ポリエチレン製メンブレンおよびその製造方法

专利摘要:
本発明は、米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６）の下で少なくとも１０の粒子濾過値を有する多孔質メンブレンに関し、当該多孔質メンブレンは、ＵＨＭＷＰＥとＵＭＷＰＥとの混合物で作られるポリエチレン製メンブレンである。本発明によるメンブレンは、例えば暖房、換気、レスピレータおよび空調の用途における、ＡＳＨＲＡＥフィルタ、ＨＥＰＡフィルタおよびＵＬＰＡフィルタといったフィルタに対して特に有用である。メンブレンは、低い変形速度で双軸に延伸するステップを伴って生成される。
公开号:JP2011512252A
申请号:JP2010547117
申请日:2009-02-20
公开日:2011-04-21
发明作者:カリス，ギィェスベルトゥス，ヘンドリクス，マリア；ホーフィング，ヘンドリク，デルク
申请人:リドール ソルテック ビー．ヴイＬｙｄａｌｌ Ｓｏｌｕｔｅｃｈ Ｂ．Ｖ；
IPC主号:B01D71-26

专利说明:

[0001] 本発明は、ポリエチレンを含むメンブレンに関する。具体的には、本発明は、ＰＦ（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）値が２０を超えるメンブレンに関する。さらには、本発明は、このようなメンブレンを作成および使用する方法に関する。]
背景技術

[0002] 空気を濾過をするために通常は気体濾過メディアが用いられ、ＡＳＨＲＡＥフィルタ（プレフィルタとしても知られている）、ＨＥＰＡ（ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ａｉｒ）フィルタおよびＵＬＰＡ（ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ａｉｒ）フィルタのような多くの用途に用いられる。このようなフィルタは、例えば、清浄室内の汚染物の除去、ＨＶＡＣ（暖房、換気および空調）システム、医療機器のような機材を汚染から保護するのに用いることができる。]
[0003] ＨＥＰＡフィルタは通常、参照により本明細書に組み込まれる米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６）、および参照により本明細書に組み込まれる米陸軍報告書１３６−３００−１７５Ａ（１９６５）に概説された、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）試験によって測定される場合に、平均粒径が約０．３μｍの粒子の少なくとも９９．９７％を除去するフィルタとして規定される。０．３ミクロンの質量中位径に集中するサイズ分布のサブミクロンのエアロゾル粒子を生成するための他の同等の標準試験方法は、英国、フランスおよび欧州の試験プロトコルを含むが、それらに限定されることはない。]
[0004] さらに、ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２試験は、ＨＶＡＣシステムの米国暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）ハンドブック、１９９２年、チャプタ２５、ｐｐ．２５．３乃至２５．５にも概説されており、参照により本明細書に組み込まれる。ＡＳＨＲＡＥハンドブックのチャプタ２５では、様々なフィルタが図４に分類されている。本発明の好適な実施形態では、ＤＯＰのＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２試験では９５％の効率を有する高性能ＨＥＰＡフィルタは、ＡＳＨＲＡＥハンドブックの図４においてグループＩＶに分類されている。] 図４
[0005] ＰＴＦＥに基づく有機ポリマベースの空気濾過メディアもまた、市場で入手可能であり、特許出願の範囲で開示されてきた。しかしながら、ＰＴＦＥメディアは、通常かなり壊れやすく、そのため、折り曲げ、組み立てまたは使用といった製造作業中は注意深く取り扱い、成形さらには使用中に広範囲を支持する必要がある。実用的な用途のために、ＰＴＦＥは自立型メンブレンとして使用されるような強度を有していない。]
[0006] 米国特許第５，５０７，８４７号および国際公開第９６／０４０６３号は、ＰＴＦＥメンブレンを有するＵＬＰＡフィルタを開示している。このメンブレンは、１以上の支持材料によって、上流および下流の双方が支持される。ＰＴＦＥ以外の他のメンブレン材料が提案されているが、それらのメンブレン材料は実験に基づく研究によって立証されておらず、従って、実施するまでは至っていない。]
[0007] 米国特許第６，４０９，７８５号は、２つのフィルタの層を有し、少なくとも一方がＰＴＦＥであるＨＥＰＡフィルタを開示しており、別のフィルタの層は、折り曲げ作業中にＰＴＦＥメンブレンにひびや割れが発生しやすいという、ＰＴＦＥの欠点を低減させるように意図されている。]
[0008] この分野の特許出願において材料の選択が議論される場合、ポリエチレンが時として提案されるが、有用なＨＥＰＡの高品質のＰＥのメンブレンは未だ実現しておらず、当該技術分野で実施するまでは至っていないということを認識すべきである。]
[0009] 本発明の目的は、高い粒子濾過作用を有する、改良したポリエチレン製メンブレンを提供することである。]
[0010] 本発明の他の目的は、改良したポリエチレン製メンブレンを製造する方法を提供することである。]
[0011] 本発明のさらに他の目的は、このようなメンブレンにとって有用な使用法を提供することである。]
[0012] 改良点は、例えば、上記の１以上の問題を解決してもよい。]
[0013] 上記の目的の１つ以上が、粒子濾過作用のＰＦ値が少なくとも１０の多孔質メンブレンによって実現された。ＰＦ値は公式によって算出され、当該公式は：
ＰＦ＝（−ｌｏｇ（透過率（％）／１００）／圧力損失（ｍｍＨ２Ｏ））×１００
であり、式中の透過率は、透過率（％）＝１００−捕集効率であり、圧力損失（ｍｍＨ２Ｏ）は空気が５．３ｃｍ／秒の流速でメンブレンを通過したときに測定され、捕集効率（％）は０．３μｍの粒径を有するフタル酸ジオクチルを用いて測定された。これは米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６）に相当する。驚くべきことに、これは多孔質ポリエチレン製メンブレンによって実現される。このようなメンブレンは、ＡＳＨＲＡＥフィルタ、ＨＥＰＡフィルタおよびＵＬＰＡフィルタといった、粒子濾過の用途において特に有用である。今までは、フィルタ要素自体としてではなく、このような用途における支持要素としてのみポリエチレン製メンブレンを用いることが実現可能であった。]
[0014] ＰＦ値はさらに、「性能指数」α値、または「品質要素」γ値としても、当該技術分野において知られているということを認識されたい。]
[0015] 透過率は、メンブレンによって阻止されない量として規定される。この透過率は百分率で表示され、ＣＤ／ＣＵで規定され、上流側の粒子濃度がＣＵであり、下流側の粒子濃度がＣＤである。捕集効率は、１００％−透過率として規定される。ＰＦ値は直接的に捕集効率を示さないが、本発明によるメンブレンは通常、少なくとも５０％の捕集効率（ＡＳＨＲＡＥフィルタ）を有しており、殆どの場合の捕集効率は９９％（別途記載を参照）よりも更に優れている。]
[0016] 本発明によるメンブレンの殆どについて、ＰＦ値は少なくとも２０であり、いくつかの場合では、少なくとも３０であった。このように高い値は、比較的低い圧力損失で非常に低い浸透率を可能にする場合に非常に有用である。圧力損失が低いと、フィルタを通る空気を移動させるエネルギ消費が低いという結果になる。これには、環境に有益な効果（省エネルギおよび省ＣＯ２）があり、更には使用費用を削減させる。]
図面の簡単な説明

[0017] 本発明は、例示的な実施形態ならびに図面を参照に、より完全に以下に説明されるであろう。
図１は、本発明によるメンブレンの斜視図を示している。
図２は、本発明によるメンブレンの断面図を示している。
図３は、本発明によるメンブレンの平面図を示している。
図４は、拡大した図３の一部を示している。
図５は、拡大した図４の一部を示している。
図６は、通常のｅＰＴＦＥ構造の平面図を示している。
図７は、拡大した図６の一部を示している。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７
実施例

[0018] メンブレンに関する圧力損失は、メンブレンの気孔の大きさと構造とに非常に左右される。米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６）による圧力損失は、空気が５．３ｃｍ／秒の流速でメンブレンを通過するときに少なくとも３ｍｍＨ２Ｏとなるメンブレンが非常に有用であると見出された。これは、本発明によるメンブレンのＰＦ値について、非常に高い捕集効率が確実に実現されるようにする。好適には、圧力損失は、空気が５．３ｃｍ／秒の流速でメンブレンを通過するときに少なくとも４ｍｍＨ２Ｏであるべきである。一方で、高すぎる圧力損失は更なる使用圧力を必要とし、その結果メンブレンの機械的要求事項が厳しくなるため、圧力損失は、空気が５．３ｃｍ／秒の流速でメンブレンを通過するときに約３０ｍｍＨ２Ｏ未満に制限されるべきである。]
[0019] 多孔質は、メンブレンが複数の開口する小さい気孔を有することを本明細書では意味する。平均孔径は少なくとも０．５μｍであることが好ましい。平均孔径が０．５μｍよりも著しく小さい場合、メンブレンを通る気体の流れは、実用的な用途に対して低くなりすぎる。孔径および平均孔径は、（他に記載されていない場合は）以下の実験のセクションで示されるように、気流技術で測定された平均の流孔直径を本明細書では意味する。比較的低い圧力損失を実現するためには、平均孔径が少なくとも１μｍ、好適には平均孔径が少なくとも２μｍの場合が有利であると見出された。一方、比較的高い捕集効率を実現するためには、多孔質ポリエチレン製メンブレンは好適に、１５μｍ未満の平均孔径を有するべきである。最適には、平均孔径は１２μｍ未満、例えば１０μｍ未満とすべきである。しかしながら、捕集効率が、平均孔径よりもメンブレンの（異方性の）構造に大きく左右されるということは理論づけられるが、それには限定されない。平均孔径が小さいメンブレンは、元に戻らない気孔の詰まりが起こりにくい傾向があることもまた確認された。使用中のメンブレン内に粒子を結合または蓄積することが、いくつかの用途では望ましいことがあり、このような用途では、構造および初期多孔率は非常に重要であり、孔径を小さくしすぎるべきでない、ということを認識すべきである。]
[0020] 最適な孔径はメンブレンの具体的な用途に大きく左右され、従って、上下限の間の様々な種類（いくつかの場合は範囲外）が特に有用となるであろう。]
[0021] メンブレンの気孔は、ガーレー数によって示されるような通気度が５秒／５０ｍｌ以下となるように、好適には調整されるべきである。ガーレー数とは、空気がメンブレンの領域を通過するのにかかる時間であり、実験のセクションで記載されているように測定される。換言すると、ガーレー数が低いほど、メンブレンを通る気体の透過が早いということである。ガーレー数の最適な範囲（すなわち、最大および最小ガーレー数の最適な組み合わせ）は、実際の用途による。通常、ガーレー数が５秒／３００ｍｌ以下の場合に有用であることが見出された。換言すると、開口しすぎる構造は捕集効率の低下を招くことが見出され、従って、ガーレー数は０．５秒／３００ｍｌよりも大きいことが好ましく、より好適には、ガーレー数は約１秒／３００ｍｌよりも大きい。]
[0022] 合計乾燥重量は、他に記載されていない場合、メンブレンの重量を本明細書では意味する。]
[0023] ポリエチレンは単一のポリエチレン、または好適には、ポリエチレンまたはそのコポリマの混合物であってもよく、後述する任意の他の要素であってもよい。従って、ポリエチレン製メンブレンは、少なくとも５０重量％のポリエチレン、好適には少なくとも８０重量％のポリエチレンを含むメンブレンを本明細書では意味すると認識すべきである。メンブレンはポリエチレンから構成されてもよい。ポリエチレンは、メンブレンの強度を高めるため、好適には比較的に高い平均分子量を有する。自立型メンブレンの製造を容易にするには、超高分子量のポリエチレン（後述のＵＨＭＷＰＥ）の含有量を高くすることが有用である。一実施形態では、ＵＨＭＷＰＥがメンブレンの延伸を通じて非常に高強度を可能にするため、多孔質ポリエチレン製メンブレンの少なくとも２０重量％がＵＨＭＷＰＥであり、好適にはポリエチレンの少なくとも５０重量％が超高分子量ポリエチレン（後述のＵＨＭＷＰＥ）である。ＵＨＭＷＰＥは、約５００，０００ｇ／モルよりも大きい重量平均分子量、例えば５００，０００乃至２０，０００，０００ｇ／モルを有するポリエチレンである。下限値はメンブレンの必要（下限）引張強度に相当し、上限値は処理を簡単にするのに材料が硬くなりすぎる限度にほぼ相当する。ＵＨＭＷＰＥはバイモジュールまたは複数モジュールの混合であってもよく、これは処理性を増加させる。ＵＨＭＷＰＥに基づくメンブレンは、応力を受けた状態でも、非常に寸法的に安定しているという利点を有しており、高い多孔率を有する薄い微小孔性の多孔質メンブレンを作ることができる。特に、ＵＨＭＷＰＥは押出成形、次いで延伸によって処理することができ、非常に強くて手頃なメンブレン、さらには他の要素の留分と混合された場合は（例えば、温度サイクルおよび膨張作用に関して）化学的かつ機械的に安定したメンブレンを形成するため、ＵＨＭＷＰＥの含有量を高くすることは有用である。さらに、好適な実施形態では、多孔質ポリエチレン製フィルムの８０重量％未満がＵＨＭＷＰＥであり、さらに好適には、多孔質ポリエチレン製フィルムの７０重量％未満がＵＨＭＷＰＥである。]
[0024] 他の非常に好ましいポリエチレンの留分は、高分子量ポリエチレン（後述のＨＭＷＰＥ）である。ＨＭＷＰＥは、約１００，０００ｇ／モル乃至５００，０００ｇ／モルの重量平均分子量を有するポリエチレンである。分子量の下限値は、実質的な強度の増加が延伸によって実現されうる分子量に相当し、分子量の上限値はＵＨＭＷＰＥへの遷移に相当する。一実施形態では、多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも５重量％がＨＭＷＰＥであり、好適には、多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも２０重量％、例えば多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも３０重量％がＨＭＷＰＥである。ＨＭＷＰＥの含有量は処理性を向上させ、純ＵＨＭＷＰＥのメンブレンと比較して、例えば、メンブレンの孔径およびメンブレンの構造の微調整を可能にする。さらには、ＨＭＷＰＥの含有量が高すぎると、メンブレンの機械的な強度を低下させるため、多孔質ポリエチレン製フィルムの８０重量％未満、例えば多孔質ポリエチレン製フィルムの５０重量％未満がＨＭＷＰＥであることが好ましい。しかしながら、このようなメンブレンは、例えば支持型メンブレンにとっては依然として有用である。]
[0025] （Ｕ）ＨＭＷＰＥは優れた耐薬品性を有するクリーン材料であって、ＰＥはＰＴＦＥに関して、フッ素を含まない、あるいは（例えば、使い捨ての空気濾過ユニットを燃焼することによって）フッ素を環境に放出しないという利点を有することを認識すべきである。]
[0026] 一実施形態では、多孔質ポリエチレン製フィルムは少なくとも５０重量％のポリエチレンを含んでおり、好適には、金属、金属酸化物、セラミック粉末、酸化ＰＥ、ＰＥＯ、ＰＴＦＥ、微粉末のワックス混合物、ＰＥコポリマ（例えばＰＥ−ＰＴＦＥ、ＰＥ−ＥＶＡ、ＰＥ−ＡＡ、ＰＶＡ、ＰＥ−塩化ビニル、またはＰＥ−エポキシ）、活性炭、カーボンブラック、ＰＥ以外の重合体樹脂、およびそれらの組み合わせからなるグループから選択された、少なくとも１つの成分の合計が１乃至５０重量％である。他の成分が、例えば、導電性の提供、色、強度、靭性の変更、費用の低減、柔軟性の増加、疎水性の調整、親水性の導入、またはフィラーのように所望の性質を促進させるために添加されてもよい。好適には、多孔質ポリエチレン製フィルムは少なくとも８５重量％のポリエチレンを含み、上記グループから選択された少なくとも１つの成分の合計が１乃至１５重量％である。上記の混合中に加えて、これらの成分がさらに、例えばコーティングまたはプラズマ重合プロセスによって、ポリエチレン製メンブレンに添加されてもよい。ポリオレフィンの多孔質メンブレンに添加物を加えると、有用となることがある。例えば、更なる炭素繊維、ナノチューブ、ガラス繊維または他の繊維は、多孔質ポリマのメンブレンの導電性および／または補強に対して有用になることがあり、従って、設計の自由度および／またはこのような材料の耐用年数を増加させることが可能となる。]
[0027] 最終的なメンブレンは、チューブ、シート、ひだ状、および渦巻状といった、既知のメンブレン形状をなしてもよい。特に、好適な形状はシートのような要素である。このような要素は、例えば、実質的に平坦な形状、あるいは１以上のメンブレンの層を有するチューブ、またはひだ状の（ハーモニカのような）面を有する要素に折り曲げられて用いられてもよい。]
[0028] この要素は、自活型とも称される自立型、すなわち、メンブレンの重量、さらには使用中のメンブレンに作用する力を保持するのに十分な支持強度を提供できることが好ましい。ＵＨＭＷＰＥを具えるメンブレンについて、この実施形態は最適な実施形態であり、ＵＨＭＷＰＥのような高い強度と剛性のため、自立型メンブレンの非常に厳しい機械的要求事項に係わらず、比較的薄いメンブレンの設計が可能となる。他の好適な実施形態では、メンブレンが平坦な主面、管状の主面および／またはひだ状の主面を形成するように、メンブレンが支持要素上に少なくとも部分的に配置される。]
[0029] 多くの用途では、本発明によるメンブレンは、メンブレン自体を具える濾過モジュールのようなモジュール内に配置される（多くの場合、当該技術分野で周知の手段によって、用途の特定の必要性に応じて２また３次元的に形成される）。周知の例が、ひだ状メンブレンのモジュールである。好適なメンブレンの配置は、本明細書で別途記載している。モジュールはさらに、支持部および／またはフレームを具え、フィルタを保護するかフィルタの操作性を高める。この支持部は通常、支持型メンブレンを目的として記載される種類である。このような支持部は更に、使用中の機械的な損傷に対する更なる予防として、自立型メンブレンに用いられてもよい。フレームは通常、操作性、さらにはモジュールが利用されるシステムへの取付けを容易にする外形を有しており、結果として、モジュール内のメンブレンまたはシステム内のモジュールの導入／交換がさらに容易になる。このようなモジュールでは、メンブレンを用いるであろう分離工程に対する手段を提供するまでは、メンブレンは不可欠な要素である。]
[0030] 多孔質ポリエチレン製メンブレンはさらに、難燃剤、フィラー、導電性材料、防汚添加物、および防臭添加物のグループから選択される、少なくとも１つの成分を具えてもよい。これらの添加物の具体例は、当該技術分野の当業者には既知である。これらの添加物の含有量は通常、例えば２０重量％未満、好適には１０重量％未満と低い。添加物は、好適にはメンブレンの押出加工または成形前に添加されるが、いくつかの場合では（例えば防臭添加物に関しては）添加物はメンブレンの成形後に、いくつかの場合ではメンブレンの使用中に添加されてもよい。]
[0031] 製造中、メンブレンの成分は通常、溶媒と混合される。多くの溶媒が可能だが、デカリンを用いると、操作性、孔径、混合の均一性、および押出加工後の溶媒の抽出性といった、メンブレンの性質の適切な組み合わせを得るのが容易となることが見出された。有用な溶媒の他の例が、極性または低極性溶媒、あるいはデカリンおよび／または他の脂肪性または芳香性溶媒を含む溶媒の混合物、パラフィン（オイル）および／または他のオイル、またはアルコール、または長鎖エーテルである。]
[0032] 孔が均等に配分されていないことが非常に望ましい。メンブレンにとって最適な構造は、メンブレンの外側主面と実質的に平行に配置された線維網の層状の構造を有するものであり、線維網の配置がラザニアのパスタシートと視覚的に類似するため、本明細書では多層構造またはラザニア状の構造と称され、いくつかの領域では線維網は近接する線維網に接触し、他の領域では他の物質（例えば、空気、溶媒または水相）によって分離されている。メンブレンの構造は、液体窒素内でメンブレンを凍らせ、次いでナイフを当てて切ることによって作られた断面を、電子顕微鏡で走査することによって、調査することができる。刃の先端から延在する割れ目（ナイフで接触していない）は、調査するのに適切な試料を形成する。図１では、本発明によるポリエチレン製メンブレンの一般的な断面のＳＥＭ顕微鏡写真を示している。高多孔質メンブレンの面２、および割れた断面４が明確に観察される。] 図１
[0033] メンブレンの調製方法によって多層構造が生成され、従って、混合、次いで押出加工および延伸によってメンブレンが調製されることを示している。多層構造は分離する用途の種類において非常に有用であり、非常に驚くべきことに、多層構造は気体濾過メディア、ＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ等に用いることができる。例えば、本明細書に記載されているような多層構造を有するメンブレンは、優れた濾過機能を提供するということが見出されてきた。これは、非常に曲がりくねった気孔構造により、気体がこのようなメンブレンを通って比較的長い経路を通らねばならないためであると理論付けられるが、これに限定されない。非常に積み重なった構造、つまり非常に曲がりくねった気孔構造に係わらず、別途記載されているような非常に低い空気抵抗を実現でき、高い流量率および高い濾過効率の優れた組み合わせを導くというのは、非常に驚くべきことである。図２では、本発明による多孔質メンブレンの断面のＳＥＭ顕微鏡写真は、ラザニア構造とも称される多層構造を明確に示している。] 図２
[0034] 多層構造の線維網の密度は一様でなくてもよく、各ウェブの厚さおよび全体のメンブレンの多孔率に応じてもよい。一実施形態では、メンブレンは、メンブレン断面の３乃至１５線維網／３０μｍを有しており、線維網はメンブレンの外面と実質的に平行に配置される。しかしながら、メンブレンの断面は４乃至１２線維網／３０μｍを有していることが好ましく、メンブレンの断面がメンブレン断面の６乃至１０線維網／３０μｍを有する場合に最適な性質の組み合わせが導かれることが見出された。]
[0035] 多層構造の各線維網の厚さもまた一様でなくてもよく、ウェブの密度およびメンブレン全体の多孔率に応じてもよい。本発明によるメンブレンの一実施形態では、線維網の少なくとも７０％がメンブレンの外面と平行に０．０２乃至２．５μｍの厚さを有する。線維網の少なくとも９０％が０．０２乃至２．５μｍの厚さを有する場合に最適な性質の組み合わせが導かれることが見出された。]
[0036] 非常に好適な実施形態では、メンブレンは、超極細繊維と内部ナノ繊維との組み合わせを有する、延伸ポリエチレン製メンブレンである。超極細繊維は約１乃至１０μｍの直径と５乃至５０μｍの長さの寸法を有しており、ナノ繊維は１０乃至１５０ｎｍの直径と２乃至２０μｍの長さの寸法を有する。繊維の直径は、繊維の平均直径がこの範囲内にあることを本明細書では意味する。繊維の長さは、繊維の平均長さがこの範囲内にあることを本明細書では意味する。超極細繊維とナノ繊維との組み合わせは、超極細繊維が通常、機械的な強度および剛性を提供するという利点があり、メンブレンにわたって非常に低い圧力損失ΔＰを有する自立型メンブレンの製造が可能となる。ナノ繊維は約０．０１μｍと同程度の小さい粒子の捕捉を可能にし、これにより、メンブレンの効率が向上する。これに加えて、多層構造は、濾過効率および更にメンブレンにとって最も重要な濾過作用の安定性を向上させる。図３では、本発明によるポリエチレン製メンブレンの面のＳＥＭ顕微鏡写真が示されている。この低倍率の顕微鏡写真では、超極細繊維の網状組織を明確に視ることができるのに対し、ナノ繊維は明るい陰影として単に示されている。図４および図５では、図３の一部が高倍率で示されている。延伸ポリエチレン製メンブレンは、超極細繊維と内部ナノ組織との組み合わせを明らかに有している。ナノ繊維は、超極細繊維の更に積み重なったウェブを連結し、各ナノ繊維を連結し、ナノ繊維と超極細繊維とを連結する微細な白い線として、明確に示されている。] 図３ 図４ 図５
[0037] 図６および図７では、最新技術のｅＰＴＦＥ（延伸ポリテトラフルオロエチレン）メンブレンのＳＥＭ顕微鏡写真が示されている。図４と図６とを比較すると、（Ｕ）ＨＭＷＰＥとｅＰＴＦＥとの構造の差異が明確に見られる。ｅＰＴＦＥは、１乃至３μｍの直径のｅＰＴＦＥ粒子と混合した、非常に均一な約０．１μｍの繊維の厚さを有している。さらに、図５と図７とを比較すると、ｅＰＴＦＥ繊維のシステムは繊維密度に関して非常に均一であるのに対し、（Ｕ）ＨＭＷＰＥは、超極細繊維とナノ繊維の両方を有しながら、広いばらつきを示していることが確認される。] 図４ 図５ 図６ 図７
[0038] メンブレンの多孔率は比較的大きくすべきであることが見出された。多孔率は、（１−ＢＷ／（ｒｈｏ×ｄ））×１００％として規定され、ＢＷはメンブレンの基礎重量［ｇ／ｍ２］、ｒｈｏはメンブレンの密度［ｇ／ｍ３］、およびｄはメンブレンの厚さ［ｍ］である。気体の流れが制限されるいくつかの用途では、少なくとも約７０体積％の多孔率が有用である。ほとんどの場合、少なくとも８０体積％、または少なくとも９０体積％の多孔率を有していると非常に有用であり、これは非常に開口した構造を提供するため、高い全体の多孔率と、これによって比較的低い圧力損失とを有する。最大の多孔率は、材料の選択およびシステムの構成（例えば、メンブレンが支持されているか否か）による。メンブレンの多孔率は好適には多くて９５体積％であり、さらに好適には多孔率は多くて９０体積％であるということが見出された。]
[0039] 孔が均等に配分されていないことが非常に好ましい。メンブレンにとって最適な構造は、メンブレンの外側主面と実質的に平行に配置された線維網の多層構造を有するものである。メンブレンの構造は、液体窒素内でメンブレンを凍らせて、次いでナイフを当てて切ることによって作られた断面を、電子顕微鏡で走査することによって調査することができる。刃の先端から延在する割れた面（ナイフで接触していない）は、調査するのに適切な試料を形成する。]
[0040] 線維網はポリオレフィンポリマの不織布ポリマの繊維によって形成される。ウェブは自身が多孔質であるが、メンブレン全体の多孔率よりも少ない多孔率である。ポリオレフィンの（複数の）ポリマは別個の線維網を形成している。混合、次いで押出加工および延伸を含むメンブレンの調製方法によって、多層構造が生成される。驚くべきことに、多層構造は、高い多孔率を有する非常に開口した構造にも係わらず、メンブレンで実現される高流量および高捕集効率によって、気体濾過に関して非常に有用であることが見出された。]
[0041] 多層構造の線維網の密度は一様でなくてもよく、各ウェブの厚さおよび全体のメンブレンの多孔率に応じてもよい。一実施形態では、メンブレンは、メンブレン断面の１乃至１２線維網／３０μｍを有しており、線維網はメンブレンの外面と実質的に平行に配置される。しかしながら、メンブレンの断面は２乃至８線維網／３０μｍを有していることが好ましく、メンブレンの断面がメンブレン断面の２乃至５線維網／３０μｍを有する場合に最適な性質の組み合わせが導かれることが見出された。]
[0042] 多層構造の各線維網の厚さもまた一様でなくてもよく、ウェブの密度および全体のメンブレンの多孔率に応じてもよい。本発明によるメンブレンの一実施形態では、線維網の少なくとも７０％がメンブレンの外面と平行に０．０２乃至２．５μｍの厚さを有する。線維網の少なくとも９０％が０．０２乃至２．５μｍの厚さを有する場合に最適な性質の組み合わせが導かれることが見出された。]
[0043] 最終的なメンブレンは、既知のメンブレンまたはフィルタ形状をしていてもよい。特に、好適な形状はシートのような要素である。このような要素は、例えば、実質的に平坦な形状、あるいは１以上のメンブレンの層を有するチューブまたはひだ状（ハーモニカのような）の面を有する要素に曲げられて用いられてもよい。特に好適な形状は、例えばポリアミドの熱溶解樹脂のスペーサを具える、小さいひだ状のフィルタまたはフィルタパックに用いられる。他の実施形態では、メンブレンは中空要素、すなわち、中空チューブ、中空ボックスまたは中空繊維のような、挿入部を有する押出し型を通って押出加工することによって得ることができる形状である。これらの好適な形状によって、メンブレンを具える最終的な要素の非常に多様な設計が可能となる。]
[0044] 多孔質ポリエチレン製メンブレンは、自活型とも称される自立型、すなわち、メンブレンの重量、さらには使用中にメンブレンに作用する力を保持するのに十分な強度を提供できることが好ましい。先行技術の高分子メンブレン（気体濾過用のＰＴＦＥメンブレン）は、これを実現するには脆すぎるため、自立型の高分子メンブレンの製造が可能であることは非常に驚くべきである。ＵＨＭＷＰＥを具えるメンブレンについて、この実施形態は最適な実施形態であり、ＵＨＭＷＰＥのような高強度および剛性のため、自立型メンブレンの厳しい機械的要求事項を保証する、比較的薄いメンブレンの設計が可能となる。]
[0045] 他の好適な実施形態では、メンブレンが平坦な主面、管状の主面および／またはひだ状の主面を形成するように、メンブレンが支持要素上に少なくとも部分的に配置されてもよい。管状の主面は、例えば、本発明によるメンブレンの１以上の層をらせん状に巻く、あるいはチューブを押出し、次いで、例えば圧搾空気または液体によって任意に延伸することによって入手してもよい。]
[0046] 一実施形態では、メンブレンは、当該メンブレンの少なくとも一面上にラミネート加工された空気透過性の支持要素を有しており、好適には、多孔質ポリエチレン製メンブレンの両面上で空気浸透性の支持要素がラミネート加工される。空気透過性の支持部は、非常に小さい多孔質、多孔質、または（グリッドのような）大きい多孔質であってもよい。メンブレンに空気透過性の支持要素をラミネート加工すると、メンブレンの操作性が向上し、さらに強度が増加する。（複数の）支持要素は、例えば、約１０ｇ／ｍ２乃至４００ｇ／ｍ２の範囲の重量の繊維材料で作られ、ガラス、メルトブローンのポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステルとポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン（ＰＡ）、セルロースエステル、セルロースまたはその派生物の混合物、ポリ塩化ビニルおよび三酢酸セルロースを含むグループから選択される。（複数の）支持要素および積層状のメンブレンは、例えば、超音波溶接、接着、熱結合またはレーザー溶接によって、互いに連結できる。非常に好適な実施形態では、支持部は、導電性および／または静電防止のものであってもよい。]
[0047] 多くの用途では、本発明によるメンブレンは、メンブレン自体を具える濾過モジュールのようなモジュール内に配置される（多くの場合、当該技術分野で周知の手段によって、用途の特定の必要性に応じて２または３次元的に形成される）。濾過モジュールの周知の例が、渦巻状メンブレンのモジュール、またはひだ状メンブレンのモジュールである。好適なメンブレンの配置は、本明細書で別途記載している。通常のモジュールはさらに、支持部および／またはフレームを具えており、フィルタを保護したりフィルタの操作性を高める。支持部は通常、支持型メンブレンを目的として記載される種類である。このような支持部は更に、使用中の機械的な損傷に対する更なる予防として、自立型メンブレンに用いられてもよい。フレームは通常、操作性、さらにはモジュールが用いられるシステムへの取付けを容易にする外形を有している。このようなモジュールでは、メンブレンを用いるであろう分離工程に対する手段を提供するまでは、メンブレンは不可欠な要素である。]
[0048] このようなモジュールの好適な実施例は空気フィルタパックであり、本発明の主要な態様によるひだ状のメンブレンと、任意に支持部および／またはマトリックス要素とを具える。圧力損失と透過率との間の非常に優れた均衡を提供するため、空気フィルタパックは１０を超えるＰＦ値を有するべきである。好適には空気フィルタパックのＰＦ値は少なくとも２０であり、フィルタパックが用いられるシステムの全体的な性能が優れるようにするため、さらに好適には空気フィルタパックのＰＦ値は少なくとも３０である。]
[0049] 多くの用途では、メンブレンは、清浄室用のシステム（または、清浄室の換気／空気濾過システム、装置等）のような、大型のシステムの一部を形成する。多くの場合、メンブレンはモジュール内に配置されるが（別途記載のように）、総ての場合で、システム全体の機能にとって不可欠なシステムの性質または機能を提供することによって、メンブレンはシステム全体の不可欠な機能となる。例えば、適切な空気濾過作用のない清浄室は、汚染物質のため完全に無意味であり、必要な空気フィルタが所定の位置にない場合、装置の汚染、または一人の患者から他の患者へ病気の移転が可能となるため、医療機器は無意味となる。]
[0050] 好適なメンブレンは、約２００μｍ以下の厚さを有しており、好適には約７５μｍ以下であり、例えば５０μｍ未満である。薄いメンブレンは、圧力損失が小さいという潜在的な利点を有する。好適には、メンブレンは少なくとも５μｍの厚さを有しており、好適には少なくとも１０μｍ、例えば少なくとも２５μｍの厚さである。厚いメンブレンは、高い信頼性と強度とを提供する。さらに、自立型メンブレンは通常、支持型メンブレンが必要とするよりもさらに厚くする必要がある。]
[0051] 本発明によるメンブレンは、いくつかの方法で製造することができる。好適な実施形態では、本発明による親水性多孔質ポリマのメンブレンは、少なくとも１つのポリエチレン、好適にはＵＨＭＷＰＥおよびＨＭＷＰＥの少なくとも一方、および任意に別記のような更なる（複数の）要素を溶媒と混合することによって製造され、混合物を形成する。次いで、混合物が押出加工され、溶媒が除去される。好適には、基礎要素を延伸する前に、蒸発によって溶媒が除去される。この方法では、基礎要素は特有の多孔質構造に生成され、最後の延伸操作において、非常に有用な線維網の多層構造の形成を高める。例えば、要素や範囲に関する好適な実施形態は、前述の本発明の実施形態と同様であり、従って、本明細書に別途記載されている。製造に関するさらなる態様は、当該技術分野では既知であり、例えば、米国特許第５，３７６，４４５号、米国特許第５，３７０，８８９号および米国特許第５，５０７，９９３号（参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。]
[0052] 混合物は、通常はゲルまたはエマルジョンの形状をした高粘性の液体であってもよい。本明細書で使用されるような用語の押出加工は、ゲル法、溶媒押出し等のような、当該技術分野で既知の押出技法を含む。一実施形態では、１以上のらせん部を有する押出し機のような押出し機内で混合物が形成され、ゲルまたはエマルジョンのような高粘性の塊に混合物を処理し、この塊が型を通って引き出されて、厚いテープが結果として得られる。蒸発または抽出によって、溶媒がテープから除去されて基礎要素を形成する。方法の一実施形態では、延伸後に溶媒が除去される。]
[0053] 上述のように処理された基礎要素は、本発明によるメンブレンとして直接利用されてもよく、従って、基礎要素自体が本発明によるメンブレンである。しかしながら、特定の強度、多孔率、孔径を増加させ、メンブレンの面積当たりの費用を削減するため、好適には、基礎要素は面積当たり少なくとも１０倍に延伸され、メンブレンを形成する。延伸は、回分式または連続的に実施されてもよい。適切なメンブレンの性質の組み合わせを導くため、機械方向では２．５乃至１０倍、横断方向では３乃至１０倍に双軸に延伸されることが有用であると見出された。驚くべきことに、比較的遅い速度で機械方向に延伸を行うことが非常に有用であると見出された。通常、ＵＨＭＷＰＥを具える、双軸に延伸された本発明によるメンブレンは、機械方向の引張強度が約７ＭＰａ以上を示し、好適には約１０ＭＰａ以上である。非常に高い強度が求められる場合は、約４０ＭＰａ以上の引張強度を有することができ、これはメンブレンまたは基礎要素のカレンダー法によって通常実現できる。引張強度を増加させる他の方法は、押出加工中に溶媒としてパラフィンオイルを使用し、次いで抽出によってパラフィンオイルを除去する方法である。高強度によって、非常に薄いメンブレンおよび／または使用中に固定した支持部を必要としないメンブレンが可能となる。しかしながら、カレンダー法（さらには、溶媒としてパラフィンオイルを使用）もまた、メンブレンの圧力損失を増加させる傾向がある。さらに、このようなポリエチレン製メンブレンに対する破断伸び率は、通常、機械方向ではほぼ１０乃至３０％程度である。これにより、使用中にメンブレンの性能を劣化させることなく、実質的な（弾性）変形が可能となる。]
[0054] 押出加工前の混合物の固体含有量は、メンブレンの処理性、さらには最終的なメンブレンの性質にとって重要である。混合物内の乾式含有量（すなわち、ポリオレフィンポリマと任意の添加物との合計）が、乾式含有量と溶媒との合計重量の約５乃至３０重量％の場合に、優れた性質の組み合わせが得られた。しかしながら、混合物の乾式含有量が、乾式含有量と溶媒との合計重量の約１０乃至２５重量％の場合に、最適な性能の組み合わせが実現された。添加物は、例えばレオロジ改質剤（オイルのような）、着色剤およびフィラー（すなわち、例えば、メンブレンの重量または費用を削減するために加えられる受動的な要素）といった、機能的な化合物である。添加物は、処理性を高めたり最終的なメンブレンの性質に影響をおよぼすために、例えば、混合物に添加されてもよい。添加物はさらに、例えば、化学的または物理的に接合されたコーティングのように、延伸後に添加されてもよい。]
[0055] この処理（押出加工／延伸）方法は、メンブレンを生成する従来の溶媒キャスト方法よりもさらに好適である。溶媒キャストのメンブレンは、均一な厚さのフィルムを得るために、面の全体を均等に鋳造するための高い費用と非常に輪郭のはっきりした平坦な支持部を必要とする。本実施形態において記載された方法は、メンブレンを作るための支持部を必要としないか、必要に応じて不織布の支持部のような低費用の支持部を使うことができる。]
[0056] 本発明の多孔質ポリエチレン製メンブレンは、気体濾過が必要とされる多くの用途に用いることができる。]
[0057] 本発明の好適な実施形態では、多孔質ポリエチレン製メンブレンは、ＨＶＡＣユニット、清浄室（新しい空気、再利用の空気または放出空気用）、電気掃除機、空気濾過ユニット、または医療機器における気体の粒子濾過に用いられる。気体濾過メディアは、任意の最終使用の用途の濾過メディアとして用いられてもよい。例えば、気体濾過メディアが、気体からの粒子の除去、空気濾過の用途、高温での用途、バッグハウスの用途、食品、医療品および医薬品の粒子濾過、燃焼工程における粒子濾過、金属における粒子濾過、およびセメントにおける粒子濾過からなるグループから選択された、最終使用の用途の濾過メディアとして用いられてもよい。気体からの粒子の除去は、ＨＶＡＣ、ＨＥＰＡおよびＵＬＰＡの清浄室、電気掃除機、レスピレータ、セメント、金属、食品、医療品、医薬品、加工流体、および燃焼工程といった産業を含む。]
[0058] 必要とされる性質は、メンブレンの実際の用途による。用途の３つの主なグループは、ＡＳＨＲＡＥフィルタ、ＨＥＰＡフィルタ、およびＵＬＰＡフィルタである。ＡＳＨＲＡＥフィルタについて、空気が５．３ｃｍ／秒の流速でメンブレンを通過するときに、通常は少なくとも５０％の全体的な捕集効率を有していることが必要とされ、好適には少なくとも９０％である。捕集効率は、０．３μｍの粒径を有するフタル酸ジオクチルを用いて測定される（米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６）に相当）。ＨＥＰＡフィルタについては、同条件の下で、少なくとも９９．９７％の捕集効率を有することが通常は必要とされる。ＵＬＰＡフィルタについては、空気が５．３ｃｍ／秒の流速でメンブレンを通過するときに、最も浸透した粒径において捕集効率が少なくとも９９．９９９５％となるべきである。捕集効率は、０．３μｍの粒径を有するフタル酸ジオクチルを用いて測定される（米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６）に相当）。これらの要求事項が、１０を超えるＰＦ値を有する本発明による多孔質ポリエチレン製メンブレンで実現されたということは、非常に驚くべきことである。]
[0059] 空気またはＨＥＰＡフィルタのメンブレンについて、０．０１乃至０．３μｍの範囲の大きさを有する粒子の粒径に応じて透過率は通常は一様ではなく、透過がこの範囲の最大を超える傾向がある。本発明によるメンブレンについて、５．３ｃｍ／秒で測定されたとき、約０．０５μｍの大きさを有する粒子に対して０．０１乃至０．３μｍの範囲の最大透過が観察された。これはＤＯＰ、さらにはＤＥＨＳの場合である。最大透過における粒径は、最大透過粒径またはｍｐｐｓとも称される。ｍｐｐｓにおける透過率と０．３μｍにおける透過率との差異は、好適には１０ｌｏｇ程度の範囲内である。]
[0060] 好適な実施形態では、溶媒とポリエチレンと（任意に上記のような１以上のさらなる成分と）の混合物を提供し、次いで混合物からメンブレンを押出加工し、メンブレンを面積当たり少なくとも１０倍に延伸することによって、メンブレンが作成される。延伸の前後で、メンブレンから溶媒が除去される。この実施形態では、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸は少なくとも２．５倍であり、機械方向の延伸が３０ｍｍ／秒未満の変形速度で実行されるのが重要ということが見出された。好適には、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸は約２５ｍｍ／秒未満の変形速度で実行される。より好適には、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が約１５ｍｍ／秒未満の変形速度で実行され、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して機械方向の延伸が約１０ｍｍ／秒未満の変形速度で実行される場合が特に有用である。０．２乃至５秒／５０ｍｌのガーレー数、少なくとも８０％の多孔率、および０．５乃至１５μｍの孔径を有するメンブレンを提供するように、当該方法が実行されるべきである。驚くべきことに、基礎要素を延伸する当該方法は、開放型の構造と、超極細繊維および内部ナノ繊維の組み合わせとを有する特有の多孔質構造を実現する方法の１つであり、最終的な延伸操作において、非常に有用な線維網の層状の構造の形成を高めるということが見出された。]
[0061] メンブレンのフィルタは、工業的な規模のバッチ処理または連続的な工程で簡単に作ることができる。驚くべきことに、ＭＤ方向に延伸する時間（延伸速度および延伸要素）が、高捕集効率と非常に低い圧力損失との優れた組み合わせを提供するのに重要な要素となることが見出された。]
[0062] 本明細書に記載されている本発明の実施形態とは別個の性質、または性質の組み合わせ、更にはそれらの明らかな変形は、結果として生ずる実施形態が物理的に実施可能であると当該技術分野の当業者が直ぐに認識しない限り、本明細書に記載の他の実施形態の性質と組み合わせたり、交換可能である。]
[0063] ［試験方法］
［孔径］
平均流孔径は、空気透過性に基づき、湿潤流体を用いるＰＭＩ装置で測定される。ＰＭＩ装置による通常の平均流孔径の測定方法は、ＡＳＴＭＦ３１６−０３に基づく。直径が２５ｍｍの試料がフロリナート型ＦＣ−４０の低表面張力の流体で湿らせられて、ホルダに配置された。空気圧の差異が試料から湿潤流体を除去する。この湿式工程後、乾式工程（乾燥流れ）が適用される。湿式流れが乾式流れの５０％に相当する差圧を用いて、ＰＭＩソフトウェアが平均流孔径を算出した。]
[0064] ［通気性］
ガーレーの試験方法（ＩＳＯ５６３６−５による）は、空気の通過に対するメンブレンの抵抗の測定を含む。この方法は、１秒またはそれ以上の間に５０ｍｌまでの空気を通過させるメンブレンに利用できる。この試験では、シリンダ容積が５０ミリリットル、シリンダ重量が５６７グラム、および測定面積が６．４５平方センチメータ（１平方インチ）を有するガーレー式精密機器からガーレー式デンソメータの４１１０型が用いられ、０．１秒の精度で時間を測定した。較正後、メンブレンの細長い一片が、ロールの幅にわたって切断された。さらに、平坦で損傷のない試験試料が、クランプ板のオリフィスの上に配置され、クランプ留めされる。この通気性試験の方法では、湿った液体は用いられなかった。測定が開始されて、０．１秒の精度で時間が測定され、これは試験試料を通過するのに５０ｍｌの空気が必要である。非常に速い気体の透過を有するメンブレンでは、例えば３００ｍｌの多い空気に対して透過時間が測定される。１０倍の制限を有する、較正したオリフィス（ガーレー式精密機器による）もまた用いられる。このオリフィスが導入された場合は、１００ｍｌの空気が用いられた。]
[0065] ［厚さ］
厚さは、Ｍａｈｒ Ｍｉｌｌｉｔｒｏｎ社の０．５Ｎ張力を用いる直径１２ｍｍのフットプリントで測定された。]
[0066] ［粒子の捕集効率試験および圧力降下］
粒子の捕集効率が自動試験機（ミネアポリス、Ｓｔ．ＰａｕｌのＴＳＩ社による８１６０型）によって測定された。濾過メディアの６インチ（１５２．４ｍｍ）の直径の平坦なシート試料が、水平に装着されたガスケットシールを有するフィルタホルダ内に密閉された。円形のフィルタホルダは２つの領域を有しており、空気流と試験粒子とが通過できる中央の試験領域と、試験領域と大気の間の空気流の漏れを防ぐ外側の保護領域である。外側の空気が試験領域に漏れないように、２つの領域の差圧はほぼゼロに調整された。試験領域は約１００ｃｍ２（直径１１．３ｃｍ）（１５平方インチ（直径４．４インチ））の面積を有していた。フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）溶液が微粒化され、多分散エーロゾルが生成された。エーロゾルの粒子は電気移動度によって分類され、直径が０．０２乃至０．５マイクロメートルの単分散粒子を生成した。この粒子は、試験フィルタを通過した。２つの凝縮核の粒子計測機が、同時にフィルタの上流および下流の粒子濃度を測定し、粒子の捕集効率を算出した。この効率は、上流の衝突する粒子に対する、フィルタによって捕集された粒子の割合として記録された。]
[0067] 圧力降下が水位計のミリ単位で記録された。この試験は、５．３ｃｍ／秒の中間の面速で実施された。]
[0068] 各試料の非摩耗部の粒子の捕集効率が９９％よりも大きい場合、効率試験中にメディア試料を透過した粒子は、試料の摩耗部を通過したと仮定した。]
[0069] この試験は、環境室温（７０°Ｆ）および湿度条件（４０％）で実施された。試験すべき試料は、試験前に特定の温度および湿度条件に調整されなかった。]
[0070] ［実施例］
本発明は、以下の非制限的な実施例で説明されるであろう。]
[0071] 多孔質ポリエチレン製メンブレンが以下の一般的な方法によって生成された。]
[0072] デカリン内の、全体的に１．５×１０６ｇ／モルの重量平均分子量を有するＵＨＭＷＰＥ（９重量％）およびＨＭＷＰＥ（１０重量％）の１９重量％溶液が、約１８０℃の温度で押出加工された。押出加工機のヘッドには、１ｍｍの開口部を有する押出型が取付られた。押出加工されたフィルムは、急冷槽内で冷却された。乾燥機内で蒸発させることにより、ゲルフィルムから溶剤が除去された。溶剤が除去されたフィルムは、約１３０℃の温度で機械方向（ＭＤ）および横断方向（ＴＤ）に同時に延伸された。]
[0073] ]
[0074] ]
[0075] 表２から、ほぼ同等のメンブレンについて、延伸速度を減少させると、著しく、非常に驚くべき程に粒子濾過作用を増加させるということが確認された。]

权利要求:

請求項1
多孔質メンブレンにおいて、当該メンブレンが少なくとも１０の粒子濾過のＰＦ値を有しており、当該ＰＦ値は：ＰＦ＝（−ｌｏｇ（透過率（％）／１００）／圧力損失（ｍｍＨ２Ｏ））×１００の式によって算出され、式中の透過率は、透過率（％）＝１００−捕集効率であり、圧力損失（単位：ｍｍＨ２Ｏ）は空気が５．３ｃｍ／秒の流速で前記メンブレンを通過するときに測定され、捕集効率（単位：％）は０．３μｍの粒径を有するフタル酸ジオクチル（米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６））を用いて測定され、好適にはメンブレンのＰＦ値が少なくとも２０であり、最適にはメンブレンのＰＦ値は少なくとも３０であって、当該多孔質メンブレンがポリエチレン製メンブレンであることを特徴とする多孔質メンブレン。
請求項2
請求項１に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンが、自立型メンブレンであることを特徴とするメンブレン。
請求項3
請求項１または２に記載のメンブレンにおいて、米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６）による前記圧力損失が、空気が５．３ｃｍ／秒の流速で前記メンブレンを通過するときに少なくとも３ｍｍＨ２Ｏであり、好適には、前記圧力損失が空気が５．３ｃｍ／秒の流速で前記メンブレンを通過するときに３０ｍｍＨ２Ｏ未満であることを特徴とするメンブレン。
請求項4
請求項１乃至３の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、ＩＳＯ５６３６−５によるガーレー数が５秒／５０ｍｌ未満であり、好適には当該ガーレー数が５秒／３００ｍｌ未満であることを特徴とするメンブレン。
請求項5
請求項１乃至４の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、空気が５．３ｃｍ／秒の流速で前記メンブレンを通過し、０．３μｍの粒径を有するフタル酸ジオクチル（米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６））を用いて前記捕集効率（単位：％）が測定される場合、当該捕集効率が少なくとも５０％であり、好適には少なくとも９０％であり、さらに好適には９９．９７％であることを特徴とするメンブレン。
請求項6
請求項１乃至５の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、空気が５．３ｃｍ／秒の流速で前記メンブレンを通過し、０．３μｍの粒径を有するフタル酸ジオクチル（米軍規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８２（１９５６））を用いて捕集効率（単位：％）が測定される場合、当該捕集効率が、最も透過した粒径に対して少なくとも９９．９９９５％であることを特徴とするメンブレン。
請求項7
請求項１乃至６の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンの厚さが約５００μｍ未満であり、当該メンブレンの厚さが好適には約２００μｍ未満、例えば１０乃至１００μｍであって；好適には当該メンブレンの厚さが少なくとも１０μｍであり、さらに好適には当該メンブレンの厚さが少なくとも２０μｍであることを特徴とするメンブレン。
請求項8
請求項１乃至７の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンの多孔率が少なくとも４０体積％であり、好適には当該多孔率は少なくとも８０体積％であり、さらに好適には少なくとも９０体積％であって、好適には前記メンブレンの多孔率が多くて９５体積％であり、より好適には多くて９０体積％であることを特徴とするメンブレン。
請求項9
請求項１乃至８の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製メンブレンが線維網の多層構造を有する延伸ポリエチレン製メンブレンであって、当該メンブレンの断面が１乃至１２線維網／３０μｍを有しており、好適には当該メンブレンの断面が２乃至８線維網／３０μｍを有しており、さらに好適には当該メンブレンの断面が２乃至５線維網／３０μｍを有することを特徴とするメンブレン。
請求項10
請求項１乃至９の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、多孔質ポリオレフィン製メンブレンが線維網の多層構造を有する延伸ポリエチレン製メンブレンであって、前記線維網の少なくとも７０％が０．０２乃至２．５μｍの厚さを有しており、好適には前記線維網の少なくとも９０％が０．０２乃至２．５μｍの厚さを有することを特徴とするメンブレン。
請求項11
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリオレフィン製メンブレンが超極細繊維と内部ナノ繊維との組み合わせを有する延伸ポリエチレン製メンブレンであって、前記超極細繊維が１乃至１０μｍの寸法と５乃至５０μｍの長さを有しており、前記ナノ繊維が１０乃至１５０ｎｍの厚さと２乃至２０μｍの長さの寸法を有することを特徴とするメンブレン。
請求項12
請求項１乃至１１の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製メンブレンが、難燃剤、フィラー、導電性材料、防汚添加物、および防臭添加物のグループから選択される少なくとも１つの成分を具えることを特徴とするメンブレン。
請求項13
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、多孔質ポリエチレン製フィルムが、少なくとも５０重量％のポリエチレンと、金属、金属酸化物、セラミック粉末、酸化ＰＥ、ＰＥＯ、ＰＴＦＥ、微粉末のワックス混合物、ＰＥコポリマ（例えば、ＰＥ−ＰＴＦＥ、ＰＥ−ＥＶＡ、ＰＥ−ＡＡ、ＰＶＡ、ＰＥ−塩化ビニルまたはＰＥ−エポキシ）、活性炭、カーボンブラック、ＰＥ以外の重合体樹脂、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択される成分の合計が好適には１乃至５０重量％である成分と、を具えており、好適には前記多孔質ポリエチレン製フィルムが、少なくとも８５重量％のポリエチレンと、上記グループから選択される少なくとも１つの成分の合計が１乃至１５重量％である成分とを具えることを特徴とするメンブレン。
請求項14
請求項１乃至１３の何れか一項に記載のメンブレンがさらに、例えば活性炭、カーボンブラック、グラファイト、高表面積金属粉末、カーボンナノチューブ、合成酸化物、自然発生する酸化物、水酸化物、および、例えばガラス繊維、岩石繊維、セラミック繊維、有機繊維および金属繊維といった繊維材料のような、防臭添加物、難燃剤、フィラー、導電性材料および防汚添加物のグループから選択される添加物を具えることを特徴とするメンブレン。
請求項15
請求項１乃至１４の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも２０重量％がＵＨＭＷＰＥであり、好適にはポリエチレンの少なくとも５０重量％がＵＨＭＷＰＥであって；前記多孔質ポリエチレン製フィルムの８０重量％未満がＵＨＭＷＰＥであり、より好適には前記多孔質ポリエチレン製フィルムの７０重量％未満がＵＨＭＷＰＥであることを特徴とするメンブレン。
請求項16
請求項１乃至１５の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、前記多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも５重量％がＨＭＷＰＥであり、好適には当該多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも２０重量％、例えば前記多孔質ポリエチレン製フィルムの少なくとも３０重量％がＨＭＷＰＥであって；前記多孔質ポリエチレン製フィルムの８０重量％未満、例えば前記多孔質ポリエチレン製フィルムの５０重量％未満がＨＭＷＰＥであることを特徴とするメンブレン。
請求項17
請求項１乃至１６の何れか一項に記載のメンブレンにおいて、当該メンブレンの少なくとも一面上にラミネート加工された空気透過性の支持要素を有しており、好適には空気透過性の当該支持要素が前記多孔質ポリエチレン製フィルムの両面上にラミネート加工されることを特徴とするメンブレン。
請求項18
請求項１乃至１７の何れか一項に記載のメンブレンを具える要素において、前記メンブレンが自立型に配置されるか、平坦な主面、管状の主面および／またはひだ状の主面を形成するように前記支持要素上に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする要素。
請求項19
請求項１８に記載の要素において、前記支持要素が不織布、織布、紡糸ウェブ、ウェブおよび／またはグリッド要素を具える積層であって、好適には前記支持要素が、ＰＥＴ、ＥＣＴＦＥ、ＰＡ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ＰＰ、ＰＥ、ｅＰＴＦＥ、ＵＨＭＷＰＥ、およびこれらのうちの１つを含むコポリマといったポリマと；セルロース混合エステル、ポリ塩化ビニルおよび三酢酸セルロースと；セラミックまたはガラス（例えばＡｌ２Ｏ３またはまたはケイ酸）と；このグループのうちの少なくとも２つの要素の組み合わせとからなるグループから選択される材料を具えており、好適には前記支持要素と前記メンブレンとが超音波溶接、接着、熱接着またはレーザー溶接によって互いに接合され、前記メンブレンが、当該メンブレンの少なくとも一面上にラミネート加工された空気透過性の前記支持要素を有しており、好適には空気浸透性の前記支持要素が前記多孔質ポリエチレン製メンブレンの両面上にラミネート加工されることを特徴とする要素。
請求項20
請求項１乃至１７の何れか一項に記載のメンブレンを作成する方法において、・溶媒とポリエチレンとの混合物を任意に更なる成分と共に提供するステップと、・前記混合物からメンブレンを押出加工するステップと、・基礎要素を形成するために前記溶媒を除去するステップと、を具えることを特徴とする方法。
請求項21
請求項２０に記載の方法がさらに、前記メンブレンを形成するために前記基礎要素を面積当たり少なくとも１０倍に延伸するステップであって、好適には機械方向に２乃至１０倍、横断方向に３乃至１０倍に双軸に延伸させるステップを具えており、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が少なくとも２．５倍であり、機械方向の延伸が３０ｍｍ／秒未満の変形速度で実行され、好適には、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が約２５ｍｍ／秒未満の変形速度で実行され、さらに好適には、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が約１５ｍｍ／秒の変形速度で実行され、最適には、７０ｍｍの機械方向の初期寸法に対して、機械方向の延伸が約１０ｍｍ／秒の変形速度で実行されることを特徴とする方法。
請求項22
請求項２０または２１の何れか一項に記載の方法において、前記基礎要素を延伸する前に、蒸発によって前記溶媒が除去されることを特徴とする方法。
請求項23
請求項１乃至１７の何れか一項に記載のメンブレン、または請求項１８または１９に記載の要素の使用法において、ＨＶＡＣユニット内、ＨＥＰＡまたはＵＬＰＡの清浄室のような清浄室、レスピレータ、電気掃除機、空気濾過ユニット、医療機器、気体から粒子を除去する装置、空気濾過の用途、高温での用途、バッグハウスの用途、食品、医療品および医薬品内の粒子の濾過、燃焼工程の粒子の濾過、加工流体の粒子の濾過、金属内の粒子の濾過、セメント内の粒子の濾過であることを特徴とする使用法。
請求項24
請求項１乃至１７の何れか一項に記載のひだ状のメンブレン、または請求項１８または１９に記載の要素と、任意に支持要素および／またはマトリックス要素とを具える空気フィルタパックにおいて、当該空気フィルタパックが１０を越えるＰＦ値を有しており、好適には前記空気フィルタパックのＰＦ値が少なくとも２０であり、最適には前記空気フィルタパックのＰＦ値が少なくとも３０であることを特徴とする空気フィルタパック。