CN115006918A - 聚醚砜纤维网 - Google Patents

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凯特·希金森
阿卜杜拉耶·杜库雷
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Abstract

描述了聚醚砜纤维网。提供了一种纤维网，包含：平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，其中所述纤维网的相对表面积大于或等于80％。提供了一种纤维网，包含：平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，其中所述纤维网的相对表面积大于或等于75％，以及其中所述纤维网的测量表面积大于或等于25m2/g。还提供了一种过滤介质，包括所述的纤维网。

Description

聚醚砜纤维网
本申请是名为“聚醚砜纤维网”、申请号为201880030741.0的中国专利申请的分案申请，专利申请201880030741.0是根据专利合作条约于2018年4月11日提交的国际申请(PCT/US2018/027032)进入中国国家阶段的国家申请，该申请的优先权日为2017年4月11日。
技术领域
本发明概括地涉及纤维网，并且更特别地，涉及包含聚醚砜纤维的纤维网。
背景技术
过滤介质可以在各种应用中用于除去污染物。根据应用，过滤介质可以被设计成具有不同的性能特性。
通常，过滤介质可以由纤维网形成。例如，网可以包含聚醚砜纤维等组分。纤维网提供允许流体流动通过过滤介质的多孔结构。流体内包含的污染物颗粒可以被捕获在纤维网上。过滤介质特征(例如纤维直径和定量(basis weight))影响过滤器性能包括过滤效率、容尘量和流体流动通过过滤器的阻力。
由聚醚砜纤维形成的纤维网通常包含平均直径大的纤维、直径分布宽的纤维，和/或包含降低纤维网的表面积的缺陷。
发明内容
提供了包含聚醚砜纤维的纤维网以及与其相关的有关部件和方法。
在一组实施方案中，提供了纤维网。在一个实施方案中，纤维网包含平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，并且纤维网的相对表面积大于或等于80％。
在一些实施方案中，纤维网包含平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，具有大于或等于75％的表面积，以及具有大于或等于25m2/g的测量表面积。
当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新特征将由以下对本发明的多个非限制性实施方案的详细描述而变得明显。在本说明书与通过引用并入的文献包含冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文献包含相对于彼此冲突和/或不一致的公开内容，则应当以生效日期在后的文献为准。
附图说明
将参照附图通过实例的方式来描述本发明的非限制性实施方案。在附图中：
图1示出了根据一些实施方案的表示对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率与相对表面积之间的关系的图。
具体实施方式
本文描述了纤维网以及相关的概念和方法。通常，纤维网包含聚醚砜(PES)纤维。PES纤维可以具有低的平均直径和少量的缺陷。如以下进一步描述的，在一些实施方案中，纤维网可以具有高的相对表面积和/或高的测量表面积。上述特征可以通过例如提高过滤效率来增强纤维网的过滤性能。在某些实施方案中，纤维网可以为过滤介质或过滤介质内的层。过滤介质可以适用于过滤流体，例如空气、水和/或油。
在一些实施方案中，纤维网可以通过静电纺丝工艺形成，如以下更详细描述的。也如以下进一步描述的，应理解，任选地，纤维网可以为还包括另外的层例如第二层和/或第三层等的过滤介质中的层(例如，第一层)。
在一些实施方案中，纤维网(例如，过滤介质内的纤维网)可以以相对高的量包含PES(例如，纤维网的至少约75重量％可以为PES、纤维网的至少约90重量％可以为PES、纤维网的至少约95重量％可以为PES、纤维网的至少约99重量％可以为PES、或纤维网的至少约99.9重量％可以为PES)。在一些实施方案中，纤维网可以以相对高的量包含PES纤维(即，包含PES的纤维)(例如，PES纤维可以占纤维网中的纤维的至少约75重量％、纤维网中的纤维的至少约90重量％、纤维网中的纤维的至少约95重量％、纤维网中的纤维的至少约99重量％、纤维网中的纤维的至少约99.9重量％、或纤维网中的纤维的100重量％)。应理解，如本文所使用的，术语“PES纤维”和“聚醚砜纤维”是指包含至少50重量％的PES的纤维。在一些情况下，PES纤维可以包含至少约75重量％的PES、至少约90重量％的PES、至少约95重量％的PES、或至少约99重量％的PES。在一些情况下，PES纤维完全由PES形成。应理解，PES纤维网中也可以存在其他类型的纤维，例如不包含PES的纤维和/或包含小于50重量％的PES的纤维。
在一些实施方案中，网内的PES纤维可以具有低的平均直径。在一些实施方案中，纤维网内的PES纤维的平均直径可以小于或等于约250纳米、小于或等于约225纳米、小于或等于约200纳米、小于或等于约175纳米、小于或等于约150纳米、小于或等于约130纳米、小于或等于约100纳米、小于或等于约90纳米、或者小于或等于约50纳米。在一些实施方案中，纤维网内的PES纤维的平均直径可以大于或等于约20纳米、大于或等于约50纳米、大于或等于约90纳米、大于或等于约100纳米、大于或等于约130纳米、大于或等于约150纳米、大于或等于约175纳米、大于或等于约200纳米、或者大于或等于约225纳米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约20纳米且小于或等于约250纳米、大于或等于约50纳米且小于或等于约250纳米、大于或等于约90纳米且小于或等于约130纳米)。其他范围也是可能的。通常，单根纤维直径可以通过显微镜例如扫描电子显微镜(SEM)测量，并且关于纤维直径的统计例如平均纤维直径和纤维直径标准偏差可以通过对测量的纤维直径进行适当的统计技术来确定。
在一些实施方案中，网内的PES纤维可以具有相对紧密的纤维直径分布。在一些实施方案中，PES纤维直径的标准偏差小于或等于约75纳米、小于或等于约60纳米、小于或等于约50纳米、小于或等于约40纳米、小于或等于约30纳米、小于或等于约25纳米、或者小于或等于约10纳米。在一些实施方案中，PES纤维直径的标准偏差大于或等于约10纳米、大于或等于约20纳米、大于或等于约25纳米、大于或等于约30纳米、大于或等于约40纳米、大于或等于约50纳米、大于或等于约60纳米、或者大于或等于约70纳米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约20纳米且小于或等于约75纳米、或者大于或等于约25纳米且小于或等于约50纳米)。其他范围也是可能的。
通常，纤维内的PES可以具有任何合适的重均分子量。例如，PES的重均分子量可以大于或等于约25kg/mol、大于或等于约45kg/mol、大于或等于约60kg/mol、大于或等于约80kg/mol、大于或等于约100kg/mol、或者大于或等于约125kg/mol。PES的重均分子量可以小于或等于约150kg/mol、小于或等于约125kg/mol、小于或等于约100kg/mol、小于或等于约80kg/mol、小于或等于约60kg/mol、或者小于或等于约45kg/mol。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约25kg/mol且小于或等于约150kg/mol、或者大于或等于约45kg/mol且小于或等于约80kg/mol)。其他范围也是可能的。PES的重均分子量可以通过常规的凝胶渗透色谱技术测量。
在一些实施方案中，如本文所述的PES纤维网可以具有一个或更多个有利特性(例如，高的测量表面积、高的相对表面积、高的过滤效率)。应理解，本文所述的纤维网的任何特性可以是指在制造后没有进行任何表面处理的纤维网的特性，或者可以是指经历一种或更多种表面处理的纤维网的特性(如以下进一步详细描述的)。
在一些实施方案中，PES纤维网可以优选具有相对高的测量表面积。例如，纤维网的测量表面积可以大于或等于约19m2/g、大于或等于约22m2/g、大于或等于约25m2/g、大于或等于约35m2/g、大于或等于约40m2/g、大于或等于约55m2/g、大于或等于约75m2/g、大于或等于约95m2/g、大于或等于约115m2/g、大于或等于约135m2/g、或者大于或等于约155m2/g。在一些实施方案中，纤维网的测量表面积可以小于或等于约200m2/g、小于或等于约155m2/g、小于或等于约135m2/g、小于或等于约115m2/g、小于或等于约95m2/g、小于或等于约75m2/g、小于或等于约55m2/g、小于或等于约40m2/g、小于或等于约35m2/g、小于或等于约25m2/g、或者小于或等于约22m2/g。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约19m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约55m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约95m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约155m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约19m2/g且小于或等于约40m2/g、或者大于或等于约22m2/g且小于或等于约35m2/g)。其他范围也是可能的。
测量表面积通过使用标准BET表面积测量技术来测量。BET表面积根据电池协会国际标准(Battery Council International Standard)BCIS-03A(2009)“推荐的电池材料规格阀控式重组电池(Recommended Battery Materials Specifications Valve RegulatedRecombinant Batteries)”第10节“重组电池隔离件垫的表面积的标准测试方法(StandardTest Method for Surface Area of Recombinant Battery Separator Mat)”来测量。按照该技术，使用BET表面分析仪(例如，Micromeritics Gemini III 2375表面积分析仪)用氮气经由吸附分析来测量BET表面积；在例如3/4″管中样品量为0.5克至0.6克；并使样品在75℃下脱气至少3小时。
PES纤维网也可以通过理论表面积表征。如本文所使用的，理论表面积通过以下方程式限定：
Figure BDA0003669717290000051
其中SA理论是指理论表面积，ρ是指形成纤维的聚合物的密度(例如，对于PES纤维是PES的密度(对于为100重量％PES的PES纤维是1.37g/cm3))，以及平均(1/D)是指形成网的纤维的直径的调和平均数的倒数。在一些实施方案中，PES纤维网的理论表面积大于或等于约19m2/g、大于或等于约22m2/g、大于或等于约25m2/g、大于或等于约35m2/g、大于或等于约40m2/g、大于或等于约55m2/g、大于或等于约75m2/g、大于或等于约95m2/g、大于或等于约115m2/g、大于或等于约135m2/g、大于或等于约155m2/g、大于或等于约175m2/g、大于或等于约200m2/g、大于或等于约225m2/g、大于或等于约250m2/g、或者大于或等于约275m2/g。纤维网的理论表面积可以小于或等于约300m2/g、小于或等于约275m2/g、小于或等于约250m2/g、小于或等于约225m2/g、小于或等于约200m2/g、小于或等于约155m2/g、小于或等于约135m2/g、小于或等于约115m2/g、小于或等于约95m2/g、小于或等于约75m2/g、小于或等于约55m2/g、小于或等于约40m2/g、小于或等于约35m2/g、小于或等于约25m2/g、或者小于或等于约22m2/g。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约19m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约55m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约95m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约155m2/g且小于或等于约200m2/g、大于或等于约19m2/g且小于或等于约40m2/g、或者大于或等于约22m2/g且小于或等于约35m2/g)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中，PES纤维网可以具有高的相对表面积。如本文所使用的，纤维网的相对表面积是指如上所述的纤维网(具有有密度和平均直径的纤维)的测量表面积与包含相同密度和平均直径的纤维的纤维网的理论表面积之比的100％倍。在一些实施方案中，纤维网的相对表面积可以大于或等于约65％、大于或等于约70％、大于或等于约75％、大于或等于约80％、大于或等于约85％、大于或等于约90％、或者大于或等于约95％。在一些实施方案中，纤维网的相对表面积可以小于或等于约100％、小于或等于约95％、小于或等于约90％、小于或等于约85％、小于或等于约80％、小于或等于约75％、或者小于或等于约70％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约65％且小于或等于约100％、或者大于或等于约80％且小于或等于约100％)。其他范围也是可能的。
不希望受到理论的束缚，认为具有高的相对表面积(例如，接近约100％)的纤维网包含很少的缺陷例如珠体(bead)。如本文所使用的，珠体是纤维网中的宽度大于纤维网内的纤维的平均纤维直径的10倍且纵横比小于50的部分。在一些实施方案中，纤维网具有相对少量的珠体可以是有利的。具有相对少量的珠体的纤维网与另外的包含较高量的珠体的等同纤维网相比可以具有改善的过滤效率。在一些情况下，纤维的相对表面积可以在上述范围内或在上述范围外，并且可以具有低浓度的珠体。例如，纤维网可以具有少于40000个珠体/mm2、少于10000个珠体/mm2、少于5000个珠体/mm2、或少于300个珠体/mm2。每mm2的珠体的数量可以通过显微镜确定。
PES纤维网可以具有任何合适的(纸张)定量。在一些实施方案中，纤维网的定量可以大于或等于约0.05g/m2、大于或等于约0.1g/m2、大于或等于约0.2g/m2、大于或等于约0.5g/m2、大于或等于约1g/m2、或者大于或等于约2g/m2、大于或等于约3g/m2、大于或等于约5g/m2、大于或等于约10g/m2、或者大于或等于约15g/m2。在一些实施方案中，纤维网的定量可以小于或等于约30g/m2、小于或等于约25g/m2、小于或等于约15g/m2、小于或等于约10g/m2、小于或等于约5g/m2、小于或等于约3g/m2、小于或等于约2g/m2、小于或等于约1g/m2、小于或等于约0.5g/m2、小于或等于约0.2g/m2、或者小于或等于约0.1g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5g/m2且小于或等于约30g/m2、大于或等于约2g/m2且小于或等于约25g/m2、大于或等于约3g/m2且小于或等于约15g/m2、大于或等于约0.05g/m2且小于或等于约1g/m2、大于或等于约0.1g/m2且小于或等于约0.5g/m2、大于或等于约0.05g/m2且小于或等于约5g/m2、或者大于或等于约0.5g/m2且小于或等于约2g/m2)。其他范围也是可能的。纤维网的定量可以根据标准ISO 536：2012确定。在其中纤维网被支撑在基底上或者是纤维网内的一个层的实施方案中，纤维网的定量可以通过确定基底或不存在纤维网的过滤介质的定量，确定基底和纤维网的定量或包括纤维网的过滤介质的定量，并取这两个值之差来测量。
PES纤维网可以具有任何合适的厚度。在一些实施方案中，PES纤维网的厚度大于或等于约20纳米、大于或等于约50纳米、大于或等于约90纳米、大于或等于约100纳米、大于或等于约130纳米、大于或等于约150纳米、大于或等于约175纳米、大于或等于约200纳米、大于或等于约225纳米、大于或等于500纳米、大于或等于约1微米、大于或等于约2.5微米、大于或等于约5微米、大于或等于约7.5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约12.5微米、大于或等于约15微米、或者大于或等于约17.5微米。在一些实施方案中，PES纤维网的厚度小于或等于约20微米、小于或等于约17.5微米、小于或等于约15微米、小于或等于约12.5微米、小于或等于约10微米、小于或等于约7.5微米、小于或等于约5微米、小于或等于约2.5微米、小于或等于约1微米、小于或等于约500纳米、小于或等于约225纳米、小于或等于约200纳米、小于或等于约175纳米、小于或等于约150纳米、小于或等于约130纳米、小于或等于约100纳米、小于或等于约90纳米、或者小于或等于约50纳米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约20纳米且小于或等于约20微米、或者大于或等于约5微米且小于或等于约20微米)。其他范围也是可能的。层的厚度可以通过使用截面SEM成像确定。
PES纤维网可以具有任何合适的平均流量孔径。在一些实施方案中，纤维网的平均流量孔径大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约2微米、大于或等于约4微米、大于或等于约5微米、大于或等于约8微米、或者大于或等于约10微米。在一些实施方案中，纤维网的平均流量孔径小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、小于或等于约8微米、小于或等于约5微米、小于或等于约4微米、小于或等于约2微米、小于或等于约1微米、小于或等于约0.5微米、或者小于或等于约0.2微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.05微米且小于或等于约4微米、大于或等于约0.1微米且小于或等于约4微米、大于或等于约0.1微米且小于或等于约2微米、大于或等于约0.2微米且小于或等于约2微米、大于或等于约2微米且小于或等于约20微米、大于或等于约8微米且小于或等于约10微米、大于或等于约1微米且小于或等于约10微米、或者大于或等于约2微米且小于或等于约5微米)。其他范围也是可能的。平均流量孔径可以根据ASTM F316(2003)确定。
在某些实施方案中，PES纤维网可以具有相对低的最大孔径。在一些实施方案中，纤维网的最大孔径可以小于或等于约80微米、小于或等于约70微米、小于或等于约60微米、小于或等于约50微米、小于或等于约40微米、小于或等于约30微米、小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、小于或等于约5微米、小于或等于约2微米、小于或等于约1微米、小于或等于约0.5微米、小于或等于约0.2微米、小于或等于约0.1微米、或者小于或等于约0.8微米。在一些实施方案中，纤维网的最大孔径可以大于或等于约0.06微米、大于或等于约0.08微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约2微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约30微米、大于或等于约40微米、大于或等于约50微米、大于或等于约60微米、或者大于或等于约70微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.06微米且小于或等于约80微米、大于或等于约0.08微米且小于或等于约50微米)。其他范围也是可能的。最大孔径可以根据ASTM F316(2003)确定。
在一些实施方案中，PES纤维网可以具有相对低的最大孔径与平均流量孔径之比。最大孔径与平均流量孔径之比可以小于或等于约4.0、小于或等于约3.8、小于或等于约3.6、小于或等于约3.4、小于或等于约3.2、小于或等于约3.0、小于或等于约2.8、小于或等于约2.6、小于或等于约2.4、小于或等于约2.2、小于或等于约2.0、小于或等于约1.8、小于或等于约1.6、或者小于或等于约1.4。在一些实施方案中，最大孔径与平均流量孔径之比可以大于或等于约1.2、大于或等于约1.4、大于或等于约1.6、大于或等于约1.8、大于或等于约2.0、大于或等于约2.2、大于或等于约2.4、大于或等于约2.8、大于或等于约3.0、大于或等于约3.2、大于或等于约3.4、大于或等于约3.6、或者大于或等于约3.8。上述范围的组合也是可能的(例如，小于或等于约4.0且大于或等于约1.2、小于或等于约2.6且大于或等于约1.6)。其他范围也是可能的。
PES纤维网可以具有任何合适的透气率。在一些实施方案中，纤维网在0.5英寸水的压力下的透气率大于或等于约0.2CFM、大于或等于约0.3CFM、大于或等于约0.5CFM、大于或等于约1CFM、大于或等于约1.7CFM、大于或等于约5CFM、大于或等于约10CFM、大于或等于约20CFM、或者大于或等于约30CFM。在一些实施方案中，纤维网在0.5英寸水的压力下的透气率小于或等于约40CFM、小于或等于约30CFM、小于或等于约20CFM、小于或等于约10CFM、小于或等于约5CFM、小于或等于约1.7CFM、小于或等于约1CFM、小于或等于约0.5CFM、或者小于或等于约0.3CFM。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.2CFM且小于或等于约5CFM、大于或等于约0.3CFM且小于或等于约1.7CFM、大于或等于约5CFM且小于或等于约40CFM、或者大于或等于约10CFM且小于或等于约30CFM)。其他范围也是可能的。透气率可以在0.5英寸水的压力下通过ASTM D737-04(2016)来测量。
在一些实施方案中，PES纤维网在10英寸水的压力下的透气率大于或等于约0.5CFM、大于或等于约1CFM、大于或等于约2CFM、大于或等于约5CFM、大于或等于约10CFM、或者大于或等于约20CFM。在一些实施方案中，纤维网在10英寸水的压力下的透气率小于或等于约50CFM、小于或等于约20CFM、小于或等于约10CFM、小于或等于约5CFM、小于或等于约2CFM、或者小于或等于约1CFM。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5CFM且小于或等于约50CFM、或者大于或等于约1CFM且小于或等于约20CFM)。其他范围也是可能的。透气率可以在10英寸水的压力下通过ASTM D737-04(2016)来测量。
PES纤维网可以具有任何合适的透水率。在一些实施方案中，纤维网的透水率大于或等于约0.1mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约0.2mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约0.5mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约1mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约1.5mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约2mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约5mL/(分钟*cm2*psi)、或者大于或等于约8mL/(分钟*cm2*psi)。在一些实施方案中，纤维网的透水率小于或等于约10mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于约8mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于约5mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于约2mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于约1.5mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于约1mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于约0.5mL/(分钟*cm2*psi)、或者小于或等于约0.2mL/(分钟*cm2*psi)。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.1mL/(分钟*cm2*psi)且小于或等于约10mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约0.5mL/(分钟*cm2*psi)且小于或等于约10mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于约1mL/(分钟*cm2*psi)且小于或等于约8mL/(分钟*cm2*psi)、或者大于或等于约1.5mL/(分钟*cm2*psi)且小于或等于约5mL/(分钟*cm2*psi))。其他范围也是可能的。透水率可以通过在20psi的恒压下将面积为4.8cm2的纤维网暴露于去离子水并收集流动通过纤维网的水来测量。确定1000mL水流动通过纤维网所需的时间，然后使用下式确定透水率：
Figure BDA0003669717290000101
在将纤维网暴露于去离子水之前，首先将纤维网浸入异丙醇中，然后浸入去离子水中。
在一些实施方案中，PES纤维网可以对于各种物质具有相对高的过滤效率。在一些实施方案中，纤维网对于4微米直径颗粒的初始过滤效率可以大于或等于约80％、大于或等于约85％、大于或等于约90％、大于或等于约95％、大于或等于约97％、或者大于或等于约99％。在一些实施方案中，纤维网对于4微米直径颗粒的初始过滤效率可以小于或等于约100％、小于或等于约99％、小于或等于约97％、小于或等于约95％、小于或等于约90％、或者小于或等于约85％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约80％且小于或等于约100％、或者大于或等于约95％且小于或等于约100％)。其他范围也是可能的。对于4微米直径颗粒的初始过滤效率可以根据ISO 19438：2003(E)燃料测试标准确定，其中采用ISO中级测试粉尘(ISO Medium Test Dust)(ISO 12103-A3)作为测试物质。
在一些实施方案中，PES纤维网对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率可以大于或等于约75％、大于或等于约80％、大于或等于约85％、大于或等于约90％、大于或等于约95％、大于或等于约97％、或者大于或等于约99％。在一些实施方案中，纤维网对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率可以小于或等于约100％、小于或等于约99％、小于或等于约97％、小于或等于约95％、小于或等于约90％、小于或等于约85％、或者小于或等于约80％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约75％且小于或等于约100％、或者大于或等于约90％且小于或等于约100％)。其他范围也是可能的。过滤介质对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率可以通过将43mm直径的纤维网盘放置在搅拌单元(例如，型号UHP 4370ML，Sterlitech)中并将其暴露于平均直径为0.2微米、直径范围为0.02微米至20微米且变异系数为5％至10％的聚苯乙烯球的水中的5ppm悬浮体来确定。搅拌悬浮体使得形成为总溶液高度的约25％的涡旋，并在重力的影响下使其穿过纤维网直到50mL溶液跨过纤维网。可以确定穿过纤维网之后的悬浮体的浊度与穿过纤维网之前的悬浮体的浊度之比并乘以100％以得出过滤效率。浊度可以用浊度仪(nephelometer)或浊度计(turbidimeter)来测量，其检测当使小颗粒暴露于光束时由小颗粒散射的光的量。可以用于测量浊度的浊度计的实例为由HF Scientific，Inc.制造的型号Micro TPI/TPW。该测量计被设置成在浊度测量时满足EN-ISO 7027：1999(第6.2.4节)和ASTM D1889：1994中规定的设计标准并且满足Standard US EPA 180.1中规定的标准。
在一些实施方案中，PES纤维网对于0.3微米直径邻苯二甲酸二辛酯(DOP)颗粒的初始渗透率可以小于或等于约40％、小于或等于约30％、小于或等于约20％、小于或等于约10％、小于或等于约5％、或者小于或等于约2％。在一些实施方案中，纤维网对于0.3微米直径DOP颗粒的初始渗透率可以大于或等于约1％、大于或等于约2％、大于或等于约5％、大于或等于约10％、大于或等于约20％、或者大于或等于约30％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1％且小于或等于约40％、或者大于或等于约10％且小于或等于约20％)。其他范围也是可能的。对于0.3微米DOP颗粒的初始渗透率可以通过以5.33cm/秒的面速度将0.3微米直径DOP颗粒吹动通过纤维网并测量渗透通过纤维网的颗粒的百分比来测量。0.3微米直径DOP颗粒的渗透率可以根据MIL-STD-282(1956)通过ATI型号100P气溶胶测试仪来测量。
在一些实施方案中，纤维网可以被设计用于无菌过滤。在一些这样的实施方案中，对于微生物的微粒效率可以非常高(例如，大于或等于约99.999％)。在一些实施方案中，过滤介质对于微生物的微粒效率可以以对数下降值(即LRV，Log Reduction Value)表示，其为纤维网的微生物保留的定量量度。LRV是渗透率-1的对数并且如下表示：
LRV＝Log{[CFU]挑战物/[CFU]流出物]}
其中[CFU]挑战物是在穿过纤维网之前流体中菌落形成单位中的细菌的数量，以及[CFU]流出物是在穿过纤维网之后流体中菌落形成单位中的细菌的总数量。
LRV可以使用ASTM F838-05(2015)来确定。如果[CFU]流出物为零，则在以上方程式中使用1来计算LRV。简要地，可以使用对于76cm2样品面积浓度为107CFU/1cm2的缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta)作为挑战物。因此，[CFU]挑战物为7.6×108。大于8.88的LRV被认为是无菌的。在一些实施方案中，过滤介质的LRV可以大于或等于约3、大于或等于约4、大于或等于约5、大于或等于约6、大于或等于约7、大于或等于约8、或者大于或等于约8.88。在一些实施方案中，过滤介质的LRV可以小于或等于约8.881、小于或等于约8.88、小于或等于约8、小于或等于约7、小于或等于约6、小于或等于约5、或者小于或等于约4。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约3且小于或等于约8.881)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中，PES纤维网可以具有相对高的BSA通过量(throughput)。BSA通过量可以大于或等于1000L/m2、大于或等于1500L/m2、大于或等于2000L/m2、或者大于或等于2500L/m2。BSA通过量可以小于或等于3000L/m2、小于或等于2500L/m2、小于或等于2000L/m2、或者小于或等于1500L/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于1000L/m2且小于或等于3000L/m2)。其他范围也是可能的。BSA通过量可以通过在3psi至30psi的压力下使10mg至50mg BSA溶解于1L磷酸盐缓冲盐水中的新制备的溶液穿过有效面积为4.8cm2的纤维网并收集滤液来测量。当滤液停止收集时，测量结束。然后可以评估以下方程式：
Figure BDA0003669717290000121
在一些实施方案中，PES纤维网可以相对耐磨损。例如，纤维网的常规处理、纤维网的常规卷绕和解绕、暴露于液体测试环境、和/或暴露于压力不会导致纤维网的可观察到的磨损。
如上所述，在某些实施方案中，PES纤维网可以为还包括一个或更多个另外的层(例如，第二层、第三层、第四层、第五层等)的过滤介质的层。在一些实施方案中，过滤介质可以包括为PES纤维网的至少两个层。例如，过滤介质可以包括具有与第一PES纤维网相似的平均纤维直径的第二PES纤维网，或者可以包括包含比第一PES纤维网中的纤维更粗的纤维的第二PES纤维网。
在一些实施方案中，PES纤维网可以为包括一个或更多个支承层的过滤介质的层。一个或更多个支承层可以用于支撑PES纤维网。例如，支承层可以为其上支撑有PES纤维网的基底。在一些情况下，一个或更多个支承层可以用于保护和/或覆盖PES纤维网、使PES纤维网成形、提高过滤介质的过滤效率、和/或增加过滤介质可以吸附的污染物的量。以下将进一步详细描述支承层的特性。
本文提及的一个或更多个支承层应理解为独立地指过滤介质中的各支承层(如果确实存在任何支承层的话)。即，存在的各支承层可以独立地具有以下描述的任何特性或者不具有以下描述的特性。在一些实施方案中，过滤介质中的两个或更多个支承层可以具有相似的组成和/或特性。在另一些实施方案中，过滤介质中的各支承层可以具有不同的组成和/或特性。
在包括至少一个支承层的一些实施方案中，一个或更多个支承层可以为湿法成网层。即，在一些实施方案中，一个或更多个支承层可以通过湿法成网工艺形成。在另一些实施方案中，一个或更多个支承层可以为非湿法成网层。即，在一些实施方案中，一个或更多个支承层可以通过非湿法成网工艺(例如，气流成网工艺、梳理工艺、熔喷工艺、纺丝工艺(例如，纺粘工艺))形成。在一些实施方案中，一个或更多个支承层可以为熔喷层，或者通过熔喷工艺形成的层。在一些这样的实施方案中，过滤介质可以包括定位在为熔喷层的两个支承层之间的PES纤维网。
在包括至少一个支承层的过滤介质的一些实施方案中，一个或更多个支承层可以包含合成纤维、玻璃纤维、和/或纤维素纤维等纤维类型。例如，一个或更多个支承层可以包含由熔喷工艺、熔体纺丝工艺、离心纺丝工艺、静电纺丝、湿法成网、干法成网、或气流成网工艺形成的合成纤维。在一些情况下，合成纤维可以是连续的。在一些实施方案中，过滤介质可以包括包含玻璃纤维(例如，微玻璃纤维、短切玻璃纤维、或其组合)的至少一个支承层。
在一些实施方案中，过滤介质可以包括一个或更多个支承层并且一个或更多个支承层可以包含合成纤维。合成纤维可以包含任何合适类型的合成聚合物。合适的合成纤维的实例包括聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚碳酸酯、聚酰胺(例如，各种尼龙聚合物)、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚烯烃、丙烯酸类、聚乙烯醇、再生纤维素(例如，合成纤维素，如莱赛尔(lyocell)、人造丝)、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯与PVDF的共聚物、聚醚砜、及其组合。在一些实施方案中，合成纤维为有机聚合物纤维。合成纤维还可以包括多组分纤维(即，具有多种成分的纤维，例如双组分纤维)。在一些实施方案中，合成纤维可以为短纤维(例如，湿法成网短纤维、气流成网短纤维)。过滤介质以及过滤介质内的各个层也可以包含多于一种类型的合成纤维的组合。应理解，也可以使用其他类型的合成纤维。
在一些实施方案中，可以优选的是，一个或更多个支承层能够通过压缩、化学粘附、溶剂诱导部分纤维溶解和/或软化中的一者或更多者结合至PES纤维网。例如，包含一种或更多种聚酯纤维的支承层可以适合于该目的。
在一些实施方案中，过滤介质可以包括至少一个支承层，并且一个或更多个支承层可以包含纤维。在一些实施方案中，一个或更多个支承层可以包含具有如下平均直径的纤维：大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约1.5微米、大于或等于约2.5微米、大于或等于约4微米、大于或等于约7微米、大于或等于约10微米、大于或等于约15微米、大于或等于约17微米、大于或等于约20微米、大于或等于约25微米、大于或等于约30微米、大于或等于约35微米、大于或等于约40微米、大于或等于约45微米、大于或等于约50微米、或者大于或等于约55微米。在一些实施方案中，一个或更多个支承层可以包含具有如下平均直径的纤维：小于或等于约60微米、小于或等于约55微米、小于或等于约50微米、小于或等于约45微米、小于或等于约40微米、小于或等于约35微米、小于或等于约30微米、小于或等于约25微米、小于或等于约20微米、小于或等于约17微米、小于或等于约15微米、小于或等于约10微米、小于或等于约7微米、小于或等于约4微米、小于或等于约2.5微米、小于或等于约1.5微米、小于或等于约1微米、小于或等于约0.5微米、或者小于或等于约0.2微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.1微米且小于或等于约60微米、大于或等于约1微米且小于或等于约20微米、大于或等于约1.5微米且小于或等于约10微米、大于或等于4微米且小于或等于60微米、大于或等于7微米且小于或等于40微米、大于或等于10微米且小于或等于60微米、或者大于或等于17微米且小于或等于35微米)。其他范围也是可能的。
在过滤介质包括至少一个支承层并且一个或更多个支承层包含纤维的实施方案中，一个或更多个支承层中的纤维的平均长度可以为任何合适的值。在一些实施方案中，一个或更多个支承层中的纤维的平均长度大于或等于3mm、大于或等于6mm、大于或等于10mm、大于或等于20mm、大于或等于50mm、大于或等于100mm、大于或等于200mm、大于或等于500mm、大于或等于1000mm、大于或等于2000mm、大于或等于5000mm、大于或等于10000mm、大于或等于25400mm、大于或等于50000mm或者大于或等于100000mm。在一些实施方案中，一个或更多个支承层中的纤维的平均长度小于或等于200000mm、小于或等于100000mm、小于或等于50000mm、小于或等于25400mm、小于或等于20000mm、小于或等于10000mm、小于或等于5000mm、小于或等于2000mm、小于或等于1000mm、小于或等于500mm、小于或等于200mm、小于或等于100mm、小于或等于50mm、小于或等于20mm、或者小于或等于10mm、小于或等于6mm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于3mm且小于或等于200000mm、大于或等于3mm且小于或等于25400mm、或者大于或等于6mm且小于或等于25400mm)。其他范围也是可能的。在一些实施方案中，纤维为连续纤维。在另一些实施方案中，纤维为非连续纤维(例如，短纤维)。
在过滤介质包括至少一个支承层的一些实施方案中，一个或更多个支承层的厚度可以大于或等于0.02mm、大于或等于0.05mm、大于或等于0.1mm、大于或等于0.25mm、大于或等于0.38mm、大于或等于0.5mm、大于或等于1mm、大于或等于2mm、或者大于或等于3mm。在一些实施方案中，一个或更多个支承层(例如，第一层、第三层、第五层)的厚度可以小于或等于5mm、小于或等于3mm、小于或等于2mm、小于或等于1mm、小于或等于0.5mm、小于或等于0.38mm、小于或等于0.25mm、小于或等于0.1mm、或者小于或等于0.05mm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于0.02mm且小于或等于5mm、大于或等于0.25mm且小于或等于2mm、大于或等于0.38mm且小于或等于1mm、大于或等于0.05mm且小于或等于5mm、或者大于或等于0.1mm且小于或等于3mm)。其他范围也是可能的。一个或更多个支承层的厚度可以根据标准ISO 534：2011在50kPa下确定。
在过滤介质包括至少一个支承层的实施方案中，一个或更多个支承层可以具有任何合适的定量。在一些实施方案中，一个或更多个支承层的定量可以大于或等于10g/m2、大于或等于20g/m2、大于或等于35g/m2、大于或等于40g/m2、大于或等于80g/m2、大于或等于120g/m2、大于或等于150g/m2、大于或等于200g/m2、或者大于或等于250g/m2。在一些实施方案中，一个或更多个支承层的定量可以小于或等于300g/m2、小于或等于250g/m2、小于或等于200g/m2、小于或等于150g/m2、小于或等于120g/m2、小于或等于80g/m2、小于或等于40g/m2、小于或等于35g/m2、或者小于或等于20g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于10g/m2且小于或等于300g/m2、大于或等于10g/m2且小于或等于150g/m2、大于或等于20g/m2且小于或等于200g/m2、大于或等于40g/m2且小于或等于120g/m2、或者大于或等于35g/m2且小于或等于80g/m2)。其他范围也是可能的。定量可以根据标准ISO 536：2012确定。
如上所述，在一些实施方案中，过滤介质可以包括为熔喷层的支承层。在一些这样的实施方案中，过滤介质可以包括为熔喷层的两个支承层。例如，PES纤维网可以定位在两个熔喷层之间。2008年11月7日提交的题为“Meltblown Filter Medium”的美国公开第2009/0120048号和2010年12月17日提交的题为“Fine Fiber Filter Media andProcesses”的美国公开第2012-0152824号中描述了合适的熔喷层和工艺，其中每一篇出于所有目的通过引用整体并入本文。
在一些实施方案中，一个或更多个熔喷层中的熔喷纤维的平均直径大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约2微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约22微米、大于或等于约24微米、大于或等于约26微米、或者大于或等于约28微米。在一些情况下，熔喷纤维的平均直径可以小于或等于约30微米、小于或等于约28微米、小于或等于约26微米、小于或等于约24微米、小于或等于约22微米、小于或等于约20微米、小于或等于约18微米、小于或等于约16微米、小于或等于约15微米、小于或等于约14微米、小于或等于约12微米、小于或等于约10微米、小于或等于约8微米、小于或等于约6微米、小于或等于约5微米、小于或等于约2微米、或者小于或等于约1微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.1微米且小于或等于约30微米、大于或等于约0.2微米且小于或等于约15微米)。
在一些实施方案中，熔喷纤维可以为连续的。例如，熔喷纤维的平均长度可以为至少约5cm、至少约10cm、至少约15cm、至少约20cm、至少约50cm、至少约100cm、至少约200cm、至少约500cm、至少约700cm、至少约1000cm、至少约1500cm、至少约2000cm、至少约2500cm、至少约5000cm、至少约10000cm；和/或小于或等于约10000cm、小于或等于约5000cm、小于或等于约2500cm、小于或等于约2000cm、小于或等于约1000cm、小于或等于约500cm、或者小于或等于约200cm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约100cm且小于或等于约2500cm)。平均纤维长度的其他值也是可能的。
熔喷纤维可以由任何合适类型的合成聚合物形成。合适的合成纤维的实例包括聚酯(例如聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚碳酸酯、聚酰胺(例如各种尼龙聚合物)、聚丙烯、聚烯烃、聚偏二氟乙烯(PVDF)、及其组合。在一些实施方案中，合成纤维为有机聚合物纤维。合成纤维还可以包括多组分纤维(即，具有多种成分的纤维，例如双组分纤维)。应当理解，也可以使用其他类型的合成纤维类型。熔喷层可以具有任何合适的厚度。例如，熔喷层的厚度可以大于或等于0.02mm、大于或等于0.05mm、大于或等于0.1mm、大于或等于0.2mm、大于或等于0.5mm、大于或等于1mm或者大于或等于2mm。在一些实施方案中，熔喷层的厚度可以小于或等于5mm、小于或等于2mm、小于或等于1mm、小于或等于0.5mm、小于或等于0.2mm、小于或等于0.1mm、或者小于或等于0.05mm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于0.02mm且小于或等于5mm、或者大于或等于0.1mm且小于或等于1mm)。其他范围也是可能的。一个或更多个支承层的厚度可以根据标准ISO 534：2011在50kPa下确定。
在某些实施方案中，本文所述的PES纤维网可以呈波形构造。例如，PES纤维网可以是过滤层的例如通过一个或更多个支承层保持呈波形构造以维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离的部分(或全部)。当仅提供一个粗支承层时，支承层可以设置在PES纤维网的上方(例如，上游)或下方(例如，下游)。合适的粗支承层和波形构造已描述于例如共同持有美国专利第7,883,562号和共同持有美国专利申请15/466,809(2017年3月22日提交)中，其每一篇通过引用整体并入本文。
如上所述，在一些实施方案中，PES纤维网可以为过滤介质，或者可以是过滤介质中的一个层。合适的过滤介质包括被设计用于诸如以下的各种应用的过滤介质：水过滤应用(例如，适用于过滤水以及其他水性流体例如废水、生物制药工艺中使用的水性流体、微电子工艺中使用的水性流体、墨、食品、饮料、啤酒和生物流体(例如血浆和血液)的应用)、空气过滤应用、油过滤应用和/或燃料过滤应用。虽然应当理解，本文所述的任何过滤介质或纤维网可以具有本文所述的任何特性，但是可以优选的是，过滤介质或纤维网根据期望的应用具有不同的特性。
例如，与用于适用于其他应用的过滤介质的PES纤维网相比，用于适用于水过滤应用的过滤介质的PES纤维网可以具有相对高的定量、相对低的平均流量孔径和相对低的透气率。例如，如根据标准ISO 536：2012所确定的，定量可以大于或等于约0.5g/m2且小于或等于约30g/m2、大于或等于约2g/m2且小于或等于约25g/m2、或者大于或等于约3g/m2且小于或等于约15g/m2。如根据ASTM F316(2003)所测量的，平均流量孔径可以大于或等于约0.05微米且小于或等于约4微米、或者大于或等于约0.2微米且小于或等于约2微米。如根据ASTMD737-04(2016)在0.5英寸水的压力下测量的，透气率可以大于或等于约0.2CFM且小于或等于约5CFM、或者大于或等于约0.3CFM且小于或等于约1.7CFM。
作为另一实例，与用于适用于其他应用的过滤介质的PES纤维网相比，用于适用于空气过滤应用的过滤介质的PES纤维网可以具有相对低的定量、相对高的平均流量孔径和相对高的透气率。如根据标准ISO 536：2012所确定的，定量可以大于或等于约0.05g/m2且小于或等于约1g/m2、或者大于或等于约0.1g/m2且小于或等于约0.5g/m2。如根据ASTM F316(2003)所测量的，平均流量孔径可以大于或等于约2微米且小于或等于约20微米、或者大于或等于约8微米且小于或等于约10微米。如根据ASTM D737-04(2016)在0.5英寸水的压力下测量的，透气率可以大于或等于约5CFM且小于或等于约40CFM、或者大于或等于约10CFM且小于或等于约30CFM。
作为第三实例，与用于适用于其他应用的过滤介质的PES纤维网相比，用于适用于燃料过滤应用的过滤介质的PES纤维网可以具有中等的定量、中等的平均流量孔径和相对高的透气率。如根据标准ISO 536：2012所确定的，定量可以大于或等于约0.1g/m2且小于或等于约3g/m2、或者大于或等于约0.2g/m2且小于或等于约1.5g/m2。如根据ASTM F316(2003)所测量的，平均流量孔径可以大于或等于约1微米且小于或等于约20微米、或者大于或等于约2微米且小于或等于约20微米。如根据ASTM D737-04(2016)在0.5英寸水的压力下的测量的，透气率可以大于或等于约5CFM且小于或等于约40CFM、或者大于或等于约10CFM且小于或等于约30CFM。
在PES纤维网可以为过滤介质的一个组件的实施方案中，过滤介质作为整体(包括纤维网和存在的任何其他层)可以具有任何合适的定量。在一些实施方案中，过滤介质作为整体的定量可以大于或等于约15g/m2、大于或等于约25g/m2、大于或等于约30g/m2、大于或等于约50g/m2、大于或等于约75g/m2、大于或等于约100g/m2、大于或等于约125g/m2、大于或等于约130g/m2、大于或等于约150g/m2、大于或等于约175g/m2、大于或等于约200g/m2、大于或等于约225g/m2、大于或等于约250g/m2、或者大于或等于约300g/m2。在一些实施方案中，过滤介质作为整体的定量可以小于或等于约300g/m2、小于或等于约275g/m2、小于或等于约250g/m2、小于或等于约225g/m2、小于或等于约200g/m2、小于或等于约175g/m2、小于或等于约150g/m2、小于或等于约130g/m2、小于或等于约125g/m2、小于或等于约100g/m2、小于或等于约75g/m2、小于或等于约50g/m2、小于或等于约30g/m2、或者小于或等于约25g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约15g/m2且小于或等于约300g/m2、大于或等于约15g/m2且小于或等于约130g/m2、大于或等于约30g/m2且小于或等于约125g/m2、大于或等于约25g/m2且小于或等于约100g/m2、或者大于或等于约50g/m2且小于或等于约125g/m2)。其他范围也是可能的。定量可以根据标准ISO 536：2012确定。
在一些实施方案中，PES纤维网为如下过滤介质的一个层：所述过滤介质在10英寸水的压力下的透气率大于或等于约0.5CFM、大于或等于约1CFM、大于或等于约2CFM、大于或等于约5CFM、大于或等于约10CFM、或者大于或等于约20CFM。在一些实施方案中，过滤介质在10英寸水的压力下的透气率小于或等于约30CFM、小于或等于约20CFM、小于或等于约10CFM、小于或等于约5CFM、小于或等于约2CFM、或者小于或等于约1CFM。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5CFM且小于或等于约30CFM、或者大于或等于约0.5CFM且小于或等于约20CFM)。其他范围也是可能的。透气率可以通过ASTM D737-04(2016)在10英寸水的压力下测量。
在一些实施方案中，PES纤维网为如下过滤介质的一个层：所述过滤介质的透水率大于或等于0.1mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于0.2mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于0.5mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于1mL/(分钟*cm2*psi)、大于或等于2mL/(分钟*cm2*psi)、或者大于或等于5mL/(分钟*cm2*psi)。过滤介质的透水率可以小于或等于10mL/(min*cm2*psi)、小于或等于5mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于2mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于1mL/(分钟*cm2*psi)、小于或等于0.5mL/(分钟*cm2*psi)、或者小于或等于0.2mL/(分钟*cm2*psi)。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于0.1mL/(分钟*cm2*psi)且小于或等于10mL/(分钟*cm2*psi))。其他范围也是可能的。透水率可以通过在20psi的恒压下将面积为4.8cm2的过滤介质网暴露于去离子水并收集流动通过过滤介质的水来测量。确定1000mL水流动通过纤维网所需的时间，然后使用下式确定透水率：
Figure BDA0003669717290000201
在将纤维网暴露于去离子水之前，首先将纤维网浸入异丙醇中然后浸入去离子水中。
本文所述的纤维网可以使用任何合适的技术或技术的组合来制造。在一些实施方案中，PES纤维网可以通过静电纺丝工艺、力纺丝工艺和静电吹制(electroblowing)工艺中的一者或更多者来制造。在一些实施方案中，采用静电纺丝工艺。作为一个实例，可以使将形成纤维的材料(例如，PES)溶解在包含至少一种或更多种不良溶剂和一种或更多种良溶剂的组合物中，然后静电纺丝至合适的载体上。良溶剂可以通过浊点滴定测量与不良溶剂相区分，这可以通过以10重量％使聚合物溶解在目标溶剂中，然后在25℃下向溶液中以逐滴的方式缓慢添加水来进行。在添加一定量的水之后，溶液将变得浑浊或者将通过浊点。如果在浊点处水构成组合物的少于7重量％，则溶剂为不良溶剂。如果在浊点处水构成组合物的大于或等于7重量％，则溶剂为良溶剂。用于PES的不良溶剂的非限制性实例包括二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)。用于PES的良溶剂的非限制性实例包括二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮和四甲基脲。在一些实施方案中，溶液还可以包含其他组分，例如传导性增强剂(例如，有机盐和/或表面活性剂，如溴化四乙基铵、氯化四辛基铵等)。在静电纺丝过程之后，可以任选地将静电纺丝纤维网从支撑体上分离。
当如上所述使用静电纺丝工艺制造本文所述的纤维网时，可以根据需要选择包含不良溶剂和良溶剂的溶液的组成。在一些实施方案中，不良溶剂可以占存在的总溶剂(存在的总溶剂包含良溶剂和不良溶剂)的大于或等于约50重量％、存在的总溶剂的大于或等于约55重量％、存在的总溶剂的大于或等于约60重量％、存在的总溶剂的大于或等于约65重量％、存在的总溶剂的大于或等于约70重量％、或者存在的总溶剂的大于或等于约75重量％。在一些实施方案中，不良溶剂可以占存在的总溶剂的小于或等于约80重量％、存在的总溶剂的小于或等于约75重量％、存在的总溶剂的小于或等于约70重量％、存在的总溶剂的小于或等于约65重量％、存在的总溶剂的小于或等于约60重量％、或者存在的总溶剂的小于或等于约55重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约50重量％且小于或等于约80重量％、或者大于或等于约60重量％且小于或等于约75重量％)。其他范围也是可能的。
当本文所述的纤维网包含PES并且如上所述使用静电纺丝工艺制造时，可以将PES以任何合适的重量％溶解在溶剂(例如，不良溶剂、良溶剂)中。在一些实施方案中，PES可以占例如所得溶液的10重量％至40重量％、所得溶液的20重量％至40重量％、或者所得溶液的30重量％至40重量％。其他范围也是可能的。
在如上所述使用静电纺丝工艺制造本文所述的纤维网的一些实施方案中，用于静电纺丝的溶液可以包含一种或更多种润湿剂。这些湿润剂可以以任何合适的形式(例如，溶解、悬浮、部分溶解或悬浮)存在。合适的润湿剂的非限制性实例包括聚(环氧乙烷)、聚(环氧乙烷)共聚物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吡咯烷酮)共聚物、聚(环氧丙烷)和聚(乙烯醇)。当存在时，润湿剂可以占溶液的大于或等于约1重量％、溶液的大于或等于约2重量％、溶液的大于或等于约5重量％、溶液的大于或等于约10重量％、或者溶液的大于或等于约15重量％。在一些实施方案中，润湿剂占溶液的小于或等于约20重量％、溶液的小于或等于约15重量％、溶液的小于或等于约10重量％、溶液的小于或等于约5重量％、或者溶液的小于或等于约2重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，溶液的大于或等于约1重量％且溶液的小于或等于约20重量％)。其他范围也是可能的。
当如上所述使用静电纺丝工艺制造所述的纤维网时，可以根据需要选择环境湿度。在一些实施方案中，环境湿度大于或等于约10％RH、大于或等于约15％RH、大于或等于约20％RH、大于或等于约25％RH、大于或等于约30％RH、大于或等于约35％RH、大于或等于约40％RH、或者大于或等于约45％RH。在一些实施方案中，环境湿度小于或等于约50％RH、小于或等于约45％RH、小于或等于约40％RH、小于或等于约35％RH、小于或等于约30％RH、小于或等于约25％RH、小于或等于约20％RH、或者小于或等于约15％RH。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约10％RH且小于或等于约50％RH、或者大于或等于约25％RH且小于或等于约35％RH)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中，纤维网的形成(例如，通过静电纺丝工艺)可以后接一种或更多种任选的表面处理。例如，可以使用化学气相沉积(CVD)(例如，等离子体增强CVD、音频和/或射频等离子体增强CVD、微波放电CVD、大气等离子体放电CVD、DC等离子体放电CVD)来使纤维网表面官能化。作为一个实例，可以使纤维网暴露于氧等离子体。该处理可以引起纤维网的表面氧化，可以在纤维网表面上产生官能团例如醇和羧酸，和/或可以增加纤维网的亲水性。作为另一实例，可以使用CVD将一种或更多种单体(例如，丙烯酸单体如甲基丙烯酸羟基乙酯；氟化单体如六氟丁酸、CF4、CHF3、C2F6、C3F8、C4F8、C2F4、C3F6等)沉积至纤维网上。在一些实施方案中，可以在载气(例如，惰性气体如氦气或氩气)的存在下沉积单体。沉积这些单体可以影响纤维网表面的疏水性(例如，丙烯酸单体可以使表面变得更亲水，氟化单体可以使纤维网表面变得更疏水)。在一些实施方案中，CVD处理可以包括使纤维网暴露于任选地伴随有一种或更多种惰性气体(例如，氦气、氩气)的氨。其他表面处理(例如，其他CVD处理)也是可能的。
在一些实施方案中，PES纤维网可以包括适合于生物过滤应用的涂层。在一些实施方案中，经涂覆的纤维网可以适合于用作吸收性膜过滤器。涂层可以能够与一种或更多种蛋白质或生物分子相互作用和/或能够捕获一种或更多种蛋白质或生物分子。在一些实施方案中，涂层可以保形地涂覆网中的纤维的至少一部分和/或可以不阻塞网中的孔的重要部分。合适的用于生物过滤应用的涂层的非限制性实例包括聚合物如交联聚(乙烯亚胺)、水凝胶、配体、带正电荷的分子如带正电荷的聚合物(例如，包含一个或更多个季铵化基团(例如季铵化二烷基胺基团)的聚合物)和带负电荷的分子如带负电荷的聚合物(例如，包含一个或更多个磺酸盐/酯基团(例如丙烯酰胺磺酸基团)的聚合物、包含一个或更多个丙烯酸盐/酯基团(例如丙烯酸羟基烷基酯基团)的聚合物、包含一个或更多个羧酸盐/酯基团的聚合物)。涂层可以使用如上所述的化学气相沉积来施加，或者可以通过将包含涂料的溶液施加至纤维网上来施加。在一些实施方案中，可以将可以在纤维网内的纤维中的至少一些的表面上聚合的单体施加至纤维网(例如，通过CVD，在溶液中)。
当存在时，设置在纤维网上的涂层可以具有任何合适的厚度。涂层的厚度可以大于或等于约50nm、大于或等于约100nm、大于或等于约150nm、大于或等于约200nm、大于或等于约250nm、大于或等于约300nm、大于或等于约350nm、或者大于或等于约400nm、大于或等于约450nm。涂层的厚度可以小于或等于约500nm、小于或等于约450nm、小于或等于约400nm、小于或等于约350nm、小于或等于约300nm、小于或等于约250nm、小于或等于约200nm、小于或等于约150nm、或者小于或等于约100nm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约50nm且小于或等于约500nm)。其他范围也是可能的。
如上所述，在一些实施方案中，过滤介质可以包括PES纤维网并且可以包括除纤维网之外的一个或更多个层。在一些情况下，过滤介质可以通过堆叠两个或更多个层来形成。可以任选地使用任何合适的方法(例如层合和压延)将堆叠的层彼此粘附。
层合可以涉及例如在特定的压力和温度下使用平板层合机或任何其他合适的装置将两个或更多个层压缩在一起，持续一定的停留时间(即，在压力和热下花费的时间量)。例如，压力可以为约10psi至约150psi(例如，约30psi至约90psi、约60psi至约120psi、约30psi至60psi、或约120psi至约90psi)；温度可以为约75°F.至约400°F.(例如，约75°F.至约300°F.、约200°F.至约350°F.、或约275°F.至约390°F.)；以及停留时间可以为约1秒至约60秒(例如，约1秒至约30秒、约10秒至约25秒、或约20秒至约40秒)。压力、温度和停留时间的其他范围也是可能的。
压延可以涉及例如使用压延辊在特定的线性压力、温度和线速度下将两个或更多个层压缩在一起。例如，线性压力可以为约50磅/英寸至约400磅/英寸(例如，约200磅/英寸至约400磅/英寸、约50磅/英寸至约200磅/英寸、或约75磅/英寸至约300磅/英寸)；温度可以为75°F.至约400°F.(例如，约75°F.至约300°F.、约200°F.至约350°F.、或约275°F.至约390°F.)；以及线速度可以为约5英尺/分钟至约100英尺/分钟(例如，约5英尺/分钟至约80英尺/分钟、约10英尺/分钟至约50英尺/分钟、约15英尺/分钟至约100英尺/分钟、或约20英尺/分钟至约90英尺/分钟)。线性压力、温度和线速度的其他范围也是可能的。
实施例1
该实施例对包括PES纤维网的过滤介质与包括PES膜(非基于纤维的)的市售过滤介质进行了比较。
PES纤维网通过静电纺丝工艺制造。通过在两个熔喷层之间层合PES纤维网来形成两个样品。
下表1示出了包括PES纤维网的过滤介质(样品1和2)和三种市售PES膜(市售样品1至3)中每一者的测量表面积、对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率、透水率、BSA通过量、对数下降值和定量。BSA通过量通过将50mg BSA溶解在1升磷酸盐缓冲盐水中，然后使BSA溶液在6psi的压力下通过过滤介质来测量。
表1
Figure BDA0003669717290000241
包括PES纤维网的过滤介质与市售样品相比具有高得多的测量表面积、相当或更好的过滤效率以及好得多的透水率。包括PES纤维网的过滤介质还表现出高的BSA通过量，表明在使用期间没有堵塞。样品2还表现出高的对数下降值。
实施例2
该实施例对具有不同相对表面积的PES纤维网进行了比较。
通过静电纺丝工艺制造了不同水平的相对表面积的PES纤维网，并测量了它们对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率。表2示出了五种这些样品的纤维直径、定量、最大孔径与平均流量孔径之比、透水率、珠体密度、相对表面积、和对于0.2微米球的过滤效率。如上所述测量定量、透水率、珠体密度、和对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率。通过利用所测量的相对面积与使用SEM测量的珠体面积的线性相关性来确定相对表面积。如表2中所示，低的每mm2的珠体的数量和低的最大孔径与平均流量孔径之比也与过滤效率相关。
表2
Figure BDA0003669717290000251
如图1和表2中所示，具有更高水平的相对表面积的纤维网具有更高的对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率。
实施例3
该实施例示出了氧等离子体处理对PES纤维网的透水率的影响。
使用CVD工艺用氧等离子体进一步处理通过静电纺丝工艺制造的两个PES纤维网(样品3和4)。在该过程之前和之后测量PES纤维网的透水率，并在下表3中示出。
表3
Figure BDA0003669717290000252
对于两个PES纤维网，氧等离子体处理将透水率提高了至少50％。
虽然本文已经描述和举例说明了本发明的多个实施方案，但本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一个或更多个优点的多种其他手段和/或结构，并且每个这样的变化和/或修改被认为在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易认识到，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置意在是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于对本发明的教导进行应用的一个或更多个具体应用。本领域技术人员将认识到或者能够仅使用常规实验确定本文所述发明的具体实施方案的许多等同方案。因此，应理解，前述实施方案仅作为示例示出，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内，本发明可以以不同于具体描述并要求保护的方式的其他方式进行实践。本发明涉及本文所述的各个单独的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法。此外，如果两个或更多个这样的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法并非互不一致，则这样的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任意组合包括在本发明的范围内。
如本文所定义和使用的所有定义应理解为凌驾于词典定义、通过引用并入的文件中的定义和/或所限定术语的普通含义。
除非明确相反指示，否则如本文在说明书和权利要求中使用的没有数量词修饰的对象应理解为意指“至少一个/种”。
如本文在说明书和权利要求中所用，短语“和/或”应理解为意指这样联合的要素中的“任一个或两个”，即在一些情况下共同存在而在另一些情况下分开存在的要素。用“和/或”列举的多个要素应以相同方式理解，即，这样联合的要素中的“一个或更多个”。除了由“和/或”子句具体指明的要素之外，其他要素可以任选地存在，无论与具体指明的那些要素相关还是无关。因此，作为非限制性实例，当与诸如“包含”的开放式语言结合使用时，提及的“A和/或B”可以在一个实施方案中仅指A(任选地包含除B之外的要素)；在另一个实施方案中，仅指B(任选地包含除A之外的要素)；在又一个实施方案中，指A和B二者(任选地包含其他要素)；等等。
如本文在说明书和权利要求中所用，“或”应理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当分开列表中的项目时，“或”或“和/或”应理解为包括，即包括多个要素或要素列表中的至少一个，但也包括其中的多于一个，并且任选地包括另外的未列举项目。仅明确指出相反的术语，例如“仅一个”或“恰好一个”，或当用于权利要求时“由......组成”，是指包括多个要素或要素列表中的恰好一个要素。通常，当前面有排他性术语(例如“任一”、“一个”、“仅一个”或“恰好一个”)时，如本文所用的术语“或”仅应理解为表示排他性替代方案(即，“一个或另一个，但并非二者”)。“基本上由......组成”当在权利要求中使用时应具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求中所用，短语“至少一个”在提及一个或更多个要素的列表时应理解为意指从要素列表中的任一个或更多个要素中选择的至少一个要素，但并不一定包括要素列表中具体列举的每个要素中的至少一个，也不排除要素列表中要素的任意组合。该定义还允许可以任选地存在除了在短语“至少一个”所提及的要素列表中具体指出的要素之外的要素，无论与具体指出的那些要素相关还是无关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或等同地，“A或B中的至少一个”，或等同地，“A和/或B中的至少一个”)在一个实施方案中可以指至少一个A，任选地包括多于一个A，但不存在B(并且任选地包括除B之外的要素)；在另一个实施方案中，可以指至少一个B，任选地包括多于一个B，但不存在A(并且任选地包括除A之外的要素)；在又一个实施方案中，可以指至少一个A，任选地包括多于一个A，和至少一个B，任选地包括多于一个B(并且任选地包括其他要素)；等等。
还应理解，除非明确相反指示，否则在本文要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不一定限于所列举的该方法的步骤或动作的顺序。
在权利要求以及上述说明书中，所有的过渡短语例如“包含”、“包括”、“携有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“构成”等都应理解为开放式的，即，意指包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节中所述，仅过渡短语“由......组成”和“基本上由......组成”应分别是封闭或半封闭的过渡短语。
本发明中还提供以下技术方案：
附注1.一种纤维网，包含：
平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，
其中所述纤维网的相对表面积大于或等于80％。
附注2.一种纤维网，包含：
平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，
其中所述纤维网的相对表面积大于或等于75％，以及其中所述纤维网的测量表面积大于或等于25m2/g。
附注3.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网为静电纺丝纤维网。
附注4.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的相对表面积大于或等于约90％。
附注5.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的相对表面积大于或等于约95％。
附注6.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的测量表面积大于或等于约55m2/g。
附注7.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的测量表面积大于或等于约95m2/g。
附注8.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述聚醚砜纤维的平均直径大于或等于约20纳米。
附注9.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的相对表面积小于或等于约100％。
附注10.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的测量表面积小于或等于约200m2/g。
附注11.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的至少75重量％为聚醚砜。
附注12.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网对于4微米直径颗粒的过滤效率大于或等于约80％且小于或等于约100％。
附注13.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率大于或等于约75％且小于或等于约100％。
附注14.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网对于0.3微米直径DOP颗粒的过滤效率大于或等于1％且小于或等于约40％。
附注15.根据任一前述附注所述的过滤介质，其中所述过滤介质的对数下降值大于或等于约3且小于或等于约8.81。
附注16.根据任一前述附注所述的纤维网，其中所述纤维网的所述聚醚砜纤维具有改性表面。
附注17.根据附注14所述的纤维网，其中所述表面通过化学气相沉积法被改性。
附注18.一种过滤介质，包括根据任一前述附注所述的纤维网。
附注19.根据附注18所述的过滤介质，还包括一个或更多个层。
附注20.根据附注18至19中任一项所述的过滤介质，还包括支承层。
附注21.根据附注18至20中任一项所述的过滤介质，还包括熔喷层。
附注22.根据附注18至22中任一项所述的过滤介质，其中PES纤维网在两个熔喷层之间。
附注23.根据任一前述附注所述的过滤介质，其中PES纤维网呈波形构造。

Claims (23)

1.一种纤维网，包含：
平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，
其中所述纤维网的相对表面积大于或等于80％。
2.一种纤维网，包含：
平均直径小于或等于250nm的聚醚砜纤维，
其中所述纤维网的相对表面积大于或等于75％，以及其中所述纤维网的测量表面积大于或等于25m2/g。
3.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网为静电纺丝纤维网。
4.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的相对表面积大于或等于约90％。
5.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的相对表面积大于或等于约95％。
6.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的测量表面积大于或等于约55m2/g。
7.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的测量表面积大于或等于约95m2/g。
8.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述聚醚砜纤维的平均直径大于或等于约20纳米。
9.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的相对表面积小于或等于约100％。
10.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的测量表面积小于或等于约200m2/g。
11.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的至少75重量％为聚醚砜。
12.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网对于4微米直径颗粒的过滤效率大于或等于约80％且小于或等于约100％。
13.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网对于0.2微米直径聚苯乙烯球的过滤效率大于或等于约75％且小于或等于约100％。
14.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网对于0.3微米直径DOP颗粒的过滤效率大于或等于1％且小于或等于约40％。
15.根据任一前述权利要求所述的过滤介质，其中所述过滤介质的对数下降值大于或等于约3且小于或等于约8.81。
16.根据任一前述权利要求所述的纤维网，其中所述纤维网的所述聚醚砜纤维具有改性表面。
17.根据权利要求14所述的纤维网，其中所述表面通过化学气相沉积法被改性。
18.一种过滤介质，包括根据任一前述权利要求所述的纤维网。
19.根据权利要求18所述的过滤介质，还包括一个或更多个层。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的过滤介质，还包括支承层。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的过滤介质，还包括熔喷层。
22.根据权利要求18至22中任一项所述的过滤介质，其中PES纤维网在两个熔喷层之间。
23.根据任一前述权利要求所述的过滤介质，其中PES纤维网呈波形构造。
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