(57)【要約】  暖房、換気および空調システムに使用される空気フィルターでの使用のための濾過媒体が開示される。本媒体は、各ナノファイバー層が少なくとも約２．５ｇ／ｍ２、そして約２５ｇ／ｍ２以下の坪量を有する、１μｍ未満の直径を有する繊維の少なくとも１つのナノファイバー層と少なくとも１つのキャリア層とを含有する。本媒体は、ひだのある形状へ成形されるのに十分な剛性を有する。
2008525195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ナノファイバー層が少なくとも約２．５ｇ／ｍ２の坪量を有する、約１０００ナノメートル未満の直径を有する連続ポリマー繊維の少なくとも１つのナノファイバー層と、少なくとも１つのスクリム層とを含んでなる濾過媒体であって、５．３３ｃｍ／秒の面速度で流れる空気中０．３μｍの平均直径を有する粒子でチャレンジされたときに少なくとも約２０％の濾過効率、および少なくとも約４５ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性を有する濾過媒体。
【請求項２】
全ナノファイバー層の坪量が約２５ｇ／ｍ２である請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項３】
ナノファイバー層が１００μｍ未満の厚さを有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項４】
ナノファイバー層の連続ポリマー繊維が約１００ナノメートル〜約７００ナノメートルの直径を有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項５】
ナノファイバー層の連続ポリマー繊維が約３００ナノメートル〜約６５０ナノメートルの直径を有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項６】
５．３３ｃｍ／秒の面速度で流れる空気中０．３μｍの平均直径を有する粒子でチャレンジされたときに少なくとも約３０％および約９９．９７％以下の濾過効率を有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項７】
第２スクリム層をさらに含んでなり、ナノファイバー層が前記２つのスクリム層の間に挟まれている請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項８】
実質的に電気的に中性である請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項９】
スクリム層がスパンボンド不織ウェブまたは梳毛不織ウェブである請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項１０】
約３０ｍｍ  Ｈ２Ｏ未満の初期圧力降下を有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項１１】
約２４ｍｍ  Ｈ２Ｏ未満の初期圧力降下を有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項１２】
少なくとも約０．９１ｍ３／分／ｍ２のフラジール形通気度を有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項１３】
約０．９１ｍ３／分／ｍ２〜約４８ｍ３／分／ｍ２のフラジール形通気度を有する請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項１４】
ひだのある請求項１に記載の濾過媒体。
【請求項１５】
少なくとも１つの連続ポリマー繊維のナノファイバー層と少なくとも１つのスクリム層とを含んでなる濾過媒体であって、ナノファイバー層の連続ポリマー繊維が約１０００ナノメートル未満の直径を有し、そして各ナノファイバー層が少なくとも約２．５ｇ／ｍ２の坪量および約１００μｍ未満の厚さを有し、そして少なくとも約４５ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性を有する濾過媒体に、粒子状物質を含有する空気流を通す工程と、５．３３ｃｍ／秒の面速度で移動する空気流中の、０．３μｍの平均直径を有する粒子の約９９．９７％以下を濾過する工程とを含んでなる、空気流からの粒子状物質の濾過方法。
【請求項１６】
０．３μｍ以上の粒子の少なくとも２０％が濾過される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
濾過媒体の初期圧力降下が約３０ｍｍ  Ｈ２Ｏ未満である請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ナノファイバー層の全坪量が約２５ｇ／ｍ２である請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
移動収集ベルト上で、少なくとも約１０ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性を有する少なくとも１つのスクリム層を提供する工程と、
少なくとも約４５ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性および約３０ｍｍ  Ｈ２Ｏ未満の圧力降下を有する濾過媒体を形成するために、スクリム層上にナノファイバーを付着させて少なくとも約２．５ｇ／ｍ２の坪量を有する単一ナノファイバー層を形成する工程と
を含んでなる、濾過媒体の形成方法。
【請求項２０】
全ナノファイバー層の坪量が約２５ｇ／ｍ２である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ナノファイバー層が、移動収集ベルト上で、スクリム層のワンパスで形成される請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ナノファイバーが、ポリマー溶液を少なくとも約１ｃｍ３／分／穴の速度で一連の紡糸口金穴から電気ブローすることによって形成され、そして収集ベルトが少なくとも５ｍ／分の速度で移動する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ポリマー溶液が少なくとも２ｃｍ３／分／穴の速度で一連の紡糸口金穴から電気ブローされる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
濾過媒体にひだを付ける工程をさらに含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも第２スクリム層を前記ナノファイバー層上へ接着させる工程をさらに含んでなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記スクリム層が少なくとも約４５ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記スクリム層が少なくとも約４５ｇの総ハンドル−ｏ−メーター剛性を有する請求項２５に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流れから粒子状物質を濾過するための、空気濾過媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
０．３ミクロン・チャレンジで９９．９７％未満の効率で機能するＨＶＡＣ空気フィルター用に典型的に利用されるフィルター媒体は、ガラス、セルロースまたはポリマーベースのいずれかである。この性能範囲中の媒体で製造されたフィルターは、米国暖冷房空気調和技術者協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）がかかる用途でのフィルター媒体の性能についての基準を作成しているので、典型的には「アシュレ（ＡＳＨＲＡＥ）フィルター」と呼ばれる。ポリマーベースのフィルター媒体は典型的には、ウェットレイド製紙法によって製造されたガラスまたはセルロース媒体と比較したときにより低い圧力降下でより高い濾過効率を提供するようしばしば静電的に機能強化されているスパンボンドまたはメルトブローン不織布である。
【０００３】
静電的に機能強化された空気フィルター媒体およびウェットレイド法によって、より具体的にはガラス繊維を用いて製造された媒体は、現在のところ限界を有する。特許文献１および特許文献２に記載されているような、静電的に処理されたメルトブローンフィルター媒体は当初はうまく機能するが、媒体が粒子を捕捉し始め、そして静電荷がこのように隔離されるようになるにつれてダスト負荷のために使用中に急速に濾過性能を失う。加えて、微粒子の効果的な捕捉は電荷に基づくので、かかるフィルターの性能は、電荷散逸を引き起こす空気湿度によって大きく影響を受ける。
【０００４】
微細ガラス繊維および微細ガラス繊維を含有するブレンドを利用する濾過媒体は、化学薬品攻撃に対する十分な耐性および比較的小さい気孔率を有する、織構造か不織構造かのどちらかに配置された小直径ガラス繊維を典型的には含有する。かかるガラス繊維媒体は次の米国特許：スミス（Ｓｍｉｔｈ）ら、特許文献３；ワゴナー（Ｗａｇｇｏｎｅｒ）、特許文献４；ラクゼック（Ｒａｃｚｅｋ）、特許文献５；ヤング（Ｙｏｕｎｇ）ら、特許文献６；ボーデンドルフ（Ｂｏｄｅｎｄｏｒｆ）ら、特許文献７；アダムス（Ａｄａｍｓ）、特許文献８；およびピュース（Ｐｅｗｓ）ら、特許文献９に開示されている。微細ガラス繊維および微細ガラス繊維を含有するブレンドは、典型的には比較的脆く、ひだを付けられたときに破断し得るし、望ましくない収率損失を引き起こす。破断した微細ガラス繊維はまた、微細ガラス繊維を含有するフィルターによって空気中へ放出され、微細ガラス繊維が吸入されることになった場合に潜在的な健康被害を生み出し得る。
【０００５】
公知の濾過媒体の上にリストされた限界を回避しながら、アシュレ・レベル空気濾過を達成するための手段を提供することは望ましいであろう。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，８７４，６５９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，１７８，１５７号明細書
【特許文献３】米国特許第２，７９７，１６３号明細書
【特許文献４】米国特許第３，２２８，８２５号明細書
【特許文献５】米国特許第３，２４０，６６３号明細書
【特許文献６】米国特許第３，２４９，４９１号明細書
【特許文献７】米国特許第３，２５３，９７８号明細書
【特許文献８】米国特許第３，３７５，１５５号明細書
【特許文献９】米国特許第３，８８２，１３５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１実施形態では、本発明は、各ナノファイバー層が少なくとも約２．５ｇ／ｍ２の坪量を有する、約１０００ナノメートル未満の直径を有する連続ポリマー繊維の少なくとも１つのナノファイバー層と、少なくとも１つのスクリム層とを含んでなる濾過媒体であって、５．３３ｃｍ／秒の面速度で流れる空気中０．３μｍの平均直径を有する粒子でチャレンジされたときに少なくとも約２０％の濾過効率、および少なくとも約４５ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性を有する濾過媒体に関する。
【０００８】
本発明の第２実施形態は、少なくとも１つの連続ポリマー繊維のナノファイバー層と少なくとも１つのスクリム層とを含んでなる濾過媒体であって、ナノファイバー層の連続ポリマー繊維が約１０００ナノメートル未満の直径を有し、そして各ナノファイバー層が少なくとも約２．５ｇ／ｍ２の坪量および約１００μｍ未満の厚さを有し、そして少なくとも約４５ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性を有する濾過媒体に、粒子状物質を含有する空気流を通す工程と、５．３３ｃｍ／秒の面速度で移動する空気流中の、０．３μｍの平均直径を有する粒子の約９９．９７％以下を濾過する工程とを含んでなる、空気流からの粒子状物質の濾過方法に関する。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、移動収集ベルト上で、少なくとも約１０ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性を有する少なくとも１つのスクリム層を提供する工程と、少なくとも約１０ｇのハンドル−ｏ−メーター剛性および約３０ｍｍ  Ｈ２Ｏ未満の圧力降下を有する濾過媒体を形成するために、スクリム層上にナノファイバーを付着させて少なくとも約２．５ｇ／ｍ２の坪量を有する単一ナノファイバー層を形成する工程とを含んでなる、濾過媒体の形成方法に関する。
【００１０】
定義
用語「ナノファイバー」は、１，０００ナノメートル未満の直径を有する繊維を意味する。
【００１１】
用語「フィルター媒体」または「媒体」は、粒子状物質の媒体中または媒体上に付随した少なくとも一時的な付着を用いた、微粒子運搬流体が通過する材料または材料群を意味する。
【００１２】
用語「アシュレ・フィルター」は、空気から粒子を濾過するための暖房、換気および空調システムでの使用に好適な任意のフィルターを意味する。
【００１３】
用語「ＳＮ構造体」は、スパンボンド（Ｓ）層とナノファイバー（Ｎ）層とを含有する多層不織材料を意味する。
【００１４】
用語「ＳＮＳ構造体」は、２つのスパンボンド層の間に挟まれたナノファイバー層を含有する多層不織材料を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、少なくとも１つのナノファイバー層と少なくとも１つのスクリム層とを含んでなるフィルター媒体に関する。ナノファイバー層は、約１μｍすなわち１０００ｎｍ未満の直径を有する実質的に連続の有機ポリマーナノファイバー群を濾過媒体層中に含んでなる。かかるフィルター媒体は、流体流れから粒子状物質、特に、空気などのガス流れから粒子状物質を除去するための濾過用途に使用することができる。
【００１６】
アシュレ濾過および車両客室空気濾過をはじめとする、空気濾過用途での使用に好適な濾過媒体は、１つもしくはそれ以上のナノファイバー層をスクリム層と層状にしてＳＮｘ構造体を形成することによって、または１つもしくはそれ以上のナノファイバー層を２つのスクリム層間に挟んでＳＮｘＳ構造体（ここで、ｘは少なくとも１である）を形成することによって製造することができる。各ナノファイバー層は少なくとも約２．５ｇ／ｍ２の坪量を有し、ナノファイバー層の全坪量は約２５ｇ／ｍ２である。さらに、フィルター媒体は、１つもしくはそれ以上のメルトブローン（Ｍ）層などの他の層を含有することができる。
【００１７】
本発明の媒体で、ナノファイバー層は約１００μｍ未満の厚さを有し、有利にはナノファイバー層の厚さは５μｍより大きく、１００μｍ未満である。ナノファイバー層の厚さはナノファイバーポリマーの密度に依存して変わることができる。ナノファイバー層の厚さは、ナノファイバー層の固形分体積分率がカレンダー掛けによってまたは高真空下にナノファイバー層を集めることによってなどで増加する場合には効率または他のフィルター特性の実質的な低下なしに減らすことができる。一定の層厚さでソリディティ（ｓｏｌｉｄｉｔｙ）を上げると、細孔径を減少させ、微粒子貯蔵量を増加させる。
【００１８】
本発明でのナノファイバー層は、参照により本明細書に援用される、米国特許出願公開第２００４／０１１６０２８  Ａ１号明細書に開示されているバリア・ウェブに従って製造されてもよい。
【００１９】
ナノファイバー層は、１０００ｎｍ未満、有利には約１００ｎｍ〜約７００ｎｍ、またはさらにより有利には約３００ｎｍ〜約６５０ｎｍの直径を有する実質的に連続のポリマー繊維で構成される。ナノファイバー層の連続ポリマー繊維は、静電紡糸または電気ブローイングをはじめとする、連続繊維をこの直径範囲で製造することができる任意の方法によって形成することができる。電気ブローイングによるナノファイバーの形成方法は、参照により本明細書に援用される、ＰＣＴ特許公開国際公開第０３／０８０９０５Ａ号パンフレット（２００２年１１月２０日出願の米国特許出願第１０／４７７，８８２号明細書に対応する）に開示されている。国際公開第０３／０８０９０５Ａ号パンフレットは、ナノファイバーウェブを製造するための装置および方法を開示しており、該装置は本質的に図１に示されるようなものである。該方法は、貯蔵タンク１００からのポリマーおよび溶剤を含んでなるポリマー溶液の流れを、高電圧がかけられている、それを通ってポリマー溶液が放出される紡糸口金１０２内の一連の紡糸ノズル１０４へフィードする工程を含んでなる。それと同時に、空気ヒーター１０８中で場合により加熱される圧縮空気が、紡糸ノズル１０４の面または外周に配置された空気ノズル１０６から出される。空気は、新たに出されたポリマー溶液を包み、前進させ、そして繊維ウェブの形成に役立つブローイングガス流れとして概して下の方へ向けられ、ウェブは、空気ブロワー１１２の入口から真空がかけられた真空チャンバー１１４の上方の接地された多孔性収集ベルト１１０上に集められる。
【００２０】
本発明のフィルター媒体は、ナノファイバー層をキャリア層（本明細書では「スクリム」とも呼ばれる）に接着積層することによって、またはＳＮ構造体を形成するための上記方法でスクリム層を収集ベルト１１０上に置くことによりナノファイバー層をキャリアまたはスクリム層上に直接形成する（その場合ナノファイバー層は機械的交絡によってスクリム層に付着される）ことによって製造されてもよい。本発明の媒体は、ワンパスでナノファイバー層を形成することによって、またはマルチプルパスを用いて、例えば、電気ブローイング法でナノファイバー層を所望の厚さまたは坪量に構築することによって製造することができる。電気ブローイング法は、ナノファイバーの製造で既知のものより高い処理量が可能であるので、空気フィルター媒体での使用に好適な坪量のナノファイバー層がワンパスで形成されるのを可能にする。ナノファイバー層は、少なくとも５ｍ／分、有利には少なくとも１０ｍ／分の収集ベルト速度で形成されてもよい。ナノファイバーを形成するための電気ブローイング法でのポリマー溶液処理量は、少なくとも約１ｃｍ３／分／紡糸口金の穴、有利には少なくとも約２ｃｍ３／分／穴である。それ故、一連の紡糸ノズルまたは穴を紡糸口金の長さに沿って有するように紡糸口金を配置構成することによって、そしてポリマー溶液をかかる高速のフローで各ノズルまたは穴を通して送り届けることによって、今まで公知のものより高い坪量ナノファイバー層をワンパスでスクリム層上に形成することができる。ポリマー溶液流量および収集ベルト速度に依存して、約２．５ｇ／ｍ２からさらには２５ｇ／ｍ２までの坪量を有する単一ナノファイバー層をワンパスで形成することができる。ナノファイバー含有濾過媒体を形成するための従来法では、好適な坪量のナノファイバー層のスクリム上での形成は、１ｇ／ｍ２さえの坪量へ構築するためにナノファイバー形成法によるスクリムの繰り返しパスを必要とする。本発明に従ってワンパスでナノファイバー層を形成することによって、より少ないハンドリングが必要とされ、最終フィルター媒体中に導入されることになる欠陥の機会を減らす。電気ブローイング法のより高いポリマー溶液処理量は、ナノファイバーの製造で既知のものより経済的な方法を提供する。当然ながら、当業者は、ある種の状況下では約２５ｇ／ｍ２ほどの多くまで全ナノファイバー層の坪量を増加させるために、マルチプルパスで少なくとも約２．５ｇ／ｍ２のマルチプル・ナノファイバー層を形成させるべく紡糸条件を調節することが有利であり得ることを認めるであろう。ナノファイバー・レイダウン速度、およびそれ故単一ナノファイバー層の坪量を修正するための紡糸条件の変動は、収集ベルト速度、ポリマー溶液流量で、および溶液中のポリマーの濃度を変えることによっても行うことができる。
【００２１】
フィルター媒体の層は、有機ポリマー材料から製造される。有利には、スクリム層はスパンボンド不織層であるが、スクリム層は不織繊維の梳毛ウェブなどであることができる。スクリム層はひだおよび永久折り目を保持するのに十分な剛性を必要とする。単一スクリム層の剛性は有利には、下に記載されるハンドル−ｏ−メーター測定によって測定されるときに、少なくとも１０ｇである。特に高い剛性は、粗いステープルファイバーを含んでなるアクリル接合梳毛またはウェットレイド・スクリムを使用することによって達成することができる。スパンボンド不織布もまた使用されてもよい。本発明の濾過媒体は、少なくとも４５ｇの全ハンドル−ｏ−メーター剛性を有する。有利には、濾過媒体は、少なくとも２つのスクリム層が剛性に寄与するＳＮＳの構造を有する。
【００２２】
本発明の媒体は、カートリッジ、フラットディスク、キャニスター、パネル、バッグおよびパウチなどの任意の所望のフィルター・フォーマットへ加工することができる。かかる構造体内で、媒体は実質的にひだのある、巻かれたまたは別のやり方で支持構造体上に配置されたものであることができる。本発明の濾過媒体は、平面パネルフィルター、卵形フィルター、カートリッジフィルター、らせん巻きフィルター構造体をはじめとする実質的に任意の通常の構造で使用することができ、有用な形状または外形への媒体の成形を伴った、ひだのある、Ｚ−フィルター、Ｖ−バンク、または他の幾何学形状で使用することができる。有利なジオメトリーには、ひだのある、円筒形パターンが含まれる。かかる円筒形パターンは製造するのが比較的簡単であり、従来のフィルター製造技術を用い、そして比較的容易に役に立つので、それらが一般に好ましい。媒体のひだ付けは、所与の体積内で媒体表面積を増やす。一般に、かかる媒体位置決定に関して主要なパラメーターは、ひだ深さ、ひだ密度（典型的には、ひだのある媒体シリンダーの内径に沿ったインチ当たりのひだの数として測定される）、および円筒長さまたはひだ長さである。一般に、フィルター媒体ひだ深さ、ひだ長さ、および特にバリア配置について、ひだ密度に関する主な因子は、任意の所与の用途または状況に必要とされる総表面積である。かかる原則は、一般に、本発明の媒体に、好ましくは類似のバリア−タイプ配置に適用されよう。
【００２３】
本発明のフィルター媒体は、流体流れからの様々な粒子状物質の除去に使用することができる。粒子状物質には、有機および無機汚染物質の両方が含まれ得る。有機汚染物質には、微粒子天然物、有機化合物、ポリマー微粒子、食品残渣および他の物質が含まれ得る。無機残渣には、ダスト、金属微粒子、灰、煤煙、ミストおよび他の物質が含まれ得る。
【００２４】
フィルター媒体の初期圧力降下（本明細書では「圧力降下」または「圧力差」とも呼ばれる）は、有利には約３０ｍｍ  Ｈ２Ｏ未満、より有利には約２４ｍｍ  Ｈ２Ｏ未満である。フィルターをはさんだ圧力降下は、微粒子がフィルターを塞ぐにつれて、使用中の時間と共に増加する。他の変数が一定に保持されると仮定すれば、フィルターをはさんだ圧力降下が高ければ高いほど、フィルター寿命は短くなる。フィルターは、フィルターをはさんだ選択された制限圧力降下が満たされたときに交換を必要としていると典型的には断定される。制限圧力降下は用途に依存して変わる。圧力のこの増加はダスト（または微粒子）負荷の結果であるので、等しい効率のシステムについては、より長い寿命は典型的にはより高い負荷容量と直接関係する。効率は、微粒子を通すよりもむしろ捕捉する媒体の性向である。一般に、フィルター媒体がガスフロー流れから微粒子を除去するのに効率的であればあるほど、他の変数が一定に保持されると仮定すれば、フィルター媒体は「寿命」圧力差により速く近づくであろう。本発明のフィルター媒体は、媒体が５．３３ｃｍ／秒の面速度で流れる空気中の０．３μｍの直径を有する粒子の少なくとも約２０％を濾過して除くことができることを意味する、少なくとも約２０％の効率を有する。アシュレ・フィルターでの使用のために、有利には、本発明の媒体は５．３３ｃｍ／秒の面速度で流れる空気中の０．３μｍ粒子の少なくとも約３０％、約９９．９７％以下を濾過して除くことができる。
【００２５】
フィルター媒体の通気性が高ければ高いほど、他の変数が一定に保持されると仮定すれば、圧力降下は低くなり、それ故フィルター寿命は長くなる。有利には、本発明のフィルター媒体のフラジール形（Ｆｒａｚｉｅｒ）通気度は少なくとも約０．９１ｍ３／分／ｍ２、典型的には約４８ｍ３／分／ｍ２以下である。
【００２６】
本発明のフィルター媒体は有利には実質的に電気的に中性であり、それ故、それらの性能をそれらに関連した電荷に負う、上記の米国特許第４，８７４，６５９号明細書および同第４，１７８，１５７号明細書に開示されているフィルターと比べて空気湿気によって受ける影響がはるかに少ない。「実質的に電気的に中性な」とは、媒体が検出できる電荷を有していないことを意味する。
【００２７】
試験方法
濾過効率は、ＴＳＩインコーポレーティッド（ミネソタ州セントポール）（ＴＳＩ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））から市販されている分級効率フィルター試験機モデル（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｔｅｓｔｅｒ  Ｍｏｄｅｌ）３１６０によって測定された。チャレンジ・エアロゾル粒子の所望の粒度は該試験機のソフトウェアへ入力され、所望のフィルター流量が設定された。３２．４リットル／分の容量空気流速度および５．３３ｃｍ／秒の面速度が用いられた。試験は、フィルターがあらゆる選択された粒度でチャレンジされるまで自動的に継続した。圧力降下と共に各粒度についてのフィルター効率データを含有する報告が次にプリントされた。
【００２８】
圧力降下は、ＴＳＩインコーポレーティッド（ミネソタ州セントポール）から市販されている分級効率フィルター試験機モデル３１６０によって報告されるものであった。試験条件は、濾過効率試験方法の下に記載されている。圧力降下は、本明細書ではｍｍ  Ｈ２Ｏとも呼ばれる、水柱のｍｍ単位で報告される。
【００２９】
坪量は、参照により本明細書によって援用される、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）Ｄ−３７７６によって測定され、ｇ／ｍ２単位で報告された。
【００３０】
厚さは、参照により本明細書によって援用される、ＡＳＴＭ  Ｄ１７７−６４によって測定され、マイクロメートル単位で報告される。
【００３１】
繊維径は次の通り測定された。５，０００倍の倍率での１０の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が各ナノファイバー層サンプルについて撮られた。１１の明らかに区別できるナノファイバーの直径が該写真から測定され、記録された。欠陥（すなわち、ナノファイバーの塊、ポリマー滴、ナノファイバーの交差点）は含まれなかった。各サンプルについての平均繊維径が計算された。
【００３２】
剛性は、トウィング・アルバート・インスツルメント社（ペンシルバニア州フィラデルフィア）（Ｔｈｗｉｎｇ  Ａｌｂｅｒｔ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏ．（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ））によって製造された「ハンドル−ｏ−メーター」機器を用いて測定された。ハンドル−ｏ−メーターは、平行エッジのスロット中へ材料の検体を押し込むときに刃が受ける抵抗をグラム単位で測定する。これは材料の剛性の指標であり、それは材料の柔軟性と反比例の関係を有する。剛性は、材料の長手方向（縦方向）および横断方向（横方向）の両方で測定される。
【００３３】
フラジール形透過度は、多孔性材料の通気性の尺度であり、立方フィート／分／平方フィートの単位で報告される。それは、０．５インチ（１２．７ｍｍ）水の差圧で材料を通る空気流の体積を測定する。オリフィスが、サンプルを通る空気の流れを測定できる量に制限するために真空システムに取り付けられる。オリフィスのサイズは材料の気孔率に依存する。フラジール形透過度は、較正されたオリフィス付きシャーマンＷ．フラジール社（Ｓｈｅｒｍａｎ  Ｗ．Ｆｒａｚｉｅｒ  Ｃｏ）二重圧力計を用いて立方フィート／分／平方フィートの単位で測定され、ｍ３／分／ｍ２の単位に変換される。
【実施例】
【００３４】
実施例１
ナノファイバー層を、１．１４ｇ／ｃｃの密度を有するナイロン６，６ポリマー（イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー、デラウェア州ウィルミントン（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，  Ｄｅｌａｗａｒｅ）から入手可能な）の９９％純度のギ酸（ケミラ・オイジ、フィンランド国ヘルシンキ（Ｋｅｍｉｒａ  Ｏｙｊ，Ｈｅｌｓｉｎｋｉ，Ｆｉｎｌａｎｄ）から入手可能な）中２４重量パーセントの溶液を電子ブローすることによって製造した。ポリマーおよび溶剤を溶液混合タンクへフィードし、溶液を溜めへ移し、ＰＣＴ特許公開国際公開第０３／０８０９０５号パンフレットに記載されているような、紡糸ノズルを有する電気ブローイング紡糸パックにギアポンプによって計量供給した。紡糸パックは０．７５メートル幅であり、７６紡糸ノズルを有した。パックは、１０バールの紡糸ノズル中溶液の圧力で室温にあった。紡糸口金を電気的に絶縁し、７５ｋＶの電圧をかけた。４４℃の温度の圧縮空気を、７．５ｍ３／分の速度および６６０ｍｍ  Ｈ２Ｏの圧力で紡糸パック中へ空気ノズルを通して注入した。溶液は、大気圧、６５〜７０％の相対湿度および２９℃の温度の空気中へ紡糸ノズルを出た。ナノファイバー−形成法のポリマー溶液処理量は約２ｃｍ３／分／穴であった。形成された繊維をパックの出口の３１０ｍｍ下方に５〜１２ｍ／分で移動する多孔性ベルトの最上部上の多孔性スクリム上へレイダウンした。ベルトの真下で１００〜１７０ｍｍ  Ｈ２Ｏの減圧に引く真空チャンバーが繊維のレイダウンを助けた。コロン・インダストリーズ（Ｋｏｌｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）（韓国）から入手した４０ｇ／ｍ２坪量スパンボンド不織材料をスクリムとして使用した。スクリムは縦方向に３５ｇ、横方向に５５ｇの剛性を有した。
【００３５】
製造されたＳＮ構造体を、ＴＳＩ試験機３１６０を用いて濾過効率について様々な粒度でチャレンジし、結果を表１に与える。下のデータに報告される効率は０．３マイクロメートル粒子チャレンジだけについてのデータである。
【００３６】
実施例２
ＳＮ構造体を実施例１に記載されるように、しかしナノファイバー層のより高い坪量で製造した。生じた構造体を濾過効率について様々な粒度でチャレンジし、結果を表１に与える。
【００３７】
【表１】
2008525195.tif 000003
【００３８】
実施例３
それぞれがポリエチレン（ＰＥ）の鞘とポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）の芯とを有する複合鞘−芯繊維繊維から製造された約２１ｇ／ｍ２の坪量を有する２つのスパンボンド層の間に挟まれた約３ｇ／ｍ２の坪量を有するナノファイバー層からなるＳＮＳ構造を有する濾過媒体を手動で形成した。ナノファイバーの平均直径は約６５１ｎｍであった。ナノファイバーはナイロンであった。濾過媒体のフラジール形通気度、圧力降下および効率を表２にリストする。
【００３９】
実施例４〜１０
濾過媒体を、実施例４〜１０の媒体が２つのスパンボンド（Ｓ）層の間に挟まれた様々な数のナノファイバー（Ｎ）層およびメルトブローン（Ｍ）層を有することを除いては実施例３のように形成した。メルトブローン層は、各メルトブローン層が約１７ｇ／ｍ２の坪量を有するサイド−バイ−サイドＰＥＴ−ＰＥ複合繊維から製造した。各媒体の構造、ナノファイバー層の坪量、濾過媒体の坪量、濾過媒体のフラジール形通気度、圧力降下および効率を表２にリストする。
【００４０】
実施例１１〜１５
濾過媒体を、ナイロン６ナノファイバーの層をスパンボンド不織支持体上へ電気ブローすることによって形成した。ナノファイバーの平均直径は約３００〜４００ｎｍであった。ナノファイバー層を形成するためのパスの数、ナノファイバー層坪量、媒体フラジール形通気度、圧力降下および濾過効率を表２にリストする。
【００４１】
実施例１６〜１７
濾過媒体を、ナイロン６，６ナノファイバーの層をスクリム上へ電気ブローすることによって形成した。実施例１６〜１７の媒体は、電気ブローイング法によるマルチプルパスのスクリム層を含むＳＮ構造を有した。スクリムは、ＨＤＫインダストリーズ社（ＨＤＫ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）から入手した、約６２ｇ／ｍ２の坪量を有する、その後熱接合される梳毛ナイロンの層と梳毛ポリエステルの層とを含有する二層構造体であった。ナノファイバーの平均直径は約３００〜４００ｎｍであった。ナノファイバー層を形成するためのパスの数、ナノファイバー層坪量、ならびに濾過媒体坪量、フラジール形通気度、圧力降下および濾過効率を表２にリストする。
【００４２】
実施例１８
濾過媒体を、嵩高いナノファイバー層をもたらす、低真空固定圧力での電気ブローイング法で移動収集ベルト上へナイロン６，６ナノファイバーの単層を電気ブローすることによって形成した。媒体は、電気ブローイング法によってワンパスで形成された、約２０ｇ／ｍ２の坪量のナノファイバー層を有した。ナノファイバーの平均直径は約３００〜４００ｎｍであった。濾過媒体のフラジール形通気度、圧力降下および濾過効率を表２にリストする。
【００４３】
【表２】
2008525195.tif 000004
【００４４】
比較例１９〜２６
ＳＮＳ構造を有する濾過媒体を、各スクリム層が約１７ｇ／ｍ２の坪量を有する、２つのスクリム層の間に挟まれた約０．３〜０．５ｇ／ｍ２坪量を有するナイロン・ナノファイバー層から手動で形成した。比較例１９〜２０では、スクリム層は、両側がスパンボンドＰＥＴであった。比較例２１〜２２では、スクリム層は、片側がスパンボンドＰＥＴであり、他側がスパンボンド・ナイロン（セレックス・アドバンスト・ファブリックス（Ｃｅｒｅｘ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｆａｂｒｉｃｓ）から入手した）であった。比較例２３〜２４では、スクリム層は、片側がスパンボンドＰＥＴであり、他側がその後熱接合される梳毛ナイロンの層と梳毛ポリエステルの層とを含有する二層構造体（ＨＤＫインダストリーズ社から入手した）であった。比較例２５〜２６では、スクリム層は、両側がその後熱接合される梳毛ナイロンの層と梳毛ポリエステルの層とを含有する二層構造体（ＨＤＫインダストリーズ社から入手した）であった。ナノファイバー層坪量、ナノファイバーの平均直径、媒体フラジール形通気度、圧力降下および効率を表３にリストする。
【００４５】
【表３】
2008525195.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明での使用に好適なナノファイバーを形成するための先行技術電気ブローイング装置の図である。
【図１】
2008525195.tif 000006
【国際調査報告】
2008525195.tif 000007
2008525195.tif 000008
2008525195.tif 000009