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CN107921343A - 包含纤维素长丝的过滤介质 - Google Patents

包含纤维素长丝的过滤介质 Download PDF

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CN107921343A
CN107921343A CN201680041758.7A CN201680041758A CN107921343A CN 107921343 A CN107921343 A CN 107921343A CN 201680041758 A CN201680041758 A CN 201680041758A CN 107921343 A CN107921343 A CN 107921343A
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CN
China
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filter medium
filter
fiber
cellulosic filaments
basic
Prior art date
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Application number
CN201680041758.7A
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F·德罗雷特
M·A·理卡德
C·鲍查德-奥尔滨
N·佩吉
G·多丽丝
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Fp Institute Of Innovation
FPInnovations
Original Assignee
Fp Institute Of Innovation
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Publication date
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Abstract

本公开涉及包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质。例如，与由基础过滤纤维单独制备的过滤介质相比，纤维素长丝可以提高过滤介质的至少一种机械性能。本公开还涉及用于制备过滤介质的各种方法、用于提高过滤介质的过滤效率的方法、用于提高过滤介质的最低效率报告值(MERV)等级的方法。

Description

包含纤维素长丝的过滤介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月16提交的共同未决的美国临时申请号62/193,141的优先权，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。
公开领域
本公开涉及包含纤维素长丝(CF)的过滤介质。
公开背景
过滤器在各种应用中用于从气体或液体中去除颗粒。过滤器包含过滤介质，过滤介质是执行从气体或液体中去除颗粒的过滤器的一部分。过滤器还可以包括用于物理支撑过滤介质的结构元件，例如框架。
纤维过滤介质包括纤维或纤维材料。纤维可由多种材料制成，包括纤维素、玻璃、碳、陶瓷、二氧化硅和合成聚合物例如尼龙、人造丝、聚烯烃、聚酯、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸和聚酰胺。除纤维之外，纤维状过滤介质通常还包含添加剂例如粘合剂或饱和剂。粘合剂被添加到过滤介质中以将纤维保持在一起并改进过滤介质的结构完整性。粘合剂的实例包括树脂、低玻璃化转变温度乳胶和可以热结合的纤维。在一些应用中，也可以使用饱和剂来浸渍过滤介质。在其他应用中，可以在过滤介质的设计中包括支撑或硬化层，以提高过滤介质的机械性能。
通常根据三个关键属性来描述过滤特性：1)用于从载气或液体捕获不同大小的污染物的过滤效率，其通常作为从载气或液体中去除给定污染物的百分比来测量，2)过滤器对移动气体或液体提供的阻力，其通常作为跨越过滤器的压降来测量，和3)容尘量，其通常作为在给定的最大压降下过滤器可容纳的污染物的量。纤维直径是控制过滤介质的过滤特性的重要因素。一般而言，与包含较大直径纤维的过滤介质相比，包含较小直径纤维的过滤介质具有较高的过滤效率但较低的渗透率。另外，由于其平均孔径小，由细纤维制成的过滤介质趋向于过早堵塞，从而导致较低的容尘量。
为了防止过早堵塞和适应不同的过滤器应用，商业过滤介质通常包含布置在有时为复杂的复合结构(US3201926、US5714076)中的两根或更多根直径的纤维。纤维可以在整个过滤介质中均匀或不均匀地分布。常见的方法是通过将一层或多层粗纤维过滤介质置于较细的纤维上来提供纤维的不均匀分布。例如，较大直径的纤维通常放置在较小直径纤维的上游。这样，较大直径的纤维捕获较大的颗粒并防止它们堵塞下游细纤维层中的孔(US3201926、US5672188、US5714067、US5785725)。来自粗纤维的层也可以为过滤介质提供强度和刚度(US5948344、US7993427)。为了相同的目的，也可以加入粘合剂和饱和剂。
对于过滤工业而言，包含具有几微米或更小直径的纤维的纤维过滤介质由于其捕获细颗粒的能力而受到关注。微米或亚微米直径的纤维可以通过多种方法制造。
熔喷方法使得能够生产直径低至1或2微米的微纤维。虽然包含由熔喷方法制成的纤维的过滤介质具有令人满意的过滤效率，但它们通常较弱且有结构缺陷。
具有小得多的直径的聚合纤维可以通过诸如电纺聚合物溶液的方法来生产。在这种情况下，可以制造直径低于100纳米的纳米纤维。例如，在US2012/0204527A、US8118901、US7318852、US7179317、US6924028和US6743273中，Chung等公开了不同的聚合物共混物，由此可以生产具有改进的物理和化学稳定性的细纤维。该专利申请还涵盖了可以由这些细纤维通过电纺制成的小于1微米厚度的纤维层。精细层可以贴附到提供强度、刚度和可打褶性的基底上，然后用于多层过滤产品。专利US8303693涉及包含至少一个细纤维层和位于细纤维层上游的一个粗纤维层的过滤介质。通过电纺聚合物溶液形成的较细纤维具有100至300纳米的优选直径，并且它们形成的层具有10至1000微米的厚度。精细层还可包含随机放置在细纤维之间的多个基底纳米粒子。在专利申请US2013/0008853中也描述了将颗粒添加到细纤维网中。这些颗粒可以反应、吸收或吸附分散或溶解在流体中的材料。
不同直径的玻璃纤维也用于各种过滤应用中。通过诸如连续拉伸或旋转纺丝等方法生产的较大纤维被用于需要较低过滤效率的应用中，并经常与合成纤维结合使用(US6555489、US7582132和US7608125)。对于要求更高效率的应用，通常使用通过火焰衰减方法产生的细玻璃纤维。这些纤维的直径大小为0.1至5.5微米。通常通过湿法成网或造纸方法形成这些纤维的垫，但是也可以利用气流成网方法(US5785725、EP0878226)来形成这些纤维的垫。经火焰衰减的玻璃纤维通常用于要求非常高的过滤效率的应用中，例如捕获至少99.97％直径为0.3微米的全部尘埃粒子的HEPA过滤器。在HEPA过滤器中使用的玻璃纤维毡有时在非常酸性的条件下形成，以通过酸侵蚀在纤维之间产生一定程度的结合。然而，在许多玻璃纤维介质中，粘合剂被添加到介质的组合物中以将纤维保持在一起。
虽然上述所有细纤维具有明确的直径，但也可以将原纤化纤维添加到过滤介质组合物中。原纤化纤维包含分支成较小直径原纤维的母纤维，其本身可以分支成更多直径更小的原纤维。具有小于1微米、优选小于500nm的原纤维的原纤化纤维由于其优越的过滤能力而受到关注。这样的纤维可以由诸如合成纤维素(莱赛尔纤维)或丙烯酸聚合物的材料制成。尽管这些纤维不具有成键能力，但是原纤维倾向于在纤维之间产生缠结，从而为过滤介质提供一定的强度。在专利US6872311和专利申请US2012/0152859中给出了由细玻璃纤维、原纤化莱赛尔纤维和粘合剂的混合物制成的过滤介质的实例。
当向过滤介质中加入直径小于1微米的非常细的纤维得到具有优异过滤能力的过滤器和由多种材料产生这样的纤维的现存若干不同方法。然而，现有技术都不能产生具有自结合能力的非常细的纤维以使即便在少量添加到过滤组合物中时也能产生具有优异强度的过滤介质。
因此非常希望提供至少部分地解决现有技术的缺点的设备、系统或方法。
发明内容
已经发现，在包含多根基础纤维和不同量的纤维素长丝(CF)的过滤介质中，长丝可基本上有助于过滤效率和机械性能两者。例如，包括薄宽度、带状形态、高长宽比和高氢键合能力的CF的特性可促进在过滤介质内形成多个结构。CF可以假设许多不同的物理形式，所有这些都有助于改变所得过滤介质的性能。CF可以在介质中呈现的形式包含单独的长丝、在其自身中或与基础纤维缠结的长丝、在其自身上或与基础纤维缠绕的长丝、部分聚结的长丝、网状结构和膜状结构。各种形状和大小的这些结构可以改变过滤介质的孔结构和弯曲度及其过滤特性和机械性能。过滤器结构中的长丝之间的氢键合度或聚结度可以通过不同的手段进行调整。这些手段包括改变长丝的量、长丝的类型或等级、向过滤组合物中添加化学添加剂(例如，脱粘剂)和/或改进用于产生过滤介质的方法。用于生产本公开的过滤介质的方法是湿法成网或泡沫形成方法，随后在环境条件下，通过空气干燥、通过加热或在冷冻干燥器中进行干燥。在另一方面，本发明因此提供了用于生产含有纤维素长丝的过滤介质的方法，所述纤维素长丝具有适于特定过滤或其他应用的孔结构。
根据本公开的一个方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约30mgf(毫克力)的Gurley弯曲刚度。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约100mgf(毫克力)的Gurley弯曲刚度。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约0.02kN/m的拉伸强度。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约0.2kN/m的拉伸强度。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述基础过滤纤维和所述纤维素长丝形成基本上不含粘合材料的过滤层。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述基础过滤纤维和所述纤维素长丝形成厚度小于10mm的过滤层。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述基础过滤纤维和所述纤维素长丝形成厚度为约0.005mm至约10mm的过滤层。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与单独使用基础过滤纤维相比提高所述基础过滤纤维的至少一种机械性能的比例相组合。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与单独使用所述基础过滤纤维相比提高所述基础过滤纤维的过滤效率和至少一种机械性能的比例组合。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与单独使用所述基础过滤纤维相比使所述基础过滤纤维的过滤效率提高至少1％和使所述基础过滤纤维的拉伸强度提高至少0.02kN/m的比例相组合。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素与所述基础过滤纤维以适于与包含相同的基础过滤纤维但排除纤维素长丝的存在的过滤介质相比提高所述基础过滤纤维的至少一种机械性能的比例相组合。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与包含相同的基础过滤纤维但排除纤维素长丝的存在的过滤介质相比提高所述基础过滤纤维的过滤效率和至少一种机械性能的比例相组合。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与包含相同的基础过滤纤维但排除纤维素长丝的存在的过滤介质相比使所述基础过滤纤维的过滤效率提高至少1％和使所述基础过滤纤维的拉伸强度提高至少0.02kN/m的比例相组合。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝；
其中，过滤介质具有：
约30至约150g/m2的克重；
至少8的MERV等级；
低于200Pa的压降；
至少0.1kN/m的拉伸强度；和
至少200mgf的弯曲刚度。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝；
其中所述过滤介质具有：
约40至约100g/m2的克重；
至少99％的过滤效率；
低于300Pa的压降；
至少0.1kN/m的拉伸强度；和
至少200mgf的弯曲刚度。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约0.2N·m/g的拉伸指数。
根据本公开的另一方面，提供了一种过滤介质，该过滤介质包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约2N·m/g的拉伸指数。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；和
对所述过滤介质进行干燥，从而导致所述纤维素长丝的氢键合、所述纤维素长丝聚结、所述纤维素长丝之间和/或所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维之间缠结中的至少一种。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；
对所述过滤介质进行干燥；和
通过选择所述纤维素长丝的浓度和所述纤维素长丝的级别中的至少一种来控制所述过滤介质的孔几何形状和/或孔径。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；对所述过滤介质进行干燥；和
通过选择所述纤维素长丝的浓度和所述纤维素长丝的级别中的至少一种和/或通过机械地和/或用化学品预处理所述纤维素长丝以及任选地对所述悬浮液加热、冷冻干燥、溶剂交换或通过添加化学品(例如，脱粘剂)来控制所述纤维素长丝的聚结度。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
将基础过滤纤维和纤维素长丝在稀释悬浮液中组合；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；和
对所述过滤介质进行干燥，从而导致所述纤维素长丝之间和/或所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维之间聚结和缠结中的至少一种。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
将基础过滤纤维和纤维素长丝在稀释悬浮液中组合；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；和
对所述过滤介质进行干燥，从而导致所述纤维素长丝之间和/或所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维之间的氢键合、聚结和缠结中的至少一种。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的在水或其它溶剂中的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；和
通过加热干燥、冷冻干燥、通风干燥或空气干燥来对所述过滤介质进行干燥，从而导致所述纤维素长丝的氢键合、所述纤维素长丝聚结、所述纤维素长丝之间和/或所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维之间缠结中的至少一种。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的包含基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；
通过加热干燥、冷冻干燥、通风干燥或空气干燥来对包含基础过滤纤维和纤维素长丝的所述过滤介质进行干燥，和
通过选择所述纤维素长丝的浓度和所述纤维素长丝的级别中的至少一种来控制过滤介质的孔几何形状和/或孔径。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；
通过加热干燥、冷冻干燥、通风干燥或空气干燥来对包含基础过滤纤维和纤维素长丝的所述过滤介质进行干燥，和
通过选择所述纤维素长丝的浓度和所述纤维素长丝的级别中的至少一种和/或通过机械地和/或用化学品预处理所述纤维素长丝以及任选地对所述悬浮液加热、冷冻干燥、溶剂交换或通过添加化学品脱粘剂来控制所述纤维素长丝的氢键合度和/或聚结度。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经泡沫形成方法排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；和
通过加热干燥、冷冻干燥、通风干燥或空气干燥来对包含基础过滤纤维和纤维素长丝的所述过滤介质进行干燥。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的过滤效率的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于提高包含基础过滤纤维和粘合剂的过滤介质的过滤效率的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分粘合剂或在将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于改进包含基础过滤纤维的过滤介质的机械性能(例如，拉伸强度和/或弯曲刚度)的方法，所述方法包括用于纤维素长丝替换至少一部分基础过滤纤维或将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于改进包含基础过滤纤维和粘合剂的过滤介质的机械性能(例如，拉伸强度和/或弯曲刚度)的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分粘合剂或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的最低效率报告值(MERV)等级的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于提高包含基础过滤纤维和粘合剂的过滤介质的最低效率报告值(MERV)等级的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分粘合剂或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于改进包含基础过滤纤维的过滤介质的机械性能的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中，其中，纤维素长丝使得能够提高过滤介质的弯曲刚度、过滤介质的拉伸强度、过滤介质的最小过滤效率、过滤介质的MERV等级、过滤介质的均匀度、过滤介质的弯曲度或其组合。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于改进包含基础过滤纤维和粘合剂的过滤介质的机械性能的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分粘合剂或将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中，其中纤维素长丝使得能够提高过滤介质的弯曲刚度、过滤介质的拉伸强度、过滤介质的最小过滤效率、过滤介质的MERV等级、过滤介质的均匀度、过滤介质的弯曲度或其组合。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的弯曲度的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于提高包含基础过滤纤维和粘合剂的过滤介质的弯曲度的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分粘合剂或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于改进包含基础过滤纤维的过滤介质的克重均匀度的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于改进包含基础过滤纤维和粘合剂的过滤介质的克重均匀度的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分粘合剂或者将至少一部分纤维素长丝添加到过滤介质中。
根据本公开的另一方面，提供了一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中纤维素长丝在本身中缠结和/或与基础过滤纤维缠结。
根据本公开的另一方面，提供了一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中纤维素长丝在本身中缠绕和/或缠绕在基础纤维周围。
根据本公开的另一方面，提供了一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中纤维素长丝形成部分聚结的结构。
根据本公开的另一个方面，提供了一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中所述纤维素长丝形成与基础过滤纤维缠结的网状或膜状结构。
根据本公开的另一方面，提供了一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中纤维素长丝一般在基础过滤纤维之间形成网状或膜状结构。
根据本公开的另一方面，提供了一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中所述纤维素长丝呈现出不同的物理形式，这有助于改变过滤介质的性能，任选地其中所述物理形式为单独的长丝、在它们自身中和/或与基础纤维缠结的长丝、已经在它们自身周围和/或与基础纤维缠绕的长丝、部分聚结的长丝、网状结构、膜状结构及其组合。
附图说明
以下附图示出非限制性示例，其中：
图1示出了用于制造过滤介质的改进的片材机和充气机：(A)示出用充气机混合的有效性的改进的调型器(deckle)的照片；(B)充气机插入调型器的示意图；(C)示出从图1B中的A：A所见的视图的示意图；和(D)示出从图1B中的B：B所见的视图的示意图；
图2示出纤维素长丝(CF)的扫描电子显微照片：(A)示出CF的带状性质。以2.0μm的比例尺示出；(B)示出CF的长度与宽度的高长宽比。箭头指向单根纤维素长丝的不同部分。以100μm的比例尺示出；
图3示出显示包含CF的过滤介质的部分的扫描电子显微照片：(A)显示了长丝在各玻璃纤维棒周围和之间排列自身的不同方式。以10.0μm的比例尺示出。图像左手侧的箭头指向部分聚结的长丝；顶部的箭头指向膜状结构；图像右手侧顶部的两个箭头指向围绕玻璃纤维缠绕的长丝；图像右手侧底部的三个箭头指向玻璃纤维；(B)示出由部分聚结的纤维素长丝形成的网状结构以及其一些孔的尺寸。以10.0μm的比例尺示出；
图4示出过滤介质的扫描电子显微照片，其显示不同剂量的CF按重量计的孔结构的变化：(A)0％CF；(B)2％CF；(C)5％CF：和(D)10％CF。图4A、4B和4C以100μm的比例尺示出，图4D以200μm的比例尺示出；
图5示出含有(A)0％CF和(B)4％CF的玻璃纤维过滤介质的光学显微照片。(C)和(D)分别示出在图5A和5B的显微照片中检测到的低克重区域。在所有情况下，所示出的总面积为3.5×2.6mm。图5A和5B以1000μm的比例尺示出；
图6示出含有(A)0％CF和(B)4％CF的玻璃纤维过滤介质的扫描图像。(C)和(D)中示出在图6A和6B的扫描图像中检测到的低克重区域。在所有情况下，所示的总面积为145×145mm。图6A和6B中的比例尺示出为30mm；
图7示出空气过滤效率(％)作为针对包含不同量的CF：0％、2％、5％和10％的四种过滤介质测量的尘埃粒子大小(μm)的函数的图。针对由平均直径为5.5μm的玻璃纤维制成的200g/m2过滤介质获得过滤效率曲线，该过滤介质含有所需量的CF。过滤效率和压降(ΔP)以10.5英尺/分钟的流速测量；
图8示出了显示针对具有不同剂量的CF：0％，2％，5％和10％的过滤介质测量的拉伸强度的图。针对由平均直径为5.5μm的玻璃纤维制成的200g/m2过滤介质获得拉伸强度，并且该过滤介质含有所需量的CF；
图9示出了显示针对具有不同剂量的CF：0％，2％，5％和10％的过滤介质的所测量的弯曲刚度的图。针对由平均直径为5.5μm的玻璃纤维制成的200g/m2过滤介质获得Gurley刚度，并且该过滤介质含有所需量的CF；
图10对含有不同量的CF的过滤介质的过滤效率与含有各种粘合剂的过滤介质的过滤效率进行了比较。针对用不同粘合剂制备的100g/m2的各种玻璃纤维过滤介质测量过滤效率曲线。过滤介质由平均直径为5.5μm的玻璃纤维和以下制成：(A)CF、(B)聚乙烯(PE)原纤化纤维、(C)聚乙烯醇(PVOH)纤维、(D)共聚酯/聚酯BCC1(Co-PET/PET)双组分纤维或(E)丙烯酸树脂(AR)。所有图形中都包含使用CF获得的结果以用于比较；
图11示出了显示包含不同量的CF或不同的粘合材料的过滤介质的拉伸强度的图。对由平均直径为5.5μm的玻璃纤维和如在图中所示不同的量的CF、热结合PE纤维、PVOH纤维、热结合Co-PET/PET双组分纤维或丙烯酸树脂制成的100g/m2过滤介质的拉伸强度进行了测量；
图12示出了显示含有不同量的CF或不同粘合材料的过滤介质的弯曲刚度的图。对由平均直径为5.5μm的玻璃纤维和如在图中所示不同的量的CF、热结合PE纤维、PVOH纤维、热结合Co-PET/PET双组分纤维或丙烯酸树脂制成的100g/m2过滤介质的Gurley刚度进行了测量；
图13示出过滤效率(E1)作为拉伸强度(kN/m)的函数的图。100g/m2过滤介质由平均直径为5.5μm的玻璃纤维和如图所示的CF或PE纤维或PVOH纤维或Co-PET/PET双组分纤维或丙烯酸树脂制成；
图14示出干燥方法是如何影响过滤介质的过滤效率的。对于加热干燥和冷冻干燥的100g/m2过滤介质示出了过滤效率曲线的比较。过滤介质由平均直径为5.5μm的玻璃纤维和10％CF的混合物制成。过滤效率和压降(ΔP)以10.5英尺/分钟的流速测量；
图15示出商业湿法成网过滤介质的评级MERV 14的扫描电子显微照片。以100μm的比例尺示出。图像左手侧的箭头指向粘合剂，图像右侧的两个箭头指向玻璃纤维；
图16示出在具有和不具有CF的平均直径为4.0μm的玻璃微纤维制成的图上所示的不同克重的过滤介质的过滤效率曲线。过滤效率和压降(ΔP)以10.5英尺/分钟的流速测量；
图17示出由平均直径为4.0μm的玻璃微纤维制成的100g/m2过滤介质的过滤效率曲线，所述过滤介质含有如图中所示不同量的不同CF。过滤效率和压降(ΔP)以10.5英尺/分钟的流速测量；和
图18示出由玻璃纤维与用CF(CF6)部分替代平均直径为(A)2.7或(B)5.5μm的玻璃微纤维的共混物制成的75g/m2过滤介质的过滤效率曲线。
各种实施方案的描述
以下实施例以非限制性的方式呈现。
除非另有说明，否则本领域技术人员将理解，在该部分和其它部分中描述的定义和实施方案意在适用于其所适用的本文所描述的本公开的所有实施方案和方面。
如在本公开中所使用的，单数形式的“一”、“一个/种/根”和“该”包含复数指称，除非对该内容另有明确说明。
在包含“附加”或“第二”组分的实施方案中，如本文所使用的第二组分不同于其他组分或第一组分。“第三”组分不同于其他组分、第一组分和第二组分，并且进一步列举的或“附加”组分也类似地不同。
在理解本公开的范围时，本文使用的术语“包含”及其派生词旨在是开放式术语，其指定所述特征、元件、组分、组、整体和/或步骤，但是不排除其他未陈述的特征、元件、组分、组、整体和/或步骤的存在。前述内容也适用于具有类似含义的词语，如术语“包含”、“具有”及其派生词。本文使用的术语“由......组成”及其派生词旨在指明所述特征、元件、组分、组、整体和/或步骤的存在的封闭式术语，但排除其他未陈述的特征、元件、部分、组、整体和/或步骤的存在。如本文所用，术语“基本上由......组成”旨在说明所陈述的特征、元件、组分、组、整体和/或步骤以及不实质上影响特征、元件、组分、组、整体和/或步骤的基本性质和新颖性质的那些的存在。
本文所用的诸如“约”和“近似”的程度术语是指所修饰的术语的合理的偏差量，使得最终结果不显著改变。如果这种偏差不否定它所修饰的单词的含义，则这些程度术语应被解释为包括所修饰术语的至少±5％或至少±10％的偏差。
当提及本公开的过滤介质时，本文所用的表述“基本上不含粘合材料”是指包含小于0.5％的粘合材料的过滤介质。例如，介质可包含小于0.25％或小于0.1％的粘合材料。
本文所用的术语“纤维素长丝”或“CF”等是指由纤维素纤维获得并且具有高长宽比和纳米范围内的平均宽度和微米范围或以上的平均长度的丝，所述高长宽比例如至少约200的平均长宽比、例如约200至约1000或约5000的平均长宽比，所述纳米范围内的平均宽度例如约30nm至约500nm的平均宽度，所述微米范围或以上的平均长度例如大于约100μm平均长度，例如平均长度为约200μm至约2mm。CF具有例如约30nm至约50nm或约40nm的平均厚度。这样的纤维素长丝例如可以从仅使用机械装置的方法获得，例如于2012年1月19日提交的美国专利申请公开第2013/0017394号中公开的方法。例如，这种方法生产可以不含化学添加剂并且无需使用例如以至少约20重量％的固体浓度(或稠度)操作的常规高稠度精制机进行衍生化的纤维素长丝。CF制造工艺沿着其长轴剥离纤维，暴露新的羟基并提高可用于氢键合的表面积。这些纤维素长丝例如在适当的混合条件下重新分散在水中或矿物质的含水浆料中。例如，获得纤维素长丝的纤维素纤维可以是但不限于牛皮纸纤维，例如北方漂白针叶木牛皮纸(NBSK)，但是也可以使用其它种类的合适的纤维，本领域技术人员能够进行该选择。
纤维素长丝(CF)是从木材中提取的纤维素的细长纤维，其可以是例如天然丰富的、可回收的、可降解的和/或无毒的生物材料。术语纤维素长丝用来说明CF的独特生产方法使纤维切割最小化并导致高长宽比的事实。纤维素长丝彼此物理分离，并且基本上不含母本纤维素纤维(Cellulose Nanofilaments and Method to Produce Same，CA 2,799,123，Hua，X.等)。纤维素长丝的大规模生产可以通过以高至非常高水平的特定能量使用高稠度精制机而不用的化学物质或酶精制木材或植物纤维来实现。(High Aspect RatioCellulose Nanofilaments and Method for their Production.WO2012/097446，2012，Hua，X.等)。这些纤维素长丝具有优异的增强能力，优于或类似于纤维素微原纤维或纳米原纤维，例如使用其他方法制备的微纤化纤维素(MFC)或纳米纤化纤维素(NFC)，因为它们具有更长的长度和更高的长宽比。该材料以超过20％和高达60％的固体含量生产，并且可以以这种形式使用不透水袋或者作为干燥滚子或者在快速造纸机上制造之后制成的撕碎膜来运输(美国申请号13/105,120)。
如本文所用的关于纤维素长丝的表述“带状”是指例如纤维素长丝的形状，其为长而薄的柔性带的形状。
本文使用的表述“品质因子”或“Q”是指：
其中E是以最大穿透粒度(例如，0.35μm)测量的过滤效率并以百分比表示，ΔP是以特定流速(例如，10.5ft/min)跨越过滤介质测量的以Pa为单位的压降。
本文使用的表述“MERV”或“最低效率报告值”是指由ASHRAE协会提出的测量空气过滤器的过滤效率的度量。
本文所使用的关于过滤器的表述“HEPA”或“高效微粒空气”是指例如设计用于从空气流中截留绝大多数非常小的微粒污染物的过滤器。具体来说，以0.3μm的尘埃粒子尺寸测量的过滤效率必须至少为99.97％。
本文所用的表述“纤维素长丝之间和/或纤维素长丝与基础过滤纤维之间的缠结”是指例如将长丝本身扭曲在一起或啮合和/或将长丝与基础过滤纤维扭曲在一起或啮合。
本文所用的关于纤维素长丝的表述“缠绕在基础过滤纤维周围”是指，例如长、薄、带状和柔性纤维素长丝以其高长宽比盘绕或卷绕较大的基础纤维。
如本文所用，表述“纤维素长丝的部分聚结”是指例如在两根或更多根长丝的一部分长度上形成氢键，使得长丝似乎部分熔合在一起成不同的较大结构。该结构具有与含有单丝或空孔的区域交替的融合区。
本文所用的关于纤维素长丝的表述“网状结构”是指例如由各个长丝段、部分聚结的长丝和其间的开放孔组合形成的互连网络。
本文所用的关于纤维素长丝的表述“膜状结构”是指例如当多根纤维素长丝在大且连续的区域中彼此之间形成氢键时形成的薄、较少开放且几乎封闭的皮肤状结构。
如本文所用，表述“一部分纤维素长丝在它们自身中形成氢键”是指例如一根长丝的一部分与第二长丝的一部分的结合或熔合，所述第二长丝的一部分又可以通过氢键与其它长丝结合。
本文使用的术语“氢键”是指例如在正电性原子(通常为氢)和强电负性原子(例如，氧)之间形成的键。这些键即使比共价键或离子键弱得多，也是造成纸张中纤维素纤维彼此贴附的主要机制。在造纸工艺中干燥纸张时产生氢键。增加可用表面以及由此暴露存在于纤维素纤维中的羟基促进氢键合。
本公开涉及纤维素长丝在用于过滤器的过滤介质中的用途。
本文公开的过滤介质中使用的CF可以来源于木材或其他天然纤维。
根据各种示例性实施方案，该丝可以由木屑、化学品、化学机械或热机械木浆纤维产生。可以将该丝描述为从天然纤维展开或剥离的单独细线。它们基本上不含母体纤维，因为它们通常不与纤维束结合或附着，这意味着它们不被纤维化。
例如，基础过滤纤维和纤维素长丝可以形成厚度为约0.005mm至约10mm的过滤层。
例如，所述过滤介质可具有如下弯曲刚度：至少约30mgf、至少约50mgf、至少约80mgf、至少约100mgf、至少约200mgf、至少约300mgf、至少约400mgf、至少约500mgf、至少约600mgf、至少约700mgf、至少约800mgf、至少约900mgf、至少约1000mgf、至少约2000mgf、至少约3000mgf、至少约4000mgf、至少约5000mgf、至少约6000mgf或至少约7000mgf。
例如，所述过滤介质可具有如下弯曲刚度：约100至约10000mgf、约500至约10000mgf、约1000至约10000mgf，约2000至约8000mgf或约2000至约7500mgf。
例如，基于纤维素长丝和基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质可包含按重量计如下纤维素长丝：至少约0.25％、至少约0.5％、至少约1％、至少约2％、至少约3％、至少约4％、至少约5％、至少约6％、至少约7％、至少约8％、至少约9％或至少约10％的纤维素长丝。
例如，基于纤维素长丝和基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质可包含按重量计如下纤维素长丝：约0.1％至约30％、约0.5％至约30％、约1％至约30％、约0.1％至约20％、约0.5％至约20％、约1至约20％、约0.5％至约15％、约0.5％至约15％、约1％至约15％、约2％至约10％或约2％至约5％。
例如，纤维素长丝可具有约100μm至约2mm的平均长度、约30nm至约500nm的平均直径和/或约200至约1000或约5000的平均长宽比。
例如，所述过滤介质可具有如下拉伸强度：至少约0.02kN/m、至少约0.05kN/m、至少约0.07kN/m、至少约0.1kN/m、至少约0.15kN/m、至少约0.2kN/m、至少约0.4kN/m、至少约0.5kN/m、至少约0.6kN/m、至少约0.8kN/m、至少约1.0kN/m、至少约1.2kN/m、至少约1.4kN/m、至少约2.0kN/m、至少约3.0kN/m或至少约5.0kN/m。
例如，所述过滤介质可具有如下拉伸强度：约0.2kN/m至约2.0kN/m、约0.2kN/m至约1.6kN/m、约0.2kN/m至约1.5kN/m、约0.2kN/m至约1.4kN/m或约0.2kN/m至约1.3kN/m。
例如，所述过滤介质可包含约2重量％至约10重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约0.2kN/m至约4.0kN/m的拉伸强度。例如，所述过滤介质可包含约2重量％至约10重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约0.2kN/m至约2.0kN/m的拉伸强度。例如，所述过滤介质可包含约2重量％至约5重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约0.2kN/m至约0.8kN/m的拉伸强度。例如，所述过滤介质可包含约5重量％至约10重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约0.7kN/m至约1.4kN/m的拉伸强度。例如，所述过滤介质可包含至少约2重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约0.2kN/m的拉伸强度。例如，所述过滤介质可包含至少约1重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约0.2kN/m的拉伸强度。
例如，所述过滤介质的拉伸指数可以为至少约0.2N·m/g、至少约0.5N·m/g、至少约0.7N·m/g、至少约1N·m/g、至少约1.5N·m/g、至少约2N·m/g、至少约4N·m/g、至少约5N·m/g、至少约6N·m/g、至少约8N·m/g、至少约10N·m/g、至少约12N·m/g、至少约14N·m/g、至少约50N·m/g、至少约70N·m/g或至少约100N·m/g。
例如，所述过滤介质的拉伸指数可以为约2N·m/g至约20N·m/g、约2N·m/g至约16N·m/g、约2N·m/g至约15N·m/g、约2N·m/g至约14N·m/g或约2N·m/g至约13N·m/g。
例如，所述过滤介质可包含约2重量％至约10重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约2N·m/g至约20N·m/g的拉伸指数。例如，所述过滤介质可包含约2重量％至约5重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约2N·m/g至约8N·m/g的拉伸指数。例如，所述过滤介质可包含约5重量％至约10重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约7N·m/g至约14N·m/g的拉伸指数。例如，所述过滤介质可包含至少约2重量％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约2N·m/g的拉伸指数。例如，所述过滤介质可包含按重量计至少约1％的纤维素长丝，并且所述过滤介质可具有约2N·m/g的拉伸指数。
例如，过滤介质可以基本上不含粘合材料。
例如，过滤介质可具有在过滤介质的第一表面与过滤介质的第二表面之间以10.5英尺/分钟的流速测量的如下压力差(ΔP)：约1Pa至约700Pa、约1Pa至约400Pa、约10Pa至约400Pa、约10Pa至约300Pa、约1Pa至约200Pa或约20Pa至约200Pa。例如，过滤介质可具有压力在过滤介质的第一表面和过滤介质的第二表面之间以10.5英尺/分钟的流速测量的小于约300Pa或小于约200Pa的压力差(ΔP)。
例如，所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约1％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约10％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约20％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约30％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约40％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约50％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约60％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约70％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约80％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约90％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约95％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约97％的过滤效率、对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约99％的过滤效率、或者对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有至少约99.97％的过滤效率。例如，所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有约50％至约90％的过滤效率。例如，所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有约50％至约80％的过滤效率。例如，所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子可具有约60％至约90％的过滤效率。
例如，基础过滤纤维的第一部分和纤维素长丝的第一部分可形成厚度为至少0.005mm的第一层，基础过滤纤维的第二部分和纤维素长丝的第二部分可以形成厚度为至少0.005mm的第二层。例如，基础过滤纤维的第一部分和纤维素长丝的第一部分可以形成厚度小于10mm的第一层，基础过滤纤维的第二部分和纤维素长丝的第二部分可形成厚度小于10mm的第二层。例如，基础过滤纤维的第一部分和纤维素长丝的第一部分可形成厚度为约0.005mm至约10mm的第一层，并且基础过滤纤维的第二部分和纤维素长丝的第二部分可以形成厚度为约0.005mm至约10mm的第二层。
例如，基础过滤纤维可以选自木纤维、农业纤维、天然纤维、人造纤维和聚合物纤维。例如，基础过滤纤维可选自玻璃纤维、纤维素纤维、碳纤维、陶瓷纤维、二氧化硅纤维、尼龙纤维、人造纤维、聚烯烃纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚芳酰胺纤维、聚酰亚胺纤维和聚乳酸纤维。
例如，基础过滤纤维可以是玻璃纤维或木浆纤维。例如，基础过滤纤维可以选自卷曲纸浆纤维。
例如，基础过滤纤维可以是玻璃纤维。
例如，基础过滤纤维可以是单分散玻璃纤维。例如，基础过滤纤维可以是平均直径为约0.5至约11μm的单分散玻璃纤维。例如，基础过滤纤维可以是平均直径为约4至约8μm的单分散玻璃纤维。例如，基础过滤纤维可以是平均直径为约4至约6μm的单分散玻璃纤维。
例如，基础过滤纤维可以是木浆纤维。
例如，所述过滤介质可具有约30至约150g/m2的克重。例如，所述过滤介质可具有约50至约120g/m2的克重。例如，所述过滤介质可具有约60至约100g/m2的克重。例如，所述过滤介质可具有约40至约100g/m2的克重。例如，所述过滤介质可具有约50至约100g/m2的克重。例如，所述过滤介质可具有约45至约90g/m2的克重。例如，所述过滤介质可具有约50至约75g/m2的克重。
例如，一部分纤维素长丝可以与基础过滤纤维缠结。例如，与基础过滤纤维缠结可包含围绕基础过滤纤维缠绕。
例如，所述过滤介质可具有约0.01至约0.05的品质因子。例如，所述过滤介质可具有约0.005至约0.1的品质因子。
例如，所述过滤介质可具有约0.005至约0.05、约0.01至约0.1或约0.05至约0.1的品质因子。
例如，所述过滤介质可具有至少8、至少10、至少12或至少14的MERV等级。例如，所述过滤介质可具有约8至约14的MERV等级。
例如，所述过滤介质可以是HEPA过滤介质。
例如，纤维素长丝可以形成与基础过滤纤维缠结的网状或膜状结构。
例如，纤维素长丝可以在基础过滤纤维之间形成网状或膜状结构。
例如，一部分纤维素长丝可以与基础过滤纤维缠结。例如，与基础过滤纤维缠结可包含围绕基础过滤纤维缠绕。
例如，一部分纤维素长丝可以局部地聚结，从而形成网状或膜状结构。
例如，一部分纤维素长丝可以在它们自身之间形成氢键。
例如，所述过滤介质可具有足以刻划过滤介质和给所述过滤介质打褶的刚度。
例如，所述过滤介质可以通过湿法成网基础过滤纤维和纤维素长丝而形成。
例如，湿法成网可包括将基础过滤纤维和纤维素长丝悬浮在稀释悬浮液中，并且在悬浮后，通过经形成织物或网状物排出悬浮液并对纤维素长丝进行干燥而形成过滤介质。
例如，湿法成网可包括将基础过滤纤维和纤维素长丝悬浮在稀释悬浮液中，并且在悬浮后，形成和干燥包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质。
例如，所述方法可包括通过加热干燥、冷冻干燥、通风干燥或空气干燥对包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质进行干燥。
例如，湿法成网可包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的在水或其它溶剂中的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液或通过泡沫形成方法来形成所述过滤介质；和
通过加热干燥、冷冻干燥、通风干燥或空气干燥来对包含基础过滤纤维和纤维素长丝的所述过滤介质进行干燥。
例如，纤维素长丝可具有阴离子电荷或阳离子电荷。
例如，纤维素长丝可以是疏水的或亲水的。
例如，在本公开的过滤介质中：
基础过滤纤维的第一部分和纤维素长丝的第一部分可形成第一层，基于纤维素长丝的第一部分和基础过滤纤维的第一部分的总重量，第一部分包含第一重量百分比的纤维素长丝；
基础过滤纤维的第二部分和纤维素长丝的第二部分可形成第二层，基于纤维素长丝的第二部分和基础过滤纤维的第二部分的总重量，第二部分包含第二重量百分比的纤维素长丝；并且
第一百分比和第二百分比可以不同。
例如，在本公开的过滤介质中：
基础过滤纤维的第一部分和纤维素长丝的第一部分可形成第一层，纤维素长丝的第一部分具有第一等级/大小；
基础过滤纤维的第二部分和纤维素长丝的第二部分可形成第二层，纤维素长丝的第二部分具有第二等级/大小；并且
第一等级/大小和第二等级/大小可以不同。
例如，纤维素长丝可以是非原纤化的。
例如，纤维素长丝的剂量可以基于过滤介质的孔径来选择。
例如，可以基于过滤介质的孔径来选择纤维素长丝的至少一个尺寸。
例如，纤维素长丝的剂量可以基于过滤介质中纤维素长丝的氢键合度或过滤介质中纤维素长丝的聚结度来选择。
例如，0.3μm颗粒大小下的过滤效率可以提高约1％至约500％。为了清楚起见，在本公开中意指例如表6中所示的过滤效率的提高，其中，将提供41％捕获效率的0％CF和提供60％捕获效率的5％CF之间的差异视为过滤效率提高了46.3％(而不是19％)。
例如，拉伸强度可以提高约0.02kN/m至约5kN/m。
例如，拉伸指数可以提高约0.2N·m/g至约50N·m/g。
例如，机械性能可选自：弯曲刚度、拉伸强度、耐破指数、拉伸率、脆性及其组合。
例如，MERV等级可以提高至少1的值。
例如，弯曲度因子可以提高至少1的值。
例如，基础过滤纤维和纤维素长丝可以形成基本上不含粘合材料的过滤层。
例如，该方法可包括制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的包含基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液。
例如，纤维素长丝的级别可以通过纤维素长丝生产和起始纤维材料的加工条件来确定。
例如，制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的包含基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液可以在水中或在其它溶剂(例如，有机溶剂)中进行。
例如，制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的包含基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液可包括制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的包含液体、基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液。例如，液体可以是溶剂或水。
以下非限制性实施例是对本申请的说明：
实施例
材料和方法
用于制备过滤介质的方案包括以下几个步骤：由不同配料以不同的总比能量制备CF样品：玻璃微纤维(GMF)样品、卷曲纸浆纤维样品(CPF)、聚乙烯纤维(PEF)、聚乙烯醇纤维(PVOHF)、共聚酯/聚酯BCC1双组分纤维(Co-PET/PET BF)、加入丙烯酸树脂、稠度测量；制备分散的CF、GMF和CPF的单独悬浮液；制备CF或PEF或PVOHF或Co-PET/PET BF和GMF或CPF的分散悬浮液；使用片材机和湿法成网工艺制备过滤介质；压制和干燥过滤介质；在干燥的过滤介质上对丙烯酸树脂进行喷雾，以及活化PEF、Co-PET/PET BF或在高温下固化丙烯酸树脂。在手抄纸或过滤器制作后，对过滤分析方法进行描述。
CF样品：根据WO2012/0974中所述的方法，由北方漂白软木牛皮纸浆(NBSK)、热机械纸浆(TMP)或溶解木材纸浆(DP)生产CF样品。通过在不同的方法条件下使纸浆通过中试精制机来生产不同等级的CF，从而提供具有不同的长度、宽度、厚度和表面积尺寸以及不同的粘合性能的CF样品。通常，如根据PAPTAC标准方法C.4在20g/m2纯CF的手抄纸上测量的那样。表1示出了实施例中使用的不同CF的纤维来源以及由这些不同的CF制成的20g/m2手抄纸的拉伸指数。除非文中或图中另有说明，否则全部实施例中均使用CF4。精制后的最终CF稠度为30％。
表1：由不同级别的100％CF制成的20g/m2手抄纸的拉伸指数。
GMF样品：表2中示出了GMF、Micro-StrandTM玻璃微纤维。
表2：Micro-StrandTM玻璃微纤维鉴定。
Micro-StrandTM 平均纤维直径(μm)
104-475 0.50
106-475 0.65
108A 1.0
110X-481 2.7
112X-475 4.0
CX-475 5.5
而且，在一些情况下，使用了平均直径为10.8微米、长度为1/2英寸的Chop-H117预切纤维玻璃原丝。所用的全部玻璃纤维均来自Johns Manville，Denver，CO。
CPF样品：使用机械处理由北方漂白软木牛皮纸浆生产卷曲纸浆纤维。
PEF样品： EST8是高度原纤化的聚乙烯合成纸浆(MiniFibers，Inc.)。平均纤维长度和直径分别为0.65至1.10mm和5微米。纤维的熔点是135℃。
PVOHF样品：Kuralon PVA纤维VPB 105-2(Engineered Fibers Technology，LLC)由聚乙烯醇制成。平均纤维长度和直径分别为4mm和11微米。纤维在水中的溶解温度为60℃。
Co-PET/PET BF样品：共聚酯/聚酯BCC1双组分纤维(MiniFibers，Inc.)由共聚酯套和聚酯芯的同心组合物构成。该套的熔点为约110℃，该芯的熔点为约250℃。平均纤维长度和丝大小是1/8英寸和2旦尼尔/丝(dpf)。
丙烯酸树脂样品：950L(BASF)是不含乳胶的水基丙烯酸树脂。该树脂在高于150℃的温度下开始交联。
CF分散：根据经改进的PAPTAC标准方法C10使用英国粉碎机分散CF，其中将24g烘干的CF置于2L去离子水中，在80℃下保持15分钟或45,000转。当放置在玻璃容器中或在20g/m2的100％CF膜中时，在CF的0.3％稀释悬浮液中没有看到聚集体或束时CF分散得以被证实。已经表明当CF完全分散时CF膜的拉伸性能处于最佳状态。
GMF分散：根据经改进的PAPTAC标准方法C10使用英国的粉碎机分散小片手工切碎的GMF，其中将24g烘干的微纤维置于2L去离子水中，在20℃下保持30分钟或90,000转。分散后观察到GMF的小团聚是正常的。
CPF分散：根据经改进的PAPTAC标准方法C10使用英国的粉碎机分散CPF，其中将纤维(最大24g，经烘干)置于2L去离子水中，在20℃下保持10分钟或30,000转。
PEF分散体：首先将PEF置于100℃去离子水中以释放单独的纤维。
CF(或PEF或PVOHF或Co-PET/PET BF)和GMF(或CPF)分散：根据经改进的PAPTAC标准方法C10，使用英国的粉碎机将预定体积的分散的CF(或PEF或PVOHF或Co-PET/PET BF)和GMF(或CPF)混合5分钟或15,000转。
通过湿法成网方法制备过滤器：根据经改进的PAPTAC标准方法C.4，由CF(或PEF或PVOHF或Co-PET/PET BF)和GMF(或CPF)制备过滤介质(具有约30至约200g/m2的克重)。图1示出，与PAPTAC方法相比，对手抄纸机进行的改进包括较大直径的调型器(8.8”可容纳18升水)、较大直径的筛网(8.9”外径和8.5”内径)以及引入充气机用于混合调型器中的纤维悬浮液。例如，图1B示出了插入调型器12中的充气器10的示意图。进气口14和16也在附图中标出。
将CF和GMF(或CPF)混合物倒入含有去离子水的半填充调型器中，然后将水体积增至16L，然后通过以2标准立方英尺/分钟的流速注入空气来将悬浮液混合15秒。混合后，经70或150号不锈钢网筛排出悬浮液以形成湿法成网过滤器或手抄纸。为了从不锈钢网筛除去湿手抄纸，使用标准方法中描述的卷布滚子将湿手抄纸轻轻地卷布三次。手抄纸可以经空气干燥、通过加热干燥、通风干燥或通过冷冻干燥过程干燥。如果手抄纸通过加热干燥，则将其置于两张吸墨纸之间，并通过温度设定为85℃的Arkay Dual Dry(150型)干燥器，总共2至4分钟，每次3分钟，这取决于所用的基础纤维的克重和类型。在干燥器中每次通过之后都要更换吸墨纸。如果通过冷冻干燥来干燥过滤器，则将湿手抄片在液氮中浸泡30秒，然后置于冷冻干燥机(VirTis，Freezemobile 12SL)中至少一天。
PEF活化：为了熔化或活化过滤介质中的PEF，将含PEF的手抄纸置于两张Whatman1号滤纸之间，然后沉积在加热到150℃的板上。5分钟后，翻转手抄纸并再加热5分钟。
Co-PET/PET BF活化：为了熔化或活化过滤介质中的Co-PET/PET双组分纤维，将含有Co-PET/PET的手抄纸置于羊皮纸之间，然后放在两张吸墨纸之间，沉积在加热到150℃的板上。将手抄纸加热2.5分钟，翻转再加热2.5分钟。
丙烯酸树脂施加和活化工艺：将丙烯酸树脂作为喷射到由100％玻璃微纤维制成的干燥过滤介质上的稀溶液施加。根据目标剂量调整树脂溶液的浓度：使用1％浓度的溶液在最终的过滤介质中获得剂量为10重量％树脂，并且使用2％浓度的溶液来获得剂量为20重量％的树脂。使用枪(Gravity Feed Porter Cable Spray Gun HVLP)轻轻地将树脂溶液喷射到干燥过滤介质上，直到它们被树脂溶液完全浸泡。然后将过滤介质置于防粘膜上，并在160℃的烘箱中干燥1小时。
过滤介质均匀度的分析：使用2.5X物镜，在透射光明场模式下，用Zeiss AxioImager Z.1显微镜拍摄由含和不含CF的玻璃纤维制成的实验室过滤介质的光学黑白显微照片。另使用ESPON Perfection V800照片扫描仪，以600dpi的分辨率以8位灰度格式扫描过滤介质。使用Image Pro 6.2软件中的阈限程序来检测两组图像中低克重的区域。
其他过滤器分析方法：根据针对纸或过滤产品或者针对测量孔隙率建立的标准方法，对实验室制造的过滤介质或手抄纸进行分析。表3列出了不同的测试方法。
表3：所用的测试方法。
图2A是电子显微照片，其示出CF的带状性质以及它们围绕自身缠绕或缠结的倾向。在过滤介质中，本文所述的各种CF可以与多种基础过滤纤维组合。基础过滤纤维可以是通常用于过滤产品中的纤维，例如植物或木纤维、玻璃纤维、再生纤维素纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维等。基础过滤纤维可以是人造来源或天然来源的。在一个实施方案中，提供玻璃纤维作为基础纤维。在另一个实施方案中，纸浆纤维被提供为基础纤维。
基础过滤纤维的直径与过滤介质中提供的CF的直径相近或基本上大于过滤介质中提供的CF的直径。例如，基础过滤纤维可具有约0.1μm至约100μm的直径。通过组合至少本文公开的CF和基础过滤纤维形成的过滤介质可以用于例如从流经介质的流体捕获颗粒。该流体可以是气体(例如，空气)、或液体(例如，水)、油或燃料。
已经观察到放置在彼此附近的多根CF形成强氢键。这种自结合能力使得CF起到粘合剂的作用，从而将包含在过滤介质中的基础过滤纤维截留获并保持在一起。例如，当由包含CF和基础过滤纤维的稀释悬浮液干燥时，CF在它们自身中形成氢键。
在一些实施例中，由于CF为过滤介质提供了足够的强度，所形成的过滤介质可以基本上不含粘合剂。
可以调节CF的氢键合度。例如，可用于自结合的暴露的氢键的量可以取决于用于丝生产的材料的选择以及丝制备方法参数的选择。
此外，CF可能彼此缠结。虽然不希望受到理论的限制，但缠结可能是由于例如CF的长的长度和/或CF的高的长宽比。虽然不希望受到理论的限制，但缠结也可能是由于CF的高的挠性。图2B示出了长丝的长的长度和高的长宽比。图2B中的箭头指向单根纤维素长丝的不同部分。
CF也可以与较大的基础过滤纤维缠结。虽然不希望受到理论的限制，但缠结还可能是由于CF的长的长度、CF的高的长宽比和/或CF的高的挠性。例如，CF可以围绕较大的基础过滤纤维缠绕。CF围绕基础过滤纤维的缠结和缠绕进一步提高了基础过滤纤维保持在一起。
在基础过滤纤维由纤维素形成的各种示例性实施方案中，CF可进一步与纤维素基过滤纤维形成氢键。
已经观察到，在各种示例性实施方案中，多根CF氢键合和局部聚结形成网状结构或膜状结构(参见图3A)。膜状结构具有较低的厚度，但在其他尺寸上可以相对较大。这些膜状结构可以大大提高流经过滤介质的流体的路径长度。结果，流经过滤介质的流体具有更曲折的路径，从而增加了捕获颗粒的机会。通过使用不同级别的丝，或者通过机械地或者用化学品和可能的加热预处理丝，可以通过调整过滤组合物中的丝的量来控制丝的聚结度。CF的氢键合、CF的缠结和CF的聚结影响所形成的过滤介质的各种性能。受影响的性能包含孔几何形状、孔径、弯曲度、渗透率、过滤效率、容尘量和机械性能如刚度以及湿和干拉伸强度。
现在参照图3A，其中示出了根据一个实施例的玻璃微纤维过滤介质的一部分的电子显微照片。可以理解的是，图3A示出了与CF保持在一起的多根大的基础过滤纤维。CF与较大的基础过滤纤维缠结在一起。图像右手侧最上面的两个箭头指向一些缠绕较大玻璃微纤维的外表面的CF。此外，一些CF在两根或更多根基础过滤纤维之间延伸，由此将基础过滤纤维截留并保持在一起。此外，图3B以及图3A左手侧的箭头示出CF的局部聚结以形成网状结构，并进一步改进了CF的局部聚结以形成网状结构并进一步提高基础过滤纤维的结构键合。该网状结构包含单独的丝区段和部分聚结的丝的组合。由于其非常小的宽度，这些单独的丝区段和部分聚结的丝对过滤介质的整体过滤效率有显著的贡献。图3B示出一个这样的网状结构中的一些孔的尺寸。
由于纤维素长丝具有非常高的长宽比、长的长度和大量的暴露的羟基，因此单丝的不同部分可以在介质中呈现不同的物理形式。一些部分可以缠结和围绕多根基础过滤纤维缠绕，并且一些部分可以与其他纤维部分地聚结以形成网状和膜状结构，所有这些都将有助于过滤介质的性能。
根据用于形成过滤介质的各种示例性方法，可以应用类似于造纸的湿法成网方法。例如，多根基础过滤纤维和多根CF均匀分布并悬浮在稀释的悬浮液中。然后通过经形成织物或网状物排出悬浮液而形成过滤介质。
然后对过滤介质进行干燥，由此在CF和CF的部分聚结之间形成氢键。CF也变得与基础过滤纤维缠结，包括用基础过滤纤维围绕一些CF缠绕。
根据各种示例性实施方案，过滤介质包括由与均匀分布的CF组合的基础过滤纤维形成的一个层。
根据其它示例性实施方案，过滤介质包括多个层，其中第一层中的CF和附加层中的CF具有不同的性能。第一层和附加层中的CF可以在尺寸、剂量和/或级别上变化。例如，第一层对应于过滤介质中的上游层，而附加层对应于过滤介质中的下游层。
例如，过滤介质的孔的几何形状、密度和/或大小可以变化。孔的几何形状、密度和/或大小的变化可能是由于CF的小直径和高的比表面以及其形成氢键的能力。
例如，CF的聚结度和它们的自粘结力可以变化。例如，CF所携带的电荷可以变化。例如，过滤介质的拉伸强度可以变化。例如，过滤介质的过滤效率可以变化。例如，过滤介质的渗透率可以变化。例如，过滤介质的容尘量可以变化。例如，过滤介质中的羧基离子浓度的量可以变化。例如，过滤介质的疏水性或亲水性可以变化。
可以通过控制与基础过滤纤维组合的CF的级别来改变过滤介质的性能。例如，可以控制密度和平均孔径。
可以通过控制与基础过滤纤维组合的CF的剂量来改变过滤介质的性能。例如，基于CF和基础过滤纤维的总重量，可以按CF重量百分比来改变剂量。
可以通过添加CF来降低过滤介质的克重同时以给定的压降达到期望的过滤效率来改变过滤介质的性能。
可以通过控制与基础过滤纤维相组合的CF的尺寸例如长度、宽度、厚度和/或长宽比来改变过滤介质的性能。
可以通过控制基础过滤纤维的尺寸例如长度、直径和/或长宽比来改变过滤介质的性能。
过滤介质的性质将取决于它们的制备方法，例如湿法成网、泡沫形成法或冷冻干燥法。
可以通过添加化学品来改变过滤介质的性能，所述化学品例如将防止CF之间的氢键合的脱粘剂。脱粘剂的实例可包括施胶剂、表面活性剂、木质素、脂肪酸或妥尔油。
除非另外提供，否则在涉及实施例的所有表格和附图中使用CF4。对于20g/m2的纯CF手抄纸，CF4的相关拉伸指数为的115N·m/g。
图4示出过滤介质的电子显微照片，显示出不同剂量的CF按重量计的孔结构的变化。在图4的实施例中，将作为玻璃微纤维的基础过滤纤维与由牛皮纸浆生产的不同剂量的CF混合。在使用改进的手抄纸机制造过滤器之前，用水稀释所得悬浮液。所示出的四个表面显微照片分别对应于包含0重量％、2重量％、5重量％和10重量％CF的过滤介质。
观察到CF提高了过滤介质的比表面积，同时降低了其平均孔径。结果是提高了过滤效率。
与由单独的玻璃纤维制成的介质相比，用CF生产的手抄纸过滤介质显示出改进的形成，即介质平面中更均匀的质量分布。如图5和6所示，在多个长度尺度上观察到这种情况。图5A中所示的光学显微照片对应于由不含CF的玻璃纤维共混物制成的过滤介质，而图5B中所示的过滤介质对应于包含4％CF的相同过滤介质。这两种介质都是以70g/m2的克量制备的。这两张在透射光下拍摄的照片覆盖了约等于9.5平方毫米的面积。未用CF制备的介质显然不如用4％CF制备的介质均匀。尤其是，未用CF制备的介质特征在于存在大量低克重的在显微照片上显示为白色斑点的区域(典型大小在10至50μm之间)。图C和D示出了通过阈限程序检测到的低克重区域。所检测的区域覆盖了未用CF制备的介质的总成像面积的0.7％，和用4％CF制备的介质的总成像面积的仅0.04％。
如图6A和6B所示的扫描图像所示，两种过滤介质之间的均匀度的相同差异在更大的范围内也可以观察到。两幅图中示出的面积大致为21000平方毫米。使用反射光对这些介质进行扫描，使得低克重的区域(通常大小在100至10000μm之间)在图像上表现为较暗的区域。在未用CF制备的介质中检测到的低克重区域(图6C)覆盖了扫描总面积的1.27％，而覆盖了用4％CF制备的介质的扫描区域的仅0.20％(图6D)。
图7示出针对由平均直径为5.5μm的玻璃纤维与不同剂量的CF的组合制成的克重为200g/m2的四种过滤介质所测量的空气过滤效率曲线图。。所测量的剂量分别为0重量％、2重量％、5重量％和10重量％的CF。过滤效率随着CF剂量的提高而提高。实际上，MERV(最低效率报告值)分别从0％CF的10提高到2％、5％和10％CF的11、13和15。效率的提高伴随着对气流阻力的提高。以10.5英尺/分钟的流速跨越过滤器测量的压力差在11至371Pa的范围内，对应于0至10重量％的CF剂量水平。具体而言，在0重量％百分比的CF剂量水平下测量到11Pa的降低；在2重量％的CF剂量水平下测量到22Pa的降低；在5重量％的CF剂量水平下测量到60Pa的降低；以及在10重量％CF的剂量水平下测量到371Pa的降低。在10％的高CF添加时，CF聚结和膜状结构的形成占主导地位，堵塞了过滤孔，并导致过滤介质的弯曲度大幅提高。由于弯曲度的提高，CF和基础纤维的混合物也可用于其他目的，例如，减弱住宅和商业建筑物中墙壁和天花板的声音传播。通过CF聚结闭合过滤器孔也导致过滤器渗透率的大幅下降。
通常，过滤介质对空气通过所提供的阻力应尽可能低。在本文公开的实施例中，通过控制CF之间的结合水平来控制阻力。在高CF含量下，较大的玻璃微纤维不再分离CF并防止自结合。
除了过滤器中的CF剂量之外，自结合的水平还可以随着所用的CF的级别、化学品的使用、脱粘剂和填料添加剂、CF的化学预处理和加热预处理而改变。还可以通过改变用于形成和干燥过滤介质的方法来控制CF的自结合水平。
进一步观察到，CF的添加还影响机械性能，例如拉伸强度和刚度。在要求过滤介质打褶的应用中，刚度是重要的。
包含CF的过滤介质的强度和刚度将取决于CF之间的总粘合面积以及与基础过滤纤维的缠结水平。据观察，强度和刚度随着CF剂量的提高而提高。
图8示出了显示针对图7的四种过滤介质所测量的拉伸强度的图。这些200g/m2的过滤介质具有平均直径为5.5μm的玻璃微纤维与不同剂量的CF相组合的基础过滤纤维。所测得的剂量为0重量％、2重量％、5重量％和10重量％的CF。由玻璃微纤维制成的对照过滤介质(0％CF)具有接近零的非常弱的拉伸强度。这符合预期，因为过滤强度完全来自大的基础过滤纤维的机械缠结。通常，为了抵消这种弱结构，向这样的过滤器中以通常为按重量计3％至25％的较高比例添加诸如乳胶或树脂的粘合剂。出于相同的目的，也可以以相似的比例加入热结合纤维。在一些情况下，还可以在非常酸性的条件下形成玻璃纤维介质，以通过酸侵蚀在纤维之间产生一定水平的结合。尽管粘合剂赋予过滤器所需的机械性能，但通常不会提高过滤特性。
相比之下，以2重量％剂量水平的CF将CF添加到由玻璃微纤维制成的克重为200g/m2的过滤介质中使拉伸强度提高至约0.59kN/m、以5重量％剂量水平的CF提高至约1.7kN/m、以10重量％剂量水平的CF提高至约3.1kN/m。
图9示出了显示克重为200g/m2的具有与不同剂量的CF混合的基础过滤纤维的过滤介质的弯曲刚度的图，所述基础过滤纤维是平均直径为5.5μm的玻璃微纤维，所述CF由牛皮纸浆生产。这四种介质的过滤效率曲线和拉伸强度已经分别在图7和图8中示出。所测得的剂量分别为0重量％、2重量％、5重量％和10重量％CF。
可以理解的是，将2重量％的CF与玻璃微纤维组合足以实现高于2000mgf的刚度值。应当理解的是，使用CF可以提高过滤效率，同时还可以提高机械性能，由此减少或消除需要添加粘合材料。
图10A示出了由平均直径5.5μm的玻璃微纤维和不同量的CF制成的克重为100g/m2的过滤介质的过滤效率曲线。过滤介质的过滤效率随着CF含量的提高而提高，这与图7中所示的200g/m2的结果一致。另外，随着CF剂量0％、2％、5％和10％的提高，MERV等级分别从9提高到10到11，然后提高到14。图10A的过滤效率曲线也显示在图10B、10C、10D和10E中，并与由相同的玻璃纤维但不同的粘合材料的混合物制成的相同克重的过滤介质的过滤效率进行比较。在图10B中，粘合材料是平均直径为5μm的热结合原纤化聚乙烯纤维。在图10C中，粘合材料是平均直径11μm的PVOH纤维。在图10D中，粘合材料是热结合Co-PET/PET双组分纤维。在图10E中，粘合材料是水基丙烯酸树脂。如图10B、10C、10D和10E所示，含CF的过滤介质的过滤效率明显优于含热结合PE或PVOH纤维或Co-PET/PET双组分纤维或丙烯酸树脂的过滤介质的过滤效率。
在图10A-E中示出的针对不同过滤介质测得的压降总结于表4中。从该表中可以看出，针对含有2％CF的过滤介质测得的压降基本上与针对含有各种粘合材料的过滤介质所测量的压降相同。然而，如在图10B、10C、10D和10E中所见，含有2％CF的过滤介质的过滤效率明显优于含有其它粘合材料的过滤介质。
表4还提供了针对不同克重的过滤介质测量的压降：图7中的200g/m2和图10A-D中的100g/m2。即使2％CF的存在也为过滤器提供了足够的强度，以使得能够不仅处理而且还对过滤性能进行测量。另外，含有2％CF的100g/m2过滤介质的压降低于两倍克重的不含CF的过滤介质，而其对亚微米尘埃粒子的过滤效率更高。在每层中具有不同量的CF的分层过滤介质可能很有意思。
表4：以10.5英尺/分钟的流速测量跨越过滤介质的压降(ΔP)。100g/m2和200g/m2过滤介质由平均直径为5.5μm的玻璃微纤维和不同量的CF、PE纤维、PVOH纤维、Co-PET/PET双组分纤维或丙烯酸树脂制成。
---没有样品以200g/m2制备。
针对由玻璃微纤维和不同量的CF、热结合PE纤维、PVOH纤维、热结合Co-PET/PET双组分纤维或丙烯酸树脂制成的100g/m2过滤介质测量的拉伸强度示于图11中。含有CF的过滤介质的拉伸强度明显高于针对含有热结合聚乙烯纤维或热结合Co-PET/PET双组分纤维的过滤介质测量的拉伸强度。特别地，含有2重量％CF的过滤介质比含有多达18％热结合聚乙烯纤维或20％热结合Co-PET/PET双组分纤维的过滤介质更强。含有10％CF的过滤介质也具有比由相同的玻璃微纤维但是含有代替的10％丙烯酸树脂制成的过滤介质更高的拉伸强度。含有10重量％CF的过滤介质的拉伸强度高于含20％丙烯酸树脂的过滤介质的拉伸强度。然而，据观察，其低于含有10重量％的PVOH纤维的过滤介质的拉伸强度。针对图11的所有过滤介质还测量了弯曲刚度，结果如图12所示。含有高达10％CF的过滤介质的弯曲刚度高于含有热结合聚乙烯纤维或热结合Co-PET/PET双组分纤维的弯曲刚度。然而，其低于含有至少10％PVOH纤维或丙烯酸树脂的过滤介质的弯曲刚度。
图13示出了CF与常规粘合剂区别，因为CF改进过滤介质的过滤效率和拉伸强度两者。与图11和12一样，在图13所示的实施例中，克重为100g/m2的介质由平均直径为5.5微米的玻璃微纤维制成。将CF的特性与诸如PVOH纤维、PE纤维、Co-PET-PET双组分纤维和丙烯酸树脂的不同粘合材料的特性进行比较。过滤效率E1对应于在四种不同的气颗粒大小下测量的平均过滤效率：0.35、0.475、0.625和0.85μm。
用于降低过滤介质中的纤维素长丝之间的结合水平的一种方法是在形成和压制步骤之后利用冷冻干燥过程从过滤介质中去除水。具体而言，首先将过滤介质浸入液氮浴中以固化其结构内仍存在的水。然后将过滤介质置于冷冻干燥机中，通过升华去除水分。该过程避免了水从液态干燥时产生的毛细作用力。这些毛细作用力在网络中的纤维之间引起吸引力，并且当纤维由纤维素制成时引起氢键。因此，预期含CF的过滤介质的冷冻干燥以机械强度为代价改进过滤特性。图14对由平均直径为5.5μm的90％玻璃微纤维和10％CF组成的混合物制成的两种过滤介质的过滤特性进行了比较。在这两种情况下的目标克重是100g/m2。一种介质通过加热干燥，而另一种在浸入氮后冷冻干燥。被冷冻干燥的过滤介质具有比通过常规手段生产的过滤介质更高的过滤效率，并且压降也较低，因此具有较高的渗透率。然而，如所预期的那样，如表5所示，通过冷冻干燥生产的过滤器的机械特性不如通过加热干燥的过滤介质的机械特性好。
表5：由平均直径为5.5μm玻璃微纤维制成并含有10％CF的经加热干燥和冷冻干燥的过滤介质的拉伸强度和弯曲刚度。
干燥方法 拉伸强度(kN/m) Gurley刚度(mgf)
加热干燥 1.15 1518
冷冻干燥 0.75 813
尽管前面实施例中的基础纤维全部由玻璃制成，但也可以将CF与由诸如纤维素的其他材料制成的纤维组合使用。下面的表6总结了针对由具有高卷曲指数的CF和NBSK纤维的混合物生产的过滤介质测量的特性。130g/m2的过滤介质含有5重量％或10重量％的CF。该表以0.35μm的尘埃粒子大小和10.5英尺/分钟的流速以及以相同流速测量的压降提供了空气过滤效率。表中还列出了常用于表征油和燃料过滤器的平均流量和最大孔径。表6还示出过滤介质的机械特性和卡尺。
向纤维素纤维中添加10％CF使直径为0.35μm的颗粒的捕获提高一倍以上。添加10重量％的CF还使过滤介质的中等拉伸强度和弯曲刚度分别提高75％和18％，同时将过滤器的厚度减小25％。最后，在最大CF剂量下，通过孔隙率测量得到的平均流量和最大孔径分别减少了78％和71％。
表6：由NBSK卷曲纤维和CF的混合物制成的130g/m2纤维素过滤介质的机械性能和过滤特性。
如此前所讨论的，CF可以由各种纤维来源以及在广泛的制造条件下生产。CF的物理和机械特性将相应地改变，并且其对所添加的过滤介质的特性的影响也将相应地改变。表7中示出的结果说明了这一点。这些实施例中的200g/m2过滤介质全部由90重量％的玻璃微纤维(GMF)与10％的由不同纤维源制成的CF组成的混合物制成。四个级别的CF；CF1-CF4由NBSK生产。CF7由商业溶解纸浆生产，而CF8由热机械纸浆(TMP)生产。CF1到CF4在精制过程中的能量提高，CF1的能量最低。使用前四种CF获得的结果清楚地示出改变精制条件对过滤器的所得性能的影响：给定起始纸浆的能量越高，过滤器的刚度、强度和捕获效率越高，渗透率越低。
表7：由平均直径为5.5μm的玻璃纤维制成并且含有由不同纤维来源产生的10％CF的200g/m2过滤介质的机械性能和过滤特性。
对于纤维来源的影响，表7中的结果示出，对于90重量％的玻璃微纤维和10％的CF的特定组合，用由云杉木屑生产的CF获得的过滤特性略好于用由NBSK纸浆生产的CF3获得的过滤特性。然而，由NBSK制得的CF3对于过滤器的机械性能(例如，拉伸强度和刚度)的影响比由木屑产生的刚度更大。这种趋势与从NBSK产生的纸和由热机械纸浆(TMP)产生的纸相比得到的趋势相似。虽然不希望受理论限制，但NBSK制造的纸或CF具有比TMP更高的机械强度的原因可包括NBSK配料的较长纤维长度和已知防止氢键合的较低量的疏水性提取物例如脂肪酸。
与NBSK或TMP相比，溶解纸浆具有很少或没有与纤维缔合的半纤维素。因此，由溶解纸浆产生的CF并不像NBSK产生的能量稍低的CF2那样强化过滤器的机械性能。半纤维素改进纤维与纤维的结合。使用具有低半纤维素含量的CF可以减少纤维与纤维的结合，并为过滤器赋予较低的压降。来自溶解纸浆的玻璃微纤维和CF的过滤介质具有比用NBSK生产的CF2获得的过滤介质更低的过滤效率但更高的渗透率。
如本文所述，通过将多根基础过滤纤维与多根CF相组合而形成的过滤介质使得过滤介质具有各种有利的性能。虽然不希望受到理论的限制，但这些优点可能部分归因于CF的小的宽度和厚度、CF的高的长宽比、CF的挠性、CF的氢自身键合、CF的缠结和CF的聚结中的一个或更多个。所获得的优点包括通过以下中的一个或更多个：控制CF剂量和等级来控制孔几何形状、孔径、总表面积以导致可靶向的过滤效率；改进的机械性能，例如干燥强度、拉伸强度和刚度；改进的耐操作性，例如刻划和打褶；生产更薄的过滤介质，从而导致过滤器更低的体积和更高的褶皱密度；CF通过自结合和机械缠结保持基础纤维和填料的能力；过滤介质中粘合剂和饱和化学品的减少或消除；添加经化学修饰的CF以赋予诸如阴离子或阳离子CF或疏水性或亲水性CF的特征的可能性。
图15示出评级为MERV 14的商业湿法成网玻璃纤维过滤介质的一部分的电子显微照片。应当理解，图15示出具有一些粘合剂的多根大的和小的玻璃纤维。一般来说，玻璃纤维自身之间会产生机械缠结。这种现象以较小直径的玻璃纤维来加重。但是，与CF不同，玻璃纤维自身之间不形成氢键。因此，通常将粘合剂添加到介质的组合物中以改进其机械完整性。在图15中也可以理解，粘合剂优选位于小直径的玻璃纤维之间，由此减少暴露于空气并且可用于尘埃粒子捕获的纤维表面积的量。因此，添加粘合剂可能会对过滤特性产生负面影响。
图16示出向介质组合物中添加2％CF可将克重降低25％而不影响过滤特性。该特定实施例中的所有介质均由平均直径为4.0μm的玻璃微纤维制成。以100g/m2的克重制备仅由玻璃微纤维制成的介质。以两种不同的克重(100g/m2和75g/m2)分别制备包含2重量％CF的介质。图16示出，在不含CF的情况下制备的100g/m2样品的过滤效率曲线和压降与在75g/m2下以2％CF制备的介质几乎相同。特别地，两种介质的MERV评分均为11。该图中还显示，在100g/m2的克重下，以2％CF制备的介质具有比未用CF制备的相应介质显著更高的过滤效率。
表8中说明了CF添加对机械性能的正面影响。仅由玻璃微纤维制成的100g/m2样品太弱而不能经受测试。相比之下，包含2重量％CF的介质在75g/m2和100g/m2的克重下的拉伸强度分别为0.23和0.34kN/m。在此，如本文讨论的几个先前的实施例中，观察到CF的存在提高了过滤介质的过滤效率和机械性能两者。
表8：由平均直径为4.0μm的玻璃微纤维制成并包含0或2％CF的过滤介质的机械性能。
*不适用；仅由玻璃微纤维制成的过滤介质太脆而无法测试。
如表7中已经示出的，添加到过滤介质中的CF的级别对过滤特性和机械性能都有影响。在图17所示的实施例中，由平均直径为4.0μm的玻璃微纤维和不同量的CF4或CF5制备克重为100g/m2的介质。图17示出，在相同的5％的添加水平下，用CF4或CF5制备的介质具有相似的过滤效率曲线，但用CF5制备的介质具有较低的压降(26相对于34Pa)和较高的品质因子(0.024相对于0.017)(参见表9)。然而，用CF4制备的过滤介质的拉伸强度和弯曲刚度高于用CF5制备的那些。还应当注意的是，用CF5制备的样品的品质因子高于仅由玻璃微纤维制成的介质的品质因子。
表9：由平均直径为4.0μm的玻璃微纤维制成的含有0、2％或5％的不同CF的100g/m2过滤介质的过滤特性和机械性能。
*不适用；仅由玻璃微纤维制成的过滤介质太脆而无法测试。
上述过滤介质由单分散玻璃微纤维制成。相反，商业介质通常由不同直径纤维的共混物制成。例如，从表10中给出的配方生产的实验室原型具有为13的MERV等级。
表10：包含不同直径的玻璃微纤维的过滤介质组合物。
在图18中所示的实施例中，将不同量的CF(CF6)替换成平均直径为2.7μm(A)或5.5μm(B)的玻璃微纤维。在这两种情况下，用CF部分替换玻璃微纤维导致过滤效率的整体提高。特别地，在尘埃粒子大小为0.35μm时测量的过滤效率在4％CF添加水平下超过50％。这意味着特性提高超过30％。添加CF还改进了介质的机械性能，但降低了其渗透率(表11)。再次，未用CF制备的介质太脆，无法承受标准拉伸试验。
表11：由玻璃纤维和CF(CF6)共混物制成的克重为75g/m2的原型介质的压降和机械性能
*不适用；仅由玻璃微纤维制成的过滤介质太脆而无法测试。
全部出版物、专利和专利申请通过引用整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指出通过引用整体并入一样。如果发现本公开中的术语在通过引用并入本文的文献中被不同地定义，则本文提供的定义用作该术语的定义。
尽管特别参照具体实施方案进行了描述，但是应当理解的是，对于本领域技术人员来说，可以对本发明进行许多修改。因此，以上描述和附图应被视为具体示例而非限制。

Claims (135)

1.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝。
2.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与所述基础过滤纤维单独使用相比提高所述基础过滤纤维的至少一种机械性能的比例相组合。
3.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约30mgf(毫克力)的Gurley弯曲刚度。
4.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有至少约0.02kN/m的拉伸强度。
5.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述基础过滤纤维和所述纤维素长丝形成基本上不含粘合材料的过滤层。
6.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述基础过滤纤维和所述纤维素长丝形成厚度小于10mm的过滤层。
7.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与所述基础过滤纤维单独使用相比提高所述基础过滤纤维的过滤效率和至少一种机械性能的比例相组合。
8.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维以适于与所述基础过滤纤维单独使用相比使所述基础过滤纤维的过滤效率提高至少1％和使所述基础过滤纤维的拉伸强度提高至少0.02kN/m的比例相组合。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约100mgf的弯曲刚度。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约300mgf的弯曲刚度。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约500mgf的弯曲刚度。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约700mgf的弯曲刚度。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约1000mgf的弯曲刚度。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约2000mgf的弯曲刚度。
15.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约4000mgf的弯曲刚度。
16.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约6000mgf的弯曲刚度。
17.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约1000至约10000mgf的弯曲刚度。
18.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约2000至约7500mgf的弯曲刚度。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约0.25重量％的纤维素长丝。
20.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约1重量％的纤维素长丝。
21.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约2重量％的纤维素长丝。
22.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约3重量％的纤维素长丝。
23.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约4重量％的纤维素长丝。
24.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约5重量％的纤维素长丝。
25.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约6重量％的纤维素长丝。
26.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约7重量％的纤维素长丝。
27.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约8重量％的纤维素长丝。
28.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约9重量％的纤维素长丝。
29.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含至少约10重量％的纤维素长丝。
30.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约0.5重量％至约30重量％的纤维素长丝。
31.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约2重量％至约10重量％的纤维素长丝。
32.根据权利要求1至18中任一项所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约2重量％至约5重量％的纤维素长丝。
33.根据权利要求1至32中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝具有约100μm至约2mm的平均长度。
34.根据权利要求1至33中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝具有约30nm至约500nm的平均宽度。
35.根据权利要求1至34中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝具有约200至约1000的平均长宽比。
36.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约0.05kN/m的拉伸强度。
37.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约0.07kN/m的拉伸强度。
38.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约0.15kN/m的拉伸强度。
39.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约0.2kN/m的拉伸强度。
40.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约0.4kN/m的拉伸强度。
41.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约0.6kN/m的拉伸强度。
42.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约1.0kN/m的拉伸强度。
43.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少约5.0kN/m的拉伸强度。
44.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约0.2kN/m至约2.0kN/m的拉伸强度。
45.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约0.2kN/m至约1.5kN/m的拉伸强度。
46.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约0.2kN/m至约1.3kN/m的拉伸强度。
47.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质包含约2重量％至约10重量％的纤维素长丝，并且其中所述过滤介质具有约0.2kN/m至约2.0kN/m的拉伸强度。
48.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质包含约2重量％至约5重量％的纤维素长丝，并且其中所述过滤介质具有约0.2kN/m至约0.8kN/m的拉伸强度。
49.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质包含约5重量％至约10重量％的纤维素长丝，并且其中所述过滤介质具有约0.7kN/m至约1.4kN/m的拉伸强度。
50.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质包含至少约2重量％的纤维素长丝，并且其中所述过滤介质具有约0.2kN/m的拉伸强度。
51.根据权利要求1至35中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质包含至少约1重量％的纤维素长丝，并且其中所述过滤介质具有约0.2kN/m的拉伸强度。
52.根据权利要求1至51中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质基本上不含粘合材料。
53.根据权利要求1至52中任一项所述的过滤介质，其中在所述过滤介质的第一表面和所述过滤介质的第二表面之间以10.5英尺/分钟的流速测量的压力差(ΔP)为约1Pa至约700Pa。
54.根据权利要求1至52中任一项所述的过滤介质，其中在所述过滤介质的第一表面和所述过滤介质的第二表面之间以10.5英尺/分钟的流速测量的压力差(ΔP)为约1Pa至约400Pa。
55.根据权利要求1至52中任一项所述的过滤介质，其中在所述过滤介质的第一表面和所述过滤介质的第二表面之间以10.5英尺/分钟的流速测量的压力差(ΔP)为约1Pa至约300Pa。
56.根据权利要求1至52中任一项所述的过滤介质，其中在所述过滤介质的第一表面和所述过滤介质的第二表面之间以10.5英尺/分钟的流速测量的压力差(ΔP)为约1Pa至约200Pa。
57.根据权利要求1至56中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子具有至少约50％的过滤效率。
58.根据权利要求1至56中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子具有至少约60％的过滤效率。
59.根据权利要求1至56中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子具有至少约70％的过滤效率。
60.根据权利要求1至56中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子具有至少约80％的过滤效率。
61.根据权利要求1至56中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子具有至少约90％的过滤效率。
62.根据权利要求1至56中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质对大小为0.3μm的尘埃粒子具有至少约99％的过滤效率。
63.根据权利要求1至62中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维的第一部分和所述纤维素长丝的第一部分形成厚度为0.005mm至约10mm的第一层，并且所述基础过滤纤维的第二部分和所述纤维素长丝的第二部分形成厚度为约0.005mm至约10mm的第二层。
64.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维选自木纤维、农业纤维、天然纤维、人造纤维和聚合物纤维。
65.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维选自玻璃纤维、纤维素纤维、碳纤维、陶瓷纤维、二氧化硅纤维、尼龙纤维、人造丝纤维、聚烯烃纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚芳酰胺纤维、聚酰亚胺纤维和聚乳酸纤维。
66.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维是玻璃纤维或木浆纤维。
67.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维选自卷曲纸浆纤维。
68.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维是玻璃纤维。
69.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维是单分散玻璃纤维。
70.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维是平均直径为约0.5至约11μm的单分散玻璃纤维。
71.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维是平均直径为约4至约8μm的单分散玻璃纤维。
72.根据权利要求1至63中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维是平均直径为约4至约6μm的单分散玻璃纤维。
73.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约30至约150g/m2的克重。
74.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约50至约120g/m2的克重。
75.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约60至约100g/m2的克重。
76.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约40至约100g/m2的克重。
77.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约50至约100g/m2的克重。
78.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约45至约90g/m2的克重。
79.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约50g/m2至约75g/m2的克重。
80.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约0.01至约0.05的品质因子。
81.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约0.005至约0.1的品质因子。
82.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少8的MERV等级。
83.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少10的MERV等级。
84.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少12的MERV等级。
85.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有至少14的MERV等级。
86.根据权利要求1至72中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有约8至约14的MERV等级。
87.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有：
约30至约150g/m2的克重；
至少8的MERV等级；
低于200Pa的压降；
至少0.1kN/m的拉伸强度；和
至少200mgf的弯曲刚度。
88.一种过滤介质，包含：
基础过滤纤维；和
纤维素长丝，
其中所述过滤介质具有：
约40至约100g/m2的克重；
至少99％的过滤效率，
低于300Pa的压降；
至少0.1kN/m的拉伸强度；和
至少200mgf的弯曲刚度。
89.根据权利要求1至88中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质是HEPA过滤介质。
90.根据权利要求1至89中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝的一部分与所述基础过滤纤维缠结。
91.根据权利要求90所述的过滤介质，其中与所述基础过滤纤维缠结包括在所述基础过滤纤维周围缠绕。
92.根据权利要求1至91中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝的一部分局部聚结，从而形成网状或膜状结构。
93.根据权利要求1至92中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝的一部分在它们自身中形成氢键。
94.根据权利要求1至93中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质具有足以刻划所述过滤介质和给所述过滤介质打褶的刚度。
95.根据权利要求1至94中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质由湿法成网所述基础过滤纤维和所述纤维丝而形成。
96.根据权利要求95所述的过滤介质，其中所述湿法成网包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的在水或其它溶剂中的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液或通过泡沫形成方法来形成所述过滤介质；和
通过加热干燥、冷冻干燥、通风干燥或空气干燥来对包含基础过滤纤维和纤维素长丝的所述过滤介质进行干燥。
97.根据权利要求1至96中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝具有阴离子电荷或阳离子电荷。
98.根据权利要求1至97中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝是疏水的或亲水的。
99.根据权利要求1至98中任一项所述的过滤介质，
其中所述基础过滤纤维的第一部分和所述纤维素长丝的第一部分形成第一层，基于所述纤维素长丝的第一部分和所述基础过滤纤维的第一部分的总重量，所述第一部分包含第一重量百分比的纤维素长丝；
其中所述基础过滤纤维的第二部分和所述纤维素长丝的第二部分形成第二层，基于所述纤维素长丝的第二部分和所述基础过滤纤维的第二部分的总重量，所述第二部分包含第二重量百分比的纤维素长丝；并且
其中所述第一百分比与所述第二百分比不同。
100.根据权利要求1至99中任一项所述的过滤介质，
其中所述基础过滤纤维的第一部分和所述纤维素长丝的第一部分形成第一层，所述纤维素长丝的第一部分具有第一级别/大小；
其中所述基础过滤纤维的第二部分和所述纤维素长丝的第二部分形成第二层，所述纤维素长丝的第二部分具有第二级别/大小；并且
其中所述第一等级与所述第二等级不同。
101.根据权利要求1至100中任一项所述的过滤介质，其中所述纤维素长丝是未原纤化的。
102.一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；和
对所述过滤介质进行干燥，从而导致所述纤维素长丝的氢键合、所述纤维素长丝聚结、所述纤维素长丝之间和/或所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维之间缠结中的至少一种。
103.一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；
对所述过滤介质进行干燥；和
通过选择所述纤维素长丝的浓度和所述纤维素长丝的级别中的至少一种来控制所述过滤介质的孔几何形状和/或孔径。
104.一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
制备浓度为约0.05g/L至约1.0g/L的含有基础过滤纤维和纤维素长丝的悬浮液；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；对所述过滤介质进行干燥；和
通过选择所述纤维素长丝的浓度和所述纤维素长丝的级别中的至少一种和/或通过机械地和/或用化学品预处理所述纤维素长丝以及任选地对所述悬浮液加热、冷冻干燥、溶剂交换或通过添加化学品(例如，脱粘剂)来控制所述纤维素长丝的聚结度。
105.一种用于制备过滤介质的方法，所述方法包括：
将基础过滤纤维和纤维素长丝在稀悬浮液中组合；
通过经形成织物或网状物排出所述悬浮液来形成所述过滤介质；和
干燥所述过滤介质，从而导致所述纤维素长丝之间和/或所述纤维素长丝与所述基础过滤纤维之间聚结和缠结中的至少一种。
106.根据权利要求102至105中任一项所述的方法，其中基于所述过滤介质的孔径来选择所述纤维素长丝的用量。
107.根据权利要求102至105中任一项所述的方法，其中基于所述过滤介质的孔径来选择所述纤维素长丝的至少一个尺寸。
108.根据权利要求102至105中任一项所述的方法，其中基于所述纤维素长丝在所述过滤介质中的氢键合度或所述纤维素长丝在所述过滤介质中的聚结度来选择所述纤维素长丝的用量。
109.一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的过滤效率的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到所述过滤介质中。
110.根据权利要求109所述的方法，其中在0.3μm粒径时的所述过滤效率提高约1％至约500％。
111.一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的机械性能的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到所述过滤介质中。
112.根据权利要求111所述的方法，其中拉伸强度提高了约0.02kN/m至约5.0kN/m。
113.根据权利要求111所述的方法，其中所述机械性能选自弯曲刚度、拉伸强度、耐破指数、拉伸率、脆性及其组合。
114.一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的最低效率报告值(MERV)等级的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到所述过滤介质中。
115.根据权利要求114所述的方法，其中所述MERV等级提高了至少1的值。
116.一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的弯曲度的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到所述过滤介质中。
117.根据权利要求116所述的方法，其中所述弯曲度因子提高了至少1的值。
118.一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的机械性能的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到所述过滤介质中，其中所述纤维素长丝使得提高所述过滤介质的弯曲刚度、所述过滤介质的拉伸强度、所述过滤介质的最低过滤效率、所述过滤介质的MERV等级、所述过滤介质的均匀度、所述过滤介质的弯曲度或其组合。
119.一种用于提高包含基础过滤纤维的过滤介质的克重均匀度的方法，所述方法包括用纤维素长丝替换至少一部分所述基础过滤纤维或者将至少一部分纤维素长丝添加到所述过滤介质中。
120.根据权利要求102至119中任一项所述的方法，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约0.1重量％至约30重量％的纤维素长丝。
121.根据权利要求102至119中任一项所述的方法，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约0.5重量％至约30重量％的纤维素长丝。
122.根据权利要求102至119中任一项所述的方法，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约1重量％至约30重量％的纤维素长丝。
123.根据权利要求102至119中任一项所述的方法，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约1重量％至约15重量％的纤维素长丝。
124.根据权利要求102至119中任一项所述的方法，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约1重量％至约10重量％的纤维素长丝。
125.根据权利要求102至119中任一项所述的方法，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约2重量％至约10重量％的纤维素长丝。
126.根据权利要求102至125中任一项所述的方法，其中所述基础过滤纤维和所述纤维素长丝形成基本上不含粘合材料的过滤层。
127.一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中所述纤维素长丝形成与所述基础过滤纤维缠结的网状或膜状结构。
128.一种包含基础过滤纤维和纤维素长丝的过滤介质，其中所述纤维素长丝通常在所述基础过滤纤维之间形成网状或膜状结构。
129.根据权利要求127或128所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约0.1重量％至约30重量％的纤维素长丝。
130.根据权利要求127或128所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约0.5重量％至约30重量％的纤维素长丝。
131.根据权利要求127或128所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约1重量％至约20重量％的纤维素长丝。
132.根据权利要求127或128所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约1重量％至约15重量％的纤维素长丝。
133.根据权利要求127或128所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约1重量％至约10重量％的纤维素长丝。
134.根据权利要求127或128所述的过滤介质，其中基于所述纤维素长丝和所述基础过滤纤维的总重量，所述过滤介质包含约2重量％至约10重量％的纤维素长丝。
135.根据权利要求127至134中任一项所述的过滤介质，其中所述基础过滤纤维和所述纤维素长丝形成基本上不含粘合材料的过滤层。
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