具有改善的容尘量和改善的抗高湿度环境性能的空气过滤介质的制作方法

专利名称：具有改善的容尘量和改善的抗高湿度环境性能的空气过滤介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从气体物流，具体地讲是带雾气体物流中过滤颗粒物质的空气过滤介质。
背景技术：
气相过滤通常用低、中和高效可打褶复合过滤介质进行，包括无规取向纤维的低、中或高效纤维过滤层；以及一个或多个渗透性加强层，其能够使复合过滤介质打褶并保持其形状。此类过滤装置可用作车辆乘客室空气过滤器、高性能发动机空气过滤器和机油过 滤器° ASHRAE (American Society of Heating Refrigeration and Air ConditioningEngineers)打裙过滤器等通常用打裙的高效过滤介质作为过滤元件。由纳米纤维高效率层和更具渗透性的纺粘纤维加强层(也称为“SN”介质)制成的可打褶复合过滤介质已显示可提供良好的导流/阻隔性能(即，高效率和低压降)。然而，在过滤器应对非常小的尘粒的某些工业HVAC应用中，容尘量低于期望值，这种情况会在HVAC系统被设计和构造为在高效率最终过滤器前具有较低效率的预过滤器时发生。在SN结构中，稀松布通常由纤维直径为14至30微米的非织造纤维网制成，其能够预过滤掉粒度大于约5微米的颗粒。剩余的颗粒将到达薄纳米纤维层，并且快速填满各个孔并堵塞过滤器。因此，过滤阻力快速增大，从而缩短过滤器寿命。已尝试通过增大稀松布的基重和厚度来提高容尘量，但对于要求更高的情况结果仍不令人满意。当进入空气的湿度较高或进入空气包含水雾时，过滤介质的纳米纤维层上承载的粉尘会吸取水分并溶胀，这使问题变得更为复杂。众所周知，很大一部分大气气溶胶具有吸湿的性质。这会进一步减小剩余的孔径并跨越过滤器而产生额外的流量限制和增大的压降。压降的突然增大会使HVAC系统产生严重的问题。一直需要提供一种用于这些过滤应用的成本较低的高效率过滤介质,这些过滤应用在存在水分的情况下显示具有较高的容尘和/或空气污染物容量和较低的压降。本发明的一个目的是提供此类过滤介质及其使用方法。发明概沭本发明提供了从流动空气中过滤颗粒物质的方法，所述方法包括以下步骤提供载有水雾并包含要过滤的颗粒的空气流，以及使空气流通过过滤介质。介质相对于空气流具有上游侧和下游侧，并包括在疏水性非织造纤维网的下游并与所述疏水性非织造纤维网流体接触的纳米纤维网层。发明详沭定义如本文所用，术语“非织造”是指由大量纤维构成的纤维网。纤维可彼此粘结，或者可不粘结。纤维可包含一种材料或多种材料，也可为不同纤维的组合或者为分别包含不同材料的类似纤维的组合。各自包含多种材料的类似纤维可为“双组分”(具有两种材料)或多组分。
如本文所用，“非织造纤维网”或仅仅“非织造网”在一般意义上是用于定义较平坦、柔性和多孔并包括短纤维或连续长丝的一般平面结构。对于非织造织物的详细描述，可参见E. A. Vaughn 的“Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler，，，ASSOCIATION OFTHE NONWOVEN FABRICS INDUSTRY，第3版(1992)。非织造织物可为梳理成网的、纺粘的、湿法成网的、空气成网的和熔喷的，如行业中人们所熟知的此类产品。如本文所用，“非织造”还指具有单独纤维或线束结构的纤维网，该结构为夹层，但不是如针织织物那样的可辨认方式的夹层。已由多种方法例如熔喷法、纺粘法、粘结梳理成网法来形成非织造织物或纤维网。非织造织物的基重通常用盎司/平方码(osy)或克/平方米(gsm)来表示，可用的纤维直径通常以微米来表示。(注意，要将osy转换成gsm，可用osy 乘以 33. 91)。“熔喷纤维”是指通过以下方法形成的纤维使熔融热塑性材料以熔融线或长丝的形式通过许多细小的、通常为圆形的模具毛细管，进入聚集的高速加热气体(例如空气)物流中，使熔融热塑性材料的长丝变细以减小它们的直径。之后，熔喷纤维由高速气体物流携带并沉积在收集表面上以形成无规分散的熔喷纤维的纤维网。此类方法公开于例如授予Butin等人的美国专利3，849，241中。熔喷纤维为微纤维，其可为连续的或不连续的，通常小于约0. 6旦尼尔，并且通常在沉积到收集表面上时是自粘的。“熔喷纤维网”为包含熔喷纤维的非织造纤维网。“纺粘纤维”是指通过以下方法形成的纤维将熔融热塑性材料以长丝的形式从多个具有圆形或其它构型的喷丝头的细小毛细管挤出，其中挤出长丝的直径快速减小，如(例如)授予Appel等人的美国专利4，340，563、授予Dorschner等人的美国专利3，692，618、授予Matsuki等人的美国专利3，802，817、授予Kinney的美国专利3，338，992和3，341，394、授予Hartmann的美国专利3，502，763、授予Petersen的美国专利3，502，538以及授予Dobo等人的美国专利3，542，615中所述，所述专利全文以引用方式并入本文中。纺粘纤维通常是连续的，并且通常具有大于约O. 3，更具体地讲介于约O. 6与10旦尼尔之间的平均纤度。“纺粘纤维网”为包含纺粘纤维的纤维网。术语“SMN”是指按顺序包含纺粘纤维网、熔喷纤维网和纳米纤维网的多层结构。术语“MSN”是指按顺序排列的熔喷纤维网、纺粘纤维网和纳米纤维网。术语“疏水性”是指其传统意义上的“拒水”。“疏水性非织造纤维网”是包含具有疏水性表面的纤维的纤维网。所述表面可为因纤维材料而具有疏水性，例如纤维可完全由聚烯烃构成，因为聚烯烃被视为具有固有的疏水性。纤维也可由亲水性材料纺成，例如聚酰胺或聚酯，并具有疏水性涂层。例如，纤维可由聚酰胺或聚酯纺成，并且上面具有表面活性剂涂层，具体地讲是含氟表面活性剂涂层。因此，所谓能够“拒水”的材料是指可抵抗被含水介质润湿的疏水材料，优选的是包含氟和碳原子的试剂。例如，亲水性材料可至少部分地涂覆有氟化材料。作为另外一种选择，氟化材料选自包含氟化甲基丙烯酸酯共聚物的Zonyl D织物氟化剂或包含氟化丙烯酸酯共聚物的Zonyl 8300织物保护剂。用此类氟化聚合物 和低聚物处理织物在行业中是常见的，而且并不限于这些化学品。本领域的技术人员有能力选择合适的处理剂。因此，本发明所用的拒水涂层可为排斥水并适用于亲水性纤维网的任何试剂，优选的是包含氟和碳原子的试剂。本发明优选的拒水涂层为包含含氟聚合物，尤其是氟化丙烯酸酯聚合物的混合物(例如 OLEOPHOBOL SM ,得自 Ciba Spezialitatenchemie PferseeGmbH, Langweid, Germany)的涂层。可采用多种方法将涂层施加到纤维。一种方法是将纯树脂涂覆材料以液体、粘性固体或悬浮颗粒的形式或以流化床的形式施加到拉伸的高模量纤维。作为另外一种选择，可按合适溶剂中的溶液或乳液的形式来施加涂层，其中溶剂在施加温度下不会对纤维的性质产生不利影响。尽管可使用能够溶解或分散涂层聚合物的任何液体，但优选的溶剂组包括水、石蜡油、芳族溶剂或烃溶剂，其中例证性的具体溶剂包括石蜡油、二甲苯、甲苯和辛烷。将涂层聚合物溶解或分散到溶剂中所采用的技术可为在多种基底上涂覆类似弹性体材料时常用的技术。 原则上可使选择制剂中的防水剂均匀分布在纤维表面上的任何方法都适用于将防水剂施加到亲水性纤维。例如，能够将防水剂制剂以薄膜的形式施加到辊上，然后使亲水性纤维经过薄膜。作为另外一种选择，能够将防水剂制剂喷射到亲水性纤维上。也能够用泵和销、狭缝或块施用装置将防水剂制剂施加到纤维。能够通过使亲水性纤维网从浸入包含防水剂水乳液的浴中的辊上经过来施加涂层。在合适的温度范围内对涂覆的纤维网进行干燥。还根据所选择涂覆方法的要求来确定温度的参数范围和干燥时间。例如，如果在纤维网纺丝工艺过程中将防水剂施加在纤维网上，则在纤维离开洗涤浴之后，按照纺丝设备的纺丝速度和结构特征来确定温度范围和干燥时间。纤维还可为双组分结构，其中外表面由疏水材料(例如聚烯烃)纺制而成。可视为疏水性的聚合物的实例为只包含碳和氢，或只包含碳、氢和氟的聚合物，例如聚烯烃、含氟聚合物和聚亚乙烯基氟化物。可视为非疏水性的聚合物的实例为聚酰胺和聚酯。可用于本发明实施方案的熔喷或纺粘非织造纤维网可包括聚乙烯、聚丙烯、弹性体、聚酯、人造丝、纤维素、聚酰胺的纤维和此类纤维的共混物。已经提出了许多非织造纤维网定义。纤维通常包括短纤维或连续长丝。如本文所用，术语“纳米纤维”是指具有小于约lOOOnm，甚至小于约800nm，甚至介于约50nm和500nm之间，并且甚至介于约100和400nm之间的数均直径的纤维。就非圆形横截面的纳米纤维而言，如本文所用，术语“直径”是指最大的横截面尺寸。“稀松布”为支撑层，并可为能够与过滤介质粘结、粘附、或层合的任何结构。有利的是，可用于本发明的稀松布层为纺粘非织造层，但可由非织造纤维的梳理纤维网、熔喷非织造层、织造织物、网等制成。可用于某些过滤应用的稀松布层需要足够的刚度以保持褶绉形状。本发明所用的稀松布应具有足够开放的结构，从而不会影响介质的容尘结构。所谓“成面对面关系”的两个或更多个纤维网是指任何一个纤维网的表面所处位置基本平行于一个或多个其它纤维网的表面，这样，纤维网表面至少部分地重叠。纤维网不必彼此粘结，但它们的表面或边缘的至少一部分可部分地或完全地彼此粘结。在正常的最终用途中，两个或更多个纤维网彼此“流体接触”，冲击到其中一个纤维网上的所有流体预期也会冲击到第二纤维网上。两个或更多个纤维网的所有表面区域不必都直接接触流体，但所有流体预期会通过两个纤维网。在本文中，所谓“水雾”是指包含分散在空气或气体物流中的极小水滴的气液两相体系。可用气体或空气以及通过水喷嘴释放的水来形成薄雾，其中水喷嘴可产生非常细小的液滴，使得液滴小到足以被空气或气体物流运送，同时在空气物流中运送期间不会聚集成连续相。液滴的直径通常为大约18至50微米。如本文所用，术语“纳米纤维网”和“纳米网”是同义的，都是指包含纳米纤维网并可完全由纳米纤维构成的非织造纤维网。说明本发明涉及从流动空气中过滤颗粒物质的方法，在空气被水饱和并形成薄雾期间，该方法可避免操作压力显著增大。该方法包括以下步骤提供充满水雾并包含要过滤的颗粒的空气流，以及使空气流通过过滤介质。这种情况的一个实例是雨天或雾天。介质相对于空气流具有上游侧和下游侧，并包括在疏水性非织造纤维网的下游并与所述疏水性非织造纤维网流体接触的纳米纤维网层。疏水性非织造纤维网可具有本领域技术人员已知的任何非织造构造，并且具体地讲可为熔喷纤维网或纺粘纤维网。在本发明的一个优选的实施方案中，纳米纤维网的主要目的是过滤颗粒。在该实施方案中，纳米纤维网的功能是不聚集水雾，并且在介质暴露于充满薄雾的空气30分钟之后纳米纤维网仍保持至少部分地干燥。在该方法的另一个实施方案中，在暴露于空气物流中的水雾的情况下，跨越介质的压降在暴露于水雾3分钟后增大不超过10倍。疏水性纤维网可与纳米纤维网实际接触，或者可将为疏水性或亲水性的第二纤维网置于疏水性纤维网与纳米纤维网之间。如果疏水性纤维网或第二纤维网与纳米纤维网接触，则可将其表面的至少一部分与纳米纤维网粘结。疏水性纤维网或第二纤维网还可被点粘结到纳米纤维网，即纳米纤维网与疏水性纤维网或第二纤维网之间以纤维网平面上的离散点的形式粘结。通过实施例可以很好地理解测量过滤介质的过滤性质的实验条件。然而，除非本文另外指明，过滤数据都取自以下测试在具有直径为11. 3cm的圆形开口的平板介质上连续加载O. 5小时的氯化钠气溶胶，其中气溶胶质量平均直径为O. 26微米，空气流量为40升/分钟(对应6. 67cm/s面速率)，气溶胶浓度为16mg/m3。在测试开始时测量过滤效率和初始压降，在测试结束时测量最终压降。通过用最终压降减去初始压降计算压降增长。因此本发明方法中所用的过滤介质包含至少两个非织造层，其中一个为纳米纤维网，第二上游疏水性非织造层与纳米纤维网流体接触。在本发明的一个实施方案中，疏水性纤维网层的平均流孔径与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约I至约10之间，优选地介于约I至约8之间，更优选地介于约I与约6之间。本发明的疏水性纤维网(无论是熔喷、纺粘还是任何其它纤维网)和纳米纤维网彼此流体接触，并且还可彼此直接接触。也可用某种粘结方式将它们彼此粘结。本发明上下文中的“粘结方式”是指实现将两个纤维网层合为复合结构的方式。适于本发明上下文的方法通过但不限于下述方法例证超声波粘结、点粘结、真空层合和粘合层压。本领域的技术人员熟悉各种类型的粘结，并且能够采用任何合适的粘结方式用于本发明。超声波粘结通常需要执行一个过程，例如，通过将材料穿过超声装置和砧辊之间，例如美国专利4，374，888和5，591,278中所述，该专利全文据此以引用方式并入本文中。在超声波粘结的示例性方法中，将要连接在一起的不同层同时送入超声装置的粘结辊隙。、多种此类装置可商购获得。一般来讲，这些装置在层内的粘结部位处产生可熔融热塑性组分并将它们接合在一起的高频率振动能量。因此，诱导能源的量、组合组分经过辊隙的速度、辊隙的间隙以及粘结部位的数量决定各个层之间的粘结程度。可获得极高的频率，超过18，OOOHz的频率通常称为超声，取决于不同层之间所需的粘合和对材料的选择，低至5，OOOHz或者甚至更低的频率可制备合格的产品。点粘结通常是指在多个离散点处将一种或多种材料粘结在一起。例如，热点粘结通常涉及使一个或多个要粘结的层从加热的辊(例如刻花辊和光滑的压延辊)之间穿过。刻花辊上具有以某种方式形成的图案，以使得整个织物的整个表面不会都被粘结，而压延辊通常是光滑的。因此，出于功能性以及美观的原因，开发了用于刻花辊的多种图案。粘合层压通常是指使用涂覆到纤维网以实现两 个纤维网之间的粘结的一种或多种粘合剂的任何方法。可通过例如辊涂布、喷雾或经纤维施加的方法将粘合剂涂覆到纤维网。合适的粘合剂的实例提供于美国专利6，491，776中，其公开内容的全文以引用方式并入本文中。在另一个实施方案中，疏水层与纳米纤维网层的平均流孔径比率优选地与给定粒度的介质的所需总体效率相关，其中可采用纳米纤维网的孔径来控制给定粒度。例如，在介质的另一个实施方案中，当全部介质具有大于约60%的效率时，疏水性纤维网层的平均流孔径与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约I至约3之间。当介质具有大于约70%的效率时，疏水性纤维网层的平均流孔径与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约2至约4之间。当介质具有大于约80%的效率时，疏水性纤维网层的平均流孔径与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约4至约6之间。也可用疏水性纤维网层的孔径来限定本发明方法中使用的介质。例如，在一个实施方案中，过滤介质可包含数均纤维直径小于I微米的纳米纤维网以及与纳米纤维网成面对面关系的上游熔喷纤维网层，其中熔喷纤维网层的平均流孔径介于约12至约40微米之间，优选地介于约15至约25微米之间，更优选地介于约18至约22微米之间。本发明方法中使用的介质还可包含数均纤维直径小于I微米的纳米纤维网以及与纳米纤维网成面对面关系的上游熔喷纤维网层，其中当介质在被给定粒度的颗粒冲击时具有介于50%与99. 97%之间的效率时，熔喷纤维网层的平均流孔径与给定粒度的比率介于约50和约154之间。在另一个实施方案中，当介质在被给定粒度的颗粒冲击时具有介于50%与99. 97%之间的效率时，熔喷纤维网层的平均流孔径与给定粒度的比率介于约57和约96之间。在另一个实施方案中，当介质在被给定粒度的颗粒冲击时具有介于50%与99. 97%之间的效率时，熔喷纤维网层的平均流孔径与给定粒度的比率介于约69和约85之间。在上文所述的任何一个实施方案中或本文所附的权利要求中，本发明方法中使用的介质还显示在暴露于空气物流中的颗粒时效率的变化很小。例如，当在测试中过滤粒度为O. 26微米的颗粒O. 5小时时，过滤介质会表现出效率下降不到5%，测试时在具有直径为11. 3cm的圆形开口的平板介质上加载氯化钠气溶胶，其中气溶胶的质量平均直径为O. 26微米，空气流量为40升/分钟(对应6. 67cm/s的面速率)，以及气溶胶浓度为16mg/m3。本发明方法中使用的介质在其任何实施方案中还表现出在暴露于空气物流中的颗粒时具有低压降。例如，当在测试中过滤粒度为O. 26微米的颗粒O. 5小时时，过滤介质会表现出压降增大值小于200Pa，测试时在具有直径为11. 3cm的圆形开口的平板介质上加载氯化钠气溶胶，其中气溶胶的质量平均直径为O. 26微米，空气流量为40升/分钟(对应6. 67cm/s的面速率)，以及气溶胶浓度为16mg/m3。在本发明的一个实施方案中，疏水性纤维网层的基重可大于约lOgsm，优选地为15gsm,并更优选地为20gsm或30gsm。疏水层的效率可大于约50%,优选地大于约55%,更优选地大于约60%。疏水层可包含熔喷聚合物纤维网。 纳米纤维网可包括通过选自电吹法、静电纺丝法、离心纺丝法和熔喷法的方法制造的非织造纤维网。纳米纤维网可具有大于约2克/平方米(gsm)的基重，优选地大于约3gsm，更优选地大于约5gsm。所述介质还可包括与纳米纤维网或上游层接触的稀松布支撑层。本发明方法中使用的介质还可具有抵抗渗透性下降的性能，当介质承载粉尘并暴露于湿气形式的水分时会发生渗透性下降的情况。例如，当加载质量平均直径为O. 26微米的氯化钠气溶胶，使终阻力介于150与300Pa之间时，本发明介质在暴露于25°C下相对湿度为98%的空气8小时后表现出小于约25%的渗透性损失。本发明还涉及过滤包括空气在内的气体的方法，所述方法包括使空气通过符合上文所公开的描述中的任一项的介质。初生纳米纤维网可主要包含或仅包含纳米纤维，纳米纤维可有利地通过静电纺丝法例如传统的静电纺丝法或电吹法以及在某些情况下通过熔喷法或其它此类合适的方法来制备。传统的静电纺丝法是在全文并入本文中的美国专利4，127，706中所述的技术，其中向聚合物溶液施加高电压以生成纳米纤维和非织造垫。然而，静电纺丝方法中的总生产能力太低，因此无法商业化生产基重较重的纤维网。“电吹”法公开于世界专利公布WO 03/080905中，其全文以引用方式并入本文。将包含聚合物和溶剂的聚合物溶液流从储罐送至喷丝头内的一系列纺丝喷嘴中，向喷丝头施加高电压并且聚合物溶液经喷丝头排出。同时，任选地加热的压缩空气由空气喷嘴排出，该空气喷嘴设置在纺丝喷嘴的侧面或周边。通常向下引导空气以形成吹气物流，吹气物流包裹住新排出的聚合物溶液并使其向前，并且有助于形成纤维网，所述纤维网被收集在真空室上方的接地多孔收集带上。电吹法使得可在相对短的时间周期内形成基重超过约lgsm，甚至高达约40gsm或更高的商用尺寸和数量的纳米纤维网。还可通过离心纺丝方法来制备本发明的纳米纤维网。离心纺丝是包括以下步骤的纤维形成方法将具有至少一种溶解于至少一种溶剂中的聚合物的纺丝溶液装入具有旋转锥形喷嘴的旋转喷涂器中，其中喷嘴具有凹的内表面和向前的表面释放边缘；使纺丝溶液从旋转喷涂器中沿凹的内表面流出，以便使所述纺丝溶液朝喷嘴释放边缘的向前表面散布；以及用纺丝溶液形成单独的纤维物流，同时使溶剂蒸发，以便在存在或不存在电场的情况下形成聚合物纤维。成型流体可在喷嘴周围流动以引导纺丝溶液离开旋转喷射器。可将这些纤维收集在收集器上以形成纤维网。还可用熔融工艺(例如熔喷)来制备用于本发明方法中所用介质的纳米纤维网。例如，纳米纤维可包括由聚合物熔体制成的纤维。用于由聚合物熔体生产纳米纤维的方法描述于例如以下专利中授予 University of Akron 的 U. S. 6，520，425、U. S. 6，695，992、和U. S. 6，382，526 ;授予 Torobin 等人的 U. S. 6，183，670、U. S. 6，315，806 和 U. S. 4，536，361 ；以及美国专利公布2006/0084340。可将基底或稀松布布置在收集器上以便收集和混合在基底上纺成的纳米纤维网，使得可将混合的纤维网用作高性能过滤器、擦拭物等。基底的实例可包括多种非织造布，例如熔喷非织造布、针刺或水刺非织造布、织造布、针织布、纸材等，对其使用并无限制，只要能将纳米纤维层添加到基底上即可。非织造布可包含纺粘纤维、干法成网或湿法成网纤维、纤维素纤维、熔喷纤维、玻璃纤维或它们的共混物。对可用于形成本发明的纳米纤维网的聚合物材料没有具体限制，其包括加聚物和缩聚物材料，例如聚缩醛、聚酰胺、聚酯、聚烯烃、纤维素醚和酯、聚硫化亚烃、聚亚芳基氧化物、聚砜、改性的聚砜聚合物，以及它们的混合物。这些种类中优选的材料包括交联和非交联形式的、不同水解程度(87%至99. 5%)的聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯(和其它丙烯酸类树脂)、聚苯乙烯，以及它们的共聚物(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。优选的加聚物趋于是玻璃状的0；大于室温)。聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚合物的组合物或合金或低结晶度的聚偏氟乙烯和聚乙烯醇材料便是如此。一类优选的聚酰胺缩聚物为尼龙材料，例如尼龙-6、尼龙_6，6、尼龙6，6-6，10等。当通过熔喷法形成本发明的聚合物纳米纤维网时，可使用能够熔喷形成纳米纤维的任何热塑性聚合物，包括聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯；以及聚酰胺，例如上述尼龙聚合物。可能有利的是，向上述多种聚合物中加入本领域已知的增塑剂以降低纤维聚合物的Tg。适合的增塑剂取决于将被静电纺丝或电吹的聚合物，并且取决于纳米纤维网具体的最终应用。例如，尼龙聚合物可用水或甚至用静电纺丝或电吹工艺中的残余溶剂来增塑。可用于降低聚合物Tg的本领域已知的其它增塑剂包括但不限于脂族二元醇类、芳族磺胺类、邻苯二甲酸酯类。邻苯二甲酸酯类包括但不限于选自下列的那些邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二己酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸双十一酯、邻苯二甲酸双十二酯，以及邻苯二甲酸二苯酯等。“Handbook ofPlasticizers”(George Wypych 编辑，2004 Chemtec Publishing)公开了可用于本发明的其它聚合物/增塑剂组合，该文献以引用方式并入本文。
实施例细小颗粒平板承载测试ASHRAE粉尘和ISO细尘通常用作过滤器以及过滤介质容尘量测试中的测试气溶胶。然而，这两种粉尘的粒度(大于15微米的质量平均粒径)并不反映高效空气过滤器在现场应用中处理的粉尘粒度，尤其是当预过滤器用于去除较大颗粒时。我们在具有预过滤器的空气处理系统中进行的现场测量表明，大于3微米的颗粒很少，粒度范围介于0. 3至10微米之间，按质量计约60%的颗粒的粒度范围介于0. 3至0. 5微米之间。因此，使用ASHRAE和ISO细小测试气溶胶的现有容尘测试不能准确预测过滤介质在现实生活情况下的容尘量。为了解决该问题，开发了细小颗粒粉尘承载测试，其使用质量平均直径为0. 26微米的测试气溶胶。
使用圆形开口直径为11. 3cm(面积=IOOcm2)的自动过滤器测试仪(TSI型号No. 8130)在平板介质上进行细小颗粒粉尘承载测试。使用2重量％氯化钠水溶液生成质量平均直径O. 26微米的细小气溶胶，将其用在承载测试中。空气流量为40升/分钟，对应于6. 67cm/s的面速率。根据设备制造商的规定,气溶胶浓度为约16mg/m3。在测试开始时测量过滤效率和初始压降，在测试结束时测量最终压降。通过用最终压降减去初始压降来计算压降增长。纤维尺寸测量在5，000倍放大率下拍摄各纳米纤维层样本的十张扫描电镜(SEM)图像。由照片测量十一(11)个清晰可辨的纳米纤维的直径并进行记录。不包括瑕疵(即，纳米纤维的凸 块、聚合物球、纳米纤维的交叉处)。计算每个样本的平均纤维直径。对于熔喷层样品而言，拍摄五张SEM图像。测量每张照片上至少10根熔喷纤维的直径并记录。计算每个样本的平均纤维直径。诱气率过滤介质空气流渗透性通常使用弗雷泽测量法(ASTM D737)来测量。在此测量法中，向适当夹住的介质样品施加124. 5N/m2(0. 5英寸水柱)的压力差，对所产生的空气流量进行测量，并称之为弗雷泽透气率或更简单地称为“弗雷泽”(Frazier)。在本文中，以ft3/min/ft2为单位报告弗雷泽透气率。高弗雷泽对应于高空气流渗透性而低弗雷泽对应于低空气流渗透性。湿度测试湿度测试的目的是研究相对湿度对承载灰尘或气溶胶的过滤介质的影响。在平板介质样品上加载细小NaCl气溶胶(如上所述)，使终阻力介于150至300Pa之间。将样品置于25°C、不同相对湿度的条件下调节至少8小时。从调节室取出样品后立即测量样品的透气率并记录。过滤效率测量使用圆形开口直径为11. 3cm(面积=100cm2)的自动过滤器测试仪(TSI型号No. 3160)在平板介质上进行过滤效率测量。使用2重量％氯化钠水溶液生成质量平均直径O. 26微米的细小气溶胶。空气流量为32升/分钟，其对应于5. 53cm/s的面速率。测试开始时测量过滤效率和初始压降并记录。平均流孔测量平均流孔(MFP)径根据ASTM 命名 E 1294-89,“Standard Test Method for PoreSize Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter，，进行测量，其通过利用ASTM命名F 316中的自动泡点法使用毛细流动孔隙率计(型号CFP-34RTF8A-3-6-L4, Porous Materials, Inc. (PMI)，Ithaca, NY)大致测量具有 0.05 μ m至300 μ m的孔径直径的膜的孔径特性。各个样本(8、20或30mm直径)用低表面张力流体(1，1，2，3，3，3-六氟丙烯，或“6&1 ^”，具有16达因/厘米的表面张力)润湿。将每个样本置于夹持器中，然后施加空气压差并将流体从样本上移除。润湿流量等于干燥流量(无润湿溶剂下的流量)的二分之一处的压差用于利用提供的软件来计算平均流孔径。泡点是指最大的孔径。水分测试步骤
水分测试器为包含气室的设备，其中气室用于测试模拟雨滴或水雾的水对过滤介质的影响。将介质样品固定到气室的前外平面上。然后，在水喷嘴周围产生空气流并且使空气流朝向气室内的介质。用压力计测量气室内部与外部之间的压差。记录该值并打开水喷嘴。使水停留6分钟以合适的时间间隔来测量压差，直到介质干燥。为了进行测试，可制备IScmX 18cm的介质样品。用夹具将样品固定并密封到气室的外部，使其垂直于喷嘴水流。空气流量为63升/分钟，其对应于6. 67cm/s的面速率，该面速率与ASHRAE 52. 2测试规程指定的面速率相同，并取得初始压力测量值。将水打开6分钟并用3个水喷雾嘴产生细小水雾。将介质暴露于水雾。水流量设置为70mL/min。每30秒记录一次压力测量值，直到介质干透或压力保持恒定。纤维网制各 对于这些实施例，按WO 03/080905中所述，通过电吹法将24%的聚酰胺_6，6甲酸溶液纺成丝状以形成纳米纤维网。数均纤维直径为大约350nm。对于实施例I和2，纺粘非织造纤维网分别由聚丙烯(基重为68克/平方米(gsm)的Xavan ,由DuPont制造)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(基重为70gsm, F5070型，由Kolon Co. in Korea制造)制备获得。熔喷纤维网为23gsm的细纤维网，由DelStarCo. (Middletown, Delaware)制造。纺粘+熔喷+纳米纤维(即SMN)层合体通过层合到30gsm的纺粘聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)稀松布上构造而成，为C3030型，由KolonCo. (Korea)制造。实施例3为MSN结构，其中M(20gsm的溶喷纤维网，由DelStar Co. (Middletown,Delaware)制造)和 S (70gsm 的纺粘 PET 纤维网，F5070 型，由 Kolon Co. (Korea)制造)或实施例2是颠倒的。表3示出了实施例2和3的压力增大情况比较。结果表I示出了用TSI 3160测得的实施例1_3的压降和过滤效率。表2和3示出了水分测试中的压力增大情况。激1
实施例初始效率初始压力 __(%)__( mm 水柱)_I~65.9~1.0
2 ~ 68.1 — 1.1 368.11.1轰I暴露于水雾后的压力增大
权利要求
1.用于从空气中过滤颗粒的方法，所述方法包括以下步骤 提供充满水雾并包含要过滤的颗粒的空气流， 使所述空气流通过过滤介质， 所述介质相对于所述空气流具有上游侧和下游侧并包括在疏水性非织造纤维网的下游且与所述疏水性非织造纤维网流体接触的纳米纤维网层。
2.权利要求I的方法，其中在暴露于空气物流中的水雾的情况下，跨越所述介质的压降在暴露于所述水雾3分钟后增大不超过10倍。
3.权利要求I的方法，其中第二纤维网被放置在所述纳米纤维网与所述疏水性纤维网之间并且与它们两者流体接触。
4.权利要求I的方法，其中所述疏水性纤维网与所述纳米纤维网实际接触。
5.权利要求4的方法，其中所述疏水性纤维网的表面的至少一部分与所述纳米纤维网粘结。
6.权利要求5的方法，其中所述疏水性纤维网被点粘结到所述纳米纤维网。
7.权利要求I的方法，其中所述疏水性纤维网包括在所述纳米纤维网的上游并与所述纳米纤维网流体接触的纺粘非织造纤维网。
8.权利要求7的方法，其中所述纺粘非织造纤维网与所述纳米纤维网实际接触。
9.权利要求8的方法，其中所述纺粘非织造纤维网被粘结到所述纳米纤维网。
10.权利要求8的方法，其中所述纺粘非织造纤维网被点粘结到所述纳米纤维网。
11.权利要求7的方法，其中所述纺粘纤维网包括单组分纤维或双组分纤维，其中一种组分包含聚烯烃。
12.权利要求I的方法，其中所述非织造纤维网包括在所述纳米纤维网的上游并与所述纳米纤维网流体接触的熔喷非织造纤维网。
13.权利要求12的方法，其中所述熔喷非织造纤维网与所述纳米纤维网实际接触。
14.权利要求13的方法，其中所述熔喷非织造纤维网被粘结到所述纳米纤维网。
15.权利要求13的方法，其中所述熔喷非织造纤维网被点粘结到所述纳米纤维网。
全文摘要
本发明公开了用于从充满水雾的空气中过滤颗粒的方法，所述方法涉及使所述空气通过介质，所述介质具有与疏水性非织造纤维网流体接触的纳米纤维网层。所述疏水性纤维网可由固有疏水材料制成，或者可被涂覆有疏水性涂层。所述介质不会发生通常与过滤水雾相关的大压降并且还可充分保持其效率。
文档编号B01D39/16GK102630182SQ201080052009
公开日2012年8月8日 申请日期2010年9月10日 优先权日2009年9月16日
发明者C-H·基, D·C·琼斯, H·S·林, L·张 申请人:纳幕尔杜邦公司