14.05.2020

De chemie van het mondkapje


Kunststofvezels, polyester, polypropyleen - er komt heel wat chemie kijken bij de productie van een mond-neusmasker. Chemie Magazine ging op onderzoek uit.

 

Tekst: Marga van Zundert

Sinds de uitbraak van het coronavirus is er een tekort aan mondkapjes. Lastig en nijpend voor de zorg in Nederland is de schaarste aan FFP2-mond-neusmaskers, die beschermen tegen de grote hoeveelheden virusdeeltjes die kunnen vrijkomen bij het intuberen (beademingsslang in de luchtpijp brengen) of bij het ‘uitzuigen’ van longen van coronapatiënten. Ze zijn voor eenmalig gebruik. Daarom zijn filterspecialist AFPRO en matrassenproducent Auping in samenwerking met DSM zelf FFP2-maskers gaan produceren (tegen kostprijs). Auping gebruikt een ‘eendenbekmodel’ van Panton, ontwerpbureau voor de zorg. Binnen een paar weken is een prototype ontworpen, getest en met voorrang gecertificeerd. De productie bij AFPRO in Alkmaar en bij Auping in Deventer bedraagt 1 miljoen maskers per week, circa een kwart van de Nederlandse behoefte.

Dit artikel werd ook gepubliceerd in Chemie Magazine? Wil jij het magazine ook ontvangen? Abonneer je dan gratis op Chemie Magazine.


Filter: een doolhofstructuur

Kern van een FFP2-mond-neusmasker is het filter. Dat bestaat uit een aantal lagen kunststof over elkaar. Kunststofvezels worden samengeperst tot een vlies, een non-woven (vergelijkbaar met vilt versus geweven doek). Het materiaal heeft dan moleculair gezien een doolhofstructuur. Grote deeltjes zoals hoest- of niesdruppels passen niet tussen de samengeperste vezels door en raken ingevangen. Kleinere druppels vliegen al snel ‘uit de bocht’ wanneer de luchtstroom tussen de vezels door kronkelt. Bovendien schuren druppels en deeltjes langs de vele vezels en worden zo afgeremd. Ook elektrostatische interactie en hechting aan de vezels draagt bij aan het filtereffect. Het lastigst zijn deeltjes van 0,3-0,5 micrometer. Juist daar moet een FFP2-masker goed presteren. Een FFP-2- filter bevat zeker drie of vier verschillende lagen filtermateriaal. Gezamenlijk houden ze minstens 94 procent van alle deeltjes in een luchtstroom tegen. Een andere eis aan deze gecertificeerde filters is dat zeker 92 procent van de lucht die iemand inademt door het filter gaat (en niet langs de randen piept). Het meest gebruikte filtermateriaal is polypropyleen, bekend van jerrycans en de doppen van petflessen. Ook het filtermateriaal in de Nederlandse mond-neusmakers is van polypropyleen. De kunststof wordt gemaakt door polymerisatie van het gas propeen, een van de hoofdproducten uit de petrochemische industrie.


Buitenkant: waterafstotend

De buitenzijden van een FFP2-mondkapje bestaan uit kunststof. Polypropyleen is een optie, maar ook polyester of polyvinylacetaat voldoen, geweven of niet-geweven. De belangrijkste eigenschap van de buitenlaag is waterafstotendheid. Vocht en condens hopen zich namelijk langzaam op in het filter en maken het ademhalen zwaarder. De maximale gebruiksduur van een mondmasker voor zorgpersoneel is daarom 3 uur. Dan is er al meer dan 2000 liter lucht door het filter in- en uitgeademd. Omdat de buitenzijde besmet kan raken, mag het masker tussentijds niet aan worden geraakt. Afzetten gebeurt door de elastieken over het hoofd te trekken terwijl je voorover buigt, waarna het kapje in de afvalbak gaat en de handen weer goed gewassen moeten worden.


Elastiek: lineaire rek

Het mondmasker blijft op zijn plaats dankzij twee stevige elastieken om het hoofd, eentje boven en de ander onder de oren langs. Belangrijk is dat het elastiek lineair rekt, zodat een masker even strak om een groot als klein hoofd spant. Het Auping-exemplaar heeft een polyester elastiek.


Bovenzijde: goede aansluiting

Om een neus-mondmasker goed aan te laten sluiten, zit er een metalen strip aan de bovenzijde, binnen in het materiaal. De drager duwt bij het opzetten met de vingers de strip om de neus en op de wangen, zodat het masker het gezicht volgt. Baard of stoppels zijn lastig; glad scheren is dus het advies voor mannen. De strip is gemaakt van licht en makkelijk vervormbaar aluminium. Dit metaal wordt door elektrolyse gewonnen, in Nederland gebeurt dat in Delfzijl.


  • Sealen | Sneller dan naaien is het sealen: dichtsmelten van de naden. De filterlagen worden tussen de buitenlagen gelegd, waarna een hete mal de naden op elkaar smelt. Polypropyleen is daar prima geschikt voor.
  • Schoon | Sterilisatie of enkelstuksverpakking van mondkapjes is niet noodzakelijk. Ze worden in een schone omgeving geproduceerd en kunnen ook gestapeld in een kartonnen doos worden geleverd.
  • Zonder ventiel | Sommige FFP2-maskers hebben in het midden een ventiel dat opent bij het uitademen. Lucht kan dan ongehinderd (en ongefilterd) naar buiten stromen, wat het ademen vergemakkelijkt. Deze maskers worden vaak in de industrie en bouw gebruikt tegen stof. De ventielen zijn gemaakt van (synthetisch) rubber. Het Auping-masker heeft geen ventiel, om het product zo eenvoudig en snel mogelijk te kunnen produceren.

Druppels en aerosolen

Het coronavirus (SARS-CoV-2) is 0,1 micrometer (µm) klein. Ter vergelijking: een bacterie meet 1-5 μm, een gemiddeld stofdeeltje 5 μm en de diameter van een haar is 75 μm. Het virus hangt zelden los in de lucht. Ze komen vrij in druppels (5-60 μm) en aerosolen (druppels of deeltjes <5 μm) wanneer een besmet persoon hoest of niest, misschien ook bij spraak, en bij medische handelingen als intuberen. Druppels vallen door hun gewicht binnen een meter op de grond. Aerosolen kunnen zich verder verspreiden, ook omdat het water onderweg verdampt en de aerosol steeds lichter wordt. Het is nog onduidelijk hoe besmettelijk aerosolen precies zijn.


Gerelateerde tag(s): Corona