只要合理適度防護，人們?nèi)钥梢越】岛粑?。新開發(fā)的日用抗菌防霾口罩采用兩項專利技術(shù)“微濾過濾技術(shù)”和“康綸抗菌技術(shù)”進行創(chuàng)新，相關(guān)產(chǎn)品防“兩細”(以PM2.5為代表的細顆粒物和以 NDM-1、MRSA、H1N1、H7N9為代表的細菌、病毒)效果顯著。筆者提出，民用口罩的評價標準應(yīng)重點關(guān)注口罩的整體防護性能，在以PM2.5為首要污染物的空氣環(huán)境下，并在保證材料安全性的基礎(chǔ)上，消費者佩戴符合要求的口罩，吸入的空氣質(zhì)量按照GB3095—2012標準評定為優(yōu)良并呼吸舒適的即可認為符合標準。目前，我國口罩發(fā)展與美、歐等發(fā)達國家差距較大，ISO正在開展呼吸器全球標準化工作［15］。2012年9月針對新開發(fā)的日用抗菌防霾口罩，根據(jù)GB2626—2006國家標準制定了企業(yè)標準Q/TNYH002《日用抗菌防霾口罩》，并且圍繞消費者體驗一直在不斷完善。

致謝：感謝中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會趙瑾瑜老師為本文提供重要的修改意見。

［1］趙丹青.一種可有效過濾PM2.5的立體口罩：中國，201220026054.1［P］.2012-09-26.

［2］趙丹青.一種兼具抗菌和吸濕排汗功能的四葉形聚酯纖維或長絲：中國，200710145775.8［P］.2008-06-11.

［3］趙丹青.一種可有效過濾PM2.5的口罩濾片：中國，201220026313.0［P］.2012-09-26.

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