口罩、熔喷布和PP驻极母粒

时间：2020-06-10 作者：91再生 来源：91再生网

　　2020年初新冠病毒就像一场突如其来的风暴席卷了全球各个国家。防疫成为了我们当务之急，新冠病毒传染性非常强，戴口罩是预防病毒传染的最有效的途径没有之一。

 

　　中国是全球最大的口罩生产国和出口国，2019年我们的口罩每天的产量是2000万只，全球一共四千万只，我们占了全球50%的产能。而今天，我们口罩的生产量达到了每天两亿只以上，口罩需求量的激增造成了我们口罩产业链井喷式的增长，各个行业的各种各样的企业都进入到口罩生产的这样一个领域里面。

 

　　相信很多人在2020年之前可能都不知道什么是熔喷布，什么是驻极处理什么是驻极母粒，因为大家并不太关注口罩。而随着口罩产业的急速增长，很多新朋友都进入到口罩生产这个领域当中。

 

　　从目前疫情情况来看，经历这次疫情之后人们的防疫防护意识增强，我们口罩行业也可能会是一个长期、长足的发展的过程，为了使我们口罩以及相关领域能够更平稳有序高质量的发展，我们有必要对它用一种专业、科学的态度去了解，去研究它。

 

　　口罩的分类

 

　　首先看一看口罩的分类，口罩分为普通纱布口罩、日用防护型口罩、工业防尘口罩以及医用口罩，普通的纱布口罩防寒保暖透气性比较好，能够阻挡一些灰尘，

 

　　日用防护型口罩主要是防PM2.5、花粉等等这些东西，工业防尘口罩它主要是隔离在工业生产过程当中的粉尘等东西，是起到一个职业防护的保护作用。

 

　　而在口罩分类当中只有医用口罩中的医用外科口罩以及医用防护口罩才能够对空气当中的细菌、病毒进行有效的阻隔。

 

　　我国对医用外科口罩的技术要求

 

　　根据我们国家对于医用外科口罩的技术要求，主要有几个方面：

 

　　第一个，口罩的空气阻力要小。也就是说我们戴着口罩以后不会喘不过气来，透气性要好；

 

　　第二个也是核心的一个，就是对细菌的过滤。细菌过滤率要高，不能让细菌进入到我们身体当中；

 

　　第三个，就是时效性和有效期较长。也就是我们对细菌过滤率这个指标要能够长期的保持。这三个技术要点跟驻极体、驻极处理以及驻极母粒息息相关。

 

　　什么是驻极体、驻极处理、驻极机？

 

　　驻极体就是能够长期的储存电荷的一种电介质。我们的聚丙烯纤维就是一种典型的驻极性材料，非常适合于作为我们过滤材料。

 

　　用聚丙烯材料通过熔喷工艺成为熔喷布，就是口罩当中最核心的过滤层。做成熔喷布以后就会对熔喷布进行驻极处理，给熔喷布施加静电，让纤维表面带电，从而能够捕捉空气当中的微粒提高过滤效率。驻极处理就是让我们的驻极体增加更多电荷的这样一个过程。

 

　　驻极处理一定会有驻极的设备，这就是我们的驻极机或者是静电发生器。大型的熔喷机，它的宽幅在1米2以上，会用驻极机去对它进行电处理，一般的电压是在6万到12万伏特。而一些小型的这个熔喷设备，比如说65机，我们会采用一些50到60级KV的静电发生器去对他进行电处理。

 

　　过滤材料及过滤结构

 

　　接下来再看看我们的过滤材料，它到底是一种什么样子的呢?它的结构是一种什么状态呢?

 

　　我们看一下这张图，这张就是我们的溶喷布在高倍的显微镜下面的结构示意图。

 

　　大家可以看到在这张图上熔喷布它是一种多层纵横交错的一种网状结构。这种网状结构它的纵横是一种随机的无序的排列，这就使熔喷布中间的纤维纤维网中有大量的微小的空隙。

 

　　同时这种随机分布又使得熔喷布的空气进入的时候是一种多弯曲型的这种通道，弯弯曲曲的不是规整的直上直下，这种特点就造成了我们空气当中的微粒颗粒物与熔喷纤维进行碰撞而被阻截的概率大大的提高。

 

　　熔喷纤维的过滤机理

 

　　熔喷纤维过滤空气中颗粒物的过滤机理到底是什么样的呢？它过滤空气当中的颗粒物主要有两种方法，第一种是机械阻隔，第二种是静电吸附。

 

　　所谓的机械阻隔就是利用颗粒物的布朗运动惯性碰撞进行拦截，用机械性的方式把颗粒拦截掉，但是这种方式对于颗粒粒径小于一个微米以下的这种颗粒的过滤效果就非常差。

 

　　而典型的病毒的颗粒的大小在0.02~0.2微米之间，新型冠状病毒颗粒大小在0.1微米，显然利用机械阻隔的方式是拦不住这些微小颗粒。

 

　　要使这种病毒细菌能够被口罩拦截，就需要第二种过滤方式，也就是静电吸附。

 

　　细菌、病毒表面都带有电荷，静电吸附就是通过口罩上的电荷，利用库仑力作用，将病毒、细菌吸附，从而能够有效地防止这种小颗粒进入的人体。口罩能够有效的阻挡细菌和病毒，主要靠的是静电吸附。

 

　　什么样的材料适合做熔喷布？

 

　　我们刚才说过聚丙烯材料，它经过熔喷形成一种超细的纤维，那么就需要聚丙烯材料具有很高的流动性，熔喷料熔融指数达到1500以上才能去进行熔喷，那样喷出来的丝才会更细。

 

　　前一段时间熔喷料非常紧张价格非常高，有一些朋友可能会去选择一些低熔指的材料，比如说S2040等等这种材料去进行熔喷，那么可想而知，这样做出来的熔喷料品质肯定达不到标准的要求。

 

　　因为聚合物的分子量越低熔融指数越高，熔体的粘度越低，这样的材料才更适合去做熔喷，熔喷出来的熔喷布品质更好，才能够对病毒起到吸附作用！

 

　　熔喷布的生产工艺方法

 

　　熔喷料生产工艺的主要有两种，第一种就是以茂金属催化的一体化聚合反应。该方法是通过PP（聚丙烯）的单体聚合而成的一步法材料，通过控制它的分子量而达到技术参数要求。该方法聚合而成的熔喷料分子量分布比较窄，熔融指数波动比较小比较均匀。

 

　　另一种工艺方法就是用过氧化物去将一些低熔指的聚丙烯材料断裂、降解，使它形成高流动性的熔喷料。

 

　　相对于聚合型的熔喷料来说，过氧化物做的熔喷料分子量分布比较广，它的结晶和反应有可能不充分，气味也比较大，熔融指数的波动也比较大，抗老化的性能也比较差。

 

　　反映到我们熔喷工艺上面就会出现堵模头，做出来的熔喷布气味大、易脆、抗老化性差，做出来的丝可能粗细不均匀。

 

　　我们通过聚合法和过氧化物降解法做出来熔喷布抗老化对比实验。样品1是过氧化物降解法做的熔喷料，样品2是聚合法做的熔喷料。

 

　　这两种材料都是我选用国外的大牌的产品，就算是这样的一个大牌产品也能够看出我们的过氧化物降解法和聚合法生产熔喷布差异还是很大的，通过测试结论可以看出前者抗老化性明显不如后者。

 

　　什么是N95口罩？

 

　　在规定的条件下面金黄色葡萄球菌的气溶胶过滤率达到95%以上，只有达到这个标准的口罩，才能有效地对细菌病毒进行防护，这就是N95口罩的概念的由来。

 

　　怎么样才能做到细菌过滤率达到95%甚至是99%以上呢？那就需要用好的熔喷料，最好是用聚合法生产的熔喷料，因为它喷出的丝更细更均匀，让熔喷纤维有更大的比表面积吸附更多的电荷。另外也需要好的熔喷设备和熔喷工艺，同时有足够的电压施加静电。

 

　　那么有了好的熔喷料、熔喷设备、熔喷工艺就能够做成N95的口罩吗?答案不完全，因为有机材料上面电荷的衰减非常的快，它的时效性很短！

 

　　刚刚做出来的熔喷料检查合格，但是过了一段时间以后再去检测却达不到标准，这个时候就需要驻极母粒上场！

 

　　PP驻极母粒的作用

 

　　熔喷料进行驻极处理时候，在没有驻极母粒参与下，熔喷纤维上面的电荷呈现不规则的排列分布，所以造成它电场矢量非常低，而有驻极母粒当中电荷引发剂参与的前提下会显著提高电场矢量，能够长久的形成一种稳定的电场电压。所以我们说驻极母粒就是熔喷布的“蓄电池”。

 

　　有的朋友可能会问加了助剂母粒以后的熔喷布是不是就能达到95%甚至更高的过滤效率呢？

 

　　这个问题问的不够全面。因为刚才我们说了做成一款好的高品质熔喷布，与材料、熔喷工艺、电压等等都有关系，所以N95这个标准的达到与驻极母粒没有一种必然的关系。

 

　　驻极母粒最大的作用就是帮助我们达到N95标准的这种熔喷布储存电荷，延长它的有效期！比如说，我们国家对新能源车有一个技术标准的要求，续航里程，那就需要一个高效的持久的蓄电池不断的提供电能才能达到要求。给熔喷布做驻极处理，就相当于我们给熔喷布在充电，储存更多的电荷，驻极母粒就是我们熔喷布的蓄电池！

 

　　日本N95口罩有效期要长达三年！所以这就需要高品质的驻极母粒给予他这样的一个能力，三年依然保持那么好的细菌阻隔效率。

 

　　有机驻极母粒和无机驻极母粒

 

　　驻极母粒的核心材料就是电荷引发剂，根据电荷引发剂种类的不同，我们可以把现在市场上驻极母粒分为两大类：一类就是有机类的驻极母粒，一类就是无机类的驻极母粒。

 

　　有机类的驻极母粒外观透明，看起来很漂亮，过滤网性能各方面都非常的好，但是它也存在的一些缺点就是静电场极其的不稳定，会造成这个率效的不稳定，还有有机材料上面的电荷的衰减也会造成这个率效的衰减，到目前为止还没有发现一款有机材料的电荷引发剂能够对电荷储存三个月以上而不衰减！

 

　　而无机材质的电荷引发剂在最终产品当中达到1%含量的时候，它对电荷的储存能力就可以达到12个月以上不衰减，所以无机驻极母粒还是被公认为最有效的产品。

 

　　那么无机驻极母粒里面主要成分是什么?它的电荷引发剂就是电气石粉！

 

　　电气石

 

　　电气石是电气石族类矿物的总称，是一种环状硅酸盐矿物，我们常常可以听到锂电气石、铝电气石、铁电气石等等。

 

　　电气石具有自放电性、预热放电性、负离子释放、远红外等等特性。因为电气石在环境温度、压力发生变化以后，其晶体结构里面的带电粒子会发生位移，正电荷负电荷的中心会发生分离，造成电气石的两极形成了一个静电场，也就是带有极性。

 

　　由于电气石晶体结构的不同，以及里面所含的原子和离子的不同，它的这些物理性能会发生非常大的变化，不同的电气石它的物理性能是完全不同！

 

　　有很多的驻极母粒都是用电气石去做，但是不同的驻极母粒储存电荷的能力差异却是非常大。因为不同的电气石组分不同、生产过程中配方也不同！并不是说只要是电气石做的驻极母粒都是一样的！

 

　　举一个例子，很多物质都是碳原子构成的，如石墨、炭黑、金刚石等，因为结构的不同造成功效完全不同，价格也会有巨大的差异。电气石粉末优异的物理性能会随着它粉体颗粒的减小而有增强的趋势，这就是我们所说的小尺寸效应！所以，我们就拼命地会想着把电气石粉末颗粒做到更小。

 

　　但是这里面就有一个问题，因为分子之间还存在着一种范德华力，当你把电气石粉末做到很小的时候，微小的粉粒之间它们会相互吸引，会再一次的聚在一起，更多的小颗粒聚集在一起反而会形成一种大的团聚体，反映到材料上面就会造成纤维表面形成的电荷不均匀，因为电气石分散的不均，所以我们要对电气石粉进行表面改性。

 

　　电气石粉进行表面改性的过程

 

　　首先，我们用气流磨对它进行粉碎做到纳米尺寸。

 

　　同时，为了减少小尺寸粉末表面的吸附，我们还要对颗粒的表面去进行有机的包覆，所以驻极母粒的生产过程就是怎么把这种粉体进行处理。

 

　　然后，通过挤出设备让纳米级的电气石粉均匀的分散在载体材料上面，从而能够使我们的熔喷纤维上面均匀附着电气石粉释放储存电荷，做出来的熔喷料就拥有很强的静电吸附作用，能很好的对病毒、细菌起到过滤作用。

 

　　最后，当经过驻极处理的熔喷布生产完成以后，它的表面是长期带电荷。但是因为我们环境当中的水分会使得电荷下降造成过滤功效的衰减，所以做好的熔喷布以及做好的口罩都要有一个什么比较好的储存方式和好的运输方式。

 

　　我们建议生产完以后可以真空密封包装，防止水分的侵袭，这样就能够使熔喷布、口罩能够更长久的保持对细菌、病毒的吸附作用。