使用润湿液体和含水极性液体制造驻极体纤维网的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种赋予非织造纤维网（２０）静电荷的方法。用润湿液体（２４）将该纤维网（２０）润湿，然后用含水极性液体（３０）饱和，并干燥（３１）。形成的干燥制品可用作例如呼吸器（５０）内的空气过滤器的驻极体制品（４３）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及一种通过用润湿剂润湿纤维网，接着将网与含水极性液体接触，然后干燥，使纤维网带电的方法。本专利技术还涉及用来实施本方法的设备。专利技术的背景带有电荷的非织造织物通常被用作呼吸器的过滤物，以防止使用者吸入空气中的污染物。美国专利4,536,440、4,807,619、5,307,796以及5,804,295揭示一些使用这些过滤物的面罩的实例。这些电荷可提高非织造织捕捉悬浮在流体中的微粒的能力。当流体通过织物时，非织造织物可以捕捉到这些微粒。非织造织物通常包括含由绝缘聚合物、由非传导性的聚合物构成的织物。带有电荷的绝缘物件通常被称之为“驻极体”，这些年来已发展出了多种用于生产这些产品的技术。早期的关于带有电荷的聚合物薄片的著作有由P.W.Chudleigh在“通过导电液体的接触使电荷转移到聚合物表面的机理”，21，APPL.PHYS.LETT.，547-48(1972年12月1日)，以及在“利用液体接触使聚合物薄片附上电荷”，47，J.APPL.PHYS.，4475-83(1976年10月)中所描述的。Chudleigh的方法是通过对聚氟乙烯聚合物薄片施加一电压而使该薄片附上电荷。电压是通过使用与薄片表面接触的传导液体施加的。在Kubic和Davis的美国专利4,215,682中已揭示了一种早已知道的用于制造纤维形状的聚合物驻极体的技术。在该方法中，当纤维从一模孔排出时，用带有电荷的微粒对纤维进行粒子辐射。这些纤维是用“熔喷”法生产的，其中，聚合物材料一出模孔就被高速气流拉伸并被冷却成固态纤维。经粒子辐射的熔喷的纤维随机地累积在一收集器上，以形成纤维驻极体网。该专利指出，当热熔喷制的纤维以这种方式附上电荷时，过滤的效率可以提高2倍或2倍以上。纤维驻极体网还可以通过以电晕充放电而制得。例如，Klaase等人的美国专利4,588,537中示出了这样一种纤维网，其中的织物连续地喂入电晕放电装置中，并且紧靠于一基本闭合的绝缘薄片的一主要表面。电晕是由高压源产生的，该高压源与带有相反电荷的细的钨丝相连。在Nakao的美国专利4,592,815中描述了另一种用来在非织造织物上附上静电荷的高压技术。在这种充电荷的过程中，织物和带有光滑表面的接地电极紧密接触。如van Turnhout的美国专利Re.30,782、Re.31,285和Re.32,171中所描述的，纤维驻极体织物还可以由聚合物薄膜或薄片制成。在聚合物薄膜或薄片原纤化成纤维之前，可以向这些薄膜或薄片施以静电荷，这些纤维随后被收集起来并加工成非织造物过滤器。机械方法也被用来对纤维施加电荷。Brown的美国专利4,798,850描述了这样一种过滤材料，该过滤材料含有一种带有两种不同卷曲的合成聚合物纤维的混合物，这些纤维被梳理成棉网，而后再针刺成毡。该专利，描述了将这些纤维充分地混合，从而在梳理的过程中使之附上电荷。Brown所揭示的此种方法通常被称为“摩擦充电(tribocharging)”。摩擦充电(tribocharging)也可以在当高速不带电荷的气体或液体的射流经过绝缘材料薄膜表面时发生。在Coufal等人的美国专利5,280,406中揭示了，当一不带电荷的流体束冲击绝缘薄膜的表面时，该表面就带有电荷。最近开发出一种利用水来向非织造纤维网施加电荷的方法(参见Angadjivand等人的美国专利5,496,507)。电荷是通过加压的水射流或水滴束撞击到含有不导电微纤维的无纺织物网上而产生。所产生的电荷提供了优良的过滤特性。在进行水充电荷操作之前，使该织物经过空气电晕放电处理，可进一步提高驻极体的性能。向织物网添加特定的添加剂可提高驻极体的性能。例如，通过在热熔喷制的聚丙烯微纤维中加入种氟化合物添加剂可提供一种耐油雾的驻极体过滤媒质(参见Jones等人的美国专利5,411,576和5,472,481)。氟化合物添加剂的熔点至少为25℃，而分子量约为500到2500。Rousseau等人的美国专利5,908,598描述了一种将添加剂和热塑树脂相混合形成一种纤维网的方法。水射流或水滴束以这样一种压力冲击到织物上，该压力可充分向织物提供提高过滤性能的驻极体电荷。随后使该纤维网干燥。该添加剂可以为(I).一种热稳定的有机化合物或低聚物，该化合物或低聚物至少含有一种全氟化部分；(II).一种热稳定的有机三嗪化合物或低聚物，除三嗪组中的那些原子之外，该化合物或低聚物还至少含有一氮原子；或(III).(I)和(II)的组合物。在Nishirua等人的美国专利5,057,710中描述了其它一些含有添加剂的驻极体。Nishiura揭示的聚丙烯驻极体至少含有一种选自受阻胺、含氮受阻酚以及含金属受阻酚的稳定物。该专利揭示出，含有这些添加剂的驻极体可提供更高的热稳定性。通过将非织造网层放置在一针状电极和一接地电极之间来处理驻极体。Ohmori等人的美国专利4,652,282和4,789,504描述了将脂肪酸金属盐结合到一种绝缘聚合物中，以长时间保持较高的除尘性能。日本专利Kokoku JP60-947描述了这样一些驻极体，这些驻极体由聚4-甲基-1-戊烯以及至少一种选自下列的化合物构成，这些化合物为(a)含有酚羟基的化合物，(b)高级脂族羧酸和它的金属盐，(c)硫代羧酸酯化合物，(d)含磷化合物和(e)酯化合物。该专利提出，这些驻极体具有长期存储的稳定性。近期公布的美国专利揭示出，无需故意使纤维或纤维织物附上电荷或使之起电，便可以生产过滤织物(参见Chou等人的美国专利5,780,153)。该纤维由共聚物制成，该共聚物包括一种乙烯的共聚物、5-25(重量)％的(甲基)丙烯酸、或任选(但不是较佳的)高达40(重量)％的(甲基)丙烯酸烷基酯，其烷基有1到8个碳原子。5-70％的酸基团被金属离子，特别是锌、钠、锂或镁离子，或被其混合物中和。共聚物的熔融指数为5-1000克/10分钟。而其余可以为如聚丙烯或聚乙烯之类的聚烯烃。可以用熔喷法生产该纤维，并且以水快速冷却来防止过度的粘合。该专利揭示出，这些纤维可高度保留住任何特别引入的现有的或加上的静电荷。专利技术的概述本专利技术提供一种制造驻极体纤维网的新方法。简言之，该方法包括用润湿剂润湿包含非导电纤维的纤维网，在含水极性液体中饱和润湿的网，随后干燥该网。纤维网可以是织造网或非织造网，它可以在最终制品例如呼吸器或过滤器芯子内用作过滤元件。本专利技术方法与已知的充电荷的方法不同在于，在用含水极性液体饱和网之前先用润湿剂润湿。本专利技术人发现，润湿步骤的好处在于它能够制成性能更好的过滤器，性能由下述品质因子参数衡量。润湿步骤可以增大测得的纤维网电荷密度，以得到更好的性能更好。本文中使用的术语“含水”指含水极性液体含至少约10(体积)％水；“电荷”指有电荷分离；“含纤维的”指含有纤维，还可能含有其他组分；“驻极体纤维网”指含有纤维并显示准永久电荷的网；“液体”指固体与气体之间的物质状态；“非导电”指室温(22℃)时的体电阻率约为或大于1014欧姆·厘米。“非织造”指一种结构或一种结构的一部分，其中纤维以非织造的方式气质一起；“极性液体”指偶极矩至少约为0.5德拜、介电常数至少约为10的液体；“聚合物”指含有以规则或不规则方式排列重复连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造驻极体纤维网的方法，它包括：用润湿液体润湿纤维网，该纤维网含有非导电聚合物纤维；在含水极性液体中饱和所述润湿的网；然后，充分干燥所述纤维网。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：PD艾茨曼，AD鲁索，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]