众所周知，熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料由于具有特殊的静电作用而显现出低流阻、高效率等优点，尤其对０．０５～３μｍ 大小的粉尘粒子具有突出的捕获能力［１，２］，是美国国家职业安全和健康协会推荐使用的 Ｎ９５、Ｒ９９和 Ｐ１００系列和欧盟认可的 ＦＦＰ１、ＦＦＰ２和ＦＦＰ３系列呼吸防护面罩使用的主要过滤材料。国际标准化组织也将其作为过滤器中高效过滤材料的推荐产品。与传统的空气过滤材料不同，熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤性能对粉尘粒子的化学性质非常敏感。无论是带电和不带电的粉尘粒子，都显示出特别高的初始过滤效率，但随着材料被粉尘粒子所覆盖，过滤特性会因粉尘粒子化学性质的不同而发生改变，如油性粒子可引起驻极体电荷快速衰减，从而引起过滤效率急剧下降［３］。因此，研究在特殊环境下空气过滤材料的性能和稳定性对其应用至关重要。国际标准化组织在一般过滤器标准草案中已明确提出将异丙醇浸泡去电荷试验（ＩＰＡ实验）列为规范性内容。欧洲标准ＥＮ７７９规定，过滤器试验报告除给出正常情况下的过滤效率外，还要给出经异丙醇ＩＰＡ 处理静电全荐产品。与传统的空气过滤材料不同，熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤性能对粉尘粒子的化学性质非常敏感。无论是带电和不带电的粉尘粒子，都显示出特别高的初始过滤效率，但随着材料被粉尘粒子所覆盖，过滤特性会因粉尘粒子化学性质的不同而发生改变，如油性粒子可引起驻极体电荷快速衰减，从而引起过滤效率急剧下降［３］。因此，研究在特殊环境下空气过滤材料的性能和稳定性对其应用至关重要。国际标准化组织在一般过滤器标准草案中已明确提出将异丙醇浸泡去电荷试验（ＩＰＡ实验）列为规范性内容。欧洲标准ＥＮ７７９规定，过滤器试验报告除给出正常情况下的过滤效率外，还要给出经异丙醇ＩＰＡ 处理静电全部消除后的过滤效率。在本文前期工作中已报道了甲醛、乙醇、异丙醇、丙酮等溶剂浸泡对过滤性能的影响，证明了溶剂溶胀作用是影响驻极体电场稳定性的主要因素［４，５］，但气溶胶化学性质对过滤性能的影响规律还未见报道。熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的另一个特点是其最 易 透 过 粒 径 （ｍｏｓｔ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ，ＭＰＰＳ）与传统的非驻极体空气过滤材料不同。根据传统过滤机理，非驻极体空气过滤材料的 ＭＰＰＳ值大约在０．３μｍ 左右，但 Ｅｎｉｎｇｅｒ［６］和 Ｒｅｎｇａｓａｍｙ等［７］对以熔喷聚丙烯驻极体为主要过滤材料的 Ｎ９５和 Ｎ９９口罩的研究表明，对未带电或具有 Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ荷电分布的气溶胶，其 ＭＰＰＳ≤０．１μｍ。他们认为 ＭＰＰＳ值的改变就是由于驻极体空气过滤材料荷电产生的静电效应所致，但这些研究没有将 ＭＰＰＳ值的改变与气溶胶性质相关联。为了更全面了解气溶胶性质对驻极体空气过滤材料过滤性能的影响，本文以熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料为研究对象，测定了其暴露在离子型气溶胶下的过滤特性，比较了气溶胶粒子粒径、荷电特性及流动速率对过滤性能的影响规律，分析了惯性效应、扩散效应和静电效应对气溶胶捕获能力的贡献，并据此进一步推断出不同性质气溶胶的过滤机理。本文所用熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料来自浙江朝晖过滤技术股份有限公司。驻极态的获得采用线对面电晕充电的方法。过滤效率测试在自行设计的试验台上进行，其流程如图１所示。该试验台针对不同性质的气溶胶采用不同的气溶胶发生器，并采用相同的空气稀释器。气溶胶的荷电特性采用Ｋｒ－８５型静电中和器控制（Ｍｏｄｅｌ３０５４，ＴＳＩ　Ｉｎｃ．，ＵＳＡ）。离子型气溶胶粒径分布采用撞击器控制。气溶胶流动速率通过变频器控制抽风机风量进而控制管道中气溶胶流量的大小来实现。除非特别指出，气溶胶流动速率为５．３ｃｍ／ｓ，粒径分布测量采用 ＷＰＳ 宽 范 围 颗 粒 粒 径 谱 仪 （１０００ ＸＰ，ＭＳＰＣｏｒｐ．，ＵＳＡ），测 量 的 气 溶 胶 粒 径 范 围 为 １０～１０００ｎｍ。气溶胶浓度采用激光粒子计数器测量。当实验气溶胶上下游浓度分别为Ｃｕ、Ｃｄ 时，过滤效率由下式计算：为了研究熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同性质气溶胶粒子的捕获特性，测定了气溶胶为 ＤＥＨＳ和 ＫＣｌ时不同单位质量的样品（２０、４０和６０ｇ／ｍ２）对不同粒径气溶胶粒子的过滤效率，结果示于图２和３。趋势相同，即随着样品单位质量的增加，过滤效率增不同。单位质量２０ｇ／ｍ２ 的熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对 ＫＣｌ气溶胶的过滤效果明显优于 ＤＥＨＳ气溶胶，尤其对小粒径粒子。如粒子粒径为０．４３μｍ 时，对 ＫＣｌ气溶胶的捕获效率为９４．４％，对ＤＥＨＳ气溶胶的捕获效率为８７．４％，两者差值仅７．０％。而当粒子粒径为０．０８μｍ 时，ＫＣｌ气溶胶的过滤效率为８７．９％，而 ＤＥＨＳ气溶胶过滤效率只有６３．０％，两者差值高达２４．９％。这一结果显示，对大粒径粒子，熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对 ＤＥＨＳ和 ＫＣｌ的过滤性能差别不大，但对小粒径粒子，其对 ＫＣｌ的过滤性能明显优于 ＤＥＨＳ；（２）当实验气溶胶为 ＤＥＨＳ时，在粒径为条件下的最易透过粒径（ＭＰＰＳ）。实验气溶胶为 ＫＣｌ时在测试粒径范围内则没有这一现象。众所周知，一般传统的空气过滤材料（又称非驻极体空气过滤材料），经典的单纤维过滤理论其 ＭＰＰＳ值在０．３μｍ 附近。熔喷 聚 丙 烯 驻 极 体 空 气 过 滤 材 料 的 ＭＰＰＳ 值气溶胶 ＤＥＨＳ在不同流动速率（５．３、１０及１５ｃｍ／ｓ）下熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤效率与粒子粒径的关系如图４所示。从图４可以看出，随着流动速率的增加，过滤效率下降。流动速率为５．３ｃｍ／ｓ时，过滤效率最高，１０ｃｍ／ｓ次之，而流动速率为１５ｃｍ／ｓ时过滤效率最低。其原因与气溶胶粒子在空气过滤材料中的滞留时间有关。流动速率越慢，滞留时间越长，粒子就有更多的机会撞击纤维，因此过滤效率就更高。由图４还可看出，不管流动速率是快还是慢，最易透过粒径（ＭＰＰＳ）值都在０．０８μｍ 附近，小于经典过滤理论０．３μｍ，而且流动速率越快，ＭＰＰＳ现象越明显。ｓｉｚｅ　ｂｙ　ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ｓｉｎｇｌｅ－ｆｉｂｅｒ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　　将图５与２所示的ＤＥＨＳ为实验气溶胶时粒径与过滤效率的关系进行比较可看出，两者的变化趋势相似。随着气溶胶粒子粒径的减小，过滤效率降低，并出现 ＭＰＰＳ现象。主要差别在于 ＭＰＰＳ值不同，图５在出，ＭＰＰＳ值的减小是由于静电效应所致。当实验气溶胶为 ＤＥＨＳ时，过滤机理中惯性效应、扩散效应和静电效应同时存在，以惯性效应、扩散效应为主，而静电效应则起辅助作用。图３的实验气溶胶为 ＫＣｌ，在粒径测试范围内未出现 ＭＰＰＳ现象，而且大粒径和小粒径的过滤效率变化不大，这说明此时过滤机理中静电效应大于惯性效应和扩散效应，静电效应成为主要的过滤机理。ＤＥＨＳ和 ＫＣｌ气溶胶之间的这种差别，可从两者性质的不同得到解释。ＫＣｌ是离子型化合物，其气溶胶粒子可用如图６所示的胶团结构来描述。由图６可见，无论粒子大小如何，气溶胶粒子都是荷电的。因此，气溶胶与驻极体纤维之间始终存在着强烈的静电相互作用，因此过滤机理以静电效应为主。而 ＤＥＨＳ是极性非离子型化合物，溶胶分子团聚成溶胶粒子时，由于分子间的库仑作用，溶胶粒子通常是电中性的。当与驻极体空气过滤材料接触时，在驻极体静电场的作用下，溶胶粒子因极化而带电。粒子随粒径的减小表面能增加，就更容易荷电。因此，驻极体过滤材料对 ＤＥＨＳ小粒径颗粒子捕获能力差别较大，对离子型气溶胶 ＫＣｌ的捕获能力明显优于极性非离子型气溶胶 ＤＥＨＳ。其原因与驻极体空气过滤材料所具有的特殊过滤机理有关。ＫＣｌ用作实验气溶胶时，过滤机理以静电效应为主，不出现ＭＰＰＳ现象；ＤＥＨＳ用作实验气溶胶时，与经典单纤维过 滤 机 理 相 似，出 现 ＭＰＰＳ 现 象，但 其 粒 径 值为０．０８μｍ，远远小于经典的单纤维过滤值０．３μｍ，过滤机理仍以惯性效应和扩散效应为主，以静电效应为辅。熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的高过滤效率很大程度上依赖于其所带的驻极体电荷。