駐極體空氣過濾材料靜電駐極方法論文

導語：駐極體空氣過濾材料靜電駐極方法論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：駐極體空氣過濾材料是利用靜電力作用捕集塵粒，具有過濾效率高、阻力小和抗菌等優點。因此，近二、三十年來在生命科學和臨床醫學及環境凈化工程等方面得到廣泛應用。與此同時，靜電駐極方法及工藝也獲得了長足的進展。目前的駐極方法主要有靜電紡絲法、電暈放電法、摩擦起電法、熱極化法、低能電子束轟擊法等。本文在對現有的駐極方法（工藝）進行全面對比的基礎上，提出了既能很好地滿足空氣過濾的要求又符合我國目前經濟技術條件的駐極方法，同時也對駐極體空氣過濾材料的選擇作了一些探討。最后指出了駐極體空氣過濾材料的靜電駐極方法及其材料選擇的發展方向。

關鍵詞：駐極體空氣過濾材料靜電作用靜電駐極方法過濾性能

0前言

目前，全球的環境日益惡化，與人類息息相關的空氣環境更是如此，已經嚴重地危及到人類的健康。與此同時。現代高科技的某些關鍵部分對環境的凈化要求極高。因此，現代社會需要具有高效、低阻等優點的空氣過濾器。傳統的空氣過濾材料不是過濾性能不理想，就是價格（成本）太貴。而駐極體空氣過濾材料具有眾多優點，其發展十分迅速，在20世紀90年代已實現了產業化。但是，由于目前駐極體理論相對于應用滯后，這就使得駐極體空氣過濾材料的發展還很不成熟，現在的駐極體空氣過濾材料的靜電駐極方法（工藝）各有優缺點，有必要進一步探討。

1空氣過濾材料靜電駐極機理的對比與分析

1.1駐極體

駐極體是指那些能夠長期儲存空間電荷和偶極電荷的電介質材料，即從時間跨度上來看，它們的電荷衰減時間常數比駐極體形成的周期長得多。駐極體的電荷可以是真實電荷（或稱空間電荷），也可以是偶極電荷，或者兩者都有之[1]。駐極體空氣過濾材料就是利用電荷的靜電力作用捕集塵粒。

1.2駐極體空氣過濾材料的靜電駐極機理對比

自從20世紀70年代以來，各種荷電技術以及通過混合不同纖維的帶電技術等各具特色的帶靜電過濾器得到了開發和利用[2]。其直接的結果是導致了現在的靜電駐極方法（工藝）。這些方法（工藝）的靜電駐極機理等內容見表1。

由表1可見，駐極體空氣過濾材料的靜電駐極方法中，就其靜電駐極機理及特性而言，電暈放電法和摩擦起電法由自身的特性仍然是當前研究的重點；而熱極化法易受溫濕度影響，故它限制了其廣泛應用；靜電紡絲法和低能電子束轟擊法由于它們的靜電駐極機理較復雜，就目前的技術而言，要達到廣泛應用困難還很大，如果它們的靜電駐極機理十分清楚和技術成熟的話，它們可能比電暈放電法和摩擦起電法更有生命力。

2空氣過濾材料靜電駐極體性質的對比與分析

由于材料的靜電駐極方法（工藝）不同，所形成的駐極體的性質亦大不相同。具體情況見表2。

駐極體空氣過濾材料要求材料的儲存電荷密度大，其電荷密度的儲存壽命長及儲存電荷穩定性強等等。而儲存電荷的穩定性主要取決于材料性質、充電方法、電荷分布狀態、儲存的環境條件等。根據上述要求，就靜電駐極體的性質而言，從表2中可得，電暈放電法是目前最佳的靜電駐極方法；熱極化法在環境相對穩定時也是一種較好的靜電駐極方法；摩擦起電法要在試驗中進一步完善；靜電紡絲法需要科技的進一步發展；低能電子束轟擊法需要改進和簡化靜電駐極的工藝。

近年來，報道了直流增加頻率的低脈沖電暈充電比直流電暈充電或僅有脈沖電暈充電能獲得更大的表面電荷密度[9]。這也許就意味著這種電暈充電的空氣過濾材料的過濾效率更高，但是相關理論和實踐有待于進一步完善。

3駐極體空氣過濾材料的性能對比與分析

駐極體用作過濾材料，最初在1976年由于J·VanTurnhout等人將切割成小條狀的聚丙烯薄膜制成，將這種帶電小條加工折皺狀態形成駐極體纖維。隨后，各種荷電技術以及通過混合不同纖維帶電技術等各具特色的帶靜電過濾器得到了開發和利用[5]。與此同時，駐極體空氣過濾材料也獲得了進一步的發展。尤其是2001年美國“9·11”事件以后，采用集中空調系統的建筑物不斷面臨安全性的考驗，其中包括恐怖主義分子的生化武器襲擊；2003年的“非典”疫情給全世界造成巨大損失和影響。引起“非典”的SARS冠狀病毒的主要傳播途徑之一就是空氣，這就使集中空調系統有可能直接成為SARS病毒和細菌的主要渠道。因此，“致病建筑物”又一次引起人們的普遍關注。集中空調系統再一次面臨嚴峻的挑戰[2]。這又迫切需要空氣凈化材料的更進一步發展，而駐極體空氣過濾材料具有高效、低阻、抗菌（病毒）、節能等優點，故它是適應這一發展的迫切需要。

由于駐極體空氣過濾材料的靜電駐極工藝大多數屬于技術保密，目前所見的其具體內容報道不詳或根本無報道。就常見的駐極體空氣過濾材料的性能列于表3。

聚丙烯的電暈放電的三種靜電駐極工藝中，熔噴聚丙烯電暈放電的過濾效率最好，就是壓降較大；而聚丙烯和聚丙烯腈混合物摩擦起電的兩種靜電駐極工藝中，一般摩擦起電的過濾效率較針刺摩擦起電的過濾效率要好；聚環氧乙烷的靜電紡絲（未充電）過濾效率極高，如果對其充電，其過濾效率可能會更理想。在同一標準定量（10g/m2）下的過濾效率比較可知，聚環氧乙烷靜電紡絲（未充電）的過濾效率最高，但生產速度慢，難以在短時間內大規模生產和推廣應用，聚丙烯熔噴電暈放電的過濾效率次之，但實際應用比較多，聚丙烯和聚丙烯腈的針刺摩擦起電的過濾效率最差，且實際應用一般。

另外，有報道；駐極體空氣過濾材料還有聚碳酸酯和聚氨酯，它們在靜電紡絲過程中保留電荷，其初始過濾效率都很高，但容塵后其過濾效率下降[8]。

4靜電駐極材料的選擇

近年來，高分子化學纖維生產技術的發展使得用駐極體纖維能生產出HEPA及ULPA過濾器[5]。用作駐極體空氣過濾器的材料需要優異的介電性能，如高體電阻和表面電阻，高介電擊穿強度，低吸濕性和透氣率等。這類材料主要以高聚物為主的有機駐極體材料，如非極性材料：聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物等；極性材料或弱極性材料：聚三氟乙烯、聚丙烯（共混）及聚酯等[2]。

超細纖維和卷曲（羊毛狀）纖維作為新結構的駐極體濾材能大大地改善集塵效率，其平均效率比傳統結構的駐極體纖維從93％上升至99％（精細纖維），和從93％上升至99.4％（卷曲纖維）；與此同時，卷曲纖維的使用還大大地改善了濾材的容塵能力，即從0.48g粉塵/g過濾器到0.83g粉塵/g過濾器（卷曲纖維）和從0.48到0.51（精細纖維）。這些改善可能源于纖維間空間電荷隨機分布率的上升，導致容塵場所和過濾機構更加完善；另外，精細駐極體纖維所形成的新結構空氣過濾器性能的改善是因為濾材空間結構上表現出較大的容塵空間和較強的電場散度。改性的聚丙烯和聚碳酸酯PC纖維的研制成功為高效長壽命和低成本駐極體過濾器的商品化提供了較完善的駐極體儲電結構[7]。

近年來報道，由降冰片和乙烯單體經催化共聚形成的環烯共聚物COC(CycloolefinCopoplymer)是一種典型的非極性的完全非晶態駐極體材料，由于其優異的力學特性及突出的儲電能力和疏水特性，如用作駐極體空氣過濾器的高效濾材，則明顯地優于上述的傳統駐極體纖維濾材PP，可能成為新一代駐極體過濾纖維[7]。

5結論

經過對比與分析，可以得出：目前既能很好地滿足空氣過濾要求又符合我國經濟技術條件的駐極方法（工藝）是熔噴電暈放電法，但靜電紡絲（帶電）法可能是最有前途的駐極方法（工藝）。靜電駐極材料的選擇主要是具有優異的介電性能，目前最適用的材料是聚丙烯及其和其它高聚物形成的混合物，但由降冰片和乙烯單體經催化共聚形成的環烯共聚物COC(CycloolefinCopolymer)可能成為新一代駐極體空氣過濾材料。

參考文獻

[1]夏鐘福.駐極體.北京：科學出版社，2001

[2]黃翔，顧群，吳生.潔凈與空調技術，2003，5（40）：38－42

[3]吳大誠，杜仲良，高緒珊.北京：化學工業出版社，2003

[4]高緒珊，童儼.北京：紡織工業出版社，1991

[5]魏學孟，葉海.通風除塵，1998，4：1－4

[6]PeterP.Tsai.產業用紡織品，2002，9（20）：16－18

[7]夏鐘福.材料導報，2001，8（15）：57－58

[8]PeterP.Tsai,HeidiSchrecuder-Gibson,PhillipGibson.JournalofElectrostatics,2003,54:333-341

[9]M.Nifuku,Y.Zhou,A.Kisiel,T.Kobayashi,H.Katoh.JournalofElectrostatics,2001,51-52:200-205