[发明专利]高度带电且电荷稳定的纳米纤维网

说明书

技术领域

本发明涉及空气过滤纤维网。

背景技术

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 TestingGeneral Ventilation Air Cleaning Devices for Removal Efficiencyby 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No.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No.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No.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No.4,536,361(Torobin)和5,993,943(Bodaghi等人)中有记载。

发明内容