專利名稱：具有不降低的效率的防油霧過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在與油霧氣溶膠接觸(challenge)時(shí)具有不降低效率的多層過濾器。
背景與包含有毒或有害物質(zhì)的空氣接觸的人員經(jīng)常要戴上一個(gè)呼吸器，蓋住鼻子和嘴巴，將空氣過濾之后將其吸入。呼吸器的設(shè)計(jì)由國家職業(yè)安全和健康研究所(NIOSH)規(guī)定。對于與不同污染物接觸的呼吸器，NIOSH制定了各種去除效率的標(biāo)準(zhǔn)。例如，規(guī)定在存在油的環(huán)境中使用的過濾介質(zhì)必須符合去除鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)懸浮液滴油霧的效率的標(biāo)準(zhǔn)。由于去除效率可能隨負(fù)荷變化，所以該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了達(dá)到與氣溶膠固定接觸量時(shí)的最低去除效率。盡管某些呼吸器過濾介質(zhì)在持續(xù)接觸油霧的情況下能提供不降低或甚至是提高的效率，但呼吸器過濾介質(zhì)的去除效率一般隨DOP接觸量的增加而下降。
現(xiàn)行的NIOSH制定了不用電源(nonpowered)的空氣凈化顆粒呼吸器的標(biāo)準(zhǔn)，于1995年7月生效。參見42 C.F.R.Part 84(1995年6月8日出版)。該規(guī)章中有幾種不同的類別，其中一種通常稱為“P-系列”，是針對用于去除油基液體顆粒的過濾器。要符合P-系列的規(guī)定，呼吸器過濾介質(zhì)必須在DOP去除效率試驗(yàn)結(jié)束時(shí)具有不會(huì)降低的效率。
除了去除效率外，呼吸器的舒適性對呼吸器的使用者來說是另一個(gè)重要的參數(shù)。呼吸器舒適性的一個(gè)指標(biāo)是呼吸器過濾介質(zhì)的壓降。壓降較低的過濾器能為使用者提供較好的舒適感，這是由于此時(shí)穿戴者容易呼吸，暖而濕的呼出空氣容易從不具有呼氣閥的面罩中除去。
盡管壓降基本上不受環(huán)境條件的影響，但是高壓降和低壓降的過濾器之間的舒適性差異在某些較嚴(yán)峻的環(huán)境條件如高熱和高濕下會(huì)變得較為顯著。在這些嚴(yán)峻條件下，感覺到的壓降，即感覺到的通過呼吸器呼吸所用的力會(huì)提高到不舒適的程度。感覺到的壓降提高隨環(huán)境條件而變，因?yàn)榕c在不太嚴(yán)峻環(huán)境條件中的使用者相比，在較嚴(yán)峻環(huán)境條件中的使用者一般更容易感覺到呼吸所需施加的作用力。感覺到壓降提高會(huì)降低使用者的舒適感，并會(huì)降低與呼吸器使用要求的適應(yīng)性，尤其是在使用呼吸器對人員的健康和安全來說是非常重要的較為嚴(yán)峻的環(huán)境條件下。
壓降也是一個(gè)對有電源的空氣凈化呼吸器所用的過濾介質(zhì)來說重要的因素。用許多參數(shù)來測定有電源的空氣凈化呼吸器的性能，包括在操作過程中過濾器中的空氣流量和壓降。流量和壓降是相關(guān)的，因?yàn)閷τ诮o定的鼓風(fēng)機(jī)和電源，壓降較低的過濾器會(huì)傳送較高的流量。相反，使用同樣的鼓風(fēng)機(jī)和電源，壓降較高的過濾器則傳送較低的流量。流量和壓降是重要的，因?yàn)榕c含有較低壓降的過濾器的呼吸器系統(tǒng)相比，含有較高壓降的過濾器的呼吸器系統(tǒng)需要較多的能量來傳送相同量的過濾空氣。這樣，對于具有固定能源如電池的有電源的呼吸器系統(tǒng)來說，較高的壓降會(huì)縮短操作壽命。
提高過濾材料的開放度或疏松度，可以降低過濾器中在給定空氣流量下的壓降。然而，過濾材料的開放度或疏松度提高的過濾器在去除污染物的效率上一般較低，而該效率是再一個(gè)測定呼吸器系統(tǒng)性能的參數(shù)。在某些情況下，在不降低去除污染物效率的情況下，也可以降低給定空氣流量下的壓降。這可以通過提高過濾器的尺寸或表面積來達(dá)到。然而，提高過濾器的尺寸一般也包括提高系統(tǒng)的尺寸和/或體積，而這可能對穿戴者在有限區(qū)域內(nèi)的活動(dòng)產(chǎn)生潛在的限制。
為了滿足P-系列過濾器的需求所作的努力一般基于使用具有不降低的去除效率的過濾介質(zhì)。某些過濾器可以包含具有中性去除效率的一層或多層與具有不降低的去除效率的一層或多層相結(jié)合，從而獲得具有不降低的去除效率的過濾器。中性去除效率層可用作預(yù)過濾器，用來防止提供不降低的去除效率的過濾層發(fā)生結(jié)塊，按其低壓降特征而一般選用之。為了提供低的壓降，預(yù)過濾層可能需要較高的膨松性，而這會(huì)顯著增加過濾器的厚度。如上所述，增加過濾器厚度會(huì)提高過濾器系統(tǒng)的大小，可能限制穿戴者在有限區(qū)域內(nèi)的活動(dòng)。
需要的是能用于呼吸器和其它制品的過濾器，它能符合NIOSH P-系列去除油霧的效率要求，同時(shí)也能提供降低的壓降。
發(fā)明的概述本發(fā)明可以提供一種具有不降低的去除效率并具有較小壓降的防油霧過濾器。當(dāng)在不用電源的空氣凈化呼吸器中使用時(shí)，該過濾器可以為穿戴者提供較好的舒適感。
本發(fā)明的過濾器通過提供一種新穎的駐極體過濾器來提供這些優(yōu)點(diǎn)，所述駐極體過濾器包含一層在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)具有不降低的去除效率并且在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)的過程中能去除的接觸氣溶膠占過濾器收集的氣溶膠大部分的可透過流體的第一駐極體過濾層。駐極體過濾器也包含一層在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)具有降低的去除效率的可透過流體的第二駐極體過濾層。采用DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)確定的第二駐極體過濾層的初始品質(zhì)因子也比第一駐極體過濾層的初始品質(zhì)因子大。從流體流動(dòng)的方向上觀察，第二駐極體過濾層位于第一層的下游。第一和第二過濾層都包含含聚合物材料的纖維。
本發(fā)明與已知過濾器的不同之處在于提供第一層，該第一層具有不降低的去除效率并能去除大部分的接觸氣溶膠，它位于第二層的上游，所述第二層具有降低的去除效率并且其初始品質(zhì)因子比第一層的大。過濾層的這種新穎組合能使過濾器在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)總體上具有不降低的去除效率。這種性能特征能使過濾器滿足油基液體顆粒的NIOSH P-系列標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的過濾器也能提供較低的壓降。這樣，本發(fā)明用于呼吸器的好處在于它能在油霧環(huán)境中為使用者提供非常安全的呼吸環(huán)境；同時(shí)由于壓降低，它能為穿戴者提供良好的舒適感。
詞匯用于本發(fā)明時(shí)，下列一些術(shù)語定義如下。結(jié)合說明書、權(quán)利要求書和附圖也可以定義其它術(shù)語。
“氣溶膠”是指包含固體狀態(tài)或液體狀態(tài)懸浮顆粒的氣體；“基重”是指單位表面積主表面的層中材料(如果是多種材料，指所有材料)的重量；“降低的去除效率”是指在下面測試方法章節(jié)中所述的DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)(在總共接觸200±5毫克DOP時(shí)算做完成)，由DOP透過率百分?jǐn)?shù)曲線上正斜率所表明的過濾器或過濾層具有降低的去除效率；“效率”是指由過濾器去除的接觸氣溶膠的量(以百分?jǐn)?shù)表示)，它可以根據(jù)透過率百分?jǐn)?shù)來計(jì)算效率(％)＝100-透過率(％)
(例如，過濾器的透過率為5％所具有的相應(yīng)效率為95％)；“電荷”是指有電荷分離；“駐極體過濾器”或“駐極體過濾層”是指過濾器或過濾層具有至少似永久的電荷，其中“似永久”是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下(22℃，101,300帕斯卡的大氣壓和50％濕度)經(jīng)一段長得足以明顯可測的時(shí)間后，仍有電荷留在織物層上；“第一層”是指在第二層之前，氣流遇到的過濾層；“可透過流體的”是指過濾器或過濾層允許至少一部分流體通過；“層”是指具有兩個(gè)主表面并且在主表面之間具有某一厚度的過濾器的一部分，該層可以沿主表面延伸無限的距離或者可以具有確定的邊界；“大部分”是指大于50％；“熔化溫度”由以10℃/分鐘的加熱速率進(jìn)行的差示掃描量熱法(DSC)測定，定義為在第二次DSC加熱循環(huán)(即加熱到高于熔化溫度，冷卻以凝固制品，再加熱)中觀察到的熔化所產(chǎn)生的最大峰值；“不降低的效率”和“不降低的去除效率”是指在下面測試方法章節(jié)中所述的DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)(在總共接觸200±5毫克DOP時(shí)算做完成)，由DOP透過率百分?jǐn)?shù)曲線上非正斜率表明過濾器或過濾層的去除效率不降低。
“提高去除油霧性能的添加劑”是指這樣一種添加劑，當(dāng)其作為過濾器的一部分時(shí)能改進(jìn)過濾器捕獲油霧顆粒的能力；“聚合物”是指由單體制得的大分子，它包括均聚物、共聚物和聚合物共混物；“聚合物材料”是指包含至少一種聚合物和聚合物以外的可能其它組分的材料；“壓降”是指在讓氣流通過的過濾器的上游端和下游端之間的氣流內(nèi)靜壓的下降；“呼吸器”是指穿戴在人員身上的系統(tǒng)或裝置，它能讓呼吸通過，防止污染物進(jìn)入穿戴者的呼吸道和/或保護(hù)其它人員或東西免于與穿戴者在呼吸過程中排出的病毒或其它污染物接觸，這種系統(tǒng)或裝置包括但不局限于過濾面罩；“第二層”是指在通過第一層后，氣流遇到的過濾層。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明一種駐極體過濾介質(zhì)10的截面圖。
圖2是包含本發(fā)明駐極體過濾介質(zhì)的過濾面罩40的正視圖。
圖3是圖2所示面罩40的面罩體42的部分放大截面圖。
圖4說明對比例A過濾器結(jié)構(gòu)的DOP透過率％。
圖5說明對比例B過濾器結(jié)構(gòu)的DOP透過率％。
圖6說明對比例C過濾器結(jié)構(gòu)的DOP透過率％。
圖7說明對比例D過濾器結(jié)構(gòu)的DOP透過率％。
圖8說明實(shí)施例1過濾器結(jié)構(gòu)的DOP透過率％。
圖9說明實(shí)施例2過濾器結(jié)構(gòu)的DOP透過率％。
本發(fā)明較好實(shí)施方案的詳細(xì)說明本發(fā)明的過濾器包含至少兩層可透過流體的駐極體過濾層，當(dāng)將該兩層組合起來使用時(shí)，能在下述DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)提供不降低的去除效率。這種組合的過濾器能提供不降低的去除效率和較小的壓降。由于兼具不降低的油霧去除效率和較小的壓降，所以當(dāng)將過濾器用于例如不用電源的呼吸器和其它裝置時(shí)，本發(fā)明的過濾器能為使用者提供較好的舒適感。
本發(fā)明所用的駐極體過濾層具有似永久的電荷。這些層較好分別具有“持久的”電荷，這意味著電荷留在纖維上，即留在纖維織物或過濾器上至少達(dá)到使用駐極體織物的產(chǎn)品通常接受的有效期。電荷衰減的特征時(shí)間常數(shù)較好應(yīng)比使用駐極體過濾器或駐極體過濾層的時(shí)間長得多。
盡管本發(fā)明的過濾器在許多情況下的特征都基于以NIOSH P-系列標(biāo)準(zhǔn)為模型的試驗(yàn)方法，但符合本文所述標(biāo)準(zhǔn)的過濾器也可用于滿足各種其它標(biāo)準(zhǔn)。例如，本發(fā)明的過濾器也滿足由美國國內(nèi)和國外其它政府和/或非政府組織制定的試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)。
圖1圖示了過濾器10的橫截面，所述過濾器具有在一面的第一主表面12和在另一面的第二主表面14。過濾器10包括第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30，這兩層在過濾器10的主表面上較好是相互鄰近的。
盡管過濾器10中的這兩層都描繪成均勻的，但第一和第二駐極體過濾層20、30可以或可以不是這樣。例如，各層可以如下所述包含兩種或多種組分。另外，各層可以再包括兩層或多層亞層，所述亞層可以組合起來形成第一駐極體過濾層20或第二駐極體過濾層30中的一層。而且，第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30之間的邊界可以是清楚分辨的，例如在分別先制成第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30之后將它們組合起來。第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30之間的邊界也可以是不很清楚分辨的，例如是在一層上面將熔噴法纖維集束上去來制造另一層。
用于過濾器10中，所用的術(shù)語“第一”和“第二”層表示在氣流通過過濾器10的方向上層20和30的依次順序。過濾器10對于接觸的油霧的過濾性能會(huì)視第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30相對于氣流的順序發(fā)生變化。氣流必須在遇到第一駐極體過濾層20之后遇到第二駐極體過濾層30，才能獲得所需的去除效率和壓降的綜合性能。
可以采用任何合適的方法將第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30相互連接起來，形成過濾器10。合適連接方法的例子包括但不局限于機(jī)械纏結(jié)、纖維與纖維的熔接和膠粘劑粘合。
另外，盡管并未圖示，但過濾器10還可以有位于過濾器10任何一面上和/或插在第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30之間的一層或多層附加層。某些可能附加層的例子包括炭織物、稀洋紗等。在另一種變化方式中，過濾器10中的第二駐極體過濾層30是與第一駐極體過濾層20空間隔開的。這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子是盒式過濾器組件。如上所述，重要的要求是要過濾的氣流在通過第一駐極體過濾層20之后通過第二駐極體過濾層30。
第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30都可以呈帶靜電電荷的纖維聚合物織物的形式。由于過濾器10要在油霧的環(huán)境中使用，所以該兩層中的一層或兩層也可以包含含氟化合物，即用于改進(jìn)過濾油狀氣溶膠能力的提高性能的添加劑。
第一駐極體過濾層20中包含含第一聚合物材料的纖維，第二駐極體過濾層30包含含第二聚合物材料的纖維。第一聚合物材料和第二聚合物材料可以相同，也可以不同。然而，較好是在使用將第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30連接在一起形成過濾介質(zhì)10的方法時(shí)，第一聚合物材料和第二聚合物材料是相容的。下面將給出關(guān)于在第一和第二駐極體過濾層20、30中適用的聚合物和聚合物材料的更詳細(xì)說明。第一駐極體過濾層20也可以包含第一提高性能的添加劑，第二駐極體過濾層30也可以包含第二提高性能的添加劑。第一和第二提高性能的添加劑可以相同，也可以不同。
第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30所用的聚合物材料較好基本上不含會(huì)提高導(dǎo)電性或以其它方式干擾聚合物材料接受和保持靜電電荷的能力的諸如抗靜電劑之類的材料。另外，較好是不對第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30進(jìn)行不必要或可能的有害處理，所述有害處理包括暴露在γ射線、紫外輻射、熱解、氧化等條件下，因?yàn)檫@會(huì)提高第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30中材料的導(dǎo)電性。這樣，在一個(gè)較好的實(shí)施方案中，是在不暴露于γ輻射或其它電離化輻射的情況下制造和使用駐極體過濾器10。
用在本發(fā)明過濾器10中的第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30可以各種方式來進(jìn)行表征。然而，過濾器10的主要性能是各層的相對過濾性能。第一駐極體過濾層20通常從總體上確定了過濾器10負(fù)荷曲線的形狀，所述過濾層20也能從氣流中去除大部分接觸的氣溶膠由過濾器10收集。這樣，第一駐極體過濾層的不降低的去除效率曲線應(yīng)在過濾器10的去除效率曲線上在總體上占主導(dǎo)地位。
在第一駐極體過濾層20具有按DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測試的不降低的去除效率曲線的同時(shí)，第二駐極體過濾層30則具有降低的去除效率。第二駐極體過濾層30的降低的去除效率與過濾器10總體上所需的不降低的去除效率相悖。
第二駐極體過濾層30的初始品質(zhì)因子比第一駐極體過濾層20的初始品質(zhì)因子大。過濾器或過濾層的品質(zhì)因子是根據(jù)透過率和壓降對過濾器性能的一種衡量。按下述公式計(jì)算過濾器的初始品質(zhì)因子(QF)QF＝(-ln(DOP透過率％/100))/壓降)其中DOP透過率％是在下述DOP負(fù)荷/透過率試驗(yàn)中測得的初始透過率，而壓降是按下述壓降試驗(yàn)測量的，所述壓降以H2O的毫米數(shù)表示。一般來說，與初始品質(zhì)因子較低的過濾器相比，初始品質(zhì)因子較高意味著初始過濾性能較好。
盡管第一駐極體過濾層20能去除的接觸的氣溶膠占過濾器10收集的氣溶膠的大部分，但具有較高品質(zhì)因子的第二駐極體過濾層30較好也能去除顯著量的通過第一駐極體過濾層20的接觸氣溶膠，同時(shí)又不會(huì)明顯提高整個(gè)過濾器10的壓降。
在第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30之間的協(xié)同作用能夠做到，與單獨(dú)使用一層或兩層第一駐極體過濾層20或者單獨(dú)使用一層或兩層第二駐極體過濾層30可能達(dá)到的性能相比，此過濾器的總體性能(例如由NIOSHP-系列負(fù)荷試驗(yàn)確定)較佳。而且，各層的順序也是重要的，因?yàn)槿舨皇亲寶饬饔龅降谝获v極體過濾層20之后遇到第二駐極體過濾層30，即顛倒這兩層的順序會(huì)降低過濾性能。
除了第一和第二駐極體過濾層外，其它駐極體過濾材料也可適用于本發(fā)明，它們包括但不局限于在美國專利Re.30,782和Re.32,171以及美國專利4,798,850中所述的織物。由Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota銷售的用于FILTRETE過濾器的纖維織物和由All Felt，Inc.，Ingleside，Illinois銷售的用于TECHNOSTAT過濾器的織物都適用于本發(fā)明。當(dāng)進(jìn)行性能測試時(shí)，測得這些織物的品質(zhì)因子分別為3.7和3.5。TECHNOSTAT過濾器就包括一層稀洋紗。
第一駐極體過濾層20具有下述兩個(gè)特性，即(a)總體上能從氣流中去除的接觸氣溶膠(DOP)占過濾器收集的氣溶膠的大部分；(b)不降低的去除效率。第二駐極體過濾層30的特征在于具有降低的去除效率，并且其初始品質(zhì)因子比第一駐極體過濾層20的初始品質(zhì)因子大。第二駐極體過濾層30的初始品質(zhì)因子較好至少約0.5或更大，更好至少約0.6或更大，再好約0.8或更大，甚至更好約1.0或更大(其中初始品質(zhì)因子是按DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)的結(jié)果計(jì)算的)。
除了上述參數(shù)外，在本發(fā)明過濾器10中的第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30的特征可用這兩種不同層的相對基重來表征。在過濾層是熔噴法聚合物纖維織物時(shí)，這種表征本發(fā)明過濾器的方式是特別有用的。這種過濾器10中的第一駐極體過濾層20的基重較好大于第二駐極體過濾層30的基重。第一駐極體過濾層20的基重與第二駐極體過濾層30的基重之比較好約為1.25∶1或更大，該比值更好約為1.5∶1或更大。
第一和第二過濾層可以包含熔噴法纖維。熔噴法纖維可以按Van A.Wente在“超細(xì)熱塑性纖維”(Superfine Thermoplastic Fibers)，48 INDUS.ENGN.CHEM.，1342-46(1956)和在1954年5月25日出版的“海洋研究實(shí)驗(yàn)室”(NavalResearch Laboratories)的報(bào)告號為4364、由Van A.Wente等人著的題為“超細(xì)有機(jī)纖維的制造方法”(Manufacture of Super Fine Organic Fibers)中所述的方法制造。其它合適的纖維包括紡粘型纖維。纖維較好是微纖維，它是有效纖維直徑約為30微米(μm)或更細(xì)的纖維。對于過濾用途，纖維較好是有效纖維直徑小于20μm，更好約為1-10μm的微纖維，所述有效纖維直徑是按Davies，C.N.在“空氣飛塵和顆粒的分離”(Separation of Airborne Dustand Particles)，機(jī)械工程師協(xié)會(huì)，倫敦，會(huì)刊1B(1952)中所述的方法，具體是按其公式12計(jì)算的。第一駐極體過濾層和第二駐極體過濾層的總基重較好約為30-500克/平方米(g/m2)，更好約為50-250g/m2，再好約為100-200g/m2。太輕或太薄的過濾器可能很容易破碎，或者其過濾能力不夠。對于許多用途，第一駐極體過濾層和第二駐極體過濾層的總厚度約為0.5-15毫米(mm)，通常約為1-5mm。具有這些基重和厚度的駐極體過濾器特別適用于例如呼吸器。
在壓降方面，本發(fā)明過濾器所具有的壓降(按壓降試驗(yàn)測量)較好約為12mmH2O或更小，更好約為10mm H2O或更小，再好約為8mm H2O或更小。
當(dāng)呼吸器使用本發(fā)明的過濾器時(shí)，它們可以是特殊成形或安裝的，例如呈一次成形或折疊而成的半面罩形狀、用于可替換的盒或罐的過濾器部件或者預(yù)過濾器的形式。
呈過濾面罩40形狀的一個(gè)呼吸器的例子示于圖2和3中。面罩體42可以是半球的彎曲形狀或者可以呈其它所需的形狀(例如參見美國專利5,307,796和4,827,924)。在面罩40中，駐極體過濾介質(zhì)44夾在覆蓋織物43和內(nèi)成形層45之間。成形層45為面罩體42提供結(jié)構(gòu)并為過濾介質(zhì)44提供支承。
成形層45可以位于過濾介質(zhì)44的任一面上，并且它可由例如可熱粘纖維的非織造織物成形為杯狀形狀制得?？梢园匆阎姆椒▉沓尚纬尚螌?例如，參見美國專利5,307,796)。一層或多層成形層一般由雙組分纖維制成，所述雙組分纖維具有被較低熔點(diǎn)材料的皮包圍著的高熔點(diǎn)材料如聚對苯二甲酸乙二醇酯的芯，這樣，當(dāng)在模具中加熱時(shí)，成形層能貼合模具的形狀，并在冷至室溫時(shí)保持其形狀。當(dāng)與另一層如過濾層一起壓制時(shí)，低熔點(diǎn)的皮材料也起將各層粘結(jié)在一起的作用。
為了將面罩40舒適地支承在穿戴者的臉上，面罩體42的上面可以系上皮帶52、連接帶子、面罩吊帶等。在面罩體42上可以裝上柔韌的金屬如鋁的軟帶54，使得面罩40能以所需的貼合形狀支承在穿戴者的鼻子上(例如參見美國專利5,558,089)。本發(fā)明的呼吸器也可能有另一些層、閥(例如參見美國專利5,509,436)、成型的面件等。可以加入本發(fā)明改進(jìn)駐極體過濾介質(zhì)的呼吸器的例子包括在美國專利4,536,440、4,827,924、5,325,892、4,807,619、4,886,058和美國專利申請08/079,234中所述的那些呼吸器。
下面將更詳細(xì)地分別說明在本發(fā)明過濾器10中所用某些較好的第一駐極體過濾層20和第二駐極體過濾層30的結(jié)構(gòu)。然而，較好的駐極體過濾層具有某些共同的特征。
適用于制造可用于本發(fā)明的纖維的聚合物，包括不導(dǎo)電的熱塑性有機(jī)聚合物。該聚合物可以是主要由得自很多單體的重復(fù)長鏈結(jié)構(gòu)單元組成的合成的有機(jī)大分子。所用的聚合物應(yīng)能保持大量的捕獲電荷，并應(yīng)能通過如熔噴設(shè)備或紡粘設(shè)備加工成纖維。術(shù)語“有機(jī)”是指聚合物的主鏈包含碳原子。術(shù)語“熱塑性”是指在加熱時(shí)會(huì)軟化的聚合物或聚合物材料。術(shù)語“不導(dǎo)電”是指在室溫下(22℃)體積電阻率大于約1014Ω·cm，更好大于約1016Ω·cm。聚合物較好具有保持非暫時(shí)或長壽命的捕獲電荷的能力。如Klaase等人在美國專利4,588,537中所述，有用的聚合物包括聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、線型低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯和這些聚合物的混合物。各聚合物的主要組分較好是聚丙烯，因?yàn)榫郾┑碾娮杪矢?，能夠形成適合于空氣過濾的直徑的熔噴法纖維，并且有令人滿意的電荷穩(wěn)定性、疏水性和防潮性。另一方面，聚丙烯一般不是疏油的。聚合物材料可以包含約90-99.8重量％的聚合物；或者約95-99.5重量％的聚合物；再或者約98-99重量％的聚合物。
提高性能的添加劑是那些由測試方法章節(jié)中所述的DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測得的能提高過濾器過濾油狀氣溶膠能力的添加劑。具體的提高性能的添加劑包括那些在Jones等人的美國專利5,472,481和Rousseau等人的美國專利5,908,598中所述的添加劑。提高性能的添加劑可以包括含氟化合物添加劑，例如含氟噁唑烷酮(oxazolidinone)，如Crater等人在美國專利5,025,052中所述的那些，還有含氟化合物哌嗪和全氟醇的硬脂酸酯。
考慮到其在改進(jìn)聚合物駐極體過濾器的過濾性上所顯示出來的功效，提高性能的添加劑較好是含氟化合物，更好是含氟噁唑烷酮。含氟化合物具有的熔點(diǎn)較好高于聚合物材料的熔點(diǎn)，但低于制造含聚合物材料的纖維時(shí)的擠出溫度。從涉及使用聚丙烯時(shí)的加工考慮，含氟化合物的熔點(diǎn)較好高于約160℃，該熔點(diǎn)更好約為160-290℃。特別好的含氟化合物添加劑包括在Jones等人的美國專利5,411,576中披露的添加劑A、B和C。
聚合物材料中的聚合物和提高性能的添加劑可以先以固體形式混合，然后再行熔化，但各組分較好是先分別熔化，而后以液體形式混合之。也可以將提高性能的添加劑和一部分聚合物以固體形式混合，熔化形成富含添加劑的熔融共混物，隨后再將該共混物與不含添加劑的聚合物混合，在聚合物材料中達(dá)到兩種組分的所需比例。
熔融的共混物然后可以成形為所需的形狀如膜或纖維。一般來說，是將熔融的共混物通過模孔擠出而成形，但在其它一些方法中，可以采用另一種方法，如在靜電場中拉伸來對共混物成形(例如，參見Y.Trouilhet的“靜電鋪整制造非織造織物的新方法”(New Method of Manufacturing NonwovensBy Electrostatic Laying)，索引81大會(huì)論文，制造織物的進(jìn)展，歐洲一次性非織造織物協(xié)會(huì)，Amsterdam，1981年5月5-7日)。一種說明性的擠出方法使用兩臺(tái)擠出機(jī)，約10-20重量％的添加劑和約80-90重量％的聚合物在第一臺(tái)擠出機(jī)中混合。將這種添加劑含量較高的熔融共混物送入含有熔融聚合物(不含添加劑)的第二臺(tái)擠出機(jī)中，形成共混物，通過模孔擠出。添加劑含量高的熔融共混物較好是在剛通過模孔擠出熔融材料之前與不含添加劑的聚合物混合。
這種兩臺(tái)擠出機(jī)的方法可以縮短將提高性能的添加劑暴露在高溫下的時(shí)間。擠出過程中的溫度應(yīng)加以控制，以便獲得所需的擠出物流變性并避免提高性能的添加劑發(fā)生熱降解。不同的擠出機(jī)一般要求不同的溫度分布，可能需要進(jìn)行某些實(shí)驗(yàn)使具體系統(tǒng)的擠出條件達(dá)到最佳。對于較好的聚丙烯/含氟化合物共混物，擠出過程中的溫度較好保持低于約290℃，以免含氟化合物提高性能的添加劑發(fā)生熱降解。使用擠出機(jī)時(shí)，為了更好地混合，最好采用雙螺桿型擠出機(jī)。合適的擠出機(jī)可以從如Werner & Pfleiderer或Berstorff等公司購得。熔融的共混物較好通過模頭擠出，共混物更好是在熔噴條件下通過模頭擠出。
在較好的第一和第二駐極體過濾層中使用的聚合物纖維可以是皮-芯型結(jié)構(gòu)，若這樣的話，皮應(yīng)包含上述共混物中所述的提高性能的添加劑。添加劑也可以放在采用如Jones等人于1998年7月2日申請的美國專利申請09/109,497中所述的表面氟化技術(shù)制造后的織物上。
本發(fā)明過濾器中的第一和第二駐極體過濾層分別可以是由許多駐極體纖維形成的自支承式駐極體過濾層。這兩層也可以是包含至少某些駐極體纖維和支承結(jié)構(gòu)的織物。對于許多過濾用途，駐極體織物呈非織造織物形式，其中纖維是無規(guī)纏結(jié)成自支承式層。包含熔噴微纖維的織物通常就是這種形狀。駐極體過濾層可以與某些非駐極體材料結(jié)合起來。例如，支承結(jié)構(gòu)可以是非駐極體纖維或者是起支承作用的、非駐極體的非織造織物。在一個(gè)較好的實(shí)施方案中，第一和第二層都是含帶電熔噴微纖維的非織造織物。
第一和第二層也可以包含短纖維(staple fiber)，以便提供膨松而不太致密的織物。在非織造織物中加入短纖維的方法可以按Hauser的美國專利4,118,531中所述的方式進(jìn)行。若使用短纖維，則織物較好包含小于90重量％，更好小于70重量％的短纖維。出于簡化和使性能達(dá)到最佳的原因，在某些實(shí)施方案中，各層主要由熔噴纖維組成，可以包含或不含提供性能的添加劑。
第一和第二層也可以包含一種或多種活性顆粒材料，例如吸著劑顆粒如氧化鋁和活性炭。Senkus等人的美國專利5,696,199披露了可能適用于本發(fā)明的活性顆粒。該顆?？梢约拥揭粚踊騼蓪又校部杉拥竭@兩層之間，以便幫助從通過過濾器的氣流中去除氣態(tài)污染物。帶有顆粒的織物例如描述于Braun的美國專利3,971,373、Anderson的美國專利4,100,324和Kolpin等人的美國專利4,429,001中。若顆粒材料加到一層或兩層中，則各層較好包含小于80體積％，更好小于60體積％的顆粒材料。在駐極體過濾器不需要去除氣態(tài)污染物的實(shí)施方案中，過濾器可以不包含吸著劑顆粒。
本發(fā)明的駐極體過濾器可應(yīng)用于許多過濾用途中，包括呼吸器、家庭和工業(yè)空調(diào)、窯爐、空氣凈化器、真空凈化器、醫(yī)用和風(fēng)管過濾器以及在車輛和電子設(shè)備如計(jì)算機(jī)和磁盤驅(qū)動(dòng)器中的空氣凈化系統(tǒng)。
第一駐極體過濾層適用于本發(fā)明過濾器的第一駐極體過濾層描述于題為“具有防油霧性能的駐極體制品和過濾器”的國際專利公開文本W(wǎng)O 99/16532中。在此文本中所述的纖維織物通常具有一種或多種提高織物從氣流中去除油霧的能力的所需性能。這些所需性能之一是織物中聚合物纖維的低結(jié)晶度，這樣在與提高性能的添加劑混合時(shí)就能提高織物過濾油霧的性能。
一種制造低結(jié)晶度聚合物纖維的方法是使用淬火，與不經(jīng)淬火過程的聚合物材料的有序度相比，淬火能降低聚合物材料的有序度或結(jié)晶度。淬火步驟在與熔融材料轉(zhuǎn)變成所需形狀的同時(shí)或之后很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。通常，使形成纖維的材料通過?？讛D出而成形，在其離開?？字髮⒁环N冷卻流體施加在擠出物上使其淬火。
第一駐極體過濾層的纖維中的聚合物材料較好包含上述提高油狀氣溶膠性能的添加劑。第一駐極體過濾層中的聚合物材料較好包含約0.2-10重量％，更好約0.2-5.0重量％，最好約1.0-2.0重量％的第一提高性能的添加劑。
在第一駐極體過濾層是熔噴法聚合物纖維的織物時(shí)，第一駐極體過濾層的總基重一般約為20-300克/平方米(g/m2)，更好約為30-150g/m2。若第一駐極體過濾層織物太致密，則它難以充電；而太輕或太薄的第一駐極體過濾層織物可能容易破碎或者過濾能力不夠。對于許多用途，第一駐極體過濾層的厚度可約為0.3-10毫米(mm)，通常約為0.5-3mm。
通常，采用常規(guī)的方法將聚合物材料熔噴成用于本發(fā)明第一駐極體過濾層的纖維，改進(jìn)之處在于當(dāng)擠出材料離開模頭時(shí)宜對其進(jìn)行淬火即冷卻，使所得纖維中的聚合物結(jié)晶度降至最小。合適的淬火方法包括噴水、用揮發(fā)性液體噴射、或與冷空氣或低溫氣體如二氧化碳或氮?dú)饨佑|。一般來說，冷卻流體(液體或氣體)從距?？准s5厘米(cm)之內(nèi)的噴嘴中噴出。在材料通過?？讛D出的情況下，冷卻流體較好是在熔融擠出物集束之前、更好是在熔融擠出物從?？字袛D出后立刻沖擊到該擠出物上。例如，在熔噴法纖維的情況下，較好是在熔融擠出物集束成為非織造織物之前對其進(jìn)行淬火。冷卻的流體較好是水。水可以是自來水，但較好是蒸餾水或去離子水。
由經(jīng)淬火的聚合物材料制成的駐極體過濾器，在隨后的退火和帶電后具有意想不到良好的油-液體-氣溶膠-過濾性能。與在相同條件下擠出的未淬火聚合物材料相比，淬火步驟能降低聚合物材料的晶體含量。淬火的聚合物材料較好具有由x-射線衍射法測定的低的結(jié)晶度。
淬火之后，宜將第一駐極體過濾層中的纖維集束成非織造織物。一般可以在旋轉(zhuǎn)鼓或移動(dòng)帶上將熔噴法纖維集束成非織造織物。進(jìn)行淬火和集束步驟時(shí)，應(yīng)使得沒有過量的淬火流體(若有殘余流體的話，則它一般是水)留在集束材料上。留在集束材料上的流體會(huì)產(chǎn)生貯藏上的問題，并且在退火過程中可能需要額外的加熱來去除淬火流體。所以，集束材料較好包含小于1重量％的淬火流體，更好是不含殘余的淬火流體。集束器可以包括一個(gè)織物運(yùn)輸裝置，在集束纖維時(shí)所述裝置使集束的織物朝著一個(gè)干燥裝置移動(dòng)。在一種較好的方法中，集束器沿著一個(gè)環(huán)形的軌道連續(xù)地運(yùn)行，這樣就可以連續(xù)地制造織物。集束器例如可以呈鼓、帶或篩網(wǎng)的形狀。任何適用于集束纖維的設(shè)備或操作基本上都可以考慮用于本發(fā)明。合適的集束器的一個(gè)例子描述于題為“均勻熔噴法纖維織物以及其制造方法和設(shè)備”(Uniform MeltblownFibrous Web And Method And Apparatus For Manufacturing)的美國專利申請09/181,205中。
可以對淬火的聚合物材料進(jìn)行退火，提高其在油霧存在時(shí)的靜電電荷穩(wěn)定性。提高性能的添加劑較好是一種具有低能表面的物質(zhì)如含氟化合物，并且退火步驟在充分的溫度下進(jìn)行充分的時(shí)間，使該添加劑擴(kuò)散到聚合物材料的界面上(例如，聚合物-空氣界面，結(jié)晶相和非晶相之間的邊界)。一般來說，退火溫度較高，則退火時(shí)間較短。為了使最終產(chǎn)品達(dá)到所需的性能，包含聚丙烯的聚合物材料應(yīng)在高于約100℃的溫度下進(jìn)行退火。包含聚丙烯的聚合物材料宜在約130-155℃退火約2-20分鐘；更好是在約140-150℃退火約2-10分鐘；再好是在約150℃退火約4-5分鐘。退火應(yīng)是在基本上不使織物結(jié)構(gòu)發(fā)生影響的條件下進(jìn)行。對于聚丙烯織物，顯著高于約155℃的退火溫度可能是不合適的，因?yàn)榭椢锏慕Y(jié)構(gòu)可能遭到損害。
第一駐極體過濾層的聚合物材料在其淬火和退火之后較好使其帶上靜電電荷。本發(fā)明適用的帶靜電電荷的方法的例子包括在Tsai等人的美國專利5,401,446、Wadsworth等人的美國專利4,375,718、Klaase等人的美國專利4,588,537和Nakao的美國專利4,592,815中所述的方法。聚合物材料也可以是水力法帶電的(hydrocharged)-參見Angadjivand等人的美國專利5,496,507。與不同的纖維摩擦或振動(dòng)可以使切割纖維摩擦帶電－參見Brown等人的美國專利4,798,850。帶電的方法較好是使材料接受電暈放電或處于脈沖的高電壓下。
可以采用熱受激放電電流(TSDC)試驗(yàn)來表征本發(fā)明過濾器中第一層所用的駐極體過濾器織物。直接對帶電制品進(jìn)行試驗(yàn)，方法是將樣品放在兩個(gè)電極之間并以恒定的速率加熱樣品，用電流計(jì)測量從樣品放出的電流。從樣品放出的電流隨試驗(yàn)樣品的極化性和捕獲的電荷量而不同。
或者，先將帶電制品放在升高溫度的電場中進(jìn)行極化，然后快速冷卻至低于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，同時(shí)保持極化場，將誘發(fā)的極化“凍結(jié)”。接著，以恒定的速率加熱樣品，測量所得的放電電流。在極化的過程中，偶極排列、電荷重新分布或這些現(xiàn)象的某些組合都可能發(fā)生。
在TSDC試驗(yàn)的過程中，儲(chǔ)藏在駐極體中的電荷變得可以移動(dòng)，它們會(huì)與相反電性的電荷再結(jié)合而在電極或在整個(gè)樣品中發(fā)生中和。這就產(chǎn)生了一個(gè)外部電流，當(dāng)記錄其隨溫度變化并繪制在圖(稱為TSDC譜)上時(shí)，所述電流顯示出多個(gè)峰。這些峰的形狀和位置取決于捕獲電荷的能量和捕獲位點(diǎn)的物理位置。
駐極體電荷通常儲(chǔ)藏在結(jié)構(gòu)上不規(guī)則的地方，如雜質(zhì)、單體單元缺陷、鏈不規(guī)整之處等。TSDC峰的寬度取決于駐極體中捕獲電荷量的分布。在半結(jié)晶聚合物中，由于相電導(dǎo)率的不同(Maxwell-Wagner效應(yīng))，電荷通常積聚或消耗在靠近非晶-結(jié)晶界面的地方。這些捕獲位點(diǎn)通常連系著不同的捕獲能量，預(yù)計(jì)活化能有一個(gè)連續(xù)分布，所以預(yù)計(jì)各TSDC峰會(huì)重疊，合并成一個(gè)寬峰。
如WO 99/16532中所述，TSDC譜中的各種特征與優(yōu)異的油霧負(fù)荷性能有關(guān)。與第一駐極體過濾層材料的優(yōu)異過濾性能有關(guān)的TSDC譜特征包括下述特征。
在一個(gè)實(shí)施方案中，用TSDC試驗(yàn)方法1測量，制得的駐極體過濾器或過濾層具有的TSDC譜在低于樣品熔化溫度約15-30℃處，更好約15-25℃處有一個(gè)峰。當(dāng)樣品聚合物材料中的聚合物是聚丙烯時(shí)，TSDC譜在約130-140℃處有一個(gè)峰。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，用TSDC試驗(yàn)方法2測量，制得的駐極體過濾器或過濾層在TSDC譜中有一個(gè)峰，該峰的半高寬度小于約30℃，更好小于約25℃，再好小于約20℃。在樣品聚合物材料中的聚合物是聚丙烯的情況下，上述窄峰的最大峰值在約138-142℃的位置。
在再一個(gè)實(shí)施方案中，制得的駐極體過濾器或過濾層用TSDC試驗(yàn)方法3測量，在1-5分鐘和/或5-10分鐘的極化時(shí)間(poling time)內(nèi)具有提高的電荷密度。
第二駐極體過濾層本發(fā)明過濾器中較好的第二駐極體過濾層可以是帶靜電電荷的纖維聚合物非織造織物，該織物較好包含第二提高油霧性能的添加劑。
較好可以按例如Angadjivand等人的美國專利5,496,507中所述的水力法帶電使第二駐極體過濾層帶電。水力法帶電是這樣完成的，是將水流或水滴流撞擊到織物上，所用的壓力應(yīng)足以使織物帶上能提高過濾性能的駐極體電荷。達(dá)到最佳結(jié)果所需的壓力視所用的噴霧器種類、制造織物所用的聚合物種類、織物的厚度和密度以及是否進(jìn)行預(yù)處理如在水力法帶電之前進(jìn)行了電暈帶電處理等而不同。一般來說，壓力在約10-500psi(69-3450kPa)的范圍內(nèi)是合適的。提供水滴所用的水較好是純凈的。蒸餾水或去離子水比自來水好?？梢杂萌魏魏线m的噴霧裝置來提供水流或水滴流。那些用于水力纏結(jié)纖維的設(shè)備通?？捎糜诒景l(fā)明的方法，但水力法帶電使用的壓力比水力纏結(jié)常用的壓力低。
也可以按第一駐極體過濾層中所述的方法來使第二駐極體過濾層帶電。
第二駐極體過濾層纖維中所含的聚合物材料較好包含上述提高去除油狀氣溶膠性能的添加劑。第二駐極體過濾層中的聚合物材料可以包含約0.2-10重量％的第二提高性能的添加劑；或者包含約0.5-5.0重量％的該添加劑；在另一個(gè)替換方案中，包含約0.5-1.5重量％的該添加劑。
在過濾介質(zhì)的第二駐極體過濾層是包含熔噴法纖維的織物時(shí)，第二駐極體過濾層的總基重一般約為10-200克/平方米(g/m2)，更好約為20-100g/m2。若第二駐極體過濾層織物太致密，則它難以帶電；而太輕或太薄的第二駐極體過濾層織物可能容易破碎或者過濾能力不夠。對于許多用途，第二駐極體過濾層織物的厚度約為0.2-5毫米(mm)，通常約為0.5-2mm。
測試方法下述測試方法用于測定本發(fā)明各過濾層和過濾介質(zhì)的所述特征。
織物厚度/基重使用230g砝碼在10cm直徑的圓盤上，按ASTM D1777-64測量織物的厚度。
由5.25英寸(13.3cm)直徑圓盤的重量計(jì)算基重。
壓降試驗(yàn)按ASTM F778測量壓降。采用85升/分鐘的流量通過暴露直徑為15.2cm的圓形過濾器來測量本發(fā)明所述的壓降。面速度為7.77cm/sec。
DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)進(jìn)行鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的測量，其辦法是測量受控DOP氣溶膠通過樣品的DOP透過率％，以及在與接觸DOP氣溶膠接觸的延長時(shí)間內(nèi)樣品中的DOP負(fù)荷。
采用適用于DOP氣溶膠的自動(dòng)過濾器試驗(yàn)儀(Automated FilterTester)(AFT)，其型號為#8110或#8130(購自TSI Incorporated，St.Paul，Minnesota)進(jìn)行測量。由8110和8130 AFT儀器產(chǎn)生的DOP接觸氣溶膠名義上是一種質(zhì)量中值直徑為0.3微米的單分散體，用標(biāo)準(zhǔn)重力過濾器測量該分散體的上游濃度約為100毫克/立方米。在氣溶膠電離源工作的條件下測試所有的測試樣品，通過過濾器織物樣品的流量為85升/分鐘(LPM)。切成圓盤形的樣品直徑為6.75英寸(17.15cm)。將兩塊圓盤直接相互堆疊起來，安裝在樣品支架上，使6.0英寸(15.2cm)直徑的圓形區(qū)域與氣溶膠接觸。試驗(yàn)過程中的面速度為7.77厘米/秒(cm/sec)。先將樣品稱重，然后將它們插到樣品支架上。根據(jù)NIOSH規(guī)定，接觸了200±5毫克DOP之后，認(rèn)為完成了試驗(yàn)，但是各試驗(yàn)是繼續(xù)的直到接觸了至少600毫克DOP。
DOP透過率％定義為DOP透過率％＝100(下游的DOP濃度/上游的DOP濃度)采用光散射法測量上游和下游的濃度之比。由AFT儀器自動(dòng)計(jì)算出DOP透過率％。一般來說，初始DOP透過率％值是從試驗(yàn)中首先記錄的透過率％獲得的，初始DOP透過率是在試驗(yàn)過程的第一分鐘內(nèi)并且在引入過濾器樣品的DOP接觸氣溶膠的第一個(gè)10毫克的范圍內(nèi)獲得的。
將DOP透過率％和相應(yīng)的壓降數(shù)據(jù)輸入相連的計(jì)算機(jī)內(nèi)，將它們儲(chǔ)存起來。試驗(yàn)終止后，在某些情況下再次稱重負(fù)荷的樣品，用來測量在纖維織物樣品上收集的DOP的量。這可作為從測量的流向纖維織物的DOP濃度外推的DOP接觸量和測量的通過織物的氣溶膠流量的核對。
熱受激放電電流(TSDC)使用購自TherMold Partners，L.P.，Thermal Analysis Instruments，Stamford，Connecticut的帶有主電極(pivot electrode)的Solomat TSC/RMA型號為91000的儀器中進(jìn)行TSDC試驗(yàn)。切割織物樣品，將它放在SolomatTSC/RMA的兩個(gè)電極之間。在Solomat儀器中，一個(gè)溫度計(jì)放在靠近但不觸及樣品的地方。織物樣品應(yīng)是光學(xué)致密的，即通過樣品織物應(yīng)該沒有可見的孔。樣品應(yīng)大得足以完全覆蓋上接觸電極。由于該電極的直徑約為7mm，所以將樣品切成直徑大于7mm。為了確保與電極的良好電接觸，將織物樣品的厚度壓縮至約十分之一。從樣品室中抽出空氣，代之以壓力約為110,000帕斯卡的氦氣。用液氮冷卻。
TSDC試驗(yàn)方法1從25℃以3℃/min的加熱速率開始測量未極化樣品的放電電流。來自同一織物的兩個(gè)樣品進(jìn)行相同的試驗(yàn)，不同的是樣品放在電極之間時(shí)它們放置的方向相反。對放置樣品的方向能在高于約110℃的溫度下產(chǎn)生正的放電電流的情況，測量樣品的峰位置。
采用以10℃/min的加熱速率進(jìn)行的差示掃描量熱法(DSC)，測定樣品的熔化溫度，該熔化溫度定義為在第二次DSC加熱循環(huán)(加熱到高于熔化溫度，冷卻凝固樣品，再加熱)中觀察到的熔化產(chǎn)生的最大峰值。
TSDC試驗(yàn)方法2按TSDC試驗(yàn)方法1試驗(yàn)樣品，確定樣品的正確方向。然后將樣品放在Solomat TSC儀中，其放置方向?yàn)樵赥SDC試驗(yàn)方法1的較低峰值溫度下能產(chǎn)生正的放電電流。
然后在上述儀器中2.5千伏/毫米(kV/mm)的電場中，在100℃時(shí)對樣品極化1、5、10或15分鐘，進(jìn)行試驗(yàn)。仍在電場中，將樣品快速冷卻(以儀器的最大冷卻速率)至-50℃。除去電場，將樣品保持在-50℃ 5分鐘，然后以3℃/min的速率加熱，同時(shí)測量放電電流?；趶?到約30℃的曲線斜率劃出基線，測量半高峰寬度，從而計(jì)算各峰的半高峰寬度的值。
TSDC試驗(yàn)方法3此方法與TSDC試驗(yàn)方法2相同，不同的是在所選峰兩側(cè)最小值之間劃出基線，計(jì)算在各極化時(shí)間時(shí)樣品的電荷密度。若在峰的高溫側(cè)不存在最小值，則在峰的低溫側(cè)的最小值和曲線在峰高溫側(cè)的交叉點(diǎn)或外推到交叉零電流點(diǎn)之間劃出基線。對峰下的面積求積分來計(jì)算電荷密度。
實(shí)施例提供下述對比例A-D來幫助理解本發(fā)明。
對比例A使用與WO 99/16532中實(shí)施例7所述相類似的方法制得的兩(2)層過濾材料來制造過濾器。在本例和WO 99/16532中實(shí)施例7的制造方法之間的不同之處在于是使用噴水淬火。本例的過濾層是用帶有十個(gè)噴嘴的噴桿(購自Spraying Systems Co.，Wheaton，Illinois的帶有Fluid Cap 2850和Air Cap73320的Air Atomizing Pressure Spray Set-ups #SU14)進(jìn)行噴水淬火的。噴桿裝在織物中心線上方17.8cm和?？紫掠渭s2.5cm的地方。將空氣壓力設(shè)置為20psi(140kPa)，將水壓設(shè)置為35psi(240kPa)。調(diào)整流量計(jì)，使各噴嘴以80ml水/分鐘的流量將分布成平扇狀的水滴輸送到離開?？椎娜廴诰酆衔镆毫髦小?br> 過濾器兩層中每一層的基重為100克/平方米(過濾器的總基重為200克/平方米)，壓降約為5.5mm H2O，厚度為1.5mm，初始品質(zhì)因子為0.45。按上述DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測試過濾器，結(jié)果圖示于圖4中。過濾器在試驗(yàn)完成時(shí)(200±5毫克)，并且直至至少約600毫克DOP時(shí)具有不降低的去除效率。這種過濾器結(jié)構(gòu)符合上述NIOSH P-系列要求。
按ASTM F778測出這種過濾器結(jié)構(gòu)的初始壓降為10.9毫米H2O。
對比例B除了下述不同外，使用按對比例A制造層的方法制得的兩(2)層過濾材料來制造過濾器。使用購自Fina Oil and Chemical Company的Fina 3960聚丙烯樹脂，向?？椎墓┝纤俾试O(shè)置為45kg/h。不進(jìn)行水淬火。按美國專利5,496,507所述的方法對織物進(jìn)行水力法帶電，其辦法是在足以使織物帶上提高過濾性的駐極體電荷的壓力下將水滴流撞擊到織物上，隨后干燥。
過濾器兩層的每一層的基重為33克/平方米(過濾器的總基重為66克/平方米)，壓降約為1.7mm H2O，厚度為0.58mm，初始品質(zhì)因子為1.6。按上述DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測試過濾器，結(jié)果圖示于圖5中。過濾器在試驗(yàn)完成時(shí)(200±5毫克)，并且直至至少約600毫克DOP時(shí)具有降低的去除效率。所以這種過濾器結(jié)構(gòu)不符合上述NIOSH P-系列要求。
按ASTM F778測出這種過濾器結(jié)構(gòu)的初始壓降為2.8毫米H2O。
對比例C使用兩層不同的過濾材料制造過濾器。第一層過濾材料的結(jié)構(gòu)與上述對比例B中所述的一層相同。第二層過濾材料的結(jié)構(gòu)與上述對比例A中所述的一層相同。按上述DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測試過濾器，試驗(yàn)結(jié)果圖示于圖6中。過濾器在試驗(yàn)完成時(shí)(200±5毫克)，并且直至至少約600毫克DOP時(shí)具有降低的去除效率。所以這種過濾器結(jié)構(gòu)不符合上述NIOSH P-系列要求。
按ASTM F778測出這種過濾器結(jié)構(gòu)的初始壓降為7.8毫米H2O。
對比例D使用對比例B中所述的兩層過濾材料來制造過濾器，不同的是在試驗(yàn)前將兩層放在溫度保持在95℃的烘箱內(nèi)15小時(shí)。
過濾器兩層的每一層的基重為33g/m2(總基重為66g/m2)，初始品質(zhì)因子為0.8。按上述DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測試過濾器，試驗(yàn)結(jié)果圖示于圖7中。過濾器在試驗(yàn)完成時(shí)(200±5毫克)，并且直至至少約600毫克DOP時(shí)具有降低的去除效率。所以這種過濾器結(jié)構(gòu)不符合上述NIOSH P-系列要求。
按ASTM F778測出這種過濾器結(jié)構(gòu)的初始壓降為3.5毫米H2O。
下述不受限制的實(shí)施例1和2說明本發(fā)明的某些優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例1使用兩層不同的過濾材料制造過濾器。第一層過濾材料的結(jié)構(gòu)與上述對比例A中所述的一層相同(基重為100g/m2)。第二層過濾材料的結(jié)構(gòu)與上述對比例B中所述的一層相同(基重為33g/m2)。第一層的初始品質(zhì)因子為0.45，第二層的初始品質(zhì)因子為1.6，這樣就滿足了第二層的初始品質(zhì)因子比第一層的初始品質(zhì)因子大的要求。
按上述DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測試兩層過濾器(總基重為133g/m2)，試驗(yàn)結(jié)果圖示于圖8中。過濾器在試驗(yàn)完成時(shí)(200±5毫克)，并且直至至少約600毫克DOP時(shí)具有不降低的去除效率。這種過濾器結(jié)構(gòu)符合上述NIOSH P-系列要求。
按ASTM F778測出這種過濾器結(jié)構(gòu)的初始壓降為7.4毫米H2O。換句話說，該過濾器既符合NIOSH P-系列要求，同時(shí)其壓降比對比例A過濾器的壓降小大約3.5毫米H2O。
本實(shí)施例說明本發(fā)明過濾器中各層順序上的關(guān)鍵性。若顛倒本實(shí)施例中所用第一和第二過濾層的順序(如對比例C所述)，獲得的過濾器就不符合NIOSHP-系列要求，盡管具有較低的壓降。然而，按本實(shí)施例所述的順序安排兩層，所得的過濾器符合NIOSH P-系列要求，同時(shí)具有較低的壓降。
實(shí)施例2制造兩層過濾器，其所用的第一層過濾材料的結(jié)構(gòu)與上述對比例A中所述的一層相同(基重為100g/m2)，其第二層的結(jié)構(gòu)與上述對比例D中所述的一層相同(基重為33g/m2)。第一層的初始品質(zhì)因子為0.45，第二層的初始品質(zhì)因子為0.8，這樣就滿足了第二層的初始品質(zhì)因子比第一層的初始品質(zhì)因子大的要求。
按上述DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測試兩層過濾器(總基重為133g/m2)，試驗(yàn)結(jié)果圖示于圖9中。過濾器在試驗(yàn)完成時(shí)(200±5毫克)，并且直至至少約600毫克DOP時(shí)具有不降低的去除效率。這種過濾器結(jié)構(gòu)符合上述NIOSH P-系列要求。
按ASTM F778測出這種過濾器結(jié)構(gòu)的初始壓降為6.9毫米H2O。換句話說，該過濾器既符合NIOSH P-系列要求，同時(shí)其壓降比對比例A過濾器的壓降小大約4毫米H2O。
上述具體的實(shí)施方案是實(shí)施本發(fā)明的例舉性說明。在不存在本文中未具體說明的任何方面或項(xiàng)目的情況下，也能很好地實(shí)施本發(fā)明。在本文中結(jié)合參考引述所有專利、專利申請和公開文本的完整內(nèi)容，就好象整個(gè)地分別引述它們。
在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明的各種改進(jìn)和改變對本領(lǐng)域的技術(shù)熟練者來說將是顯而易見的，應(yīng)明白的是不要不適當(dāng)?shù)貙⒈景l(fā)明局限于在此所述的說明性實(shí)施方案，但本發(fā)明受權(quán)利要求書的限定內(nèi)容和與這些限定內(nèi)容等同的任何內(nèi)容的控制。
權(quán)利要求
1.一種過濾器，它包括一層包含纖維的可透過流體的第一駐極體過濾層，所述纖維包含第一聚合物材料，其中第一駐極體過濾層在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)具有不降低的去除效率，并且在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)的過程中，其去除的接觸氣溶膠占過濾器所收集的氣溶膠的大部分；一層包含纖維的可透過流體的第二駐極體過濾層，所述纖維包含第二聚合物材料，其中第二駐極體過濾層在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)具有降低的去除效率，并且采用DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測定的第二駐極體過濾層的初始品質(zhì)因子比第一駐極體過濾層的初始品質(zhì)因子大。
2.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其在各第一和第二駐極體過濾層中的纖維包含熔噴法微纖維。
3.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中用TSDC試驗(yàn)方法2測量第一駐極體過濾層的熱受激放電電流(TSDC)譜中有一個(gè)半高寬度小于約30℃的峰。
4.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中用TSDC試驗(yàn)方法1測量第一駐極體過濾層的熱受激放電電流(TSDC)譜中有一個(gè)在低于第一聚合物材料熔化溫度約15-25℃處的峰。
5.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中第一聚合物材料包含聚丙烯，該第一駐極體過濾層的熱受激放電電流(TSDC)譜中有一個(gè)在約130-140℃的峰。
6.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中第一駐極體過濾層用TSDC試驗(yàn)方法3測量，在1-5分鐘的極化時(shí)間內(nèi)具有提高的電荷密度。
7.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中第一駐極體過濾層在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)的過程中能收集由過濾器收集的至少約70％的接觸氣溶膠，并且采用DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)測定的第二駐極體過濾層的初始品質(zhì)因子至少約為0.5或更大。
8.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中對第一駐極體過濾層進(jìn)行淬火和退火，對第二駐極體過濾層進(jìn)行水力法帶電。
9.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中第一駐極體過濾層的基重大于第二駐極體過濾層的基重。
10.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中第一和第二聚合物材料包含選自聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、線型低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚酯中的至少一種聚合物。
11.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中第一和第二駐極體過濾層中的至少一層還包含較好含氟的第一提高去除油霧性能的添加劑。
12.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中按壓降試驗(yàn)測量過濾器的壓降約為12mm H2O或更小，在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)的過程中，在總共接觸約200毫克接觸氣溶膠后，所述過濾器的最大DOP透過率約為5％或更小。
13.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，其中第一和第二聚合物材料包含體積電阻率大于1014Ω·cm的聚合物。
14.如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，它在DOP透過率/負(fù)荷試驗(yàn)完成時(shí)具有不降低的去除效率。
15.一種呼吸器，它包括如權(quán)利要求1至2所述的過濾器。
16.一種從氣體中去除顆粒固體或液體氣溶膠的方法，它包括讓含液體氣溶膠的氣體通過如權(quán)利要求1至2所述的過濾器，使氣體遇到第一駐極體過濾層之后遇到第二駐極體過濾層。
全文摘要
一種過濾器,它包括第一駐極體過濾層,氣流首先通過該第一駐極體過濾層,然后遇到第二駐極體過濾層。第一過濾層具有不降低的去除效率,并且能去除大部分接觸氣溶膠;而第二層具有降低的去除效率,并且其初始品質(zhì)因子比第一層的大。將第一和第二駐極體過濾層結(jié)合起來能提供具有不降低的去除效率和較小壓降的過濾器。過濾器可以提供不降低的去除效率和較小的壓降,即使第二駐極體過濾層與過濾器整體所需的不降低的去除效率相比具有較小的去除效率。
文檔編號A62B23/00GK1370091SQ00811799
公開日2002年9月18日 申請日期2000年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月19日
發(fā)明者J·S·休伯蒂 申請人:3M創(chuàng)新有限公司