JP2006524569A - Advanced filtration equipment and filtration method - Google Patents

Advanced filtration equipment and filtration method Download PDF

Info

Publication number
JP2006524569A
JP2006524569A JP2006513389A JP2006513389A JP2006524569A JP 2006524569 A JP2006524569 A JP 2006524569A JP 2006513389 A JP2006513389 A JP 2006513389A JP 2006513389 A JP2006513389 A JP 2006513389A JP 2006524569 A JP2006524569 A JP 2006524569A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter
filter material
precursor
fibers
neutralizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006513389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
デイビッド エス. ソーン
クリストファー ディ. タッジ
Original Assignee
イノベイティブ コンストラクション アンド ビルディング マテリアルズ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イノベイティブ コンストラクション アンド ビルディング マテリアルズ filed Critical イノベイティブ コンストラクション アンド ビルディング マテリアルズ
Publication of JP2006524569A publication Critical patent/JP2006524569A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/08Filter cloth, i.e. woven, knitted or interlaced material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1669Cellular material
    • B01D39/1676Cellular material of synthetic origin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2239/00Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10Filtering material manufacturing

Landscapes

  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

フィルター材は、有害物質の捕獲および中和用の媒体で構成される。有害物質を捕獲するための低圧力、高い効率なフィルター材の製造方法によって、高性能な穴サイズ分散を有する人工的に作られた微細孔を持つフィルター材が生産されるが、これは単分散や均一な配列が可能である。中和する成分はフィルター材にコーティングして、有害な病原体、エアロゾル、微粒子、VOC、ガスおよび蒸気などのうち、少なくとも一つの有害物質の捕獲効率と中和の両方の改善を図ることができる。The filter material is composed of a medium for capturing and neutralizing harmful substances. The production method of low pressure, high efficiency filter material to capture harmful substances produces filter material with artificially produced micropores with high performance hole size dispersion, which is monodisperse Or uniform arrangement is possible. The components to be neutralized can be coated on the filter material to improve both the capture efficiency and neutralization of at least one harmful substance among harmful pathogens, aerosols, fine particles, VOCs, gases and vapors.

Description

この発明の分野は、特にろ過で、有害な粒子、エアロゾル、蒸気およびガスの中和および修復を伴うろ過である。   The field of this invention is filtration with neutralization and repair of harmful particles, aerosols, vapors and gases, especially in filtration.

毒素および病原体などの有害物質は、空気中に存在し、これが過度の濃度であれば病気の原因となることがある。これらの有害物質には数多くの発生源がある。長距離を運ばれるものや、屋内環境に閉じ込められたものがある。屋内大気汚染は、深刻な懸念である。例えば、有毒カビは、住宅所有者や事業主にとって、問題となってきた。さらに、最近の事件にあるとおり、病原体や毒素をテロ兵器として利用できる可能性があることも深刻な問題である。有害物質という用語は、塵埃、カビ毒素や花粉などの天然の物質、煙や揮発性有機化合物ならびにVX、サリン、リシンおよび炭疽菌などのテロ兵器などの人造の物質をも含めたものを意味する。4つの有害物質についての化学式を図1A〜1Dに示す。   Toxic substances such as toxins and pathogens are present in the air, and if they are in excessive concentrations, they can cause illness. There are many sources of these harmful substances. Some are carried over long distances and others are trapped in indoor environments. Indoor air pollution is a serious concern. For example, toxic mold has become a problem for homeowners and business owners. Furthermore, as in recent incidents, the possibility of using pathogens and toxins as terrorist weapons is also a serious problem. The term toxic substance means natural substances such as dust, mold toxins and pollen, smoke and volatile organic compounds and man-made substances such as terrorist weapons such as VX, sarin, ricin and anthrax . The chemical formulas for the four hazardous substances are shown in FIGS.

一部の有毒化学物質は、非常に反応性の高い極性化合物である。例えば、既知の4つの化学兵器の分類には、窒息剤、びらん剤、血液剤および神経剤がある。塩素やホスゲンなどの窒息剤は、肺を攻撃する。マスタードガス(HD)などのびらん剤は、皮膚上、眼の中、肺の内部で吸収されたときに、有機組織に水疱をもたらす揮発性液体である。シアン化水素(HCN)などの血液剤は、肺から、または腸を経て(水性のHCNの場合)血液中に吸収され、ヘモグロビンと不可逆的に結合して、酸素の摂取を妨げる。サリン(GB)、ソマン(GD)、およびVXなどの神経剤は、皮膚や肺を経由して吸入・吸収されると極めて強力で致命的である。塩素、ホスゲン、およびシアン化水素はガスである。GB、GD、VX、HDは、一般にエアロゾルとして、またはガスとエアロゾルの混合物として分散する半揮発性液体である。   Some toxic chemicals are very reactive polar compounds. For example, the four known chemical weapon categories are asphyxiation agents, erosion agents, blood agents, and nerve agents. Choking agents such as chlorine and phosgene attack the lungs. Erosion agents such as mustard gas (HD) are volatile liquids that cause blisters in organic tissues when absorbed on the skin, in the eye, and inside the lungs. Blood agents such as hydrogen cyanide (HCN) are absorbed into the blood from the lungs or via the intestines (in the case of aqueous HCN) and irreversibly bind to hemoglobin, preventing oxygen uptake. Neural agents such as sarin (GB), soman (GD), and VX are extremely powerful and fatal when inhaled and absorbed through the skin and lungs. Chlorine, phosgene, and hydrogen cyanide are gases. GB, GD, VX, HD are semi-volatile liquids that are generally dispersed as an aerosol or as a mixture of gas and aerosol.

有害物質への暴露後の表面の除染について研究がなされてきた。優勢な除染方法は、吸収(その後で焼却)および化学反応による中和である。これらの有毒化学物質の構造や機能は非常に異なる(図1A〜1D)一方で、どれもが、反応性の高い物質であり、試薬との適切な組み合せにより、迅速に中和しうる。例えば、有毒化学物質は、酸化剤、アルカリ性溶液、またはその両方と急速に反応しうる。神経剤は、強力な酸化剤の存在下では、リン酸への急速な酸化に耐え、HDも酸化に耐えるが、実質的に毒性は低いがにもかかわらずなお危険性の高いスルホン誘導体への部分酸化を避けるような配慮が必要である。シアン化水素、塩素、ホスゲン、HD、サリン、ソマン、およびVXは、どれもアルカリ性溶液によって急激に作用し、比較的良性の生成物が産出される。   Research has been done on surface decontamination after exposure to hazardous substances. The dominant decontamination method is absorption (subsequent incineration) and neutralization by chemical reaction. While the structures and functions of these toxic chemicals are very different (FIGS. 1A-1D), all are highly reactive substances and can be quickly neutralized by appropriate combination with reagents. For example, toxic chemicals can react rapidly with oxidants, alkaline solutions, or both. Nerve agents can withstand rapid oxidation to phosphoric acid in the presence of strong oxidants, and HD can withstand oxidation, but are still less toxic but still dangerous. Care must be taken to avoid partial oxidation. Hydrogen cyanide, chlorine, phosgene, HD, sarin, soman, and VX all act rapidly with alkaline solutions, yielding relatively benign products.

揮発性有機化合物(VOC)は、住宅用および商用のビル全体に蔓延しており、居住者にとって重大な健康上の影響を引き起こすことがこれまでに分かっている。国のおよび国際的な健康関連機関は、多様な分類がある一方で、VOCは、ガス状であるかまたは室温で有意な蒸気圧のある化合物として認識されている。例えば、パーティクルボード、合板、織物、コーティング、および絶縁材などの物質は、かなりの量のガス体のホルムアルデヒド(一般的なVOCである)が放出される。住宅や職場のホルムアルデヒドのピーク濃度は、一般に0.04〜0.4 ppmの範囲である。0.06 ppmを超えるピーク濃度に定期的に暴露すると、粘膜の炎症、発疹、重症のアレルギー反応、疲労、頭痛、吐き気、うつ病などの重大な健康上の影響の原因となることが考えられ、また慢性的、長期にわたる暴露では咽喉癌のリスクが著しく高まる。住宅にある製品から一般的に放出されるその他のVOCには、ベンゼン、トルエン、スチレンアセトン、パラジクロロベンゼン、クロロホルム、テトラクロルエチレン、アクリル酸エステル、および脂肪族ケトンやアルコールがある。さらに、ビルの居住者は、揮発性硫黄複合体、およびアンモニアガスなど低レベルのその他の有毒ガスに暴露することが頻繁にある。ほとんどのVOCは、酸化剤、アルカリ性溶液またはその両方によって中和させることができる。   Volatile organic compounds (VOCs) are prevalent throughout residential and commercial buildings and have been shown to cause significant health effects for residents. While national and international health agencies have diverse classifications, VOCs are recognized as compounds that are gaseous or have significant vapor pressure at room temperature. For example, substances such as particleboard, plywood, fabrics, coatings, and insulation release significant amounts of gaseous formaldehyde (which is a common VOC). The peak concentration of formaldehyde in homes and workplaces generally ranges from 0.04 to 0.4 ppm. Regular exposure to peak concentrations above 0.06 ppm can cause significant health effects such as mucous membrane inflammation, rash, severe allergic reactions, fatigue, headache, nausea, depression, and Chronic and prolonged exposure significantly increases the risk of throat cancer. Other VOCs commonly released from residential products include benzene, toluene, styrene acetone, paradichlorobenzene, chloroform, tetrachloroethylene, acrylic esters, and aliphatic ketones and alcohols. In addition, building residents are frequently exposed to volatile sulfur complexes and other low levels of toxic gases such as ammonia gas. Most VOCs can be neutralized by oxidizing agents, alkaline solutions, or both.

ビル、車両および個人用保護装備にある空気取り扱いシステムの空気ろ過システムは、我々が呼吸する空気の安全性および品質(あるいはそのいずれか)を改善する意図がある。ところが、暖房、換気、空調(HVAC)システムで使用されているなどのろ過システムには、有害濃度の細菌、粒子、蒸気およびガスが構造物全体に分散することを阻止する能力はもたない。いくつかの一般的な有害物質のサイズの比較については、表Iを参照のこと。   Air filtration systems in air handling systems in buildings, vehicles and personal protective equipment are intended to improve the safety and / or quality of the air we breathe. However, filtration systems such as those used in heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems do not have the ability to prevent harmful concentrations of bacteria, particles, vapors, and gases from dispersing throughout the structure. See Table I for a comparison of the sizes of some common toxic substances.

Figure 2006524569
車両の空気ろ過システムは、車両付近で有害物質の不測の放出があった場合にそれよりもずっと低いレベルであるが、通常の車両排気ガスを安全なレベルに低減する能力はもたない。有害物質への暴露を防止するようにデザインされた個人用保護装備でさえも、継続的な保護を保証するためにろ過要素の交換が必要となるまでに許容される暴露時間については、厳しい制限がある。
Figure 2006524569
The vehicle air filtration system is at a much lower level when there is an unexpected release of harmful substances in the vicinity of the vehicle, but does not have the ability to reduce normal vehicle exhaust to a safe level. Even personal protective equipment designed to prevent exposure to hazardous substances has strict limits on the exposure time allowed before the filter element must be replaced to ensure continued protection. There is.

一例としては、単に天然・人工の発生源からだけでも、ホルムアルデヒドの濃度は、人体の健康に害を及ぼしうるレベルを超える恐れがある。こうした物質を中和させる余裕のあるHVACシステムはほとんどない。実際に、HVACシステムは、居住者に保護を提供してくれるよりは、意図的に放出された毒素をビル全体に拡散させる可能性のほうが高い。   As an example, the concentration of formaldehyde, even from natural and artificial sources, can exceed levels that can be harmful to human health. Few HVAC systems can afford to neutralize these materials. In fact, the HVAC system is more likely to spread intentionally released toxins throughout the building than to provide protection for residents.

高性能微粒子(HEPA)フィルターは、風媒性の病原体や粒子の捕捉には有効かもしれない。使用されている場合には、これらのフィルターでは、炭疽菌など一部の有害物質に対していくらかの限定的な消極防衛が提供される可能性がある。   High performance particulate (HEPA) filters may be useful for trapping airborne pathogens and particles. If used, these filters may provide some limited passive defense against some harmful substances such as anthrax.

HEPAフィルターは、ほとんどの揮発性有機化合物(VOC)および蒸気、エアロゾルまたはガスの形態のその他の有害物質を含めたその他の数多くの有害物質に対しては効果的とはいえない。また、HEPAフィルターは、粒子の捕獲においては、非常に効率が高いが、HEPAフィルターでは、HEPAフィルター内を通過する気流の抵抗が高くなることに関連した付随的な運営(運転)コストが高くなる。圧力降下として測定しうるが、この空気の流れに対する抵抗は、フィルター内の空気の循環により多くのエネルギーを使用する必要があり、これが運営コストの増加をもたらす。その上、HEPAフィルター全体での圧力降下によって、高い背圧が生じ、これが、HVACコンジット内のリークにつながることがあり、システムの捕獲効率全体を著しく減少させる。   HEPA filters are not effective against many other toxic substances, including most volatile organic compounds (VOC) and other toxic substances in the form of vapors, aerosols or gases. HEPA filters are also very efficient at capturing particles, but HEPA filters have additional operational (operating) costs associated with increased resistance to airflow through the HEPA filter. . Although it can be measured as a pressure drop, this resistance to air flow requires more energy to be used for the circulation of air in the filter, which leads to increased operating costs. In addition, the pressure drop across the HEPA filter creates high back pressure, which can lead to leaks in the HVAC conduit, significantly reducing the overall capture efficiency of the system.

従来のガスマスクで利用されている活性化炭素フィルターは、有害ガスに対する短期的な保護を提供してくれることが知られている。活性化炭素フィルターには、防護マスクのフィルターといったHVACの用途への広範な採用を阻み、個人保護の用途での効果を低減するいくつかの制限がある。特に、活性炭素における気体吸着のメカニズムは可逆的である。こうして、吸収されたガスが、空気の温度、湿度、または化学的組成の変化によって放出される可能性がある。例えば、粒状活性化炭素に対する親和性の高い第二のガスが存在すると、それまでに吸収されたガスが放出される原因となる可能性がある。さらに、極性のない活性炭素は、比較的極性ガスの吸収度が低いことがわかる。これらの制限は、比較的高密度の活性炭素であるほど必然的に合理的なフィルター寿命が得られることを意味する。HEPAフィルターに関連して述べたとおり、この高密度により、フィルター全体で大きな圧力降下となることになり、これはろ過系にとって望ましくない。最後に、フィルターベッドでルーズに保持されている粒状活性化炭素は、開かれた流路の形成の影響を受けやすく、フィルターの有効性を著しく低下させる。米国特許第6,435,184号を参照によりここに組み込むが、同特許では例えば、従来の防護マスクの構造が開示されている。   Activated carbon filters used in conventional gas masks are known to provide short-term protection against harmful gases. Activated carbon filters have several limitations that prevent their widespread adoption in HVAC applications such as protective mask filters and reduce their effectiveness in personal protection applications. In particular, the mechanism of gas adsorption on activated carbon is reversible. Thus, absorbed gas can be released by changes in air temperature, humidity, or chemical composition. For example, the presence of a second gas with a high affinity for particulate activated carbon can cause the gas absorbed so far to be released. Furthermore, it can be seen that activated carbon having no polarity has relatively low absorption of polar gas. These limitations mean that a relatively high density of activated carbon necessarily results in reasonable filter life. As stated in connection with HEPA filters, this high density results in a large pressure drop across the filter, which is undesirable for the filtration system. Finally, granular activated carbon that is held loosely in the filter bed is susceptible to the formation of open channels and significantly reduces the effectiveness of the filter. US Pat. No. 6,435,184 is incorporated herein by reference, which discloses, for example, the structure of a conventional protective mask.

1962年発行の米国特許第3,017,329号には、従来型の不織りのフィルター材を用いた殺菌性および殺真菌性のフィルターが開示されている。フィルター材は、有効成分を用いてフィルター材を塗布または浸すことで、従来のプロセスによりコーティングされる。有効成分は、中性pHを有するが哺乳類にとって非常に毒性の高い有機銀化合物または有機スズ化合物のうちどちらかが選択される。次に処置済フィルターは、加熱してコーティングプロセスで溶剤として使用された水を蒸発させ、有効成分をフィルター材に固定する接合剤を硬化させる。   U.S. Pat. No. 3,017,329 issued in 1962 discloses a bactericidal and fungicidal filter using a conventional non-woven filter material. The filter material is coated by a conventional process by applying or dipping the filter material with the active ingredient. The active ingredient is selected from either organic silver compounds or organotin compounds that have a neutral pH but are highly toxic to mammals. The treated filter is then heated to evaporate the water used as a solvent in the coating process and cure the bonding agent that fixes the active ingredient to the filter material.

米国特許第3,116,969号には、アルキルアリール第四級アンモニウム塩化物殺菌化合物を有するフィルターが説明されているが、これは吸湿剤、増粘剤およびフィルム形成剤が含まれる粘着性の組成により保持される従来のフィルター繊維である。   U.S. Pat.No. 3,116,969 describes a filter having an alkylaryl quaternary ammonium chloride bactericidal compound, which is retained by an adhesive composition that includes a hygroscopic agent, a thickener and a film former. It is a conventional filter fiber.

米国特許第3,820,308号には、殺菌消毒剤として第四級アンモニウム塩を含有する湿った油性コーティングを持つ滅菌フィルターが説明されている。   U.S. Pat. No. 3,820,308 describes a sterile filter having a wet oily coating containing a quaternary ammonium salt as a disinfectant.

M. Dever et al. Tappi Journal 1997, 80(3), 157には、メルトブローン法のポリプロピレンフィルター媒体のファイバーに組み込んだ抗菌剤の抗菌効力についての研究結果が開示されている。正体不明の3つの異なる薬剤をポリプロピリンと混合した後、従来的な方法でメルトブローンして、フィルター材が形成された。薬剤のうち2つのみが処理後にFTIRにより検知可能であって、その2つの薬剤では抗菌特性が得られた。ところが、その薬剤は、ポリプロピレンの物理特性にマイナスの影響を及ぼし、フィルター材のファイバーが厚くなり、未混合のポリプロピレンよりも回収の効率が低下することになった。   M. Dever et al. Tappi Journal 1997, 80 (3), 157 discloses the results of studies on the antibacterial efficacy of antibacterial agents incorporated into fibers in melt blown polypropylene filter media. Three different unidentified drugs were mixed with polypropylin and then meltblown in a conventional manner to form a filter material. Only two of the drugs were detectable by FTIR after treatment, and the two drugs gave antibacterial properties. However, the drug has a negative effect on the physical properties of polypropylene, resulting in a thicker filter material fiber and a lower recovery efficiency than unmixed polypropylene.

K. K. Foard and J.T. Hanley, ASHRAE Trans., 2001, v.107, p.156では、3つの正体不明の抗菌剤のうち一つで処理したフィルターを用いた実地試験の結果が開示されている。既知の抗菌フィルター処理では、試験条件下であまり効果は得られず、未処理および処理済にかかわらずどちらも同様に成長が見られた。   K. K. Foard and J.T. Hanley, ASHRAE Trans., 2001, v.107, p.156 disclose the results of field tests using filters treated with one of three unidentified antimicrobial agents. Known antibacterial filter treatments were not very effective under the test conditions, and both the same growths were seen whether untreated or treated.

A. Kanazawa et al., J. Applied Polymer Sci., 1994, v.54, p.1305では、セルロ−ス基質に共有結合的に固定化した抗菌性ホスホニウム塩化物部分を使用した抗菌性フィルター材が開示されている。長いアルキル鎖を持つホスホニウム塩が、細菌の捕獲について高い能力を持つ傾向にあった。   According to A. Kanazawa et al., J. Applied Polymer Sci., 1994, v.54, p.1305, an antibacterial filter material using an antibacterial phosphonium chloride moiety covalently immobilized on a cellulose substrate. Is disclosed. Phosphonium salts with long alkyl chains tended to have a high capacity for bacterial capture.

M. Okamoto, Proceedings of the Institute of Environmental Sciences and Technology, 1998, p.122では、空気処理フィルターでの抗菌剤として銀ゼオライトの使用が開示されている。銀ゼオライトは、フィルターの一方の側に接合剤により付けられた。   M. Okamoto, Proceedings of the Institute of Environmental Sciences and Technology, 1998, p.122 discloses the use of silver zeolite as an antibacterial agent in air treatment filters. Silver zeolite was attached to one side of the filter with a binder.

米国特許公報第2001/0045398では、隙間に固定化された粒子を有する不織りの多孔質材料の調製のプロセスが開示されている。粒子は、材料を粒子の懸濁液に接触させ、懸濁液を材料に押し付け、多孔質材料の隙間に混入粒子を捕獲し、抗菌の障壁を提供することで追加される。   US Patent Publication 2001/0045398 discloses a process for the preparation of a non-woven porous material having particles immobilized in the interstices. The particles are added by bringing the material into contact with a suspension of particles, pressing the suspension against the material, trapping entrained particles in the gaps in the porous material, and providing an antimicrobial barrier.

国際公報第WO 00/64264号の英語版要約では、バックボーンおよびバックボーンに結合した高分子材料ペンダント基から構成されるポリマー塩基製のフィルター用の殺菌性の有機高分子物質が開示されている。材料は、N-アルキル-N-ビニルアルキルアミドか、高分子材料に固定されたトリヨージドイオンに由来するユニットで構成される。   The English version abstract of WO 00/64264 discloses a bactericidal organic polymer material for a filter made of a polymer base composed of a backbone and a polymeric material pendant group bonded to the backbone. The material is composed of units derived from N-alkyl-N-vinylalkylamide or triiodide ions immobilized on a polymeric material.

国際公報第WO 02/058812号では、抗菌剤の徐放性マイクロカプセルから成るフィルター材が開示されている。マイクロカプセルには、粘性の溶剤に懸濁した薬剤が含まれ、これがマイクロカプセルの多孔質のシェルから徐々に拡散する。マイクロカプセルは、粘着剤としてアラビアゴムを用いた従来のフィルター媒質に保持させることができる。   International Publication No. WO 02/058812 discloses a filter material composed of sustained release microcapsules of an antibacterial agent. A microcapsule contains a drug suspended in a viscous solvent that gradually diffuses from the porous shell of the microcapsule. The microcapsules can be held in a conventional filter medium using gum arabic as an adhesive.

風媒性の病原体を除去するその他の方法には、空気を液体の電気集塵に浸透させる方法(米国特許第5,993,738号など)、紫外線(米国特許第5,523,075号など)があるが、これらのいずれも、高用量のHVACの用途で許容されるよりもかなり多くのエネルギーを使用する。   Other methods for removing airborne pathogens include air permeation into a liquid electrostatic precipitator (eg, US Pat. No. 5,993,738), ultraviolet light (eg, US Pat. No. 5,523,075), and any of these methods. Even use much more energy than is acceptable in high dose HVAC applications.

これまでのすべての例には、危険廃棄物処理問題が発生する、運営コストが高くなる、ろ過システムの製造・維持のコストが高いなど、空気フィルターリングシステムでの広範な採用に至らない欠点がある。こうして、低コストで効果的なフィルターの保護能力を実質的に改善する緊急の必要がある。低エネルギー消費は、有害な粒子、病原体 エアロゾル、蒸気およびガスの捕獲や中和において特に必要とされる。   All of the previous examples have the disadvantages that have not led to widespread adoption in air filtering systems, such as hazardous waste disposal problems, high operating costs, and high costs for manufacturing and maintaining filtration systems. is there. Thus, there is an urgent need to substantially improve the low cost and effective filter protection capabilities. Low energy consumption is particularly needed in the capture and neutralization of harmful particles, pathogen aerosols, vapors and gases.

サブミクロンのパターンの生成は、写真平板のプロセスを用いて達成しうる。これは米国特許第5,110,697号によって開示されているプロセスなどの半導体素子製造技術で知られるが、これを参照し本書に組み込む。1〜50ミクロンのパターンの生成は、写真平板およびカラー印刷やエンボス加工入りシートプリンティングなどその他の従来の技術を用いて、よく知られた従来の工程で簡単に達成される。カラー印刷では、複数層の正確な位置決めの登録プロセスがよく知られている。また、融けた粘性流体または軟化した固体を処理する耐久性のあるパターン付きローラー表面が提供されたエンボス加工済シート生成が知られている。例えば、エンボス加工入りシートの形成においては、表面に特徴が埋め込まれたカレンダーロールセットのニップ部として知られるポリマー融解を狭いギャップに押し込む。これらのプロセスは、従来のフィルター媒質の製造とは無関係であるが、本書では従来の基質プリンティングとする。   Generation of submicron patterns can be achieved using a photolithographic process. This is known in the art of semiconductor device manufacturing, such as the process disclosed by US Pat. No. 5,110,697, which is incorporated herein by reference. Generation of 1-50 micron patterns is easily accomplished by well known conventional processes using photolithography and other conventional techniques such as color printing and embossed sheet printing. In color printing, the registration process for accurate positioning of multiple layers is well known. Also known is embossed sheet production provided with a durable patterned roller surface for processing melted viscous fluids or softened solids. For example, in forming an embossed sheet, polymer melting known as the nip of a calendar roll set with features embedded in the surface is pushed into a narrow gap. These processes are independent of the production of conventional filter media, but are referred to herein as conventional substrate printing.

フィルターは、有害物質の捕獲および中和のための媒体から構成される。低圧力で高い効率プレフィルターを、粒子がフィルター材に入る前に捕獲するために使用することができる。先進のフィルター材は、ろ過成分および中和成分から構成される。中和成分は、基質上に薄膜フィルムのコーティングを施した粘性の有機成分と反応性成分の膜で、低い圧力降下、高生産性の有害物質の修復が提供される。   The filter is composed of a medium for capturing and neutralizing harmful substances. A high efficiency prefilter at low pressure can be used to capture particles before they enter the filter media. Advanced filter materials are composed of a filtration component and a neutralization component. The neutralizing component is a film of a viscous organic component and a reactive component in which a thin film film is coated on a substrate, and provides a low pressure drop and a highly productive repair of harmful substances.

一つの実施例において、中和成分は、ファイバーなどのろ過成分により保持され、これが中和成分を保持する。ファイバーは、フィルター内で分散され、フィルター内を通過する空気が繊維の周りの蛇行性のチャンネルを必ず通過するようになる。こうして、空気中に混入した有害物質は中和成分と接触し、これにより、1つまたは複数の有害物質が中和される。   In one embodiment, the neutralizing component is retained by a filtering component such as fiber, which retains the neutralizing component. The fibers are dispersed within the filter, ensuring that the air passing through the filter passes through the serpentine channels around the fibers. In this way, harmful substances mixed in the air come into contact with the neutralizing component, thereby neutralizing one or more harmful substances.

一つの実施例において、フィルターは、ろ過成分および中和成分から構成される。ろ過成分は、複数の区別できる層のろ過材から、または連続的に構成されている。いずれであるかによらず、中和成分は、単一の活性剤、活性剤の組み合せにしたり、または多数の活性剤をろ過成分の別々の領域に線状にすることもできる。   In one embodiment, the filter is comprised of a filtration component and a neutralization component. The filtration component is composed of a plurality of distinguishable layers of filter media or continuously. Regardless, the neutralizing component can be a single activator, a combination of activators, or multiple activators can be linearized into separate regions of the filter component.

例えば、中和成分は、図2に示すとおり、ろ過成分によって保持され、これが中和成分のための基質の役割を果たす。従来のろ過材では、図7に示すとおり、絡み合った繊維やもつれた繊維をランダムに用いていたが、これにより空気がフィルターを通過して、繊維間にある蛇行状の風道を通過していた。繊維は、フィルター内に分布し、フィルターを通過する空気が繊維の周りの蛇行性のチャンネルを必ず通過するようにされている。こうして、空気に混入した有害物質は、中和成分と接触し、これにより、1つ以上の有害物質が中和される。   For example, the neutralizing component is retained by the filtration component as shown in FIG. 2, which serves as a substrate for the neutralizing component. In the conventional filter media, as shown in FIG. 7, entangled fibers and entangled fibers were randomly used, but this caused air to pass through the filter and pass through the meandering air passage between the fibers. It was. The fibers are distributed within the filter so that the air passing through the filter must pass through the serpentine channels around the fibers. In this way, harmful substances mixed in the air come into contact with the neutralizing component, thereby neutralizing one or more harmful substances.

一例において、有害物質の中和用のフィルターは、ポリマー繊維、修復層のある被膜など、従来型の非反応性フィルター材から構成される。修復層は、酸性、塩基性または酸化物質など1つ以上の中和する物質を取り込む主成分から構成される。この主成分は、粘性の表面を持つこともでき、粘性の表面に衝突する混入粒子がそこに貼り付き、粒子捕獲の効率を高め、病原体など粒子の中和反応の時間を延長することができる。   In one example, the filter for neutralizing harmful substances is composed of conventional non-reactive filter materials such as polymer fibers, coatings with a repair layer, and the like. The repair layer is composed of a main component that incorporates one or more neutralizing substances, such as acidic, basic or oxidizing substances. This main component can also have a viscous surface, contaminating particles that collide with the viscous surface can stick to it, increasing the efficiency of particle capture and extending the time of neutralization reaction of particles such as pathogens .

繊維質のフィルターを修復層にある薄い層の粘性の有機成分でコーティングすると、有機ガスやエアロゾルを吸収することがわかっている。高生産性のフィルター材には、病原体、VOCおよびその他の化学薬品などの毒性または有害物質を効率よく捕獲・中和するようにされた反応性コーティングが備わっている。反応性コーティングは、毒性または有害物質を中和するための反応性の成分と、フィルター材に対する反応性の成分間で粘着性をもたせたコーティング用の基質で構成されている。   It has been found that coating a fibrous filter with a thin layer of viscous organic components in the restoration layer absorbs organic gases and aerosols. Highly productive filter media has a reactive coating designed to efficiently capture and neutralize toxic or harmful substances such as pathogens, VOCs and other chemicals. The reactive coating is composed of a reactive component for neutralizing a toxic or harmful substance and a coating substrate in which an adhesive property is provided between the reactive component for the filter material.

反応性の成分の例としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、および過マンガン酸カリウムなどの酸化剤、アクリル酸誘導体およびスルホン酸誘導体などの酸性の複合体、ならびに、ナトリウムアルコキシド、第三アミン、および防護マスクなどの塩基複合体のほか、それらの適合性のある混合物がある。   Examples of reactive components include oxidizing agents such as sodium hypochlorite, calcium hypochlorite, and potassium permanganate, acidic complexes such as acrylic acid derivatives and sulfonic acid derivatives, and sodium alkoxides, There are tertiary amines and base complexes such as protective masks as well as compatible mixtures thereof.

基質成分は、一般に、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(ビニルピリジン)、ポリ(アクリル酸)(遊離酸または塩)、ポリ(スチレンスルホン酸)(遊離酸または塩)、ポリ(エチレングリコール)、ポリ(ビニール アルコール)、ポリシロキサン、ポリアクリレート誘導体、カルボキシメチルセルロ−スなどの高分子材料のほか、その混合物や架橋剤などがある。ポリ(スチレンスルホン酸)などの一部のケースで、基質成分は、反応性の成分としての役割も果たすことがある。また、基質成分は、グリセロールやエチレングリコールオリゴマーなどの不揮発性で分子量の低い複合体で構成して、標的の毒性または有害物質に対する親和性を促進させることもできる。   The substrate components are generally poly (vinyl pyrrolidone), poly (vinyl pyridine), poly (acrylic acid) (free acid or salt), poly (styrene sulfonic acid) (free acid or salt), poly (ethylene glycol), poly In addition to polymer materials such as (vinyl alcohol), polysiloxane, polyacrylate derivatives, and carboxymethyl cellulose, there are mixtures and crosslinking agents. In some cases, such as poly (styrene sulfonic acid), the substrate component may also serve as a reactive component. In addition, the substrate component can be composed of a non-volatile complex having a low molecular weight, such as glycerol or ethylene glycol oligomer, to promote target toxicity or affinity for harmful substances.

ポリマー成分は、架橋反応させて、極端な条件下で、反応性のコーティングをフィルターのファイバーから除去されないようにすることもできる。反応性コーティング技術は、ポリエステルやセルロ−ス誘導体など、ガラスおよび合成ポリマーファイバを含有する任意の繊維質のフィルター材に適用することができる。   The polymer component can also be cross-linked to prevent removal of the reactive coating from the filter fibers under extreme conditions. The reactive coating technique can be applied to any fibrous filter material containing glass and synthetic polymer fibers, such as polyester and cellulose derivatives.

これらの非常に効率の高いフィルターの一つの利点は、毒性または有害物質の修復の確率が高いことである。これは、フィルター構造の機能で、毒性または有害物質とフィルター材との間で多数の衝突が起こることが望ましく、またフィルター材との各衝突の確率が、吸収または中和反応につながる。あらゆる物質について普遍的に適用できる一組の条件というものは存在しない。こうして、多相式のろ過について、例えば、図3に示すとおり、複数環境の広域スペクトルフィルターが望ましい。   One advantage of these very efficient filters is the high probability of remediation of toxic or harmful substances. This is a function of the filter structure, and it is desirable that multiple collisions occur between the toxic or harmful substances and the filter material, and the probability of each collision with the filter material leads to an absorption or neutralization reaction. There is no set of conditions that can be universally applied to any substance. Thus, for multiphase filtration, for example, as shown in FIG. 3, a broad spectrum filter with multiple environments is desirable.

以下の中和する成分の例では、それぞれ報告されている特定の有害物質に対する保護が提供されているが、試験していないその他の有害物質についても中和できる可能性がある。例1
酸化ゲルコーティングの生成
水溶液の組成は、20 wt.%のテトラエトキシシラン、20 wt. %のビス(トリエトキシシリル)メタン、10 wt.%のグリセロール、および0.05 wt.%のクエン酸である。繊維ガラスパッドを上述の溶液に浸して、吸い取り紙で乾燥させ、蒸気加熱で6時間硬化させた。次にパッドを2%の次亜塩素酸ナトリウムと0.5%のシアヌル酸から成る水溶液に浸してから乾燥させた。結果としてのフィルターは、ジエチル硫化物の中和反応用に効果があった。例2
酸化コーティングの生成
水溶液は、10 wt%のポリ(ビニルピロリドン)から成る。繊維ガラスパッドを上述の溶液に浸し、吸い取り紙で乾燥させ、紫外線ランプ下で6時間照射し、ポリマーの架橋反応をさせた。次に、このパッドを2 wt%の次亜塩素酸カルシウムから成る水溶液に浸し、空気乾燥させた。結果としてのフィルターは、ホルムアルデヒドの中和反応に効果があった。例3
酸化コーティングの生成
水溶液の組成は、10 wt%のポリ(ビニルピロリドン)と2 wt%の過マンガン酸カリウムである。繊維ガラスパッドを上述の溶液に浸した後、空気乾燥させた。結果としてのフィルターは、ホルムアルデヒドの中和反応に効果があった。
The following examples of neutralizing ingredients each provide protection against the specific hazardous substances reported, but may also neutralize other hazardous substances not tested. Example 1
The composition of the resulting aqueous solution of the oxidized gel coating is 20 wt.% Tetraethoxysilane, 20 wt.% Bis (triethoxysilyl) methane, 10 wt.% Glycerol, and 0.05 wt.% Citric acid. A fiberglass pad was immersed in the above solution, dried with blotting paper, and cured by steam heating for 6 hours. The pad was then dipped in an aqueous solution consisting of 2% sodium hypochlorite and 0.5% cyanuric acid and then dried. The resulting filter was effective for the neutralization reaction of diethyl sulfide. Example 2
The resulting aqueous solution of the oxide coating consists of 10 wt% poly (vinyl pyrrolidone). The fiber glass pad was immersed in the above solution, dried with blotting paper, and irradiated for 6 hours under an ultraviolet lamp to cause a crosslinking reaction of the polymer. The pad was then immersed in an aqueous solution consisting of 2 wt% calcium hypochlorite and allowed to air dry. The resulting filter was effective in the neutralization reaction of formaldehyde. Example 3
The composition of the resulting aqueous solution of the oxidation coating is 10 wt% poly (vinyl pyrrolidone) and 2 wt% potassium permanganate. The fiberglass pad was immersed in the above solution and allowed to air dry. The resulting filter was effective in the neutralization reaction of formaldehyde.

例4
酸化コーティングの生成
水溶液は、10 wt%のポリ(ビニルピロリドン)から成る。繊維ガラスパッドを上述の溶液に浸し、吸い取り紙で乾燥させ、紫外線ランプ下で6時間照射し、ポリマーの架橋反応をさせた。次にパッドを2 %のカリウムペルナンガナートの水溶液に浸し、空気乾燥させた。結果としてのフィルターは、ホルムアルデヒドの中和反応に効果があった。
Example 4
The resulting aqueous solution of the oxide coating consists of 10 wt% poly (vinyl pyrrolidone). The fiber glass pad was immersed in the above solution, dried with blotting paper, and irradiated for 6 hours under an ultraviolet lamp to cause a crosslinking reaction of the polymer. The pad was then soaked in an aqueous solution of 2% potassium pernanganate and allowed to air dry. The resulting filter was effective in the neutralization reaction of formaldehyde.

例5
酸化コーティングの生成
水溶液の組成は、10 wt%のポリ(エチレングリコール)と2 wt%の次亜塩素酸カルシウムである。繊維ガラスパッドを上述の溶液に浸し、空気乾燥させた。結果としてのフィルターは、ホルムアルデヒドの中和反応に効果があった。
Example 5
The composition of the resulting aqueous solution of the oxide coating is 10 wt% poly (ethylene glycol) and 2 wt% calcium hypochlorite. A fiberglass pad was immersed in the above solution and allowed to air dry. The resulting filter was effective in the neutralization reaction of formaldehyde.

例6
酸化コーティングの生成
水溶液の組成は、10 wt%のポリ(アクリル酸)ナトリウム塩と2 wt%の次亜塩素酸カルシウムである。繊維ガラスパッドを上述の溶液に浸し、空気乾燥させた。結果としてのフィルターは、ホルムアルデヒドの中和反応に効果があった。
Example 6
The composition of the resulting aqueous solution of the oxide coating is 10 wt% poly (acrylic acid) sodium salt and 2 wt% calcium hypochlorite. A fiberglass pad was immersed in the above solution and allowed to air dry. The resulting filter was effective in the neutralization reaction of formaldehyde.

例7
アルカリ性被膜の形成
水溶液には、30 wt%のグリセロールと、5 wt%のポリエチレンイミンと0.25 wt%のグリセロールプロポキシレートトリグリシルエーテルが含まれる。ガラスパッドを溶液に浸し、吸い取り紙で乾燥させ、100°Cで6時間硬化させた。次に、ガラスパッドを30 wt%のグリセロールを含むpH 12以上の水溶性の水酸化ナトリウム溶液に浸し、溶液から取り出し、吸い取り紙で乾燥させ、50°Cで2時間乾燥させた。結果としてのフィルターはシアン化水素ガスの中和反応に効果があった。
Example 7
The aqueous solution for forming the alkaline coating contains 30 wt% glycerol, 5 wt% polyethyleneimine and 0.25 wt% glycerol propoxylate triglycyl ether. A glass pad was immersed in the solution, dried with blotting paper, and cured at 100 ° C. for 6 hours. Next, the glass pad was immersed in an aqueous sodium hydroxide solution having a pH of 12 or more containing 30 wt% glycerol, removed from the solution, dried with blotting paper, and dried at 50 ° C. for 2 hours. The resulting filter was effective in neutralizing hydrogen cyanide gas.

例8
酸性コーティングの生成
An 水溶液の組成は、30 wt%のグリセロール、5 wt%のスチレンスルホン酸、0.1 wt%のジビニルベンゼル、0.13 wt%の2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、0.02 wt%のカリウムペルスルファート、および0.5 wt%のナトリウムドデシル硫酸塩である。繊維ガラスパッドを上述の溶液に浸し、パッドで乾燥させたあと、85°Cで2時間硬化させた。結果としてのフィルターは、アンモニアガスの中和反応に有効であった。
Example 8
Generation of acidic coating
An aqueous solution is composed of 30 wt% glycerol, 5 wt% styrene sulfonic acid, 0.1 wt% divinyl benzel, 0.13 wt% 2,2'-azobisisobutyronitrile, 0.02 wt% potassium persulfate. Sulfate, and 0.5 wt% sodium dodecyl sulfate. A fiberglass pad was immersed in the above solution, dried with the pad, and then cured at 85 ° C. for 2 hours. The resulting filter was effective for the neutralization reaction of ammonia gas.

シートフィルター材を迅速に製造する方法
図10に、一様な矩形をした単分散の穴の網目のあるシートフィルター材の部分的拡大図を図示する。単分散とは、少なくともシートフィルター材のかなりの部分で穴のサイズが実質的に同じことを意味する。より一般的には、この方法により、希望する任意の微細孔の分布のあるフィルター材を製造することもできる。例えば、図8には、蜂の巣型の構造をした別のフィルター材を示しているが、シートフィルター材の迅速な製造方法によれば、任意の構造を形成しうる。
Method for Rapid Production of Sheet Filter Material FIG. 10 illustrates a partially enlarged view of a sheet filter material having a uniform rectangular monodisperse hole mesh. Monodispersed means that the hole sizes are substantially the same at least in a significant portion of the sheet filter material. More generally, a filter material having a desired distribution of fine pores can also be produced by this method. For example, FIG. 8 shows another filter material having a honeycomb structure, but any structure can be formed according to the rapid manufacturing method of the sheet filter material.

技術を駆使して微細孔を分布させたフィルターを製造する一つの方法により、直接の成型およびインプリンティングによるシートフィルター材の迅速な製造が実現される。従来の基質のプリンティング方法が、二次元または三次元の多孔性のシートフィルター材の形成に使用されている。「直接の成型およびインプリンティング」とは、二次元または三次元のフィルター材の繊維が、希望するフィルター材構造の生成中に先駆物質から原位置でプリンティング方法により形成されることを意味する。プロセスは、サブミクロンの形成とより大きな多孔性構造が原位置での繊維パターン生成で形成されることで、例えば従来のエンボス加工や製紙とは区別される。結果としてのフィルター材の構造は、繊維が組織化・相互接続されたパターンとなっている。相互接続された繊維のパターンは、シートフィルター材に成型し直すこともでき、従来のフィルター材では、得られなかった強度と柔軟性の両方が備わっている。   One method for producing a filter with fine pores distributed using the technology enables rapid production of a sheet filter material by direct molding and imprinting. Conventional substrate printing methods are used to form two-dimensional or three-dimensional porous sheet filter materials. “Direct molding and imprinting” means that the fibers of the two-dimensional or three-dimensional filter media are formed in situ from the precursor material during the production of the desired filter media structure. The process is distinguished from conventional embossing and papermaking, for example, by forming submicron and larger porous structures by in situ fiber pattern generation. The resulting filter material structure is a pattern of fibers organized and interconnected. The interconnected fiber pattern can also be re-molded into a sheet filter material, providing both strength and flexibility not available with conventional filter materials.

一つの表面張力のある畝の部分と、別の表面張力のある溝の部分のある基質での、例えば、ポリマー先駆物質および溶剤の2相からなる溶液またはエマルジョンの自発的な分離の発生は、表面張力によるものと考えられる。こうして、繊維質のフィルター材のパターンは、プリント基板上でのこの分離によってレイアウトすることができ、これは、写真平板、カラー印刷に類似したプロセスまたはエンボス加工入りシートプリンティングなど従来の基質プリンティング方法を使用してパターン化される。   Occurrence of spontaneous separation of a solution or emulsion consisting of two phases, for example a polymer precursor and a solvent, on a substrate with one surface-tensioned wrinkle part and another surface-tensioned groove part, This is thought to be due to surface tension. Thus, the pattern of fibrous filter material can be laid out by this separation on a printed circuit board, which is a process similar to photolithographic printing, color printing or conventional substrate printing methods such as embossed sheet printing. Patterned using.

例えば、水溶性の先駆物質エマルジョンは、写真平板で準備したその表面に畝と溝のパターンのあるプリント基板と共に使用するために準備される。エマルジョンは、少なくとも一つの前駆物質の相が畝部分を囲み、水が溝を満たすように準備される。別の方法として、前駆物質の相と、水相もしくは前駆物質の相を含むその他の溶剤の向きを、複数相のエマルジョンまたは溶解における油中水または水中油の性質を制御することで反対にすることもできる。前駆物質の相には、重合、凝固、結晶化、蒸気からの触媒作用による成長、またはその他何らかの硬化プロセスにより繊維を形成する物質を含めることができ、そこで、プリント基板表面にある畝と溝のパターンにより与えられた向きが保持される。   For example, a water-soluble precursor emulsion is prepared for use with a printed circuit board having a ridge and groove pattern on its surface prepared with a photographic plate. The emulsion is prepared such that at least one precursor phase surrounds the ridge and water fills the groove. Alternatively, the orientation of the precursor phase and other solvent containing water phase or precursor phase is reversed by controlling the nature of the water-in-oil or oil-in-water in a multi-phase emulsion or dissolution. You can also The precursor phase can include materials that form fibers by polymerization, solidification, crystallization, catalytic growth from steam, or some other curing process, where there are wrinkles and grooves on the surface of the printed circuit board. The orientation given by the pattern is retained.

例えば、前駆物質の相は、基質表面の畝上での相分離中に原位置でポリマー繊維を形成するポリマー先駆物質で構成される。次に、水相または溶剤の除去は、例えば、蒸発により達成され、特定のサイズ、形状、分布のあるよく整った空隙が、ポリマーのストランドの間に残され、これは畝のパターンで相互接続される。相互接続された繊維の網が形成される。フィルター材に微細孔が定義される繊維は、有害物質の捕獲と中和を助けるために成分の中和によって被膜をすることができる。一つの例において、繊維は、成分の中和によりかなりコーティングされるが、これは、効率の良い粒子捕獲と揮発性有機化合物(VOC)などの適切な有害ガスの中和のために提供される。   For example, the precursor phase is composed of a polymer precursor that forms polymer fibers in situ during phase separation on the surface of the substrate surface. The removal of the aqueous phase or solvent is then accomplished, for example, by evaporation, leaving well-defined voids of a particular size, shape and distribution between the polymer strands, which are interconnected in a wrinkle pattern Is done. An interconnected fiber network is formed. Fibers with defined micropores in the filter material can be coated by neutralizing the components to help capture and neutralize harmful substances. In one example, the fiber is heavily coated by component neutralization, which is provided for efficient particle capture and neutralization of appropriate noxious gases such as volatile organic compounds (VOCs). .

別の例において、前駆物質の相は、水溶液に溶解または温浸させたセルロース系ポリマーまたはタンパク質分解性ポリマーで、水溶液は、エマルジョン中で溶剤と混合し、これがプリント基板表面上の畝の部分に分離する。この例で、前駆物質の相は、溝の中に原位置で形成される。結果としてできる繊維では、溝のパターンが保たれ、どんなパターンでもよい。例えば、パターンとしては、網目、蜂の巣型、またはその他の二次元幾何学的図形がある。   In another example, the precursor phase is a cellulosic polymer or proteolytic polymer dissolved or digested in an aqueous solution, which is mixed with the solvent in the emulsion, which is in the ridges on the printed circuit board surface. To separate. In this example, the precursor phase is formed in situ in the groove. The resulting fiber retains the groove pattern and can be any pattern. For example, the pattern may be a mesh, a honeycomb, or other two-dimensional geometric figure.

一つの実施例において、前駆物質の相の水相または溶媒相からの分離は、プリント基板の表面にある畝や溝での材質の違いによるものではない。そうではなく、この分離は、畝の部分と溝の内部での材料間の温度差により発生するもので、これにより自発的な前駆物質の相の集合が促進される。この具体的な例において、先駆物質の供給は多相システムである必要さえない。例えば、プレポリマーまたはポリマーは、準安定性の溶液から比較的冷たい形状の周辺に形成され、比較的暖かい点に溶剤が豊富で安定した溶液が残るように選択することができる。こうして、シートフィルター材は非水溶性のポリマー溶液から形成することもできる。   In one embodiment, the separation of the precursor phase from the aqueous or solvent phase is not due to material differences in the ridges or grooves on the surface of the printed circuit board. Rather, this separation occurs due to the temperature difference between the material inside the ridge and the groove, which promotes spontaneous precursor phase assembly. In this particular example, the precursor supply need not even be a multiphase system. For example, the prepolymer or polymer can be selected to form from a metastable solution around a relatively cool shape, leaving a solvent-rich and stable solution at a relatively warm spot. Thus, the sheet filter material can also be formed from a water-insoluble polymer solution.

また別の方法として、プリント基板の表面には、畝も溝もない。そうではなく、表面は実質的に平坦で、プリント基板の表面に印刷されたパターンなどの異なる材質によるパターンで構成される。材質が異なると、エマルジョンまたは溶解との表面張力も異なり、これにより、前駆物質の相と水相または溶媒相との分離が起こる。この様に、繊維のパターンは、前記のとおりプリント基板からも形成できる。   As another method, there are no ridges or grooves on the surface of the printed circuit board. Instead, the surface is substantially flat and is composed of patterns of different materials such as patterns printed on the surface of the printed circuit board. Different materials have different surface tensions with the emulsion or dissolution, which causes separation of the precursor phase from the aqueous or solvent phase. As described above, the fiber pattern can also be formed from the printed circuit board.

さらに別の例において、前駆物質の相は、ベンジルアデニンとビスフェノール-A-ジアクリレートの混合物により可塑化したポリエチレンテラフタラートなどの、アクリル化した単量体/架橋剤/光重合開始剤に溶解したポリエステルで構成される。ローラー表面は、従来の基質プリンティング方法によりパターン化され、ローラー表面にあるパターンに従い、自発的に位相の移行と自己組織化が開始されるようにローラーが使用される。パターン化されたシートが形成され、それが、強力な紫外線源に露光され、それによってアクリル酸塩製剤が重合反応を起こし、ポリエステル繊維内部に相互に浸透する分子網が形成される。残留する水やその他の溶剤がある場合にそれを蒸発させると、強力に交叉結合し柔軟性のあるシートフィルター材に有機繊維が残る。   In yet another example, the precursor phase was dissolved in an acrylated monomer / crosslinker / photoinitiator such as polyethylene terephthalate plasticized with a mixture of benzyladenine and bisphenol-A-diacrylate. Composed of polyester. The roller surface is patterned by conventional substrate printing methods, and the roller is used so that phase transition and self-assembly are initiated spontaneously according to the pattern on the roller surface. A patterned sheet is formed, which is exposed to a strong UV source, thereby causing the acrylate formulation to undergo a polymerization reaction and to form a molecular network that penetrates each other within the polyester fibers. If any residual water or other solvent is evaporated, the organic fibers remain in the sheet filter material, which is strongly cross-linked and flexible.

ポリエステル繊維は、相互に浸透し合うアクリル系の網により、しっかりと定着し、これによって、ローラーによって形成された多孔性のパターンの安定性と永続性が確保される。こうして、シートフィルター材には、ローラー表面に供給されたパターンと有機ポリマーのストランドの厚みのみに基づき一定のサイズ、分布、間隔のある微細孔のパターンができる。ローラーのパターンには、フィルターリングの用途に合わせてサブミクロンのサイズから50ミクロンまでどんなパターンも持たせることができる。ストランドの厚みは、希釈剤または溶剤中の前駆物質の成分の量と前駆物質の成分の濃度で制御することができる。   The polyester fibers are firmly fixed by the interpenetrating acrylic network, thereby ensuring the stability and durability of the porous pattern formed by the rollers. In this way, the sheet filter material has a pattern of fine pores having a certain size, distribution, and spacing based only on the pattern supplied to the roller surface and the thickness of the organic polymer strand. The roller pattern can have any pattern from sub-micron sizes to 50 microns, depending on the filtering application. The thickness of the strands can be controlled by the amount of precursor components and the concentration of precursor components in the diluent or solvent.

別の例において、部分重合させたフルオロカーボン(過フッ化炭化水素)の水中懸濁液を、ポリ(テトラフルオロエチレン)のエンボスパターンを持つローラーの表面に接触させる。フルオロカーボン物質は、ポリ(テトラフルオロエチレン)パターン周辺に蓄積し、水(または水溶液)がローラー表面の金属酸化物の領域に残る。パターン化されたフルオロカーボンは、熱または光(紫外光など)を適用することで重合反作用により重合される。このプロセスでは、非常に緻密なレース様のフルオロカーボン フィルター材が形成される。   In another example, a partially polymerized fluorocarbon (fluorocarbon) suspension in water is contacted with the surface of a roller having an embossed pattern of poly (tetrafluoroethylene). The fluorocarbon material accumulates around the poly (tetrafluoroethylene) pattern, leaving water (or an aqueous solution) in the metal oxide area on the roller surface. The patterned fluorocarbon is polymerized by a polymerization reaction by applying heat or light (such as ultraviolet light). This process produces a very dense lace-like fluorocarbon filter material.

別の方法として、同じプロセスによりポリエステルまたはナイロンのシートが形成されるが、部分的に重合化された前駆物質(または、非活性ポリマーの混合物、さらには未反応もしくは部分的に反応した先駆物質などその他の前駆物質)が、ポリエステルまたはナイロンの形成に使用される点が異なる。ポリエステルとナイロンシートによって、レース様のフィルター材を形成することもできる。レース様の構造が形成されて重合が完了した後に、シートフィルター材を両方の垂直方向に同時に機械的に伸展させる。この伸展により、繊維が一様に引っ張られ、繊維質の直径が減少し、微細孔のサイズが大きくなる。この技法は、その他の先駆物質にも同様に適用できるが、これにより、繊維質の直径がサブミクロンのフィルター材の生産が可能となり、直径の大きめの繊維質と比較して捕獲の効率と圧力降下の性質の間の問題が改善される。   Alternatively, a polyester or nylon sheet is formed by the same process, but with a partially polymerized precursor (or a mixture of non-active polymers and even unreacted or partially reacted precursors, etc. Other precursors) differ in that they are used to form polyester or nylon. A lace-like filter material can also be formed from polyester and nylon sheets. After the lace-like structure is formed and the polymerization is complete, the sheet filter material is mechanically extended in both vertical directions simultaneously. This stretching causes the fibers to be pulled uniformly, reducing the fiber diameter and increasing the micropore size. This technique can be applied to other precursors as well, but this enables the production of filter materials with submicron fiber diameters, and capture efficiency and pressure compared to larger diameter fibers. Problems between the nature of the descent are improved.

また別の実施例において、複合的なプロセスで紡ぐ前の繊維が直接の成型およびインプリンティングと共に使用され、フィルター材が形成される。例えば、紡ぐ前の平行繊維を、平行な繊維質の移動方向に対して直角なエンボス加工した線のあるカレンダーに供給することができる。先駆物質を含む供給分が、エンボス加工入り表面と接触し、先駆物質材質のパターンを平行繊維上に形成する。先駆物質は、反応を起こし、紡ぐ前の繊維との組み合せでシートフィルター材を形成する。一例において、「縦糸」と「横糸」の間に広い空隙がある。つまり、原位置で形成された繊維と紡ぐ前の繊維である。新しい繊維は、紡ぐ前の繊維に付着し、ハイブリッドのフィルター材に強度を分け与える。さらに、重なった集中点により繊維は旋回ができ、材質に応じて十分な柔軟性が与えられる。上記と同様、新しい繊維は、多孔性または穴のないもの、合成または天然、単純な構造および複合構造などどれでもよい。新しい繊維には、コアシェルの幾何学があるが、これは少なくとも2相を持つ有機水溶性システムを使用するためで、どちらの相にもポリマーまたは先駆物質が含まれている。また、繊維のパターンには、紡ぐ前の繊維に沈着させた波状の線、湾曲した線、または連接的な線も含まれ、これは、キャスティングとインプリンティングのない従来の紡ぐ前の繊維を使用しては不可能である。   In yet another embodiment, fibers before spinning in a complex process are used with direct molding and imprinting to form a filter material. For example, unspun parallel fibers can be fed into a calendar with embossed lines perpendicular to the direction of parallel fiber travel. The feed containing the precursor contacts the embossed surface and forms a pattern of precursor material on the parallel fibers. The precursor reacts to form a sheet filter material in combination with the fibers before spinning. In one example, there is a wide gap between “warp” and “weft”. That is, the fiber formed in situ and the fiber before spinning. The new fibers adhere to the fibers before spinning and give strength to the hybrid filter material. Furthermore, the fibers can be swirled by the overlapping concentration points, and sufficient flexibility is given depending on the material. As above, the new fibers can be porous or non-porous, synthetic or natural, simple and composite structures. The new fiber has a core-shell geometry because it uses an organic water-soluble system with at least two phases, both of which contain a polymer or precursor. The fiber pattern also includes wavy lines, curved lines, or articulated lines deposited on the unspun fibers, which use traditional unspun fibers without casting and imprinting. It is impossible.

さらに別の実施例において、水溶性-有機-水溶性という複合的なエマルジョンを多孔質の糸の設計に使用できる。これらの多孔質の糸は空隙を取り囲むが、ストランド内部にも空隙を有し、これは例えば水との化学的親和性や表面張力によりストランド内部に形成される水の蒸発時に形成されるものである。一例として、こうした多孔性のポリマーストランドの製造には、親水性および疎水性の部分が使用される。   In yet another embodiment, a water-soluble-organic-water soluble composite emulsion can be used in the design of the porous yarn. These porous yarns surround the voids, but also have voids inside the strands, which are formed when the water formed inside the strands evaporates due to, for example, chemical affinity with water or surface tension. is there. As an example, the production of such porous polymer strands uses hydrophilic and hydrophobic moieties.

パターンは、本発明のプロセスを利用して生成することもでき、別の方法を利用してこれを低コストで大量生産のフィルター材で再現するのは困難または不可能である。例えば、シートフィルター材は、単分散の穴のサイズの少なくとも1つの領域を有して製造される。さらには、単分散の穴のサイズ、形状、および分布は、シートフィルター材の広い表面領域全体で一様であることが好ましい。穴のサイズが一様であると、従来の不均一なフィルター材と比較して、繊維質の量あたりのフィルター材の粒子捕獲の効率を非常に改善する能力がある。こうして、従来のフィルター材と比較して、本発明のシートフィルター材は、希望する粒子捕獲の効率に対して圧力降下が低くなるか、または希望の圧力降下に対して粒子捕獲の効率が高くなる。   The pattern can also be generated using the process of the present invention, which is difficult or impossible to reproduce using other methods with low cost, high volume production filter media. For example, the sheet filter material is manufactured with at least one region of monodisperse hole size. Furthermore, the size, shape and distribution of the monodispersed holes are preferably uniform over the large surface area of the sheet filter material. Uniform hole size has the ability to greatly improve the efficiency of particle capture of the filter material per amount of fiber compared to conventional non-uniform filter material. Thus, compared to conventional filter materials, the sheet filter material of the present invention has a lower pressure drop for the desired particle capture efficiency or a higher particle capture efficiency for the desired pressure drop. .

別の実施例において、親水性と疎水性の特性を持つ多くのポリマーの混合体を使用してシートフィルター材を2相または多相システムで形成することができる。ポリマー混合体としては、アモルファスまたは結晶ポリマー、ホモポリマーまたは架橋剤、反応性の成分(単量体、オリゴマー、架橋剤、その他)と混合した非活性ポリマー、ならびに粘性の反応性オリゴマーやマクロマーなどを混合することができる。例えば、繊維ネットワークの形成のための反応は、フリーラディカルまたは縮合の性質のものを利用できる。また、ポリマーやポリマー先駆物質は、合成または天然のどちらでもよい。合成ポリマーは、ポリオレフィンポリエステル、酢酸塩、アクリルおよびナイロンなどの炭化水素だけでなく、過フッ化炭化水素やシリコーンなども紡ぐことができる。   In another example, a sheet filter material can be formed in a two-phase or multi-phase system using a mixture of many polymers with hydrophilic and hydrophobic properties. Polymer blends include amorphous or crystalline polymers, homopolymers or crosslinkers, inactive polymers mixed with reactive components (monomers, oligomers, crosslinkers, etc.), and viscous reactive oligomers and macromers. Can be mixed. For example, the reaction for forming the fiber network can be free radical or of condensation nature. The polymer and polymer precursor may be either synthetic or natural. Synthetic polymers can spin not only hydrocarbons such as polyolefin polyesters, acetates, acrylics and nylons, but also fluorocarbons and silicones.

薄い多孔性のシートフィルター材の形成に機械的な手段を採用するとき、ポリマー/先駆物質システムとローラーとの間の界面特性は、羊毛のような構造を作るために利用できる。強力ではあるが一時的な粘着が供給物質と形状を形成する基質表面との間にある場合には、細い糸やひげをフィルターシートから引き出すこともできる。材料の粘弾性によって基質表面と供給物質の間の細いひもを破断させるまで、こうして多くの糸やひげを羊毛のように製造することができる。一例において、その後で硬化することで、この羊毛のように房を三次元構造で製造することができる。また、故意にすり減らして(つまり粗くして)多数のナノスケールまたは微視的な瑕疵のある基質表面によって、糸の形成を促進させることで、非常にきめの細かいシートフィルター材を製造できる。別の方法として、規則性が高く清潔なシートフィルター材は、瑕疵のない表面を作り、離型剤を用いて、基質の表面と供給物質との間の表面張力を低減することで確保される。   When employing mechanical means to form a thin porous sheet filter material, the interfacial properties between the polymer / precursor system and the roller can be exploited to create a wool-like structure. If there is strong but temporary adhesion between the feed material and the forming substrate surface, thin threads and whiskers can be pulled out of the filter sheet. Many yarns and whiskers can thus be made like wool until the viscoelasticity of the material breaks the thin string between the substrate surface and the supply substance. In one example, the tufts can then be cured to produce a three-dimensional structure like this wool. In addition, a very fine sheet filter material can be manufactured by promoting thread formation with a large number of nanoscale or microscopic wrinkled substrate surfaces deliberately worn (ie, roughened). Alternatively, a regular and clean sheet filter material is ensured by creating a wrinkle-free surface and using a release agent to reduce the surface tension between the substrate surface and the feed material. .

別の例において、対になった2つのローラーに、平行な溝がある。1つの組が最初のローラーの幅を横切るかたちであり、第二の組は第二のローラーの周辺部に入っている。前駆物質の成分が含まれる供給物質がニップ部に押し込まれるとき、交差した繊維質のパターンが生成される。一例において、線は、最初のローラーで幅全体、第二のローラーの周辺部にわたり連続的ではない。こうして、柔軟性の高いパターンが形成される。さらに、ローラー表面には、意図した溝の中の点を提供することもでき、その結果として隆起した点のあるシートフィルター材が生成され、触覚的な特性を向上させることができる。   In another example, two rollers in a pair have parallel grooves. One set is across the width of the first roller and the second set is in the periphery of the second roller. As the feed material containing the precursor components is pushed into the nip, a crossed fibrous pattern is generated. In one example, the line is not continuous across the width of the first roller and the periphery of the second roller. Thus, a highly flexible pattern is formed. In addition, the roller surface can be provided with points in the intended groove, resulting in a sheet filter material with raised points and improved tactile properties.

別の実施例において、溶解性フィルムなどの犠牲となる層またはキャリヤフィルムが使用される。パターンは、犠牲となる層またはキャリヤフィルムの片側または両側に、本発明の方法のどれかによりつけることができる。例えば、こうしたパターンは、多層でもよく、また犠牲となる層の反対側にあるパターン同士で、そこに既存の穴を形成することによるなど犠牲となる層により形成される「バイアス」の方法で、接続が形成されてもよい。シートフィルター材が形成された後で、犠牲となる層は溶かして、バイアスの場所に対応する特定の相互接続点でシートフィルター材間のみの相互接続を提供することもできる。こうして、複雑な三次元の幾何学が形成されるが、これは、従来のフィルター材を用いては不可能である。別の方法として、キャリヤフィルムは、フィルター材から単に剥がして再利用ができ、おそらく製造コストの削減が図れる。   In another embodiment, a sacrificial layer or carrier film such as a soluble film is used. The pattern can be applied to either the sacrificial layer or the carrier film on one or both sides by any of the methods of the present invention. For example, these patterns may be multi-layered, or “bias” methods formed by the sacrificial layer, such as by forming an existing hole in the pattern on the opposite side of the sacrificial layer, A connection may be formed. After the sheet filter material is formed, the sacrificial layer can be melted to provide an interconnection only between the sheet filter materials at specific interconnection points corresponding to the location of the bias. Thus, complex three-dimensional geometries are formed, which is not possible using conventional filter media. Alternatively, the carrier film can be simply peeled away from the filter material and reused, possibly reducing manufacturing costs.

別の実施例において、少なくとも1つの先駆物質が含まれる半固体フィルムを、エンボス加工を施して、相互のローラーの表面にそれによるパターンがあるローラーの組に押し付ける。例えば、線や穴などのパターンを半固体フィルムに穿孔して開口部を生成し、それを半固体フィルムを注意深く伸展することにより改善することもできる。次に、半固体フィルムの先駆物質に重合、加硫、結晶化または凝固などの処理をし、完全な個体のシートフィルター材を生成し、開口部は保持されたままである。例えば、半固体フィルムは、加熱のほか、紫外光、X線、マイクロ波、電子ビーム、またはガンマ線などを照射して、半固体フィルムを完全に反応させ、個体のシートフィルター材を形成することができる。   In another embodiment, a semi-solid film containing at least one precursor is embossed and pressed against a set of rollers with a pattern thereby on the surface of each other. For example, patterns such as lines and holes can be drilled in a semi-solid film to create an opening that can be improved by carefully stretching the semi-solid film. Next, the precursor of the semi-solid film is subjected to treatment such as polymerization, vulcanization, crystallization or solidification to produce a complete solid sheet filter material, with the openings remaining retained. For example, in addition to heating, a semi-solid film may be irradiated with ultraviolet light, X-rays, microwaves, electron beams, or gamma rays to completely react the semi-solid film to form a solid sheet filter material. it can.

「半固体フィルム」という用語は、せん断力のない状態やせん断力の小さい状態で膜の特性を示しながらも、せん断力の高い状態では降伏することをいう。こうして、半固体フィルムは、固体の膜として取り扱うこともできるが、ローラーの隆起した表面によって、簡単に穿孔することができる。一例においては、半固体フィルムは、106 dynes/cm2〜107 dynes/cm2の弾性率を有する。別の例において、ローラーは、比較的大きな力をかけることができ、弾性率の上限を、1010 dynes/cm2を上回らない値に増大させる。例えば、半固体フィルムの弾性率は、高分子量のポリマーと低分子量のポリマーを混合することで、オプションとして希釈剤、可塑化したポリマーや部分的に増大させた(溶剤により)ポリマーにより修正ができる。これらの構成物質の1つ以上は、ペンダント官能基のある非活性ポリマー(交差結合をする構成物質や薬剤により架橋反応をする可能性がある)など、他の物質と反応性があってもよい。また、希釈剤や可塑剤は、完全または部分的に重合反応または架橋反応のいずれかを起こし、相互に浸透する高分子網(IPN)を形成させることができる。半固体フィルムもまた、反応性オリゴマーまたはマクロマーまたはその混合物のほか、酸化防止剤、難燃剤、離型剤、フローエイド、生体活性薬剤、活性炭、ミクロフィブリル、その他の添加物、既存の天然・合成繊維などから構成しうる。 The term “semi-solid film” refers to yielding in a state of high shearing force while exhibiting film properties in a state of no shearing force or a state of low shearing force. Thus, the semi-solid film can be handled as a solid film, but can be easily perforated by the raised surface of the roller. In one example, the semi-solid film has a modulus of 10 6 dynes / cm 2 to 10 7 dynes / cm 2 . In another example, the roller can apply a relatively large force, increasing the upper modulus limit to a value not exceeding 10 10 dynes / cm 2 . For example, the elastic modulus of a semi-solid film can be modified by mixing diluents, plasticized polymers and partially increased (by solvent) polymers by mixing high and low molecular weight polymers. . One or more of these components may be reactive with other materials, such as non-active polymers with pendant functional groups (which may be cross-linked by cross-linking components or drugs) . In addition, the diluent or plasticizer can completely or partially undergo either a polymerization reaction or a crosslinking reaction to form a polymer network (IPN) that penetrates each other. Semi-solid films are also reactive oligomers or macromers or mixtures, as well as antioxidants, flame retardants, mold release agents, flow aids, bioactive agents, activated carbon, microfibrils, other additives, existing natural and synthetic It can be composed of fibers.

別の実施例において、半固体フィルムは、ローラーによって機械的に穿孔する必要はない。そのかわり、膜の先駆物質を処理する前に、不透明な領域に半固体フィルムの片側または両側表面に沈着させて、紫外光を照射するなどにより膜を凝固化させることができる。次に、凝固化されていない不透明な領域を優先的に溶かし、シートフィルター材に穴を開けることができる。標準的な写真平板と同様に、マスクを使用して不透明な領域を得ることができる。マスクは、マイラフィルムでパターン付きの金属を覆うことで準備することができる。次にパターン付きのマイラフィルムにより、半固体フィルムに放射線を照射する間に、半固体フィルム上に影の部分ができる。例えば、コンベア上を移動中に、放射線源により、半固体フィルムのマスクのない部分が凝固化できる。別の方法として、迅速なレーザースキャニングは、半固体フィルムにパターンを生成するための別の方法である。   In another embodiment, the semi-solid film need not be mechanically perforated by a roller. Instead, the membrane can be solidified by depositing it on one or both surfaces of a semi-solid film in an opaque area and irradiating it with ultraviolet light, etc., before processing the membrane precursor. Next, the non-solidified opaque region can be preferentially melted to make a hole in the sheet filter material. As with standard photographic plates, a mask can be used to obtain opaque areas. The mask can be prepared by covering a patterned metal with a mylar film. The patterned mylar film then creates shadows on the semi-solid film while irradiating the semi-solid film with radiation. For example, while moving on a conveyor, the radiation source can solidify the unsolidified portion of the semi-solid film. Alternatively, rapid laser scanning is another method for generating a pattern in a semi-solid film.

別の実施例において、半固体フィルムは、独立的に開発してもよく、または半固体フィルムは多層ろ過材のうちの1つ以上の層でもよい。例えば、多層膜は、同時進行的または順次に反対側を照射することができる。層のうち一つが半固体フィルムである場合には、任意の基質の場合と同様に、他の層はその上に沈着させることができる。例えば、中央の半固体フィルムは、片側または両側を液状の先駆物質で覆い、積層化した開いたフィルター構造とするが、各層を独立的に形成するのに必要な手順よりも少ない手順で形成できる。一つの実施例において、穴のサイズは、多層膜の片方の側がもう一方よりも大きくなる。こうして、多層フィルターの最初の表面にある層の穴のサイズが最も大きく、反対側の表面にある層が最も小さくなる。中間の層の穴のサイズは、最初の表面から反対側の表面へと順に最大から最小の間で変化し、これは、最も大きな粒子をまず最初にろ過することができる進行性のミニふるいとして使用できる。こうした多層フィルターには、実質的に位置の揃った微細孔がある場合と、気流経路の蛇行性を高めるために、次の層とはズレのある微細孔がある場合とがある。経路が蛇行することで、粒子捕獲の効率が高まることが考えられるが、フィルター全体での圧力降下も大きくなる。具体的な用途にとって最適の配列の決定は、この分野において通常の技能の範囲内にある。   In another example, the semi-solid film may be developed independently, or the semi-solid film may be one or more layers of a multilayer filter media. For example, the multilayer film can be irradiated on the opposite side simultaneously or sequentially. If one of the layers is a semi-solid film, the other layers can be deposited thereon as with any substrate. For example, the central semi-solid film can be formed in fewer steps than necessary to form each layer independently, with one or both sides covered with a liquid precursor to form a laminated open filter structure. . In one embodiment, the hole size is larger on one side of the multilayer than the other. Thus, the size of the hole in the layer on the first surface of the multilayer filter is the largest and the layer on the opposite surface is the smallest. The size of the hole in the middle layer varies from maximum to minimum in order from the first surface to the opposite surface, which is a progressive mini-sieve that can filter the largest particles first. Can be used. In such a multilayer filter, there are cases where there are micropores that are substantially aligned, and cases where there are micropores that are displaced from the next layer in order to improve the meandering property of the air flow path. The path meandering may increase particle capture efficiency, but also increases the pressure drop across the filter. The determination of the optimal sequence for a particular application is within the ordinary skill in the art.

また別の方法において、繊維質の先駆物質のパターンを、平坦な表面または湾曲した表面などの表面に沈着させるためにインクジェット印刷を使用する。一つの実施例において、複数のノズルを同時進行的に採用して、表面上に前駆の成分を迅速に沈着させる。考えられるいかなるパターンもこの方法で印刷でき、異なるノズルで、反応性・非反応性を問わず異なる先駆物質を沈着させることができる。さらに、この方法では、熱、光または触媒の添加などの使用により先駆物質を硬化させ、インクジェット印刷中や、インクジェット印刷の完了後に先駆物質の融合、重合化、さらなる重合化ができる。一つの実施例において、表面はノンスティック表面で、硬化したシートフィルター材は、表面からシートフィルター材を単に剥ぎ取るだけで取り外せる。例えば、テフロン(登録商標)(Teflon)表面、つまり、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはノンスティック コーティングで覆った基質を使用することもできる。   In another method, inkjet printing is used to deposit a pattern of fibrous precursor on a surface, such as a flat or curved surface. In one embodiment, multiple nozzles are employed simultaneously to rapidly deposit the precursor component on the surface. Any conceivable pattern can be printed in this way, and different precursors can be deposited with different nozzles, both reactive and non-reactive. Furthermore, in this method, the precursor can be cured by the use of heat, light or the addition of a catalyst, and the precursor can be fused, polymerized, and further polymerized during or after ink jet printing. In one embodiment, the surface is a non-stick surface and the cured sheet filter material can be removed by simply peeling the sheet filter material from the surface. For example, a Teflon surface, ie, a substrate covered with polytetrafluoroethylene (PTFE) or a non-stick coating can be used.

別の実施例において、ノズルは、振動したり、あらかじめ定めたとおりのパターンで移動し、繊維質材料を連続的にノズルから噴出させ、表面にパターンを沈着させる。例えば、パターンでは、ストランドが別のストランドを越えるようにさせて、ストランド同士を融合させることもできる。別の方法として、ストランドは、線を沈着させてから、ストランドの下のテーブルを回転させることもでき、また2回目の通過時には、第二の線のパターンが最初の線のパターンに交差するようにできる。その後、ストランドは、熱を用いて、または光重合による架橋反応など何らかの方法で、融合することができる。別の方法として、プロセスは、コンベアベルトを使用して一つの組のノズルから次の組のノズルへと沈着表面を移動させ、連続的なプロセスとすることもできる。異なる先駆物質材質を異なるノズルにより何層か(隣接しない層)に沈着させ、まとめて融合させることもできる。一例として、十字に交差した接続点は、いくつかの繋がる接続点とその他の繋がらない点とともに、二次元のシートフィルターが三次元に延長されることにより、三次元構造が形成されるようになる。この方法を用いてノズルにより沈着させた複数の層のあるフィルター材の交互の層の間で一定の点を選択的に融合することにより、非常に複雑な二次元および三次元のパターンが形成される。   In another embodiment, the nozzle vibrates or moves in a predetermined pattern, causing the fibrous material to be continuously ejected from the nozzle, depositing the pattern on the surface. For example, in a pattern, the strands can be fused together by letting one strand cross over another strand. Alternatively, the strand can deposit the line and then rotate the table under the strand, so that on the second pass, the second line pattern intersects the first line pattern. Can be. The strands can then be fused using heat or in some way, such as a crosslinking reaction by photopolymerization. Alternatively, the process can be a continuous process using a conveyor belt to move the deposition surface from one set of nozzles to the next. Different precursor materials can be deposited in several layers (non-adjacent layers) with different nozzles and merged together. As an example, the connection points crossing the cross, together with some connected points and other unconnected points, a three-dimensional structure is formed by extending a two-dimensional sheet filter in three dimensions. . By using this method to selectively fuse certain points between alternating layers of filter material with multiple layers deposited by a nozzle, very complex two- and three-dimensional patterns are formed. The

別の方法において、先駆物質を表面に沈着させるためにレーザー印刷技術を使用し、その後で重合化する。先駆物質は、プレートやローラーを使用して沈着し、静電気をトナーに与え、パターンを形成した後、移動表面に移動させる。トナーパターには、先駆物質を含めることや、先駆物質を以前に関連のあったパターンに形成するために使用することができる。   In another method, laser printing techniques are used to deposit the precursor on the surface, followed by polymerization. The precursor is deposited using a plate or roller, imparts static electricity to the toner, forms a pattern, and then moves to the moving surface. The toner putter can include a precursor and can be used to form the precursor into a previously related pattern.

また別の実施例において、供給物質には、膨張剤または発泡剤を含めることもできる。従来型の任意の膨張剤または発泡剤を繊維事態に組み込むことができる。レース様の構造がいったん形成されたら、繊維質のストランドを伸展させて、中空の繊維、多孔性の繊維、またはそれら2つの組み合せが生成される。   In yet another embodiment, the feed material can include a swelling or blowing agent. Any conventional swelling or blowing agent can be incorporated into the fiber situation. Once the lace-like structure is formed, the fibrous strands are stretched to produce hollow fibers, porous fibers, or a combination of the two.

本書で提示されている方法および先進のフィルター材により、特定の穴のサイズ、形状、分布を持ち、ランダムな向きの繊維の従来のフィルターに比較して圧力降下が低減され、捕獲効率が向上する高性能なマイクロフィルターやサブミクロンフィルターの生産ができる。また、ランダムな繊維の分布の従来のフィルターでは、同じレベルのフィルターリングを実現するには、より多くの材料を必要とし、フィルターコストが増大する。   The method and advanced filter material presented in this document have a specific hole size, shape and distribution, reduce pressure drop and improve capture efficiency compared to traditional filters with randomly oriented fibers High-performance microfilters and submicron filters can be produced. Also, a conventional filter with a random fiber distribution requires more material to achieve the same level of filtering and increases the filter cost.

1つ以上のこれらのフィルター材を中和する成分でコーティングすることもでき、有害な微粒子、エアロゾル、ガス、蒸気および病原体など1つ以上の有害物質を中和することができる。   One or more of these filter media can also be coated with a neutralizing component and can neutralize one or more harmful substances such as harmful particulates, aerosols, gases, vapors and pathogens.

本発明の先進フィルターは、HVAC、外科マスク、防護マスク、掃除機用集塵袋、ふるい、隔離、クリーンルーム、輸送および産業用途など、ありとあらゆるろ過システムでの使用ができる。   The advanced filter of the present invention can be used in a variety of filtration systems including HVAC, surgical masks, protective masks, vacuum cleaner dust bags, sieves, isolation, clean rooms, transportation and industrial applications.

シートフィルター材を形成するために使用できるすべての組み合せをリストすることは不可能である。本発明は、特定の実施例とその例に関連して説明したが、その他数多くの変形や修正およびその他の用途は、この技術分野の熟練者にとっては明らかである。それらは、請求した発明の範囲内に含まれることが意図される。よって、本発明は、本書にある具体的な開示内容には限定されず、発行された請求項によるものとすることが好ましい。   It is impossible to list all combinations that can be used to form a sheet filter material. Although the invention has been described with reference to particular embodiments and examples thereof, many other variations and modifications and other uses will be apparent to those skilled in the art. They are intended to be included within the scope of the claimed invention. Thus, the present invention is not limited to the specific disclosures contained herein, but is preferably according to the issued claims.

は、有害物質の化学式を示す。Indicates the chemical formula of the hazardous substance. は、有害物質の化学式を示す。Indicates the chemical formula of the hazardous substance. は、有害物質の化学式を示す。Indicates the chemical formula of the hazardous substance. は、有害物質の化学式を示す。Indicates the chemical formula of the hazardous substance. は、修復層によりコーティングが施されたファイバーを有する発明の実施例を図示する。Fig. 1 illustrates an embodiment of the invention having fibers coated with a repair layer. は、多数の毒性または有害物質の修復用広域スペクトルフィルターの一つの実施例を図示する。Illustrates one embodiment of a broad spectrum filter for the repair of a number of toxic or harmful substances. は、修復層のないフィルターファイバーを示す。Indicates a filter fiber without a repair layer. は、修復層でコーティングされたファイバーを図示し、カビ成長に適した温度および湿度で培養器に入れた後で、カビ胞子を含む溶液を塗布したものである。Shows a fiber coated with a repair layer, put in an incubator at a temperature and humidity suitable for mold growth, and then applied with a solution containing mold spores. は、図5を同様にコーティングをし培養した図4のファイバーを図示し、図5に図示した実施例に比較してかなりのカビ成長が見られる。FIG. 5 illustrates the fiber of FIG. 4 coated and cultured in the same manner as in FIG. 5, with significant mold growth compared to the embodiment illustrated in FIG. は、従来の技術によるフィルターの実際のファイバーを示す。Shows the actual fiber of the filter according to the prior art. は、粗いプレフィルター、粗いプレフィルターにコーティングをする中和する成分、およびシートフィルター材から構成されるフィルターを図示する。Fig. 2 illustrates a filter composed of a coarse prefilter, a neutralizing component that coats the coarse prefilter, and a sheet filter material. は、繊維包装の概念を図示するものである。機能性重合体の層をファイバーの表面上に配置して修復層を提供することを意味する。Fig. 2 illustrates the concept of fiber wrapping. It means that a layer of functional polymer is placed on the surface of the fiber to provide a repair layer. は、シートフィルター材の一実施例を図示する。Fig. 4 illustrates an embodiment of a sheet filter material. は、シートフィルター材の準備方法を示す。These show the preparation method of a sheet filter material. は、シートフィルター材の準備方法を示す。These show the preparation method of a sheet filter material. は、シートフィルター材の準備方法を示す。These show the preparation method of a sheet filter material.

Claims (20)

有害物質のフィルターリング用のフィルター材で、以下から構成されるもの。
相互に接続された繊維の網。
相互に接続された繊維の網によって、ランダムでなく人工的に作られた微細孔のサイズ分布を有する微細孔が定義されるもので、ここで、微細孔のサイズは50ミクロンを超えないもの。
Filter material for filtering harmful substances, consisting of:
Interconnected fiber mesh.
A network of interconnected fibers defines a micropore with a size distribution of artificial pores rather than random, where the micropore size does not exceed 50 microns.
請求項1のフィルター材で、ここで微細孔のサイズ分布が単分散であるもの。   2. The filter material according to claim 1, wherein the fine pore size distribution is monodisperse. 請求項1のフィルター材で、ここで相互に接続された繊維の網により、蜂の巣型の微細孔パターンが定義されるもの。   2. The filter material according to claim 1, wherein a honeycomb-shaped micropore pattern is defined by a network of fibers connected to each other. 請求項1のフィルター材で、ここで相互に接続された繊維の網により、矩形の微細孔パターンが定義されるもの。   2. The filter material according to claim 1, wherein a rectangular fine pore pattern is defined by a network of fibers connected to each other. 有害物質のフィルターリング用のフィルター材で、以下により構成されるもの。
相互に接続された繊維。
中和する成分で、ここで中和する成分により、相互に接続された繊維の網の少なくとも一つの部分が覆われるもの。
Filter material for filtering harmful substances, consisting of:
Interconnected fibers.
A neutralizing component that covers at least one portion of a network of interconnected fibers.
請求項5のフィルター材で、ここで、相互に接続された繊維の網が、実質的に中和する成分により覆われるもの。   6. The filter media of claim 5, wherein the interconnected fiber network is covered with a substantially neutralizing component. 請求項5のフィルター材で、ここで中和する成分が以下から構成されるもの。
主成分。
1つ以上の中和する物質。
6. The filter material according to claim 5, wherein the components to be neutralized are composed of the following.
The main component.
One or more neutralizing substances.
請求項7のフィルターで、ここで1つ以上の中和する物質が、酸性物質、塩基物質および酸化物質から成る群より選択されるもの。   8. The filter of claim 7, wherein the one or more neutralizing substances are selected from the group consisting of acidic substances, basic substances and oxidizing substances. 請求項7のフィルターで、ここで主成分に粘性の表面があるもの。   8. The filter of claim 7, wherein the main component has a viscous surface. 請求項7のフィルターで、ここで主成分は粘性の有機成分の薄い層であるもの。   8. A filter according to claim 7, wherein the main component is a thin layer of viscous organic components. 請求項7のフィルターで、ここで1つ以上の中和する成分が少なくとも1つの酸化剤から構成されるもの。   8. The filter of claim 7, wherein the one or more neutralizing components comprise at least one oxidant. 請求項11のフィルターで、ここで酸化剤が、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、過マンガン酸カリウムおよびその混合物などから成る群から選択されるもの。   12. The filter of claim 11, wherein the oxidant is selected from the group consisting of sodium hypochlorite, calcium hypochlorite, potassium permanganate and mixtures thereof. 請求項7のフィルターで、ここで1つ以上の中和する成分が、アクリル酸誘導体、スルホン酸誘導体、およびその混合物から成る酸性の複合体の群から選択されるもの。   8. The filter of claim 7, wherein the one or more neutralizing components are selected from the group of acidic complexes consisting of acrylic acid derivatives, sulfonic acid derivatives, and mixtures thereof. 請求項7のフィルターで、ここで、1つ以上の中和する成分が、ナトリウムアルコキシド、第三アミン、およびピリジンならびにその適合性のある混合物から成る塩基複合体の群から選択されるもの。   8. The filter of claim 7, wherein the one or more neutralizing components are selected from the group of base complexes consisting of sodium alkoxide, tertiary amine, and pyridine and compatible mixtures thereof. 請求項5のフィルターで、ここで、繊維が、ポリ(ビニルピロリドン)、ポリ(ビニルピリジン)、ポリ(アクリル酸) (遊離酸または塩)、ポリ(スチレンスルホン酸) (遊離酸または塩)、ポリ(エチレングリコール)、ポリ(ビニール アルコール)、ポリシロキサン、ポリアクリレート誘導体、カルボキシメチルセルロ−ス、またはその混合物や架橋剤などの高分子材料からできているもの。   6. The filter of claim 5, wherein the fibers are poly (vinyl pyrrolidone), poly (vinyl pyridine), poly (acrylic acid) (free acid or salt), poly (styrene sulfonic acid) (free acid or salt), Made of high molecular weight materials such as poly (ethylene glycol), poly (vinyl alcohol), polysiloxane, polyacrylate derivatives, carboxymethyl cellulose, or mixtures or crosslinkers. フィルター材を製造する方法で、以下の手順から構成されるもの。
先駆物質のエマルジョンまたは溶液を準備する手順。
基質にパターンをつける手順。ここでパターンは基質の表面に形成される。
基質を先駆物質のエマルジョンまたは溶液と接触させる手順で、基質の表面につけたパターンでエマルジョンまたは溶液から少なくとも1つの先駆物質が分離されるもの。
先駆物質を反応させる手順。これによってエマルジョンまたは溶液から分離され、シートフィルター材が形成される。
シートフィルター材を基質から外す手順。
A method of manufacturing a filter material that consists of the following procedures.
Procedure to prepare precursor emulsion or solution.
Procedure for patterning a substrate. Here, the pattern is formed on the surface of the substrate.
A procedure in which a substrate is brought into contact with a precursor emulsion or solution in which at least one precursor is separated from the emulsion or solution in a pattern applied to the surface of the substrate.
Procedure for reacting precursors. This separates from the emulsion or solution and forms a sheet filter material.
Procedure to remove the sheet filter material from the substrate.
請求項16の方法で、ここでパターン化の手順は、基質の表面での畝と溝の形成から構成される。   17. The method of claim 16, wherein the patterning procedure comprises the formation of wrinkles and grooves on the surface of the substrate. 請求項17の方法で、ここで分離が温度差によるもの。   18. The method of claim 17, wherein the separation is by temperature difference. 請求項16の方法で、ここで基質の表面が実質的に平坦で、パターン化の手順が、基質の表面に沈着される異なる材質により形成されるもの。   17. The method of claim 16, wherein the substrate surface is substantially flat and the patterning procedure is formed by different materials deposited on the substrate surface. 請求項16の方法で、ここで反応の手順には先駆物質に紫外線を照射して先駆物質を重合化する手順が含まれるもの。   17. The method of claim 16, wherein the reaction procedure includes a step of polymerizing the precursor by irradiating the precursor with ultraviolet light.
JP2006513389A 2003-04-28 2004-04-28 Advanced filtration equipment and filtration method Pending JP2006524569A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US46616003P 2003-04-28 2003-04-28
US54240904P 2004-02-05 2004-02-05
PCT/US2004/013070 WO2005023390A2 (en) 2003-04-28 2004-04-28 Advanced filtration devices and methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006524569A true JP2006524569A (en) 2006-11-02

Family

ID=34278317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006513389A Pending JP2006524569A (en) 2003-04-28 2004-04-28 Advanced filtration equipment and filtration method

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1628726A2 (en)
JP (1) JP2006524569A (en)
KR (1) KR20060021835A (en)
CN (1) CN101678252A (en)
CA (1) CA2524015A1 (en)
WO (1) WO2005023390A2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005305289A (en) * 2004-04-21 2005-11-04 Toray Ind Inc Chemical filter composed of nano fiber
JP2019525830A (en) * 2016-07-01 2019-09-12 マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングMAHLE International GmbH Filter medium, coating solution for coating the filter medium, and method for producing the filter medium

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101210910B (en) * 2006-12-31 2011-03-09 同方威视技术股份有限公司 Gas filtering buffering integrative device
JP7229023B2 (en) * 2019-01-24 2023-02-27 倉敷繊維加工株式会社 Method for Filtration of Chemical Solution Containing Carboxylic Acid Derivative

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4374814A (en) * 1981-04-28 1983-02-22 Pure Air, Inc. Method for removal of gaseous formaldehyde from the atmosphere
JPS58101721A (en) * 1981-12-11 1983-06-17 Toa Nenryo Kogyo Kk Filter
US6673136B2 (en) * 2000-09-05 2004-01-06 Donaldson Company, Inc. Air filtration arrangements having fluted media constructions and methods

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005305289A (en) * 2004-04-21 2005-11-04 Toray Ind Inc Chemical filter composed of nano fiber
JP4539153B2 (en) * 2004-04-21 2010-09-08 東レ株式会社 Chemical filter made of nanofiber
JP2019525830A (en) * 2016-07-01 2019-09-12 マーレ インターナショナル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングMAHLE International GmbH Filter medium, coating solution for coating the filter medium, and method for producing the filter medium

Also Published As

Publication number Publication date
EP1628726A2 (en) 2006-03-01
WO2005023390A2 (en) 2005-03-17
WO2005023390A3 (en) 2006-01-26
CN101678252A (en) 2010-03-24
CA2524015A1 (en) 2005-03-17
KR20060021835A (en) 2006-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20040250683A1 (en) Advanced filtration devices and methods
KR100505776B1 (en) Structured surface filtration media
JP5006346B2 (en) Webs containing fine fibers and reactive, adsorptive or absorbent particles
US6872241B2 (en) Anti-pathogenic air filtration media and air handling devices having protective capabilities against infectious airborne mircoorganisms
US8501644B2 (en) Activated protective fabric
Naragund et al. Electrospun nanofiber-based respiratory face masks—A review
US20240024809A1 (en) Porous Materials For Treating Contaminants
KR101991509B1 (en) Renewable air filter for cleaning fine dust and air pollution prevention device containing the same
JP2006524569A (en) Advanced filtration equipment and filtration method
WO2008140485A1 (en) Capillary-channeled polymer fibers modified for defense against chemical and biological contaminants
TWM605981U (en) Composite material formed with microporous film and antiviral non-woven fabric
WO2023196630A1 (en) Filtration media and filters
AU2021102031A4 (en) Air Filter Device Incorporating Anti-Microbial Filter Media
JP2000279505A (en) Deodorizing electret filter and manufacture thereof
MXPA05011629A (en) Advanced filtration devices and methods
JP2002035520A (en) Filter
JP2000153115A (en) Air cleaning filter
Russo et al. Electrospun membranes for air filtration
Bhattacharya et al. Electrospun Bio Nanofibers for Air Purification Applications
Abd‐Elhamid et al. Nanomaterials in Filtration
JP2022546450A (en) Multilayer filtration system and filter unit including the same
WO2023196635A1 (en) Filtration media incorporating nanoparticles and large linear density fibers
WO2023196643A1 (en) Systems and methods for retaining nanoparticles within fibrous material
WO2023196618A1 (en) Mechanical and electrostatic filter media
JPH0257332A (en) Felt laminate