マスクの性能・効果のその常識は間違いかも!【フィルター捕集の仕組み/不織布マスク・N95マスク】

マスクの性能・効果のその常識は間違いかも!【フィルター捕集の仕組み】 コロナ関連

まず、『マスクの性能・効果』について、個人的に興味をもった記事がありましたので、紹介しておきます!マスクの性能・効果に関する『日本エアロゾル学会』からの見解になります。

ハルくん
ハルくん

『日本エアロゾル学会』から、要点として次の2点が示されているよ!

マスクの性能の新常識と効果的な装着のポイント!
  • 『繊維の隙間より小さい粒子は、マスクのフィルターを通過する』は間違いだった!
  • 大事なことはマスクのフィルター性能より、マスクの縁と顔表面との隙間からの漏れ(侵入)を少しでもなくすこと!
粒子の大きさ比較
  • 不織布(ふしょくふ)の繊維の間隔:20~50㎛
  • スギ花粉:30㎛
  • 飛沫:3~5㎛
  • ウイルス:0.1㎛
のんびり太郎
のんびり太郎

ここで、驚いた?意外?だったのは、「マスクの繊維(フィルター)の間隔より小さい粒子であるウイルスは、マスクを通り抜けてしまうために、自分に対する感染予防には効果がない」ということをよく耳にしていましたし、自分のその通りと疑う余地もありませんでした。

ハルくん
ハルくん

通常の使い捨て「サージカルマスク」では、大きな飛沫を拡散させない効果はあるけど、ウイルスのような小さなものは、簡単にすり抜けてしまうってテレビなどでも解説していることがあるよね。

のんびり太郎
のんびり太郎

だから、「N95マスク」のような高性能のフィルターを有するマスクじゃなければ自分の身は守れない(マスクをしても意味がない)と思っていました。

のんびり太郎
のんびり太郎

しかし、異なる見解が『日本エアロゾル学会』から示されていたのです!では、マスクがどのように空気中の粒子をフィルター捕集しているか、その仕組みを解説していきます。

マスクにおける「フィルター捕集の3つの原理」とは

マスクや空気清浄機などの空気中の粒子を濾過するフィルターが、粒子を捕集する仕組みは、繊維の「ふるい」におって、”網目より大きな粒子を引っかけて通過させないようにする”こととは根本的に異なります。

どのようにして、小さな粒子を確保するかというと「細長い繊維の表面に粒子を付着させて」捕集しているのです。

のんびり太郎
のんびり太郎

次の「3つの原理」によって、マスクの間隔よりはるかに小さい粒子を捕集することができます。

「フィルター捕集の3つの原理」
  • 慣性衝突
  • さえぎり効果
  • ブラウン拡散
出典:日本エアロゾル学会

ブラウン拡散とは

『ブラウン拡散』とは、粒子のサイズが小さいほど優勢に働くようになるという原理です。

つまり、ウイルス(0.1㎛程度)のように小さければ小さい粒子ほど、動き回るのでマスクのフィルターである繊維に付着しやすいのです。

ハルくん
ハルくん

イメージとは異なり、逆に小さい粒子の方がフィルターに捕集されやすくなるんだね。

のんびり太郎
のんびり太郎

ウイルスなどの微粒子に対して、サージカルマスクのフィルター効果が全くないというのは間違っているようです。

のんびり太郎
のんびり太郎

マスクによっては、フィルター特殊な加工がされてあり、静電気力によって粒子を繊維に引きつけることで捕集効果を高めているようです。

慣性衝突 (Inert impaction)とは

運動しているエアロゾルは慣性を持っているため、流れの急速な方向変化についていけず、空気の流れと外れて流路の壁等に衝突してしまいます。これを「慣性衝突」と呼んでいます。

慣性衝突は、エアロゾルの曲線運動を利用したもので、エアロゾルの捕集などに広く応用されています。

ハルくん
ハルくん

車と一緒で、急には曲がれないんだね!

「さえぎり効果」とは

「さえぎり効果」とは、微粒子が、空気の流れに沿って移動し、繊維表面から粒子の半径以内に近づき繊維に接触することで生じます。

ハルくん
ハルくん

空気の流れで微粒子が一緒に移動してくるけど、繊維の近くを通るときは引っ付いてしまうんだね!

感染予防に大事なことは『マスクのフィルター性能より、マスクの縁と顔表面との隙間からの漏れ(侵入)を少しでもなくすこと!』

このことは、誰にでも想像はつくと思いますが、空気は通気抵抗があるマスクのフィルターを通るより、マスクと顔の隙間を通る方が容易であるために「顔とマスクの間に大きな隙間」があれば、空気の出入りはそこから行われるためにフィルターの捕集効果は得られにくいと考えられます。

のんびり太郎
のんびり太郎

マスクの「フィルター性能」については別記事で紹介してあります。

『マスクには『表裏』があります! マスクの性能とは?』を参考にしてみてくださいね!

まとめ

感染予防には、マスクの性能よりも『マスクの装着の仕方』が重要!そのうえで、マスクの性能がよければ、さらに予防効果が高まると考えられます。

N95マスクなどの高性能マスクではなく、ドラッグストアなどで一般的に購入できる「サージカルマスク(不織布マスク)」であっても、鼻や顎・頬の周りからの空気の漏れを極力防ぐように装着することで、様々な大きさの粒子に対して、侵入を防ぐ効果が見込めるようになります。

参考文献

・新型コロナウイルスや花粉症でのマスク装着に関する日本エアロゾル学会の見解:日本エアロゾル学会

粒子のろ過のメカニズムについて:金沢大学理工学域自然システム学類(化学工学コース)大谷 吉生

のんびり太郎
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