用于从气体物流过滤颗粒材料的过滤介质制造技术

公开了用于过滤空气中的颗粒材料的高效空气过滤器的过滤介质。该介质利用至少一层夹在两纱布层之间、直径小于１０００纳米的纤维以在相对低压降下获得高效颗粒空气（ＨＥＰＡ）过滤性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及在高效空气过滤器中所使用的过滤介质，用于从气体物流中过滤颗粒材料。高效颗粒空气(HEPA)水平性能对于很多其中运用HEPA过滤的方法是非常重要的，例如半导体生产和生物洁净间。在这些应用中，产品缺陷或洁净间中容纳物质的损失有时候归咎于空气中的颗粒材料。在这些应用中HEPA过滤器性能的不稳定性是不可接受的。在HEPA过滤中，非织造过滤元件可用作承载介质的表面。介质通常构造成气流可渗透，且具有足够精细的孔径和合适的孔隙率来阻止大于所选尺寸的颗粒通过其中。当颗粒材料通过过滤器时，过滤器的上流侧通过扩散和拦截操作从气体物流中捕获和保留所选尺寸颗粒。颗粒被收集从而在过滤器的上游侧和过滤器内部形成“尘饼”。目前，商业HEPA过滤介质分为微型玻璃(microglass)纤维和微型玻璃混合物以及层压成褶状基底的静电处理的(又称“electret”)高单位重量的熔喷纤网这样几类。上述过滤介质的每一种都有其局限。使用微型玻璃纤维和含微型玻璃纤维混合物的HEPA介质典型包含以织造或非织造形式排列的细径玻璃纤维，其基本上具有抗化学腐蚀的作用和相对小的孔隙率。这种玻璃纤维介质在下列美国专利中被公开Smith等，美国专利2,797,163；Waggoner，美国专利3,228,825；Raczek，美国专利3,240,663；Young等，美国专利3,249,491；Bodendorfet等，美国专利3,253,978；Adams，美国专利3,375,155；以及Pews等，美国专利3,882,135。微型玻璃纤维和含微型玻璃纤维的混合物具有这样的局限性在将其打褶时，它们典型的相对易碎，在要求HEPA过滤器100％检查时造成不期望的产率损失。现场维修是繁琐的人工过程。静电处理的熔喷纤网，如美国专利4,874,659和4,178,157中陈述的，起初性能还好，可是当介质开始捕获微粒并且静电电荷变得绝缘时，其性能下降。美国专利4,874,659和4,178,157都公开了以5-10mmH2O(水柱)范围内较低压降为特征的HEPA空气过滤器介质。这些过滤器由非织造纤网(美国专利4,874,659)或聚烯烃例如聚乙烯或聚丙烯构成的平切薄膜(美国专利4,178,157)，通过加热至约100℃部分熔解，然后被置于对聚合物充电的电场中而制成。所充电荷为过滤器提供高效颗粒空气质量。这种过滤器受到一些局限。首先，基于充电而实现颗粒的有效捕获，这种过滤器的性能被空气湿度严重影响，产生电荷损耗。其次，由于其作用模式且比较薄，这种过滤器的特征是低的约为0.8的粉尘负荷(单位过滤器面积的粉尘重量使压降增加两倍)/单位面积过滤器重量的比值，其中这种过滤器典型的粉尘负荷约为50-80g/m2且其单位面积的重量约为80-130g/m2。美国专利6,604,925公开了一种适用于HEPA的过滤介质以及制作该介质的装置和方法通过喷嘴静电纺丝细纤维以在移动的沉积电极上形成纤维状结构，然后以气溶胶颗粒填充该纤维状结构的孔。美国专利申请公开US 2004/0038014 A1公开了包括纳米纤维层在内的用于各种应用的过滤介质，该应用包括含颗粒污染物的气体和液体的过滤，以及制作该介质的方法。PCT国际公开WO 02/20132 A2和WO 02/20133 A2公开了包括低单位重量纳米纤维层在内的用于各种应用的过滤介质，该应用包括对含颗粒污染物的气体的过滤，以及制作该介质的方法。这些出版物没有公开高效颗粒空气过滤器介质或实现高效空气过滤的方法。提供一种方法以达到HEPA水平空气过滤而避免已知的过滤介质的上述局限是将被期望的。专利技术概述在第一个实施方案中，本专利技术涉及包括至少一个连续聚合物纤维的纳米纤维层的过滤介质，该纳米纤维层夹在两层纱布(scrim)层之间，其中纳米纤维层的连续聚合物纤维具有小于约1000纳米的直径，且其中纳米纤维层具有介于约25g/m2和约60g/m2的单位重量、介于约0.10和约0.30之间的固体体积分数和大于100μm的厚度。本专利技术的第二个实施方案涉及从空气物流中过滤颗粒物质的方法，其包括使空气物流通过基本上电中性的过滤器介质，该过滤器介质包括至少一个连续聚合物纤维的纳米纤维层，该纳米纤维层夹在两纱布层之间，其中纳米纤维层的连续聚合物纤维具有小于约1000纳米的直径，且其中纳米纤维层具有约25g/m2-约60g/m2的单位重量，且其中纳米纤维层具有大于约100μm且不大于约265μm的厚度。定义术语“高效颗粒空气”和“HEPA”可交换使用，用来描述能够在以表面速度5.33cm/s流动的空气中过滤掉99.97％的0.3μm颗粒的过滤介质。术语“纳米纤维”是指直径小于1000纳米的纤维。术语“过滤器介质”或“介质”是指带颗粒的流体经过的材料或材料的集合(collection)，其中颗粒材料的伴随物和至少暂时的沉积物在该介质内或上。附图简述附图，被引入本说明书且构成本说明书的一部分，阐述了本专利技术当前预期的实施方案，并和以下描述一起用作解释本专利技术的原理。附图说明图1是适用于本专利技术的形成纳米纤维的现有技术设备的阐述。专利技术详述现在将详细给出本专利技术当前优选实施方案，其例子于附图中阐明。所有的图中同样的符号用来指定同样的元件。本专利技术涉及包括至少一个夹在两纱布层之间的纳米纤维层的过滤器介质。该纳米纤维层包括在过滤介质层中基本上连续的有机聚合物纳米纤维的集合，该纳米纤维具有小于约1μm或1000nm的直径，有利的在约100nm和700nm之间，或者甚至在约300nm和650nm之间。这种过滤器介质可用于高效空气过滤应用以去除流体物流中的颗粒材料，特别的，从气体物流如空气中去除颗粒材料。能实现HEPA水平性能的过滤介质可通过将一个或多个纳米纤维层夹在两纱布层之间制得，该纳米纤维层具有介于约25g/m2和约60g/m2的单位重量，有利的在约27g/m2和约60g/m2之间或者甚至在约30g/m2和约49g/m2之间。该纳米纤维层具有介于约0.10和约0.30的固体体积分数，有利的在约0.25和约0.28之间。增加固体体积分数使得层厚度降低而基本上没有减弱效率或其他过滤性质。增加固体体积分数，保持层厚度恒定，减小孔径且增加颗粒存贮量。纳米纤维层的厚度可根据纳米纤维聚合物的密度变化。在本专利技术的介质中，纳米纤维层具有大于约100μm的厚度，有利的大于约100μm且不大于约265μm，更有利的大于约100μm且不大于约150μm，比如在约104μm和147μm之间。本专利技术中的纳米纤维层可根据PCT专利WO 04/027140A中公开的阻隔纤网来制作，在此该专利被引作参考。过滤器介质的层与载体层(本文中称为“纱布”)有利的通过粘合层压相连接。纳米纤维层由基本上连续的聚合物纤维组成，所述聚合物纤维具有小于1000nm的直径，有利的在约100nm和约700纳米之间，或者甚至在约300和650nm之间。纳米纤维层的连续聚合物纤维可由能制得直径在上述范围内的连续纤维的任何方法形成，包括静电纺丝或电吹。一个通过电吹形成纳米纤维的方法在PCT专利WO 03/080905A中被公开，在此被引入作为参考。WO 03/080905A公开了用于制备纳米纤维网的设备和方法，该设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤介质，其包括至少一个夹在两纱布层之间的连续聚合物纤维的纳米纤维层，其中纳米纤维层的连续聚合物纤维具有小于约１０００纳米的直径，且其中纳米纤维层具有介于约２５ｇ／ｍ↑［２］和约６０ｇ／ｍ↑［２］的单位重量、介于约０．１０和约０．３０之间的固体体积分数和大于１００μｍ的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MA布赖纳，JB霍文克，DC琼斯，HS林，BL怀斯曼，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]