TWI672346B - 濾材 - Google Patents

Abstract

一種濾材，包括熔噴不織布以及包覆層。熔噴不織布包括彼此交錯的多條熔噴纖維。包覆層包覆每一熔噴纖維，其中包覆層的材質包括聚矽氮氟化合物，以及包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量。

Description

濾材

本發明是有關於一種濾材，且特別是有關於一種化學纖維濾材。

許多先進材料加工製程與精密加工製程都會產生容易對環境、氛圍或機械造成污損或者對人體健康造成危害而使作業環境惡化的懸浮油霧。然而，目前就以濾材捕捉懸浮油霧而言仍存在許多限制，例如玻璃纖維濾材的質地硬脆易有浮纖及短纖飄散的問題，或者傳統化學纖維濾材無法拒水拒油，使得其表面或空隙中易形成水幔及/或油膜而影響捕捉效果及縮短使用壽命。因此，開發具疏水性及疏油性的化學纖維濾材已成為目前本領域之技術人員亟欲解決的問題之一。

本發明提供一種濾材，其具有疏水性及疏油性，且對油霧具有良好的捕捉效果。

本發明的濾材包括熔噴不織布以及包覆層。熔噴不織布包括彼此交錯的多條熔噴纖維。包覆層包覆每一熔噴纖維，其中包覆層的材質包括聚矽氮氟化合物，以及包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量。

在本發明的一實施方式中，上述的多條熔噴纖維的材質包括聚烯烴、聚酯或聚醯胺。

在本發明的一實施方式中，上述的多條熔噴纖維包括多條微米纖維。

在本發明的一實施方式中，每一上述的微米纖維的直徑介於1 µm至50 µm。

在本發明的一實施方式中，上述的多條熔噴纖維更包括多條奈米纖維。

在本發明的一實施方式中，每一上述的奈米纖維的直徑介於1 nm至1000 nm。

在本發明的一實施方式中，以上述的多條微米纖維和多條奈米纖維的總數量計，多條奈米纖維佔25%至55%。

在本發明的一實施方式中，上述的聚矽氮氟化合物為聚矽氮烷及全氟聚醚的共聚物。

在本發明的一實施方式中，以上述的聚矽氮烷及全氟聚醚的總重量計，全氟聚醚佔50%至80%。

基於上述，本發明濾材透過包括熔噴不織布及包覆層，其中熔噴不織布包括彼此交錯的多條熔噴纖維，包覆層包覆每一熔噴纖維，包覆層的材質包括聚矽氮氟化合物，且包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量，使得濾材能夠具有疏水性及疏油性，且對油霧具有良好的捕捉效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施方式，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。

為了製備出具有疏水性及疏油性且對油霧具有良好的捕捉效果的濾材，本發明提出一種濾材，其可達到上述優點。以下，特舉實施方式詳細描述本發明的濾材，以作為本發明確實能夠據以實施的範例。

本發明的一實施方式提出的濾材包括熔噴不織布以及包覆層。

熔噴不織布包括彼此交錯的多條熔噴纖維。換言之，在本實施方式中，在熔噴製程中，多條熔噴纖維會經過例如是加熱及壓合程序而以隨機方式彼此交錯及黏附而構成具有三維立體非織結構的熔噴不織布。在本實施方式中，多條熔噴纖維可為化學合成纖維。詳細而言，多條熔噴纖維的材質可包括聚烯烴、聚酯、聚醯胺或其組合，其中聚烯烴例如包括聚丙烯（polypropylene，PP）、聚乙烯（polyethylene，PE），聚酯例如包括聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）、聚芳酯，聚醯胺例如包括尼龍（Nylon）。

在本實施方式中，熔噴纖維可以是連續不斷的長纖維或纖維長度大於3 mm的短纖維。在一實施方式中，多條熔噴纖維可以是多條微米纖維。也就是說，熔噴不織布可為具有微米結構的不織布。具體而言，所述微米纖維的直徑可介於1 µm至50 µm之間。在另一實施方式中，多條熔噴纖維可包括多條微米纖維及多條奈米纖維。也就是說，熔噴不織布可為具有微/奈米複合結構的不織布。具體而言，所述微米纖維的直徑可介於1 µm至50 µm之間，以及所述奈米纖維的直徑可介於1 nm至1000 nm。值得一提的是，在本實施方式中，當多條熔噴纖維包括多條微米纖維及多條奈米纖維時，以多條微米纖維和多條奈米纖維的總數量計，多條奈米纖維佔25%至55%，較佳佔28%至51%。詳細而言，若多條奈米纖維所佔比例低於25%、或極少、或甚至沒有奈米纖維存在，則濾材不具有良好的過濾品質；若多條奈米纖維所佔比例高於55 wt%或完全為奈米纖維（如靜電紡絲纖維膜），則濾材將產生極大的空氣阻抗或壓損而降低過濾效率。

包覆層包覆每一熔噴纖維。在本實施方式中，包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量。

在本實施方式中，包覆層的材質包括聚矽氮氟化合物。詳細而言，在本實施方式中，聚矽氮氟化合物可為聚矽氮烷（polysilazane，PSZ）及全氟聚醚（perfluoropolyether，PFPE）的共聚物。在一實施方式中，聚矽氮烷例如包括以下式1所示的重複單元： 式1，其中R1及R2獨立地為羥基或甲基。在一實施方式中，全氟聚醚例如包括以下式2所示的重複單元及式3所示的重複單元： 式2， 式3，其中R為–(CH ₂) ₂Si(OCH ₃) ₃或–CF ₃。

在一實施方式中，聚矽氮氟化合物的製備方法例如包括使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應。在一實施方式中，以聚矽氮烷及全氟聚醚的總重量計，全氟聚醚可佔50%至80%，且聚矽氮烷可佔20%至50%。詳細而言，若全氟聚醚所佔比例高於80 %且聚矽氮烷所佔比例低於20%，則發生改質劑與不織布纖維基材接枝效果變差。

另外，在一實施方式中，聚矽氮氟化合物的製備方法例如包括在使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應之前，將聚矽氮烷、全氟聚醚與載劑均勻混合，藉此可避免在空氣下穩定性不高的聚矽氮烷在進行熱聚合反應之前就先發生自聚反應。在一實施方式中，載劑例如是丙二醇甲醚醋酸酯（propylene glycol monomethyl ether acetate，PGMEA）。在一實施方式中，以聚矽氮烷、全氟聚醚及載劑的總重量計，聚矽氮烷與全氟聚醚總共佔15%至30%。

從另一觀點而言，在一實施方式中，包覆層的製備方法例如包括：將事先配製好的含有聚矽氮烷、全氟聚醚及載劑的混合物經由塗佈製程塗佈在熔噴不織布上後，對塗佈所述混合物的熔噴不織布進行加熱處理以使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應，進而形成包覆熔噴不織布之每一熔噴纖維的包覆層。塗佈製程可包括所屬技術領域中具有通常知識者所周知的任何塗佈法，例如噴塗法、含浸法或氣相沉積法。

值得說明的是，在本實施方式中，濾材透過包括熔噴不織布及包覆層，其中熔噴不織布包括彼此交錯的多條熔噴纖維，包覆層包覆每一熔噴纖維，包覆層的材質包括聚矽氮氟化合物，且包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量，使得濾材能夠具有疏水性及疏油性。如此一來，濾材的表面或孔隙不會形成水幔或油膜，並且油霧在與濾材接觸後會產生凝聚現象而形成油滴進而排除，藉以達成良好的油霧捕捉效果，即良好的過濾效果。

下文將參照實施例1至實施例5及比較例1至比較例4，更具體地描述本發明的特徵。雖然描述了以下實施例，但是在不逾越本發明範疇之情況下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述之實施例對本發明作出限制性地解釋。 實施例 1

將聚對苯二甲酸乙二酯（由長春人造樹脂廠公司製造）進行熔噴製程，以製得由多條微米尺寸的熔噴纖維所構成的實施例1的熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：紡嘴孔徑0.3 mm、單孔紡嘴吐出量0.2±0.005 g/hole/min、熱空氣氣流量5.6±0.3 m ³/min、熱空氣牽伸壓力5.5±0.2 kg/m ²，且熔噴纖維的直徑分布請參照圖1。

將聚矽氮烷（由默克股份有限公司製造）、全氟聚醚（由杜邦公司製造）與丙二醇甲醚醋酸酯（購買自于成公司）均勻混合，以形成一混合物，其中以聚矽氮烷、全氟聚醚及丙二醇甲醚醋酸酯的總重量計，聚矽氮烷與全氟聚醚總共佔15%；以及以聚矽氮烷及全氟聚醚的總重量計，全氟聚醚佔50%以及聚矽氮烷佔50%。

將所述混合物以噴塗法塗佈於實施例1的熔噴不織布上後，進行加熱處理以使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應而形成熔噴纖維上包覆有實施例1的包覆層的實施例1的濾材，其中加熱處理的溫度為140℃，且實施例1的包覆層的重量為14.53%的實施例1的熔噴不織布的重量。 實施例 2

將聚對苯二甲酸乙二酯（由長春人造樹脂廠公司製造）進行熔噴製程，以製得由多條微米尺寸的熔噴纖維所構成的實施例2的熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：紡嘴孔徑0.3 mm、單孔紡嘴吐出量0.16±0.005 g/hole/min、熱空氣氣流量5.6±0.3 m ³/min、熱空氣牽伸壓力5.5±0.2 kg/m ²，且熔噴纖維的直徑分布請參照圖2。

將聚矽氮烷（由默克股份有限公司製造）、全氟聚醚（由杜邦公司製造）與丙二醇甲醚醋酸酯（購買自于成公司）均勻混合，以形成一混合物，其中以聚矽氮烷、全氟聚醚及丙二醇甲醚醋酸酯的總重量計，聚矽氮烷與全氟聚醚總共佔15%；以及以聚矽氮烷及全氟聚醚的總重量計，全氟聚醚佔50%以及聚矽氮烷佔50%。

將所述混合物以噴塗法塗佈於實施例2的熔噴不織布上後，進行加熱處理以使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應而形成熔噴纖維上包覆有實施例2的包覆層的實施例2的濾材，其中加熱處理的溫度為140℃，且實施例2的包覆層的重量為5.46%的實施例2的熔噴不織布的重量。 實施例 3

將聚對苯二甲酸乙二酯（由長春人造樹脂廠公司製造）進行熔噴製程，以製得由多條微米尺寸及奈米尺寸的熔噴纖維所構成的實施例3的熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：紡嘴孔徑0.3 mm、單孔紡嘴吐出量0.13±0.005 g/hole/min、熱空氣氣流量6.5±0.3 m ³/min、熱空氣牽伸壓力7.5±0.2 kg/m ²，熔噴纖維的直徑分布請參照圖3，且以微米纖維和奈米纖維的總數量計，奈米纖維佔28%以及微米纖維佔72%。

將聚矽氮烷（由默克股份有限公司製造）、全氟聚醚（由杜邦公司製造）與丙二醇甲醚醋酸酯（購買自于成公司）均勻混合，以形成一混合物，其中以聚矽氮烷、全氟聚醚及丙二醇甲醚醋酸酯的總重量計，聚矽氮烷與全氟聚醚總共佔15%；以及以聚矽氮烷及全氟聚醚的總重量計，全氟聚醚佔50%以及聚矽氮烷佔50%。

將所述混合物以噴塗法塗佈於實施例3的熔噴不織布上後，進行加熱處理以使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應而形成熔噴纖維上包覆有實施例3的包覆層的實施例3的濾材，其中加熱處理的溫度為140℃，且實施例3的包覆層的重量為6.33%的實施例3的熔噴不織布的重量。 實施例 4

將聚對苯二甲酸乙二酯（由長春人造樹脂廠公司製造）進行熔噴製程，以製得由多條微米尺寸及奈米尺寸的熔噴纖維所構成的實施例4的熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：紡嘴孔徑0.3 mm、單孔紡嘴吐出量0.10±0.005 g/hole/min、熱空氣氣流量6.9±0.3 m ³/min、熱空氣牽伸壓力7.5±0.2 kg/m ²，熔噴纖維的直徑分布請參照圖4，且以微米纖維和奈米纖維的總數量計，奈米纖維佔51%以及微米纖維佔49%。

將聚矽氮烷（由默克股份有限公司製造的）、全氟聚醚（由杜邦公司製造）與丙二醇甲醚醋酸酯（購買自于成公司）均勻混合，以形成一混合物，其中以聚矽氮烷、全氟聚醚及丙二醇甲醚醋酸酯的總重量計，聚矽氮烷與全氟聚醚總共佔15%；以及以聚矽氮烷及全氟聚醚的總重量計，全氟聚醚佔50%以及聚矽氮烷佔50%。

將所述混合物以噴塗法塗佈於實施例4的熔噴不織布上後，進行加熱處理以使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應而形成熔噴纖維上包覆有實施例4的包覆層的實施例4的濾材，其中加熱處理的溫度為140℃，且實施例4的包覆層的重量為7.20%的實施例4的熔噴不織布的重量。 實施例 5

將聚對苯二甲酸乙二酯（由長春人造樹脂廠公司製造）進行熔噴製程，以製得由多條微米尺寸及奈米尺寸的熔噴纖維所構成的實施例5的熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：紡嘴孔徑0.3 mm、單孔紡嘴吐出量0.10±0.005 g/hole/min、熱空氣氣流量6.9±0.3 m ³/min、熱空氣牽伸壓力7.5±0.2 kg/m ²，且以微米纖維和奈米纖維的總數量計，奈米纖維佔51%以及微米纖維佔49%。

將聚矽氮烷（由默克股份有限公司製造）、全氟聚醚（由杜邦公司製造）與丙二醇甲醚醋酸酯（購買自于成公司）均勻混合，以形成一混合物，其中以聚矽氮烷、全氟聚醚及丙二醇甲醚醋酸酯的總重量計，聚矽氮烷與全氟聚醚總共佔15%；以及以聚矽氮烷及全氟聚醚的總重量計，全氟聚醚佔50%以及聚矽氮烷佔50%。

將所述混合物以噴塗法塗佈於實施例5的熔噴不織布上後，進行加熱處理以使聚矽氮烷與全氟聚醚進行熱聚合反應而形成熔噴纖維上包覆有實施例5的包覆層的實施例5的濾材，其中加熱處理的溫度為140℃，且實施例5的包覆層的重量為3.09%的實施例5的熔噴不織布的重量。 比較例 1

按照與實施例1相同的熔噴製造程序來製造比較例1的濾材，而差異僅在於：製得熔噴不織布後不進行混合物的製備及塗佈。也就是說，比較例1的濾材即為實施例1未經化學改質處理的熔噴不織布。 比較例 2

按照與實施例2相同的熔噴製造程序來製造比較例2的濾材，而差異僅在於：製得熔噴不織布後不進行混合物的製備及塗佈。也就是說，比較例2的濾材即為實施例2未經化學改質處理的熔噴不織布。 比較例 3

按照與實施例3相同的熔噴製造程序來製造比較例3的濾材，而差異僅在於：製得熔噴不織布後不進行混合物的製備及塗佈。也就是說，比較例3的濾材即為實施例3未經化學改質處理的熔噴不織布。 比較例 4

按照與實施例4相同的熔噴製造程序來製造比較例4的濾材，而差異僅在於：製得熔噴不織布後不進行混合物的製備及塗佈。也就是說，比較例4的濾材即為實施例4未經化學改質處理的熔噴不織布。

之後，分別對實施例1至實施例4及比較例1至比較例4的濾材進行濾效及壓損的測試，以及分別對實施例4、實施例5及比較例4的濾材進行接觸角的量測。前述測試的說明如下，且測試結果顯示於表1及表2中。 ＜ 濾效及 壓損的測試 ＞

對實施例1至實施例4及比較例1至比較例4的濾材，以下述方法進行濾效及壓損的測試。利用TSI公司製造的CertiTest®自動化濾材測試儀（Automated Filter Testers）（型號Tester model 3160），依據歐盟檢測標準EN 1822，分別量測前述濾材對經霧化後的癸二酸二乙基己酯（Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat，DEHS）氣凝膠（aerosol）的過濾效果，其中測試流量為32 L/min，DEHS氣凝膠的粒徑為0.3 μm，測試結果顯示在下方表1中。 ＜ 接觸角 的量測 ＞

將水、煙霧油及切削油分別滴在實施例4、實施例5及比較例4的濾材上。待水、煙霧油以及切削油不再流動後，利用接觸角量測器（型號：Model TK-C1380U，由JVC公司製造）分別量測水、煙霧油及切削油與實施例4、實施例5及比較例4的濾材間的接觸角。量測結果顯示在下方表2中。

表1 濾效（%） 壓損（mmH2O） 實施例1 68.07±0.02 3.09±0.61 比較例1 3.12±0.99 0.98±0.01 實施例2 81.73±2.47 5.75±0.05 比較例2 36.55±1.06 2.66±0.09 實施例3 92.50±0.85 7.09±0.07 比較例3 59.90±1.06 6.59±0.29 實施例4 99.65±0.19 13.39±1.17 比較例4 70.15±0.51 10.65±0.09

表2 接觸角（度） 水 煙霧油 切削油 實施例4 143±1 134±1 122±1 實施例5 124±1 121±1 99±1 比較例4 119±1 103±1 0±0

由上述表1可知，與不包括材質包含聚矽氮氟化合物的包覆層的比較例1至比較例4的濾材相比，包括材質包含聚矽氮氟化合物的包覆層的實施例1至實施例4的濾材具有良好的濾效且適當的壓損，其中實施例4的濾材的濾效高達約99.65%且壓損僅約13.39 mmH ₂O。此結果顯示，透過材質包括聚矽氮氟化合物的包覆層包覆每一熔噴纖維，且所述包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量，使得濾材對油霧具有良好的捕捉效果。

另外，由上述表2可知，在包括材質包含聚矽氮氟化合物的包覆層的實施例4及實施例5的濾材上，水、煙霧油及切削油的接觸角皆明顯大於90度。此結果顯示，透過材質包括聚矽氮氟化合物的包覆層包覆每一熔噴纖維，且所述包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量，使得濾材能夠同時具有疏水性及疏油性。反觀不包括材質包含聚矽氮氟化合物的包覆層的比較例4的濾材，切削油在其上的接觸角為0度，表現出高度的親油性。此表示，比較例4的濾材表現出極差的拒油特性。

綜上所述，本發明濾材透過包括熔噴不織布及包覆層，其中熔噴不織布包括彼此交錯的多條熔噴纖維，包覆層包覆每一熔噴纖維，包覆層的材質包括聚矽氮氟化合物，且包覆層的重量為3%至15%的熔噴不織布的重量，使得濾材能夠具有疏水性及疏油性，且對油霧具有良好的捕捉效果。如此一來，本發明的濾材適合應用在先進材料加工製程或精密加工製程中以解決懸浮油霧的問題，亦即本發明的濾材適合應用在油霧凝結過濾器、油氣分離過濾器、油水凝結過濾器等中。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

無

圖1是實施例1的熔噴不織布的熔噴纖維的平均直徑分布圖。 圖2是實施例2的熔噴不織布的熔噴纖維的平均直徑分布圖。 圖3是實施例3的熔噴不織布的熔噴纖維的平均直徑分布圖。 圖4是實施例4的熔噴不織布的熔噴纖維的平均直徑分布圖。

Claims (9)

1. 一種濾材，包括： 熔噴不織布，其中所述熔噴不織布包括彼此交錯的多條熔噴纖維；以及 包覆層，包覆每一所述熔噴纖維，其中所述包覆層的材質包括聚矽氮氟化合物，以及所述包覆層的重量為3%至15%的所述熔噴不織布的重量。
2. 如申請專利範圍第1項所述的濾材，其中所述多條熔噴纖維的材質包括聚烯烴、聚酯或聚醯胺。
3. 如申請專利範圍第1項所述的濾材，其中所述多條熔噴纖維包括多條微米纖維。
4. 如申請專利範圍第3項所述的濾材，其中每一微米纖維的直徑介於1 µm至50 µm。
5. 如申請專利範圍第3項所述的濾材，其中所述多條熔噴纖維更包括多條奈米纖維。
6. 如申請專利範圍第5項所述的濾材，其中每一奈米纖維的直徑介於1 nm至1000 nm。
7. 如申請專利範圍第5項所述的濾材，其中以所述多條微米纖維和所述多條奈米纖維的總數量計，所述多條奈米纖維佔25%至55%。
8. 如申請專利範圍第1項所述的濾材，其中所述聚矽氮氟化合物為聚矽氮烷及全氟聚醚的共聚物。
9. 如申請專利範圍第8項所述的濾材，其中以所述聚矽氮烷及所述全氟聚醚的總重量計，所述全氟聚醚佔50%至80%。