[发明专利]一种电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于空气过滤材料技术领域，尤其涉及一种电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法。

背景技术

空气环境的日益恶化已经严重地危及到人类的健康，现代社会需要高效低阻的空气过滤材料，传统的滤材不是过滤性能不理想，就是成本太高，常用的纤维过滤材料主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞和直接拦截等机械阻挡作用进行捕尘，对粒径小于数微米的粒子，其过滤效果很差，如果滤材纤维带较强的静电荷，除原有的机械阻挡作用外，依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微粒产生极性再将其捕获，过滤效率无疑将大为增强，而空气阻力却不会增加，此外，若滤材所储存的电荷是负电荷，则同时还有抑制和杀灭病菌的作用；

这类材料通常称为静电驻极体(简称驻极体)，是指那些能够长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料，即从时间跨度上来看，它们的电荷衰减时间常数比驻极体形成的周期长得多，驻极体的电荷可以是真实电荷(或称空间电荷)，也可以是偶极电荷，或者两者都有之，驻极体空气过滤材料就是利用电荷的静电力作用捕集尘粒；

常见的驻极体材料以高聚物为主，如非极性材料：聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物和极性材料或弱极性材料：聚三氟乙烯、聚丙烯(共混)及聚酯等，近年来，这类驻极体滤材在生命科学和临床医学及环境净化工程等方面已得到广泛应用，目前国际上有预防病毒功能(包括SARS病毒)的3M手术口罩(N95、N97、N99)中就采用了这种过滤材料，美国2003年4月推出的抗SARS空气过滤器中也采用了这种材料；

用作驻极体的滤材需要优异的介电性能，如高体电阻和表面电阻，高介电击穿强度以及低吸湿性和较好的透气性，此外，还需要采用各种荷电方法和设备，使驻极体纤维荷电(即静电驻极)，目前，静电驻极方法主要有静电纺丝法、电晕放电法、摩擦起电法、热极化法和低能电子束轰击法等，静电驻极方法不同，所形成的驻极体性质亦大不相同，驻极体滤材要求材料储存的电荷密度大，稳定性强，储存寿命尽可能长，储存电荷的稳定性主要取决于材料性质、充电方法、电荷分布状态、储存的环境条件等，根据上述要求，电晕放电法是目前较好的静电驻极方法，热极化法在环境相对稳定时也不错。

现有的电晕放电法有3类：(1)膜驻极法:首先利用直流电晕放电使共聚物膜驻极化，然后将获得的膜驻极体经裂纤化制成膜裂纤维，再将纤维梳理、铺网、粘合或针刺制成非织造布，为了使膜具有较多的稳定电荷，在电晕放电之前，需对膜进行两次加热处理，该方法的缺点是纤维较粗，在制造非织造布和成型加工时受到一定限制，(2)纤维驻极法：在熔融纺丝时，或在熔融纺丝之后卷绕之前，对共聚物实施驻极化处理，熔融纺丝条一般需经过两次牵伸，在第二次加热牵伸时，通过直流电晕放电使其驻极化，驻极化后的纤维带电强烈，但同样对织造工艺有一定的限制，对后续加工的条件要求比较高，(3)织物驻极法： 先将不带电荷的纤维加工制成片状的过滤材料，然后再对片状滤材进行驻极加工，制成驻极体织物，这种方法对材料的要求不是十分严格，加工工序也较为简单，驻极加工后无须使用胶粘剂，也不须加热。

目前有关驻极体滤材的专利主要集中在工业生产中的静电驻极工艺方面，如美国3M公司的专利(CN1384896A)涉及一种用非水极性液体使纤维网充电的方法，含非导电纤维的网用非水极性液体润湿，经充分干燥后制得驻极体纤维网，该驻极体纤维网可在过滤面罩中用作过滤器，与已知的充电方法相比，其优点在于，非水液体的干燥所需能量比含水液体少，另外，许多用含水液体难以润湿的过滤器网可用非水液体直接润湿，中国环境科学研究院申请的专利(CN200520118597)公开了几种静电纺丝吸附过滤材料，包括静电纺丝氯化聚氯乙烯，静电纺丝双乙酸酯纤维和静电纺丝聚醚砜，美国博磊科技股份有限公司申请的专利(CN102089039A)公开了一种通过产生吸引和捕获带相反电荷的污染物并且排斥带相似电荷的污染物的静电场来提高口罩过滤效率的方法，东华大学申请的专利(CN102499493A)公开了一种纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于：将聚合物溶解，加入无机盐，搅拌形成性质均一的纺丝溶液；将所得的纺丝溶液进行静电喷网，将含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜沉积在附着有基材的接收装置上，得到基材和静电喷网膜的复合结构，将所述的复合结构制成纳米防病毒口罩。