解析过滤用纺织品喷绒布在个人防霾口罩中的应用现状及发展

　　随着我国城市化的加快和工业化的迅猛发展，空气污染已成为当下环境污染的一个主要问题。工业、交通和建筑等行业及人类生活中排放了大量的粉尘、烟尘，这对人类的身体健康构成极大的威胁。PM2.5的发布以及严重的雾霾现象使国民更注重生存环境和空气质量。根据美国环境保护部的研究员曾就人类活动模式进行过调查的结果发现，人们在室外停留的时间为13%。那么在日益严重的雾霾气候中生活和工作，人们在户外只能通过佩戴防霾口罩来获得洁净空气，防止空气中的微小颗粒进入人体，减少空气中的污染物对人体的危害。

3M口罩

　　过滤用纺织品由大量的纤维经过错综复杂的排列构建而成的一种多孔隙的纺织用品。当空气中的微小颗粒接触到过滤用纺织品时，被纤维阻挡或由于纤维与颗粒间的范德华力或静电作用被纤维粘住，因此纤维材料作为过滤介质具有良好的过滤效率。

　　1　过滤用纺织品的研究现状及在防霾口罩中的应用

　　随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们防护意识也不断加强，这大大地推动了个人防护口罩的发展。我国使用口罩材料的历史悠久，但发展速度却十分缓慢的。20世纪50年代的时候，我国的口罩主要滤料是棉织物。20世纪60年代，我国才开始使用合成纤维作为口罩的滤料。近年来，随着雾霾天气的日益加重，人们对舒适性能好、过滤效果优的防霾口罩的需求不断地增加，空气过滤用纺织品在防霾口罩中得到了广泛的应用。

　　1.1　非织造布防护口罩

　　常规的非织造布过滤材料的纤维直径一般在2～10μm之间，其纤维在空间交错排列且均匀分布，无明显的方向性，并具有大量的孔隙结构，被过滤的颗粒与纤维在孔隙中广泛接触，具有较高过滤效率。在过滤过程中，非织造布过滤材料对微粒的捕集能充分发挥截留、惯性、扩散和重力沉降等机械捕集机理。非织造布口罩主要以非织造布作为口罩的过滤材料，由于制作过程比较简单、价格低廉而被广泛用作一次性防尘口罩和医用防护的材料。

　　针刺法、湿法、纺粘法、化学粘合法、热粘合及熔喷法等非织造布的加工方法基本都适用于过滤纺织品的生产。纤维的细度、材料的厚度和纤维纤径均匀度是影响非织造布口罩的过滤效果的主要因素。纤维直径的越小，纤维交错形成的平均网孔孔径越小，对颗粒的过滤效果就越好。熔喷法是形成纤维最细的非织造布的加工方法。张威就针对熔喷与针刺非织造布对PM2.5过滤性能进行了测试和对比，测试结果发现，随着风速的不断增强，过滤阻力增强，所测样品的过滤效果降低；随着平方米克重的增加，过滤材料的过滤阻力增强，过滤效果与容尘量也增强。平方米克重相近的针刺类和熔喷类的过滤材料，熔喷过滤材料的过滤效果优于针刺，而容尘量、使用寿命却弱于针刺过滤材料。因为熔喷法非织造布利用高温高速气流喷吹从而产生的拉伸作用而生产出来的，纤维直径一般在0.5～4.0μm之间，形成的孔隙小而多，纤维网络结构对颗粒物起到很强的截留和阻碍作用，实现较优的过滤效率。

　　1.2　驻极体防护口罩

　　驻极体是指具有长期储存空间和极化电荷能力的固体电介质材料，具有在无外电场的条件下能自身产生静电作用力的特性。驻极体口罩滤布是在非织造布的基础上进行改进而得到带静电的过滤材料。该滤料不但有通过惯性沉积、重力沉积和扩散效应等机理，而且还可以依靠附在纤维表面的静电荷与颗粒物间的静电效应对气体中流动颗粒进行拦截、阻挡，达到很高的过滤效果和防护效果。由于在物理的过滤机理上增加了静电效应，因此过滤效率提高了，呼吸气阻力却没有增强。

　　驻极体用作过滤材料，最初是1976年由J.Van Tumhout等人制成切割成小条状的聚丙烯薄膜，将这种带电小条加工成折皱状态即形成驻极体纤维。鉴于驻极体空气过滤器具有低流阻、GX率、长寿命、高集尘能力及节省能源等优点，使得这类空气过滤材料的研究发展十分迅速。朱晖对比了驻极体滤料和常用民用空气过滤材料对PM10、PM2.5及PM1.0的过滤效果，得出驻极体的过滤效果较佳。刘超研究了经过驻极处理的熔喷滤料过滤效果的影响，经过驻极处理的滤料能够有效地提高过滤效率，同时保持呼吸阻力不变，并随着驻极电压增强，过滤效果提高。夏婵就驻极体、无纺布、棉质口罩滤料净化PM2.5的特性进行了研究，发现驻极体滤料不但具有复合滤料的GX特性，还具有纱布的低阻。

　　1.3　活性炭口罩

　　活性炭纤维是20世纪70年代开发出的新型功能性吸附材料，它采用有机纤维为原料，经碳化、活化后制成。活性炭是一种具有多孔结构和大的内部比表面积的吸附材料，具有较高的吸附能力。由于活性炭纤维直径较小，一般在10～13 μm，之间，纤维外表面积大，吸附容量大，吸附效率高。因此，活性炭口罩不仅具有一定的过滤性能，还具有一定的YJ性。

　　目前市场上的活性炭口罩一般以活性炭纤维作为中间过滤层，再与无纺布或棉布进行复合。余巧等人采用熔喷材料与活性炭复合作为滤芯，选用纯棉水刺非织造布作为内外层，并对所制备的口罩进行透气性、过滤性能地测试，测试结果表明该活性炭口罩的过滤性能及透气性能均较佳。陶玥制备了一种载银活性炭纤维，即活性炭纤维表面均匀分布了20～40nm的银颗粒。将该纤维用于口罩滤芯与40～45g/m2无纺布复合。该活性炭纤维不但具有良好的过滤性能，还具备优异的KJ性能，且安全稳定无毒。

　　1.4　纳米复合口罩

　　纳米纤维的直径一般为0.04～2.00μm，由其所形成的纳米纤维膜则具有比表面积高、孔隙率高、孔隙小、孔径联通性和透气性好，拥有优异的空气过滤能力和较低吸气阻力。由于受生产条件和成本的限制，目前还没有纳米口罩推出市场。但是由于纳米纤维所具备的特性非常适合在空气过滤材料上应用，许多学者一直进行该方向的研究。

　　刘万军等研究设计了熔喷-静电纺-熔喷纳米复合非织造材料的过滤性能，研究结果表明，复合一层0.029～0.116μm的纳米纤维膜后，熔喷材料的过滤效率从38.1%提高到99.0%以上，能够有效阻截空气中的微小颗粒和病毒等有害物质，可以应用于GX防护口罩。用粘胶水刺非织造布做基布，纺制载有没食子的醋酸纤维素纳米纤维，再用丙纶纺粘非织造布盖在表层，所形成的复合结构防护口罩材料对1μm以下的粒子的过滤效率达到69.76%，具有优异在KJ性能。采用静电纺丝技术制备直径为0.088μm左右的锦纶6与壳聚糖混合的纳米纤维，并与丙纶熔喷非织造布复合，制备无毒无害GX防尘口罩的过滤材料。

　　2　防霾口罩过滤纺织用品的发展方向

　　随着我国雾霾天气的增多和空气质量的下降，呼吸防护用品特别是防霾口罩将会迎来新的发展机遇。但是目前市场上销售的防霾口罩仍存在一些缺陷，如口罩的舒适性、耐用性、安全性和功能性等问题。要改良这些性能必须解决以下几个关键技术。

　　2.1　解决口罩滤料的过滤效率和呼吸阻力之间的矛盾关系

　　口罩的呼吸阻力是由于人体佩戴口罩后，呼吸气经过口罩所产生的摩擦力而形成。呼吸阻力的增加不但会导致佩戴者换气不足，使佩戴者产生胸闷气短、呼吸困难的感觉，还会降低口罩的密封性，导致漏气量增加，影响口罩的过滤性能。目前市场上的许多口罩的滤料过滤性能好但呼吸阻力大，呼吸阻力小的过滤性能差，两者成反比关系。因此，进一步提高口罩滤料的过滤效率的同时降低口罩的呼吸阻力，即开发GX低阻的口罩滤料是防霾口罩纺织品的发展方向之一。

　　2.2　提升防霾口罩的舒适性

　　口罩的舒适性除了要求口罩滤料有一定透气、透湿和散热的功能外，还必须使用对人体没刺激和安全的材料。目前市场上防霾效果较好的个人防护口罩主要成分是化学纤维等，他们的生物相容性不如许多天然纤维，但是天然纤维由于纤维比较粗，所制造的口罩滤料的孔径较高，无法阻挡空气中细小的颗粒。近年来，天然纤维材料的再生利用的兴起为口罩滤料提供了一些生物相容性好的原料。

　　2.3　增强口罩的功能性

　　工业的快速发展加剧了空气的污染，空气中除了有粉尘外，还存在许多对人体有伤害的物质，如氮氧化物、二氧化硫以及一些受燃煤排放的重金属元素。因此，仍需要开发一些功能性的滤料，在过滤空气中微小颗粒同时，还能够吸附和降解空气中的有害物质。另外，空气中也存在着一些细菌，人们在佩戴口罩的过程中，也容易滋生细菌，因此，赋予口罩滤料优异的KJ或YJ性，可以使消费者用得安心。

　　2.4　降低防霾口罩使用成本

　　目前许多防霾口罩都是一次性口罩，不可重复使用，但销售价格非常昂贵，比如3M公司的防霾口罩的价格为十几到二十几元，绿盾的防霾口罩也是十几元一个，消费者使用成本非常高，严重影响消费者的使用欲望。因此，降低一次性防霾口罩的生产成本与开发可以重复使用的防霾口罩滤料，降低使用者的使用成本将是今后过滤用纺织品的一个重要发展趋势。

　　3　结语

　　雾霾天气的不断增加，促进了个人防护口罩的消费，目前市场上的防霾口罩仍需进一步的改进。随着科技的发展和进步，许多新型材料和先进技术被不断地研究和开发并应用到过滤用纺织品上，将会进一步提高口罩的过滤性、舒适性、功能性和耐用性，同时降低其呼吸气阻力和生产成本。