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 医用口罩中“关键先生”——驻极母粒和驻极工艺的二三事!

 发布时间:2020/6/10 15:06:59   信息来源:DT新材料
自新冠疫情以来,口罩成为了全民外出必备的用品。而病毒防护口罩主要有医用外科口罩和N95口罩。国家YY 0469-2004《医用外科口罩技术要求》标准规定,医用外科口罩须达到的重要技术指标包括过滤效率、细菌过滤效率和呼吸阻力。
1.过滤效率:在空气流量(30±2)L/min条件下,对空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm氯化钠气溶胶的过滤效率不低于30%;
 2.细菌过滤效率:在规定条件下,对平均颗粒直径为(3±0.3)μm的金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率不低于95%;
 3.呼吸阻力:在过滤效率流量条件下,吸气阻力不超过49Pa,呼气阻力不超过29.4Pa。
      而给这两种口罩带来病毒过滤作用的主要材料就是内层过滤布——熔喷无纺布。熔喷无纺布主要材质是聚丙烯,是一种超细静电纤维布,可以捕捉粉尘。含有肺炎病毒的飞沫靠近熔喷无纺布后,会被静电吸附在无纺布表面,无法透过。

(图片来自网络)

      不过需要指出的是熔喷布本身的过滤性能只有70%以下,纯粹靠荣熔喷超细纤维的机械阻挡是无法满足使用要求。虽然增加材料的克重可以进一步提升过滤性能,但这也会大大增加过滤阻力,影响佩戴者的体验。因此,熔喷过滤材料普遍都会通过静电驻极的工艺对熔喷布添加静电电荷,利用静电作用吸附0.3微米的病毒颗粒物,提升过滤效率,达到99.9%以上,即达到KN95标准以上。

(图片来自网络)

【驻极母粒】
      在静电存储和电荷保持过程中,驻极母粒的添加起到了至关重要的作用。驻极母粒一般以聚丙烯为基材,使专用助剂(比如电气石粉、氟化合物等)在母料中达到了均匀分散。它的神奇之处就在于添加少量的驻极母粒(一般0.5%-3%),就能增加熔喷无纺布中电荷捕集能阱的密度和深度,有效释放负离子和储存电荷,达到提高熔喷无纺布的综合滤效和抗热衰减的性能的目的。使其在同等纤维细度和克重的情况下,降低无纺布产品阻力,同时提高无纺布产品滤效。
      现在市面上销售的驻极母粒主一般有三种:电气石法生产、气硅法生产以及含氮化学物脂肪酸类,如下图(供参考):


【驻极工艺】
      空气过滤材料的静电驻极方法主要有电晕充电、摩擦起电、静电纺丝、热极化和低能电子束轰击。其中电晕充电法是工业生产中应用最广泛的方法。该方法利用一个均匀电场引起空气局部击穿的电晕放电产生离子束轰击电介质,并使离子电荷沉积于电介质中,材料便带上电荷。

      通常采用电晕充电对熔喷聚丙烯非织造材料进行驻极处理。充电电压、充电时间、充电距离和环境湿度等对空气过滤材料所带静电荷的稳定性起到很大影响。其中,充电电压对样品的驻极效果影响最明显,其次是环境湿度和充电距离,充电时间对样品的驻极效果影响最小。

(图片来自网络)