CN101304797A - 用于移除物理和/或生物杂质的过滤器 - Google Patents

用于移除物理和/或生物杂质的过滤器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于从被过滤的介质中去除物理和/或生物杂质的包含纺织纤维的过滤器。过滤器包含至少一对纳米纤维层(L)，其中在被过滤介质通过的方向上第一纳米纤维层是由包含至少一种有效抵抗被去除的生物杂质或多个生物杂质的低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层(2)，且第二纳米纤维层由以聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层(3)代表，而用于使得被过滤介质通过的在过滤纳米纤维层(3)的纳米纤维之间缝隙的尺寸小于用于使得被过滤介质通过的在活性纳米纤维层(2)的纳米纤维之间的缝隙的尺寸，且小于通过此过滤纳米纤维层(3)去除的生物杂质或多个生物杂质的元素的尺寸。本发明还涉及空气过滤器和水过滤器，且涉及用于防护生物杂质的面罩。

Description

用于移除物理和/或生物杂质的过滤器
技术领域
本发明涉及用于从被过滤介质中移除物理和/或生物杂质的包含纺织纤维的过滤器。
然后，本发明涉及用于从被过滤的空气中去除物理和/或生物杂质的包含纺织纤维的空气过滤器。
本发明也涉及用于从吸入和呼出的空气中去除物理和/或生物杂质的包含内部纺织层和外部纺织层的面罩。
本发明也涉及用于从被过滤的水中去除物理和/或生物杂质的包含可变尺寸的微粒的沙过滤器的水过滤器。
背景技术
在人们吸入的周围的空气中，不仅由于工业制造或生态灾难而存在相对地高的尘埃、有害化学物，而且存在大范围的微生物，它们作为许多细菌性或病毒性疾病的起因对于人类有机体是有害的。
目前已知了大量多种类型的罩、呼吸器、气体面具、过滤器和类似的设备以用于清洁吸入的空气，同时这些装置的已知的解决方法的全部大部分首先集中于从吸入的空气中去除尘埃微粒。它们的原理基本上在于造成或多或少的复杂的迷宫(例如纤维迷宫)，使得存在使尘埃微粒或类似的微粒杂质被捕获的最高的可能性概率。
为移除有害的化学物，战斗气体和例如还有不愉快的气味，以上所述的装置添加了由具有多种形式的活性碳造成的或包括具有多种形式的活性碳的一层或多层。为放大或增加这些装置的效率，活性碳层通常通过另一个化学物质完成，该物质形成了活性碳微粒的涂层或填充了它们之间的空间。
例如，从US 5714126中已知了呼吸器的过滤系统，该系统包含一层活性碳和第二层活性碳，第二层活性碳与第一层活性碳不同之处是活性碳微粒由硫酸盐、钼或类似物质的层涂覆。
然而，这样设计的装置的缺点是尽管其相对地复杂的结构，它们大多数不对于存在于通过的空气内的微生物起作用，且这些微生物然后容易地穿透到使用者的空气路径内，它们可能捕获在所述的装置的结构内，在此处它们安静地存在，且甚至在从引入最初的微生物起的相对地长的时间后变成感染源或污染源。
根据数个已知的解决方法，为防止不希望的微生物传递通过吸入空气的过滤装置而可能地生存而造成了新的层，新的层提供有抗菌物质，或过滤装置的现有的层的一些由这样的物质补充。所述的抗菌物质以或多或少可靠的方式杀灭或至少明显地削弱了进来的微生物。
由于带有最有效的抗菌效果而带有几乎不受限制的作用范围的物质包括银(离子形式或金属形式)的事实，数个过滤装置解决方案合并了银微粒或纤维，可能地是其化合物。
例如，WO 2005002675描述了鼻面具，其部件是带有小孔的“袋”，袋内定位了银或电气石微粒的纤维，这为此面具赋予了在其与通过存在而结合且破坏不希望的微生物时的抗菌特性。
此一个解决方法和大多数其他涉及用于去除微生物的包含了银的装置的解决方法的缺点是首先这些装置相对地复杂生产，这几乎总是包括分开地生产面具主体和例如银纤维或微粒的抗菌物质的必需性，仅在生产后才进行最终产品的组装。
此类似的状态存在于建筑物或车辆内的空调回路内的空气清洁的领域内。同时存在已知的使用了包含银的纺织纤维的应用，该应用利用了银的抗菌效果，以防止例如袜子或毛巾的纺织产品内的微生物和其他生物杂质的繁殖。
也已知了银在从水中清洁生物杂质的用途，然而，此方法是相对地昂贵的和复杂的。因此，在大多数情况中从水中清洁生物杂质时使用氯化处理。
从物质的胶质状态的研究中更好地已知了化学物，可能地固体物质的催化作用随着活性物质的比表面的增加而增加。当在载体内的活性物质的微粒的尺寸降低时，可能达到通过在载体内的较少的活性物质的量或通过活性物质在载体内的较低的浓度的要求的效果率。
本发明的目的是消除或至少最小化现有技术状态的缺点，且同时利用关于降低活性物质微粒的尺寸的可能性的知识。
发明内容
本发明的目的已通过包含至少一对纳米纤维层的过滤器实现，其中在被过滤介质通过的方向上第一纳米纤维层是由包含至少一种有效抵抗被去除的生物质杂或被去除的多个生物杂质的低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层，且第二纳米纤维层由以聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层代表，而用于使得被过滤介质通过的在过滤纳米纤维层的纳米纤维之间缝隙的尺寸小于活性纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙的尺寸，且小于通过此过滤纳米纤维层去除的生物杂质或多个生物杂质的元素的尺寸。
根据本发明的包含至少一对纳米纤维层的过滤器的优点特别地在于由过滤纳米纤维层捕获的生物杂质通过与有效地抵抗被去除的生物杂质或多个生物杂质的包含在活性纳米纤维层的纳米纤维内的低分子物质的接触而被杀死或至少削弱。生物杂质在被过滤纳米纤维层捕获后被去除，然后保持在活性纳米纤维层内，其中各活性物质作用在其上，活性物质是活性纳米纤维层的纳米纤维的部分。
为扩展过滤器的效率，有利的是过滤器包含至少两对纳米纤维层，其中每对纳米纤维层确定为用于捕获和杀灭不同的生物杂质或不同的多个生物杂质，而在被过滤的介质的通过方向上，单独的纳米纤维层对具有较小尺寸的缝隙使得被过滤的介质通过，且每个相继的纳米纤维层对确定为用于捕获和杀灭比前面的纳米纤维层对更小的生物杂质。
根据权利要求3，在保持纳米纤维层的效率时实现了过滤器的纳米纤维层的数量的降低。前面的纳米纤维层对的过滤纳米纤维层造成了随后的纳米纤维层对的活性纳米纤维层，而该纳米纤维层由包含至少一种有效地起作用而抵抗被随后的纳米纤维层对的过滤纳米纤维层捕获的生物杂质的低分子物质的纳米纤维形成。
在过滤器的有利的实施例中，在被过滤的介质的通过方向上，第一对纳米纤维层确定为捕获和杀灭细菌，且在被过滤的介质的通过方向上，第二对纳米纤维层确定为捕获和杀灭病毒。此分离是部分有利的，因为不同尺寸的生物杂质微粒被捕获，且同时用于选择有效地起作用而抵抗被捕获的生物杂质的合适的低分子物质。
在以上提及的解决方法中，有利的是第一对纳米纤维层的过滤纳米纤维层由其间用于使得被过滤的介质通过的缝隙小于应被此过滤纳米纤维层捕获的最小的细菌的尺寸的纳米纤维形成，且第一对纳米纤维层的活性纳米纤维层由包含至少一种有效地起作用而抵抗由各过滤纳米纤维层捕获的细菌的杀菌低分子物质的纳米纤维形成，同时第二对纳米纤维层的过滤纳米纤维层由其间用于使得被过滤的介质通过的缝隙小于应被此过滤纳米纤维层捕获的病毒的尺寸的纳米纤维形成，且第二对纳米纤维层的活性纳米纤维层由包含至少一种有效地起作用而抵抗由第二对纳米纤维层的过滤纳米纤维层捕获的病毒的杀灭病毒的物质的纳米纤维形成。根据生物杂质的被捕获和杀灭的微粒尺寸将纳米纤维层对分离也实现了有目的地对根据其尺寸一个接一个布置的纳米纤维层对选择的某些细菌起作用。
用于使得被过滤的介质通过的在第一对纳米纤维层的过滤纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙从300至700nm，这实现了对细菌的捕获从而造成了对生物杂质的去除，因为细菌的尺寸从350至1000nm变化。
用于使得被过滤的介质通过的在第二对纳米纤维层的过滤纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙从50至200nm。此布置实现了对特征尺寸从10至150nm变化的大部分病毒的捕获。从目前的技术状态的角度考虑，对尺寸小于50nm的病毒的捕获是有问题的，因为带有在纳米纤维之间小于10nm的用于使得被过滤的介质通过的缝隙的过滤纳米纤维层难于清洁。然而，此解决方法不排除对生产粗细度在纳米单位的纳米纤维的实现，其中在层内的纳米纤维的最大粗细度在数十纳米的值范围内。
在所有以上所提及的实施例中，纳米纤维层的表面重量具有优点地在从0.1至0.3g/m2的间隔内变化，而各对纳米纤维层的过滤纳米纤维层在被过滤的介质的通过方向上在定位各对纳米纤维层的活性纳米纤维层前具有较小的表面重量。此布置保证了纳米纤维层对于被过滤的介质的充分的可渗透性。
过滤纳米纤维层的聚合物纳米纤维通过聚合物溶液的静电纺丝生产，且活性纳米纤维层的聚合物纳米纤维通过聚合物溶液的静电纺丝生产，该聚合物溶液包含各低分子物质或在纺丝后各低分子物质的微粒通过一些已知方法由其制造的物质的微粒。用于根据本发明的过滤器的纳米纤维层的纳米纤维的此生产方式似乎是最有利的，因为以此方法可以最大程度上影响纳米纤维的细度以及沉积在纳米纤维内的低分子物质微粒的含量和尺寸。
施加在根据本发明的过滤器的活性纳米纤维层内的低分子物质根据在相应的层内应被杀灭的细菌、病毒或其他微生物来选择。主要地使用的应用于抵抗被去除的生物杂质的低分子物质是从如下的组中选择的低分子物质：金属形式的银，银的化合物，季铵盐和PVP碘。
纳米纤维的直径在从50至700nm的范围内变化，而为保持纳米纤维层的充分的可渗透性，在每个相继的纳米纤维层中在单独的纳米纤维层内在被过滤的介质通过的方向上纳米纤维的直径随着用于使得被过滤的介质通过的在纳米纤维之间的缝隙尺寸的降低而降低。与此同时，具有优点地，相应的纳米纤维层的表面重量也降低。
所使用的低分子物质的微粒如在以上所提及沉积在且固定在聚合物纳米纤维内，同时具有优点的是在活性纳米纤维层的纳米纤维内的低分子物质或多个低分子物质的微粒的特征尺寸在从5至100nm的范围内，而微粒尺寸也对应于纳米纤维的直径。
以上所述的过滤器指定为用于过滤气体和液体，需要从该气体和液体中去除的不仅有物理杂质，而且特别地有生物杂质，且因此最频繁的被过滤的介质是空气或水。
根据本发明的空气过滤器的原理在于它包含至少一对纳米纤维层，其中在被过滤的空气的通过方向上第一层是由包含至少一种有效地抵抗被去除的生物杂质或多个生物杂质的低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层，且第二层是由聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层，而用于使得被过滤的空气通过的在过滤纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙的尺寸小于用于使得被过滤的空气通过的在活性纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙的尺寸，且同时小于被去除的生物杂质或多个生物质杂的微粒的尺寸。
本发明也涉及用于从吸入或呼出的空气中去除物理和/或生物杂质的面罩，该面罩包含外部纺织层和内部纺织层，而本发明的原理在于在外部纺织层和内部纺织层之间布置了一对纳米纤维层，该纳米纤维层包含了在纳米纤维之间带有300nm的缝隙的过滤纳米纤维层，且根据面罩的用途，在空气通过的方向上在过滤纳米纤维层前布置了由包含了至少一种杀菌低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层。面罩能捕获物理杂质且捕获和杀灭由细菌形成的生物杂质。同时，面罩可以布置为在生物污染的环境中保护人员不受环境生物杂质影响，或用于防护呼出的生物杂质，例如用于保护患者不受邻近的人员呼出的生物质杂影响。
用于保护人员不受环境生物杂质影响的面罩的过滤纳米纤维层在吸入方向上布置在内部纺织层前，且在由聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层和外部纺织层之间布置了由带有至少一种杀菌低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层，该低分子物质微粒包含在活性纳米纤维层的纳米纤维内。
用于防护呼出生物杂质的外科手术面罩的过滤纳米纤维层在呼出的方向上布置在外部纺织层前，且在由聚合物纳米纤维制成的过滤纳米纤维层和内部纺织层之间布置了由带有至少一种低分子杀菌物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层，该低分子物质微粒包含在活性纳米纤维层的纳米纤维内。
用于防护吸入和呼出生物杂质的面罩包含两对纳米纤维层，它们以其过滤纳米纤维层相互面对。
同时，有利的是两对纳米纤维层具有共用的过滤纳米纤维层。
在用于防护细菌的面罩的有利的实施例中，用于使得空气通过的在过滤纳米纤维层的纳米纤维之间的间隙从300至700nm，而在活性纳米纤维层的纳米纤维之间的间隙更大。
用于防护细菌和病毒的面罩包含在空气通过的方向上布置在杀菌的纳米纤维层对后的杀灭病毒的纳米纤维层对，而杀灭病毒的纳米纤维层对的过滤纳米纤维层具有用于使得空气通过的在纳米纤维之间的从50至200nm的缝隙，且在空气通过的方向上在杀灭病毒的纳米纤维层对的过滤纳米纤维层前定位了由包含杀灭病毒的物质的微粒的纳米纤维形成的活性纳米纤维层。
同时有利的是在杀灭病毒的纳米纤维层对的活性纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙大于在杀灭病毒的纳米纤维层对的过滤纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙，且同时小于在杀菌的纳米纤维层对的过滤纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙。
根据本发明的水过滤器的原理在于在沙过滤器后布置了至少一对纳米纤维层，其中在被过滤的水通过的方向上第一纳米纤维层是由包含至少一种有效地抵抗被去除的生物杂质或多个生物杂质的低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层，且第二纳米纤维层是由聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层，而用于使得被过滤的水通过的在过滤纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙的尺寸小于用于使得被过滤的水通过的在活性纳米纤维层的纳米纤维之间的缝隙的尺寸，且同时小于被去除的生物杂质或多个生物杂质的微粒的尺寸。
附图说明
本发明的实施例的例子在附图中示意性地图示，其中：
图1示出了含有一对纳米纤维层的过滤器，图中带有被过滤介质的标记的流动方向；
图2示出了含有两对纳米纤维层的过滤器；
图3示出了含有两对纳米纤维层的过滤器，具有一个共用的纳米纤维层；
图4示出了通过空气过滤器的部分，图中带有标记的空气流动方向；
图5示出了通过水过滤器的简化的部分；
图6a示出了包含一对纳米纤维层的面罩的简化的部分截面，图中带有在吸入期间的标记的空气流动方向；
图6b示出了通过包含一对纳米纤维层的面罩的简化的部分截面，图中带有在呼出期间的标记的空气流动方向；
图6c示出了通过包含两对纳米纤维层的面罩的简化的部分截面，面罩用于防止吸入和呼出生物杂质；
图6d示出了通过包含两对纳米纤维层的面罩的简化的部分截面，面罩带有一个共用的过滤纳米纤维层；
图7示出了通过包含两对纳米纤维层的面罩的简化的部分截面，面罩带有一个共用的纳米纤维层；和
图8示出了通过包含两对纳米纤维层的面罩的简化的部分截面。
具体实施方式
用于从被过滤的介质去除物理和/或生物杂质的包含纺织纤维的过滤器在根据图1的实施例的例子中包括一对纳米纤维层L，在被过滤的介质的通过方向上，一对纳米纤维层L中的第一纳米纤维层是由聚合物纳米纤维制成的活性纳米纤维层2，该活性纳米纤维层2包括至少一个有效地抵抗被去除的生物杂质或多个生物杂质的低分子物质的微粒。在被过滤的介质通过纳米纤维层对L的方向上，第二纳米纤维层是由聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层3，而在过滤纳米纤维层3的纳米纤维之间的用于使得被过滤的介质通过的缝隙的尺寸小于在活性纳米纤维层2的纳米纤维之间的用于使得被过滤的介质通过的缝隙的尺寸，且小于通过此过滤纳米纤维层3去除的生物杂质或多个生物杂质的微粒的尺寸。
图2示出了用于去除物理和/或生物杂质的过滤器的实施例例子，该过滤器包含两对纳米纤维层L1、L2，其中每对被确定以用于捕获和杀灭不同的生物杂质或多种不同的生物杂质。第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31由纳米纤维形成，在纳米纤维之间存在用于使被过滤的介质通过的缝隙，该缝隙小于应由此纳米纤维层31捕获的最小的细菌的尺寸，且第一对纳米纤维层L1的活性纳米纤维层21由包含至少一个有效地作用抵抗由各过滤纳米纤维层31捕获的细菌的杀菌低分子物质的纳米纤维制成。第二对纳米纤维层L2的过滤纳米纤维层32由纳米纤维形成，在纳米纤维中存在缝隙以用于使得被过滤的介质通过，该缝隙小于应由此过滤纳米纤维层32捕获的病毒的尺寸，且第二对纳米纤维层L2的活性纳米纤维层22由包含至少一个有效地作用抵抗由第二对纳米纤维层L2的过滤纳米纤维层32捕获的病毒的杀灭病毒的物质的纳米纤维形成。第二对纳米纤维层L2的过滤纳米纤维层32和活性纳米纤维层22也可以用于捕获和杀灭其尺寸小于被第一对纳米纤维层L1捕获和杀灭的细菌的细菌。
因此，如果使用两对纳米纤维层L1、L2，则在被过滤的介质相继流过纳米纤维层21、31、22、32的通过方向上单独的纳米纤维之间的缝隙的尺寸逐渐减小。在纳米纤维之间的最大缝隙则在第一对纳米纤维层L1的活性纳米纤维层21内。在纳米纤维之间的较小的缝隙在用于捕获最大的选择的通常为细菌的微生物的第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31内。在纳米纤维之间的再更小的缝隙在第二对纳米纤维层L2的活性纳米纤维层22内，且在纳米纤维之间的最小缝隙在第二对纳米纤维层L2的过滤纳米纤维层32内。在未图示的情况中，使用了包含了活性纳米纤维层2i和过滤纳米纤维层3i的其他对的纳米纤维层Li。
细菌的尺寸在从350至1000nm的间隔内变化。因此，为捕获最小的细菌，在各过滤纳米纤维层的纳米纤维之间造成尺寸直至300nm的缝隙足以。病毒的特征尺寸从10nm至200nm变化。由于通过当前的聚合物溶液的静电纺丝方法目前可以生产在纳米纤维之间带有从50nm且更高的缝隙的纳米纤维纺织品的事实，从示出的病毒范围内的大于50nm的病毒可以由过滤纳米纤维层捕获。为能捕获在其整个尺寸范围内的病毒，需要生产带有用于使得被过滤的介质通过的在纳米纤维之间的小于10nm的缝隙的过滤纳米纤维层，这意味着例如6nm至9nm。为保持这样的过滤纳米纤维层对于被过滤的介质的可渗透性，纳米纤维的直径在数十纳米的单位内，而优化地，纳米纤维的粗细似乎应在从10nm至30nm的范围内。这样的过滤纳米纤维层可以通过聚合物溶液的静电纺丝技术生产。
图3示出了用于去除物理和/或生物杂质的过滤器的实施例例子，该过滤器包含两对纳米纤维层L1、L2，其中每对设计为捕获且杀灭不同的生物杂质或不同的多种生物杂质。第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31同时代表了第二对纳米纤维层L2的活性纳米纤维层22，且由包含至少一个有效地起作用以抵抗由第二对纳米纤维层L2的过滤纳米纤维层捕获的生物杂质的低分子物质的纳米纤维形成。相应的过滤纳米纤维层31、32的纳米纤维之间的用于使得被过滤的介质通过的缝隙根据应由过滤纳米纤维层31、32捕获的生物杂质或多种生物杂质的微粒的尺寸制造，且根据应由相应的过滤纳米纤维层31、32捕获的生物杂质或生物杂质的成分，选择了有效的低分子物质，该物质包含在各活性纳米纤维层21、22的纳米纤维内。
用于使得被过滤的介质通过的在指定用于捕获和杀灭细菌的单一的纳米纤维层对L或第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层3或31的纳米纤维之间的缝隙根据应被捕获的细菌的尺寸为从300至700nm。
用于使得被过滤的介质通过的在指定用于捕获和杀灭病毒的第二对纳米纤维层L2的过滤纳米纤维层32的纳米纤维之间的缝隙根据应被捕获的病毒的尺寸为从50至200nm。
纳米纤维层的表面重量在从0.1至0.3g/m2的间隔内变化，而相应的纳米纤维层对L、L1、L2的过滤纳米纤维层3、31、32的表面重量小于在被过滤介质通过方向上定位在其之前的相应的纳米纤维层对L、L1、L2的活性纳米纤维层2、21、22的表面重量。
过滤纳米纤维层3、31、32的聚合物纳米纤维通过聚合物溶液的静电纺丝生产，且活性纳米纤维层2、21、22的聚合物纳米纤维通过聚合物溶液的静电纺丝生产，该聚合物溶液包含相应的低分子物质的微粒，或在纺丝后通过一些已知方法由它在纳米纤维中生产相应的低分子物质的微粒的物质的微粒。
有效地抵抗细菌的低分子物质是从包括以下的组中选择的低分子物质：具有金属形式的银，例如银盐的银化合物和季铵盐。有效地抵抗病毒的低分子物质例如是PVP碘，可能是其他已知的有效地抵抗病毒的低分子物质。
纳米纤维的直径在从50至700nm的范围内变化，而在单独的纳米纤维层内在使得被过滤的介质在每个相继的纳米纤维层中通过的方向上的纳米纤维的直径随着用于使得被过滤的介质在纳米纤维之间通过的缝隙的尺寸的减小而减小。在纳米纤维层对L、L1、L2的活性纳米纤维层2、21、22的纳米纤维中的低分子物质或多种低分子物质的微粒的特征尺寸在从5至100nm的范围内变化。低分子物质的微粒沉积在纳米纤维聚合物内且达到直至纳米纤维的表面。
根据本发明的过滤器特别地指定为用于过滤空气和水。
例如用于净化空调回路内的空气的空气过滤器包含数个由多种厚度的纺织纤维制成的过滤层1a、1c，而在单独的层内在空气通过的方向上纤维的直径逐渐地降低，且特别是在纺织层内的纤维之间的缝隙尺寸逐渐地降低。同时，努力保持过滤器对空气的最大可渗透性，且不过多地增加过滤器的抵抗空气流动的阻力。纺织层常常与至少一个活性碳的过滤层1b组合。在空气通过的方向上在过滤层1a、1b、1c后方布置了一个或多个纳米纤维层对，在根据图4的实施例的例子中图示了两对纳米纤维层L1、L2，它们以与在根据图2的实施例的例子中相同的方式布置。在空气的流动方向上在纺织过滤层1c后方布置了第一对纳米纤维层L1的活性纳米纤维层21，其后方布置了第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31。在第一对纳米纤维层L1后方布置了第二对纳米纤维层L2，其活性纳米纤维层22与第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31邻近。最后的纳米纤维层是第二对纳米纤维层L2的过滤层32，在空气流动方向上在过滤层32后方布置了覆盖、承载或支承纺织层4。第一对纳米纤维层L1用于捕获和杀灭细菌，且第二对纳米纤维层L2用于捕获和杀灭病毒。
过滤器的单独的层可以以已知的方法的一些相互结合或另外地固定以增加过滤器一致性。
当空气通过过滤器时，在纺织过滤层1a、1c上捕获了机械杂质，特别是尘埃微粒，且化学物质，例如气味或有害的化学物质捕获在活性碳的过滤层1b上。在过滤掉粗大和细微的尘埃微粒后，空气通过第一对纳米纤维层L1的活性纳米纤维层21，其纳米纤维包含至少一个杀菌的低分子物质的微粒，有利的是金属银或季铵盐，它们杀灭或削弱了由定位在各活性纳米纤维层21后方的第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31捕获的细菌。当空气通过能捕获和杀灭病毒的第二对纳米纤维层L2时，这些病毒可以在各过滤纳米纤维层32处被捕获且通过相应的活性纳米纤维层22杀灭或削弱。
图6至图8示意性地图示了用于净化由使用者吸入或呼出的空气的面罩。此面罩由内部纺织层41形成，内部纺织层41例如通过由材料的熔喷方法生产，具有当此层直接地附着到使用者皮肤时对皮肤的最小影响。面罩装配有已知的未图示的用于将面罩紧固到面部的装置，从而面罩固定以抵抗不希望的运动，且带有未图示的已知的装置以用于保持面罩的紧密性或其增加等。内部纺织层41可以也通过另一个已知的用于生产非织造纺织品的方法生产，且甚至不排除为其使用织造或针织纺织品。
在内部纺织层4上沉积了过滤纳米纤维层3，该过滤纳米纤维层由通过聚合物溶液静电纺丝生产的聚合物纳米纤维形成，其直径在从50至700nm的范围内。由于此层的任务是捕获尘埃和生物杂质的最细小的微粒的事实，用于使得空气在单独的纳米纤维之间通过的缝隙的尺寸比应捕获的最小的生物或物理杂质更小。用于捕获细菌的缝隙的尺寸则变化到300nm，这意味着过滤层能捕获所有细菌，因为它们的特征尺寸在从350至1000nm的范围内变化。缝隙的尺寸以及纤维的直径可以直至一定等级，该等级由接受纺丝的聚合物溶液的种类和成分影响，由电极和静电纺丝设备的进一步技术上起作用的零件的设计和布置影响。
在吸入空气的方向上在过滤纳米纤维层3前布置了活性纳米纤维层2，该层由通过聚合物溶液的静电纺丝生产的聚合物纳米纤维制成，聚合物溶液具有优点地是聚乙烯醇、聚氨酯或聚酰胺。活性纳米纤维层2的纳米纤维的直径从50至750纳米，且它们包含有效地抵抗细菌的低分子物质的微粒，在所描述的实施例例子中该低分子物质是金属形式的银，银的化合物，例如银盐，或季铵盐。活性纳米纤维层2然后相对地成功地破坏了或明显地削弱了包含在通过活性纳米纤维层2吸入的空气内的且由过滤纳米纤维层3捕获的大范围的细菌。
在吸入空气的流动方向上在活性纳米纤维层2前布置了外部纺织层11，该外部纺织层11由任何已知的纺织品形成，具有优点地是非织造纺织品。此层首先用于过滤粗大的尘埃微粒，因此在一定程度上保护了一对纳米纤维层L防止堵塞或损坏。吸入空气的方向在图6a中通过实线箭头图示。
面罩可以用于防止生物杂质通过呼出而扩散，例如保护患者不受周围人员呼出的生物杂质，如在图6b中示出，其中呼出空气的方向通过虚线箭头示出。
防止呼出生物杂质的外科手术面罩的过滤纳米纤维层3在呼出方向上布置在外部纺织层11前，且在此过滤纳米纤维层3和内部纺织层4之间布置了活性纳米纤维层2，其纳米纤维包含了至少一种低分子灭菌物质的微粒。
用于捕获和杀灭吸入和呼出的生物杂质的面罩在图6c中图示，且它是以上所述的两个面罩的组合，且包含两对纳米纤维层L1、L2，它们以其过滤纳米纤维层31、32相互面向。
用于捕获和杀灭吸入和呼出的生物杂质的面罩的另一个实施在图6d中图示，且它是以上所述的两个面罩的组合，其包含两对纳米纤维层L1、L2，它们具有一个共同的过滤纳米纤维层312。
其方向由实线箭头标记的吸入的空气通过外部纺织层11，第一对纳米纤维层L1的活性纳米纤维层21和过滤纳米纤维层31。应被捕获和杀灭的生物杂质由第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31捕获，且它们在第一对纳米纤维层L1的活性纳米纤维层21内被杀死或削弱。
其方向由虚线箭头示出的呼出的空气通过内部纺织层41，第二对纳米纤维层L2的活性纳米纤维层22和过滤纳米纤维层32。应被捕获和杀灭的生物杂质由第二对纳米纤维层L2的过滤纳米纤维层32捕获，且它们在第二对纳米纤维层L2的活性纳米纤维层22内被杀死或削弱。
呼出的空气进一步通过第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31和活性纳米纤维层21，同时它可以释放一些捕获在第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31上的吸入的生物杂质。在这样的释放生物杂质的情况中，此生物杂质已经通过第一对纳米纤维层L1的活性纳米纤维层22的作用被杀死或削弱，而在释放后它仍通过活性纳米纤维层22，且在此层内的活性低分子物质继续在其上起作用且在其释放到外部环境前进一步将其削弱。
类似的过程在进一步吸入空气时当空气通过第一对纳米纤维层L1后在释放较早呼出的捕获在第二对纳米纤维层L2的纳米纤维层32上的生物杂质的情况中发生，因此即使在吸入空气时也防止了逆转的传染。
根据图7的面罩已设计为净化吸入的空气且包含两对相继地布置的纳米纤维层L1、L2，而第一对纳米纤维层L1的过滤纳米纤维层31同时是第二对纳米纤维层L2的活性纳米纤维层22。过滤可能性和效果对应于根据图3在上文中描述的过滤器。此面罩指定用于捕获和杀灭整个范围的细菌和部分病毒。
根据图8的面罩指定用于净化吸入的空气，且包含两对相继地布置的纳米纤维层L1、L2，如在根据图2的实施例中示出和描述。此面罩的实施例也可以用于捕获和杀灭细菌和病毒。
在根据图7和图8的实施例中所描述的面罩可以被修改，用于净化呼出的空气的面罩或也用于两侧面罩。
根据本发明的过滤器也可以应用于水净化。水过滤器的实施例例子在图5中示出，且在被过滤的水的方向上包含从最粗大的微粒层排列到带有非常小的颗粒尺寸的沙层的数个沙层P。在图示的实施例中在水流过过滤器的方向上在纱过滤层P后方布置了分配层5，在分配层5后沉积了纺织过滤层1，在纺织过滤层1后是聚合物纳米纤维的活性纳米纤维层2，它包含了至少一种有效的低分子物质的微粒，具有优点地是金属银或银盐。此纺织过滤层1同时完成了保护活性纳米纤维层2不被沙层P损坏的功能。在水流动通过过滤器的方向上在活性纳米纤维层2后布置了过滤纳米纤维层3，且在过滤纳米纤维层3后布置了承载或支承纺织层4。水过滤器的功能在原理上与在上文中详细描述的空气过滤器的功能相同。
在所有所述的纳米纤维层对L、L1、L2、Li的过滤器的实施例中，为捕获和杀灭细菌而确定的纳米纤维层具有0.1至0.3g/m2的表面重量，而为捕获和杀灭病毒而确定的纳米纤维层具有小于0.1g/m2的表面重量。如以上已陈述，过滤纳米纤维层具有比在被过滤介质通过的方向上定位在它们前的活性纳米纤维层小的表面重量。纳米纤维层的纳米纤维层对L、L1、L2、Li可以分开地或同时地生产，例如在一个过程中通过纺丝设备的两个部分生产，当在一个部分内时例如生产相应的对的活性纳米纤维层，且在第二部分内时生产相应的对的过滤纳米纤维层。也可以在多种实施例中在一个纺丝设备中生产更多对纳米纤维层。
工业可应用性
根据本发明的过滤器适合于保护人员或动物的健康以抵抗在空气中存在的生物杂质，且用于从水中净化去其中存在的生物杂质。
零件列表
1过滤层
1a纺织过滤层
1b活性碳过滤层
1c纺织过滤层
11外部纺织层
2活性纳米纤维层
21第一对纳米纤维层的活性纳米纤维层
22第二对纳米纤维层的活性纳米纤维层
3过滤纳米纤维层
31第一对纳米纤维层的过滤纳米纤维层
32第二对纳米纤维层的过滤纳米纤维层
312两对纳米纤维层共用的过滤纳米纤维层
4承载纺织层
L纳米纤维层对
L1第一对纳米纤维层
L2第二对纳米纤维层
P沙过滤器

Claims (24)

1.一种用于从被过滤的介质中去除物理和/或生物杂质的包含纺织纤维的过滤器，其特征在于：过滤器包含至少一对纳米纤维层(L)，其中在被过滤介质通过的方向上，第一纳米纤维层是由包含至少一种有效抵抗被去除的生物质杂或多个被去除的生物杂质的低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层(2)，且第二纳米纤维层由以聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层(3)代表，而用于使得被过滤介质通过的在过滤纳米纤维层(3)的纳米纤维之间缝隙的尺寸小于用于使得被过滤介质通过的在活性纳米纤维层(2)的纳米纤维之间的缝隙的尺寸，且小于通过此过滤纳米纤维层(3)去除的生物杂质或多个生物杂质的元素的尺寸。
2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于：过滤器包含至少两对纳米纤维层(L1、L2)，其中每对纳米纤维层确定为用于捕获和杀灭不同的生物杂质或多个不同的生物杂质，而在被过滤的介质的通过方向上，单独的纳米纤维层对(L1、L2)具有较小尺寸的缝隙使得被过滤的介质通过，且每个相继的纳米纤维层对(L2)确定为用于捕获和杀灭比前面的纳米纤维层对(L1)更小的生物杂质。
3.根据权利要求1或2所述的过滤器，其特征在于：前面的纳米纤维层对(L1)的过滤纳米纤维层(31)造成了随后的纳米纤维层对(L2)的活性纳米纤维层(22)，而该活性纳米纤维层由包含至少一种有效地起作用而抵抗被随后的纳米纤维层对(L2)的过滤纳米纤维层(32)捕获的生物杂质的低分子物质的纳米纤维形成。
4.根据权利要求2或3所述的过滤器，其特征在于：在被过滤的介质的通过方向上，第一对纳米纤维层(L1)确定为捕获和杀灭细菌，且在被过滤的介质的通过方向上，第二对纳米纤维层(L2)确定为捕获和杀灭病毒。
5.根据权利要求4所述的过滤器，其特征在于：第一对纳米纤维层(L1)的过滤纳米纤维层(31)由其间用于使得被过滤的介质通过的缝隙小于应被此过滤纳米纤维层(31)捕获的最小的细菌的尺寸的纳米纤维形成，且第一对纳米纤维层(L1)的活性纳米纤维层(21)由包含至少一种有效地起作用而抵抗由各过滤纳米纤维层(31)捕获的细菌的杀菌低分子物质的纳米纤维形成，同时第二对纳米纤维层(L2)的过滤纳米纤维层(32)由其间用于使得被过滤的介质通过的缝隙小于应被此过滤纳米纤维层(32)捕获的病毒的尺寸的纳米纤维形成，且第二对纳米纤维层(L2)的活性纳米纤维层(22)由包含至少一种有效地起作用而抵抗由第二对纳米纤维层(L2)的过滤纳米纤维层(32)捕获的病毒的杀灭病毒的物质的纳米纤维形成。
6.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：用于使得被过滤的介质通过的在第一对纳米纤维层(L1)的过滤纳米纤维层(31)的纳米纤维之间的缝隙从300至700nm。
7.根据权利要求2至6的任何项所述的过滤器，其特征在于：用于使得被过滤的介质通过的在第二对纳米纤维层(L2)的过滤纳米纤维层(32)的纳米纤维之间的缝隙从50至200nm。
8.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：纳米纤维层的表面重量在从0.1至0.3g/m2的间隔内变化，而各对纳米纤维层(L、L1、L2)的过滤纳米纤维层(3、31、32)具有比在被过滤的介质的通过方向上定位在其前的各对纳米纤维层(L、L1、L2)的活性纳米纤维层(2、21、22)小的表面重量。
9.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：过滤纳米纤维层(3、31、32)的聚合物纳米纤维通过聚合物溶液的静电纺丝生产，且活性纳米纤维层(2、21、22)的聚合物纳米纤维通过聚合物溶液的静电纺丝生产，该聚合物溶液包含各低分子物质或在纺丝后各低分子物质的微粒通过一些已知方法由其制造的物质的微粒。
10.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：有效抵抗被去除的生物杂质的低分子物质是从如下的组中选择的低分子物质：金属形式的银，银的化合物，季铵盐和PVP碘。
11.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：纳米纤维的直径在从50至700nm的范围内变化，而在每个相继的纳米纤维层中在被过滤的介质通过的方向上在单独的纳米纤维层内的纳米纤维的直径随着用于使得被过滤的介质通过的在纳米纤维之间的缝隙尺寸的降低而降低。
12.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：在纳米纤维层对(L、L1、L2)的活性纳米纤维层(2、21、22)的纳米纤维内的低分子物质或多个低分子物质的微粒的特征尺寸在从5至100nm的范围内。
13.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：被过滤的介质是空气。
14.根据前述的任何权利要求所述的过滤器，其特征在于：被过滤的介质是水。
15.一种用于从被过滤的空气中去除物理和/或生物杂质的包含纺织纤维的空气过滤器，其特征在于：过滤器包含至少一对纳米纤维层，其中在被过滤的空气的通过方向上第一纳米纤维层是由包含至少一种有效地抵抗被去除的生物杂质或多个被去除的生物杂质的低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层(2)，且第二层是由聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层(3)，而用于使得被过滤的空气通过的在过滤纳米纤维层(3)的纳米纤维之间的缝隙的尺寸小于用于使得被过滤的空气通过的在活性纳米纤维层(2)的纳米纤维之间的缝隙的尺寸，且同时小于被去除的生物杂质或多个生物质杂的微粒的尺寸。
16.一种用于从吸入或呼出的空气中去除物理和/或生物杂质的面罩，该面罩包含外部纺织层和内部纺织层，其特征在于：在外部纺织层(11)和内部纺织层(41)之间布置了一对纳米纤维层，该纳米纤维层包含了在纳米纤维之间带有300nm的缝隙的过滤纳米纤维层(3)，且根据面罩的用途，在空气通过的方向上在过滤纳米纤维层前布置了由包含了至少一种杀菌低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层(2)。
17.根据权利要求16所述的面罩，其特征在于：过滤纳米纤维层(3)在吸入方向上布置在内部纺织层(41)前，且在由聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层(3)和外部纺织层(11)之间布置了由带有至少一种杀菌低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层(2)，该微粒包含在活性纳米纤维层(2)的纳米纤维内。
18.根据权利要求16所述的面罩用于防止呼出生物杂质，其特征在于：过滤纳米纤维层(3)在呼出的方向上布置在外部纺织层(11)前，且在此由聚合物纳米纤维制成的过滤纳米纤维层(3)和内部纺织层(41)之间布置了由带有至少一种低分子杀菌物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层(2)，该微粒包含在活性纳米纤维层(2)的纳米纤维内。
19.根据权利要求16所述的面罩用于防止吸入和呼出生物杂质，其特征在于：面罩包含两对纳米纤维层(L1、L2)，它们以其过滤纳米纤维层(31、32)相互面对。
20.根据权利要求19所述的面罩，其特征在于：两对纳米纤维层(L1、L2)具有共用的过滤纳米纤维层(312)。
21.根据权利要求16至20的任何项所述的面罩，其特征在于：用于使得空气通过的在过滤纳米纤维层(3)的纳米纤维之间的间隙从300至700nm，而在活性纳米纤维层(2)的纳米纤维之间的间隙更大。
22.根据权利要求16或17的任何项所述的面罩，其特征在于：面罩包含在空气通过的方向上布置在杀菌的纳米纤维层对(L1)后的杀灭病毒的纳米纤维层对(L2)，而杀灭病毒的纳米纤维层对(L2)的过滤纳米纤维层(32)具有用于使得空气通过的在纳米纤维之间的从50至200nm的缝隙，且在空气通过的方向上在杀灭病毒的纳米纤维层对(L2)的过滤纳米纤维层(32)前定位了由包含杀灭病毒的物质的微粒的纳米纤维形成的活性纳米纤维层(22)。
23.根据权利要求21所述的面罩，其特征在于：在杀灭病毒的纳米纤维层对(L2)的活性纳米纤维层(22)的纳米纤维之间的缝隙大于在杀灭病毒的纳米纤维层对(L2)的过滤纳米纤维层(32)的纳米纤维之间的缝隙，且同时小于在杀菌的纳米纤维层对(L1)的过滤纳米纤维层(31)的纳米纤维之间的缝隙。
24.一种用于从被过滤的水中去除物理和/或生物杂质的包含可变微粒尺寸的沙过滤器的水过滤器，其特征在于：在沙过滤器(P)后布置了至少一对纳米纤维层(L1)，其中在被过滤的水通过的方向上第一纳米纤维层是由包含至少一种有效地抵抗被去除的生物杂质或多个被去除的生物杂质的低分子物质的微粒的聚合物纳米纤维形成的活性纳米纤维层(2)，且第二纳米纤维层是由聚合物纳米纤维形成的过滤纳米纤维层(3)，而用于使得被过滤的水通过的在过滤纳米纤维层(3)的纳米纤维之间的缝隙的尺寸小于用于使得被过滤的水通过的在活性纳米纤维层(2)的纳米纤维之间的缝隙的尺寸，且同时小于被去除的生物杂质或多个生物杂质的微粒的尺寸。
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