[发明专利]用于高湿度环境的过滤介质

说明书

发明领域

本发明涉及过滤领域。具体地讲，本发明涉及用于过滤空气流和其他气体流的改进的方法和材料。

发明背景

流体流诸如空气流和气体流常常会在其中承载颗粒物质。需要从流体流中除去一些或全部的颗粒物质。例如，进入机动车辆舱室的进气流，计算机磁盘驱动器中的空气，HVAC空气，使用滤袋、阻挡织物、织造材料的洁净室通风和应用，进入机动车辆发动机的空气，或进入发电设备的空气；被引导到气体涡轮中的气体流；以及进入各种燃烧炉的空气流，均常常在其中包括颗粒物质。在舱室空气过滤器的情形中，为了使乘客感到舒适和/或为了美观的目的，希望除去所述颗粒物质。对于进入发动机、气体涡轮和燃烧炉的空气进流和气体进流，希望除去颗粒物质，因为颗粒可能对所涉及的各种机构的内部运作造成基本的损害。在其他情况下，源自工业过程或发动机的生产用气体或废气也可在其中包含颗粒物质。在此类气体可或应当通过各种下游设备被排放到大气中之前，期望从那些气流中基本上除去颗粒物质。

由于预想到由聚合材料制成的过滤介质具有更高要求的应用，需要显著地改进材料以耐受环境温度以上的苛刻温度，并且尤其是高湿度或有液态水存在的情况。聚合材料在热和/或湿气的存在下可降解或经历形态学改变，并且过滤效率或压降可能受到影响。如果压降在湿气的存在下升高，则会降低过滤器的使用寿命或会提升驱动空气或气体穿过过滤器所花费的成本。

因此，过滤器元件在成形之后的一个重要参数是其对热、湿度或它们两者的影响的阻抗。关于所需求的能够管理湿气的过滤器的一个特定实例为气体涡轮进气过滤器，其中涡轮在靠近沿岸区或在雨或雾条件下运行。湿气可被夹带在过滤元件中而导致压降增加，这会降低涡轮的功率输出。过滤介质不受湿气影响的能力对于涡轮的操作者来讲是很有价值的，并且其允许涡轮产生功率而不会因吸入阻力的增加而产生任何损失。

本发明解决了对聚合材料、微纤维和纳米纤维材料以及过滤结构的需求，它们提供在更高温度和更高湿度下过滤气流的改善的特性。具体地讲，本发明涉及过滤结构，它们在存在湿度的情况下不表现出压力波动。

发明概述

本发明涉及纳米纤维，所述纳米纤维包括至少一种湿气敏感的聚合物和氢键材料的基本上球形的纳米颗粒，所述氢键材料被混入纤维的主体之中，其中所述材料以相当于大于聚合物重量的2％的量存在，并且纳米纤维具有沿其长度测量的小于一微米的平均纤维直径。

本发明还涉及过滤介质，所述过滤介质包括纳米纤维网，所述纳米纤维网包括数均纤维直径为一微米或更小的湿气敏感的聚合物纳米纤维，所述纤维中混入了氢键材料的基本上球形的纳米颗粒，其中氢键材料以相当于大于聚合物重量的2％的量存在，并且纳米纤维具有沿其长度测量的小于一微米的平均纤维直径。

本发明还涉及用于过滤空气的方法，所述方法包括使空气穿过介质的步骤，所述介质包括如上所述的纳米纤维网，所述纳米纤维网包括数均纤维直径为一微米或更小的湿气敏感的聚合物纤维，并且包括氢键材料的纳米颗粒，其中所述材料以相当于大于聚合物重量的2％的量存在，并且纳米纤维具有沿其长度测量的小于一微米的平均纤维直径。在该方法的一个实施方案中，纳米颗粒为基本上球形的。

发明详述

本发明涉及纳米纤维，所述纳米纤维包括至少一种湿气敏感的聚合物和氢键材料的基本上球形的纳米颗粒，所述氢键材料被混入纤维的主体之中，其中所述材料以相当于大于聚合物重量的2％的量存在，并且纳米纤维具有沿其长度测量的小于一微米的平均纤维直径。优选地，纳米颗粒为基本上球形的。

所述湿气敏感的聚合物没有特别的限制，但可选自聚缩醛、聚酰胺、聚酯、纤维素醚和酯、聚硫化亚烃、聚亚芳基氧、聚砜、改性的聚砜聚合物以及它们的混合物。此外，还有聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(和其他丙烯酸类树脂)、各种水解度(87％至99.5％)的交联和非交联形式的聚乙烯醇。

所述氢键材料也没有特别的限制，但可选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆和有机聚合物。

氢键材料也可以相当于大于聚合物重量的2.5％，优选地大于聚合物重量的3％，甚至大于聚合物重量的4％或5％的量存在。