1、
静电纺PVB纳米纤维在防雾霾口罩中应用研究
罗瑞雪
摘 要：随着工业化进程加快，我国很多地区都出现了较为严重的雾霾现象，防雾霾口罩性能的好坏影响着人们的健康。聚乙烯醇缩丁醛（PVB）具有优良的柔软性和绕曲性，且无毒无害，静电纺丝法制成的纳米纤维在浓度为7wt%时，具有优良的透气性，对0.3微米氯化钠气溶胶过滤效率可达97%，透气阻力仅为100帕，是优良的过滤材料。聚乙烯醇缩丁醛（PVB）浓度为7wt%的纳米纤维市场价格约为20元每平方米，有很大的价格优势。在未来几年，纳米纤维必将大规模应用于防雾霾口罩的制作。
关键词：防雾霾口罩；静电纺丝；纳米纤维；聚
2、乙烯醇缩丁醛
1 概述
近年来城镇化速度加快，工业快速发展，全国多地区出现了不同程度的雾霾现象，雾霾对人体健康产生很大影响，人长时间处于雾天中，可引起气管炎、喉炎、肺炎、鼻炎、眼结膜炎及过敏性疾病的发生，抵抗力较差的糖尿病患者极有可能出现肺部及气管感染而加重病情。防雾霾口罩减轻了雾霾对人体的伤害，可以说防雾霾口罩的质量影响着人们的健康[1]。
目前市场上售卖的活性炭型、复合型和纳米型三种类型的防雾霾口罩，分别存在不同的问题。广泛使用的活性炭防雾霾口罩，利用活性炭发达的微孔结构对空气中的有毒颗粒和气体进行吸附，存在重复利用性差，透气性不佳的缺点；复合口罩的过滤材料是由两到三层密度不同的化学
3、粘合无纺布和针刺无纺布共同组成，这种口罩的主要缺点是不环保且过滤性能差[2]；市面上售卖的纳米纤维口罩也存在密闭性不佳和纤维不均等问题。
2 静电纺丝法的介绍
近年高速发展的纳米纤维材料具有透气性佳、柔韧性高、过滤效果好等优点，适合用于口罩的制作。静电纺丝法具有设备简单、工艺可控、适用范围广、成本低等多种优点，与其他几种制备纳米纤维的方法相比更适合工业生产[3]。静电纺丝装置如图1。
但需要我们关注的是静电纺丝纳米纤维材料也存在许多问题，比如材料的机械强度低、使用寿命短、纺丝过程中仍需要进一步提高稳定性。但相信随着科学技术的发展，静电纺丝纳米纤维材料将有更广阔的应用前景。
3 纳米纤维
4、的制作
3.1 技术指标
使用ET-2535H型静电纺丝装置制备纳米纤维膜。先称取一定质量的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）粉末，然后缓缓加入无水乙醇配制成7%的纺丝液，并密封好；然后放在磁力搅拌器上充分搅拌，使粉末完全溶解，便制得所需PVB纺丝液。将溶液装入具不锈钢针头（20号）的注射器中，调节溶液推进速度为0.10mm/min，用导线将喷针与正高压电源相连，接收滚筒与负高压相连。调节正电压为7KV，负高压1KV，喷射距离10cm。液滴在静电力作用下在喷针形成Taylor锥形成射流和纤维。纺丝一段时间制得聚乙烯醇缩丁醛纤维膜。
超过100个不同的聚合物可以通过静电纺丝的方法制备成纳米纤维，不同
5、聚合物其溶剂、可纺浓度、电压等都不同。考虑到聚乙烯醇缩丁醛（PVB）具有优良的柔软性和挠曲性，在常温下性能稳定，适用于口罩过滤材料的制作。
3.2 静电纺丝优点
与现有空气过滤材料相比，静电纺织纳米纤维[4]主要有以下几个特点：
（1）具有均匀的纤维直径分布，纤维直径分布不均会影响过滤效率，因而高效稳定的制备均匀分布的纳米纤维尤为重要。
扫描电镜观察聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维形貌（如图2），纤维表面光滑，直径细且形态分布均匀。
（2）具有三维立体空间结构，纤膜孔径小，孔隙率高，因而透气性较好。
静电纺丝以其设备简单、工艺可控、适合范围广、成本低等多方面特点，成为制备聚合物纳米纤维的首选
6、方法。
3.3 PVB纳米纤维过滤性能
实验测出喷有7wt%纳米纤维的无纺布的过滤效率和透气阻力。在空气流速为85L/min流速下，以0.3微米氯化钠气溶胶为例，过滤效率为97%，透气阻力为100Pa。按照国家标准GB2626-2006，口罩呼吸阻力不得大于350Pa，现有市场上口罩能达到N95、KN95标准的呼吸阻力基本大于200Pa呼吸阻力越低，呼吸越顺畅，佩戴越舒服。喷有PVB纳米纤维的无纺布作为口罩的核心过滤材料，拥有良好的透气性，过滤效果优良。
4 纳米纤维市场及应用前景
使用纳米纤维作为过滤材料的口罩，具有较低的孔径，极高的孔隙率等特点，因此在透气性能方面明显高于利用活性炭
7、吸附过滤的防雾霾口罩，使用效果更好。同时，与其他生产纳米纤维的方法相比，成本低，纤维较均匀，因此，将在市场竞争上处于优势地位。静电纺纳米纤维法可以用于工业生产，生产出的纤维过滤性更好，适于制作口罩过滤材料。
5 结束语
本文针对目前市场上售卖的几种防雾霾口罩出现的透气性差、过滤性不佳等缺点，提出将静电纺丝法制备的纳米纤维作为口罩的核心过滤材料。以浓度为7wt%的PVB纳米纤维为例，经实验测试，其过滤性能优良，且在100摄氏度内具有良好的稳定性，适于口罩的过滤材料的制作。靜电纺丝法制备的纳米纤维较为均匀，价格低廉，在防雾霾口罩中有很大的应用前景。
参考文献
[1]Peter Tsai.口
8、罩认知与SARS防护[J].产业用纺织品，2003，6：25-26.
[2]简小平.非织造布空气过滤材料过滤性能的研究[D].东华大学，2013.
[3]李雄.静电纺/驻极喷复合非织造材料工艺性能研究[D].东华大学，2011，7.
[4]刘学洋.PVDF/PSU复合抗菌纳米纤维空气过滤材料的制备及其在
口罩中的应用研究[D].东华大学，2016.
科技创新与应用2017年11期
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-全文完-
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