颗粒物防护口罩
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  • 发表时间:2019-09-08 17:44
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  颗粒物防护口罩是专业用防护口罩的一个主要类别,设计用于防护粉尘、烟尘、烟雾等各类颗粒状的空气污染物,给佩戴者提供呼吸防护,属于个人防护用品。在工作场所中,颗粒物防护口罩用于保护劳动者,减少由工作产生的空气污染物经呼吸道进入人体而导致的职业病,如尘肺病慢性中毒等。近些年,公众对空气污染(如PM2.5浓度超标)越发担忧,新出现的致病病毒所引起的呼吸道传染病暴发或流行也时有发生,许多人在外出时会自发选择戴口罩来保护自己,使颗粒物防护口罩有了更加广泛的应用。

  颗粒物防护口罩俗称防尘口罩。在工作中使用防护口罩保护劳动者的健康属于职业卫生的范畴。作为特种劳动防护用品,国内生产颗粒物防护口罩需要有工业产品生产许可证,产品应符合强制性国家标准GB2626-2006

  识别颗粒物,认识其对身体的危害,是选择呼吸防护措施的第一步。颗粒物也称气溶胶,指空气中悬浮的固态的、液态的或固液混合态的颗粒状物质,是空气污染物存在的一种形态,在不同的语言环境中,受习惯用语的影响,也会用烟雾、烟气、烟尘、尘埃、灰尘、雾气等词语来描述,有些概念比较模糊,不利于对防护作用的理解,有时也容易被误导。2010年,国际标准化组织(ISO)颁布了ISO 16972标准(参见图2)

  2)受机械力作用(如打磨、钻、切割等)由大颗粒破碎产生的; 3)粒度从肉眼可见到光学显微镜下不可见的气溶胶。

  产生粉尘的机理比较简单,粉尘成分比较稳定,容易分辨,如煤尘、水泥尘、棉尘和木粉尘等,金属打磨尘是混合物,含有金属、金属氧化物和砂轮磨料等,岩尘则通常含硅酸盐、石英等。在形态上,粉尘有块状、薄片状或纤维状(如织物纤维尘),有些还呈针状(如石棉尘)。受物料硬度和破碎方式等因素的影响,粉尘粒度分布很广,有些用肉眼就可以看到,在10微米以下的,用肉眼无法分辨的粉尘可以在光学显微镜下观察,更细小的用光学显微镜难以分辨的颗粒(约1~0.5微米以下

  是一张在电子显微镜下拍摄的煤尘照片,可以看到几组由不同粒度的煤尘所组成的颗粒链,也能看到一些单个的很细小的煤尘,换作光学显微镜观察,就无法看到单个细小的煤尘,而会把粉尘链当作大颗粒的粉尘

  成烟的方式比较多,例如在焊接和铸造条件下,金属受热会液化甚至气化,气态的金属分子在空气中与氧反应生成金属氧化物,温度降低后凝结成极其微小的固态颗粒,成为焊烟或铸造烟(

  )。自然界也存在烟的生成条件,除火山爆发时所喷发的物质中会含有大量的烟以外,在海风作用下,海水泡沫破裂所产生的微小液滴会飘散在空气中,先成为雾,雾的水分蒸发掉后凝结为极其微小的“盐核”。

  辨别烟的成分,首先要了解烟的形成条件,否则就会判断错误。由于烟在形成中经常伴随化学反应,随化学反应条件和参与反应的元素不同,烟的成分会不同。烟的颗粒物都非常小,通常在纳米水平,烟在空气中会发生凝并,许多颗粒聚在一起,最终达到接近1微米的粒度(

  雾(mist)是悬浮在空气中的液态颗粒。产生雾的机理也很多,如依靠机械力作用,或物质蒸发后的冷凝作用等。喷洒农药或喷漆所形成的一次颗粒——喷雾,就是在机械力作用下产生的;油漆雾由有机溶剂组成,会挥发出有机蒸气,蒸气在温度降低后又会重新冷凝成雾,成为二次颗粒,与此类似,汽车尾气中含有许多高沸点的有机物成分,遇到冷空气时就会凝结成雾状。在冬季,含湿量很高的空气会结雾,而燃煤、燃油排放到空气中的二氧化硫氮氧化物气体也很容易和水结合形成酸雾;在光照作用下,碳氢化合物和氮氧化物等气态污染物还会通过光化学反应生成光化学烟雾,这些是生成烟或雾的更复杂的过程。

  微生物是肉眼不可见或看不清的微小生物体,需要靠光学显微镜或电子显微镜才能看清楚。空气中存在的微生物有很多种类,如植物散发的花粉和孢子。许多人吸入花粉可引起花粉过敏,出现打喷嚏、流鼻涕、流眼泪等症状,还可能有更严重的反应。空气中还存在许多细菌和病毒等致病性微生物,有些就附着在空气中悬浮的其他颗粒物上,随气流运动,可以将疾病传播到很远的距离,肺结核就是由吸入结核分枝杆菌导致的呼吸道疾病,是通过空气传播的。

  用于过滤颗粒物的材料有矿物性纤维、天然纤维或合成纤维,滤料纤维将空气中的颗粒物过滤下来的机理有五种,它们可以综合起作用

  惯性撞击作用:当气流中的颗粒物绕过阻挡在气流前方的滤料纤维时,较高质量的颗粒物受惯性影响会偏离气流方向,撞到滤料纤维上被过滤下来;

  拦截作用:颗粒在气流中处于最靠近滤料的流线上,因颗粒的半径大于流线与滤料之间的距离而被滤料“刮蹭”而拦截下来;

  扩散作用:受空气分子热运动影响,极其微小的颗粒受到空气分子的撞击,不断改变运动方向,呈现布朗运动,随机性地接触到滤料纤维被过滤下来;

  静电作用:如果滤料纤维带有微弱的静电,无论气流中的颗粒物本身是否带静电,当它们靠近滤料纤维时就容易受静电吸引而被过滤下来。静电作用可以帮助过滤材料在不增加气流阻力的前提下提高过滤效率。

  惯性撞击和拦截作用对大颗粒影响大,小颗粒更容易受扩散作用影响,综合作用的结果显示存在最具有穿透性的颗粒物粒径(MPPS,

  ),即空气动力学直径在0.3微米左右。单独提高流速会使惯性撞击发挥更大作用,使扩散作用降低,MPPS会变小

  虽然滤料纤维的材质并不决定过滤效率的高低,但会决定滤料制造工艺,最终影响滤料过滤效率和对气流的阻力。棉布仅能过滤粗颗粒,对气流的阻力也会比较低;玻璃纤维可以制成高效的过滤材料,经常用做布袋除尘器的滤袋,气流阻力比较高,需要借助大的过滤面积来使阻力降低;用作颗粒物防护口罩的滤料需兼顾高的过滤效率和低的气流阻力,受口罩过滤面积小的限制,大多数颗粒物防护口罩会使用以聚丙烯等物质为原料的熔喷纤维为滤料。

  许多因素都会影响滤料的过滤效率。为确保颗粒物防护口罩具有足够的防护效果,标准会使用以下最苛刻的测试条件:

  气流量:使用人呼吸的峰值流量。在单位过滤面积下,气流量越大,过滤效率越低。人在中等劳动强度下的平均呼吸量为30升/分钟,呼吸流量实际上呈正弦波样的变化,峰值水平是平均流量的3倍左右。我国和美国标准使用85升/分钟,欧洲标准使用95升/分钟。

  颗粒物粒径:用最具穿透性的颗粒物粒径(Most Penetrating Particle Size,MPPS),如果滤料对MPPS具有95%的效率,就能确保对比它大和小的颗粒物的过滤效率都不会低于95%。

  加载状态下的过滤效率:在加载状态下过滤效率需持续满足标准的要求。在长时间使用状态下(即加载),有些滤料的过滤效率会持续升高

  颗粒物是否带静电:标准对是否需要消除测试用颗粒物的静电有明确规定,例如带静电的氯化钠颗粒会使过滤效率提高。

  预先在高温、高湿度条件下做预处理:在测试过滤效率之前,先将口罩做高温和高湿度预处理(如处理24小时)。在使用状态下,口罩持续暴露在高湿度的气息中,而在运输中,口罩也可能处于短暂高温的环境(如夏季用集装箱运输),这些条件有可能影响滤料的过滤效率。如果预处理不完全,使用中就会出现口罩过滤效率下降的现象。

  在我国,纱布口罩有很长的使用历史,2003年非典爆发期间,纱布口罩曾被用作医护人员的专用防护口罩,当时还制订了为纱布口罩国家标准,由于后期发生大量医护人员受到感染的事件,证明纱布口

  罩不能防SARS,最后被N95口罩所替代,纱布口罩的国家标准也被废止。从2013年开始,环保部门开始公布我国各大城市的PM2.5的24小时监测浓度,提高了公众对空气污染的重视程度。在PM2.5浓度超标的日子里,仍会看到很多人外出戴纱布口罩,或各式各样的布口罩及一些一次性口罩来保护自己。这些口罩都不符合专业用防护口罩的标准,使用者对实际应用条件下的过滤效率也不清楚,下面介绍一种简便直观的方法来帮助大家了解。

  超声波加湿器产生的水雾粒度在1至5微米范围,用一根粗的软管把普通家用加湿器产生的水雾气流导出来,将纱布口罩包在管子的出口,马上就会看到大量水雾透过口罩(参见图7),说明纱布口罩对PM2.5,即粒径为2.5微米的细颗粒物的过滤效能很低,不足以提供防护。同样方法也可以用于其他的布口罩和一次性口罩等非专业用防护口罩。应注意,这一方法只用于鉴别低效的口罩,不能用于评判专业用防护口罩的过滤效率。

  当口罩用于保护佩戴者,防范空气中的颗粒状污染物时,它必须具备两方面的功能,即足够高的过滤效率,和足够好的密合性,(

  颗粒物防护口罩的面罩体是由过滤材料做成的,佩戴者靠自主呼吸克服滤料对气流的阻力,因此专业上称之为自吸过滤式呼吸器。吸气时,口罩内的低气压使气流进入口罩;呼气时口罩内气压高于环境气压,气流通过口罩排出。当口罩滤料符合标准的要求,而且面罩与使用者脸部足够密合时,绝大部分吸气气流会经过滤料过滤,从滤料穿透进入口罩的颗粒物的量是微乎其微的。

  防护口罩无法100%地与人脸密合,这受脸型、皮肤光滑程度和是否有毛发垫在口罩下面等诸多因素的影响。密合的口罩只允许少部分气流泄漏进入面罩,但泄漏量会明显大于滤料的穿透量,可以说,戴颗粒物防护口罩所吸入的大部分颗粒物是来自泄漏,所以防护口罩的密合性极其重要,是确保高效滤料发挥作用的关键。为降低泄漏,防护口罩必须设计成立体的结构,靠头带和鼻夹施加一定压力使口罩与脸紧密地贴合。标准对颗粒物防护口罩在佩戴状态下的泄漏有限制性要求,在真人佩戴口罩的情况下测试泄漏量(总泄露率)。

  纱布口罩、布口罩和许多一次口罩不仅过滤效率低,口罩也无法与脸部密合,所以不提供呼吸防护。除了明显的、不考虑密合的口罩设计外,有些口罩看起来虽是立体的,但由于固定的带子过于松懈,或者鼻梁处的密封不严,或者按照图9所显示的设计,在口罩内插入的滤材过滤面积小于呼吸区或不覆盖整个呼吸区,气流就会从这些部位泄露或穿透进入口罩,因为,那些部位的气流阻力最低!在

  中,用透明的材料按1:1的比例来呈现一类常见口罩的内部结构,以便能从正面、侧面和下方观察插在布料内层的白色滤片的实际覆盖面积,显示在侧面和下巴区域没有防护到,当用加湿器产生的水雾去穿透口罩下巴的区域时,就会看到水雾穿透口罩,说明在整体上这样的口罩是没有防护效果的(

  虽然许多低效的口罩缺少防护效果,但透气性好,佩戴时不需要密合,戴完后脸上不会留压痕,这些好处会使许多人愿意戴这种口罩,而对颗粒物防护口罩心存芥蒂。改善颗粒物防护口罩的佩戴舒适性,只能以不降低安全防护性能为前提,在口罩上设呼气阀(参见图1)就是一个很有效的方法。呼气阀是一个单向开启的阀门,吸气阶段口罩内的负压使呼气阀自动关闭,呼气时口罩内的正压使呼气阀自动开启,将湿热呼气直接排出,降低阻力,让脸部感觉凉爽,对提高舒适性是很有帮助的。

  过滤材料在清洗过程中会受到损坏,使效率下降,也会使口罩变形,增加泄漏。在缺少专用设备对清洗后口罩的防护性能重新检测的情况下,使用者水洗口罩会面临不可控的风险,这在国内外都是禁止的。受到这一制约,防护口罩的设计使用寿命通常为一个工作班(如8小时),当口罩变脏,带有异味,有破损,或者口罩上积累的粉尘使呼吸阻力上升,感觉明显憋气时,就应整体废弃,更换新口罩,所以这类口罩也被称作是随弃式面罩。

  颗粒物防护口罩的应用环境各异,使用人群的习惯或喜好也不同,为满足不同需求,这类产品在设计上各有特点(

  过滤效率级别:表1、表2和表3分别介绍了符合中国标准、美国标准和欧洲标准的颗粒物防护口罩的防护级别和分类的含义(我国国标GB2626-2006,美国标准NIOSH42CFR84,欧洲标准EN149-2001中都是用最难过滤的空气动力学当量为0.3微米左右的颗粒物进行测试),以及口罩上应标识出的信息内容,会在口罩外表面和/或头带上印刷,供使用者选择:过滤效率在80~90%范围可用于一般性粉尘和雾的防护(PM2.5是指环境空气中空气动力学当量小于等于2.5微米的颗粒物);范围在94~95%用于各种烟和病原微生物的防护,包括高毒物质的粉尘(如铅尘、石棉尘、砷尘等);范围在99~99.97%的可防护各类颗粒物,对放射性颗粒物(如氡子体)或含有剧毒物质的颗粒物防护,应考虑首选这一过滤效率级别。

  表1符合GB2626-2006标准的防颗粒物口罩的分类和分级含义以及标识方法

  KN:适合防非油性颗粒物。非油性颗粒物如各类粉尘、烟、酸雾、喷漆雾和微生物等。

  KP:适合防非油性和油性颗粒物。典型的油性颗粒物如油烟、油雾、沥青烟、柴油机尾气中含有的颗粒物和焦炉烟等。

  表2美国标准NIOSH 42CFR84对防颗粒物口罩的分类和分级的含义和标识方法

  除产品型号和商标外,同时标注“NIOSH”字样、过滤效率级别及该型号产品的NIOSH认证号码,该号码可以在NIOSH官网查询,供使用者核实信息,如: NIOSH N95 TC-84A-0007。

  R:适合防非油性和油性颗粒物;当用于油性颗粒物时,限制使用时间8小时。

  P:适合防非油性和油性颗粒物;当用于油性颗粒物时,由制造商规定限制使用时间。例如,3M公司对产品的规定是:“如果滤棉用于油性颗粒物的防护,使用时限为累积使用时间达到40小时,或从开始使用达到30天,以其中提早到达者为准。”

  除产品型号和商标外,同时标注欧洲标准号和过滤效率级别,以及认证机构代号。

  2. 是否需要防油性颗粒物:参见表1、表2和表3,典型的油性颗粒物举例见表1下方对KP的注释。

  3.医院专用:口罩外表面材料具有阻挡有压力体液喷溅和穿透的能力,满足医用性要求,应符合GB19083-2010。

  4. 杯罩式或折叠式:折叠式口罩便于携带,折叠后体积小,便于存放;杯罩式面部空间可能比较大些,面罩不容易塌,是传统设计。

  5. 是否带呼气阀:呼气阀可以帮助降低呼气阻力,便于排出口罩内的湿热空气,舒适性更好,更适合高强度作业者使用,或在闷热环境下使用。在做手术过程中禁止使用带呼气阀的口罩。

  6. 佩戴方法:口罩设有上下两根带子的为头带式,在左右设两根带子的为耳带式。耳带式设计为迎合亚洲人的佩戴习惯,对发型影响小,但容易使耳根部受压,不如头带式舒适。还有一种颈带式设计,既可以解决耳带对耳朵的压迫问题,又解决头带式口罩需要摘下帽子才能摘口罩的不便(

  7. 分号型:如果防护口罩有不同的号型,小脸型或大脸型者可能更容易和口罩密合。

  8. 不使用金属部件:绝大多数防护口罩的鼻夹都使用金属,还许多口罩用钉子固定头带,在一些特殊应用环境(如防放射性气溶胶),在对废弃口罩进行处理时,金属部件可能会增加处理的难度。有些聚合物材料可以用于鼻夹,还可以用焊接方式把头带固定在面罩上,但有可能提高口罩成本。

  9. 附带减除异味:在滤料内使用少量活性炭,帮助吸附空气中的一些有难闻味道的、低浓度的气态物质,达到减除异味,提高舒适性的目的,但不增加对颗粒物的防护效果,并可能增加呼吸阻力。

  10. 焊接专用:口罩外表使用抗火花烧穿的材料,提高口罩使用寿命,再配上呼气阀和/或增加活性炭层,降低闷热感,并减少吸入焊接中产生的臭氧对呼吸道的刺激。

  11. 固定带材质:口罩的固定带都有弹性,除裸露的弹性橡筋外,也可以使用外表有编织物缠绕的橡筋,提高头带在脸部的舒适感。

  12. 固定带长度可调:如果头带是可以调节长短的,对大脸型使用者会更加有利,减少头带过紧造成的不适感。

  ),有可能提高密封性,或者便于擦拭、清洁,利于保持口罩卫生,延长使用时间。

  15. 颜色:白色最普遍,灰色比较耐脏,也有其他颜色供选择,满足不同喜好。

  .ISO 16972-2010 Respiratory protective devices — Terms

  :graphical symbols and units of measuremen

  .Mine Dust Characterization Using the Scanning Electron Microscope,

  :American Industrial Hygiene Association Journal,

  A.W. Richardson, J.P. Eshbaugh, K.C.Hofacre, P. Gardner,

  .Respirator Filter Efficiency Testing Against Particulate and Biological Aerosols under moderate to High Flow Rates

  :Edgewiid Chemical Biological Center, U.S. Army Research, Development and Engineering Command

  .Efficiency of Degraded Electret Filters: Part I – Laboratory Testing Against NaCl and DOP before and after Exposure to Workplace Aerosols

  :Journal of the International Society for Respiratory Protection