羅瑞雪

摘 要：隨著工業(yè)化進程加快，我國很多地區(qū)都出現(xiàn)了較為嚴重的霧霾現(xiàn)象，防霧霾口罩性能的好壞影響著人們的健康。聚乙烯醇縮丁醛（PVB）具有優(yōu)良的柔軟性和繞曲性，且無毒無害，靜電紡絲法制成的納米纖維在濃度為7wt%時，具有優(yōu)良的透氣性，對0.3微米氯化鈉氣溶膠過濾效率可達97%，透氣阻力僅為100帕，是優(yōu)良的過濾材料。聚乙烯醇縮丁醛（PVB）濃度為7wt%的納米纖維市場價格約為20元每平方米，有很大的價格優(yōu)勢。在未來幾年，納米纖維必將大規(guī)模應用于防霧霾口罩的制作。

關鍵詞：防霧霾口罩；靜電紡絲；納米纖維；聚乙烯醇縮丁醛

1 概述

近年來城鎮(zhèn)化速度加快，工業(yè)快速發(fā)展，全國多地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的霧霾現(xiàn)象，霧霾對人體健康產(chǎn)生很大影響，人長時間處于霧天中，可引起氣管炎、喉炎、肺炎、鼻炎、眼結膜炎及過敏性疾病的發(fā)生，抵抗力較差的糖尿病患者極有可能出現(xiàn)肺部及氣管感染而加重病情。防霧霾口罩減輕了霧霾對人體的傷害，可以說防霧霾口罩的質量影響著人們的健康[1]。

目前市場上售賣的活性炭型、復合型和納米型三種類型的防霧霾口罩，分別存在不同的問題。廣泛使用的活性炭防霧霾口罩，利用活性炭發(fā)達的微孔結構對空氣中的有毒顆粒和氣體進行吸附，存在重復利用性差，透氣性不佳的缺點；復合口罩的過濾材料是由兩到三層密度不同的化學粘合無紡布和針刺無紡布共同組成，這種口罩的主要缺點是不環(huán)保且過濾性能差[2]；市面上售賣的納米纖維口罩也存在密閉性不佳和纖維不均等問題。

2 靜電紡絲法的介紹

近年高速發(fā)展的納米纖維材料具有透氣性佳、柔韌性高、過濾效果好等優(yōu)點，適合用于口罩的制作。靜電紡絲法具有設備簡單、工藝可控、適用范圍廣、成本低等多種優(yōu)點，與其他幾種制備納米纖維的方法相比更適合工業(yè)生產(chǎn)[3]。靜電紡絲裝置如圖1。

但需要我們關注的是靜電紡絲納米纖維材料也存在許多問題，比如材料的機械強度低、使用壽命短、紡絲過程中仍需要進一步提高穩(wěn)定性。但相信隨著科學技術的發(fā)展，靜電紡絲納米纖維材料將有更廣闊的應用前景。

3 納米纖維的制作

3.1 技術指標

使用ET-2535H型靜電紡絲裝置制備納米纖維膜。先稱取一定質量的聚乙烯醇縮丁醛（PVB）粉末，然后緩緩加入無水乙醇配制成7%的紡絲液，并密封好；然后放在磁力攪拌器上充分攪拌，使粉末完全溶解，便制得所需PVB紡絲液。將溶液裝入具不銹鋼針頭（20號）的注射器中，調節(jié)溶液推進速度為0.10mm/min，用導線將噴針與正高壓電源相連，接收滾筒與負高壓相連。調節(jié)正電壓為7KV，負高壓1KV，噴射距離10cm。液滴在靜電力作用下在噴針形成Taylor錐形成射流和纖維。紡絲一段時間制得聚乙烯醇縮丁醛纖維膜。

超過100個不同的聚合物可以通過靜電紡絲的方法制備成納米纖維，不同聚合物其溶劑、可紡濃度、電壓等都不同。考慮到聚乙烯醇縮丁醛（PVB）具有優(yōu)良的柔軟性和撓曲性，在常溫下性能穩(wěn)定，適用于口罩過濾材料的制作。

3.2 靜電紡絲優(yōu)點

與現(xiàn)有空氣過濾材料相比，靜電紡織納米纖維[4]主要有以下幾個特點：

（1）具有均勻的纖維直徑分布，纖維直徑分布不均會影響過濾效率，因而高效穩(wěn)定的制備均勻分布的納米纖維尤為重要。

掃描電鏡觀察聚乙烯醇縮丁醛納米纖維形貌（如圖2），纖維表面光滑，直徑細且形態(tài)分布均勻。

（2）具有三維立體空間結構，纖膜孔徑小，孔隙率高，因而透氣性較好。

靜電紡絲以其設備簡單、工藝可控、適合范圍廣、成本低等多方面特點，成為制備聚合物納米纖維的首選方法。

3.3 PVB納米纖維過濾性能

實驗測出噴有7wt%納米纖維的無紡布的過濾效率和透氣阻力。在空氣流速為85L/min流速下，以0.3微米氯化鈉氣溶膠為例，過濾效率為97%，透氣阻力為100Pa。按照國家標準GB2626-2006，口罩呼吸阻力不得大于350Pa，現(xiàn)有市場上口罩能達到N95、KN95標準的呼吸阻力基本大于200Pa呼吸阻力越低，呼吸越順暢，佩戴越舒服。噴有PVB納米纖維的無紡布作為口罩的核心過濾材料，擁有良好的透氣性，過濾效果優(yōu)良。

4 納米纖維市場及應用前景

使用納米纖維作為過濾材料的口罩，具有較低的孔徑，極高的孔隙率等特點，因此在透氣性能方面明顯高于利用活性炭吸附過濾的防霧霾口罩，使用效果更好。同時，與其他生產(chǎn)納米纖維的方法相比，成本低，纖維較均勻，因此，將在市場競爭上處于優(yōu)勢地位。靜電紡納米纖維法可以用于工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)出的纖維過濾性更好，適于制作口罩過濾材料。

5 結束語

本文針對目前市場上售賣的幾種防霧霾口罩出現(xiàn)的透氣性差、過濾性不佳等缺點，提出將靜電紡絲法制備的納米纖維作為口罩的核心過濾材料。以濃度為7wt%的PVB納米纖維為例，經(jīng)實驗測試，其過濾性能優(yōu)良，且在100攝氏度內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性，適于口罩的過濾材料的制作。靜電紡絲法制備的納米纖維較為均勻，價格低廉，在防霧霾口罩中有很大的應用前景。

參考文獻

[1]Peter Tsai.口罩認知與SARS防護[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2003，6：25-26.

[2]簡小平.非織造布空氣過濾材料過濾性能的研究[D].東華大學，2013.

[3]李雄.靜電紡/駐極噴復合非織造材料工藝性能研究[D].東華大學，2011，7.

[4]劉學洋.PVDF/PSU復合抗菌納米纖維空氣過濾材料的制備及其在

口罩中的應用研究[D].東華大學，2016.