การพัฒนาและประเมินประสิทธิภาพการกรองอนุภาค ความต่างของความดันและการรั่วเข้าด้านในรวมของหน้ากากผ้าประสิทธิภาพสูงแบบ 3 มิติ: Development and Evaluation of the Particle Filtration Efficiency, the Pressure Difference and the Total Inward Leakage of the 3D High Efficiency Fabric Mask for a Beautiful and Comfortable Wearing

พัชรีภรณ์  พงษ์สุระ; พัชรีย์  บัวอินทร์; จินตนา  อู่เงิน; วิสาข์นภัสด์  รัตนจันทร์; วนัสสุดา  คำพุฒ; วราภรณ์ ต้นใส; พานิช อินต๊ะ

ผู้แต่ง

พัชรีภรณ์ พงษ์สุระ
พัชรีย์ บัวอินทร์
จินตนา อู่เงิน
วิสาข์นภัสด์ รัตนจันทร์
วนัสสุดา คำพุฒ
วราภรณ์ ต้นใส -
พานิช อินต๊ะ

คำสำคัญ:

วัสดุผ้า, ละอองลอย, การผ่านทะลุอนุภาค, การป้องกันระบบทางเดินหายใจ, ประสิทธิภาพการกรอง

บทคัดย่อ

ปัญหาการขาดแคลนหน้ากากอนามัยแบบใช้แล้วทิ้งในช่วงที่โควิด–19 ระบาดในประเทศไทย บางคนอาจต้องการใช้วัสดุผ้าทั่วไปในการป้องกันระบบทางเดินหายใจเนื่องจากปัญหาการขาดแคลนหรือความสามารถในการจ่าย วัตถุประสงค์ของงานนี้คือเพื่อพัฒนาและประเมินประสิทธิภาพการกรองอนุภาค ความต่างของความดันและการรั่วเข้าด้านในรวมของหน้ากากผ้าประสิทธิภาพสูงแบบ 3 มิติ เพื่อความสวยงามและการสวมใส่ที่สบาย งานนี้ได้ออกแบบให้มีรูปทรงหน้ากากที่สวยงามโอบรับกับใบหน้ามีโครงสร้าง 3 ชั้น คือ 1) ผ้าไมโครไฟเบอร์ที่มีคุณสมบัติกันน้ำและละอองฝอยขนาด 3 – 10 ไมครอนได้ 2) ผ้าเมลต์โบลนนอนวูฟเวน (Meltblown non-wovens) ที่มีคุณสมบัติในการกรองอนุภาคขนาดเล็กกว่า 0.3 ไมครอนได้ และ 3) ผ้าไมโครไฟเบอร์ที่มีคุณสมบัติดูดซับสารคัดหลั่งและยับยั้งเชื้อแบคทีเรียที่มาจากผู้ใช้ หน้ากากผ้าประสิทธิภาพสูงแบบ 3 มิติที่พัฒนาขึ้นมีค่าต้านการหายใจต่ำจะทำให้ผู้สวมใส่ไม่รู้สึกเหนื่อยในขณะสวมใส่ โดยวิธีการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM F2299–03 และ EN14683 เพื่อหาประสิทธิภาพการกรองอนุภาคและความต่างของความดัน ในส่วนการประเมินการรั่วเข้าด้านในรวมของหน้ากากได้อ้างอิงวิธีการทดสอบจาก OSHA Respiratory Protection Standard 29 CFR 1910.134 ผลการทดสอบสอบพบว่าค่าประสิทธิภาพการกรองอนุภาคของหน้ากากผ้าประสิทธิภาพสูงแบบ 3 มิติที่พัฒนาขึ้นมีค่าเท่ากับ 97.89% ค่าความต่างของความดันของหน้ากากผ้าที่พัฒนาขึ้นมีค่าเท่ากับ 5.18 mmH2O/cm2 โดยหน้ากากผ้าที่พัฒนาขึ้นมีค่าประสิทธิภาพความพอดี การรั่วเข้าด้านในรวมของหน้ากากและปัจจัยความพอดีมีค่าเท่ากับ 79.39%, 20.61% และ 4.85 ตามลำดับ หน้ากากที่ได้พัฒนาขึ้นนี้ถือว่ามีค่าอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ของหน้ากาก FFP1 ตามมาตรฐาน EN149:2001 ได้ ข้อมูลที่ได้จากงานนี้จะเป็นประโยชน์ต่อผู้ประกอบการผลิตหน้ากากผ้าในการพัฒนาต้นแบบหน้ากากเพื่อใช้ในการป้องกันระบบทางเดินหายใจจากการระบาดของโควิด–19 และฝุ่น PM2.5 และการสวมใส่ที่สบายและสวยงาม

References

Department of Disease Control, COVID-19 situation report, Available Source: https://covid19.ddc.moph. go.th/, October 24, 2020. (in Thai)

Thepnuan, D., Yabueng, N., Chantara, S., Prapamontol, T. and Tsai, Y.I. (2020). Simultaneous Determination of Carcinogenic PAHs and Levoglucosan Bound to PM2.5 for Assessment of Health Risk and Pollution Sources during a Smoke Haze Period. Chemosphere, 257; 127154.

Fushimi, A, Hasegawa, S, Takahashi, K, Fujitani, Y, Tanabe, K, Kobayashi, S., (2008). Atmospheric Fate of Nuclei-mode Particles Estimated from the Number Concentrations and Chemical Composition of Particles Measured at Roadside and Background Sites. Atmospheric Environment, 42; 949–59.

Intra, P. and Siri-achawawath, T., (2019). Development of an Online Particulate Monitoring System for Measurement of the Mass and Number Concentrations and Size Distributions of Ambient PM10, PM2.5 and sub-400 nm Particles. Songklanakarin Journal of Science and Technology, 41(6), 1339-1347.

Srivastava, A., (2021). COVID-19 and Air pollution and Meteorology-an Intricate Relationship: A Review. Chemosphere, 263, 128297.

Leiva, G.M.A., Santibañez, D.A., Ibarra, S., Matus, P., Seguel, R., (2013). A Five-year Study of Particulate Matter (PM2.5) and Cerebrovascular Diseases. Environmental Pollution, 181; 1-6.

O’Dowd, K., Nair, K.M., Forouzandeh, P., Mathew, S., Grant, J., Moran, R., Bartlett, J., Bird, J. and Pillai, S.C., (2020). Face Masks and Respirators in the Fight Against the COVID-19 Pandemic: A Review of Current Materials, Advances and Future Perspectives. Materials, 13; 3363.

El-Atab, N., Qaiser, N., Badghaish, H. Shaikh, S. F. and Hussain, M. M., (2020). Flexible Nanoporous Template for the Design and Development of Reusable Anti-COVID-19 Hydrophobic Face Masks. ACS Nano, 14 (6); 7659–7665.

Sickbert-Bennett E. E., Samet J. M., Clapp P. W., et al. (2020). Filtration Efficiency of Hospital Face Mask Alternatives Available for Use During the COVID-19 Pandemic. JAMA Intern Med, Published online August 11.

Konda, A., Prakash, A., Moss, G. A., Schmoldt, M., Grant, G. D. and Guha, S., (2020). Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks. ACS Nano, 14 (5); 6339-6347.

Aydin, O., Emon, B., Cheng, S., Hong, L., Chamorro, L. P., Saif, M. T. A., (2020). Performance of Fabrics for Home-made Masks Against the Spread of COVID-19 through Droplets: A Quantitative Mechanistic Study. Extreme Mechanics Letters, 40; 100924.

Rengasamy, S., Eimer, B. and Shaffer, R.E., (2010). Simple Respiratory Protection—Evaluation of the Filtration Performance of Cloth Masks and Common Fabric Materials Against 20–1000 nm Size Particles. The Annals of Occupational Hygiene, 54 (7); 789–798.

Willeke, K. and Baron, P.A., (1993). Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications, John Wiley & Sons, New York.

ASTM F2299 / F2299M-03(2017), (2017). Standard Test Method for Determining the Initial Efficiency of Materials Used in Medical Face Masks to Penetration by Particulates Using Latex Spheres. ASTM International, West Conshohocken, PA.

Liu, B.Y.H and Pui, D.Y.H., (1974). Equilibrium bipolar charge distribution of aerosols. Journal of Colloid and Interface Science, 49 (2); 305–312.

Timko, M.T., Yu, Z., Kroll, J., Jayne, J.T., Worsnop, D.R., Miake-Lye, R.C., Onasch, T.B., Liscinsky, D., Kirchstetter, T.W., Destaillats, H., Holder, A.L., Smith, J.D. and Wilson, K.R., (2009) Sampling Artifacts from Conductive Silicone Tubing. Aerosol Science and Technology, 43(9); 855-865.

Janssen, L.L., Anderson, N.J., Cassidy, P.E., Weber, R.A. and Nelson, T.J., (2005). Interpretation of Inhalation Airflow Measurements for Respirator Design and Testing. Journal of the International Society for Respiratory Protection, 22; 122–141.

Reineking, A. and Porstendörfer, J., (1986). Measurements of Particle Loss Functions in a Differential Mobility Analyzer (TSI, Model 3071) for Different Flow Rates. Aerosol Science and Technology, 5; 483-486.

ASTM F2100-19e1, (2019). Standard Specification for Performance of Materials Used in Medical Face Masks. ASTM International, West Conshohocken, PA.