Energie & Umwelt

Wie gut sind die Filter von Ein- und Mehrwegmasken?

Aufgrund der COVID19-Pandemie hat das Institut für Sensorik und Elektronik FHNW innert weniger Wochen einen Test entwickelt, um die Abscheideeffizienz von Materialien abzuschätzen, die bei Ein- und Mehrwegmasken zum Einsatz kommen.


Master-Studentin Nadine Karlen und Wissenschaftlicher Assistent Tobias Rüggeberg haben einen Teststand aufgebaut, um Schutzmasken auf ihre Filterwirkung zu prüfen. (Foto: Sandro Nydegger/FHNW)

Aufgrund des Ausbruchs des Corona-Virus SARS-CoV-2 hat die Nachfrage nach Ein- und Mehrwegschutzmasken weltweit enorm zugenommen. Die beschränkten Produktionskapazitäten der existierenden Hersteller haben dazu geführt, dass diverse Firmen ihre Produktpalette mit Schutzmasken ergänzt haben. Dabei ist die Wahl des richtigen Materials für die Masken entscheidend. Damit die Masken einen effektiven Schutz bieten, müssen sie sowohl mit Viren beladene Tröpfchen (typische Durchmesser grösser 1 µm) als auch die Viren selbst (feine Aerosole mit Durchmesser kleiner 1 µm) zurückhalten. Der dafür relevante Messparameter ist die Abscheideeffizienz, die von der Partikelgrösse abhängt und das prozentuale Filtervermögen beschreibt.


Gemessene Abscheideeffizienzen von Russpartikeln und DEHS-Tröpfchen für kommerziell erhältliche Masken und getestete Vliesmaterialien. (Quelle: FHNW)

Die Herausforderung liegt bei der Wahl der richtigen Porengrössenverteilung der Fasermaterialien: Kleine Aerosole werden durch Diffusion an den Filterfasern abgeschieden, während Tröpfchen aufgrund ihrer Trägheit daran impaktieren. Diese Prozesse hängen unter anderem von der Strömungsgeschwindigkeit ab. Bei der Beurteilung des Atemwiderstands der Filtermaterialien spielt der vom Filter verursachte Druckabfall eine zentrale Rolle.

Um die kurzfristige Nachfrage zu bedienen, hat das Institut für Sensorik und Elektronik schnell reagiert: In einer Wochenend-Aktion haben Master-Studentin Nadine Karlen und Wissenschaftlicher Assistent Tobias Rüggeberg einen Teststand aufgebaut, um Schutzmasken auf ihre Filterwirkung zu prüfen. Die Forschenden führten bereits erfolgreich Tests durch – u.a. für die Schweizer Armee sowie für verschiedene Schweizer Textilfirmen – und können so zur Weiterentwicklung der Filtermaterialien beitragen.

Teststand kann als Dienstleistung genutzt werden

Das Institut für Sensorik und Elektronik FHNW bietet das Testen von Materialien für Ein- und Mehrwegmasken an der FHNW als Dienstleistung an. Aufgrund des grossen Aerosol-Know-hows besteht auch die Möglichkeit, die bestehende Apparatur gemäss spezifischen Kundenwünschen anzupassen. Die Messapparatur ist jedoch kein Testgerät nach EN 14683 und ersetzt damit weder eine Zertifizierung noch einen Nachweis für klinische Schutzmasken.

Interessiert?

Sind Sie an einer Nutzung des Teststands des Instituts für Sensorik und Elektronik FHNW interessiert. Dann melden Sie sich bei Prof. Dr. Weingartner.

Die Messungen geben jedoch einen Anhaltspunkt bei der Beurteilung der Abscheideeffizienz. Sie bieten zudem die Möglichkeit, verschiedene Filtermaterialien speditiv und unkompliziert zu vergleichen, die von einer Herstellerfirma von Ein- und Mehrwegmasken bezüglich unterschiedlicher Parameter optimiert sind. So können neben einer Einschätzung der erreichten Filtereffizienz wertvolle Hinweise darauf gegeben werden, welche Parameteroptimierungen sich bei einer zukünftigen Verbesserung der Filtermaterialien positiv auf die Abscheideeffizienz auswirken.

Die Dienstleistung am Institut für Sensorik und Elektronik FHNW ist offen für alle Firmen und Institutionen und erfreut sich einer grossen Nachfrage. Das bedeutet aber auch Überstunden für Nadine Karlen und Tobias Rüeggeberg. Die zusätzliche Arbeit machen sie gerne: “Etwas für den Schutz der Bevölkerung beizutragen, ist sehr cool”, sagen die beiden einstimmig, “auch wenn es eine grosse Verantwortung ist.”⁣


So funktioniert der Test

Als Testaerosol werden sphärische Tröpfchen aus einer ölähnlichen, nichtflüchtigen Substanz namens DEHS (Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat) im Grössenbereich von 0.5 bis 10 µm erzeugt. Zusätzlich kann die Charakterisierung auch mit synthetisch generierten Salzen und Russpartikeln im Grössenbereich von 0.02 µm bis 1 µm erfolgen. Die Partikel oder Tröpfchen werden bei definierter Strömungsgeschwindigkeit durch das zu testende Filtermaterial geschickt und die Bestimmung der Filtereffizienz erfolgt durch Vergleich der Grössenverteilung vor und nach dem Filter. Hierfür werden optische Verfahren (Einzelteilchenlichtstreuung) zur Messung mit DEHS eingesetzt. Für die Beurteilung der Filterwirkung für Aerosole kleiner 1 µm dienen elektrostatische Verfahren und Kondensationskernzähler.

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