发布日期：2011-03-12 浏览次数：功能性空气过滤材料是指具有某些特殊的、不同于一般的空气过滤材料所固有的性能，能满足特定行业、领域对空气过滤材料特殊功能需求的滤材[1][2]。功能性空气过滤材料是针对特定行业，如耐高温、耐腐蚀、抗静电、拒水、拒油、阻燃、抗菌（病毒）、去除有害气体等等而开发的空气过滤材料，根据实际使用的不同需求，功能性空气过滤材料的功能能够复合，是近年来兴起的空气过滤材料研究领域的一个热点。
驻极体空气过滤材料经过功能整理后，使之具有或强化其功能，可称这种滤料为功能性驻极体空气过滤材料。定义为：具有高的过滤效率、低的阻力、抗菌（病毒）等，并结合功能整理技术强化其功能以及使之具有耐高温、耐腐蚀、拒水、拒油、阻燃、去除有害气体等功能的一种新型驻极体空气过滤材料。
空气过滤材料的制造方法有共混纺丝法。静电纺丝法。接枝法和后整理法[3]。从理论上讲，上述方法也适合于功能性驻极体空气过滤材料的制造。另外，复合熔喷法也是功能性驻极体空气过滤材料制造的新方法[4][5]。
1.1共混纺丝法
共混纺丝法是将功能性的纳米材料粉体在化纤的聚合阶段、熔喷阶段或纺丝阶段加入其中再纺丝，使生产出的合成纤维改变其原聚合物的某些性能。此法是生产功能性化纤的主要方法，其优点在于纳米粉体均匀分散在纤维内部，因此耐久性好，所赋予的功能能够稳定存在[2]。
1.2静电纺丝法
静电纺丝法是化学纤维传统溶液干法纺丝熔体纺丝的新发展，是当前纳米纤维等超细纤维制造的最主要的基本方法，与传统的方法有着明显的不同，它将聚合物溶液或熔体带上几千至几万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下被拉伸，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面引力，形成喷射细流。细流在喷射过程中，溶剂蒸发或固化，最终落在接受装置上，形成类似无纺布状的纤维毡。静电纺丝纤维最主要的特点是纤维比传统的纺丝法生产的细得多，直径一般在十纳米到上千纳米之间。由这些纤形成的无纺布是一种有纳米微孔的多孔材料，有很大的比表面积[2]，因此，可作为良好的功能性驻极体空气过滤材料。
1.3接枝法
接枝法主要是为提高普通后整理法处理滤材功能的耐久性，设法在微细粉体与纤维之间建立化学键或其他形式的结合，从而使天然纤维也能获得耐久性的功能效果。其方法主要有两种：一是对粉体进行表面该性处理，同时利用低温等离子技术、电晕放电技术等激活纤维上的某些基团而发生结合；二是利用某些化合物的“桥基”作用，将粉体联结到纤维上[2]。
1.4后整理法
后整理法是将功能性空气过滤材料借助于分散、稳定剂、粘合剂等助剂，利用涂层法、浸渍法、浸轧法等工艺处理到驻极体空气过滤材料中，从而使这种滤材具有某些功能。采用那种方法，关键是要看驻极体空气过滤材料的性能特点和整理的目的，选用相应的分散剂、增稠剂、粘合剂、稳定剂、柔软剂等助剂，以及合理的成浆工艺和浆料的稳定技术等等。后整理方法相对简单，可以根据不同的要求配置不同的整理剂，同时可结合一些有效的加工手段来进行，在小批量多品种的生产中具有很大的优势。
1.4.1浸渍法
就是驻极体空气过滤材料放在装有液态功能材料的容器中浸泡一段时间，当认为材料充分吸收后，拿起来放到烘箱烘干即可。利用浸渍法，不但空气过滤材料的两个表面具有功能性，而且这种空气过滤材料的内部也有功能性材料。浸渍法工艺简单，但是很难控制功能性材料在驻极体空气过滤材料中的量，这个量与驻极体空气过滤材料的性能和功能性材料的性质有很大的关系。
1.4.2涂层法
是指把具有某种功能的材料均匀地涂在驻极体空气过滤材料的表面上。涂层法一般可以分为直接涂层法和罗拉熔融法。直接涂层法用一把固定的刮刀，将功能性材料均匀地涂覆在驻极体空气过滤材料的表面。罗拉熔融法不必使用溶剂，对环境无污染且成本低。
1.4.3浸轧法
就是将驻极体空气过滤材料放在功能性材料溶液中，然后再在轧机上扎平，以便使功能材料充分地黏附在驻极体空气过滤材料上，接着在烘箱里烘干。根据材料的性质和整理的目的，可以采用一浸一轧或二浸二轧工艺。
1.5复合熔喷法
将功能性微粒与聚丙烯切片均匀混合，熔喷成非织造布，经过电晕放电对其驻极，可制得功能性驻极体空气过滤材料（聚丙烯）。功能性微粒可以是纳米二氧化钛、电气石微粒等等。
2驻极体空气过滤材料功能整理后的性能分析
2.1高效低阻
传统的机械型空气过滤材料仅仅依赖于机械阻挡作用，即通过对气流中的粉尘微粒的拦截作用进行过滤，因此只有当过滤材料十分细并处于夯实状态时，才能高效地捕获微细粉尘，这样就会导致空气过滤材料的高阻力；如果要使机械型空气过滤材料具有较低的阻力，那么就要求空气过滤材料的结构间隙较大、填充率低，而这样的空气过滤材料的过滤效率又较低。由此可见，传统的空气过滤材料很难做到高效低阻。驻极体空气过滤材料利用纤维材料本身带电，和对带电粉尘静电吸引的长程库仑力作用捕获粉尘，其纤维能以低的多的密度形成疏散和开发式的结构，表现出低流阻，同时还具有较高的过滤效率。表1说明驻极体空气过滤材料的过滤性能与玻璃纤维空气过滤材料的相比，在过滤效率相同和其他条件一样时，前者阻力仅为后者的1/10作用。带电针刺毡的过滤效率是未带电的熔喷非织造布的近2倍，是纺粘非织造布的近17倍。在同样的过滤效率时，驻极体空气过滤材料的阻力损失只有普通空气过滤材料的1/3作用，在相同的阻力损失条件下，前者的过滤效率要比后者的高许多。
2.2抗菌（病毒）
随着人们生活水平的提高，空调已经成为人们生活中不可缺少的一部分。空调为人们提供舒适的温度的同时，也成为相对封闭的室内环境的“室内感染”的诱因[7][8][9]。空气中多为抗逆性强的细菌，如一些革兰氏阴性细菌（微球型属，八叠球菌属，细菌芽孢等等）和一些病原细菌（结核杆菌，白喉杆菌，葡萄球菌等等），对不良环境的抵抗能力较强，能够在空气中存活较长时间。当它们落到合适的基质上，在适宜的条件下就会大量的繁殖[10]。在密闭的环境中如何解决空气系统的感染问题已成为目前的研究热点之一。
空气过滤材料能滤除一定数目的细菌，但在使用一段时间后，随着滤材上容尘量的增加其上的细菌有增加的趋势，尤其是滤材被用在阴暗、潮湿，而且温度适宜的环境中，细菌会在滤材上面迅速繁殖，不断繁殖的细菌可能发展到整个空气过滤器上，破坏空气过滤器的结构，使有害微粒在室内的空气中广泛传播，影响人们的健康，甚至造成交叉感染。
功能性驻极体空气过滤材料由于高的过滤效率，能够滤除95％以上的细菌[11]，由于其强静电场和微电流的刺激作用，可以杀死90％左右的细菌[11]，并能抑制各类细菌的繁殖。
2.3去除有害气体
目前，主要的气态污染物有氯化物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、粉尘、二恶英、甲醛等等[12][13]，其中以二恶英、甲醛等气态污染物对人体健康影响最大。
驻极体空气过滤材料从理论上讲，驻极体能产生离子，因此可以降解污染物[14]。如果对驻极体空气过滤材料进行功能性处理，如在滤材上负载纳米二氧化钛，利用光催化的作用与驻极体产生的离子对气态污染物降解的复合作用，强化驻极体空气过滤材料对室内气态污染物的去除作用。
2.4耐腐蚀
室内的空气品质依赖于室外的大气状况，目前，我国的工业污染比较严重，被污染的空气成分比较复杂，往往带有酸性或碱性物质，尤其是当被用于酸性或碱性环境时，这就对空气过滤材料的耐腐蚀性提出了要求。
功能性驻极体空气过滤材料所带静电荷受滤材表面结构的影响，滤材表面结构破坏严重时会加速其电荷衰减，从而影响滤材的使用性能，缩短滤材的使用寿命。目前，驻极体空气过滤材料多为聚丙烯纤维，可以通过表面涂层或覆膜涂料处理，以改善功能性驻极体空气过滤材料的耐腐蚀性能。
2.5拒水拒油
在我国南方的雨季，由于空气湿度过大，布袋除尘器常常发生糊袋现象，在一些工艺中，由于气体含湿量大，也会发生上述现象。由于糊袋粉尘难以从滤袋上剥离，所以袋式除尘器阻力会迅速上升，有时甚至无法工作[18]。为了解决此现象，多对功能性空气过滤材料加以拒水及拒油处理。功能性驻极体空气过滤材料多用于高效空气过滤器，如果这种滤材滤除的颗粒物含有较多的水份，就会阻塞滤材的孔隙，影响滤材的过滤性能。
2.6静电
一般的空气过滤材料要求滤材具有抗静电的功能。主要是一些可燃性粉尘、铝粉、面粉等等可以与空气中的氧气发生氧化反应，当空气中悬浮的粉尘达到一定浓度后（超过其爆炸下限），如果遇到静电放电火花或外界点火等因素，就极容易导致爆炸和火灾。目前，实用的驻极体空气过滤材料的静电电势不高，至于能不能引起火灾，需要进行实验，并结合在实际使用中的情况而定，但是驻极体空气过滤材料在目前的使用行业内，还没有见到发生爆炸和火灾的文献报到。
2.7耐温
目前，驻极体空气过滤材料多为纤维材料，纤维材料的使用对温度有要求，另外，驻极体空气过滤材料的温度对其所带静电荷的稳定性有影响。驻极体的衰减（或退极化）过程可以通过提高温度以加速[15]，现在的驻极体空气过滤材料适合于在常温环境中使用，最高工作温度不高于100℃，最低工作温度也不能过低[16]。
3结束语
本文初步探讨了驻极体空气过滤材料的功能整理及其技术，并就其性能做了分析。由于驻极体空气过滤材料所带静电的影响，对其进行的功能整理技术与一般空气过滤材料的功能整理技术有差别，对于其整理后的性能分析，有待于进一步的研究和实验来证实。
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