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医用口罩过滤效率的秘密:驻极处理和驻极母粒

来自:艾邦高分子   2020-04-23   访问量:93   返回←

几天被口罩刷了屏,最开始几天企业纷纷要上口罩线,接下来口罩机厂商登场了,千家企业纷纷跟进,到了上周,发现口罩核心材料熔喷布才是硬通货。不少企业明白过来,已经是一吨难求。于是,各种产线、各种布料纷纷登场,如汽车配件厂的多组分无纺布改造成口罩熔喷布产线等。八仙过海,各显神通,但是检验口罩的几个重要指标,一个呼吸阻力,还有就是过滤效率。因为大家都希望口罩呼吸阻力小,过滤效率高,有效期长。


口罩过滤除了机械阻挡,还有静电吸附。纤维过滤材料就是一种处理污染,净化空气和水源的常用材料。其捕尘机理主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞、直接拦截等机械阻挡作用,但这种机械阻挡作用对粒径小于1μm以下的粒子过滤效果很差,不能起到净化作用。


如果除原有的机械阻挡作用外,在空气过滤的过程中增加静电吸附,依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获,或诱导中性微粒产生极性再将其捕获,就可以更有效地过滤气体载体相中的亚微粒子,大大增强过滤效率,而空气阻力却不会增加。这就是所谓的高效低阻过滤材料。驻极体材料恰好具有这一性质。


驻极体是指具有长期储存电荷功能的电介质材料,它所储存的电荷可以是外界注入的单极性真实电荷(或称空间电荷),也可以是极性电介质中偶极子有序取向而形成的偶极电荷,或者两类电荷同时兼有。


当熔喷法纤维从喷孔喷出纤维后,若受到带电质子如电子或离子的轰击,就可以使得熔喷法纤维基材成为驻极体;同样,当微纤维基材收集以后,使其受到电晕处理,也可使其成为驻极体。


有人说,如果没有口罩测试仪器,如何知道口罩的过滤效率?一个简单方法,就是看口罩靠近大腿时能否把长长的脚毛变得直立起来!驻极处理能够增加口罩静电吸附的能力,驻极母粒能够让静电保持时间久。下面我们就来了解下这两个概念。


(一):驻极处理


小编在网上没有查找到驻极处理的定义,但是所谓驻极处理就是让驻极体增加更多电荷的方法。驻极方法主要有静电纺丝法、电晕充电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击法等。下面这个就是常见的驻极处理设备:  


驻极体处理机是专为熔喷无纺布过滤材料提高过滤效率而设计的处理设备,由三部分组成:发生器主机、升压变压器和驻极处理架。处理机可组合在熔喷生产线上在线处理或对熔喷过滤材料成品独立处理,经处理机高压处理后能极大提高材料的过滤效率。驻极处理架结构形式可根据客户生产现场定制,整套设备能满足过滤材料的不同宽度、生产线速度的需要。产品具有多种保护功能,确保生产过程中的安全、可靠。


驻极设备现场图片(箭头为驻极处理设备架子和主机)


(二):驻极母粒


刚刚提到增加电荷可以靠驻极处理。而要让这个静电储存,那就要让材料成分和结构让驻极体有利于电荷保持。当然,在目前口罩流通速度下,静电的衰减不足虑(比如出厂后,半个月到用户),而正常的医疗口罩都是有效期6个月,而日本有些口罩有效期是三年。提高驻极体材料电荷储存能力的途径有两种方法:

1、通过提高材料的结晶度和机械变形,使材料的结构发生变化,形成细长的孔洞通道阻止电荷漂移。

2、通过引入具有电荷存储性能的添加剂来产生电荷陷阱捕获电荷。


所以,相对应两种方法,驻极母粒有两种类型:

1:改变PP材料的结晶度和机械变形,比如结晶相关的助剂。这里大家也可以理解为何熔喷的模头很重要,因为模头直接影响无纺布的微观形态。

电气石名称:电气石俗称碧玺、碧茜,又译为托玛琳,由于电气石具有热电性及压电性,容易因静电效应而带电,因而得名。


2:引入电荷存储,如加入纳米极的电气石母粒。因为这两种类型的驻极母粒在添加量、价格上有很大的区别。

电镜下PP熔喷无纺布的微观状态(未驻极处理)


(三)口罩过滤效率测试

传统本过滤效率测定方法是:采用美国TSI8130过滤效率测定仪测定,NaCl气溶胶粒子直径为0.26μm以下。

在一定条件下,雾化一定浓度的NACL溶液形成溶胶,测试溶胶经过过滤布过滤后的浓度。细菌过滤效率 Bacterial filtration efficiency (BFE) 按照这个计算:

BFE=(C-T)/C×100%

(式中C:阳性质控气溶胶浓度;T:测试样品气溶胶浓度)。

口罩过滤效率测试设备原理图:


目前很多熔喷布厂商未必有驻极处理设备,因为他们主要生产民用口罩;也有很多熔喷布厂商,是从别的产品过来的,压根都不知道有驻极处理这一个工艺。在口罩机、熔喷布火热之后,口罩相关测试仪、喷码、包装将成为热点.



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