醫用防護口罩舒適性研究現狀

黎倩雨，陳 廷

(蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021)

2019年底爆發的新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)嚴重影響了人們的日常生活，為避免病毒的傳播，專家建議公眾出行時配戴口罩，合適的醫用防護口罩可有效減少佩戴者感染病毒的風險[1-3]。目前，醫用防護口罩已成為人們日常出行的必備防護用品。

醫用防護口罩的過濾層主要采用聚丙烯駐極熔噴非織造布來攔截有害顆粒物，過濾材料在保障口罩高功能性需求的同時會對口罩內的空氣流動產生較大阻力[4-6]，使用者在佩戴過程中時常會感受到空氣流通不足，長時間佩戴可能引起呼吸困難，面部疼痛發紅，頭疼頭暈以及鼻子、眼睛有刺激感等不適癥狀[7-8]，可見設計出更具舒適性的防護口罩至關重要[9-10]。目前國內針對口罩佩戴舒適性的研究還很少，如何提高口罩的佩戴舒適性，實現長時間佩戴口罩不會感到不適的同時還能達到防護要求，對于口罩的設計改進優化具有重要的意義。

本文介紹了人們在佩戴醫用防護口罩過程中可能出現的舒適性問題和醫用防護口罩舒適性的影響因素，并對醫用防護口罩的舒適性研究現狀進行了概述和分析，以期為醫用防護口罩的舒適性改進提供依據。

1 醫用防護口罩的結構及防護原理

1.1 醫用防護口罩的結構

醫用口罩通?？梢苑譃?類：普通醫用口罩、醫用外科口罩和醫用防護口罩，其中醫用防護口罩的防護級別最高，醫用外科口罩次之，再者為普通醫用口罩。醫用防護口罩一般由外層疏水層、中間過濾層以及內層吸濕層3部分組成，如圖1醫用防護口罩結構示意圖所示，每一層都有其特定的功能。外層疏水層通常由紡粘非織造布或熱軋非織造布組成，材料的孔徑較大，可以截取尺寸較大的顆粒物，經防水處理后可有效過濾空氣中的飛沫；中間過濾層由具備較強過濾作用的熔噴非織造布組成，大都采用靜電駐極工藝對其進行改性處理，可過濾更微小尺寸的顆粒，也可避免病菌進出口罩內部，是口罩起到防護作用的主體組成部分；內層由普通紡粘或針刺、水刺非織造布構成，大都采用親膚材料，在保證口罩吸濕性的同時提高其舒適性[11]。

圖1 醫用防護口罩結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of medical protective masks

1.2 醫用防護口罩的防護原理

理論上呼吸道病毒可以通過細小氣溶膠(空氣動力學直徑≤5 μm的飛沫和飛沫核)和呼吸道飛沫(包括源頭周圍迅速下降的較大飛沫以及空氣動力學直徑>5 μm的粗粒子氣溶膠)傳播[12]。口罩可防止呼吸道接觸飛沫和氣溶膠。醫用防護口罩阻隔顆粒物的機制如圖2醫用防護口罩防護原理所示，主要有以下5種[13-15]：

圖2 醫用防護口罩防護原理Fig.2 Protective principle of medical protective mask

①沉降作用。較大的顆粒物因為重力作用而沉降到過濾纖維上，由于顆粒直徑大于過濾纖維之間的間隙而被機械過濾。

②慣性撞擊。質量較大的顆粒物由于慣性作用不能隨氣流運動，與纖維發生碰撞并黏附在纖維表面而被過濾。

③攔截作用。中等大小的顆粒在通過過濾纖維時，因其半徑太大不能穿透纖維而被纖維表面所攔截。

④擴散作用。在布朗運動作用下，極其微小的顆粒偏離氣流方向撞向纖維，因吸附而被過濾。

⑤靜電吸引。當較小的顆粒在接近具有一定靜電的纖維材料時，氣流中的顆粒物很容易受到靜電的吸引作用而被過濾。

一般來說，除靜電吸引外的所有過濾機制都是指機械過濾，并受到顆粒大小和速度的影響。慣性撞擊和攔截作用是宏觀微粒(>0.3 μm)的主要攔截機制，而擴散作用是微納米粒子(<0.3 μm)的主要攔截機制。當粒子沿著纖維周圍流線運動與纖維表面接觸并由于范德華力而沉積在其上時，就會發生攔截。當粒子在過濾纖維附近改變其流線方向并由于慣性而撞擊纖維時，就會發生慣性撞擊。這種機制對于捕獲大顆粒更有效，且在更高的粒子速度下增強。相反，0.3 μm以下的顆粒主要受擴散作用的影響。由于空氣分子的隨機運動，這些非常微小的粒子穿過流線(布朗運動)直到它們接觸到纖維。在重力作用下，大顆粒可能會在緩慢移動的氣流中沉降。當過濾纖維處于納米級時，過濾條件會發生變化，納米級纖維外圍的氣流將發生顯著變化，會產生能夠吸附亞微米級顆粒的強大范德華力。而且由于孔隙之間具有良好的連通性，擴散、慣性效應和攔截作用也將得到增強[16]。

2 佩戴過程中的舒適性問題

2.1 呼吸困難和頭痛

使用醫用防護口罩常見的不適癥狀即由呼吸阻力增加而引起的呼吸不適。較高的呼氣和吸氣阻力會使得呼吸困難，較低的空氣交換量意味著佩戴者可能需要更努力地吸氣才能獲得所需相同量的新鮮空氣。Beder等[17]的研究表明，佩戴防護口罩1～4 h后，受試者體內血氧飽和度從98%下降到96%，說明人們長時間佩戴醫用防護口罩時血氧飽和度值會下降，從而導致呼吸困難。Lee等[18]發現，使用N95醫用防護口罩時，吸氣阻力的平均增量為126%，呼氣阻力的平均增量為122%，與外界空氣交換量平均減少了37%，證明實際佩戴過程中，受試者使用N95口罩會增加呼吸阻力。Matuschek等[19]的研究表明，在中度運動期間，佩戴醫用防護口罩時呼吸頻率、血氧飽和度和CO2水平會發生顯著變化。且在極端情況下，CO2滯留(高碳酸血癥)會伴有副作用，證明體力負荷情況下佩戴醫用防護口罩具有潛在風險。當人們佩戴無呼吸閥的醫用防護口罩時，在氣流阻力作用下會產生呼吸緊張的主觀感覺，特別是在體力消耗期間。但在Ipek等[20]的研究中，使用N95口罩后CO2顯著降低，并在受試人員中檢測到了呼吸性堿中毒和低碳酸血癥，這增加了頭痛、呼吸困難和嗜睡的發生率。研究表明了參與者的不適癥狀是由于呼吸性堿中毒和低碳酸血癥引起的。Ong等[21]在COVID-19大流行期間的調查研究報告顯示，82%的醫護人員在佩戴醫用防護口罩時感受到頭痛。原因可能是機械壓迫、低氧血癥或高碳酸血癥。這與Lim等[22]的研究結果一致，即縮短口罩佩戴時間可能會降低頭痛的頻率和嚴重程度。

當前國內外關于醫用防護口罩造成呼吸困難和頭痛的文獻很少，幾乎沒有涉及對佩戴醫用防護口罩引起呼吸困難和頭痛原因的系統研究，未來還需要進行更深入全面的研究。

2.2 壓力性損傷

壓力性損傷是指由于強烈或長時間的壓力或壓力與剪切相結合而發生的對皮膚和下層軟組織的局部損傷。長時間佩戴醫用防護口罩，會使局部皮膚受壓、口罩內部溫濕度增加，易造成面部皮膚麻木、紅腫、疼痛，甚至產生壓力性損傷，主要表現為完整的皮膚，伴有紅斑或開放性潰瘍和疼痛[23]。多項研究顯示，佩戴醫用防護口罩時產生的壓力性損傷主要發生在鼻梁、臉頰顴骨及耳廓后部等位置[24-26]。醫用防護口罩所造成的壓力性損傷的主要原因如下。

①力學因素。口罩邊緣與佩戴者直接接觸的部位易產生壓力、剪切力和摩擦力。壓力和剪切力致使局部皮膚血液不暢或細胞變形，進而造成組織缺氧缺血。同時，摩擦力使得臉部皮膚角質層受損。

②潮濕。由于呼吸產生過高的溫度和濕度可能會導致口罩區域內非常潮濕和呼吸困難[27]，由此人體面部皮膚彈性下降、pH值改變 ，使得皮膚角質層屏障功能下降。

③口罩材質。研究表明，壓力性損傷的發生與醫用防護口罩的材質和屬性有關[28]?？谡仲|地堅硬且與皮膚直接接觸面積小，增加了其與面部的摩擦力及局部組織壓力，從而造成皮膚紅腫和壓力性損傷。

2.3 面部熱量上升

呼吸會在口罩內部形成微氣候，其中呼出的空氣和水蒸氣具有一定的溫度和濕度，當口罩密合性良好時，呼出的氣體遇冷凝結形成的水汽會積聚在口罩與面部間空隙的微環境中，當這些水汽不能及時擴散或傳遞到外界環境時，人體會感覺悶熱、潮濕[29]。若長時間處于不透氣狀態，口罩內表面會形成水凝結現象，大量水珠粘連在面部。熱空氣在口罩與面部間空隙區域循環流動，使得面部溫度上升，也會加速出汗，最終可能浸濕口罩，使其緊貼面部，增加不適感[30]。Li等[31]研究發現醫用防護口罩微氣候下的溫度和皮膚溫度明顯高于外科口罩，導致更高的熱應激和不適感。Roberge等[32]讓20名健康受試者以中低速工作速度工作1 h和2 h，同時佩戴4款N95口罩(其中2款帶有呼氣閥)，以無線監測核心和皮膚溫度。結果表明，佩戴N95口罩2 h后會顯著增加口罩覆蓋的面部皮膚的溫度。Scarano等[33]讓20名男性受試者在同樣的實驗條件下分別佩戴N95口罩和醫用外科口罩1 h。用紅外熱像儀評估以測量口周區域的面部溫度，并記錄與濕度、熱量、呼吸困難和不適相關的感知等級。研究結果顯示，受試者佩戴N95口罩1 h會使皮膚溫度從正常水平升高到34.5 ℃ 以上，說明N95口罩能夠導致面部皮膚溫度升高，不適感增加和佩戴依從性降低。目前，國內對醫用防護口罩引起面部熱量上升問題的研究還比較少，關注度也不夠，還有待更全面深入的研究。

3 醫用防護口罩舒適性的影響因素

口罩的佩戴舒適性是指人體佩戴口罩時面部以及生理呼吸的舒適性。影響口罩舒適性的因素與普通紡織品相似，是根據人體實際穿著(佩戴)過程中對材料的主觀感受來加以評價的，主要包含了材料的通透性、熱濕舒適性、刺癢作用及濕冷刺激[34-35]。其中，通透性和熱濕舒適性統稱為熱濕舒適性，刺癢作用和濕冷刺激則統稱為接觸舒適性。

3.1 熱濕舒適性的影響因素

熱濕舒適性是評價紡織品最重要的指標之一。它是指織物在人體和環境間維持和調節人體體溫穩定，與皮膚表面形成舒適的微環境的特性。口罩的舒適性和材料的溫度調節與水分輸送密切相關，這意味著能快速將熱量和水分從面部轉移出去的口罩可以提供更好的佩戴舒適性[36]。熱濕舒適性主要通過呼吸阻力、透氣性和透濕性來體現。

3.1.1 呼吸阻力

口罩的過濾層主要是聚丙烯駐極熔噴布，在過濾顆粒物的同時會產生較大阻力，降低舒適度。佩戴口罩時增加的呼吸阻力通過補償機制的額外生理負擔增加了呼吸的工作。呼吸阻力過大，會使人體產生不適。

3.1.2 透氣性

口罩的透氣性非常重要。當口罩的透氣性較差時，呼出的廢氣無法與外界很好地發生氣體交換，空氣、水蒸氣和熱量無法進行有效傳遞，口罩內的微氣候會因此改變，導致口罩內廢氣積聚，濕度增加，造成呼吸困難，從而使人體感覺不適[39]。要提高透氣性，口罩需要能夠輕松地將空氣和水蒸氣轉移到環境中，同時防止水滴滲透到其纖維中，確?？谡謨缺３指稍锸孢m。

透氣性主要受到材料本身和環境條件的影響。材料影響主要包括纖維性質、非織造布結構和厚度等。溫度一定時，空氣相對濕度增加，紡織材料的透氣性下降。相對濕度一定時，紡織材料的透氣性隨溫度的升高而有所改善。當溫度和相對濕度均不變時，透氣性也會受到紡織材料兩面氣壓差的變化的影響，而且這種影響是非線性的[37]。

3.1.3 透濕汽性

透濕汽性是熱濕舒適度的重要指標。人們普遍認為，較高的水蒸氣透過率可以保持口罩干燥和清潔，從而增加佩戴舒適性。排汗使身體降溫，在炎熱的氣候或繁重的工作條件下會產生大量的水蒸氣[33]，因此，口罩材料必須要能夠吸收佩戴者皮膚上的水分并迅速將水分轉移到環境中。否則，口罩內的高溫和潮濕可能會導致呼吸困難。

影響透濕汽性的主要因素有織物的結構、組成和大氣條件。相對濕度越低，織物對人體蒸發散熱的阻力越小，織物的透濕汽性越弱。吸濕性纖維織物可以通過自身導濕，但吸濕后纖維直徑膨脹會增加織物的緊度，汗汽累積在織物內，不易導入外部環境，人們更易產生不適感。

3.2 接觸舒適性的影響因素

接觸舒適性主要指纖維材料在直接接觸皮膚時，皮膚不會因為材料的粗糙度、柔軟度等產生刺痛、瘙癢等感覺[40]。面部與口罩發生直接接觸時，直接接觸部位可能會出現刺激反應，長期使用口罩會使面部產生干燥、發紅、擦傷、瘙癢等皮膚問題[41]。口罩與面部的摩擦效應、口罩材料的導濕能力與使用者的佩戴舒適性直接相關。接觸舒適性主要通過刺癢感和濕冷刺激來體現。

“我說你啊，是天生和玉器八字不合。你的王字比起玉字少了一點，接觸起玉器來自然少了個心眼。不如跟著我做古錢生意吧。”

3.2.1 刺癢感

口罩與面部接觸時，口罩內層材料表面的纖維、絨毛、碎屑以及各種微粒會與面部皮膚發生摩擦使人產生刺癢感?？谡峙c面部皮膚長時間反復摩擦就會引起皮膚干燥、發紅等，使佩戴者產生不適感覺。

影響纖維材料刺癢性能的因素主要包括纖維性狀、毛羽數量與形態以及織物和紗線結構。其中纖維性能與形狀，如直徑、毛羽長度和彎曲剛度，都與纖維材料的刺癢性直接相關。一般直徑大于30 mm的纖維會引起刺癢感，但伸出織物表面自由長度足夠短的更細的纖維也能觸發刺癢反應。纖維的彎曲剛度除了會影響成紗表面的光潔度外，還直接決定了纖維對皮膚的刺激程度。毛羽的數量越多，人體越容易感受到刺癢作用。毛羽突出的形態通常為伸直狀或彎曲狀，影響刺扎、摩擦和刮拉的效應。此外織物的組織結構、紗線的捻度以及織物和紗線之間的緊密性都對刺癢感有一定的影響。

3.2.2 濕冷刺激

由于呼吸會在口罩內部形成微氣候，其中呼出的空氣和水蒸氣具有一定的溫度和濕度，因此口罩區域內過高的溫度和濕度可能會導致環境非常潮濕和呼吸困難[27]。過多的熱量和滯留的水蒸氣可能會導致口罩內部出現濕冷的感覺，同時進一步降低口罩的過濾效率。

引起材料濕冷刺激的主要因素是吸濕性和吸水性，當纖維吸濕性差但吸水性較好時，若材料表面能很好地導水，則濕冷刺激將減少。此外，濕冷刺激也受環境的影響，當空氣中的溫度較低，濕度較大時，水分易滯留在織物中，隨著織物含水量的增加，冷卻能力也增加，導致局部皮膚冷卻，濕冷感覺增強。

此外，口罩和臉部的貼合度是影響口罩透氣性的重要因素，它控制著面部與口罩之間的縫隙大小，與織物的小孔隙相比，即使是很小的縫隙也能引起足夠大的氣流。貼合度也與口罩佩戴舒適性直接相關，因為過度緊繃的口罩可能會刺激皮膚，引起窒息感[42]。

4 醫用防護口罩舒適性的研究現狀

醫用防護口罩的使用效果主要由其防護性、安全性及舒適性決定。目前，醫用防護口罩的防護性、安全性的研究已經相對完善[43]，隨著口罩的使用日?；渑宕魇孢m性也倍受人們重視，越來越多的學者致力于提高醫用防護口罩舒適性的研究。

4.1 濾 材

醫用防護口罩的防護效果與濾材直接相關，纖維直徑越小，纖維間所形成的纖維網孔隙率越高，孔徑越小，濾材的壓降阻力越低，防護效果越好。目前口罩在防護效果方面已經取得了很好的成效，但平衡好口罩的防護性和舒適性，提高過濾性能的同時增強用戶佩戴體驗感仍是值得深入研究的問題。

4.1.1 傳統非織造濾材

聚丙烯(PP)熔噴非織造織物是目前最常用的醫用口罩過濾材料，具有成本低，熱穩定性好，孔隙率高，透氣性能好等特性，其制備的口罩過濾性能遠優于其他材料，是當前主流的防護口罩產品。但聚丙烯纖維具有很高的結晶度且不含極性基團，使得聚丙烯非織造織物親水性能較差，佩戴舒適性差。常采取各種方法對它進行改性處理以改善PP非織造織物制成的口罩的舒適性能。

目前，PP的親水改性方法很多，比如表面接枝改性、等離子體處理等。王翱等[44]將親水性單體丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)在聚丙烯薄膜表面接枝聚合，提高其親水性。Hwang等[45]將聚丙烯非織造材料經氦氣常壓放電等離子體處理使得織物的表面潤濕性增強，纖維間摩擦增加，拉伸強度提高，透氣性增強。劉鴻銘等[46]采用硅烷偶聯劑KH-570對溶脹處理后的聚丙烯纖維表面進行親水改性，提高了纖維表面的親水性能。但等離子體處理后的材料親水性具有一定時效性，會隨時間的增加而下降。而通過等離子體誘導接枝改性可使親水性得到永久性改性。魏發云等[47]通過氬氣等離子體處理材料表面，然后進行丙烯酸接枝改性，獲得了親水性良好的PP熔噴材料，且親水性不會隨時間的增加而下降。

此外，應用涂層賦予PP一定的功能性，Ekabutr等[48]通過將山竹提取物(MG)噴涂在PP過濾層進行改性處理開發3層醫用口罩，提高了口罩的抗菌和過濾性能。涂層的增加也導致纖維親水性和過濾層的壓降增加，從而使得口罩的佩戴舒適性提高。Shan等[49]通過將柔性導電布膠帶黏附在熔噴非織造布上制成過濾層表面來制作叉指電極，然后涂覆具有優異導電性和導熱性的石墨烯層。當施加3 V的低電壓時，石墨烯改性非織造布可以迅速產生超過80 ℃的高溫，能夠有效殺死污染濾層和口罩表面的細菌和病毒。產生的熱量能夠消除佩戴口罩時產生的水蒸氣，口罩佩戴舒適性提高。

目前的醫用防護濾材中，PP仍然是用得最多的材料。為滿足人們對口罩舒適性的追求，PP必須進行改性處理，進一步優化產品參數。將傳統非織造織物濾材功能化、柔軟舒適化將極大地推進醫用防護口罩的研究。

4.1.2 靜電紡納米纖維濾材

靜電紡絲技術能夠成功地將熔噴和紡粘纖維網與直徑從幾納米到幾百納米不等的纖維結合起來[50]。與傳統纖維相比，靜電紡納米纖維網具有表面積體積比大，孔徑小，通用性強和孔洞連通性更好等優點[51]，因此，納米纖維網制成的醫用防護口罩比傳統濾材制作的口罩更輕薄，更透氣，從而提高了使用者的總體舒適性，是未來醫用防護口罩發展的新方向。

Skaria等[52]研究了納米纖維支撐的醫用防護口罩的透氣性和過濾效率，發現納米纖維的應用能顯著降低口罩氣流阻力，引導更多氣流通過口罩，從而提高過濾性和舒適性。Liu等[53]采用靜電紡絲法制備了透明聚丙烯腈(PAN)納米纖維膜。與現有商用空氣過濾膜相比，所獲得的納米纖維膜具有光學透明度良好(90%)，過濾效率高(>95%)，壓降低(低至132 Pa)和質量輕的特點。在Liu的研究之后，越來越多的學者將納米纖維用于醫用口罩核心濾材的開發。羅瑞雪[54]將聚乙烯醇縮丁醛(PVB)加入無水乙醇制成質量分數為7的紡絲液，經靜電紡絲制得納米纖維作為口罩的核心過濾材料，具有良好的透氣性和過濾性。Li等[55]通過靜電紡絲合成了一種用于口罩過濾材料的聚砜基納米纖維涂覆到非織造材料上。分析發現，納米纖維口罩材料可以有效防止佩戴者吸入空氣中的有害顆粒并且保持良好的透氣性。也有學者將納米纖維和天然纖維結合應用于口罩的開發之中，使得皮膚接觸舒適性提高。Abbas等[56]通過整合二氧化鈦制成的納米管填充入殼聚糖/聚乙烯醇聚合物靜電紡納米纖維作為外層，殼聚糖/聚乙烯醇作為中間層過濾顆粒物防止污染，蠶絲/聚乙烯醇作為內層，利用蠶絲吸濕、透氣的特性使佩戴者更加舒適。與普通醫用防護口罩相比，制造的口罩的過濾效率更高。此外，該新型口罩彈性特性的分子動力學模擬計算表明其優于商業同類產品，提高了佩戴舒適性。

為提高醫用防護口罩的功能性和佩戴舒適性，研究人員還開發了含有超吸收聚合物的納米纖維和靜電紡新型超吸收納米纖維，用于提高材料的液體吸收能力，并應用于醫用防護口罩的開發[51,57-58]。Sivri[59]通過靜電紡絲法使用聚乙烯醇/超吸水性聚合物(PVA/SAP)水溶液制備了高吸水性納米纖維，并將其涂敷在口罩上，提高了口罩的親水性，增強其防護性能和舒適性能。

靜電紡納米纖維濾材是目前公認的較理想的高效低阻濾材，有望取代傳統非織造布成為防護材料的核心[60-62]。這方面的研究取得了一定進展，但由于靜電紡納米纖維孔徑較小，易使纖維網的整體力學性能下降，且靜電紡納米纖維目前還處于實驗室階段，難以實現產業化。如何制備高效低阻的高性能濾材仍需深入研究。

4.1.3 復合過濾材料

復合過濾材料是指將幾種材料按照需求科學結合，發揮各自的作用，整體過濾效果增強，使得開發的濾材能同時滿足高效低阻的需要。

目前，將納米纖維材料引入到傳統非織造布過濾體系中以提升濾材的過濾效率和透氣性是復合過濾材料的發展方向。Kim等[63]將具有色變現象的10,12—五十二炔酸(PCDA)與聚氨酯作為支撐聚合物混合，并將溶液靜電紡在聚丙烯紡粘非織造布基材上產生納米纖維復合材料，之后利用紫外光照射對納米復合材料進行光聚合，生產聚氨酯/聚多巴胺(PU/PDA)納米纖維復合材料，用以開發能夠檢測和阻擋細小粉塵的口罩過濾材料。PU/PDA纖維膜的抗拉強度接近2.94～3.34 MPa，具有較好的透氣率(112 mm/s)和高過濾效率(97.8%～99.6%)和低壓降(56.9～61.78 Pa)。萬雨彩等[64]采用熔融共混相分離法制備聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)納米纖維并制成懸浮乳液，將聚丙烯(PP)針刺基材浸漬到懸浮乳液中進行冷凍干燥處理，得到PVA-co-PE納米纖維增強PP微米纖維骨架復合空氣過濾材料。該過濾材料具有高過濾效率和低阻力壓降，并表現出優異的力學性能和環境適應性。Xiong等[65]開發了六方氮化硼(h-BN)/ PP納米復合纖維膜，以制造具有高舒適性和抗菌活性的口罩。該口罩將活化的PP超細纖維非織造布浸泡在QAC/h-BN納米片懸浮液中形成QAC/h-BN/PP納米復合纖維膜。h-BN抗菌功能化后，可同時提高PP超細纖維非織造織物的導熱性和抗菌活性，使得開發的QAC/h-BN/PP納米復合纖維膜克服了商用PP非織造布中熱舒適性和抗菌活性差的問題。

隨著技術的不斷發展，口罩濾材除了在提高過濾效率的同時需要保證更好的透氣性、耐用性和舒適性。這些特性并不直接相容，細纖維使得濾材高密度，小孔徑和高過濾效率但透氣性低，舒適性差。相反，粗纖維提供高滲透性，但會導致孔徑增大，從而降低過濾效率，因此通過將化學、物理、生物材料經過一定的工藝結合，研制出更具有優勢的新型復合過濾材料，更好地平衡好高效和低阻將成為未來口罩濾材的主要發展方向。

4.2 結構設計

目前市場上常見口罩的形狀主要有平面式、折疊式和杯狀3種。其中平面式口罩罩面材料軟，貼合性差，質量輕，對耳朵產生的壓力不適感小，呼吸阻力較小，口罩覆蓋處有濕熱感[65]。折疊式口罩罩面材料較軟，貼合性較好，呼吸阻力較大，為保證高密合度而緊繃帶子使得耳部疼痛，鼻梁、顴骨處有壓迫感，口罩內濕熱感較明顯。杯狀口罩罩面材料硬挺，不易變形，呼吸空間大，貼合性相對最好，呼吸阻力較大，鼻梁、顴骨、下巴壓迫感明顯，口罩內部濕熱感明顯。呼吸阻力和口罩內濕熱問題需要依靠研發兼具防護和透氣性能的新型濾材來解決，其他問題則可以通過結構改良解決。

4.2.1 口罩帶設計

口罩按佩戴方式可分為耳戴式口罩和頭戴式口罩。耳戴式口罩易穿脫，但長時間佩戴口罩帶會對耳部產生一定的壓迫。頭戴式口罩可以分散壓力，受力更加均勻，更為舒適。但市場上頭戴式口罩帶一般為長度一定且具有一定彈力的繩子，對于不同頭圍不具有兼容性。

吉予彤[66]針對耳戴式口罩帶的問題進行了改造?？谡謳Ц挠昧? mm寬的扁形的彈力較大的滌綸絲包筋紗，其主要成分為氨綸，彈性更大，方便調節大小。此外，還增加了直徑為9 mm的硅膠材質的調節扣，便于佩戴者根據自己臉型調節松緊以減輕耳部不適感。

王文慧等[67]將頭戴式口罩帶分成2個半條，添加卡扣將口罩變為可調節式以提升佩戴舒適性。張弦[68]在增加口罩帶調節扣外，還采用以熱塑性聚胺酯彈性體(TPU)為原材料、添加高彈助劑制成的頭戴式口罩帶，增強口罩帶的彈性，使佩戴者可按不同頭臉形狀調節口罩佩戴的松緊程度。

目前口罩帶的改進方法主要是改善彈力繩的彈性和增加調節扣，方法簡便但在一定程度上能夠改善由口罩給耳部帶來的壓迫感，使得佩戴更為舒適。

4.2.2 罩面設計

口罩的貼合度指口罩罩面與臉部輪廓的緊密程度?？谡峙c人臉貼合不充分，空氣中的顆粒物會從縫隙處進入人體呼吸道，口罩將失去過濾作用[69]?？谡峙c人臉貼合太過緊密，將刺激臉部皮膚，對面部造成壓迫感，引起佩戴不適。

張弦[68]通過對目前市面上醫用防護性口罩的總適合因數進行測試，得出影響口罩貼合性的關鍵因素主要為防護口罩濾材本身的過濾性能和口罩輪廓邊緣與人面部的貼合度。目前國內的醫用防護口罩大多是參照國外設計資料生產，根據西方人的臉型設計而成的，不符合中國人體要求的面部特征。產品尺寸的差異導致國內大部分醫用防護口罩和人面部貼合度不足，使得防護口罩不能有效發揮其防護功能，同時還影響使用者的佩戴舒適性。隨著醫用防護口罩的研究深入，越來越多的國內學者致力于開發出符合中國人面部特征的醫用防護口罩。

周小童等[70]對194個成人口罩相關的7個面部指標(鼻長、鼻寬、鼻深、形態面長、面寬、兩耳屏間寬、兩下額角間寬)進行測量統計，發現我國成人臉型多為小臉型，與目前市面上標準的大口罩不匹配。研究人員對頻數最多的標準臉型進行頭面逆向模型建立和口罩正向設計，設計的口罩更適合我國成人的臉型。王鈺涵等[71]以天津地區臉型形態特征為例，設計符合人機工程學并且造型多樣的口罩設計，實現了口罩與特定地區的人群臉型特征吻合，做到口罩與臉部緊密貼合。方雪嬌等[72]通過分析面部特征數據，發現影響口罩貼合度的關鍵因素主要是顴骨間距、鼻中寬和鼻中高。根據這些關鍵因素，應用服裝結構制圖和立體剪裁工藝，設計出符合國人面部輪廓的貼合型防護口罩。對口罩進行主觀測評發現，設計的新型貼合性口罩明顯改善了呼吸側漏、口鼻活動困難、口罩不夠貼合面部等問題。

為實現醫用防護口罩的緊密貼合性和佩戴舒適性，研究人員提出利用3D打印技術開發適合個人面部特征的口罩。Shaheen等[73]通過將立體攝影測量、計算機輔助設計和3D打印結合，開發了適應個人面部輪廓的防護口罩，與傳統的標準防護性口罩相比，改善了口罩的貼合性和舒適性。

醫用防護口罩的貼合度是佩戴者得到有效防護的前提，提高口罩的貼合性需要繼續改進口罩設計，以保證口罩邊緣盡可能貼合使用者的面部，并盡量增大口罩與面部間的空隙，以提高佩戴舒適性。此外，還可以將口罩邊緣材料更換為更為柔軟的材料以減少口罩對鼻梁和臉部的壓迫。

5 結束語

隨著人們對口罩功能性需求的增加，舒適性的改進也逐漸成為醫用防護口罩設計中不可或缺的一部分。近幾年國內外學者針對醫用防護口罩的舒適性作了一些研究，但市面上還沒有開發出真正意義上的兼顧防護性與舒適性的防護口罩。本文系統闡述了目前醫用防護口罩佩戴過程出現的舒適性問題及影響佩戴舒適性的主要因素，并梳理了醫用防護口罩舒適性的研究現狀，從口罩濾材和結構設計2方面總結了舒適性改進的途徑及特點，為醫用防護口罩的設計和結構改進提供了一定的理論支撐和實踐啟示。未來產品開發中應從2個方面著手：一是加大對濾材的研發投入，將傳統非織造織物材料與新型材料相結合，開發出能更好平衡高效與低阻的復合濾材；二是口罩的結構設計要符合人面部曲線，盡可能貼合人面部輪廓，并根據面部特征劃分號型，以滿足不同人群的舒適性需求。