口罩防水性和吸附性的实证研究

湖北省赤壁市教学研究室(437300) 周文科

武汉电力职业技术学院(430074) 孙 蓉

1 研究背景

一场突如其来的新冠肺炎疫情，使口罩成为了当前必备的生活用品。市场中口罩种类繁多，按照行业及用途划分，口罩分为医用口罩、工业防护口罩和民用口罩，其中医用口罩包括医用防护口罩、医用外科口罩、一次性使用医用口罩。一次性使用医用口罩是目前市面上最常见的口罩。本文研究对象(见图1)为笔者在网店购买的产品标准为YY/T 0969-2013“保盾牌”一次性使用医用口罩(以下简称口罩)。

网上流传一则检测口罩的防水性实验视频，用来证明用75%的酒精消毒后，口罩不能重复使用。该实验的基本过程是：先用口罩盛放适量水，发现口罩不漏水，说明口罩具有良好的防水性；再往口罩表面喷洒75%的酒精，发现口罩立刻漏水，说明酒精会破坏口罩外层的防水结构，加速口罩中间层防护作用失效，实验证明不可用75%的酒精消毒口罩，口罩不可重复使用。

查阅资料可知，口罩的结构分为3层：外层是加软无纺布，为防水层，隔离飞沫等可见物；中间层是熔喷无纺布，为过滤层，通过静电吸附隔离细菌、病毒等；内层是亲肤无纺布，为吸湿层，再次隔离并吸附呼出口沫。水能否透过口罩不仅与口罩所用材料的结构有关，还与水的表面张力大小有关。喷洒酒精后的口罩漏水是由于酒精破坏了口罩外层的防水结构，还是改变了水的表面张力大小？另外，酒精会改变中间层熔喷布的静电吸附性吗？于是，笔者决定对口罩外层的防水性和中间层的吸附性进行探究。

2 研究思路

(1)基于水能否透过口罩不仅与口罩所用材料的结构有关，还与水的表面张力大小有关，故通过检测无处理口罩、喷水口罩、喷75%酒精后的湿润口罩和喷75%酒精后的干燥口罩的防水性，判断75%的酒精是否会破坏口罩的防水性。

(2)基于口罩中间层熔喷无纺布对携带病毒、细菌等微粒或飞沫起到重要防护作用，静电的变化会直接影响口罩的吸附过滤效果，故通过观察无处理口罩、喷75%酒精后的干燥口罩、使用过2天后的口罩中间层的静电吸附现象，初步判断75%的酒精是否会改变口罩的静电吸附性，并预测口罩有效使用天数。

3 研究过程

3.1 探究口罩的防水性

实验1：将口罩蓝色面(外层无纺布)朝上，向口罩中倒入适量水(见图2)，观察一段时间，发现口罩不漏水，口罩白色面(内层无纺布)不湿润，说明口罩具有良好的防水性。

实验2：向实验1中的口罩白色面轻轻喷少量水(见图3)，观察现象；继续喷少量水，观察现象；用吸水纸擦拭口罩白色面，再观察一段时间。发现口罩白色面喷少量水时，无明显现象；继续喷少量水时，其表面有小水珠出现；用吸水纸擦拭后，口罩白色面不再出现小水珠，说明口罩不漏水。

实验3：另取1个口罩，将口罩蓝色面朝上，往口罩中倒入适量水，向口罩白色面轻轻喷少量75%的酒精，观察现象；继续喷少量75%的酒精，观察现象。发现喷少量75%的酒精时，口罩白色面很快出现水珠；继续喷少量75%的酒精时，水珠快速汇聚，水成线状流出(见图4)，说明喷75%酒精后的湿润口罩漏水。

实验4：将实验3口罩内的水倒掉，悬挂于洁净、干燥通风处晾干；将晾干后的口罩蓝色面朝上，再盛放适量的水，观察现象。发现口罩白色面无明显现象(见图5)，说明喷75%酒精后的干燥口罩不漏水。

3.2 探究口罩的吸附性

实验5：另取1个与上述实验相同规格、未使用过的口罩，用带绝缘手柄的剪刀剪取一小块中间层熔喷无纺布，接触金属杯壁，然后松开剪刀。观察到熔喷无纺布被吸附在金属杯壁上(见图6)，说明中间层熔喷无纺布具有静电吸附能力。

实验6：将实验4喷有75%酒精的口罩再次悬挂于洁净、干燥通风处晾干，用带绝缘手柄的剪刀剪取一小块中间层熔喷无纺布，接触同一金属杯壁，然后松开剪刀。发现熔喷无纺布同样被吸附在金属杯壁上(见图7)，说明喷75%酒精后的干燥口罩中间层熔喷无纺布仍具有静电吸附能力。

实验7：另取1个与上述实验相同规格的口罩，正常使用一天后，用75%的酒精消毒，悬挂于洁净、干燥通风处晾干，第二天继续正常使用1天，再用带绝缘手柄的剪刀剪取一小块中间层熔喷无纺布，接触金属杯壁，然后松开剪刀。观察到熔喷无纺布仍被吸附在金属杯壁上(见图8)，说明正常使用2天后的口罩中间层熔喷无纺布仍具有静电吸附能力。

4 研究结论

通常情况下，水的表面张力较大，无纺布纤维具有一定的疏水性(与水不相容的特性)。从微观上看，与无纺布纤维接触的水滴表面的水分子和无纺布纤维表面之间具有一定的排斥力，宏观表现为水滴在无纺布表面会尽量缩小它的表面积，不浸润口罩的结构，即口罩不漏水。酒精是表面活性剂，表面张力很小，向口罩表面喷洒酒精，酒精会覆盖在无纺布纤维表面，使其疏水性减弱，亲水性增强，导致水分子浸润无纺布纤维，宏观表现为口罩漏水。由此可见，口罩外层结构并没有被酒精破坏，只是因为酒精降低了无纺布纤维的疏水性，从而使口罩漏水，但用75%酒精消毒后的口罩，经晾干后，口罩外层无纺布仍具有防水性。

口罩对颗粒物的过滤机理主要有惯性沉积、截留沉积、扩散沉积和静电沉积。颗粒物较大时，截留沉积和惯性沉积效果较好；颗粒物较小时，扩散沉积和静电沉积效果较好。其中对病毒起有效阻挡作用的主要是中间层熔喷布的静电吸附作用，当含有病毒的飞沫靠近熔喷布时，会被静电吸附在表面，无法透过。用75%酒精消毒后的口罩，经晾干后，口罩中间层熔喷布的静电吸附能力依然存在，口罩中间层熔喷布仍具有吸附过滤性。

综上所述，酒精不会破坏口罩的结构，用75%酒精消毒后的口罩，经晾干后仍具有一定的防护性能。在非医疗机构、非疫区等多数生活场景下，可用75%的酒精对口罩消毒，口罩可重复使用1～2天。但当我们去医疗机构或在疫区、人流密集的地方时，建议要按照使用标准一次性使用。特别说明，条件允许的前提下，一次性使用医用口罩是不建议重复使用的。