Das Innenleben einer Maske

Ein Mund-Nasen-Schutz, auch einfach „Maske“ genannt, wird als Folge der Coronavirus-Pandemie auch hierzulande immer öfter getragen. Im öffentlichen Verkehr sind Masken ab dem 6. Juli 2020 schweizweit obligatorisch. Woraus bestehen eigentlich die verschiedenen Maskentypen, und wie unterscheiden sie sich?

Mit Mund-Nasen-Schutz im Supermarkt

Den Mund-Nasen-Schutz sieht man seit der Coronavirus-Pandemie 2020 auch in Europa immer öfter. Bild: Nickolay Romensky

Als Folge der COVID-19-Pandemie haben strenge Hygienemassnahmen eine ganz neue Bedeutung bekommen – und plötzlich sieht man in der Öffentlichkeit Menschen mit einem Mund-Nasen-Schutz vor dem Gesicht, wie ihn bisher eigentlich nur medizinisches Personal trug. Was in einigen asiatischen Ländern schon länger üblich war, verbreitet sich nun auch hier: die Schutzmaske als Mittel, das die Ausbreitung von Viren verhindern und damit die Bevölkerung vor Ansteckungen schützen soll.

Ausstoss von Tröpfchen beim Niesen

Beim Niesen und ebenso beim Husten, aber auch beim Sprechen stossen wir kleine Tröpfchen aus, welche Viren und Bakterien mit sich tragen können. Diese Tröpfchen können 10–100 Mikrometer gross sein oder auch als noch winzigere Schwebeteilchen (Aerosole) in die Luft gelangen. Je kleiner die Partikel sind, desto länger schweben sie in der Luft, ohne abzusinken. Bild: Wikimedia Commons

Es gibt Masken und Masken

Es gibt verschiedene Typen von Masken, und in jeder Kategorie gibt es unterschiedlich wirksame. Welche man benutzt, hängt vom Verwendungszweck ab, aber auch von Kosten und Verfügbarkeit des Schutzmaterials. Eine Forscherin im Biotech-Labor, ein Arzt im direkten Kontakt mit Kranken oder ein Familienvater beim Einkaufen werden deshalb nicht denselben Typ von Schutzmaske wählen.

Chirurgische Masken, auch Hygienemasken oder Mund-Nasen-Schutz genannt

Diesen Maskentyp sieht man zurzeit wohl am häufigsten, meist in weiss oder hellblau. Chirurgische Masken sind dazu gedacht, die Umgebung des Trägers zu schützen. Denn sie sind so konzipiert, dass sie kleine Tröpfchen und Aerosole zurückhalten, die beim Niesen, Husten oder selbst beim Atmen entstehen und Krankheitserreger enthalten können.

Handelsübliche Hygienemaske

Handelsübliche Hygienemaske. Bild: Redaktion SimplyScience

Die Filterqualität dieser Masken wird durch einen Test bestimmt und kontrolliert, bei dem man sie mit einem bakterienhaltigen Aerosol besprüht, dessen Partikel etwa eine Grösse von 3 Mikrometern haben. Chirurgische Masken vom Typ I halten bereits mehr als 95% der Partikel in dieser Grössenordnung zurück, Typ II und IIR sogar >98%. Sobald eine Maske allerdings von der Atemluft durchgefeuchtet ist, was nach einiger Zeit des ununterbrochenen Tragens der Fall ist, verliert sie an Wirksamkeit. Deshalb wird empfohlen, Hygienemasken regelmässig zu wechseln.

Chirurgische Masken bestehen aus drei Lagen. Alle Schichten tragen zur Schutzwirkung bei, die eigentliche Filterschicht ist jedoch diejenige in der Mitte. Sie besteht aus einem Vliesstoff aus äusserst feinen, wirrgelegten Polypropylen-Fasern. Polypropylen ist ein preisgünstiges Polymer, das hydrophob ist, also nur schwer Feuchtigkeit passieren lässt. Das Vlies wird im Meltblown-Verfahren hergestellt, einer Form von Extrusion (siehe Highlightbox unten).

Die dem Gesicht zugewandte Schicht der Maske schützt die Haut und hält Feuchtigkeit aus der Atemluft zurück. Die äusserste Schicht (insbesondere jene von Masken des Typs IIR) schützt gegen Tröpfchen und Spritzer von aussen. Oft liegen chirurgische Masken an den Wangen nicht eng an, weshalb beim Einatmen ein Teil der Luft ungefiltert neben der Maske einströmt.

Die drei Lagen einer chirurgischen Maske

Im unteren Teil des Bildes sieht man eine Vergrösserung der drei Lagen der chirurgischen Maske. Das Meltblown-Vlies in der Mitte ist am dichtesten, doch auch die scheinbaren Löcher in den äusseren Schichten sind nicht einfach Leerräume. Bei der Filterwirkung helfen zusätzlich elektrostatische Effekte. Dadurch haften auch Partikel am Stoff, welche aufgrund ihrer Grösse die Poren durchdringen könnten, und werden zurückgehalten. Bild: Redaktion SimplyScience

Extrusion – ein gängiges Verfahren bei der Kunststoffverarbeitung

Kunststoffprodukte werden häufig mittels Extrusion geformt. Dazu wird das Polymer verflüssigt und dann durch eine Düse gepresst, deren Querschnitt die gewünschte Form hat. Beim Aushärten behält das Polymer diese Form.

Temperatur und Art des Kunststoffs beeinflussen die Viskosität der Masse während der Extrusion, ob sie also eher flüssig oder zäh wie Honig ist. Für das Vlies in der Maske macht man den Kunststoff Polypropylen noch "flüssiger" als Wasser. So kann man ihn enorm in die Länge ziehen und gleichzeitig heisse Luft einblasen, um dadurch Tausende feinster Fasern von 0.5 bis 10 Mikrometer Durchmesser zu erhalten. Diese verwickeln sich ineinander und lagern sich als dünne Stoffschicht auf Walzen ab. Dieses Material hat eine hohe Filterwirkung und erlaubt es dennoch, dahinter zu atmen.

FFP3-Atemschutzmaske

FFP3-Atemschutzmaske mit Ventil zum einfacheren Ausatmen. Sie schützt den Träger vor Krankheitserregern und anderen gesundheitsschädlichen Stoffen in der Luft. Falls der Maskenträger selbst ansteckend ist, sind die Menschen in seiner Umgebung jedoch nicht geschützt, da seine Atemluft durch das Ventil ungefiltert abgegeben wird. Bild: Wikimedia Commons

FFP-Atemschutzmasken

FFP-Masken (englisch: Face Filtering Piece) gibt es ebenfalls in unterschiedlichen Schutzklassen von FFP1 bis FFP3. Im Gegensatz zu chirurgischen Masken enthalten sie nicht nur eine, sondern drei Lagen Meltblown-Vlies. FFP-Masken filtern sowohl feste Partikel (wie z. B. potenziell toxischen Metallstaub) als auch Flüssigkeiten und Aerosole. Daher werden sie auch in der biomedizinischen Forschung zum Schutz vor Pathogenen eingesetzt, die in der Luft suspendiert sein könnten. Generell werden sie nur von medizinischem Personal verwendet, das Patientinnen und Patienten mit hoch ansteckenden Krankheiten betreut. Diese Masken müssen sorgfältig angezogen werden, um dicht zu sein, und behindern die Atmung, so dass sie nicht dauernd getragen werden können. Deshalb gibt es FFP-Masken mit Ventil zur Erleichterung des Ausatmens, die dann aber wiederum die Umgebung des Trägers nicht vor seiner Atemluft schützen. FFP-Masken werden nur einmal benutzt.

Was ist mit selbstgenähten Stoffmasken?

Mit Mund-Nasen-Schutz aus Stoff

Die Empa hat bei der Ausarbeitung von Empfehlungen für die Produktion von waschbaren Stoffmasken mitgearbeitet. Bild: EMPA

Während der COVID-19-Pandemie sind alle möglichen Formen von selbstgemachten Masken aufgekommen, auch „Community-Masken“ genannt. Ist es besser, sein Gesicht wenigstens mit irgendetwas zu bedecken statt überhaupt nicht? Die Experten sind geteilter Meinung. Die COVID-19-Task Force des Bundes hat Empfehlungen erarbeitet, welche wenigstens minimale Anforderungen für industriell gefertigte Stoffmasken definieren (z. B. Filterung von mindestens 70% der Tröpfchen und Aerosole bis zu einer Grösse von 1 Mikrometer, ausreichende Luftdurchlässigkeit, Anpassungsmöglichkeit für unterschiedliche Gesichtsformen und -grössen, Waschbarkeit). Solche Stoffmasken schützen den Träger selbst kaum (aus denselben Gründen wie bei den chirurgischen Masken), verhindern aber zu einem gewissen Grad, dass er möglicherweise ansteckende Tröpfchen in seiner Umgebung verteilt.

Masken sind nicht alles!

Durchlässigkeitstest bei einer Schutzmaske

Künstliche, gefärbte Aerosole werden verwendet, um die Filterwirkung von Schutzmasken zu testen. Bild: EMPA

Das sicherste Mittel gegen Tröpfcheninfektionen bleibt aber wohl: Menschenmengen meiden und Abstand halten. Auch kann keine Maske gegen eine Kontamination der Hände schützen. Im Fall einer Pandemie wie COVID-19 wird deshalb empfohlen, strengere Hygienemassnahmen einzuhalten als sonst (z.B. öfter und gründlicher die Hände mit Seife zu waschen) und nicht mit ungewaschenen Händen die Maske oder das Gesicht zu berühren, insbesondere nicht die Nase oder den Mund.

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