高度带电且电荷稳定的纳米纤维网制造技术

本发明专利技术涉及一种带电多层过滤器，所述过滤器包括水充电过滤层，所述水充电过滤层含有多根相互缠绕的有限长度为约12至约300mm的纳米纤维，位于多孔的可卷到卷加工的支承层上。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种带电多层过滤器，所述过滤器包括水充电过滤层，所述水充电过滤层含有多根相互缠绕的有限长度为约12至约300mm的纳米纤维，位于多孔的可卷到卷加工的支承层上。【专利说明】高度带电且电荷稳定的纳米纤维网本专利申请是申请号为200780100043.5、申请日为2007年7月26日、专利技术名称为“高度带电且电荷稳定的纳米纤维网”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及空气过滤纤维网。
技术介绍
当暴露于含亚微米颗粒的空气流时，空气过滤网的过滤效率通常会下降。过滤效率可通过穿透率(%)测试来评估，该穿透率(%)测试采用了含有(例如)氯化钠颗粒或邻苯二甲酸二辛酯颗粒的测试用气溶胶。初始穿透率和最大穿透率均可根据此类测试来测定。最大穿透率值特别受到关注，因为它们提供过滤器的使用寿命指示。已采用了多种充电技术来改善过滤效率。然而，已知某些诸如油性气溶胶之类的物质会导致电荷量随时间推移而减少。使用带电的过滤介质(例如针刺毡、或带电的纺粘纤维网或熔喷纤维网)可实现高的初始过滤效率。然而，可能还会需要不希望有的高基重，对于具有较大直径纤维的带电介质而言尤为如此。粗纤维带电过滤介质通常具有高的初始效率，但当过滤器上积聚了极细的颗粒时，粗纤维带电过滤介质的效率可能会严重降低。带电过滤介质中的这种效率损耗可称为驻极体劣化。由美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)制定的名称为 “Method of Testing General Ventilation Air CleaningDevices for Removal Efficiency by Particle Size”(按粒度测试通用通风空气净化装置排除效率的测试方法)的标准N0.52.2定义了暖通空调(HVAC)过滤器最低效率通报值(MERV)的等级评定。为了解决驻极体劣化而提议的标准N0.52.2中的修改可能会改变该标准，结果使驻极体过滤器面临更大比例的小颗粒。如获通过，则这些对标准的修改可将典型驻极体过滤介质的MERV等级评定降低2至3个评级点。通常，细纤维(如纳米纤维)也可促进高过滤效率，但压降通常随纤维直径的减小而增加。例如，可使用包含亚微米纤维的玻璃纤维复合材料来实现高初始过滤效率，但实现这些良好初始过滤效率通常以较高的初始压降为代价。玻璃纤维也存在问题，因为这种纤维通常不可回收利用，并且会因其脆性而容易断裂。玻璃纤维碎屑还可能导致呼吸系统不适或表皮过敏。已采用由聚合物型纳米纤维制成的过滤介质来代替玻璃纤维。然而，聚合物型纳米纤维的耐化学性和耐溶剂性比玻璃纤维弱。例如，用静电纺丝制造的聚合物型纳米纤维至少会受到从其中纺出的溶剂的影响。另外，许多目前可用的纳米纤维通常以很低的速度制造，对于许多应用而言成本过高。静电纺丝纳米纤维通常是以每天若干克的速度率制造，并且与标准过滤介质相比，吹制玻璃纳米纤维相对较贵。即便是能够以高速度制造的海岛型纳米纤维，也造价昂贵，因为它们需要可移除的淀粉胶囊包封调和物与移除该淀粉胶囊包封调和物的工序。初始穿透率值与最大穿透率值的相关性有时会很差。这种相关性的缺乏使得很难根据初始穿透率测量值来预测最大穿透率值。可以改为测量最大穿透率，但对于暴露于极小(如亚微米级)颗粒的介质此测量可能需要长时间。当纤维网显示具有较差的初始和最大穿透率值相关性时，也会使过滤器的设计变得更加困难。空气过滤纤维网在以下文献中有记载:例如，美国专利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日举行的第14届国际TANDEC(纺织和非织造布研发中心)非织造布研讨会上发表的“Electrospinning Theory and Techniques”(静电纺丝理论和技术)。其他纤维网在(例如)美国专利N0.4，536，361 (Torobin)和5，993，943(Bodaghi等人)中有记载。
技术实现思路
本专利技术提供带电的空气过滤介质，该介质即便在暴露于含有小颗粒的空气流之后，仍具有惊人的有效过滤性能。本专利技术所公开的介质具有极好的电荷保持性，并且其初始穿透率值与最大穿透率值的相关性比典型的驻极体过滤介质好得多。在一个方面，本专利技术的过滤介质包含:a)水充电(hydrocharged)纤维过滤层，该水充电的纤维过滤层含有多个相互缠绕的长度为约12至约300毫米(mm)的纳米纤维，和b)多孔的可卷到卷加工的支承层。本专利技术所公开的介质中的过滤层可以根据(例如)美国专利N0.4，536，361或6，315，806B1来制备，并且可以根据(例如)美国专利N0.5，496，507进行水充电。与这些专利所公开的介质相比，所得介质在暴露于细小颗粒之后显示具有更好的过滤效率，并且具有相关性良好的初始穿透率值和最大穿透率值。【专利附图】【附图说明】图1a和图1b为根据本专利技术的多层过滤介质的示意性剖视图；图2a为根据本专利技术的折褶皱型过滤器的透视图；图2b为根据本专利技术的一次性个人呼吸器的局部剖视透视图；图3a和图3b为根据本专利技术的所公开介质中过滤层的扫描电镜照片；图4为表示本专利技术过滤介质的压降与过滤层基重之关系的线图；图5为表示本专利技术过滤介质的穿透率与过滤层基重之关系的线图；图6为表示在各种过滤层基重下穿透率和压降的相互关系的线图；图7为表示本专利技术过滤介质的氯化钠穿透率与氯化钠测试量之关系的线图；图8为示表本专利技术过滤介质的压降与氯化钠测试量之关系的线图；图9和图10为最大氯化钠穿透率与初始氯化钠穿透率的关系图；以及图11为表示邻苯二甲酸二辛酯穿透率和压降与预计测试量之关系的线图。在各幅附图中，类似的附图标记用来表示类似的要素。图中所示要素未按比例绘制。【具体实施方式】本文所用术语的定义如下:“气溶胶”是指含有固态或液态悬浮颗粒的气体；当用于过滤器或过滤层时，“基重”是指过滤器或过滤层的主表面每单位表面积的过滤器或过滤层中一种或多种材料的重量；当用于纤维集合时，“带电”是指在暴露于20戈瑞吸收剂量的Imm经铍过滤的SOKVp X射线之后，当在7厘米/秒的表面速度下评估邻苯二甲酸二辛酯的穿透率(D0P%)时，表现出至少50%的品质因子QF (下文论述)损耗的纤维；当用于纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带电多层介质，其包含：a)水充电的纤维过滤层，所述水充电的纤维过滤层含有多根相互缠绕的长度为约12至约300mm的纳米纤维，和b)可卷到卷加工的多孔的支承层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·R·福克斯，马尔文·E·琼斯，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：