仙人掌

注册

 

发新话题 回复该主题

科普口罩中的界面化学和高分子化学 [复制链接]

1#
北京哪家治白癜风医院好 http://pf.39.net/bdfyy/xwdt/

趣味推理

数字推理

先看一道趣味推理题,再继续我们的内容推送。猜猜问号中的数字是多少呢?

A:5B:8C:10D:12

答案和解析:在文末

NEW///

新冠疫情爆发之初,“口罩”一度成为畅销品,甚至脱销,市场上重金难买一口罩,各大电商平台上也限时限量进行抢购,因为每个人都知道佩戴口罩可以有效防止新冠病毒传染,其中的科学原理究竟是什么呢?

首先,要从口罩的结构说起,以医用口罩为例,其结构分为三层:内外两层无纺布(Spunbond)和中间一层喷熔布(Meltblom),简称SMS结构。这三层布的原料都是聚丙烯,但是经不同处理后,其功能各不相同。内层为普通无纺布,是亲水性的,水对其接触角θ

外层无纺布则是经低表面能的氟类或硅类整理剂进行了拒液整理,是疏水性的,水对其接触角θ90°,不易被水润湿,可以隔绝他人喷出的液体,起到防飞沫的作用。中间的喷熔布是核心层,其纵横交错的纤维结构可以过滤细菌,阻止其传播,而且该层经驻极处理后可以带上电荷,飞沫中的病毒、细菌靠近时,可被静电吸附在表面而无法透过,这样使得过滤效率大大提高的同时并没有增加呼吸阻力(如下图所示)。

所谓驻极处理是指将口罩中的聚丙烯纤维经处理后变为驻极体,即长期储存电荷的电介质材料,纤维的致密结构可使带电纤维间形成大量电极,这样不仅能吸附带电微粒,也可将不带电的病毒部分极化,从而使得病毒被吸附或因电荷相斥而阻隔。口罩的这三层结构涉及物理化学中界面化学部分的知识,可以此作为液体对固体润湿的实例,进行相关教学。

此外,制作口罩的主要原料聚丙烯是丙烯加聚而成的聚合物,可作为高聚物的实例引入教学。加聚反应即加成聚合反应,是指一些含有不饱和键的化合物,在催化剂、引发剂或热辐射等外加条件下,同种单体间相互加成形成高分子化合物的反应。聚丙烯具有耐化学性、耐热性、可塑性、高耐磨性、高强度韧性、良好的接枝和复合功能。可塑性使得聚丙烯逐步替代了木料;高耐磨性和高强度韧性使得聚丙烯逐步替代了金属;良好的接枝和复合功能使得聚丙烯逐步替代各种原料而应用于纺织、包装、建筑和农林渔业等方面。聚丙烯用作口罩的制作材料,其过滤机理有两种:机械过滤和静电吸附。

如图(a)所示,机械过滤是指通过拦截效应、惯性碰撞、重力沉积以及因布朗运动引起的扩散效应,过滤一部分微小颗粒。而携带病毒的飞沫或粉尘主要是通过静电作用而被吸附,如图(b)所示。因此,使聚丙烯带上静电对于口罩的防护效果来说至关重要。

聚丙烯作为一种半结晶聚合物,其自身的结晶结构和纤维结构与其表面电荷的稳定性和滤效密切相关。聚丙烯是晶区-非晶区-晶区的周期性重复结构,晶区之间或晶区与非晶区之间的界面产生电荷陷阱以存储电荷。由于晶区和非晶区导电性能不同,电荷载流子堆积在微晶表面,从而使得电荷被固定。聚丙烯的表面密度越大,其与空气接触界面面积增加,注入电荷载流子的陷阱增加,从而使得有效表面电荷密度增大,但是透气性和过滤能力会降低。

口罩之所以成为防止新冠病毒传染的利器是因为新冠病毒的主要传播途径有:直接传播、经呼吸道和飞沫接触传播、气溶胶传播。其中,气溶胶传播引起了大家的广泛

分享 转发
TOP
发新话题 回复该主题