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国内自吸过滤式防尘口罩研究综述

来源:用户上传      作者:肖跃龙 刘衡平 谭欣

摘 要:当前,我国尘肺病的防治工作依然面临严峻挑战。国内外对于防尘口罩的研究也一直热度不减。本文对国内自吸过滤式防尘口罩的历史及研究进展进行了综述,同时根据目前国内防尘口罩的应用过程中还普遍存在的问题,对国内防尘口罩未来的研究方向进行了展望。

关键词:国内;自吸过滤式;防尘口罩

中图分类号:H31 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)06-0100-02

0引言

在产生粉尘的工作场所,工人佩戴防尘口罩是预防矽肺病(尘肺病)的有效方法之一。目前,我国尘肺病的发病情况仍不容乐观。2015年全国共报告职业性尘肺病26081例,2016年共报告职业性尘肺病及其他呼吸系统疾病28088例,2017年共报告尘肺病22701例。因此,我国尘肺病的防治工作依然面临严峻挑战。当前,在矿山采选、陶瓷生产、耐火材料制造等粉尘危害较为突出的企业,许多工序受到生产技术条件的局限并未采取有效除尘降尘措施,因而接触粉尘的作业人员的个体防护就变得尤为重要。由此,国内外对于防尘口罩的研究也一直热度不减。

防尘口罩可分为隔离式防尘口罩和过滤式防尘口罩。过滤式防尘口罩又可分为自吸附过滤防尘口罩和电动风机式防尘口罩。自吸过滤式防尘口罩的发展涉及过滤材料、阻尘率、密封性、舒适性等四个方面,共同影响防尘口罩的防护性能。

1历史及研究进展

1.1 过滤材料

过滤材料对防尘口罩的性能起着最关键的作用。上世纪50年代,国内防尘口罩滤料普遍采用直径18微米左右的棉纱、羊毛和纸等天然纤维,这类口罩对于5微米以下的粉尘过滤效率较低。1965年,我国研制了武安301型复式防尘口罩,自此,化学纤维逐步取代天然纤维被广泛用作防尘口罩滤料。如氯纶、维纶、腈纶和涤纶等针织棉毛布型滤料,这些纤维的过滤效率、断裂强度、吸湿性、耐酸碱、洗涤性等均优于天然纤维。

80年代末90年代初,上述的一些化学纤维被做成无纺布,如中国科学院上海有机化学研究所提出了利用驻极体聚丙烯纤维无纺布作为口罩滤材[1]。1992年,冶金工业部安全环保研究院范永平[2]采用聚丙烯超细纤维滤料研制出YA-1型无纺布成型防尘口罩,其性能达到国标二级以上。同年,海拉尔市针织厂采用氯纶无纺布作为口罩主体材料,并使得口罩上带有负离子,从而形成静电场,有效阻止了细尘的进入[3]。

2000年后,国内对于防尘口罩的研究开创出一个新的局面,正负极板电场过滤、磁场过滤、静电过滤、水过滤、黏性材料吸附过滤等各种新的过滤方式和材料屡见报道。2003年,北京七彩屏防护用品技术开发有限责任公司研制出一种自吸过滤式简易防尘口罩(型号为WPFC-1),该款口罩是由一种特殊过滤材料制成,其呼吸阻力、滤料最大穿透率、口罩死腔气体中CO2含量、总泄漏率等主要技术指标经德国检验鉴定所按照欧洲标准EN 149:2001的规定要求进行检验,获得通过[4]。2011年,尹亚军、王志强[5]等人在原有防尘口罩基础上进行改造,增加含水过滤盒,研制出一种水过滤式防尘口罩。2012年,中国原子能科学研究院核物理研究所梁海英[6]等人以重离子微孔膜作为主要过滤材料,研制出一款梳格结构的新型防尘口罩滤芯,经国家权威机构测试,其过滤效率可达99.7%,呼吸阻力小于180Pa。

2013年,云南大红山管道有限公司刘杰、陈能庆[7]等人在防尘口罩中加入磁铁过滤芯,有效地实现了对更细微铁精矿粉尘的防尘处理。

1.2 阻尘率

上世纪90年代末,宋湘鲁、席淑华[8]等人选用了新型无纺布滤料和水刺布粉状活性炭等材料,研制出一种防护鼻罩,经多次试验:鼻罩阻尘率高达93.3%,呼气/吸气阻力为23.4/34.4Pa。

金晓晔发明了一种净化效果好的防尘口罩,该款口罩通过设置口罩本体、第一挂带、第二挂带、呼吸口、排气口、呼吸孔、香囊放置口、前过滤网、第一活性炭纤维层、可透气吸湿海绵层、第二活性炭纤维层和后过滤网的配合,解决了传统口罩防尘效果差,不能净化空气,从而导致纺织工作者身体出现重大疾病的问题。

2014年,张智雄[9]发明了一种无耗材问题,且能有效过滤污染物、又非常环保的能清洗式的微米陶瓷滤清防尘口罩,该款口罩内部设置陶瓷滤芯,该陶瓷滤芯具有蜂巢状布设的孔道,能将污浊的空气完全过滤净化。

1.3 密封性

邓廷荣[10]发明了一种带有双层软性密封圈的防尘口罩,第一软性密封圈与口罩体采用超声热压熔接相连,进一步增强了产品的密封性能,第二软性密封圈呈口袋状,具有容纳人体面部呼吸部位的空间。

李得军[11]报道了一种嵌入式防尘口罩,添加了呼吸口结构,呼吸口内端直接含于口中,呼吸口外端与面罩粉尘过滤材料采用胶黏或者压口的方式无缝隙连接,解决了现有技术中各类口罩面罩与面部结合处存在缝隙,降低防护效果的难题。

1.4 舒适性

云南大红山管道有限公司刘杰、陈能庆[7]等人发明的磁性防尘口罩,加大了过滤腔室,最大程度地消除了佩戴后让人感觉沉闷、呼吸不顺畅的不适感,能够保障工人在铁矿场中的长期安全工作。

由于一线工人工作大多比较辛苦,很容易流汗水,汗水在防尘口罩腔内聚积浸湿滤棉,防尘口罩的滤棉通气孔十分微小,汗水很容易堵塞防尘口罩,让人感到呼吸困难。为解决以上问題,重庆市永川区力安劳保用品有限公司王辉[12]发明了一种可防汗水浸湿的防尘口罩,其塑胶面罩设有底部呼气阀孔、侧边呼气阀孔和三个吸气阀孔,底部呼气阀设有汗水导流槽,防尘口罩腔内的汗水能及时排出。

2应用现状及问题

一方面,因为携带和使用方便等诸多优点,目前我国对防尘口罩的市场需求仍以自吸式防尘口罩为主,并且应用范围广,用量大。而相较于3M等公司的产品[13],国内厂家生产的防尘口罩在防护性能上不占优势,质量参差不齐,低价格产品的抽检合格率低。这些问题的出现,导致国内很多生产厂家只能牺牲价格获得市场占有率,而在防尘口罩的研发和性能改善方面投入的成本不断缩水。因此未来我国对自吸式防尘口罩的研究仍然具有重要的现实意义。

另一方面,国内企业在选用防尘口罩时也普遍存在以下问题:

(1)很多企业为了降低生产运行成本,在为工人采购防尘口罩等个体防护装备时采取“价格就低不就高”、“防护性能达到国家最低标准即可”的态度,无视防尘口罩在阻尘率、密封性、舒适性等方面的选用原则,致使所采购的低级别防尘口罩对产尘严重的恶劣环境并不适用,有的甚至用纱布口罩或纯棉口罩替代,造成防护无效、资源浪费等问题。

(2)部分企业会依据粉尘浓度的检测结果和作业现场的环境状况,为不同接尘岗位配备相应类型和防护等级的防尘口罩,但往往忽略了口罩的使用时效。目前市面上的随弃式防尘口罩,设计使用寿命通常为一个工作班,即便是带呼吸阀的,连续使用也不能超过3天。但事实上很多随弃式口罩被用来长期使用,因而造成工人的职业健康仍然受到损害。

(3)个别企业为各接尘岗位均选用了防护等级和类型均适宜的防尘口罩,但由于企业培训和监督不到位、工人防护意识薄弱等诸多因素,防尘口罩的正确佩戴率普遍不高。

3未来展望

为了制备出世界先进水平的防尘口罩,笔者认为国内对防尘口罩的研究将从以下几个方面发展:

(1)研发适用面更广的滤料。在防尘口罩实际使用过程中,由于区域性和季节性的差异,温度和湿度范围变化较宽,难以达到预期的过滤效率和防护效果。因此,笔者预测研发适用于不同温湿度环境的滤料将成为国内防尘口罩的一个研究方向。

(2)解决佩戴舒适性问题。目前在国内企业接触粉尘的作业人员大多因为佩戴不够舒适而选择不佩戴防尘口罩,增加了工人罹患尘肺病等职业病的可能性。因此,研制出阻尘率、密封性和透气性、舒适性能让工人普遍接受的防尘口罩将是国内研究亟待解决的难题。

(3)解决二次污染问题。工人在使用防尘口罩时,呼吸中所携带的水汽容易附着在口罩内壁,有可能使得尘粒中附着的细菌和病毒获得滋养,使口罩成为细菌和病毒的培养皿,从而使工人受到二次污染的威胁[14]。因此,解决二次污染问题将是国内防尘口罩研究需要突破的难点。

(4)增加防尘口罩的功能。目前国内企业工人在使用防尘口罩过程中常遭遇难以判断滤料是否失效、不便说话和饮水等问题。因此,笔者认为多功能防塵口罩的研发是大势所趋。包括开发可对滤料失效进行提示的监测报警装置,在防尘口罩上设置安全方便的的通话器、饮水装置等。

参考文献

[1] 刘莎,沈婷婷,曹志强.自吸附式防尘口罩专利技术研究[J].河南科技,2015(4):152-153.

[2] 范永平.YA-1型无纺布成型防尘口罩的研制[J].工业安全与防尘,1992(1):13-15.

[3] 王化荣,郑乃臣,公金龙.负离子防尘保健卫生口罩[P].CN2111121,1992.

[4] 余启元.国产WPFC-1型防尘口罩通过德国鉴定[J].中国个体防护装备,2003(4):34-35.

[5] 尹亚军,王志强.煤矿用水过滤式防尘口罩的研制[J].科技与企业,2011(10):117.

[6] 梁海英,吴振东,刘永辉,等.重离子微米孔膜防尘口罩滤芯的研制[J].原子能科学技术,2012,46(S1):745-748.

[7] 刘杰,陈能庆.一种磁性防尘口罩[P].CN203492830U,2014.

[8] 宋湘鲁,席淑华,庞云,等.防护鼻罩的研制与效果[J].劳动保护科学技术,1998(3):50-51.

[9] 张智雄.能清洗式的微米陶瓷滤清防尘口罩[P].CN204121633 U,2015.

[10] 邓廷荣.一种带有双层软性密封圈的防尘口罩[P].CN 206744645 U,2017.

[11] 李得军.嵌入式防尘口罩[P].CN 107087834 A,2017.

[12] 王辉.防汗水浸湿的防尘口罩[P].CN206808728 U,2017.

[13] 中国个体防护装备.关注职业健康3M隆重推出全新经济型防尘口罩[J].中国个体防护装备,2010(4):50.

[14] 魏峰,殷祥刚,于晞.防护口罩标准发展的几点建议[C].第14届中国标准化论坛论文集,2017.


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