کرونا ویروس بسیار کوچکتر از آن است که پارچه‌های معمولی یا لایه های اسپان بتوانند مانع عبور آن شوند. بنابراین مهندسان باید راه حل های فیزیکی خاصی ابداع کنند که بتوانند مانع ورود و خروج ویروس شوند. لایه میانی در یک ماسک خوب یا ملت بلون با ضخامت مناسب است و یا فابریکی ساخته شده از ملت بلون نظیر SMS است. ساخت ملت بلون فرآیند ساده ولی دقیقی دارد. ملت بلون کاغذی از لحاظ ساختار شبیه دستمال کاغذی است ولی ماده اولیه اصلی آن پلی پروپیلن PP است.
ملت بلون از پلی پروپیلن PP ساخته می‌شود. و مهندسان برای آنکه مطمئن باشند که این لایه مانع ورود و خروج ویروس با ابعاد حدود یک دهم میکرون (100 نانو متر) می‌شود، مجبور به بکارگیری شیوه های نوآورانه در ساخت هستند. در این شیوه، فیبرهای ساخته شده از مواد سنتز شده لازم نیست ریسندگی شده و سپس بافته شوند. لایه ملت بلون باید از ساختار بسیار ظریفی برخوردار باشد.
پلی پروپیلن
شرکت خانوادگی ریفنهاوزر Reifenhäuser در یکی از کارخانجات خود به نام ریکوفیل Reicofil از بزرگترین سازندگان ماشینهای تولید ملت بلون در دنیا است. تخصص این سازنده ساخت فابریک غیربافتنی است. این شرکت در شرایط بحران کرونا فضای آزمایشگاه تحقیق و توسعه خود را به سالن‌های تولید ملت بلون تبدیل کرده‌است.
در طی فرآیند تولید، پلاستیک پلی پروپیلن (PP) ابتدا به حالت ذوب با قوامی نزدیک به عسل در می‌آید. سپس از نازل های بسیار ظریف عبور داده می شود و یک لایه پایه باریک را شکل می دهد. رشته های این لایه هنوز به اندازه کافی باریک نیستند و لذا رشته های مذاب به کمک جریان هوا و به کمک صدها نازل روی سطح صاف دمیده می شوند. وجه نامگداری فرآیند تحت عنوان ملت بلون همین شیوه است. فیبرهای پیوسته که روی هم ریخته می شوند قطری کمتر از یک میکرون خواهند داشت.
خط تولید پیوسته ملت بلون و برش نازل‌های دمنده
پلی پروپیلن دمای ذوبی حدود 160 درجه سانتی گراد دارد. هوای دمیده شده دمایی در حد 250 درجه دارد. هوای داغ و پلاستیک مذاب با شتاب فوق العاده ای به هم می رسند. هوا با رشته های پلاستیک در سرعتی نزدیک به 300 متر بر ثانیه برخورد می کند. این سرعت تقریبا معادل سرعت صوت است. گرچه جریان هوا از دو سو به رشته های پلاستیک برخورد می کند و وضعیت گردبادی نامنظم در فضایی کوچک شکل می گیرد و سرعت نسبی که بر روی رشته های پلاستیک مایع عمل می کند چندین برابر می شود.
دستگاه دمنده رشته‌های فیلامنت برای ساخت فابریک ملت بلون (درحال پاشش رشته‌های پلاستیک پیوسته)
برای لحظاتی رشته های باریک به سرعتی معادل 40،000 کیلومتر در ساعت می رسند که از سرعت مداری ایستگاه فضایی بین‌المللی ISS هم بیشتر است. این پدیده رشته‌ها – که به عنوان فیلامنت هم شناخته می شوند- را به شکل باورنکردنی باریک می‌سازد. در عین حال باید مراقب بود که فیلامنت ها پاره نشوند.
کنترل کیفیت در لابراتوار و ماشین آلات
کنترل کیفیت این محصول به سبب حساسیت آن کار آسانی نیست. اپراتورهای ماشینهای تولید باید تنظیمات را به روشی انجام دهند که پاشش ها یک بافت همگن یکدست و با فیلامنت های پیوسته بدون برش و گره تشکیل دهند که حداکثر ظرافت را داشته باشد. با سنسورهای اپتیکال کل سطح محصول کنترل می شود که هر نقصی را کشف کنند. نمونه های محصول برای اندازه گیری قابلیت گذردهی هوا و نرخ جدایی به طور پیوسته تست می شوند. روی خط هم توسط سنسورها قابلیت گذردهی هوا روی تمام سطح محصول اندازه گیری می شود. اختلاف گذردهی به سادگی می تواند در سطح محصول ایجاد شود زیرا رشته ها زمانی که با هوای داغ تماس پیدا می کنند هنوز به صورت مایع و چسبناک هستند.
مقایسه اندازه یک ویروس با ابعاد بافت ملت بلون و قطرات حاصل از تنفس و سرفه و عطسه و همچنین قطر یک رشته موی انسان
این حرکتهای نامنظم رشته‌ها کمک می کند که یک شبکه تارعنکبوتی در هم پیچیده تشکیل شود و با توجه به اینکه پلیمرها هنوز سرد نشده اند روی نوار نقاله به هم می چسبند. این شبکه بافتی است با منافذ فیزیکی در حدود 10 میکرومتر و کوچکتر. فیلامنت هایی که این مش را تشکیل داده اند در ابعاد 0.5 میکرون هستند و 7 گرم از رشته ای با این قطر طولی به اندازه محیط دور زمین دارد. با این رشته با این طول می توان دو تا چهار ماسک صورت بسته به کیفیت ماسک تولید کرد.
ویروسها در برابر روزنه ها هنوز هم بسیار بسیار کوچکتر هستند
اگرچه این شیوه منجر به تولید بافت بسیار ظریفی می شود، ولی همچنان از لحاظ فیزیکی با هدف خود که جلوگیری از عبور ویروس است فاصله بسیار زیادی دارد. فضاهای باز در فیلتر ملت بلون حدود 100 برابر بزرگتر از ویروس با اندازه 0.12 میکرومتر هستند. بنابراین مهندسان باید از فوت و فن های فیزیکی ویژه ای برای به دام انداختن ویروسها استفاده کنند.
پدیده انتشار (Diffusion) منتجه از حرکت ملکولی برونیان و قانون اینرسی تا حدی فرضیه جذب ویروسها توسط لایه ملت بلون را حمایت می‌کنند. ذره در جریان عبور از لایه ملت بلون به سطح می‌چسبد. ذره به فیلامنت برخورد می کند و بر اساس قوانین اصطکاک یا نیروهای بین ملکولی جذب آن می‌شود. نیروهای بین ملکولی در جذب ویروسها از اهمیت بیشتری برخوردارند.
اما این قوانین برای فیلترینگ همه ویروسها کافی نیستند و مهندسان از ویژگی لیپوفیلیک (چربی دوستی) پلی پروپیلن بیشترین بهره را می برند. ویروسها معمولا سطح چرب دارند و پلی پروپیلن موجود در لایه ملت بلون آنها را جذب می کند.
چگونگی به دام افتادن ذره های بسیار ریزعلیرغم شبکه باز فیلتر
جاذبه الکتروستاتیک
علیرغم تمام این ویژگی هایی که به کمک گرفته شده است هنوز قطعیتی برای فیلترینگ محرز نیست و لذا مهندسان تلاش دارند تا با بهره‌گیری از پدیده‌های دیگر ویروسها را توسط ماسک‌های کاراتر حذف کنند. استفاده از نیروهای الکتروستاتیک که امروزه به شکل گسترده از آنها بهره گرفته می‌شود. لایه ملت بلون از روی یک صفحه فلزی که به زمین متصل است عبور داده می شود و تعداد بیشماری الکترود با بار الکتریکی نزدیک به 30 کیلوولت بالای لایه قرار دارد و لایه از زیر آن رد می شود. تمامی رشته ها دارای بار الکتریکی می شوند. این پدیده روی ذرات با پوشش هادی بهتر عمل می‌کند. قطرات مرطوب ناشی از بازدم، سرفه و عطسه تقریباً به تمامی به کمک این پدیده جذب می‌شوند.
با تمام این تمهیدات و استفاده از ویژگی‌های ملت بلون و ویروسها و پدیده‌هایی که در ساخت فیلتر مورد استفاده هستند تعداد بسیار کمی از ویروس ها می توانند از فیلتر رد شوند که تقریبا نقشی در بیماری زایی نخواهند داشت.
منبع خبر:بخش علمی دویچه وله DW
