Kako nastaju maske s filterom
26. maj 2020
Tamo gdje se okuplja više ljudi u vrijeme korone mora se nositi maska. Medicinska zaštita za usta i nos i visokokvalitetne zaštitne maske moraju imati ugrađen i specijalni filter. On je proizveden tokom tzv. meltblown postupka. Porodično preduzeće Reifenhäuser sa tvrkom-kćeri Reicofil u Troisdorfu pored Bonna je jedan od vodećih svjetskih proizvođala za strojeve koji mogu prizvesti takve posebne filtere.
Detlef Frey je rukovoditelj odjela za istraživanje i razvoj u Reicofil-u. On nam otvara vrata u tehničkom centru u kojem sa svojim kolegama istražuje proizvodnju tzv. nonwoven tkanina, dakle materijala od plastičnih vlakana, koji međutim ne moraju biti prvo tkane.
Izbaciti štetne materije iz zraka
„Imamo ovdje 2000 kvadratnih metara i tri produkcijska pogona. Sve što smo ovdje izgradili odgovara pogonima u kojima klijenti vani proizvode“, kaže Frey. "Mi obično ovdje postavljamo sustave kako bismo kupcima mogli pomoći u razvoju proizvoda. Sve što ovdje radimo sa recepturama naši kupci već mogu koristiti na licu mjesta. Međutim, zbog pandemije korone, odlučili smo da sada koristimo laboratorijska postrojenja za proizvodnju materijala za filtriranje maski.“
A to bi trebalo iz zraka izbaciti sve štetne materije: osim virusa i bakterija, to su i čestice prašine, sitne kapljice aerosola ili azbestna vlakna. Da bi to uspjelo, runo mora biti izuzetno fino strukturirano.
Tijekom proizvodnje, prvo se topi plastični polipropilen (PP) dok ne dobije konzistenciju tekućeg meda. Zatim se probija kroz sićušne mlaznice i ispod njih formira izuzetno tanki konac. Ali on još uvijek nije tako tanak kao što bi trebala biti na kraju. Dakle, mora biti još tanji. Za to se rastopljeni konac puše. Zbog toga se postupak naziva i "meltblown".
Nanometar tanke, ali izuzetno izdržljive niti
„Naš prolipropilen ima tačku topljenja na 60 stepeni celjzijevih. Temperatura zraka je na oko 250 stupnjeva. Tako vruć zrak i tako topla talina se susreću i bivaju ekstremno snažno ubrzani.“
Zrak hvata plastične niti brzinom od oko 300 metara u sekundi. To bi bila gotovo brzina zvuka u normalnoj atmosferi. Međutim, budući da protok zraka udara u plastične niti s dvije strane i k tomu još u veoma malom području se javlja stanje vrtloga, relativna brzina koja djeluje na tekuće plastične niti se višestruko povećava. Za kratko vrijeme dolazi do ubrzanja od skoro 40 000 kilometara na sat - što je veća brzine od brzine u orbiti Međunarodne svemirske stanice (ISS). Ovim procesom niti – koje se još naziva filamenti - postaju nezamislivo tanke. Ova brzina se doduše ne može izmjeriti, ali s obzirom na kasniju jačinu filamenata može se teoretski izračunati.
"Istodobno, moramo spriječiti da vlakna puknu", kaže inženjer Frey. "Fascinantno je zamisliti da ova plastika može to izdržati i da uspijemo proizvesti takav proizvod s dosljednom kvalitetom“, kaže on.
Kontrola kvalitete u laboratoriji i na mašini
To nije jednostavno, kaže Alexander Klein, koji radi u tehničkom centru kao inženjer za razvoj. "Postavke morate izvršiti tako da imate homogeni talog od flisa bez oštećenja, neprekidne niti (filamente), bez lomova niti kako bi na kraju imali homogeni proizvod sa finim nitima.“
Zbog toga je važna kontrola proizvodnog procesa. "Koristimo inspekcijske sustave koji pronalaze optičke nedostatke u proizvodu", kaže Klein. "S druge strane, redovito uzimamo uzorke materijala koje testiramo u laboratoriju: propusnost zraka, brzinu odvajanja na filteru kako bismo zadovoljili odgovarajuće specifikacije."
Uz to, senzori također automatski mjere propusnost zraka za gotov filterski materijal. "Zahvaljujući provjeri možemo otkriti kada se nešto promijeni što ukazuje da nešto u procesu ne ide onako kako bi trebalo", kaže inženjer Klein.
A to se lako može dogoditi, jer niti su, kada ih obavija vrući zrak, skoro još uvijek u tekućem stanju i prilično ljepljive.
Filamenti iz kojih se mreža sastoji su tanki svega pola mikrona. Sa jednim jedinim sedam grama lakim koncem može se primjerice obuhvatiti cijela zemlja. S druge strane takav konac bi bio dovoljan za otprilike dvije do četiri maske za lice - ovisno o kvaliteti maske.
Virusi su još mnogo, mnogo manji
Iako je već veoma tanka, netkana mreža (non-woven netz) još dugo nije dovoljna da viruse, s obzirom na njihovu veličinu, ukloni iz zraka.
Otvori u filtrirajućem materijalu su oko stostruko veći od virusa 0,12 mikrona. Inženjeri stoga moraju koristiti niz fizikalnih trikova kako bi viruse zadržali na površini.