[发明专利]聚合物,聚合物微米纤维,聚合物纳米纤维和包括过滤器结构的用途

说明书

本发明专利申请是第200510116222.0号中国发明专利申请的分案申请，该申请是国际申请号为PCT/US 01/24948，国际申请日为2001年8月9日，进入中国国家阶段的申请号为01815165.5，发明名称为“聚合物，聚合物微米纤维，聚合物纳米纤维和包括过滤器结构的用途“的发明专利申请的分案申请。

本申请是于2001年8月9日以Donaldson股份有限公司的名义(该公司是美国公司及居民)提交的PCT国际专利申请，指定除美国以外的所有国家，并要求2000年9月5日提交的美国Serial No.60/230,138和2001年5月31日提交的美国SerialNo.09/871,590的优先权。

技术领域

本发明涉及制造具有提高了对热量、湿度、反应性物质和机械应力的环境稳定性的聚合物材料。这些材料可用来形成具有改善的稳定性和强度的细纤维，如微米纤维和纳米纤维。随着纤维尺寸的减小，材料的耐久性日益成为一个问题。这些细纤维可用于各种用途。在一个应用中，过滤器结构可使用该细纤维技术来制备。本发明涉及聚合物、聚合物组合物、纤维、过滤器、过滤器结构和过滤方法。本发明的应用特别涉及从流体流，例如空气流和液(例如非水和水)流中过滤颗粒。描述的技术涉及在过滤介质中具有一层或多层细纤维的结构。组合物及纤维的尺寸要结合其性能和耐久性来进行选择。

背景技术

本发明涉及具有改善的性能的聚合物组合物，它可用于各种用途，包括形成纤维、微米纤维、纳米纤维、纤维织物、纤维垫、可渗透的结构如薄膜、覆层或膜。本发明的聚合物材料是具有一定物理性质的组合物，它让呈各种物理形状及形式的聚合物材料，具有能耐受湿气、热量、气流、化学试剂和机械应力或冲击的变质作用。本发明还涉及用于过滤流体包括气态和液态物质的的过滤介质领域。过滤介质包括至少与机械稳定的过滤器结构中的基材结合的微米纤维或纳米纤维织物层。当流体如气体或液体通过过滤介质时，这些层一起提供了优良的过滤、高的颗粒捕集能力以及最小流量限制时的效率。基材可位于流体前面、后面或在内部层中。近年，使用过滤介质用于过滤，即从流体如气体或液体除去不需要的颗粒已引起各工业的注意。常规过滤方法是从流体包括空气流或其它气流或从液体流如水力流体、润滑油、燃料油、水流及其它流体中除去颗粒。这样的过滤方法对微米纤维和基材要求机械强度、化学和物理稳定性。过滤介质可处于宽范围的温度条件、湿度、机械振动和冲击，以及夹带在流体中的反应性或非反应性，磨损或非摩损性颗粒中。而且，过滤介质常要求过滤介质能处于逆压脉冲(流体的短暂逆流用以除去颗粒构成的表面覆层)中进行自净化的能力，或者其它能从过滤介质表面除去夹带颗粒的机理。这样的逆向净化可导致显著降低脉冲净化后的压力差。脉冲净化后颗粒捕集效率一般不会提高，然而，脉冲净化会降低压力差，节省过滤操作的能耗。这样的过滤器可从使用操作中除下，在水性或非水性净化组合物中进行净化。这样的介质一般通过抽出细纤维然后在多孔基材上形成微米纤维的交叉织物来制造。这样的材料然后制成需要的过滤器形式如筒式、平盘式、箱式、平板式、包式和袋式。这些结构中，介质可打褶，卷成卷，或置于支撑结构。

在制造非织造细纤维过滤介质中，已经使用了各种包括玻璃纤维、金属、陶瓷和许多种聚合物组合物的材料。为制造直径小的微米和纳米纤维，已经使用了各种技术。一种方法包括使呈熔融态或者处于随后进行蒸发的溶液中的材料经过细小的毛细管或者开孔。也可以通过使用常用于制造如尼龙的合成纤维的“喷丝嘴”来形成纤维。已知也可以使用静电抽丝技术。这种技术涉及使用皮下注射针、喷嘴、毛细管或者可移动发射器。这些结构可以提供聚合物液体溶液，然后可在高压静电场中将其吸引到一收集区域。由于这些材料从发射器中射出并在静电场中加速，通过蒸发溶剂可以形成纤维结构，并且纤维很细。

由于可以预想更多用于过滤介质的苛刻的应用，要求性能显著改进的材料能经受100～250°F，最高至300°F的高温、10～90％最高至100％RH的高湿度、气体和液体的高流速以及能经受过滤微米和亚微米颗粒(约0.01～10微米以上)、从流体中除去研磨和非研磨性以及活性和非活性颗粒的严格考验。

因此，确实需要高性能的聚合物材料、微米和纳米纤维材料和过滤结构，用来过滤高温、高湿度、高流速并具有所述微米和亚微米颗粒物质的流体。

发明概述