普通的無紡布濾網只相當于給汽車空調戴上了一層口罩,被動地吸附微塵和細菌。靜電加注纖維卻可以主動捕捉微塵,連粒徑6微米的極小微塵也不放過,為駕駛者的健康多了一層保護,讓你遠離可吸入顆粒物帶來的危害。
微塵兇猛
北京大學環境與健康研究中心曾經做過這樣一個實驗:研究人員用非常純的炭黑對小白鼠進行灌肺,使小鼠的肺組織細胞染毒,然后再提取染毒后的細胞進行觀察。在鏡頭下,研究人員看到肺泡巨噬細胞正奮力地吞噬炭黑。但是,炭黑的數量對巨噬細胞來說太巨大了,它們無法“消化”,最終與炭黑同歸于盡了。
炭黑就是汽車尾氣的成分之一。它屬于可吸入顆粒物的一種。為尋找這些能夠深入人體的顆粒物與健康之間千絲萬縷的聯系,類似上述實驗的研究正在全世界的科研和醫療機構中進行。
肺是人體與外界環境互動最為頻繁的器官之一。它負責吸入新鮮的氧氣而呼出二氧化碳,維持身體內部與外界的氣體交換,生命不息,呼吸不止。肺的外觀恰如一棵倒長的樹,在樹冠處密布著6億~8億個叫做肺泡的組織。北京大學那次實驗中的“悲情英雄”,巨噬細胞就終日游走在肺泡內,時刻留意并吞噬進入人體的個別微生物、微塵——它們對正常的新陳代謝無益甚至有害。
這是一場每時每刻都在進行的清除大戰。看似外來者的實力不強,但它們善打持久戰。久而久之,巨噬細胞的吞噬能力是有限的,而城市污染帶來的可吸入顆粒物是無限的,它們越來越多地留下并沉積在人體的肺部。
這些可吸入顆粒物通常會增大人體患上各種呼吸系統重癥慢性病的可能性,甚至能攜帶上百種有害物質,進入血液循環。
讓纖維帶電
空調過濾器的作用是阻擋微塵從汽車的進風系統進入到車輛內部,從而保障車內空氣的質量。它的核心部件就是一層無紡布濾網。無紡布織物纖維的孔隙比一般的微塵要小,所以微塵隨著空氣流動會積聚在濾材表層,而不會進到車內。
但這只是對一般微塵而言。我們前面提到的粒徑在10微米以內的可吸入顆粒物,特別是粒徑在6微米以下的細小顆粒(細菌、霉菌、蟲螨、汽柴油煙霧顆粒),它們能夠進入人的肺泡和血液循環,并沉積在人體內,是單純的“擋”無法阻止的。
好在這場清除大戰還有個體外援手,經過靜電駐極的過濾纖維。簡單說來,駐極體就是一種電介質材料,電荷可以長期儲存在里面。利用電荷的靜電力作用,這種材料可以“主動捕集塵粒”。
駐極體纖維過濾材料的歷史起源于20世紀70年代。1976年,J-Van Turnhout為聚丙烯薄膜加上電,并加工成皺褶的條狀,這就制成了最初的駐極體纖維過濾材料。
這種靜電濾網與今天仍然在使用的駐極體材料有相似之處,比如3M在空調過濾器中使用的濾網材料,就是一種靜電駐極體。它的基礎材料仍然是聚丙烯,這是因為聚丙烯本身有較好的抗菌和抗潮特性,所以沿用至今。只是,3M的靜電除塵技術中用到了一種獨有的叫做針刺微切割的專利技術。聚丙烯纖維在經過這種技術處理之后,會呈現出一種無規則交差并有一定三維縱深的網狀結構,密密麻麻就像荊棘林一樣。這種結構有一個優點,就是那些很小的微塵可以進入濾網纖維層內部,但是又無法通過,它會被緊緊吸附在纖維層內部,而不像普通的濾網纖維,把微塵擋在了纖維層外面。這會使吸附的作用更持久。
經過處理的聚丙烯纖維截面呈矩形,厚僅10微米,寬60微米,纖維表面會帶有一定的電荷密度(約50庫侖每平方厘米)。就像是化纖的衣物在摩擦后會粘上很多小的碎屑,當細小的微塵通過纖維層時,就會在靜電力的作用下被吸附住,并被牢牢地困在其中。而且值得一提的是,如果只是阻擋微塵,那么顯然纖維層只能擋住那些顆粒大的微塵,而加上了靜電吸附之后呢,越是細小的微塵越容易被靜電力吸附住。
自20世紀70年代起,這種靜電駐極纖維過濾技術得到了長足的發展。特別是2001年“9-11”事件以后,以及2003年SARS冠狀病毒疫情發生后,這種高效、低阻、抗菌、節能的技術更是受到了重視。現在,它已經被廣泛地應用在汽車空調、工業除塵以及中央空調除塵等空氣過濾產品中。有了靜電的幫助,空調就能夠阻擋那些細小的可吸入顆粒物,盡量讓置于空調保護之下的人體不會受到這些微塵的傷害。而這場在人體肺部上演的清除大戰,人這一方的勝算也就大了許多。