本申請(qǐng)是2014年12月8日提交的中國(guó)專利申請(qǐng)第201410743002.X號(hào)的分案申請(qǐng)。

本申請(qǐng)按照35U.S.C.§119(e)要求于2013年12月9日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/963,612的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚合物過(guò)濾屏障及其制備方法。具體而言，該過(guò)濾屏障具有障壁層和基層。

背景技術(shù)：

期望的過(guò)濾屏障應(yīng)具有高過(guò)濾效率和低壓降。一些過(guò)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(wú)法有效過(guò)濾掉大部分微米級(jí)顆粒和納米顆粒并同時(shí)保持低壓降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于前述背景，本發(fā)明的目的在于提供另一種的過(guò)濾屏障。

因此，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種過(guò)濾屏障，其包括至少一個(gè)障壁層和至少一個(gè)基層。障壁層包括多個(gè)聚合物納米纖維，其與多個(gè)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。

在本發(fā)明的示例性實(shí)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。

在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方案中，過(guò)濾屏障還包括與障壁層連接的至少一個(gè)支持層，并且該支持層包括聚合物微纖維。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種過(guò)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(gè)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(gè)納米纖維，和通過(guò)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，本發(fā)明提供了制備過(guò)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(guò)濾屏障在低于85L/min(分鐘)的空氣流量下可阻擋超過(guò)95％的200-400nm的顆粒，同時(shí)使壓降維持在低于35mm H₂O。小于200nm的顆粒可通過(guò)布朗擴(kuò)散阻擋，而大于400nm的顆?？赏ㄟ^(guò)撞擊、攔截、靜電吸引和過(guò)篩來(lái)阻擋。

在一個(gè)實(shí)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(shí)施方案中，上述的改變步驟還包括加入導(dǎo)電率促進(jìn)添加劑的步驟。

在本發(fā)明的示例性實(shí)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。

在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方案中，納米纖維和微纖維由聚合物溶液制成，并通過(guò)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，本發(fā)明提供了制備過(guò)濾屏障的方法，其包括以下步驟：(1)通過(guò)改變由聚合物溶液制成的線狀物(thread)的至少一個(gè)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(guò)濾屏障。用聚合物溶液通過(guò)靜電紡絲制成線狀物；并且基層包含多個(gè)微纖維。

在另一方面，本發(fā)明提供了制備過(guò)濾屏障的方法，該過(guò)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(gè)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(gè)納米纖維，所述羥基通過(guò)交聯(lián)劑能夠與具有氨基的殺生物劑共價(jià)結(jié)合。

本發(fā)明的過(guò)濾屏障提供了多個(gè)優(yōu)勢(shì)，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(guò)這種交織可提供對(duì)過(guò)濾屏障的附加支撐，而不會(huì)折減過(guò)濾屏障的過(guò)濾效率。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，盡管過(guò)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(duì)于給定材料而言，納米纖維的直徑不能無(wú)限制地大幅降低。如果需要進(jìn)一步提高包含可能的最小直徑的納米纖維的屏障的過(guò)濾效率，必須增大屏障的厚度，這會(huì)致使屏障的壓降增大。因此，本發(fā)明是研發(fā)能夠提高過(guò)濾效率且不會(huì)引起壓降明顯增大的過(guò)濾屏障的解決方案。

本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，通過(guò)正壓和負(fù)壓靜電紡絲制成的納米纖維分別攜帶正靜電荷和負(fù)靜電荷，并且這些電荷可保持相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間。本發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，這些電荷來(lái)自兩種來(lái)源：納米纖維中的殘余表面電荷和過(guò)量陷阱電荷(ETC)。與表面電荷不同，ETC無(wú)法輕易消散，因?yàn)镋TC會(huì)在聚合物的疇界(domain boundaries)處積累。對(duì)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(huì)將電荷保留較長(zhǎng)的時(shí)間。由于大部分細(xì)菌和病毒是帶負(fù)電的，因此該問(wèn)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(guò)靜電吸引增強(qiáng)細(xì)菌和病毒的過(guò)濾，而不會(huì)增大壓降。

在另一方面，可用接觸時(shí)能夠殺滅細(xì)菌的殺生物劑來(lái)功能化電紡納米纖維，而大部分市售過(guò)濾屏障僅僅用作濾篩以過(guò)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。本發(fā)明人認(rèn)識(shí)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(xì)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(shí)殺滅細(xì)菌而無(wú)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(shuō)明的，過(guò)濾屏障具有較高過(guò)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(kuò)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(shí)可維持其機(jī)械完整性。而且，包括基層和障壁層的過(guò)濾屏障是柔性的，以便允許卷對(duì)卷加工，而不影響障壁層的機(jī)械完整性。

附圖說(shuō)明

圖1示出了過(guò)濾屏障，其包括障壁層和基層。

圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)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示出了本發(fā)明的同一實(shí)施方案的包括障壁層、基層和支持層的過(guò)濾屏障。

圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的過(guò)濾屏障，其包括五個(gè)障壁層和5個(gè)基層以及一個(gè)支持層。

圖5示出了對(duì)具有不同數(shù)量的障壁層和基層的過(guò)濾屏障的過(guò)濾效率和壓降的研究結(jié)果。障壁層包括無(wú)靜電荷且與微纖維交織的CA/PEO納米纖維。

圖6示出了對(duì)不同數(shù)量的CA/PEO納米纖維層的過(guò)濾效率和壓降的研究結(jié)果。

圖7示出了對(duì)具有不同數(shù)量的障壁層和基層的過(guò)濾屏障的過(guò)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(duì)包括與微纖維交織的CA/PEO納米纖維的一個(gè)障壁層在從電紡結(jié)束至測(cè)量開(kāi)始的時(shí)間段內(nèi)的表面電勢(shì)的研究結(jié)果。

圖9示出了對(duì)包括CA/PEO納米纖維的一個(gè)障壁層在從電紡結(jié)束至測(cè)量開(kāi)始的時(shí)間段內(nèi)的表面電勢(shì)的研究結(jié)果。

具體實(shí)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(shí)施例1包括與微纖維交織的納米纖維的過(guò)濾屏障

1.1過(guò)濾屏障的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，本發(fā)明的第一方面涉及一種過(guò)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(guò)機(jī)械聯(lián)鎖(mechanical interlocking)和靜電吸引連接于基層24上。

在一個(gè)實(shí)施方案中，障壁層22的周界也可通過(guò)超聲波焊接連接于基層24的周界上。

在一個(gè)實(shí)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)。在一個(gè)實(shí)施方案中，納米纖維的直徑范圍為20-500納米，而微纖維的直徑范圍為1-3微米。

在圖3所示的另一實(shí)施方案中，過(guò)濾屏障30還包括與障壁層22連接的支持層32。支持層32由聚合物微纖維制成。在一個(gè)實(shí)施方案中，支持層可由聚酯、尼龍、聚乙烯、聚氨酯、纖維素、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚甲基戊烯或聚苯乙烯制成。在另一實(shí)施方案中，支持層的直徑范圍為1微米至10微米。

在具體實(shí)施方案中，圖3所示的過(guò)濾屏障30的障壁層22由重量為0.8gsm的CA和PEO的組合構(gòu)成，其中納米纖維和微纖維通過(guò)靜電紡絲制成。靜電紡絲是一種能夠形成納米纖維/微纖維的技術(shù)，其是一種制備在低壓降時(shí)具有高過(guò)濾效率的空氣過(guò)濾屏障的有前景的方法?；鶎?4是由經(jīng)抗靜電處理的20gsm的聚丙烯(PP)構(gòu)成的非紡織物(nonwoven fabric)，其中微纖維通過(guò)網(wǎng)狀結(jié)合或熔噴制成。最后，支持層32是由50gsm PP制成的非紡織物，其中微纖維也通過(guò)網(wǎng)狀結(jié)合或熔噴制成。由于納米纖維的非紡織網(wǎng)具有高比表面積，因此其是用于過(guò)濾的理想材料。該性質(zhì)可通過(guò)各種機(jī)制如過(guò)篩、攔截和布朗擴(kuò)散促進(jìn)微小顆粒的誘捕。

在一個(gè)實(shí)施方案中，基層是由10-100gsm聚丙烯制成的非紡織物，支持層是由40-120gsm聚丙烯制成的非紡織物。

在又一實(shí)施方案中，過(guò)濾屏障可包括多個(gè)障壁層和基層。例如，圖4所示的過(guò)濾屏障40包括5個(gè)障壁層22、5個(gè)基層24和一個(gè)支持層32，其中5個(gè)障壁層22中的每層連接在一個(gè)基層24上，并且障壁層42之一夾在基層44和支持層32中間。

1.2過(guò)濾屏障的合成

將15重量％的纖維素乙酸酯(CA)和0.1重量％的聚環(huán)氧乙烷(PEO)溶于二甲基甲酰胺(DMF)，并加入0.3重量％的芐基三乙基氯化銨(BTEAC)以獲得聚合物溶液。

將聚合物溶液裝入靜電紡絲系統(tǒng)中，其中聚合物溶液的靜電紡絲是在以下條件下進(jìn)行以形成障壁層22：涂覆時(shí)間為2小時(shí)(基本重量為0.8gsm)，電壓為25kV，工作距離為15cm，流速為0.5ml/h，針內(nèi)徑(ID)為0.8mm，23℃，以及相對(duì)濕度為60％。將收集筒(Drum collector)用于靜電紡絲法。

在一個(gè)實(shí)施方案中，施加電壓的工作范圍為10-50kV；距離的工作范圍為10-30cm；溶液流速的工作范圍為0.05-5ml/h；相對(duì)濕度的工作范圍為30-80％，以及溫度為20-30℃。

在一個(gè)實(shí)施方案中，形成的障壁層的孔徑為200-5000nm，從而使得超過(guò)95％的10至800nm的顆粒無(wú)法通過(guò)該屏障，同時(shí)當(dāng)氣流為3L/min時(shí)將壓降維持在31mm H₂O。

在靜電紡絲期間，可通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物溶液的性質(zhì)，如導(dǎo)電率、粘度和表面張力，來(lái)改變從電紡器(electrospinner)中排出的CA/PEO纖維的尺寸或直徑。例如，如果提高聚合物溶液的導(dǎo)電率，則排出的纖維的尺寸或直徑將會(huì)較小，如果降低聚合物溶液的粘度，會(huì)觀察到同樣的效果。

為使聚合物溶液的性質(zhì)是可調(diào)節(jié)的，包括了加入專用導(dǎo)電率促進(jìn)添加劑如有機(jī)鹽、無(wú)機(jī)鹽、吸濕性物質(zhì)或碳黑的步驟。添加劑的一些實(shí)例為BTEAC、磷酸(H₃PO₄)、氯化鋰LiCl)、四乙基溴化銨(TEAB)和四丁基溴化銨(TBAB)。例如，為使聚合物溶液的導(dǎo)電率不穩(wěn)定，將0.3重量％的BTEAC加入聚合物溶液中，使得聚合物溶液的導(dǎo)電率在30-32μS/cm的范圍內(nèi)波動(dòng)。

將通過(guò)靜電紡絲制成的障壁層直接沉積在由聚合物微纖維制成的基層上，并通過(guò)機(jī)械聯(lián)鎖和靜電吸引將障壁層連接在基層上以形成過(guò)濾屏障。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)超聲波焊接將由聚合物微纖維制成的支持層與障壁層連接，以對(duì)過(guò)濾屏障提供額外的強(qiáng)度和支撐。

1.3過(guò)濾屏障的過(guò)濾效率和壓降的研究

通過(guò)使由氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的尺寸范圍為10-800nm的顆粒通過(guò)過(guò)濾屏障來(lái)評(píng)價(jià)上述方法中合成的不同數(shù)量和/或不同種類的障壁層的過(guò)濾效率和壓降。在過(guò)濾屏障的另一端使用氣溶膠監(jiān)測(cè)器，以監(jiān)測(cè)可通過(guò)的顆粒。

1.3.1無(wú)靜電荷且具有納米纖維和微纖維的交織結(jié)構(gòu)的障壁層

如圖5所示，對(duì)通過(guò)前述方法合成的本發(fā)明的不同數(shù)量的障壁層的過(guò)濾效率和壓降進(jìn)行比較。障壁層的重量為0.8gsm且具有與微纖維交織的納米纖維。與微纖維交織的納米纖維不帶有靜電荷。可見(jiàn)，隨著障壁層數(shù)量的增加，障壁層的過(guò)濾效率提高。使用能夠過(guò)濾95％污染物的很常用的口罩N95作為對(duì)照。如進(jìn)一步觀察到的，有六個(gè)障壁層的樣品比N95具有更高的過(guò)濾效率，但壓降卻比N95更低。

從結(jié)果可見(jiàn)，使用本發(fā)明的過(guò)濾屏障的障壁層可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的過(guò)濾效果。具體而言，當(dāng)施用6個(gè)障壁層時(shí)，其過(guò)濾性能比N95過(guò)濾器的更好。

1.3.2無(wú)靜電荷且僅具有納米纖維的障壁層

圖6顯示了無(wú)靜電荷重量為0.8gsm且僅具有CA/PEO納米纖維(即不具有CA/PEO納米纖維和CA/PEO微纖維的交織結(jié)構(gòu))的障壁層的過(guò)濾效率和壓降。通過(guò)比較圖5和圖6中所示結(jié)果，可以看出，與無(wú)交織結(jié)構(gòu)的障壁層相比，本發(fā)明的有交織結(jié)構(gòu)的障壁層的壓降更小。

由此，結(jié)果顯示，本發(fā)明的有交織結(jié)構(gòu)的障壁層可提供較低的壓降，而不會(huì)損害過(guò)濾效率。

1.3.3帶靜電荷且具有納米纖維和微纖維的交織結(jié)構(gòu)的障壁層

在該研究中，評(píng)價(jià)了通過(guò)前述方法合成的本發(fā)明的帶有靜電荷的不同數(shù)量的障壁層的過(guò)濾效率和壓降，并將結(jié)果顯示于圖7。

如圖7所示，與微纖維交織的CA/PEO納米纖維帶有由靜電紡絲法產(chǎn)生的范圍在28-32V的靜電荷。在比較圖5和圖7中所示結(jié)果時(shí)，可以看出，與無(wú)靜電荷的障壁層相比，有靜電荷的障壁層具有更高的過(guò)濾效率。另外，具有靜電荷為32V的4個(gè)障壁層的樣品比N95具有更高的過(guò)濾效率和更低的壓降。

由此，結(jié)果顯示交織結(jié)構(gòu)上的靜電荷可提高過(guò)濾效率，而不增加壓降。

此外，通過(guò)靜電伏特計(jì)(TREK 706B)測(cè)定本發(fā)明的一個(gè)重量為0.8gsm的障壁層的表面電勢(shì)。從靜電紡絲結(jié)束至60天后測(cè)定表面電勢(shì)，并示于圖8中。在靜電紡絲結(jié)束約20天后，表面電勢(shì)降至0，而如圖9所示，對(duì)于僅具有CA/PEO納米顆粒的障壁層，在靜電紡絲結(jié)束約10天后，表面電勢(shì)降至0。因此，結(jié)果顯示，相比僅具有納米纖維的障壁層，交織結(jié)構(gòu)可將靜電荷維持更長(zhǎng)的時(shí)間。

1.4與微纖維交織的負(fù)載殺生物劑的納米纖維的靜電紡絲

將10重量％的CA和0.1重量％的PEO溶于DMF；1重量％的殺生物劑氯己定(CHX)和1重量％的交聯(lián)劑有機(jī)鈦酸鹽(TTE)加入溶液中。通過(guò)上述靜電紡絲法將負(fù)載生物劑的溶液制備成納米纖維和微纖維的交織結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，施加電壓的工作范圍為10-50kV；距離的工作范圍為10-30cm；溶液流速的工作范圍為0.1-3ml/h。

上述實(shí)施例是以說(shuō)明本發(fā)明的方式提供，但不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。例如，CA和PEO以及其他成分在溶液中的重量百分比不限于上述實(shí)施例中的那些。聚合物溶液可包括10-20重量％的CA；0.05-0.2重量％的PEO；0.1-0.3重量％的芐基三乙基氯化銨(BTEAC)；和80-90重量％的DMF。此外，用于制備障壁層的納米纖維和微纖維的交織結(jié)構(gòu)的聚合物不限于CA和PEO的組合。所用的聚合物可以是膠原蛋白、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(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚氨酯(PU)、聚(乙烯乙酸乙烯酯)(PEVA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚(乳酸)(PLA)、聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、纖維素乙酸酯(CA)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)，或其任意組合。而且，障壁層的納米纖維和微纖維可由非極性聚合物構(gòu)成。

盡管在上述實(shí)施例中公開(kāi)了聚丙烯(PP)作為制備基層和支持層的成分，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，還可以使用其他聚合物，如聚酯、尼龍、聚乙烯、聚氨酯、纖維素、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚甲基戊烯和聚乙烯。

過(guò)濾屏障可含有多個(gè)障壁層、基層和支持層，以及可選的殺生物劑層。

在納米纖維和微纖維的交織結(jié)構(gòu)中，納米纖維和微纖維的重量百分比分別占60％-70％和30％-40％。交織結(jié)構(gòu)得到孔隙率范圍為80-98％。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，納米纖維和微纖維在交織結(jié)構(gòu)中的重量百分比分別為65％和35％。

基層和支持層的微纖維直徑范圍分別為0.002-0.02mm和0.005-0.05mm。單個(gè)障壁層、單個(gè)基層和單個(gè)支持層的厚度范圍分別為5-100微米、90-200微米和150-400微米。

過(guò)濾屏障中所用的殺生物劑可以是氯己定(CHX)、氧化銅、銀納米顆粒、過(guò)氧化鈣、N-鹵代胺和抗生素。所述交聯(lián)劑可以是鈦三乙醇胺、有機(jī)鈦酸鹽、戊二醛或京尼平。

對(duì)于上述的靜電紡絲法，其工作條件包括：施加電壓為15-30kV，工作距離為10-30cm，溶液流速為0.1-5ml/h，涂覆時(shí)間為0.5-5小時(shí)。另外，可將收集筒或收集盤(pán)用于靜電紡絲法。

實(shí)施例2包括納米纖維層和殺生物劑層的過(guò)濾屏障

在本發(fā)明的另一方面中，描述了一種過(guò)濾屏障，其包括兩層：納米纖維層和殺生物劑層，兩者彼此連接。納米纖維層被置于氣流方向的遠(yuǎn)端，并且其包含帶正靜電荷的聚合物納米纖維。殺生物劑層被置于氣流方向的近端，并且其包含與殺生物劑交聯(lián)的聚合物納米纖維，其中聚合物中的第一反應(yīng)基可通過(guò)交聯(lián)劑與殺生物劑的第二反應(yīng)基共價(jià)結(jié)合。

在一個(gè)實(shí)施方案中，納米纖維層和殺生物劑層還可與數(shù)個(gè)纖維層連接。

在殺生物劑層上，可誘捕陷阱顆粒(trap particle)，并且待殺滅細(xì)菌可在接觸時(shí)將其殺滅，同時(shí)在障壁層上存在正電荷時(shí)，可進(jìn)一步促進(jìn)帶負(fù)電顆粒如大部分細(xì)菌和病毒的過(guò)濾。正電壓靜電紡絲用于使納米纖維攜帶正靜電荷。如果采用在水中不分解的聚合物，則該過(guò)濾屏障可用于水的過(guò)濾。

制備過(guò)濾屏障的方法包括將納米纖維層涂覆(coating)在殺生物劑層上。或者，過(guò)濾屏障可通過(guò)以下來(lái)制備：首先分別形成含帶正電納米纖維的障壁層和含殺生物劑交聯(lián)納米纖維的層，隨后將它們裝配在一起。

在一個(gè)實(shí)施方案中，將納米纖維層連接在殺生物劑層上，所述殺生物劑層通過(guò)靜電紡絲系統(tǒng)制備。將CA/PEO溶液與CHX和TTE混合，從而可通過(guò)一步法制備殺生物劑交聯(lián)納米纖維。將殺生物劑層用作基底以收集通過(guò)靜電紡絲法制成的帶正靜電荷的納米纖維。

在一個(gè)實(shí)施方案中，在CA/PEO溶液中CA的重量百分比可以在10-20重量％的范圍內(nèi)，PEO的重量百分比可以在0.05-0.2重量％的范圍內(nèi)。

在另一實(shí)施方案中，分別通過(guò)靜電紡絲制備納米纖維層和殺生物劑層。將兩層裝配在一起形成過(guò)濾屏障?？蓪⒍鄠€(gè)納米纖維層和殺生物劑層裝配在一起形成過(guò)濾屏障。

納米纖維層和殺生物劑層可與包括聚丙烯熔噴微纖維的其他非紡織層進(jìn)行裝配。

過(guò)濾屏障在氣流速率為85L/min下可過(guò)濾出具有最具穿透性粒度的至少95％的氯化鈉氣溶膠，同時(shí)壓降不超過(guò)35mm水。

由此完整地描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。盡管該說(shuō)明參考具體實(shí)施方案，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以這些具體細(xì)節(jié)的變化來(lái)實(shí)施。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為限于本文所述的實(shí)施方案。

例如，用于制備納米纖維層或殺生物劑層的聚合物具有將殘余電荷保留相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間的能力。納米纖維層或殺生物劑層中所用的聚合物可以由非極性聚合物構(gòu)成；在另一實(shí)施方案中，聚合物可以是膠原蛋白、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(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚氨酯(PU)、聚(乙烯乙酸乙烯酯)(PEVA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚(乳酸)(PLA)、聚(乳酸-乙醇酸)共聚物(PLGA)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、纖維素乙酸酯(CA)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)及其組合。

過(guò)濾屏障可含有多個(gè)納米纖維層和殺生物劑層。納米纖維層的納米纖維的直徑范圍為50-700nm，殺生物劑層的納米纖維的直徑范圍為100-900nm。納米纖維層和殺生物劑層的厚度在5-100微米的范圍內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，殺生物劑層的納米纖維顯示平均直徑范圍為50-900nm。殺生物劑層和納米纖維層的厚度范圍為100-500mm。納米纖維層將殘余正電荷保留90天至1年的時(shí)間。

在殺生物劑層中，聚合物的第一反應(yīng)基可以是羥基或氨基，而殺生物劑的第二反應(yīng)基可以是氨基或羥基。

此外，殺生物劑可以是氯己定(CHX)、氧化銅、銀納米顆粒、過(guò)氧化鈣、N-鹵代胺或抗生素等?？蓪⒔宦?lián)劑用于使殺生物劑的反應(yīng)基與聚合物的反應(yīng)基結(jié)合，從而使殺生物劑交聯(lián)納米纖維層可以在接觸時(shí)殺滅細(xì)菌，而無(wú)需將殺生物劑從聚合物濾出。所述交聯(lián)劑可以是鈦三乙醇胺或有機(jī)鈦酸鹽等。

對(duì)于兩個(gè)層的納米纖維的小規(guī)模生產(chǎn)，可使用針式靜電紡絲系統(tǒng)。對(duì)于納米纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，可以使用無(wú)針式靜電紡絲系統(tǒng)。

此外，為制備所述殺生物劑層，無(wú)論采用何種靜電紡絲技術(shù)，殺生物劑交聯(lián)納米纖維均可通過(guò)一步法或靜電紡絲后處理來(lái)制備。對(duì)于一步法，將聚合物溶液與殺生物劑和交聯(lián)劑混合，從而可在單步驟法中對(duì)殺生物劑交聯(lián)納米纖維進(jìn)行電紡。對(duì)于靜電紡絲后處理，首先將聚合物溶液電紡為納米纖維，隨后使交聯(lián)劑與聚合物結(jié)合，然后使殺生物劑與交聯(lián)劑結(jié)合。

對(duì)于靜電紡絲法，其工作條件包括：施加電壓為10-50kV，工作距離為10-30cm，溶液流速為0.1-5ml/h。