[发明专利]用于过滤液体的过滤介质

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及包含一层或多层纳米纤维的过滤介质。该过滤介质特别适合于从液体中过滤污染物。

背景

液体过滤介质一般分为两种类型。一种类型是纤维无纺介质，包括但是不限于，从连续的纤维形成的纺粘的(spunbonded)、熔喷法(meltblown)或水刺(spunlaced)无纺介质，从梳过的(carded)短纤维形成的水缠(hydroentangled)无纺介质，和从上述技术的组合形成的介质。用于过滤液体的无纺介质具有大于1μm的孔径大小。第二类型的液体过滤介质是多孔薄膜，该薄膜可以无支持地使用或与支持层联合使用。过滤薄膜具有小于0.01μm的孔径大小，通常用于完成精过滤任务，例如，从溶液中过滤在约0.1μm到约10μm范围内的微粒的微滤，过滤在约50nm到约0.5μm范围内的微粒的超滤，和过滤在约到约1nm范围内的物质的反渗透。无纺介质和薄膜都适合用于微滤。

为了用无纺介质达到相当于小于1μm的孔径大小的颗粒保留，通过增加纤维状材料的层数制造了具有增加的深度的无纺介质。这理想地导致缺陷路线的曲率的增加，污染物颗粒必须通过该缺陷路线，以避免被介质捕获，从而导致介质的污染物保持能力的增加。增加在无纺介质中的纤维层的数量也非理想地增加了使用中通过介质的压降或差压，其意味着对于过滤器使用者而言需要增加能量，和过滤器寿命更短。另一方面，薄膜可以提供优良的颗粒保留、压降和通量的组合，但是通常价格昂贵，并且不提供在全部压降范围内的优良的污染物保持能力，因此限制了使用薄膜的过滤器的寿命。

美国专利公布号20040038014A公开了用于从空气或液体中过滤污染物的无纺过滤介质，该介质包含单一层或多层细纤维。该细纤维通过静电纺丝过程形成，该静电纺丝过程利用包括其间维持有高电压静电场的发射设备和栅极的装置。使在溶剂中的聚合物溶液输送到发射设备，静电场使一滴溶液由该发射设备向栅极加速，在栅极上溶剂蒸发，聚合物被拉伸成细纤维，并且在位于发射设备和栅极之间的收集基材上收集为干纤维。

合成的聚合物形成了非常小直径纤维的纤维网，也就是，大约几微米或小于1μm，可用各种方法，包括熔喷(melt blowing)、静电纺丝和电吹(electroblowing)。这些纤维网是有用的液体隔离材料和过滤器。它们经常与更强的片材结合以形成复合材料，该更强的片材提供强度以满足最终过滤器产品的需要。

理想的是具有适合于从液体中过滤污染物的无纺过滤介质，该介质提供改进的压降和流速的组合。认为这种介质将提供增加的过滤器寿命。

发明概述

在第一个实施方案中，本发明涉及一种过滤介质，该过滤介质包含至少一个聚合物纳米纤维的纳米纤维层，其中，该纳米纤维具有小于约1μm的平均纤维直径，该过滤介质具有在约0.5μm和约5.0μm之间的平均流动孔径大小、在约15vol％和约90vol％之间的厚实度(solidity)，水在10psi(69kPa)差压下通过该介质的流速大于约0.055L/min/cm²。

本发明的第二个实施方案涉及一种用于形成过滤介质的方法，该方法包含步骤：提供细纤维纺丝装置，该装置包括包含至少一个含有纺丝喷嘴的纺丝箱体的纺丝箱体、吹气注射管嘴和收集器，该纺丝箱体和该收集器在其间维持有高电压静电场；为纺丝喷嘴提供包含聚合物和溶剂的聚合物溶液；压缩性地从纺丝喷嘴排出聚合物溶液，用从所述气体注射管嘴排出的吹气吹所述溶液以形成纳米纤维的纤维网；在单一纺丝箱体之下的单程内的移动收集装置上，收集具有以干重计约2g/m²至约100g/m²基重的纤维网。

本发明的另一个实施方案涉及一种包含过滤介质的过滤器，该过滤介质具有至少一个聚合物纳米纤维的纳米纤维层，其中，该纳米纤维具有小于约1μm的平均纤维直径，该过滤介质具有在约0.5μm和约5μm之间的平均流动孔径大小、在约15vol％和约90vol％之间的厚实度，水在10psi(69kPa)差压下通过该介质的流速大于约0.055L/min/cm²。