CN102046261A - 过滤介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纤维过滤介质，如静电过滤介质等，所述纤维过滤介质的纤维表面通过接触等离子体沉积处理而在其上沉积聚合物涂层，从而得到修饰。

Description

过滤介质

技术领域

本发明涉及纤维过滤介质，特别是非织造或织造过滤介质，所述过滤介质特别是能够重复使用，或者旨在长期使用或用于特定环境，如静电过滤中；本发明还涉及用于处理这些过滤介质从而提高其性能(特别是其过滤效率和抗结块性能方面)的方法。

背景技术

从液体或气体中过滤固体广泛应用在许多领域中，包括生物科学、工业处理、实验室检测、食品饮料、电子和水处理等领域。可使用多种材料(包括多孔膜或其他种类的介质)进行此类处理。

膜式过滤器为用来进行这些种类的操作的多孔或微孔薄膜。通过多种方法(包括旋涂、浸涂和刮板涂布等涂膜法)制备膜式过滤器。

不过，在某些情况下，特别是用于从空气中除去例如灰尘颗粒时，使用了其他类型材料，特别是纤维材料。空气中的灰尘颗粒，特别是不溶于体液的那些颗粒，是重要的健康危害，并可引发或加剧呼吸道疾病。因此，通常在例如空调系统中，特别是在用于治疗患有呼吸道疾病的患者的呼吸器中，将它们除去。

纤维过滤介质可以是常规织造材料，其孔径取决于所述材料的经线和纬线的相对排列。但是，在许多情况中使用了非织造材料。这些材料可以如下构建：例如，使用常规清梳工序提供相对无规排列的纤维的层或片材，然后使用所需尺寸的钩针或尖端进行搭接和机械接合。所述针穿过集结纤维的动作具有使其结合在一起的作用，并同时在织物中生成具有预定尺寸分布的孔结构。

这些介质通常为聚合物材料，特别是强力聚合物材料，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、二乙酸纤维素酯、改性丙烯酸类和丙烯酸类，但是其也可以包含如毛、棉或丝等天然纤维或树脂。这些材料是具有多种应用的强力且可靠的过滤介质。

不过，这些材料需要定期清洁以保证材料不会被灰尘堵塞。可以使用诸如鼓风等技术进行清洁。但是，如果介质上形成了颗粒的固体团块或结块则可能出现问题。这些结块可能附着至在常规鼓风过程中不能完全或容易地将其除去的程度。

迄今为止，通过采用液体化学处理来解决此问题，特别是采用碳氟化合物化学处理。但是，能够达到的效果是有限的。

另外，这些纤维介质的一部分在静电过滤领域中具有特定应用。使用静电过滤介质在颗粒呼吸器中很常见。驻极体具有半永久性电场(正如同磁体具有永磁场)，而且与纯机械式过滤器的过滤效率相比，驻极体纤维上的静电荷提高了过滤效率。

与具有类似性能的机械过滤介质相比，另外的一个优点是静电介质的大孔径。因此，可以使采用静电过滤介质的过滤装置比采用机械过滤介质的等同物在重量上更轻，且更为小型化。

在这些过滤器的构造中使用的纤维必须能够保持电荷(摩擦带电)，为某些聚合物，如聚丙烯、二乙酸纤维素酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙、聚氯乙烯、改性丙烯酸类和丙烯酸类，以及棉、丝或毛(可经氯化处理，或以其他方式处理过，例如通过涂覆尼龙，这可能是适当的)。

特别是，带正电纤维和带负电纤维的混合物形成了静电过滤器的良好的主要成分。合适的混合物实例由Smith等在Journal of Electrostatics，21，(1988)81-98中描述过，将所述文献的内容以引用方式纳入本文中。

不过，与机械过滤器相比，静电过滤介质的效率可能因接触某些气溶胶而降低大得多的程度。这种过滤效率的潜在降低是一个问题，特别是在性能保持非常关键的情况中，如在呼吸器等情况中。

已提出了多种机理来解释这种现象。例如，据认为，纤维上电荷被所捕获的气溶胶颗粒的相反电荷中和可能是一个因素。另一种看法是，捕获的颗粒的层可能屏蔽了带电纤维。在液体气溶胶的情况下，可能的是，通过纤维上的液体薄膜发生了离子传导，这造成了驻极体的放电。最后，还有种可能，取决于纤维和气溶胶的性质，气溶胶使驻极体本身因化学反应或溶解而改性。

等离子体沉积技术已经相当广泛地用于在各种表面，特别是织物表面上沉积聚合物涂层。该技术被认为是清洁的干式技术，相比于传统的湿式化学法其产生的废物很少。使用该方法，由被施加电场的有机分子产生等离子体。当在基体的存在下进行时，等离子体中化合物的自由基在所述基体上聚合。传统的聚合物合成倾向于产生包含与单体物种极为相似的重复单元的结构，而使用等离子体生成的聚合物网络可以极为复杂。所得涂层的性质可取决于基体的性质以及所用单体的性质和沉积的条件。

使用等离子体聚合法处理过滤膜来防止试剂驻留在表面上在WO2007/0813121中描述过。但是，那种情况中的膜通常为如纤维素或硝化纤维素等廉价材料，并且这些膜用于一次性使用，因而被认为是“实验室耗材”。

但是，先前并未报道过此类处理对纤维过滤介质、特别是对静电过滤中使用的多种纤维介质的效果。因此，并不知道此类处理对所述介质的性能和可靠性的效果。

发明内容

申请人发现，通过使用所述方法处理纤维过滤介质，可以显著提高所述介质的性能。

本发明提供了一种纤维过滤介质，其表面通过接触等离子体沉积处理而在其上沉积聚合物涂层，从而得到修饰。

已经发现以这种方式的处理对所述介质的透气性没有显著的效果。这可能是因为介质上沉积的聚合物涂层仅数分子厚。但是，这取决于沉积的材料的性质、纤维过滤介质的性质，例如在所述介质的抗结块性能方面的性质。在静电过滤介质的情况中，通过气溶胶测试所证实的性能可以得到显著地提高。

此外，所述聚合物涂层材料在分子上与表面结合，因而没有可浸出物；修饰物成为所述介质的一部分。

所述介质可以预先形成随后进行适当的等离子体沉积处理，或者用于形成所述介质的纤维可以在将其形成介质之前使用常规方法进行处理。等离子处理的高渗透性意味着处理的材料的形式并不是关键，因为其将渗透深入到孔中或进入集结纤维中。在织物组装前对纤维进行等离子体处理的情况下，所述纤维可以各种比例与未处理纤维混合，从而控制所得织物中达到的带静电的水平。

聚合物涂层可包含疏水性涂层。疏水性涂层防止液体进入同时使得气体或空气穿过所述介质。这对于通风应用(如医学中所使用的)、电子和汽车应用(如传感器、头灯、助听器、移动电话、转换器、实验室器材等)而言尤其有用。

按照本发明处理过的介质可用于液体和气体过滤器、玻璃纤维过滤介质以及医学和保健应用，例如血液透析、伤口包扎中使用的过滤器和外科手术烟气过滤器中。该介质尤其适合于例如用于除去空气中灰尘颗粒的静电过滤介质。因此，在空气可连续地穿过介质的同时，颗粒，特别是灰尘颗粒，将被捕集在介质中。

对单体和处理条件(如脉冲周期、压力和功率)的选择是选择为使得不需要存在自由基引发剂来引发聚合。使用的条件引起“硬电离”，其中在等离子体处理中至少存在一些所述单体的碎裂。这种碎裂生成了聚合用活性物种。

此外，单体和处理条件选择为使得纤维过滤介质或纤维在等离子体沉积处理后表面硬度不发生任何变化。另外，所述单体和处理条件是使得纤维过滤介质的孔径在等离子体沉积处理后保持不变。

可以适当地使用任何可进行等离子体聚合或表面修饰而在过滤介质的表面上形成适宜的聚合物涂层或表面修饰物的单体。该单体的实例包括本领域中已知的那些能够通过等离子体聚合在基体上产生疏水性聚合物涂层的单体，例如包括具有反应性官能团的含碳化合物，尤其是基本上以-CF₃为主的全氟化合物(参见WO 97/38801)、全氟烯烃(Wang等，Chem Mater 1996，2212-2214)、可选地含有卤素原子的含氢不饱和化合物或至少10个碳原子的全卤代有机化合物(参见WO 98/58117)、含有两个双键的有机化合物(WO 99/64662)、具有经可选地取代的至少5个碳原子的烷基链(可选地插入有杂原子)的饱和有机化合物(WO 00/05000)、经可选地取代的炔烃(WO 00/20130)、聚醚取代的烯烃(US 6,482,531B)和包含至少一个杂原子的大环(US 6,329,024B)，以上所有文献的内容在此通过引用并入。

可用于制备本发明的介质的具体种类的单体包括式(I)化合物

其中R¹、R²和R³独立地选自氢、卤素、烷基、卤代烷基或可选地取代有卤素的芳基；R⁴是基团-X-R⁵，其中R⁵是烷基或卤代烷基，X是：键；式-C(O)O-的基团、式-C(O)O(CH₂)_nY-的基团，其中n是1～10的整数，Y是磺酰胺基团；或者基团-(O)_pR⁶(O)_q(CH₂)_t-，其中R⁶是可选地取代有卤素的芳基，p是0或1，q是0或1，t是0或1～10的整数，而且q为1时t不为0；其应用足够长的时间以在表面上形成聚合物层。

此处使用的术语“卤”或“卤素”是指氟、氯、溴和碘。特别优选的卤素基团是氟。术语“芳基”是指芳香族环状基团，如苯基或萘基，特别是苯基。术语“烷基”是指碳原子的直链或支链，合适的是长度上至多20个碳原子。术语“烯基”是指直链或支化的不饱和链，适宜地具有2～20个碳原子。“卤代烷基”是指包含至少一个卤素取代基的如上所定义的烷基链。

用于R¹、R²、R³和R⁵的适宜的卤代烷基是氟烷基。烷基链可以是直链或支链，并且可以包含环状部分。

对于R⁵，烷基链适宜地包含2个以上碳原子，适宜为2～20个碳原子，优选为4～12个碳原子。

对于R¹、R²和R³，烷基链通常优选具有1～6个碳原子。

R⁵优选为卤代烷基，更优选为全卤代烷基，特别是式C_mF_2m+1的全氟烷基，其中m是1以上的整数，适宜为1～20，优选为4～12，例如4、6或8。

用于R¹、R²和R³的适宜烷基具有1～6个碳原子。

在一个实施方式中，R¹、R²和R³中的至少一个为氢。在特定的实施方式中，R¹、R²、R³均为氢。而在另一实施方式中，R³是如甲基或丙基等烷基。

当X是基团-C(O)O(CH₂)_nY-时，n是提供适当间隔基团的整数。特别是，n为1～5，优选约为2。

用于Y的适宜的磺酰胺基团包括式-N(R⁷)SO₂-的那些基团，其中R⁷是氢或烷基，如C_1-4烷基，特别是甲基或乙基。

在一个实施方式中，式(I)化合物是式(II)化合物

        CH₂＝CH-R⁵        (II)

其中R⁵如上关于式(I)所定义。

在式(II)化合物中，式(I)的X-R⁵基团中的“X”是键。

不过在一个优选的实施方式中，式(I)化合物是式(III)的丙烯酸酯

        CH2＝CR7aC(O)O(CH2)nR5        (III)

其中n和R⁵如上关于式(I)所定义，R^7a是氢、C_1-10烷基或C_1-10卤代烷基。特别是，R^7a是氢或C_1-6烷基，如甲基。式(III)化合物的具体实例是式(IV)化合物

其中R^7a定义如上，并且特别是氢，x是1～9的整数，例如为4～9，并且优选为7。在该情况下，式(IV)的化合物为丙烯酸-1H，1H，2H，2H-十七氟癸酯。

根据一个特定的实施方式，聚合物涂层通过以下方式形成，即，使过滤介质接触含有一种或多种有机单体化合物的等离子体足够长的时间以使得在表面上形成聚合物层，所述有机单体化合物中的至少一种包含两个碳-碳双键。

适宜的是，具有两个以上双键的化合物包括式(V)化合物

其中R⁸、R⁹、R¹⁰、R¹¹、R¹²和R¹³都独立地选自氢、卤素、烷基、卤代烷基或可选地取代有卤素的芳基；并且Z为桥联基团。

用于式(V)的化合物中的适合的桥联基团Z的实例是聚合物领域中已知的那些基团。特别是，它们包括可选地具有取代基的烷基基团，所述烷基基团可以插入有氧原子。桥联基团Z的适合的可选的取代基包括全卤代烷基，特别是全氟代烷基。

在一个特别优选的实施方式中，桥联基团Z包括一个以上酰氧基或酯基。特别是，式Z的桥联基团为子式(VI)的基团

其中n为1～10的整数，适合的是1～3，各个R¹⁴和R¹⁵独立地选自氢、卤素、烷基或卤代烷基。

适合的是，R⁸、R⁹、R¹⁰、R¹¹、R¹²和R¹³为如氟代烷基等卤代烷基或氢。特别是，它们均为氢。

适合的是，式(V)的化合物含有至少一个卤代烷基，优选为全卤代烷基。

式(IV)的化合物的具体实例包括以下：

其中R¹⁴和R¹⁵如上所定义，而且R¹⁴或R¹⁵中的至少一个不是氢。这种化合物的一个具体实例是式B的化合物。

在另一实施方式中，聚合物涂层通过以下方式形成，即，使过滤介质接触包含单体饱和有机化合物的等离子体足够长的时间以使得在表面上形成聚合物层，所述化合物包含可选地具有取代基的至少5个碳原子的烷基链，所述烷基链可选地插入有杂原子。

此处使用的术语“饱和”指的是单体在不是芳香环的一部分的两个碳原子之间不包含多重键(即双键或三键)。术语“杂原子”包括氧原子、硫原子、硅原子或氮原子。当烷基链中插入有氮原子时，其将被取代从而成为仲胺或叔胺。同样，硅将被适当地取代，例如具有两个烷氧基。

特别适宜的单体有机化合物是式(VII)的那些化合物

其中R¹⁶、R¹⁷、R¹⁸、R¹⁹和R²⁰独立地选自氢、卤素、烷基、卤代烷基或可选地取代有卤素的芳基；R²¹是基团X-R²²，其中R²²是烷基或卤代烷基，X是：键；式-C(O)O(CH₂)_xY-的基团，其中x是1～10的整数，Y是键或磺酰胺基团；或者基团-(O)_pR²³(O)_s(CH₂)_t-，其中R²³是可选地取代有卤素的芳基，p是0或1，s是0或1，t是0或1～10的整数，而且当s为1时t不为0。

用于R¹⁶、R¹⁷、R¹⁸、R¹⁹和R²⁰的合适的卤代烷基是氟烷基。烷基链可以是直链或支链，可以包含环状部分并具有例如1～6个碳原子。

对于R²²，烷基链适宜包含1个以上碳原子，适宜为1～20个碳原子，优选为6～12个碳原子。

R²²优选为卤代烷基，更优选为全卤代烷基，特别是式C_zF_2z+1的全氟烷基，其中z是1以上的整数，适宜为1～20，优选为6～12，例如8或10。

当X是基团-C(O)O(CH₂)_yY-时，y是提供适当的间隔基团的整数。特别是，y是1～5，优选约为2。

用于Y的合适的磺酰胺基团包括式-N(R²³)SO₂-的那些基团，其中R²³是氢、烷基或卤代烷基，如C_1-4烷基，特别是甲基或乙基。

采用的单体化合物优选包括可选地取代有卤素的C_6-25烷烃，特别是全卤代烷烃，尤其是全氟烷烃。

根据另一个方案，聚合物涂层如下形成：使成分纤维或过滤介质本身接触包含可选地具有取代基的炔烃的等离子体足够长的时间，以在表面上形成聚合物层。

适宜的是，采用的炔烃化合物包含碳原子链，其包含一个或多个碳碳三键。所述链可选地插入有杂原子，并且可具有包括环和其他官能团的取代基。适宜的链可以为直链或支链，具有2～50个碳原子，更适宜为6～18个碳原子。它们可以存在于用作原材料的单体中，也可以在施用等离子体时例如通过开环产生于单体中。

特别适宜的单体有机化合物是式(VIII)的那些化合物

        R²⁴-C≡C-X¹-R²⁵        (VIII)

其中R²⁴为氢、烷基、环烷基、卤代烷基或可选地取代有卤素的芳基；X¹为键或桥联基团；并且R²⁵为可选地取代有卤素的烷基、环烷基或芳基。

适合的桥联基团X¹包括式-(CH₂)_s-、-CO₂(CH₂)_p-、-(CH₂)_pO(CH₂)_q-、-(CH₂)_pN(R²⁶)(CH₂)_q-、-(CH₂)PN(R²⁶)SO₂-的基团，其中s为0或1～20的整数，p和q独立地选自1～20的整数；并且R²⁶为氢、烷基、环烷基或芳基。用于R²⁶的具体烷基包括C_1-6烷基，特别是甲基或乙基。

当R²⁴为烷基或卤代烷基时，其通常优选具有1～6个碳原子。

用于R²⁴的适合的卤代烷基包括氟烷基。烷基链可以是直链或支链，并且可包含环状部分。然而优选R²⁴为氢。

优选的是，R²⁵为卤代烷基，更优选为全卤代烷基，特别是式C_rF_2r+1的全氟代烷基，其中r为1以上的整数，适合的是1～20，并优选为6～12，例如8或10。

在一个特定的实施方式中，式(VIII)的化合物是式(IX)的化合物

        CH≡C(CH₂)_s-R²⁷        (IX)

其中s如上所定义，并且R²⁷为卤代烷基，特别是全卤代烷基，例如C_6-12全氟基团，如C₆F₁₃。

在另一实施方式中，式(VIII)的化合物是式(X)的化合物

        CH≡C(O)O(CH₂)_pR²⁷        (X)

其中p是1～20的整数，并且R²⁷如以上对于上式(IX)所定义，特别是基团C₈F₁₇。在该情况下优选的是，p是1～6的整数，最优选约为2。

式(I)的化合物的其他实例为：

式(XI)的化合物

        CH≡C(CH₂)_pO(CH₂)_qR²⁷    (XI)

其中p如上所定义但特别是1，q如上所定义但特别是1，并且R²⁷如式(IX)中所定义，特别是基团C₆F₁₃；

或者式(XII)的化合物

        CH≡C(CH₂)_pN(R²⁶)(CH₂)_qR²⁷    (XII)

其中p如上所定义但特别是1，q如上所定义但特别是1，R²⁶如上所定义但特别是氢，并且R²⁷如式(IX)中所定义，特别是基团C₇F₁₅；

或者式(XIII)的化合物

        CH≡C(CH₂)_pN(R²⁶)SO₂R²⁷        (XIII)

其中p如上所定义但特别是1，R²⁶如上所定义，特别是乙基，并且R²⁷如式(IX)中所定义，特别是基团C₈F₁₇。

在一个替代实施方式中，所述处理中采用的炔烃单体为式(XIV)的化合物

        R²⁸C≡C(CH₂)_nSiR²⁹R³⁰R³¹        (XIV)

其中R²⁸为氢、烷基、环烷基、卤代烷基或可选地取代有卤素的芳基，R²⁹、R³⁰和R³¹独立地选自烷基或烷氧基，特别是C_1-6烷基或烷氧基。

优选的基团R²⁸为氢或烷基，特别是C_1-6烷基。

优选的基团R²⁹、R³⁰和R³¹为C_1-6烷氧基，特别是乙氧基。

通常，将待处理的过滤介质与气态的待沉积材料一同放置在等离子体室中，在所述室中引发辉光放电并施加适宜的电压，该电压可以为脉冲电压。

聚合物涂层可以在脉冲等离子体沉积条件和连续波等离子体沉积条件下产生，不过优选脉冲等离子体，因为其可以更密切地控制涂层，由此形成更为均一的聚合物结构。

此处所用的表述“气态”是指单独或混合的气体或蒸汽以及气溶胶。

以有效的方式进行等离子体聚合的精确条件会随诸如聚合物和处理的过滤介质(包括其制造材料和孔径等)的性质等因素而变，并且可使用常规方法和/或技术来确定。

适用于本发明的方法的等离子体包括非平衡等离子体，例如由射频(RF)、微波或直流电(DC)产生的那些等离子体。正如本领域中已知的，它们可以在大气压或亚大气压下工作。然而，特别是，它们由射频(RF)产生。

可以用多种形式的设备产生气态等离子体。通常这些设备包括可在其中生成等离子体的容器或等离子体室。该设备的具体实例例如描述于WO2005/089961和WO02/28548中，不过也可以利用许多其他常规等离子体产生装置。

存在于等离子体室中的气体可包括单体本身的蒸汽，不过必要时其也可以与载气(特别是诸如氦气或氩气等惰性气体)组合。特别是，氦气是优选的载气，因为其可使单体的碎裂最少。

当以混合物使用时，单体蒸汽相对于载气的相对量根据本领域中的常用程序适当地确定。单体的添加量将在一定程度上取决于所用的具体单体的性质、处理的基体的性质、等离子体室的尺寸等等。通常，在常规室的情况中，以50mg/分钟～250mg/分钟的量，例如以100mg/分钟～150mg/分钟的速率输送单体。不过，应当理解该速率将根据选择的反应器的尺寸以及一次需要处理的基体的数目而变化；而这又取决于诸如所需的年生产量和基建投资等考虑因素。

适当的是，将如氦气等载气以恒定的速率供给，例如速率为5～90标准立方厘米每分钟(sccm)，例如为15sccm～30sccm。在一些情况中，单体与载气的比例为100∶0～1∶100，例如为10∶0～1∶100，特别是约1∶0～1∶10。所选的精确比例将是使得确保实现处理所需的流速。

在一些情况中，可以在所述室内使初始的连续功率的等离子体轰击例如15秒～10分钟，例如2分钟～10分钟。这可以用作表面预处理步骤，确保单体本身易于附着于表面，从而发生聚合时在表面上“生长”涂层。可在将单体引入室中之前，在仅存在惰性气体的情况下进行所述预处理步骤。

然后，至少在存在单体时，将等离子体适当地切换成脉冲等离子体以使聚合进行。

在所有的情况中，通过施加高频电压(例如为13.56MHz)而适当地引发辉光放电。这使用电极来施加，所述电极可以在室的内部或外部，不过在较大型的室中通常在内部。

适宜的是，以至少1标准立方厘米每分钟(sccm)的速率，优选为1sccm～100sccm的速率，供应气体、蒸汽或气体混合物。

在单体蒸汽的情况中，根据在施加脉冲电压的同时进行的特定运行的过程中的单体的性质、室的尺寸和产品的表面积，以80mg/分钟～300mg/分钟，例如约120mg/分钟的速率适当地供应单体蒸汽。不过，对于工业规模的应用来说，更适宜的是具有固定的总单体输送量，其将相对于所限定的处理时间而改变，也将取决于单体的性质以及所需的技术效果。

可使用任何常规方法将气体或蒸汽送入等离子体室。例如，可以将它们吸入、注入或泵入等离子体区域。特别是，当使用等离子体室时，可使气体或蒸汽由于使用抽气泵造成的室内压力的降低而被吸入室中，或者，正如在液体处理中所常见的那样，可以将其泵入、喷入、滴入、静电电离或注入室中。

适当的是，使用维持在0.1毫托～400毫托压力，适宜为约10毫托～100毫托压力的例如式(I)的化合物的蒸汽实现聚合。

施加的电场适宜为以连续场或脉冲场施加的5W～500W的功率，例如20W～500W，适宜为约100W的峰值功率。使用时，脉冲适宜以产生非常低的平均功率的序列施加，例如以接通时间∶关闭时间的比例为1∶100～1∶1500(例如为约1∶650)的序列施加。该序列的具体实例是下述序列，其中电源接通20μs～50μs，例如约30μs，而关闭1000μs～30000μs，特别是约20000μs。如此获得的典型平均功率为0.1W～0.2W。

适当的是，电场施加30秒～90分钟，优选为5分钟～60分钟，这取决于式(I)化合物和过滤介质的性质或要处理的纤维质量。

适当的是，在实施时，所用的等离子体室具有足够的体积以容纳多个介质。

用于制造本发明的过滤介质的特别适宜的装置和方法描述于WO2005/089961中，在此将其内容引用并入。

特别是，当使用这种类型的大体积室时，使用脉冲场方式的电压产生等离子体，其平均功率为0.001W/m³～500W/m³，例如0.001W/m³～100W/m³，适宜为0.005W/m³～0.5W/m³。

这些条件特别适合于在大室中沉积，例如在等离子体区域的体积大于500cm³(例如为0.1m³以上，诸如0.5m³～10m³，适宜为约1m³)的室中沉积品质良好的均匀涂层。以此方式形成的层具有良好的机械强度。

将室的尺寸选择为可收纳所处理的具体过滤介质薄片或一批纤维。例如，通常立方体形室可适于大范围的应用，但是必要时，也可以构造加长的或长方体形室，或者实际上为圆柱形或任何其他适合的形状。

所述室可以是能够进行间歇过程的可密封容器，也可以包含过滤介质用入口和出口，以使其可用于流水线系统式的连续过程。特别是，在后一种情况下，可以如例如在具有“鸣漏”(whistling leak)的装置中常见的那样，利用大排量泵维持在所述室中产生等离子体放电所需的压力条件。然而，也可以在大气压或接近大气压下处理过滤介质薄片或成批纤维，而无需“鸣漏”。

本发明的另一方面包括一种制备如上所述的纤维过滤介质的方法，所述方法包括使所述介质或可构造所述介质的纤维接触如上所述的等离子体聚合处理，从而在其上形成聚合物涂层，随后在必要时由所述纤维形成纤维过滤介质。

本发明的另一方面包括一种用于制备前述权利要求中任一项所述的纤维过滤介质的方法，所述方法包括在不存在自由基引发剂的等离子体处理中使(i)纤维过滤介质或(ii)纤维接触包含碳氢化合物或碳氟化合物单体的等离子体，从而在其表面上形成聚合物层，在(ii)的情况中，由所述纤维形成纤维过滤介质，其中等离子体是脉冲式的。

所述表面上形成的聚合物层可以是疏水性的。

在又一方面中，本发明提供了过滤如气体或液体等流体的方法，所述方法包括使流体流过如上所述的过滤介质。特别是，所述流体为空气，且所述介质为从空气中除去诸如灰尘颗粒等固体颗粒的静电介质。

在又一方面中，本发明提供了通过等离子体聚合处理沉积的聚合碳氟化合物或碳氢化合物涂层用于提高纤维过滤介质的抗结块性能的应用。

另外，本发明提供了通过等离子体聚合处理沉积的聚合碳氟化合物或碳氢化合物涂层用于提高纤维静电过滤介质的性能的应用。

合适的碳氟化合物和碳氢化合物涂层可如上文所述获得。

附图说明

现将参照所附概略图通过举例的方式具体描述本发明，其中：

图1为示出了对按照本发明进行处理的和未经处理的纤维过滤介质进行的透气性测试的结果的柱状图；

图2示出了测得的过滤测试中使用的灰尘的粒径分布(见下)；

图3为示出了用于过滤结块释放效率的测定的测试设备的示意图；

图4为示出了经处理的和未经处理的过滤介质的结块释放结果的柱状图；

图5为氯化钠气溶胶测试使用的装置的示意图。

具体实施方式

实施例1

透气性测试

对进行过和未进行等离子程序的纤维过滤介质进行一系列测试。所述介质的特性如下：

将各介质的样品放入处理体积为约300升的等离子体室中。通过质量流量控制器和/或液体质量流量计并在适当时还通过混合注射器或单体储槽，将所述室连接至所需气体和/或蒸汽的供给源上。

将所述室排空至3～10毫托的底压，然后使氦气以20sccm通入室中直至压力达到80毫托。然后以300W使用13.56MHz的RF使连续功率等离子体进行4分钟的轰击。

然后，以120毫克/分钟的速率将下式的丙烯酸-1H，1H，2H，2H-十七氟癸酯(CAS#27905-45-9)引入室中，并将所述等离子体切换至下述的脉冲等离子体：30微秒接通时间、20毫秒关闭时间、峰值功率为100W，并持续40分钟。

40分钟后，关闭等离子体电源以及处理气体和蒸汽，并将所述室再排空至底压。然后将所述室通气至大气压并取出介质样品。

通过均质、各向异性且多孔的非织造结构体的流体流动可由达西定律描述：

$q=\frac{k}{\mathrm{\η}}\×\frac{\mathrm{\Δp}}{t}$

其中，q为流体流动的体积流动速率，η为流体的粘度，Δp为流体流动的沿管道长度的压降；k和t分别为比渗透率和非织造过滤介质的厚度。

比渗透率值指除去织物厚度和流体类型的影响后的织物的本征渗透率，意味着可对具有不同厚度的非织造结构体进行比较。

在测得透气性和材料厚度的情况下，可以计算出非织造织物的比渗透率。

按照BS EN ISO 9237：1995使用“Shirley”透气性测试仪测量各过滤介质FM1～FM4的透气性。使用该装置在给定的跨越织物测试面积的压差下测得垂直通过织物给定面积的空气的流动速率。

测试条件如下：

测试面积：5cm²

气压：50Pa/100Pa

对各个经处理和未经处理的介质进行10组测试。测试结果如图1和下表1所示。

表1

其中，U＝未经处理，T＝经处理，SD＝标准方差，CoV＝偏差系数

由使用Fast-1(Fabric Assurance by Simple Testing)压缩测试仪在所述介质不同区域的5个独立读数，测得所述过滤介质的平均厚度，所述测试仪在2.00g/cm^-2的载荷下测量织物厚度。

使用达西定律，通过使用下式可计算出比渗透率k：

$k=\frac{\mathrm{q\ηt}}{\mathrm{\Δp}}$

计算出的所述介质的比渗透率值如表2所示。

表2 介质的测得的厚度和计算出的比渗透率值

结果显示，除了含有PTFE膜的介质(FM4)外，所述处理并未给测试的过滤介质的透气性带来任何显著的影响。将这种介质提供为两张单独的A4大小的薄片，如上所述，其中一张经处理而一张未经处理。这种情况下的介质具有最小的孔径(＜7μm)。

实施例2

过滤结块测试

准备由二氧化硅微粒构成的测试灰尘。使用激光衍射技术测量测试灰尘的粒径。使颗粒经过聚焦激光束，以与其大小成反比的角度散射光。通过光敏探测器测量产生的散射光的角度强度。灰尘的粒径分布如图2所示。

在过滤测试装置(图3)上对各织物(实施例1中的FM1～FM4)进行3次测试。将已称重的过滤介质样品固定在过滤器托架1中，再将所述托架1插入至传输管2的通道和出口3之间。空气源4通过喷嘴5供给，从而产生经过灰尘供给室6进入传输管2的空气流。用30秒的时间经由灰尘供给器7将1.00g测试灰尘供给入供给室6内。将装置再运行30秒。然后将过滤器和托架1取出，称重并反向放回。使过滤器经受30秒的空气喷吹，从而除去结块的灰尘。对过滤器和托架1进行称重，并计算出结块释放的百分比。

结果如图4所示。该图显示，所述处理看起来对FM1、FM2和FM3中的过滤器灰尘结块释放具有有益效果。在这些情况中，与相同的未经处理的过滤介质相比，经处理的过滤介质表现出更优异的结块释放性能。FM3的结果表明，与本发明的处理相比，化学处理基本无效。

虽然FM4的样品未显示出该结果，但是这可能是由于样品的问题(见上文对渗透率结果的评论)。

实施例3

摩擦带电的过滤介质测试

氯化钠气溶胶常用做空气过滤测试。将经过和未经实施例1中描述的等离子体处理的丙烯酸类短纤维与聚丙烯混合，进行梳理以引起带静电，交叉搭接并进行针刺以生成非织造过滤介质。

然后使用图5所示的装置采用基于BS EN 13274-7：2002氯化钠气溶胶测试的方法测试这些样品。

沿箭头方向将压缩空气流在空气过滤器8中进行过滤，并进入气溶胶生成器9中。在所述生成器中，产生了中值粒径约为0.6μm的多分散分布的颗粒形式的氯化钠气溶胶。然后使气流经过含有所述测试过滤器的测试室，同时使并行气流11绕过所述室。通过火焰光度法测定气流在经过测试过滤器之前和之后的气溶胶中的颗粒浓度。火焰光度计12包含安装于垂直火焰管中的氢气燃烧器，待分析的气溶胶流过所述火焰管。流过所述火焰管的空气中的氯化钠颗粒被气化，并表现出589nm的钠特征发射。该发射的强度与气流中钠的浓度成正比。在＜0.001％～100％的过滤器渗透率的范围内均可以准确地测定。

初始和7天后获得的结果如表3所示。

表3

这些结果表明，经处理的静电(摩擦带电)过滤介质在性能上有显著提高。由气溶胶带来的过滤性能的下降是公认的问题，而所述处理则提供了一种有效的缓解此问题的方法。

Claims (26)

1.一种纤维过滤介质，所述纤维过滤介质的纤维表面通过接触等离子体沉积处理而在其上沉积聚合物涂层，从而得到修饰。

2.如权利要求1所述的纤维过滤介质，其中，在组装到所述过滤介质中之前，使纤维接触所述等离子体沉积处理。

3.如权利要求1所述的纤维过滤介质，其中，使形成的介质接触所述等离子体沉积处理。

4.如前述权利要求中任一项所述的纤维过滤介质，所述纤维过滤介质为静电(经摩擦带电的)过滤介质。

5.如前述权利要求中任一项所述的纤维过滤介质，其中，所述纤维介质包含：聚丙烯、二乙酸纤维素酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙、聚氯乙烯、改性丙烯酸类、丙烯酸类、棉、丝或毛或上述物质的混合物，所述棉、丝或毛可选地经氯化处理和/或涂覆有尼龙。

6.一种用于制备前述权利要求中任一项所述的纤维过滤介质的方法，所述方法包括：使(i)纤维过滤介质或(ii)纤维接触包含碳氢化合物或碳氟化合物单体的等离子体，从而在其表面上形成聚合物层，在(ii)的情况中，由所述纤维形成纤维过滤介质。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述等离子体是脉冲式的。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述单体为式(I)的化合物：

其中R¹、R²和R³独立地选自氢、卤素、烷基、卤代烷基或可选地取代有卤素的芳基；R⁴是基团X-R⁵，其中R⁵是烷基或卤代烷基，X是：键；式-C(O)O(CH₂)_nY-的基团，其中n是1～10的整数，Y是键或磺酰胺基团；或者基团-(O)_pR⁶(O)_q(CH₂)_t-，其中R⁶是可选地取代有卤素的芳基，p是0或1，q是0或1，t是0或1～10的整数，而且当q为1时t不为0。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述式(I)的化合物是式(II)的化合物：

        CH₂＝CH-R⁵        (II)

其中R⁵如权利要求8所定义，或者

所述式(I)的化合物是式(III)的化合物：

        CH2＝CR7aC(O)O(CH2)nR5        (III)

其中n和R⁵如权利要求1所定义，R^7a是氢、C_1-10烷基或C_1-10卤代烷基。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述式(I)的化合物是式(III)的化合物。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述式(III)的化合物是式(IV)的化合物：

其中R^7a如权利要求8所定义，x为1～9的整数。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述式(IV)的化合物为丙烯酸-1H，1H，2H，2H-十七氟癸酯。

13.如权利要求6～12中任一项所述的方法，其中，将所述过滤介质或纤维放置于等离子体沉积室中，在所述室中引发辉光放电，并以脉冲场形式施加电压。

14.如权利要求13所述的方法，其中，施加的电压的功率为40W～500W。

15.如权利要求11或12所述的方法，其中，所述电压是以接通时间∶关闭时间的比例为1∶100～1∶1500的序列脉冲式施加的。

16.如权利要求6～15中任一项所述的方法，其中，在初始步骤中对所述纤维介质或所述纤维施加连续功率的等离子体。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在惰性气体的存在下进行所述初始步骤。

18.如权利要求6～17中任一项所述的方法，其中，所述涂层为疏水性涂层。

19.如权利要求6～18中任一项所述的方法，其中，所述纤维过滤介质或纤维在不存在自由基引发剂的情况下接触所述等离子体。

20.一种用于制备前述权利要求中任一项所述的纤维过滤介质的方法，所述方法包括：在不存在自由基引发剂的等离子体处理中，使(i)纤维过滤介质或(ii)纤维接触包含碳氢化合物或碳氟化合物单体的等离子体，从而在其表面上形成聚合物层，在(ii)的情况中，由所述纤维形成纤维过滤介质，其中所述等离子体是脉冲式的。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述聚合物层为疏水性的。

22.一种过滤如液体或气体这样的流体的方法，所述方法包括使流体流过如上所述的过滤介质。

23.如权利要求22所述的方法，其中，所述流体为空气，所述介质为用于从所述空气中除去固体颗粒的静电介质。

24.通过等离子体聚合处理沉积的聚合碳氟化合物或碳氢化合物涂层在提高纤维过滤介质的抗结块性能中的应用。

25.通过等离子体聚合处理沉积的聚合碳氟化合物或碳氢化合物涂层在提高纤维静电过滤介质性能中的应用。

26.一种纤维过滤介质，所述纤维过滤介质的纤维表面通过按照权利要求6～21中任一项所述的方法接触等离子体沉积处理而在其上沉积聚合物涂层，从而得到修饰。

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