專利名稱：具有納米纖維網(wǎng)層的過(guò)濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過(guò)濾，更具體地講，涉及用于從空氣或其他氣體中過(guò)濾顆粒的包括納米纖維網(wǎng)層的過(guò)濾介質(zhì)。
背景技術(shù)：
從氣體流中去除顆粒是一項(xiàng)重要的工業(yè)單元操作。用于過(guò)濾氣體流中的顆粒等的常規(guī)裝置包括但不限于濾袋、濾管、濾板和濾筒。過(guò)濾器通常包括介質(zhì)，氣體通過(guò)該介質(zhì)同時(shí)該介質(zhì)將顆粒從氣體流中濾除。通常根據(jù)過(guò)濾元件接觸的流體流、系統(tǒng)的工作條件和要過(guò)濾的顆粒的類型來(lái)選擇過(guò)濾介質(zhì)的類型。可以粗略地將過(guò)濾介質(zhì)分為深層過(guò)濾介質(zhì)或表面過(guò)濾介質(zhì)。顆粒在某種程度上趨于滲透并在深層過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)積聚。相比之下，大部分顆粒在表面過(guò)濾介質(zhì)的表面上聚集。已知許多材料可用作深層過(guò)濾介質(zhì)，包括紡粘或熔噴纖維網(wǎng)、氈和由包括聚酯、聚丙烯、芳族聚酰胺、纖維素、玻璃和含氟聚合物的多種材料制成的織物。已知的熔噴過(guò)濾介質(zhì)展示出高效率和低壓降。為深層過(guò)濾介質(zhì)(如熔噴介質(zhì))提供靜電荷可改善其過(guò)濾效率。靜電過(guò)濾材料或駐極體具有靜電增強(qiáng)的纖維，這些纖維通過(guò)將顆粒吸向纖維并留住顆粒來(lái)提高過(guò)濾器性能。靜電過(guò)濾器依靠荷電顆粒來(lái)顯著增大過(guò)濾器給定壓降下的收集效率。另外，靜電過(guò)濾器的壓降的增加速率通常比相似效率的機(jī)械過(guò)濾器的要慢。靜電介質(zhì)在使用過(guò)程中可能損失效率，尤其是當(dāng)其在過(guò)濾元件接觸水分或油性顆粒的環(huán)境中使用時(shí)。靜電過(guò)濾器接觸的許多顆粒和污染物會(huì)干擾其過(guò)濾功能。例如，液體氣溶膠，尤其是油性氣溶膠，趨于使駐極體過(guò)濾器損失其靜電增強(qiáng)的過(guò)濾效率。為了減少這些效應(yīng)，可通過(guò)增加纖維網(wǎng)層或增大駐極體過(guò)濾器纖維網(wǎng)的厚度來(lái)增加駐極體過(guò)濾器中非織造聚合物纖維網(wǎng)的量。然而，增加的纖維網(wǎng)會(huì)增大駐極體過(guò)濾器兩端的壓降并增大重量和體積。表面過(guò)濾器，例如膜，已經(jīng)在某些應(yīng)用中得到了普及，尤其是室外環(huán)境或待過(guò)濾流體包含液體氣溶膠或粗糙化學(xué)物質(zhì)的那些應(yīng)用中。在其他應(yīng)用中，膜過(guò)濾介質(zhì)是有用的，因?yàn)槠溥^(guò)濾效率比深層過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾效率更穩(wěn)定。與深層過(guò)濾介質(zhì)不同，膜具有穩(wěn)定的過(guò)濾效率是因?yàn)槟み^(guò)濾器的效率與灰塵顆粒積聚成塊不相關(guān)。聚四氟乙烯(PTFE)已經(jīng)在許多領(lǐng)域展示出效用，例如粗糙化學(xué)物質(zhì)環(huán)境，其通常會(huì)使許多常規(guī)金屬和聚合材料降解。顆粒過(guò)濾領(lǐng)域的一個(gè)重大發(fā)展是采用膨脹聚四氟乙烯 (ePTFE)膜過(guò)濾介質(zhì)作為常規(guī)過(guò)濾元件上的表面層壓體。此類過(guò)濾介質(zhì)的例子描述于美國(guó)專利4，878’ 930和美國(guó)專利5，207，812中，這兩個(gè)專利涉及用于從移動(dòng)氣體或空氣流中去除灰塵顆粒的濾筒。由ePTFE制成的膜有利的一點(diǎn)是防水。然而，與深層過(guò)濾介質(zhì)想比，膜可能顯示出相對(duì)高的壓降和相對(duì)低的灰塵容量。因此，在一些應(yīng)用中，使用膜的過(guò)濾元件將需要頻繁更換或清潔。
因此，需要這樣一種過(guò)濾介質(zhì)，其在清潔或更換前具有優(yōu)異的使用壽命，并具有比過(guò)濾效率與之相當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)更低的壓降。發(fā)明概述本發(fā)明公開了用于從空氣或其他氣體中過(guò)濾顆粒的過(guò)濾介質(zhì)，該過(guò)濾介質(zhì)包括膜和位于膜上游并與膜流體接觸的深層過(guò)濾層。深層過(guò)濾層包括納米纖維網(wǎng)層和位于該納米纖維網(wǎng)層上游并與之流體連通的預(yù)過(guò)濾層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，納米纖維網(wǎng)具有至少約2gsm的基重。在另一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)過(guò)濾層包括帶電非織造材料。帶電非織造材料還可包括熔噴纖維網(wǎng)。帶電熔噴纖維網(wǎng)還可具有至少約30gsm的基重。優(yōu)詵實(shí)施方案詳述如本文所用，術(shù)語(yǔ)“納米纖維”是指具有小于約lOOOnm、甚至小于約800nm、甚至介于約50nm和500nm之間、并且甚至介于約IOOnm和400nm之間的數(shù)均直徑或橫截面的纖維。 如本文所用，術(shù)語(yǔ)“直徑”包括非圓形形狀的最大橫截面。術(shù)語(yǔ)“非織造材料”是指包括多根無(wú)規(guī)分布的纖維的纖維網(wǎng)。纖維通?？梢员舜私Y(jié)合，或者可以不結(jié)合。纖維可以是短纖維或連續(xù)纖維。纖維可包含一種材料或多種材料，也可以是不同纖維的組合，或者是分別包含不同材料的類似纖維的組合?！凹{米纖維網(wǎng)”是包含納米纖維的非織造纖維網(wǎng)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“納米纖維網(wǎng)”與術(shù)語(yǔ)“納米纖維網(wǎng)”同義。術(shù)語(yǔ)“流體接觸”涉及系統(tǒng)的兩個(gè)組件，其中一個(gè)組件位于另一組件的上游，在系統(tǒng)常規(guī)操作期間，基本上流過(guò)系統(tǒng)的所有流體均首先通過(guò)上游組件，然后通過(guò)另外一個(gè)組件。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“流體接觸”和“流體連通”同義。有關(guān)兩個(gè)物品(如兩個(gè)纖維網(wǎng)或一個(gè)纖維網(wǎng)與一個(gè)膜)的相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)“鄰近” 是指這兩個(gè)物品彼此流體接觸并且安裝在相同過(guò)濾器主體上。它們可以彼此接觸、彼此粘結(jié)，也可以在其中間具有間隙，在過(guò)濾系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，該間隙將填充液體或氣體。復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)包括至少一個(gè)與膜層流體連通的深層過(guò)濾介質(zhì)層。深層過(guò)濾介質(zhì)層包括與納米纖維網(wǎng)層流體連通的預(yù)過(guò)濾層。預(yù)過(guò)濾層可以包括非織造材料，例如并且不意在限制，由聚丙烯或聚乙烯、非織造聚酯或聚酰胺織物、玻璃纖維、微玻璃纖維、纖維素和聚四氟乙烯組成的熔噴或紡粘纖維網(wǎng)。優(yōu)選地，復(fù)合過(guò)濾器包括至少一個(gè)熔噴聚合物纖維網(wǎng)。 深層過(guò)濾介質(zhì)與納米纖維網(wǎng)流體接觸，納米纖維網(wǎng)又與過(guò)濾膜接觸。通過(guò)用熱空氣的會(huì)聚流攜帶熔紡纖維來(lái)制備極精細(xì)長(zhǎng)絲，從而制備熔噴纖維網(wǎng)。 熔噴處理形成連續(xù)的亞旦尼爾纖維，其中直徑相對(duì)小的纖維通常小于10微米。熔噴聚合物纖維網(wǎng)層可由多種聚合材料制成，包括聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯。其中聚丙烯是更優(yōu)選的聚合材料。通常，形成纖維網(wǎng)的聚合物纖維具有在約0. 5微米至約10微米范圍內(nèi)的直徑。優(yōu)選地，纖維直徑為約1微米至約 5微米。深層過(guò)濾層的厚度并不重要。例如，如果深層過(guò)濾介質(zhì)是熔噴纖維網(wǎng)，則厚度可從約0. 25mm至約3mm。更大的厚度導(dǎo)致更高的灰塵容量；然而，過(guò)厚的深層過(guò)濾介質(zhì)層可能限制可在復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)中使用的層的總數(shù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠選擇深層過(guò)濾介質(zhì)的基重。例如，熔噴聚合物纖維網(wǎng)的重量可以在約lg/m2至約100g/m2范圍內(nèi)，優(yōu)選地，熔噴纖維網(wǎng)的基重為約10g/m2至約50g/
4m2。
在一個(gè)方面，深層過(guò)濾介質(zhì)包括至少一個(gè)駐極體過(guò)濾介質(zhì)層，該層包括具有靜電荷的高效層?？墒褂枚喾N已知技術(shù)將電荷賦予熔噴纖維網(wǎng)以改善纖維網(wǎng)的過(guò)濾性能。例如，適合的纖維網(wǎng)為通過(guò)使纖維網(wǎng)經(jīng)歷一系列電場(chǎng)，使得相鄰電場(chǎng)具有相對(duì)于彼此基本上相反的極性而方便地冷充電，其采用授予Tsai等人的美國(guó)專利5，401，446中提出的方法。如本文所述，纖維網(wǎng)的一面最初經(jīng)歷正電荷，而纖維網(wǎng)的另一面最初經(jīng)歷負(fù)電荷。然后使纖維網(wǎng)的第一面經(jīng)歷負(fù)電荷，而纖維網(wǎng)的另一面經(jīng)歷正電荷。然而，駐極體過(guò)濾材料也可通過(guò)多種其他已知技術(shù)制成。深層過(guò)濾介質(zhì)還可以包含添加劑以增強(qiáng)過(guò)濾性能，并且還可以具有低含量的可提取烴以改善性能。纖維可以包含某些可熔融加工的碳氟化合物，例如含氟化合物的唑烷酮和哌嗪，以及包含全氟化部分的化合物或低聚物。使用這些添加劑可尤其有利于帶電纖維網(wǎng)過(guò)濾器的性能。深層過(guò)濾層還包括納米纖維網(wǎng)。初生納米纖維網(wǎng)主要包含或僅包含納米纖維，該納米纖維有利地通過(guò)靜電紡紗來(lái)制備，例如傳統(tǒng)的靜電紡紗或電吹法；還可通過(guò)熔噴法或其他此類合適的方法制備。傳統(tǒng)的靜電紡紗是在全文并入本文中的美國(guó)專利4，127，706中所述的技術(shù)，其中向聚合物溶液施加高電壓以生成納米纖維和非織造墊。然而，靜電紡紗方法中的總生產(chǎn)能力太低，因此無(wú)法商業(yè)化生產(chǎn)基重較重的纖維網(wǎng)?！半姶怠狈椒ㄔ谌囊砸梅绞讲⑷氡疚闹械氖澜鐚＠糤O 03/080905中公開。 將包含聚合物和溶劑的聚合物溶液流從儲(chǔ)罐送至噴絲頭內(nèi)的一系列紡絲噴嘴中，向噴絲頭施加高電壓，聚合物溶液經(jīng)噴絲頭排出。同時(shí)，任選地加熱的壓縮空氣由空氣噴嘴排出，該空氣噴嘴設(shè)置在紡絲噴嘴的側(cè)面或周邊。通常向下引導(dǎo)空氣以形成吹氣流，吹氣流包裹住新排出的聚合物溶液并使其向前，并且有助于形成纖維網(wǎng)，纖維網(wǎng)收集于真空室上方的接地多孔收集帶上。電吹法使得可在相對(duì)短的時(shí)間周期內(nèi)形成商用尺寸和數(shù)量的納米纖維網(wǎng)，其基重超過(guò)約lgsm，甚至高達(dá)約40gsm或更高?？蓪⒒谆蛳∷刹疾贾迷谑占魃弦员闶占徒M合在基底上紡成的納米纖維網(wǎng)， 使得將組合的纖維網(wǎng)用作高性能過(guò)濾器、擦拭物等。基底的實(shí)例可包括多種非織造布，例如熔噴非織造布、針刺或射流噴網(wǎng)非織造布、織造布、針織布、紙材等，對(duì)其使用并無(wú)限制，只要能將納米纖維層添加到基底上。非織造布可包含紡粘纖維、干法成網(wǎng)或濕法成網(wǎng)纖維、纖維素纖維、熔噴纖維、玻璃纖維、或它們的共混物。對(duì)可用于形成本發(fā)明的納米纖維網(wǎng)的聚合物材料沒有具體限制，所述聚合物材料包括加聚物和縮聚物材料，例如聚縮醛、聚酰胺、聚酯、聚烯烴、纖維素醚和酯、聚烯化硫、聚亞芳基氧化物、聚砜、改性的聚砜聚合物、以及它們的混合物。這些種類中優(yōu)選的材料包括交聯(lián)和非交聯(lián)形式的不同水解程度(87%至99. 5%)的聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯 (和其他丙烯酸類樹脂)、聚苯乙烯、和它們的共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚乙烯醇。優(yōu)選的加聚物往往是玻璃狀的(\大于室溫)。聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚合物的組合物或合金或低結(jié)晶度的聚偏氟乙烯和聚乙烯醇材料便是如此。一類優(yōu)選的聚酰胺縮聚物為尼龍材料，例如尼龍_6、尼龍-6，6、尼龍6，6-6，10等。當(dāng)通過(guò)熔噴法形成本發(fā)明的聚合物納米纖維網(wǎng)時(shí)，可使用能夠熔噴形成納米纖維的任何熱塑性聚合物，包括聚烯烴，例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯；聚酯，例如聚(對(duì)苯二甲酸乙二酯)；以及聚酰胺，例如上述尼龍聚合物。可能有利的是，向上述多種聚合物中加入本領(lǐng)域已知的增塑劑以降低纖維聚合物的Tg。適合的增塑劑取決于將被靜電紡紗或電吹的聚合物，并且取決于納米纖維網(wǎng)具體的最終應(yīng)用。例如，尼龍聚合物可用水或甚至用靜電紡紗或電吹工藝中的殘余溶劑來(lái)增塑?？捎糜诮档途酆衔颰g的本領(lǐng)域已知的其他增塑劑包括但不限于脂族二元醇類、芳族磺胺類、鄰苯二甲酸酯類。鄰苯二甲酸酯類包括但不限于選自下列的那些鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二己酯、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸雙十一酯、鄰苯二甲酸雙十二酯、以及鄰苯二甲酸二苯酯等?！癏andbook of Plasticizers”(增塑劑手冊(cè))(George Wypych 編輯，2004 Chemtec Publishing)公開了可用于本發(fā)明的其他聚合物/增塑劑組合，該文獻(xiàn)以引用方式并入本文。通過(guò)電吹法沉積的并且適用于本發(fā)明的納米纖維的平均纖維直徑小于約lOOOnm， 或甚至小于約800nm，或甚至介于約50nm至約500nm之間，以及甚至介于約1 OOnm至約 400nm之間。各個(gè)納米纖維層優(yōu)選地具有至少約lg/m2，以及更優(yōu)選地至少約2g/m2的基重。 各個(gè)納米纖維層還可以具有介于約6g/m2至約100g/m2，并且甚至介于約6g/m2至約60g/m2 的基重，以及介于約20 μ m至約500 μ m,并且甚至介于約20 μ m至約300 μ m的厚度。深層過(guò)濾層的下游是微孔聚合物膜過(guò)濾層。微孔聚合物膜旨在捕集通過(guò)可移除的深層過(guò)濾層的顆粒。微孔聚合物膜膜在從流體流除去顆粒和生物體方面具有經(jīng)過(guò)證明的可信賴性和可靠性。膜的特征通常在于其聚合物組合物、透氣率、水入侵壓力和過(guò)濾效率。多種微孔聚合物膜可用作膜過(guò)濾層，具體取決于應(yīng)用的要求。膜過(guò)濾層可由以下示例性材料構(gòu)建硝化纖維、三乙酰纖維素、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、丙烯酸酯共聚物。膜過(guò)濾層優(yōu)選地由能夠阻止液體通過(guò)的疏水材料構(gòu)建。膜過(guò)濾層必須能夠經(jīng)受對(duì)過(guò)濾介質(zhì)兩端施加的壓差，而不會(huì)有任何液體通過(guò)。優(yōu)選的膜具有0. 2巴至1. 5巴的水入侵壓力，以及約7弗雷澤至約100弗雷澤的平均透氣率，并且更優(yōu)選地約10弗雷澤至約40 弗雷澤的平均透氣率。優(yōu)選地，膜過(guò)濾層為微孔含氟聚合物，例如ePTFE、氟化乙丙烯(FEP)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、聚丙烯(PU)、聚乙烯(PE)或超高分子量聚乙烯(uhmwPE)。最優(yōu)選地，膜過(guò)濾層包含ePTFE。適合的ePTFE膜描述于美國(guó)專利5，814，405 中。該專利描述的膜具有良好的過(guò)濾效率、高氣流和破裂強(qiáng)度。該專利充分描述了制備適合的ePTFE膜的方法，這些方法以引用方式并入本文。這些ePTFE膜得自W. L. Gore and Associates, Inc. of Newark, Del.或 Donaldson Corporation of Minneapolis,MN0 然而， 也可以使用由其他方法構(gòu)建的ePTFE膜。膜過(guò)濾層可任選地包含填充材料以改善過(guò)濾器的某些特性。適合的填料，例如炭黑、或其他導(dǎo)電性填料、催化顆粒、熱解法二氧化硅、膠態(tài)二氧化硅或吸附劑材料，例如活性炭或陶瓷填料，例如活性氧化鋁和TiO2,以及可用于本發(fā)明的制備填充膜的方法充分描述于美國(guó)專利5，814，405中。可提供支撐層以維持過(guò)濾層相對(duì)于流體流的正確取向。優(yōu)選的支撐材料必須具有足夠的剛性來(lái)支撐膜和可移除的層，但還必須足夠柔軟和靈活以避免損壞膜。支撐層可包含非織造織物或織造織物。適合的支撐層材料的其他例子可包括但不限于織造和非織造聚酯、聚丙烯、聚乙烯、玻璃纖維、微玻璃纖維和聚四氟乙烯。在褶皺取向，材料應(yīng)在褶縐中提供氣流通道同時(shí)保持褶縐分開(即，避免褶縐壓扁)。例如紡粘非織造材料的材料尤其適用于本應(yīng)用。支撐層可以設(shè)置在膜過(guò)濾層的上游或下游。任選地，可將支撐材料層合到膜過(guò)濾層以形成基底層。在這個(gè)方面，基底層有利地提供對(duì)上方覆蓋的熔噴介質(zhì)層的支撐并充當(dāng)最終的過(guò)濾表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾系統(tǒng)可以包括納米纖維網(wǎng)，該納米纖維網(wǎng)具有一個(gè)或多個(gè)與微孔膜流體接觸的納米纖維層。在其他實(shí)施方案中，納米纖維網(wǎng)可以具有根據(jù)ISO 534 在施加的50kPa負(fù)載和200m2的砧面表面積下測(cè)定小于約300 μ m或甚至小于約150 μ m的厚度，該測(cè)定方法并入本文中。納米纖維網(wǎng)和膜可彼此相鄰，并且可以任選地在表面的一部分或全部上彼此粘結(jié)。納米纖維網(wǎng)和膜的結(jié)合可以通過(guò)以下方法來(lái)制備將納米纖維網(wǎng)粘結(jié)性地層壓到膜上， 或通過(guò)上述方法中將膜置于收集帶上而直接在膜上形成納米纖維層以形成膜/納米纖維層結(jié)構(gòu)，在這種情況下，納米纖維層能夠通過(guò)機(jī)械纏結(jié)粘附到膜上。膜的實(shí)例可包括多種微孔薄膜，例如拉伸的、填充的聚合物和膨脹的聚四氟乙烯(ePTFE)，并且對(duì)膜的使用并無(wú)限制，只要膜具有所需的過(guò)濾性能。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，納米纖維網(wǎng)和膜彼此流體接觸，但不必彼此直接接觸。它們可以保持在適當(dāng)位置，中間有間隙，或它們可放在不同過(guò)濾器主體中并且通過(guò)流體運(yùn)送通道或管連接。膜可包含例如選自下列的聚合物膨脹聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、 聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、乙酸纖維素、硝酸纖維素、混合纖維素酯和它們的共混物和組合。適合本發(fā)明的ePTFE膜可通過(guò)許多已知方法制備，但優(yōu)選地通過(guò)將聚四氟乙烯膨脹來(lái)獲得ePTFE，如美國(guó)專利4，187，390,4, 110，239和3，953，566中所述，這些專利均以引用方式并入本文。所謂“多孔的”是指膜在20mm水標(biāo)時(shí)具有至少0. 05立方米/分鐘/平方米(m/min)的透氣率?？梢允褂迷?0mm水標(biāo)或更高時(shí)具有200m/min透氣率的膜。孔為 ePTFE的節(jié)點(diǎn)和纖絲之間形成的微孔。同樣，可以使用以下專利中任何一項(xiàng)所述的膜美國(guó)專利5，234，751,5, 217，666、 5，098，625,5, 225，131,5, 167，890,4, 104，394,5,234，739,4,596，837、JPA 1078823 和 JPA 3-221541，其中對(duì)擠出的或成型的未膨脹PTFE進(jìn)行加熱以對(duì)制品進(jìn)行燒結(jié)或半燒結(jié)。然后對(duì)燒結(jié)或半燒結(jié)的制品進(jìn)行拉伸以形成所需的孔隙率和所需的特性。就具體的應(yīng)用而言，可向PTFE提供填充材料以便針對(duì)具體的應(yīng)用來(lái)修改PTFE的特性。例如，從美國(guó)專利4，949，284可以了解到，可以將陶瓷過(guò)濾器(SiO2)和限量的微玻璃纖維摻入到PTFE材料中；并且在EP-B-0-463106中，提及了二氧化鈦、玻璃纖維、炭黑、活性炭等作為填料。由高度填充的聚合物通常是聚烯烴來(lái)制備微孔薄膜的技術(shù)是已知的。此類纖維網(wǎng)也適合用作本發(fā)明的膜。通常，聚烯烴(通常是聚乙烯)的組合與填充劑(通常是CaCO3) 進(jìn)行配混，然后擠出并拉伸成薄膜以形成微孔薄膜。可用作本發(fā)明過(guò)濾膜的適合的微孔膜實(shí)例包括美國(guó)專利4，472，328,4, 350，655和4，777，073中描述的那些，這些專利均以引用方式并入本文?？蓪⑽⒖啄ず图{米纖維網(wǎng)保持為非粘結(jié)狀態(tài)，或甚至將它們保持在不同過(guò)濾器主體中。微孔膜和納米纖維網(wǎng)可以任選地相互粘結(jié)，諸如通過(guò)粘合劑粘結(jié)、熱粘結(jié)和超聲波粘結(jié)，但是也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何粘結(jié)方法。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用例如適用的層壓技術(shù)將膜粘結(jié)到納米纖維網(wǎng)上，例如在足以使涂覆到膜或纖維網(wǎng)上的粘合劑熔融的溫度下使材料通過(guò)熱輥隙。其中一個(gè)輥的表面可具有浮雕圖案，以便在層壓體中形成結(jié)合圖案?？扇芜x地使用一種或多種粘合劑來(lái)將納米纖維網(wǎng)和微孔膜或?qū)訅后w粘結(jié)到內(nèi)織物或外織物上。一種適用的粘合劑是熱塑性粘合劑，在若干次加熱和冷卻循環(huán)中，該粘合劑在受熱時(shí)會(huì)軟化，然后在冷卻時(shí)硬化。此類熱塑性粘合劑的一個(gè)實(shí)例是“熱融”粘合劑。用于將多孔ePTFE膜層壓到織物上的粘合劑也可以是多種含氟化合物分散體或合成膠乳中的一種，包括丁二烯丙烯腈共聚物、基于丙烯酸酯的共聚物、通過(guò)乳液聚合作用制備的氯乙烯和偏二氯乙烯聚合物和共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、以及丁二烯、苯乙烯、和乙烯基吡啶的三聚物的含水陰離子分散體。在進(jìn)行層壓之前，可使用不同的方法用粘合劑涂覆納米纖維網(wǎng)或膜。例如，首先可以使用粘合劑涂覆納米纖維網(wǎng)中需涂覆的區(qū)域，然后將ePTFE膜置于所涂覆織物的粘合劑側(cè)上。向膜側(cè)施加傳導(dǎo)熱和足夠的壓力，使粘合劑流入膜孔內(nèi)。如果粘合劑為可交聯(lián)的，則粘合劑會(huì)因?yàn)槭軣岫宦?lián)，從而導(dǎo)致膜機(jī)械附著在基底上。作為由含氟聚合物和非氟化聚合物的層壓體制成的制品和層壓方法的另一個(gè)例子，美國(guó)專利5，855，977公開了一種多層制品，該制品包括基本上非氟化的層和包含共聚化單體單元的含氟聚合物氟化層。該多層制品還包含脂族二胺或多胺。與不含脂族二胺或多胺的多層制品相比，脂族二胺或多胺可使得層之間的粘附性增加?？墒褂枚喾N其他方法來(lái)提高氟化聚合物層和聚酰胺之間的粘附性。例如，可在兩個(gè)聚合物層之間加入粘合劑層。美國(guó)專利5，047，287公開了一種適用于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用的隔膜，該隔膜包括基底織物，該基底織物具有通過(guò)粘合劑粘結(jié)到至少一個(gè)表面的氟橡膠層，該氟橡膠層包含具有氨基的丙烯腈-丁二烯或丙烯腈-異戊二烯橡膠。有時(shí)也采用對(duì)一個(gè)或兩個(gè)層進(jìn)行表面處理來(lái)輔助粘結(jié)。例如，有些文獻(xiàn)提出用帶電氣體氣氛來(lái)處理含氟聚合物層(例如電暈處理)，并且隨后施加一層第二種材料，例如熱塑性聚酰胺。例如，歐洲專利申請(qǐng)0185590⑴eno等人)和0551094 (Krause等人)以及美國(guó)專利 4，933，060 (Prohaska 等人)和 5，170，Oll(Martucci)。在某些情況下，將含氟聚合物的共混物和相異層自身用作中間層，以幫助將這兩個(gè)層結(jié)合在一起。歐洲專利申請(qǐng)0523644(Kawashima等人)公開了一種塑性層壓體，該塑性層壓體具有聚酰胺樹脂表面層和氟樹脂表面層。在將非含氟聚合物層粘結(jié)到含氟聚合物層的方法的另一個(gè)實(shí)例中，美國(guó)專利 6，869，682描述了一種制品，該制品包括a)包含含氟聚合物的第一層；和b)粘結(jié)到第一層上的第二層，第二層包含可熔融加工的基本上非氟化的聚合物、堿和冠醚的混合物。在將非含氟聚合物層粘結(jié)到含氟聚合物層的方法的另一個(gè)實(shí)例中，美國(guó)專利 6，962，7M述了一種結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體包括含氟聚合物層和直接粘附到其一側(cè)的粘結(jié)層，該粘結(jié)層包含含有聚酰胺的粘結(jié)樹脂，該聚酰胺來(lái)自單體的縮合，所述單體主要包含特定組成的至少一種二酸和至少一種二胺。將各層結(jié)合到一起的方法(例如共擠或?qū)訅?中所采用的溫度和壓力可足以在層之間提供足夠的結(jié)合力。然而，可能期望對(duì)所得的多層制品進(jìn)行進(jìn)一步的處理，例如使用附加的熱量、壓力或兩者同時(shí)使用，以在各層之間提供更大的粘合劑結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)通過(guò)擠出來(lái)制備多層制品時(shí)，一種提供附加熱量的方法是延緩共擠后層壓體的冷卻。作為另外一種選擇，可以通過(guò)在高于僅加工這幾種組件所需的溫度下將各層進(jìn)行層壓或共擠壓，從而將附加熱能加入到多層制品中?；蛘?，作為另一種選擇，可將成品層壓體在高溫下保持較長(zhǎng)的一段時(shí)間。例如，可將成品多層制品置于單獨(dú)的裝置例如烤箱或加熱的液體浴中以提高制品的溫度。也可以使用此類方法的組合。本發(fā)明的過(guò)濾器可包括稀松布層，其中稀松布僅鄰近納米纖維網(wǎng)、或僅鄰近膜、或介于兩者之間。如本文所用，“稀松布”為支撐層，并且可以是能夠與納米纖維網(wǎng)粘結(jié)、粘附或?qū)訅旱娜魏纹矫娼Y(jié)構(gòu)。有利的是，可用于本發(fā)明的稀松布層為紡粘非織造層，但也可由非織造纖維的梳理纖維網(wǎng)等制成。可用于某些過(guò)濾應(yīng)用的稀松布層需要足夠的剛度來(lái)保持褶縐和死褶。
實(shí)施例材料使用世界專利公布WO 03/080905中公開的上述電吹法從尼龍6，6，(Zytel xx, Du Pont, Wilmington,DE)的甲酸溶液制備納米纖維網(wǎng)。從位于Middletown DE的DelMar Technologies獲得32gsm或36gsm基重的帶電熔噴物。不充電獲得不帶電的熔噴物。用來(lái)運(yùn)行測(cè)試的PTFE膜是被評(píng)估為3微米過(guò)濾器的典型PTFE膜，測(cè)得其泡點(diǎn)和平均流孔隙分別為5. 6和2. 2微米。腿使用圓形開口直徑為11. 3cm(面積=IOOcm2)的自動(dòng)過(guò)濾器測(cè)試儀(TSI型號(hào) No. 8130)在平紙片介質(zhì)上進(jìn)行細(xì)小顆?；覊m承載測(cè)試。使用2重量％氯化鈉水溶液生成質(zhì)量平均直徑0. 26微米的細(xì)小氣溶膠，將其用在承載測(cè)試中。氣流速率為40升/分鐘，對(duì)應(yīng)于6.67cm/s的面速率。根據(jù)設(shè)備制造商的規(guī)定，氣溶膠濃度為約16mg/m3。在測(cè)試開始時(shí)測(cè)量過(guò)濾效率和初始?jí)航?，在測(cè)試結(jié)束時(shí)測(cè)量最終壓降。通過(guò)用最終壓降減去初始?jí)航涤?jì)算壓降增長(zhǎng)。比較實(shí)施例1使用了相同的細(xì)小氣溶膠承載步驟，介質(zhì)由稀松布和PTFE膜制成。 雖然細(xì)小氣溶膠分布在稀松布一側(cè)，但15. 7分鐘后氣溶膠迅速加載到PTFE膜上并且水壓降增大128. Imm0稀松布沒有提供任何對(duì)細(xì)小氣溶膠的預(yù)過(guò)濾。制備在稀松布和PTFE膜上具有帶電熔噴層的介質(zhì)。按照下述相同步驟執(zhí)行承載測(cè)試。表1示出了無(wú)納米纖維網(wǎng)和具有四種不同基重的納米纖維網(wǎng)的樣本在約31分鐘的過(guò)濾后的壓力增加對(duì)比。因此編號(hào)為4A至4D的樣本包括PTFE膜加稀松布、通過(guò)稀松布與PTFE流體接觸的納米纖維網(wǎng)、以及納米纖維網(wǎng)上的帶電熔噴材料。樣本2A無(wú)納米纖維網(wǎng)，只有帶電熔噴纖維網(wǎng)。雖然初始阻力在存在納米纖維網(wǎng)時(shí)稍高，但31分鐘后的增加明顯更低，證明了本發(fā)明在過(guò)濾期間保持低壓力的效力。
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具有36gsm帶電熔噴物的樣本在31分鐘后的壓力增加。
權(quán)利要求
1.用于從空氣或其他氣體中過(guò)濾顆粒的過(guò)濾介質(zhì)，所述過(guò)濾介質(zhì)包括膜和位于所述膜上游并與所述膜流體接觸的深層過(guò)濾層，其中所述深層過(guò)濾層包括納米纖維網(wǎng)層和位于所述納米纖維網(wǎng)層上游并與所述納米纖維網(wǎng)層流體連通的預(yù)過(guò)濾層。
2.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述納米纖維網(wǎng)具有至少約2g/m2的基重。
3.權(quán)利要求1的介質(zhì)，其中所述預(yù)過(guò)濾層包括帶電非織造材料。
4.權(quán)利要求3的介質(zhì)，其中所述帶電非織造材料為熔噴纖維網(wǎng)。
5.權(quán)利要求4的介質(zhì)，其中所述帶電熔噴纖維網(wǎng)具有至少約30g/m2的基重。
6.一種包括權(quán)利要求1的過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于從空氣或其他氣體中過(guò)濾顆粒的過(guò)濾介質(zhì)，所述過(guò)濾介質(zhì)包括膜和位于所述膜上游并與所述膜流體接觸的深層過(guò)濾層。所述深層過(guò)濾層包括納米纖維網(wǎng)層和位于所述納米纖維網(wǎng)層上游并與所述納米纖維網(wǎng)層流體連通的預(yù)過(guò)濾層。所述預(yù)過(guò)濾層可以是非織造材料，并且在一個(gè)實(shí)施方案中，具體地講還可以使熔噴非織造材料帶電。
文檔編號(hào)B01D39/16GK102227247SQ200980148171
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者C-H·池, H·S·林 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司