熔喷非织造过滤材料的熔喷非织造过滤材料在口罩生产中的应用

熔喷非织造过滤材料的熔喷非织造过滤材料在口罩生产中的应用

冠状病毒感染的风险之一是。国家卫生和健康委员会发布的《防止新型冠状病毒感染的风险人群安全指南》和《防止新型冠状病毒感染的肺炎疫情指南》指出，羽毛是预防呼吸道感染的重要防线，可以减少新型冠状病毒感染的风险。口罩不仅可以阻挡病人喷射飞沫,降低飞沫量和喷射速度,还可以阻挡含病毒的飞沫核,防止佩戴者吸入。因此,口罩也成了老百姓最关注的产品之一。口罩的过滤性能由其结构、组成和所带电荷共同决定。目前原材料主要有聚酯(PET、PBT)、聚酰胺(PA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈(PAN)、氨纶(PU)、聚丙烯(PP)等1相互作用方式口罩过滤机理非常复杂,根据其截留途径及相互作用方式,可分为以下几种:重力沉降、拦截、惯性碰撞、扩散、静电吸附等作用;对亚微米颗粒物,主要靠扩散和静电作用1.1静电衰减过滤效率下降以高熔指聚丙烯为主要原料,采用熔喷成网方法,并经驻极处理如电晕放电工艺等生产制造的非织造布,主要通过静电吸附作用过滤颗粒物。熔喷布材料存在的问题是,随着放置时间的延长,特别是在高湿度/高温环境中或者经过标准规定的预处理步骤之后,会发生静电衰减,导致过滤效率下降。有质量不稳定的熔喷布,静电维持时间不超过1个月,过滤效率从初始的90%以上下降到不到40%,导致口罩不合格。该材料作为综合性价比最高的材料,一直应用于口罩生产。但浙江省内熔喷布供需紧张,价格从2019年底不到3万元/t迅速上涨到了2020年3月初的30万元/t以上。1.2针刺非织造布以两种及以上不同摩擦带电性能的短纤为主要原料,采用针刺成网方法生产制造的非织造布,主要通过静电吸附作用过滤颗粒物。该材料多用于空气净化的粗滤过程,过滤效率较好、压差低,容尘量高。针刺静电棉材料在生产过程中与做成口罩成品后,存有短纤脱落或钻出的风险。本研究不对该材料进行论证。1.3聚丙烯双向拉伸微孔薄膜超高效空气净化聚四氟乙烯覆膜材料具有过滤效率高、阻力大的特点,通过原料改性、工艺调整等,可加工不同孔径、不同微孔形状、不同孔隙率的薄膜。薄膜材料形貌在微米级尺度上,细纤维(大量,纤维直径几十个纳米)和粗纤维(少量,纤维直径微米级)混杂(熔喷布纤维直径多在1～8μm),厚度控制在几十微米以内,这样可使其过滤效率从99%降低到90%,同时压差可与驻极聚丙烯熔喷非织造布相当。聚四氟乙烯双向拉伸微孔薄膜以PTFE树脂为原料,经混料、挤压、挤出、压延、双向拉伸等特殊工艺制成;该膜的强度很低,需要复合到各种支撑材料上,目前基材使用较多的是聚丙烯纺黏无纺布、聚丙烯/聚乙烯热风无纺布。PTFE复合技术要求很高,一般分为高温热压复合和胶复合两种。覆膜材料过滤性能主要由聚四氟乙烯双向拉伸膜的性能决定。典型的聚四氟乙烯双向拉伸薄膜微孔结构如图1所示目前桐乡市健民过滤材料有限公司、湖州禾海材料科技有限公司和湖州森诺氟材料科技有限公司等3家企业的送检样品均已评估通过,具体过滤性能指标如表1。本研究对聚四氟乙烯覆膜过滤材料的安全性、聚四氟乙烯覆膜口罩的性能以及经高温热水浸泡后重复使用性能进行了测试。2实验2.1原材料桐乡市健民过滤材料有限公司提供的平方米质量为30g/m2.2消毒针头由桐乡市健民过滤材料有限公司委托桐乡市崇福利民卫生用品厂打样。选用常用的平方米质量为25g/m2.3万事利集团的缝纫机打印机按照《浙江省日常用防护口罩生产工艺指导书(暂行)》规定的工艺生产,选用常用的平方米质量为25g/m2.4模拟家庭清洁消毒将口罩样品放在合适的容器中,然后倒入刚刚烧开的开水,浸泡30min后取出自然悬挂晾干;更换热水,模拟多次清洗消毒过程。2.5最低过滤效率和防护效果测试依据《浙江省紧急防护民用口罩生产指南(暂行)》、GB18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》和GB31701—2015《婴幼儿及儿童纺织产品安全技术规范》标准进行,以每批次最低过滤效率和防护效果数值为实测值。3结果与分析3.1纺织原料测试企业提供了原材料和覆膜材料符合欧盟Rohs指令的检测报告。依据纺织产品强制性国家标准GB18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》和GB31701—2015《婴幼儿及儿童纺织产品安全技术规范》要求,测试了甲醛含量、pH值、禁用偶氮染料和邻苯二甲酸酯等项目,发现甲醛、禁用偶氮染料和邻苯二甲酸酯等未检出,pH值为6.4,符合纺织品婴幼儿级别安全技术要求。3.2实现较高的颗粒物过滤效率熔喷非织造滤材作为防护口罩的核心过滤层,具有纤维细度较细、比表面积大、孔隙率高等特点。熔喷非织造滤材经驻极处理后,会产生静电效应,对颗粒物进行拦截,实现较高的过滤效率。根据现行防护口罩的标准要求,口罩的颗粒物过滤效率至少在90%以上。2批次手工缝制口罩,经测试均符合标准要求,具体数值见表2。自动化口罩机生产的口罩,同样符合防护口罩的过滤效率要求(过滤效率90.6%)。聚四氟乙烯覆膜过滤材料可满足口罩用缝纫机和全自动口罩机生产的要求,和采用熔喷布过滤材料生产的口罩相比,聚四氟乙烯覆膜过滤材料没有特殊工艺要求。3.3可重复使用材料试验发现,开水倒入后能马上浸透口罩样品,样品取出后外观无明显变化。样品吸附较多水分(基材吸附),可用手挤出。自然悬挂过夜后,样品晾干,干燥后外观无明显变化。从测试结果来看,其可以保持较好的过滤性能。推测过滤效率稍有下降的原因是,水分干燥过程中,聚四氟乙烯薄膜孔结构发生了轻微变化(用手挤压水分,因水分挥发的表面张力,与基材、黏结材料不同的收缩等)。开水浸泡次数对过滤效率结果影响不明显,说明可以多次重复使用。作为疫情期间熔喷布供应不足的特殊时期,聚四氟乙烯覆膜材料是一种很好的替代材料,能够实现过滤病毒的防护效果。基于该研究成果,2020年3月2日,浙江省疫情防控医疗物资[2020]52号《关于印发《浙江省日常用防护口罩过滤材料指南(暂行》的通知》,将聚四氟乙烯覆膜过滤材料纳入指南。聚四氟乙烯覆膜过滤材料符合国家纺织产品安全技术规范要求,技术指标设置为过滤效率90%,压差150Pa,可供应急时期民用防护口罩使用。2020年3月3日,浙江省经信厅主持召开首场新型可循环使用的防疫口罩材料推荐发布会,介绍了浙江朝晖过滤技术股份有限公司研发的防疫口罩材料——纳米级覆膜材料,可优化替代口罩生产关键材料“熔喷布”,缓解当前口罩生产材料短缺的困境。通过简单高温热水消毒后,该材料