BRPI0817217B1

BRPI0817217B1 - meio filtrante que compreende fibras finas e método para formar o mesmo

Info

Publication number: BRPI0817217B1
Application number: BRPI0817217-0A
Authority: BR
Inventors: Thomas B. Green; Scott L. King; Lei Li
Original assignee: Clarcor Inc.
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2021-02-09
Also published as: WO2009067365A3; MX2010005473A; WO2009067365A2; CA2705557C; JP5468548B2; JP2011504138A; KR101637612B1; US9101860B2; PT2222385T; EP2222385A2; BRPI0817217A2; AU2008326615B2; US20130313736A1; EP2222385B1; KR20100103529A; AU2008326615A1; ES2592433T3; CN101868290A; MY153492A; CA2705557A1

Abstract

MEIOS DE FILTRAÇÃO, FIBRAS FINAS ABAIXO DE 100 NANÔMETROS, E MÉTODOS É provida uma metodologia de produção de fibra fina por fiação eletrostática para geração de uma quantidade significativa de fibras com diâmetros menores que 100 nanômetros. Também, é provido um meio de filtro compósito compreendendo uma camada de substrato e uma camada de fibra fina obtida por fiação eletrostática com uma maior eficiência em relação à queda de pressão e/ou uma distribuição controlada de tamanho de poro. De acordo com algumas modalidades, náilon é obtido por fiação eletrostática a partir de uma combinação de solvente de ácidos fórmico e acético.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção diz respeito no geral a fibras finas poliméricas tais como as que podem ser produzidas por fiação eletrostática de fibras a partir de uma solução polimérica, métodos envolvendo as mesmas e/ou estruturas compósitas de meio filtrante inéditas incorporando fibras finas.

Antecedentes da Invenção

[002] A produção de fibras finas a partir de solução polimérica por meio de fiação eletrostática (também conhecida como "eletrofiação") por meio de um campo elétrico criado por um diferencial de tensão entre um eletrodo coletor e um eletrodo de fiação é conhecida. Por exemplo, como mostrado na patente U.S. no. 6.743.273, solução polimérica é bombeada para um eletrodo de fiação na forma de um emissor rotativo no qual a solução da bomba é bombeada de um reservatório e forçada através de furos no emissor. Na saída, o potencial eletrostático entre uma rede e o emissor confere uma carga que faz com que o líquido seja "tecido" como fibras finas delgadas onde elas são coletadas em um substrato como uma camada de eficiência. Durante este processo, o solvente é evaporado das fibras finas que reduz pelo estiramento o diâmetro da fibra durante seu vôo.

[003] Um outro exemplo de um dispositivo de fiação eletrostática está mostrado nos relatórios descritivos de patente Nos. US2006/0290031 e WO2006/131081. Os desenhos de eletrodo de fiação revelados nesses pedidos são na forma de um corpo tipo um tambor rotativo que pode ter diversas diferentes formas. O tambor é situado e banhado em um reservatório de solução polimérica e é rotacionado em torno de um eixo perpendicular em relação ao caminho de um meio de coleta. Girando-se o tambor através da solução de polímero, a superfície giratória do eletrodo carregado é revestida com a solução polimérica. Diversas variações de corpo tipo tambor estão mostradas através desses dois relatórios descritivos de patente incluindo a provisão de múltiplas pontas vivas para criar localizações de fiação discretas onde as fibras finas são geradas.

[004] Adicionalmente, com relação mais especificamente a fibras finas para meio filtrante, existe o relatório descritivo de patente U.S. No. 2007/0163217, cuja revelação na íntegra está por meio deste incorporada pela referência, já que este pedido compartilha um inventor comum ao presente pedido. O relatório descritivo '217 provê compósitos celulósicos/poliamidas de meio filtrante com ligação de solvente entre a camada de fibra fina e a camada de substrato. Na forma aí revelada, compósitos celulósicos/poliamidas foram produzidos bombeando e forçando a solução polimérica através de pequenos bicos para deposição em um material de substrato celulósico com solvente residual suficiente para prover ligação de solvente para impedir delaminação entre o substrato e a camada de fibra fina. Tal delaminação ou perda de parte da camada de fibra fina pode indesejavelmente mudar as características de filtração. De acordo com exemplos neste documento, fibras finas produzidas de uma poliamida foram produzidas em tamanhos de fibra de 120 nanômetros, 300 nanômetros e 700 nanômetros de acordo com metodologia explicada nele. O material compósito de meio filtrante de poliamida e celulósico revelado no relatório descritivo '217 disponibiliza certas características de filtração apresentadas por um histograma de distribuição de tamanho de poro mostrado nele. O presente pedido e invenção dizem respeito a desenvolvimentos e avanços na tecnologia de ponta.

Sumário da Invenção

[005] A presente invenção tem diversos aspectos que podem ser reivindicados e considerados patenteáveis individualmente ou em combinação, incluindo, mas sem limitações, o seguinte.

[006] Um primeiro aspecto da presente invenção está voltado para um meio filtrante compreendendo uma camada de substrato de meio permeável e uma camada de fibra fina suportada pela camada de substrato no qual a camada de fibra fina inclui uma quantidade significativa de fibras com um diâmetro menor que 100 nanômetros. Uma quantidade significativa de fibras com um diâmetro menor que 100 nanômetros pode ser quantificada de diferentes maneiras alternativas, tal como o percentil de fibras finas com um diâmetro menor que 100 nanômetros, diâmetro de fibra médios e/ou diâmetro de fibra intermediário.

[007] Preferivelmente, ligação de solvente é provida entre a camada de substrato e a camada de fibra fina para impedir delaminação da camada de fibra fina suficiente para uso em aplicações de filtração.

[008] Um outro aspecto da presente invenção está voltado para uma melhor propriedade de eficiência em parte por causa de uma camada de fibra fina. De acordo com este aspecto, um meio filtrante inclui uma camada de substrato de meio permeável e uma camada de fibra fina obtida por fiação eletrostática suportada pela camada de substrato no qual a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina sem ser as outras camadas tem uma eficiência de pelo menos 90 por cento para partículas de tamanho de 0,75-1,00 micron. Adicionalmente, isto é conseguido tendo ao mesmo tempo diferença menor que 15 por cento na queda de pressão quando se compara com a combinação da camada de fibra fina e da camada de substrato em relação à camada de substrato sozinha (e ainda mais preferivelmente muito menos).

[009] Também um outro aspecto da presente invenção diz respeito a uma distribuição de tamanho de poro mais controlada. Em particular, um meio filtrante com uma distribuição de tamanho de poro controlado pode compreender uma camada de substrato de meio permeável e uma camada de fibra fina obtida por fiação eletrostática suportada pela camada de substrato, cuja combinação, e além das outras camadas, caso haja, tem distribuição de tamanho de poro de pelo menos um 50 por cento acima de uma faixa de separação de 6 microns.

[0010] Um outro aspecto da presente invenção está voltado para um método de formar meio filtrante compreendendo dissolver um polímero em um solvente para formar uma solução de polímero; obter fibras finas por fiação eletrostática a partir da solução de polímero de um eletrodo; depositar as fibras finas sobre uma camada de substrato; e controlar parâmetros de fiação incluindo selecionar pelo menos um polímero e pelo menos um solvente para gerar uma quantidade significativa de fibras finas com um diâmetro menor que 100 nanômetros.

[0011] Um aspecto adicional é utilizar um agente de dissolução em combinação com um agente de controle de tensão superficial e/ou condutividade. Por exemplo, uma mistura de solventes pode ser utilizada para causar a formação de fibra mais fina tal como uma combinação de solvente de ácido acético e fórmico para um exemplo de náilon.

[0012] Outros aspectos, objetivos e vantagens da invenção ficarão mais aparentes a partir da descrição detalhada seguinte quando considerada em conjunto com os desenhos anexos.

Descrição Resumida dos Desenhos

[0013] Os desenhos anexos aqui incorporados e que formam parte da especificação ilustram diversos aspectos da presente invenção e, junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos:

[0014] A figura 1 é um vista elevacional lateral parcialmente esquemática de uma máquina de geração de fibra fina que pode ser usada para a produção de meio de filtração de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0015] A figura 2 é um vista plana parcialmente esquemática da máquina mostrada na figura 1;

[0016] A figura 3 mostra uma vista isométrica de uma pluralidade de bases de solução polimérica e eletrodos de eletrofiação e mecanismo de acionamento apropriado para acionar as mesmas de acordo com uma modalidade da presente invenção e que pode ser incorporado e usado na ilustração esquemática mostrada na figura 1;

[0017] A figura 4 é um vista ampliada de uma parte do aparelho mostrado na figura 3;

[0018] A figura 5 é uma vista isométrica ampliada e diferente de uma parte do aparelho mostrada na figura 3 para ilustrar melhor um exemplo de uma unidade de acionamento;

[0019] A figura 6 é uma vista lateral ampliada de uma das unidades individuais do aparelho mostrado na figura 3;

[0020] A figura 7 é um vista seccional transversal de uma das células ou unidades de eletrofiação mostradas na figura 3;

[0021] A figura 8 é uma ilustração demonstrativa em grande aproximação de uma parte do eletrodo de corrente sem-fim usado nas figuras supramencionadas para uso na explicação de como pelo menos duas localizações de fiação são tipicamente formadas a partir de um revestimento de solução polimérica em cada um dos segmentos de corrente individuais durante operação;

[0022] A figura 9 é uma ilustração em perspectiva de um aparelho de eletrofiação de correia em serpentina de acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção; e

[0023] A figura 10 é ainda uma outra modalidade alternativa da presente invenção envolvendo duas polias de roda de guia acionando uma correia sem-fim com uma localização de dispensação de uma única agulha para molhar a correia com solução de polímero durante operação.

[0024] A figura 11 é um histograma de distribuição de tamanho de poro para um exemplo da tecnologia anterior conhecido de um meio filtrante incluindo um compósito de fibra fina e substrato de meio filtrante de acordo com um produto comercialmente disponível pela Donaldson Company, Inc.;

[0025] A figura 12 é um histograma de distribuição de tamanho de poro para o meio filtrante substrato do meio usado para a figura 11 (em que a camada de fibra fina foi removida encharcando uma amostra em álcool isopropílico de acordo com International Standard EN-779) de maneira a ilustrar os efeitos do revestimento de fibra fina do exemplo da tecnologia anterior conhecido;

[0026] A figura 13 são dados gráficos da eficiência fracional que provê uma comparação entre os meios não revestidos e revestidos para as figuras 11 e 12 (o meio mais eficiente tendo uma camada de fibra fina);

[0027] A figura 14 é um histograma de distribuição de tamanho de poro para um substrato de meio filtrante que é usado como um substrato meio filtrante em um exemplo de uma modalidade da presente invenção (sem uma camada de fibra fina aderida nele);

[0028] A figura 15 é um histograma de distribuição de tamanho de poro de um meio filtrante compósito compreendendo o substrato de meio filtrante (usado na figura 14) com uma camada de fibra fina adicionada de acordo com um exemplo e modalidade da presente invenção;

[0029] A figura 16 são dados gráficos da eficiência fracional que provê comparação entre o meios revestidos de fibra fina não revestidos e revestidos usados para as figuras 14 e 15 (o meio mais eficiente tendo uma camada de fibra fina);

[0030] A figura 17 é uma ilustração gráfica mostrando a concentração de partículas de sujeira de teste ISO usado para um teste de eficiência fracional aqui;

[0031] A figura 18 é uma imagem de microscópio eletrônico de varredura feita com um aumento de 40.000 X da camada de fibra fina do exemplo de meio filtrante conhecido da Donaldson Company (por exemplo, o meio para o qual os resultados de teste estão mostradas para as figuras 11 e 13), com observações de medição sendo indicadas na imagem, com propósito de comparação com a invenção;

[0032] A figura 19 é uma imagem de microscópio eletrônico de varredura feita com ampliação de 40.000 X de um exemplo de camada de fibra fina produzida de acordo com uma modalidade da presente invenção (por exemplo, com resultados de teste mostrados na figuras 15 e 16), com observações de medição sendo indicadas na imagem.

[0033] Embora a invenção seja descrita com relação a certas modalidades preferidas, não é intenção ficar limitado a essas modalidades. Ao contrário, a intenção é cobrir todas alternativas, modificações e equivalentes incluídos no espírito e escopo da invenção definidos nas reivindicações anexas.

[0034] Descrição Detalhada da Invenção

[0035] Nesta revelação, o requerente inicialmente proverá uma revelação de equipamento de geração de fibra fina preferido para meio filtrante produção e então, de volta a novas fibras finas, meios de filtro e métodos que podem ser realizados desta maneira. Com propósitos de organização e facilidade de leitura, diferentes títulos de seções e subseções foram providos. A atenção será primeiro voltada para as modalidades do maquinário de produção de fibra fina que pode criar fibras finas e meios de filtro de acordo com modalidades da presente invenção.

[0036] EQUIPAMENTO DE PRODUÇÃO DE FIBRA FINA

[0037] Com propósitos de ilustração, é ilustrado um exemplo de equipamento de produção de fibra fina para criar fibras finas e meios de filtro de acordo com modalidades da invenção de forma esquemática parcial como uma máquina de produção de fibra fina 10 como parte de um sistema de produção de meio filtrante 12 nas figuras 1 e 2. O sistema de produção inclui um rolo mestre substituível 14 de substrato de meio de coleta de fibra fina mostrado na forma de um rolo de substrato de meio filtrante 14 que é arranjado sobre uma máquina de desbobinar 16. A folha de substrato contínua 18 é alimentada pelo rolo de substrato de meio filtrante 14 através da máquina de produção de fibra fina para coletar fibras finas e é rebobinada por uma máquina de rebobinamento 20 em um rolo de meio filtrante 22 tendo uma camada de substrato de meio filtrante 24 e uma camada de fibra fina de alta eficiência 26. Depois que o rolo de substrato principal 14 é esgotado, um novo rolo de substrato de meio filtrante pode ser substituído de acordo com a necessidade.

[0038] Como mostrado, a folha 18 de meio fica disposta ao longo de uma primeira direção 30 através da máquina de produção de fibra fina 10 no geral de uma região de entrada 32 até uma região de saída 34. Os lados 36 da folha de meio filtrante no geral ficam dispostos em paralelo com esta primeira direção 30 naturalmente.

[0039] A máquina de produção de fibra fina inclui um campo eletrostático que é gerado entre o primeiro e segundo eletrodos para incluir um ou mais eletrodos de fiação 40 pelos quais fibras finas são geradas, por um lado, e um eletrodo de coleta 42 no qual as fibras finas são estiradas pela força provida pelo campo eletrostático. Como mostrado, a folha do meio 18 tipicamente fica disposta entre o eletrodo de fiação 40 e o eletrodo de coleta 42 de maneira tal que as fibras finas normalmente não sejam depositadas no eletrodo de coleta 42 mas, em vez disso, depositadas na folha de meio filtrante 18. O eletrodo de coleta 42 é preferivelmente uma chapa perfurada condutora de área superficial substancial para maximizar localizações onde os fios são coletados. Muitos pequenos furos 46 são formados na chapa perfurada para facilitar sucção a vácuo de solvente evaporado através de um sistema de coifa de ventilação atuado com soprador 48 que evacua solvente evaporado para um local externo, tal como para o lado de fora de uma instalação. Como mostrado esquematicamente, o eletrodo de coleta 42 cobre pelo menos o largura de meio e com um comprimento de eletrodos de fiação 40, coletivamente, tal como o sistema de coifa de ventilação 48. A camada de substrato de meio filtrante fica disposta em contato e é suportada no eletrodo de coleta 42 sob pressão de sucção contra gravidade. Preferivelmente, este arranjo de suporte é liso e plano como ilustrado.

[0040] Para gerar o campo eletrostático, é provida uma fonte de alimentação de alta tensão e que é conectada em pelo menos um dos eletrodos 40, 42 para geração de um alto diferencial de tensão entre os eletrodos 40, 42 da ordem de grandeza entre 10.000 e 150.000 volts ou mais (e mais preferivelmente para a produção de fibras finas para meio filtrante entre 75.000 e 120.000 volts), embora outras faixas de tensão possam ser possíveis. Tipicamente, o eletrodo de coleta 42 simplesmente será aterrado, entretanto, a fonte de geração de tensão pode prover um potencial ao eletrodo de coleta sem ser aterrado, de maneira tal que o eletrodo de fiação não possa necessariamente estar em tal alto potencial de tensão em relação ao terra. De qualquer maneira, uma fonte de tensão é arranjada para gerar um diferencial de tensão entre o primeiro e segundo eletrodos suficiente para a geração da fiação de fibras finas a partir de solução polimérica através de um campo eletrostático.

[0041] Em uma modalidade, um aparelho inclui um único eletrodo de fiação 40. Por exemplo, o único eletrodo da figura 7 pode ser usado para formar sua própria máquina. Como mostrado nas outras figuras, múltiplos eletrodos de fiação 40 podem ser providos entre a região de entrada 32 e a região de saída. Um ou mais eletrodos de fiação podem ser montados como uma unidade em uma célula de produção de fibra fina individual 50. Por exemplo, múltiplas células de produção de fibra fina 50 podem ser arranjadas entre regiões de entrada e de saída, como mostrado nas figuras 1-3. Cada uma das células de produção de fibra fina 50 é acoplada na fonte de alimentação de alta tensão 44 por meio de uma fiação elétrica 52 e cada uma das células é submetida ao mesmo potencial de tensão elétrica e diferencial em relação ao eletrodo de coleta 42.

[0042] De volta com mais detalhes a uma célula de produção individual 50, com referência à figura 7, cada célula 50 inclui um recipiente de imersão 54 que pode ter a forma de uma estrutura de vaso tipo caixa com paredes de plástico. Cada uma das paredes 56 do recipiente de imersão 54 é construída de material isolante tal como plástico (mas um plástico ou outro material isolante que não é considerado solúvel para os solventes programados a ser empregados) de maneira a impedir descarga não intencional da tensão comunicada no recipiente 54 pela fonte de alimentação de alta tensão 46. O recipiente de imersão 54 contém uma solução polimérica 58, compreendendo um solvente adequado e um polímero adequado para eletrofiação de fibras finas.

[0043] Montado em uma das paredes de plástico 56 fica um terminal elétrico metálico 60 que estende-se através de uma das paredes 56 e que é conectado por uma fiação elétrica 52 na fonte de alimentação de alta tensão 44. O terminal 60 fica em comunicação com a solução polimérica 58 e assim carrega a solução para comunicação do potencial de tensão através dele ao longo do eletrodo de fiação 40.

[0044] Adicionalmente, para proporcionar reposição periódica da solução polimérica, um acoplamento fluídico tal como um acoplamento de engate rápido 62 que convencionalmente inclui uma válvula de retenção de uma única direção é montado em uma das paredes 56, e através dela, para permitir reposição periódica da solução polimérica através da adição de mais tal solução. Este pode ser conectado a um sistema de reposição de fluido que periodicamente repõe o recipiente com mais solução polimérica para incluir uma unidade de dosagem de fluido 64 e um reservatório 66. Válvulas de controle ou unidades de dosagem individuais (uma dedicada a cada célula) podem ser providas para controlar individualmente a solução em cada célula.

[0045] Como mostrado, o eletrodo de fiação 40 pode ter a forma de um fio e, como mostrado na modalidade, um fio sem fim na forma de uma corrente sem-fim 70. A corrente sem-fim 70 é preferivelmente feita de metal ou outro material condutor de maneira tal que ela seja facilmente condutora e fique em um circuito elétrico com a fonte de alimentação de alta tensão 44 em virtude de comunicação elétrica provida e através da solução polimérica 58. O corrente sem-fim 70 preferivelmente inclui uma pluralidade de segmentos discretos individuais 72 mais bem mostrados na figura 8. Cada um dos segmentos discretos é conectado e espaçado de um outro segmento adjacente por uma folga 74 e segmento espaçador 76. Nesta modalidade, os segmentos 72 são microesferas que formam uma corrente frisada na qual as microesferas individuais que têm forma de esferas no geral esféricas 78. Por exemplo, uma corrente de esferas metálicas de aço inoxidável pode prover o eletrodo de fiação.

[0046] A corrente sem-fim 70 é montada ao longo de um caminho sem fim 80 em torno de duas guias que podem ter a forma de rodas de guia móveis 82 que são espaçadas em extremidades opostas do recipiente de imersão 54. As rodas de guia 82 podem estruturas tipo roldana, como mostradas, e podem ser metal, plástico ou outro material adequado. As rodas de guia 82 são montadas para rotação em eixos isolantes 84 tais como eixos de material plástico de maneira a isolar o potencial de tensão dentro do recipiente de imersão 54. Os eixos 84 são rotacionáveis em relação às paredes 56 do recipiente de imersão 54. A corrente sem-fim 70 fica presa em torno das rodas de guia 82 de forma a incluir um caminho de giro linear 86 que fica exposto ao lado de fora da solução polimérica 58. O caminho de giro 86 fica voltado para o eletrodo de coleta 42, e fica mais próximo dele. A corrente sem-fim 70 também tem um caminho de retorno linear 88 que fica disposto através do recipiente de imersão 54 e da solução polimérica 58 com o propósito de gerar periodicamente os segmentos da corrente sem-fim, ou seja, mergulhando a corrente e passando-a através da solução polimérica. A qualquer momento, uma parte da corrente está sendo regenerada com solução e uma parte é exposta para eletrofiação.

[0047] Para conduzir a corrente sem-fim 70 ao longo do caminho sem fim 80 em torno das rodas de guia 82, é provida uma unidade de acionamento adequada, que inclui um motor rotativo 90 com uma saída rotativa sobre um eixo de saída 92. A saída é então transferida através de engrenagem para um eixo de transmissão 94 que transmite através do mecanismo de corrente e catraca 96 para as unidades de isolamento elétrico 98. Essas unidades 98 incluem alojamentos separados, mas arranjados de perto 100 (Ver figura 6) contendo ímãs permanentes 102 que são configurados em um arranjo deslocado (ímãs interpostos uns com os outros) como mostrado de maneira tal que, quando operado, a rotação de um dos alojamentos 100 faz com que o outro alojamento 100 gire por causa da relação intercalada dos ímãs permanentes 102 entre dois alojamentos e a repulsão ou atração gerada dessa forma. Um dos alojamentos das unidades 100 é montado em pelo menos uma das rodas de guia 86 para cada célula do recipiente de imersão de maneira que a roda de guia também duplique como a roda de acionamento para acionar a corrente sem-fim 70 em torno do caminho sem fim 80. Certamente, outras unidades de acionamento apropriadas podem ser providas para conduzir a corrente sem-fim 70 em torno do caminho sem fim 80.

[0048] Conforme pode-se ver pelas figuras 1, 2 e 7, a parte do caminho de giro linear 86 da corrente sem-fim 70 estende-se transversalmente em relação à primeira direção para movimento ao longo de uma segunda direção 104 que é preferivelmente transversal (ou seja, tanto perpendicular quanto de outra forma transversal, tal como diagonal ou oblíqua) em relação à primeira direção 30. Em decorrência disto, à medida que a folha de meio move-se ao longo da primeira direção 30 a partir da região de entrada 32 para a região de saída 34, os segmentos individuais 72 da corrente sem-fim 70 movem-se ao longo da segunda direção 104 através da folha de substrato entre lados opostos 36.

[0049] Adicionalmente, mais bem mostrado na figura 7, pode haver uma distância de espaçamento constante 106 dos segmentos 72 do eletrodo de coleta 42 e/ou da folha do meio 18 à medida que segmentos individuais 72 movem-se através de todo o caminho de giro linear 86 de uma extremidade à outra. Uma distância visada constante como esta pode incluir variações secundárias por causa de cedimento na corrente sem-fim que não afetam materialmente a produção de fibra fina. Em decorrência disto, a distância de espaçamento visada da fiação 106 pode ser rigorosamente controlada e não estar sujeita a grandes variações, como pode ser o caso em aplicações de tambor rotativo. Até o ponto em que existe cedimento na corrente sem-fim ao longo do caminho de giro linear 86, que é indesejável, suportes de guia intermediários (não mostrados) podem ser providos ao longo do caminho, que pode também regenerar periodicamente revestimento polimérico sobre a corrente sem-fim. Tal aparelho de suporte intermediário adicional pode ser provido no caso em que a eletrofiação em abrangências tão grandes não é desejada. Regeneração intermediária poderia ser realizada bombeando a solução polimérica de uma agulha para a corrente e/ou através de uma roda transferidora que coleta a solução e transfere-a para a corrente sem-fim. De qualquer maneira, até o ponto em que existe qualquer sedimento secundário na corrente sem-fim ao longo do caminho de giro, literalmente considera-se ainda que inclui uma distância de espaçamento constante 106 de acordo com o significado e contexto da presente invenção e reivindicações anexas, e o movimento ao longo do caminho de giro 86 ainda será literalmente considerado linear de acordo com o contexto da presente invenção e reivindicações anexas.

[0050] Como fica evidente pelo exposto, o caminho de giro linear 86 e a direção de movimento da corrente sem-fim 70 é transversal em relação à direção de movimento 30 da folha de meio de coleta 18. Preferivelmente, e como mostrado, este arranjo transversal é preferivelmente perpendicular, embora perceba-se que outros arranjos transversais incluindo ângulos além de 90° possam ser usados. Assim, neste contexto, transversal inclui, mas não quer dizer, perpendicular, mas é de sentido mais amplo, e significa que também inclui um fio para geração de eletrofiação que move- se no geral transversalmente em uma direção no geral entre os lados opostos 36 da folha de meio de coleta 18.

[0051] De acordo com uma modalidade de modo operacional, durante operação, a folha de coleta de meio filtrante 18 fica disposta ao longo da primeira direção continuamente, assim como a corrente sem-fim 70 que move-se em torno do caminho sem fim 80 continuamente. Entretanto, percebe-se que operação intermitente de qualquer um pode ser obtida se desejada com vários propósitos.

[0052] Durante operação, e como mostrado nas figuras 7 e 8, a corrente sem- fim 70 ao longo do caminho de giro linear 86 inclui múltiplas localizações de fiação 108 que são linearmente alinhadas em um arranjo de pelo menos um fileira e, como mostrado, duas fileiras. As localizações de fiação são espaçadas pelas folgas 74 que, no caso da presente modalidade, são folgas igualmente espaçadas 74, de maneira tal que as localizações de fiação 108 sejam igualmente espaçadas ao longo do caminho de giro linear 86. O motivo é que a configuração das bolas esféricas 78 gera tipicamente duas localizações de fiação 108 para a formação de fibras finas 110. Como mostrado, as localizações de fiação 108 são em lados opostos da bola esférica 78 e espaçadas ao longo de um eixo lateral 112 que é perpendicular em relação ao caminho de giro linear 86 em virtude de repulsão elétrica (por exemplo, os fios da fiação carregados tendem repelir um do outro). Assim, a natureza curva dos segmentos individuais 72 é benéfica na produção do espaçamento desejado entre localizações de fiação e provisão de múltiplas localizações de fiação para cada segmento individual, produzindo assim mais fibra fina e controlando a produção de fibra fina com propósitos de uniformidade. Entretanto, percebe-se que outras configurações poderiam ser feitas, tal como provendo uma aresta viva para a produção de uma localização de fiação ou um fio não segmentado.

[0053] No caso de polímeros solúveis em água em que água é usada como o solvente, o aparelho pode ser usado em um estado descoberto. Entretanto, as modalidades reveladas têm um recurso opcional significativo e preferido de que provê vantagens significativas em relação a sistemas de imersão tradicionais provendo uma tampa 116 que é arranjada para tampar substancialmente a extremidade de outra forma aberta 118 do recipiente de imersão. Com este arranjo, pode-se perceber que o eletrodo de corrente sem-fim é acionado em torno da tampa para incluir uma primeira parte que é contida no recipiente de imersão e substancialmente encapsulada nela pela tampa e uma segunda parte que é exposta e capaz de gerar fibras finas. A tampa 116 pode ser disposta entre diferentes partes do eletrodo fonte, como mostrado, e pode encerrar substancialmente a imersão do eletrodo. A tampa 116 estende-se substancialmente entre as rodas de guia espaçadas 82 e, na presente modalidade, pode incluir fendas de roda de guia 120 que recebem as rodas de guia através delas e que provêm uma abertura através da qual a corrente sem-fim 70 pode passar. No caso da presente modalidade, incluindo duas correntes sem-fim 70 por célula 50 com apenas duas rodas de guia 82 providas para cada corrente sem-fim 70, um total de quatro fendas 120 pode ser provido. Fendas adicionais podem ser providas para rodas de guia adicionais onde outro aparelho de suporte pode ser desejado ou necessário. A tampa 116 é particularmente vantajosa quando a solução de polímero envolve um solvente volátil e/ou um solvente sem ser água. Por exemplo, certos materiais solventes podem evaporar mais rapidamente que água e portanto tornam mais difícil manter um relação polímero para solução desejável. A tampa 116 minimiza a quantidade de solvente que é exposta externamente a qualquer momento e assim minimiza perda de solvente. Talvez isto seja também mais vantajoso do ponto de vista de economia de material e ambiental.

[0054] Por exemplo, uma comparação de uma modalidade de corrente frisada sem-fim coberta de acordo com a revelação das figuras 1-8 com uma máquina comercialmente disponível que tem uma configuração descoberta, a saber, uma máquina El-Marco NANOSPIDER model NS-8A 1450, disponível pela El-Marco, s.r.o., Liberec, Czech-Republic, apresentou consideráveis economias de solvente em relação a uma aplicação de teste de 16 horas. Em particular, para tecer fibras finas de polímero a partir de uma solução de polímero 12% (relação polímero para solução), tal como náilon 6 usando um solvente 1/3 ácido fórmico e 2/3 ácido acético, reposição da solução de polímero local no recipiente de imersão descoberto da máquina El- Marco exigiu reposição do recipiente de imersão com uma solução de polímero muito diluída (e consequentemente mais solvente) para manter a solução 12 % no recipiente de imersão por causa de perda do solvente evaporado. Especificamente, a máquina El- Marco precisou de uma solução de reposição rica em solvente de uma solução 2%. Por outro lado, uma modalidade pôde atingir a manutenção de uma solução de polímero 12 % com uma solução de polímero mais rica de uma solução de reposição 7% por causa da menor evaporação de solvente. Nesta comparação, sabe-se que nem todos os parâmetros das máquinas são iguais (por exemplo, entre outras coisas: os eletrodos são configurados diferentemente e acionados diferentemente, a vazão do meio de coleta pode ser diferente, o tamanho da tina do recipiente de imersão pode ser menor em uma modalidade da invenção, considerando que ele pode ser mais fino na direção de movimento do meio de coleta, já que não precisa acomodar rotação de um eletrodo tipo tambor).

[0055] No entanto, considerando que a evaporação está em grande parte relacionada com a área superficial disponível (e fatores tais como agitação superficial e vazão de ar - por exemplo, em torno das regiões de entrada e saída da parte de imersão do eletrodo), economia de solvente é basicamente atribuída ao recipiente e à técnica de proteção do eletrodo aqui reveladas. Por exemplo, as modalidades das figuras 1-8 cobrem substancialmente a superfície da solução de polímero e também as localizações de entrada e saída de imersão do eletrodo (áreas de agitação). Como tal, percebe-se que outros parâmetros não afetam a perda por evaporação de uma maneira significativa. Em máquinas equivalentes, calculou-se que as economias de evaporação de solvente podem ser de até 60 % ou mais. A maior parte desta vantagem é considerada atribuída à proteção do eletrodo durante imersão, e encerrando substancialmente a solução de polímero. Como tal, preferivelmente proteção suficiente é provida para reduzir a perda de solvente em pelo menos 25 % e mais preferivelmente em pelo menos 50%.

[0056] Na prática de uma modalidade, a tampa 116 pode ser presa seguramente nas paredes do recipiente de imersão 54 em virtude de parafusos ou outros meios. A configuração e anexação da tampa podem depender da configuração do eletrodo. Outros arranjos ou outros tipos de sistemas de fiação de eletrodo são possíveis. Preferivelmente, a tampa reduz a evaporação de solvente da solução de polímero em pelo menos 25 %, comparado com um aparelho de giro de eletrodo descoberto e ainda mais preferivelmente em pelo menos 50 %. Por exemplo, economias de aproximadamente dois terços de solvente são demonstradas pelo exemplo apresentado.

[0057] Adicionalmente, a modalidade ilustrada inclui tampas de extremidade 122 em extremidades opostas da célula 50 que são montadas nas extensões de parede 124 que estendem-se acima da tampa 116 de maneira tal que as tampas de extremidade 122 fiquem posicionadas sobre as extremidades opostas da corrente sem-fim 70 e fiquem dispostas sobre as rodas de guia 82. As tampas de extremidade 122 também servem para reduzir a evaporação de solvente, mas também servem como proteções para limitar o espaço de produção de fibra fina. Como mostrado, o espaço da tampa de extremidade 126 entre as bordas internas de tampas de extremidade opostas é aproximadamente o mesmo e preferivelmente apenas ligeiramente maior que a largura da folha do meio correspondente 18 definida entre lados opostos 36. A tampa de extremidade 122 pode ser ajustável e/ou intercambiável com outras tampas de extremidade mais compridas de maneira tal que o espaço 126 possa ser ajustável para acomodar diferentes larguras de folha de meio de coletas 18 que podem ser dispostas através da máquina de produção de fibra fina 10.

[0058] De volta à figura 9, está ilustrada uma modalidade alternativa da presente invenção como uma máquina de produção de fibra fina 140 que é similar em muitos aspectos à primeira modalidade. Por exemplo, esta modalidade similarmente emprega um fio que é molhado com solução polimérica e que pode manter um espaçamento constante de localizações de fiação em relação ao meio de coleta. Adicionalmente, esta modalidade também inclui um fio sem fim que é conduzido em torno de um caminho sem fim para prover um eletrodo de fiação. Como tal, detalhes serão voltados para algumas das diferenças mais salientes.

[0059] Nesta modalidade, a máquina de produção de fibra fina inclui uma correia em serpentina sem fim 142 que é conduzida em um caminho sem fim em torno de múltiplas rodas de guia 144. A correia em serpentina 142 é preferivelmente feita de um material condutor e pode ter a forma de uma fita de metal sem fim contínua, como mostrado, para prover um eletrodo de fiação. A correia em serpentina 142 inclui diversos segmentos lineares 146 entre rodas de guia adjacentes 144 em que cada qual permite múltiplas localizações de fiação. No geral, a borda 148 que ficaria disposta mais próxima do eletrodo de coleta possibilita as localizações de fiação. Este borda 148 pode ser serrilhada para prover múltiplas arestas vidas discretas e igualmente espaçadas (não mostradas) e/ou pode ser configurada com bolsas e similares para prover reservatórios de fluido de solução polimérica local ao longo da borda 148. Preferivelmente, as rodas de guia incluem dentes ou outra estrutura de posicionamento que encaixam furos 152 e outra estrutura de posicionamento similar na correia 142 de maneira tal que a borda possa ser mantida a um espaçamento constante e manter assim uma distância de espaçamento constante 106 se for desejado um espaçamento constante como este.

[0060] A correia em serpentina 142 é submetida a uma fonte de tensão para gerar o campo eletrostático para servir assim como um eletrodo de fiação. Para prover solução polimérica ao longo da correia 142, esta modalidade inclui um sistema de suprimento de umectante que inclui uma ou mais agulhas 154 com orifícios de controle 155 espaçados adjacentes à borda 148 da correia em serpentina 142. Adicionalmente, as agulhas são conectadas ao longo de linhas de fluido a uma fonte de solução polimérica pressurizada disponibilizada por uma bomba 156 que entrega solução polimérica de um reservatório 158. Assim, a geração de fio não precisa necessariamente ser imersa, mas pode ser alternativamente molhada em outros meios de acordo com esta modalidade. Adicionalmente, esta modalidade também disponibiliza a capacidade de mergulhar o eletrodo em um recipiente de imersão. Por exemplo, partes da correia em serpentina podem ser arranjadas ficar dispostas verticalmente, e não horizontalmente, por causa da natureza flexível de uma correia em serpentina. Alternativamente, a parte do lado direito pode ser mergulhada em um vaso de imersão contendo solução polimérica com o meio de coleta arranjado para ficar disposto verticalmente, e não horizontalmente.

[0061] Também uma terceira modalidade da presente invenção está mostrada na figura 10 como uma máquina de produção de fibra fina 160 muito semelhante à modalidade anterior da figura 9. Como tal, a discussão será limitada. Esta modalidade similarmente pode empregar um sistema de suprimento polimérico compreendendo um orifício de controle de agulha, bomba e reservatório de solução polimérica. Esta modalidade também emprega um fio sem fim que, nesta modalidade, toma a forma de uma fita de metal mais simples 162 passa em torno de duas polias 164. A geração de fibra pode ser obtida da borda 166 que deve ficar disposta mais próxima do meio de coleta (não mostrado). Esta modalidade é também muito semelhante à primeira modalidade, exceto que ambos segmentos lineares 168 da fita 162 são arranjados para produção de fibra e podem não ser imersos na solução de polímero. Deve-se notar que não é necessário que cada um dos segmentos 168 seja mantido a uma distância constante. Por exemplo, pode ser benéfico gerar diferentes fibras de diferentes características para ter diferentes fios de eletrodo rotativo de geração de fibra arranjados a diferente distâncias em relação ao meio de coleta. Nesta modalidade, polias 164 podem ter a forma de roldanas além da estrutura de posicionamento para manter o posicionamento da borda 166 em relação ao meio de coleta.

[0062] Agora que foi provida explicação do equipamento preferido, a atenção voltará para os meios de filtro, fibras finas e métodos inéditos, que podem ser produzidos pelo equipamento aqui revelado, ou de outra forma.

[0063] MEIOS DE FILTRO NO GERAL

[0064] Correntes de fluido tais como fluxos de líquido e fluxos gasosos (por exemplo, fluxos de ar) geralmente carregam particulados que são geralmente contaminantes indesejáveis aprisionados na corrente de fluido. Filtros são normalmente empregados para remover parte ou todos os particulados da corrente de fluido. Por exemplo, sistemas de filtração de ar são usados para filtrar correntes gasosas para uma ampla variedade de aplicações. Exemplos de tais sistemas incluem: sistemas de admissão de ar de motor de combustão; sistemas de admissão de ar de cabine de veículo; sistemas HVAC (aquecimento, ventilação e condicionamento de ar); sistemas de ventilação de ambiente limpo; várias aplicações industriais usando sacos de filtro, tecidos de barreira, materiais tecidos; sistemas de geração de energia; sistemas de turbina a gás; e sistemas de forno de combustão para cita algumas das aplicações de filtração de ar mais comuns. Similarmente, filtração de líquido também envolve uma ampla variedade de aplicações, incluindo filtração de: água, combustível, refrigerante, óleo e fluido hidráulico para citar alguns dos líquidos mais comuns que são filtrados.

[0065] Existem tipicamente dois tipos de meio filtrante: meio de carregamento superficial (também conhecido como filtração de barreira); e meio de profundidade. Meio de carregamento superficial no geral aprisiona partículas na superfície do meio em uma camada fina no que é algumas vezes referido como uma torta de filtro. Geralmente, a camada da torta de filtro forma uma pele fina sobre o meio filtrante, que pode ser desprendida normalmente com força mecânica relativamente leve. Em algumas aplicações, tais como aplicações de pulso reverso, a torta de filtro é automaticamente jaetada na superfície do meio filtrante por meio de um sopro de ar de pulso reverso (ou outra aplicação de força mecânica) e coletada em um receptáculo de resíduos. Na maioria das vezes, o filtro é simplesmente substituído depois de acúmulo suficiente de torta de filtro. O meio de profundidade por outro lado trabalha através da espessura do meio para aprisionar partículas internamente na "profundidade" do meio. Meio de profundidade é carregado com particulados através do volume ou profundidade ocupado pelo meio.

[0066] Papel de filtro é uma forma amplamente usada de meio de carregamento superficial. Em geral, papel de filtro compreende mantas densas de fibras de celulose, fibras sintéticas e/ou outras fibras orientadas no geral transversais em relação a uma corrente de fluido. O papel de filtro é no geral construído para (1) ser permeável ao escoamento de fluido; (2) ter um tamanho de poro suficientemente fino para inibir a passagem de partículas maiores que um certo tamanho; e (3) ter porosidade apropriada para permitir a passagem do fluido suficiente para atender as exigências de fluido do sistema de filtro ou aplicação. À medida que fluidos passam através do papel de filtro, o lado à montante do papel de filtro opera através de difusão e interceptação para capturar e reter partículas de tamanho selecionado da corrente de fluido.

[0067] Uma característica de parâmetro comum de meio filtrante é a "eficiência" do meio filtrante. A eficiência é a propensão de o meio aprisionar particulados, oposto a permitir que os particulados não sejam filtrados e que, em vez disso, passam através do meio. Uma outra característica comum é queda de pressão através do meio, que geralmente tem sido tradicionalmente relacionada com a porosidade do meio. A queda de pressão diz respeito a quão restritivo o meio filtrante é ao escoamento de fluido. Maiores tamanhos de poros tipicamente têm proporcionado maior escoamento de fluido, mas também infelizmente tipicamente resultam na passagem de mais particulados. Em decorrência disto, geralmente a eficiência está em desencontro com a queda de pressão. Em particular, embora seja geralmente desejável aprisionar uma grande quantidade de particulados, a provisão de uma alta eficiência como esta geralmente tem levado a um efeito indesejável de aumento na capacidade de restrição do meio e, portanto, a queda de pressão através do meio.

[0068] Eficiência geralmente significa ou refere-se à eficiência inicial, que é a eficiência do meio filtrante pós-fabricação, mas antes do uso, e sendo carregado com particulados. Durante o uso, o meio filtrante aprisiona e assim coleta e aprisiona particulados como uma torta de sujeira e/ou de outra forma no meio. Esses particulados filtrados entopem os furos maiores no meio, impedindo assim que furos para partículas menores passem, e aumenta assim a eficiência do meio com o tempo, operando a uma eficiência maior que a inicial. Entretanto, com o entupimento dos caminhos de escoamento de fluido, tais particulados filtrados também eliminam ou parcialmente entopem a passagem de fluido e assim aumentam a queda de pressão através do meio, tornando-o mais restritivo ao escoamento de fluido.

[0069] Normalmente, vida útil do filtro é determinada pela queda de pressão através do filtro. À medida que mais e mais partículas são filtradas da corrente de fluido e aprisionadas pelo meio filtrante, o meio filtrante torna-se mais restritivo ao escoamento de fluido. Em decorrência disto, a queda de pressão através do meio filtrante torna-se maior. Eventualmente, o meio torna-se muito restritivo, resultando em quantidade insuficiente de escoamento de fluido para as necessidades de fluido da dada aplicação. Os intervalos de troca do filtro são calculados para coincidir aproximadamente com um evento como este (por exemplo, antes de atingir uma situação de escoamento de fluido insuficiente). Intervalos de troca de filtro podem também ser determinados através de sensores que medem a carga da queda de pressão através do meio.

[0070] Um parâmetro usual para meio filtrante que é geralmente usado na indústria de filtro é a característica de MERV (Valor Mínimo de Reportagem da Eficiência) reportada de acordo com ASHRAE Standard 52.2. Esta inclui uma medida da eficiência em relação à resistência à queda de pressão. Um maior valor de MERV no geral identifica um meio filtrante de melhor qualidade, que tipicamente é mais caro. Por exemplo, a tabela seguinte apresenta as exigências de valor de reportagem MERV. TABELA 1 - Parâmetros de Valor de Mínima Eficiência de Reportagem (MERV)

[0071] Um problema com formação de torta de sujeira, no caso de filtração com carregamento superficial, é que torta de sujeira pode ser constituída rapidamente, e rapidamente limitar a vida útil do filtro. Em decorrência disto, o papel de filtro é geralmente pregueado, estriado ou de outra forma construído de uma maneira agrupada similar para aumentar a quantidade de meio e área superficial meio por um dado volume. Dessa maneira, os meios revestidos com fibra fina de acordo com modalidades de carregamento superficial da presente invenção são tipicamente pregueados, estriados ou de outra forma agrupados em uma construção de elemento de filtro para aumentar a capacidade de filtração.

[0072] Embora o agrupamento do meio da superfície tal como na forma pregueada aumenta a vida útil do filtro, tais construções de filtro de carregamento superficial têm limitações. Por este motivo (e considerando-se problemas de resistência ao estouro), meio carregado na superfície basicamente tem encontrado uso em aplicações em que velocidades relativamente baixas através do meio filtrante são envolvidas, geralmente não superiores a cerca de 30 pés (914 centímetros) por minuto e tipicamente cerca de 20 ou 10 pés (610 a 305 centímetros) por minuto ou menos. Por exemplo, existem aplicações de baixo fluxo de cerca de 1 pé (30,5 centímetros) por minuto. O termo "velocidade" na forma aqui usada refere-se à velocidade média através do meio (isto é, volume de fluxo por área de meio).

[0073] Em muitas aplicações de meio filtrante, e particularmente aplicações de alta vazão, meio de profundidade é escolhido. Um meio de profundidade típico compreende uma coleção angulada relativamente espessa de material fibroso. Um filtro de meio de profundidade convencional típico é um meio de densidade profundo (medido da extremidade de entrada para a de saída) e de densidade substancialmente constante. Especificamente, a densidade do meio de profundidade permanece substancialmente constante através de sua espessura, mas, para flutuações secundárias na densidade, como as que podem ser causadas, por exemplo, por compressão e/ou estiramento em torno das regiões periféricas por causa da montagem do meio e similares. Arranjos de meio de profundidade com gradiente de densidade são também conhecidos nos quais a densidade do meio varia de acordo com um gradiente projetado. Diferentes regiões de diferente densidade, porosidade, eficiência e/ou outras características do meio podem ser providas na profundidade e volume do meio de profundidade.

[0074] Meio de profundidade é geralmente caracterizado em termos de sua porosidade, densidade e teor de sólidos. Por exemplo, um meio com 5 % de solidez significa que cerca de 5 % do volume total compreendem sólidos (por exemplo, materiais fibrosos) e o restante é espaço vazio que é cheio por ar ou outro fluido. Uma outra característica de meio de profundidade normalmente usada é o diâmetro da fibra. No geral, fibras de menores diâmetros para uma dada % solidez farão com que o meio filtrante torne-se mais eficiente com a capacidade aprisionar partículas menores. Fibras menores podem ser empacotadas sem aumentar a % solidez geral, dado ao fato de que fibras menores ocupam menos volume que fibras maiores.

[0075] Em virtude das cargas do meio de profundidade com particulados substancialmente por todo o volume ou profundidade, arranjos de meio de profundidade podem ser carregados com um maior peso e volume de particulados, comparados com sistemas carregados na superfície durante a vida útil do filtro. Normalmente, entretanto, arranjos de meio de profundidade apresentam inconvenientes de eficiência. Para facilitar tal alta capacidade de carregamento, uma baixa solidez do meio é geralmente escolhida para uso. Isto resulta em um grande tamanho de poros que tem o potencial para permitir que alguns particulados passem mais facilmente. Sistemas de gradiente de densidade e/ou adição de uma camada de meio de carregamento superficial pode proporcionar características de maior eficiência. Por exemplo, uma camada de meio de carregamento superficial pode ser arranjada em combinação tal como na extremidade à jusante de um meio de profundidade (ou entre faces à montante e à jusante) para diminuir a eficiência. Esta camada do meio de carregamento superficial é algumas vezes referida como uma camada polida.

[0076] Desde pelo menos a década de oitenta, tem-se tentado empregar camadas de fibras finas poliméricas nos arranjos de meio filtrante como tentativas da tecnologia anterior providos para meio de profundidade e meio de carregamento superficial. Tais fibras finas foram reveladas sendo geradas através de produção eletrostática de fibra (normalmente conhecida as "fiação eletrostática"). Por exemplo, arranjos de meio filtrante de fibra fina são revelados nas patentes U.S. Nos. 4.650.506 de Barris et al.; 5.672.399 de Kahlbaugh et al.; e 6.743.273 de Chung et a.. As revelações nas íntegras dessas referências de patente estão por meio deste incorporadas pelas referências, já que a invenção pode ser incorporada em um ou mais arranjos de meio filtrante revelados nela e/ou outros tais arranjos de meio filtrante adequados. Adicionalmente, melhorias aqui reveladas são aplicáveis a aplicações de filtração reveladas nessas patentes anteriores e adicionalmente aos materiais de fibra fina incluindo polímeros, solventes, outros agentes, aditivos, resinas e similares nelas revelados (incluindo qualquer material de fibra fina melhorado declarado) que podem ser usadas em certas modalidades da presente invenção devem ser cobertas por esta.

[0077] Como citado por alguns desses relatórios citados, fibras finas podem ser produzidas de diferentes materiais poliméricos e solventes. Exemplos incluem poli(cloreto de vinila) (PVC), poliolefina, poliacetal, poliéster, éter e éster de celulose, poli(sulfeto de alquileno), poli(óxido de arileno), polissulfona, polímeros de polissulfona modificados e polietileno, polipropileno, álcool polivinílico, vários náilons (poliamidas tais como náilon 6, náilon 6,6 e outros náilons), PVDC, poliestireno, poliacrilonitrila, PMMA, PVDF. Existe também uma ampla variedade de solventes disponíveis que pode ser empregada. O solvente escolhido e usado depende se o(s) polímero(s) desejado(s) como o solvente é(são) adequado(s) para dissolver suficientemente o polímero. Por exemplo, água não pode ser usada como um solvente para muitos polímeros, incluindo náilon comum (por exemplo, tal como náilon 6 ou náilon 6,6). Em tais casos, um outro solvente tal como ácido fórmico pode ser escolhido para polímeros tal como náilon comum. Solventes para produzir uma solução polimérica para fiação eletrostática podem incluir ácido acético, ácido fórmico, m-cresol, trifluor etanol, solventes de hexafluor isopropanol clorado, álcoois, água, etanol, isopropanol, acetona e N-metil pirrolidona, e metano O solvente e o polímero podem ser conjugados para uso apropriado com base na solubilidade suficiente do polímero em um dado solvente. MEIOS DO SUBSTRATO

[0078] Uma característica importante de uma modalidade é que as fibras finas precisam ser formadas em um meio filtrante para uso como um elemento de filtro. Os materiais de fibra fina são formados e aderidos a um substrato que é preferivelmente um substrato de meio filtrante com pelo menos algumas capacidades de filtração, embora um substrato tal como um tecido de algodão forte ou outra camada de não filtração seja possível. Muitos substratos de meio filtrante compreendem pelo menos em parte ou na totalidade fibras de celulose natural. Existem muitas possibilidades para incluir substratos de fibra natural e fibra sintética, para incluir tecidos formados por extrusão de fios contínuos, panos não tecidos de fibra sintética, e não tecidos produzidos das blendas de materiais de celulose, sintéticos e fibras de vidro, panos de vidro não tecido e tecido, materiais tipo tela de plástico, tanto extrudado quanto puncionado com furos, e várias membranas poliméricas. Todos esses materiais tipicamente vêm na forma de folha que pode ser facilmente adquirida na forma de rolos. Folhas de substratos com uma camada de fibra fina podem ser formadas em uma estrutura de filtro que é colocada em um corrente de fluido incluindo um corrente de ar ou corrente de líquido com o propósito de remover particulados suspensos ou aprisionados nessa corrente.

[0079] Por exemplo, materiais de meio filtrante porosos dos tipos supralistados são no geral comercialmente disponíveis em várias espessuras (normalmente em uma faixa entre 0,006 e 0,020 polegadas (0,15 a 0,51 milímetro) de espessura) de fornecedores incluindo, entre outros, Ahlstrom Engine Filtration, LLC, de Madisonville, Ky. e Hollingsworth & Voss Company, East Walpole, MA. Fibras finas de acordo com modalidades da invenção podem ser aplicadas a tal meio filtrante poroso no qual o meio filtrante serve como material de substrato para a camada de fibra fina de eficiência. Por exemplo, produtos comercializados pela Ahlstrom, tais como produtos da Ahlstrom números 19N-1 ou 23N-3, AFI 23N-4 ou AFI 23FW-4, outros materiais de filtro com características físicas similares às tabuladas a seguir, podem ser usados (esses são típicos para filtrações de ar de motor): Ahlstrom 19N-1 Meio filtrante 100% fibras de celulose Peso base = 70 libras (32 quilos) por 3.000 pés quadrados (278 metros quadrados) Espessura da folha plana = 14,5 mils Espessura da folha entalhada = 18 mils Frazier (CFM) 11-19, preferivelmente 14 Rigidez SD Gurley (mg) = 3000 Ahlstrom 23N-3 Meio filtrante 100 % fibras de celulose Peso base = 55 libras(25 quilos) por 3.000 pés quadrados (278 metros quadrados) Espessura da folha plana = 13 mils Folha não entalhada Frazier (CFM) 11-19 SD Gurley Stiffness (mg) = 1.300 Ahlstrom AFI 23N-4 Peso base 52-64 libras/3.000 pés quadrados (278 metros quadrados). Ponto de bolha Primeira Bolha: 6,0 (min.) IWG Mullen Curado: 30 (min) PSI Frazier: 19-27 CFM Bitola: 0,010-0,017 polegada (0,25 - 0,4 milímetro) Rigidez SD Gurley: 1.000 (min) MG Ahlstrom AFI 23FW-4 Peso base 70-80 libras/3.000 pés quadrados (278 metros quadrados). Ponto de bolha Primeira Bolha: 6(min.) IWG Mullen Curado: 20(min) PSI Frazier: 16-24 CFM Bitola: 0,010-0,017 polegadas (0,25 - 0,4 milímetro)s Rigidez SD Gurley : 1.000 (min) MG

[0080] Alguns produtos tal como o produto Ahlstrom 19N-1 são disponíveis com pequenos entalhes embossados no meio para melhorar capacidade de retenção de sujeira. Esses entalhes ficam dispostos no comprimento da folha e do rolo do meio filtrante. Tal entalhamento mecânico e outras configurações providas na estrutura do meio filtrante podem ser usados com relação a sistemas de produção de camada de fibra fina. Como tal, exemplos de folhas entalhadas de substrato de meio. Embora literalmente considerado "plano" com os propósitos aqui, eles não precisam ser perfeitamente planos e tais folhas podem incluir entalhes, corrugações, pregas e similares formadas nelas antes da aplicação das fibras finas.

[0081] Um meio filtrante de acordo com uma modalidade da presente invenção inclui uma primeira camada de substrato, tipicamente um meio fibroso grosseiro permeável que pode tanto ser um meio de profundidade quanto de carregamento superficial. A camada de substrato pode incluir uma capacidade ou eficiência de filtração dimensionável ou pode ter pouca ou nenhuma capacidade ou eficiência de filtração em relação à aplicação de filtração projetada. A camada de substrato provê uma superfície sobre a qual uma camada de meio de fibra fina pode ser suportada e presa. Preferivelmente, a camada de substrato em si (ou seja, sem a camada de fibra fina) tem um diâmetro médio de pelo menos 10 microns, tipicamente e preferivelmente cerca de 2 a cerca de 50 microns. Também preferivelmente, a camada de substrato em si tem um peso base não superior a cerca de 180 gramas/ metro2, preferivelmente cerca de 5 a cerca de 140 g/ metro2. Como para outras características típicas, preferivelmente a primeira camada de meio de substrato fibroso grosseiro permeável tem pelo menos 0,0004 polegada (0,01 milímetro) de espessura, e tipicamente e preferivelmente tem cerca de 0,005 (0,127 milímetro) a cerca de 0,05 polegada (12,7 milímetro) de espessura; preferivelmente tem uma distribuição de tamanho de poro no geral entre cerca de 2 e cerca de 50 micron; e preferivelmente tem um resistência ao estouro Mullen entre cerca de 5 e cerca de 70 psi (0,03 - 0,48 MPa) .

[0082] Em arranjos de meio filtrante preferidos, a camada de substrato, tipicamente de material fibroso permeável grosseiro, compreende um material que, se avaliado separadamente do restante da construção pelo teste de permeabilidade de Frazier a 0,5 polegada (12,7 milímetros) de coluna d'água, apresentaria uma permeabilidade de pelo menos 0,5 cfm (por pé quadrado de meio (0,09 metro quadrado)), e tipicamente entre cerca de 5 e 2.000 cfm (por pé quadrado de meio (0,09 metro quadrado)).

FIBRAS FINAS & CAMADAS DE FIBRAS FINAS & GERAÇÃO

[0083] Embora o equipamento aqui descrito possa ser usado para gerar fibras de diferentes tamanhos, preferivelmente, a camada de material de fibra fina presa na primeira superfície da camada de meio fibroso grosseiro permeável é uma camada de nanofibras, exemplificada pelos exemplos aqui, em que as fibras têm uma quantidade significativa de fibras com diâmetros preferivelmente menores que 100 nanômetros. Uma "quantidade significativa" de fibras finas com diâmetros de menos de 100 nanômetros neste contexto significa pelo menos um dos seguintes: (1) um diâmetro de fibra médio menor que 100 nanômetros; (2) um diâmetro de fibra intermediário menor que 100 nanômetros; e/ou (3) pelo menos 25 % das fibras na camada de fibra fina têm um diâmetro menor que 100 nanômetros. Mais preferivelmente pelo menos 50 % das fibras na camada de fibra fina têm um diâmetro menor que 100 nanômetros, e também ainda mais preferivelmente pelo menos 70 % das fibras na camada de fibra fina têm um diâmetro menor que 100 nanômetros de acordo com uma modalidade aqui revelada. De acordo com uma modalidade, pelo menos 70% das fibras têm um diâmetro entre 50 e 100 nanômetros e tipicamente entre 70% e 90% ou mais.

[0084] Percebe-se que é plausível usar e gerar outros diâmetros das fibras maiores que 100 nanômetros em combinação com uma quantidade significativa de fibras finas de menos que 100 nanômetros.

[0085] É também útil considerar as características do meio de filtração de fibra fina que podem ser conseguidas através de fibras mais finas e/ou através de melhorias de uniformidade no equipamento. As vantagens da cobertura e uniformidade na geração da fibra com a modalidade do novo equipamento de geração de fibra fina aqui revelada que podem ser usadas para gerar outros tamanhos de fibra maiores. Em decorrência disto, fibras finas em vez de ser caracterizadas necessariamente pelo tamanho podem ser caracterizadas em adição ou em substituição pelas características da camada de meio filtrante, como ficará evidente a partir dos exemplos aqui providos. Propriedades da camada de filtração de fibra fina inéditas e melhoradas foram conseguidas, que são superiores a um produto de filtração de fibra fina conhecido. Dessa maneira, são feitas reivindicações das características de um meio filtrante compósito.

[0086] Uma característica melhorada é a maior eficiência de acordo com uma modalidade da presente invenção. Por exemplo, uma eficiência padrão relativamente baixa e, consequentemente, meio de substrato de menor custo podem ser usados, ao mesmo tempo atingindo alta eficiência através da camada de fibra fina. Por exemplo, e embora outros substratos mais eficientes possam ser usados, um meio de substrato pode compreender um meio de carregamento superficial de filtro com uma eficiência menor que 75% (por exemplo, cerca de 70%) para partículas de tamanho de 0,751,00 micron (um tamanho de partícula relativamente moderado); e/ou uma eficiência menor que 40% (por exemplo, cerca de 30%) para partículas de tamanho 0,237-0,316 micron (um tamanho de partícula relativamente fino). Assim, o substrato não é muito eficiente para partículas relativamente finas. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina além das outras camadas, caso haja, pode ter uma eficiência de pelo menos 90% para partículas de tamanho de 0,75-1,00 micron; uma eficiência de pelo menos 80% (e mais preferivelmente mais que 85 %) para partículas de tamanho 0,237-.316 micron. Isto pode ser conseguido sem sacrifício substancial de queda de pressão.

[0087] Uma outra propriedade melhorada de acordo com uma modalidade da presente invenção pode ser a distribuição de tamanho de poro e mais particularmente controlando mais rigorosamente a distribuição do tamanho de poro, oposto a uma distribuição aleatória e menos controlada como, por exemplo, da tecnologia anterior. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina além das outras camadas, caso haja, tem pelo menos 50 % (e mais preferivelmente pelo menos 60 %) de distribuição de tamanho de poro acima de uma faixa de separação de 6 micron; pelo menos 40% (e mais preferivelmente pelo menos 25 %) de distribuição de tamanho de poro acima de uma faixa de separação de 4 micron; e/ou pelo menos 25 % de distribuição de tamanho de poro acima de uma faixa de separação de 2 micron. Um exemplo que ilustra esta característica é o exemplo 4 (ver também tamanho de histograma de poro - figura 15).

[0088] Níveis de cobertura da camada de fibra fina têm uma certa importância. Por exemplo, muita cobertura criará uma camada tipo filme que pode restringir substancialmente o fluxo e aumentar indesejavelmente a queda de pressão. Uma maneira de testar é comparando as quedas de pressão de meio não revestido e revestido para impedir sacrificar desnecessariamente muito a eficiência. Preferivelmente, a diferença de queda de pressão entre a combinação de fibra fina e o substrato em relação ao substrato sozinho é tipicamente menos que 15 %, mais preferivelmente menos que 10 %, ainda mais preferivelmente menos que 5 % e, de acordo com certos exemplos, uma queda de pressão pode ser menos que 1 %. Uma outra maneira de determinar níveis de cobertura é o peso base. Preferivelmente, a camada de fibra fina em si tem um peso base preferivelmente de cerca de 0,01 a cerca de 1,0 g/ metro2, e mais preferivelmente entre cerca de 0,01 e cerca de 0,10 g/ metro2.

[0089] As fibras mais finas da presente invenção têm benefícios significativos no que diz respeito ao que é considerado "escoamento por deslizamento" de acordo com o número/fórmula de Knudsen (medida da rarefação do escoamento). Especificamente, o impedimento de que uma fibra coloca em uma corrente de fluido está diretamente relacionado com a área superficial ocupada por esta fibra. Isto é importante em relação ao controle da queda de pressão e minimização da restrição de filtração em uma corrente de fluido. Maior área superficial tipicamente resulta em uma maior queda de pressão através da camada, que, no caso de filtração, é indesejável, já que restringe o escoamento de fluido que se pretende. Para fibras de meios de filtro de maior tamanho, a velocidade do ar pode ser substancialmente zero no centro da superfície da fibra. Para tais fibras de meios de filtro menores, pode ocorrer "escoamento por deslizamento" no qual a velocidade do ar é significativamente maior que zero na superfície da fibra. Em decorrência disto, ainda mais fluido pode escoar além mesmo de fibras menores por causa do efeito do escoamento por deslizamento. Adicionalmente, ainda mais fibras finas podem ocupar uma área com menor diâmetro da fibra, diminuindo o tamanho de poro do meio, mas ao mesmo tempo não ocupando a mesma área superficial e geral e, dessa forma, não causando aumentos significativos na queda de pressão. Utilizando-se fibras mais finas incluindo uma quantidade significativa de fibras finas menores que 100 nanômetros, de acordo com certas modalidades, vantagens substanciais nas novas propriedades de filtração são conseguidas, sem sacrificar substancialmente a queda de pressão ou aumenta desnecessariamente a restrição através do meio filtrante.

[0090] Existem diversos parâmetros que acredita-se tenham contribuído para as fibras finas e camada de filtração de fibra fina exclusivas de acordo com modalidades da presente invenção. Percebe-se que certos parâmetros operacionais podem ser menos críticos, ao passo que outros parâmetros são mais críticos. Muitos dos fatores são interrelacionados com efeitos sinergísticos entre eles. Como tal, certos parâmetros podem ser alterados sem fugir da presente invenção, citados nas reivindicações anexas. Aqui, é explicada a metodologia de como aproximar e ajustar parâmetros de maneira a se obter uma produção de fibra fina desejada e/ou característica do meio de filtração.

[0091] (a) Configuração & Arranjo de Eletrodo de Equipamento (distribuição controlada de fibras finas)

[0092] Um fator significante é equipamento de produção para geração de fibras finas suficientes para o meio de filtração, ao mesmo tempo também gerando fibras finas suficientemente pequenas. Várias características de equipamento desejáveis são aqui descritas, bem como vários equipamentos que incorporam tais características em graus menores ou maiores. Embora as patentes de filtração de fibra fina da tecnologia anterior tenham enfatizado sistemas emissores de bomba pressurizada (por exemplo, patente U.S. no. 6.743.273 de Chung et al.) por meio do que solvente polimérico pressurizado é jateado/forçado através de um pequeno furo emissor, é possível uma geração de fibra fina mais fácil, melhor e/ou mais controlada, de acordo com algumas modalidades da presente invenção. Embora fibras possam ser feitas com sistemas forçados nos quais a solução de polímero é forçada através de um pequeno orifício, a geração de fibras finas de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção emprega um eletrodo que é periodicamente molhado e mais preferivelmente imerso em uma solução de polímero para regenerar periodicamente um revestimento fino de solução polimérica no eletrodo. Um arranjo de imersão de eletrodo de eletrofiação está mostrado nas figuras 1-8 e está de acordo com a descrição deste equipamento de geração de fibra fina aqui.

[0093] Outro equipamento de imersão que foi considerado particularmente benéfico para produção comercial de meio de filtração de acordo com modalidades aqui inclui uma máquina El- Marco NANOSPIDER model NS-8A 1450, disponível pela El-Marco, s.r.o., Liberec, Czech-Republic. Modalidades da invenção podem envolver tal outro equipamento. Exemplos de outro equipamento de imersão de eletrodo de geração de fibra fina que pode ser disponível pela El-Marco, s.r.o. são também revelados nos relatórios descritivos de patente WO 2006/131081 e US 2006/0290031, cujas revelações nas íntegras estão por meio desta incorporados pela referência.

[0094] Pode haver um benefício do controle de fibra fina para a produção de fibra fina que resulta de imersão periódica do eletrodo. Especificamente, à medida que solvente evapora no eletrodo (evaporação de solvente é desejável para reduzir o diâmetro da fibra por estiramento, da maneira aqui explicada), polímero é deixado para trás. Tal acúmulo de polímero pode potencialmente obstruir o maquinário de produção e pode potencialmente de outra forma mudar a produção de fibra fina, tornando a produção de fibra fina menos uniforme (assim, porosidade ou eficiência irregular), mudando o diâmetro ou característica da fibra gerada e de outra maneira potencialmente indesejáveis (por exemplo, o uso de maiores orifícios de bico pode teoricamente se traduzir em maiores tamanhos de fibra). Pela imersão do eletrodo na solução, o acúmulo de polímero no eletrodo é impedido. À medida que um polímero está prestes a precipitar ou se formar no eletrodo, a imersão do eletrodo põe este filme rico em polímero de volta em solução, de maneira que ele pode facilmente dissolver ou reconstituir antes de formar um acúmulo de filme de polímero endurecido ou precipitado. A eliminação ou substancial redução nos ciclos de limpeza periódicos de eletrodos para remover acúmulo de polímero indesejado pode também ser conseguida. Adicionalmente, a imersão do eletrodo evita o potencial de diferenciais de pressão em sistemas de solução de polímero forçados, cujas dificuldades poderiam ser o objeto de dificuldades adicionais associadas com o acúmulo de polímero nos bicos de pequenos orifícios, ou próximos a eles.

[0095] Adicionalmente, preferivelmente a folha de substrato fica disposta verticalmente acima do eletrodo periodicamente molhado e imerso. Em decorrência disto, o revestimento polimérico fino e o filme tendem ficar mais finos pela força da gravidade próxima à região de topo do eletrodo onde ocorre descarga eletrostática, causando a formação de localizações de fiação de fios de fibra fina (também conhecidas ou referidas como "cones de Taylor" ou "espirinetes"). A manutenção de uma região de filme polimérico mais fina onde as fibras finas são inicialmente formadas pode diminuir o eventual tamanho de fibra fina geral, dado que o fio é estirado de um reservatório menor contra a gravidade, mas sob a força oposta da sucção do soprador através de furos no eletrodo coletor.

[0096] Pode haver diversos benefícios com a nova geração de fiação de microesfera das modalidades do maquinário de geração de fibra modalidades em relação a outras modalidades, basicamente relacionados à quantidade ou volume de fibras finas que são geradas. Por exemplo, o novo equipamento de geração de fiação de microesfera da modalidade mostrada nas figuras 1-8 pode controlar e manter uniformidade substancial no local das localizações de fiação em toda a largura de folha do meio filtrante de acordo com uma metodologia preferida. Espaçando-se as localizações de fiação de acordo com um arranjo predeterminado, e não aleatoriamente, um espaçamento predeterminado das localizações de fiação de fibra fina pode ser conseguido. Acredita-se que isto resulte em melhor controle da eficiência, tamanho de poros e distribuição de tamanho de poro. Se regiões de substrato de meio filtrante forem submetidas a menos cobertura de fibra fina do que outras seções, tipicamente suspeita-se que tais regiões apresentarão diferentes características de filtração. Por exemplo, a modalidade das figuras 1-8 contempla manter um arranjo predeterminado e igualmente espaçado de localizações de fiação. Como os eletrodos tipo corrente frisada nesta modalidade são conduzidos transversalmente em relação ao meio, correntes conduzidas em direções opostas contrabalançam potenciais perdas de gradiente de solução polimérica com o tempo à medida que segmentos e localizações de fiação individuais movem-se através do substrato de meio filtrante.

[0097] Adicionalmente, mantendo-se um fio de eletrodo a uma distância constante em relação ao eletrodo de coleta e meio, a distância de fiação e potencial de tensão visados não mudam, como no caso em eletrodos tipo tambor rotativo (por exemplo, ver eletrodos de tambor rotativo nas patentes supramencionadas atribuídas a El Marco). A manutenção da distância visada, e não uma distância variável, favorece um maior controle do tempo de disposição de fibra fina e, portanto, do tempo de evaporação de solvente, e o tempo de estiramento da fibra fina é mantido mais constante.

[0098] Dessa maneira, seleção e/ou desenvolvimento de equipamento de geração de fibra fina apropriado podem ser vantajosos nas características da camada de fibra fina.

[0099] (b) Potencial de Fiação Eletrostática & Espaçamento do Eletrodo/Meio

[00100] Um outro fator em relação à geração de uma quantidade substancial de fibras finas é o potencial do campo eletrostático. Por exemplo, uma máquina NANOSPIDER model NS-8A 1450 comercialmente disponível, disponível pela El- Marco, s.r.o., Liberec, Czech-Republic, tem um campo eletrostático potencial padrão provido por uma fonte de alimentação de 60.000 volt. Em relação à máquina El-Marco NANOSPIDER model NS-8A 1450 comercialmente disponível, modificações deste equipamento foram realizadas provendo-se uma fonte de alimentação de geração de tensão adicional, de forma que um campo eletrostático maior que 60.000 volts possa ser obtido para aumentar assim a produção de fibra fina. Observou-se que o potencial de tensão não afeta bastante o tamanho de fibra, mas tem um efeito significativo na quantidade de fibras geradas.

[00101] Por exemplo, para geração de fibra de náilon a partir de uma solução a base de solvente de ácido fórmico e acético em um substrato de meio filtrante de celulose, preferivelmente pelo menos 75.000 ou 80.000 volts são providos para fiação eletrostática e ainda mais preferivelmente pelo menos 95.000 volts. De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um campo elétrico potencial pode ser estabelecido entre 75.000 - 130.000 volts, ou potencialmente ainda mais alto. Entretanto, menores volumes de produção de fibra fina podem ser gerados a um menor potencial de tensão e/ou mais células podem ser usadas de maneira tal que a tensão fique normalmente fora do valor crítico.

[00102] Fontes de alimentação incluindo fontes de alimentação tanto positiva quanto negativa podem ser usadas para gerar o campo eletrostático diferencial. Tipicamente, o eletrodo coletor é submetido a um potencial aterrado, ao passo que o eletrodo de fiação é submetido a uma fonte de alimentação que gera uma tensão. Entretanto, uma fonte de alimentação de carga oposta pode ser conectada no eletrodo coletor, bem como de maneira tal que o potencial de tensão de cada eletrodo em relação ao terra não possa ser muito alto. É também possível elevar ambos eletrodos em relação ao terra com uma mesma carga, mas com diferencial entre eles. Portanto, é mais útil avaliar um sistema de uma perspectiva de diferencial de tensão entre o eletrodo coletor e o eletrodo de fiação de descarga.

[00103] A geração de fibra fina no geral deve ocorrer a uma distância suficiente para permitir a evaporação e disposição dos fios de fibra fina em cones de Taylor a partir de localizações de fiação individuais. Preferivelmente, o substrato de meio filtrante é separado do eletrodo de fiação normalmente em pelo menos 3 polegadas (7,6 centímetros) e normalmente não mais que cerca de 10 polegadas (25,4 centímetros), tipicamente entre 4-7 polegadas (10,2 - 17,8 centímetros). Por exemplo, para uma solução polimérica náilon 6, a distância visada é preferivelmente entre cerca de 5 e cerca de 6 polegadas (12,7 - 15,2 centímetros) para uma boa geração de fibra fina com diâmetro das fibras muito pequeno. Preferivelmente, o meio filtrante é disposto em contato com o eletrodo de coleta de maneira tal que a distância visada seja efetivamente ou no geral a mesma para o eletrodo de coleta ou o meio (que é tipicamente bastante fina em relação à distância visada) em relação ao eletrodo de fiação.

[00104] Esta distância pode ser mantida constante de acordo com certas modalidades tais como aquelas mostradas nas modalidades de equipamento de geração de fibra fina aqui, em que a distância visada é mantida constante à medida que cada segmento de eletrodo translada sobre o meio (por exemplo, preferivelmente ele não é rotacionado sistematicamente para perto e para longe do alvo). Adicionalmente, a distância visada também envolve a construção do eletrodo de coleta. Por exemplo, como ilustrado nas figuras 1 e 7, um eletrodo de coleta pode ser uma chapa perfurada substancialmente sólida com uma grande área superficial com muitos pequenos orifícios para facilitar a sucção e remoção de solvente evaporado. A grande área superficial é útil para manter a distância visada (por exemplo, ela evita grandes saltos entre partes da superfície no eletrodo de coleta).

[00105] (c) Seleção de Polímero

[00106] Aplicações de filtração geralmente envolvem umidade e calor (e/ou ambientes frios). Por exemplo, aplicações de filtro de ar para motores de combustão de veículos podem operar não somente em ambientes quentes ou frios, mas são também submetidos ao calor gerado pelo motor e outras condições tais como alta umidade, orvalho, chuva, neve ou granizo, de maneira tal que umidade pode ser facilmente removida para o filtro junto com a corrente de ar. Elementos de filtro de líquido também têm que ter compatibilidade e não dissolver no líquido que está sendo filtrado. Também, a produção de meio filtrante em escala comercial econômica com qualidade consistente é também uma consideração.

[00107] Modalidades preferidas da presente invenção para muitas aplicações de filtração incluem polímeros que não se dissolvem naturalmente em água ou quando sujeitos umidade e são resistentes a oscilações substanciais de temperatura, incluindo temperaturas de até 100 oC ou mais. Em tais condições ambientais por períodos prolongados, como observado em tais aplicações de filtração, fibras finas constituídas de tais polímeros devem reter toda, ou pelo menos uma parte substancial de suas características de filtração.

[00108] Por exemplo, certas modalidades da presente invenção incluem material de náilon que satisfaz essas qualidades, incluindo, mas sem limitações, Náilon 6 e Náilon 6,6. Por exemplo, material náilon 6 tem sido também tecido em fibras finas incluindo uma quantidade significativa de fibras finas abaixo de 100 nanômetros de acordo com modalidades e exemplos aqui apresentados. Entretanto, outros materiais poliméricos são também contemplados, como apresentado anteriormente.

[00109] (d) Seleção de Solvente & Controle da Solução Polimérica

[00110] No geral, uma maior porção de solvente em relação a polímero é desejada, por um lado, mas não tão alta de maneira a impedir ou inibir a formação de espinerete de fibra fina. Uma proporção de solução muito alta pode causar crepitação de solvente de polímero, em vez de formação do fio. Entretanto, quanto maior a proporção de solvente, no geral um produto polímero fibra fina mais fino é observado. Com um maior teor de solvente, a maior parte do espinerete do fio evapora à medida que ele vai sendo obtido por fiação eletrostática do eletrodo de fiação para o material do substrato. Como tal, um fator a ser controlado é a proporção de solvente.

[00111] A seleção de solvente é também um fator e depende em parte do polímero selecionado. Embora um único solvente possa ser usado, preferivelmente é empregada uma combinação de solventes para controle de condutividade e tensão superficial de forma a incluir pelo menos um agente de dissolução de polímero que é adequado para dissolver o(s) polímero(s) de escolha e um agente de controle de condutividade que ajusta a condutividade e a tensão superficial da solução polimérica para controlar a formação de fibra e gerar fibras mais finas de acordo com uma modalidade. O agente de controle da condutividade e tensão superficial pode incluir sais, ácidos e outros agentes que afetam a condutividade. De acordo com uma modalidade, o agente de controle de condutividade inclui um agente de redução da condutividade e tensão superficial (um agente que reduz a tensão superficial e reduz a condutividade). Uma menor tensão superficial e condutividade têm sido consideradas úteis para formar fibra significativamente mais fina de acordo com modalidades aqui. Especificamente, acredita-se que uma maior condutividade e/ou tensão superficial fazem com que os fios de fibra fina saltem mais rapidamente do eletrodo de fiação para o meio de coleta e eletrodo. Em decorrência disto, teoricamente menos tempo pode ser gasto dispondo em um estado de cone de Taylor de uma fiação eletrostática, que reduz a ação mecânica para redução do tamanho de fibra pelo estiramento.

[00112] Para poliamidas tais como uma modalidade e exemplo de náilon 6, um solvente adequado inclui ácido fórmico como um agente de dissolução e ácido acético basicamente como um agente de controle de condutividade e de tensão superficial. Embora o ácido acético seja listado como um solvente potencial de poliamida, isto não é realmente correto, já que ele não quebra o náilon à temperatura ambiente, mas, em vez disso, é necessário calor, e náilon tenderá precipitar de volta da solução, se empregado. Como tal, uma combinação de solventes é um aspecto significativo de acordo com algumas das modalidades da invenção. Neste exemplo, normalmente mais ácido acético em relação ao ácido fórmico é desejável (por exemplo, mais que 50 % de ácido acético e menos que 50 % de ácido fórmico). Por exemplo, observou-se que um solvente com cerca de 2/3 de ácido acético e cerca de 1/3 de ácido fórmico cria fibras finas desejavelmente delgadas abaixo de 100 nanômetros com excelente geração de fibra (este exemplo é a níveis de concentração de: 88 % ácido fórmico, ou seja, por exemplo, 88 % ácido fórmico e 12 % água; e 99,9 % ácido acético, também conhecido como ácido acético glacial). Em particular, uma redução dimensionável no tamanho de fibra fina foi apresentada para náilon 6 quando se mudou de solvente de ácido fórmico puro para uma combinação de ácido acético e fórmico. Uma solução de 8-20 % de polímero em relação a solvente (ou seja, 92 %- 80 % solvente) é um exemplo de faixa utilizável para boa formação de fibra. Mais preferivelmente, uma solução de cerca de 12 % de solução de polímero gera boa formação de fibra e fibras desejavelmente delgadas.

[00113] (e) Ambiente Controlado

[00114] Também um outro fator envolvido é a umidade relativa e temperatura. Embora outras temperaturas possam ser usadas, preferivelmente, a temperatura está correlacionada com faixas de temperatura de fábrica típicas por questão de produção industrial e questões de conforto do trabalhador. Por exemplo, temperaturas podem ser entre 60 oF e 80 oF (16 e 27 °C), com 72 °F (22 °C) sendo típica como temperatura ambiente.

[00115] De mais importância é a umidade relativa, já que este fator afeta a evaporação e a taxa de desprendimento repentino de solvente. Se a umidade for muito alta, então solvente suficiente não evapora, resultando em fibras mais finas. Alternativamente, se a umidade for muito baixa, então o solvente evapora muito rapidamente. Se o solvente evaporar muito rapidamente, as fibras não podem ficar suficientemente finas, que acredita-se ser por causa da força mecânica através de ação de disposição, que indesejavelmente resulta em fibras mais finas (por exemplo, as fibras de polímero precipitam muito rapidamente para permitir o estiramento da fibra através da ação de disposição mecânica). Como tal, o controle ambiental de umidade é importante. Uma umidade relativa de entre cerca de 40 % e cerca de 55 % é uma faixa utilizável, por exemplo. Em relação a uma modalidade de náilon 6, uma umidade relativa de cerca de 44 % (por exemplo, preferivelmente entre 42-46 %) resulta na formação de fibra boa e muito fina.

[00116] (f) Adesão do Substrato

[00117] Adicionalmente, para aplicações de filtração, é desejável a adesão das fibras no substrato de meio filtrante. Em decorrência disto, e no caso de substratos a base de celulose comuns, é desejável depositar as fibras finas no substrato de meio filtrante com algum solvente remanescente da evaporação para efetuar ligação tipo solvente e/ou melhor integração da camada de fibra fina com o substrato. Adesão deve ser suficiente para impedir que a camada de fibra se solte simplesmente correndo-se um dedo sobre o meio e/ou por causa da abrasão normal ou manuseio do meio. Adesão é preferivelmente pelo menos suficiente para impedir uma força de desprendimento aplicada manualmente de acordo com a revelação e preceitos do relatório descritivo de patente US No. 2007/0163217 intitulado "Celulosic/Poliamid Composite" de Frey et al, cuja revelação na íntegra está por meio deste incorporada pela referência.

[00118] Embora existam propostas para utilizar um sistema de ligação/retenção de fibra fina separado (por exemplo, patente U.S. 4.650.506 de Barris et al), preferivelmente, ligação tipo solvente entre fibras finas e o substrato de meio filtrante é provida, por meio do que solvente suficiente remanescente nas fibras recém- formadas entra em contato com o substrato de meio filtrante quando depositado nele. Em relação aos exemplos de náilons com ácido fórmico, pode ocorrer excelente ligação de solvente, por exemplo, com meio substrato a base de celulose, como para o relatório descritivo da patente '217. Entretanto, adesivos, camadas de proteção e técnicas de aprisionamento (por exemplo, entre camadas) podem também ser empregados.

[00119] METODOLOGIAS DE TESTE

[00120] Antes de voltar para os exemplos a seguir, um pouco de atenção será dada a metodologias de teste que podem ser usadas para avaliar parâmetros de fibra fina e meio filtrante.

[00121] Eficiências apresentadas aqui podem ser medidas usando metodologia de teste fracional da eficiência no geral de acordo com a norma ASHRAE 52.2 e mais particularmente a metodologia e equipamento explicadas a seguir.

[00122] Para os resultados de teste aqui apresentados, metodologia de eficiência fracional utilizada poder de teste "ISO Fine", que é disponível pela Powder Technology, Inc. of Burnsville, Minnesota (Part No. ISO1212103-1). Este pode incluir tamanho de partículas graduado de maneira tal que uma única corrida de teste possa medir as eficiências de captura de partícula para diferentes tamanhos de partículas. Por exemplo, concentração e distribuição de tamanho de partícula estão mostradas no gráfico da figura 17. Copos de prova de meio filtrante (um disco circular de meio de 100 centímetros quadrados como é convencionalmente usado na máquina seguinte) foram submetidos a potência ISO FINE em um PALAS MFP2000 (disponível pela Palas® GMBH, Karlsruhe, Germany), a 120 L/m a uma concentração de sujeira de 70 mg/m3. O PALAS MFP2000 teve uma unidade de descarga corona (CD 2000) para neutralizar qualquer carga na sujeira para impedir falsas leituras na carga eletrostática. Leituras de queda de pressão são simultaneamente providas por este equipamento de teste via transdutores de pressão incorporados no equipamento que fornecem a informação de queda de pressão ao mesmo tempo, ou seja, de acordo com os mesmos parâmetros operacionais, de maneira tal que as medições de queda de pressão e comparações possam ser baseadas no mesmo parâmetro de vazão comum.

[00123] Dados de distribuição de tamanho de poro podem ser medidos usando um teste de distribuição de tamanho de poro de acordo com a norma ASTM - F316. Para testes aqui conduzidos, a distribuição de tamanho de poro foi conduzida pela metodologia e equipamento seguintes: um PMI (Porous Materiais, Inc. de Ithaca, NY) marca Capillary Flow Porometro - model no. CFP-I lOOAX-U-08182005-1446.

[00124] "Diâmetro" de fibra fina no contexto da presente revelação e reivindicações significa e refere-se á largura ou espessura de fibras, observada e/ou medida por um microscópio eletrônico de varredura (SEM) de partes de fibra individuais, feita e como pode ser vista graficamente nas figuras 18-19. No geral, medições são tipicamente feitas na região intermediária da parte da fibra que estende- se entre fibras ou partes de fibra transversais (ver, por exemplo, imagem SEM, figuras - figuras 18-19). Medições no geral não são feitas em áreas onde fios de fibras podem ficar dispostos juntos, se encontrar ou sobrepor. O "diâmetro" neste contexto e nas reivindicações não significa que exige que as fibras sejam perfeitamente redondas, embora parte ou todas fibras possam ser circulares. Considerando o pequeno tamanho das fibras e restrições de tecnologia, é atualmente desconhecida qual é a real forma seccional transversal de fibras finas. Considera-se que as fibras têm uma seção transversal no geral circular.

EXEMPLOS DE TESTE E/OU PRODUÇÃO

[00125] Nos exemplos de teste seguintes, os dois primeiros exemplos são amostras controle de um produto meio filtrante comercialmente disponível obtidos antes da data do depósito desta que são disponíveis pela Donaldson Company, Inc., Minneapolis, Minn. Tais amostras controles são com propósitos comparativos. Acredita-se que o meio possa ser feito de acordo com metodologia apresentada em um ou mais pedidos de patente no campo de fibras finas que são atribuídas a Donaldson tal como patente U.S. no. 6.743.273 de Chung et al. (ou patente relacionada similar da mesma família). Com base na tendência de solubilidade aparente em água e/ou álcool isopropílico, as fibras finas parecem ou acredita-se ser um derivado de álcool polivinílico.

[00126] O exemplo 3 é um exemplo de substrato de meio filtrante comercialmente disponível usado para os exemplos 4 e 5. O exemplo 4 foi produzido de acordo com uma modalidade de corrente sem-fim frisada supradescrita com relação às figuras 1-8, ao passo que o exemplo 5 diz respeito a observações de uma modalidade de um meio filtrante compósito feito com uma máquina El-Marco NANOSPIDER model NS-8A 1450, disponível pela El-Marco, s.r.o., Liberec, Czech- Republic.

[00127] Exemplo 1

[00128] Foram realizados testes em um produto meio filtrante compósito comercialmente disponível pela Donaldson Company, Inc., Minneapolis, Minn. Considerando que o meio estava contido em um cartucho, amostras de meio filtrante foram cuidadosamente removidas de um cartucho para teste. Observações mostraram que o meio filtrante compósito incluiu um material de substrato de meio filtrante mais grosseiro e uma camada de fibras finas depositada nele. Como mostrado na imagem do microscópico eletrônico de varredura da figura 18, diâmetro da fibra das fibras finas na camada de fibra fina foi observado tipicamente maior que 100 nanômetros e não houve uma quantidade significativa de fibras finas com diâmetros menores que 100 nanômetros.

[00129] O meio do compósito incluiu um peso base de 71,03 lb/3.000 pés2 (32 kg/278 m2); uma permeabilidade Frazier de 13,5 (CFM @ 0.5" WG); e uma espessura de 0,3 mil. Resultados de teste indicaram que o meio filtrante poderia se qualificar como MERV 14 (com base em dados de eficiência fracional), com uma queda de pressão inicial de 362,87 Pa.

[00130] Dados de teste de tamanho de poro e eficiência fracional para o exemplo 1 forma os seguintes e/ou estão mostradas nas figuras 11 e 13. Tabela 2 - Tamanho de poro (μm)

Tabela 3 - Fluxo de Filtro Cumulativo, Tamanho de poro (μm)

Tabela 4 - Resultad os de Eficiência Fracional Faixa (μm) E (%) outros dados

Exemplo 2

[00131] Testes foram realizados no meio de substrato de filtro do exemplo 1 com propósitos de tentar avaliar melhor as características de filtração da camada de fibra fina. Especificamente, amostras do produto compósito de meio filtrante comercialmente disponível da Donaldson Company, Inc., Minneapolis, Minn, foram primeiramente encharcadas em álcool isopropílico para dissolver e assim remover a camada de fibra fina. As fibras finas pareceram dissolver completamente em álcool isopropílico, que é o motivo pelo qual o álcool isopropílico foi escolhido como o solvente. As amostras foram então secas naturalmente para evaporar o solvente de isopropila e então a amostras foram testadas.

[00132] O meio de substrato incluiu um peso base de 71,27 lb/3.000 pé2 (33,2 kg/278 m2); uma permeabilidade Frazier de 15,3 (CFM @ 0.5" WG); e uma espessura de 0,3 mil. Os resultados de teste indicaram que o meio filtrante pôde ser classificado como MERV 13 (com base nos dados de eficiência fracional), com uma queda de pressão inicial de 378,13 Pa.

[00133] Dados de teste do tamanho de poro e eficiência fracional para o exemplo 2 foram os seguintes e/ou estão mostrados nas figuras 12 e 13 Tabela 5 - Tamanho de poro (μm)

Tabela 6 - Fluxo de Filtro Cumulativo, Tamanho de poro (μm)

Tabela 7 - Resultad os de Eficiência Fracional

Exemplo 3

[00134] Testes foram realizados em um meio filtrante de substrato de material de fibra de celulose de qualidade relativamente baixa não revestido que foi usado como o material do substrato para o compósito de meio filtrante de fibra fina do exemplo 4. O meio filtrante de substrato foi adquirido da Ahlstrom com a designação marca/modelo AFI-23N-4. Assim, não houve necessidade de preparar a amostra através de um encharque de álcool isopropílico como foi feito para o exemplo 2.

[00135] O meio de substrato incluiu um peso base de 59,8 lb/3.000 pé2 (27,1 kg/278 m2); uma permeabilidade Frazier de 23,4 (CFM @ 0.5" WG); e uma espessura de 0,4 mil. Os resultados de teste indicaram que o meio filtrante pôde ser classificado como MERV 12 (com base nos dados de eficiência fracional), com uma queda de pressão inicial de 242,63 Pa.

[00136] Dados de teste do tamanho de poro e eficiência fracional para o exemplo 3 foram os seguintes e/ou estão mostrados nas figuras 14 e 16:

Tabela 9 - Fluxo de Filtro Cumulativo, Tamanho de poro (μm)

Tabela 10 - Resultados de Eficiência Fracional

Exemplo 4

[00137] Um meio filtrante compósito com uma camada de substrato a base de celulose e uma camada de fibra fina de náilon 6 foi preparado usando o meio de substrato do exemplo 3. O meio compósito foi feito com um eletrodo de corrente de microesfera de metal sem fim (uma modalidade que usou uma célula de corrente de microesfera) como anteriormente descrito em relação às figuras 1-8. As condições ambientais foram temperatura ambiente (por exemplo, 72 oF (22 oC)) e um umidade relativa de 44 %. Fibras finas foram produzidas de uma solução 12 % náilon 6, na qual o náilon 6 foi dissolvido em uma solução 2/3 ácido acético glacial e 1/3 ácido fórmico (o ácido fórmico usado teve uma concentração de 88 %, enquanto o ácido acético teve um nível de concentração de 99,9 %).

[00138] Um potencial de tensão de 95.000 foi provido. O eletrodo de corrente de microesfera de metal foi eletricamente acoplado em uma fonte de alimentação negativa de tensão 45.000 e o eletrodo de coleta foi submetido a uma fonte de alimentação positiva de tensão 50.000. O espaçamento visado foi mantido entre o eletrodo de corrente de microesfera de metal e o eletrodo de coleta em 5 1/2 polegadas (14 centímetros), com o meio de substrato disposto sobre o eletrodo de coleta e em contato com ele.

[00139] Como mostrado na imagem do microscópico eletrônico de varredura da figura 19, o diâmetro da fibra das fibras finas na camada de fibra fina foi observado tipicamente menor que 100 nanômetros com uma quantidade significativa de fibras finas com diâmetros menores que 100 nanômetros. Para múltiplas localizações de disposição e/ou observação, observações SEM indicaram que tipicamente entre cerca de 80 %-90 % das fibras finas tiveram diâmetros entre 50 nanômetros e 100 nanômetros.

[00140] O meio compósito incluiu um peso base de 61,05 lb/3.000 pé2 (27 kg / 278 m2); uma permeabilidade Frazier de 22,9 (CFM @ 0.5" WG); e uma espessura de 0,5 mil. Os resultados de teste indicaram que o meio compósito de filtro pôde ser classificado como MERV 15 (com base nos dados de eficiência fracional), com uma queda de pressão inicial de 243,63 Pa (para o exemplo, uma diferença menor que 1 % em relação ao meio não revestido do exemplo 3).

[00141] Dados de teste do tamanho de poro e eficiência fracional para o exemplo 4 foram os seguintes e/ou estão mostrados nas figuras 15 e 16: Tabela 11 - Tamanho de poro (μm)

Tabela 12 - Fluxo de Filtro Cumulativo, Tamanho de poro (μm)

Tabela 13 - Resultados de Eficiência Fracional

Exemplo 5

[00142] Um meio filtrante compósito com uma camada de substrato a base de celulose e uma camada de fibra fina de náilon 6 foi preparado usando o meio de substrato do exemplo 3 de acordo com parâmetros do exemplo 4, exceto que foi utilizado um equipamento diferente, a saber, uma máquina El- Marco NANOSPIDER model NS-8A 1450, disponível pela El-Marco, s.r.o., Liberec, Czech-Republic, e que modificações foram produzidas na máquina aumentando o suprimento de tensão para 95.000 volts para aumentar a produção de fibra fina. Condições ambientais foram temperatura ambiente (para o exemplo, 72 oF (22 oC)) e um umidade relativa de 44 %. Fibras finas foram produzidas de uma solução 12 % náilon 6, na qual o náilon 6 foi dissolvido em uma solução 2/3 ácido acético e 1/3 ácido fórmico (o ácido fórmico usado teve uma concentração de 88 %, enquanto o ácido acético teve um nível de concentração de 99,9 %). Um campo eletrostático de um diferencial de tensão de 95,000 foi provido. O espaçamento visado entre o eletrodo de fiação e o eletrodo de coleta de 5/4 polegadas (medido no ponto mais próximo). Para múltiplas localizações de disposição e/ou observação, observações SEM indicaram que tipicamente entre cerca de 80 %-90 % das fibras finas tiveram diâmetros entre 50 nanômetros e 100 nanômetros.

[00143] Todas referências, incluindo publicações, pedidos de patente e patentes aqui citados estão por meio deste incorporados pela referência como se cada referência fosse individual e especificamente indicada para ser incorporada pela referência, e como se fossem aqui incorporados nas suas íntegras.

[00144] O uso dos termos "um" e "uma" e "o" e (a) e referentes similares no contexto da descrição da invenção (especialmente no contexto das reivindicações seguintes) deve ser interpretado de forma a cobri tanto a forma singular quanto plural, a menos que de outra forma indicado ou claramente contradito pelo contexto. Os termos "compreendendo," "tendo," "incluindo," e "contendo" devem ser interpretados como termos com significado aberto (isto é, significando "incluindo, mas sem limitações") a menos que de outra forma notado. A citação de faixas de valores aqui visa meramente servir como um método abreviado de referir individualmente a cada valor separado que cai na faixa, a menos que de outra forma indicado, e cada valor separado é incorporado na especificação como se tivesse sido individualmente aqui citado. Todos os métodos aqui descritos podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que de outra forma aqui indicado ou de outra forma claramente contradita pelo contexto. O uso de todo ou qualquer exemplo, ou linguagem exemplar (por exemplo, "tal como") aqui provido visa meramente ilustrar melhor a invenção e não apresenta nenhuma limitação ao escopo da invenção, a menos que de outra forma reivindicado. Nenhuma linguagem na especificação deve ser interpretada indicando qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática da invenção.

[00145] Modalidades preferidas desta invenção são aqui descritas, incluindo o melhor modo conhecido pelos inventores para realizar a invenção. Variações dessas modalidades preferidas podem ficar aparentes aos versados na técnica mediante leitura da descrição apresentada. Os inventores esperam que versados na técnica empreguem tais variações da maneira apropriada, e os inventores pretendem que a invenção seja praticada de outra forma sem ser as especificamente aqui descritas. Dessa maneira, esta invenção inclui todas modificações e equivalentes da matéria em questão citada nas reivindicações anexas, permitidas pela lei aplicável. Além disso, qualquer combinação dos elementos supradescritos em todas suas possíveis variações é englobada pela invenção, a menos que de outra forma aqui indicado, ou de outra forma claramente contradita pelo contexto.

Claims

1. Meio filtrante CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma camada de substrato de meio permeável; uma camada de fibra fina suportada pela camada de substrato, a camada de fibra fina incluindo uma quantidade significativa de fibras com um diâmetro menor que 100 nanômetros.

2. Meio filtrante, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a quantidade significativa significa pelo uma das seguintes: que a camada de fibra fina inclui um diâmetro de fibra médio menor que 100 nanômetros; um diâmetro de fibra intermediário menor que 100 nanômetros; e/ou pelo menos 25% das fibras na camada de fibra fina têm um diâmetro menor que 100 nanômetros.

3. Meio filtrante, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos 50% das fibras na camada de fibra fina têm um diâmetro menor que 100 nanômetros.

4. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos 70% das fibras têm um diâmetro entre 50 e 100 nanômetros.

5. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o polímero compreende um náilon e em que a fibra fina compreende um polímero que é inerentemente hidrofóbico e não solúvel em água.

6. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina além das outras camadas, se houver, tem uma eficiência de pelo menos 90% para partículas de tamanho de 0,75 a 1,00 micron, com menos que 15% de diferença na queda de pressão em relação à camada de substrato sozinha; e em que a camada de substrato tem uma eficiência sem a camada de fibra fina de uma eficiência menor que 75% para partículas de tamanho de 0,75 a 1,00 micron.

7. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina além das outras camadas, se houver, tem uma eficiência de pelo menos 80% para partículas de tamanho de 0,237 a 0,316 micron; e em que o substrato tem uma eficiência sem a camada de fibra fina de uma eficiência menor que 40% para partículas de tamanho de 0,237 a 0,316 micron

8. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina além das outras camadas, se houver, tem pelo menos 50% de distribuição de tamanho de poro acima de uma faixa de separação de 6 micron; em que a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina além das outras camadas, se houver, tem pelo menos 40% de distribuição de tamanho de poro acima de uma faixa de separação de 4 micron; e em que a combinação da camada de substrato e da camada de fibra fina além das outras camadas, se houver, tem pelo menos 25% de distribuição de tamanho de poro acima de uma faixa de separação de 2 micron.

9. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de substrato compreende um meio filtrante poroso à base de celulose, o meio filtrante poroso à base de fibra de celulose tendo as seguintes características: (a) uma permeabilidade de Frazier entre cerca de 1 e cerca de 400 CFM a 0,5" WG; (b) um diâmetro de fibra médio entre cerca de 2 e cerca de 50 microns; (c) um peso base entre cerca de 30 e cerca de 90,7 kg/278,7 m2 (200 lb/3000 ft2); (d) uma distribuição de tamanho de poro geral entre cerca de 2 e cerca de 50 micron; e (e) uma resistência ao estouro de Mullen entre cerca de 0,03 e cerca de 0,48 MPa (cerca de 5 a cerca de 70 psi).

10. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de fibra fina modifica a queda de pressão sobre a camada de substrato em menos que 5%.

11. Meio filtrante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de fibra fina modifica a queda de pressão sobre a camada de substrato em menos que 1%.

12. Método para formar o meio filtrante, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: dissolver um polímero em um solvente para formar uma solução de polímero; fiar eletrostaticamente fibras finas do solvente de polímero a partir de um eletrodo sob um campo eletrostático; depositar as fibras finas sobre uma camada de substrato; e selecionar pelo menos um solvente e pelo menos um polímero para gerar uma quantidade significativa de fibras com um diâmetro menor que 100 nanômetros.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que selecionar pelo menos um solvente inclui selecionar um agente de dissolução para o polímero e ajustar pelo menos uma dentre a condutividade e a tensão superficial com um agente de controle, em que o agente de controle é um solvente diferente do agente de dissolução.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o método inclui: conter a solução de polímero em um receptáculo; mergulhar o eletrodo na solução de polímero e emitir fibras em diversas localizações de fiação a partir do eletrodo sobre um espaço; escoar o substrato transversal ao espaço para coletar as fibras emitidas, em que as localizações de fiação são no geral um arranjo linear através do eletrodo ao longo da borda do eletrodo, em que o arranjo linear inclui uma pluralidade de fileiras de localizações de fiação, compreendendo ainda espaçar a camada de substrato entre cerca de 10,2 e cerca de 25,4 cm (cerca de 4 a cerca de 10 polegadas) a partir do eletrodo, e controlar a umidade relativa entre cerca de 30% e 50%.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o polímero compreende um náilon e em que o pelo menos um solvente compreende um ácido, a relação de solvente de polímero para solvente sendo controlada entre cerca de 8% e cerca de 20%, em que o pelo menos um solvente inclui uma combinação de ácido acético e ácido fórmico, e em que o pelo menos um solvente tem uma maior proporção de ácido acético do que ácido fórmico.