CN116635128A

CN116635128A - 包含无纺驻极体的过滤器介质

Info

Publication number: CN116635128A
Application number: CN202180080258.5A
Authority: CN
Inventors: G·盖斯伯格; C·翰斯庭根
Original assignee: Ninagasna Ltd
Current assignee: Ninagasna Ltd
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-08-22
Also published as: US20230398478A1; CA3201310A1; JP2023551393A; EP4243958A1; KR20230125191A; WO2022101203A1; AU2021378060A1

Abstract

本发明涉及一种适用于空气过滤的过滤器介质以及相关的组件和方法。

Description

包含无纺驻极体的过滤器介质

发明的技术领域

本发明涉及一种适用于空气过滤的过滤器介质、一种制造该过滤器的方法以及该过滤器用于空气过滤的应用。

背景技术

过滤器介质用于通过使液体或气体流经过滤器介质来去除液体或气体中不期望的物质(即，颗粒)。

包括基于聚丙烯或聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物的无纺材料的过滤器介质用于不同的空气过滤领域，例如作为用于内部空间、真空吸尘器袋或面罩的过滤器。在许多情况下，这些过滤器介质还带有静电荷，以获得具有驻极体特性的无纺材料来满足颗粒过滤的高要求。为了增加电荷，有时在生产过滤器介质的过程中会添加添加剂。这些添加剂也称为电荷助剂，其已知实例是受阻酰胺或乙撑双硬脂酸酰胺。电晕充电、水力充电或极性液体(比如水)充电和摩擦充电或其组合是已知的充电方法。电晕充电是用于大规模生产驻极体(electret)过滤器介质的最常用方法。

US 2012/0108714 A1公开了一种通过挤出聚丙烯和β成核剂的混合物来生产聚丙烯无纺材料或纱线的工艺。

在US 2017/0145198 A1中，公开了一种由基于烯烃的聚合物(优选为基于丙烯的聚合物)形成的纺粘无纺织物及其生产方法。在该文中，提到了包括晶体成核剂在内的各种添加剂的使用。

US 2004/0054040 A1公开了包括聚烯烃和非官能化增塑剂的增塑聚烯烃(比如丙烯聚合物)。公开了聚烯烃组合物可以包含各种添加剂。

US 2008/0311815 A1公开了包括磺基聚酯的水分散性纤维和纤维制品，该水分散性纤维和纤维制品可以包括添加剂(比如成核剂)。

AU 2009/202306 A1公开了增塑聚烯烃(比如丙烯聚合物和/或丁烯聚合物)，其中聚烯烃组合物可以包含各种添加剂(包括成核剂)。

WO 2006/118807 A1公开了一种制品制作方法，包括：将聚合物与聚合物浓缩物结合，其中该聚合物浓缩物可以包括一种或更多种添加剂(包括成核剂)。

EP 2 609 238 B1公开了一种包括由热塑性聚合物材料制成的纤维的无纺驻极体网，其中采用了受阻胺和衍生自与两种羧酸反应的有机二胺的有机双酰胺作为添加剂。此外，公开了一种制造无纺驻极体网的工艺，其中采用极性液体来处理纤维网和/或无纺材料网，以获得具有驻极体电荷的无纺材料。

EP 3 553 214 A1公开了一种驻极体纤维片材，该驻极体纤维片材是由热塑性树脂形成的长纤维形成的无纺织物，其中该长纤维包含晶体成核剂。

然而，对于空气过滤领域的几种应用(例如面罩中的空气过滤)来说，需要既表现出优异的过滤性能也同时分别表现出高空气透过率和低压降的过滤器介质。通常，为了实现足够的空气透过率，需要具有开孔结构(open structure)的过滤器介质。然而，开孔结构会导致过滤效率不足的不利影响。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种过滤器介质，该过滤器介质具有优异的过滤效率，同时具有高空气透过率和低压降。

该目的是通过根据本发明的过滤器介质来实现的，该过滤器介质包括至少一个无纺驻极体，其中该无纺驻极体包括由聚合物材料制成的纤维，其中该聚合物材料包括：(a)至少一种热塑性树脂；(b)至少一种电荷助剂；以及(c)至少一种成核剂。无纺驻极体的孔隙率优选为≥90％且≤98％。该过滤器介质可以用于许多空气过滤应用，比如机舱空气过滤器、室内空气净化器、真空吸尘器袋、HVAC(采暖、通风和空调)和面罩。优选地，根据本发明的过滤器介质可以用于室内空气净化器、机舱空气过滤器、HVAC过滤器和面罩。

本发明的过滤器介质可以用于空气过滤，尤其是用于空气过滤器介质、HVAC过滤器、机舱空气过滤器和面罩中的空气过滤。

定义

在本文中，术语“过滤器元件”指的是可以用于过滤过程(即，用于借助于插入的过滤器介质而将一种物质从另一种物质(比如固体、液体和气体)中分离出来的机械或物理过程)的任何装置。

在本文中，术语“过滤器介质”指的是在过滤器元件或面罩中用来将颗粒从空气或液体中的悬浮物分离出来的材料。

在本文中，术语“驻极体”指的是包含准永久电荷或分子偶极子的一类介电材料，该介电材料可以产生内部和外部电场。因此，“无纺驻极体”是如下定义的呈现出驻极体特性的无纺材料。

在本文中，术语“干法成网无纺材料”指的是可以采用技术人员已知的用于制造过滤器介质的干法成网工艺(即，用于通过干纤维制造无纺纤材料网的工艺)生产的所有无纺材料。其实例是纺粘和熔喷无纺材料以及梳理纤维网(carded web)。

在本文中，术语“湿法成网无纺材料”指的是可以采用技术人员已知的用于制造过滤器介质的湿法成网工艺(即，通过纤维的分散体(比如水分散体)形成网的工艺)生产的所有无纺材料。

在本文中，术语“熔喷无纺材料”指的是可以采用技术人员已知的用于制造过滤器介质的熔喷工艺(即，将熔融聚合物挤出到高速热气流中而使熔融聚合物转化成纤维的工艺)生产的所有无纺材料。

在本文中，术语“纺粘无纺材料”和“纺丝成网无纺材料”可互换使用，指的是可以采用技术人员已知的用于制造过滤器介质的纺丝成网工艺(即，通过喷丝头挤出聚合物熔体或溶液来形成铺设在移动筛网上的长丝的成网工艺)生产的所有无纺材料。

在本文中，术语“梳理纤维网”指的是可以采用技术人员已知的用于制造过滤器介质的梳理工艺(即，用于制作纤维网的工艺，其中纤维在机器生产纤维网的方向(机器方向)上基本上彼此平行排列)生产的所有无纺材料。

在本文中，术语“电晕充电”指的是通过将由非导电聚合物材料制成的纤维暴露于AC和/或DC电晕充电装置而使电荷置于纤维上来产生无纺驻极体的工艺。

在本文中，术语“水充电”(也称为“水力充电”)指的是通过将纤维暴露于水雾而使电荷置于纤维上来产生无纺驻极体的工艺。该处理可以在纤维形成之后直接进行，或者在由纤维形成无纺材料网之后进行。

在本文中，术语“电荷助剂”指的是在带电无纺材料的生产过程中添加以增加纤维上产生的电荷的制剂。

在本文中，术语“受阻胺”指的是包括作为官能团的胺的化合物，其中靠近胺基的大基团会减缓或抑制该基团的化学反应。

在本文中，术语“成核剂”指的是添加到聚合物熔体中的促进半结晶聚合物由熔体结晶的制剂。

在本文中，术语“澄清剂(clarifier)”指的是成核剂，其可以部分溶于聚合物熔体中，并提高由该熔体制备的聚合物的透明度。

在本文中，术语“粗预滤器”指的是用于粗颗粒的预滤器，其收集较大的颗粒(通常是平均纤维直径大于15μm的过滤器)。

发明详述

本发明提供了一种过滤器介质，包括至少一个无纺驻极体，其中该无纺驻极体包括由聚合物材料制成的纤维，其中该聚合物材料包括：(a)至少一种热塑性树脂；(b)至少一种电荷助剂；以及(c)至少一种成核剂。

优选地，聚合物材料可以包含选自抗氧化剂、增塑剂、颜料、调节疏水性/亲水性的添加剂、填料、阻燃剂或其混合物的其他添加剂。

本发明的无纺驻极体优选具有在90％≤孔隙率≤98％，优选90％≤孔隙率≤94％范围内的孔隙率。如以下实施例所示，该范围内的孔隙率明显提高了该过滤器介质的性能。尤其是，更高的孔隙率产生了更好的效率/压降比。因此，大于90％的孔隙率为本发明的过滤器介质提供了极佳的特征。

热塑性树脂

从本发明的意义上来说，热塑性树脂可以是均聚物或共聚物，其仅由一种聚合形式的单体组成(相当于均聚物)，或者是由不同种类的聚合形式的单体组成的聚合物(相当于共聚物)。共聚物可以是交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物。优选地，热塑性树脂是均聚物。

优选地，热塑性树脂是聚烯烃树脂或聚酯树脂。优选地，聚烯烃树脂是均聚物。优选地，聚酯树脂是均聚物。

优选地，聚烯烃树脂是聚乙烯(PE)树脂、聚丙烯(PP)树脂、聚甲基戊烯(PMP)树脂、聚异丁烯(PIB)树脂或聚丁烯(PB)树脂。更优选地，聚烯烃树脂是聚丙烯(PP)树脂。甚至更优选地，聚烯烃树脂是全同立构聚丙烯(PP)树脂。

优选地，聚酯树脂是聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚乳酸(PLA)树脂或聚碳酸酯(PC)树脂。更优选地，聚酯树脂是聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂。

可以采用各种类型的这些热塑性树脂。例如，可以采用茂金属聚烯烃或齐格勒-纳塔聚烯烃。然而，优选的是，热塑性树脂不是茂金属聚烯烃。更优选地，热塑性树脂是聚丙烯树脂，其不是茂金属聚丙烯树脂。

电荷助剂

从本发明的意义上来说，电荷助剂可以是本领域已知的任何制剂，其用作所产生的电荷的陷阱。然而，电荷助剂在热塑性树脂的挤出温度下必须是热稳定的，以避免降解或挥发。

优选地，至少一种电荷助剂是受阻胺。通常，受阻胺包括四甲基哌啶的衍生物。

优选地，受阻胺属于受阻胺(光)稳定剂(HA(L)S)类。更优选地，电荷助剂选自包括具有以下CAS登记号的HA(L)S物质的组：CAS 52829-07-9、CAS 71878-19-8、CAS 106990-43-6、CAS 63843-89-0、CAS 192268-64-7、CAS 90751-07-8、CAS 193098-40-7、CAS 79720-19-7、CAS 106917-30-0、CAS 167078-06-0、CAS 131290-28-3、CAS 109423-00-9、CAS124172-53-8、CAS 199237-39-3、CAS 91788-83-9、CAS 64022-61-3、CAS 107119-91-5、CAS100631-43-4、CAS 115055-30-6、CAS 100631-44-5、CAS 64338-16-5、CAS 85099-51-0、CAS202483-55-4、CAS 76505-58-3、CAS 136504-96-6、CAS 71029-16-8、CAS 96204-36-3、CAS130277-45-1、CAS 229966-35-2、CAS 85099-51-0、CAS 147783-69-5、CAS 154636-12-1、CAS 84214-94-8、CAS 99473-08-2、CAS 164648-93-5、CAS 164648-93-5以及CAS 42774-15-2。尤其优选的HALS化合物是聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]](CAS 71878-19-8，944)或者1,6-己二胺、N,N'-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-聚合物与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、与N-丁基-1-丁胺的反应产物、以及正丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺(CAS 192268-64-7，/>2020)。

备选地，电荷助剂可以属于具有至少一个另外的含氮基团的有机三嗪化合物或低聚物类，例如在WO 97/07272中公开的，在下文中称为“基于三嗪的电荷助剂”或“TB-CA”。

成核剂

优选地，至少一种成核剂是澄清剂。

优选地，至少一种成核剂选自苯甲酸盐、山梨醇乙酸酯、基于松香的成核剂、羧酸酰胺、有机亚磷酸(organophosphorous acid)的盐及其混合物。

更优选地，至少一种成核剂选自苯甲酸盐、羧酸酰胺(尤其是芳香族三酰胺)、有机亚磷酸的盐及其混合物。

苯甲酸盐的优选实例是苯甲酸钠、苯甲酸锂、羟基-双(4-叔丁基苯甲酸)铝及其混合物。

山梨醇乙酸酯的优选实例是二亚苄基山梨醇及其衍生物、双(对-甲基-亚苄基)-山梨醇(MDBS)、双(3,4-二甲基-亚苄基)-山梨醇(DMDBS)、双(4-丙基亚苄基)丙基-山梨醇(也称为1,2,3-三脱氧-4,6:5,7-双-O-[(4-丙基苯基)亚甲基]-壬醇)及其混合物。

羧酸酰胺的优选实例是N,N',N"-三-(2-甲基环己基)-1,2,3-丙烷-三甲酰胺、N,N'-二环己基萘-二甲酰胺及其混合物以及下述芳香族三酰胺。

芳香族三酰胺的优选实例是1,3,5-苯-三甲酰胺、1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰氨基)苯(XT 386)及其混合物。

有机亚磷酸的盐的优选实例是二-(4-叔丁基苯基)-磷酸的钠盐、2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)-磷酸的锂盐或钠盐、2,4,8,10-四(叔丁基)-6-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸的钠盐(NA 287)、羟基双-[2,2'-亚甲基-双(4,5-二叔丁基苯基)铝及其混合物。

成核剂的优选实例是苯甲酸盐(更优选为苯甲酸钠)；1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰基氨基)苯；2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸(酯)的盐(更优选为其钠盐)；以及2,4,8,10-四(叔丁基)-6-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸(酯)的盐(更优选为其钠盐)。

优选地，聚合物材料包括至少两种不同的成核剂，其中这两种成核剂都是澄清剂。优选地，聚合物材料包括至少两种不同的成核剂，其中至少一种成核剂是澄清剂，并且至少一种成核剂不是澄清剂。

优选地，不是澄清剂的成核剂选自上述有机亚磷酸的盐，尤其是2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)-磷酸(酯)的钠盐、2,4,8,10-四(叔丁基)-6-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸(酯)的钠盐及其混合物。

优选地，澄清剂选自山梨醇乙酸酯、基于松香的成核剂、芳香族三酰胺及其混合物。这些化合物的优选实例如上所述。山梨醇乙酸酯和芳香族三酰胺是优选的澄清剂。

澄清剂的尤其优选的实例是芳香族三酰胺(尤其是1,3,5-苯-三甲酰胺)、1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰氨基)苯及其混合物。

优选地，作为澄清剂的成核剂(优选为芳香族三酰胺，比如1,3,5-苯-三甲酰胺、1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰氨基)苯及其混合物)和不是澄清剂的成核剂(优选为有机亚磷酸的盐，比如2,2'-亚甲基-双(4,6-二叔丁基苯基)-磷酸(酯)的钠盐、2,4,8,10-四(叔丁基)-6-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸(酯)的钠盐及其混合物)结合使用。甚至更优选地，两种不同成核剂的这种组合与作为电荷助剂的HALS化合物聚(比如聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]])组合。

无纺驻极体

本发明的无纺驻极体包括由聚合物材料制成的纤维，其中该聚合物材料包括至少一种热塑性树脂(a)、至少一种电荷助剂(b)以及至少一种如上所述的成核剂(c)。

基于无纺驻极体中纤维的总重量，包括在无纺驻极体中的由聚合物材料(其中该聚合物材料包含(a)至少一种热塑性树脂、(b)至少一种电荷助剂以及(c)至少一种成核剂)制成的纤维的含量优选为80-100重量％，更优选为90-100重量％，更优选为95-100重量％，更优选为97-100重量％，更优选为98-100重量％，更优选为99-100重量％，最优选为100重量％。

无纺驻极体的优选实例是熔喷无纺驻极体和纺粘无纺驻极体。更优选地，无纺驻极体是熔喷无纺驻极体。

无纺驻极体的优选实例是包括由聚合物材料制成的纤维的熔喷或纺粘无纺驻极体，其中该聚合物材料包括0.05-10重量％(优选为0.1-8重量％，甚至更优选为0.5-4重量％)的至少一种电荷助剂和0.005-10重量％(优选为0.01-6重量％，甚至更优选为0.02-2重量％)的至少一种成核剂，其各自基于聚合物材料的总重量。优选地，至少一种成核剂是澄清剂。甚至更优选地，聚合物材料包括0.05-10重量％，优选为0.1-8重量％，甚至更优选为0.5-4重量％的至少一种电荷助剂、0.005-5重量％，优选为0.005-3重量％，甚至更优选为0.01-1重量％的作为澄清剂的第一成核剂以及0.005-5重量％，优选为0.005-3重量％，甚至更优选为0.01-1重量％的不是澄清剂的第二成核剂。

无纺驻极体的优选实例是熔喷或纺粘无纺驻极体，其包括由聚合物材料制成的纤维，其中该聚合物材料(PM)包括以下组分：

PM1：(a)PP、(b)HALS以及(c)苯甲酸盐

PM2：(a)PP、(b)HALS以及(c)羧酸酰胺

PM3：(a)PP、(b)HALS以及(c)有机亚磷酸的盐

PM4：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)苯甲酸盐

PM5：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)羧酸酰胺

PM6：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)有机亚磷酸的盐

PM7：(a)PP、(b)HALS以及(c)苯甲酸盐和羧酸酰胺

PM8：(a)PP、(b)HALS以及(c)苯甲酸盐和有机亚磷酸的盐

PM9：(a)PP、(b)HALS以及(c)羧酸酰胺和有机亚磷酸的盐

PM10：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)苯甲酸盐和羧酸酰胺

PM11：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)苯甲酸盐和有机亚磷酸的盐

PM12：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)羧酸酰胺和有机亚磷酸的盐

PM13：(a)PP、(b)HALS以及(c)山梨醇乙酸酯

PM14：(a)PP、(b)HALS以及(c)山梨醇乙酸酯和有机亚磷酸的盐

PM15：(a)PP、(b)HALS以及(c)山梨醇乙酸酯和羧酸酰胺

PM16：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)山梨醇乙酸酯

PM17：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)山梨醇乙酸酯和有机亚磷酸的盐

PM18：(a)PP、(b)TB-CA以及(c)山梨醇乙酸酯和羧酸酰胺

PM 19：(a)PP、(b)Chimassorb 944以及(c)Irgaclear XT368

PM 20：(a)PP、(b)Chimassorb 944以及(c)Irgaclear XT368和Irgastab NA287

PM 21：(a)PP、(b)Chimassorb 944以及(c)山梨醇乙酸酯

尤其优选的实例是PM9、PM12、PM13、PM14、PM19、PM20和PM21，更优选为PM9和PM21，最优选为PM9。

本发明的熔喷无纺驻极体包含平均纤维直径为0.4-10μm、优选为0.6-5μm，更优选为0.8-3μm的纤维。

为了制备包括由如上所述的聚合物材料制成的纤维的熔喷无纺材料，可以采用任何已知的用于制备熔喷无纺材料的技术。

本发明的纺粘无纺驻极体包括平均纤维直径为10-60μm、优选为15-40μm的纤维。

为了制备包括由上述聚合物材料制成的纤维的纺粘无纺材料，可以采用任何已知的用于制备纺粘无纺材料的技术。

合适的充电方法是水充电、摩擦充电以及电晕充电，其中水充电对于本发明来说是优选的。优选地，通过将水喷射到纤维或由纤维形成的无纺材料网上来进行水充电。优选地，利用去离子水来进行水充电。

令人惊讶地发现，通过向热塑性树脂中添加电荷助剂和成核剂，无纺驻极体呈现出更高的效率和空气透过率。同时，与由不含电荷助剂和成核剂的聚合物材料而生产参数不变制备的熔喷无纺材料相比，熔喷无纺驻极体的效率相等或更高(取决于所添加的电荷助剂和成核剂的量)。因此，该过滤器介质的品质因数(即，颗粒在过滤器中的通过率(与收集效率相关)与由于过滤器介质堵塞而导致的压降之间的关系)得到了改善。因此，提高了过滤器性能。

附加层

如下所述，该过滤器介质优选地包括至少一个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层。本领域技术人员根据其知识和经验知道，在每种情况下，应该根据所需的过滤器性能来具体选择该至少一个附加层的恰当组成。至少一层可以由多个片层组成，这些片层在造纸机(具有适用于此目的的网前箱(head box))中生产并组合在一起，或者由在单独的加工步骤中相互连接的单个网生产。在这种情况下，各个片层可以具有不同的特性。

用于根据本发明的过滤器介质的至少一个附加层的湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料包括天然纤维、合成纤维、无机纤维或其混合物。

天然纤维的实例为纤维素、棉花、羊毛、汉麻、再生纤维素以及原纤化纤维素。

例如，无机纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维以及石英纤维。优选地，无机纤维是玻璃纤维。无机纤维的平均纤维直径为0.1μm至15μm，优选0.6μm至10μm

例如，聚酯纤维、聚丙烯纤维、各个组分具有不同熔点的多组分纤维、聚酰胺纤维和丙烯酸纤维都适合作为合成纤维。

聚酯纤维的实例为聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维以及聚乳酸(PLA)纤维。

优选的多组分纤维的实例为具有芯皮结构的PET/CoPET双组分纤维。

合成纤维的平均纤维直径通常为3μm至30μm，优选为5μm至15μm，并且切割长度通常为3mm至20mm，优选为4mm至12mm。

尤其是，例如，干法成网无纺材料包括可以根据已知制造方法生产的熔喷无纺材料、纺粘无纺材料(也称为纺丝成网无纺材料)以及梳理纤维网。优选地，至少一个附加层包括干法成网无纺材料，更优选为纺粘无纺材料。优选地，至少一个附加层由干法成网无纺材料、更优选为纺粘无纺材料组成。

例如，要用于熔喷无纺材料、纺粘无纺材料和梳理纤维网的合适聚合物是聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚烯烃和聚氨酯或其混合物。

优选地，熔喷无纺材料、纺粘无纺材料和梳理纤维网包括双组分纤维。优选的多组分纤维的实例为具有芯皮结构的PET/CoPET双组分纤维。优选地，熔喷无纺材料、纺粘无纺材料和梳理纤维网包括聚丙烯(PP)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维和/或PET双组分(Bico PET/coPET)纤维。优选地，至少一个附加层由纺粘无纺材料组成，其中该纺粘无纺材料包括聚丙烯(PP)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维和/或双组分纤维，比如PET/coPET、PET/PP、PET/PBT、PP/PE和PET/PA双组分纤维。

纺粘无纺材料的典型平均纤维直径为10-60μm，优选为15-45μm，甚至更优选为20-40μm。

熔喷纤维的平均纤维直径为0.5-10μm，优选为0.5-5μm，甚至更优选为1-3μm。根据需要，还可以在聚合物中混入添加剂，比如结晶促进剂、染料和/或电荷增强添加剂。此外，可以使用压延机来压制熔喷层。

梳理纤维网的平均纤维直径为5μm至50μm。

过滤器介质

该过滤器介质包括至少一个无纺驻极体。优选地，至少一个无纺驻极体是熔喷层。

优选地，该过滤器介质包括至少一个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层。

优选地，包括在所述过滤器介质的至少一个附加层中的湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料包括聚丙烯(PP)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维和/或PET/coPET双组分纤维。

在本发明的上下文中，“至少一个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层”优选地指的是，该过滤器介质包括一至五个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层，更优选为一至四个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层，更优选为一至三个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层，更优选为两个至三个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层，最优选为两个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料附加层。

该过滤器介质的各个层可以单独生产，然后组合在一起；或者每层可以直接成形在下层的表面上；或者这两种方法可以结合。可以通过堆叠和任选地通过粘合(比如胶粘、超声波焊接或热砑光)来实现各个层的组合。

以上详细描述了至少一个无纺驻极体和至少一个附加层的组成。

该过滤器介质的优选实例如下，其中至少一个无纺驻极体为层的形式：

I、包括一个无纺驻极体层和一个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料附加层的过滤器介质。

II、由一个无纺驻极体层和一个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料附加层组成的过滤器介质。

III、包括一个无纺驻极体层和两个湿法成网无纺材料附加层的过滤器介质。

IV、包括一个无纺驻极体层和两个干法成网无纺材料附加层的过滤器介质。

V、包括一个无纺驻极体层、一个湿法成网无纺材料附加层和一个干法成网无纺材料附加层的过滤器介质。

VI、由一个无纺驻极体层和两个湿法成网无纺材料附加层组成的过滤器介质。

VII、由一个无纺驻极体层和两个干法成网无纺材料附加层组成的过滤器介质。

VIII、由一个无纺驻极体层、一个湿法成网无纺材料附加层和一个干法成网无纺材料附加层组成的过滤器介质。

IX、以上过滤器介质III至VIII中的任一种，其中无纺驻极体层设置在两个湿法成网无纺材料附加层之间、或两个干法成网无纺材料附加层之间或者一个湿法成网无纺材料附加层和一个干法成网无纺材料附加层之间。

优选地，在上述任何过滤器介质I至IX中，无纺驻极体是熔喷无纺驻极体或纺粘无纺驻极体。更优选地，无纺驻极体是熔喷无纺驻极体。

X、由一个熔喷无纺驻极体层和一个纺粘无纺材料附加层组成的过滤器介质。

XI、由一个熔喷无纺驻极体层和两个纺粘无纺材料附加层组成的过滤器介质，其中熔喷无纺驻极体设置在两个纺粘无纺材料附加层之间。(SMS)

XII、由一个熔喷无纺驻极体层、一个纺粘无纺材料附加层和一个熔喷无纺材料附加层组成的过滤器介质，其中该熔喷无纺材料附加层是粗预滤器，并且该熔喷无纺驻极体设置在纺粘无纺材料附加层和熔喷无纺材料附加层之间。(SMM)

XIII、由一个熔喷无纺驻极体层、两个纺粘无纺材料附加层和一个熔喷无纺材料附加层组成的过滤器介质，其中该熔喷无纺材料附加层是粗预滤器，该熔喷无纺驻极体设置在纺粘无纺材料附加层和熔喷无纺材料附加层之间，并且两个纺粘无纺材料附加层是两个最外层。(SMMS)

XIV、上述过滤器介质I至XIII中的任一种，其中无纺驻极体是选自PM1至PM21中的任一种，优选为PM9、PM12、PM19和PM21，更优选为PM9和PM21，最优选为PM9。

XV、以上过滤器介质I至XIV中的任一种，其中干法成网无纺材料是纺粘无纺材料。

XVI、上述过滤器介质I至XV中的任一种，其中纺粘无纺材料包括聚丙烯(PP)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维和/或PET/coPET双组分纤维。

至少一个无纺驻极体的层厚优选为0.05-1.0mm，更优选为0.1-1.0mm，更优选为0.2-0.9mm，最优选为0.2-0.7mm。

至少一个附加层的层厚优选为0.05-1.0mm，更优选为0.1-0.9mm，更优选为0.2-0.8mm，最优选为0.3-0.7mm。

对于包括一个无纺驻极体层和一个附加层的过滤器介质，总过滤器介质的厚度优选为0.1-2.0mm，更优选为0.2-1.8mm，更优选为0.3-1.6mm，更优选为0.4-1.4mm，最优选为0.4-1.0mm。

对于包括一个无纺驻极体层和两个附加层的过滤器介质，总过滤器介质的厚度优选为0.15-3.0mm，更优选为0.3-2.8mm，更优选为0.5-2.6mm，更优选为0.6-1.2mm。

至少一个无纺驻极体的空气透过率优选为30-4.000L/m²s，更优选为50-3.000L/m²s，更优选为100-2.000L/m²s，最优选为200-1.500L/m²s。

至少一个附加层的空气透过率优选为2.000-15.000L/m²s，更优选为3.000-12.000L/m²s，更优选为3.500-10.000L/m²s，最优选为4.000-8.000L/m²s。

总过滤器介质的空气透过率优选为20-3.000L/m²s，更优选为40-2.500L/m²s，更优选为80-1.700L/m²s，最优选为180-1.300L/m²s。

至少一个无纺驻极体的基重优选为4-50g/m²，更优选为8-40g/m²，更优选为10-35g/m²，最优选为15-30g/m²。

至少一个附加层的基重优选为10-170g/m²，更优选为20-140g/m²，更优选为30-120g/m²，最优选为50-100g/m²。

总过滤器介质的基重优选为18-220g/m²，更优选为30-180g/m²，更优选为50-160g/m²，最优选为70-120g/m²。

至少一个无纺驻极体的效率(也称为“收集效率”)优选为20-99.999995％，更优选为40-99.99995％，更优选为60-99.9995％，甚至更优选为70-99.995％。

至少一个附加层的效率优选为0-30％，更优选为1-25％，更优选为2-20％，甚至更优选为3-10％。

总过滤器介质的效率优选为25-99.999995％，更优选为45-99.99995％，更优选为65-99.9995％，甚至更优选为75-99.995％。

过滤单元

本发明的过滤元件包括至少一种如上所述的过滤器介质。优选地，该过滤器元件包括一种如上所述的过滤器介质。此外，该过滤器元件通常包括基底。该基底可以设置在过滤器介质的一侧、过滤器介质的两侧或更多侧，或者可以完全包围过滤器介质。用作基底的合适材料包括塑料框架、金属框架、无纺材料框架或封边条、纸制框架、棉制框架、条、带子、丝带或类似物。

用于生产过滤器介质的方法

本发明的过滤器介质可以通过本领域已知的任何技术生产。例如，本发明的过滤器介质可以通过包括以下步骤的方法制备：

(i)提供聚合物材料，包括：

(a)至少一种热塑性树脂，

(b)至少一种电荷助剂，以及

(c)至少一种成核剂；

(ii)对步骤(i)的聚合物材料进行无纺成形工艺；

(iii)对步骤(ii)中成形的无纺材料进行静电充电处理，以获得无纺驻极体；

(iv)任选地提供一个或更多个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料附加层，以及

(v)任选地按期望的顺序对步骤(iii)中获得的无纺驻极体和步骤(iv)中的一个或更多个附加层进行层压。

在进一步的步骤中，如上所述，可以将以这种方式获得的过滤器介质层压到合适的基底上，以获得过滤器元件。备选地，层压步骤(v)可以直接在基底上进行。

优选地，步骤(ii)中的无纺成形工艺是熔喷工艺或纺粘工艺，甚至更优选为熔喷工艺，以使得在步骤(iii)中获得熔喷无纺驻极体或纺粘无纺驻极体，更优选为熔喷无纺驻极体。

如上所述，步骤(ii)的无纺成形工艺可以是本领域已知的任何无纺成形工艺，比如本领域已知的任何纺粘工艺或熔喷工艺。因此，步骤(iii)的静电充电工艺可以是本领域已知的任何静电充电工艺。作为静电充电工艺的实例，可以提到水充电、摩擦充电和电晕充电。对于本发明的工艺，水充电是优选的。此外，还可以直接在下层或下层基底的表面上形成这些层中的一个、一些或全部层，而不是分别生产无纺驻极体和任选的一个或多个附加层并将它们层压到基底上。

优选实施方式

A、一种过滤器介质，包括至少一个无纺驻极体，其中该无纺驻极体包括由聚合物材料制成的纤维，

其中该聚合物材料包括：

(a)至少一种热塑性树脂，

(b)至少一种电荷助剂，以及

(c)至少一种成核剂。

B、根据A所述的过滤器介质，其中

无纺驻极体的孔隙率为≥90％且≤98％。

C、根据A和B中任一项所述的过滤器介质，其中无纺驻极体的孔隙率为≥90％且≤94％。

D、根据A至C中任一项所述的过滤器介质，其中热塑性树脂是聚烯烃树脂或聚酯树脂。

E、根据A至D中任一项所述的过滤器介质，其中热塑性树脂是选自聚乙烯(PE)树脂、聚丙烯(PP)树脂、聚甲基戊烯(PMP)树脂、聚异丁烯(PIB)树脂或聚丁烯(PB)树脂的聚烯烃树脂。更优选地，聚烯烃树脂是聚丙烯(PP)树脂。甚至更优选地，聚烯烃树脂是全同立构聚丙烯(PP)树脂。

F、根据A至E中任一项所述的过滤器介质，其中至少一种电荷助剂是受阻胺。

G、根据F所述的过滤器介质，其中受阻胺选自聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]或1,6-己二胺、N,N'-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-聚合物与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、与N-丁基-1-丁胺的反应产物以及N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺。

H、根据A至G中任一项所述的过滤器介质，其中至少一种成核剂是澄清剂。

J、根据A至H中任一项所述的过滤器介质，其中至少一种成核剂选自苯甲酸盐、山梨醇乙酸酯、基于松香的成核剂、羧酸酰胺、或有机亚磷酸的盐及其混合物。

K、根据A至J中任一项所述的过滤器介质，其中至少一种成核剂选自山梨醇乙酸酯、芳香族三酰胺及其混合物。

L、根据A至K中任一项所述的过滤器介质，其中至少一种成核剂选自二亚苄基山梨醇及其衍生物、双(对-甲基-苄叉)-山梨醇(MDBS)、双(3,4-二甲基-苄叉)-山梨醇(DMDBS)、双(4-丙基苄叉)丙基-山梨醇(也称为1,2,3-三脱氧-4,6:5,7-双-O-[(4-丙基苯基)亚甲基)-壬醇)、1,3,5-苯-三甲酰胺、1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰氨基)苯及其混合物。

M、根据A至L中任一项所述的过滤器介质，其中至少一种成核剂是1,3,5-苯-三甲酰胺或1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰氨基)苯。

N、根据A至M中任一项所述的过滤器介质，其中聚合物材料包括至少两种不同的成核剂。

O、根据N所述的过滤器介质，其中至少两种不同成核剂中的一种成核剂是澄清剂。

P、根据A至O中任一项所述的过滤器介质，其中聚合物材料包括0.05-10重量％的至少一种电荷助剂和0.05-10重量％的至少一种成核剂，其各自基于聚合物材料的总重量。

Q、根据A至P中任一项所述的过滤器介质，其中至少一个无纺驻极体是熔喷层。

R、根据A至Q中任一项所述的过滤器介质，还包括至少一个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层。

S、根据R所述的过滤器介质，其中湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料包括聚丙烯(PP)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维和/或PET双组分(Bico PET/coPET)双组分纤维。

T、根据R和S所述的过滤器介质，其中至少一种干法成网无纺材料是纺粘无纺材料。

U、根据R至T所述的过滤器介质，包括无纺驻极体和一个纺粘层或由其组成。

V、根据R至T所述的过滤器介质，包括无纺驻极体和两个纺粘层或由其组成。

W、根据A至V中任一项所述的过滤器介质，其中根据DIN EN ISO 9237(1995)，过滤器介质的空气透过率为20L/m²s至3000L/m²s。

X、根据A至W中任一项所述的过滤器介质，其中至少一种无纺驻极体的收集效率为20-99.99％。

Y、根据A至X中任一项所述的过滤器介质用于空气过滤的应用。

Z、根据Y所述的过滤器介质在空气过滤器介质、HVAC过滤器(采暖、通风和空调)、机舱空气和面罩中的应用。

实例

实例1和实例2

制备聚合物材料，该聚合物材料包括聚丙烯、作为澄清剂的0.15重量％的1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰氨基)苯(XT 386)以及1重量％的受阻胺(聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]](/>944))。对聚合物材料进行熔喷工艺，随后，纤维在挤出机中成形后立即用去离子水喷雾进行处理。获得熔喷无纺驻极体V24、V25和V26。如熔喷工艺领域的技术人员所知，通过改变网筛皮带和/或聚合物通量来获得不同的样品。所有三个样品的平均纤维直径为2.3μm。

实例3a

制备聚合物材料，该聚合物材料包括聚丙烯、作为澄清剂的0.15重量％的1,3,5-三(2,2-二甲基丙酰氨基)苯(XT 386)、不是澄清剂的0.3重量％的2,4,8,10-四(叔丁基)-6-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸(酯)的钠盐(/>NA 287)以及1重量％的受阻胺(聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]](/>944))。对聚合物材料进行熔喷工艺，随后，纤维在挤出机中成形后立即用去离子水喷雾进行处理。获得熔喷无纺驻极体V21a。无纺材料V21a的平均纤维直径为2.7μm。

实例3b

以与实例3a相同的方式执行实例3b，不同之处在于将厚度调节至0.35mm。获得熔喷无纺驻极体V21b。无纺材料V21b的平均纤维直径为2.7μm。

实例4

制备聚合物材料，该聚合物材料包括聚丙烯、不是澄清剂的0.15重量％的2,4,8,10-四(叔丁基)-6-双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸(酯)的钠盐(NA 287)以及1重量％的受阻胺(聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]](944))。对聚合物材料进行熔喷工艺，随后，纤维在挤出机中成形后立即用去离子水喷雾进行处理。获得熔喷无纺驻极体V5、V9、V11和V13。无纺材料V5、V9、V11和V13的平均纤维直径为2.7μm。

对比实例1a

制备包括聚丙烯(与实例1中的批次相同)但不包括成核剂和电荷助剂的聚合物材料。在与实例1相同的生产参数下对聚合物材料进行熔喷工艺，不同之处在于纤维在挤出机中成形后立即进行电晕充电，而不是用去离子水喷雾进行处理。获得熔喷无纺驻极体V1a。

对比实例1b

以与对比实例1a相同的方式进行对比实例1b，不同之处在于将厚度调节至0.5mm。获得熔喷无纺驻极体V1b。

对比实例2a

制备包括聚丙烯(与实例1中的批次相同)和1重量％的944的聚合物材料。在与实例1相同的生产参数下对聚合物材料进行熔喷工艺，在此过程中，纤维在挤出机中成形后立即用去离子水喷雾进行处理。获得熔喷无纺驻极体V3a。

对比实例2b

以与对比实例2a相同的方式进行对比实例2b，不同之处在于将厚度调节至0.4mm。获得熔喷无纺驻极体V3b。

测定所得介质的基重、厚度、孔隙率和空气透过率，并在表1中给出。此外，根据DIN71460-1(2006)测量收集效率和压降。样品尺寸为100cm²，迎风面速度为20cm/s，并且效率测试采用KCl(1％)气溶胶。测量时间为1分钟。结果在表2中给出。

根据EN 149:2009以石蜡油作为测试气溶胶、95L/min的气流速率、100cm²的样品尺寸和210秒的测量时间测量呼吸阻力和透过率的测试结果在表3中给出。

当将V21b与V26(成核剂是澄清剂)或与V5/V9/V11/V13(成核剂不是澄清剂)进行比较时，可以看出由包括三种添加剂(即，一种电荷助剂和两种成核剂，其中一种成核剂是澄清剂，而另一种成核剂不是澄清剂)的聚合物材料制备的熔喷无纺驻极体相比于由包括两种添加剂(即，一种电荷助剂和一种成核剂)的聚合物材料制备的熔喷无纺驻极体的优点。这些熔喷无纺驻极体都具有类似的厚度。V21b表现出非常好的效率，其与极高的空气透过率和相对较低的压降相关联。

此外，熔喷无纺驻极体V24与熔喷无纺驻极体V25的比较表明，更高的孔隙率会产生好得多的效率与压降之比。熔喷无纺驻极体V11、V13与熔喷无纺驻极体V21b的比较也是如此。

表1：熔喷无纺驻极体的性能

表2：熔喷无纺驻极体的收集效率和压降

表3：根据EN 149:2009以石蜡油作为测试气溶胶测得的呼吸阻力和透过率

¹以30L/min的气流吸气时的压降，以Pa计

²以95L/min的气流吸气时的压降，以Pa计

³以160L/min的气流呼气时的压降，以Pa计

从表3可以看出，样品V25相比V24和V26具有更高的呼吸阻力。

此外，如在实例V21a和V21b中三种添加剂的使用对于作为HVAC和机舱空气过滤器介质的应用来说是尤其优选的(即，其具有非常好的效率，并且与极高的空气透过率和相对较低的压降相关联)。

从实例和对比实例中可以看出，采用本发明的无纺驻极体，实现了非常高的空气透过率，同时实现了高的收集效率。因此，本发明的无纺驻极体尤其适用于空气过滤的有效过滤，尤其是在面罩、HVAC过滤器和机舱空气过滤器中。

测试方法

平均纤维直径的测量如下：

设备：具有相关软件的扫描电子显微镜(SEM)(比如例如“Phenom Fei”)，用于确定所选纤维的直径。这类软件的一个实例是Fibermetric V2，但是也可以采用任何其他软件。

取样：将在网宽度上对过滤器介质的五个不同区域进行分析。

样品溅射：随机记录光学图像，以1000倍的放大倍率扫描这些区域。

通过“一次点击”法测定纤维直径，每根纤维必须记录一次；总共评估至少500根纤维，并且这些纤维的均值对应于平均纤维直径。

根据DIN EN ISO 9073-2:1997(0.5kPa)测量至少一个无纺驻极体和至少一个附加层的层厚以及总过滤器介质的厚度。

根据DIN EN ISO 9237(1995)以200Pa的压差、20cm²的样品尺寸和20cm²的测试头测量空气透过率。可以使用任何合适的仪器，例如Textest FX3300仪器。

根据DIN EN 29073(1992)测量基重。

根据DIN 71460-1(2006)测量收集效率和压降。可以使用任何合适的仪器，例如Palas Hepa MFP-2100 HEPA测试台。测试条件：样品尺寸：100cm²，测试气溶胶：KCl，1％；迎风面速度：20cm/s；测量时间：1分钟；效率@0.3μm的粒径。

根据EN149:2009以石蜡油作为测试气溶胶、95L/min的气流速率、100cm²的样品尺寸和210秒的测量时间来测量呼吸阻力和透过率。可以使用任何合适的仪器，例如Lorenz面罩测试台。

孔隙率是无纺材料的三维体积空隙率。根据以下公式，由无纺材料的实际密度和所用纤维的平均密度计算得出孔隙率：

孔隙率＝(1-无纺材料密度[g/cm³]/纤维密度[g/cm³])·100％。

无纺材料的密度由基重和厚度计算如下：

无纺材料密度(g/cm³)＝(基重(g/m²)·0.0001)/(厚度(mm)·0.1)。

Claims

1.一种过滤器介质，其包括至少一个无纺驻极体，其中所述无纺驻极体包括由聚合物材料制成的纤维，

其中所述聚合物材料包括：

(a)至少一种热塑性树脂，

(b)至少一种电荷助剂，以及

(c)至少一种成核剂。

2.根据权利要求1所述的过滤器介质，其中所述无纺驻极体的孔隙率≥90％且≤98％。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的过滤器介质，其中所述热塑性树脂是聚烯烃树脂或聚酯树脂。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤器介质，其中所述至少一种电荷助剂是受阻胺。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤器介质，其中所述至少一种成核剂是澄清剂。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的过滤器介质，其中所述至少一种成核剂选自苯甲酸盐、山梨醇乙酸酯、基于松香的成核剂、羧酸酰胺、有机亚磷酸的盐及其混合物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的过滤器介质，其中所述聚合物材料包括至少两种不同的成核剂。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的过滤器介质，其中所述聚合物材料包括0.05-10重量％的所述至少一种电荷助剂和0.005-10重量％的所述至少一种成核剂，其各自基于所述聚合物材料的总重量。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤器介质，其中所述至少一个无纺驻极体是熔喷层。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的过滤器介质，其还包括至少一个湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料的附加层。

11.根据权利要求10所述的过滤器介质，其中所述湿法成网无纺材料或干法成网无纺材料包括聚丙烯(PP)纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维和/或PET/coPET双组分纤维。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的过滤器介质，其中根据DIN ENISO 9237(1995)，所述过滤器介质的空气透过率为20L/m²s至3000L/m²s。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的过滤器介质，其中根据DIN 71460-1(2006)，所述至少一种无纺驻极体的收集效率为20-99.999995％。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的过滤器介质用于空气过滤的应用。

15.根据权利要求14所述的过滤器介质在空气过滤器介质、HVAC过滤器(采暖、通风和空调)、机舱空气和面罩中的应用。