防疫篇(二),口罩復活的科學論證。

緣起:鑒於坊間有關口罩復活的報導太過紊亂,時有相互矛盾之處。再則,這些報導大多著重於消毒滅菌,鮮少談論到口罩中極具關鍵性的材質問題。本文將用比較科學的論點來評論平面式醫用口罩各層的機能以及能否重複使用的問題。
撰寫人:賈民生博士,2020.03.06於桃園。

自從新冠肺炎暴發以來,口罩成為平民百姓唯一能獲得的保命工具,因此大家都瘋搶口罩,從超市搶到了藥局,不但勞民,而且傷財。現階段政府的作法是一方面管制口罩的購買量,另方面增加口罩的生產量。如果新冠肺炎持續延燒的話,生產再多的口罩恐怕都還是不夠用。為此,讓我們換個角度想,如果有辦法讓口罩確實的能夠重複使用,並因而大量減少口罩的消耗量,不就可以一舉解決以上所有的困境了嗎。

平面式醫用口罩就是我們時常見到那種薄薄的但外層帶有顏色的口罩。為什麼稱為醫用口罩?那是因為這種口罩的設計最主要的功用是為了防菌而非為了防塵。

 (一)、 平面式醫用口罩的構造和功能。

平面式醫用口罩一般分成三層,外層帶有顏色的是撥水層,中層為靜電層,內層則為吸水層。通常,這三層都是聚丙烯PP材質所製成的不織布,只是工法不同而有不同的樣貌和機能。今分述如下:

1.外層的撥水層是為了防止飛沫傳染。大家都看過樹葉上滾動的小水滴吧,撥水層就像樹葉,而飛沫就像小水滴,當飛沫碰到撥水層時會形成圓珠狀的小水滴而掉落,也就不會滲到口罩裡面去了。請大家在口罩上滴些水,就知道我在說甚麼了。因為飛沫裡含有大量的病菌或病毒,故如能把飛沫阻擋在外,對於感染的風險自然就會大幅的降低。
所以,個人認為此一帶有顏色的撥水層是平面式醫用口罩最重要的一層,只要這層的結構未被破壞,都會有很好的防護效果。

2.中層的靜電層是利用異性電荷相吸的原理達到去除微細顆粒的目的,口罩所測試的微細顆粒為金黃色葡萄球菌。個人比較好奇的是:1.口罩穿戴後,靜電能維持多久?2.口罩的這層靜電層到底對病毒的吸附是否有效?
關於第1點,我們都知道靜電很怕溼氣,口罩穿戴後,口鼻所呼出的水氣會使得靜電層的靜電慢慢的消失而失效。至於失效的時間是10分鐘?是1小時?還是多長時間?並無相關文獻可供參考。
至於第2點,靜電層欲用靜電吸引粒子,除了粒子要有相異的電荷之外,其電阻係數對否也是一大關鍵,電阻係數不對,一切枉然,有時反而還會弄巧成拙。有誰能夠證明病毒的電阻係數接近於金黃色葡萄球菌者,或其電阻係數適合靜電吸附?如果不能證明,又怎能說靜電層對吸附病毒有效?
所以,個人認為寄望靜電層來攔截病毒是一種不切實際的期待,與其糾結於使用酒精消毒是否會破壞靜電層,不如正視始終存在並具有凡得瓦力的深層過濾。

3.內層的吸水層是用來吸收口沫,使之不致影響中層的靜電層。這層的功能簡單,毫無疑慮,這層具有些許深層過濾的功效,也是不須懷疑的。

 (二)、 平面式醫用口罩如何能夠重複使用?

有關口罩復活的報導琳瑯滿目,不一而足,現就此一議題做一討論。但在討論之前請一定要記住「平面式醫用口罩所用的材質是聚丙烯PP」。這點非常重要,因為所有口罩復活方法的成與敗都和PP這種材質的物化特性有關,如無法掌握這些物化特性,就很難真正做到所謂的口罩復活。有很多醫生或專家學者就是因為不懂PP材質的物化特性,所以出現了一些謬誤的言論。

坊間報導有關口罩復活的作法,大致分成下列三類:

1.使用常見的次氯酸、次氯酸鈉(含氯漂白水)、雙氧水(不含氯漂白水)、酒精、臭氧等化學藥品進行消毒。
能否使用上述的化學藥品消毒,涉及到PP這種材質的化學穩定性(亦稱:耐蝕性),如無法相容就不能使用該化學藥品進行消毒,否則將導致口罩報廢。上述化學藥品與PP的相容與否,現綜整如下:
次氯酸:極佳。
次氯酸鈉(含氯漂白水):常溫下,極佳。
雙氧水(不含氯漂白水):常溫下,較佳。
酒精:常溫下,極佳。
臭氧:不可。
所以,選擇前4種化學藥品消毒(含噴灑或浸泡),都不至於對口罩的PP材質有任何的影響。

2.使用電鍋或吹風機等加熱法進行消毒。
利用高溫殺菌確是個好方法,因為病毒不耐高溫,唯此法用於口罩的消毒則有待商榷,其主要的原因是PP材質耐溫的問題。針對PP的耐溫性,食品管理局有一圖表說明PP的耐熱溫度為100至140℃,此一數據不可盡信,因為幾乎所有的材料供應商所告知的PP使用溫度為:最高使用溫度為95℃,長期使用溫度為70℃。工程用那麼厚的PP管,短時間使用所能承受的最高溫尚且只有95℃,將薄薄的口罩用電鍋或吹風機以高達100多度的高溫進行消毒,能不變型或損壞嗎?何況,花了那麼多的電只為了消毒一付小小的口罩,值得嗎?
所以,個人不贊成使用加熱法對口罩消毒。

3.紫外線消毒。
只要紫外線照射的能量夠大,照射的時間夠長,紫外線絕對可以殺菌是不容懷疑的。但能量需要多大,時間需要多長,並無一精確的數據可資依循,此一問題將造成紫外線殺菌的不確定性,其結果就是可能造成殺菌的不完全。除此之外,紫外線的強度會日益遞減,再加上紫外線無法直接照射到的物體背面不具殺菌效果,這些問題更加深了這種不確定性。
以上是就紫外線消毒時的問題加以討論,現在回歸到PP材質本身的問題。PP是由丙烯單體聚合而成的高分子,稱之為聚丙烯,英文縮寫PP。PP本身性質穩定,但在紫外線的照射下易造成分子間的鍵結斷裂,使用紫外線照射的時間愈久鍵結斷裂的也愈多,終致改變了PP的結構,此時的PP已非原來的PP,也就失去了原本防護的功能特性。
基於以上原因,個人不贊成使用紫外線對口罩消毒。

 (三)、 綜上所述,如方法得宜,平面式醫用口罩確實可以重複使用:

1.平面式醫用口罩所用的材質是PP,並非紙做的,故有其耐用度。只要最重要的撥水層功能完整、沒破洞、沒刮傷、沒病毒,口罩絕對可以重複使用。但要如何知道撥水層仍然有效呢?測試方法為:將口罩攤開,撥水層朝上,然後倒些水前後左右稍為晃動,觀察口罩背面是否有水透過或潤溼?如無,則表示撥水層仍然有效;如有,就表示口罩不能再用於防疫了。

2.為了保護珍貴的撥水層,請溫柔的對待口罩,千萬不要用力拉扯或搓揉而造成結構性的破壞。

3靜電層是否具備靜電吸附病毒的功能尚未可知,所以不必在乎靜電層是否會因酒精消毒而失效。縱然靜電層失效,這層也將轉換成普通口罩,並以些許絕對、深層、和濾餅等三種過濾機制攔截微細顆粒,多少還是有效果的。所以,不須顧忌使用酒精消毒口罩是否有問題。        

4.雖然口罩的PP材質有著良好的耐候性,但不代表就可以永久的重複使用。口罩穿戴之後,即使看起來仍然保持完好,也建議穿戴一段時間後換新,因為PP受天候的影響,日久會有老化的現象。

5.如欲對口罩進行消毒,可使用與PP相容的次氯酸、次氯酸鈉、雙氧水、酒精等消毒劑,臭氧則是千萬不可。至於會破壞口罩結構的電鍋或吹風機等加熱法和紫外線消毒法,也不宜使用。

6.使用前述的四種消毒劑,如有可能儘量採用雙氧水或酒精,因為這二種消毒劑使用過後不會在口罩上殘留任何物質,而次氯酸或次氯酸鈉則在使用後會有鹽巴沉積在口罩上(化學反應式太過專業,就略過不表)。如果只有次氯酸或次氯酸鈉可供選擇,建議口罩在穿戴幾次後,使用清水緩緩的將鹽巴沖掉,然後晾乾再用。但請注意,不可使用任何洗潔劑,只讓清水溫柔的從口罩表面流過即可,也千萬不能像洗衣服般的搓揉。

7.萬一無任何消毒劑可用,另外一種變通的方法則是多準備幾付口罩輪流穿戴。因為根據最新報導病毒離開人體的存活時間最長有五天,所以只要準備的口罩數量多於病毒的存活天數即可重複使用。當然,為了保險起見,所能準備輪流穿戴的口罩數量是越多越好。

8.這種平面式醫用口罩如果髒污了想清洗,請切記!只能使用清水,千萬不要使用任何洗潔劑,否則撥水層將會報廢,這是因為口罩上的洗潔劑不可能被水沖洗殆盡之故。洗潔劑會改變飛沫的表面張力,而致撥水層的撥水功能失效。所以,任何時候絕對不能使用洗潔劑清洗這種平面式醫用口罩,這點與洗手的概念完全相反,但為了保護珍貴的撥水層請務必記得。
有一視頻表演在口罩上噴灑酒精後倒水,結果清水立刻穿透過去,用來告訴大家不能使用酒精消毒,否則會破壞撥水層。但事實上,這只是清水的表面張力被酒精改變而已,並非撥水層真的被破壞,等酒精完全揮發後,就會恢復其撥水功能。本人做過實驗,確定不假。

撰寫人:賈民生博士。
學歷:美國路易斯州立大學化工博士。
簡歷:長年致力於化工廠和廢棄物處理廠的設計和建造,現任多家公司技術顧問並在元智大學兼課。

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本訊息有 1 則查核回應
Pei-Chi Lo 認為 含有個人意見
引用自 Pei-Chi Lo 查核回應
口罩三層結構功能敘述正確。至於作者主張「外層撥水層功能較重要,不必在乎靜電層是否因消毒失效」因此建議採部分化學藥品對口罩消毒,則屬個人意見。
 
不織布公會官網分享的文章、泛科學科普文皆有不同見解,條列如下。

不同意見

不織布公會官網-認為不可用酒精消毒口罩:
http://www.nonwoven.org.tw/index.php?Act=0&SK=11290&MK=10636&PK=5345

泛科學科普文-介紹數篇研究,認為現有民眾容易取得的消毒方式都會削弱或大幅減少口罩保護能力,不建議將拋棄式口罩消毒後重覆使用:
https://pansci.asia/archives/179686
 
至於文中對口罩三層結構的敘述則為正確,可見食藥署「醫用面(口)罩製造工廠品質管理指引」P4:
https://www.fda.gov.tw/TC/siteListContent.aspx?sid=310&id=30392

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