交織的過濾屏障制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種過濾屏障，其包括至少一個障壁層，所述障壁層包括與微纖維交織的聚合物納米纖維，和至少一個基層，所述基層包括聚合物微纖維。該過濾屏障可通過靜電紡絲法制備。

An interlaced filter barrier

The invention discloses a filter screen, which comprises at least one barrier layer, the fiber polymer nano and micro fiber including barrier layer, and at least one base, the base comprises a polymer micro fiber. The filter barrier can be prepared by electrospinning.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
交織的過濾屏障相關(guān)申請交叉引用本申請是2014年12月8日提交的中國專利申請第201410743002.X號的分案申請。本申請按照35U.S.C.§119(e)要求于2013年12月9日提交的美國臨時申請序列號61/963,612的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
本專利技術(shù)涉及聚合物過濾屏障及其制備方法。具體而言，該過濾屏障具有障壁層和基層。
技術(shù)介紹
期望的過濾屏障應(yīng)具有高過濾效率和低壓降。一些過濾屏障是由直徑為幾微米至幾十微米的熔噴纖維組成。這些屏障無法有效過濾掉大部分微米級顆粒和納米顆粒并同時保持低壓降。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于前述背景，本專利技術(shù)的目的在于提供另一種的過濾屏障。因此，在一個方面，本專利技術(shù)提供了一種過濾屏障，其包括至少一個障壁層和至少一個基層。障壁層包括多個聚合物納米纖維，其與多個聚合物微纖維交織。基層包括聚合物微纖維。所述障壁層連接于所述基層上。障壁層的納米纖維和/或微纖維攜帶靜電荷。在本專利技術(shù)的示例性實施方案中，障壁層的聚合物納米纖維的直徑范圍為10納米至1000納米；障壁層的聚合物微纖維的直徑為1微米至10微米。在本專利技術(shù)的另一示例性實施方案中，過濾屏障還包括與障壁層連接的至少一個支持層，并且該支持層包括聚合物微纖維。在另一個方面，本專利技術(shù)提供了一種過濾屏障，其包括納米纖維層和殺生物劑層。納米纖維層包括多個聚合物納米纖維。殺生物劑層包括由具有反應(yīng)基的聚合物制成的多個納米纖維，和通過交聯(lián)劑與所述反應(yīng)基結(jié)合的殺生物劑。所述納米纖維層連接于殺生物劑層上。殺生物劑層中殺生物劑的量占0.5-2重量％，并且殺生物劑層的孔隙率范圍為90-98％。在另一方面，本專利技術(shù)提供了制備過濾屏障的方法，其包括以下步驟：使納米纖維與微纖維交織，形成孔徑為100-10000nm的障壁層，從而使得所述過濾屏障在低于85L/min(分鐘)的空氣流量下可阻擋超過95％的200-400nm的顆粒，同時使壓降維持在低于35mmH2O。小于200nm的顆粒可通過布朗擴散阻擋，而大于400nm的顆粒可通過撞擊、攔截、靜電吸引和過篩來阻擋。在一個實施方案中，上述方法還包括改變聚合物溶液的導(dǎo)電率、粘度或表面張力的步驟。在另一實施方案中，上述的改變步驟還包括加入導(dǎo)電率促進添加劑的步驟。在本專利技術(shù)的示例性實施方案中，所述方法還包括將交織的障壁層連接于基層上的步驟，并且該基層包括聚合物微纖維。在本專利技術(shù)的另一示例性實施方案中，納米纖維和微纖維由聚合物溶液制成，并通過改變聚合物溶液的導(dǎo)電率、粘度或表面張力獲得。在另一方面，本專利技術(shù)提供了制備過濾屏障的方法，其包括以下步驟：(1)通過改變由聚合物溶液制成的線狀物(thread)的至少一個維度(dimension)形成包含與微纖維交織的納米纖維的障壁層；(2)將障壁層連接于基層上以形成過濾屏障。用聚合物溶液通過靜電紡絲制成線狀物；并且基層包含多個微纖維。在另一方面，本專利技術(shù)提供了制備過濾屏障的方法，該過濾屏障包括納米纖維層和殺生物劑層。納米纖維層包括多個攜帶正靜電荷的非極性聚合物納米纖維。殺生物劑層包括由具有羥基的聚合物制成的多個納米纖維，所述羥基通過交聯(lián)劑能夠與具有氨基的殺生物劑共價結(jié)合。本專利技術(shù)的過濾屏障提供了多個優(yōu)勢，例如，該障壁層包括納米纖維與微纖維的交織結(jié)構(gòu)，其中通過這種交織可提供對過濾屏障的附加支撐，而不會折減過濾屏障的過濾效率。本專利技術(shù)的專利技術(shù)人認識到，盡管過濾效率通常隨納米纖維表面面積的增加而增加，并且表面面積隨納米纖維直徑的減小而增加，但對于給定材料而言，納米纖維的直徑不能無限制地大幅降低。如果需要進一步提高包含可能的最小直徑的納米纖維的屏障的過濾效率，必須增大屏障的厚度，這會致使屏障的壓降增大。因此，本專利技術(shù)是研發(fā)能夠提高過濾效率且不會引起壓降明顯增大的過濾屏障的解決方案。本專利技術(shù)人認識到，通過正壓和負壓靜電紡絲制成的納米纖維分別攜帶正靜電荷和負靜電荷，并且這些電荷可保持相對長的時間。本專利技術(shù)人還認識到，這些電荷來自兩種來源：納米纖維中的殘余表面電荷和過量陷阱電荷(ETC)。與表面電荷不同，ETC無法輕易消散，因為ETC會在聚合物的疇界(domainboundaries)處積累。對于半晶體聚合物，在結(jié)晶/非晶界面可誘捕電荷。由非極性聚合物構(gòu)成的電紡納米纖維與由極性聚合物構(gòu)成的相比，通常會將電荷保留較長的時間。由于大部分細菌和病毒是帶負電的，因此該問題目前的解決方案是形成攜帶正電荷的納米纖維屏障。那些帶電屏障能夠通過靜電吸引增強細菌和病毒的過濾，而不會增大壓降。在另一方面，可用接觸時能夠殺滅細菌的殺生物劑來功能化電紡納米纖維，而大部分市售過濾屏障僅僅用作濾篩以過濾掉氣載污染物。理想的屏障除物理上阻隔氣載污染物之外還應(yīng)展現(xiàn)出殺菌功能，以使交叉污染最小化。本專利技術(shù)人認識到，雖然一些屏障可表現(xiàn)殺菌性質(zhì)，但這些屏障常常需要將殺生物劑(例如銀納米顆粒)從屏障濾去以殺滅細菌。本解決方案研發(fā)出一種納米纖維屏障，其能夠在接觸時殺滅細菌而無需將殺生物劑從屏障濾出。此外，如以下討論的結(jié)果中所說明的，過濾屏障具有較高過濾效率和較低壓降。另外，該障壁層可由一組溶液制備，該組溶液的導(dǎo)電率、粘度和表面張力是不穩(wěn)定的，由此這種制備障壁層的方法可易于擴增以用于大規(guī)模生產(chǎn)。最后但同樣重要的是，障壁層在連接于基層時可維持其機械完整性。而且，包括基層和障壁層的過濾屏障是柔性的，以便允許卷對卷加工，而不影響障壁層的機械完整性。附圖說明圖1示出了過濾屏障，其包括障壁層和基層。圖2示出了本專利技術(shù)一個實施方案的與微纖維交織的CA/PEO納米纖維的SEM圖像(×5000放大率)。圖3示出了本專利技術(shù)的同一實施方案的包括障壁層、基層和支持層的過濾屏障。圖4示出了本專利技術(shù)的一個實施方案的過濾屏障，其包括五個障壁層和5個基層以及一個支持層。圖5示出了對具有不同數(shù)量的障壁層和基層的過濾屏障的過濾效率和壓降的研究結(jié)果。障壁層包括無靜電荷且與微纖維交織的CA/PEO納米纖維。圖6示出了對不同數(shù)量的CA/PEO納米纖維層的過濾效率和壓降的研究結(jié)果。圖7示出了對具有不同數(shù)量的障壁層和基層的過濾屏障的過濾效率和壓降的研究結(jié)果。障壁層包括帶靜電荷且與微纖維交織的CA/PEO納米纖維。圖8示出了對包括與微纖維交織的CA/PEO納米纖維的一個障壁層在從電紡結(jié)束至測量開始的時間段內(nèi)的表面電勢的研究結(jié)果。圖9示出了對包括CA/PEO納米纖維的一個障壁層在從電紡結(jié)束至測量開始的時間段內(nèi)的表面電勢的研究結(jié)果。具體實施方式本文和權(quán)利要求中使用的“包括”意思是包括下述要素，但不排除其他要素。實施例1包括與微纖維交織的納米纖維的過濾屏障1.1過濾屏障的結(jié)構(gòu)如圖1所示，本專利技術(shù)的第一方面涉及一種過濾屏障20，其包括障壁層22和基層24。障壁層22包括聚合物納米纖維和聚合物微纖維的交織結(jié)構(gòu)，其中納米纖維和微纖維攜帶靜電荷，而基層24由聚合物微纖維制成。障壁層22通過機械聯(lián)鎖(mechanicalinterlocking)和靜電吸引連接于基層24上。在一個實施方案中，障壁層22的周界也可通過超聲波焊接連接于基層24的周界上。在一個實施方案中，障壁層22的厚度范圍為5-100微米，而基層24的厚度范圍為90-200微米。圖2示出了掃描電子顯微鏡下障壁層22的交織結(jié)構(gòu)的形態(tài)(×5000放大率)。在一本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種過濾屏障，其包括：a)納米纖維層，其包含多個聚合物納米纖維；及b)殺生物劑層，其包含由具有第一反應(yīng)基的聚合物制成的多個納米纖維和殺生物劑，其中所述殺生物劑的第二反應(yīng)基通過交聯(lián)劑與所述第一反應(yīng)基結(jié)合；所述納米纖維層連接于所述殺生物劑層上，并且在所述殺生物劑層中，所述殺生物劑的量占0.5?2重量％，所述殺生物劑層的孔隙率范圍為90?98％。

【技術(shù)特征摘要】
2013.12.09 US 61/963,6121.一種過濾屏障，其包括：a)納米纖維層，其包含多個聚合物納米纖維；及b)殺生物劑層，其包含由具有第一反應(yīng)基的聚合物制成的多個納米纖維和殺生物劑，其中所述殺生物劑的第二反應(yīng)基通過交聯(lián)劑與所述第一反應(yīng)基結(jié)合；所述納米纖維層連接于所述殺生物劑層上，并且在所述殺生物劑層中，所述殺生物劑的量占0.5-2重量％，所述殺生物劑層的孔隙率范圍為90-98％。2.如權(quán)利要求1所述的過濾屏障，其中所述納米纖維層和/或殺生物劑層的所述納米纖維包含選自下列的聚合物：膠原蛋白、彈性蛋白、明膠、纖維蛋白原、纖維蛋白、藻酸鹽、纖維素、絲纖蛋白、殼聚糖和殼多糖、透明質(zhì)酸、葡聚糖、小麥谷蛋白、聚羥基烷酸酯、層粘連蛋白、尼龍、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚氨酯、聚(乙烯乙酸乙烯酯)、聚己內(nèi)酯、聚乙醇酸、聚(乳酸)、聚(乳酸-乙醇酸)共聚物、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯醇、纖維素乙酸酯、聚環(huán)氧乙烷及其組合。3.如權(quán)利要求1所述的過濾屏障，其中所述納米纖維層和/或殺生物劑層的所述納米纖維包括纖維素乙酸酯和聚環(huán)氧乙烷的組合。4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的過濾屏障，其中所述第一反應(yīng)基選自羥基和氨基，所述第二反應(yīng)基選自氨基和羥基。5.如權(quán)利要求1-3任一項所述的過濾屏障，其中所述殺生物劑選自氯己定、氧化銅、銀納米顆粒、過氧化鈣、N-鹵代胺和抗生素；其中所述交聯(lián)劑選自鈦三乙醇胺、有機鈦酸鹽、戊二醛和京尼平。6.如權(quán)利要求1-3任一項所述的過濾屏障，其中所述納米纖維層的納米纖維的直徑范圍為50–700nm，所述殺生物劑層的納米纖維的直徑范圍為100–900nm。7.一種制備過濾屏障的方法，其包括：提供聚合物溶液；將聚合物溶液與交聯(lián)劑、殺生物劑混合形成混合物；將所述聚合物溶液通過靜電紡絲制成納米纖維層；將含有聚合物、殺生物劑和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐滈宏，郭秀娟，
申請(專利權(quán))人：納米及先進材料研發(fā)院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：中國香港,81