熔噴空氣過濾材料的靜電消除效果研究

熔噴空氣過濾材料的靜電消除效果研究

近年來，我國污染日益嚴(yán)重，對(duì)人民健康產(chǎn)生了重大威脅。使用各種預(yù)防藥物可以減少污染物對(duì)人體的損害。聚丙烯熔噴空氣過濾材料對(duì)于空氣中的粒子、粉塵的過濾主要依靠機(jī)械攔截和靜電吸附作用,特別是經(jīng)過駐極處理后,能大幅提高其過濾效率,且可保持低呼吸阻力。然而,當(dāng)濾材暴露于某些環(huán)境下,例如燃燒生成的粒子或油霧中,濾材的電荷可能被中和,致使過濾性能下降,影響其防護(hù)效果。為了證實(shí)特殊環(huán)境對(duì)駐極處理的空氣過濾材料過濾效率的影響,歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN779中規(guī)定,除了測(cè)試過濾材料正常情況下的過濾效率外,還要測(cè)試經(jīng)異丙醇(IPA)處理使靜電全部消除后的過濾材料的過濾效率。陳鋼進(jìn)等人1試驗(yàn)和表現(xiàn)1.1面密度及溶劑原料:PP熔噴空氣過濾材料(宣城廣能非織造有限公司),面密度14.7g/m溶劑:蒸餾水,異丙醇(分析純),丙酮(分析純),乙醇(75%)。1.2材料的熔噴過濾材料的制備溶劑浸泡試驗(yàn)采用4種溶劑:蒸餾水、乙醇、丙酮和異丙醇。在不同處理時(shí)間(6h、12h)和加熱溫度(常溫、30℃、60℃)條件下,將裁剪好的熔噴過濾材料(20×60cm)分別浸入4種溶劑中。試驗(yàn)條件及樣品編號(hào)見表1,未處理的熔噴過濾材料由字母E表示。1.3過濾性能及呼吸阻力的測(cè)試采用Hitachi的S4800型SEM掃描電鏡觀察溶劑浸泡前后熔噴空氣過濾材料的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)和纖維表面形態(tài),并通過日本日立公司的分析軟件測(cè)量纖維的平均直徑。采用PMICFP-1100AI型孔徑分析儀測(cè)試材料孔徑。該儀器原理是通過泡點(diǎn)法測(cè)試過濾材料的孔徑特征。試樣經(jīng)已知表面張力的潤濕劑充分浸潤后放入試樣室,氣體在壓力作用下分別通過試樣干態(tài)和濕態(tài)時(shí)的毛細(xì)孔,通過計(jì)算氣體通過試樣時(shí)的壓力和氣流變化,分析和計(jì)算試樣的孔徑及其分布。采用TSI8130型自動(dòng)濾料測(cè)試儀測(cè)試復(fù)合材料的過濾效率和呼吸阻力。所用NaCl氣溶膠顆粒的質(zhì)量中值直徑為0.26μm,流量為32L/min。測(cè)試條件滿足美國職業(yè)安全與健康局對(duì)呼吸器的測(cè)試要求,其技術(shù)規(guī)格也完全滿足GB2626—2006《呼吸防護(hù)用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器》中對(duì)過濾效率的測(cè)試要求。過濾效率的計(jì)算是通過測(cè)量過濾材料兩端顆粒物質(zhì)量濃度得到顆粒物穿透率k,從而得出過濾效率η,計(jì)算公式見式(1)2結(jié)果與分析2.1熔噴過濾材料的形態(tài)圖1為樣品E、A結(jié)果顯示,在溫度為60℃時(shí),在4種不同溶劑中浸泡12h后,熔噴過濾材料的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化,纖維表面形態(tài)沒有損傷。由此可見,溶劑浸泡試驗(yàn)過程對(duì)熔噴空氣過濾材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)沒有影響。2.2熔噴材料的孔徑樣品E、A由于熔噴工藝屬于非穩(wěn)態(tài)紡絲過程,因此纖維直徑分布離散度大,纖維排列欠均勻,不同位置的熔噴材料平均孔徑有一定差異?？讖綔y(cè)試結(jié)果顯示,溶劑浸泡前后樣品的平均孔徑有差異,但是差異很小,平均孔徑在16~19μm,可能是由于測(cè)試取點(diǎn)位置不同造成的。由此可見,本試驗(yàn)所用的溶劑、溫度和處理時(shí)間均不會(huì)破壞熔噴過濾材料的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)。2.3壓力測(cè)試用溶劑浸泡法對(duì)熔噴空氣過濾材料進(jìn)行靜電消除處理后,測(cè)試樣品過濾性能的變化,NaCl氣溶膠的流量均設(shè)定為32L/min,每個(gè)樣品測(cè)試3個(gè)點(diǎn),取平均值。熔噴過濾材料處理前后過濾性能見表3。由表3可見,未經(jīng)處理的熔噴空氣過濾材料的過濾效率為96.36%,呼吸阻力為2mmH2.3.1過濾效率的變化不同加熱溫度下溶劑浸泡對(duì)樣品過濾效率的影響見圖2。圖2中,A、B、C、D所使用的溶劑分別為蒸餾水、乙醇、丙酮和異丙醇,加熱溫度分別為常溫、30℃、60℃。由圖2可見,處理之前,4種材料的過濾效率均為96.36%。隨著處理溫度的升高,經(jīng)4種溶劑處理后的熔噴過濾材料的過濾效率均呈下降趨勢(shì)?？梢?溫度越高,靜電消除效果越好。由于常溫和30℃之間溫度差異較小,因此4種溶劑處理后的過濾效率差異并不大;但是當(dāng)加熱溫度提升到60℃時(shí),熔噴過濾材料的過濾效率明顯降低。在處理6h后,4種溶劑中,乙醇處理的熔噴材料過濾效率下降程度高于其他3種溶劑?？梢娫?h內(nèi),乙醇的靜電消除效果較明顯。當(dāng)處理時(shí)間延長至12h,即便是溫度差異較小的常溫和30℃處理,過濾效率也有較大差異。而且丙酮和異丙醇處理后的熔噴材料過濾效率下降較快;當(dāng)溫度大于30℃時(shí),兩者過濾效率均低于乙醇?？梢?當(dāng)處理時(shí)間延長后,丙酮和異丙醇的靜電消除效果加強(qiáng),且不同溫度之間靜電消除效果差異較大。2.3.2加熱溫度和時(shí)間圖3為經(jīng)4種不同溶劑處理6h和12h后的熔噴材料的過濾效率變化。在相同溶劑和加熱溫度條件下,處理時(shí)間越長,過濾效率越低,4種溶劑的變化趨勢(shì)一致。由此可見,處理時(shí)間越長,即溶劑對(duì)熔噴過濾材料的作用時(shí)間越長,溶劑分子對(duì)熔噴聚丙烯材料的溶脹作用就越強(qiáng),從而造成更多的靜電荷散失,導(dǎo)致過濾效率進(jìn)一步下降。2.3.3乙醇、丙酮和異丙醇對(duì)熔噴材料去靜效果的影響如圖2所示,經(jīng)不同的溶劑浸泡后,熔噴材料的去靜電效果差異較大。4種溶劑中,水溶劑的去靜電效果最差,當(dāng)常溫浸泡6h后,過濾效率只下降了2%左右。可見,蒸餾水浸泡對(duì)熔噴纖維中的靜電荷沒有太大影響,而當(dāng)加熱到60℃后,最多也只降到89.49%。乙醇、丙酮和異丙醇對(duì)熔噴材料去靜電效果較明顯,在浸泡6h的條件下,4種溶劑中,經(jīng)乙醇處理的熔噴材料過濾效率下降程度均高于其他3種溶劑,其次是丙酮溶液,而經(jīng)異丙醇溶液處理后的效果稍差;但當(dāng)溫度上升到60℃時(shí),經(jīng)異丙醇溶液處理后的過濾效率急劇下降,介于丙酮和乙醇之間。當(dāng)浸泡時(shí)間為12h時(shí),經(jīng)異丙醇和丙酮處理后的熔噴材料過濾效率下降較快?？梢?當(dāng)處理時(shí)間延長后,丙酮和異丙醇的靜電消除效果有所加強(qiáng)。其中,當(dāng)處理時(shí)間為12h、加熱溫度為60℃時(shí),異丙醇處理的熔噴材料的過濾效率僅為34.27%,為本次試驗(yàn)過濾效率最低值,與試驗(yàn)前未經(jīng)處理的熔噴過濾材料的過濾性能相似,基本消除了熔噴過濾材料中的靜電荷。3熔噴過濾材料的靜電消除效果經(jīng)溶劑浸泡后的PP熔噴空氣過濾材料的過濾效率有不同程度的下降,但并未破壞熔噴過濾材料的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)和纖維表面形態(tài)。因此,各種處理?xiàng)l件下的熔噴過濾材料的呼吸阻力基本不變。在相同溶劑浸泡條件下,隨著加熱溫度和處理時(shí)間的增加,過濾效率呈下降趨勢(shì)?？梢?溫度和處理時(shí)間均能影響熔噴過濾材料的靜電消除效果。在