后大流行时期的生活139——影响口罩静电的一些因素

读者们之所以关注口罩静电的问题可能是出于两方面的原因：一个是在使用其他设备（比如负离子）时会不会降低口罩的过滤效果，这个我们已经在上一期《后流138-负离子会影响口罩的过滤效果吗？》当中进行了介绍；另一个大概就是出于对口罩的存储以及重复利用的考虑。如果从环境保护和节约资源的角度考虑，这或许是个不错的选择，但在过程中如果缺乏相关知识或操作不当则可能会增加感染风险，不过这并不是本期的分享要介绍的。

PS：本期内容涉及的均为PP熔喷布材料或由该材料制作的口罩。

本期分享主要有以下内容：

• 环境温度的影响

• 环境湿度的影响
  

• 环境介质的影响

• 实际的综合影响

一、环境温度的影响

在PP材质当中，电荷的衰减是一个比较复杂的过程，普遍认为存在两种电荷。有研究人员通过PP材料的光谱图发现当中存在两个波峰，一个在70°C，另一个在100°C左右，分别对应“浅阱电荷”和“深阱电荷”，其中大约有80%左右的电荷为深阱电荷。

不管是带正电荷还是带负电荷的PP材质，随着温度的升高，当中的电荷都会携带更高的能量，同时使得内部的分子运动加快，所以当温度升高到70°C就会使得浅阱电荷发生扰动，会使得一部分电荷衰减，但也会使得另一部分电荷向深陷迁移，反而变得更加稳定。

也就是说随着温度的升高，PP材料上的电荷会出现逃逸并被中和，残留的电荷会更加稳定。60°C以下的加热对口罩表面电荷的影响相对较小。

二、环境湿度的影响

与环境温度相比，环境湿度对PP材质比表明电荷的稳定性影响更大，主要是储存环境的影响。相关研究表明，PP材质中电荷会随着湿度的增高而加快，但55%的相对湿度是PP驻极体存储的逾渗值，当小于该湿度时，PP驻极体中的电荷的半衰期长达250天；而当湿度超过55%时，电荷衰减的速度则会明显加快。这主要是由于水会充当良好的导电介质，从而为电荷的衰减提供了通道。相对的，具有疏水层的N95口罩或者医用外科口罩受湿度的影响可能会小于KN95口罩。

三、环境介质的影响

为了研究不同环境介质对PP材质电荷的影响，研究人员通过使用了水、甲醛、乙醇（酒精）、异丙醇和丙酮分别将选购来的PP样本进行了一小时的浸泡。

从结果上来说，甲醛几乎没有影响PP材质的电荷情况，水的影响相对较小，而乙醇（酒精）、异丙醇和丙酮的影响则相对较大。或许和传统印象不符，那就是水对静电的影响相对较小，造成这一结果的主要原因在于PP材质的亲水性极差，且纯水本身不导电，所以在短时间内并不会对PP材质的电荷造成非常大的影响。而另一方面，还可以发现，随着溶剂极性的逐渐减低，PP材质电荷影响也随之增大，这是因为随着环境溶剂与PP材质的溶度参数接近，溶剂与PP材质分子间的溶胀作用就越明显，从而影响电荷。在实践中溶度参数与PP材质差异越大的消毒溶液对口罩的电荷影响就越小，所以很明显，乙醇（酒精）不能用于对口罩的消毒。

四、实际的综合影响

为了验证各种因素对口罩的过滤效果（电荷情况）的实际影响，北京化工大学的研究人员选取不同的情况分别进行了测试。

（一）加热

在不同温度下对PP熔喷布进行了加热100分钟的加热处理，之后进行测试。

可见，70C之后，口罩的滤效有小幅的下降,而在110C之后,口罩的滤效发生了较大程度的降低，这也证明了口罩中有两种电荷，且初始衰减温度不同。

（二）水与酒精

研究人员还尝试复现了56°C浸泡和不同浓度酒精的影响效果。

再次验证了75%的酒精并不适合对口罩进行消杀，不过随着酒精当中水的占比增加影响效果也在减小，但也不可以尝试使用40°C的酒精对口罩进行消杀。

（三）蒸煮

基于PP材质的亲水性很差，所以理论上可以在短时间内使用一定温度的热水或蒸汽对口罩进行消毒，并确保电荷的存在。

团队测试了在蒸锅中湿蒸口罩以及用60-80°C温度区间的热水浸泡口罩，发现这两种方法都能够很好地消杀病毒，并且适合家用。研究表明，口罩在热水中反复处理10次后，较酒精而言,仍能良好地保持滤效，而由于热水温度比蒸汽温度低，其电荷损失更少、滤效比湿蒸消毒的保持率更高。

除了以上的影响因素之外，可能还会有各种奇奇怪怪的东西可能会影响口罩的静电情况，但这里并不方便进行穷举（你们不要什么都往口罩上“喷”啊），所以如果有一些读者比较关注的其他影响因素，可以留言与我讨论，有相关经验的读者也可以分享一下各自的结果。若是有必要，可能会分别总结一期的《三个消毒手》以及如何重复使用口罩的相关内容。

不过假如真有重复使用口罩的需求，那为何要总纠结于静电过滤的PP材质呢？毕竟随着疫情发展而产生的需求，国内已经有一些口罩厂商通过研发出了不依赖静电可进行重复使用的纳米纤维膜口罩和特殊工艺棉布口罩，有兴趣的读者可以了解一下（目前仅指定了团体标准T/BJFX 0001-2020 《可重复使用民用口罩》，暂无国家标准）。

这里放一个重复使用口罩的广告

以上就是本期分享的全部内容，如果有什么问题欢迎给我留言，也可以给我发送邮件（[e-mail]）

（文中所有图片均来自网络公开渠道）

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参考资料：

空气洁净技术. 2015.中国电力出版社

驻极体.2001.科学出版社

侯冠一、武文杰、万海肖等-《高分子通报》2020年8期，口罩聚丙烯熔喷布的静电机理及其影响因素的研究进展

陈钢进、肖慧明、尤健明等 -《洁净与空调技术》2009年1期，溶剂浸泡对驻极体空气过滤材料性能的影响

SinghR. Kellerj. DattS. Phy Suatis SohdiCAr.1987.1000D.143-147.

Yang G. J Physics D:Appl Phys. 1993.26 (4).690.

欧阳毅，解希顺，应用科学学报，19942+198-12

doi: 10.1016/j.eng.2020.05.016