防霧霾口罩材料性能評價(jià)

防霧霾口罩材料性能評價(jià)

近年來，中國霧霾頻發(fā)?？晌腩w粒物是造成霧霾的罪魁禍?zhǔn)?其中的細(xì)顆粒物(PM2.5)會直接進(jìn)入人的肺泡甚至血液系統(tǒng),造成心血管疾病秋冬季霧霾頻發(fā)之時(shí),也是流感病毒肆虐之季,所以兼具防霧霾與抗菌性能的口罩是十分必要的。在抗菌劑選擇上,納米銀(Ag)抗菌劑以其長效抑菌和廣譜抗菌的特點(diǎn)被廣泛使用,納米Ag通常由硝酸銀(AgNO本研究首先對市面上常見的防霧霾口罩濾料的透氣性能和過濾性能進(jìn)行測試,以選定最佳濾料材料;其次,為了增加防霧霾口罩的抗菌性能,通過紫外光還原法在活性炭布表面負(fù)載納米Ag顆粒,并對不同AgNO1實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器、儀器和儀器棉布、麻布、聚丙烯(PP)熔噴非織造布(100g/m全自動(dòng)透氣量儀(YG461E-Ⅲ型),武漢國量儀器有限公司;空氣檢測儀(諾科蘭德A1型),諾科蘭德有限公司;真空干燥箱(DZF-6210型),上海一恒科技有限公司;掃描電子顯微鏡(SEM,S-4800型),日本日立公司;X射線衍射儀(XRD,D/max-2500型),日本Rigaku公司;電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(ICP,iCAP6300型),美國賽默飛世爾科技有限公司;紫外線燈(LUYOR-1129A型),上海路陽儀器有限公司。1.2樣品的制備1.2.1濾料的選擇將面積為30cm1.2.2等待agl布的制備稱取0.4g的活性炭布浸潤于20mL一定用量[分別為1%(wt,質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、3%、5%]的AgNO1.3透氣性能測試采用全自動(dòng)透氣量儀(YG461E-Ⅲ型,武漢國量儀器有限公司)測試織物的透氣率。采用空氣檢測儀(諾科蘭德A1型,諾科蘭德有限公司)測試空氣中的PM2.5指數(shù),檢測范圍為0～999μg/m2結(jié)果與討論2.1材料的透氣性能不同材料的透氣率見表1。從表1可知,在同一壓差(100Pa)條件下,針刺靜電棉的流量孔徑最大為6mm,棉布和麻布次之,PP熔噴非織造布最差,棉布和麻布相比,在相同的壓差(100Pa)和流量孔徑(4mm)條件下,麻布的透氣率更高,這4種材料的透氣性能由好到差為:針刺靜電棉(平均透氣率為640.0mm/s)、麻布、棉布和PP熔噴非織造布。本實(shí)驗(yàn)所購活性炭布為口罩專用,透氣性能良好,故沒有進(jìn)行檢測。2.2過濾性能測試結(jié)果不同材料的過濾效率變化曲線見圖1。從圖1(a)可以看出,棉布在測試之初的過濾效率較高,但是隨著時(shí)間延長,過濾效率不斷降低,特別是時(shí)間過半后過濾效率急劇下降,在整個(gè)測試過程中,棉布的最高過濾效率為97.3%,最低過濾效率為12.21%,平均過濾效率為85.82%。從圖1(b)可以看出,麻布在測試之初具有較好的過濾效率,但是這樣的情況持續(xù)時(shí)間不到10min,過濾效率開始急劇下降,直至為零,麻布的最高過濾效率為98.6%,平均過濾效率為56.63%,測試后期,實(shí)驗(yàn)箱的PM2.5指數(shù)直接爆表,測試結(jié)束依然沒有改變,表明測試后期麻布已經(jīng)完全沒有過濾作用,因此麻布不適合作為防霧霾口罩的濾料。從圖1(c)可以看出,PP熔噴非織造布在測試的前期一直具有較高的過濾效率,最高可達(dá)99.40%,這與PP熔噴非織造布的透氣性較差具有一定的關(guān)系,在測試的最后階段,過濾效率在短時(shí)間內(nèi)急劇下降,最終實(shí)驗(yàn)箱的PM2.5指數(shù)爆表,平均過濾效率為86.60%,可以得出,PP熔噴非織造布對PM2.5具有一定的阻隔作用,也證明了PP熔噴非織造布具有優(yōu)良的過濾性能,PP熔噴非織造布可以作為濾料使用,作為初效過濾層發(fā)揮其過濾性能。從圖1(d)可以看出,針刺靜電棉在測試過程中一直保持著較高的過濾效率,最高達(dá)98.60%,但是在測試過程中的最后一小段時(shí)間內(nèi),過濾效率開始急劇下降,甚至出現(xiàn)了負(fù)過濾效率的現(xiàn)象,平均過濾效率為76.04%。為了進(jìn)一步解釋負(fù)值出現(xiàn)的原因,比較了針刺靜電棉作為過濾介質(zhì)實(shí)驗(yàn)箱和測試箱的PM2.5指數(shù)的變化曲線。從圖1(e)可以看出,在測試過程前期,實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)相對穩(wěn)定,而進(jìn)煙箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)一直是爆表狀態(tài),測試過程過半,進(jìn)煙箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)開始下降,而實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)開始緩慢增長,直至最后,兩個(gè)空間內(nèi)的PM2.5指數(shù)在170左右浮動(dòng),這說明針刺靜電棉在測試過程中一直在吸附PM2.5,靜電吸附起到了很大的作用,這也解釋了為何在最后靜電棉的過濾效率開始急劇下降,甚至出現(xiàn)了負(fù)值現(xiàn)象,很大原因是因?yàn)闃悠芬呀?jīng)吸附了超過負(fù)荷的PM2.5,這一結(jié)果說明針刺靜電棉適合作為防霧霾口罩濾料的主要成分,但是也需要有其他材料作為初效過濾層,以延長其使用壽命。從圖1(f)可以看出,活性炭布除了測試初期對PM2.5有一定的過濾作用外,在測試中后期,過濾效率急劇下降,平均過濾效率僅50.02%,由此可以看出,活性炭布雖然具有良好的吸附作用,但是并不能長期吸附PM2.5,這也證明了單純的活性炭布口罩并沒有防霧霾的作用。本研究,將活性炭布選為濾料可以利用其良好的吸附作用吸附異味,并作為負(fù)載納米Ag抗菌的載體。根據(jù)不同材料的透氣性和過濾性能,選定PP熔噴非織造布、針刺靜電棉和活性炭布進(jìn)行兩兩組合,測試其組合作為濾片的過濾性能。不同材料實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)PM2.5指數(shù)的變化曲線見圖2。從圖可以看出,各組合測試時(shí)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)變化情況,針刺靜電棉/活性炭布的組合最佳(見圖中樣品b),在經(jīng)過25min過濾條件下,實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的PM2.5指數(shù)為200μg/m在選定過濾片材質(zhì)的基礎(chǔ)上,考慮到秋冬季節(jié)流行病毒侵害明顯,所以在所選濾片負(fù)載納米Ag以增加濾片的抗菌特性。其中,活性炭布具有比表面積大的優(yōu)勢,因此選擇活性炭布表面負(fù)載納米Ag顆粒以制得抗菌濾片。以PP熔噴非織造布、針刺靜電棉和活性炭布為濾料制成的濾片的過濾效率曲線見圖3。從圖可以看出,本研究制得的3層濾片在測試過程中一直保持對PM2.5較高的過濾效率,在測試20min以后才開始有下降的趨勢,且下降幅度不大,對