專利名稱：聚乙烯膜及其制備方法
聚乙烯膜及其制備方法本發(fā)明涉及包含聚乙烯的膜。特別地，本發(fā)明涉及具有大于20的PF(性能過 濾)值的膜。此外，本發(fā)明涉及用于制備和使用這樣的膜的方法。氣體過濾介質(zhì)通常被用于空氣過濾并用于多種應(yīng)用如ASHRAE過濾器(也被稱 為預(yù)過濾器)、HEPA(高效顆粒空氣)過濾器和ULPA(超低透過空氣)過濾器。這樣的 過濾器可以例如被用于除去清潔室中的污染物，用于HVAC (暖通空調(diào))系統(tǒng)，用于保護 諸如醫(yī)療設(shè)備的設(shè)備遠離污染物。HEPA過濾器通常被定義為除去至少99.97%的具有約0.3 μ m的平均直徑的顆 粒的過濾器，該平均直徑通過鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)測試測定，該測試概述在通過 引用并入本文的美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD_282(1956)中和通過引用并入本文的美軍檔案 136-300-175A(1965)中。產(chǎn)生集中在0.3微米質(zhì)量中值直徑的大小分布的亞微米氣溶膠 顆粒的其它同等標(biāo)準(zhǔn)測試方法包括，但不限于，英國、法國和歐洲測試方案。此外，MIL-STD-282測試也被概述在 American Society of Heating，Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) Handbook of HVACSystems (美國采暖、制冷和 空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE) HVAC系統(tǒng)手冊)，1992，第25章，第25.3-25.5頁中，其通 過引用并入本文。在ASHRAE手冊第25章中，各種過濾器在圖4中被分類。在本發(fā)明 優(yōu)選的實施方式中，通過DOPMIL-STD-282測試具有95%效率的高效顆?？諝?HEPA) 過濾器被分類為ASHRAE手冊的圖4中的組IV?；赑TFE的有機聚合物基空氣過濾介質(zhì)在市場上也是可獲得的且已經(jīng)在一些專 利申請中公開。然而，PTFE介質(zhì)通常是相當(dāng)易碎的且因此在諸如折疊或裝配的制造操作 期間或在使用和成型期間需要小心的處理并且在使用期間需要廣泛的支撐。對于實際應(yīng) 用，PTFE不具有用作獨立式膜(freestanding membrane)的強度。US 5,507,847和WO 96/04063公開了具有PTFE膜的ULPA過濾器。該膜在上 游和下游均由一種或多種支撐材料支撐。還提示了除了 PTFE的其它膜材料，但是那些 膜材料未被實驗工作支持并因此從未付諸于實踐。US 6.409.785公開了具有至少一個過濾層是PTFE的兩個過濾層的HEPA過濾
器，其中第二過濾層意欲降低PTFE的在折疊操作過程中易于在PTFE膜中引入裂縫或撕 裂的劣勢。應(yīng)當(dāng)觀察到當(dāng)在本領(lǐng)域的專利申請中討論材料的選擇時，有時提示了聚乙 烯，但直到現(xiàn)在，可用的PE的HEPA品質(zhì)膜從未在本領(lǐng)域中被認識或被付諸于實踐。本發(fā)明的目的是提供具有高顆粒過濾的改進的聚乙烯膜。本發(fā)明的另一目的是提供制造改進的聚乙烯膜的方法。本發(fā)明的又一目的是提供這樣的膜的有利用途。改進可以例如是為了解決以上提到的問題中的一種或多種。通過具有至少10的顆粒過濾PF值的多孔膜實現(xiàn)了以上目的中的一種或多種。 PF值根據(jù)下式計算PF= (-log(透過率(％ )/100)/壓力損失(mm H2O)) X 100
其中透過率(％) = 100-在以InmH2O的一定的壓力損失下的收集效率，所述 壓力損失是當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速流經(jīng)膜時測量的，且收集效率(以％)使用具有 0.3 μ m粒徑的鄰苯二甲酸二辛酯測量。這符合美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-282 (1956)。令 人驚奇地，這是通過多孔聚乙烯膜實現(xiàn)的。這些膜特別用于顆粒過濾應(yīng)用如ASHRAE過 濾器、HEPA過濾器和ULPA過濾器。直到現(xiàn)在，在這些應(yīng)用中僅作為獨立式膜使用聚 乙烯膜是可行的而不作為過濾元件本身。應(yīng)當(dāng)注意到PF值在本領(lǐng)域也被稱為“優(yōu)良指數(shù)”、α值，或“品質(zhì)因子”、Y值。透過被定義為未被膜阻止的量。透過表示為百分比并被定義為Cd/Q；，其中上 游側(cè)的顆粒濃度是Cu且下游側(cè)的顆粒濃度是Cd。收集效率被定義為100%-透過。雖然 PF值不直接得出收集效率，但根據(jù)本發(fā)明的膜通常具有至少50%的收集效率(ASHRAE 過濾器)并在大多數(shù)情況中具有高得多的收集效率，例如優(yōu)于99% (見其它地方的討 論)。對于大多數(shù)根據(jù)本發(fā)明的膜，PF是至少20并在一些情況下甚至是至少30。這 樣高的值是高度有利的，因為它們允許在相對低的壓力損失下非常低的透過。較低的壓 力損失導(dǎo)致較低的傳送空氣通過過濾器的能量消耗。這對于環(huán)境具有有益效果(較少能 量和較少CO2)并且具有降低的使用費用。參考示例性實施方式以及附圖，以下將更完整地說明本發(fā)明，其中

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的膜的透視圖，圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的膜的橫切面圖，圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的膜的頂面視圖，圖4以較高放大率顯示圖3的一部分，圖5以較高放大率顯示圖4的一部分，圖6顯示典型的ePTFE結(jié)構(gòu)的頂面視圖，且圖7以較高放大率顯示圖6的一部分。經(jīng)膜的壓力損失在很大程度上取決于孔徑大小和膜結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)具有這樣 的膜是高度有利的其中當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速穿過膜時，根據(jù)美國軍用標(biāo)準(zhǔn) MIL-STD-282 (1956)的壓力損失是至少3mm H20。這保證對于根據(jù)本發(fā)明的膜的PF值 實現(xiàn)非常高的收集效率。優(yōu)選地，當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速穿過膜時壓力損失應(yīng)當(dāng)是至 少4mmH20。在另一方面，當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速穿過膜時，壓力損失應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地 限于小于約30mmH20，因為太高的壓力損失需要增高的工作壓力并因此挑戰(zhàn)膜的機械需 求。多孔的在本文意指膜具有多個開放的微孔。優(yōu)選地，平均孔徑是至少0.5 μ m。 如果平均孔徑遠低于0.5 μ m，那么通過膜的氣體通量對于實際應(yīng)用是太低的?？讖酱笮?和平均孔徑在本文意指(除非另外說明)用如以下實驗部分顯示的氣流技術(shù)測定的平均流 動孔徑。發(fā)現(xiàn)至少Ium的平均孔徑是有優(yōu)勢的且優(yōu)選地，平均孔徑是至少2 μ m以實現(xiàn) 相對低的壓力損失。在另一方面，多孔聚乙烯膜應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地具有小于15 μ m的平均孔徑 以實現(xiàn)相對高的收集效率。更優(yōu)選地，平均孔徑應(yīng)當(dāng)小于12 μ m，例如小于10 μ m。然 而，可被理論化而不限于其中相比于平均孔徑，收集效率更大程度上取決于膜的(各向異性)結(jié)構(gòu)。還觀察到具有較小的平均孔徑的膜傾向于較不易于不可逆的孔堵塞。 應(yīng)當(dāng)觀察到，在使用中在膜內(nèi)結(jié)合或儲存顆粒在一些應(yīng)用中可能是期望的并且在這些應(yīng) 用中結(jié)構(gòu)和起始孔隙率是高度重要的且孔徑不應(yīng)當(dāng)太低。最佳孔徑很大程度上取決于膜的具體應(yīng)用并因此在范圍的高端之間(在一些情 況中在外面)的各種范圍將是特別有優(yōu)勢的。膜的孔應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地如此排列以致如Gurley數(shù)(Gurley number)顯示的氣體透過低 于5s/50ml。Gurley值是一定體積的空氣穿過一定面積的膜所用的時間且如實驗部分描 述被測定。換句話說，Gurley越低，氣體透過膜越快。Guriey數(shù)最期望的范圍(即， 最高和最低Guriey數(shù)的最佳組合)取決于實際應(yīng)用。總的來說，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Guriey數(shù)低于 5s/300ml時是有利的。在另一方面，發(fā)現(xiàn)太開放的結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)致降低的收集效率，且因 此優(yōu)選Gurley數(shù)大于0.5s/300ml，且更優(yōu)選地是Gurley數(shù)大于約ls/300ml?？偢芍卦诒疚囊庵改ぶ亓?，除非另外說明。聚乙烯可以是單一的聚乙烯或優(yōu)選地聚乙烯或其共聚物和任選地下面討論的 其它組分的混合物。因此，應(yīng)當(dāng)觀察到聚乙烯膜在本文意指包含至少50wt_%的聚乙 烯的膜，優(yōu)選地至少80wt_%的聚乙烯的膜。該膜可以由聚乙烯組成。聚乙烯優(yōu)選地 具有相對高的平均分子量以增加膜的強度。高含量的超高分子量的聚乙烯(在下文中 UHMWPE)在促進獨立式膜的制備中是有優(yōu)勢的。在一個實施方式中，多孔聚乙烯膜的 至少20wt_%是UHMWPE且優(yōu)選地至少50wt_%的聚乙烯是超高分子量的聚乙烯(在下 文中UHMWPE)，因為UHMWPE允許非常高的強度通過膜的拉伸。UHMWPE是重均 分子量大于約500,OOOg/摩爾的聚乙烯，例如500,000-20,000,OOOg/摩爾的聚乙烯。下限 對應(yīng)于膜需要的(較低)抗張強度而上限對應(yīng)于其中材料變得太硬而不易處理的大約的限 度。UHMWPE可以是雙模塊或多模塊的混合物，其提高可加工性?；赨HMWPE的 膜具有這樣的優(yōu)勢其在尺寸上是高度穩(wěn)定的，在應(yīng)力下也是，且可以制備具有高孔隙 率的薄的微孔膜。特別地，發(fā)現(xiàn)高含量的UHMWPE是有優(yōu)勢的，因為即使與一小部分 的另一組分混合時UHMWPE也可以通過擠壓并然后拉伸而處理以形成非常堅固且負擔(dān)得 起的膜以及在化學(xué)上和機械上穩(wěn)定(例如，關(guān)于熱循環(huán)和溶脹性能)的膜。此外，在優(yōu) 選的實施方式中，少于80wt_%的多孔聚乙烯膜是UHMWPE，且更優(yōu)選地少于70wt_% 的多孔聚乙烯膜是UHMWPE。聚乙烯的另一高度優(yōu)選的部分是高分子量聚乙烯(在下文中HMWPE)。 HMWPE是具有約100,OOOg/摩爾-500,OOOg/摩爾的重均分子量的聚乙烯。分子量的下限 對應(yīng)于其中實際強度增加(substantial strengthincrease)可以通過拉伸實現(xiàn)的分子量且分子 量的上限對應(yīng)于向UHMWPE的轉(zhuǎn)變。在一個實施方式中，多孔聚乙烯膜的至少5wt_% 是HMWPE且優(yōu)選地多孔聚乙烯膜的至少20wt_%是HMWPE，例如多孔聚乙烯膜的至少 30wt_%是HMWPE。與純的UHMWPE膜相比，HMWPE含量提高可加工性且允許例如 膜的孔徑和膜結(jié)構(gòu)的微調(diào)。此外，優(yōu)選的是少于80wt_%的多孔聚乙烯膜是HMWPE， 例如少于50wt_%的多孔聚乙烯膜，因為太高含量的HMWPE可以導(dǎo)致膜的降低的機械強 度。然而，這種膜可以仍然被用于例如支撐膜。應(yīng)當(dāng)觀察到(U) HMWPE是具有良好的耐化學(xué)性的清潔材料且PE具有超過PTFE 的優(yōu)勢，其不含氟或向環(huán)境釋放(例如通過燃燒一次性空氣過濾單元)氟。
在一個實施方式中，多孔聚乙烯膜包括至少50wt_%的聚乙烯和優(yōu)選地共 l-50wt_%的至少一種選自由以下組成的組的組分金屬、金屬氧化物、陶瓷粉末、氧 化的PE、PEO> PTFE>微?；南灮旌衔?、PE共聚物(諸如PE-PTFE、PE-EVA、 PE-AA、PVA, PE-氯乙烯或PE-環(huán)氧)、活性碳、炭黑、除PE之外的聚合物樹脂及 其混合物?？梢蕴砑悠渌M分以促進期望的性能，諸如例如提供導(dǎo)電性，改變顏色、強 度、韌性，降低成本，提高彈性，改進疏水性，引入親水性或作為填充劑。優(yōu)選地，多 孔聚乙烯膜包括至少85wt_%的聚乙烯和共l-15wt_%的至少一種選自上面的組的組分。 除了在上面描述的混合過程中外，這些組分也可以經(jīng)例如涂覆或等離子體聚合工藝被添 加到聚乙烯膜。在聚烯烴多孔膜中添加添加劑可以是有利的。例如，另外的碳纖維、納 米管、玻璃纖維或其它纖維可以有利于多孔聚合物膜的傳導(dǎo)性和/或強化，因此允許增 加的設(shè)計自由度和/或提高這些材料的壽命。最終的膜可以采取任何已知的膜形狀，例如管、片、褶皺和螺旋狀。特別地， 優(yōu)選的形狀是片狀構(gòu)件。這樣的構(gòu)件可以例如以基本上平的形狀使用或被折疊成具有一 層或多層膜的管或折疊成具有褶皺的(口琴狀的)表面的構(gòu)件。優(yōu)選的是該構(gòu)件是獨立式的，也稱作自-支撐的，即，自身能夠提供足以承載 膜的重量以及在使用過程中施加在膜上的力的支撐強度。對于包含UHMWPE的膜，這 一實施方式是最優(yōu)選的實施方式，因為盡管獨立式膜有更嚴格的機械要求，歸因于高強 度和高硬度的UHMWPE允許設(shè)計相對薄的膜。在另一優(yōu)選的實施方式中，膜至少部分 被安排在支撐構(gòu)件上以便膜形成平的主表面、管狀的主表面和/或褶皺的主表面。在許多應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的膜被安排在包括膜本身的模塊中，例如過濾模塊 (通常由本領(lǐng)域熟知的方法根據(jù)應(yīng)用的具體需要二維或三維地成型)。熟知的實例是褶皺 的膜模塊。優(yōu)選的膜排列在本說明書的其它地方討論。模塊還包括支撐和/或框以保護 過濾器或增強過濾器的操作。支撐通常具有對于支撐膜所描述的類型。這種支撐也可以 用于其它獨立式膜作為在使用過程中進一步預(yù)防機械損壞?？蛲ǔ＞哂写龠M操作以及適 應(yīng)其中使用模塊的系統(tǒng)的外形，因此提高模塊中的膜或系統(tǒng)中的模塊的安裝/替換的容 易性。在這樣的模塊中，膜通過提供用于其中使用膜的分離過程的裝置而成為必需的元 件。多孔聚乙烯膜還可以包含至少一種選自由以下組成的組的組分阻燃劑、填充 劑、導(dǎo)電材料、防污劑和防臭劑(anti odor additive)。這些添加劑的具體的實例對于本 領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。這些添加劑的含量通常較低，如少于20wt_%且優(yōu)選地少于 lOwt-%。添加劑優(yōu)選地在膜的擠出或模制之前被添加，但是在一些情況下(例如關(guān)于防 臭劑)添加劑可以在膜成型之后被添加，并且在一些情況下甚至在膜的使用過程中被添 加。在制備過程中，膜組分通常與溶劑混合。許多溶劑是可能的，但是發(fā)現(xiàn)，使用 萘烷促進了達到膜性能的合適的組合，所述的膜性能例如可加工性、孔徑、混合物的均 一性和擠出之后溶劑的可提取性?？捎玫娜軇┑钠渌鼘嵗菢O性或低極性溶劑或溶劑的 混合物，包括萘烷和/或其它脂肪族或芳族溶劑、蠟(油)和/或其它油、或長鏈的醇或醚。高度優(yōu)選地，孔隙率不是均勻地分布。對于膜最有利的結(jié)構(gòu)是具有基本上平行于膜的外部主表面排列的纖維絲網(wǎng)(fibril web)的層狀結(jié)構(gòu)，在本文中稱為多層結(jié)構(gòu)或扁 形面條狀結(jié)構(gòu)，這是由于纖維絲網(wǎng)與扁形面條中的面團片的排列的視覺相似性，其中在 一些區(qū)域纖維絲網(wǎng)接觸毗連的纖維絲網(wǎng)而在其它區(qū)域被另一物質(zhì)(例如空氣、溶劑或水 相)分離。膜結(jié)構(gòu)可以通過橫斷面的掃描電子顯微鏡來檢測，所述橫斷面通過在液氮中 冷凍該膜隨后通過刀的撞擊折斷而制成。從刀片的尖端延伸的裂縫(未與刀接觸)形成 用于研究的合適的樣品。在圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明的聚乙烯膜的典型的橫斷面的SEM 顯微照片。清楚地觀察到高度多孔膜的表面2和開裂的橫斷面4。由于膜的制備方法而產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)且因此與這樣的事實相關(guān)該膜通過混合隨 后通過擠出和拉伸而制備。多層結(jié)構(gòu)式對于多種分離應(yīng)用是高度有利的，且非常令人驚 奇的是多層結(jié)構(gòu)可以用于氣體過濾介質(zhì)、HEPA過濾器、ULPA過濾器等。例如，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)如本文描述的具有多層結(jié)構(gòu)的膜提供更優(yōu)的過濾性能?？梢员焕碚摶幌抻谄渲?的是，這是因為迫使氣體沿著相對長的路徑通過這樣的膜的高度曲折的孔結(jié)構(gòu)。因此更 令人吃驚的是，盡管是高度分層的結(jié)構(gòu)且因此高度曲折的孔結(jié)構(gòu)，非常低的空氣阻力可 以如其他地方所描述而實現(xiàn)，其導(dǎo)致高空氣流速和高效過濾的獨特組合。在圖2中，根 據(jù)本發(fā)明的多孔膜的橫斷面的SEM顯微圖片清楚地顯示還被稱作扁形面條結(jié)構(gòu)的多層結(jié) 構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)的纖維絲網(wǎng)的密度可以變化且取決于各絲網(wǎng)的厚度和膜的總孔隙率。 在一個實施方式中，膜具有3至15個纖維絲網(wǎng)/30μιη膜橫斷面，纖維絲網(wǎng)基本上平行于 膜的外表面排列。然而，優(yōu)選的是膜的橫斷面具有4至12個纖維絲網(wǎng)/30 μ m，且發(fā)現(xiàn) 當(dāng)膜的橫斷面具有6至10個纖維絲網(wǎng)/30 μ m膜橫斷面時導(dǎo)致最期望的性能組合。多層結(jié)構(gòu)的各纖維絲網(wǎng)的厚度也可以變化且取決于絲網(wǎng)的絲網(wǎng)密度和膜的總孔 隙率。在根據(jù)本發(fā)明的膜的一個實施方式中，至少70%的纖維絲網(wǎng)具有平行于膜的外表 面的0.02至2.5 μ m的厚度。發(fā)現(xiàn)當(dāng)至少90%的纖維絲網(wǎng)具有0.02至2.5 μ m的厚度時 導(dǎo)致最期望的性能組合。在高度優(yōu)選的實施方式中，膜是具有微纖維與內(nèi)部納米纖維的組合的拉伸的 聚乙烯膜。微纖維具有直徑約I-IOum和長度5-50um的尺寸，且納米纖維具有直徑 10-150nm和長度2_20um的尺寸。纖維的直徑在本文意指纖維的平均直徑在該范圍之 內(nèi)。纖維的長度在本文意指纖維的平均長度在該范圍之內(nèi)。微纖維和納米纖維的組合是 高度有利的，因為微纖維通常提供機械強度和剛性，其允許制備具有非常低的橫穿膜的 壓力損失(AP)的自支撐膜。納米纖維允許捕獲小至約0.01 μ m的顆粒，因此提高膜的效 率。除此之外，多層結(jié)構(gòu)對于膜更進一步地提高過濾效率和最重要的過濾一致性。在圖 3中顯示了根據(jù)本發(fā)明的聚乙烯膜表面的SEM顯微照片。在這一低倍率顯微照片上，微 纖維網(wǎng)絡(luò)是清晰可見的，而納米纖維僅顯示為較淡的色度。在圖4和圖5中，圖3的截 面以更高倍率顯示。拉伸的聚乙烯膜明顯地具有微纖維和內(nèi)部納米纖維的組合。納米纖 維被清晰地顯示為細白線，其連接更多的微纖維行程絲網(wǎng)(course web)，連接單個納米纖 維并將納米纖維連接到微纖維。在圖6和圖7中，顯示了現(xiàn)代技術(shù)的ePTFE(拉長的聚四氟乙烯(extended polytetrafluoroethylene))膜的SEM顯微照片。當(dāng)與圖4和圖6比較時，(U) HMWPE和 ePTFE的結(jié)構(gòu)差別是清晰可見的。ePTFE具有十分均勻的約O.lum的纖維厚度，與l_3um直徑的ePTFE顆?；旌?。此外，當(dāng)與圖5至圖7比較時，觀察到ePTFE纖維系統(tǒng)在纖絲 密度方面是高度均勻的，而(U)HMWPE顯示具有微纖維和納米纖維的極大的變化。發(fā)現(xiàn)膜的孔隙率應(yīng)當(dāng)是相對高的?？紫堵时欢x為(l-BW/(rhoXd))*100%， 其中BW是膜的基本重量(base weight) [g/m2], rho是膜的密度[g/m3]且d是膜的厚度 [m]。對于一些應(yīng)用，其中氣流被限制，約至少70VOl-%的孔隙率是有利的。在大多數(shù) 情況下具有至少80vol-%或甚至至少90vol-%的孔隙率將是非常有用的，因為這提供了 非常開放的結(jié)構(gòu)，具有高的總孔隙率并因此具有相對低的壓力損失。最大孔隙率取決于 材料的選擇和系統(tǒng)的構(gòu)造(例如膜是支撐的還是非支撐的)。發(fā)現(xiàn)優(yōu)選的是，膜的孔隙率 是至多95νο1_%，且更優(yōu)選地，孔隙率是至多90νο1_%。高度優(yōu)選地，孔隙率不是均勻地分布。對于膜最有利的結(jié)構(gòu)是具有基本上平行 于膜的外部主表面排列的纖維絲網(wǎng)的多層結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)可以通過橫斷面的掃描電子顯微 鏡來檢測，所述橫斷面通過在液氮中冷凍該膜隨后通過刀的撞擊折斷而制成。從刀片的 尖端延伸的裂縫(未與刀接觸)形成用于研究的合適的樣品。纖維絲網(wǎng)通過聚烯烴聚合物的無紡織聚合物纖維形成。絲網(wǎng)本身是多孔的但是 具有比膜的總孔隙率低得多的孔隙率。聚烯烴聚合物形成單個纖維絲網(wǎng)。由于包括混 合、隨后擠出和拉伸的膜的制備方法產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)。令人驚奇地，發(fā)現(xiàn)盡管具有高孔隙 率的非常開放的結(jié)構(gòu)，但由于在膜中實現(xiàn)的高通量和高收集效率，多層結(jié)構(gòu)對于氣體過 濾是非常有利的。多層結(jié)構(gòu)的纖維絲網(wǎng)的密度可以變化且取決于各絲網(wǎng)的厚度和膜的總孔隙率。 在一個實施方式中，膜具有1至12個纖維絲網(wǎng)/30μιη膜橫斷面，纖維絲網(wǎng)基本上平行于 膜的外表面排列。然而，優(yōu)選的是膜的橫斷面具有2至8個纖維絲網(wǎng)/30 μιη，且發(fā)現(xiàn)當(dāng) 膜的橫斷面具有2至5個纖維絲網(wǎng)/30 μ m膜橫斷面時導(dǎo)致最期望的性能組合。多層結(jié)構(gòu)的各纖維絲網(wǎng)的厚度也可以變化且取決于絲網(wǎng)的密度和膜的總孔隙 率。在根據(jù)本發(fā)明的膜的一個實施方式中，至少70%的纖維絲網(wǎng)具有平行于膜的外表面 的0.02至2.5 μ m的厚度。發(fā)現(xiàn)當(dāng)至少90%的纖維絲網(wǎng)具有0.02至2.5 μ m的厚度時導(dǎo) 致最期望的性能組合。最終的膜可以采取任何已知的膜或過濾器形狀。特別地，優(yōu)選的形狀是片狀構(gòu) 件。這樣的構(gòu)件可以例如以基本上平的形狀使用或被折疊成具有一層或多層膜的管或折 疊成具有褶皺的(口琴狀的)表面的構(gòu)件。特別優(yōu)選的形狀被用于包括例如聚酰胺熱熔樹 脂的墊片的迷你褶皺型過濾器或過濾器組合體。在另一實施方式中，膜是空心構(gòu)件，即 可以通過穿過具有插入物的模頭擠出而獲得的形狀，例如空心管、空心盒或空心纖維。 這些優(yōu)選的形狀允許包含該膜的最終構(gòu)件的非常多樣的設(shè)計。優(yōu)選的是，多孔聚乙烯膜是獨立式的，也稱作自-支撐的，即，自身能夠提供 足以承載膜的重量以及在使用過程中施加在膜上的力的強度。十分令人驚奇地是可以制 備獨立式的聚合物膜，因為現(xiàn)有技術(shù)的聚合物膜(用于空氣過濾的PTFE膜)太脆弱而不 能實現(xiàn)這個。對于包含UHMWPE的膜，這一實施方式是最優(yōu)選的實施方式，因為由于 高的強度和硬度，UHMWPE允許設(shè)計包括獨立式膜的嚴格的機械要求的相對薄的膜。在另一優(yōu)選的實施方式中，膜至少部分安排在支撐構(gòu)件上以便膜形成平的主表 面、管狀的主表面和/或褶皺的主表面。管狀的主表面可以例如通過根據(jù)本發(fā)明的一層或多層膜的螺旋纏繞或通過擠出管任選地隨后例如通過加壓空氣或液體拉伸而獲得。在一個實施方式中，膜具有在所述膜的至少一個表面上層壓的可透氣的支撐構(gòu) 件且優(yōu)選地可透氣的支撐構(gòu)件在多孔聚乙烯膜的雙表面上層壓?？赏笟獾闹慰梢允俏?孔的、多孔的或甚至大孔的(比如網(wǎng)格)。將可透氣的支撐構(gòu)件層壓到膜上改善了膜的 操作以及提高了強度。支撐構(gòu)件是例如由重量在約lOg/m2至400g/m2的范圍內(nèi)的纖維材 料制備的并且選自包括以下的組玻璃、噴熔聚丙烯(PP)、聚丁烯對苯二酸酯(PBT)、 聚苯硫醚(PPS)、膨體聚四氟乙烯(ePTFE)、乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)聚乙烯對苯二 酸酯(PET)聚酯和聚乙烯(PE)、尼龍(PA)、混合的纖維素酯、纖維素或其衍生物、聚氯 乙烯和三乙酸纖維素。層壓材料中的支撐構(gòu)件和膜可以例如通過超聲焊接、膠合、熱粘 合或通過激光焊接而互相結(jié)合。在高度優(yōu)選的實施方式中，支撐是導(dǎo)電的和/或抗靜電 的。在許多應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的膜被安排在包括膜本身的模塊中，例如過濾模塊 (通常由本領(lǐng)域熟知的方法根據(jù)應(yīng)用的具體需要二維或三維地成型)。過濾模塊的熟知的 實例是螺旋纏繞的膜模塊或褶皺的膜模塊。優(yōu)選的膜排列在本說明書的其它地方討論。 常用的模塊還包括支撐和/或框以保護過濾器或增強過濾器的操作。支撐通常具有對于 支撐膜所描述的類型。這種支撐也可以用于其它獨立式膜作為在使用過程中進一步預(yù)防 機械損壞?？蛲ǔ＞哂写龠M操作以及適應(yīng)其中使用模塊的系統(tǒng)的外形。在這樣的模塊 中，膜通過提供用于其中使用膜的分離過程的裝置而成為必需的元件。這種模塊的優(yōu)選的實例是空氣過濾組合體，包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的褶皺 的膜和任選地支撐和/或基質(zhì)構(gòu)件(matrix member)。空氣過濾器組合體應(yīng)當(dāng)具有超過10 的PF值，因為這提供非常好的壓力損失和透過之間的平衡。優(yōu)選地，空氣過濾器組合體 的PF值是至少20，且更優(yōu)選地，空氣過濾器組合體的PF值是至少30，因為這允許其中 可使用過濾器組合體的系統(tǒng)的更優(yōu)的整體性能。在大多數(shù)應(yīng)用中，膜形成較大系統(tǒng)的部分，所述較大系統(tǒng)例如用于清潔室的系 統(tǒng)(或用于清潔室的通風(fēng)/空氣過濾系統(tǒng)，設(shè)備等)。在一些情況中膜安排在模塊中(如 其他地方描述)但是在所有情況中，膜通過提供對于整個系統(tǒng)的運行必需的系統(tǒng)的性質(zhì) 或功能而成為整個系統(tǒng)的必需部件。例如，由于污染，不經(jīng)過適當(dāng)?shù)目諝膺^濾的清潔室 將是完全無用的，且如果需要的空氣過濾器不在適當(dāng)位置，醫(yī)療器械將是無用的，因為 這將允許器械的污染或甚至將疾病從一位患者轉(zhuǎn)移至另一位。優(yōu)選的膜具有約200 μ m或更小的厚度，優(yōu)選地約75 μ m或更小，例如小于 50 μ m。更薄的膜具有潛在的較低的壓力損失的優(yōu)勢。優(yōu)選地膜具有至少5 μ m的厚度 且優(yōu)選地至少10 μ m的厚度，例如至少25 μ m。較厚的膜提供增加的可靠性和強度。此 外，獨立式膜通常需要比支撐膜需要的更高的厚度。根據(jù)本發(fā)明的膜可以通過幾種方法制備。在優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的 親水性多孔聚合物膜通過將至少一種聚乙烯(優(yōu)選地UHMWPE和HMWPE中的至少一 種)和任選地如其他地方討論的附加組分與溶劑混合以形成混合物而制備。然后將混合 物擠出并除去溶劑。優(yōu)選地，在拉伸基件之前通過蒸發(fā)除去溶劑。這樣，產(chǎn)生了具有獨 特的多孔結(jié)構(gòu)的基件，其在最后拉伸操作中增強了纖維絲網(wǎng)的高度有利的層狀結(jié)構(gòu)的形 成。在例如組分和范圍方面優(yōu)選的實施方式與前面提到的本發(fā)明的這一實施方式相同且
11因此在本說明書中的其他地方描述。關(guān)于制備的更多的方面是本領(lǐng)域已知的且例如在US 5,376,445、US 5,370,889和US 5,507,993 (通過引用并入本文)中描述?；旌衔锟梢允歉叨日吵淼囊后w，通常處于凝膠或乳液的形式。如本文所用術(shù)語 擠出包括本領(lǐng)域已知的擠出技術(shù)，諸如凝膠技術(shù)、溶劑擠出等。在一個實施方式中，混 合物在擠出機(如具有一個或多個螺桿的擠出機)內(nèi)部形成以將混合物加工成高粘度的 塊，如凝膠或乳液，將該塊通過模頭拉出，產(chǎn)生厚的帶狀物。通過蒸發(fā)或提取從帶狀物 中除去溶劑以形成基件。在本方法的一個實施方式中，溶劑在拉伸之后被除去。如上所述制備的基件可以直接被用作根據(jù)本發(fā)明的膜，且因此本身是根據(jù)本發(fā) 明的膜。然而，為了提高比強度、孔隙率、孔徑并降低每單位面積的膜的成本，優(yōu)選 地，基件以至少10倍的面積拉伸以形成膜。拉伸可以分批進行或連續(xù)進行。發(fā)現(xiàn)通過 在機器方向2.5-10倍和縱向3-10倍雙軸拉伸是有利的，因為這易于導(dǎo)致膜性能的合適的 組合。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)在機器方向以相對低的速率進行拉伸是高度有利的。通常，包含 UHMWPE的根據(jù)本發(fā)明的雙軸拉伸的膜在機器方向顯示約7MPa或更高的抗張強度，優(yōu) 選地約IOMPa或更高的抗張強度。如果需要非常高的強度，膜可以具有約40MPa或更高 的抗張強度，通常通過膜或基底材料的壓延(calendaring)實現(xiàn)。提高抗張強度的另一方 法是在擠出過程中使用石蠟油作為溶劑隨后通過提取除去石蠟油。高強度允許薄得多的 膜和/或在使用中不需要剛性支撐的膜。然而，壓延(以及使用石蠟油作為溶劑)還易于 增加膜中的壓力損失。此外，對于這些聚乙烯膜在機器方向的斷裂延長率通常在10-30% 的級別。這允許在使用中的大變形(彈性變形)而不損壞膜的性能。在擠出之前混合物中的固體含量對于膜的可加工性以及最終的膜的性能是重要 的。當(dāng)混合物中干的成分(即，聚烯烴聚合物和任選地添加劑的總和)是干的成分和溶 劑的總重量的約5至30wt_%時獲得良好的特性組合。然而當(dāng)混合物中干的成分是干的成 分和溶劑的總重量的10至25wt_%時實現(xiàn)最佳特性組合。添加劑是官能化合物諸如例如 流變改性劑(例如油)、著色劑和填充劑(即，加入的惰性元件例如來減少膜的重量或成 本)。添加劑可以例如被添加到混合物中以提高可加工性或影響最終的膜的性質(zhì)。添加 劑也可以在拉伸之后例如作為化學(xué)或物理鍵合的覆蓋層而添加。加工方式(擠出/拉伸)比傳統(tǒng)溶劑澆鑄法產(chǎn)生的膜更有利。溶劑澆鑄膜需 要較高的成本和界限非常分明的平的支撐用于使?jié)茶T均等地覆蓋表面，以獲得一致的膜 厚度。本實施方式中描述的方法不需要支撐以制備膜，或如果需要可以使用低成本的支 撐，像無紡支撐。本發(fā)明的多孔聚乙烯膜可以被用于其中需要氣體過濾的許多應(yīng)用。在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，多孔聚乙烯膜被用于在以下中的氣體的顆粒過 濾HVAC單元，清潔室(新的空氣、循環(huán)空氣或釋放空氣)，真空清潔機，空氣過濾單 元或醫(yī)療設(shè)備。氣體過濾介質(zhì)可以被用作用于任何終端用途的應(yīng)用的過濾介質(zhì)。例如， 氣體過濾介質(zhì)可以被用作用于選自由以下組成的組的終端用途的應(yīng)用的過濾介質(zhì)從氣 體除去顆粒、空氣過濾應(yīng)用、升溫應(yīng)用、袋室應(yīng)用、食物、醫(yī)療和藥物中的顆粒過濾、 燃燒過程中的顆粒過濾、金屬中的顆粒過濾和水泥中的顆粒過濾。從氣體中除去顆粒包 括諸如以下的工業(yè)HVAC、HEPA和ULPA清潔室、真空清潔、呼吸器、水泥、金屬、 食品、醫(yī)療、藥物、加工流體和燃燒過程。
需要的性能取決于膜的實際應(yīng)用。三組主要的應(yīng)用為HRAE過濾器、HEPA過 濾器和ULPA過濾器。對于ASHRAE過濾器，當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速流經(jīng)膜時通常要 求具有至少50%且優(yōu)選地至少90%的收集效率。收集效率使用具有0.3 μ m粒徑的鄰苯 二甲酸二辛脂測定(符合美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD_282(1956))。對于HEPA過濾器，在 相同條件下通常要求具有至少99.97%的收集效率。對于ULPA過濾器，當(dāng)空氣以5.3cm/ 秒的流速流經(jīng)膜時在最易穿透粒徑的收集效率應(yīng)當(dāng)是至少99.9995%。收集效率使用具有 0.3μιη粒徑的鄰苯二甲酸二辛脂測定(符合美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD_282(1956))。非常 令人驚奇的是，對于根據(jù)本發(fā)明的具有大于10的PF值的多孔聚乙烯膜，這些要求可以實 現(xiàn)。對于空氣或HEPA過濾膜，對于具有尺寸在0.01-0.3 μ m范圍的顆粒，透過率通 常作為粒徑的函數(shù)改變，因為在這一范圍內(nèi)透過率易于經(jīng)歷最大值。對于根據(jù)本發(fā)明的 膜，觀察到當(dāng)在5.3cm/s測定時，0.01-0.3um范圍內(nèi)的最高透過率是具有約0.05μιη大小 的顆粒。這對于DOP以及對于DEHS是事實。在最高透過率的粒徑也稱作最易穿透粒 徑或mpps。mpps的透過率和0.3um的透過率之間的差別優(yōu)選地在幾個IOlog尺度之內(nèi)。在優(yōu)選的實施方式中，膜通過如下制備提供溶劑和聚乙烯的混合物(任選地 具有上面討論的一種或多種更多的組分)隨后從混合物擠出膜并以至少10倍的面積拉伸 膜。在拉伸之前或之后從膜中除去溶劑。在這一實施方式中，發(fā)現(xiàn)重要的是機器方向的 拉伸是至少2.5倍且對于70mm的機器方向的起始尺寸，以小于30·Λ的變形速度進行 機器方向的拉伸。優(yōu)選地，對于70mm的機器方向的起始尺寸，以小于約25mm/S的變 形速度進行機器方向的拉伸。更優(yōu)選地，對于70_的機器方向的起始尺寸，以小于約 15mm/s的變形速度進行機器方向的拉伸，且特別有利的是當(dāng)對于70mm的機器方向的起 始尺寸，以小于約10mm/S的變形速度進行機器方向的拉伸時。該方法應(yīng)當(dāng)被進行以提 供具有0.2-5s/50ml的Gurley數(shù)、至少80%的孔隙率和0.5-15 μ m的孔徑的膜。令人驚 奇地發(fā)現(xiàn)，拉伸基件的這一方法是實現(xiàn)具有開放的結(jié)構(gòu)和微纖維與內(nèi)部納米纖維的結(jié)合 的獨特的多孔結(jié)構(gòu)的一種方法，這在最終拉伸操作中提高了高度有利的纖維絲網(wǎng)的層狀 結(jié)構(gòu)的形成。在工業(yè)規(guī)模上以分批過程或連續(xù)過程可以容易地制備膜過濾器。令人驚奇地， 發(fā)現(xiàn)在提供高收集率和非常低的壓力損失的更優(yōu)組合方面，MD方向拉伸的時間(拉伸速 度和拉伸倍數(shù))似乎是重要的因素。本文描述的本發(fā)明的實施方式及其顯然的變型的個別特征或特征的組合可以與 本文描述的其它實施方式的特征結(jié)合或互相交換，除非本領(lǐng)域技術(shù)人員將立即認識到所 得的實施方式實際上不可行。測試方法孔徑用PMI儀器測定的平均流量孔徑基于透氣度并使用潤濕液。用PMI儀器的常用 的平均流量孔徑方法基于ASTM F316-03。將直徑25mm的樣品用低表面張力液體(類 型Fluor Inert, FC_40)潤濕并放置在支架中。差動氣壓(differential air pressure)從樣品
中除去潤濕液。在這一潤濕行程(wetran)之后，應(yīng)用干燥行程(干氣流)。通過使用其 中濕氣流等于50%的干氣流的壓差，PMI軟件計算平均流量孔徑。
透氣度Gurley測試方法(根據(jù)ISO 5636-5)涵蓋膜對空氣通過的阻力的測定。該方法適 用于允許一秒內(nèi)高達50ml或更多的空氣通過。在這一測試中，使用來自GurleyPrecision Instruments的Gurley透氣度測定儀，類型4110，以0.1秒的精確度記錄時間，具有50毫升 的汽缸容量，567克的汽缸重量和6.45平方厘米的測量面積(1平方英寸)。校準(zhǔn)之后， 沿著輥的寬度切割膜的一條。此外，平滑未損壞的試驗樣品被放置在夾板口并夾緊。在 這一透氣度測試方法中，不使用潤濕液體。開始測量，且采用0.1秒的精確度測定時間， 該精確度是50ml的空氣通過測試樣品所需要的。對于具有非?？斓臍怏w透過的膜，透 過時間是對于較高的空氣體積而測定，比如說300ml。還使用校準(zhǔn)的孔口(來自Gurley Precision Instruments)，具有10倍的限定。當(dāng)安裝這一孔口時，應(yīng)用IOOml的空氣體積。厚度用Mahr Millitron測量厚度，其使用0.5N張力具有直徑12mm足印。顆粒收集效率測試和壓力下降顆粒收集效率通過自動檢測器(型號8160，來自TSI，Inc., St.Paul, Minn.)被
測定。過濾介質(zhì)的6英寸(152.4mm)直徑的平板樣品被附在具有水平安裝的密封墊圈的 過濾器支架中。圓形的過濾器支架具有兩個區(qū)域，允許氣流和測試顆粒通過的中心測試 區(qū)和阻止測試區(qū)和大氣之間的氣流泄露的外部防護區(qū)。兩個區(qū)域的壓差被調(diào)節(jié)至近零以 致無外部空氣泄露進入測試區(qū)。測試區(qū)的面積為約IOOcm2 (11.3cm直徑)(15平方英寸 (4.4英寸直徑))。將鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)溶液霧化以產(chǎn)生多分散的氣溶膠。然后 將氣溶膠顆粒根據(jù)它們的電遷移率進行分類以產(chǎn)生直徑0.02至0.5微米的單分散顆粒。 然后使顆粒穿過測試過濾器。兩個凝結(jié)核顆粒計數(shù)器同時測定過濾器上游和下游的顆粒 濃度以確定顆粒收集效率。將效率報告為過濾器收集的顆粒相對于上游測試顆粒的百分 數(shù)。壓力降低以水位計的mm記錄。在5.3cm/秒的介質(zhì)表面速度下進行測試。當(dāng)每個樣品的無刮擦部分(non-abraded section)的顆粒收集效率大于99%時，在 效率測試中透過介質(zhì)樣品的顆粒被認為穿過樣品的刮擦部分。在環(huán)境室溫(70° F.)和濕度條件(40% )進行測試。在測試之前待測試的樣品 不調(diào)節(jié)到特定的溫度和濕度條件。
實施例本發(fā)明將用下面的非限制性的實例說明。根據(jù)下面的一般方法制備多孔聚乙烯膜。將在萘烷中具有1.5 X IO6g/摩爾的總重均分子量的19wt_ %的 UHMWPE(9wt-% )和HMWPE(10Wt-% )的溶液在約180°C的溫度下擠出。擠出機頭安 裝有具有Imm開口的模頭。將擠出的膜在淬火槽中冷卻。通過在烘箱中蒸發(fā)將溶劑從 凝膠膜中除去。在約130°C下，將已從中除去溶劑的膜在機器方向(MD)和縱向(TD)同 時拉伸。表1 聚乙烯膜的制備和實驗數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種多孔膜，所述膜具有至少10的顆粒過濾值，PF值，其根據(jù)下式計算PF = (-log(透過率(％ )/100)/壓力損失 CmmH2O)) XlOO其中透過率(％ ) = 100-在某一壓力損失(單位InmH2O)下的收集效率，所述壓 力損失是當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速流經(jīng)所述膜時測量的，且所述收集效率(單位％ ) 使用具有0.3 μ m粒徑的鄰苯二甲酸二辛酯測量(美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD_282(1956))， 優(yōu)選地，所述膜的PF值是至少20，且最優(yōu)選地，所述膜的PF值是至少30，其中所述多孔膜是聚乙烯膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜，其中所述膜是獨立式膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜，其中根據(jù)美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD_282(1956)當(dāng) 空氣以5.3cm/秒的流速穿過所述膜時壓力損失是至少3mm H2O,且優(yōu)選地，當(dāng)空氣以 5.3cm/秒的流速穿過膜時壓力損失小于30_ H20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的膜，其中根據(jù)ISO5636-5，Gurley值小于 5s/50ml,優(yōu)選地所述Gurley值小于5s/300ml。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的膜，其中當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速流經(jīng)所述 膜且使用具有0.3μιη粒徑的鄰苯二甲酸二辛酯(美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-282 (1956))測 定收集效率(單位％)時，所述收集效率是至少50%，優(yōu)選地至少90%，且更優(yōu)選地 99.97%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的膜，其中當(dāng)空氣以5.3cm/秒的流速流經(jīng)膜且使 用具有0.3μιη粒徑的鄰苯二甲酸二辛酯(美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-282 (1956))測定收集 效率(單位％ )時，對于最易穿透粒徑的收集效率是至少99.9995%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的膜，其中所述膜的厚度小于約500μ m，優(yōu)選 地所述膜的厚度小于約200 μ m，例如在10-100 μ m之間；且優(yōu)選地所述膜的厚度是至少 10 μ m，更優(yōu)選地所述膜的厚度是至少20 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的膜，其中所述膜的孔隙率是至少40VOl-%，優(yōu) 選地孔隙率是至少80VOl-%且更優(yōu)選地至少90VOl-%，并且優(yōu)選地所述膜的孔隙率是至 多95vol_%，且更優(yōu)選地至多90vol_%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的膜，所述多孔聚乙烯膜是具有纖維絲網(wǎng)的多層 結(jié)構(gòu)的拉伸的聚乙烯膜，其中所述膜的橫斷面具有1至12個纖維絲網(wǎng)/30 μ m，優(yōu)選地所 述膜的橫斷面具有2至8個纖維絲網(wǎng)/30 μ m,更優(yōu)選地所述膜的橫斷面具有2至5個纖 維絲網(wǎng)/30 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的膜，所述多孔聚烯烴膜是具有纖維絲網(wǎng)的多 層結(jié)構(gòu)的拉伸的聚乙烯膜，其中所述纖維絲網(wǎng)的至少70%具有0.02至2.5μιη的厚度，優(yōu) 選地所述纖維絲網(wǎng)的至少90%具有0.02至2.5 μ m的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的膜，所述多孔聚烯烴膜是具有微纖維與內(nèi)部 納米纖維的組合的拉伸的聚乙烯膜，其中所述微纖維具有I-IOum的尺寸和5-50um的長 度且所述納米纖維具有的尺寸為10-150nm的厚度和2_20um的長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的膜，其中所述多孔聚乙烯膜包括選自以下的 組的至少一種組分阻燃劑、填充劑、導(dǎo)電材料、防污劑和防臭劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的膜，其中所述多孔聚乙烯膜包括至少50wt_%聚乙烯和優(yōu)選地共l-50wt_%的選自由以下組成的組的組分金屬、金屬氧 化物、陶瓷粉末、氧化的ΡΕ、PEO、PTFE、微?；南灮旌衔铩E共聚物(諸如 PE-PTFE> PE-EVA、PE-AA、PVA> PE-氯乙烯或 PE-環(huán)氧)、活性碳、炭黑、除 PE之外的聚合物樹脂及其混合物，優(yōu)選地所述多孔聚乙烯膜包括至少85wt_%聚乙烯和共l-15wt_%的至少一種選自上 面的組的組分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的膜，還包括選自以下的組的添加劑防臭 齊U、阻燃劑、填充劑、導(dǎo)電材料和防污劑，諸如例如活性碳、炭黑、石墨、高表面積金 屬粉末、碳納米管、合成的氧化物、天然存在的氧化物、氫氧化物和纖維材料，諸如例 如玻璃纖維、巖石纖維、陶瓷纖維、有機纖維和金屬纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的膜，其中至少20wt_%的所述多孔聚乙烯膜 的是UHMWPE，優(yōu)選地至少50wt_%的所述聚乙烯是UHMWPE ；并且少于80wt_%的多 孔聚乙烯膜是UHMWPE，更優(yōu)選地少于70wt_%的所述多孔聚乙烯膜是UHMWPE。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的膜，其中至少5wt_%的所述多孔聚乙烯膜 是HMWPE，優(yōu)選地至少20wt_%的所述多孔聚乙烯膜是HMWPE，例如至少30wt_%的 所述多孔聚乙烯膜；并且少于80wt_%的所述多孔聚乙烯膜是HMWPE，例如少于50wt_%的所述多孔聚乙烯膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的膜，其具有層壓在所述膜的至少一個表面上 的可透氣的支撐構(gòu)件，優(yōu)選地可透氣的支撐構(gòu)件被層壓在所述多孔聚乙烯膜的兩個表面 上。
18.—種構(gòu)件，包括根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的膜，其中所述膜被安排為獨立式 的或至少部分在支撐構(gòu)件上以形成平的主表面、管狀的主表面和/或褶皺的主表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的構(gòu)件，其中所述支撐構(gòu)件是包括以下的層壓材料無紡 布、紡織物、拉成絲狀的絲網(wǎng)、絲網(wǎng)和/或網(wǎng)格構(gòu)件，優(yōu)選地所述支撐構(gòu)件包括選自由 以下聚合物組成的組的材料，例如PET、ECTFE、PA、PBT> PPS> PP> ΡΕ、ePTFE、 UHMWPE和包括這些中的任何一種的共聚物；混合的纖維素酯、聚氯乙烯和三乙酸纖維 素；陶瓷或玻璃(例如Al2O3或硅酸鹽)；以及這一組的至少兩個構(gòu)件的組合，優(yōu)選地所 述支撐單元和所述膜通過超聲焊接、膠合、熱焊接或通過激光焊接而互相結(jié)合，在一個 實施方式中，所述膜具有在所述膜的至少一個表面層壓的可透氣的支撐構(gòu)件且優(yōu)選地可 透氣的支撐構(gòu)件在所述多孔聚乙烯膜的雙表面上層壓。
20.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的膜的方法，所述方法包括以下步驟 提供溶劑和聚乙烯以及任選地另外的組分的混合物， 從所述混合物擠出膜， 除去所述溶劑以形成基件。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟通過至少IOX倍數(shù)的面積拉伸 所述基件以形成所述膜，優(yōu)選地拉伸是雙軸的，在機器方向2-10倍和在縱向3-10倍，其 中機器方向的拉伸是至少2.5倍且對于70mm的機器方向上的起始尺寸，以小于30mm/ s的變形速度進行機器方向的拉伸，優(yōu)選地，對于70mm的機器方向的起始尺寸，以小于約25mm/S的變形速度進行機器方向的拉伸，更優(yōu)選地，對于70mm的機器方向的起始尺寸，以小于約15mm/S的變形速度進行機 器方向的拉伸，且最優(yōu)選地，對于70mm的機器方向的起始尺寸，以小于約lOmm/s的變形速度進行機 器方向的拉伸。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21中任一項所述的方法，其中所述溶劑在拉伸所述基件之前 通過蒸發(fā)除去。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的膜或根據(jù)權(quán)利要求18或19的構(gòu)件在以下中的用 途HVAC單元、清潔室諸如HEPA或ULPA清潔室、呼吸器、真空清潔機、空氣過濾 單元中、醫(yī)療設(shè)備中、用于從氣體除去顆粒的設(shè)備、空氣過濾應(yīng)用、升溫應(yīng)用、袋室應(yīng) 用、食物中顆粒過濾、醫(yī)療和藥物、燃燒過程中的顆粒過濾、加工流體中的顆粒過濾、 金屬中顆粒過濾和水泥中顆粒過濾。
24.一種空氣過濾器組合體，包括根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項的褶皺的膜或根據(jù)權(quán) 利要求18或19的構(gòu)件和任選地支撐構(gòu)件和/或基件，所述空氣過濾器組合體具有超過10 的PF值，優(yōu)選地，所述空氣過濾器組合體的PF值是至少20，且最優(yōu)選地，所述空氣過 濾器組合體的PF值是至少30。
全文摘要
本發(fā)明涉及根據(jù)美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-282(1956)的具有至少10的顆粒過濾值的多孔膜，其中該多孔膜是由UHMWPE和UMWPE的混合物制備的聚乙烯膜。根據(jù)本發(fā)明的膜可特別地用于過濾器，例如在諸如加熱、通風(fēng)、呼吸器和空調(diào)應(yīng)用中的ASHRAE過濾器、HEPA過濾器和ULPA過濾器。膜的制備包括在低變形速度下雙軸拉伸的步驟。
文檔編號B01D69/02GK102015080SQ200980114130
公開日2011年4月13日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者亨德里克·德克·霍溫, 吉斯波特斯·翰德里克斯·瑪麗亞·卡利斯 申請人:立達賽路達克有限公司