高度帶電且電荷穩(wěn)定的納米纖維網(wǎng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶電多層過濾器，所述過濾器包括水充電過濾層，所述水充電過濾層含有多根相互纏繞的有限長(zhǎng)度為約12至約300mm的納米纖維，位于多孔的可卷到卷加工的支承層上。
【專利說明】高度帶電且電荷穩(wěn)定的納米纖維網(wǎng)
[0001]本專利申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780100043.5、申請(qǐng)日為2007年7月26日、發(fā)明名稱為“高度帶電且電荷穩(wěn)定的納米纖維網(wǎng)”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及空氣過濾纖維網(wǎng)。
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)暴露于含亞微米顆粒的空氣流時(shí)，空氣過濾網(wǎng)的過濾效率通常會(huì)下降。過濾效率可通過穿透率(%)測(cè)試來評(píng)估，該穿透率(%)測(cè)試采用了含有(例如)氯化鈉顆?；蜞彵蕉姿岫刘ヮw粒的測(cè)試用氣溶膠。初始穿透率和最大穿透率均可根據(jù)此類測(cè)試來測(cè)定。最大穿透率值特別受到關(guān)注，因?yàn)樗鼈兲峁┻^濾器的使用壽命指示。
[0004]已采用了多種充電技術(shù)來改善過濾效率。然而，已知某些諸如油性氣溶膠之類的物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致電荷量隨時(shí)間推移而減少。使用帶電的過濾介質(zhì)(例如針刺氈、或帶電的紡粘纖維網(wǎng)或熔噴纖維網(wǎng))可實(shí)現(xiàn)高的初始過濾效率。然而，可能還會(huì)需要不希望有的高基重，對(duì)于具有較大直徑纖維的帶電介質(zhì)而言尤為如此。粗纖維帶電過濾介質(zhì)通常具有高的初始效率，但當(dāng)過濾器上積聚了極細(xì)的顆粒時(shí)，粗纖維帶電過濾介質(zhì)的效率可能會(huì)嚴(yán)重降低。帶電過濾介質(zhì)中的這種效率損耗可稱為駐極體劣化。由美國(guó)采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)(ASHRAE)制定的名稱為 “Method of Testing General Ventilation Air CleaningDevices for Removal Efficiency by Particle Size”(按粒度測(cè)試通用通風(fēng)空氣凈化裝置排除效率的測(cè)試方法)的標(biāo)準(zhǔn)N0.52.2定義了暖通空調(diào)(HVAC)過濾器最低效率通報(bào)值(MERV)的等級(jí)評(píng)定。為了解決駐極體劣化而提議的標(biāo)準(zhǔn)N0.52.2中的修改可能會(huì)改變?cè)摌?biāo)準(zhǔn)，結(jié)果使駐極體過濾器面臨更大比例的小顆粒。如獲通過，則這些對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的修改可將典型駐極體過濾介質(zhì)的MERV等級(jí)評(píng)定降低2至3個(gè)評(píng)級(jí)點(diǎn)。
[0005]通常，細(xì)纖維(如納米纖維)也可促進(jìn)高過濾效率，但壓降通常隨纖維直徑的減小而增加。例如，可使用包含亞微米纖維的玻璃纖維復(fù)合材料來實(shí)現(xiàn)高初始過濾效率，但實(shí)現(xiàn)這些良好初始過濾效率通常以較高的初始?jí)航禐榇鷥r(jià)。玻璃纖維也存在問題，因?yàn)檫@種纖維通常不可回收利用，并且會(huì)因其脆性而容易斷裂。玻璃纖維碎屑還可能導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)不適或表皮過敏。已采用由聚合物型納米纖維制成的過濾介質(zhì)來代替玻璃纖維。然而，聚合物型納米纖維的耐化學(xué)性和耐溶劑性比玻璃纖維弱。例如，用靜電紡絲制造的聚合物型納米纖維至少會(huì)受到從其中紡出的溶劑的影響。另外，許多目前可用的納米纖維通常以很低的速度制造，對(duì)于許多應(yīng)用而言成本過高。靜電紡絲納米纖維通常是以每天若干克的速度率制造，并且與標(biāo)準(zhǔn)過濾介質(zhì)相比，吹制玻璃納米纖維相對(duì)較貴。即便是能夠以高速度制造的海島型納米纖維，也造價(jià)昂貴，因?yàn)樗鼈冃枰梢瞥牡矸勰z囊包封調(diào)和物與移除該淀粉膠囊包封調(diào)和物的工序。
[0006]初始穿透率值與最大穿透率值的相關(guān)性有時(shí)會(huì)很差。這種相關(guān)性的缺乏使得很難根據(jù)初始穿透率測(cè)量值來預(yù)測(cè)最大穿透率值?？梢愿臑闇y(cè)量最大穿透率，但對(duì)于暴露于極小(如亞微米級(jí))顆粒的介質(zhì)此測(cè)量可能需要長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)纖維網(wǎng)顯示具有較差的初始和最大穿透率值相關(guān)性時(shí)，也會(huì)使過濾器的設(shè)計(jì)變得更加困難。
[0007]空氣過濾纖維網(wǎng)在以下文獻(xiàn)中有記載:例如，美國(guó)專利N0.4，011，067 (Carey)、4，215，682 (Kubik 等人)、4，592，815(Nakao)、4，729，371 (Krueger 等人)、4，798，850 (Brown)、5，401，446 (Tsai 等人)、5，496,507 (Angadjivand 等人，‘507)、6, 119, 691 (Angadjivand 等人，‘691 )、6，183，670B1 (Torobin 等人，‘670)、6，315，806B1(Torobin 等人，‘806)、6，397，458B1 (Jones 等人，‘458)、6，554，881B1 (Healey)、
6,562, 112B2 (Jones 等人，‘112)、6，627，563B1(Huberty)、6，673，136B2 (Gillingham 等人)、6，716，274B2 (Gogins 等人)、6，743，273B2 (Chung 等人)和 6，827，764B2 (Springett等人)，以及Tsai等人在2004年11月9日至11日舉行的第14屆國(guó)際TANDEC(紡織和非織造布研發(fā)中心)非織造布研討會(huì)上發(fā)表的“Electrospinning Theory and Techniques”(靜電紡絲理論和技術(shù))。其他纖維網(wǎng)在(例如)美國(guó)專利N0.4，536，361 (Torobin)和5，993，943(Bodaghi等人)中有記載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供帶電的空氣過濾介質(zhì)，該介質(zhì)即便在暴露于含有小顆粒的空氣流之后，仍具有驚人的有效過濾性能。本發(fā)明所公開的介質(zhì)具有極好的電荷保持性，并且其初始穿透率值與最大穿透率值的相關(guān)性比典型的駐極體過濾介質(zhì)好得多。在一個(gè)方面，本發(fā)明的過濾介質(zhì)包含:
[0009]a)水充電(hydrocharged)纖維過濾層，該水充電的纖維過濾層含有多個(gè)相互纏繞的長(zhǎng)度為約12至約300毫米(mm)的納米纖維，和
[0010]b)多孔的可卷到卷加工的支承層。
[0011]本發(fā)明所公開的介質(zhì)中的過濾層可以根據(jù)(例如)美國(guó)專利N0.4，536，361或6，315，806B1來制備，并且可以根據(jù)(例如)美國(guó)專利N0.5，496，507進(jìn)行水充電。與這些專利所公開的介質(zhì)相比，所得介質(zhì)在暴露于細(xì)小顆粒之后顯示具有更好的過濾效率，并且具有相關(guān)性良好的初始穿透率值和最大穿透率值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1a和圖1b為根據(jù)本發(fā)明的多層過濾介質(zhì)的示意性剖視圖；
[0013]圖2a為根據(jù)本發(fā)明的折褶皺型過濾器的透視圖；
[0014]圖2b為根據(jù)本發(fā)明的一次性個(gè)人呼吸器的局部剖視透視圖；
[0015]圖3a和圖3b為根據(jù)本發(fā)明的所公開介質(zhì)中過濾層的掃描電鏡照片；
[0016]圖4為表示本發(fā)明過濾介質(zhì)的壓降與過濾層基重之關(guān)系的線圖；
[0017]圖5為表示本發(fā)明過濾介質(zhì)的穿透率與過濾層基重之關(guān)系的線圖；
[0018]圖6為表示在各種過濾層基重下穿透率和壓降的相互關(guān)系的線圖；
[0019]圖7為表示本發(fā)明過濾介質(zhì)的氯化鈉穿透率與氯化鈉測(cè)試量之關(guān)系的線圖；
[0020]圖8為示表本發(fā)明過濾介質(zhì)的壓降與氯化鈉測(cè)試量之關(guān)系的線圖；
[0021]圖9和圖10為最大氯化鈉穿透率與初始氯化鈉穿透率的關(guān)系圖；以及
[0022]圖11為表示鄰苯二甲酸二辛酯穿透率和壓降與預(yù)計(jì)測(cè)試量之關(guān)系的線圖。[0023]在各幅附圖中，類似的附圖標(biāo)記用來表示類似的要素。圖中所示要素未按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本文所用術(shù)語的定義如下:
[0025]“氣溶膠”是指含有固態(tài)或液態(tài)懸浮顆粒的氣體；
[0026]當(dāng)用于過濾器或過濾層時(shí)，“基重”是指過濾器或過濾層的主表面每單位表面積的過濾器或過濾層中一種或多種材料的重量；
[0027]當(dāng)用于纖維集合時(shí)，“帶電”是指在暴露于20戈瑞吸收劑量的Imm經(jīng)鈹過濾的SOKVp X射線之后，當(dāng)在7厘米/秒的表面速度下評(píng)估鄰苯二甲酸二辛酯的穿透率(D0P%)時(shí)，表現(xiàn)出至少50%的品質(zhì)因子QF (下文論述)損耗的纖維；
[0028]當(dāng)用于纖維或纖維集合時(shí)，“連續(xù)”是指具有基本上無限的長(zhǎng)寬比(S卩，(例如)至少約10，000或以上的長(zhǎng)度與尺寸比)的纖維；
[0029]當(dāng)用于纖維集合時(shí)，“有效纖維直徑”(EFD)是對(duì)于由任何橫截面形狀(如圓形橫截面或非圓形橫截面)的纖維構(gòu)成的網(wǎng)根據(jù)如下文獻(xiàn)中闡述的方法所確定的數(shù)值:“TheSeparation of Airborne Dust and Particles”(氣載塵埃和顆粒的分離)，Institutionof Mechanical Engineers，London，ProceedingslB，1952，Davies，C.N ;
[0030]當(dāng)用于過濾器時(shí)，“效率”是指由過濾器去除的測(cè)試用氣溶膠的量(以百分?jǐn)?shù)表示)，如根據(jù)穿透率(%)測(cè)定的那樣，其中
[0031]效率(%)=100-穿透率(%)；
[0032]例如，具有5%的穿透率的過濾器將具有相應(yīng)的95%的效率；
[0033]當(dāng)用于纖維集合時(shí)，“水充電”是指已使纖維與極性流體(如，水、醇酮、或極性流體的混合物)緊密接觸，然后在足以使該纖維帶電的條件下干燥。
[0034]“層”是指過濾器的一部分，其具有兩個(gè)主表面和等于這兩個(gè)主表面間距離的厚度；層可以沿主表面延伸無限遠(yuǎn)的距離，或可以具有限定的邊界；
[0035]“大多數(shù)”是指大于50%;
[0036]“納米纖維”是指中值尺寸如使用顯微鏡法和人工計(jì)數(shù)法測(cè)定的尺寸)小于I μ m的纖維；
[0037]“非織造網(wǎng)”是指纖維網(wǎng)未以預(yù)定方式排列其纖維，例如一組纖維以有序排列從另一組纖維的上方和下方穿過；
[0038]“聚合物”是指由單體形成的大分子，并且包括均聚物、共聚物、以及聚合物共混物；
[0039]“聚合物材料”是指包括至少一種聚合物并可能包括除聚合物之外的其他成分的材料；
[0040]“多孔的”是指可穿透空氣；
[0041]“壓降”是指流體流(如空氣流)在過濾器的上游側(cè)和下游側(cè)之間流動(dòng)時(shí)，流體流中靜壓的降低；
[0042]“呼吸器”是指被設(shè)計(jì)為可佩戴于個(gè)人呼吸通道上的系統(tǒng)或裝置，可防止污染物進(jìn)入佩戴者的呼吸道，或防止其他人或物暴露于佩戴者呼吸時(shí)排出的病原體或其他污染物，呼吸器包括(但不限于)過濾面罩；
[0043]當(dāng)用于過濾器或支承層時(shí)，“可卷到卷加工”是指可以使用卷到卷纖維網(wǎng)處理設(shè)備制造過濾器或支承層，并在需要時(shí)將其改制成單個(gè)的過濾器；
[0044]當(dāng)用于纖維時(shí)，“尺寸”是指對(duì)具有圓形橫截面的纖維的纖維直徑，或是指可以橫穿具有非圓形橫截面的纖維而構(gòu)成的最長(zhǎng)的橫截面弦的長(zhǎng)度；以及
[0045]“基本上所有”是指至少為80%。
[0046]圖1a示出了本發(fā)明所公開的多層介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。介質(zhì)I包括與支承層4相鄰的纖維過濾層2。層2包含納米纖維6，可以根據(jù)(例如)美國(guó)專利N0.4, 536, 361來制備。纖維6相互纏繞,纖維6以占層12中的大多數(shù)纖維為優(yōu)選，占層12中基本上所有的纖維則更為優(yōu)選。纖維6具有約12至約300mm、約25至約200mm或約50至約150mm的有限長(zhǎng)度，并且是不連續(xù)的。層2為多孔的，而且孔徑細(xì)到足以捕獲可能流經(jīng)介質(zhì)I的流體(如空氣)中攜帶的小顆粒(如微米尺寸和更小的顆粒)。層4也為多孔的，而且其孔徑通常比層2的孔徑大。在圖示實(shí)施例中，層4為有寬松網(wǎng)眼的針織織物。流體可以多個(gè)方向流經(jīng)介質(zhì)I (如，垂直于介質(zhì)I流經(jīng)層2，然后流經(jīng)層4，或者垂直于介質(zhì)I流經(jīng)層4，然后流經(jīng)層2)。對(duì)于空氣過濾而言，流體的典型方向是流經(jīng)層4，然后流經(jīng)層2。
[0047]圖1b示出了本發(fā)明所公開的多層介質(zhì)的另一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。介質(zhì)10包括與支承層14相鄰的纖維過濾層12。層12包含中值纖維尺寸為一微米或更大的多根第一纖維16和具有亞微米尺寸并且最好占層12中大多數(shù)纖維的多根第二纖維18。層12可以根據(jù)(例如)美國(guó)專利N0.6，315，806B1來制備。纖維16最好占層12中少于一半的纖維。纖維16可以(例如)占層12中總纖維(或其代表性樣本)根數(shù)的約1%至約49%或約2%至約40%或約3%至約20%或約5%至約15%。纖維18可以(例如)占層12中總纖維(或其代表性樣本)根數(shù)的約51%至約99%或約60%至約98%或約80%至約97%或約85%至約95%。纖維18具有有限長(zhǎng)度(例如約12至約300mm、約25至約200mm或約50至約150mm)，并且其平均長(zhǎng)度可以小于或大于纖維16的平均長(zhǎng)度。纖維18可以至少部分地纏繞于第一纖維16的其中一些的周圍，并且可在層12中由多根第一纖維16支承。層12為多孔的，而且其孔徑細(xì)到足以捕獲可能流經(jīng)介質(zhì)10的流體中攜帶的小顆粒。層14也為多孔的，而且其孔徑通常比層12的孔徑大得多。在圖示實(shí)施例中，層14包括布置在非織造網(wǎng)中的纖維20。流體可以多個(gè)方向流經(jīng)介質(zhì)10 (如，垂直于介質(zhì)10流經(jīng)層12，然后流經(jīng)層14，或者垂直于介質(zhì)10流經(jīng)層14，然后流經(jīng)層12)。對(duì)于空氣過濾而言，流體的垂直方向是流經(jīng)層14，然后流經(jīng)層12。
[0048]圖2a示出了褶皺型過濾器22的透視圖，該褶皺型過濾器是通過使本發(fā)明公開的多層介質(zhì)(如介質(zhì)I或10)形成一些有間隔的褶皺行24而制成的。過濾器22可以“就這樣”使用，或可以具有進(jìn)一步穩(wěn)定或增強(qiáng)(例如，用平面膨脹金屬面層、熱熔粘合劑增強(qiáng)襯里、粘合劑粘結(jié)增強(qiáng)條、或其他選擇性增強(qiáng)支承體)的過濾器22的選定部分，并且可任選地安裝在合適框架(例如，金屬或硬紙板框架)內(nèi)，以提供用于諸如暖通空調(diào)系統(tǒng)的可置換的過濾器。除了多層介質(zhì)外，有關(guān)過濾器22構(gòu)造的更多細(xì)節(jié)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉。
[0049]圖2b示出了杯狀一次性個(gè)人呼吸器26的透視圖和局部剖視圖。呼吸器26包括內(nèi)覆蓋網(wǎng)28、由本發(fā)明所公開的多層介質(zhì)(如介質(zhì)I或10)制成的過濾層30以及外覆蓋層32。焊接邊34將這些層保持在一起，并且形成臉面密封區(qū)以減少通過呼吸器26邊緣的泄漏?？梢酝ㄟ^極軟的柔韌鼻帶36來進(jìn)一步減少泄露，例如，該鼻帶可由如鋁等的金屬或如聚丙烯等的塑料制成。呼吸器26還包括通過懸掛突出部40進(jìn)行緊固的可調(diào)式頭帶和頸帶38以及呼氣閥42。除多層介質(zhì)之外，有關(guān)呼吸器26構(gòu)造的更多細(xì)節(jié)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉。
[0050]本發(fā)明所公開的過濾層最好直接在支承層上形成，而不是隔離地形成。過濾層可以包含一種或多種類型的纖維，該一種或多種類型的纖維由相同或不同的聚合物成纖材料制成。過濾層中的大多數(shù)纖維(最好是所有纖維)由能夠承受適當(dāng)?shù)鸟v極體電荷且能保持足夠電荷分離的成纖材料制成。優(yōu)選的聚合物成纖材料為在室溫(22°C)下體積電阻率為IO14歐姆-厘米或更大的非導(dǎo)電樹脂。該樹脂的體積電阻率最好為約IO16歐姆-厘米或更大。聚合物成纖材料的電阻率可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試ASTM D257-93來測(cè)量?？梢允褂玫木酆衔锏囊恍├影ò巯N(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、環(huán)烯烴共聚物)的熱塑性聚合物以及此類聚合物的組合。可以使用但難以帶電或可能會(huì)迅速失去電荷的其他聚合物包括:聚碳酸酯、嵌段共聚物，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯和苯乙烯-異 戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物；聚酯，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；聚酰胺；聚氨酯，以及為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的其他聚合物。該過濾層纖維中的某些或所有均可以根據(jù)需要由多組分纖維(包括可分裂纖維)制成。合適的多組分(如雙組分)纖維包括并列型、皮/芯型、分割餅型、海島型、尖端型和分裂型帶纖維。如果采用可分裂纖維，可以通過多種本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的技術(shù)(包括粗梳法、空氣噴射法、壓花法、壓延法、水纏繞法或針刺法)來進(jìn)行或促進(jìn)分裂。優(yōu)選的方式是，過濾層由聚-4-甲基-1戊烯或聚丙烯單組分纖維來制備，或由聚-4-甲基-1戊烯和聚丙烯分層或皮芯構(gòu)型的雙組分纖維(如外表面上具有聚-4-甲基-1戊烯或聚丙烯)來制備。最優(yōu)選的方式是，該過濾層由聚丙烯均聚物單組分纖維來制備，因?yàn)榫郾┠軌虮Ａ綦姾?，尤其是在潮濕環(huán)境下。可向聚合物加入添加劑以提高過濾性能、駐極體帶電能力、機(jī)械性質(zhì)、老化性質(zhì)、著色、表面性質(zhì)或其他相關(guān)特性。代表性的添加劑包括:填料、成核劑(例如，可從Mi 11 iken Chemical商購(gòu)獲得的MILLAD?3988 二亞芐基山梨醇)、駐極體帶電增強(qiáng)添加劑(如三硬酯基三聚氰胺和各種光穩(wěn)定劑，例如CibaSpecialty Chemicals 的 CHIMASS0RB?119 和 CHIMASS0RB944 的光穩(wěn)定劑)、固化引發(fā)劑、硬化劑(例如，聚-4-甲基-1-戊烯)、表面活性劑和表面處理劑(例如，用于在油霧環(huán)境中改善過濾性能的氟原子處理劑，如Jones等人的美國(guó)專利N0.6，398，847BU6, 397，458B1和
6,409, 806B1中所描述的)。此類添加劑的類型和份量將為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉。例如，駐極體帶電增強(qiáng)添加劑通常以小于約5重量％和更典型的小于約2重量％的量存在。聚合物成纖材料也最好基本上不含諸如防靜電劑之類的組分，所述組分會(huì)顯著增加導(dǎo)電率或以其他方式妨礙纖維承受和保持靜電荷的能力。
[0051]過濾層可以具有多種基重、纖維尺寸、厚度、壓降和其他特性，并且其自身可能足夠脆而不可卷到卷加工。過濾層的基重范圍可為(例如)約0.5至約300g/m2(gsm)、約0.5至約100gsmJ^ I至約50gsm或約2至約40gsm。對(duì)于過濾層優(yōu)選相對(duì)較低的(例如)約2、
5、15、25或40gsm的基重。過濾層中纖維的中值纖維尺寸可以(例如)小于約10 μ m、小于約5 μ m或小于約I μ m。過濾層厚度可以為(例如)約0.1至約20mm、約0.2至約10mm、或約0.5至約5_。以很低的基重加到某些支承層(如質(zhì)地粗糙的支承層)上的納米纖維過濾層不會(huì)改變總介質(zhì)厚度?？梢钥刂苹蛘{(diào)整過濾層的基重和厚度，例如，通過改變收集器速度或聚合物通過量來控制或調(diào)整。
[0052]支承層足夠堅(jiān)固，以使得過濾層可以在支承層上形成，并且所得介質(zhì)可以根據(jù)需要通過卷到卷加工設(shè)備進(jìn)一步改制。支承層可以由多種材料形成，并且可以具有多種基重、厚度、壓降以及其他特性。例如，支承層可以為非織造網(wǎng)、織造織物、針織織物、開孔泡沫或打孔膜。優(yōu)選的支承層為非織造纖維網(wǎng)。制備此類非織造網(wǎng)的合適纖維前體包括上述的聚合物成纖材料和其他不易接受或保持靜電荷的聚合物成纖材料。支承層還可以由天然纖維或由合成纖維和天然纖維的共混物形成。如果由非織造網(wǎng)制成，則支承層可以采用(例如)熔吹、熔紡或其他合適的纖維網(wǎng)加工技術(shù)由熔融熱塑性聚合物形成；采用粗梳法或通過Rando-Webber機(jī)器沉積由天然纖維或由合成纖維和天然纖維的共混物形成；或采用其他為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的技術(shù)形成。如果由機(jī)織纖維網(wǎng)或針織物制成，則支承層可以由(例如)微細(xì)旦連續(xù)長(zhǎng)絲或短纖維紗線(即，紗線的單絲纖度(dpf)小于約I)形成，并且通過為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的合適加工技術(shù)加工成機(jī)織或針織支承織物。支承層的基重范圍可為(例如)約5至約300gsm,最好為約40至約150gsm。支承層的厚度可為(例如)約0.2至約40_、約0.2至約20_、約0.5至約5_或約0.5至約1.5_。
[0053]如果需要，可以向本發(fā)明所公開的介質(zhì)添加附加層。代表性的附加層為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉，并且包括保護(hù)層(如防脫層、抗過敏層以及其他覆蓋層)、增強(qiáng)層和吸附層。還可以通過為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的方法將吸附劑顆粒(如活性炭顆粒或氧化鋁顆粒)引入介質(zhì)(如引入支承層14)。
[0054]本發(fā)明所公開的多層介質(zhì)的水充電可以通過多種技術(shù)來進(jìn)行，包括將極性流體噴射、浸泡或凝結(jié)到介質(zhì)上，然后干燥，以使得該介質(zhì)帶電。描述水充電的代表性專利包括上述的美國(guó)專利 N0.5，496，507、和美國(guó)專利 N0.5.908，598(Rousseau 等人)、Νο.6，375，886Β1(Angadjivand 等人，‘886)、N0.6，406，657Β1 (Eitzman 等人，‘657)、N0.6，454，986Β1(Eitzman等人,‘986)以及N0.6，743，464Β1 (Insley等人)。優(yōu)選采用水作為極性水充電液體，并且優(yōu)選使用由任何合適的噴霧裝置提供的液體射流或液流，將介質(zhì)暴露于該極性水充電液體。通常將用于水纏繞纖維的裝置用來水充電，盡管水充電操作所用壓力比通常水纏繞所用壓力低。美國(guó)專利N0.5，496，507描述了一種示例性設(shè)備，其中使水射流或水流以足夠的壓力沖擊到介質(zhì)上，以使隨后干燥的介質(zhì)具有過濾增強(qiáng)駐極體電荷。達(dá)到最佳效果所必需的壓力可以變化，這取決于所用噴射器類型、形成過濾層12的聚合物類型、介質(zhì)的厚度和密度以及水充電前是否進(jìn)行了預(yù)處理(例如電暈充電)。通常，合適的壓力范圍為約69至約3450kPa。用于形成水滴的水最好為相對(duì)純凈的水。蒸懼水或去離子水優(yōu)選于自來水。
[0055]本發(fā)明所公開的介質(zhì)在水充電之前或之后可以接受其他充電技術(shù)處理，所述技術(shù)包括靜電充電(如美國(guó)專利N0.4,215,682,5,401,446以及6，119,691中所述)、摩擦充電(如美國(guó)專利N0.4，798，850中所述)或等離子體氟化(如美國(guó)專利N0.6，397，458B1中所述)。優(yōu)選的充電技術(shù)組合為先進(jìn)行電暈充電，之后進(jìn)行水充電和等離子體氟化，然后進(jìn)行水充電。
[0056]可以評(píng)估本發(fā)明所公開的多層介質(zhì)以測(cè)定穿透率(%)、壓降和過濾品質(zhì)因子QF，方法為使用包含NaCl或DOP顆粒的測(cè)試用氣溶膠，以NaCl顆粒60升/分鐘和DOP顆粒85升/分鐘的流速(除非另外指明)遞送，然后使用TSI?8130型高速自動(dòng)化過濾器測(cè)試機(jī)(可從TSI Inc.商購(gòu)獲得)進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于NaCl測(cè)試，顆粒可由2%的NaCl溶液產(chǎn)生以提供含有在氣載濃度為約16-23mg/m3時(shí)直徑為約0.075 μ m的顆粒的氣溶膠，并且該自動(dòng)化過濾器測(cè)試機(jī)可在加熱器和顆粒中和器均開著時(shí)工作。對(duì)于DOP測(cè)試，氣溶膠可包含濃度為約100mg/m3時(shí)直徑為約0.185 μ m的顆粒，并且自動(dòng)化過濾器測(cè)試機(jī)可在加熱器和顆粒中和器均關(guān)閉時(shí)工作。可在過濾器入口和出口處采用經(jīng)校準(zhǔn)的光度計(jì)以測(cè)量顆粒濃度以及穿過該介質(zhì)的顆粒穿透率(%)。可采用MKS壓力傳感器(可從MKS Instruments商購(gòu)獲得)以測(cè)量通過該介質(zhì)后的壓降(AP，mm H2O)。該公式:
[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種帶電多層介質(zhì)，其包含: a)水充電的纖維過濾層，所述水充電的纖維過濾層含有多根相互纏繞的長(zhǎng)度為約12至約300mm的納米纖維,和 b)可卷到卷加工的多孔的支承層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層中的所述纖維具有小于約10 μ m的中值纖維尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層中的所述纖維具有小于約5μm的中值纖維尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層中的所述纖維具有小于約1um的中值纖維尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述納米纖維具有約25至約200mm的長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述納米纖維具有約50至約150mm的長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層中所述纖維的大多數(shù)為納米纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層中所述纖維的約60%至約98%為納米纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層中所述纖維的約80%至約97%為納米纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述納米纖維包含烯烴。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述納米纖維包含聚丙烯。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層具有約0.5至約300g/m2的基重。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層具有約2至約40g/m2的基重。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層具有約0.1至約20mm的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述支承層包含織造織物、針織織物、開孔泡沫或打孔膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述支承層包含非織造網(wǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，還包含防脫層、抗過敏層、增強(qiáng)層或吸附層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層是經(jīng)靜電充電和水充電的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中所述過濾層是經(jīng)等離子體氟化并且水充電的。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中當(dāng)使用以5.5厘米/秒的表面速度流動(dòng)的0.075 μ m氯化鈉氣溶膠進(jìn)行評(píng)估時(shí),所述帶電多層介質(zhì)具有至少約0.9mm_1H20的初始過濾品質(zhì)因子QF。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中當(dāng)使用以5.5厘米/秒的表面速度流動(dòng)的0.075 μ m氯化鈉氣溶膠進(jìn)行評(píng)估時(shí),所述帶電多層介質(zhì)具有至少約1.SmnT1H2O的初始過濾品質(zhì)因子QF。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中當(dāng)暴露于以10厘米/秒的速度流動(dòng)的0.075 μ m氯化鈉氣溶膠時(shí),所述帶電多層介質(zhì)表現(xiàn)出小于5%的最大穿透率。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)，其中當(dāng)暴露于以10厘米/秒的速度流動(dòng)的0.075 μ m氯化鈉氣溶膠時(shí),所述帶電多層介質(zhì)表現(xiàn)出小于1%的最大穿透率。
24.一種褶皺型過濾器，所述褶皺型過濾器包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)。
25.一種呼吸器， 所述呼吸器包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電多層介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】B01D39/16GK103801155SQ201410068876
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2007年7月26日
【發(fā)明者】安德魯·R·?？怂? 馬爾文·E·瓊斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司