Nowa generacja masek FFP2 łączy ochronę, komfort i zrównoważony rozwój

Automatyczna komora testowa, opracowana w Fraunhofer IMWS w ramach projektu »BestComfort«, umożliwia ocenę dopasowania i szczelności masek oddechowych – szybko, powtarzalnie i bez konieczności kosztownych badań na ochotnikach. © Fraunhofer IMWS / The automated test bench developed at Fraunhofer IMWS as part of the BestComfort project enables the fit and tightness of respiratory masks to be assessed quickly, reproducibly, and without the need for costly test subject studies. © Fraunhofer IMWS

Maski przeciwpyłowe są nieodłącznym elementem codziennego życia. Niezależnie od tego, czy w sektorze zdrowia, w przemysłowym bezpieczeństwie pracy, czy podczas globalnych pandemii – chronią przed szkodliwymi substancjami i patogenami. Niektóre modele jednak wykazują w praktyce pewne słabości: są niewygodne, nie pasują do każdego kształtu twarzy i jako odpad obciążają środowisko. W niedawno zakończonym projekcie badawczym „BestComfort” Instytut Fraunhofera ds. Mikrostruktury Materiałów i Systemów IMWS w Halle (Saale) wspólnie z partnerami z przemysłu opracował inną innowacyjną maskę FFP2, która jest ergonomicznie zoptymalizowana, zapewnia najwyższą ochronę i jednocześnie może być poddana zrównoważonemu recyklingowi.

Podczas gdy maski FFP2 skutecznie filtrują cząstki, wiele dostępnych modeli nie potrafi optymalnie dopasować się do różnorodnych kształtów twarzy ludzkich. Powoduje to nieszczelności, które osłabiają skuteczność ochrony. Ponadto większość masek składa się z różnych materiałów, co czyni ich recykling w sortowniach niemal niemożliwym. Projekt „BestComfort” adresuje ten problem, łącząc ergonomiczne projektowanie z innowacjami w dziedzinie nauki o materiałach i zrównoważonym designem produktu.

W okresie trwania projektu, trwającym dwa lata, na podstawie obszernych analiz głowy i twarzy opracowano nowe komponenty masek. W centrum uwagi były nosowe i uszne elementy, które zostały zaprojektowane i przetestowane w różnych wariantach. Elementy te zostały tak zaprojektowane, aby mogły się indywidualnie dopasować do różnych geometrii twarzy, zmniejszać punkty ucisku i znacznie poprawiać szczelność, co oprócz komfortu noszenia podnosi także skuteczność filtracji. Równocześnie zespół Fraunhofera, we współpracy z firmami A+M GmbH i PORTEC GmbH, opracował koncepcję tzw. monomateriału. Wszystkie komponenty masek składają się z polimerowych materiałów, takich jak polipropylen lub materiały na bazie polipropylenu. Dzięki temu maski po użyciu można w pełni i w sposób sortowny poddać recyklingowi, co stanowi istotny wkład w zrównoważony rozwój.

Aby praktycznie przetestować nowe koncepcje, zastosowano nowoczesne metody produkcji, takie jak druk 3D, odlew próżniowy i wtryskowy. Metody te umożliwiły szybkie wdrażanie różnych projektów i produkcję funkcjonalnych prototypów. Następnie maski zostały poddane szeroko zakrojonym badaniom na ochotnikach. Symulowano zarówno codzienne sytuacje, jak i obciążenia fizyczne, a dodatkowo przeprowadzono badania fizjologiczne dotyczące rozwoju ciepła i wilgoci podczas noszenia.

Kluczowym elementem prac badawczych w Instytucie Fraunhofera IMWS było opracowanie zautomatyzowanego stanowiska pomiarowego do oceny dopasowania i szczelności masek. Stanowisko testowe zgodne z DIN EN 149:2001 umożliwia zbieranie obiektywnych danych o wydajności masek, bez konieczności przeprowadzania czasochłonnych i kosztownych badań na ochotnikach. „To ogromna zaleta. Ta automatyzacja znacznie przyczynia się do zwiększenia efektywności w rozwoju produktu i pozwala na powtarzalną, standaryzowaną ocenę w warunkach zbliżonych do rzeczywistych” – mówi Annika Thormann, kierowniczka projektu w Instytucie Fraunhofera IMWS. Ponadto, dzięki wiedzy z zakresu nauki o materiałach, możliwe jest głębokie charakteryzowanie używanych materiałów aż do poziomu mikrostruktury. Z pomocą nowoczesnych technik analitycznych badano właściwości mechaniczne, termiczne i mikrostrukturalne komponentów masek. „W ramach projektu udało nam się, we współpracy z partnerami, opracować maskę, która łączy ochronę, komfort i zrównoważony rozwój. Pokazujemy, że badania materiałowe na poziomie high-tech i praktyczny rozwój mogą iść w parze” – dodaje Thormann.

Wyniki projektu zostały już zaprezentowane na międzynarodowych targach branżowych, takich jak formnext we Frankfurcie i rapidtec w Erfurcie, i spotkały się z dużym zainteresowaniem ze strony specjalistów i przemysłu. Pierwsze rozmowy z potencjalnymi partnerami otwierają obiecujące perspektywy na dalszy rozwój i wprowadzenie na rynek.