防护口罩作为阻隔空气中微粒、有害气溶胶和病原微生物的屏障,其过滤性能关系到佩戴者的呼吸安全。口罩过滤效果的优劣,既取决于纤维材料的物理结构,也依赖于静电驻层对亚微米颗粒的吸附能力。灭菌处理作为口罩洁净度和安全性的措施,历来备受关注。
口罩辐照灭菌过滤性受影响现象,主要源于高能辐射对聚丙烯纤维结构、表面电荷分布及纤维间空隙结构的干扰。许多表面看似完好的口罩,在辐照灭菌后,微观结构和静电性能已发生变化,难以原有的防护性能。
一、辐照对口罩静电驻层性能的削弱效应
静电驻层是决定过滤口罩对0.3微米及以下颗粒阻挡能力的结构。在聚丙烯无纺布纤维内赋予稳定持久电荷,使细小粒子在滤材时受到静电力吸附,提高过滤效率。辐照灭菌过程中,γ射线或电子束等高能辐射在穿透口罩纤维时,产生的高能电子和自由基反应可破坏纤维表面的电荷分布,原本固定于驻层内的电荷泄漏或消散。
这种电荷损耗效应表现为口罩过滤效率下降,对粒径在0.1至0.3微米之间的细小颗粒阻挡能力减弱。驻纤维之能持久稳定吸附空气中的悬浮微粒,依赖于纤维分子链中高能态陷阱对静电电荷的捕获。当高能辐射作用下,聚丙烯分子链断裂,形成自由基,原本均匀分布的陷阱位点结构被破坏,电荷逃逸率增高,静电场强下降,削弱了对悬浮颗粒的吸附能力。
部分辐射剂量较高的灭菌操作,会在短时间内使口罩静电驻层彻底失效,使过滤效能降至未静电增强前水平,等同于单纯的物理屏障,严重削弱口罩的防护能力。这种现象在肉眼和常规外观检测中难以发现,专门的过滤效率检测设备测定,忽视隐患,佩戴者处于防护盲区。
二、辐照对聚丙烯纤维微观结构和孔隙率的改变
聚丙烯纤维无纺布作为口罩的主过滤层,其过滤效能除静电吸附外,依赖于纤维直径、排列密度和孔隙分布形成的物理阻挡作用。辐照灭菌过程中,高能辐射和聚丙烯分子链间发生电离、断裂及交联反应,改变了纤维的物理性质和空间排布。纤维链断裂造成部分区域直径变细、纤维段脱落、空隙增大,交联反应则使纤维粘结,形成局部致密区。
微观结构变化影响纤维层厚度均匀性,也干扰过滤介质内部孔隙率。原本均匀分布的小孔隙在辐照后,形成尺寸分布不均、孔隙互连性减弱或形成异常通道,使部分细小颗粒绕过滤材核心区,穿透到呼吸端,过滤效率下降。这类结构性变化对气流阻力影响不大,在正常佩戴体验下被忽略,但过滤性已悄然降低,存在潜在风险。
纤维材料韧性降低和热稳定性变化,使口罩在反复折叠、挤压或佩戴过程中更出现纤维断裂、掉屑现象,影响其完整性和使用寿命。辐照剂量越高、作用时间越长,微观结构破坏程度越大,过滤效率衰减越。效应累积形成“外观无异、性能衰退”的隐蔽风险,在灭菌设计和产品检测中加以重视。
三、辐照灭菌对口罩整机过滤性能检测结果的影响
灭菌后的口罩是否符合标准的防护性能,需整机过滤效率测试确定。常规检测采用气溶胶法,将特定粒径颗粒(如0.3微米钠盐颗粒或油性颗粒)均匀输送至口罩迎风面,测定口罩后粒子浓度变化,计算过滤效率。辐照灭菌后的口罩,静电驻效应削弱、纤维结构受损,表观完好,过滤效率测试结果会发生明显下降。
多次灭菌后的过滤效率衰减趋势更为明显,部分辐照处理口罩,初次灭菌后过滤效率即降低10%以上,剂量超限或累积辐照次数过多,效率跌破80%更低,远低于医用防护口罩应达到的低标准。高能辐射对驻纤维材料的不可逆影响,部分口罩在灭菌后静置恢复期内,电荷迁移缓慢恢复,但整体过滤效能仍难以恢复至原有水平。
整机检测结果表明,辐照灭菌对口罩过滤效能影响远大于化学消毒或干热处理,尤以高剂量γ射线和电子束辐照为。在口罩防护效能评估和再灭菌方法选择中,应优先避免采用辐照方式,或在辐照灭菌后,重新进行过滤效率检测,其仍符合防护标准,方可投入使用。