La costruzione di mascherine chirurgiche
Trovi qui approfondimenti su come sono costruite le mascherine chirurgiche (Dispositivi Medici, “gruppo 1”). Caratteristiche tecniche, realizzazuibe, TNT utilizzati, differenze fra Meltblown e Spunbond, prove del Politecnico di Milano. Troverai anche schizzi e filmati sulla produzione del TNT.
Se lavori nel tessile, troverai idee per possibili alternative al TNT in uso oggi. Il TNT impera nel mondo delle mascherine , ma potrebbe non essere la soluzione migliore!
La lettura può esserti utile anche se vuoi produrre mascherine filtranti libere (“gruppo 3”).
In altri articoli su questo stesso blog potrai documentari su:
- Classificazione delle mascherine e come costruire ed etichettare mascherine libere per la collettività
- Requisiti UNI e UE per maschere di comunità
- Mascherine con false certificazioni e laboratori prova accreditati
- Tessuti antivirali, virus e finissaggi
Ed inoltre…
– Aziende certificate ISS per produzione mascherine chirurgiche (Agg. 30/07/2020)
– Aziende autorizzate INAIL per l’importazione di DPI tipo FFP1 – FFP2 – FFP3 (Agg. 08/06/2020)
– Andamento di Milano e provincia con scenari dopo la riapertura del 4 maggio
Buona lettura!
(Pubblicato il 12/04/2020 – Agg. 9 del 01/09/2021)
Politecnico di Milano non esegue più prove
Il Politecnico di Milano, che ci ha fornito utilissimi dettagli tecnici, dal 4 maggio non esegue più prove tecniche su mascherine.
Per prove di Caduta di Pressione, BFE (Efficacia Filtrazione Batterica), PFE (Efficienza Filtrazione Particolato) occorre pertanto rivolgersi a laboratori privati o ad altri centri.
I laboratori accreditati sono elencati nel mio articolo “Mascherine vere, false e laboratori accreditati” consultabile qui , oppure nell’Appendice A, pagina 9, della Nota del Politecnico di Milano scaricabile qui.
Approfitto per ringraziare il Prof. Ing. Alberto Guardone per la preziosa collaborazione prestatami in diverse occasioni nel periodo di lockdown generale.
Mascherine chirurgiche (DM)
Queste mascherine chirurgiche (Dispositivi Medici, “gruppo 1”) devono proteggere le persone circostanti qualora la persona che la indossa fosse infetta.
In realtà esse assolvono anche alla funzione di proteggere chi le indossa dai droplets provenienti dalle persone circostanti.
E infatti, fin quando durerà l’emergenza sanitaria Covid-19, queste mascherine – peraltro di non facile realizzazione – assolvono alla funzione di dispositivi di protezione individuale (DPI) per chiunque e anche per lavoratori che si trovassero a operare a meno di 1 metro di distanza (D.L. 17/03/2020 n.18 – Art. 16).
La ragione per la quale pochi si cimentano nel realizzarle, preferendo rivolgere le proprie attenzioni verso quelle filtranti (o libere, “gruppo 3”), risiede nella necessità di soddisfare tre norme, di cui due tecniche e una di sistema:
- UNI EN 14683:2019
- UNI EN ISO 10993-1:2010
- Fabbricazione in azienda con sistema qualità certificato ISO13485, oppure conforme con GMP (Good Manufacturing Practices). Le ISO 9001 da sole non bastano.
Gli ultimi due punti esulano da questo post, tuttavia raccomando di prestare la dovuta attenzione se si pensa di produrre mascherine chirurgiche. Sono aspetti che da soli richiederebbero un post dedicato per una trattazione appena sufficiente.
In questo post scendiamo invece nei dettagli costruttivi delle mascherine chirurgiche, soprattutto per soddisfare la EN 14683.
L’effetto barriera nelle mascherine chirurgiche
Norme e vincoli si possono affrontare, ma la sfida centrale di queste mascherine è il tessuto con cui realizzarle. In particolare il cuore del problema sta nel “tessuto barriera“, cioè nello strato di tessuto della mascherina che deve assicurarle prestazioni ben precise per quanto riguarda alcuni requisiti previsti dalla EN 14683.
Cerchiamo di capire quali sono queste caratteristiche e perché è difficile realizzarle.
L’effetto barriera è il primo problema. Per barriera si intende la capacità che ha il materiale di fermare batteri: questa proprietà viene chiamata “Efficacia di Filtrazione Batterica” (BFE).
Banalizzando, il suo valore si misura “sparando” attraverso la mascherina un aerosol di stafilococchi e misurando quanti, percentualmente, la barriera riesce a fermarne.
La EN 14683 ci dice che la barriera è buona se ferma dal 95 al 98% dei batteri.
Come fare un tessuto con queste caratteristiche? La prima cosa che viene in mente è utilizzare un tessuto fitto e compatto, così i batteri – se pure piccoli – saranno fermati nell’attraversarlo.
Ma così non si può fare! Esiste infatti un secondo requisito da rispettare che sembra proprio essere in contrasto con quello di cui abbiamo appena parlato.
La traspirabilità nelle mascherine chirurgiche
La mascherina sta sul viso, appesa alle orecchie o allacciata sulla nuca. Appoggia sul volto, ma i suoi bordi certamente non sono a tenuta ermetica sul viso (come le FFP1-2-3).
Noi abbiamo bisogno che il respiro passi tutto attraverso la barriera, senza sfuggire lambendo le guance, il mento, gli occhi (nota: se gli occhiali si appannano, la mascherina non va molto bene, perché parte del respiro sfugge senza passare dal filtro della mascherina). Come si fa ad ovviare a ciò senza incollare la mascherina al volto?
Si deve ricorrere a una barriera con traspirabilità molto alta. Questo significa che, soffiando attraverso il filtro, non devo percepire nessuna fatica: il respiro deve fluire senza alcuna resistenza (o quasi). Se è così, il fiato emesso non sceglierà strade “laterali” e transiterà attraverso il filtro. Dunque il filtro deve essere molto permeabile, altrimenti il respiro passerà dai bordi.
Sempre la EN 14683 ci dice quanto può essere il massimo della resistenza al passaggio del respiro. Il valore tecnicamente è espresso come “pressione differenziale“, misurata in Pascal/cmq. Tralascio i numeri, ma ti assicuro che il valore previsto è davvero molto, molto piccolo. Ne consegue che un filtro spesso fermerà il 98% dei batteri, ma probabilmente non andrà bene, perchè la pressione differenziale sarà troppo alta. E il respiro sceglierà delle scorciatoie, invece di passare dal filtro.
Le due esigenze sono in apparenza contradditorie: il tessuto barriera deve essere un filtro molto fitto per fermare i batteri, ma deve anche essere un filtro molto rado per essere molto traspirante.
Dove trovare un tessuto così? Come inventarlo? Ebbene, questa è la sfida che il medicale lancia al mondo tessile! Ci ritorneremo fra un attimo…
L’idrorepellenza e la pulizia microbica
Alle mascherine chirurgiche per la verità richiesti sono altri due requisiti importanti: idrorepellenza e pulizia microbica (bioburden).
Per quanto attiene l’idrorepellenza, essa è richiesta solo nelle chirurgiche di tipo IIR, mentre non è necessaria nel tipo I e nel tipo II.
Oggi, in emergenza Covid, l’idrorepellenza è sempre richiesta, perché le mascherine sono eccezionalmente autorizzate anche come DPI. Il problema semmai è che per idrorepellenza non si intende la resistenza alla goccia o allo spray test! La norma parla di resistenza a una colonna d’acqua alta 160 cm (in realtà la EN14683 dice “Splash resistence” minimo 16 kPascal).
Questo valore non è basso, e non si può accoppiare una membrana, altrimenti non vi è più traspirabilità! Quindi il valore va raggiunto per altra via.
Per quanto invece attiene la pulizia microbica, occorre che le mascherine siano sostanzialmente “pulite da colonie batteriche” quando estratte dall’imballo sigillato originale. La EN 14683 dice che in quel momento le CFU ovvero Unità Formante Colonie (di batteri) devono essere meno di 30 per grammo di peso della mascherina.
Chi le fabbrica deve avere standard di pulizia, igiene, sanitizzazione nettamente superiori al livello usuale del mondo tessile.
Se non si è certi di disporre di ambienti adeguati, personale adeguato, macchinari e attrezzature adeguate, difficilmente si potrà rispettare questo parametro.
Costruzione odierna di mascherine chirurgiche
Il tessuto non tessuto
TNT è il termine generico per indicare un prodotto industriale simile a un tessuto, ma ottenuto con procedimenti diversi dalla tessitura e dalla maglieria. In un TNT le fibre presentano una disposizione casuale, senza alcuna struttura ordinata, diversamente da un ortogonale (fatto da trama e ordito) o a maglia (fatto da ranghi e file). In inglese si usa il termine “nonwoven“, che significa “non tessuto”.
Le mascherine chirurgiche oggi si fanno con il TNT. La ragione è molto semplice: i tessuti convenzionali ortogonali e a maglia sembrano non riuscire a raggiungere i requisiti appena visti, imposti dalla EN 14683.
A priori, non è escludibile che possano essere costruiti tessuti non TNT in grado di superare i test. Infatti, del TNT occorre prendere in attenta considerazione non solo i vantaggi, ma anche alcuni svantaggi, fra i quali l’impiego “usa e getta” di un manufatto in un mondo che, fino a ieri, cavalcava l’onda della sostenibilità, del riciclo e dell’economia circolare.
Quando si parla di centinaia di milioni di pezzi in Italia, di miliardi nel mondo, qualche dubbio viene in fatto di spargimento di microplastiche, di rispetto della sostenibilità e di smaltimento di materiali, per giunta potenzialmente infetti.
Per spingere qualche tessitore intraprendente nell’impresa di escogitare un valido sostituto al TNT, suggerirei di capire dapprima perché solo il TNT, e in particolare un certo tipo di TNT, consenta di realizzare mascherine che superano agevolmente la EN 14683. E per capire il TNT partirei proprio da come viene prodotto, perché è lì che nascono le sue speciali caratteristiche.
Le tipologie del TNT
I TNT sono prodotti con una pluralità di materiali sintetici, ma le due composizioni più importanti ai nostri fini sono il polipropilene (PP) e il poliestere (PE).
Per quanto riguarda le tecnologie di filatura, abbiamo anche in questo caso due tecnologie importanti, che hanno nome filatura Spunbond (a “legame filato” di filo continuo) e filatura Meltblown (a “fusione soffiata”). I tessuti non tessuti vengono realizzati con processi di produzione continui a partire da chips di un determinato polimero sintetico.
Esaminiamo innanzitutto alcuni dettagli di questi processi di filatura Spunbond e Meltblown, per capire (e magari carpire) qualche caratteristica saliente.
TNT Spunbond
Il chip di partenza è solitamente polvere o granulato fine di polipropilene (PP). Le fibre vengono filate e quindi disperse direttamente su una rete da deflettori mediante getti d’aria. La tecnologia Spunbond consente velocità elevate e costi di produzione economici. Le microfibre di PP vengono “legate” da resina oppure termicamente.
Esistono diverse varianti della tecnologia di filatura Spunbond.
Gli spunbond in polipropilene (PP) sono prodotti con velocità ancora più elevata e a temperature decisamente più basse rispetto ai TNT di diversa composizione, sfruttando il basso punto di fusione.
I TNT di polipropilene hanno caratteristica intrinseca idrorepellente e sono molto leggeri, così da essere particolarmente idonei per prodotti “usa e getta”.
La tecnologia Spunbond consente di ottenere dei TNT caratterizzati da microfibre di micronaggio maggiore (cioè più grosse) rispetto alla tecnologia Meltblown. In compenso, i TNT Spunbond sono decisamente più robusti. Le microfibre più grosse della filatura Spunbond rende poco adatto questo TNT per ottenere valori di elevata filtrazione, come invece si richiede per le mascherine chirurgiche.
La tecnologia Spunbond dà un TNT economico, leggero, robusto, poco adatti per filtrazioni fini.
Il filmato mostra una delle modalità di produzione simile a quella che ho schematizzato nel disegno. Fornisce un’idea del processo di filatura e le scritte in inglese che compaiono nel filmato sono riportate nello schema così da poter associare meglio le varie fasi. Quello che si vede scendere nel filmato può sembrare acqua o schiuma. Non è così: si tratta di filamenti di polipropilene che scendono così veloci da sembrare liquidi.
TNT Meltblown
Anche in questo caso il chip di partenza è polvere o granulato fine di polipropilene (PP). Il tessuto non tessuto Meltblown nasce per estrusione del polimero fuso mediante una particolare tecnologia di “filatura soffiata”. Si producono così fibre lunghe e molto sottili che sono stirate e raffreddate soffiando aria calda mentre le fibre vengono proiettate su un supporto di raccolta (un cilindro o altra apposita superficie). Si crea così un nastro di microfibre finemente aggrovigliate che viene raccolto in rotoli e successivamente convertito in prodotti finiti. Banalizzando per fissare le idee, il processo assomiglia alla produzione dello zucchero filato.
Le fibre così prodotte sono estremamente fini e, come dicevo, tipicamente di polipropilene. Il Meltblown differisce dalle altre tecnologie di estrusione, in particolare dalla Spunbond, in quanto il TNT risultante è poco resistente, con dimensioni delle microfibre molto più piccole, tali da costituire il fattore fondante di questa tecnologia di produzione. Spesso la fusione soffiata Meltblown (M) viene accoppiata già in produzione (o successivamente) a filato generato con tecnologia Spunbond (S). Si ottengono così nastri cosiddetti “SM” o “SMS” (spun-melt-spun). Questi TNT “compositi” uniscono le proprietà delle due tecnologie di filatura. Sono infatti nel contempo adeguatamente robusti (S) e possiedono i vantaggi microfiltranti delle fibre finissime (M).
Ciò consente di conseguire eccellenti fattori di filtrazione, con bassa caduta di pressione e adeguata robustezza. Questi sono materiali particolarmente idonei per realizzare mascherine chirurgiche, filtri speciali, isolamenti acustici e altre applicazioni particolari. I tessuti SMS realizzati completamente in PP sono idrorepellenti e in grado di catturare particelle molto, molto fini.
Il filmato mostra un piccolo impianto di filatura Meltblown che ben si presta per comprendere come si produce questo particolare tipo di TNT. La testa che soffia il PP sembra non emettere nulla, ma verso metà filmato si vede molto bene come il cilindro cromato (che ruota lentamente) si ricopre gradualmente di filamenti bianchi ad ogni passaggio della testa soffiante.
Gli strati di TNT nelle mascherine chirurgiche
Le mascherine chirurgiche sono usualmente realizzate da almeno tre strati di TNT scelti non a caso.
Il Politecnico di Milano, nella Nota tecnica v 4.4 del 20/04/2020 (ti consiglio vivamente di scaricarla dal sito di Regione Lombardia cliccando qui), fornisce indicazioni molto precise ed interessanti fra le quali le seguenti.
“Le mascherine di tipo CHIRURGICO sono tipicamente costituite dalla sovrapposizione di 3 strati di tessuto-non-tessuto (TNT) con diverse funzionalità:
- Strato esterno (lato “mondo”):
Tessuto-non-tessuto (TNT) prodotto con tecnologia Spunbond con trattamento idrofobo (opzionale); questo strato ha la funzione di conferire resistenza meccanica alla mascherina e proprietà idrofoba (opzionale). (Idrorepellenza è richiesta solo per le chirurgiche del tipo IIR: non per quelle del tipo I e II, NdA) - Strato intermedio (strato filtrante): (tessuto barriera, NdA)
Tessuto-non-tessuto (TNT) prodotto con tecnologia Meltblown e costituito da microfibre di diametro 1-3 micron; questo strato svolge la funzione filtrante. - Strato interno (lato “volto”):
Tessuto-non-tessuto (TNT) prodotto con tecnologia Spunbond ; questo strato ha funzione protettiva per il volto evitando il contatto diretto della cute con lo strato filtrante intermedio.
È possibile realizzare mascherine con stratificazioni differenti ma contenenti almeno tre strati con le caratteristiche suindicate a condizione che vengano soddisfatti i requisiti di funzionalità”.
Inoltre, riporta sempre la Nota del Politecnico:
“Le prove effettuate sui materiali pervenuti presso i nostri laboratori (del Politecnico, NdA) hanno confermato che il materiale più adatto per la realizzazione dei 3 strati della mascherina è il tessuto non tessuto in polipropilene o (come seconda opzione) in poliestere”.
“Dalle prove effettuate presso i nostri laboratori (del Politecnico, NdA) combinando opportunamente i materiali di cui sopra si è ottenuto che possibili configurazioni, suggerite ai confezionatori, sono le seguenti:
Esempi di stratificazioni di TNT e filtrazioni
(Rev. 2 del 26/04/2020, Fonte: Politecnico di Milano)
| ID | Stratificazioni TNT e pesi/mq | Classific. del campione (*) | PFE [ % ] (±5%) | Classe | ΔP [Pa/cm²] (±5%) | Classe |
| 2 | SMS 35 g/m2 + Meltblown 25 g/m2 + SMS 35 g/m2 | 66 | A | 46 | B | |
| 3 | SMS 35 g/m2 + SMS 35 g/m2 + SMS 35 g/m2 | 58 | B | 37 | A | |
| 4 | SMS 40 g/m2 + Meltblown 25 g/m2 + SMS 40 g/m2 | 57 | B | 41 | B | |
| 5 | SMS 40 g/m2 + SMS 40 g/m2 + SMS 40 g/m2 | 52 | B | 44 | B | |
| 6 | SMS 35 g/m2 + SMS 35 g/m2 | 52 | B | 30 | A | |
| 7 | SMSSMSSMS 90 g/m2 + SMSSMSSMS 90 g/m2 + SMSSMSSMS 90 g/m2 | 49 | Insuff. | 33 | A | |
| 8 | SMS 70 g/m2 | 59 | B | 29 | A | |
| 9 | SMS 70 g/m2 + SMS 70 g/m2 | 82 | A | 50 | B | |
| 10 | SMS 40 g/m2 + SMS 40 g/m2 + SMS 40 g/m2+ SMS 40 g/m2 | 62 | B | 59 | B |
(*) La classificazione complessiva del campione viene omessa in quanto dipendente dalla destinazione d’uso del materiale testato.
Efficacia di Filtrazione di Particolato (PFE)¹
Il materiale è tanto migliore quanto più grande è il PFE.
– Sono materiali in classe A quelli con PFE ≥ 65%.
– Sono materiali in classe B quelli con PFE ≥ 50%
– Sono materiali scartati quelli con PFE < 50%
La prova si esegue valutando la capacità del filtro di arrestare un aerosol di glicerina.
Caduta di Pressione o traspirabilità (ΔP)²
Il materiale è tanto migliore quanto più piccolo è il ΔP.
– Sono materiali in classe A quelli con ΔP ≤ 40 Pa/cm2
– Sono materiali in classe B quelli con ΔP ≤ 60 Pa/cm2
– Sono materiali scartati quelli con ΔP > 60 Pa/cm2
La prova si esegue misurando la “resistenza” che il filtro oppone al passaggio di aria.
Come si vede dalla tabella qui sopra, le prove del Politecnico (prima tornata, 4 aprile) hanno riguardato stratificazioni molto variegate per alternanza di TNT e masse areiche (pesi/m2).
Un materiale risulta insufficiente per filtrazione di particolato, alcuni sono in classe A, altri in classe B, in modo molto eterogeneo.
Ora, volendo sostituire il TNT con tessuto, è molto importante capire le correlazioni esistenti fra i parametri, e precisamente fra:
- Pesi/metro quadrato dei campioni (g/m2) – Non richiesto dalla norma EN14683, ma misurato dal Politecnico
- Differenziali di Pressione (ΔP) – Richiesto basso dalla norma EN14683
- Efficacia di Filtrazione Batterica (BFE) – Richiesto alto dalla norma EN14683
- Efficacia di Filtrazione del Particolato (PFE) – Non richiesto dalla norma EN14683, ma misurato dal Politecnico
Emerge che è molto importante, al di là del peso/m2 e del numero di strati, trovare un tessuto che coniughi alta traspirabilità (cioè basso differenziale di pressione) con alta efficacia di filtrazione. In altre parole, come sostenevo in precedenza, devono sussistere due esigenze in apparenza contradditorie: il tessuto barriera deve essere molto fitto per fermare il particolato (o i batteri), ma deve nel contempo essere molto rado per essere molto permeabile all’aria.
Esempi di Filtrazioni e Pressioni
(Rev. 2 del 26/04/2020)
Recentemente, il Politecnico di Milano ha avviato anche misure di Efficacia di Filtrazione Batterica (BFE), in realtà previste dalla norma EN14683 (che non prevede invece la misura della filtrazione di particolato, più agevole e fatta inizialmente).
Efficacia di Filtrazione Batterica (BFE)³
Il materiale è tanto migliore quanto più grande è il BFE.
– Sono materiali in classe A quelli con BFE ≥ 90%.
– Sono materiali in classe B quelli con BFE ≥ 70%
– Sono materiali scartati quelli con BFE < 70%
La prova si esegue valutando la capacità del filtro di arrestare un aerosol di Stafilococco Aureus.
Nota. Nelle prove qui presentate, il Politecnico di Milano ha impiegato Escherichia coli (batterio non previsto dalla norma EN 14683) in quanto giudicato meno pericoloso verso gli operatori del Politecnico e comunque modello di dimensioni simili al previsto Satfilococco Aureus).
L’aggiunta di questa misurazione consente di completare lo scenario fra parametri che, prima, non erano noti nel loro insieme e che ora possiamo correlare grazie agli esempi riportati nella seguente tabella (rileaborazione dell’Autore su dati del Politecnico Milano, Nota 5.0 del 04/05/2020).
| ID | Stratificazioni dei campioni | Classific. del campione (*) | PFE [ % ] (±5%) | Classe | ΔP [Pa/cm²] (±5%) | Classe | BFE [ % ] (±10%) | Classe |
| 7 | PLA-3SMS90 + PLA-3SMS90 + PLA-3SMS90 | 49 | Insuff. | 33 | A | 100 | A | |
| 8 | AHL-SMS70 | 59 | B | 29 | A | 100 | A | |
| 9 | AHL-SMS70+AHL-SMS70 | 82 | A | 50 | B | In verif | ? | |
| 10 | FIT-SMS40(1) + FIT-SMS40(1) + FIT-SMS40(1) + FIT-SMS40(1) | 62 | B | 59 | B | 100 | A | |
| 15 | UNI-SMS40 + UNI-SMS40 + UNI-SMS40 | 61 | B | 53 | B | 99 | A | |
| 16 | UFI-SMS120 | 75 | A | 34 | A | 97 | A | |
| 17 | UNI-SMS40 + FAR-M25 + UNI-SMS40 | 70 | A | 55 | B | 99 | A | |
| 19 | UNI-SMS40 + UFI-M50 + TNT30 | 78 | A | 52 | B | 99 | A | |
| 21 | FIT-SMS40(2) + FAR-M25 + FIT-SMS40(2) | 68 | A | 58 | B | 98 | A | |
| 22 | FIT-SMS40(2) + UFI-M50 + TNT30 | 76 | A | 54 | B | 99 | A | |
| 24 | TNT30 + FAR-M25 + FAR-M25 + TNT30 | 58 | B | 38 | A | 99 | A | |
| 25 | TNT30 + FAR-M40 + TNT30 | 55 | B | 30 | A | 100 | A | |
| 26 | FIT-SMS40(3) + FIT-SMS40(3) + FIT-SMS40(3) | 56 | B | 52 | B | 98 | A | |
| 27 | ATE-SMS35(2) + ATE-SMS35(2) + ATE-SMS35(2) | 56 | B | 48 | B | 99 | A | |
| 28 | ATE-SMS35(2) + ATE-SMS35(2) | 49 | Insuff. | 34 | A | 99 | A |
(*) La classificazione complessiva del campione viene omessa in quanto dipendente dalla destinazione d’uso del materiale testato. (Fonte: Politecnico di Milano)
Una considerazione riguarda, da un lato, le criticità esistenti per ottenere stratificazioni aventi bassi differenziali di pressione e alti valori di filtrazione; dall’altro, i valori richiesti, per i quali mail e telefonate evidenziano l’esistenza di una certa confusione che ora cercheremo di chiarire.
Conclusioni
Come si è visto, con il TNT, anche per la fragilità del meltblown, non bastano uno o due strati. All’aumentare degli strati aumenta anche la filtrazione, me nel caso dei tessuti occorre fare attenzione ai pesi/mq: più filtrazione, ma spesso – nei campioni che ricevo – noto traspirabilità insufficiente.
Nel caso dei tessuti a maglia l’elasticità gioca a sfavore. Se la mascherina si tende per gli elastici e per la sporgenza nasale, il tessuto a maglia tende ad aprirsi, facendo crollare l’efficienza di filtrazione. Questo fatto rende anche difficilmente misurabile e certificabile il valore di BFE o PFE, perché i valori cambiano a seconda dello stato di tensione.
Ovviamente, tutto peggiora in presenza di elastomero.
Meglio quindi un tessuto fermo, con caratteristiche di composizione, titolo, costruzione, grammatura e finissaggio tutte da studiare!
Se hai avuto la pazienza di leggere fin qui e sei un tecnico de tessuto, hai certamente compreso le ragioni per le quali un certo TNT va bene, mentre un tessuto tradizionale può non andare bene (e in effetti, di solito, non va bene…).
Il Politecnico ha testato oltre 700 tessuti e solo 10 di TNT (nemmeno tutti) sono andati bene.
Ti porto in conclusione l’esempio di un tessuto a maglia in poliestere-lycra, tipo costume da bagno, su alta finezza e di alta qualità, leggero ed estremamente battuto: un titolo finissimo multibava, assolutamente non trasparente. Se osserviamo questo tessuto, potremmo a prima vista considerarlo un ottimo elemento filtrante.
Sfortunatamente, lo stesso tessuto rilassato, nella fotografia al microscopio, mostra evidenti i propri limiti di filtrazione (particolato o batteri).
I punti neri nella fotografia sono traforature. I batteri hanno dimensioni estremamente ridotte (e i virus sono dieci volte più piccoli): i piccoli fori sono “squarci” enormi, attraverso i quali passano non in fila indiana, ma in plotoni larghi centinaia, se non migliaia, di particelle…
Come dicevo all’inizio, è ragionevole pensare che il meltblown e gli strati di TNT non siano la sola soluzione possibile in grado di soddisfare i requisiti della EN 14683.
Sono in molti, soprattutto imprenditori e tecnici tessili, che stanno cimentandosi su come costruire un tessuto che per sostenibilità, riutilizzo, durata – oltre che per caratteristiche tecniche – costituisca una valida alternativa al TNT.
Bisogna insistere! Non possiamo accettare che gli sforzi per la sostenibilità fatti sino ad oggi siano vanificati da decine di milioni di mascherine al giorno di microplastica potenzialmente infetta.
Se hai idee o vuoi contribuire con il tuo apporto, o semplicemente hai piacere di confrontarti con chi scrive, potrai contattarmi liberamente all’indirizzo mail seguente: piero.sandroni@gmail.com
Datemi tempo perchè le richieste sono tantissime, ma nel limite del possibile risponderò a tutti. Se richiesto, assicuro sin d’ora il massimo livello di riservatezza (o, se preferite, di diffusione!).
Laboratori per la prova di mascherine chirurgiche
Il Politecnico di Milano, che ci ha fornito utilissimi dettagli tecnici, dal 4 maggio non esegue più prove tecniche su mascherine.
Per prove di Caduta di Pressione, BFE (Efficacia Filtrazione Batterica), PFE (Efficienza Filtrazione Particolato) occorre pertanto rivolgersi a laboratori privati o ad altri centri.
I laboratori accreditati sono elencati nel mio articolo “Mascherine vere, false e laboratori accreditati” consultabile qui , oppure nell’Appendice A, pagina 9, della Nota del Politecnico di Milano scaricabile qui.
Le prove hanno valore per la predisposizione della documentazione dei soggetti proponenti ai fini dell’autodichirazione da presentare all’Istituto Superiore di Sanità.
Questa procedura vale per tutto il periodo di “emergenza sanitaria Covid-19” (Nota: ancora in corso il 1/9/2021). Quando terminerà, si ritornerà all’obbligo consueto di certificazione e marcatura CE.
Oltre ai Laboratori indicati sopra, fino a prima dell’emergenza Covid vi era solo un laboratorio ufficiale per effettuare tutte le verifiche basate sulla Norma UNI EN 14683:2019, precisamente in Belgio:
CENTEXBEL – Technologiepark-Zwijnaarde 70 – 9052 Gent – Belgio – Tel. +32 9 220 41 51 – info@centexbel.be – http://www.centexbel.be/
Per le prove di Bioburden sui prodotti da sottoporre all’ISS, i laboratori accreditati sono elencati nel mio articolo “Mascherine vere, false e laboratori accreditati” consultabile qui , oppure nell’Appendice A della Nota 4.4 del Politecnico di Milano, scaricabile qui.
Lo scopo di una mascherina è di filtrare e fermare polveri sottili e agenti patogeni come batteri e virus.
Nell’articolo ho parlato di Efficienza di Filtrazione Batterica (test eseguito con batterio gram positivo Stafilococco) e di Efficienza di Filtrazione di Particolato (test eseguito con polveri fini).
Nel caso del Coronavirus Covid-19 l’obiettivo più ambizioso di una mascherina dovrebbe essere la disattivazione istantanea (o quasi) del virus intercettato rendendolo innocuo, non solo intercettare e trattenere il virus nel filtro.
Per misurare questa capacità serve un trattamento antivirale e un metodo per provare questo requisito.
Le norme ISO propongono la ISO 18184:2019 “Determination of antiviral activity of textile products”.
Questo metodo di prova prevede che i virus vengono inoculati in un campione. Dopo un tempo di contatto opportuno (usualmente 2 ore, ma il tempo può essere variato fino a 24 ore), si esegue la conta del virus attivo rimanente. Il tasso di riduzione viene calcolato confrontando il campione di tessuto sotto test (avente presunta capacità antivirale) con il campione di riferimento senza alcuna capacità antivirale. La quantificazione del livello di infezione virale viene eseguita mediante il metodo TCID50.
Per questo test si impiega il virus dell’influenza A (H3N2 e H1N1) e/o il calicivirus felino, oltre ad altre specie di virus eventualmente richiesti.
Mi risulta che questo test venga eseguito in Irlanda da:
– Airmid Healthgroup, Trinity Enterprise Campus – Macken Street – Dublin 2, Ireland – Tel. +353-1-633-6820
Nel momento in cui scrivo (16/04/2020) non sono in grado di fornire ulteriori informazioni. Prima di procedere al test, occorre escogitare un principio attivo antivirale che, applicato al filtro della mascherina, sia in grado di disattivare velocemente (leggi: istantaneamente) il virus. Infatti, la partita sulle mascherine si gioca sulla velocità di disattivazione virale. Se il virus si disattiva in ore, il trattamento della mascherina è opinabile, perchè noi sappiamo che il virus si disattiva facilmente a seconda della superficie su cui è collocato e delle condizioni ambientali (temperatura, raggi solari diretti, ozono, agenti ossidanti disattivano il virus in tempi relativamente brevi).
Il 26/06/2020 ho pubblicato un articolo dal titolo “Tessuti antivirali, virus e finissaggi” consultabile cliccando qui.
Grazie per la lettura, buon lavoro!
buongiorno professore volevo chiederle un informazione sulla possibilità di processo e trasformazione tra le tipologie spunbond e meltblown
nell’ipotesi di un processo di riciclo in particolare è possibile riformare spunbond partendo da meltblown? E’ vero il contrario? ovvero è possibile riformare meltblown da tnt spunbond?
grazie mille
Buongiorno Letizia.
Non ho esperienza diretta su quanto espone e le esprimo alcune mie semplici considerazioni.
Entrambi i processi, spunbond e meltblown, partono da chip di PP estruso a caldo.
Ciò che cambia è il “modo” di filatura: nel primo caso la filatura è “dispersa”, mentre nel meltblown è “soffiata”. Nel caso che espone, la criticità mi sembra risiedere nel recupero del PP, poco importa se esso sia spunbond o meltblown. Ciò che penso vada valutato bene è il sistema di recupero, ovvero se sia effettivamente in grado di generare un materiale con caratteristiche tali per cui l’estrusore lo possa “accettare” al posto del chip di PP vergine.
Dopo di che, non vedrei difficoltà particolari per l’impianto nel (ri)generare nuovamente uno spunbond o un meltblown, a seconda del processo di filatura.
Salve…ho trovato molto interessante ed esaustivo il suo art….una domanda pero come sanitario gliela pongo…le mascherine potrebbero diventare l’eternit dei Ns. avi??grz per il suo lavoro…
Buonasera. Grazie per l’apprezzamento.
Effettivamente tutto questo TNT di polipropilene (PP) in circolazione desta preoccupazione. Da un lato si crea sensibilità verso la pericolosità delle microplastiche, dall’altro circolano miliardi di manufatti di microplastiche. C’è qualche progetto di recupero, ma la raccolta è oggi nella indifferenziata salvo dispersione nell’ambiente. Il destino delle mascherine è la termodistruzione per pirolisi. Un importante e avanzato istituto tedesco (Fraunhofer) mi risulta abbia lanciato un progetto ambizioso e può trovare informazioni a questo link:
https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2021/june-2021/closed-loop-recycling-pilot-project-for-single-use-face-masks.html
Il caso dell’eternit da lei citato mi pare decisamente peggiore delle mascherine: mi auguro che l’educazione limiti la dispersione nell’ambiente e la termodistruzione faccia il resto.
Un saluto cordiale e auguri per il suo lavoro.
Ing. Sandroni buongiorno,
complimenti per la realizzazione dell’articolo più che esaustivo.
Se ci fosse la possibilità di realizzare un tessuto tradizionale (non TNT) ad uso “mascherina chirurgica” pensa che potrebbe portare dei vantaggi?
E quale potrebbe essere secondo lei il budget per la realizzazione e omologazione del solo campione tessuto tradizionale che soddisfi la norma EN14683 ?
Grazie e cordiali saluti.
Buongiorno Ing. Sandroni,
ho letto, da profana, con interesse i suoi scritti e li ho trovati molto interessanti, ed anche abbastanza chiari per chi come me è completamente digiuna della materia. Vorrei chiedere un consiglio, ho acquistato delle mascherine FFP2 che riportano marchio CE sia sulla mascherina che sulla bustina, ho notato però che a differenza di altre acquistate in precedenza, sono molto più sottili e meno rigide, se si può usare questa espressione. Il sito dove le ho acquistate mi sembrava affidabile in quanto vende anche molte cose riservate a personale medico sanitario.
Sul sito nella descrizione delle componenti della mascherina è riportata questo :
Facciale filtrante tipologia FFP2 certificato CE
Composizione: interno spunbond 50gr + layer centrale 50gr + meltblown esterno 25gr
Protezione da batteri e particolato >94%
FFP2 / KN95 Disposable Folding Respiratory face Mask
Standard internazionale: EN149:2001+A1:2009
Secondo lei la consistenza dei materiali usati è corretta?
La ringrazio sentitamente e mi scuso se eventualmente ho fatto un intervento non consono al blog.
Cordiali saluti
Buongiorno.
Grazie per gli apprezzamenti.
Mi sembra che la maschera sia adeguata e conforme.
La consistenza dei materiali è adeguata, solo vi è probabilmente un refuso nell’indicazione della sequenza da parte sua o del fabbricante.
La sequanza da lei indicata è la seguente: Composizione: interno spunbond 50gr + layer centrale 50gr + meltblown esterno 25gr
Quella che invece dovrebbe essere è quest’altra:
Composizione: interno spunbond 50gr + layer centrale meltblown 25 mg + esterno spunbond 25gr
Credo sia un banale errore, perchè nessuno mette il meltblown esterno! Si disferebbe!
Cordiali saluti, P. Sandroni
Caro ing. Sandroni, se le fischiavano continuamente le orecchie in primavera, temo dovrà rassegnarsi: anche adesso sto usando i suoi articoli come materiali didattici nelle mie classi di Sistema Moda al Setificio! Complimenti, è possibile che presto ci facciamo sentire per approfondimenti.
Nessun problema Professore! Se riesce a trovare qualcosa di utile, lo utilizzi tranquillamente!
Buon Anno! P. Sandroni
Salve, il suo articolo è fatto molto bene, complimenti. Vorrei capire perché la pulizia delle mascherine riduce o annulla l’efficacia delle stesse? Ci sono dei trattamenti non invasivi ma efficaci per la pulizia ( in sicurezza) delle mascherine? È stato studiato il tempo in cui eventuale virus attaccato all’esterno della mascherina diventa inattivo?
Buongiorno e grazie per l’apprezzamento. Il lavaggio di maschere soprattutto se di TNT può compromettere l’efficacia di filtrazione soprattutto dello strato intermedio di TNT meltblown. Quest’ultimo è leggerissimo e finissimo: la movimentazione in acqua ne altera le caratteristiche e la capacità di filtrazione ne risente. Se proprio vuole riutilizzare la maschera di TNT, la lasci al sole (che non c’è…) o all’aria per almeno un paio di giorni. Spruzzi sull’esterno dell’alcool possiibilmente da liquore: quello rosa è denaturato e ha un odore sgradevole. Per prudenza le consiglio tuttavia di non riutilizzare le maschere di TNT. Il rischio di contaminazione e di ammalarsi purtroppo non vale il risparmio…
Buon Anno. P. Sandrpni
Ho letto con interesse e salvato l’articolo. Dopo le recenti informazioni sull’utilità, nonostante tutto, delle mascherine dicomunità, in tessuti opportunamente scelti e con filtro, ho ripreso a confezionarne per usi privati, senza intenti commerciali (avevo selezionato modelli e tutorial soddisfacenti). Il problema è trovare filtri affidabili e a prezzi non di rapina (altrimenti tanto vale mettervi dentro una chirurgica).
Non è possibile trovare del materiale affidabile in rotolo?
Grazie comunque per i dati forniti.
Buongiorno, grazie per l’apprezzamento. Il vero elemento filtrante è il TNT meltblown che è delicatissimo e leggerissimo. E’ difficioltoso da manipolare. Lo trova aprendo una chirurgica e prelevando lo strato intermedio. Le comunico che le prove di laboratorio dimostrano che tre strati di tessuto abbastanza compatto arrivano ad efficienze di filtrazione batterica dell’80%. Non siamo al 95% delle chirurgiche, ma il valore è buono. Faccia eseguire un test di filtrazione batterica sulle sue maschere in tessuto: se arriva attorno all’80% si ritenga soddisfatto. Il parametro sarebbe in linea con le norme europee (70%, veda l’articolo deidcato).
Buon Anno!
Mi complimento per l’ottimo articolo. Approfitto per chiedere lumi circa le mascherine chirurgiche da usare a scuola. A suo giudizio vanno bene tutti i tipi di mascherine chirurgiche? Quelle distribuite oggi in classe apparentemente (non sono un esperto e sulla confezione non c’è scritto nulla…sono però tutte bianche) sono di tipo I o II ma -credo- non tipo IIR, che dovrebbero essere quelle raccomandate perché testate anche contro il droplet (corretto?).
Non voglio far pubblicità ma x i miei figli mi ero premunito con mascherine prodotte in Italia) lavabili e certificate IIR, e ora pare nn possano usarle.
Tra l’altro se nn sono IIR anche quelle dei compagni di classe, la maggior protezione è vanificata
Chiedo gentilmente il Suo parere
Buongiorno. Grazie per gli apprezzamenti.
Le mascherine chirurgiche di Tipo II hanno filtrazione batterica del 98%, come le IIR. Queste ultime hanno in più la protezione da schizzi di sangue che dovessero giungere sulla maschera con una pressione rilevante (oltre 16 kPa). Questa situazione può verificarsi in sala operatoria: le IIR proteggono il chirurgo dall’irrorazione. A scuola, le IIR mi sembrano “sovradimensionate” perchè i droplets sono intercettati anche dalle Tipo II (il polipropilene è già intrinsecamente antigoccia, anche se non “anti-getto” di sangue in pressione…). Inoltre la protezione del 98% delle Tipo II è molto alta.
Per inciso, le Tipo I sono come le Tipo II, ma con protezione 95% invece di 98%.
Detto ciò, per una buona protezione con le Tipo II (o anche Tipo I), suggerirei di badaere attentamente a quanto segue:
1. La maschera deve essere conforme alla norma EN 14683. Da qualche parte (maschera o confezione di maschere) deve essere scritto.
2. Le maschere devono essere distribuite ai ragazzi estraendole da un contenitore sigillato aperto al momento (non si tengono le maschere a mazzi nel cassetto).
3. Le maschere sono monouso. Durano 4-6 massimo 8 ore, poi vanno sostituite (non si lavano: perderebbero quel 95-98% di efficienza filtrante).
4. Le maschere vanno indossate bene. Quando sono indossate bene, purtroppo le chirurgiche danno fastidio, perchè devono aderire bene al volto. Grattano, soprattutto se si parla o si mastica gomma. Se il respiro in entrata e in uscita passa dal nasello, dal mento o dalle guance, la mascherina è come se non ci fosse.
5. Se le finestre sono aperte (o si è all’aperto), si sta a due metri dagli altri, nessuno tossisce nè starnutisce, si parla senza strillare, allora direi che la mascherina si può togliere, perchè il rischio è basso. Se però si è al chiuso, senza ricambio d’aria, la mascherina dà fastidio ma è molto meglio tenerla…
Un saluto cordiale. P. Sandroni
ho speso una fortuna a fare test di traspirabilità di tnt 3 strati di vari produttori consigliati da politecnco e nessuno passa valore di norma < 40.
connosce un tnt idoneo? grazie cordiali saluti domenico
Buonasera. Molto strano, perchè la traspirabilità del TNT è di solito molto buona. Inoltre il Meltblown non abbassa di certo la traspirabilità, quindi il problema sta negli strati di Spunbond, evidentemente troppo pesanti. Le suggerirei di cambiare tipo di TNT, non fornitore. Le ricordo che per una filtrazione adeguata il meltblown deve essere di almeno 22-24 g/mq, mentre lo spunbond quanto basta a dare rigidità alla maschera. Lo spunbond non concorre al miglioramento della filtrazione batterica, ma solo alla struttura meccanica della maschera.
P. Sandroni
>> https://blog.sandroni.it/trattamenti/mascherine-chirurgiche-costruzione/#comment-15
>> https://blog.sandroni.it/trattamenti/mascherine-chirurgiche-costruzione/#comment-16
in realtà il link è giusto : c’e solo uno spazio che lo interrompe. Quello giusto è :
https://www.agi.it/blog-italia/salute/post/2020-03-28/mascherine-rivestimento-coronavirus-contagi-7949516/
Salve e complimenti per l’articolo, La ringrazio molto perchè è fatto davvero bene.
Stavo leggendo questo articolo per le nuove tecnologie riguardanti le mascherine :
https://www.agi.it/blog-italia/salute/post/2020-03-28/mascherine- rivestimento-coronavirus-contagi-7949516/
cosa ne pensa ?
La ringrazio per gli apprezzamenti. Purtroppo il link riportato non funziona o non è completo. Me lo rimandi via mail a piero.sandroni@gmail.com
Grazie!
Gentile Ing Sandroni, ottimo articolo. Grazie
La ringrazio per il giudizio! A presto.
AVREI BISOGNO DEL MATERIALE PER FARE LE MASCHERINE CHIRURGICHE CON IL TNT
Spunbond and meltblown
Purtroppo il meltblown (e del tipo adatto per mascherine) è merce rara. In Italia se ne produce poco e la Cina – principale produttore – è subissata di richieste. Lo spunbond funge solo da supporto meccanico al meltblown (che fa tutto il “lavoro sporco” di filtrazione): questo è di più facile reperimento. Occorre solo fare attenzione che non introduca una perdita di carico troppo elevata. Purtroppo il problema resta la barriera filtrante che non si trova!
Ma una lista delle mascherine che hanno passato i test?
I link alle liste sono pubblicati in testa a tutti gli articoli, sia per le chirurgiche (approvate dall’ISS: attenzione, sono autorizzate solo quelle con il riquadro verdino, quello giallino non basta!), sia per le FFP1-2-3 (approvate dall’INAIL).
Mi scuso se qualche volta i link non funzionano: ISS e INAIL cambiano le posizioni nei loro siti e qualche volta non riesco a “star loro dietro”…
Ottimo Blog complimenti. Soprattutto perché prodotto da chi non ha interessi di produzione diretta come Voi.
Noto che una figura riporterebbe membrana centrale in nanofibre non propria del normale PP meltblown che è di 1-3 micron. Non sarebbe male spingere le produzioni verso PP meltblown additivati con nanofibre per aumentarne la filtrazione… dipende dai costi…e respirabilita’…
Comunque sia quello di cui sento al momento la mancanza è la disponibilità di materiale TNT pluristrato almeno iso 14683 per la produzione mascherine faidate “stile cartaforno” (in rotoli o kit pretagliati con il necessario al montaggio)… Penso possa risultare business interessante con netto abbattimento dei costi di manodopera… (10 o 20 cent x pezzo autoprodotto a casa in luogo degli attuali 50…?).
La ringrazio per la cortese attenzione che vorrà dedicarmi.
Grazie per l’apprezzamento. Si trovano degli stratificati SMS in cui di solito lo strato Meltblown è attorno agli 8 g/mq. I test hanno evidenziato che servono almeno 22-25 g/mq di meltblown, ma parrebbe assai raro trovare un SMS in cui lo strato M sia così “spesso”. Per tale ragione, alcuni fabbricano mascherine impiegando tre strati SMS (con M da 8 g/mq). In questo modo ci sono 6 strati di Spunbond (di cui 4 …inutili) e 3 strati di Meltblown utili (8 g/mq x 3 = 24 g/mq totali). Se il meltblown è quello con filamenti sufficientemente sottili, queste mascherine passano i test di BFE della EN 14683 e sono approvate dall’ISS.