[发明专利]制备基于ζ电势的驻极体制品的方法

说明书

本发明涉及为聚合物驻极体制品充电的新方法。该方法涉及使用具有电导率和pH值的含水液体，其中根据制品的ζ电势选择电导率和pH值。

背景技术

已知驻极体制品(即显示具有至少准永久性电荷的电介质制品)显示出良好的过滤性质。这些制品已被制备成多种构造，但对于空气过滤目的来说，该制品通常采用非织造聚合物纤维网的形式。此类产品的例子为3M公司销售的FiltreteTM牌炉过滤器。另外，非织造聚合物驻极体过滤器已应用于个人呼吸保护装置，参见(例如)授予Berg的美国专利4,536,440、授予Dyrud等人的美国专利4,807,619、授予Kronzer等人的美国专利5,307,796、授予Braun等人的美国专利5,804,295和授予Rekow等人的美国专利6,216,693。

电荷增强了非织造网对穿过纤维网的流体中悬浮的粒子的捕集能力。非织造网通常包含含有介电(即不导电)聚合物的纤维。多年以来，已经开发出多种用于制备驻极体制品的技术。

与使聚合物箔带电相关的早期工作在P.W.Chudleigh所著Mechanismof Charge Transfer to a Polymer Surface by a Conducting Liquid Contact，21APPL.PHYS.LETT.，547-48(Dec.1，1972)(通过接触导电液体将电荷传输到聚合物表面的机制，《应用物理快报》第21卷第547-548页，1972年12月1日)和Charging of Polymer Foils Using Liquid Contacts，47 J.APPL.PHYS.，4475-83(October 1976)(利用液体接触使聚合物箔带电，《应用物理杂志》第47卷第4475-4483页，1976年10月)中有所描述。Chudleigh的方法涉及通过向箔施加电压而使聚氟乙烯聚合物箔带电。通过接触箔表面的导电液体施加电压。

用于制备具有纤维形式的聚合物驻极体的早期已知技术在授予Kubic和Davis的美国专利4,215,682中有所公开。在该方法中，纤维在离开模孔时被带电粒子轰击。纤维使用“熔喷”方法制备，其中在模孔附近高速喷出的气体流将挤出的聚合物材料抽出并冷却成硬化纤维。被轰击的熔喷纤维随机聚集在收集器上，形成驻极体纤维网。该专利提及，当以这种方式使熔喷纤维带电时，过滤效率会提高两倍或更多倍。

也已通过电晕充电制备驻极体纤维网。例如，授予Klaase等人的美国专利4,588,537示出了一种纤维网，该纤维网在设置为邻近基本上封闭的电介质箔的一个主表面的同时被连续送入电晕放电装置。电晕由连接到带相反电荷的薄钨丝的高压电源产生。赋予非织造网静电电荷的另一种高压技术在授予Nakao的美国专利4,592,815中有所描述。在该充电方法中，将纤维网与表面光滑的接地电极紧密接触。

驻极体纤维网也可由聚合物膜或箔制备，如授予van Turnhout的美国专利Re.30,782、Re.31,285和Re.32,171中所描述的那样。先使聚合物膜或箔带上静电，再将其原纤化为纤维，随后收集这些纤维，并加工成非织造纤维过滤器。

也已经使用机械方法使纤维带电。授予Brown的美国专利4,798,850描述了过滤材料，该过滤材料包含两种不同的卷曲合成聚合物纤维的混合物，其中聚合物纤维已被梳理成棉网，然后织成毡。该专利描述了在梳理过程中将纤维充分混合以使其带电的过程。授予Brown的专利中所公开的方法通常称为“摩擦带电”。

在不带电的高速气体或液体射流经过介电膜表面上方时也可以发生摩擦带电。在美国专利5,280,406中，Coufal等人公开了当不带电的流体射流撞击介电膜表面时表面会带电这一现象。

最近开发了使用水赋予非织造纤维网电荷的技术(参见授予Angadjivand等人的美国专利5,496,507)。加压的水射流或水滴流撞击到包含不导电微纤维的非织造网，以产生电荷。在水充电操作之前让纤维网经受空气电晕放电处理可进一步增强充电。所得电荷提供了过滤增强性质。有关用水制备驻极体制品的其他方法，还可参见授予Eitzman等人的美国专利6,824,718和6,406,657、授予Angadjivand等人的美国专利6,783,574、6,375,886和6,119,691，以及授予Insley等人的美国专利6,743,464。非水极性液体也已经用于制备驻极体纤维制品，参见授予Eitzman等人的美国专利6,454,986。