Wybór jest prosty – jeżeli pracujesz w dużym zapyleniu i nie chcesz, żeby za trzy dekady zaczęły cię nękać dolegliwości płuc – zakładasz półmaskę ochronną. Jeśli nie jesteś do niej przyzwyczajony, to już po chwili chcesz ją zdjąć: oddycha się w niej trudniej, a jakby tego było mało, zaczyna się pod nią zbierać wydychana przez nas para wodna. I tak przez cały dzień pracy.

Rozwiązanie? Dodać do półmaski coś, co jest silnie higroskopijne – czyli będzie wiązało wodę. Problem? Jak to zrobić, wykorzystując obecne metody produkcji półmasek filtrujących. Innymi słowy: nie wyważając już otwartych drzwi i nie zmuszając producentów do wymiany parku maszynowego. To udało się naukowcom z Centralnego Instytutu Ochrony Pracy (CIOP), a konkretnie z łódzkiego oddziału tej instytucji. Wykorzystali do tego rozwiązanie znane z produkcji pieluszek.

Doktor hab. inż. Agnieszka Brochocka z CIOP tłumaczy, że potrzeba ulepszenia półmasek jest pilna zwłaszcza w przypadku górnictwa. – 800 m pod ziemią mamy do czynienia z dużą wilgotnością i wysoką temperaturą. W efekcie ciało mocno się poci, nie wspominając już o tym, że górnictwo to ciężka praca fizyczna. Jakby tego było mało, w takich warunkach zwiększa się tempo naszego oddechu, więc wydychamy więcej pary wodnej. Chodzi o to, żeby użytkownikowi półmaski łatwiej się oddychało – mówi badaczka.

Skoro problemem jest woda, to najprościej byłoby się jej pozbyć, umieszczając w półmasce coś, co będzie ją pochłaniało. Nauka zna rozwiązanie – to superabsorbenty; jedną z grup takich związków są SAP-y, czyli superabsorpcyjne polimery, które potrafią związać wodę o objętości nawet 1000 razy większej od wyjściowego materiału. Półmaski takie jak te wykorzystywane w górnictwie i tak są jednorazowe, odpada więc problem tego, jak potem je wysuszyć i wyczyścić.

Podstawowym zadaniem półmaski jest zablokowanie zanieczyszczeń, które znajdują się w powietrzu, przed dostaniem się do naszego układu oddechowego. Przy czym najgorsze są cząstki o wielkości do 2,5 μm, stanowiące jeden ze składników doskwierającego nam coraz bardziej smogu. – Większe cząstki nasz organizm jest w stanie usuwać sam, tych najmniejszych nie. Dlatego wyrządzają one największe szkody – tłumaczy dr Brochocka.

Półmaski wytwarza się z polipropylenu – tworzywa sztucznego, z którego produkuje się m.in. opakowania, rury, meble, a nawet elementy izolacji elektrycznej. Jeśli polipropylen ma stanowić barierę dla mikropyłów, to trzeba zwiększyć jego powierzchnię – tak aby obszar wyłapywania cząsteczek był jak największy. Robi się to za pomocą metody pneumotermicznego formowania runa – najpierw podgrzewa się tworzywo do 200–300 st. C, a następnie rozdmuchuje polipropylen do postaci bardzo cienkich włókienek o różnej grubości i długości. Dopiero z tak otrzymanego materiału formuje się półmaskę.

Problem polega na tym, że SAP-y wysokich temperatur nie lubią. Badacze z CIOP w związku z tym zmodyfikowali urządzenie do rozdmuchiwania w taki sposób, aby proszek superabsorbentu dodawać bezpośrednio w strugę stopionego polimeru na etapie tworzenia włókien. – W ten sposób SAP-y trafiają na jeszcze półpłynne włókna, które nie są już jednak tak gorące – mówi dr Brochocka.

Dzięki temu powstaje półmaska, której właściwości użytkowe są znacząco lepsze od tych, które ma oryginał – ale bez konieczności sięgania po zupełnie nowe materiały czy nowy proces technologiczny, za co będą wdzięczni zarówno biznes, jak i użytkownicy środków ochrony indywidualnej, w tym półmasek filtrujących.

Eureka! DGP

Trwa szósta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 17 maja w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 54 prac nadesłanych przez uczelnie oraz instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi 22 maja podczas kongresu Impact'19 w Krakowie. Nagrodami są 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora.