(57)【要約】ファイバ直径が約０．０００１〜０．５ミクロンであるファイバのファインファイバの使用は、フィルタ媒体の重要な設計ツールとなってきた。一般的なフィルタ媒体は、典型的には媒体構造の上流または取入れ側に形成されたファインファイバ層により作製されている。ファインファイバは、小さい粒子を捕捉することによってフィルタ効率を高め、したがってこの構造の微粒子のフィルタ（濾過）全体効率が高くなる。改善されたファインファイバ構造が、すなわち制御された量のファインファイバを媒体の両面に配置することにより、フィルタ効率が高まり、寿命もかなり延びた構造が、開発された。【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状のフィルタ基体を含むファインファイバ・フィルタ媒体であって、
前記シートが第１表面と第２表面とを有し、
前記第１表面および第２表面が、それぞれ直径約０．００１〜０．５ミクロンのファインファイバを有し、厚さが５ミクロン未満であるファインファイバの層を含み、
前記ファインファイバが、いずれか１つの層において、単分散０．７８ミクロンのポリスチレンラテックス粒子を２０ｆｔ／分の速度で使用するＡＳＴＭ−１２１５−８９試験で、９０％未満の全体効率であるが、両方の層が組み合わせられたときには９０％よりも高い効率を得るのに有効な量だけで形成されていることを特徴とするファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項２】
前記第１表面上の前記ファインファイバの層の効率が、前記第２表面のファインファイバの層の効率とは異なることを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項３】
下流の表面上の前記ファインファイバの層の効率が、上流の表面上の前記ファインファイバの層の効率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項４】
前記シート状のフィルタ基体が約０．１〜３ミリメートルのの厚さを有し、前記第１表面および第２表面がそれぞれ直径約０．０１〜０．３ミクロンを有し、３ミクロン未満の厚さのファインファイバの層を含み、前記ファインファイバが、１６時間の試験期間中に１４０°Ｆの空気と相対湿度１００％の試験条件で試験曝露した後、フィルタ目的のために前記ファイバの５０％を超える量が変化しないまま保たれるように選択されることを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項５】
前記ファインファイバの層は、各層において８５％未満の効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに９０％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約５％から約８０％の効率を有することを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項６】
前記ファインファイバ層が、各層において８０％未満の効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに８５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約２０％から約８０％の効率を有することを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項７】
前記ファインファイバ層が、各層において約４０％〜８５％の効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに６５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約５％から約８０％の効率を有することを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項８】
前記ファインファイバ層が、各層において約４０％〜８０％の効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに６５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約２０％から約８０％の効率を有することを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項９】
前記ファインファイバ層が、各層において７５％未満の全体効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに８０％よりも高い効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつフィルタ目的のために前記ファイバの３０％を超える量が変化しないまま保たれることを特徴とする請求項４に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項１０】
ファイバの絡み合いメッシュを形成する前記ファインファイバは、ウェブ中のファイバ間の細孔径が平均で約３ミクロン未満であり、前記基体は、片面媒体の効率よりも高い効率と、フィルタ全体にわたる圧力低下の増大が１０ｆｔ／分の試験条件下で約３インチＨ２Ｏ柱の高さであるとして定義される寿命とを有することを特徴とする請求項１に記載のファインファイバ・フィルタ媒体。
【請求項１１】
空気によって運ばれた流れから、液体微粒子、固体微粒子、またはそれらの混合物を含む微粒子を除去する方法であって、
（ａ）空気流の中にフィルタ構造を配置する工程と、
（ｂ）前記フィルタ構造の耐用寿命をモニタしながら前記空気流を前記フィルタ構造に通す工程とを有し、
前記フィルタ構造が、ファインファイバフィルタ媒体とシート状のフィルタ基体とを含み、
前記シートが第１表面および第２表面を有し、
前記第１表面および第２表面が、それぞれ直径約０．００１〜０．５ミクロンのファインファイバを有し、厚さが５ミクロン未満であるファインファイバの層を含み、
前記ファインファイバ層が、いずれか１つの層において、単分散０．７８ミクロンのポリスチレンラテックス粒子を２０ｆｔ／分の速度で使用するＡＳＴＭ−１２１５−８９試験で、９０％未満の効率であるが、両方の層が組み合わせたときに９０％よりも高い効率を得るのに有効な量だけで形成されていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記第１表面上の前記ファインファイバの層の効率が、前記第２表面のファインファイバの層の効率とは異なることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
下流の表面上の前記ファインファイバの層の効率が、上流の表面上の前記ファインファイバの層の効率よりも高いことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記シート状フィルタ基体が約０．０１〜０．５ミリメートルの厚さを有し、前記第１の面および第２の面がそれぞれ直径約０．０１〜０．３ミクロンのファインファイバの分離した層を含み、前記層の厚さが３ミクロン未満であり、前記ファインファイバが、１６時間の試験期間中に１４０°Ｆの空気と相対湿度１００％の試験条件で試験曝露した後、フィルタ目的のために前記ファイバの５０％を超える量が変化しないまま保たれるように選択されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ファインファイバ層は、いずれか１つの層において８５％未満の効率であるが、両方の層を組み合わせられたときに９０％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ファインファイバ層が、いずれか１つの層において８０％未満の効率であるが、両方の層を組み合わせたときに８５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ファインファイバ層が、各層において約４０％〜８５％の効率であるが、両方の層を組み合わせたときに６５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約２０％〜約８０％の効率を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ファインファイバ層が、各層において約４０％〜８０％の効率であるが、両方の層を組み合わせたときに６５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約２０％〜約８０％の効率を有するとを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ファインファイバ層が、いずれか１つの層において７５％未満の効率であるが、両方の層を組み合わせたときに８０％よりも高い効率を得るのに有効な量だけで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
ファイバの絡み合いメッシュを形成する前記ファインファイバは、ウェブ中のファイバ間の細孔径が平均で約３ミクロン未満であり、前記フィルタ媒体は、片面媒体の効率よりも高い効率と、フィルタ全体にわたる圧力低下の増大が１０ｆｔ／分の試験条件下で、約３インチＨ２Ｏ柱の高さであるとして定義された寿命とを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記微粒子が、固体微粒子、液体微粒子、またはこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
前記微粒子が燃焼の残留成分を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記微粒子が、脂肪油、脂肪酸、またはこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記微粒子が、すす、グリット、またはこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
１つまたは複数のシート状のフィルタ基体と３層以上のファインファイバ層とを含むフィルタ構造であって、
各シート状の基体が第１表面および第２表面を有し、
前記第１表面と第２表面とが前記基体上に前記ファインファイバ層を３層以上含み、
前記層の各々が、直径約０．０１〜０．５ミクロンを有するファインファイバを含み、厚さが５ミクロン未満であり、
前記ファインファイバが、いずれか１つの層において、単分散０．７８ミクロンのポリスチレンラテックス粒子を２０ｆｔ／分の速度で使用するＡＳＴＭ−１２１５−８９試験で、９０％未満の効率であるが、これらの層が組み合わせられたときには９０％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成されていることを特徴とするフィルタ構造。
【請求項２６】
前記第１表面上の前記ファインファイバの層の効率が、前記第２表面のファインファイバの層の効率とは異なることを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項２７】
下流の表面上の前記ファインファイバの層の効率が、上流の表面上の前記ファインファイバの層の効率よりも高いことを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項２８】
前記シート状のフィルタ基体が約０．０１〜３ミリメートルの厚さを有し、任意の表面が直径約０．０１〜０．５ミクロンを有し、３ミクロン未満の厚さのファインファイバの層を含み、前記ファインファイバが、１６時間の試験期間に渡って１４０°Ｆの空気および相対湿度１００％という試験条件に試験曝露した後、濾過を行うために前記ファイバの５０％を超える量が変化しないまま保たれるよう選択されることを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項２９】
前記シート状のフィルタ基体の厚さが約０．３〜１ミリメートルであることを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項３０】
前記ファインファイバ層が、各層において８５％未満の効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに９０％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成されることを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項３１】
前記ファインファイバ層が、各層において８０％未満の効率であるが、両方の層を組み合わせたときに８５％よりも高い全体効率を得るために有効な量だけで形成されることを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項３２】
前記ファインファイバ層が、各層において約４０％〜８５％の効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに６５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約５％〜約８０％の効率を有することを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項３３】
前記ファインファイバ層が、各層において約４０％〜８０％の効率であるが、両方の層を組み合わせたときに６５％よりも高い全体効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ前記基体が約２０％〜約８０％の効率を有することを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項３４】
前記ファインファイバ層が、各層において７５％未満の全体効率であるが、両方の層が組み合わせられたときに８０％よりも高い効率を得るのに有効な量だけで形成され、かつ濾過を行うために前記ファイバの３０％を超える量が変化しないまま保たれることを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【請求項３５】
ファイバの絡み合いメッシュを形成する前記ファインファイバは、ウェブのファイバ間の細孔径が、平均で約３ミクロン未満であり、前記基体は、片面媒体の効率よりも高い効率と、フィルタ全体にわたる圧力低下の増大が１０ｆｔ／分の試験条件下で約３インチＨ２Ｏ柱の高さであるとして定義される寿命とを有することを特徴とする請求項２５に記載のフィルタ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は、米国内の企業であり米国に居所を有するＤｏｎａｌｄｓｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．の名義で、米国を除く全ての国を指定国として２００１年８月２１日にＰＣＴ国際特許出願として出願されたものであり、かつ２０００年９月５日出願の米国出願第６０／２３０，１３８号および２００１年５月３１日出願の米国出願第０９／８７１，１５６号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
この開示は、気体または液体の流れを含む流体を濾過するための、独自のフィルタ構成に関する。詳細には、フィルタ効率を維持しまたは向上させながらフィルタ構成の寿命を十分に延ばすことが可能な、フィルタ構成要素（エレメント）の独自の配置構成が開示されている。そのようなフィルタは一般に、ファインファイバと、様々な基体と組み合わせて使用することができる多孔質基体層と、ハウジングと、ハードウェアと、フィルタ構造内のその他の構成要素（エレメント）を含む。流体の流れはフィルタを通過し、それによって粒子状物質などの望ましくない物質が除去される。流体の流れがフィルタを通過するにつれ、液体、固体、およびそれらの混合物の形をとることができる微粒子が、移動する流体の流れから除去される。
【０００３】
（発明の背景）
フィルタ技術を実施する際、流体の流れは一般に、その流れから微粒子を除去するためにフィルタ構造を通過する。フィルタエレメント（要素）は、そのフィルタの寿命期間中、いくらかの割合の微粒子をその流れから除去することが可能になる。フィルタ効率は一般に、フィルタによって除去される、移動流体層に含まれる微粒子の割合と定義される。フィルタの寿命は一般に、フィルタおよびその動作装置に許容可能な動作パラメータが可能になるように、フィルタを横切る圧力低下がある所定のレベルよりも低く維持される期間に関係すると考えられる。フィルタは、有用な性能が得られるよう十分低い圧力低下を維持しながら、十分除去可能な効率を得なければならない。圧力低下が大きいという状態は、フィルタを使用する装置の動作効率が不十分であるものの特徴である。
【０００４】
多くの技術で言えることであるが、成功した技術のどの実施形態においても、相当な部分で犠牲が払われている。効率が高くなるにつれて頻繁に圧力低下も増大し、寿命はしばしば相当短くなる。全体が明確にされていない理由により、任意のフィルタを横切る圧力低下は動作中に相当増大する可能性がある。相当な割合の薄霧または霧、無機エアロゾル、油、脂肪、炭素、またはその他の供給源から形成された有機エアロゾル、または無機および有機の混合型水性エアロゾル構造を含有する流れを濾過することによって、しばしば耐用寿命は短くなる。効率的なファインファイバ層の耐密に絡み合う性質により、ファインファイバ層を横切る圧力低下は、そのような流動する微粒子の流れに接触したときに十分かつ素早く増大する。これらのフィルタは初期動作に優れているが、フィルタの効率ではなくフィルタの寿命がしばしば問題になる。フィルタは、その作業に十分であるが、交換しなければならない。そのような構造では圧力低下が素早く増大すること、すなわちそのような構造の耐用寿命がかなり短くなることに鑑み、そのようなフィルタには改良を加えることが求められている。
【０００５】
いかなる技術的な適用例においてもよく見られるように、フィルタの効率と寿命の両方を改良することは、フィルタ製造業者が長い間追求してきた目標である。このため、フィルタ効率を維持しまたは向上させながらフィルタ寿命を長くすることが可能なフィルタの技術および構造が、当技術分野では大いに求められている。
【０００６】
（発明の簡単な説明）
本発明者等は、量が制御されたファインファイバが媒体（メディア：ｍｅｄｉａ／ｍｅｄｉｕｍ）の基体または構造の２層以上の層に含まれているフィルタ媒体を使用することによって、大幅に改善されたフィルタ媒体、フィルタ構造、およびフィルタプロセスを得ることができることを見出した。２層以上の層に含まれるファイバの量を引き下げることによって、寿命を長くすることができると共にフィルタ効率を維持しまたは高めることができる。好ましい実施形態では、ファインファイバの第１の層が、基体の上流表面に配置され、次いで第２の層が、第２の表面として一般には下流に形成される。上流層と下流層の効率は、意図的に異なるように選択することができる。下流層の効率は、上流層よりも高めることができる。これらの層は、濾過された流体が２層を通過するように配置される。媒体は、様々なフィルタ構造の幾何形状および形態のフィルタ構造中に形成されることができる。両面型ファインファイバ層は、フィルタ効率を維持しまたは高めるが、フィルタの寿命を大幅に延ばす。本発明者等は驚くべきことに、フィルタ構造において、１つまたは複数の第２の層と組み合わせた状態で基体の一方の面の第１の層に約９０％未満の効率をもたらす量のファインファイバを配置することによって、全体効率が９０％を超えかつ寿命が延びたフィルタが得られることを見出した。本発明者等は、約５０％から約９０％未満に及ぶ効率をもたらす量のファインファイバをいずれか１つの層に配置することによって、これら独自の利点が得られることを見出し、好ましくは本発明者等は、基体上に配置されたファインファイバの量が、約６５％から約８５％に及ぶ効率をもたらすものであるべきことを見出した。
【０００７】
本発明者等は、ファインファイバ層の圧力低下が大幅に増大する１つのメカニズムが「フィルミング・オーバ」（ｆｉｌｍｉｎｇ　ｏｖｅｒ）現象によってもたらされると考える。取り除かれた（濾過された）粒子状物質がファインファイバと相互に作用するにつれ、かつファインファイバのメッシュまたはウェブに捕捉されるにつれ、微粒子は、特にその粒子状物質が揮発性の低い液体である場合、開放されたファインファイバ・メッシュの細孔またはスペースを完全に満たす液状被膜を形成する可能性がある。メッシュのこれらの領域に流体が充填されるにつれ、フィルタを横切る圧力は素早く増大する。このフィルミング・オーバの性質は、微粒子とファインファイバとの相互作用によってももたらされる可能性があるが、単に、ファイバ・ウェブ内の空いているスペースが充填されることによってもたらされ、それによって圧力が増大する。上流側よりも効率が３％を超え好ましくは５％以上も高い層が下流側に存在することによって、全体効率が高くなるが、上流層および基体が、含有される微粒子を除去しかつ下流のファインファイバが目詰まりする傾向を低下させるので、寿命は短くならない。
【０００８】
本発明は、マイクロファイバ、ナノファイバなどのファインファイバの形をとり、ファイバ・ウェブ、または独自の改良型フィルタ構造に使用される繊維状マットの形をとるポリマー組成物に関する。本発明のポリマー材料は、独自のフィルタ構造の効率を高めかつその耐用寿命を延ばすことが可能な物理的性質を有する組成物を含む。本発明のポリマー材料は、使用中効果的な濾過を維持しながら、様々な物理的形状または形態をとるポリマー材料に、湿度、熱、空気の流れ、化学的機械的な応力または衝撃による劣化作用に対する抵抗力を与えることも可能な物理的性質を有する組成物である。
【０００９】
典型的な適用例では、ファインファイバは基体上に配置され、ファインファイバ層は、層の厚さが約５ミクロン未満、好ましくは約０．１〜３ミクロン、しばしば約０．５〜約２ミクロンの層に形成された、直径が約０．０００１〜５ミクロン、好ましくは約０．０００１〜約０．５ミクロン、最も好ましくは約０．００１〜約０．３ミクロンのファインファイバを含む。各ファインファイバ層は、絡み合ってランダムな方向を向いたファイバ・メッシュを含み、それによって、細孔径分布が相対的に広いメッシュが得られる。この特許出願では、「細孔」という用語は、２本以上のファインファイバの外面から形成された、ファインファイバ層を通るウェブ内の通路または開口を指す。細孔は、粒子状物質の捕捉に有効と考えられるサイズの開口を生成しまたは形成する様々なまたは多数のファインファイバの混合によって得ることができる。任意のファインファイバ層は様々なサイズの開口を有するが、本発明のファインファイバ層は、サイズが非常に小さい、すなわち約０．００１ミクロンから約５ミクロンに及ぶ、しかし効果的な濾過のためにしばしば約０．５ミクロンから３ミクロンに及ぶ、相当な数の細孔を有する。本発明の構造では、細孔は、開口の最大寸法がフィルタを通過する流体から一般に除去される粒子の直径よりも小さい絡み合いメッシュの形において、開放細孔径が３ミクロン未満、しばしば１ミクロン未満の開口により形成されることが好ましい。本発明者等は、基体層の反対側上のファインファイバの被覆率を引き下げることによって、ファインファイバ層の圧力低下が増大したり、薄膜で覆われる（ｆｉｌｍ　ｏｖｅｒ）になる傾向を最小限に抑えられることができることを見出した。基体の両面に、引き下げられた量のファインファイバを配置することによって、液体物質のフィルタ操作の結果としてファインファイバ層がより小さく容易に閉ざされた細孔を有する傾向が、大幅に減少する。本発明者等は、この減少が、この引き下げられた層構造中のやや大きい細孔径によってもたらされると考えるが、圧力増大を減少させることは、ファイバ層の表面積が減少したことによっても生じると考えられる。言い換えれば、例えば改善されたフィルタ構造は、約９０％の平均効率を示す基体の片側に単一のファインファイバ層を有するフィルタ構造を、８０％未満の効率を有する２層のファイバ層を有するフィルタ構造に変えることによって、製造することができる。最初の単一層ファイバ構造によれば、微粒子の約１０％が層を通過することができるが（９０％効率）、単一の効率的な層では、圧力低下を素早く増大させる傾向が高くなる。効率が、例えば約７５％を有する２層を形成することによって、全体効率が約８７．５％を有するフィルタは、ファインファイバ層中のファイバ量を引き下げたために、圧力低下の増大する傾向を大幅に抑えた状態とすることができる。
【００１０】
平面状の媒体層の両側に設けられたファインファイバの２層の組合せでは、各層の効率は低下しているが、層状構造全体としてはその効率が大幅に高められている。驚くべきことに、この平面状の媒体層の両側に設けられたファインファイバの２層の組合せでは、目詰まりや被膜状態になる傾向が低下するために、寿命が長くなる。この構造の層全体にフィルタ微粒子を分布させることによって、取り除かれた（濾過された）微粒子はファインファイバ構造の相対的に狭い部分に存在しないので、本発明者等は、フィルタの寿命期間中に生じる望ましくないどのような圧力増大も引き下げることができると考える。本発明者等は、層状構造によって層全体にファインファイバを分布すると、指定された最大圧力の低下よりもフィルタの圧力低下を低く維持される時間が大幅に改善され、延びたことは、驚くべきことと考える。そのようなファインファイバの分布によってさらに分布が行われる。
【００１１】
フィルタ構造体は、様々な物理的形態をとっている。フィルタは、平面的なシート状のフィルタ・バリア、ひだ（ｐｌｅａｔ）付きパネル、円筒形または卵形エレメント、円筒形カートリッジ内に形成されたエレメント、波形エレメントなどとして開発された。これらフィルタ形態のそれぞれは、様々な既知の技術で構成され配置されることができる。取り除かれた（濾過された）媒質がファインファイバ層を２回通過するどのフィルタ形態も使用することができる。
【００１２】
フィルタエレメントまたは構造内の媒体はファインファイバで処理することができ、本発明では、「ファインファイバ」という用語は、ファイバのサイズまたは直径が０．０００１〜５ミクロン以下、またはしばしば０．００１〜０．５ミクロンであり、場合によっては実質上サブミクロンの直径を有するファイバを示す。ファインファイバを製造して媒体に応用するため、様々な方法を利用することができる。Ｋａｈｌｂａｕｇｈ他の米国特許第５，４２３，８９２号、ＭｃＬｅａｄの米国特許第３，８７８，０１４号、Ｐｒｅｎｔｉｃｅの米国特許第３，６７６，２４２号、Ｌｏｈｋａｍｐ他の米国特許第３，８４１，９５３号、およびＢｕｔｉｎ他の米国特許第３，８４９，２４１号は、その全てが本明細書に参照により組み込まれ、様々なファインファイバ技術を開示している。
【００１３】
従来のフィルタ構造体は、媒体を実質上完全にコーティングした単一の層において、基体にファインファイバを適用させることを含む。十分なファインファイバが一般にファインファイバ層中で使用され、得られる媒体構造体は、初期効率が５０％を超え、好ましくは、３０％未満の効率を有する個々の構造体がない状態で８０％（平均ベースで）を超える（効率試験は、単分散０．７８ミクロン・ポリスチレン・ラテックス微粒子を２０ｆｔ・分−１で使用するＡＳＴＭ　１２１５　８９である）。従来のフィルタでは、平均で約３０％未満の効率または任意の特定のフィルタ用の効率は一般に許容されないと考えられるが、それは、そのようなフィルタが相当な割合の衝突微粒子を移動流体層に移動させる可能性があるからである。そのような微粒子の量は、エンジンの適用例において、ガス・タービンの適用例において、またはその他の適用例において、実質上より多くの微粒子をその機構の作動部分に通過させる可能性があり、その結果、機械装置の相当な摩耗または故障が生じると考えられる。
【００１４】
この特許出願で、「媒体」という用語は、セルロースやポリエステル、ナイロン、ポリオレフィンなどの天然繊維または合成繊維から作製された、厚さが約０．１〜５ミリメートルで効率が約５％〜８０％、しばしば２０％〜８０％の、織布状または不織シート状の基体を指す。
【００１５】
この特許出願で「ファインファイバ」という用語は、媒体の表面を実質上覆う層の、ランダムな方向を向いたファイバ・メッシュに形成された、長さは不確定であるが幅は約５ミクロン未満であり、しばしば約１ミクロン未満である、ファイバを指す。本発明者等は本願において、ファインファイバのクリティカルな付加量があることを見出した。ファインファイバは、ファインファイバの単一層で得られる効率が約１５％〜約８０％となる量がシート状基体の両面上に配置される。好ましい付加量パラメータは以下の通りである。
【００１６】
【表１】
2004508165.tif 000002
【００１７】
一実施形態で、引き下げられているがファインファイバの有用な付加量は、ファイバ層の固体性が５％〜４０％であり（９５％〜６０％がボイド部分である）、層の厚さが０．１〜１．７５ミクロンになると考えられる。この場合、坪量は０．０００４５〜０．１１ｍｇ・ｃｍ−２または０．００２８〜０．７　ｌｂ・３０００ｆｔ−２である（ｌｂｓ／３０００ｆｔ−２は織物および紙製造業者の標準単位である）。
【００１８】
別の実施形態で、ファインファイバの付加量は、ファイバ層の固体性が１５％〜２５％であり（８５％〜７５％がボイド部分である）層の厚さが０．７５〜１．２５ミクロンになると考えられる。この場合、坪量は０．０１０〜０．０５ｍｇ・ｃｍ−２または０．０６〜０．３１　ｌｂ・３０００ｆｔ−２である。
【００１９】
最後の実施形態で、ファインファイバの付加量の上端は、ファイバ層の固体性が１０％〜４０％であり（９０％〜６０％がボイド部分である）、層の厚さが１〜３ミクロンになると考えられる。この場合、坪量は０．００９〜０．２ｍｇ・ｃｍ−２または０．０５５〜１．２　ｌｂ・３０００ｆｔ−２である。
【００２０】
この特許出願で「別個の層」（ｓｅｐａｒａｔｅ　ｌａｙｅｒ）という用語は、実質上シート状の基体を有するフィルタ構造において、その基体を通過する流体の流れがまず第１のファインファイバ層と、基体を通過し、その後、第２のファインファイバ層を通過することを意味するよう定義される。これらの層は、フィルタの様々な幾何学的モチーフを有することができる。ファインファイバ層は理論上、両面付きシート状基体の両面全体を覆うことによって基体の対抗する両面上の全体に２つの別個のファインファイバ層が形成される、１つのプロセス・ステップで製造することができる。ほとんどの適用例で、本発明者等は、第１のファインファイバ層が基体の片面に形成され、次いでその基体を再びファインファイバ生成ステップにかけることによって第２の層が形成されると考える。
【００２１】
この特許出願で、「ファインファイバ層の細孔径またはファインファイバ・ウェブの細孔径」という用語は、ファインファイバ層の混合ファイバ間に形成されたスペースを指す。
【００２２】
（発明の詳細な説明）
本発明のフィルタ構造体は、基体の第１の面を有する基体層と、従来のファインファイバ層と比べた場合に引き下げられた量のファインファイバ層とを含む。基体は、基体の第２の面上に第２の少量ファインファイバ層を含む。引き下げられた量のファインファイバ層は、それに対応してそれぞれの効率が低い。したがってファインファイバ層の効率は、一般に約９０％未満である。しかし、２つのファインファイバ層を組み合わせるとフィルタ構造体の全体効率が高くなり、一方、各層における引き下げられた量のファイバは、圧力低下が大幅に増大するという層の傾向を減少させ、フィルタ構造の耐用寿命を延ばす。両方の層におけるファインファイバの引き下げられた量は、ファイバ層の細孔径を大幅に増大し、流体媒質が通過する内容積の量を大幅に増大する。
【００２３】
ファインファイバ層は、従来の技術を使用してファインファイバを電界紡糸することにより作製することができる。
【００２４】
マイクロファイバまたはファインファイバ・ポリマー材料
本発明は、改善されたポリマー材料を提供する。このポリマーは、物理的および化学的な安定性が改善されたものである。ポリマー・ファインファイバは、直径が０．０００１〜５ミクロン、０．００１〜０．５ミクロン、または０．００１〜０．３ミクロンのファイバである。直径が最大５ミクロンのファイバ（マイクロファイバ）または直径が最大０．０００１〜０．３ミクロンのファイバ（ナノファイバ）は、有用な製品形態に形成することができる（例えば基体上に形成するとき）。ナノファイバは、直径が２００ナノメートルまたは０．２ミクロン未満のファイバである。マイクロファイバは、直径が０．２ミクロンよりも大きいが１０ミクロン以下のファイバである。このファインファイバは、改善された多層精密フィルタ媒体構造の形に作製することができる。本発明のファインファイバ層は、結合して格子状ネットを形成することができるランダム分布のファインファイバを含む。
【００２５】
ファインファイバは、基体層上に形成される。フィルタ性能は、その大部分が、基体上のファインファイバ・バリアが微粒子の通過を妨げることによって得られる。剛性、強度、プリーツ性（ｐｌｅａｔａｂｉｌｉｔｙ）といった基体の構造上の性質は、ファインファイバが接着する基体によって与えられる。ファインファイバの絡み合う網状組織は、重要な特徴として、マイクロファイバまたはナノファイバの形をとるファインファイバと、そのファイバ間にある相対的に小さい開口、オリフィス、またはスペースとを有する。そのようなファイバ間のスペースは、一般に、１０ミクロン未満であり、約０．０１〜５ミクロン、またはしばしば約０．０５〜３ミクロン、好ましくは約０．１〜２ミクロンの範囲である。
【００２６】
フィルタ製品は、基体上に形成されたファインファイバ層を含む。合成および天然の供給源から得られたファイバ（例えばポリエステルやセルロース層）は細く、基体に適切な選択肢である。ファインファイバは、ファイン・フィルタと基体を合わせたものを含んだフィルタ構造全体の厚さを５ミクロン未満だけ増大させる。使用中、フィルタは、入ってくる微粒子がファインファイバ層を通過するのを防止することができ、捕捉された粒子の実質上の表面負荷を得ることができる。ダストまたはその他の流入微粒子を含む粒子は、ファインファイバの表面に素早くダスト・ケークを形成し、微粒子を除去する初期効率および全体効率が高く維持される。粒径が約０．０１〜約１ミクロンの相対的に微細な汚染物質の場合であっても、ファインファイバを含むフィルタ媒体は非常に高いダスト容量を有する。
【００２７】
本明細書に開示するポリマー材料は、熱、湿度、高流量、細孔の目詰まりまたはフィルミング、逆パルス・クリーニング、操作上の摩耗、サブミクロン微粒子、使用中のフィルタのクリーニング、およびその他求められる条件などの望ましくない作用に対する抵抗力が大幅に改善されている。マイクロファイバまたはナノファイバを形成するポリマー材料の性質が改善されることによって、マイクロファイバおよびナノファイバの性能が改善される。さらに、本発明により改善されたポリマー材料を使用する本発明のファイバ層の付加量が正確なフィルタ媒体は、研磨微粒子と、ばらばらになったファイバまたはフィブリルを含まない滑らかな外面の存在下、高い効率、並外れた耐用寿命、より少ない流動制限、高耐久性（応力に関連しまたは環境に関連する）を含めたいくつかの有利な特徴をもたらす。フィルタ材料の全体的な構造は、全体的により薄い媒体を提供し、単位体積当たりの媒体領域が増大し、媒体を通る速度が遅くなり、媒体効率が高まり、かつ流動制限が少なくなる。
【００２８】
ファインファイバは、ポリマー材料、またはポリマーに添加剤を加えたもので作製することができる。本発明の１つの好ましい形態は、第１のポリマーと、これとは異なる第２のポリマー、すなわち高温で適当な状態にされまたは処理されたポリマー（ポリマーのタイプ、分子量、または物理的性質が異なる）とを含む、ポリマー・ブレンドである。ポリマー・ブレンドは、反応させて単一の化学種に形成することができ、またはアニール・プロセスによって、ブレンドされた組成物に物理的に組み入れることができる。アニールは、結晶化度、応力緩和、配向などが物理的に変化することを意味する。好ましい材料は、示差走査熱量計分析によって単一のポリマー材料が明らかになるように、化学的に反応させて単一のポリマー種にする。そのような材料は、好ましい添加剤材料と合わせることによって、高温、多湿、および厳しい動作条件に接したときに、マイクロファイバの表面に疎油性、疎水性、またはその他関連する改善された安定性を与える添加剤表面コーティングを形成することができる。このクラスの材料のファインファイバの直径は、約０．０５〜５ミクロンにすることができる。そのようなマイクロファイバは、ポリマー表面に一部が溶解し、または混ざり、あるいはその両方である添加剤材料の離散的な層、または添加剤材料の外部コーティングを含んだ滑らかな表面を有することができる。ブレンドされたポリマー系で使用される好ましい材料には、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６−１０、ナイロン（６−６６−６１０）コポリマー、およびその他の一般に線状の脂肪族ナイロン組成物が含まれる。好ましいナイロンコポリマー樹脂（ＳＶＰ−６５１）の分子量について、末端基滴定により分析をした（Ｊ．Ｅ．ＷａｌｚおよびＧ．Ｂ．Ｔａｙｌｏｒ、ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｎｙｌｏｎ、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．１９、Ｎｕｍｂｅｒ　７、第４４８〜４５０ページ（１９４７））。数平均分子量（Ｍｎ）は、２１，５００から２４，８００の間であった。組成物は、３成分ナイロン、すなわちナイロン６　約４５％、ナイロン６６　約２０％、およびナイロン６１０　約２５％の溶融温度の状態図によって推定した（第２８６ページ、Ｎｙｌｏｎ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ、Ｍｅｌｖｉｎ　Ｋｏｈａｎ編、Ｈａｎｓｅｒ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ（１９９５））。
【００２９】
報告されたＳＶＰ６５１樹脂の物理的性質は、下記の通りである。
【００３０】
【表２】
2004508165.tif 000003
【００３１】
そのようなポリマー系では、加水分解の程度が８７〜９９．９＋％であるポリビニルアルコールを使用することができる。これらは、物理的または化学的な薬剤によって架橋していることが好ましい。これらのＰＶＯＨポリマーは、架橋して、相当な量の疎油性および疎水性の添加剤材料と組み合わせることが最も好ましい。
【００３２】
本発明の別の好ましい形態は、ファイバの寿命または動作上の性質を改善するために添加剤組成物と組み合わせた単一のポリマー材料を含む。本発明のこの態様に有用な好ましいポリマーには、縮合重合体と付加重合体の両方、すなわちナイロンポリマーやポリ塩化ビニリデンポリマー、ポリフッ化ビニリデンポリマー、ポリビニルアルコールポリマーなどが含まれ、特に、これら列挙した材料を疎油性および疎水性が非常に大きい添加剤と組み合わせた場合には、その結果として、添加剤材料がファインファイバの表面のコーティングに形成されているマイクロファイバまたはナノファイバを得ることができる。この場合も、同様のナイロン、同様のポリ塩化ビニルポリマーのブレンドや、ポリ塩化ビニリデンポリマーのブレンドといった同様のポリマー・ブレンドが、本発明では有用である。さらに、異なるポリマーのポリマー・ブレンドまたはポリマー・アロイも本発明により企図される。この点に関し、本発明のマイクロファイバ材料を形成するには、相溶性（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）のポリマー混合物が有用である。フルオロ界面活性剤や非イオン性界面活性剤、低分子量樹脂（例えば）分子量が約３０００未満の第３ブチルフェノール樹脂などの添加剤組成物を使用することができる。この樹脂は、メチレン架橋基（ｇｒｏｕｐ）がない場合のフェノール核間のオリゴマー結合を特徴とする。水酸基および第３ブチル基の位置は、環の周りにランダムに位置決めされることができる。フェノール核間の結合は、常に水酸基の隣で生じ、ランダムではない。同様にポリマー材料は、ビスフェノールＡから形成されたアルコール可溶性の非線状重合樹脂と組み合わせることができる。そのような材料は、アルキレン基やメチレン基などのいかなる架橋基も存在しない状態で、芳香環と芳香環を直接接続するオリゴマー結合を使用して形成される点が、上述の第３ブチルフェノール樹脂と類似している。
【００３３】
本発明の特に好ましい材料は、寸法が約０．００１〜１０ミクロンのマイクロファイバ材料を含む。好ましいファイバのサイズは、０．０５〜０．５ミクロンの範囲である。最終用途およびパルス・クリーナまたはクリーニング方法の選択肢に応じて、ファイバは、０．０１〜２ミクロンのファイバ、０．００５〜５ミクロンのファイバ、または０．１〜１０ミクロンのファイバから選択することができる。好ましいサイズのそのようなファイバは、優れたフィルタの働きをもたらし、逆パルス・クリーニングおよびその他の態様を容易にする。本発明の非常に好ましいポリマー系は、セルロース系基体に接触したときにその基体にしっかりと結合して、逆パルス・クリーニング技法およびその他の機械的応力による層間剥離の影響に耐えることができるように、十分な強度でその基体に接着するような接着特性を有する。そのような形態では、ポリマー材料は、フィルタ構造を横切る反対方向を除いて典型的なフィルタ条件に実質上等しいパルス・クリーン入力を受けながら、基体に接着されたままで留まらなければならない。そのような接着は、ファイバが基体に接触したときのファイバ形成の溶媒効果によって、あるいは基体上のファイバを熱または圧力で後処理することによって行うことができる。しかし、ポリマーの特性は、水素結合のような特定の化学的相互作用、Ｔｇ以上またはＴｇ以下で生じるポリマーと基体との接触、添加剤を含むポリマー形成などの接着性を決定する際に、重要な役割を果たしているように見える。接着時に溶媒または水蒸気で可塑化したポリマーは、その接着性を増大させることができる。
【００３４】
本発明の重要な態様は、フィルタ構造中に形成されたそのようなマイクロファイバまたはナノファイバ材料を役立てることである。そのような構造では、本発明のファインファイバ材料がフィルタ基体上に形成され、またはその基体に接着される。天然繊維および合成繊維の基体としては、スパン・ボンデッド不織布、合成繊維の不織布、セルロース系繊維、合成繊維、およびガラス繊維のブレンドから作製された不織布、ガラス不織布およびガラス布、押し出されかつ穴が開けられた材料などのプラスチック・スクリーン、有機ポリマーのＵＦおよびＭＦ膜などを使用することができる。次いでシート状の基体またはセルロース系不織ウェブは、空気流れまたは液体流れを含む流体の流れの中に配置され、フィルタ構造中に形成され、その流れから懸濁したまたは混入された微粒子を除去することができる。フィルタ材料の形状および構造は、設計技術者如何による。形成後のフィルタエレメントの１つの重要なパラメータは、熱、湿度、またはその両方の影響に対するその抵抗力である。本発明のフィルタ媒体の一態様は、温水中にかなりの時間浸漬してそれに耐えることができるフィルタ媒体の能力を試験することである。浸漬試験は、ファインファイバが高温多湿の条件に耐えられるかどうか、また、強力なクリーニング用界面活性剤および強アルカリ性材料をかなりの量で含有する水溶液中でのフィルタエレメントのクリーニングに耐えられるかどうかに関し、価値ある情報を提供することができる。本発明のファインファイバ材料は、有効な（ａｃｔｉｖｅ）フィルタ構成エレメントとして基体表面上に形成されたファインファイバを少なくとも５０％維持しながら、温水への浸漬に耐えられることが好ましい。ファインファイバが少なくとも５０％保持されることによって、フィルタ能力を失うことなく、または背圧を増大させることなく、かなりのファイバ効率を維持することができる。少なくとも７５％保持されることが最も好ましい。典型的なファインファイバ・フィルタ層の厚さは、ファインファイバの坪量が約０．０１〜２４０μｇ・ｃｍ−２の範囲である場合、約０．００１〜５ミクロンの範囲であり、好ましくは０．０１〜３ミクロンの範囲である。本発明のフィルタの基体に形成されたファインファイバ層は、フィルタ性能とファイバの位置の両方が、実質上均一であるべきである。実質上均一であるということは、ファイバが基体を十分にコーティングし、そのコーティングされた基体全体にわたり、少なくとも若干の測定可能なフィルタ効率が得られると本発明者等は考える。十分な濾過は、ファイバの付加量が広範囲にわたって変動する状態で行うことができる。したがってファインファイバ層は、ファイバのコーティング領域、坪量、層の厚さ、またはその他のファイバ付加量の測定値を変えることができ、それでも本発明の範囲内に十分含まれる。ファインファイバの付加量が相対的に少ない場合であっても、フィルタ構造全体の効率を高めることができる。
【００３５】
空気や気体の流れなどの流体の流れは、その内部にしばしば粒子状物質を含有する。粒子状物質の一部または全ては、流体の流れから除去する必要がある。例えば、モータ作動式車両の客室への吸気流、コンピュータ・ディスク・ドライブ内の空気、ＨＶＡＣの空気、フィルタ・バッグ、バリア用布地、織布を使用したクリーン・ルームの換気および施工、モータ作動式車両用エンジンまたは発電装置への空気、ガス・タービンに向けられた気体の流れ、様々な燃焼炉への空気の流れは、その内部にしばしば粒子状物質を含んでいる。客室のエア・フィルタの場合、乗客が快適であるように、かつ／または美的な観点から、粒子状物質を除去することが望ましい。エンジン、ガス・タービン、および燃焼炉への空気および気体の吸入流に関しては、微粒子によって、関係する様々な機構の内部の仕組みにかなりの損傷が生じる可能性があるので、粒子状物質を除去する必要がある。その他の場合、工業プロセスまたはエンジンからの生成ガスまたは排ガスは、その内部に粒子状物質を含有する可能性がある。そのようなガスは、様々な下流装置を通して大気中に排出することができ、または排出すべきであるが、その前に、これらの流れから粒子状物質を実質上除去することが望ましいと考えられる。
【００３６】
エア・フィルタ設計の基本原理および問題のいくつかの一般的な理解は、以下のタイプのフィルタ媒体、すなわち表面負荷媒体と深さ媒体を考えることによって、理解することができる。これらのタイプの媒体のそれぞれは十分に研究されており、それぞれ広く利用されている。これらに関するある特定の原理が、例えば米国特許第５，０８２，４７６号、第５，２３８，４７４号、および第５，３６４，４５６号に記載されている。これら３つの特許の完全な開示を、参照により本明細書に組み込む。
【００３７】
フィルタの「寿命」は、一般に、フィルタを横切るのに選択された限界圧力低下によって定められる。フィルタを横切る圧力増大は、その適用例またはデザインに応じて定められたレベルでの寿命を規定する。この圧力増大は負荷がかかることによって生じるので、システムの効率が等しい場合、より長い寿命であることは一般により高い能力に直接関連する。効率とは、微粒子を通過させるのではなくて捕捉する媒体の傾向をいう。一般に、気体流の流れから微粒子を除去する際のフィルタ媒体の効率が高いほど、概してフィルタ媒体はより素早く「寿命」の圧力差に近付くことになる（他の変数は一定に保たれると仮定する）。本願で、「フィルタ目的のために変化しない」という文言は、選択された適用例に必要とされるように、流体の流れから微粒子を除去するのに十分な効率が維持されることを指す。
【００３８】
ポリマー材料は、不織布および織布、ファイバおよびマイクロファイバに作製されてきた。ポリマー材料は、製品の安定性に必要とされる物理的な性質を提供する。これらの材料は、日光、湿度、高温、またはその他のネガティブな環境上の影響のもと、その寸法が大幅に変化してはならず、分子量が低下してはならず、可撓性が低下してはならず、あるいは応力亀裂または物理的劣化が生じてはならない。本発明は、環境内の光などの電磁放射線の入射、熱、湿度、およびその他の物理的な問題に直面した場合に物理的性質を維持することができる、改善されたポリマー材料に関する。
【００３９】
本発明のポリマー組成物に使用することができるポリマー材料には、付加重合体材料と縮合重合体の材料の両方が含まれ、例えばポリオレフィンやポリアセタール、ポリアミド、ポリエステル、セルロースエーテルおよびセルロースエステル、ポリアルキレンサルファイド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー、およびこれらの混合物などが含まれる。これらの一般的なクラスに包含される好ましい材料には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリメチルメタクリレート（およびその他のアクリル樹脂）、ポリスチレン、およびこれらのコポリマー（ＡＢＡタイプのブロックコポリマーを含む）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（塩化ビニリデン）、様々な程度に加水分解し（８７％〜９９．５％）、架橋した形のおよび架橋していない形のポリビニルアルコールが含まれる。好ましい付加重合体は、ガラス状になる傾向がある（Ｔｇが室温よりも高い）。これは、ポリ塩化ビニルおよびポリメチルメタクリレート、ポリスチレンポリマーの組成物またはアロイの場合に生じ、ポリフッ化ビニリデンおよびポリビニルアルコール材料の場合には結晶化度が低くなる。ポリアミド縮合重合体の１つのクラスは、ナイロン材料である。「ナイロン」という用語は、全ての長鎖合成ポリアミドの総称である。一般にナイロンという呼称には、出発材料がＣ６ジアミンおよびＣ６の２価の酸であることを示すナイロン６，６のように、一連の番号が含まれる（第１の桁はＣ６ジアミンを示し、第２の桁はＣ６ジカルボン酸化合物を示す）。別のナイロンは、少量の水の存在下でε−（Ｃ６）カプロラクタム（またはその他のＣ６〜１２ラクタム）を縮重合することによって作製することができる。この反応によって、線状ポリアミドであるナイロン６（環状ラクタムから形成され、ε−アミノカプロン酸とも呼ばれる）が形成される。さらに、ナイロンコポリマーも考えられる。コポリマーは、様々なジアミン化合物、様々な２価の酸の化合物、および様々な環状ラクタム構造を反応混合物で結合させ、次いでポリアミド構造中にランダムに位置決めされたモノマー材料でナイロンを形成することによって、作製することができる。例えばナイロン６，６−６，１０の材料は、ヘキサメチレンジアミンと、Ｃ６およびＣ１０の２価の酸のブレンドから製造されたナイロンである。ナイロン６−６，６−６，１０は、ε−アミノカプロン酸と、ヘキサメチレンジアミンと、Ｃ６およびＣ１０の２価の酸の材料のブレンドから製造されたナイロンである。
【００４０】
ブロックコポリマーは、本発明のプロセスにおいても有用である。そのようなコポリマーでは、物質を膨潤させる溶媒の選択が重要である。選択される溶媒は、両方のブロックを溶媒に溶解させるようなものである。一例は、ＡＢＡ（スチレン−ＥＰ−スチレン）ポリマーまたはＡＢ（スチレン−ＥＰ）ポリマーを塩化メチレン溶媒に溶解させたものである。１つの成分が溶媒に溶解しない場合、ゲルが形成される。そのようなブロックコポリマーの例として、Ｋｒａｔｏｎ（登録商標）タイプのポリ（スチレン−コ−ブタジエン）、ポリ（スチレン−コ−水素化ブタジエン（エチレン−コ−プロピレン）、Ｐｅｂａｘ（登録商標）タイプのｅ−カプロラクタム−コ−エチレンオキシド、Ｓｙｍｐａｔｅｘ（登録商標）のポリエステル−コ−エチレンオキシド、エチレンオキシドとイソシアネートのポリウレタンがある。
【００４１】
付加重合体、例えばポリフッ化ビニリデンやシンジオタクチックポリスチレン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルと、非晶質付加重合体、例えばポリ（アクリロニトリル）と、そのアクリル酸およびメタクリレートとのコポリマー、ポリスチレン、ポリ（塩化ビニル）、およびその様々なコポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）、およびその様々なコポリマーは、低圧および低温で可溶であるので、相対的に容易に溶液紡糸することができる。しかし、ポリエチレンやポリプロピレンのような高度に結晶化したポリマーは、それらを溶液紡糸する場合には高温高圧の溶媒を必要とする。したがって、ポリエチレンおよびポリプロピレンの溶液紡糸は非常に困難である。電界溶液紡糸は、ナノファイバおよびマイクロファイバを作製する一方法である。
【００４２】
本発明者等は、ポリマー混合物、アロイ形態中に、または架橋した化学結合構造中に２種以上のポリマー材料を含むポリマー組成物を形成することの相当な利点も見出した。本発明者等は、そのようなポリマー組成物がポリマーの属性を変えることによって物理的性質を改善すると考えており、例えば、ポリマー鎖の柔軟性または鎖の移動性が改善され、全体的な分子量が増加したり、ポリマー材料の網状組織の形成により強化される、と考えている。
【００４３】
この概念の一実施形態では、有益な性質を得るために、２つの関連するポリマー材料をブレンドすることができる。例えば、高分子量のポリ塩化ビニルを低分子量のポリ塩化ビニルとブレンドすることができる。同様に、高分子量のナイロン材料を低分子量のナイロン材料とブレンドすることができる。さらに、一般的なポリマーの種類の中でも異なる種類のものをブレンドすることができる。例えば高分子量のスチレン材料を、低分子量の高衝撃（ｈｉｇｈ　ｉｍｐａｃｔ）ポリスチレンとブレンドすることができる。ナイロン６の材料は、ナイロン６；６，６；６，１０コポリマーなどのナイロンコポリマーとブレンドすることができる。さらに、８７％が加水分解したポリビニルアルコールのように、加水分解の程度が低いポリビニルアルコールは、加水分解の程度が９８％から９９．９％の間、またはそれ以上の、完全にまたは高度に加水分解したポリビニルアルコールとブレンドすることができる。混合物中のこれらの材料の全ては、適切な架橋機構を使用して架橋することができる。ナイロンは、アミド結合中の窒素原子と反応する架橋剤を使用して、架橋することができる。ポリビニルアルコール材料は、モノアルデヒドなど、例えばホルムアルデヒドや、尿素、メラミンホルムアルデヒド樹脂およびその類似体、ホウ酸、およびその他の無機化合物、ジアルデヒド、２価の酸、ウレタン、エポキシ、およびその他の既知の架橋剤など、ヒドロキシル反応性材料を使用して架橋することができる。架橋技術は十分に知られており理解されている現象であって、架橋試薬が反応してポリマー鎖同士の間に共有結合を形成し、それによって、分子量、耐薬品性、全体強度、機械的劣化に対する抵抗力が大幅に改善されるものである。
【００４４】
本発明者等は、添加材料が、ファインファイバの形をとるポリマー材料の性質を著しく改善することを見出した。熱、湿度、衝撃、機械的応力の影響、およびその他の負の環境の影響に対する抵抗力は、添加材料を存在させることによって著しく改善することができる。本発明者等は、本発明のマイクロファイバ材料を加工しながら、添加材料が疎油性および疎水性を改善することができ、材料の化学的安定性の改善を助けることができるようになることを見出した。本発明者等は、これら疎油性および疎水性の添加剤が保護層コーティング、融蝕性表面を形成し、またはその表面から若干の深さまで浸透してポリマー材料の性質を改善するので、これらの添加剤を存在させることによって、マイクロファイバの形をとる本発明のファインファイバの性質が改善されると考えている。本発明者等は、これらの材料の重要な特徴は、非常に疎水性の高い基であって好ましくは疎油性も有することができる疎水基が存在することであると考える。疎水性が非常に高い基には、フルオロカーボン基、疎水性炭化水素界面活性剤またはブロック、および実質上の炭化水素オリゴマー組成物が含まれる。これらの材料は、一般にポリマーとの物理的な結合または会合が得られるように、ポリマー材料に対して相溶性の傾向がある分子の一部を有する組成物に製造されるが、疎水性または疎油性が非常に高い基は、添加剤がポリマーと会合する結果、その表面に保護表面層を形成し、またはポリマー表面層とのアロイまたは混合物を形成するようになる。添加剤は、ファイバに対し、全体で１〜２５重量％の量で使用することができる。０．２ミクロンのファイバで添加剤のレベルが１０％では、添加剤が表面に向かって移行した場合、表面の厚さが５０Å程度になるよう計算される。移行は、バルク材料中で疎油性または疎水性の基が非相溶性であることにより生じると考えられる。５０Åの厚さは、保護コーティングに妥当な厚さであると考えられる。直径０．００５ミクロンのファイバでは、５０Åの厚さは２０質量％に相当する。厚さ２ミクロンのファイバでは、５０Åの厚さは２質量％に相当する。添加剤材料は、約２〜２５重量％の量で使用されることが好ましい。有用な表面の厚さは、１０Å〜１５０Åの範囲にすることができる。
【００４５】
本発明のポリマー材料と組み合わせて使用することができるオリゴマー添加剤には、フッ素系化学物質、非イオン性界面活性剤、および低分子量の樹脂またはオリゴマーを含む、分子量が約５００〜約５０００、好ましくは約５００〜約３０００のオリゴマーが含まれる。本発明で有用なフッ素系有機湿潤剤は、式
Ｒｆ−Ｇ
で表される有機分子であり、ただしＲｆはフルオロ脂肪族の基（ｒａｄｉｃａｌ）であり、Ｇは、カチオン基、アニオン基、非イオン性基、または両性基など、少なくとも１個の親水基を含有する基である。非イオン性材料が好ましい。Ｒｆは、少なくとも２個の炭素原子を含有する、フッ素化した１価の脂肪族有機の基（ｒａｄｉｃａｌ）である。これは、飽和パーフルオロ脂肪族の１価の有機の基（ｒａｄｉｃａｌ）であることが好ましい。しかし、水素原子または塩素原子を、骨格鎖上に置換基として存在させることができる。多数の炭素原子を含有する基（ｒａｄｉｃａｌ）は十分に機能することができるが、大きい基（ｒａｄｉｃａｌ）の場合、通常は骨格鎖が短い場合に可能であるよりもフッ素を十分に利用できないので、約２０個以下の炭素原子を含有することが好ましい。Ｒｆは、炭素原子を約２〜８個含有することが好ましい。
【００４６】
本発明で使用されるフッ素系有機剤に使用可能なカチオン基（ｇｒｏｕｐ）には、アミンまたは第４級アンモニウムカチオン基であって、酸素を含まず（例えば−ＮＨ２）または酸素を含有する（例えばアミンオキシド）ことができるものが含まれる。そのようなアミンおよび第４級アンモニウムカチオン親水基は、式−ＮＨ２、−（ＮＨ３）Ｘ、−（ＮＨ（Ｒ２）２）Ｘ、−（ＮＨ（Ｒ２）３）Ｘ、または−Ｎ（Ｒ２）２→Ｏで表すことができ、ただしｘは、ハロゲン化物、水酸化物、スルフェート、重硫酸塩、またはカルボキシレートなどのアニオン性対イオンであり、Ｒ２はＨまたはＣ１〜１８アルキル基であり、各Ｒ２は他のＲ２基と同じかまたは異なるものにすることができる。Ｒ２はＨまたはＣ１〜１６アルキル基であり、Ｘはハロゲン化物、水酸化物、または重硫酸塩であることが好ましい。
【００４７】
本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤に使用可能なアニオン基（ｇｒｏｕｐ）には、イオン化によってアニオンの基（ｒａｄｉｃａｌ）になることができる基（ｇｒｏｕｐ）が含まれる。アニオン基は、−ＣＯＯＭ、−ＳＯ３Ｍ、−ＯＳＯ３Ｍ、−ＰＯ３ＨＭ、−ＯＰＯ３Ｍ２、または−ＯＰＯ３ＨＭなどの式を有することができ、ただしＭはＨ、金属イオン、（ＮＲ１４）＋、または（ＳＲ１４）＋であり、各Ｒ１は独立にＨ、あるいは置換されまたは置換されていないＣ１〜Ｃ６アルキルである。Ｍは、Ｎａ＋またはＫ＋であることが好ましい。本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤の好ましいアニオン基は、式−ＣＯＯＭまたは−ＳＯ３Ｍを有する。アニオン性のフッ素系有機湿潤剤の基は、一般に、エチレン不飽和モノカルボン酸およびジカルボン酸モノマーであってそこにフルオロカーボン側基が結合しているモノマーから製造されるアニオン性ポリマー材料を含む。そのような材料には、３Ｍ社から得られるＦＣ−４３０およびＦＣ−４３１と呼ばれる界面活性剤が含まれる。
【００４８】
本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤に使用可能な両性基には、上記定義された少なくとも１個のカチオン基と、上記定義された少なくとも１個のアニオン基を含有する基が含まれる。
【００４９】
本発明で使用されるフッ素系有機湿潤剤に使用可能な非イオン性基には、親水性であるが農業で通常使用されるｐＨ条件下ではイオン化しない基が含まれる。非イオン性基は、−Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２）ｘＯＨであってｘが１より大きいものや、−ＳＯ２ＮＨ２、−ＳＯ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＯＨ、−ＳＯ２Ｎ（ＣＨ２ＣＨ２Ｈ）２、−ＣＯＮＨ２、−ＣＯＮＨＣＨ２ＣＨ２ＯＨ、または−ＣＯＮ（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）２などの式を有するものでよい。そのような材料の例には、以下の構造の材料が含まれる。
【００５０】
Ｆ（ＣＦ２ＣＦ２）ｎ−ＣＨ２ＣＨ２Ｏ−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｍ−Ｈ
ただしｎは２〜８であり、ｍは０〜２０である。
【００５１】
その他のフッ素系有機湿潤剤には、例えば米国特許第２，７６４，６０２号、第２，７６４，６０３号、第３，１４７，０６４号、および第４，０６９，１５８号に記載されているカチオン性フルオロケミカルが含まれる。そのような両性フッ素系有機湿潤剤には、例えば米国特許第２，７６４，６０２号、第４，０４２，５２２号、第４，０６９，１５８号、第４，０６９，２４４号、第４，０９０，９６７号、第４，１６１，５９０号、および第４，１６１，６０２号に記載されている両性フルオロケミカルが含まれる。そのようなアニオン性フッ素系有機湿潤剤には、例えば米国特許第２，８０３，６５６号、第３，２５５，１３１号、第３，４５０，７５５号、および第４，０９０，９６７号に記載されているアニオン性フルオロケミカルが含まれる。
【００５２】
そのような材料の例には、ｄｕＰｏｎｔ　Ｚｏｎｙｌ　ＦＳＮおよびｄｕＰｏｎｔ　Ｚｏｎｙｌ　ＦＳＯ非イオン性界面活性剤がある。本発明のポリマーに使用することができる添加剤の別の態様には、一般構造が
ＣＦ３（ＣＸ２）ｎ−アクリレート
であり、ただしＸが−Ｆまたは−ＣＦ３、ｎが１〜７である、３ＭのＳｃｏｔｃｈｇａｒｄ材料などの低分子量フルオロカーボンアクリレート材料が含まれる。
【００５３】
さらに、低級アルコールエトキシレート、脂肪酸エトキシレート、ノニルフェノールエトキシレートなどを含む非イオン性炭化水素界面活性剤も、本発明の添加剤材料として使用することができる。このような材料の例には、Ｔｒｉｔｏｎ　Ｘ−１００およびＴｒｉｔｏｎ　Ｎ−１０１が含まれる。
【００５４】
本発明の組成物の添加剤材料として使用するのに役立つ材料は、第３級ブチルフェノールオリゴマーである。そのような材料は、分子量が相対的に低い芳香族フェノール樹脂になる傾向がある。そのような樹脂は、酵素酸化カップリングによって調製されたフェノールポリマーである。メチレン架橋が存在しないと、独自の化学的物理的な安定性が得られる。これらのフェノール樹脂は、様々なアミンおよびエポキシと架橋することができ、様々なポリマー材料に対して相溶性がある。これらの材料は一般に、フェノール基および芳香族基を有するメチレン架橋基が存在しない繰返しモチーフのフェノール材料を特徴とする、以下の構造式によって例示される。
【００５５】
【化１】
2004508165.tif 000004
【００５６】
上式で、ｎは２〜２０である。これらフェノール材料の例には、Ｅｎｚｏ−ＢＰＡ、Ｅｎｚｏ−ＢＰＡ／フェノール、Ｅｎｚｏ−ＴＢＰ、Ｅｎｚｏ−ＣＯＰ、およびその他関連するフェノール類が含まれ、これらはオハイオ州ＣｏｌｕｍｂｕｓのＥｎｚｙｍｏｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｃ．から得られた。
【００５７】
極めて広く様々な繊維状のフィルタ媒体が種々の用途のため存在することを理解されたい。本発明で述べる耐久性あるナノファイバおよびマイクロファイバは、媒体のいずれかに付加することができる。本発明で述べるファイバは、これら既存の媒体のファイバ構成エレメントの代わりに使用することもでき、その直径が小さいので性能が改善されるといる利点が得られ（効率が高まり、かつ／または圧力低下が減少する）、それと共に耐久性がより向上したことが示される。
【００５８】
本発明によるフィルタ媒体構造体は、透過性の粗い繊維状媒体の第１の面を含むまたは第１の表面を有する基体である。透過性の粗い繊維状媒体の第１層の第１表面に、ファインファイバ媒体の第１の層が固定され、ファインファイバの第２の層はその基体に固定される。好ましくは、透過性の粗い繊維状の材料の第１層は、平均直径が少なくとも１０ミクロンであり、典型的な場合は約１２（または１４）〜３０ミクロンである繊維を有する。また、透過性の粗い繊維状材料の第１および第２の層は、好ましくは坪量が約２００ｇ／ｍ２以下、好ましくは約０．５０〜１５０ｇ／ｍ２、最も好ましくは少なくとも８ｇ／ｍ２の媒体を含む。この透過性の粗い繊維状媒体の第１の層は、好ましくは厚さが少なくとも０．０００５インチ（１２ミクロン）であり、典型的な場合は厚さが約０．００１〜０．０３０インチ（２５〜８００ミクロン）であることが好ましい。
【００５９】
好ましい配置構成では、透過性の粗い繊維状の材料の第１層は、フレージャー浸透性試験によってその構造の残りの部分とは別に評価した場合に、透過性が少なくとも１ｍ／分であり、典型的にかつ好ましくは約２〜９００ｍ／分である材料を含む。本明細書において効率に関して述べる場合、特に明記しない限り、ＡＳＴＭ−１２１５−８９に従って、以下に示すように、０．７８μｍの単分散ポリスチレン球状粒子を用いて、２０ｆｐｍ（６．１ｍ／分）で測定した場合の効率を意味する。
【００６０】
透過性の粗い繊維状媒体層の第１の面に固定されたファインファイバ材料の層は、ナノファイバおよびマイクロファイバ媒体の層であることが好ましく、この場合、ファイバは、その平均ファイバ直径が約２ミクロン以下であり、一般にかつ好ましくは約１ミクロン以下であり、典型的かつ好ましくはファイバ直径が０．５ミクロンよりも小さく、約０．０５〜０．５ミクロンの範囲内である。また、透過性の粗い繊維状材料の第１の層の第１の面に固定されたファインファイバ材料の第１の層は、その全体の厚さが約３０ミクロン以下であることが好ましく、より好ましくは２０ミクロン以下であり、最も好ましくは約１０ミクロン以下であり、典型的にかつ好ましくは、層のファインファイバの平均直径の約１〜８倍（より好ましくは５倍以下）の範囲内の厚さである。
【００６１】
本発明によるある好ましい配置構成は、全体的なフィルタ構造体に一般的に定義されたフィルタ媒体を含む。そのような用途に向けたいくつかの好ましい配置構成は、円筒形のプリーツ付きの構成であってそのプリーツが一般には縦方向に、すなわち円筒形のパターンの縦軸と同じ方向に延びている構成の中に配置された媒体を含む。そのような配置構成では、従来のフィルタの場合と同様に、媒体をエンド・キャップに埋め込むことができる。そのような配置構成は、典型的な従来の目的のため、望むなら上流ライナおよび下流ライナを含んでよい。
【００６２】
いくつかの適用例では、本発明による媒体は、全体的なフィルタ性能または寿命を改善するために、他の媒体、例えば従来の媒体と併せて使用することができる。例えば、本発明による媒体を従来の媒体に積層することができ、スタック状の配置構成で使用することができ、または、従来の媒体の１つまたは複数の領域を含んだ媒体構造に組み込む（一体化機構）ことができる。これは、そのような媒体の上流で、良好な負荷を得るために使用することができ、かつ／または従来の媒体の下流で、高い効率の研磨（ｐｏｌｉｓｉｎｇ）フィルタとして使用することができる。
【００６３】
本発明によるある配置構成は、液体フィルタ系、すなわち取り除かれる（濾過される）粒子状物質が液体中に含まれる系で利用することもできる。また、本発明によるある配置構成は、ミスト・コレクタ、例えば空気から微小なミストを取り除く（濾過する）ための配置構成に使用することができる。
【００６４】
本発明によれば、濾過方法が提供される。この方法は一般に、濾過が有利になるように、記述されたような媒体を利用することを含む。以下の記述および実施例からわかるように、本発明による媒体は、相対的に効率的なシステムに相対的に長い寿命が与えられるよう特に有利に構成して組み立てることができる。
【００６５】
様々なフィルタのデザインが、フィルタ材料と共に使用されるフィルタ構造の様々な態様を開示し請求する特許に示されている。Ｅｎｇｅｌ他の米国特許第４，７２０，２９２号は、略円筒形のフィルタエレメントデザインを有するフィルタ・アセンブリ用のラジアル・シール・デザインを開示しており、このフィルタエレメントは、円筒形の、半径方向内側を向いた面を有する相対的に柔らかいゴム状のエンド・キャップでシールされるものである。Ｋａｈｌｂａｕｇｈ他の米国特許第５，０８２，４７６号は、本発明のマイクロファイバ材料と組み合わせたプリーツ付き構成エレメントを備えたフォーム基体を含む、深さ媒体使用したフィルタ・デザインを開示している。Ｓｔｉｆｅｌｍａｎ他の米国特許第５，１０４，５３７号は、液体フィルタ媒体に有用なフィルタ構造に関する。液体はフィルタ・ハウジング内に包含され、フィルタの外部を通過して環状コア内に入り、次いで構造内に戻って積極的に使用される。そのようなフィルタは、作動液を濾過するのに非常に有用である。Ｅｎｇｅｌ他の米国特許第５，６１３，９９２号は、典型的なディーゼル・エンジンの吸気フィルタ構造を示す。この構造は、液状水分を含有してもよくまたは含有しなくてもよい空気をハウジングの外面から得る。空気はフィルタを通過するが、液状水分はハウジングの底部に移動して、このハウジングから排出させることができる。Ｇｉｌｌｉｎｇｈａｍ他の米国特許第５，８２０，６４６号はＺフィルタ構造を開示しており、この構造は、適正なフィルタ性能を得るために、「Ｚ」形の通路内の少なくとも１層のフィルタ媒体を流体が通過する必要がある塞がった通路を含む、特定のプリーツ付きフィルタ・デザインを使用している。プリーツ付きＺ形の態様に形成されたフィルタ媒体は、本発明のファインファイバ媒体を含むことができる。Ｇｌｅｎ他の米国特許第５，８５３，４４２号は、本発明のファインファイバ構造を含むことができるフィルタエレメントを有するバッグ・ハウス構造を開示している。Ｂｅｒｋｈｏｅｌ他の米国特許第５，９５４，８４９号はダスト・コレクタ構造を示しているが、この構造は、加工中の製品を加工することによってかなりのダスト負荷が周囲空気中に生じた後、一般にダスト負荷が大きい空気を処理する際に、空気の流れからダストを濾過するのに有用なものである。最後にＧｉｌｌｉｎｇｈａｍの米国意匠特許第４２５，１８９号は、Ｚフィルタ・デザインを使用するパネル・フィルタを開示している。
【００６６】
媒体は、ポリエステル合成媒体、セルロース製媒体、またはこれらのタイプの材料をブレンドしたものでよい。使用可能なセルロース媒体の一例は、坪量が約４５〜５５　ｌｂｓ．／３０００ｆｔ２（８４．７ｇ／ｍ２）、例えば４８〜５４　ｌｂ．／３０００ｆｔ２、厚さが約０．００５〜０．０１５インチ、例えば約０．０１０インチ（０．２５ｍｍ）であり、フレージャー透水率が約２０〜２５ｆｔ／分、例えば約２２ｆｔ／分（６．７ｍ／分）であり、細孔径が約５５〜６５ミクロン、たとえば約６２ミクロン、湿潤引張り強さが少なくとも約７　ｌｂｓ／ｉｎ、例えば８．５　ｌｂｓ．／ｉｎ（３．９ｋｇ／ｉｎ）であり、機械のウェットオフ時の破裂強さが約１５〜２５ｐｓｉ、例えば約２３ｐｓｉ（１５９ｋＰａ）である。セルロース媒体はファインファイバで処理することができ、例えば、サイズ（直径）が５ミクロン以下、場合によってはサブミクロンのファイバで処理することができる。ファインファイバの使用を望む場合は、ファインファイバを媒体に適用させるために様々な方法を利用することができる。そのようないくつかの手法は、例えば米国特許第５，４２３，８９２号の第３２欄、第４８〜６０行に特徴付けられている。より具体的には、そのような方法は米国特許第３，８７８，０１４号、第３，６７６，２４２号、第３，８４１，９５３号、および第３，８４９，２４１号に記載されており、それらを参照により本明細書に組み込む。得られる媒体構造について、ＳＡＥファイン・ダストを使用してＳＡＥ　Ｊ７２６Ｃにより試験を行った結果、一般に、１つ１つについて行った試験で５０〜９０％が得られ、全体効率が９０％よりも高くなるまで、十分なファインファイバを適用させることができる。
【００６７】
使用可能なフィルタ構造の例は米国特許第５，８２０，６４６号に記載されており、この特許を本明細書に参照により組み込む。別の例の実施形態では、溝付き構造（図示せず）がテーパ状の溝を含んでいる。「テーパ状」とは、溝の下流の開口が上流の開口よりも大きくなるように、溝がその長さに沿って拡がることを意味する。そのようなフィルタ構造は米国特許出願第０８／６３９，２２０号に記載されており、その全体を参照により本明細書に組み込む。ファインファイバおよびその材料および製造についての詳細は、米国特許出願第０９／８７１、５８３号に開示されており、参照により本明細書に組み込む。
【００６８】
（図面の詳細な説明）
図１は、３つの異なる構造について全体的フィルタ効率を比較した実験データをグラフで示したものである。第１の構造は、商用のフィルタ・カートリッジである。このフィルタは、処理済みセルロースおよび合成の連続不織布から形成された、プリーツ付き基体で作製された円筒形カートリッジである。フィルタは、その高さが約６７５ｍｍ、直径が約３２５ｍｍであり、媒体プリーツは約５１ｍｍである。このファインファイバを含まない商用フィルタは、基体上に１層のファインファイバを有する片面構造、および基体材料の両面にファインファイバ層を有する両面構造と比較される。片面層および両面層は、単一のファインファイバ層があるレベルのフィルタ効率をもたらし二重の層が大幅に向上したフィルタ効率を示すように、同様にして構成された。移動媒体を２つのファインファイバ層に通すことによって、実際に、全体的なフィルタ効率が大幅に向上する。図に示される基体層（ファインファイバを含まない）は、事実上全ての場合において、片面または両面のファインファイバ層よりも効率が著しく低かった。片面構造は、効率が良好なレベルであることを示す。両面構造は効率が最高であることを示す。このようにフィルタ構造体は、フィルタ構造の全体効率をさらに高める２層以上のファインファイバ層を設けることによって、いかなる任意のレベルのフィルタ効率も有するように設計することができる。この試験では、片面構造の材料よりも両面構造のほうが、粒径に応じて５〜１０％良好である。この試験では、別の単一のファインファイバの層を二重の層構造に付加することによって、ファイバ層を含む構造を備えたフィルタの効率をさらに２〜５％高めることができた。別の二重の層構造を試験済みの二重の層構造に付加することによって（すなわち、ファインファイバ４層）、試験は、粒径に応じて効率を３〜１０％さらに高めることができた。
【００６９】
図２は、大型の高出力ガス・タービン・パワー・システムの動作上のデータを示す。この図は、従来のフィルタ基体のみを有するフィルタと比較したときに本発明の高い効率の片面ファインファイバ層のフィルタを使用してガス・タービン・エンジン出力から得られた出力曲線を示す。この図からわかるように、８０日間にわたってガス・タービン・エンジンへの出力損失は急速に大きくなる。出力損失は、フィルタを通過する材料によってタービン・ブレードが汚染されることによるタービン性能の低下と、微粒子による目詰まりに起因する。高い効率のファインファイバ層は、６０日から８０日にわたる出力損失が２％未満であることを示している。そのような適用例における出力損失は、ガス・タービン発電所の運転に際し、かなりの運転上の利点をもたらすものである。このデータは、２つの同一の並列ガス・タービン・エンジン、すなわち１つは従来のフィルタを備え、１つは高い効率ファインファイバ・フィルタを備えたエンジンの出力を測定することによって得られた。
【００７０】
図３は、基体上の様々な単一のファインファイバ層を鉱油エアロゾルに曝したときの、圧力低下の増大を実証する１組のデータを示す。本発明者等は、鉱油がファインファイバ層に接触して油膜を形成し、これがファインファイバ層の細孔を詰まらせると考える。細孔が塞がれるにつれ、圧力低下は増大する傾向にある。このデータによれば、相対的に低い効率のファインファイバ層（例えば、４５％効率のファインファイバ層）の場合は圧力低下が増大する傾向がほとんどないが、高い効率のファインファイバ層（例えば６０％効率）の場合は圧力低下がかなり増大することが示される。このデータは、フィルタ媒体の流体がファインファイバを詰まらせる傾向に応じて、引き下げられた効率は寿命を大幅に延ばすことができることを示す。このデータは、図１と併せて解釈すると、積層されたファインファイバ層が、低い効率の層の圧力低下の増大を低く維持しながら、高められた効率（相加的に９０％より高い）を提供できることを示している。このことは、９０％効率の層において非常に素早く増大することで特に強調して示されており、この層は、鉱油の導入が開始されると試験開始のごく短い時間内で許容できない大きい圧力低下が生じる。数多くのフィルタ構造は、設計された全体効率が９０％以上となるように作製されるので、単一の高い効率のファインファイバ層を使用すると相当な動作上の問題が生じる可能性があるが、かなり引き下げられた効率を有するファインファイバ層を２層以上使用することによって、単一の層における大きな圧力低下を回避しつつ、全体が９０％効率の層を得ることができる。寿命または圧力低下の増大に関する試験は、列挙されたエアロゾルをフィルタに導入することによって行った。使用した効率に関する試験は、単分散０．７８ミクロンのポリスチレンラテックス粒子を２０ｆｔ／分の速度で使用する、ＡＳＴＭ−１２１５−８９である。
【００７１】
図４および５は、その構造をカーボン・ブラックやＳＡＥファイン・シリカ・ダストなどの微粒子に曝したとき、またそのような微粒子を鉱油と組み合わせたときの、同様の効率の圧力低下傾向を示す。これらのデータは、特に、微粒子に鉱油を添加することによって非常に急速な圧力増大が生じる可能性があることを示す。この場合も、２層以上の別個の層に引き下げられた効率（４５〜６０％効率）の層を使用することによって、圧力低下を小さくしながら全体効率を維持することができる。使用した効率に関する試験は、単分散０．７８ミクロンのポリスチレンラテックス粒子を２０ｆｔ／分の速度で使用する、ＡＳＴＭ−１２１５−８９である。
【００７２】
図６は、本発明の両面のファインファイバの構造６０の、理想化された側面を示す。図６では、層状構造における基体６３上の二重層ファイバ６１、６２を示している。ファインファイバ層６１、６２は、一般に基体６３よりも薄い。ファインファイバ層６１、６２は、典型的な場合、基体６３に密接に接着されて、層と層の間に十分なスペースを残さない。
【００７３】
鉱油は、摂氏４０℃で比重０．８５５、粘度２７センチストークの、「軽」鉱油であった。カーボン・ブラックはＣＡＢＯＴ社製であり、Ｖｕｌｃａｎ　ＸＶ　７２Ｒ　ＧＰ−３０５９であることが明らかにされた。試験は、２５ｆｐｍの媒体面速度で行った。ＳＡＥファインおよびカーボン・ブラックは、トレイ・フィーダおよび日本ＩＳＯタイプの解膠器を使用して供給した。鉱油は、ＴＳＩ　３５７６アトマイザを使用して供給した。圧縮空気圧は、解膠器とアトマイザの両方を２０ｐｓｉに設定した。鉱油とＳＡＥファイン・ダストまたはカーボン・ブラック組み合わせた試験では、鉱油は、ダスト入口よりも約２インチ下流に供給された。ＳＡＥファインと鉱油を組み合わせた場合では、質量供給比は、約５対１であった。カーボン・ブラックと鉱油を組み合わせた場合、質量供給比は約１対２であった。試験媒体は、以下のものを含んでいた。
【００７４】
・基体層−ウェットレイド・セルロース級
・基体層、１層のファインファイバ層を有する効率６０％のウェットレイド・セルロース級
・１層のファインファイバ層を備えたＲｅｅｍａｙスクリム上の効率４５％のフィルタ
・１層のファインファイバ層を備えたＲｅｅｍａｙスクリム上の効率６０％のフィルタ
・１層のファインファイバ層を備えたＲｅｅｍａｙスクリム上の効率９０％のフィルタ
（実験）
基体上に２層の別個のファインファイバ層があり、その各層が引き下げられた効率であるものを組み合わせて使用することによって、全体効率を別個のファインファイバ層の効率よりも高くすることができることを実証するために、実験を行った。この実験では、ファイバを含まない基体と単一のファインファイバ層を有する基体とを比較した。これらの構造を、単一層構造上の単一のファインファイバ層と実質上同様の、２層のファインファイバ層を有する第３の構造と比較した。この２層構造は、二重層ファインファイバを巻き直しかつ解くことによって加工し、それによって、典型的なファインファイバ層の製造またはプロセス条件に対するファインファイバの機械的安定性を実証した。これらの層は、従来のプロセス技法を使用して作製し、使用して試験をした。
【００７５】
これは、６５％ＬＥＦＤを有する基体を使用し、６６％ＬＥＦＳを有するファインファイバ層を付加し（したがって全体で８８％）、次いで６６％ＬＥＦＳを有する第２のファインファイバ層を付加した（したがって全体で９６％）例である。ＬＥＦＳ効率が５％から最高８０％の基体を使用することができる。本発明者等は、フィルタの下流側で、より高いファインファイバ効率を使用することもできる（本発明者等は、懸念されるべき目詰まりがあまり生じないと考えるので）。使用される効率に関する試験は、単分散０．７８ミクロンのポリスチレンラテックス粒子を２０ｆｔ／分の速度で用いるＡＳＴＭ−１２１５−８９である。
【００７６】
以下の表は、フィルタ構造の全体効率パーセントを示す。これらの試験は、シート状材料の幅に沿ったフィルタ構造の部分を選択することによって行った。サンプルを、位置１、２、および３で得たが、これは、ウェブの中心（位置２）に対応し、また、ウェブの縁に近い場所（位置１および３）で得たサンプルに対応していた。ファインファイバなしの基体は、サンプル位置に関係なく、約６５％の全体効率を示した。単一のファインファイバ層は、その効率が約８６％から約８９％に及んだが、これらの測定値は実験のばらつきの範囲内と考えられる。
【００７７】
【表３】
2004508165.tif 000005
【００７８】
２層のファインファイバ層からの相加的な効率増加を有するファインファイバの二重層は、効率が約９５％から約９８％に及ぶ。製造条件を繰り返すために巻き直されたファインファイバ層の全体効率は、フィルタ構造の全体効率が実質上低下しないことを示した。
【００７９】
上述の仕様、実施例、およびデータは、本発明の構成物の製造および使用の完全な記述を提供する。本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の数多くの実施形態を得ることができるので、本発明は、上述の特許請求の範囲内に属する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のフィルタ基体の効率と片面ファインファイバ・フィルタおよび両面ファインファイバ・フィルタの効率を比較して得られたデータを示すグラフの図である。
簡単に言えば、これらのデータは、フィルタ基体を包含する両面ファインファイバ層において実質的な効率の上昇が生じていることを示している。
【図２】
８０日間にわたって本発明の両面ファインファイバ構造を使用した結果、高出力ターボジェット・ガス・タービンから動力を得るシステムにおいて、出力損失パーセントが大幅に減少したことを示すデータのグラフを示す図である。
【図３】
ファインファイバ片面フィルタ構造上に鉱油被膜を形成することによって生じる圧力低下の増大を、水柱の高さ（インチ）で示す図である。
このグラフは、引き下げられた効率のフィルタ構造の場合、その試験寿命中、圧力低下がほとんどないかまたは全くないが、高い効率のファインファイバ層の場合は、非常に短期間で極めて大きい圧力低下が生じることを示す。引き下げられた効率の２層を使用することによって、全体的なフィルタ効率を得ながら圧力を低く維持することができる。
【図４】
例示的なフィルタ材料の圧力低下を表す水柱の高さが１０インチに達する時間を示す棒グラフの図である。
フィルタと共に使用される試験微粒子は、ＳＡＥファイン・シリカ、またはＳＡＥファイン・シリカと鉱油の組合せを含む。ＳＡＥファイン・シリカと鉱油の組合せの極端な条件下では、高い効率ファインファイバ層の場合、２０分未満で許容できない圧力低下を引き起こすが、ひき下げられた効率のファインファイバ層は、これらの厳しい試験条件下でかなりの時間にわたり耐えている。これとは極めて対照的に、シリカ微粒子のみに曝されるファインファイバ層は、許容される圧力低下をかなりの時間にわたって維持している。２層のフィルタは、圧力増加を低く維持しかつ許容される効率を維持できる。
【図５】
カーボン・ブラック微粒子および鉱油の組合せと比較した場合の、カーボン・ブラック微粒子の影響を同様に示す図である。
明らかに、ファインファイバ層をフィルム・オーバ状態にし、細孔を目詰まりにしやすくする液体材料は、大幅に寿命を短くする（圧力低下が大きくなる）。
【図６】
本発明の両面ファインファイバの構造を示す側面図である。
【図１】
2004508165.tif 000006
【図２】
2004508165.tif 000007
【図３】
2004508165.tif 000008
【図４】
2004508165.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004508165.tif 000054
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004508165.tif 000055
【国際調査報告】
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2004508165.tif 000057