Development of an antiviral, compostable filtration material for use in surgical face masks.

Lambert-Fliszar, Eve (2021). Development of an antiviral, compostable filtration material for use in surgical face masks. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l’énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 70 p.

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Résumé

La pandémie de COVID-19 a montré au public l'importance des équipements de protection individuelle (EPI) dans la prévention de la transmission du virus. Cependant, les déchets associés aux EPI ont alerté le public de la pollution qu’ils causent. Les masques chirurgicaux présentement utilisés sont constitués de tissu de polypropylène non tissé, qui est dérivé d’une ressource non-renouvelable – le pétrole. De plus, ces masques sont utilisés qu’une seule fois, ce qui entraine un gaspillage important. Dans ce mémoire, je discute le développement d'un masque chirurgical amélioré qui tient compte des besoins d'une population croissante et d'un climat changeant, deux facteurs qui peuvent augmenter la prévalence de la maladie. À cette fin, un matériau de filtration compostable et antiviral est développé qui peut être utilisé pour préparer des masques afin d'améliorer la protection des utilisateurs contre la transmission de virus tout en limitant les déchets associés aux EPI. Ce travail vise à (i) créer un matériau de filtration compostable non-tissé peu coûteux ayant des propriétés de filtration et de circulation d'air comparables aux masques chirurgicaux existants et (ii) fonctionnaliser ce matériau à l'aide d'un polymère cationique pour inactiver les virus. Le poly(acide lactique) est utilisé comme polymère de base pour former les fibres non-tissées car il est relativement peu coûteux et biodégradable. Le chitosane, un autre polymère biodégradable, est utilisé pour accorder une charge au matériau afin d'interagir avec et potentiellement inactiver les virus qui atterrissent sur la surface. La morphologie et la structure des microfibres sont caractérisées. De plus, la filtration et la résistance à l’air de la membrane filtrante sont mesurées et comparées au filtre actuel des masques chirurgicaux. Enfin, l'activité antivirale du matériau filtrant est étudiée contre HCoV-OC43, le virus à l'origine du rhume qui a une configuration similaire au virus SARS-CoV-2.

The COVID-19 pandemic has increased awareness of the importance of personal protective equipment (PPE) in the prevention of viral transmission. The waste associated with PPE, however, has alerted the public to the worsening pollution crisis. Current surgical masks commonly used are comprised of nonwoven polypropylene fabric, which is derived from petroleum, a non-renewable resource. Furthermore, the disposal of these masks has resulted in significant waste. In this work, I present the development of an improved surgical mask that considers the needs of a growing population and a changing climate, both factors which may increase the prevalence of disease. To this end, a compostable, bio-based, and antiviral filtration material is developed which can be used to prepare masks to enhance user protection from virus transmission while limiting the waste associated with PPE. This work aims to (i) create an inexpensive nonwoven compostable filtration material having comparable filtration and air flow properties to existing surgical masks and (ii) functionalize this material using a cationic polymer to inactivate viruses. Poly(lactic acid) is used as the base polymer for the nonwoven fibers since it is commercially available, relatively inexpensive, and biodegradable. Chitosan, another biodegradable polymer, is used to impart charge on the material in order to interact with and potentially inactivate viruses that land on the surface. The morphology and structure of the microfibers are characterized. Additionally, the filtration and breathability of the filter membrane are measured and compared to the current surgical masks filter. Finally, the antiviral activity of the filter material is studied against HCoV-OC43, the virus causing the common cold which has a similar configuration to the SARS-CoV-2 virus.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Rosei, Federico
Mots-clés libres:	biodegradable; compostable; fibres; masque chirurgical; antiviral
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	04 mars 2022 16:44
Dernière modification:	24 janv. 2023 15:56
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/12473

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