Kako nastaju maske s filterom?

Tamo gdje se okuplja više ljudi, u doba korone mora se nositi maske. Medicinska zaštita za usta i nos i visokokvalitetne zaštitne maske moraju imati ugrađen i specijalni filter. On je proizveden tijekom tzv. meltblown postupka. Obiteljska tvrtka Reifenhäuser Reicofil u Troisdorfu pored Bonna je jedan od vodećih svjetskih ponuđača strojeve koji mogu proizvesti takve posebne filtere.

Detlef Frey je rukovoditelj odjela za istraživanje i razvoj u Reicofilu. On nam otvara vrata u tehničkom centru u kojem sa svojim kolegama istražuje proizvodnju tzv. nonwoven tkanina, dakle materijala od plastičnih vlakana.

Izbaciti štetne tvari iz zraka

„Imamo na raspolaganju 2000 kvadratnih metara i tri produkcijska pogona. Sve što smo ovdje izgradili odgovara pogonima u kojima proizvode naši njemački i inozemni klijenti", kaže Frey. "Mi obično ovdje postavljamo sustave kako bismo kupcima mogli pomoći u razvoju proizvoda. Sve što ovdje radimo s receptima, 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 znači da se iz zraka koji se udiše izbaci sve štetne tvari: 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 trebao biti na kraju proizvodnog procesa. Dakle, mora biti još tanji. Zato se rastopljeni konac puše. Zbog toga se postupak naziva i "meltblown".

Nanometar tanke, ali izuzetno izdržljive niti

„Naš prolipropilen ima točku topljenja na 160 stupnjeva Celzijevih. Temperatura zraka iznosi oko 250 stupnjeva. Tako vruć zrak i tako topla talina se susreću i ekstremno ich se ubrzava."

Zrak „lovi" 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 tome se još u vrlo malom području pojavljuje 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 one kojom se kreće Međunarodna svemirska stanice (ISS). Ovim procesom niti, koje se još naziva filamenti, postaju nezamislivo tanke. Ova brzina se doduše ne može izmjeriti, ali 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 sve to izdržati i da uspijemo proizvesti takav proizvod s konstantno visokom kvalitetom", kaže on.

Kontrola kvalitete

To nije jednostavno, kaže Alexander Klein, on radi u tehničkom centru kao inženjer za razvoj. "Postavke morate programirati tako da imate homogeni talog od niti bez oštećenja, neprekidne filamente, bez lomova niti - kako bi na koncu imali homogeni proizvod s 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."

Osim toga, senzori također automatski mjere propusnost zraka za gotov materijal. "Zahvaljujući provjeri možemo otkriti kada se nešto promijeni što ukazuje da nešto u procesu ne ide onako kako bi trebalo", dodaje 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. S 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 jako tanka, netkana mreža (non-woven) još dugo nije dovoljna da viruse ukloni iz zraka koji se udiše - obzirom na njihovu veličinu. Otvori u filtrirajućem materijalu su oko sto puta veći od virusa s njegovih 0,12 mikrona. Inženjeri stoga moraju koristiti niz fizikalnih trikova kako bi viruse zadržali na površini.