熔喷聚丙烯驻极体过滤材料对医用消毒剂的耐受性研究.doc

熔喷聚丙烯驻极体过滤材料对医用消毒剂的耐受性研究*浙江省自然科学基金(Y5090294)和浙江省教育厅重点项目（资助项目Z201018028）资助课题 陈钢进1 肖慧明1 尤健明2 赵帆21杭州电子科技大学驻极体及其应用实验室 浙江 杭州 310018 2桐乡市健民过滤材料有限公司 浙江省 桐乡市 314511Study on stability of Melt-blown Polypropylene Electret Nonwoven Used as Air Filter soaked in DisinfectorGangjin CHEN1 Jianming YOU2 Huiming XIAO1 Fan ZHAO2 1 Lab. of Electrets and Its Application, Hangzhou Dianzi University,Hangzhou, 310018, CHINA2 Tongxiang Jianmin Filter Material Co., Ltd, Zhejiang, Tongxiang, 314511, CHINA* E-mail: cgjin.摘 要熔喷聚丙烯驻极体过滤材料由于具有特殊的静电过滤机理，而显现出低流阻、高效率等优点，尤其是所具有的除尘、灭菌多功能的特点，使其成为了医用防护口罩的最佳用材。在特殊环境下的驻极体电荷稳定性是需要深入了解的关键问题。本文在前期工作的基础上，采用浸泡方法研究了材料在医用消毒剂作用下的过滤效率稳定性。结果表明：经双氧水、苯酚、戊二醛、含氯消毒剂、硼酸、甲醛、过氧乙酸和消毒酒精等医用消毒剂浸泡后，其过滤效率几乎不会衰减。但材料用洗洁精和洗衣粉清洗时，其过滤性能下降较大。因此，熔喷聚丙烯驻极体过滤材料在医用环境中使用具备良好的稳定性，可作为医用防护口罩的首选材料。但建议作为一次性呼吸防护用品使用。关键词：空气过滤材料，熔喷聚丙烯，驻极体，溶液浸泡，过滤效率Abstract: It was known that melt-blown polypropylene electret nonwoven is the best materials used as facepiece respirators. It is able to exhibit higher filtration efficiency, lower pressure drop and germicidal function because of its special electrostatic filtering mechanism. Its electret charge stability in application environment is the key problem to need study. In this paper its stability of filtration efficiency is investigated when the melt-blown polypropylene electret nonwoven is soaked in disinfector solution. The results show that its filtration efficiency decline little after soaked for 24 hours in hydrogen peroxide, phenol, glutaraldehyde, chlorine-containing disinfectant, boracic acid, formaldehyde, peroxyacetic acid and pilyvinyl alcohol. However, its filtration efficiency displays a marked decay when it is soaked in washing-up liquid and detergent powder. It can be come to a conclusion that melt-blown polypropylene electret nonwoven is a kind of favorable facepiece respirator materials when used in medicine environment, however, it is proposed as a disposable respiratory protection production. Key words: air filtration materials, melt-blown polypropylene nonwoven, electret, disinfector solution soakage, filtration efficiency stability 1. 引言近年来，给人类的生命安全带来巨大威胁的SARS和甲型H1N1流感病毒的流行使得人们对医用防护口罩提出了更高的要求。熔喷聚丙烯驻极体过滤材料除了可通过一般的惯性沉积、重力沉积、布朗扩散等机械拦截作用实现空气净化外，还能利用存在于纤维间的无数个无源电极产生的静电吸附作用实现对粉尘的过滤，是一类优异的空气过滤材料1。与此同时，驻极体产生的静电场还能起到刺激细菌蛋白质变异、损伤其细胞质及细胞膜、破坏细菌表面结构等功能，从而能够杀灭细菌2。正是由于熔喷聚丙烯驻极体过滤材料所具有的高效、低阻、灭菌多功能使其成为了医用防护口罩的首选材料，并在医疗设施洁净及公共场所洁净等领域得到了广泛的应用3。但是，熔喷聚丙烯驻极体过滤材料在空气过滤时的高效率很大程度上依赖于其所带的电荷，当滤材暴露于特殊环境中的稳定性一直是人们关注的焦点4。当熔喷聚丙烯驻极体非织造布用于医用口罩时，由于经常会与用于伤口、室内环境、医疗器械、医疗用品消毒的化学试剂相接触，此类环境下的性能稳定性与患者和医务人员的安全健康息息相关。为了深入了解聚丙烯驻极体过滤材料在消毒剂作用下的电荷储存稳定性及阻效性能变化规律，在前期工作的基础上，本文报道采用浸泡方法研究材料在医用消毒剂作用下的过滤效率稳定性结果，为材料在医用口罩中的使用可靠性提供依据。2. 材料及实验方法本试验所用的熔喷聚丙烯驻极体过滤材料来自桐乡市健民过滤材料有限公司，产品门幅1.6m。样品克重为2.010-2 kg/m2。医用消毒剂是一类用于杀灭传播媒介上病原微生物、使其达到无害化要求、将病原微生物消灭于人体之外、切断传染病的传播途径达到控制传染病目的的一类化学试剂。消毒剂按其作用水平可分为灭菌剂和消毒剂，具体包括高锰酸钾、甲醛、戊二醛、环氧乙烷、过氧乙酸、过氧化氢、二氧化氯等。本试验选用医院中常用的消毒剂。过滤效率稳定性试验采用浸泡方法。具体过程如下：消毒剂溶液的配制：医用消毒剂均采用AR级，按照常规使用质量分数浓度，以去离子水为溶剂配制。具体浓度为 2%的戊二醛、3%的硼酸、3%的双氧水、2%的过氧乙酸、2%的苯酚和10%的甲醛。酒精选用质量分数为75%的消毒酒精。含氯消毒剂按照原液与去离子水比例1：4混合，原液有效成分为次氯酸钠，有效氯含量 0.8-1.2%。 浸泡试验：选取25cm40cm规格的条状样品，并先测定其初始过滤效率和阻力，然后将样品在不同的医用消毒剂中浸泡24小时后取出，常温下晾干后再次测试其过滤效率和阻力。每个样品测试三个点并取平均值。为保证样品性能的一致性，不同消毒剂中测试的样品均取自同一卷材料。过滤效率和阻力的测试：在浙江朝晖过滤技术股份有限公司生产的全自动过滤材料测试仪中进行。气溶胶为DEHS (Diethyl Hexyl Sebacate， 二乙基己醇癸二酸酯) ，气溶胶流动速度为5.3cm/s，测试粒径为0.30.5m；测试时一电晕中和器被用于中和气溶胶到Boltzmann电荷分布。当试验气溶胶上游浓度（Cu）和下游浓度（Cd）由一宽频粒子计数器(WPS，Model 1000 XP，MSP Corp.，USA)测定。过滤效率由下式计算：过滤效率=(Cd/ Cu)(100%)； 3. 结果和讨论3.1驻极体电场对材料过滤行为的影响图1 驻极体和非驻极体过滤材料过滤效率的对比Fig.1 Compare of filtration efficiency between the electret and non-electret web为了论证熔喷聚丙烯过滤材料中驻极体电场对过滤性能的影响，图1列举了同样熔喷工艺条件下制得的、同一批次20 g/m2驻极体和非驻极体样品不同粒径下测定的过滤效率对比结果。驻极体和非驻极体样品的差异在于其它生产工艺相同的情况下，非驻极体样品没有进行电晕充电。由图可看出，驻极体样品的过滤效率显著高于非驻极体样品。对0.10.2mm粒径粒子，过滤效率提高了42%，对0.30.5mm粒径粒子，提高了近60%。这表明在其它因素相同的情况下，驻极体的形成使熔喷聚丙烯材料的过滤效率得到了大幅度的提高，而且粉尘的粒径越大，提高的幅度越大。显然这与驻极体过滤材料特殊的静电作用机理有关5。非驻极体样品对气溶胶粒子的捕获完全来自惯性和扩散效应，驻极体样品多了静电吸附作用。驻极体与非驻极体样品之间的差值则反映了静电效应的强弱。3.2 耐消毒剂浸泡性能由于熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的高效率在很大程度上依赖于其所带的电荷，作为医用口罩的主要用材，考察其在医用消毒剂作用下的过滤性能稳定性，对其推广应用非常重要。由不同消毒剂浸泡后的熔喷聚丙烯驻极体过滤材料过滤效率变化情况如表1所示。表中结果显示材料的过滤效率经医用消毒剂浸泡后几乎没有衰减，仍能保持在99%以上。其中经双氧水、苯酚、戊二醛和含氯消毒剂浸泡后，材料过滤效率下降值在0.10.2之间，而经硼酸、甲醛和过氧乙酸浸泡后，材料过滤效率下降值在0.1以下。经消毒酒精浸泡后过滤效率衰减程度虽较大，但也只下降了1.01。这说明消毒剂的作用不会引起材料过滤性能的下降。前已指出，驻极体材料的过滤性能与存在于材料中的驻极体电荷密切相关。因此，上述结果也表明，消毒剂的浸泡并没有引起材料中驻极体电荷的衰减。表1 熔喷聚丙烯驻极体过滤材料耐消毒剂浸泡性能Table 1 Melt-blown polypropylene electret nonwoven resistances to immersesing in the disinfectant消毒剂过滤效率%浸泡前浸泡后变化值硼酸(3%)99.5899.550.03甲醛(10%)99.5899.520.06过氧乙酸（2%）99.5899.490.08双氧水(3%)99.5899.450.13苯酚(2%)99.5899.430.15戊二醛(2%)99.5899.400.18含氯消毒剂99.5899.370.21酒精(75%)99.5898.571.01在我们的前期工作中曾经报道过熔喷聚丙烯驻极体过滤材料经不同溶剂浸泡后过滤性能的变化，结果指出其过滤性能稳定性与材料和溶剂之间的相溶性能有关6。由于聚丙烯为有机高分子材料，当将材料浸泡在如异丙醇、丙酮等有机溶剂中时，聚丙烯与溶剂之间的相溶性好，溶剂的作用导致了材料中驻极体电荷的衰减，从而导致过滤效率的显著下降。如异丙醇、丙酮中浸泡一小时，其过滤效率值将从99%下降到3040%，接近非驻极体材料的过滤效率值7。但当将材料浸泡在水中或亲水性溶剂中时，由于聚丙烯分子与水分子相互作用弱，因而不易引起驻极体电荷的衰减，其过滤效率下降就不大。本试验所用的消毒剂都是水溶液，因而，可以认为消毒剂浸泡不会引起熔喷驻极体空气过滤材料过滤效率下降的原因是聚丙烯材料的疏水性所致。 溶剂特性对材料过滤性能的影响还可通过比较纯酒精和75%医用消毒酒精浸泡前后过滤效率变化结果可看出。在我们的研究中发现，纯酒精浸泡前后材料过滤效率从99.58%下降到77.42%，减少值达22.16%，显著高于75%医用消毒酒精浸泡的1.01%。由于酒精的化学成分是乙醇，与水相比，其化学性能与聚丙烯更相近，因而酒精与聚丙烯的相互作用强于水与聚丙烯之间的作用。从而，导致纯酒精浸泡是过滤效率更大程度的下降。这进一步说明了聚丙烯材料与溶剂的相溶性是决定熔喷聚丙烯驻极体过滤材料稳定性的主要原因。与此同时，我们还研究了不同消毒剂浸泡对聚丙烯驻极体过滤材料过滤阻力的影响。样品在浸泡前平均过滤阻力为32 pa。浸泡后的阻力有升有降，变化率在2 pa之间。这一结果显示，消毒剂的使用对材料透气性能的影响不大。3.3 耐清洗性能 为考察熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的耐清洗性能，测试了材料在清洗液中浸泡24小时前后过滤效率变化情况，结果列于表2。由表中数据可见，当用洗洁精和洗衣粉清洗时，过滤效率下降值达到了24.47%和22.22%，显著高于消毒剂的浸泡，与纯酒精浸泡时的下降值相当。其原因可能与清洗液中所含的表面活性剂有关。表面活性剂是一类同时具有亲水基团和疏水基团的物质。其所含的疏水基团与聚丙烯分子可产生较强的相互作用，从而引起驻极体电荷的衰减。而熔喷聚丙烯驻极体过滤材料是医用防护口罩的主要用材，这正是呼吸防护用品建议一次性使用的原因所在。表2 熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的耐清洗性能Table 2 Melt-blown polypropylene electret nonwoven resistances to cleaning performance洗涤剂过滤效率（%）浸泡前浸泡后下降值洗洁精（5%）96.8271.3525.47洗衣粉（5%）96.9371.6422.224. 结论熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的过滤效率与其所带的驻极体电荷密切相关，其应用稳定性主要由电荷稳定性所决定。材料经双氧水、苯酚、戊二醛、含氯消毒剂、硼酸、甲醛、过氧乙酸和消毒酒精等医用消毒剂浸泡后，其过滤效率几乎不会衰减。因此，熔喷聚丙烯驻极体过滤材料在医用环境中使用具备良好的稳定性，可作为医用防护口罩的首选材料。但材料用洗洁精和洗衣粉清洗时，其过滤性能下降较大。建议医用防护口罩作为一次性呼吸防护用品使用。参考文献1 H. 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