JP2024511911A - 透明で再利用可能な超高分子量ポリエチレンナノポーラスエアフィルタ - Google Patents

Abstract

ふるい機構によって、極めて高いろ過効率及びサブミクロンの大気中粒子をブロックする能力を有するウイルス除去や小粒子の除去用の新たな超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）ナノポーラスフィルタが提供される。この新規のナノポーラスフィルタの利点は、可視光及び紫外線に対する極めて高い透過率、紫外線照射や単純な洗浄によるクリーニングや消毒後の再利用性、数ナノメートル～５００ナノメートルのカスタマイズ可能なふるい細孔サイズ、そして、ナノ又はマイクロスケールで、抗菌薬、殺ウイルス薬その他試薬や粒子を担持する能力を組み合わせることである。

Description

関連出願を相互参照
本出願は、２０２０年９月１７日出願の米国仮出願第６３／２０４，１７９号の優先権を主張するものであり、内容を参照することにより援用される。

本発明は、空気浄化フィルタの分野に関する。特に、本発明は、高いろ過効率、低い圧力損失、及び極めて高い光透過率を有する超軽量ナノポーラスポリマーエアフィルタに関する。

平均的に、人は、毎日、２万回以上呼吸し、１万リットルの空気を入れ換える。空気は、生命維持に欠かせないものである。しかしながら、大気汚染は、懸念される大気中のウイルスとともに、人類にとって大きな脅威となっている。大半が物理的ろ過や吸着によって行われる空気の浄化は、汚染された空気によって引き起こされる有害な影響に対処するのに十分に役立つものである。例えば、フェイスマスクや高効率粒子状空気（ＨＥＰＡ）フィルタといった多くのエアフィルタ製品は、空気浄化の点で望ましい能力を有している。だが、しかし、市販のエアろ過材料のいずれも光学的に透明ではない。

パケットらによる特許文献１には、通気開口部が穿孔された多層透明フィルムから形成されたパネルが開示されている。パケットは、通気細孔のない透明なフェイスマスクの着用（Wear）／感触（Feel）コメントとして「窒息（suffocation）」を挙げ、層間に隙間を有する複数の層を必要とし、さらに、使用される層が多いほど、マスクを通して視認性が悪くなることに言及している。

リュウらによる非特許文献１には、ＰＭ２．５粒子の＞９５．００％の除去率で～９０％の透明度、ＰＭ２．５粒子の＞９９．００％の除去率で～６０％の透明度、及びＰＭ２．５粒子の＞９９．９７％の除去率で～３０％の透明度である、透明の超薄フィルタが開示されている。リュウは、粒径に基づいて、ＰＭは、それぞれ２．５μｍ及び１０μｍ未満の粒径を有するＰＭ２．５及びＰＭ１０で分類されると述べている。ＰＭ２．５による汚染は、粒径が小さいために人の気管支や肺に浸透し得るので、特に有害である。このように、ＰＭ２．５への長期曝露は、罹病率や死亡率を増加させる。

カリスらによる特許文献２には、厚さが１０μｍより大きく２００μｍより小さい、平均細孔径が少なくとも０．５μｍである多層ポリエチレン膜が開示されている。

米国特許出願第２０１０／０２３９６２５号明細書 米国特許第８４６５５６５号明細書 米国特許出願公開第２０２００３６０８７０号明細書

Liu, C. et al. (Transparent air filter for high-efficiency PM2.5 capture. Nat. Commun. 6, 6205 (2015)) P. Li, et al. (Air filtration in the free molecular flow regime: A review of high-efficiency particulate air filters based on Carbon Nanotubes. Small. 10, 4553-4561 (2014) Chen, W. et al. (High-flux water desalination with interfacial salt sieving effect in nanoporous carbon composite membranes. Nat. Nanotechnol. 1-6 (2018). doi:10.1038/s41565-018-0067-5) Puckett, et al., Transparent Antimicrobial Face Mask. USPTO (2010). doi:10.1021/ed039p333 L. Z. Ismail, The Optical Absorption Coefficient of Amorphous Polyethylene in the Region 450-725 nm. Polym. Test. 7, 299-303 (1987)

一態様において、本発明は、商業的及び技術的に常識を破った進歩を示す光学的に透明なエアフィルタを提供することができる。他の態様において、本発明は、視覚が損なわれないこと、自然光の入り込み、及び流入空気の効率的なろ過を組み合わせた（例えば、ＨＥＰＡろ過と可視光の９０％を超える透過率を組み合わせた）透明なウィンドウスクリーンを提供することができる。他の態様において、本発明は、着用者の口、鼻、又は顔の視認性を改善することを可能にしながら、マスク着用者の流入及び流出呼吸を安全にろ過することによって、安全性、快適性、及び人的交流を改善することができる透明なフェイスマスクを提供することができる。視認性の改善は、視覚的手がかりの知覚の改善を可能にし、読唇を容易にすることによって、聴覚障害者にとっても有益である。

いくつかの実施形態において、本発明は、浮遊微粒子除去のための高いろ過効率（例えば、０．１ミクロン粒子に対して＞９９．９９５％）及び低い圧力損失（例えば、５．３ｃｍ／ｓの流速で約１００Ｐａ）を有する超透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタを作製する手順を提供することができる。さらに、特定の実施形態において、本発明は、極めて高い光透過率、機械的強度、洗浄及び／又はＵＶ消毒による再利用における十分な堅牢性を含む、格別の特性を示すナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタを提供する。本発明によるＵＨＭＷＰＥフィルタの一実施形態は、実用化に望ましい性能特性を示す透明フェイスマスクのための製品プロトタイプを製造するために使用されてきた。

本発明の実施形態は、１０００ナノメートル未満、あるいは増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、１００００、９０００、５０００、２０００、１１００、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、又は２０ナノメートル未満の、ナノフィルム厚さを有するナノポーラスナノフィルム（例えば、ＵＨＭＷＰＥフィルム）を提供する。フィルム厚さ（同様に、本発明による任意のフィルタ、構築物、積層体、又は組立体の厚さ）は、当技術分野で公知の技術（例えば、マイクロメーター、走査プローブ顕微鏡等による物理的接触／プローブによる単一点又は平均化多点測定、光透過率／吸光度、干渉計、エリプソメトリー、断面走査電子顕微鏡等の光学測定、ホール効果、容量計等の静電容量、マイクロバランス、ウルトラバランス等の計量方法、ＴＯＦ－ＳＩＭＳ、動的ＸＰＳ、ＸＲＦ等の分光測定又はその他機器）によって測定される。ＡＳＴＭ Ｅ２５２－０６等の国内、地域、又は国際規格を、本発明による実施形態の厚さを測定するために使用することができる。

本発明の実施形態は、５００ナノメートル未満、あるいは、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、４９５、４９０、４５０、４００、３００、２００、１００、８０、６０、４０、２０、１０、５、又は３ナノメートル未満の平均細孔径を有する細孔を含むナノポーラスナノフィルム（例えば、ＵＨＭＷＰＥフィルム）を提供する。あるいは、平均細孔径が、５００ナノメートルを超える、あるいは、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、４００、３００、２００、１００、８０、６０、４０、２０、１０、５、３、又は１ナノメートルを超えてもよい。平均細孔径は、増分、範囲、及び組み合わせを含む、約１０６ナノメートル、１０６ナノメートル未満、３ナノメートル～１１０ナノメートル、２０ナノメートル～４０ナノメートル、３９ナノメートル～５９．４ナノメートル、又は２０ナノメートル～６０ナノメートルであってもよい。細孔径は、当技術分野で公知の技術（例えば、物理的、光学的、静電容量、又はブルナウアー－エメット－テラー（ＢＥＴ）表面積分析部、水銀細孔計、走査型電子顕微鏡／透過型電子顕微鏡（ＳＥＭ／ＴＥＭ）画像解析等を含む他の機器を用いた単一点又は平均多点測定）によって測定することができる。異なる適用分野、技術、又は細分化市場（例えば、セラミックフィルタ、ファイバー状フィルタ、ポーラス膜、スポンジ状吸収性媒体、及び他の実施形態、又は個々の実施形態の様々な適用）における異なるフィルタ材料は、当技術分野で公知の異なる細孔径特徴基準を有していよく、それらの各々は、本発明の実施形態の厚さ又は他の特性を定量化又は識別するために適用されてよい。

本発明の実施形態は、０．１μｍ粒子について、９５％を超える、あるいは、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、９９．９％、９９．９５％、９９．９９％、９９．９９％、９９．９９５％、又は９９．９９９％を超える、、あるいは、０．０７５μｍ粒子について、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、９９．９％、９９．９５％、９９．９９％、９９．９９５％、又は９９．９９９％を超える、ろ過効率を有するナノポーラスナノフィルム（例えば、ＵＨＭＷＰＥフィルム）を提供する。

本発明の実施形態は、空気中の流速２０ｃｍ／秒で、あるいは、特定のガス組成（例えば、内燃機関の排気流中）において、あるいは、ほぼ大気状態（例えば、１５℃で、１気圧で）で、１０００Ｐａ未満、あるいは、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、９００、８００、７００、６００、５００、４００、３００、２００、又は１００Ｐａ未満、、あるいは、５．３ｃｍ／ｓの流速で、約２００Ｐａ、あるいは、増分、範囲を含み、及びそれらの組み合わせを含む、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０、又は１１０Ｐａ未満の圧力損失を示すナノポーラスナノフィルム（例えば、ＵＨＭＷＰＥフィルム）を提供する。

本発明の実施形態は、例えば、その内容が本明細書に援用されるＡＳＴＭ Ｄ１７４６（プラスチックシートの透明度の標準試験方法）に従って測定される、９０％を超える、あるいは、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、５０％、６０％、７０％、８０％、９５％、９６％、９７％、９８％、又は９９％を超える可視光透過率を示すナノポーラスナノフィルム（例えば、ＵＨＭＷＰＥフィルム）を提供する。このＡＳＴＭ規格は、（５４０ｎｍ～５６０ｎｍ）の光波長で試験することを必要とするが、本発明の範囲では、フルＵＶ－Ｖｉｓスペクトル（２００ｎｍ～１１００ｎｍ）で試験し、それに応じてフルスペクトル可視結果を報告することがさらに想定される。

本発明の実施形態は、１．５ＧＰａを超えるヤング率及び８００ＭＰａを超える引張強度、あるいは、１．５ＧＰａ～１０ＧＰａのヤング率及び８００ＭＰａ～１３００ＭＰａの引張強度（増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む）を示すナノポーラスナノフィルム（例えば、ＵＨＭＷＰＥフィルム）を提供する。ヤング率及び引張強度の測定は、当技術分野で一般に知られている方法によって測定される（例えば、その内容が本明細書に援用されるＡＳＴＭ Ｄ８８２、プラスチックシートの透明度の標準試験方法に従って）。

特定の実施形態では、複数の有利な特徴を組み合わせることができる。これらに限定されるものではないが、そのような実施形態は以下の特性のいずれか又は全てを有するエアフィルタを含むことができる。すなわち、０．１ミクロンの粒子について、９５％より高い、あるいは、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、９９％、９９．９５％、９９．９９％、又は９９．９９５％より高いろ過効率、５．３ｃｍ／ｓの流速で、約２００Ｐａ、あるいは、２００、１９０、１８０、１７０、１６０、１５０、１４０、１３０、１２０、又は１１０Ｐａより低い圧力損失、１．５ＧＰａより高いヤング率、８００ＭＰａより高い引張強度、及び９０％より高い可視光透過率、あるいは、本明細書に開示される個々のフィルタ特性の他の組み合わせも提供される。

本発明の実施形態は、積層ナノフィルム構築物を提供する方法を提供するものであり、１０００ナノメートル未満、あるいは、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、１００００、９０００、５０００、２０００、１１００、８００、７００、５００、４００、３００、２００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０又は２０ナノメートル未満のフィルム厚さを有する、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）を含むフィルムを提供し、フィルムを第１の方向に連続的に延伸して、フィルムに予備細孔構造を形成し、その後、フィルムを、細孔のトポロジーを操作するために選択された第２の方向に延伸し、又は、フィルムを同時二軸延伸するものであって、連続的及び同時二軸延伸によって、フィルムに三角形の細孔構造を形成することができ、三角形の細孔構造は、ナノファイバーにより境界が定められた（bound）三角形の細孔を含み、三角形の細孔は、１００ナノメートル未満の平均細孔径を有するものであり、延伸後、ナノフィルムを熱アニールし、１つ以上のナノ粒子をナノフィルム構築物（construct）にグラフトし、フィルムをバッキング材料に積層して積層ナノフィルム構築物を形成する。三角形の細孔構造の１つ以上の細孔は、フィルムの構造的完全性に寄与するドローネ特徴を含んでいてもよい。１つ以上のナノ粒子をナノフィルム構築物にグラフトするステップは、蒸着(deposition)、スピンコーティング、ディップコーティング、鋳造、スプレーコーティング、スパッタリング、又はプラズマエッチングのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。１つ以上のナノ粒子は、構築物から除去可能、部分的に除去可能、又は除去不可能であってよく、１つ以上のナノ粒子は、銀ナノ粒子、白金族金属、又はペロブスカイトの１つ以上を含んでいてもよい。１つ以上のナノ粒子はまた、１００ナノメートル未満のサイズを有する粒子を含んでもよい。ナノフィルム構築物に１つ以上のナノ粒子をグラフトするステップはまた、１２０℃未満で起こる化学反応を含む溶液ベースの表面合成プロセスを含んでいてもよい。バッキング材料上にフィルムを積層するステップは、いくつかの実施形態において、ナノフィルムとバッキング材料との間にファンデルワールス力を確立することによって達成される。ファンデルワールス力を確立するための方法は、超音波接合又は音波溶接を含む（例えば、音波溶接は、溶液でフィルムとバッキング材料との間の隙間を充填することを含み、溶液は１つ以上の揮発性又は不揮発性溶媒（例えば、エタノール、アセトン、又は他の公知の溶剤）であり、フィルムとバッキング材料との間の改善された接触を与えるために溶媒を乾燥させる）。

本発明の実施形態は、フィルム中に三角形の細孔構造を有するフィルムを提供し、三角形の細孔構造は、ナノファイバーによって境界が定められた三角形の細孔を含み、三角形の細孔は、三角形の細孔の２Ｄ表現上の内接円の直径によって測定可能な平均細孔径を有する（例えば、図１のいずれかの画像における３つの白色ファイバー線の間の内接円）。本発明の実施形態による三角形の細孔は、幾何学的三角形によって、あるいは、１つ以上の側（例えば、ＵＨＭＷＰＥファイバー）は完全に直線ではないが、（例えば、図１に示されるように）湾曲した、曲線の、不規則な、又は屈曲したトポロジーを示してもよい近似的三角形によって境界が定められてもよい。加えて、個々の三角形の角部は、ファイバー間の様々なレベルの丸み、ネッキング、又は重なりを示してもよい。異なるサイズの三角形は、互いに重なり合ってもよく、又は互いに係合してもよい。倍率を選択して、所望の平均細孔径、又は実施形態における個々の細孔径、公称細孔径、若しくは細孔径の分布の測定をサポートしてもよい（例えば、限定されるものではないが、図１に示される２０，０００Ｘ及び５０，０００Ｘ倍率を含む）。１つ以上の細孔の周囲の隣接する、接続する、重なる、又は近接するファイバーは、同様、同一又は異なるサイズであってよい（例えば、図１に示すように）。

フィルムが２つの方向（例えば、第１の方向及び第２の方向）に延伸される実施形態において、これらの２つの方向は、互いに垂直（例えば、９０度の角度、あるいは、ほぼ垂直又は約９０度）であってもよく、又は他の方向に対してある角度であってもよい。２つの方向の間の適切な角度は、増分、範囲を含み、及びそれらの組み合わせを含む、１７５、１７０、１６０、１５０、１４０、１３５、１３０、１２０、１１０、１００、９５、９４、９３、９２、９１、９０、８９、８８、８７、８６、８５、８０、７０、６０、５０、４０、４５、４０、３０、２０、１０及び５度を含む。２つの方向の間の特定の角度は、細孔構造全体又は個々の細孔のトポロジーに影響を及ぼすように有利に選択することができる。本明細書では２つの方向が例示されるが、追加の方向（例えば、第１及び第２の方向と同じ又は異なる方向）への材料の追加の引張り（例えば、同時又は順次引張り）も、細孔構造全体又は個々の細孔のトポロジーに影響を及ぼすように有利に使用してもよいものと想定される。

本発明の実施形態によれば、特定の温度で熱アニールすることにより、ナノフィルムの安定化に役立つ（例えば、内部歪み又は力を解放及び／又は低減する）。適切なアニール温度としては、増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、及び１６０℃を含んでもよい。アニールは、延伸前、延伸中、又は延伸後に行うことができる。アニール時間及び他のプロセスパラメータは当技術分野で公知のものを含み、例えば、約３０秒～約３０分、例えば、３０秒未満、３０、４５、６０、９０若しくは１２０秒未満、１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５若しくは３０分、又は３０分超（増分、範囲、及びそれらの組み合わせを含む）を含む。

本発明の実施形態は、高いろ過効率、低い圧力損失、及び極めて高い光透過率を有する超軽量ナノポーラスポリマーエアフィルタを提供する。フィルタは、２０ナノメートル～４０ナノメートルの厚さと、３ナノメートル～３００ナノメートル、あるいは３ナノメートル～１１０ナノメートル、あるいは３ナノメートル～２００ナノメートルの細孔径を有する複数のほぼ三角形の細孔と、１．５ＧＰａを超えるヤング率と、を有する超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）ナノフィルム活性層を含む積層構造体（laminated structure）を備えることができる。特定の実施形態はまた、バッキング材料又はポーラス支持層を含んでいてもよい。さらなる実施形態はまた、抗菌添加剤、反応のための試薬担体、又はガス処理のための触媒のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。

本発明の実施形態は、空気から汚染物質を除去して空気品質を改善するための透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタを提供し、このフィルタは、ＵＨＭＷＰＥナノフィルム活性層と、バッキング材料と、１つ以上の抗菌添加剤と、ポーラス支持層とを含んでいる。さらなる実施形態はまた、いくつかの反応試薬のための１つ以上の担体、又はガス処理のための触媒を含んでいてもよい。

本発明のいくつかの実施形態は、例として示され、添付の図によって限定されるものではない。図中、同じ参照番号は、同じ要素を示す。

本発明の特定の実施形態による、ＵＨＭＷＰＥ二軸配向ナノポーラス膜の表面形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。 従来のＨＥＰＡフィルタにおいて観察される特定の粒子堆積機構、及び本発明の特定の実施形態に従って観察されるふるい効果のタイプを示す。 本発明の特定の実施形態による透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの引張応力－歪み曲線を示す。 本発明の特定の実施形態による透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの光透過率スペクトルを示す。 本発明の特定の実施形態による透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの式（３）と一致する光透過率測定データを示す。 ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の透明フェイスシールドの市販の例と比較した、本発明の特定の実施形態による透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの防曇特性を示す。 本発明の一実施形態による、透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタを使用するフェイスマスクのプロトタイプを示す。

本発明の一態様は、例えば、それぞれの全体が参照により本明細書に援用される（ａ）ＢＳ ＥＮ １４９：２００１＋Ａ１：２００９（呼吸保護デバイス－粒子から保護するためのフィルタハーフマスク－要件、試験、マーキング）、（ｂ）中国国家規格ＧＢ／Ｔ ６１６５－２００８（高効率粒子状エアフィルタの性能の試験方法－効率及び抵抗）、又は（ｃ）ＡＳＴＭ Ｆ１４７１（高効率粒子状エアフィルタシステムの空気清浄性能の標準試験方法）のうちの１つ以上に従って測定される、高いろ過効率（１００ｎｍ ＮａＣｌエアロゾル粒子に対して＞９５％）同様に低い圧力損失（５．３ｃｍ／ｓで～２００Ｐａ）を有する高透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタを提供する。

本発明の他の態様は、その全体が参照により本明細書に援用される特許文献３に開示されている方法で、ＵＨＭＷＰＥ膜を製造することを提供するものであり、厚さが０．１μｍ未満のフィルムが形成される。本発明の特定の実施形態によれば、フィルタは図１に示されるように、約１００ｎｍの平均細孔径を有していてよい。理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、図２に示されるようなブラウン拡散、慣性衝突、重力沈降、又は静電堆積（electrostatic deposition）を含む既知のろ過機構に加えて、本発明の特定の実施形態が、その全体が参照により本明細書に援用される、Ｚｈａｎｇ、２０１６に記載されるような、ふるい効果を介して粒子を捕捉するＵＨＭＷＰＥエアフィルタを提供し得ると仮定する。同じく理論に拘束されるものではないが、（１）大粒子（粒径＞１０μｍ）は、重力沈降及びふるい効果によって主に影響を受ける可能性がある、（２）中粒子（１μｍ＜粒径＜１０μｍ）は、慣性衝突及びふるい効果によって主に影響を受ける可能性がある、（３）小粒子（０．３μｍ＜粒径＜１μｍ）は、遮断及びふるい効果によって主に影響を受ける可能性がある、超微粒子（０．０５μｍ＜粒径＜０．３μｍ）は、ブラウン拡散及びふるい効果によって主に影響を受ける可能性がある等、粒径が変化する際、粒子の捕捉機構は変化すると考えられる。

従来のファイバー状フィルタでは、フィルタでの圧力損失は、通過する空気の流れに対する各ファイバーの抵抗の複合効果によって引き起こされる。圧力損失は、全てのファイバーに対する全抗力によるものである。その全体が参照により本明細書に援用される非特許文献２に論じられているように、従来のエアフィルタでの圧力損失は、下式を用いて推定することができる。

対照的に、物理的ふるい機構を利用するエアフィルタについては、その全体が参照により本明細書に援用される非特許文献３に論じられているように、フィルタでの圧力損失は、クヌーセン拡散方程式を用いて予測できる。

式（１）及び（２）において、それぞれ、νは空気速度であり、ηは空気粘度であり、δはフィルタ厚さであり、Ｃ_１、Ｃ_２は、それぞれのフィルタ形状に関連する定数であり、ｄ_ｆは、従来のフィルタのファイバー直径であり、ｒはナノフィルタの細孔半径である。

式（１）と（２）を比較すると、Ｃ_１は無次元定数であり、Ｃ_２はｋｇ／ｍ²・ｓの単位で表されてもよく、η及びνは、液体及び流れ状態に依存し、比較のために２つの式について定数で保持されてもよい。Ｃ_１の典型的な数値は０．０３～３０であってもよく、一方、Ｃ_２は、典型的には常温の空気に対して凡そ１０００ｋｇ／ｍ²・ｓ～２０００ｋｇ／ｍ²・ｓである。これらの値は、膜構造により異なってもよい。ｄ_ｆの典型的な値は１μｍ～１００μｍであり、ｒの典型的な値は５０ｎｍ～５００ｎｍであってもよい。従来のフィルタにおけるフィルタ厚さδの典型的な値は、５μｍ～１００μｍであってもよい。本発明の特定の実施形態において、フィルタ厚さδの典型的な値は、１５ｎｍ～５００ｎｍであってもよい。

限定されるものではない例として、本発明に従って製造された特定のプロトタイプの実施形態は、２０ｎｍ～５０ｎｍの厚さ及び１００ｎｍ～２００ｎｍの細孔径を有することが見出された。式（２）によれば、吸気流量を０．０５ｍ／ｓとすると、圧力は４０Ｐａ～１８０Ｐａである。本発明の対応する実施形態について測定された実際の圧力損失は、２０ｎｍの厚さのフィルタについては約３５Ｐａであり、５０ｎｍの厚さのエアフィルタについては１５０Ｐａであった。

比較のために、他のＵＨＭＷＰＥ材料（例えば、特許文献２に記載されているもの）の典型的なフィルタ厚さは、２０μｍを超え、これは本発明の特定の実施形態よりも１０，０００倍厚く、それに対応して、式（２）からの圧力損失の大きな増加となる。

また、比較のために、従来のエアフィルタでは、フィルタの厚さは約０．１５ｍｍであり、ファイバー直径は約２０μｍである。従って、式（１）によれば、計算された圧力損失は、０．０５６Ｐａ～５６．２５Ｐａの範囲内である。実際に測定された圧力損失は、典型的には市販の従来のフェイスマスク（本発明の実施形態と同様には、ろ過せず、機能しないことがある）に対して５Ｐａから２５Ｐａの範囲と見出される。

ろ過効率の改善及び圧力低下の低減とは別に、光透過率の増加は、本発明の他の利点である。その内容が本明細書に援用される非特許文献４に論じられているように、エアフィルタでの光減衰は、ランベルトベールの法則によってシミュレートすることができる。

式（３）において、Ａは材料の吸光度であり、εは物質の吸収率と呼ばれ、ｌは光路の長さであり、ｃはポリエチレンのモル濃度である。透過率Ｔは、入射強度Ｉ₀に対する透過強度Ｉの比率として定義され、０～１の間の値をとり、又は透過率百分率としても表すこともできる。吸光度は、透過率に対して対数関係を有し、０の吸光度は１００％の透過率に対応し、１の吸光度は、１０％の透過率に対応する。

本発明の特定の実施形態において、光透過率（Ｔ％）は、５００ｎｍの波長で９５％より高くてもよい。光路ｌは、１００ｎｍ以内である実施形態のフィルム厚さを指す。ここで、ｃは材料のモル濃度を指し、同一組成（例えば、ポリエチレンテレフタレート）を有するフィルタについて一定に保たれる。

比較のために、ＰＥＴプラスチックシートの光透過率（Ｔ％）は、５００ｎｍの波長で約８５％である。ｌはフィルム厚さを指す光路であり、典型的には０．０５ｍｍ以内である。

ポリエチレンの光吸収率は可視光領域で約１０３ｃｍ^-1である（例えば、その全体が参照により本明細書に援用される非特許文献５参照）。具体的には、要約を引用すると、「アモルファスポリエチレンシートの光学吸収係数を、モノモードリング色素レーザを使用して、４５０～７２５ｎｍの波長範囲で測定した。入射レーザ出力は１００ｍＷであり、使用された単一シート厚さは０．０３９ｍｍであった。吸収係数の測定値は１０３．８５ｃｍ?１であり、使用する波長域でほぼ一定であった。」とある。

フィルムが薄ければ薄いほど、光透過率は高くなる。開示されたフィルタの厚さが１０ｎｍ～２００ｎｍの範囲内である場合、非常に良好な線形性となる。この式は、より厚いフィルタにおける内部散乱が非線形効果を与えるので、フィルタが極端に薄い場合に有効であり、より厚いフィルタにおけるこの式から定性的予測のみを推論することができる。

上式及び考察に見られるように、より薄いフィルタは、より低い圧力損失及びより高い光透過率を提供し得る。しかしながら、薄いフィルタの脆弱性又は不十分な機械的特性は、透明超薄フィルムフィルタ（例えば、エアフィルタ又は換気マスク）の特定の用途のための制限要因である。本発明の特定の実施形態の有利な特徴は、機械的堅牢性である。自立型膜は、その厚さが１００ｎｍ未満であっても、自立型エアフィルタとして作用するのに十分に堅牢である。ナノファイバーフィルタの堅牢性は、その全体が参照により本明細書に援用される特許文献１に論じられているように、フィルタの完全性（integrity）を維持する能力として定義することができる。

ここで図面を参照する。図１は、本発明の特定の実施形態による、ＵＨＭＷＰＥ二軸配向ナノポーラス膜の表面形態の２つの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。上側の画像は２０，０００倍であり、下側の画像は５０，０００倍である。下側の画像における画像スケールから、約１００ｎｍの平均細孔径が、この膜の領域において観察又は測定され得る。

図２は、上部パネルにおける従来のＨＥＰＡフィルタにおいて観察される特定の粒子堆積機構と、下部パネルにおける本発明の特定の実施形態に従って観察されるふるい効果とを示す。ふるい効果は、サイズ排他的機構に基づく。０．１μｍの超微粒子をろ過して除去するために、フィルタの細孔径は粒径よりも小さくなければならない（例えば、０．１μｍ未満）。商業用エアフィルタ材料は、数ミクロンの範囲の細孔径を有することが多いので、商業用エアフィルタがふるい効果によってより小さい粒子（例えば、サブミクロン粒子）をろ過して除去することは不可能である。

図３は、本発明の実施形態による、１００ｎｍ未満の厚さの透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの特定の引張応力－歪み曲線を示す。５ｍｍ×８ｍｍ（厚さ５９．４ｎｍ）のベタフィルム厚さ及び横方向寸法を有するフィルムサンプルを使用した。全ての応力・歪み試験は、周囲条件下で０．００１秒^－１の一定のヘンキーひずみ速度で行った。第１の方向応力－歪み曲線と第２の方向応力－歪み曲線間の差は、フィルムが連続的に二軸延伸されるプロセスに起因する。このチャートにおいて、第１の方向とは、材料の第１の延伸に沿った方向を意味し、第２方向とは、第２の延伸に沿った方向を意味し、この実施形態においては第１の方向に対して垂直であったが、他の実施形態においては、異なる方向に取ることができる。引張試験結果によれば、フィルタのヤング率は、第２の方向で１０ＧＰａ以上、第１の方向で２ＧＰａ以上の平均値を示し、引張り強度は第２の方向で１３００ＭＰａ以上（３０４ステンレス鋼の３倍）、第１の方向で８００ＭＰａ以上の平均値を示し、サンプル第１の方向＿３は、１０００ＭＰａ以上に達した。データは、５９ｎｍの厚さを有するサンプルの３つの試験を表す。第１の方向と第２の方向は同片からである。

本発明によるフィルタは、ステンレス鋼３０４の比引張り強度よりも数倍（例えば、３倍、あるいは３倍超、あるいは５倍超、あるいは１０倍超、あるいは２０倍超）高い比引張り強度を有することができる。これは、フィルムに、超薄フィルムの強い耐荷重性を与える。

図４Ａは、本発明の一実施形態による透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの光透過率スペクトルを示す。ＵＶ－Ｖｉｓ光透過率データを、図３の引張応力－歪み曲線について試験したのと同じ材料及び作製方法を用いて試験した。ＵＶ－Ｖｉｓ透過率の結果は、透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタ材料の同じサンプル片の４つの異なる位置から平均化した。図４Ａ及び４Ｂの測定のための標本サイズは、６ｃｍ×６ｃｍ×２２ｎｍであり、約１００ｎｍの細孔径、１０ＧＰａのヤング率、１．２ＧＰａの引張り強度を有する。

図４Ｂは、本発明の特定の実施形態による透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの式（３）と一致する光透過率測定データを示す。試験は、図３に示されるサンプルと同様のプロセスによって作製された、異なる固有のサンプルに対して実施された。エアフィルタ試験片を、正方形（６ｃｍ×６ｃｍ）に切断し、４つの異なる試験位置を、各端部の中央に対して垂直として選択し、測定領域は、各測定について５ｍｍ×９ｍｍである。透過率測定は、標準透過モードによるＵＶ－Ｖｉｓ分光法によって試験される。

図５は、本発明の特定の実施形態による透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタの曇り防止特性を、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の透明フェイスマスクの市販の例と比較して示すものであり、試験プロトコルは、その全体が参照により本明細書に援用される規格ＢＳ ＥＮ １６８：２００２及びＡＳＴＭ Ｆ６５９－１０曇り抵抗試験に従っている。図５の測定のための標本サイズは、６ｃｍ×６ｃｍ×２２ｎｍであり、約１００ｎｍの細孔径、１０ＧＰａのヤング率、１．２ＧＰａの引張り強度を有する。試験は、図３、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５に示されるサンプルと同様のプロセスによって作製された、異なる固有のサンプルに対して行った。商業的に求められる「透明フェイスマスク」は、大きな液滴が通過するのを阻止するものの、空気をろ過したり、浄化することはできないバリアとして透明ＰＥＴを使用する。理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、本発明の特定の実施形態によるＵＨＭＷＰＥエアフィルタの防曇特性が基材の固有の疎水性に由来し、そのナノ構造によってさらに増幅され得ると仮定する。その強い疎水性及び有利なナノ構造のために、水分は、本発明の透明フィルタ又はマスクの表面上で凝縮しにくい。

図６は、本発明の特定の実施形態による、透明ＵＨＭＷＰＥエアフィルタを使用するフェイスマスクのためのプロトタイプを示す。このプロトタイプは、その全体が参照により本明細書に援用されるＮＯＩＳＨ ＮａＣｌ粒子試験規格及びＧＢ２６２６－２０２０呼吸保護具試験規格についての試験プロトコルに従って試験される。０．０７５μｍのエアロゾル粒子では、ろ過効率は９５％以上であった。８５Ｌ／分の流速で、圧力損失は３５０Ｐａ未満であった。図６の測定のための標本サイズは、６ｃｍ×６ｃｍ×２２ｎｍであり、約１００ｎｍの細孔径、１０ＧＰａのヤング率、１．２ＧＰａの引張り強度を有する。試験領域は、試験機器の制限により、約２０ｃｍ²である。試験は、図３、図４Ａ、図４Ｂ、及び図５に示されるサンプルと同様のプロセスによって作製された、異なる固有のサンプルに対して行った。

血液浸透試験（抵抗流体性試験）は、その全体が参照により本明細書に援用されるＹＹ４６９－２０１１サージカルマスク規格に従って、実施形態について試験され、１２０ｍｍ Ｈｇの血液浸透値を有することが見出された。

本開示がより容易に理解され得るように、本明細書で使用される意味に関する指針を提供するために、特定の用語を、以下に、そして詳細な説明全体にわたって定義する。

本明細書で使用される場合、本発明の文脈で使用される用語「1つ」、「その」及び同様の用語は、別段の指示がない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数と複数の両方を包含すると解釈される。従って、例えば、「１つのアーム」又は「１つの穴」とは、別段の指示がない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、単一のアーム又は単一の穴と複数のアーム及び複数の穴の両方をカバー又は包含すると解釈される。

本明細書で使用される場合、用語「約」及び「およそ」は、一般に、測定の性質又は精度を考慮して測定された量の許容可能な誤差の程度を意味するものとする。例示的な誤差の程度は、所与の値又は値の範囲の２０パーセント（％）以内、典型的には１０％以内、より典型的には５％以内である。

本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」はそのように結合された特徴、すなわち、ある場合には結合的に存在し、他の場合には分離して存在する要素の「いずれか又は両方」を意味すると理解するものとする。

本明細書で使用される場合、用語「含む」、「からなる」及び「から実質的になる」は、それらの標準的な意味に従って定義される。用語は、各用語に関連する特定の意味を付加するために、本明細書において互いに置換できる。

本明細書で使用される場合、用語「又は」は、上で定義した「及び／又は」と同じ意味を有すると理解するものとする。例えば、項目のリストを分離するとき、「及び／又は」又は「又は」は包括的、すなわち、少なくとも１つを含むが、複数の項目、及び任意で、追加のリストに挙げられていない項目の２つ以上も含むものと解釈されるものとする。「のうちの１つのみ」又は「のうちの正確に１つ」等、又は特許請求の範囲で使用される場合、「からなる」等、明らかに反対と示される用語のみが、要素の数又はリストの正確に１つの要素を含むことを指す。概して、本明細書で使用される「又は」という用語は「のいずれか」、「のうちの１つ」、「のうちの１つのみ」、又は「のうちの正確に１つ」等の排他的な用語が先行する場合、排他的代替（すなわち、「一方又は他方であるが、両方ではない」）を示すものとしてのみ解釈されるものとする。

本明細書で使用される場合、頭字語「ＰＥＴ」は、ポリエチレンテレフタレートを意味すると理解されるものとする。

本明細書で使用される場合、頭字語「ＵＨＭＷＰＥ」は、超高分子量ポリエチレンを意味すると理解されるものとする。

材料及び方法
本明細書に言及又は引用した全特許、特許出願、仮出願、及び刊行物は、それらが本明細書の明白な開示と矛盾しない限り、図面及び表を含む全体が参照により本明細書に援用される。

本開示は、本発明の例示と見なすものとし、本発明を図面又は説明によって例示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。

実施例１：透明フェイスマスクを作製するための１つの方法は、本発明のＵＨＭＷＰＥエアフィルタを中空骨格（hollow scaffold)（例えば、中空ＰＥＴシート）上に重ね、次いで、骨格をフレーム及び／又はクッション材料と一体化して、機能的フェイスマスクを作製することである。ポリエチレンテレフタレートフィルム（Ｌｕｍｉｒｒｏｒ（登録商標）高透明等級）は、東レ（日本、東京）から購入した。このＰＥＴフィルムは、厚さ１００μｍ、密度１．３～１．４ｇ／ｃｍ³である。レーザーカッターを使用して、ＰＥＴフィルムを中空骨格へと切断した。これらに限定されるものではないが、ポリジメチルシロキサン、ゴム、及び光学接着剤をはじめとする様々なクッション材料を試験した。他の軟質、柔軟、及び／又は支持クッション材料が、本発明において想定され、クッション材料が、剛性骨格材料による破損からフィルタ材料を保護するために、中空骨格上にコーティング又は塗布されてもよい。

実施例２：プロトタイプは、透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥエアフィルタが様々なポーラスバッキング材料（例えば、不織布又はガラスファイバーメッシュ）上にも適合することができ、積層構造体を、ウィンドウスクリーン又は他の構造化フィルタとしてＨＥＰＡ／ＵＬＰＡモジュール上に取り付けることができることを示すために構築された。ポーラスバッキング材料は、メルトブローンポリプロピレン布帛、ナイロン布帛、ポリエステル布帛、他のポリマー、ファイバー、エキスパンドメタル、メッシュ、又はガラスファイバー布帛を含むことができる。好適なガラスファイバー布帛は、ＡＤＦＯＲＤＳ（フランス、パリ、サンゴバン、ＡＤＦＯＲＳ）から、例えば、１００より大きいメッシュ数で購入することができる。ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡモジュールは、特定の用途シナリオに応じて、円筒形状又は平板形状、及び折り畳まれた、波形の、又は平坦なトポロジーとすることができる。ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡモジュールを製造するために、公知の接着剤、グルー、又はシーラントを使用することができる。開示されたＵＨＭＷＰＥエアフィルタ及びポーラスバッキング材料は、活性ろ過コンポーネントを形成することができる。ホットプレス、超音波接合（ultrasonic welding）、溶剤溶着（sonic welding）、化学架橋、接着剤固定等を含む積層法による。層の数及び組み立て方法は、適用要件に従ってさらに調整することができる。

実施例３：触媒（例えば、銀ナノワイヤ、銀ナノ粒子、グラフェン、及び酸化鉄）を充填する実施形態の能力を試験するために、プロトタイプサンプル材料が構築された。透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥエアフィルタに、銀ナノワイヤ又は銀ナノ粒子、グラフェン、酸化鉄、又はその他試薬等の１種類以上の試薬を充填することができる。充填されたフィルタは、廃ガス処理ユニット（例えば、内燃機関用）として、ガス排気口内部に取り付けることができる。触媒は、入口成分を他の成分に変換するための化学反応／プロセスを促進することのできる物質を含んでいてもよい。通常、この用途のために、触媒試薬は、有害／無用の排気成分を非毒性及び／又は有用な成分に変換する。

本発明で試験される銀ナノワイヤ及びナノ粒子の例としては、シグマアルドリッチ（米国、ミズーリ州、セントルイス）から購入されるものが挙げられる。これらの銀ナノ材料のロッド直径又は粒径は、場合によっては、高い光透過率を保証するために５０ｎｍ未満であってよい。他の試薬は、産業廃棄物ガス処理のためのいくつかの白金族金属（例えば、白金、パラジウム及びロジウム）を含む。他の試薬はまた、家庭用揮発性有機化合物（例えば、ホルムアルデヒド等）処理のための二酸化チタンを含むこともできる。

実施例４：図１に示す実施形態は、特許文献３の手順に従って、超高分子量ポリエチレンを含む前駆体ゲルフィルム材料を含む。この方法では、ホット対流チャンバ（１００℃～１５０℃）下で２０×２０より高い延伸比で、前駆体ゲルフィルムを二軸延伸し、続いて熱アニール（１００℃～１５０℃）を行った。これにより、厚さ：２０～５０ｎｍ、細孔径：約１００ｎｍ、強度：９００～１２００ＭＰａの極限引張強さ、光透過率：５００ｎｍの波長で＞９８％、引張方向：２方向が互いに垂直な二軸延伸を有するフィルムが得られた。このサンプルは、他の図面と同じ製造パラメータ及び前駆体フィルムによって作製される。

実施例５：図３の応力及び歪みデータを生成するために試験された実施形態は、同じ方法によって生成され、実施例４（図１、前段落）に記されたものと同じ測定範囲の特性を示した。

実施例６：図４Ａ及び図４Ｂの透過率データを生成するために試験された実施形態は、同じ方法によって生成され、実施例４（図１、上記）に記されたものと同じ測定された特性範囲を示した。１００個を超えるサンプル片を、それらの光透過率に関して試験した。結果は再現性が高い。光透過率対厚さを支持するデータを図４Ｂに示す。式（３）との相関を見出すために、多数の測定を行った。

実施例７：図５の曇りを有する経時的な透過率データを生成するために試験された実施形態、及び図６のプロトタイプは、同じ方法によって生成され、実施例４（上記の図１）に記載されたものと同じ測定された特性の範囲を示した。

例示的な実施形態
本発明は以下を含むがこれらに限定されない、特定の例示的な実施例を参照することによって、より良く理解される。

実施形態１ １０００ナノメートル未満のナノフィルム厚さ、及び
５００ナノメートル未満の平均細孔径を有する細孔を含む、ナノポーラスナノフィルム。
実施形態２ 前記平均細孔径は、約１０６ナノメートル以下である、実施形態１に記載のナノフィルム。
実施形態３ 前記平均細孔径は、１００ナノメートル未満である、実施形態１に記載のナノフィルム。
実施形態４ 前記平均細孔径は、３ナノメートル～１１０ナノメートルである、実施形態１に記載のナノフィルム。
実施形態５ 前記平均細孔径は、１１０ナノメートル～５００ナノメートルである、実施形態１に記載のナノフィルム。
実施形態６ 前記厚さは、２０ナノメートル～６０ナノメートルである、実施形態５に記載のナノフィルム。
実施形態７ ＵＨＭＷＰＥをさらに含む、実施形態６に記載のナノフィルム。
実施形態８ 前記ナノフィルムは、０．１μｍの粒子に対して９５％を超えるろ過効率を有する、実施形態７に記載のナノフィルム。
実施形態９ 前記ナノフィルムは、２０ｃｍ／ｓの流速で１０００Ｐａ未満の圧力損失を示す、実施形態８のナノフィルム。
実施形態１０ 前記ナノフィルムは、９０％を超える可視光透過率を示す、実施形態９に記載のナノフィルム。
実施形態１１ 前記ナノフィルムは、１．５ＧＰａを超えるヤング率及び８００ＭＰａを超える引張り強度を示す、実施形態１０に記載のナノフィルム。
実施形態１２ 前記ナノフィルムは、１．５ＧＰａ～１０ＧＰａのヤング率及び８００ＭＰａ～１３００ＭＰａの引張り強度を示す、実施形態１１に記載のナノフィルム。
実施形態１３ 積層ナノフィルム構築物を作製する方法であって、
１０００ナノメートル未満の厚さを有する超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）を含むフィルムを提供するステップと、
前記フィルムを二軸延伸及び熱アニールして、前記フィルム中に三角形の細孔構造を形成するステップであって、前記二軸延伸及び熱アニールが、
（ａ）細孔のトポロジーを操作するように選択された少なくとも第１の方向及び第２の方向にフィルムを同時二軸延伸し、続いて熱アニールを行って、前記フィルムに三角形の細孔構造を形成すること、又は
（ｂ）前記フィルムを連続的に二軸延伸し、続いて熱アニールを行って、前記フィルム中に三角形の細孔構造を形成することを含み、前記連続的に二軸延伸することは、
（ｉ）前記フィルムを第１の方向に延伸して、前記フィルムに予備的な細孔構造を形成し、
（ｉｉ）前記フィルムを、前記細孔のトポロジーを操作するように選択された第２の方向に延伸して、前記フィルムに三角形の細孔構造を形成することを含み、
前記三角形の細孔構造は、ナノファイバーによって結合された三角形の細孔を含み、前記三角形の細孔は、１００ナノメートル未満の平均細孔径を有する、ステップと、
１つ以上のナノ粒子を前記ナノフィルム構築物にグラフトするステップと、
前記フィルムをバッキング材料上に積層して、前記積層ナノフィルム構築物を形成するステップとを含む、方法。
実施形態１４ 前記三角形の細孔構造の１つ以上の細孔は、前記フィルムの構造的完全性に寄与するドローネ特徴を含む、実施形態１３に記載の方法。
実施形態１５ ナノフィルム構築物に１つ以上のナノ粒子をグラフトするステップは、蒸着（deposition）、スピンコーティング、ディップコーティング、鋳造、スプレーコーティング、スパッタリング、及びプラズマエッチングのうちの少なくとも１つを含む、実施形態１３に記載の方法。
実施形態１６ 前記１つ以上のナノ粒子は、前記構築物から除去可能、部分的に除去可能、又は除去不可能であり、前記１つ以上のナノ粒子は、銀ナノ粒子、白金族金属、及びペロブスカイトのうち１つ以上を含む、実施形態１３に記載の方法。
実施形態１７ 前記１つ以上のナノ粒子は、１００ナノメートル未満のサイズを有する粒子を含む、実施形態１３に記載の方法。
実施形態１８ 前記ナノフィルム構築物中に１つ以上のナノ粒子をグラフトするステップは、１２０℃未満で起こる化学反応を含む溶液ベースの表面合成プロセスを含む、実施形態１３に記載の方法。
実施形態１９ 前記バッキング材料上に前記フィルムを積層するステップは、超音波接合又は溶剤溶着を含み、前記溶剤溶着は、前記フィルムと前記バッキング材料との間の隙間を揮発性溶媒で充填し、前記溶媒を乾燥させて、前記フィルムと前記バッキング材料との間の改善された接触を与えることを含む、実施形態１３に記載の方法。
実施形態２０ ２０ナノメートル～４０ナノメートルの厚さと、３ナノメートル～１１０ナノメートルの細孔径を含む複数の概ね三角形の孔と、１．５ＧＰａを超えるヤング率とを有する超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）ナノフィルム活性層を含む積層構造体を備える、高いろ過効率、低い圧力損失、及び極めて高い光透過率を有する超軽量ナノポーラスポリマーエアフィルタ。
実施形態２１
バッキング材料と、
ポーラス支持層と
をさらに含む、実施形態２０の超軽量ナノポーラスポリマーエアフィルタ。
実施形態２２ 抗菌添加剤、反応用試薬担体、又はガス処理用触媒のうちの少なくとも１つをさらに含む、実施形態２１に記載の超軽量ナノポーラスポリマーエアフィルタ。
実施形態２３ 空気の質を改善するために空気から汚染物質を除去する透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタであって、
ＵＨＭＷＰＥナノフィルム活性層とバッキング材料とを含む積層構造体と、
登録された抗菌剤を含有し、１００ｎｍ以下の粒径を有する銀ナノ粒子、白金族金属、又はペロブスカイトナノ粒子からなる群から選択される少なくとも１つの薬剤を含む１つ以上の抗菌添加剤と、
前記フィルタの形状を維持するために外力に対する強度を提供するポーラス支持層であって、不織布、ポリエステル布帛、中空プラスチックシート、及び綿布帛からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、ポーラス支持層と、
を含む、透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタ。
実施形態２３ 空気の質を改善するために空気から汚染物質を除去する透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタであって、
ＵＨＭＷＰＥナノフィルム活性層と、
支持材料と、
ガス処理用触媒とを含む、透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタ。
実施形態２４ 前記触媒は、白金族金属を含み、前記ガス処理は、産業廃棄ガス処理を含む、実施形態２３に記載の透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタ。
実施形態２５ 前記白金族金属は、白金、パラジウム、又はロジウムを含む、実施形態２４に記載の透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタ。
実施形態２６ 前記触媒は、二酸化チタンを含み、前記ガス処理は、家庭用揮発性有機化合物処理を含む、実施形態２３に記載の透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタ。
実施形態２７ 前記家庭用揮発性有機化合物処理は、ホルムアルデヒド処理を含む、実施形態２６に記載の透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタ。
実施形態２８ 前記ガス処理は、排気処理、産業廃棄ガス処理、又は室内空気浄化を含む、実施形態２３に記載の透明ナノポーラスＵＨＭＷＰＥフィルタ。

本発明を、好ましい実施形態及びその特定の例を参照して本明細書に例示及び説明してきたが、他の実施形態及び例が同様の機能を実行し、及び／又は同様の結果を達成することは当業者には容易に明らかであろう。

本明細書に記載の実施例及び実施形態は、例示の目的に限られ、それに照らした様々な改変又は変更が、当業者に示唆されるが、それらも本出願の趣旨及び範囲ならびに添付の請求の範囲の範囲に含まれると理解されるものとする。さらに、本明細書に開示された任意の発明又はその実施形態の任意の要素又は限定は、本明細書に開示された任意の及び／又は全ての他の要素又は限定（個別に又は任意の組み合わせで）又は任意の他の発明又はその実施形態と組み合わせることができ、全てのそのような組み合わせは、それに限定されることなく本発明の範囲で想定される。

Claims (20)

1. １０００ナノメートル未満のナノフィルム厚さ、及び
   ５００ナノメートル未満の平均細孔径を有する細孔を含む、ナノポーラスナノフィルム。
2. 前記平均細孔径は、約１０６ナノメートル以下である、請求項１に記載のナノフィルム。
3. 前記平均細孔径は、１００ナノメートル未満である、請求項１に記載のナノフィルム。
4. 前記平均細孔径は、３ナノメートル～１１０ナノメートルである、請求項１に記載のナノフィルム。
5. 前記平均細孔径は、１１０ナノメートル～５００ナノメートルである、請求項１に記載のナノフィルム。
6. 前記厚さは、２０ナノメートル～６０ナノメートルである、請求項３に記載のナノフィルム。
7. ＵＨＭＷＰＥをさらに含む、請求項６に記載のナノフィルム。
8. 前記ナノフィルムは、０．１μｍの粒子に対して９５％を超えるろ過効率を有する、請求項７に記載のナノフィルム。
9. 前記ナノフィルムは、２０ｃｍ／ｓの流速で１０００Ｐａ未満の圧力損失を示す、請求項８のナノフィルム。
10. 前記ナノフィルムは、９０％を超える可視光透過率を示す、請求項９に記載のナノフィルム。
11. 前記ナノフィルムは、１．５ＧＰａを超えるヤング率及び８００ＭＰａを超える引張り強度を示す、請求項１０に記載のナノフィルム。
12. 前記ナノフィルムは、１．５ＧＰａ～１０ＧＰａのヤング率及び８００ＭＰａ～１３００ＭＰａの引張り強度を示す、請求項１１に記載のナノフィルム。
13. 積層ナノフィルム構築物を作製する方法であって、
    １０００ナノメートル未満の厚さを有する超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）を含むフィルムを提供するステップと、
    前記フィルムを二軸延伸及び熱アニールして、前記フィルム中に三角形の細孔構造を形成するステップであって、前記三角形の細孔構造は、ナノファイバーによって境界が定められ三角形の細孔を含み、前記三角形の細孔は、５００ナノメートル未満の平均細孔径を有する、ステップと、
    前記フィルムをバッキング材料上に積層して、前記積層ナノフィルム構築物を形成するステップと
    を含む、方法。
14. 前記三角形の細孔構造の１つ以上の細孔は、前記フィルムの構造的完全性に寄与するドローネ特徴を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ナノフィルム構築物に１つ以上のナノ粒子をグラフトするステップを含み、前記ナノフィルム構築物に１つ以上のナノ粒子をグラフトするステップは、蒸着、スピンコーティング、ディップコーティング、鋳造、スプレーコーティング、スパッタリング、及びプラズマエッチングのうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ナノフィルム構築物に１つ以上のナノ粒子をグラフトするステップを含み、前記１つ以上のナノ粒子は、前記構築物から除去可能、部分的に除去可能、又は除去不可能であり、前記１つ以上のナノ粒子は、銀ナノ粒子、白金族金属、及びペロブスカイトのうち１つ以上を含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記１つ以上のナノ粒子は、１００ナノメートル未満のサイズを有する粒子を含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記ナノフィルム構築物中に１つ以上のナノ粒子をグラフトするステップは、１２０℃未満で起こる化学反応を含む溶液ベースの表面合成プロセスを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記バッキング材料上に前記フィルムを積層するステップは、超音波接合又は溶剤溶着を含む、請求項１３に記載の方法。
20. 高いろ過効率、低い圧力損失、及び極めて高い光透過率を有する超軽量ナノポーラスポリマーナノフィルムであって、
    １０００ナノメートル未満の厚さ、
    ５００ナノメートル未満の平均細孔径、
    ０．１μｍ粒子について、９５％を超えるろ過効率、
    ２０ｃｍ／ｓの流速で１０００Ｐａ未満の圧力損失、
    ９０％を超える可視光透過率、
    １．５ＧＰａを超えるヤング率、及び
    ８００ＭＰａを超える引張強度を示す、ポーラスＵＨＭＷＰＥナノフィルムを含む、超軽量ナノポーラスポリマーナノフィルム。