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聚丙烯熔喷非织造布对油性颗粒物的过滤性能

发布时间:2021-11-13 15:20所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

摘要:对比了两种驻极聚丙烯熔喷布的形貌特征、透湿量、颗粒过滤效率、气流阻力等性能指标,结果显示:相比于电驻极熔喷布,水驻极熔喷布的内部具有更多大小不一的孔洞,透湿性能更好;同一流速下,预处理前后水驻极熔喷布的过滤性能更优;随流速增加,水驻极熔喷布过滤

  摘要:对比了两种驻极聚丙烯熔喷布的形貌特征、透湿量、颗粒过滤效率、气流阻力等性能指标,结果显示:相比于电驻极熔喷布,水驻极熔喷布的内部具有更多大小不一的孔洞,透湿性能更好;同一流速下,预处理前后水驻极熔喷布的过滤性能更优;随流速增加,水驻极熔喷布过滤效率下降较少;随层数增加,两种驻极熔喷布的过滤效率和气流阻力同时增大;随容尘时间增加,水驻极熔喷布对气溶胶颗粒的过滤效率下降较少,吸附量较多。综上所述,在新产品开发应用中,水驻极熔喷布具有更广泛的应用前景。

  关键词:聚丙烯熔喷非织造布;驻极方式;油性气溶胶颗粒;过滤效率;容尘能力

化学工艺论文

  2019年末新冠病毒(COVID-19)的爆发,促使人们增强了自我保护意识,在公共场合佩戴口罩已成为一种习惯,然而如何选择安全有效的口罩,是人们一直关注的问题。无论是一次性医用口罩、医用外科口罩、防护口罩还是民用口罩,其质量核心均在于内部使用的聚丙烯熔喷布。众所周知,聚丙烯熔喷布具有较大的比表面积和大小不一的孔隙,能吸附、捕获、阻隔固体颗粒物[1-2],从而具有高效率、低阻力[3]的优点,尤其对0.05~3μm大小的粉尘粒子具有突出的捕获能力[4]。根据国家标准、行业标准的要求,医用外科口罩、防护口罩、民用口罩的检测指标均包含了对颗粒过滤效率的要求。

  YY0469—2011《医用外科口罩》中提到,在气体流速为30L/min时,口罩对非油性颗粒过滤效率应不小于30%;GB19038—2010《医用防护口罩技术要求》中提到在气体流速为85L/min时,1级口罩对非油性颗粒过滤效率应不小于95%;GB2626—2019《呼吸防护自吸过滤式防颗粒物呼吸器》中提到在气体流速为85L/min时,KN95口罩对油性、非油性颗粒过滤效率均应不小于95%。

  LI等[5]指出碳纳米管对盐性、油性气溶胶颗粒的过滤效率不同,这是由于两者的过滤机制不同。方梦珍等[6]指出纳米纤维膜对盐性、油性气溶胶颗粒的过滤效率及作用机制不同。目前,学者们对过滤材料对非油性颗粒的过滤效率及作用机制进行了大量研究,但对油性颗粒物的研究还不是很多。本试验通过电晕放电法、纯水喷射法制备了电驻极聚丙烯熔喷布和水驻极聚丙烯熔喷布,探讨了两种驻极熔喷布的形貌特性、透湿性能、对油性颗粒物的过滤效率和容尘能力等性能指标。

  1试验

  1.1主要原料

  改性聚丙烯粒料:熔融指数(150±10)g/min,熔点160~170℃,山东道恩集团有限公司生产。

  1.2样品的制备电晕放电法制备的聚丙烯熔喷布(以下称电驻极聚丙烯熔喷布)的工艺流程。将改性聚丙烯粒料添加到生产设备的进料槽,经过熔融、挤出、牵引、施加高压、缠绕工序形成电驻极聚丙烯熔喷布。纯水喷射法制备的聚丙烯熔喷布(以下称水驻极聚丙烯熔喷布)的工艺流程。将改性聚丙烯粒料添加到生产设备的进料槽,经过熔融、挤出、牵引、缠绕工序形成未驻极的聚丙烯熔喷布;将未驻极的聚丙烯熔喷布装载到驻极设备上,通过设备自带的高压喷嘴装置将纯净水喷射到聚丙烯熔喷布上进行纯水驻极,再经过高温、缠绕,最终形成水驻极聚丙烯熔喷布。

  1.3仪器美国TSI公司8130-A型自动滤料检测仪,德国卡尔·蔡司(CarlZeiss)公司ZEISSEVO18型扫描电子显微镜,宁波纺织仪器厂电脑式织物透湿仪,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司电子天平。

  1.4性能测试

  采用面密度为25g/m2的驻极聚丙烯熔喷布进行以下测试。

  1.4.1形貌表征采用扫描电子显微镜,对不同驻极方式的聚丙烯熔喷布进行容尘试验前后的形貌表征。

  1.4.2透湿量测试采用电脑式织物透湿仪,对不同驻极方式的聚丙烯熔喷布进行透湿量测试。

  1.4.3过滤性能测试采用8130-A型自动滤料检测仪,用油性气溶胶颗粒(油性气溶胶质量浓度为70mg/m3)进行以下测试:(1)对不同驻极方式的聚丙烯熔喷布进行预处理,测试预处理前后的颗粒过滤效率及气流阻力;(2)气体流速为10、20、30、40、50、60、70、85、95、100L/min时,测试不同驻极方式的聚丙烯熔喷布的颗粒过滤效率及气流阻力;(3)气体流速为85L/min时,测试不同驻极方式的聚丙烯熔喷布在1~5层时的颗粒过滤效率及气流阻力;(4)气体流速为85L/min时,测试不同驻极方式的聚丙烯熔喷布的容尘能力并测试颗粒过滤效率及气流阻力随时间的变化。

  2结果与讨论

  2.1微观形貌两种不同驻极方式的聚丙烯熔喷布容尘试验前后的扫描电镜照片。相比于电驻极熔喷布,水驻极熔喷布内部存在更多大小不一的孔洞,可以负载更多的气溶胶颗粒物。在进行170min的容尘试验后,两种不同驻极方式的聚丙烯熔喷布表面及内部均被气溶胶颗粒覆盖;对容尘后的聚丙烯熔喷布进行称重,水驻极熔喷布质量增加0.92g/100cm2,电驻极熔喷布质量增加0.56g/100cm2,因此相比于电驻极熔喷布,水驻极熔喷布内部负载了更多的气溶胶颗粒物,过滤性较好。

  2.2透湿量对两种不同驻极方式的聚丙烯熔喷布在温度38℃、湿度90%的条件下进行透湿量测试,结果显示:水驻极聚丙烯熔喷布的透湿量为8619g/(m2·d),电驻极聚丙烯熔喷布的透湿量为7231g/(m2·d)。同理,这可能与水驻极聚丙烯熔喷布内部具有更多孔洞有直接关系。

  这可能是由于油性气溶胶颗粒物本身不带电,且以液体形式存在,在进行容尘试验时,油性气溶胶颗粒易渗透进入聚丙烯熔喷布,沉积在纤维表面,过滤效率开始下降。随着容尘时间的延长,气溶胶液体慢慢聚集起来,形成液膜,堵住纤维通道,过滤效率依然下降,气流阻力逐渐增大。最终聚丙烯熔喷布表面及内部被气溶胶覆盖完全,达到饱和状态,过滤效率基本保持平衡。

  3结语

  (1)相比于电驻极聚丙烯熔喷布,水驻极聚丙烯熔喷布内部存在更多大小不一的孔洞,气流阻力较低;容尘试验结束后,水驻极熔喷布负载的颗粒物较多,过滤性能较好。(2)相比于电驻极聚丙烯熔喷布,水驻极聚丙烯熔喷布的透湿性能更好。(3)当气体流速为85L/min时,预处理前后,水驻极聚丙烯熔喷布的过滤效率及气流阻力均优于电驻极聚丙烯熔喷布,且预处理后,水驻极聚丙烯熔喷布的颗粒过滤效率下降幅度较小。

  (4)当气体流速由10L/min增至100L/min时,气溶胶颗粒物的过滤效率逐渐降低,气流阻力逐渐增大,且水驻极聚丙烯熔喷布的颗粒过滤效率下降幅度较小。(5)当叠加层数由1层增至5层时,气溶胶颗粒物的过滤效率和气流阻力同时增大,且相同层数下,水驻极聚丙烯熔喷布的过滤效率和气流阻力均优于电驻极聚丙烯熔喷布。(6)随着容尘时间的增加,两种不同驻极方式的聚丙烯熔喷布的气流阻力直线上升,气溶胶颗粒的过滤效率逐渐下降。

  参考文献

  [1]BENNETTA.Standardsandtesting:Meetingstandardsinfiltermedia[J].FiltrationandSeparation,2012,49(2):22-25.

  [2]朱锐钿,张鹏.聚丙烯熔喷非织造过滤布容尘过滤特性研究[J].产业用纺织品,2012,30(1):20-23.

  [3]武松梅,袁传刚.非织造布材料孔径与过滤性能关系的研究[J].产业用纺织品,2010,28(1):12-14.

  [4]肖慧明,谢文虎,陈钢进.熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶的过滤性能及过滤机理研究[J].功能材料,2013,44(7):936-939.

  作者:姬苏倩1,2,朱政辉3,4,张菁1,2

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《聚丙烯熔喷非织造布对油性颗粒物的过滤性能》

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