Masken auf dem Prüfstand: Wie gut schützen sie vor feinen Aerosolen?, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW

Welche Masken schützen wirksam gegen Viren? Diese Frage bewegt seit dem Ausbruch des Corona-Virus SARS-CoV-2 Anfang 2020. Im gleichen Atemzug hat die Nachfrage nach Ein- und Mehrwegschutzmasken weltweit enorm zugenommen – und konnte durch das bestehende Angebot nicht abgedeckt werden. Die beschränkten Produktionskapazitäten der existierenden Hersteller hatten zur Folge, dass Textilfirmen, Importeure und Verteiler ihre Produktpalette mit Schutzmasken ergänzt haben. Doch welche Eigenschaften müssen die Filtermaterialien aufweisen, damit sie einen möglichst effektiven Schutz vor Viren respektive feinen Aerosolen mit einem Durchmesser unter einem tausendstel Millimeter bieten?

Wenn man von einem Mitmenschen mit Maske direkt angehustet oder angeniest wird, können auch einfache Stoffmasken einen Grossteil der so ausgestossenen Tröpfchen abfangen, die in der Regel bis zu einem Millimeter gross sind. Dies bedeutet, dass der Maskenträger die Mitmenschen vor einer Ansteckung schützt. Beim normalen Atmen - und insbesondere beim Sprechen und Singen - werden bei jedem Atemstoss aber auch feine Tröpfchen und Aerosole freigesetzt. Diese sind so klein (< 5 Mikrometer), dass sie stundenlang in der Luft schweben können und nur durch effiziente Masken gefiltert werden können. Da auch diese sub-mikrometer grossen Aerosol-Partikel Coronaviren enthalten können, gewinnt der Übertragungsweg über diese zunehmend an Bedeutung. Dies insbesondere, weil wir uns in der kalten Jahreshälfte vermehrt in ungenügend belüfteten Innenräumen aufhalten und dadurch länger stehender Luft mit möglicherweise erhöhten Konzentrationen an virenversetzten Aerosolen ausgesetzt sind, die lange in der Luft schweben und möglicherweise Coronaviren enthalten. Soviel vorneweg: Einfache Stoffmasken bieten in der Regel weder dem Träger, der Trägerin noch dem Mitmenschen Schutz vor diesen ultrafeinen Partikeln.

Für eine effektive Filterwirkung der Maske muss das Fasermaterial die richtige Porengrössen und Porenlänge aufweisen. Nur so ist gewährleistet, dass einerseits kleine Aerosole durch Diffusion an den Filterfasern abscheiden, während andererseits grössere Aerosole aufgrund ihrer Trägheit daran impaktieren. Diese beiden Prozesse hängen unter anderem von der Geschwindigkeit ab, mit der die Atemluft durch die Maske geht.

Damit die Maske über einen längeren Zeitraum tragbar ist, muss sie zudem so beschaffen sein, dass der Atemwiderstand einen definierten, maximalen Grenzwert nicht überschreitet. Der Atemwiderstand ist proportional zum Druckabfall, der vom Filter bei einer definierten Luftgeschwindigkeit und Filterfläche verursacht wird. Neben diesen materialwissenschaftlichen Anforderungen sind weitere Faktoren wie ein möglichst dichtanliegender «Sitz» der Maske im Gesicht für einen guten Schutz von entscheidender Bedeutung

Mit Messuntersuchungen von Masken-Filtermaterialien u.a. für das Eidgenössische Departement für Verteidigung, Bevölkerungsschutz und Sport (VBS) sowie für verschiedene Schweizer Textilfirmen konnten wir in den vergangenen Monaten dank unserer Aerosol-Expertise einen Beitrag zur Weiterentwicklung von Filtermaterialien leisten. Für das Schweizer Konsumentenmagazin «Beobachter» haben wir im Juli 2020 stichprobenartig diverse auf dem Markt erhältliche Stoffmasken, Hygienemasken sowie Atemschutzmasken auf ihr Aerosolfiltrationsvermögen geprüft. Der Artikel im Heft 16/2020 und die Stellungnahme im Heft 17/2020 zeigen, dass im Handel erhältliche Masken feine Aerosole unterschiedlich effektiv filtern. Die Einschätzung im Beobachter-Testbericht erfolgte unter Einbezug der Vorgaben der Swiss National COVID-19 Science Task Force (NCS-TF) und in Anlehnung an die europäische Norm EN 14683. Es wurde dabei für Aerosolgrössen von 300 nm und von 1 µm mit dem oben genannten DEHS als Testaerosol gearbeitet.

In der Bevölkerung besteht ein grosses Bedürfnis nach mehr Klarheit, welcher Maskentyp wie gut vor dem Virus schützt. Nachfolgend sind deshalb typische Abscheide-Effizienzkurven aufgeführt, welche wir in unserem Teststand für diverse in der Schweiz erhältliche Masken gemessen haben.

Lesen der Grafiken: Bei den nachfolgenden Grafiken ist auf der horizontalen Achse die Partikelgrösse aufgetragen. Auf der vertikalen Achse findet sich die Prozentangabe, wie gut eine Maske bei der entsprechenden Partikelgrösse filtert. Die einzelnen getesteten Masken sind mit anonymisierten Kürzeln gekennzeichnet. Die Messresultate sind in die drei oben genannten Hauptmasken-Typen eingeteilt.

Unsere Empfehlung an die Konsumenten, welche sich eine gute Stoffmaske beschaffen wollen: Informieren Sie sich beim Verkäufer / dem Importeur der Masken. Kennt dieser die Filtrationsleistung seines Produktes und kann er Testberichte oder Labels von vertrauenswürdigen Instituten vorweisen? Auch hier gilt: Qualität hat seinen Preis.

Generell gilt: Jede Maske ist besser als keine Maske, insbesondere hinsichtlich des Schutzes der Mitmenschen. Um sich selbst effektiv vor Aerosolen zu schützen, muss die Maske indes zwingend feine Partikel gut filtern. Und achten Sie unabhängig vom Maskentyp darauf, dass diese beim Tragen gut auf dem Gesicht sitzt und dicht schliesst. Das beste Filtermaterial nützt nichts, wenn die Atemluft ungefiltert an der Maske vorbei geht.