專利名稱：：高度帶電且電荷穩(wěn)定的納米纖維網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及空氣過(guò)濾纖維網(wǎng)。
背景技術(shù)：
：當(dāng)暴露于含亞微米顆粒的空氣流時(shí)，空氣過(guò)濾網(wǎng)的過(guò)濾效率通常會(huì)下降。過(guò)濾效率可通過(guò)穿透率(％)測(cè)試來(lái)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(lái)測(cè)定。最大穿透率值特別受到關(guān)注，因?yàn)樗鼈兲峁┻^(guò)濾器的使用壽命指示。已采用了多種充電技術(shù)來(lái)改善過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾介質(zhì)通常具有高的初始效率，但當(dāng)過(guò)濾器上積聚了極細(xì)的顆粒時(shí)，粗纖維帶電過(guò)濾介質(zhì)的效率可能會(huì)嚴(yán)重降低。帶電過(guò)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“MethodofTestingGeneralVentilationAirCleaningDevicesforRemovalEfficiencybyParticleSize”(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)No.52.2定義了暖通空調(diào)(HVAC)過(guò)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)No.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(guò)濾器面臨更大比例的小顆粒。如獲通過(guò)，則這些對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的修改可將典型駐極體過(guò)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)。通常，細(xì)纖維(如納米纖維)也可促進(jìn)高過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)高初始過(guò)濾效率，但實(shí)現(xiàn)這些良好初始過(guò)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(wèn)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(guò)敏。已采用由聚合物型納米纖維制成的過(guò)濾介質(zhì)來(lái)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(guò)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(guò)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。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(lái)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(guò)濾器的設(shè)計(jì)變得更加困難。空氣過(guò)濾纖維網(wǎng)在以下文獻(xiàn)中有記載例如，美國(guó)專利No.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^A)>5,496,507(Angadjivand^人’'507),6,119,691(Angadjivand^A,'691),6,183,670B1(Torobin^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“ElectrospirmingTheoryandTechniques”(靜電紡絲理論和技術(shù))。其他纖維網(wǎng)在(例如)美國(guó)專利No.4，536，361(Torobin)和5，993，943(Bodaghi等人)中有記載。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供帶電的空氣過(guò)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(guò)濾性能。本發(fā)明所公開(kāi)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(guò)濾介質(zhì)好得多。在一個(gè)方面，本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)包含a)水充電(hydrocharged)纖維過(guò)濾層，該水充電的纖維過(guò)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b)多孔的可卷到卷加工的支承層。本發(fā)明所公開(kāi)的介質(zhì)中的過(guò)濾層可以根據(jù)(例如)美國(guó)專利No.4，536，361或6，315，806B1來(lái)制備，并且可以根據(jù)(例如)美國(guó)專利No.5，496，507進(jìn)行水充電。與這些專利所公開(kāi)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(guò)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。圖Ia和圖Ib為根據(jù)本發(fā)明的多層過(guò)濾介質(zhì)的示意性剖視圖；圖2a為根據(jù)本發(fā)明的折褶皺型過(guò)濾器的透視圖；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；圖3a和圖3b為根據(jù)本發(fā)明的所公開(kāi)介質(zhì)中過(guò)濾層的掃描電鏡照片；圖4為表示本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)的壓降與過(guò)濾層基重之關(guān)系的線圖；圖5為表示本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)的穿透率與過(guò)濾層基重之關(guān)系的線圖；圖6為表示在各種過(guò)濾層基重下穿透率和壓降的相互關(guān)系的線圖；圖7為表示本發(fā)明過(guò)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；圖8為示表本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)的壓降與氯化鈉測(cè)試量之關(guān)系的線圖；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。在各幅附圖中，類似的附圖標(biāo)記用來(lái)表示類似的要素。圖中所示要素未按比例繪制。具體實(shí)施例方式本文所用術(shù)語(yǔ)的定義如下“氣溶膠”是指含有固態(tài)或液態(tài)懸浮顆粒的氣體；當(dāng)用于過(guò)濾器或過(guò)濾層時(shí)，“基重”是指過(guò)濾器或過(guò)濾層的主表面每單位表面積的過(guò)濾器或過(guò)濾層中一種或多種材料的重量；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(guò)濾的SOKVpX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；當(dāng)用于纖維或纖維集合時(shí)，“連續(xù)”是指具有基本上無(wú)限的長(zhǎng)寬比(即，(例如)至少約10，000或以上的長(zhǎng)度與尺寸比)的纖維；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“TheSeparationofAirborneDustandParticles，，(氣載塵埃禾口顆粒的分離)，InstitutionofMechanicalEngineers,London,ProceedingsIB,1952,Davies,C.N；當(dāng)用于過(guò)濾器時(shí)，“效率”是指由過(guò)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，其中效率(％)=100-穿透率(％)；例如，具有5%的穿透率的過(guò)濾器將具有相應(yīng)的95%的效率；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?！皩印笔侵高^(guò)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(wú)限遠(yuǎn)的距離，或可以具有限定的邊界；“大多數(shù)”是指大于50%；“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1μm的纖維；“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(guò)；“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；“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；“多孔的”是指可穿透空氣；“壓降”是指流體流(如空氣流)在過(guò)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；“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(guò)濾面罩；當(dāng)用于過(guò)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(guò)濾器或支承層，并在需要時(shí)將其改制成單個(gè)的過(guò)濾器；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“基本上所有”是指至少為80%。圖Ia示出了本發(fā)明所公開(kāi)的多層介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。介質(zhì)1包括與支承層4相鄰的纖維過(guò)濾層2。層2包含納米纖維6，可以根據(jù)(例如)美國(guó)專利No.4，536，361來(lái)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)1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)1(如，垂直于介質(zhì)1流經(jīng)層2，然后流經(jīng)層4，或者垂直于介質(zhì)1流經(jīng)層4，然后流經(jīng)層2)。對(duì)于空氣過(guò)濾而言，流體的典型方向是流經(jīng)層4，然后流經(jīng)層2。圖Ib示出了本發(fā)明所公開(kāi)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(guò)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No.6，315，806B1來(lái)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(guò)濾而言，流體的垂直方向是流經(jīng)層14，然后流經(jīng)層12。圖2a示出了褶皺型過(guò)濾器22的透視圖，該褶皺型過(guò)濾器是通過(guò)使本發(fā)明公開(kāi)的多層介質(zhì)(如介質(zhì)1或10)形成一些有間隔的褶皺行24而制成的。過(guò)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(guò)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(guò)濾器。除了多層介質(zhì)外，有關(guān)過(guò)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。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(kāi)的多層介質(zhì)(如介質(zhì)1或10)制成的過(guò)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(guò)呼吸器26邊緣的泄漏?？梢酝ㄟ^(guò)極軟的柔韌鼻帶36來(lái)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(guò)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。本發(fā)明所公開(kāi)的過(guò)濾層最好直接在支承層上形成，而不是隔離地形成。過(guò)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(guò)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1014歐姆-厘米或更大的非導(dǎo)電樹(shù)脂。該樹(shù)脂的體積電阻率最好為約1016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ASTMD257-93來(lái)測(cè)量。可以使用的聚合物的一些例子包括包含聚烯烴(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(guò)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(guò)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(lái)進(jìn)行或促進(jìn)分裂。優(yōu)選的方式是，過(guò)濾層由聚-4-甲基-1戊烯或聚丙烯單組分纖維來(lái)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(lái)制備。最優(yōu)選的方式是，該過(guò)濾層由聚丙烯均聚物單組分纖維來(lái)制備，因?yàn)榫郾┠軌虮Ａ綦姾桑绕涫窃诔睗癍h(huán)境下?？上蚓酆衔锛尤胩砑觿┮蕴岣哌^(guò)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MillikenChemical商購(gòu)獲得的MILLAD3988二亞芐基山梨醇)、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CibaSpecialtyChemicals的CHIMASS0RB119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(guò)濾性能的氟原子處理劑，如Jones等人的美國(guó)專利No.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。過(guò)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(guò)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々1至約50gsm或約2至約40gsm。對(duì)于過(guò)濾層優(yōu)選相對(duì)較低的(例如)約2、5、15、25或40gsm的基重。過(guò)濾層中纖維的中值纖維尺寸可以(例如)小于約ΙΟμπκ小于約5μm或小于約1μm。過(guò)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5mm。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(guò)濾層不會(huì)改變總介質(zhì)厚度?？梢钥刂苹蛘{(diào)整過(guò)濾層的基重和厚度，例如，通過(guò)改變收集器速度或聚合物通過(guò)量來(lái)控制或調(diào)整。支承層足夠堅(jiān)固，以使得過(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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1)形成，并且通過(guò)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40mm、約0.2至約20mm、約0.5至約5mm或約0.5至約1.5mm。如果需要，可以向本發(fā)明所公開(kāi)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(guò)敏層以及其他覆蓋層)、增強(qiáng)層和吸附層。還可以通過(guò)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?；蜓趸X顆粒)引入介質(zhì)(如引入支承層14)。本發(fā)明所公開(kāi)的多層介質(zhì)的水充電可以通過(guò)多種技術(shù)來(lái)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No.5，496，507、和美國(guó)專利No.5.908，598(Rousseau等人)、No.6，375，886B1(Angadjivand等人，‘886)、No.6，406，657B1(Eitzman等人，‘657)、No.6,454,986Bl(Eitzman等人，'986)以及No.6,743,464B1(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(lái)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No.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(guò)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(guò)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。蒸餾水或去離子水優(yōu)選于自來(lái)水。本發(fā)明所公開(kāi)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No.4，215，682,5,401，446以及6，119，691中所述)、摩擦充電(如美國(guó)專利No.4，798，850中所述)或等離子體氟化(如美國(guó)專利No.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?？梢栽u(píng)估本發(fā)明所公開(kāi)的多層介質(zhì)以測(cè)定穿透率(％)、壓降和過(guò)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TSI8130型高速自動(dòng)化過(guò)濾器測(cè)試機(jī)(可從TSIInc.商購(gòu)獲得)進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于NaCl測(cè)試，顆?？捎?%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0.075μm的顆粒的氣溶膠，并且該自動(dòng)化過(guò)濾器測(cè)試機(jī)可在加熱器和顆粒中和器均開(kāi)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0.185μm的顆粒，并且自動(dòng)化過(guò)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?？稍谶^(guò)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(guò)該介質(zhì)的顆粒穿透率(％)?？刹捎肕KS壓力傳感器(可從MKSInstruments商購(gòu)獲得)以測(cè)量通過(guò)該介質(zhì)后的壓降(AP，mmH2O)。該公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>可用于計(jì)算QF。針對(duì)所選的測(cè)試用氣溶膠進(jìn)行測(cè)量或計(jì)算的參數(shù)包括初始顆粒穿透率、初始?jí)航?、初始品質(zhì)因子QF、最大顆粒穿透率、最大穿透率時(shí)的壓降以及在最大穿透率時(shí)顆粒填塞的毫克數(shù)(對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行總重量測(cè)試，直到最大穿透率)。進(jìn)行填塞測(cè)試以測(cè)定最大穿透率，方法為用氣溶膠連續(xù)測(cè)試過(guò)濾器，同時(shí)連續(xù)測(cè)量穿透率和壓降；通常在觀察到明確的最大穿透率后停止該測(cè)試。由于本發(fā)明所公開(kāi)介質(zhì)的初始穿透率和最大穿透率之間具有相對(duì)較好的相關(guān)性，因此初始品質(zhì)因子QF值提供十分穩(wěn)定的整體性能指標(biāo)，其中較高的初始QF值表示較好的過(guò)濾性能，而較低的初始QF值表示較差的過(guò)濾性能。當(dāng)暴露于流速為5.5cm/s時(shí)的0.075μmNaCl顆粒時(shí)，該介質(zhì)的初始品質(zhì)因子QF優(yōu)選為至少約0.9mm_1H20,并且更優(yōu)選為至少約1.8mm1H2O15當(dāng)暴露于流速為10cm/s時(shí)的0.075μmNaCl顆粒時(shí)，該介質(zhì)的初始品質(zhì)因子QF優(yōu)選為至少約0.4mm1H2O,并且更優(yōu)選為至少約O-Smm1H2O15當(dāng)暴露于流速為14cm/s時(shí)的0.185μmDOP顆粒時(shí)，該介質(zhì)的品質(zhì)因子QF優(yōu)選為至少約0.2mm1H2O,并且更優(yōu)選為至少約0.WH2O0本發(fā)明所公開(kāi)的多層介質(zhì)可以片狀形式使用，或者可以模制、折疊或以其他方式成型為具有三維構(gòu)型的成形介質(zhì)。例如，可使用諸如美國(guó)專利No.6，740，137B2(Kubokawa等人)和美國(guó)專利申請(qǐng)公布No.US2005/0217226A1(Sundet等人，‘226)中所述的那些方法和部件，將本發(fā)明所公開(kāi)的介質(zhì)成型為褶皺型過(guò)濾器。褶皺的形成通常將輔助以加熱，以使纖維在至少一些纖維交叉點(diǎn)處彼此粘結(jié)(或進(jìn)一步粘結(jié))?？墒褂帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員熟悉的其他方法和部件實(shí)施或增加褶皺的形成。還可通過(guò)添加頂端穩(wěn)定層(例如，平面金屬絲表面層或熱熔粘結(jié)劑的線條)或周邊增強(qiáng)(例如，邊緣粘結(jié)劑或過(guò)濾器邊框)來(lái)穩(wěn)定或增強(qiáng)濾芯的所選部分。本發(fā)明所公開(kāi)的介質(zhì)還可以通過(guò)將為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的方法成型為呼吸器，例如美國(guó)專利No.4，536，440(Berg)、4，547，420(Krueger等人)、5，374，458(Burgio)、6，394，090B1(Chen等人)、6，827，764B2(Springett等人)以及7，069，930B2(Bostock等人)中所述的那些方法。除非另外指明，EFD可采用如下文獻(xiàn)中闡述的方法使用85升/分鐘的空氣流速(對(duì)應(yīng)于13.8厘米/秒的表面速度)來(lái)確定=Davies,C.N.,"TheSeparationofAirborneDustandParticles，，(氣載塵埃和顆粒的分離)，TheSeparationofAirborneDustandParticles,InstitutionofMechanicalEngineers,London,Proceedings1B，1952。本發(fā)明所公開(kāi)的多層介質(zhì)可用于供暖、通風(fēng)和空調(diào)過(guò)濾(HVAC)應(yīng)用，其中它們尤其有利于提高M(jìn)ERV12過(guò)濾器和更大過(guò)濾器的效率。帶電納米纖維還可以用于潔凈室過(guò)濾應(yīng)用，潔凈室過(guò)濾應(yīng)用通常需要HEPA(高效空氣過(guò)濾器)、ULPA(超高效空氣過(guò)濾器)以及更高效率的過(guò)濾器。本發(fā)明所公開(kāi)的多層介質(zhì)可用于個(gè)人呼吸保護(hù)裝置，例如免維護(hù)呼吸器；防塵面具；以及半面罩式呼吸器、全面罩式呼吸器、或電動(dòng)空氣呼吸器的筒式過(guò)濾器。該多層介質(zhì)還可以用于汽車艙室空氣過(guò)濾器、入口空氣過(guò)濾器、真空袋和其他真空過(guò)濾裝置。該多層介質(zhì)還可以用于室內(nèi)空氣凈化器應(yīng)用。在以下的示例性實(shí)例中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，其中除非另外指明，所有份數(shù)和百分比均按重量計(jì)。實(shí)例1使用類似于美國(guó)專利No.6，607，624B2(Berrigan等人，‘624)和6，916，752B2(Berrigan等人，‘752)中所示的設(shè)備和類似于2006年7月31提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/457，899中所示的淬滅流加熱器，由得自TotalPetrochemicals的熔融流動(dòng)速率指數(shù)為100WDYPROtm3860聚丙烯制備三個(gè)聚丙烯紡粘支承層纖維網(wǎng)。支承纖維網(wǎng)特性在下表1中示出表1支承層特件試驗(yàn)編號(hào)I基重，gsm厚度，mmEFD,um聚合物自旋速率，克/孔/分鐘~~1141Λ21809~1~285θΓ941202~1~3112L221909使用以3米/分鐘的束帶速度和29kV的電暈電壓運(yùn)行的四梁帶式電暈充電裝置對(duì)試驗(yàn)編號(hào)為1-1的支承層進(jìn)行電暈充電，然后使用以1.5米/分鐘的束帶速度、0.SMPa的水壓及去離子水運(yùn)行的水充電裝置對(duì)該支承層進(jìn)行水充電。使該纖維網(wǎng)兩邊均受到水噴射和真空脫水。試驗(yàn)編號(hào)為1-2和1-3的支承層未被充電。在Nanofibers，Inc.(Aberdeen,NorthCarolina)，通過(guò)單發(fā)射器、30.5cm寬的成纖設(shè)備，用基重為5、15、25、以及50gsm的聚丙烯納米纖維覆蓋試驗(yàn)編號(hào)為1-1和1-2的支承層纖維網(wǎng)，并且用基重為5、8、10、以及13gsm的聚丙烯納米纖維覆蓋試驗(yàn)編號(hào)為1-3的支承層纖維網(wǎng)。施用于試驗(yàn)編號(hào)為1-1和1-2的支承層纖維網(wǎng)的聚丙烯由Nanofibers，Inc.人員選擇，施用于試驗(yàn)編號(hào)為1_3的支承層纖維網(wǎng)的聚丙烯為得自TotalPetrochemicals的熔融流動(dòng)速率指數(shù)為350的FINA3960聚丙烯。該納米纖維層很好地粘附于紡粘支承層。這似乎是由于納米纖維沉積到紡粘支承層上時(shí)發(fā)生纏結(jié)和熱粘結(jié)的結(jié)果。試驗(yàn)編號(hào)為1-1的支承層上的5gsm納米纖維層和試驗(yàn)編號(hào)為1-3的支承層上的Ilgsm納米纖維層的金/鈀覆蓋樣品，通過(guò)在高真空下以15kV的加速電壓、15mm的工作距離(WD)和0°傾斜的條件操作得自CarlZeissSMT的LEOVP1450掃描電鏡，以100X至3，000X的放大倍數(shù)用掃描電鏡法來(lái)評(píng)估。使用得自UniversityofTexasHealthScienceCenter(SanAntonio)的UTHSCSAIMAGETOOL圖象分析程序，對(duì)拍攝于1000X和更高放大倍數(shù)的圖像進(jìn)行纖維直徑測(cè)量。納米纖維的特性在下表2中示出納米纖維過(guò)濾層特件<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>Ilgsm過(guò)濾層的掃描電鏡(SEM)照片在圖3a(2000X)和圖3b(250X)中示出。這些照片示出其中納米纖維相互纏繞并且具有亞微米尺寸。使用上述針對(duì)試驗(yàn)編號(hào)為1-1的支承層的步驟，對(duì)多層介質(zhì)的樣品進(jìn)行電暈充電、或電暈充電和水充電。在等離子體氟化系統(tǒng)上對(duì)額外的樣品進(jìn)行等離子體氟化，使用的處理?xiàng)l件為在300毫托和1.Okff的lOOsccm全氟丙烷下暴露1分鐘。將樣品翻轉(zhuǎn)并重復(fù)等離子體氟化處理。接著使用上述步驟對(duì)樣品進(jìn)行水充電。然后，評(píng)估所得到的帶電多層介質(zhì)樣品以確定壓降。圖4示出了結(jié)果。對(duì)于試驗(yàn)編號(hào)為1-1的支承層上的多層介質(zhì)樣品而言，圖中示出了在85升/分鐘的流速下，大約IOgsm的納米纖維會(huì)造成約2.5_3mmH2O的壓降。較低基重的納米纖維層顯示出對(duì)于最初幾克的納米纖維樣品具有較高的邊界壓降，這可能表示與基底的界面效應(yīng)。25和50gsm的納米纖維樣品顯示在水充電時(shí)已壓實(shí)，從而導(dǎo)致壓降增加。試驗(yàn)編號(hào)為1-1的過(guò)濾層顯示比試驗(yàn)編號(hào)為1-3的過(guò)濾層含有更多短纖維和更多纏結(jié)/集束纖維，以及較松散的纖維直徑分布，這些因素可以解釋在試驗(yàn)編號(hào)1-1和1-3的結(jié)果之間觀察到的某些壓降差異。與對(duì)于其他樣品所觀察的壓降相比，試驗(yàn)編號(hào)為1-3的支承層上覆蓋的納米纖維顯示出在每基準(zhǔn)重量上具有實(shí)質(zhì)上更高的壓降。通過(guò)尋找更均勻的納米纖維沉積特性，可以部分地控制壓降。評(píng)估試驗(yàn)編號(hào)1-1(帶電支承層)和試驗(yàn)編號(hào)1-2(不帶電支承層)上覆蓋的多層介質(zhì)以確定初始DOP穿透率和品質(zhì)因子QF值，然后將各納米纖維基重的多層介質(zhì)彼此比較。圖5示出了DOP結(jié)果，其中曲線A代表在納米纖維層充電前試驗(yàn)編號(hào)為1-2的支承層上的樣品，曲線B代表在納米纖維層充電前試驗(yàn)編號(hào)為1-1的支承層上的樣品，曲線C代表在納米纖維層充電后試驗(yàn)編號(hào)為1-1的支承層上的樣品，以及曲線D代表在納米纖維層充電后試驗(yàn)編號(hào)為1-2的支承層上的樣品。這些曲線示出其中當(dāng)多層介質(zhì)的兩層均被水充電時(shí)，形成在試驗(yàn)編號(hào)為1-2的支承層上的多層介質(zhì)具有較高的品質(zhì)因子和較低的初始穿透率。曲線A還示出了不帶電的支承層和納米纖維層的機(jī)械過(guò)濾性能。曲線B的左側(cè)原點(diǎn)示出了使用零納米纖維重量的水充電支承層纖維網(wǎng)的效果。曲線A和B之比較表明，水充電支承層纖維網(wǎng)的效果和納米纖維的效果對(duì)各個(gè)施用的納米纖維重量均保持恒定。曲線C示出了當(dāng)對(duì)本來(lái)就帶電的支承層和納米纖維充電時(shí)，支承纖維網(wǎng)不受影響(在零納米纖維重量處觀察到相同的穿透率)，但當(dāng)存在納米纖維時(shí)穿透率則明顯降低，從而表明納米纖維自身已成為帶電。如果納米纖維不帶電，則曲線B和曲線C將彼此重合。最后，曲線D示出了納米纖維和支承層可以一起充電并且所得性能可能主要?dú)w因于納米纖維，而非支承層。通過(guò)繪制各個(gè)納米纖維基重下的壓降與穿透率關(guān)系的線圖，評(píng)估已經(jīng)過(guò)電暈充電和水充電的樣品。結(jié)果示于圖6中。壓降和穿透率值的相關(guān)性十分良好，其中當(dāng)將壓降與穿透率值的自然對(duì)數(shù)相比時(shí)，具有78%的經(jīng)調(diào)整的R2系數(shù)。比較形成在試驗(yàn)編號(hào)為1-3的支承層上的未充電樣品和電暈+水充電樣品，以示出各個(gè)納米纖維基重下的初始DOP穿透率和品質(zhì)因子QF。此外，還對(duì)覆蓋IOgsm的且僅作了電暈充電處理或既作了等離子體氟化又作了水充電處理的納米纖維的樣品進(jìn)行了檢測(cè)，以表明恒定納米纖維覆蓋重量下各種充電處理的效果。結(jié)果示于下表3a。表3a初始DOP穿誘率和品質(zhì)因子QF<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>如表3a所示，與電暈/水充電介質(zhì)、電暈處理介質(zhì)或不帶電介質(zhì)相比，等離子體氟化/水充電介質(zhì)顯示具有更低的穿透率和更高的品質(zhì)因子QF值。在IOgsm納米纖維重量下，等離子體氟化/水充電介質(zhì)具有0.53的最高品質(zhì)因子QF。還進(jìn)行了NaCl填塞測(cè)試。使用10厘米/秒的表面速度來(lái)比較形成在試驗(yàn)編號(hào)為1-2的支承層上的電暈+水充電樣品，以示出各個(gè)納米纖維基重下的初始?jí)航?，初始NaCl穿透率、初始品質(zhì)因子QF、最大穿透率下的壓降、最大穿透率(％)以及最大穿透率下的物質(zhì)測(cè)試(masschallenge)。結(jié)果示于下表3b中表3bi式駘編號(hào)為1-2m^T^mmNaCl穿誘率和品質(zhì)因子QF，電暈+水充電樣品<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>比較形成在試驗(yàn)編號(hào)為1-2和1-3的支承層上的不帶電樣品、電暈充電樣品、電暈+水充電樣品以及等離子體氟化+水充電樣品，以示出各個(gè)納米纖維基重下的初始?jí)航?、初始NaCl穿透率、初始品質(zhì)因子QF、最大穿透率下的壓降、最大穿透率(％)、以及最大穿透率下的物質(zhì)測(cè)試。結(jié)果示于下表3c中。表3Ci式駘編號(hào)為1-3m^Tkm卜.的NaCl穿誘率和品質(zhì)因子QF<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>圖7示出了包含IOgsm納米纖維過(guò)濾層的多層介質(zhì)的穿透率與添加量之關(guān)系的曲線，并且圖8示出了對(duì)應(yīng)的壓降與添加量之關(guān)系的曲線。在圖7和圖8中，曲線A示出了不帶電介質(zhì)的結(jié)果，曲線B示出了電暈充電介質(zhì)的結(jié)果，曲線C示出了電暈+水充電介質(zhì)的結(jié)果，曲線D示出了等離子體氟化+水充電介質(zhì)的結(jié)果。這些結(jié)果表明經(jīng)0.075μm的NaCl顆粒測(cè)試，初始穿透率值低的樣品的最大穿透率也低，通常對(duì)于其他介質(zhì)而言，初始和最大穿透率結(jié)果的相關(guān)性較差。而且，四種充電方法所形成的介質(zhì)的壓降填塞曲線相類似。對(duì)添加行為作進(jìn)一步的調(diào)查，方法是對(duì)采用納米纖維過(guò)濾層的各種不帶電和帶電的多層介質(zhì)樣品與各種帶電的紡粘駐極體纖維網(wǎng)樣品進(jìn)行比較。所有樣品均由DYPRO3860聚丙烯制成，并且所有樣品均被水充電。樣品的基重范圍為100至230gsm，并且其EFD范圍為8至大約15微米。一些樣品用駐極體充電添加劑(0.25至2%的三硬脂基三聚氰胺或CHIMASS0RB944)制備，而一些樣品未用此類添加劑制備。將一些樣品壓延以改變表面纖維網(wǎng)性質(zhì)，而其他樣品不壓延。使用的壓延圖案既有平滑圖案又有花樣圖案。一些樣品在水充電前還被電暈充電，而其他樣品則不被電暈充電。圖9示出了對(duì)于覆蓋在試驗(yàn)編號(hào)為1-2和1-3的支承纖維網(wǎng)上的不帶電和帶電多層介質(zhì)樣品而言，相同測(cè)試條件下初始NaCl穿透率和最大穿透率值之間的比較。圖10示出了對(duì)于紡粘駐極體而言，相同測(cè)試條件下初始NaCl穿透率和最大穿透率值之間的比較。圖9示出了包含納米纖維的樣品(其包括兩種不同的載體纖維網(wǎng)和數(shù)種不同的充電方法)落在一條直線上。因此，可以根據(jù)初始穿透結(jié)果預(yù)測(cè)含納米纖維樣品的最大NaCl穿透率。圖10示出了紡粘駐極體樣品具有某個(gè)數(shù)量級(jí)或許更大的分散度，因而最大NaCl穿透率值不能可靠地根據(jù)初始穿透結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)。針對(duì)包含IOgsm等離子體氟化+水充電納米纖維的多層介質(zhì)并針對(duì)具有相同初始?jí)航档牟粠щ姴ＡЮw維樣品，進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試以比較DOP填塞和壓降。DOP有時(shí)被認(rèn)為是比NaCl更能使品質(zhì)劣化的測(cè)試物。經(jīng)確認(rèn)，玻璃纖維介質(zhì)樣品提供90-95%的塵埃去除率(dustspotrating)(MERV14)，其性質(zhì)示于下表4中。^4玻璃纖維介質(zhì)性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>使用平坦的圓形纖維網(wǎng)樣品以85升/分鐘的流速進(jìn)行填塞測(cè)試，直至捕獲至少200mg的預(yù)計(jì)DOP填塞量為止。反復(fù)短暫停止并又重新開(kāi)始納米纖維測(cè)試，得到一條收集數(shù)據(jù)的連線。兩個(gè)樣品均具有大約11.8mmH2O的初始?jí)航怠D11中的曲線A和曲線B分別示出了包含納米纖維的樣品和玻璃纖維介質(zhì)樣品的DOP填塞曲線。曲線C和曲線D分別示出了包含納米纖維的樣品和玻璃纖維介質(zhì)樣品的壓降曲線。如圖11所示，包含納米纖維的介質(zhì)從約的穿透率開(kāi)始，并且逐漸升至200mg預(yù)計(jì)填塞量下的13%的穿透率。雖然未在圖11中示出，但包含納米纖維的樣品在400mg填塞量下可達(dá)到約25%的穿透率，而且在400mg以上顯示出雖然緩慢卻一直上升的趨勢(shì)。玻璃纖維樣品從52%的穿透率開(kāi)始，并且在200mg的預(yù)計(jì)填塞量之后升至64%的穿透率。在200mg以上其顯示出雖然緩慢但卻一直上升的趨勢(shì)。對(duì)于相等的DOP填塞量，兩個(gè)樣品均顯示出類似的壓降增加。作了進(jìn)一步的測(cè)試，對(duì)試驗(yàn)編號(hào)為1-3的支承纖維網(wǎng)上的包含IOgsm等離子體氟化+水充電納米纖維的多層介質(zhì)與美國(guó)專利No.6，183，670B1(Torobin等人，‘670)所示的優(yōu)選實(shí)施例(“專利實(shí)施例”)進(jìn)行比較?！癟orobin等人，‘670”中所述的專利實(shí)施例已根據(jù)美國(guó)專利No.5，401，446作了靜電充電，并且具有“Torobin等人，‘670”的圖9中所示的過(guò)濾性能。如“Torobin等人，‘670”中所述，使用TSI8130自動(dòng)過(guò)濾器測(cè)試機(jī)和表面速度為5.5厘米/秒的0.075μm直徑的NaCl顆粒流來(lái)評(píng)估含納米纖維介質(zhì)。由于手頭沒(méi)有該專利實(shí)施例的樣品，其過(guò)濾性能根據(jù)取自“Torobin等人，‘670”的圖9中的值來(lái)計(jì)算。所得對(duì)比結(jié)果示于下表5中。表5含納米纖維介質(zhì)與美國(guó)專利No.6,183,670B1的優(yōu)選實(shí)施例之比較<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>(1)根據(jù)曲線圖估算(2)根據(jù)估算值計(jì)算含納米纖維介質(zhì)提供比該專利實(shí)施例大約低兩個(gè)數(shù)量級(jí)的穿透率。該專利實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了比不帶電樣品高大約50%的品質(zhì)因子QF，而含納米纖維介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了比不帶電樣品高大約300%的品質(zhì)因子QF。將用5、25和50gsm的納米纖維過(guò)濾層覆蓋的三個(gè)本發(fā)明所公開(kāi)的多層介質(zhì)樣品電暈充電并且水充電，存放十六天，然后進(jìn)行測(cè)試以確定初始NaCl穿透率和品質(zhì)因子QF。結(jié)果示于下表6中電荷穩(wěn)定件<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>這些樣品保留了大量的靜電電荷。納米纖維還可以通過(guò)靜電紡絲制備。然而，根據(jù)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“ElectrospinningTheoryandTechniques”(靜電紡絲理論和技術(shù))中的報(bào)告，靜電紡絲纖維會(huì)在幾天內(nèi)失去其電荷。實(shí)例2采用實(shí)例1的方法，用DYPRO3860聚丙烯制備基重為35gsm、厚度為0.018英寸、并且EFD為20μm的紡粘纖維網(wǎng)。通過(guò)Nanofibers，Inc.的76.2cm寬的成纖設(shè)備，用基重為4.6,7.0和27.44gsm的聚丙烯納米纖維覆蓋所得到的支承纖維網(wǎng)。納米纖維的平均纖維直徑為約0.65μm0所得到的多層介質(zhì)樣品的附加特性示于下表7中。壓降值是用32升/分鐘的流速測(cè)得的表7<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>可以對(duì)這些樣品水充電以提供包含納米纖維過(guò)濾層的帶電多層過(guò)濾介質(zhì)。使用SEM檢查試驗(yàn)編號(hào)為2-2的納米纖維以確定纖維尺寸的分布。結(jié)果示于以下的表8和表9中試驗(yàn)編號(hào)2-2的纖維盲徑的數(shù)分布<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>趨試驗(yàn)編號(hào)2-2的納米纖維過(guò)濾層特件<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>實(shí)例3在50.8cm寬的熔吹線上制備基重為55gsm、厚度為Imm且EFD為8.4μm的丙烯熔吹支承纖維網(wǎng)。使用實(shí)例2的方法，用由基重為1.8,3.0和7.2gsm的DYPRO3860聚丙烯制成的納米纖維覆蓋支承纖維網(wǎng)。該納米纖維的平均纖維直徑為約0.77μπ。所得到的多層介質(zhì)樣品的附加特性示于下表10中。壓降值是使用32升/分鐘的流速測(cè)得的表10<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>可以對(duì)這些樣品水充電以提供包含納米纖維過(guò)濾層的帶電多層過(guò)濾介質(zhì)。實(shí)例4在30.5cm寬的Rand0-Webber機(jī)器上制備氣紡非織造支承纖維網(wǎng)。進(jìn)料纖維組合物包含由76mm聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維(得自Invista)制成的80%的T293(纖度為32)和由外皮熔點(diǎn)為約110°C的38mm雙組分coPET/PET皮/芯型纖維(得自Invista)制成的20%的CELBONDT254(纖度為12)。氣紡纖維網(wǎng)的平均基重為42gsm。使用實(shí)施例2的方法，用基重為30、41和126gsm的納米纖維覆蓋支承纖維網(wǎng)。該納米纖維的平均纖維直徑為約0.60μπι。所得到的多層介質(zhì)樣品的附加特性示于下表11中。壓降值是用32升/分鐘的流速測(cè)得的表11<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>可以對(duì)這些樣品水充電以提供包含納米纖維過(guò)濾層的帶電多層過(guò)濾介質(zhì)。已描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可在不脫離本發(fā)明的情況下做出多種修改。因此，其他的實(shí)施例也在后續(xù)的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。權(quán)利要求一種帶電多層介質(zhì)，其包含a)水充電的纖維過(guò)濾層，所述水充電的纖維過(guò)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(guò)濾層中的所述纖維具有小于約10μm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(guò)濾層中的所述纖維具有小于約5μπι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(guò)濾層中的所述纖維具有小于約Ιμπι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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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0.075μm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0.9mm1H2O的初始過(guò)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0.075μm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1.8mm1H2O的初始過(guò)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0.075μm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0.075μm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(guò)濾器，所述褶皺型過(guò)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)。全文摘要本發(fā)明涉及一種帶電多層過(guò)濾器，所述過(guò)濾器包括水充電過(guò)濾層，所述水充電過(guò)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。文檔編號(hào)B01D39/00GK101820968SQ200780100043公開(kāi)日2010年9月1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