聚丙烯纖維布的駐極充電

科學家卡爾·齊格勒（Karl Ziegler）和居里奧·納塔（Giulio Natta）因為配位聚合催化劑的貢獻和等規聚丙烯的合成等工作，于1963年獲得了諾貝爾化學獎，此時，距離醫用滅菌式紗布口罩的誕生已經過了68年。盡管如此，也要等到15年之后，現代口罩中使用的聚丙烯熔噴布駐極體才被目前防護領域知名的3M公司發明出來，并申請了專利（U.S. Patent No. 4,215,682.）。1981年，3M公司第一次將該材料用于空氣凈化領域（U.S. Patent No. 4,462,399.），而后又申請了口罩相關的諸多專利（U.S. Patent No. 4,807,619；U.S. Patent No. 4,729,371.）。這也奠定了現代口罩以聚丙烯熔噴布（駐極體）作為核心過濾層的技術基礎，而后淘汰取代了無菌紗布口罩。

我們已經知道了聚丙烯口罩中電荷的重要性，那口罩中的靜電荷可以保持多久呢？靜電我們并不陌生，冬季天氣干燥的時候脫毛衣就會看到靜電引起的小火花，可是毛衣上的靜電會很快地消失掉，不能長時間存在，這樣的靜電荷是不能用在口罩中的。口罩中的電荷是由駐極體提供的，那什么是駐極體呢？其實駐極體的概念非常簡單，通俗的講，只要能長時間儲存電荷的材料或物質就可以認為是駐極體。

從1919年第一個人工駐極體制備出來之后（駐極體. 2001.科學出版社），相繼發現了很多優秀的駐極體材料，其中就有量大面廣的石油化工產品聚丙烯。工業生產中，一般使用電暈駐極的辦法給聚丙烯熔噴布注入電荷，如圖10所示（RSC Advances 2018, 8 (15), 7932-7941.），注入其中的電荷在常溫下會非常持久的待在熔噴纖維里面。聚丙烯纖維中的電荷主要分成兩種，一種是比較容易跑掉的電荷，70℃左右就會跑掉，另一種是在材料中比較穩定的，這部分電荷就需要達到100℃以后才會慢慢的跑掉（physica status solidi (a) 1987, 100 (1), 143-147；Journal of Physics D: Applied Physics 1993, 26 (4), 690-693）。好的駐極熔噴布，重要的特征是電荷在高溫下還相對穩定。因為電荷有正負之分，所以駐極的時候可以使用正電壓駐極也可以是使用負電壓駐極，但是實驗結果表明，負電壓駐極后的電荷更加穩定（IEEE Transactions on Electrical Insulation 1992, 27 (5), 924-943；Journal of Electrostatics 2007, 65 (10), 667-671.），所以一般工業生產中都是用負電壓駐極。在負電荷駐極的工藝中，注入到聚丙烯中的電荷以碳酸根離子和氧負離子為主（駐極體. 2001.科學出版社；IEEE Transactions on Electrical Insulation 1992, 27 (5), 924-943.）。

注入到聚丙烯中的電荷儲存時間和聚丙烯材料的結晶程度有很大的關系，結晶度越高，注入的電荷越多，電荷也越穩定。有研究人員用容易結晶的等規聚丙烯和不結晶的無規聚丙烯以不同比例進行混合，發現等規聚丙烯越多，電荷在常溫下的儲存時間越長，甚至儲存時間高達290天時，表面電勢也只衰減了10%左右。

標簽：口罩靜電添加