聚丙烯纖維布的駐極充電

科學(xué)家卡爾·齊格勒（Karl Ziegler）和居里奧·納塔（Giulio Natta）因為配位聚合催化劑的貢獻和等規(guī)聚丙烯的合成等工作，于1963年獲得了諾貝爾化學(xué)獎，此時，距離醫(yī)用滅菌式紗布口罩的誕生已經(jīng)過了68年。盡管如此，也要等到15年之后，現(xiàn)代口罩中使用的聚丙烯熔噴布駐極體才被目前防護領(lǐng)域知名的3M公司發(fā)明出來，并申請了專利（U.S. Patent No. 4,215,682.）。1981年，3M公司第一次將該材料用于空氣凈化領(lǐng)域（U.S. Patent No. 4,462,399.），而后又申請了口罩相關(guān)的諸多專利（U.S. Patent No. 4,807,619；U.S. Patent No. 4,729,371.）。這也奠定了現(xiàn)代口罩以聚丙烯熔噴布（駐極體）作為核心過濾層的技術(shù)基礎(chǔ)，而后淘汰取代了無菌紗布口罩。

我們已經(jīng)知道了聚丙烯口罩中電荷的重要性，那口罩中的靜電荷可以保持多久呢？靜電我們并不陌生，冬季天氣干燥的時候脫毛衣就會看到靜電引起的小火花，可是毛衣上的靜電會很快地消失掉，不能長時間存在，這樣的靜電荷是不能用在口罩中的。口罩中的電荷是由駐極體提供的，那什么是駐極體呢？其實駐極體的概念非常簡單，通俗的講，只要能長時間儲存電荷的材料或物質(zhì)就可以認為是駐極體。

從1919年第一個人工駐極體制備出來之后（駐極體. 2001.科學(xué)出版社），相繼發(fā)現(xiàn)了很多優(yōu)秀的駐極體材料，其中就有量大面廣的石油化工產(chǎn)品聚丙烯。工業(yè)生產(chǎn)中，一般使用電暈駐極的辦法給聚丙烯熔噴布注入電荷，如圖10所示（RSC Advances 2018, 8 (15), 7932-7941.），注入其中的電荷在常溫下會非常持久的待在熔噴纖維里面。聚丙烯纖維中的電荷主要分成兩種，一種是比較容易跑掉的電荷，70℃左右就會跑掉，另一種是在材料中比較穩(wěn)定的，這部分電荷就需要達到100℃以后才會慢慢的跑掉（physica status solidi (a) 1987, 100 (1), 143-147；Journal of Physics D: Applied Physics 1993, 26 (4), 690-693）。好的駐極熔噴布，重要的特征是電荷在高溫下還相對穩(wěn)定。因為電荷有正負之分，所以駐極的時候可以使用正電壓駐極也可以是使用負電壓駐極，但是實驗結(jié)果表明，負電壓駐極后的電荷更加穩(wěn)定（IEEE Transactions on Electrical Insulation 1992, 27 (5), 924-943；Journal of Electrostatics 2007, 65 (10), 667-671.），所以一般工業(yè)生產(chǎn)中都是用負電壓駐極。在負電荷駐極的工藝中，注入到聚丙烯中的電荷以碳酸根離子和氧負離子為主（駐極體. 2001.科學(xué)出版社；IEEE Transactions on Electrical Insulation 1992, 27 (5), 924-943.）。

注入到聚丙烯中的電荷儲存時間和聚丙烯材料的結(jié)晶程度有很大的關(guān)系，結(jié)晶度越高，注入的電荷越多，電荷也越穩(wěn)定。有研究人員用容易結(jié)晶的等規(guī)聚丙烯和不結(jié)晶的無規(guī)聚丙烯以不同比例進行混合，發(fā)現(xiàn)等規(guī)聚丙烯越多，電荷在常溫下的儲存時間越長，甚至儲存時間高達290天時，表面電勢也只衰減了10%左右。

標簽：口罩靜電添加