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COVID-19 und Masken Filterleistung auf dem Prüfstand

Zu Beginn der Corona-Krise zeichnete sich ein Mangel an Schutzmasken in Krankenhäusern ab. In der Öffentlichkeit wurden derweil Masken aus Stoff getragen. An der TH Ulm wollte man wissen, ob sich auch andere Materialien eignen. Prof. Andreas Häger hat COMPAMED.de das spannende Projekt vorgestellt.

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Prototypen für Kindermasken im Test auf dem Kinderprüfkopf der THU.
Prototypen für Kindermasken im Test auf dem Kinderprüfkopf der THU.
(Bild: © THU)

Herr Prof. Häger, was ist das Ziel Ihres CORONA-Masken-Projekts?

Prof. Dr.-Ing. Andreas Häger
Prof. Dr.-Ing. Andreas Häger
(Bild: © Andreas Häger)

Andreas Häger: Wir sind mit dem Projekt gestartet, als in Deutschland aufgrund der Corona-Pandemie gerade ein absoluter Maskennotstand herrschte. Es war kaum möglich, das medizinische Personal mit Masken zu versorgen, geschweige denn die gesamte Bevölkerung. Es wurden viele DIY-Masken gefertigt, mit denen etwas Abhilfe geschaffen werden konnte. Wir wollten einen Beitrag dazu leisten, indem wir uns Filterstoffe, insbesondere Materialien aus der Staubfiltration, anschauen und prüfen, inwiefern diese für Behelfsmasken oder sogar höherwertige Produkte geeignet sind. Wir haben mit der Materialbeschaffung begonnen und uns unter anderem den Bereich der Staubfiltration (Staubsaugerbeutel, HEPA-Filter) angesehen. Eigentlich dienen diese Filter dazu, Partikel zu filtern, jedoch keine Viren. FFP-Masken hingegen zielen darauf ab, auch Aerosole zu filtern.

Dazu haben wir bei uns im Labor entsprechende Tests aufgebaut. Unter anderem haben wir an eine künstliche Lunge einen Prüfkopf angeschlossen, auf dem es uns dann möglich war, Masken hinsichtlich Atemwiderstand und Gesichtsleckage zu testen. Darüber hinaus sind wir mit Projektpartnern aus dem Bereich Prüfdienstleistungen in Kontakt getreten und haben dort Materialtests zur Aerosoldurchlässigkeit und Atmungsaktivität durchgeführt. Das Ergebnis war, dass es im Bereich der Staubfiltration durchaus Materialien gibt, die in ihrem strukturellen Aufbau FFP-Masken relativ ähnlich sind. Wir haben Filtermaterialien, die hinsichtlich Durchlassgrad und Atmungsaktivität an die Forderungen für FFP1 oder FFP2-Masken heranreichen. Allerdings kann man das nicht pauschalisieren. Das heißt, man kann nicht sagen, dass Staubsaugerbeutel generell geeignet sind.

Wie sind Sie weiter vorgegangen, nachdem Sie das geeignete Material gefunden haben?

Häger: Im Zuge dieser Untersuchung haben wir dann Kontakt zur Firma Löseke in Hildesheim hergestellt. Sie kommt aus dem Bereich der Staubfiltration und produziert hauptsächlich Staubsaugerbeutel. Das Unternehmen hatte in der Corona-Krise begonnen, Behelfsmasken zu fertigen. Das war der Startpunkt für unsere Kooperation. Wir haben in den vergangenen Wochen das Produkt unter anderem mit dem Ziel weiterentwickelt, auch für Kinder passende Masken zu konfektionieren. Wir haben gesehen, dass die eingesetzten Filterstoffe strukturell den richtigen Aufbau haben, also eine ausreichende Festigkeit und eine sogenannte Meltblown-Filterlage, wie sie auch FFP-Masken haben. Das ist eine Filterschicht, die über elektrische Aufladung der Partikel funktioniert und dadurch für Aerosole eine hohe Filterleistung hat. Das Material eignet sich somit sehr gut, um daraus Behelfsmasken herzustellen. Bislang fertigt die Firma mittels ultraschallbasiertem Punktschweißverfahren um die 100.000 Masken am Tag. Das ist das gleiche Verfahren, wie es auch bei den üblichen Einmalmasken verwendet wird. Es geht somit alles Hand in Hand: Die Masken werden produziert und gleichzeitig weiter von uns optimiert. Wobei man sagen muss, dass der Markt mittlerweile durch Importe fast wieder gesättigt ist, sodass die Produktion in der nächsten Zeit heruntergefahren wird. Den Prototypen für unser optimiertes Maskenkonzept werden wir noch fertigstellen, auch falls die Nachfrage aufgrund einer zweiten Welle wieder steigen sollte. Das Konzept ist dann für Notfälle jederzeit greifbar.

Können die Masken durch das Punktschweißverfahren in allen möglichen Größen gefertigt werden?

Häger: Der Schnitt für die Masken ist sehr einfach, sodass viele verschiedene Größen darstellbar sind. Für die Kindermaske haben wir hier im Labor extra einen Kinderkopf mittels 3D-Druck gefertigt. Dafür wurden die Köpfe von Kindern gescannt, um die kindliche Gesichtsanatomie möglichst korrekt darzustellen. So konnten wir am Maskenprüfstand testen, inwiefern sich die Verkleinerung auf den Atemwiderstand und die Leckagewerte auswirkt. Das Ergebnis war positiv. Die Masken sind einfach in ihrer Geometrie, aber hochwertig in ihren Materialien, und können mit einfachsten Mitteln für jeden konfektioniert werden.

Das Interview wurde geführt von Simone Ernst, COMPAMED.de

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