Effect of Temperature, Simulated Breathingand Storage Conditions on the Filtration Efficiency of Biodegradable Bioactive Filters

• Autorzy: Majchrzycka K. , Okrasa M.

Identyfikatory

DOI

10.5604/12303666.1227887

Warianty tytułu

PL

Wpływ warunków użytkowania na właściwości ochronne biodegradowalnego bioaktywnego sprzętu ochrony układu oddechowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the case of exposure to inhalation of pathogenic microorganisms, it is necessary to use filtering respiratory protective equipment (FRPE). When this problem concerns the sphere of non-professional use it is important to ensure the disposal of waste equipment in an environmentally safe way. The use of biodegradable nonwovens with biocidal properties in the construction of FRPE could be a good solution to this problem as their degradation time is short in comparison with traditionally used polypropylene. Bioactivity of the nonwoven would ensure the elimination of biological contaminants collected within the filtering material. However, due to the biodegradability, the properties of such materials might change during use. At the same time there are no testing procedures allowing the evaluation of protective parameter changes during the use and storage of FRPE made of biodegradable polymers. The aim of this study was to determine the effect of temperature, simulated breathing and storage conditions on the filtration efficiency of biodegradable bioactive filters prepared by melt-blowing from poly(lactic) acid polymer modified with biocidal agent. The results showed that elevated temperature greatly affects the filtration efficiency of biodegradable filters. A statistically significant decrease in the filtration efficiency after breathing simulation and storage was also observed.

PL

W przypadku narażenia na wdychanie drobnoustrojów chorobotwórczych konieczne jest stosowanie filtrującego sprzęt ochrony układu oddechowego (ang. FRPE). Ponadto, gdy problem ten dotyczy sfery pozazawodowej ważne jest zapewnienie utylizacji zużytego sprzętu w sposób bezpieczny dla środowiska. Zastosowanie biodegradowalnych włóknin o właściwościach biobójczych do konstrukcji sprzętu może być dobrym rozwiązaniem tego problemu. Bioaktywność włókniny zapewni także eliminację zanieczyszczeń biologicznych odłożonych w czasie użytkowania sprzętu w materiale filtracyjnym. Konieczne jest jednak zbadanie czy ze względu na wrażliwość materiałów biodegradowalnych na warunki środowiska ich właściwości nie ulegają zmianie podczas używania sprzętu. Celem prezentowanych badań było określenie wpływu temperatury, symulowanego oddychania i warunków przechowywania na skuteczność filtracji biodegradowalnych bioaktywnych włóknin melt-blown z poli(kwasu mlekowego) modyfikowanych środkiem biobójczym. Włókniny były przechowywane przez 8 godzin w temperaturze 30, 40 i 50°C. Cykle oddechowe były stymulowane za pomocą sztucznych płuc z nawilżaczem. Zmiany skuteczności filtracji mierzono po każdym z pięciu dni symulacji. Aby ocenić wpływ przechowywania włóknin na ich skuteczność wyznaczano wskaźnik penetracji po 4, 10 i 14 dniach od daty ich produkcji. Wyniki wykazały, że podwyższona temperatura w znacznym stopniu wpływa na skuteczność filtracji biodegradowalnych włóknin filtracyjnych. Wynika to z destrukcji tworzywa włókien PLA, co pokazano na obrazach SEM. Zaobserwowano również statystycznie istotny spadek skuteczności filtracji włóknin po symulacji oddychania i przechowywaniu.

Słowa kluczowe

EN

poly(lactic acid); melt-blown nonwoven; thermal conditioning; breathing simulation; respiratory protective devices; filtration efficiency

PL

poli(kwas mlekowy); włóknina melt-blown; ochrona dróg oddechowych; filtracja włóknin; skuteczność filtracji

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 25, no. 1 (121)
• Strony: 89--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys.

Twórcy

autor

Majchrzycka K.

• Central Institute for Labour Protection – National Research Institute, Department of Personal Protective Equipment, ul. Wierzbowa 48, 90-133 Łódź, Poland

autor

Okrasa M.

• Central Institute for Labour Protection – National Research Institute, Department of Personal Protective Equipment, ul. Wierzbowa 48, 90-133 Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. Brochocka A, Majchrzycka K. Technology for the production of bioactive melt-blown filtration materials applied to respiratory protective devices. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2009;76(5): 92-8.
• 2. Makison Booth C, Clayton M, Crook B, Gawn JM. Effectiveness of surgical masks against influenza bioaerosols. J Hosp Infect. Elsevier Ltd; 2013; 84(1): 22-6.
• 3. Van der Sande M, Teunis P, Sabel R. Professional and home-made face masks reduce exposure to respiratory infections among the general population. PLoS One 2008; 3(7): 3-8.
• 4. Fisher EM, Shaffer RE. Considerations for recommending extended use and limited reuse of filtering facepiece respirators in health care settings. J Occup Environ Hyg. 2014; 11(8): D115-28.
• 5. Majchrzycka K, Gutarowska B, Brochocka A, Brycki B. New filtering antimicrobial nonwovens with various carriers for biocides as respiratory protective materials against bioaerosol. Int J Occup Saf Ergon. 2012 Jan;18(3):375-85.
• 6. Gutarowska B, Brycki B, Majchrzycka K, Brochocka A. New bioactive polymer filtering material composed of nonwoven polypropylene containing alkylammonium microbiocides on a perlite carrier. Polimery 2010; 55(7-8): 568-74.
• 7. Brycki B, Gutarowska B, Majchrzycka K, Brochocka A, Orlikowski W, Krucińska I, et al. Środek biobójczy do wytwarzania włóknin filtracyjnych oraz sposób otrzymywania środka biobójczego do wytwarzania włóknin filtracyjnych. Poland; PL 211878 B1, 2012.
• 8. Gutarowska B, Stawski D, Skora J, Herczyńska L, Pielech-Przybylska K, Połowiński S, et al. PLA nonwovens modified with poly(dimethylaminoethyl methacrylate) as antimicrobial filter materials for workplaces. Text Res J. 2015;85(10):1083-94.
• 9. Krucińska I, Strzembosz W, Majchrzycka K, Brochocka A, Sulak K. Biodegradable Particle Filtering Half Masks for Respiratory Protection. 2012;(96):77-83.
• 10. Majchrzycka K, Brochocka A. Modification of biodegradable filtering nonwovens with biocidal agent, in Polish. Przetwórstwo Tworzyw 2013; 3(19): 217-22.
• 11. Brosseau LM, McCullough NV, Vesley D. Bacterial survival on respirator filters and surgical masks. J Am Biol Saf Assoc. 1997; 2(3): 32-43.
• 12. Wang Z, Reponen T, Willke K, Grinshpun SA. Survival of Bacteria on Respirator Filters. Aerosol Sci Technol. 1999; 30(3): 300-8.
• 13. Majchrzycka K, Gutarowska B, Brochocka A. Aspects of tests and assessment of filtering materials used for respiratory protection against bioaerosols. Part I:Type of Active Substance, Contact Time, Microorganism Species. Int J Occup Saf Ergon. 2010; 16(2): 263-73.
• 14. Majchrzycka K, Gutarowska B, Brochocka A. Aspects of tests and assessment of filtering materials used for respiratory protection against bioaerosols. Part II: Sweat in the environment, microorganisms in the form of a bioaerosol. Int J Occup Saf Ergon. 2010; 16(2): 275-80.
• 15. Gutarowska B, Skóra J, Nowak E, Łysiak I. Antimicrobial Activity and Filtration Effectiveness of Nonwovens with Sanitized for Respiratory Protective Equipment. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2014; 22, 3(105): 120-5.
• 16. 89/686/EEC. Council Directive of 21 December 1989 on the approximation of the laws of the Member States relating to personal protective equipment. Off J Eur Communities. 1989;L 399:18.
• 17. Müller DH, Krobjilowski A. Meltblown fabrics from biodegradable polymers. 2001; 10(1): 11-7.
• 18. Liu Y, Cheng B, Cheng G. Development and Filtration Performance of Polylactic Acid Meltblowns. Text Res J. 2010; 80(9): 771-9.
• 19. Brycki B, Gutarowska B, Majchrzycka K, Brochocka A, Orlikowski W, Krucińska I, Gliścińska E, Krzyżanowski J, Łysiak I. The biocidal agent for the production of nonwoven and a method of preparing a biocide for the production of nonwoven. Patent PL 211 878, 2011.
• 20. Majchrzycka K. Evaluation of a New Bioactive Nonwoven Fabric for Respiratory Protection. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2014; 1: 81-8.
• 21. AATCC Test Method 100-2004. Antibacterial finishes on textile materials: Assessment of. AATCC Technical Manual/2010. 2004.
• 22. EN 14045:2003 Packaging. Evaluation of the disintegration of packaging materials in practical oriented tests under defined composting conditions.
• 23. EN 14806:2005 Packaging. Preliminary evaluation of the disintegration of packaging materials under simulated composting conditions in a laboratory scale test.
• 24. ISO 20200:2004 Plastics – Determination of the degree of disintegration of plastic materials under simulated composting conditions in a laboratory-scale test.
• 25. PN-EN 143:2000+AC:2002, Sprzęt ochrony układu oddechowego. Filtry. Wymagania, badanie, znakowanie.
• 26. EN 13274-7:2008 Respiratory protective devices. Methods of test. Determination of particle filter penetration.
• 27. Ho KLG, Pometto III AL, Hinz PN. Effects of temperature and relative humidity on polylactic acid plastic degradation. J Envrironmental Polym Degrad. 1999;7(2):83-92.
• 28. Brown RC. Air filtration: An integrated approach to the theory and applications of fibrous filters. Oxford: Pergamon Press; 1993.
• 29. Tsai PP, Huang H, Wadsworth LC. Electrostatic Decay of Corona-charged Melt Blown Electret at Ambient and Elevated Temperatures. 1999.
• 30. Majchrzycka K, Okrasa M, Skóra J, Gutarowska B. Evaluation of the Survivability of Microorganisms Deposited on Filtering Respiratory Protective Devices under Varying Conditions of Humidity. Int J Environ Res Public Health. 2016; 13(1): 98.
• 31. Motyl E, Lowkis B. Effect of air humidity on charge decay and lifetime of PP electret nonwovens. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2006; 14(5): 59.
• 32. Xiao L, Wang B, Yang G, Gauthier M. Poly (Lactic Acid) – Based Biomaterials: Synthesis, Modification and Applications. In: Ghista DN, editor. iomedical Science. Engineering and Technology. 2012. p. 249-83. 94

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).