靜電駐極空氣過濾材料

靜電駐極空氣過濾材料：簡稱駐極體，是指那些能夠長期儲存空間電荷和偶極電荷的電介質材料，即從時間跨度上來看，它們的電荷衰減時間常數比駐極體形成的週期長得多。駐極體的電荷可以是真實電荷（或稱空間電荷），也可以是偶極電荷，或者兩者都有之。駐極體空氣過濾材料就是利用電荷的靜電力作用捕集塵粒。

目前，全球的環境日益惡化，與人類息息相關的空氣環境更是如此，已經嚴重地危及到人類的健康。與此同時。現代高科技的某些關鍵部分對環境的淨化要求極高。因此，現代社會需要具有高效、低阻等優點的空氣過濾器。傳統的空氣過濾材料不是過濾性能不理想，就是價格（成本）太貴。駐極體空氣過濾材料具有過濾效率高、阻力小和抗菌等優點，近二、三十年來在生命科學和臨牀醫學及環境淨化工程等方面得到廣泛應用。

駐極體用作過濾材料，最初在1976年由於J·Van Turnhout等人將切割成小條狀的聚丙烯薄膜製成，將這種帶電小條加工折皺狀態形成駐極體纖維。隨後，各種荷電技術以及通過混合不同纖維帶電技術等各具特色的帶靜電過濾器得到了開發和利用[5]。與此同時，駐極體空氣過濾材料也獲得了進一步的發展。尤其是2001年美國“9·11”事件以後，採用集中空調系統的建築物不斷面臨安全性的考驗，其中包括恐怖主義分子的生化武器襲擊；2003年的“非典”疫情給全世界造成巨大損失和影響。引起“非典”的SARS冠狀病毒的主要傳播途徑之一就是空氣，這就使集中空調系統有可能直接成為SARS病毒和細菌的主要渠道。因此，“致病建築物”又一次引起人們的普遍關注。集中空調系統再一次面臨嚴峻的挑戰。這又迫切需要空氣淨化材料的更進一步發展，而駐極體空氣過濾材料具有高效、低阻、抗菌（病毒）、節能等優點，故它是適應這一發展的迫切需要 ^[1]  。

近年來，高分子化學纖維生產技術的發展使得用駐極體纖維能生產出HEPA及ULPA過濾器；用作駐極體空氣過濾器的材料需要優異的介電性能，如高體電阻和表面電阻，高介電擊穿強度，低吸濕性和透氣率等。這類材料主要以高聚物為主的有機駐極體材料，如非極性材料：聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物等；極性材料或弱極性材料：聚三氟乙烯、聚丙烯（共混）及聚酯等。

超細纖維和捲曲（羊毛狀）纖維作為新結構的駐極體濾材能大大地改善集塵效率，其平均效率比傳統結構的駐極體纖維從93%上升至99%（精細纖維），和從93%上升至99.4%（捲曲纖維）；與此同時，捲曲纖維的使用還大大地改善了濾材的容塵能力，即從0.48g粉塵/g過濾器到0.83g粉塵/g過濾器（捲曲纖維）和從0.48到0.51（精細纖維）。這些改善可能源於纖維間空間電荷隨機分佈率的上升，導致容塵場所和過濾機構更加完善；另外，精細駐極體纖維所形成的新結構空氣過濾器性能的改善是因為濾材空間結構上表現出較大的容塵空間和較強的電場散度。改性的聚丙烯和聚碳酸酯PC纖維的研製成功為高效長壽命和低成本駐極體過濾器的商品化提供了較完善的駐極體儲電結構。

自從20世紀70年代以來，各種荷電技術以及通過混合不同纖維的帶電技術等各具特色的帶靜電過濾器得到了開發和利用。其直接的結果是導致了現在的靜電駐極方法（工藝）。

目前的駐極方法主要有靜電紡絲法、電暈放電法、摩擦起電法、熱極化法、低能電子束轟擊法等。

由於材料的靜電駐極方法（工藝）不同，所形成的駐極體的性質亦大不相同。 　駐極體空氣過濾材料要求材料的儲存電荷密度大，其電荷密度的儲存壽命長及儲存電荷穩定性強等等。而儲存電荷的穩定性主要取決於材料性質、充電方法、電荷分佈狀態、儲存的環境條件等。根據上述要求，就靜電駐極體的性質而言，電暈放電法是目前最佳的靜電駐極方法；熱極化法在環境相對穩定時也是一種較好的靜電駐極方法；摩擦起電法要在試驗中進一步完善；靜電紡絲法需要科技的進一步發展；低能電子束轟擊法需要改進和簡化靜電駐極的工藝。

駐極體靜電合成纖維過濾材料是對聚丙烯纖維在熔噴製造過程中進行靜電充電，使其成為靜電型駐極體熔噴非織造布（濾紙），纖維直徑為2～5μm。這種過濾材料除了利用傳統空氣過濾材料的過濾機理外，同時利用荷電纖維的庫侖力去實現對微粒的捕獲，因此效率增加，阻力下降。目前國際上有預防病毒功能（包括SARS病毒）的3M手術口罩（N95、N97、N99）中就採用了這種過濾材料，美國2003年4月推出的抗SARS空氣過濾器中也採用了這種材料。

由於這種濾料，效率高、阻力低、價格便宜，因此，將這種材料用於一般空調通風用空氣過濾器中，當迎風面風速為0.5m/s時，對0.5μm的灰塵過濾效率可以達到95%以上，空氣阻力只有40Pa，是傳統的櫃式空調機組空氣過濾器（一般為尼龍網）無法相比的。這種空氣過濾器已經在大型商場、超級市場、醫院空調系統應用近10年，並已應用到家庭中,如菲爾萃空氣淨化器取得了很好的空氣淨化效果。

對生產工藝加以全面改進，目前已能生產鈉焰法效率達到99.9999%的駐極體靜電過濾材料，同時也解決了這種過濾材料存在的均布性較差和強度不高的缺點，為高效空氣過濾器提供了一種理想的過濾材料。駐極體靜電合成纖維過濾材料的產品化很大程度上解決了空氣過濾器效率與阻力的矛盾。