本說(shuō)明書大體上涉及具有改進(jìn)的性能特征的過(guò)濾介質(zhì)，特別是涉及摻入硅基涂層的氣體過(guò)濾器，該硅基涂層提高過(guò)濾器捕獲污染物的效率。

背景技術(shù)：

1、液體和氣體過(guò)濾器俘獲空氣、水或其他物質(zhì)中多種不同類型的污染物。例如，空氣過(guò)濾器通常包括過(guò)濾介質(zhì)，過(guò)濾介質(zhì)包含去除空氣中粉塵、花粉、霉菌和細(xì)菌等固體顆粒的纖維或多孔材料。

2、兩種主要類型的空氣過(guò)濾裝置包括表面過(guò)濾器和深度過(guò)濾器。表面過(guò)濾器，例如膜或薄膜，充當(dāng)污染物的屏障，在污染物進(jìn)入介質(zhì)結(jié)構(gòu)之前將其捕獲。這些表面過(guò)濾器通常具有亞微米孔徑和狹窄的孔徑分布。表面過(guò)濾器的顆粒捕獲效率往往相對(duì)較高。不過(guò)，它們的壓降也相對(duì)較高，粉塵負(fù)荷能力較低。高壓降導(dǎo)致通過(guò)過(guò)濾器的氣流減少。粉塵負(fù)荷能力低則會(huì)大大降低過(guò)濾器的壽命。因此，表面過(guò)濾器在空氣過(guò)濾行業(yè)中的應(yīng)用有限。

3、深度過(guò)濾器通常用于空氣過(guò)濾裝置中，其效率從中等到較高，壓降較低，粉塵負(fù)荷能力相對(duì)較高。深度過(guò)濾器通常采用各種纖維，這些纖維形成為網(wǎng)狀物或其他非織造結(jié)構(gòu)，其在纖維之間具有迂回曲折的路徑，空氣等氣流通過(guò)這些路徑。流經(jīng)網(wǎng)狀物的路徑的氣體中的顆粒物質(zhì)，由于相對(duì)于路徑直徑的顆粒尺寸，被截留在網(wǎng)狀物的上游側(cè)或網(wǎng)狀物的迂回曲折的路徑內(nèi)。

4、傳統(tǒng)的家用和商用空氣過(guò)濾器，例如hvac過(guò)濾器，通常根據(jù)過(guò)濾器捕獲約0.3-10微米顆粒的能力來(lái)評(píng)級(jí)。這種評(píng)級(jí)稱為最低效率報(bào)告值或merv，由美國(guó)采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(huì)(ashrae)制定。merv評(píng)級(jí)范圍為1-16，值越高，表示俘獲特定類型顆粒的效率越高。在測(cè)試過(guò)程中，根據(jù)氣流中的粒徑來(lái)比較效率值也很常見。e3、e2和e1值分別指3-10微米、1-3微米和0.3-1微米的顆粒效率。

5、為了提高此類空氣過(guò)濾器捕獲顆粒污染物的效率，可以在形成過(guò)濾介質(zhì)之前或之后，對(duì)纖維施加化學(xué)處理、添加劑或涂層。例如，可以通過(guò)噴涂、浸入、發(fā)泡或其他已知的制造技術(shù)施加涂層。例如，已向纖維施加硅基涂層，以提高過(guò)濾介質(zhì)的效率。例如，美國(guó)專利第10,279,290號(hào)描述了此類涂層。在另一個(gè)實(shí)例中，如美國(guó)專利第8,057,583號(hào)所述，在形成過(guò)濾介質(zhì)后，向其最外層表面添加聚硅氧烷和/或蠟添加劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、發(fā)明概述

1、為了提供對(duì)請(qǐng)求保護(hù)主題某些方面的基本理解，以下介紹了對(duì)請(qǐng)求保護(hù)主題的簡(jiǎn)化概述。本摘要并非請(qǐng)求保護(hù)主題的廣泛概述。它既非旨在確定請(qǐng)求保護(hù)主題的關(guān)鍵要素，也非旨在劃定請(qǐng)求保護(hù)主題的范圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化的形式介紹請(qǐng)求保護(hù)主題的一些概念，作為后面介紹的更詳細(xì)描述的前奏。

2、提供了過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾器，例如氣體或液體過(guò)濾器、面罩、cpap過(guò)濾器、真空袋、車廂空氣過(guò)濾器(cabin?air?filter)、hvac過(guò)濾器、家用空氣過(guò)濾器、商用空氣過(guò)濾器、燃?xì)廨啓C(jī)和壓縮機(jī)進(jìn)氣過(guò)濾器、面板過(guò)濾器等，其包括具有基于聚硅氧烷的涂層的纖維。還提供了制造此類過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾器的系統(tǒng)和方法。

3、在一個(gè)方面，過(guò)濾介質(zhì)包括含有一種或多種纖維的層，該纖維涂覆有基于聚硅氧烷的涂層?；诰酃柩跬榈耐繉影辽偌s2％涂層總重量的聚硅氧烷化合物。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，用本文所述的基于聚硅氧烷的涂層直接涂覆纖維，大大提高此類過(guò)濾器捕獲污染物、特別是e2和e3顆粒群范圍內(nèi)污染物的效率。此外，這種涂層基本上不損害過(guò)濾器的其他重要特性，例如過(guò)濾器的成本、壽命、容塵量以及壓降或透氣性。

4、纖維結(jié)構(gòu)由于纖維網(wǎng)狀物層疊而具有迂回曲折的孔隙路徑。換句話說(shuō)，非織造布的孔隙形狀并非圓柱形。通常，過(guò)濾操作過(guò)程中的氣流通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的厚度。因此，當(dāng)穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的污染物撞擊纖維表面時(shí)，它們或被纖維捕獲，或被彈回。本文公開的過(guò)濾器減少了從纖維表面彈開的顆粒的量，并保持更多顆粒與纖維表面接觸，從而導(dǎo)致更大的顆粒捕獲量。

5、在實(shí)施方案中，基于聚硅氧烷的涂層包括稀釋在水或其他合適流體中的聚硅氧烷化合物，使得按涂層的重量計(jì)，聚硅氧烷化合物占至少約2％，或至少約5％。在示例性實(shí)施方案中，按涂層的重量計(jì)，聚硅氧烷化合物占約10％。

6、在實(shí)施方案中，基于聚硅氧烷的涂層的重量大于纖維總重量的約0.1％。在實(shí)施方案中，涂層的重量大于纖維總重量的約5％，或?yàn)槔w維總重量的約6％至約10％。在其他實(shí)施方案中，涂層的重量可以大于纖維總重量的10％。

7、在實(shí)施方案中，基于聚硅氧烷的涂層包含活性聚硅氧烷粗滴乳液。例如，聚硅氧烷乳液可以包含二甲基聚硅氧烷乳液、氨基型聚硅氧烷乳液、有機(jī)官能聚硅氧烷乳液、樹脂型聚硅氧烷乳液、成膜聚硅氧烷乳液等。在一個(gè)實(shí)施方案中，活性聚硅氧烷粗滴乳液包含氨基官能聚二甲基硅氧烷和/或聚乙二醇單十三烷基醚。在示例性實(shí)施方案中，氨基官能聚二甲基硅氧烷占涂層重量的約30％至約40％。在實(shí)施方案中，聚乙二醇單十三烷基醚占涂層重量的約5％至約10％。

8、纖維可以是切斷纖維或連續(xù)纖維。在施加涂層之前，纖維可以是裸露的(即零紡絲油劑)。在施加涂層之前，纖維可以包括紡絲油劑。在某些實(shí)施方案中，裸露的連續(xù)纖維是紡粘纖維或熔噴纖維。在其他實(shí)施方案中，切斷纖維具有小于約2％的常規(guī)紡絲油劑。

9、在一些實(shí)施方案中，基于聚硅氧烷的涂層還包含抗靜電劑?？轨o電劑可以包括陽(yáng)離子抗靜電劑、陰離子抗靜電劑、季銨鹽抗靜電劑或表面活性劑。表面活性劑可包括非再濕熱降解表面活性劑/發(fā)泡劑。

10、纖維可以是人造的或天然的。適用于纖維的材料包括但不限于聚丙烯、聚酯(pet)、pen聚酯、pct聚酯、聚丙烯、pbt聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、高密度聚乙烯(“hdpe”)、lldpe、pla、交聯(lián)聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚反丁烯二腈、聚苯乙烯、苯乙烯馬來(lái)酸酐、聚甲基戊烯、環(huán)烯烴共聚物或氟化聚合物、聚四氟乙烯、全氟乙烯和六氟丙烯或與pvdf的共聚物，如p(vdf-trfe)，或三元共聚物，如p(vdf-trfe-cfe)，丙烯、聚酰亞胺、聚醚酮、纖維素酯、尼龍和聚酰胺、聚甲基丙烯酸、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚甲醛、聚砜、丙烯酸、苯乙烯化丙烯酸、預(yù)氧化丙烯酸、氟化丙烯酸、乙酸乙烯酯、乙烯基丙烯酸、乙烯-乙酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯、乙烯/氯乙烯、乙酸乙烯共聚物、乳膠、聚酯共聚物、羧基苯乙烯丙烯酸或乙酸乙烯酯、環(huán)氧樹脂、丙烯酸多元共聚物、酚醛、聚氨酯、纖維素、苯乙烯或其任意組合。涵蓋其他常規(guī)纖維材料。在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選雙組分切斷纖維，例如hdpe/pet、pp/pet、copet/pet。在一些實(shí)施方案中，可以經(jīng)由雙組分紡粘技術(shù)產(chǎn)生無(wú)油劑的雙組分纖維，然后施加涂層。

11、纖維可以具有適合于應(yīng)用的厚度。在一些實(shí)施方案中，纖維的至少一個(gè)維度在約1微米至約10,000微米或約1微米至約1,000微米或約10-100微米的范圍內(nèi)。纖維的厚度也可以以旦尼爾來(lái)衡量，旦尼爾是衡量纖維線性質(zhì)量密度的單位。在一些實(shí)施方案中，纖維的線性密度可以為約1旦尼爾至約10旦尼爾。纖維可以配置為梯度密度介質(zhì)，其中孔徑從過(guò)濾器的上表面(上游)向下表面(下游)減小，反之亦然，以提高捕獲效率和容塵量。

12、在一些實(shí)施方案中，纖維層可以包括“高蓬松度”非織造材料，該材料包括紡粘或熱風(fēng)粘合的梳理非織造纖維。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“高蓬松度”是指空隙空間的體積大于總固體的體積。在熱風(fēng)粘合的梳理非織造纖維中，可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種方法控制纖維層的蓬松度。

13、在某些實(shí)施方案中，纖維是具有芯和鞘的雙組分纖維。在實(shí)施方案中，芯與鞘不同心。在其他實(shí)施方案中，芯與鞘同心。

14、在某些實(shí)施方案中，過(guò)濾介質(zhì)包括非織造材料，其包括包含纖維的基材、片材、層、薄膜、有孔薄膜、網(wǎng)或其他介質(zhì)，該纖維涂覆有基于聚硅氧烷的涂層。

15、在另一個(gè)方面，提供了具有一種或多種涂覆有基于聚硅氧烷的涂層的纖維的空氣過(guò)濾器，例如hvac過(guò)濾器或類似物，該涂層包括稀釋在水或其他合適流體中的聚硅氧烷化合物，使得聚硅氧烷化合物占涂層重量的至少約2％，或涂層重量的至少約5％。在示例性實(shí)施方案中，聚硅氧烷化合物占涂層重量的約10％。

16、包含涂覆有本文所述的硅基涂層的纖維的過(guò)濾介質(zhì)可以用于制造支撐式、自支撐式、折疊式或平板式(非折疊式)空氣過(guò)濾器或hvac過(guò)濾器,根據(jù)ashrae?52.2，其最低效率評(píng)級(jí)為至少merv?6。在一些實(shí)施方案中，merv評(píng)級(jí)為merv?7、merv?8、merv?9，甚至merv?10。

17、在實(shí)施方案中，與無(wú)基于聚硅氧烷的涂層的纖維的e3過(guò)濾效率值相比，過(guò)濾介質(zhì)的e3過(guò)濾效率提高了約30％或更多，或與無(wú)基于聚硅氧烷的涂層的纖維的e3過(guò)濾效率值相比，提高了約35％或更多，或與無(wú)基于聚硅氧烷的涂層纖維的e3過(guò)濾效率值相比，提高了約40％或更多。

18、在實(shí)施方案中，與無(wú)基于聚硅氧烷的涂層的纖維的e2過(guò)濾效率值相比，過(guò)濾介質(zhì)的e2過(guò)濾效率提高了約20％或更多。

19、在實(shí)施方案中，過(guò)濾器的壓降小于無(wú)基于聚硅氧烷的涂層的過(guò)濾器的壓降的10％。在實(shí)施方案中，壓降小于無(wú)基于聚硅氧烷的涂層的過(guò)濾器的壓降的5％、1％或0.5％。

20、在實(shí)施方案中，過(guò)濾器的透氣性在無(wú)基于聚硅氧烷的涂層的過(guò)濾器的透氣性的5％以內(nèi)。在實(shí)施方案中，透氣性小于無(wú)基于聚硅氧烷的涂層的過(guò)濾器的透氣性的1％。

21、在某些實(shí)施方案中，過(guò)濾介質(zhì)的merv評(píng)級(jí)可以僅通過(guò)施加基于聚硅氧烷的涂層來(lái)提高。在這些實(shí)施方案的某些實(shí)施方案中，過(guò)濾介質(zhì)去除e3顆粒的效率為至少約5個(gè)點(diǎn)、至少約10個(gè)點(diǎn)、至少18個(gè)點(diǎn)或至少約30個(gè)點(diǎn)。merv評(píng)級(jí)可以從merv?7提高到merv?8，從merv?8提高到merv?9，從merv?7提高到merv?9，或者甚至從merv?7提高到merv?10。

22、過(guò)濾器還可以包括與過(guò)濾介質(zhì)連接的基本上剛性的支撐層。纖維可以包括擠出薄膜，該擠出薄膜包括一個(gè)或多個(gè)用于液體流動(dòng)的孔。例如，孔可以呈六角形、圓形、方形或菱形。

23、過(guò)濾器可以包括褶皺。例如，纖維層可以包括至少一個(gè)在纖維層內(nèi)形成褶皺的折痕。在另一個(gè)實(shí)例中，過(guò)濾器還包括多個(gè)在纖維層表面延伸的褶皺。纖維層可以是無(wú)褶的。

24、在某些實(shí)施方案中，過(guò)濾介質(zhì)中的纖維可以帶靜電，使得例如可以通過(guò)機(jī)械和靜電過(guò)濾捕獲污染物。例如，靜電或駐極體纖維可以是通過(guò)梳理和針刺制成的高蓬松度摩擦電過(guò)濾介質(zhì)。

25、在另一個(gè)方面，制備過(guò)濾介質(zhì)的方法包括提供多根纖維，并將基于聚硅氧烷的涂層施加至纖維。按涂層的重量計(jì)，涂層包括至少約2％或至少5％的硅化合物。在示例性實(shí)施方案中，聚硅氧烷化合物占涂層重量的約10％。

26、在形成纖維網(wǎng)狀物之后或之前，將涂層直接施加至纖維。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，將涂層直接施加至纖維提高了過(guò)濾介質(zhì)的總體效率，尤其是捕獲e2或e3顆粒群中污染物的總體效率。

27、在某些實(shí)施方案中，基于纖維的總重量，基于聚硅氧烷的涂層的附加重量大于約1％。在某些實(shí)施方案中，基于纖維的總重量，附加重量大于約5％，或?yàn)榧s6％至約10％。

28、在實(shí)施方案中，基于聚硅氧烷的涂層包含活性聚硅氧烷粗滴乳液。聚硅氧烷乳液可以包括，例如，二甲基聚硅氧烷乳液、氨基型聚硅氧烷乳液、有機(jī)官能聚硅氧烷乳液、樹脂型聚硅氧烷乳液、成膜聚硅氧烷乳液等。在示例性實(shí)施方案中，活性聚硅氧烷粗滴乳液包含氨基官能聚二甲基硅氧烷和/或聚乙二醇單十三烷基醚。

29、纖維可以通過(guò)任何合適的方法制造，包括但不限于熔噴、紡粘或水刺、雙組分紡粘、熱粘合、梳理、氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)、擠出、共成型、針刺、縫合、液壓纏繞等。在某些實(shí)施方案中，裸露的連續(xù)纖維是通過(guò)選自紡粘和熔噴的工藝形成的。在其他實(shí)施方案中，摻入了過(guò)濾介質(zhì)的切斷纖維是通過(guò)梳理、氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)或類似工藝形成的。

30、在實(shí)施方案中，可以通過(guò)任何合適的工藝施加基于聚硅氧烷的涂層，包括但不限于用基于聚硅氧烷的涂料噴涂纖維，將纖維浸入含有基于聚硅氧烷的涂料的容器中，以及將基于聚硅氧烷的涂層以泡沫的形式施加至纖維。

31、涂層可以作為紡絲油劑施加，或在已經(jīng)施加了紡絲油劑后施加?？梢詫⑼繉邮┘拥綗o(wú)紡絲油劑的裸露纖維上?？梢詫⑼繉邮┘佑谝呀?jīng)施加了典型紡絲油劑的切斷纖維上。

32、本文對(duì)本說(shuō)明書各種實(shí)施方案所滿足的理想目標(biāo)的敘述，并非意在暗示或提議任何或所有這些目標(biāo)都作為基本特征單獨(dú)或共同存在于本說(shuō)明書最一般的實(shí)施方案或其任何更具體的實(shí)施方案中。