医用防护口罩舒适性研究现状

黎倩雨，陈 廷

(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

2019年底爆发的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)严重影响了人们的日常生活，为避免病毒的传播，专家建议公众出行时配戴口罩，合适的医用防护口罩可有效减少佩戴者感染病毒的风险[1-3]。目前，医用防护口罩已成为人们日常出行的必备防护用品。

医用防护口罩的过滤层主要采用聚丙烯驻极熔喷非织造布来拦截有害颗粒物，过滤材料在保障口罩高功能性需求的同时会对口罩内的空气流动产生较大阻力[4-6]，使用者在佩戴过程中时常会感受到空气流通不足，长时间佩戴可能引起呼吸困难，面部疼痛发红，头疼头晕以及鼻子、眼睛有刺激感等不适症状[7-8]，可见设计出更具舒适性的防护口罩至关重要[9-10]。目前国内针对口罩佩戴舒适性的研究还很少，如何提高口罩的佩戴舒适性，实现长时间佩戴口罩不会感到不适的同时还能达到防护要求，对于口罩的设计改进优化具有重要的意义。

本文介绍了人们在佩戴医用防护口罩过程中可能出现的舒适性问题和医用防护口罩舒适性的影响因素，并对医用防护口罩的舒适性研究现状进行了概述和分析，以期为医用防护口罩的舒适性改进提供依据。

1 医用防护口罩的结构及防护原理

1.1 医用防护口罩的结构

医用口罩通常可以分为3类：普通医用口罩、医用外科口罩和医用防护口罩，其中医用防护口罩的防护级别最高，医用外科口罩次之，再者为普通医用口罩。医用防护口罩一般由外层疏水层、中间过滤层以及内层吸湿层3部分组成，如图1医用防护口罩结构示意图所示，每一层都有其特定的功能。外层疏水层通常由纺粘非织造布或热轧非织造布组成，材料的孔径较大，可以截取尺寸较大的颗粒物，经防水处理后可有效过滤空气中的飞沫；中间过滤层由具备较强过滤作用的熔喷非织造布组成，大都采用静电驻极工艺对其进行改性处理，可过滤更微小尺寸的颗粒，也可避免病菌进出口罩内部，是口罩起到防护作用的主体组成部分；内层由普通纺粘或针刺、水刺非织造布构成，大都采用亲肤材料，在保证口罩吸湿性的同时提高其舒适性[11]。

图1 医用防护口罩结构示意图Fig.1 Schematic diagram of medical protective masks

1.2 医用防护口罩的防护原理

理论上呼吸道病毒可以通过细小气溶胶(空气动力学直径≤5 μm的飞沫和飞沫核)和呼吸道飞沫(包括源头周围迅速下降的较大飞沫以及空气动力学直径>5 μm的粗粒子气溶胶)传播[12]。口罩可防止呼吸道接触飞沫和气溶胶。医用防护口罩阻隔颗粒物的机制如图2医用防护口罩防护原理所示，主要有以下5种[13-15]：

图2 医用防护口罩防护原理Fig.2 Protective principle of medical protective mask

①沉降作用。较大的颗粒物因为重力作用而沉降到过滤纤维上，由于颗粒直径大于过滤纤维之间的间隙而被机械过滤。

②惯性撞击。质量较大的颗粒物由于惯性作用不能随气流运动，与纤维发生碰撞并黏附在纤维表面而被过滤。

③拦截作用。中等大小的颗粒在通过过滤纤维时，因其半径太大不能穿透纤维而被纤维表面所拦截。

④扩散作用。在布朗运动作用下，极其微小的颗粒偏离气流方向撞向纤维，因吸附而被过滤。

⑤静电吸引。当较小的颗粒在接近具有一定静电的纤维材料时，气流中的颗粒物很容易受到静电的吸引作用而被过滤。

一般来说，除静电吸引外的所有过滤机制都是指机械过滤，并受到颗粒大小和速度的影响。惯性撞击和拦截作用是宏观微粒(>0.3 μm)的主要拦截机制，而扩散作用是微纳米粒子(<0.3 μm)的主要拦截机制。当粒子沿着纤维周围流线运动与纤维表面接触并由于范德华力而沉积在其上时，就会发生拦截。当粒子在过滤纤维附近改变其流线方向并由于惯性而撞击纤维时，就会发生惯性撞击。这种机制对于捕获大颗粒更有效，且在更高的粒子速度下增强。相反，0.3 μm以下的颗粒主要受扩散作用的影响。由于空气分子的随机运动，这些非常微小的粒子穿过流线(布朗运动)直到它们接触到纤维。在重力作用下，大颗粒可能会在缓慢移动的气流中沉降。当过滤纤维处于纳米级时，过滤条件会发生变化，纳米级纤维外围的气流将发生显著变化，会产生能够吸附亚微米级颗粒的强大范德华力。而且由于孔隙之间具有良好的连通性，扩散、惯性效应和拦截作用也将得到增强[16]。

2 佩戴过程中的舒适性问题

2.1 呼吸困难和头痛

使用医用防护口罩常见的不适症状即由呼吸阻力增加而引起的呼吸不适。较高的呼气和吸气阻力会使得呼吸困难，较低的空气交换量意味着佩戴者可能需要更努力地吸气才能获得所需相同量的新鲜空气。Beder等[17]的研究表明，佩戴防护口罩1～4 h后，受试者体内血氧饱和度从98%下降到96%，说明人们长时间佩戴医用防护口罩时血氧饱和度值会下降，从而导致呼吸困难。Lee等[18]发现，使用N95医用防护口罩时，吸气阻力的平均增量为126%，呼气阻力的平均增量为122%，与外界空气交换量平均减少了37%，证明实际佩戴过程中，受试者使用N95口罩会增加呼吸阻力。Matuschek等[19]的研究表明，在中度运动期间，佩戴医用防护口罩时呼吸频率、血氧饱和度和CO2水平会发生显著变化。且在极端情况下，CO2滞留(高碳酸血症)会伴有副作用，证明体力负荷情况下佩戴医用防护口罩具有潜在风险。当人们佩戴无呼吸阀的医用防护口罩时，在气流阻力作用下会产生呼吸紧张的主观感觉，特别是在体力消耗期间。但在Ipek等[20]的研究中，使用N95口罩后CO2显著降低，并在受试人员中检测到了呼吸性碱中毒和低碳酸血症，这增加了头痛、呼吸困难和嗜睡的发生率。研究表明了参与者的不适症状是由于呼吸性碱中毒和低碳酸血症引起的。Ong等[21]在COVID-19大流行期间的调查研究报告显示，82%的医护人员在佩戴医用防护口罩时感受到头痛。原因可能是机械压迫、低氧血症或高碳酸血症。这与Lim等[22]的研究结果一致，即缩短口罩佩戴时间可能会降低头痛的频率和严重程度。

当前国内外关于医用防护口罩造成呼吸困难和头痛的文献很少，几乎没有涉及对佩戴医用防护口罩引起呼吸困难和头痛原因的系统研究，未来还需要进行更深入全面的研究。

2.2 压力性损伤

压力性损伤是指由于强烈或长时间的压力或压力与剪切相结合而发生的对皮肤和下层软组织的局部损伤。长时间佩戴医用防护口罩，会使局部皮肤受压、口罩内部温湿度增加，易造成面部皮肤麻木、红肿、疼痛，甚至产生压力性损伤，主要表现为完整的皮肤，伴有红斑或开放性溃疡和疼痛[23]。多项研究显示，佩戴医用防护口罩时产生的压力性损伤主要发生在鼻梁、脸颊颧骨及耳廓后部等位置[24-26]。医用防护口罩所造成的压力性损伤的主要原因如下。

①力学因素。口罩边缘与佩戴者直接接触的部位易产生压力、剪切力和摩擦力。压力和剪切力致使局部皮肤血液不畅或细胞变形，进而造成组织缺氧缺血。同时，摩擦力使得脸部皮肤角质层受损。

②潮湿。由于呼吸产生过高的温度和湿度可能会导致口罩区域内非常潮湿和呼吸困难[27]，由此人体面部皮肤弹性下降、pH值改变 ，使得皮肤角质层屏障功能下降。

③口罩材质。研究表明，压力性损伤的发生与医用防护口罩的材质和属性有关[28]。口罩质地坚硬且与皮肤直接接触面积小，增加了其与面部的摩擦力及局部组织压力，从而造成皮肤红肿和压力性损伤。

2.3 面部热量上升

呼吸会在口罩内部形成微气候，其中呼出的空气和水蒸气具有一定的温度和湿度，当口罩密合性良好时，呼出的气体遇冷凝结形成的水汽会积聚在口罩与面部间空隙的微环境中，当这些水汽不能及时扩散或传递到外界环境时，人体会感觉闷热、潮湿[29]。若长时间处于不透气状态，口罩内表面会形成水凝结现象，大量水珠粘连在面部。热空气在口罩与面部间空隙区域循环流动，使得面部温度上升，也会加速出汗，最终可能浸湿口罩，使其紧贴面部，增加不适感[30]。Li等[31]研究发现医用防护口罩微气候下的温度和皮肤温度明显高于外科口罩，导致更高的热应激和不适感。Roberge等[32]让20名健康受试者以中低速工作速度工作1 h和2 h，同时佩戴4款N95口罩(其中2款带有呼气阀)，以无线监测核心和皮肤温度。结果表明，佩戴N95口罩2 h后会显著增加口罩覆盖的面部皮肤的温度。Scarano等[33]让20名男性受试者在同样的实验条件下分别佩戴N95口罩和医用外科口罩1 h。用红外热像仪评估以测量口周区域的面部温度，并记录与湿度、热量、呼吸困难和不适相关的感知等级。研究结果显示，受试者佩戴N95口罩1 h会使皮肤温度从正常水平升高到34.5 ℃ 以上，说明N95口罩能够导致面部皮肤温度升高，不适感增加和佩戴依从性降低。目前，国内对医用防护口罩引起面部热量上升问题的研究还比较少，关注度也不够，还有待更全面深入的研究。

3 医用防护口罩舒适性的影响因素

口罩的佩戴舒适性是指人体佩戴口罩时面部以及生理呼吸的舒适性。影响口罩舒适性的因素与普通纺织品相似，是根据人体实际穿着(佩戴)过程中对材料的主观感受来加以评价的，主要包含了材料的通透性、热湿舒适性、刺痒作用及湿冷刺激[34-35]。其中，通透性和热湿舒适性统称为热湿舒适性，刺痒作用和湿冷刺激则统称为接触舒适性。

3.1 热湿舒适性的影响因素

热湿舒适性是评价纺织品最重要的指标之一。它是指织物在人体和环境间维持和调节人体体温稳定，与皮肤表面形成舒适的微环境的特性。口罩的舒适性和材料的温度调节与水分输送密切相关，这意味着能快速将热量和水分从面部转移出去的口罩可以提供更好的佩戴舒适性[36]。热湿舒适性主要通过呼吸阻力、透气性和透湿性来体现。

3.1.1 呼吸阻力

口罩的过滤层主要是聚丙烯驻极熔喷布，在过滤颗粒物的同时会产生较大阻力，降低舒适度。佩戴口罩时增加的呼吸阻力通过补偿机制的额外生理负担增加了呼吸的工作。呼吸阻力过大，会使人体产生不适。

3.1.2 透气性

口罩的透气性非常重要。当口罩的透气性较差时，呼出的废气无法与外界很好地发生气体交换，空气、水蒸气和热量无法进行有效传递，口罩内的微气候会因此改变，导致口罩内废气积聚，湿度增加，造成呼吸困难，从而使人体感觉不适[39]。要提高透气性，口罩需要能够轻松地将空气和水蒸气转移到环境中，同时防止水滴渗透到其纤维中，确保口罩内保持干燥舒适。

透气性主要受到材料本身和环境条件的影响。材料影响主要包括纤维性质、非织造布结构和厚度等。温度一定时，空气相对湿度增加，纺织材料的透气性下降。相对湿度一定时，纺织材料的透气性随温度的升高而有所改善。当温度和相对湿度均不变时，透气性也会受到纺织材料两面气压差的变化的影响，而且这种影响是非线性的[37]。

3.1.3 透湿汽性

透湿汽性是热湿舒适度的重要指标。人们普遍认为，较高的水蒸气透过率可以保持口罩干燥和清洁，从而增加佩戴舒适性。排汗使身体降温，在炎热的气候或繁重的工作条件下会产生大量的水蒸气[33]，因此，口罩材料必须要能够吸收佩戴者皮肤上的水分并迅速将水分转移到环境中。否则，口罩内的高温和潮湿可能会导致呼吸困难。

影响透湿汽性的主要因素有织物的结构、组成和大气条件。相对湿度越低，织物对人体蒸发散热的阻力越小，织物的透湿汽性越弱。吸湿性纤维织物可以通过自身导湿，但吸湿后纤维直径膨胀会增加织物的紧度，汗汽累积在织物内，不易导入外部环境，人们更易产生不适感。

3.2 接触舒适性的影响因素

接触舒适性主要指纤维材料在直接接触皮肤时，皮肤不会因为材料的粗糙度、柔软度等产生刺痛、瘙痒等感觉[40]。面部与口罩发生直接接触时，直接接触部位可能会出现刺激反应，长期使用口罩会使面部产生干燥、发红、擦伤、瘙痒等皮肤问题[41]。口罩与面部的摩擦效应、口罩材料的导湿能力与使用者的佩戴舒适性直接相关。接触舒适性主要通过刺痒感和湿冷刺激来体现。

“我说你啊，是天生和玉器八字不合。你的王字比起玉字少了一点，接触起玉器来自然少了个心眼。不如跟着我做古钱生意吧。”

3.2.1 刺痒感

口罩与面部接触时，口罩内层材料表面的纤维、绒毛、碎屑以及各种微粒会与面部皮肤发生摩擦使人产生刺痒感。口罩与面部皮肤长时间反复摩擦就会引起皮肤干燥、发红等，使佩戴者产生不适感觉。

影响纤维材料刺痒性能的因素主要包括纤维性状、毛羽数量与形态以及织物和纱线结构。其中纤维性能与形状，如直径、毛羽长度和弯曲刚度，都与纤维材料的刺痒性直接相关。一般直径大于30 mm的纤维会引起刺痒感，但伸出织物表面自由长度足够短的更细的纤维也能触发刺痒反应。纤维的弯曲刚度除了会影响成纱表面的光洁度外，还直接决定了纤维对皮肤的刺激程度。毛羽的数量越多，人体越容易感受到刺痒作用。毛羽突出的形态通常为伸直状或弯曲状，影响刺扎、摩擦和刮拉的效应。此外织物的组织结构、纱线的捻度以及织物和纱线之间的紧密性都对刺痒感有一定的影响。

3.2.2 湿冷刺激

由于呼吸会在口罩内部形成微气候，其中呼出的空气和水蒸气具有一定的温度和湿度，因此口罩区域内过高的温度和湿度可能会导致环境非常潮湿和呼吸困难[27]。过多的热量和滞留的水蒸气可能会导致口罩内部出现湿冷的感觉，同时进一步降低口罩的过滤效率。

引起材料湿冷刺激的主要因素是吸湿性和吸水性，当纤维吸湿性差但吸水性较好时，若材料表面能很好地导水，则湿冷刺激将减少。此外，湿冷刺激也受环境的影响，当空气中的温度较低，湿度较大时，水分易滞留在织物中，随着织物含水量的增加，冷却能力也增加，导致局部皮肤冷却，湿冷感觉增强。

此外，口罩和脸部的贴合度是影响口罩透气性的重要因素，它控制着面部与口罩之间的缝隙大小，与织物的小孔隙相比，即使是很小的缝隙也能引起足够大的气流。贴合度也与口罩佩戴舒适性直接相关，因为过度紧绷的口罩可能会刺激皮肤，引起窒息感[42]。

4 医用防护口罩舒适性的研究现状

医用防护口罩的使用效果主要由其防护性、安全性及舒适性决定。目前，医用防护口罩的防护性、安全性的研究已经相对完善[43]，随着口罩的使用日常化，其佩戴舒适性也倍受人们重视，越来越多的学者致力于提高医用防护口罩舒适性的研究。

4.1 滤 材

医用防护口罩的防护效果与滤材直接相关，纤维直径越小，纤维间所形成的纤维网孔隙率越高，孔径越小，滤材的压降阻力越低，防护效果越好。目前口罩在防护效果方面已经取得了很好的成效，但平衡好口罩的防护性和舒适性，提高过滤性能的同时增强用户佩戴体验感仍是值得深入研究的问题。

4.1.1 传统非织造滤材

聚丙烯(PP)熔喷非织造织物是目前最常用的医用口罩过滤材料，具有成本低，热稳定性好，孔隙率高，透气性能好等特性，其制备的口罩过滤性能远优于其他材料，是当前主流的防护口罩产品。但聚丙烯纤维具有很高的结晶度且不含极性基团，使得聚丙烯非织造织物亲水性能较差，佩戴舒适性差。常采取各种方法对它进行改性处理以改善PP非织造织物制成的口罩的舒适性能。

目前，PP的亲水改性方法很多，比如表面接枝改性、等离子体处理等。王翱等[44]将亲水性单体丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)在聚丙烯薄膜表面接枝聚合，提高其亲水性。Hwang等[45]将聚丙烯非织造材料经氦气常压放电等离子体处理使得织物的表面润湿性增强，纤维间摩擦增加，拉伸强度提高，透气性增强。刘鸿铭等[46]采用硅烷偶联剂KH-570对溶胀处理后的聚丙烯纤维表面进行亲水改性，提高了纤维表面的亲水性能。但等离子体处理后的材料亲水性具有一定时效性，会随时间的增加而下降。而通过等离子体诱导接枝改性可使亲水性得到永久性改性。魏发云等[47]通过氩气等离子体处理材料表面，然后进行丙烯酸接枝改性，获得了亲水性良好的PP熔喷材料，且亲水性不会随时间的增加而下降。

此外，应用涂层赋予PP一定的功能性，Ekabutr等[48]通过将山竹提取物(MG)喷涂在PP过滤层进行改性处理开发3层医用口罩，提高了口罩的抗菌和过滤性能。涂层的增加也导致纤维亲水性和过滤层的压降增加，从而使得口罩的佩戴舒适性提高。Shan等[49]通过将柔性导电布胶带黏附在熔喷非织造布上制成过滤层表面来制作叉指电极，然后涂覆具有优异导电性和导热性的石墨烯层。当施加3 V的低电压时，石墨烯改性非织造布可以迅速产生超过80 ℃的高温，能够有效杀死污染滤层和口罩表面的细菌和病毒。产生的热量能够消除佩戴口罩时产生的水蒸气，口罩佩戴舒适性提高。

目前的医用防护滤材中，PP仍然是用得最多的材料。为满足人们对口罩舒适性的追求，PP必须进行改性处理，进一步优化产品参数。将传统非织造织物滤材功能化、柔软舒适化将极大地推进医用防护口罩的研究。

4.1.2 静电纺纳米纤维滤材

静电纺丝技术能够成功地将熔喷和纺粘纤维网与直径从几纳米到几百纳米不等的纤维结合起来[50]。与传统纤维相比，静电纺纳米纤维网具有表面积体积比大，孔径小，通用性强和孔洞连通性更好等优点[51]，因此，纳米纤维网制成的医用防护口罩比传统滤材制作的口罩更轻薄，更透气，从而提高了使用者的总体舒适性，是未来医用防护口罩发展的新方向。

Skaria等[52]研究了纳米纤维支撑的医用防护口罩的透气性和过滤效率，发现纳米纤维的应用能显著降低口罩气流阻力，引导更多气流通过口罩，从而提高过滤性和舒适性。Liu等[53]采用静电纺丝法制备了透明聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜。与现有商用空气过滤膜相比，所获得的纳米纤维膜具有光学透明度良好(90%)，过滤效率高(>95%)，压降低(低至132 Pa)和质量轻的特点。在Liu的研究之后，越来越多的学者将纳米纤维用于医用口罩核心滤材的开发。罗瑞雪[54]将聚乙烯醇缩丁醛(PVB)加入无水乙醇制成质量分数为7的纺丝液，经静电纺丝制得纳米纤维作为口罩的核心过滤材料，具有良好的透气性和过滤性。Li等[55]通过静电纺丝合成了一种用于口罩过滤材料的聚砜基纳米纤维涂覆到非织造材料上。分析发现，纳米纤维口罩材料可以有效防止佩戴者吸入空气中的有害颗粒并且保持良好的透气性。也有学者将纳米纤维和天然纤维结合应用于口罩的开发之中，使得皮肤接触舒适性提高。Abbas等[56]通过整合二氧化钛制成的纳米管填充入壳聚糖/聚乙烯醇聚合物静电纺纳米纤维作为外层，壳聚糖/聚乙烯醇作为中间层过滤颗粒物防止污染，蚕丝/聚乙烯醇作为内层，利用蚕丝吸湿、透气的特性使佩戴者更加舒适。与普通医用防护口罩相比，制造的口罩的过滤效率更高。此外，该新型口罩弹性特性的分子动力学模拟计算表明其优于商业同类产品，提高了佩戴舒适性。

为提高医用防护口罩的功能性和佩戴舒适性，研究人员还开发了含有超吸收聚合物的纳米纤维和静电纺新型超吸收纳米纤维，用于提高材料的液体吸收能力，并应用于医用防护口罩的开发[51,57-58]。Sivri[59]通过静电纺丝法使用聚乙烯醇/超吸水性聚合物(PVA/SAP)水溶液制备了高吸水性纳米纤维，并将其涂敷在口罩上，提高了口罩的亲水性，增强其防护性能和舒适性能。

静电纺纳米纤维滤材是目前公认的较理想的高效低阻滤材，有望取代传统非织造布成为防护材料的核心[60-62]。这方面的研究取得了一定进展，但由于静电纺纳米纤维孔径较小，易使纤维网的整体力学性能下降，且静电纺纳米纤维目前还处于实验室阶段，难以实现产业化。如何制备高效低阻的高性能滤材仍需深入研究。

4.1.3 复合过滤材料

复合过滤材料是指将几种材料按照需求科学结合，发挥各自的作用，整体过滤效果增强，使得开发的滤材能同时满足高效低阻的需要。

目前，将纳米纤维材料引入到传统非织造布过滤体系中以提升滤材的过滤效率和透气性是复合过滤材料的发展方向。Kim等[63]将具有色变现象的10,12—五十二炔酸(PCDA)与聚氨酯作为支撑聚合物混合，并将溶液静电纺在聚丙烯纺粘非织造布基材上产生纳米纤维复合材料，之后利用紫外光照射对纳米复合材料进行光聚合，生产聚氨酯/聚多巴胺(PU/PDA)纳米纤维复合材料，用以开发能够检测和阻挡细小粉尘的口罩过滤材料。PU/PDA纤维膜的抗拉强度接近2.94～3.34 MPa，具有较好的透气率(112 mm/s)和高过滤效率(97.8%～99.6%)和低压降(56.9～61.78 Pa)。万雨彩等[64]采用熔融共混相分离法制备聚乙烯醇-乙烯共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维并制成悬浮乳液，将聚丙烯(PP)针刺基材浸渍到悬浮乳液中进行冷冻干燥处理，得到PVA-co-PE纳米纤维增强PP微米纤维骨架复合空气过滤材料。该过滤材料具有高过滤效率和低阻力压降，并表现出优异的力学性能和环境适应性。Xiong等[65]开发了六方氮化硼(h-BN)/ PP纳米复合纤维膜，以制造具有高舒适性和抗菌活性的口罩。该口罩将活化的PP超细纤维非织造布浸泡在QAC/h-BN纳米片悬浮液中形成QAC/h-BN/PP纳米复合纤维膜。h-BN抗菌功能化后，可同时提高PP超细纤维非织造织物的导热性和抗菌活性，使得开发的QAC/h-BN/PP纳米复合纤维膜克服了商用PP非织造布中热舒适性和抗菌活性差的问题。

随着技术的不断发展，口罩滤材除了在提高过滤效率的同时需要保证更好的透气性、耐用性和舒适性。这些特性并不直接相容，细纤维使得滤材高密度，小孔径和高过滤效率但透气性低，舒适性差。相反，粗纤维提供高渗透性，但会导致孔径增大，从而降低过滤效率，因此通过将化学、物理、生物材料经过一定的工艺结合，研制出更具有优势的新型复合过滤材料，更好地平衡好高效和低阻将成为未来口罩滤材的主要发展方向。

4.2 结构设计

目前市场上常见口罩的形状主要有平面式、折叠式和杯状3种。其中平面式口罩罩面材料软，贴合性差，质量轻，对耳朵产生的压力不适感小，呼吸阻力较小，口罩覆盖处有湿热感[65]。折叠式口罩罩面材料较软，贴合性较好，呼吸阻力较大，为保证高密合度而紧绷带子使得耳部疼痛，鼻梁、颧骨处有压迫感，口罩内湿热感较明显。杯状口罩罩面材料硬挺，不易变形，呼吸空间大，贴合性相对最好，呼吸阻力较大，鼻梁、颧骨、下巴压迫感明显，口罩内部湿热感明显。呼吸阻力和口罩内湿热问题需要依靠研发兼具防护和透气性能的新型滤材来解决，其他问题则可以通过结构改良解决。

4.2.1 口罩带设计

口罩按佩戴方式可分为耳戴式口罩和头戴式口罩。耳戴式口罩易穿脱，但长时间佩戴口罩带会对耳部产生一定的压迫。头戴式口罩可以分散压力，受力更加均匀，更为舒适。但市场上头戴式口罩带一般为长度一定且具有一定弹力的绳子，对于不同头围不具有兼容性。

吉予彤[66]针对耳戴式口罩带的问题进行了改造。口罩带改用了3 mm宽的扁形的弹力较大的涤纶丝包筋纱，其主要成分为氨纶，弹性更大，方便调节大小。此外，还增加了直径为9 mm的硅胶材质的调节扣，便于佩戴者根据自己脸型调节松紧以减轻耳部不适感。

王文慧等[67]将头戴式口罩带分成2个半条，添加卡扣将口罩变为可调节式以提升佩戴舒适性。张弦[68]在增加口罩带调节扣外，还采用以热塑性聚胺酯弹性体(TPU)为原材料、添加高弹助剂制成的头戴式口罩带，增强口罩带的弹性，使佩戴者可按不同头脸形状调节口罩佩戴的松紧程度。

目前口罩带的改进方法主要是改善弹力绳的弹性和增加调节扣，方法简便但在一定程度上能够改善由口罩给耳部带来的压迫感，使得佩戴更为舒适。

4.2.2 罩面设计

口罩的贴合度指口罩罩面与脸部轮廓的紧密程度。口罩与人脸贴合不充分，空气中的颗粒物会从缝隙处进入人体呼吸道，口罩将失去过滤作用[69]。口罩与人脸贴合太过紧密，将刺激脸部皮肤，对面部造成压迫感，引起佩戴不适。

张弦[68]通过对目前市面上医用防护性口罩的总适合因数进行测试，得出影响口罩贴合性的关键因素主要为防护口罩滤材本身的过滤性能和口罩轮廓边缘与人面部的贴合度。目前国内的医用防护口罩大多是参照国外设计资料生产，根据西方人的脸型设计而成的，不符合中国人体要求的面部特征。产品尺寸的差异导致国内大部分医用防护口罩和人面部贴合度不足，使得防护口罩不能有效发挥其防护功能，同时还影响使用者的佩戴舒适性。随着医用防护口罩的研究深入，越来越多的国内学者致力于开发出符合中国人面部特征的医用防护口罩。

周小童等[70]对194个成人口罩相关的7个面部指标(鼻长、鼻宽、鼻深、形态面长、面宽、两耳屏间宽、两下额角间宽)进行测量统计，发现我国成人脸型多为小脸型，与目前市面上标准的大口罩不匹配。研究人员对频数最多的标准脸型进行头面逆向模型建立和口罩正向设计，设计的口罩更适合我国成人的脸型。王钰涵等[71]以天津地区脸型形态特征为例，设计符合人机工程学并且造型多样的口罩设计，实现了口罩与特定地区的人群脸型特征吻合，做到口罩与脸部紧密贴合。方雪娇等[72]通过分析面部特征数据，发现影响口罩贴合度的关键因素主要是颧骨间距、鼻中宽和鼻中高。根据这些关键因素，应用服装结构制图和立体剪裁工艺，设计出符合国人面部轮廓的贴合型防护口罩。对口罩进行主观测评发现，设计的新型贴合性口罩明显改善了呼吸侧漏、口鼻活动困难、口罩不够贴合面部等问题。

为实现医用防护口罩的紧密贴合性和佩戴舒适性，研究人员提出利用3D打印技术开发适合个人面部特征的口罩。Shaheen等[73]通过将立体摄影测量、计算机辅助设计和3D打印结合，开发了适应个人面部轮廓的防护口罩，与传统的标准防护性口罩相比，改善了口罩的贴合性和舒适性。

医用防护口罩的贴合度是佩戴者得到有效防护的前提，提高口罩的贴合性需要继续改进口罩设计，以保证口罩边缘尽可能贴合使用者的面部，并尽量增大口罩与面部间的空隙，以提高佩戴舒适性。此外，还可以将口罩边缘材料更换为更为柔软的材料以减少口罩对鼻梁和脸部的压迫。

5 结束语

随着人们对口罩功能性需求的增加，舒适性的改进也逐渐成为医用防护口罩设计中不可或缺的一部分。近几年国内外学者针对医用防护口罩的舒适性作了一些研究，但市面上还没有开发出真正意义上的兼顾防护性与舒适性的防护口罩。本文系统阐述了目前医用防护口罩佩戴过程出现的舒适性问题及影响佩戴舒适性的主要因素，并梳理了医用防护口罩舒适性的研究现状，从口罩滤材和结构设计2方面总结了舒适性改进的途径及特点，为医用防护口罩的设计和结构改进提供了一定的理论支撑和实践启示。未来产品开发中应从2个方面着手：一是加大对滤材的研发投入，将传统非织造织物材料与新型材料相结合，开发出能更好平衡高效与低阻的复合滤材；二是口罩的结构设计要符合人面部曲线，尽可能贴合人面部轮廓，并根据面部特征划分号型，以满足不同人群的舒适性需求。