過濾器的化學升級的製作方法
2023-08-05 06:41:21
專利名稱：過濾器的化學升級的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣體過濾器，更具體地說涉及用於提高過濾器(例如在空調系統中用於過濾氣流中的灰塵和類似的顆粒物的過濾器)的效率的方法和組合物。
本發明是在研究空調(包括空氣加熱和空氣冷卻)系統過濾器工作情況時發現的，因此這裡的描述與該用途相關，但是，本發明還可應用於過濾氣體而不只是過濾空氣的過濾器，這種過濾器也不局限於用於空調系統中(例如還可以用於工業過濾系統，如用於清潔房間、爐子、氣體純化、汽車以及其它發動機的空氣進口過濾器等)。
背景技術：
辦公室、住宅和衛生保健大樓通常採用的空調系統中的過濾器一般都是以非織造纖維織物作為介質的，這種纖維織物是由例如聚酯、纖維素或玻璃纖維做成的，並設計成使得氣流通過介質時能把空氣中攜帶的顆粒過濾掉。在使用中，顆粒物從氣流中濾出時堵塞在過濾器表面和纖維織物的孔隙中，因此，過濾器對氣流的阻礙性逐漸增大。最後，當空氣的阻礙作用變得非常大時，只能將過濾器取出清洗或者更換。
從勞動力成本和系統停用時間兩方面考慮，清洗過濾器既耗費成本又不方便。而且，由於細菌和真菌在濾出物上繁殖可能帶來的感染也會是一個危害。一般來說，更換過濾器的費用很高。因此，只要能夠維持循環空氣流經過濾器時的能量消耗在規定範圍內，就儘可能地延長過濾器更換和/或維護保養服務的時間間隔。
一般根據一些參數如纖維類型、纖維直徑、纖維織物的厚度、織物的密度/孔隙度、構造以及其它物理和機械性能來設計過濾器的結構，從而使得過濾器能夠有效地將一定尺寸的顆粒過濾掉，但同時又不過度阻礙氣流，而且過濾器不會很快而是很慢地被阻塞。這些相互衝突的需求通過在物理和機械參數之間進行調整，以提供具有特定「效率」的過濾器結構而得以解決。
通常在標準測試條件下測試給定尺寸(或尺寸分布)和給定氣流的顆粒保留率來為過濾器「定級」。生產不同等級的過濾器來滿足不同空調設備的特定要求，會大大增加過濾器的生產和多貨種造成的成本。在澳大利亞可應用的過濾器等級有G1、G2、G3、G4、F4、F5、F6、F7、F8、F9。這是根據過濾效率的上升而排列的。這樣，F9就等效於高效微粒空氣過濾器(可以過濾到0.2微米以下)，而G1則可以將粗顆粒(pigeons)濾出。這些過濾器等級在澳大利亞標準AS 1324.1中有更具體的定義。
通過化學處理可以提高一個給定過濾器結構的過濾效率，本發明就是源於這個意外的發現，由此可以使處理前具有G3級別的過濾器升級到G4或者更好的級別。進行化學處理的費用遠遠低於生產較高級別的過濾器額外需要的費用。例如，把G3級別的過濾器通過化學處理升級到G4所需費用低於根據它們傳統的結構G4級過濾器與G3級過濾器相比所需的額外費用。而且本發明的優選實施方案可以減少過濾器的種類，因為許多不同級別的過濾器是基於同一機械結構的，只要改變對這種結構進行化學處理的水平和/或種類就可達到不同的「等級」。
本說明書中對上述現有技術的討論不應被認為是承認這些現有技術在該領域中是廣為人知的或形成一部分普通常識。
因此，本發明的一個目的是提供一種改進的過濾器和/或提供一種通過相對簡單的途徑以提高現存過濾器效率的方法。
本發明優選實施方案的一個目的是通過簡單的化學處理使得給定結構的過濾器提高一個或更多個等級。
本發明的簡要描述第一方面，本發明提供了一種經溼潤劑處理的過濾器。
在本發明的優選實施方案中，用溼潤劑和表面活性劑來處理過濾器。更優選的是，該處理還包括使用水溶性的流變改性劑和/或增粘劑，流變改性劑可以改變通過溼潤劑而吸附在過濾器上的水的粘度，增粘劑可以提高在過濾器上的粘結性能。
第二方面，本發明提供了一種適用於過濾器的組合物，該組合物包括一種溼潤劑和一種表面活性劑。
更為理想的是，該組合物還包括一種或多種流變添加劑或增粘劑。
第三方面，本發明提供了一種使過濾器「升級」(如本文中所定義)的方法，該方法包括採用上述第一，第二方面提到的組合物處理過濾器的步驟。
文中「升級」是指提高既定結構的過濾器的性能，該性能是採用AS1324.2所描述的方法測定的，該方法是對空調系統有關的空氣過濾進行定級時所採用的。
第四方面，本發明提供了一種過濾氣體的方法，該方法包括採用上述第一或第二方面所述的組合物處理過濾器，從而使過濾器效率升級的步驟。
本發明的最佳模式現僅通過舉例的方式來描述本發明的各種不同的具體實施方案。
實施例1本發明的第一種組合物包括氯化鈣(溼潤劑) 5％-25％％Fluorad FC 129(注釋1) 0.01％Kathon 886 MW(注釋2) 0.19％水 83.80％注1Fluorad是一種含氟的表面活性劑，可以從3M公司獲得。
注2Kathon 886MW是一種防腐劑，可從RohmHaas公司獲得。
實施例2優選的處理液配方如下氯化鈣(溼潤劑) 14-18％Kathon 886 MW(生物抑制劑) 0.19％Fluorad FC129(表面活性劑) 0.01％乙烯醚/馬來酐 0.85％水qs 100％實施例3在本實施例中，製備了一種空調過濾器，此過濾器根據澳大利亞標準定為「F5」級。過濾器由針刺非織造聚酯纖維織物組成，其總表面積約為3.5平方米，過濾器的厚度為10-12毫米，密度為280-300克/平方米(gsm)，纖維直徑範圍一般在6~15旦。
用實施例2所述的溶液噴射到一些過濾器上，處理液噴射量大約為每平方米230毫升。用幹空氣乾燥處理過的過濾器。當然，也可以用浸塗或任何其它便利的方法來塗布過濾器，然後用加熱、減壓或者其它合適的方法或者多種方法聯用進行乾燥。將乾燥後的過濾器置於一密閉容器中，如密閉的塑膠袋，以待使用。要使用過濾器時，從密閉容器中取出，放置在空調系統內的操作位置。
將一些同一批過濾器不作處理，作為對照。
然後按AS1324.2方法，對處理過的和未處理的對照過濾器進行定級。使用這種方法測試時，未處理的對照過濾器定級為「F5」，而化學處理後的過濾器定級在「F6」以上。
優選的處理液(實施例2)是強吸溼性的，使用時吸收流經過濾器的空氣中的水分而變為液體並潤溼過濾器。這種液體穿透過濾器，潤溼纖維。纖維的潤溼又由於在處理液中加入了表面活性劑而得到加強，由於低表面張力，表面活性劑確保處理液穿透空氣流。液體還遷移到並透過濾出物，集結在過濾器上和過濾器中。
本發明者不受理論的束縛，認為過濾器性能的改善與溼過濾器俘獲灰塵顆粒的能力有關，由於潤溼作用，能濾掉比過濾器所定級別更小的顆粒。這些顆粒通常大致上以高速通過纖維基體時，從纖維上彈回，直到它們在兩根或更多根交錯纖維所限制的截面被俘獲。因此，該截面積小於灰塵顆粒。在被溼潤劑所潤溼的過濾器中，灰塵顆粒衝進被許多原子層厚的水所覆蓋的纖維中，並由於表面張力而保持在纖維上。另外，本發明者還觀察到在基體中纖維相接觸的地方，表面張力/毛細作用造成溼潤劑溶液集積，並且，灰塵顆粒遇到了更大量的溶液，此時，它們由於表面張力而不是由於物理尺寸而被俘獲。由纖維基體所引起的物理阻隔作用在俘獲較大顆粒的能力上沒有發生變化。因此，與「未溼潤」的過濾器相比，「溼潤過的」過濾器俘獲顆粒的能力有較大提高。
理想的是將一種或多種流變添加劑(如粘度改性劑、凝膠劑、觸變劑等)加入處理液中。這些添加劑的加入能控制溶液粘度，防止細液滴由於空氣的劇烈運動而被吹離過濾器，使溶液保持在過濾器上。可根據使用條件來選擇流變添加劑的種類和用量。加入增粘劑能增加溶液的粘度，使顆粒粘著在過濾器或聚積的濾出物上，進一步提高了過濾器的級別。
本發明中優選使用的溼潤劑是氯化鈣。其它溼潤劑的實例包括(但不限於)丙三醇、山梨醇、乙二醇、PEG、丙二醇、1，3-丁二醇、PCA(2-吡咯烷酮-5-羧酸)、硫酸鈉、氫氧化鈉、乳酸及其衍生物、氯化鈉等等。本領域的技術人員在本文所揭示內容的基礎上都能容易地根據過濾器和系統的組成來選擇合適的溼潤劑。某些溼潤劑也可用作表面活性劑，如二辛基磺基丁二酸鈉。
本發明優選使用的一類表面活性劑是含氟表面活性劑，如Fluorad FC129。這些表面活性劑之所以優選是因為它們具有很強的降低表面張力的能力。當然，也可以使用其它的表面活性劑。僅舉例來說，表面活性劑可以是非離子型的(如乙氧基化合物、丙氧基化合物和兩者的嵌段共聚物)、陰離子型的(如十二烷基苯磺酸鈉、二辛基磺基丁二酸鈉、有機乙氧基或丙氧基的磺酸鈉或硫酸鈉鹽)、陽離子表面活性劑(如十六烷三甲基氯化銨或有機仲、叔或季胺)，或者是兩性的表面活性劑(如醯胺基亞丙基甜菜鹼(cocami dopropylenebetaine))。
可以使用的流變劑有羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮及其共聚物、羥丙基瓜耳膠、黃原膠、脫乙醯殼聚糖、丙烯酸類共聚物、聚丙烯酸類聚合物(carbopols)等等。當然，許多其它的水溶性聚合物也同樣可以使用。可根據本文所述選擇種類和含量。
其它活性成分也可以加入所述用於滲透濾出物的配方中，例如阻燃劑、氣流促進劑或減粘劑、除臭劑等等。也可根據我們同一天的專利申請，在配方中加入生物殺傷或抑制劑等，該專利申請文獻在此引為參考。
雖然在實施例中所用的加到過濾器上的組合物為水溶液或懸浮液，但是也可將溼潤劑和生物抑制劑等作為固體或者形成非水相溶劑加到過濾器上，這樣的組合物也在本發明的範圍內。
應該理解，本發明的組合物可加到任何材料的過濾器上。已對聚丙烯、粘膠、人造絲、纖維素和玻纖的過濾器進行了測試。然而，這裡所描述的操作原理也適用於其它材料或其它結構的過濾器(如機織、非織造、紡粘、熔噴、迭層等)。
雖然通過一些具體的實例對本發明進行了描述，本領域的技術人員都知道，本發明也可表示為其他的形式而不脫離本文所揭示的發明概念的範疇。
權利要求
1.一種經溼潤劑處理的過濾器。
2.如權利要求1所述的過濾器，其特徵在於所述過濾器還經過溼潤劑與表面活性劑一起處理。
3.按權利要求1或2所述的過濾器，其特徵在於所述過濾器還經過一種水溶性流變改性劑處理，所述流變改性劑用來改變通過溼潤劑而吸附在過濾器上的水的粘度。
4.如上述任一項權利要求所述的過濾器，其特徵在於所述過濾器還經過增粘劑處理，以提高過濾器上的粘度。
5.適合於加到過濾器上的組合物，包括一種溼潤劑和一種表面活性劑。
6.按權利要求5所述的組合物，其特徵在於所述組合物還包括一種或一種以上的流變添加劑或增粘劑。
7.如權利要求5或6所述的組合物，其特徵在於所述溼潤劑選自氯化鈣、丙三醇、山梨醇、乙二醇、PEG、丙二醇、1，3-丁二醇，PCA(2-吡咯烷酮-5-羧酸)、硫酸鈉、氫氧化鈉、乳酸及其衍生物，氯化鈉、二辛基磺基丁二酸鈉。
8.如權利要求5至7中任一項所述的組合物，其特徵在於所述溼潤劑是氯化鈣。
9.如權利要求5至8中任一項所述的組合物，其特徵在於所述表面活性劑是含氟表面活性劑。
10.如權利要求5至9中任一項所述的組合物，其特徵在於所述流變改性劑是一種或一種以上選自下列的化合物羥甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮及其共聚物、羥丙基瓜耳膠、黃原膠、脫乙醯甲殼質、丙烯酸類共聚物、聚丙烯酸類聚合物、水溶性聚合物和水溶性共聚物。
11.如權利要求5至10中任一項所述的組合物，其特徵在於所述流變添加劑是乙烯醚/馬來酐共聚物。
12.一種過濾器，所述過濾器經權利要求5至10中任一項所述的組合物進行處理。
13.如權利要求12所述的過濾器，其特徵在於所述過濾器由選自聚丙烯、粘膠絲、人造絲、纖維素和玻璃纖維的纖維組成。
14.使過濾器「升級」(如本文中所定義)的方法，包括用權利要求5至11中任一項所述的組合物處理過濾器的步驟。
15.一種氣體過濾的方法，包括將待過濾氣體通過一個過濾器，所述過濾器經權利要求5至11中任一項所述的組合物處理，過濾器的過濾效率得到升級。
16.一種基本上按本文中任一個實施例所述的過濾器。
全文摘要
本發明提供了一種經溼潤劑處理的過濾器，溼潤劑可與表面活性劑組合使用。處理時，也可以加入水溶性流變改性劑以改變通過溼潤劑而加到過濾器上的水的粘性。還可以加入增粘劑。本發明還提供了適用於處理過濾器的組合物。本發明提供了一種通過用所述組合物進行處理，從而使過濾器「升級」的方法。
文檔編號B01D27/06GK1420977SQ01807478
公開日2003年5月28日 申請日期2001年3月27日 優先權日2000年3月29日
發明者S·克裡茲爾 申請人:新藥研究(澳大利亞)有限公司