CN104208949B - 用于滤膜整合的涂有银的织物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备过滤介质的方法，所述方法是通过将涂有银的纺粘非织造织物热粘合至污物截留膜、化学物质截留膜、病原体截留膜或其组合上来实现的。本发明还涉及一个或多个涂有银的纺粘非织造织物层的用途，所述一个或多个涂有银的纺粘非织造织物层用作用于流体过滤系统的过滤介质中的杀微生物膜的部件。本发明的过滤介质在使用时提供了高效的消毒作用，同时维持低压降和高流速。此外，所述过滤介质不含粘结剂并且含有由纺粘非织造聚合织物制成的至少一个热粘合层。本发明的特点还在于一种水纯化滤筒以及其用于饮用水系统中的用途。
Description
技术领域
本发明涉及用于滤膜整合的涂有银的织物。
背景技术
在飞机中，一般使用饮用水系统向机舱出水设施(例如盥洗室内的洗手池和机上厨房内的水槽)供应淡水。这种饮用水系统可以使用水过滤介质(例如病原体截留过滤介质)与含有杀生物剂的纳米纤维织物的组合来杀灭水或空气中所含的病原体(参见美国专利申请US2011/0297609A1)。
然而，当饮用水系统使用经由粘结剂层粘合至用于灭病媒的过滤介质上的含有杀生物剂的纳米纤维织物时，发现无论纳米纤维织物和粘结剂层多么的薄，它们的并入通常都会造成水流速以及水压显著下降。因此，需要研发一种可以被用于航空领域中的饮用水系统中的新型过滤系统。期望这种过滤系统在使用时提供高效的消毒作用，同时实现低压降和高流速。
发明内容
本发明提供了一种新型的过滤介质，所述过滤介质在使用时提供高效的消毒作用，还实现了低水压降和高水流速。确切地说，本发明的过滤介质包括杀微生物膜，所述杀微生物膜含有涂有银的纺粘非织造聚合织物和热粘合层。
有利地，本发明的过滤介质不含粘结剂(即不含粘结剂层或粘结剂膏)。
在一个实施方案中，所述涂有银的纺粘非织造聚合织物可以是聚酯织物、聚丙烯织物、聚氨酯织物、聚酰亚胺织物或其组合。在某些情况下，所述纺粘非织造聚合织物是聚酯织物，如纺粘聚酯非织造织物(例如2004和2250，可商购自Fiberweb Filtration PLC,Old Hickory,TN)。
在另一个实施方案中，本文所使用的热粘合层可以由纺粘非织造聚合织物构成，所述纺粘非织造聚合织物如聚酯织物、聚丙烯织物、聚氨酯织物、聚酰亚胺织物或其组合。在某些情况下，所述纺粘非织造聚合织物是聚酯织物，如纺粘聚酯非织造织物(例如2004和2250，可商购自Fiberweb Filtration PLC,OldHickory,TN)。
在一个单独的方面，本发明提供了一种制备过滤介质的方法，所述方法包括将涂有银的纺粘非织造织物热粘合到选自以下的至少一种膜上：污物截留膜、化学物质截留膜以及病原体截留膜或其组合，其中通过使银膜沉积到纺粘非织造织物上来制备所述涂有银的纺粘非织造织物。
在某些实施方案中，可以通过化学气相沉积、物理气相沉积或溶胶凝胶沉积或其组合使银膜沉积到纺粘非织造织物上。化学气相沉积包括但不限于真空气相沉积和燃烧化学气相沉积。
本发明还提供了一种用于使涂有银的纺粘非织造织物热粘合至选自以下的膜上的新型方法：污物截留膜、化学物质截留膜以及病原体截留膜或其组合。
本发明的另一个方面提供了一种水纯化滤筒，所述水纯化滤筒含有本发明的过滤介质。
本发明的特点还在于一种饮用水系统，所述饮用水系统含有本发明的水纯化滤筒。
在使用时，根据本发明的过滤介质提供诸如维持高水流速和低水压降之类的优势。本发明的过滤介质还非常高效地实现良好的消毒作用。因此，本发明的过滤介质可以被用作当前用于飞机饮用水系统中的污物/化学物质滤筒的附加部件以满足进行消毒而不减慢水流速和增加水压降的要求。
附图说明
图1示出了通过使薄银涂层沉积到层(“R”)上来制备涂有银的(“SR”)膜的方法。
图2图示了通过将SR膜经由由织物制成的单独的热粘合层热层压到病原体截留介质(“P”)上来制备SR/R/P膜的方法：将所得的组件(SR/R/P)从两侧用层覆盖以加以保护。
图3图示了通过将SR膜在不存在由织物制成的单独的热粘合层的情况下热层压到病原体截留介质上来制备SR/P膜的方法：将所得的组件(SR/P)从两侧用层覆盖以加以保护。
图4示出了通过将SR/R/P膜经由由织物制成的单独的热粘合层热粘合到污物/化学物质容纳过滤器上来制备D/R/SR/R/P膜的方法：将所得的组件(D/R/SR/R/P)从两侧用层覆盖以加以保护。
图5示出了通过将SR/P膜在不存在由织物制成的单独的热粘合层的情况下热粘合到污物/化学物质容纳过滤器(“D”)上来制备D/SR/P膜的方法：将所得的组件(D/SR/P)从两侧用层覆盖以加以保护。
图6示出了通过将两个SR膜经由由织物制成的单独的热粘合层热粘合来制备SR/R/SR膜的方法：将所得的组件(SR/R/SR)从两侧用层覆盖以加以保护。
图7示出了具有被并入到污物/化学物质截留滤筒内部的多卷杀生物性织物的结构。
图8示出了具有被并入到污物/化学物质截留滤筒外部的多卷匝杀生物性织物的结构。
具体实施方式本发明提供了一种制备过滤介质的新型方法，所述方法包括将涂有银的纺粘非织造织物热粘合到选自以下的至少一种膜上：污物截留膜、化学物质截留膜以及病原体截留膜或其组合，其中通过使银膜沉积到非织造织物上来制备所述涂有银的纺粘非织造织物。
在一个实施方案中，可以通过化学气相沉积、物理气相沉积或溶胶凝胶沉积或其组合使银膜沉积到纺粘非织造织物上。
化学气相沉积包括诸如传统的真空气相沉积(CVD)和nGima公司(www.nGimat.com)的燃烧化学气相沉积(CCVD)之类的方法。物理气相沉积(PVD)是例如通过磁控溅射或电子束来进行的。
在某些实施方案中，本文所用的化学气相沉积是真空气相沉积或燃烧化学气相沉积。
预期可以使其它杀生物性材料沉积到纺粘非织造织物上。所得的涂有杀生物剂的纺粘非织造织物可以替代本文所用的涂有银的纺粘非织造织物。可以例如通过化学气相沉积、物理气相沉积或溶胶凝胶沉积或其组合来实现杀生物剂的沉积。
银涂层的厚度可以在纳米范围内，一般介于约1nm与1,000nm之间。通过使用银膜对纺粘非织造织物进行涂覆，可以避免使用杀生物性纳米粒子。因此，本发明提供了一种无纳米粒子浸出的方法。
使用如上所述的涂有银的织物能够避免使用纳米粒子或杀生物添加剂化学物质，使用纳米粒子或杀生物添加剂化学物质需要纳米粒子或杀生物添加剂化学物质的后续浸出。一般来说，本文所用的银涂层不可溶。因此，在所述方法中存在浸出问题的可能性很低。
在一个单独的方面，本发明提供了一种制备过滤介质的方法。所述方法包括将涂有银的纺粘非织造织物热粘合到至少一种膜上，所述膜如污物截留膜、化学物质截留膜以及病原体截留膜或其组合。通过使银膜沉积到纺粘非织造织物上来制备本文所用的涂有银的纺粘非织造织物。
此外，本发明涉及涂有银膜(或其它杀生物膜形成材料)的纺粘非织造织物的用途，所述纺粘非织造织物直接热粘合至病原体截留过滤介质或经由热粘合层热粘合到病原体截留过滤介质上，用于提供具有提高的病原体杀灭功效的过滤介质。或者，本发明提供了过滤介质，所述过滤介质包括多匝涂有银的纺粘非织造织物以提供病原体杀灭功效。
因此，本发明提供了过滤介质，所述过滤介质包括杀微生物膜。所述杀微生物膜包括热粘合层(也被称为纺粘非织造织物)和涂有银的纺粘非织造织物。
根据本发明，所述过滤介质不含粘结剂层或粘结剂膏。
可以使用各种纺粘非织造聚合织物，包括例如聚酯织物、聚丙烯织物、聚氨酯织物、聚酰亚胺织物或其组合。还可以使用具有较高的弗雷泽渗透度(Fraizerpermeability)或较高的TEXTest渗透度的其它聚合物或其组合(可以使用弗雷泽透气度测试仪或TEXTest测试仪进行标准透气度测试，ASTM D737)。
举例来说，用于热粘合层中的纺粘非织造聚合织物可以是聚酯织物。所举例说明的用于本发明中的纺粘非织造聚合织物包括例如纺粘聚酯织物。
纺粘聚酯可以随机排列的高度分散并且在长丝接合处粘合的连续长丝聚酯纤维的片状结构的形式获得。聚酯织物的化学特性和热特性基本上是聚酯纤维的化学特性和热特性。纤维的纺粘结构提供了诸如高拉伸和撕裂强度、不脱散的边缘、优良的尺寸稳定性、无介质迁移、良好的耐化学性以及受控的计重效率和渗透性之类的物理特性的组合。织物作为覆盖物(例如花园覆盖层)或支撑材料用于各种行业中。
纺粘聚酯织物包括直聚酯纤维或卷曲的聚酯纤维，所述聚酯纤维赋予织物以不同的过滤和其它一般性能特性。据信卷曲纤维提供柔软性、顺应性以及更大孔隙度的特性，而直纤维提供刚度、更紧密的结构以及更精细的计重效率。
在本发明的某些实施方案中，本文所用的纺粘聚酯织物是直聚酯织物。所举例说明的纺粘聚酯织物包括例如纺粘聚酯非织造物2004(或“2004”)和纺粘聚酯非织造物2250(或“2250”)。这些织物是过滤级纺粘聚酯织物：对于2004，厚度是5.0mil，弗雷泽透气度是1400cfm/ft2；对于2250，厚度是5.0mil，弗雷泽透气度是1080cfm/ft2。
根据本发明，过滤介质可以进一步包括病原体截留过滤介质、污物容纳过滤介质或化学物质容纳过滤介质，或者其组合。
在某些实施方案中，本发明的过滤介质包括病原体截留介质。杀微生物膜经由同一热粘合层或经由另一热粘合层热粘合至病原体截留介质。
在本发明的其它实施方案中，过滤介质包括污物/化学物质容纳过滤介质以及任选的一个或多个另外的热粘合层。当还包括病原体截留介质时，杀微生物膜通过不同的表面经由热粘合层热粘合至病原体截留介质和污物/化学物质容纳过滤介质。
如本领域所知，粘结剂会堵塞介质的一些孔隙和杀生物剂位点，从而进一步引起过滤系统中的流速降低和高压降。通过在过滤介质中使用薄型织物作为粘合剂，可以摆脱对化学粘结剂的使用。此外，使用织物还使制造过滤介质中所含的织物成为可能。
根据本发明，可以将含有涂有银的织物(如涂有银的织物)的杀微生物膜以多匝在滤网卷筒上卷起，然后放到污物/化学物质容纳过滤介质(或滤筒)的内部。或者，可以将本发明的杀微生物膜卷起并且放到污物/化学物质容纳过滤介质(或滤筒)的外部。卷起形式的具体设计取决于具体水系统中的水流方向。
此外，被卷起的涂有银的织物可以含有多个本发明的杀微生物膜。被卷起的含杀生物剂的织物可以被放置在污物/化学物质容纳过滤介质(或滤筒)的内部或者污物/化学物质容纳过滤介质(或滤筒)的外部，这取决于水流方向。
本发明的特点进一步在于一种水纯化滤筒，所述水纯化滤筒含有本发明的过滤介质。
还提供了一种饮用水系统，所述饮用水系统含有本发明的水纯化滤筒。一般来说，饮用水系统包括诸如蓄水箱、泵、供应管线、水纯化装置(如水纯化滤筒)之类的部件。关于饮用水系统及其功能的详细描述，参见US2011/0297609。
根据本发明的多种配置呈现于附图中。在这些附图中，提供2250作为用于热粘合层(热粘合剂)的纺粘非织造聚合织物的实例。本发明涵盖了使用其它类型的纺粘非织造聚合织物作为涂有银的织物和热粘合层以及使用其它类型的杀生物剂。
图1示意性地示出了可以通过燃烧化学气相沉积(CCVD)使用薄银膜在一侧或两侧上对纺粘非织造聚合织物(R)进行涂覆。所得的涂有银的织物被命名为SR膜。
在CCVD工艺中，将银前体化合物添加至燃烧气体中。将火焰在所要涂覆的表面上方紧密地移动。火焰内的高能量使前体化合物转化成银粒子，这些银粒子容易与织物相互作用，从而形成稳固地粘附的银沉积物。所沉积的银层的所得微观结构/纳米结构和厚度可以通过改变诸如基材或火焰的速度、通过次数、基材的温度以及火焰与基材之间的距离之类的工艺参数来加以控制。
图2示意性地示出了使用2250(R)通过热粘合形成滤膜，所述滤膜具有使用层(R)粘合至病原体截留过滤树脂(P)上的涂有银的(SR)，进一步使用织物作为所述滤膜的最外层。SR层能够容易地杀灭病原体截留介质上所截留的病原体以防止生物污染。
如本文所用的生物污染(biofouling/biological fouling)的意思是微生物积聚在过滤介质的表面或孔隙上。
图3示意性地示出了使用2250(R)通过热粘合形成滤膜，所述滤膜具有在不存在层(R)的情况下粘合至病原体截留过滤树脂(P)上的涂有银的(SR)，进一步将织物用于所述滤膜的最外层。SR层还能够容易地杀灭病原体截留介质上所截留的病原体以防止生物污染。
图4示意性地示出了可以经由织物将SR/R/P组件热层压到污物/化学物质容纳过滤介质上。污物/化学物质过滤器可以是NanoCeram-PACTM介质或其它炭层过滤器。所得的组件被命名为D/R/SR/R/P滤膜。使用污物/化学物质容纳过滤器能够防止SR/R/P层因表面被污物和/或化学物质堵塞而造成消毒特性过早丧失。
图5示意性地示出了可以在不存在织物的情况下将SR/P组件热层压到污物/化学物质容纳过滤介质上。污物/化学物质过滤器可以是NanoCeram-PACTM介质或其它炭层过滤器。所得的组件被命名为D/SR/P滤膜。使用污物/化学物质容纳过滤器能够防止SR/P层因表面被污物和/或化学物质堵塞而造成消毒特性过早丧失。
图6示出了可以经由织物将两个SR膜热层压在一起。所得的组件被命名为SR/R/SR膜。如果需要更好的消毒和过滤性能，那么可以将多于两个SR膜进行热层压。
可以同时或依序进行两个热层压步骤。在一个实施方案中，将SR膜从不同的侧面经由2250层同时层压到病原体截留介质和污物/化学物质容纳过滤介质上。在另一个实施方案中，将SR膜首先经由2250层层压到病原体截留介质上，然后经由另一2250层层压到污物/化学物质容纳过滤介质上。或者，经由2250层将SR膜层压到污物/化学物质容纳过滤介质上，之后经由另一2250层将它层压到病原体截留介质上。
本领域普通技术人员还应当了解的是，用于层压杀生物膜的2250层可以是(“R”)层(如果被纳入到杀生物膜中的话)或单独的层。
图7示意性地示出了将杀生物性织物以多匝卷在刚性滤网卷筒上以便提供提高的病原体杀灭效率。本文可以使用的杀生物性织物包括但不限于SR膜。
在某些情况下，杀生物性织物由薄型织物构成，以使得多层杀生物性织物的总厚度仍较薄，一般介于约10mil与30mil之间。使用这种卷起结构不会引起水流速降低或水压显著下降。在该附图中，水流方向是从过滤介质环的中心向外。
图8类似于图7。在这种情况下，将杀生物性织物卷在污物和化学物质截留过滤器环上。水流直接方向是朝向中心向内。同样，本文所用的杀生物性织物包括例如SR膜。
此外，可以在相对低温下，例如在约100℃至130℃下，使用适当的压力使2250织物热粘合至膜或其它织物上。应了解的是，在这种低温下，不会对大多数的织物或介质造成热损伤。
还公开了一种使用薄杀生物性涂层对纺粘非织造聚合织物进行涂覆的方法。所述方法包括以下步骤：使杀生物性材料(例如银膜)沉积到纺粘非织造聚合织物上，从而产生孔隙基本上没有被所沉积的银膜堵塞的涂有银的纺粘非织造聚合织物。
如上文所述，使用涂有银的纺粘非织造聚合织物能够避免使用纳米银粒子。所述使用涂有银的织物消除了银粒子浸出以及因银表面较大而导致消毒效率降低的顾虑。
本发明进一步涉及涂有银的纺粘非织造聚合织物的用途，所述涂有银的纺粘非织造聚合织物粘合至热粘合层上，用于提供病原体杀灭功效。通过使用纺粘非织造聚合织物，可以实现高水流速和低水压降。
虽然本申请侧重于饮用水过滤系统，但是据信本发明的过滤介质同样可以很好地用于空气过滤系统或其它类型的流体过滤系统。
因此，本发明提供了更高效的用于流体过滤的消毒过滤介质，所述过滤介质在使用时提供了诸如低压降和高流速之类的所需特性。确切地说，使用杀生物性材料对本发明的薄型纺粘非织造聚合织物进行涂覆，然后将所述薄型纺粘非织造聚合织物直接热粘合到病原体截留过滤介质上或者经由热粘合剂热粘合到病原体截留过滤介质上，从而提供提高的病原体杀灭功效。或者，含有多卷杀生物性织物的过滤介质也提供了良好的病原体杀灭特性。
此外，本发明涉及一种制备用于饮用水系统或空气过滤系统中的过滤介质的方法。所述方法包括将涂有银的纺粘非织造聚合织物与热粘合层，任选地进一步与病原体截留介质热粘合。所述热粘合步骤可以通过诸如以下的方法来进行：热压延法、带压延法、热风粘合法(through-airthermal bonding)、超声波粘合法、辐射热粘合法、热层压机法、在热下进行的真空装袋法以及在压力和热下进行的压热器法，或其组合。确切地说，本发明的热粘合步骤经过设计以避免使得涂有银的织物和/或热粘合层中所含的纤维熔融或使得所述熔融减到最低程度。
举例来说，可以通过包括以下步骤的方法来进行压热器法：1).将织物和膜向上平放；2).将织物和膜在平坦的金属支撑件上装袋；3).将袋抽真空；4).将组件放入到压热器中；5).施加压力和热，持续一段时间；6).将组件冷却至环境温度并且释放真空；以及7).进行检查以确保完成热粘合。
以引用的方式并入
本文所引用的所有专利/专利申请和参考文献的全部内容特此明确地以引用的方式整体并入本文。
等同方案
本领域技术人员仅仅使用常规的实验就将认识到或能够探悉本文所述的具体程序的许多等同方案。这些等同方案被认为处于本发明的范围内并且由以下权利要求书所涵盖。
Claims (15)
1.一种制备过滤介质的方法，所述方法包括以下步骤：
将第一纺粘非织造织物层热粘合至涂有银的纺粘非织造织物的第一侧上；
将第二纺粘非织造织物层的第一侧热粘合至涂有银的纺粘织物的第二侧上；
将病原体截留过滤层的第一侧热粘合至第二纺粘非织造织物的第二侧上；
将第三纺粘非织造织物层的第一侧热粘合至病原体截留过滤层的第二侧上；
其中通过使银膜沉积到纺粘非织造织物上来制备所述涂有银的纺粘非织造织物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述纺粘非织造织物选自聚酯织物、聚丙烯织物、聚氨酯织物、聚酰亚胺织物或其组合。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中通过化学气相沉积、物理气相沉积或溶胶凝胶沉积，或其组合来使所述银膜沉积。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述化学气相沉积是真空气相沉积或燃烧化学气相沉积。
5.过滤介质，其中将第一纺粘非织造织物层被热粘合至涂有银的纺粘非织造织物层的第一侧上；
第二纺粘非织造织物层被热粘合至涂有银的纺粘织物层的第二侧上以便提供杀微生物膜；
病原体截留过滤层的第一侧粘合至第二纺粘非织造织物层的第二侧上；
第三纺粘非织造织物层被热粘合至病原体截留过滤层的第二侧上；并且
其中所述过滤介质不含粘结剂层。
6.如权利要求5所述的过滤介质，其中所述纺粘非织造织物选自聚酯织物、聚丙烯织物、聚氨酯织物、聚酰亚胺织物或其组合。
7.如权利要求5所述的过滤介质，其中所述纺粘非织造织物包括Reemay®纺粘聚酯非织造织物。
8.如权利要求6所述的过滤介质，其中所述涂有银的纺粘非织造织物选自聚酯织物、聚丙烯织物、聚氨酯织物、聚酰亚胺织物或其组合。
9.如权利要求6所述的过滤介质，其中所述涂有银的纺粘非织造织物包括Reemay®纺粘聚酯非织造织物。
10.如权利要求5至9中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质进一步包括至少一种另外的膜，所述至少一种另外的膜选自污物容纳过滤介质以及化学物质容纳过滤介质。
11.如权利要求5-9中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质包括污物/化学物质容纳过滤介质和一个或多个另外的热粘合层，并且所述杀微生物膜在与被用于与所述病原体截留过滤层粘合的表面不同的表面上经由所述另外的热粘合层粘合至所述污物/化学物质容纳过滤介质。
12.如权利要求5-9中任一项所述的过滤介质，其中所述杀微生物膜呈多匝卷起形式，并且所述过滤介质进一步包括污物/化学物质容纳过滤介质。
13.如权利要求12所述的过滤介质，其中所述呈多匝卷起形式的杀微生物膜被放置在所述污物/化学物质容纳过滤介质的内部，或者其中所述呈多匝卷起形式的杀微生物膜处于所述污物/化学物质容纳过滤介质的外部。
14.一种水纯化滤筒，所述水纯化滤筒包括如权利要求5所述的过滤介质。
15.一种用于产生饮用水的水纯化系统，所述水纯化系统包括如权利要求14所述的水纯化滤筒。
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