Study of the PDMS properties and their characterization for the fabrication of transparent face masks

Abstract

A doença coronavírus (COVID-19) é provocada pelo vírus SARS-CoV-2 e foi declarada como pandemia pela Organização Mundial da Saúde (WHO) em março de 2020. De forma a prevenir a transmissão do vírus, a WHO publicou algumas precauções que toda a comunidade deverá considerar, tais como a utilização de máscaras faciais. Quando usadas por longos períodos de tempo, podem ser bastante desconfortáveis, deixando marcas na cara e até mesmo provocando hematomas. Os profissionais de saúde são mais vulneráveis a este problema. Adicionalmente, a utilização de máscaras afeta a comunidade surda, uma vez que limita profundamente a sua capacidade de comunicação. Tendo em conta estes problemas, surgiu a ideia de desenvolver uma máscara facial segura, confortável e transparente. Assim, o objetivo desta dissertação visa o desenvolvimento de uma máscara inovadora e diferenciadora utilizando um material tecnologicamente avançado, o polidimetilsiloxano (PDMS), que contém um conjunto de propriedades únicas comparativamente aos materiais tradicionais. Desta forma, foram desenvolvidas máscaras reutilizáveis a partir da combinação de tecido com uma janela transparente de PDMS. Foi, ainda, desenvolvido um método para reciclar PDMS, de forma a reutilizar este material no fim de vida da máscara, diminuindo assim a produção de resíduos. As propriedades mecânicas e óticas do PDMS nativo e reciclado foram estudadas para avaliar a sua adequabilidade para integração em máscaras. Os estudos realizados permitiram confirmar que o PDMS é um excelente candidato para este tipo de aplicações. Adicionalmente, as máscaras produzidas foram enviadas para um laboratório de certificação, que classificou a máscara de PDMS nativo como nível 2 para uso geral, e a máscara de PDMS reciclável como nível 3 para uso geral. Assim, nesta dissertação é apresentado um processo de fabrico simples e económico para a produção de máscaras transparentes. As máscaras resultantes são adequadas para produção em massa e poderão ser lançadas no mercado a um custo economicamente viável.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by SARS-CoV-2 virus and it was declared as a pandemic by World Health Organization (WHO), on March 2020. In order to prevent the virus transmission, WHO published some simple precautions for the public to take in consideration, such as wearing facial masks. When used for long periods of time, masks can be very uncomfortable, leaving marks on the face and even causing wounds. The people who are more vulnerable to this problem are healthcare professionals. Additionally, the use of conventional masks also affects deaf community, as it profoundly limits their ability to communicate. Based on these problems, the idea of developing a safe, comfortable and transparent mask emerged. Hence, the objective of this dissertation is to develop an innovative and distinct mask using a technologically advanced material, the polydimethylsiloxane (PDMS), which has outstanding properties in comparison to traditional materials. Thus, reusable masks with fabric and a transparent PDMS window were developed. Besides, a method to recycle PDMS was developed in order to reuse this material at the end of mask’s life, thus reducing the waste production. Optical and mechanical properties of native and recycled PDMS were studied to assess its suitability for integration in masks. The studies confirmed that PDMS is an excellent candidate for this type of application. Additionally, the developed masks were sent to a certification laboratory, which certified the native PDMS mask as a level 2 for general use and the recyclable PDMS mask as a level 3 for general use. Thus, this dissertation presents a simple and cost-effective manufacture process to produce a transparent mask. The resulting masks are suited for mass production and can be launched in the market for an economically viable price.