Биоразлагаемая маска, которая может комфортно защищать своего владельца, не нанося вреда окружающей среде, стала на шаг ближе к реальности благодаря исследованиям McMaster's. Центр передового опыта в области защитного оборудования и материалов (СЕПЕМ).
Изображение предоставлено: Pixabay (бесплатная лицензия Pixabay)
Постдокторский научный сотрудник Снеха Шанбхаг и кандидат наук Ронг Ву разработали эффективный компостируемый и воздухопроницаемый воздушный фильтр, изготовленный из белка на основе кукурузы.
По словам директора центра Рави Селваганапати, профессора машиностроения и биомедицинской инженерии в McMaster, это прорыв, который обещает создать устойчивую линейку средств индивидуальной защиты.
Поиск способов экологизации отрасли СИЗ всегда был целью CEPEM, которая открыла свои двери в июне 2020 года в ответ на острую потребность в канадских специалистах в этой области.
«Многие высококачественные фильтрующие материалы, используемые в СИЗ, изготовлены из материалов, полученных из ископаемого топлива, которые не разлагаются естественным образом в окружающей среде», — говорит Сельваганапати.
«Это вечные материалы, которые останутся, если от них не утилизировать должным образом, и нет хорошего механизма для их утилизации».
Увидев груды выброшенных масок для лица, Шанбхаг и Ву побудили найти более экологичный способ обеспечить безопасность людей.
«Мы оба очень заботимся о земле и окружающей среде и хотели, чтобы был разработан биоразлагаемый вариант», — говорит Ву.
Пара рассмотрела зеин, кукурузный белок с низкой питательной ценностью, который потенциально может быть получен из сельскохозяйственных отходов, в качестве экономически эффективного полимера на растительной основе.
Они разработали жизнеспособный фильтрующий материал путем электропрядения зеина на бумажной основе. Они улучшили долговечность и устойчивость фильтра к влаге, сшив зеин лимонной кислотой, чтобы он не набухал, не трескался и не отслаивался от бумажной основы.
И после тестирования различных конструкций Шанбхаг и Ву обнаружили, что укладка волокон в гофрированный фильтр улучшает его воздухопроницаемость при более длительном использовании, сохраняя при этом фильтрационные качества, соответствующие маске уровня N-95.
Испытания показали, что материал разлагается примерно в течение месяца, что делает его жизнеспособной биоразлагаемой альтернативой фильтрам на основе полипропилена в масках и респираторах.
«Я думаю, что промышленность и исследовательское сообщество проявляют большой интерес к производству биоразлагаемых материалов, но существует разрыв между нашими знаниями об этих материалах и преобразованием их в функциональные средства индивидуальной защиты», — говорит Шанбхаг.
«Мы увидели возможность использовать возможности центра для разработки чего-то полезного, что потенциально могло бы стать решением проблемы на долгие годы».
Исследование Шанбхэга и Ву, получившее финансирование как от федерального правительства, так и от правительства провинции, было опубликованные в журнале Мембраны Март.
По словам Сельваганапати, это исследование является очень многообещающим началом для создания жизнеспособных биоразлагаемых средств индивидуальной защиты, произведенных в Канаде.
Наряду с приданием материалу антимикробных свойств, центр будет изучать использование других природных полимеров, таких как экстракты кукурузной шелухи или пшеницы, для дальнейшего улучшения структуры фильтра.
«Например, если мы смешаем целлюлозу с зеином, чтобы получить лучшие структурные свойства, мы могли бы удалить эту подложку из бумаги и получить один прочный материал с хорошей фильтрацией».
По словам Сельваганапати, использование растительных продуктов, которые в настоящее время выбрасываются, обеспечивает рентабельную поставку сырья для поддержания финансовой конкурентоспособности биоразлагаемых масок.
Но это также отвлекает эти продукты от потока отходов, где они в противном случае добавляли бы парниковые газы при сжигании или захоронении на свалке.
Shanbhag также разрабатывает материал на основе биополимера с эластичными свойствами, который в будущем потенциально может быть использован для ушных ремешков для масок.
По словам Сельваганапати, существует значительный интерес к экономичным биоразлагаемым материалам для СИЗ.
«Экологичность стала очень важным критерием почти для всех производителей в Канаде».
CEPEM фокусирует изобретательность инженерных исследований McMaster на проблемах СИЗ нового поколения, говорит Джон Престон, заместитель декана по исследованиям, инновациям и внешним связям инженерного факультета.
«Мы видим, что наши исследования и разработки помогают канадским компаниям стать мировыми лидерами отрасли».
Автор Ким Арнотт
источник: Университет МакМастер
