TWI462772B - 過濾媒介 - Google Patents

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TWI462772B TW098118958A TW98118958A TWI462772B TW I462772 B TWI462772 B TW I462772B TW 098118958 A TW098118958 A TW 098118958A TW 98118958 A TW98118958 A TW 98118958A TW I462772 B TWI462772 B TW I462772B
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Description

過濾媒介
本發明係關於纖維性過濾媒介，尤其係關於尤其可再用於或意欲用於長期用途或用於特定情境中(諸如，用於靜電過濾中)的非編織或編織過濾媒介，以及用於處理此等媒介以便尤其在其過濾效率及防結塊特性方面增強其特性的方法。
自液體或氣體過濾固體廣泛地用於許多領域中，該等領域包括生物科學、工業處理、實驗室試驗、食品與飲料、電子器件及水處理。廣泛種類之材料(包括多孔隔膜或其他類型之媒介)可用以進行此等製程。
隔膜過濾器為用以進行此等類型之操作的多孔或微多孔薄膜。隔膜過濾器係藉由各種方法而製造，該等方法包括諸如旋轉鑄造、浸漬鑄造及刮刀鑄造的鑄造方法。
然而，在一些情形中使用其他類型之材料且尤其為纖維性材料，尤其用於自空氣移除(例如)灰塵顆粒。空浮灰塵顆粒(尤其為不可溶於體液中的空浮灰塵顆粒)呈現主要健康危害且可引起或加劇呼吸道疾病。因此，在(例如)空氣調節系統中且尤其在用於治療具有呼吸道疾病之患者的呼吸器中頻繁地移除灰塵顆粒。
纖維性過濾媒介可為習知編織材料，其中孔隙大小視材料之經紗(warp)與緯紗(weft)的相對排列而定。然而，在許多狀況下，使用非編織材料。可藉由提供相對隨機排列之纖維層或薄片(例如，使用習知梳理程序)，接著使用所要大小的倒刺針或尖進行搭接及機械黏合而構造此等非編織材料。針穿過密集纖維之動作具有將其結合在一起且同時在織物中產生預定大小分布之孔隙結構的效應。
此等媒介通常為聚合材料且尤其為堅固聚合材料(諸如，聚四氟乙烯(PTFE)、聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、二乙酸纖維素、改質聚丙烯腈纖維及丙烯酸類)，但其亦可包含天然纖維(諸如，羊毛、棉花或真絲)或樹脂。其為具有廣泛種類之應用的堅固且可靠的過濾媒介。
然而，其需要定期清潔以確保其不會由灰塵堵塞。可使用諸如鼓風及其類似者的技術來進行清潔。然而，若在媒介上形成顆粒之固態塊體或餅塊(cake)，則可能會出現一問題。此等餅塊可在其於習知鼓風製程期間不能被完全或容易地移除的程度上黏附。
迄今，已藉由應用液體化學處理來解決該問題，且尤其已應用碳氟化物化學處理。然而，可達成之結果係有限的。
此外，此等纖維性媒介中之一些特定地應用於靜電過濾領域中。靜電過濾媒介之使用在防護口罩中係常見的。駐極體具有半永久電場(恰如磁體具有永久磁場)，且與純機械過濾器的過濾效率相比，駐極體纖維上的靜電荷改良過濾效率。額外優勢為：與類似效能之機械過濾器媒介相比，靜電媒介的孔隙大小較大。因此，與等效的使用機械過濾器媒介之過濾器件相比，使用靜電過濾器媒介之過濾器件可被製造得重量更輕且更緊湊。
此等過濾器之構造中所使用之纖維必須能夠保持電荷(變得摩擦帶電)，且諸如聚丙烯、二乙酸纖維素、聚(對苯二甲酸乙二酯)、耐綸、聚氯乙烯、改質聚丙烯腈纖維及丙烯酸類之特定聚合物以及棉花、真絲或羊毛(其可經氯化或另外(例如)藉由利用耐綸進行塗布而經處理)可為合適的。
詳言之，帶正電纖維與帶負電纖維兩者之混合物形成靜電過濾器之良好基礎。合適混合物之實例係由Smith等人之Journal of ElectroStatics(21,(1988)81-98)描述，該文獻之內容係以引用之方式併入本文中。
然而，靜電過濾器媒介之效率可因暴露於特定氣溶膠而在比機械過濾器大得多之程度上降低。過濾器效率之此潛在降低為一問題，尤其係在效能之維持為關鍵的狀況下(諸如，在呼吸器及其類似者中)。
已提議許多機制來解釋此現象。舉例而言，吾人認為，纖維上之電荷因所俘獲之氣溶膠顆粒之相反電荷而導致之中和可為一因素。或者，所俘獲顆粒層可遮蔽帶電纖維。在液體氣溶膠之狀況下，存在以下可能性：發生穿過纖維上之液體薄膜的離子傳導，從而導致駐極體之放電。最後，亦存在以下可能性：視纖維及氣溶膠之性質而定，氣溶膠歸因於化學反應或溶解而對駐極體纖維自身進行改質。
電漿沈積技術已十分廣泛地用於將聚合塗層沈積至一範圍之表面上，且尤其沈積至織物表面上。與習知濕式化學方法相比，此技術被視為幾乎不產生廢料之清潔乾式技術。藉由使用此方法，自經受電場之有機分子產生電漿。當此係在存在基材之情況下進行時，電漿中之化合物之自由基在基材上聚合。習知聚合物合成趨向於製造含有與單體物質具有強相似性之重複單元之結構，而使用電漿所產生之聚合物網狀物可極其複雜。所得塗層之特性可視基材之性質以及所使用單體之性質及其被沈積之條件而定。
使用電漿聚合製程來處理過濾隔膜以防止試劑在表面上留存係描述於WO 2007/0813121中。然而，在此狀況下之隔膜通常為諸如纖維素或硝化纖維素的廉價材料，且此等材料係供單次使用且因此被視為「實驗室消耗品」。
然而，先前尚未報導此處理對纖維性過濾媒介且尤其對用於靜電過濾中之纖維性媒介類型的效應。因此，不理解此處理對此等媒介之效能及可靠性的效應。
申請人已發現，藉由使用此製程來處理纖維性過濾媒介，可顯著地增強媒介之效能。
根據本發明，提供一種纖維性過濾媒介，其表面已藉由暴露於電漿沈積製程而改質，以便在其上沈積聚合塗層。
已發現以此方式之處理對媒介之空氣滲透率不具有顯著效應。此可歸因於以下事實：沈積於其上之聚合塗層僅為分子般厚。然而，視所沈積材料之性質而定，纖維性過濾媒介特性表示為(例如該媒介之防結塊特性)。在靜電過濾媒介之狀況下，可顯著地增強如藉由氣溶膠試驗而證明之效能。
此外，聚合塗層材料變得分子性結合至該表面且因此不存在可浸出物(leachables)；該改質變為該媒介之一部分。
該媒介可經預成型且接著經受適當電漿沈積製程，或用以形成媒介之纖維可在其使用習知方法形成為媒介之前加以處理。電漿處理之高穿透性質意謂所處理材料之形式不為關鍵性，因為其將深深地穿透至孔隙中或穿透至密集纖維中。在纖維於織物組裝前經電漿處理的情況下，其可以各種比例與未經處理纖維摻合以控制在所得織物中所達成之靜電帶電程度。
聚合塗層可包含疏水性塗層。疏水性塗層防止液體浸入，同時允許氣體或空氣穿過該媒介。此特別有用於通風應用，例如，如醫學、電子及汽車應用中所使用(例如，用於感應器、頭燈、助聽器、行動電話、傳感器、實驗室設備，等等)。
根據本發明而處理之媒介可用於液體及氣體過濾器中、用於玻璃纖維過濾媒介中且亦用於醫學及保健應用中(諸如，用於血液透析、傷口敷料及手術用煙霧過濾器中所使用之過濾器中)。其特別適用於(例如)用於移除空浮灰塵顆粒之靜電過濾器媒介中。因此，在空氣可連續穿過媒介的同時，顆粒且尤其為灰塵顆粒將被截獲於媒介中。
選擇單體之選擇及製程之條件(例如，脈衝循環、壓力及功率)，使得不需要自由基引發劑之存在來引發聚合。所使用條件導致「硬離子化」，其中在電漿製程中存在單體之至少某一斷裂。此斷裂產生用於聚合之活性物質。
此外，選擇單體及製程條件，使得纖維性過濾媒介或纖維在電漿沈積製程之後不經歷對其表面硬度的任何改變。另外，單體及製程條件係使得纖維性過濾媒介之孔隙大小在電漿沈積製程之後保持不變。
可合適地使用經歷電漿聚合或表面改質以在過濾媒介之表面上形成合適聚合塗層或表面改質的任何單體。此等單體之實例包括此項技術中已知的能夠藉由電漿聚合而在基材上製造疏水性聚合塗層的單體，包括(例如)具有反應性官能基的含碳化合物，特別為大體上-CF3 佔優勢的全氟化合物(見WO 97/38801)、全氟化烯烴(Wang等人之Chem Mater 1996(2212-2214))、視情況含有鹵素原子的含氫不飽和化合物或至少10個碳原子之全鹵化有機化合物(見WO 98/58117)、包含兩個雙鍵之有機化合物(WO 99/64662)、具有視情況介入有雜原子之至少5個碳原子的視情況經取代之烷基鏈的飽和有機化合物(WO 00/05000)、視情況經取代之炔烴(WO 00/20130)、經聚醚取代之烯烴(US 6,482,531B)及含有至少一個雜原子之巨環(US 6,329,024B)，所有文獻之內容係以引用之方式併入本文中。
可用以製造本發明之媒介之一群特定單體包括式(I)之化合物： 其中R1 、R2 及R3 係獨立地選自氫、鹵基、烷基、鹵烷基或視情況經鹵基取代之芳基；且R4 為基團-X-R5 ，其中R5 為烷基或鹵烷基且X為鍵；式-C(O)O-之基團、式-C(O)O(CH2 )n Y-之基團，其中n為1至10之整數且Y為磺醯胺基；或基團-(O)P R6 (O)q (CH2 )t -，其中R6 為視情況經鹵基取代之芳基，p為0或1，q為0或1且t為0或為1至10之整數，限制條件為：在q為1時，t非0；持續足夠時段以允許聚合層形成於表面上。
如本文中所使用，術語「鹵基」或「鹵素」指代氟、氯、溴及碘。特別較佳之鹵基為氟基。術語「芳基」指代芳族環基，諸如，苯基或萘基(尤其為苯基)。術語「烷基」指代合適地具有高達20個碳原子之長度的碳原子之直鏈或分支鏈。術語「烯基」指代合適地具有2至20個碳原子之直鏈或分支鏈不飽和鏈。「鹵烷基」指代如上文所定義之包括至少一個鹵基取代基的烷基鏈。
R1 、R2 、R3 及R5 之合適鹵烷基為氟烷基。烷基鏈可為直鏈或分支鏈且可包括環狀部分。
就R5 而言，烷基鏈合適地包含2個或2個以上碳原子，合適地為2至20個碳原子且較佳地為4至12個碳原子。
就R1 、R2 及R3 而言，烷基鏈通常較佳地具有1至6個碳原子。
R5 較佳地為鹵烷基，且更佳地為全鹵烷基，特別為式Cm F2m+1 之全氟烷基，其中m為1或更大之整數，合適地為1至20，且較佳地為4至12，諸如，4、6或8。
R1 、R2 及R3 之合適烷基具有1至6個碳原子。
在一實施例中，R1 、R2 及R3 中之至少一者為氫。在一特定實施例中，R1 、R2 、R3 均為氫。然而，在又一實施例中，R3 為諸如甲基或丙基之烷基。
在X為基團-C(O)O(CH2 )n Y-時，n為提供合適間隔基團之整數。詳言之，n為1至5，較佳地為約2。
Y之合適磺醯胺基包括式-N(R7 )SO2 -之磺醯胺基，其中R7 為氫或烷基，諸如，C1-4 烷基，尤其為甲基或乙基。
在一實施例中，式(I)之化合物為式(II)之化合物：CH2 =CH-R5 (II)其中R5 係如上文關於式(I)所定義。
在式(II)之化合物中，式(I)中之X-R5 基團內的「X」為鍵。
然而，在一較佳實施例中，式(I)之化合物為式(III)之丙烯酸酯：CH2 =CR7a C(O)O(CH2 )n R5 (III)其中n及R5 係如上文關於式(I)所定義且R7a 為氫、C1-10 烷基或C1-10 鹵烷基。R7 a尤其為氫或諸如甲基之C1-6 烷基。式(III)之化合物之特定實例為式(IV)之化合物： 其中R7a 係如上文所定義且尤其為氫且x為1至9之整數，例如，為4至9，且較佳地為7。在此狀況下，式(IV)之化合物為丙烯酸1H,1H,2H,2H-十七氟癸酯。
根據一特定實施例，聚合塗層係藉由將過濾媒介暴露於包含一或多種有機單體化合物之電漿持續足夠時段以允許聚合層形成於表面上而形成，一或多種有機單體化合物中之至少一者包含兩個碳-碳雙鍵。
具有一個以上雙鍵之化合物合適地包含式(V)之化合物： 其中R8 、R9 、R10 、R11 、R12 及R13 均係獨立地選自氫、鹵基、烷基、鹵烷基或視情況經鹵基取代之芳基；且Z為橋基。
用於式(V)之化合物中之合適橋基Z之實例為聚合物技術中已知之橋基。其尤其包括可介入有氧原子之視情況經取代之烷基。橋基Z之合適可選取代基包括全鹵烷基，尤其為全氟烷基。
在一特別較佳之實施例中，橋基Z包括一或多個醯氧基或酯基。詳言之，式Z之橋基為子式(VI)之基團： 其中n為1至10之整數，合適地為1至3，每一R14 及R15 係獨立地選自氫、鹵基、烷基或鹵烷基。
R8 、R9 、R10 、R11 、R12 及R13 合適地為諸如氟烷基之鹵烷基或氫。其尤其均為氫。
式(V)之化合物合適地含有至少一個鹵烷基，較佳地為全鹵烷基。
式(V)之化合物之特定實例包括以下各者： 其中R14 及R15 係如上文所定義且R14 或R15 中之至少一者非氫。此化合物之特定實例為式B之化合物。
在另一實施例中，聚合塗層係藉由將過濾媒介暴露於包含單體飽和有機化合物之電漿持續足夠時段以允許聚合層形成於表面上而形成，該化合物包含視情況介入有雜原子之至少5個碳原子的視情況經取代之烷基鏈。
如本文中所使用之術語「飽和」意謂單體在不為芳環之一部分之兩個碳原子之間不含有複鍵(亦即，雙鍵或三鍵)。術語「雜原子」包括氧、硫、矽或氮原子。在烷基鏈係介入有氮原子時，其將經取代，以便形成二級胺或三級胺。類似地，矽將(例如)由兩個烷氧基適當地取代。特別合適之單體有機化合物為式(VII)之化合物： 其中R16 、R17 、R18 、Rl9 及R20 係獨立地選自氫、鹵素、烷基、鹵烷基或視情況經鹵基取代之芳基；且R21 為基團X-R22 ，其中R22 為烷基或鹵烷基且X為鍵或式-C(O)O(CH2 )x Y-之基團，其中x為1至10之整數且Y為鍵或磺醯胺基；或基團-(O)P R23 (O)s (CH2 )t -，其中R23 為視情況經鹵基取代之芳基，p為0或1,s為0或1且t為0或為1至10之整數，限制條件為：在s為1時，t非0。
R16 ﹑Rl7 、R18 、R19 及R20 之合適鹵烷基為氟烷基。烷基鏈可為直鏈或分支鏈且可包括環狀部分且具有(例如)1至6個碳原子。
就R22 而言，烷基鏈合適地包含1或更多碳原子，合適地為1至20個碳原子且較佳地為6至12個碳原子。
R22 較佳地為鹵烷基，且更佳地為全鹵烷基，尤其為式Cz F2z+1 之全氟烷基，其中z為1或更大之整數，合適地為1至20，且較佳地為6至12，諸如，8或10。
在X為基團-C(O)O(CH2 )y Y-時，y為提供合適間隔基團之整數。詳言之，y為1至5，較佳地為約2。
Y之合適磺醯胺基包括式-N(R23 )SO2 -之磺醯胺基，其中R23 為氫、烷基或鹵烷基，諸如，C1-4 烷基，尤其為甲基或乙基。
所使用之單體化合物較佳地包含視情況經鹵素取代之之C6-25 烷烴，尤其為全鹵烷烴且特別為全氟烷烴。
根據另一態樣，聚合塗層係藉由將組成纖維或過濾媒介自身暴露於包含視情況經取代之炔烴之電漿持續足夠時段以允許聚合層形成於表面上而形成。
所使用之炔烴化合物合適地包含包括一或多個碳-碳三鍵之碳原子鏈。該等鏈可視情況介入有雜原子且可載有包括環及其他官能基的取代基。可為直鏈或分支鏈之合適鏈具有2至50個碳原子，更合適地為6至18個碳原子。其可存在於用作起始材料之單體中或可(例如)藉由開環而在應用電漿時在單體中產生。
特別合適之單體有機化合物為式(VIII)之化合物：R24 -C≡C-X1 -R25 (VIII)其中R24 為氫、烷基、環烷基、鹵烷基或視情況經鹵基取代之芳基；X1 為鍵或橋基；且R25 為烷基、環烷基或視情況經鹵素取代之芳基。
合適橋基X1 包括式-(CH2 )s -、-CO2 (CH2 )p -、-(CH2 )p O(CH2 )q -、-(CH2 )p N(R26 )CH2 )q -、-(CH2 )p N(R26 )SO2 -之基團，其中s為0或為1至20之整數，p及q係獨立地選自1至20之整數；且R26 為氫、烷基、環烷基或芳基。R26 之特定烷基包括C1-6 烷基，尤其為甲基或乙基。
在R24 為烷基或鹵烷基時，其通常較佳地具有1至6個碳原子。
R24 之合適鹵烷基包括氟烷基。烷基鏈可為直鏈或分支鏈且可包括環狀部分。然而，R24 較佳地為氫。
R25 較佳地為鹵烷基，且更佳地為全鹵烷基，特別為式Cr F2r+1 之全氟烷基，其中r為1或更大之整數，合適地為1至20，且較佳地為6至12，諸如，8或10。
在一特定實施例中，式(VIII)之化合物為式(IX)之化合物：CH≡C(CH2 )s -R27 (IX)其中s係如上文所定義且R27 為鹵烷基，尤其為全鹵烷基，諸如，如同C6 F13 之C6-12 全氟基。
在另一實施例中，式(VIII)之化合物為式(X)之化合物：CH≡C(O)O(CH2 )p R27 (X)其中p為1至20之整數，且R27 係如上文關於式(IX)所定義，尤其為基團C8 F17 。在此狀況下，p較佳地為1至6之整數，最佳地為約2。
式(I)之化合物之其他實例為式(XI)之化合物：CH≡C(CH2 )p O(CH2 )q R27 ， (XI)其中p係如上文所定義，但尤其為1，q係如上文所定義，但尤其為1，且R27 係如關於式(IX)所定義，尤其為基團C6 F13 ；或式(XII)之化合物：CH≡C(CH2 )p N(R26 )(CH2 )q R27 (XII)其中p係如上文所定義，但尤其為1，q係如上文所定義，但尤其為1，R26 係如上文所定義，尤其為氫，且R27 係如關於式(IX)所定義，尤其為基圍C7 F15 ；或式(XIII)之化合物：CH≡C(CH2 )p N(R26 )SO2 R27 (XIII)其中p係如上文所定義，但尤其為1，R26 係如上文所定義，尤其為乙基，且R27 係如關於式(IX)所定義，尤其為基團C8 F17 。
在一替代實施例中，該製程中所使用之炔烴單體為式(XIV)之化合物：R28 C≡C(CH2 )n SiR29 R30 R31 (XIV)其中R28 為氫、烷基、環烷基、鹵烷基或視情況經鹵基取代之芳基，R29 、R30 及R31 係獨立地選自烷基或烷氧基，尤其為C1-6 烷基或烷氧基。
較佳基團R28 為氫或烷基，尤其為C1-6 烷基。
較佳基團R29 、R30 及R31 為C1-6 烷氧基，尤其為乙氧基。一般而言，待處理之過濾媒介係與待以氣態沈積之材料一起置放於電漿腔室內，輝光放電係在腔室內被激起且可經脈衝化之合適電壓被施加。
可在經脈衝化及連續波電漿沈積條件兩者下製造聚合塗層，但經脈衝化電漿可為較佳的，因為此允許對塗層之更緊密控制且因此允許更均一聚合結構之形成。如本文中所使用，表述「以氣態」指代單獨或混合地為氣體或蒸氣以及氣溶膠。
電漿聚合以有效方式發生之精確條件將視諸如聚合物之性質、所處理之過濾媒介(包括製造其所用之材料與孔隙大小兩者)等等因素而變化且將使用常規方法及/或技術而確定。
用於本發明之方法中之合適電漿包括非平衡電漿，諸如，由射頻(RF)、微波或直流(DC)所產生之電漿。如此項技術中所知，其可在大氣壓或低氣壓下操作。然而，其尤其係由射頻(RF)產生。
各種形式之設備可用以產生氣態電漿。通常，此等設備包含可產生電漿之容器或電漿腔室。此設備之特定實例係(例如)描述於WO2005/089961及WO02/28548中，但許多其他習知電漿產生裝置係可用的。
存在於電漿腔室內之氣體可單獨地包含單體之蒸氣，但在需要時其可與載氣(尤其為諸如氦或氬之惰性氣體)組合。氦尤其為較佳載氣，因為其可使單體之斷裂最小化。
當作為混合物而使用時，單體蒸氣與載氣之相對量係根據此項技術中習知之程序而合適地確定。所添加單體的量將在某一程度上視所使用之特定單體之性質、所處理之基材之性質、電漿腔室之大小等等而定。通常，在習知腔室之狀況下，單體係以50至250毫克/分鐘的量進行遞送，例如，以100至150毫克/分鐘之速率進行遞送。然而，應瞭解，速率將視所選擇之反應器大小及需要被立刻處理之基材的數目而變化；此又視諸如所需要之年產量(annual through-put)及資本支出之考慮而定。
諸如氦之載氣係以恆定速率(例如，以5至90標準立方公分/分鐘(sccm)(例如，15至30 sccm)之速率)進行合適地投與。在一些例子中，單體與載氣之比率將在100：0至1：100之範圍內，例如，在10：0至1：100之範圍內，且尤其在約1：0至1：10之範圍內。所選擇之精確比率將以便確保達成由該製程所需要之流動速率。
在一些狀況下，可在腔室內撞擊初步連續功率電漿(例如)持續15秒至10分鐘，例如，2至10分鐘。此可充當表面預處理步驟，從而確保單體使其自身容易地附著至表面，使得當發生聚合時，塗層在表面上「成長」。在僅存在惰性氣體的情況下，可在將單體引入至腔室中之前進行預處理步驟。
接著將電漿合適地轉換為經脈衝化電漿以允許至少在存在單體時進行聚合。
在所有狀況下，藉由施加高頻電壓(例如，在13.56 MHz下)而合適地激起輝光放電。此係使用電極而施加，電極可在腔室內部或外部，但在較大腔室之狀況下，其通常在內部。
合適地，氣體、蒸氣或氣體混合物係以至少1標準立方公分/分鐘(sccm)且較佳地在1至100 sccm之範圍內之速率進行供應。
在單體蒸氣之狀況下，此係視單體之性質、腔室之大小及在施加經脈衝化電壓的同時在特定運行期間之產物的表面積而合適地以80至300毫克/分鐘(例如，以約120毫克/分鐘)之速率進行供應。然而，可能更適當的係使工業規模用途具有固定的總單體遞送，其將相對於所定義之製程時間而變化且亦將視單體之性質及所需要之技術效應而定。
可使用任何習知方法而將氣體或蒸氣遞送至電漿腔室中。舉例而言，可將其汲取、注射或抽汲至電漿區域中。詳言之，在使用電漿腔室時，可因使用抽氣泵所引起之腔室內之壓力降低而將氣體或蒸氣汲取至腔室中，或可將其抽汲、噴射、滴送、靜電離子化或注射至腔室中，此在液體處置中為常見的。
使用(例如)式(I)之化合物之蒸氣而合適地實現聚合，該等蒸氣被維持在0.1至400毫托之壓力下，適在約10至100毫托之壓力下。
所施加場宜具有5至500 W(例如，20至500 W)之功率，峰值功率宜為約100 W，其係作為連續場或經脈衝化場而施加。在使用時，脈衝係以產生極低平均功率之順序(例如，以接通時間：關斷時間之比率係在1：100至1：1500之範圍內(例如，為約1：650)的順序)而合適地施加。此順序之特定實例為功率接通持續20至50 μs(例如，約30 μs)且關斷持續1000 μs至30000 μs(尤其為約20000 μs)之順序。以此方式而獲得之典型平均功率為0.1至0.2 W。
視式(I)之化合物之性質及所處理之纖維性過濾媒介或纖維塊體而定，將該等場適宜地施加30秒至90分鐘，較佳地為5至60分鐘。
所使用之電漿腔室宜具有足夠容積以在多個媒介經預成型時容納該多個媒介。
用於製造根據本發明之過濾媒介的特別合適之裝置及方法係描述於WO2005/089961中，該文獻之內容係以引用之方式併入本文中。
詳言之，當使用此類型之大容積腔室時，藉由作為經脈衝化場之電壓而產生電漿，其平均功率為0.001至500 W/m3 ，例如，為0.001至100 W/m3 且合適地為0.005至0.5 W/m3 。
此等條件特別適於在大腔室中(例如，在電漿區具有大於500 cm3 (例如，為0.1 m3 或更大，諸如，為0.5 m3 至10 m3 且合適地為約1 m3 )之容積的腔室中)沈積良好品質之均一塗層。以此方式而形成之層具有良好機械強度。
將選擇腔室之尺寸，以便容納所處理之特定過濾媒介薄片或纖維分批。舉例而言，整體立方形腔室可適於廣泛範圍之應用，但在必要時，可構造狹長或矩形腔室或實際上為圓柱形或任何其他合適形狀。
腔室可為可密封容器以允許分批製程，或其可包含用於過濾媒介之入口及出口以允許其在連續製程中用作直列式系統。尤其在後一狀況下，為在腔室內產生電漿放電所必要之壓力條件係使用大容積泵而維持，此(例如)在具有「洩漏鳴笛報警器」(whistling leak)之器件中為習知的。然而，亦將有可能在大氣壓或接近於大氣壓之壓力下處理過濾媒介薄片或纖維分批，從而不需要「洩漏鳴笛報警器」。
本發明之另一態樣包含一種製備如上文所描述之纖維性過濾媒介之方法，該方法包含：將該媒介或可構造其所用之纖維暴露於如上文所描述之電漿聚合製程，以便在其上形成聚合塗層，且此後在必要時由該等纖維形成纖維性過濾媒介。
本發明之另一態樣包含一種用於製備如先前技術方案中任一者之纖維性過濾媒介之方法，該方法包含：將(i)纖維性過濾媒介或(ii)纖維在不存在自由基引發劑之情況下在電漿製程中暴露於包含烴或碳氟化物單體之電漿，以便在其表面上形成聚合層，且在(ii)之狀況下，由該等纖維形成纖維性過濾媒介，其中該電漿經脈衝化。
形成於表面上之聚合層可為疏水性的。
在又一態樣中，本發明提供一種過濾諸如氣體或液體之流體之方法，該方法包含：使流體穿過如上文所描述之過濾媒介。詳言之，流體為空氣且媒介為自空氣移除諸如灰塵顆粒之固體顆粒的靜電媒介。
在又一態樣中，本發明提供一種藉由電漿聚合製程而沈積之經聚合碳氟化物或烴塗層之用途，其係用於增強纖維性過濾媒介之防結塊特性。
此外，本發明提供一種藉由電漿聚合製程而沈積之經聚合碳氟化物或烴塗層之用途，其係用於增強纖維性靜電過濾媒介之效能。
合適碳氟化物及烴塗層係可如上文所描述而獲得。
現將參看隨附簡圖而藉由實例來特定地描述本發明。
實例1 空氣滲透率試驗
對纖維性過濾媒介在使其經受及未經受電漿程序之情況下進行一系列試驗。如下對媒介進行特徵化：
將每一媒介之樣本置放於具有~300公升之處理容積之電漿腔室中。將腔室經由質量流量控制器及/或液體質量流量計及混合注射器或單體儲集器(在適當時)而連接至所需氣體及或蒸氣之供應源。
將腔室抽氣至3與10毫托之間的基礎壓力，之後使氦以20 sccm而進入腔室中，直至達到80毫托之壓力。接著，在300 W下使用以13.56 MHz之RF來撞擊連續功率電漿持續4分鐘。
在此時段之後，將式 之丙烯酸1H,1H,2H,2H-十七氟癸酯(CAS#27905-45-9)以120毫克/分鐘之速率而帶進腔室中，且在100 W之峰值功率下將電漿轉換為30微秒接通時間及20微秒關斷時間的經脈衝化電漿持續40分鐘。在40分鐘完成後，便關斷電漿功率以及處理氣體及蒸氣且將腔室抽氣回至基礎壓力。接著，將腔室通風至大氣壓且移除媒介樣本。
穿過均質各向異性多孔非編織結構的流體流可由達西(Darcy)定律描述：其中q為流體流之容積流動速率，η為流體之黏度，△p為沿著流體流之管道長度的壓降；k及t分別為非編織過濾媒介之比滲透率及厚度。
比滲透率之值指示排除織物厚度及流體類型之影響的織物的固有滲透率，此意謂可比較不同厚度的非編織結構。
若量測出材料之空氣滲透率及厚度，則可計算非編織織物之比滲透率。
使用「雪萊」(Shirley)空氣滲透率試驗器根據BS EN ISO 9237：1995來量測每一過濾媒介FM1至FM5之空氣滲透率。藉由使用此裝置，跨越織物試驗區域而在給定壓差下量測垂直地穿過織物之給定區域的空氣之流動速率。
試驗條件係如下：試驗區域：5 cm2 空氣壓力：50 Pa/100 Pa使每一媒介(經處理及未經處理)均經受10次試驗。圖1及下文之表1中展示試驗結果。
其中U=未經處理T=經處理SD=標準偏差CoV=變化係數
使用Fast-1(簡易的織物質量保證系統(Fabric Assurance by Simple Testing))壓縮試驗器自過濾媒介之獨立區域上之五個個別讀數來量測該媒介之平均厚度，該試驗器量測在2.00gcm-2 之負載下的織物厚度。
藉由使用達西定律，可使用以下方程式來計算比滲透率k。
表2中展示媒介之所計算比滲透率值。
表2-媒介之所量測厚度及所計算比滲透率值
結果展示：除了含PTFE隔膜媒介(FM4)以外，處理不具有對所試驗之過濾媒介之空氣滲透率的任何顯著效應。此媒介係作為兩個獨立A4大小的薄片而被供應，該兩個薄片中之一者經處理且一者未經處理，如上文所描述。在此狀況下，媒介具有最小孔隙大小(<7μm)。
實例2 過濾結塊試驗
製備由二氧化矽之精細顆粒組成之試驗灰塵。使用雷射繞射技術來量測試驗灰塵之顆粒大小。使顆粒以與其大小成反比之角度而穿過經聚焦雷射束及經散射光。藉由感光性偵測器來量測所產生之經散射光之角強度。圖2中展示灰塵之顆粒大小分布。
以一式三份之形式在過濾試驗台上試驗每一織物(實例1中之FM1至FM4)(圖3)。將過濾媒介之已稱重樣本夾持於過濾器外殼(1)中，過濾器外殼(1)又插入於遞送管(2)之出口與通風口(3)之間。經由噴嘴(5)而饋送氣體供應源(4)以產生穿過灰塵饋送腔室(6)而進入遞送管(2)中的氣流。將1.00 g之試驗灰塵在30秒時段內自灰塵饋送源(7)饋送至饋送腔室(6)中。將該台運行另外30秒。接著將過濾器及外殼(1)移除、稱重且在反向位置中替換。使過濾器經受三十秒空氣猝發以移除結塊灰塵。對過濾器及外殼(1)稱重且計算餅塊釋放百分比。
圖4中展示結果。此等結果展示：處理看似在FM1、FM2及FM3中具有關於過濾器灰塵餅塊釋放的有益效應。在此等狀況下，與等效的未經處理之過濾媒介相比，經處理之過濾媒介展現優越的餅塊釋放特性。FM3之結果展示：與本發明之處理相比，化學處理相當低效。
雖然FM4之樣本末展示此結果，但此可能係歸因於樣本之問題(見上文關於滲透率結果的評論)。
實例3 摩擦帶電過濾媒介試驗
通常將氯化鈉氣溶膠用於空氣過濾試驗。將丙烯酸類切段纖維之樣本(具有及不具有實例1中所描述之電漿處理)與聚丙烯摻合、梳理以誘發靜電充電、交叉搭接且針紮以製造非編織過濾媒介。
接著使用圖5所說明之裝置而使用基於BS EN 13274-7：2002氯化鈉氣溶膠試驗之方法來試驗此等樣本。
在箭頭之方向上在空氣過濾器(8)中過濾壓縮空氣流且使其進入氣溶膠產生器(9)中。在產生器中，製造呈具有約0.6 μm之中值顆粒直徑的顆粒之多分散分布之形式的氯化鈉氣溶膠。接著使此氣溶膠穿過含有試驗過濾器之試驗腔室，同時平行流(11)繞過此腔室。藉由火焰光度法來確定在氣溶膠穿過試驗過濾器之前及之後氣溶膠中之顆粒之濃度。火焰光度計(12)含有容納於垂直火焰管中的氫燃燒器，待分析之氣溶膠流過垂直火焰管。使穿過火焰管之空氣中的氯化鈉顆粒汽化，從而給出如589 nm的特徵鈉發射。此發射之強度係與氣流中之鈉之濃度成正比。在<0.001%至100%過濾器穿透率範圍內的準確確定係可能的。
表3中展示最初所獲得之結果以及在7天之後所獲得之結果。
此等結果展示：經處理之靜電(摩擦帶電)過濾媒介給出顯著之效能改良。由氣溶膠所引起之過濾器效能降低為公認的問題，且處理提供減輕此問題的明顯方式。
1．．．過濾器外殼
2．．．遞送管
3．．．通風口
4．．．氣體供應源
5．．．噴嘴
6．．．灰塵饋送腔室
7．．．灰塵饋送源
8．．．空氣過濾器
9．．．氣溶膠產生器
11．．．平行流
12．．．火焰光度計
圖1為對根據本發明而處理之纖維性過濾媒介及未經處理之纖維性過濾媒介所進行之空氣滲透率試驗之結果的圖表；圖2展示用於過濾試驗(見上文)中之灰塵的所量測顆粒大小分布；圖3為說明用於確定過濾餅塊釋放效率之試驗台的示意圖；圖4為展示經處理及未經處理之過濾媒介之餅塊釋放結果的圖表；且圖5為用於氯化鈉氣溶膠試驗之裝置的示意圖。

Claims (20)

  1. 一種用於移除空浮灰塵顆粒之靜電(摩擦帶電)纖維性過濾媒介，其纖維表面已藉由暴露於電漿沈積製程而改質，以便在其上沈積聚合塗層，其特徵在於在電漿沈積製程期間烴或碳氟化物單體之至少某一斷裂發生以產生自由基來引發聚合而不需要自由基引發劑，因此該纖維表面硬度沒有改變，並且該纖維性過濾媒介之孔隙大小在電漿沈積製程之後保持不變。
  2. 如請求項1之靜電(摩擦帶電)纖維性過濾媒介，其中纖維係在組裝成該過濾媒介之前暴露於該電漿沈積製程。
  3. 如請求項1之靜電(摩擦帶電)纖維性過濾媒介，其中該所形成媒介係暴露於該電漿沈積製程。
  4. 如請求項1至3中任一項之靜電(摩擦帶電)纖維性過濾媒介，其中該纖維性媒介包含聚丙烯、二乙酸纖維素、聚(對苯二甲酸乙二酯)、耐綸、聚氯乙烯、改質聚丙烯腈纖維、丙烯酸類、可視情況經氯化及/或利用耐綸進行塗布之棉花、真絲或羊毛，或其摻合物。
  5. 一種用於製備如請求項1至4中任一項之靜電(摩擦帶電)纖維性過濾媒介之方法，該方法包含：將(i)纖維性過濾媒介或(ii)纖維暴露於包含烴或碳氟化物單體的電漿，以便在其表面上形成聚合層，且在(ii)之狀況下，由該等纖維形成纖維性過濾媒介，其特徵在於將該纖維性過濾媒介或纖維暴露於電漿期間，在電漿沈積製程期間烴或碳氟化物單體之至少某一斷裂發生以產生自由基來引發聚 合而不需要自由基引發劑，因此該纖維表面硬度沒有改變，並且該纖維性過濾媒介之孔隙大小在電漿沈積製程之後保持不變。
  6. 如請求項5之方法，其中該電漿經脈衝化。
  7. 如請求項5或6之方法，其中該單體為式(I)之化合物： 其中R1 、R2 及R3 係獨立地選自氫、鹵基、烷基、鹵烷基或視情況經鹵基取代之芳基；且R4 為基團X-R5 ，其中R5 為烷基或鹵烷基且X為鍵；式-C(O)O(CH2 )n Y-之基團，其中n為1至10之整數且Y為鍵或磺醯胺基；或基團-(O)P R6 (O)q (CH2 )t -，其中R6 為視情況經鹵基取代之芳基，p為0或1，q為0或1且t為0或為1至10之整數，限制條件為：在q為1時，t不為0。
  8. 如請求項7之方法，其中式(I)之該化合物為式(II)之化合物：CH2 =CH-R5 (II)其中R5 係如請求項7中所定義，或為式(III)之化合物：CH2 =CR7a C(O)O(CH2 )n R5 (III)其中n及R5 係如請求項7中所定義且R7a 為氫、C1-10 烷基或C1-10 鹵烷基。
  9. 如請求項8之方法，其中式(I)之該化合物為式(III)之化合物。
  10. 如請求項9之方法，其中式(III)之該化合物為式(IV)之化 合物： 其中R7a 係如請求項7中所定義，且x為1至9之整數。
  11. 如請求項10之方法，其中式(IV)之該化合物為丙烯酸1H,1H,2H,2H-十七氟癸酯。
  12. 如請求項5或6之方法，其中該過濾媒介或該等纖維係置放於電漿沈積腔室中，輝光放電係在該腔室內被激起，且電壓係作為經脈衝化場而被施加。
  13. 如請求項12之方法，其中所施加電壓係40至500W之功率。
  14. 如請求項10之方法，其中該電壓係以接通時間：關斷時間之比率係在1：100至1：1500之範圍內的順序而經脈衝化。
  15. 如請求項5或6之方法，其中在初步步驟中，將連續功率電漿施加至該纖維性媒介或該等纖維。
  16. 如請求項15之方法，其中該初步步驟係在存在惰性氣體之情況下進行。
  17. 一種過濾諸如氣體或液體之流體之方法，該方法包含：使流體穿過如請求項1至4中任一項之靜電(摩擦帶電)纖維性過濾媒介。
  18. 如請求項17之方法，其中該流體為空氣且該媒介為自該空氣移除固體顆粒之靜電媒介。
  19. 一種藉由電漿聚合製程而沈積之經聚合碳氟化物或烴塗 層之用途，其係用於增強如請求項1至4中任一項之靜電(摩擦帶電)纖維性過濾媒介之防結塊特性。
  20. 一種藉由電漿聚合製程而沈積之經聚合碳氟化物或烴塗層之用途，其係用於增強如請求項1至4中任一項之靜電(摩擦帶電)纖維性靜電過濾媒介之效能。
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