[发明专利]过滤介质

说明书

技术领域

本发明涉及纤维过滤介质，特别是非织造或织造过滤介质，所述过滤介质特别是能够重复使用，或者旨在长期使用或用于特定环境，如静电过滤中；本发明还涉及用于处理这些过滤介质从而提高其性能(特别是其过滤效率和抗结块性能方面)的方法。

背景技术

从液体或气体中过滤固体广泛应用在许多领域中，包括生物科学、工业处理、实验室检测、食品饮料、电子和水处理等领域。可使用多种材料(包括多孔膜或其他种类的介质)进行此类处理。

膜式过滤器为用来进行这些种类的操作的多孔或微孔薄膜。通过多种方法(包括旋涂、浸涂和刮板涂布等涂膜法)制备膜式过滤器。

不过，在某些情况下，特别是用于从空气中除去例如灰尘颗粒时，使用了其他类型材料，特别是纤维材料。空气中的灰尘颗粒，特别是不溶于体液的那些颗粒，是重要的健康危害，并可引发或加剧呼吸道疾病。因此，通常在例如空调系统中，特别是在用于治疗患有呼吸道疾病的患者的呼吸器中，将它们除去。

纤维过滤介质可以是常规织造材料，其孔径取决于所述材料的经线和纬线的相对排列。但是，在许多情况中使用了非织造材料。这些材料可以如下构建：例如，使用常规清梳工序提供相对无规排列的纤维的层或片材，然后使用所需尺寸的钩针或尖端进行搭接和机械接合。所述针穿过集结纤维的动作具有使其结合在一起的作用，并同时在织物中生成具有预定尺寸分布的孔结构。

这些介质通常为聚合物材料，特别是强力聚合物材料，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、二乙酸纤维素酯、改性丙烯酸类和丙烯酸类，但是其也可以包含如毛、棉或丝等天然纤维或树脂。这些材料是具有多种应用的强力且可靠的过滤介质。

不过，这些材料需要定期清洁以保证材料不会被灰尘堵塞。可以使用诸如鼓风等技术进行清洁。但是，如果介质上形成了颗粒的固体团块或结块则可能出现问题。这些结块可能附着至在常规鼓风过程中不能完全或容易地将其除去的程度。

迄今为止，通过采用液体化学处理来解决此问题，特别是采用碳氟化合物化学处理。但是，能够达到的效果是有限的。

另外，这些纤维介质的一部分在静电过滤领域中具有特定应用。使用静电过滤介质在颗粒呼吸器中很常见。驻极体具有半永久性电场(正如同磁体具有永磁场)，而且与纯机械式过滤器的过滤效率相比，驻极体纤维上的静电荷提高了过滤效率。

与具有类似性能的机械过滤介质相比，另外的一个优点是静电介质的大孔径。因此，可以使采用静电过滤介质的过滤装置比采用机械过滤介质的等同物在重量上更轻，且更为小型化。

在这些过滤器的构造中使用的纤维必须能够保持电荷(摩擦带电)，为某些聚合物，如聚丙烯、二乙酸纤维素酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙、聚氯乙烯、改性丙烯酸类和丙烯酸类，以及棉、丝或毛(可经氯化处理，或以其他方式处理过，例如通过涂覆尼龙，这可能是适当的)。

特别是，带正电纤维和带负电纤维的混合物形成了静电过滤器的良好的主要成分。合适的混合物实例由Smith等在Journal of Electrostatics，21，(1988)81-98中描述过，将所述文献的内容以引用方式纳入本文中。

不过，与机械过滤器相比，静电过滤介质的效率可能因接触某些气溶胶而降低大得多的程度。这种过滤效率的潜在降低是一个问题，特别是在性能保持非常关键的情况中，如在呼吸器等情况中。

已提出了多种机理来解释这种现象。例如，据认为，纤维上电荷被所捕获的气溶胶颗粒的相反电荷中和可能是一个因素。另一种看法是，捕获的颗粒的层可能屏蔽了带电纤维。在液体气溶胶的情况下，可能的是，通过纤维上的液体薄膜发生了离子传导，这造成了驻极体的放电。最后，还有种可能，取决于纤维和气溶胶的性质，气溶胶使驻极体本身因化学反应或溶解而改性。

等离子体沉积技术已经相当广泛地用于在各种表面，特别是织物表面上沉积聚合物涂层。该技术被认为是清洁的干式技术，相比于传统的湿式化学法其产生的废物很少。使用该方法，由被施加电场的有机分子产生等离子体。当在基体的存在下进行时，等离子体中化合物的自由基在所述基体上聚合。传统的聚合物合成倾向于产生包含与单体物种极为相似的重复单元的结构，而使用等离子体生成的聚合物网络可以极为复杂。所得涂层的性质可取决于基体的性质以及所用单体的性质和沉积的条件。

使用等离子体聚合法处理过滤膜来防止试剂驻留在表面上在WO2007/0813121中描述过。但是，那种情况中的膜通常为如纤维素或硝化纤维素等廉价材料，并且这些膜用于一次性使用，因而被认为是“实验室耗材”。