滌綸針刺非織造過濾材料儲(chǔ)電性能研究*

李金超 朱硯龍 劉 順 李晨迪 桂盼盼

河南工程學(xué)院紡織工程學(xué)院，河南 鄭州 450007

空氣中微細(xì)顆粒物污染的高效治理已成為近年人們關(guān)注的熱點(diǎn)，亦是當(dāng)前亟待解決的重要課題[1]。普通針刺非織造過濾材料僅依靠機(jī)械阻隔進(jìn)行過濾，其往往被用作粗、中效空氣過濾材料，無法實(shí)現(xiàn)對PM2.5等細(xì)微顆粒物的有效過濾。駐極處理后的過濾材料可利用機(jī)械阻隔及靜電吸附雙重機(jī)理捕獲并吸附微細(xì)顆粒物，這種材料與單純依靠機(jī)械阻隔來過濾微細(xì)顆粒物的過濾材料相比，前者具有更高的過濾效率，同時(shí)可保持較低的過濾阻力，現(xiàn)已廣泛用作高效低阻空氣過濾材料[2-3]。因此，為進(jìn)一步擴(kuò)大針刺非織造材料的應(yīng)用領(lǐng)域，有關(guān)針刺非織造過濾材料駐極處理方面的研究也在逐漸增多[4-6]。

本文將以滌綸針刺非織造材料為原料，在對滌綸針刺非織造材料試樣分別進(jìn)行水洗、異丙醇處理后，對試樣進(jìn)行靜電駐極處理，測試不同方法處理后試樣表面靜電勢的衰減速度，探索提高材料儲(chǔ)電性能的方法。然后，為進(jìn)一步提高材料的儲(chǔ)電性能，將滌綸針刺非織造材料與聚丙烯熔噴非織造材料進(jìn)行不同方式的復(fù)合與處理，以期為常規(guī)針刺非織造材料更廣泛地用于中、高效空氣過濾領(lǐng)域提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及試劑

滌綸針刺非織造材料(自制)，厚度3.11 mm，面密度420 g/m2。其中，滌綸線密度為2.44 dtex，長度為51.00 mm。聚丙烯熔噴非織造材料(鄭州豫力新材料科技有限公司)，面密度25 g/m2。

蒸餾水(實(shí)驗(yàn)室自制)；異丙醇溶液(上海國藥)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99.5%。

1.2 后處理

為防止化學(xué)纖維在后續(xù)加工過程中因產(chǎn)生靜電而影響生產(chǎn)，化學(xué)纖維在生產(chǎn)時(shí)通常會(huì)加入抗靜電劑和油劑等物質(zhì)，以利于靜電的快速逸散。因此，若希望化學(xué)纖維制品能利用靜電吸附顆粒物，則需使纖維表面的電荷盡可能地保持持久，即提高纖維的儲(chǔ)電性能。本文將先采用水洗和異丙醇浸泡兩種方法對滌綸針刺非織造材料試樣進(jìn)行處理，以期能提高試樣的儲(chǔ)電性能。

1.2.1 水洗法

利用蒸餾水對試樣進(jìn)行水洗，浴比為1∶40，水洗溫度為100 ℃?？刂泼看嗡磿r(shí)間為1 h，洗完后換水，分別水洗1～8次。水洗后的試樣于室溫下靜置干燥24 h，待用。

1.2.2 異丙醇法

參照歐標(biāo)EN 779-2012[7]，先將試樣在異丙醇溶液中浸泡5 min；待試樣完全浸透后，將試樣放入75 ℃的蒸餾水中水洗，浴比為1∶40，每10 min更換蒸餾水1次；3次水洗后，取出試樣自然干燥，待用。

1.3 儲(chǔ)電性能測試

參照GB/T 12703.1—2008《紡織品靜電性能的評定 第1部分：靜電壓半衰期》標(biāo)準(zhǔn)，采用YG401織物感應(yīng)式靜電壓測試儀測試試樣的儲(chǔ)電性能。測試原理如圖1所示。

圖1 YG401織物感應(yīng)式靜電壓測試儀測試原理示意

2 儲(chǔ)電性能測試結(jié)果與分析

2.1 水洗法

對水洗法獲得的試樣先進(jìn)行高壓靜電駐極。駐極條件：高壓10 kV、駐極時(shí)間30 s、駐極距離20 mm。然后測試試樣表面靜電勢的半衰期。所得水洗次數(shù)與駐極處理后試樣表面靜電勢的半衰期的關(guān)系如圖2所示。

圖2 水洗次數(shù)與駐極處理后試樣表面靜電勢的半衰期的關(guān)系

試驗(yàn)表明：未經(jīng)水洗的試樣在駐極處理后，試樣表面靜電勢的半衰期為0，即其不具備儲(chǔ)電能力，這主要是因?yàn)榛瘜W(xué)纖維生產(chǎn)過程中加入的抗靜電劑和油劑等會(huì)使靜電荷快速地逸散；隨著水洗次數(shù)的增加，駐極處理后試樣表面靜電勢的半衰期逐漸延長，且當(dāng)水洗次數(shù)達(dá)到5以后，試樣表面靜電勢的半衰期基本保持穩(wěn)定，這表明水洗5次后纖維表面的抗靜電劑和油劑等已基本清洗干凈，試樣具備比較穩(wěn)定的儲(chǔ)電性能[4]。

2.2 異丙醇法

對異丙醇法獲得的試樣進(jìn)行高壓靜電駐極處理，駐極條件同2.1節(jié)。測得異丙醇法獲得的試樣表面靜電勢衰減到50%和10%的時(shí)間如圖3所示，并與水洗5次獲得的試樣靜電勢的衰減時(shí)間進(jìn)行對比。

圖3 水洗法(水洗5次)和異丙醇法獲得的試樣靜電勢衰減時(shí)間

從圖3可以看出，異丙醇法獲得的試樣表面靜電勢衰減時(shí)間都遠(yuǎn)大于水洗法獲得的試樣表面靜電勢衰減時(shí)間，表明經(jīng)異丙醇處理的試樣具有更好的駐極效果。

3 滌綸針刺非織造材料與聚丙烯熔噴非織造材料的復(fù)合

為獲得儲(chǔ)電性能更加優(yōu)異的過濾材料，本文將對滌綸針刺非織造材料與聚丙烯熔噴非織造材料進(jìn)行復(fù)合。聚丙烯熔噴非織造材料中纖維直徑小(1～5 μm)，纖網(wǎng)內(nèi)部孔徑更小，且經(jīng)高壓駐極處理后具備高效低阻的過濾特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于高效空氣過濾領(lǐng)域[8]。本文將采用3種方式對聚丙烯熔噴非織造材料和滌綸針刺非織造材料進(jìn)行復(fù)合(圖4)，然后對聚丙烯熔噴/滌綸針刺復(fù)合試樣進(jìn)行異丙醇處理，最后進(jìn)行高壓靜電駐極處理，并測試復(fù)合試樣異丙醇處理前后的靜電勢衰減情況。

圖4 聚丙烯熔噴/滌綸針刺復(fù)合試樣的3種復(fù)合方式

測試發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)異丙醇處理的3種復(fù)合試樣駐極后試樣表面靜電勢的半衰期均為0，表明這3種未經(jīng)異丙醇處理的復(fù)合試樣均無儲(chǔ)電能力。經(jīng)異丙醇處理后的3種復(fù)合試樣駐極后，試樣表面靜電勢衰減到10%的曲線如圖5所示，可以看出：異丙醇處理后，3種復(fù)合試樣儲(chǔ)電能力均大幅增加；中間夾層復(fù)合方式駐極后復(fù)合試樣表面靜電勢衰減速度最慢，其儲(chǔ)電性能最優(yōu)，這可能與這種復(fù)合方式使得駐極后聚丙烯纖維所帶電荷不易逸散有關(guān)。

圖5 異丙醇處理的3種復(fù)合試樣駐極后表面靜電勢的衰減曲線

此外，從圖3和圖5可以看出：異丙醇處理后的中間夾層復(fù)合試樣駐極后表面靜電勢衰減至10%耗時(shí)5 520 s，而異丙醇處理后的滌綸針刺非織造材料駐極后表面靜電勢衰減至10%耗時(shí)4 140 s，前者儲(chǔ)電性能顯著提高，這為今后制備儲(chǔ)電性能更加優(yōu)異的非織造過濾材料提供了思路。

4 結(jié)論

本文采用水洗法和異丙醇法對常規(guī)滌綸針刺非織造材料進(jìn)行處理，得到以下結(jié)論：

(1)在一定溫度和浴比的條件下利用蒸餾水對滌綸針刺非織造材料進(jìn)行水洗，可有效去除纖維表面在加工過程中添加的抗靜電劑、油劑等物質(zhì)。當(dāng)水洗次數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，試樣儲(chǔ)電性能達(dá)到最優(yōu)，之后趨于穩(wěn)定。本文中滌綸針刺非織造材料的最佳水洗次數(shù)為5。

(2)與水洗法相比，異丙醇法制得的試樣表面靜電勢的半衰期顯著增加，儲(chǔ)電性能明顯提高。

(3)將滌綸針刺非織造材料與聚丙烯熔噴非織造材料采用中間夾層方式進(jìn)行復(fù)合，并采用異丙醇法處理后，所得聚丙烯熔噴/滌綸針刺復(fù)合試樣的儲(chǔ)電性能最優(yōu)。