CN109414634A

CN109414634A - 过滤介质、制造过滤介质的方法及其用途

Info

Publication number: CN109414634A
Application number: CN201780026610.0A
Authority: CN
Inventors: J.考科帕西; A.维斯卡瑞
Original assignee: Ahlstrom - Minsk Co
Current assignee: Ahlstrom - Minsk Co
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2019-03-01
Also published as: EP3448540A1; EP3448540B1; WO2017187021A1; US20190126176A1; US11273399B2

Abstract

一种过滤介质，包括：第一导电纤维状基底；与所述第一导电基底间隔开的第二导电纤维状基底；以及配合在所述第一基底与所述第二基底之间的第三绝缘基底，用于使所述第一导电基底与所述第二导电基底电气分离。所述第一导电纤维状基底包括：具有第一纤维的第一层，所述第一纤维具有第一平均直径；具有第二纤维的第二层，所述第二纤维具有第二平均直径；以及具有第三纤维的第三层，所述第三纤维具有第三平均直径。所述第二层包括活性碳，所述活性碳的量足以使所述第一纤维状基底变得导电。本介质可以用于电气化过滤器中，用于客车和其它车辆的车厢空气过滤。其还可以用于室内空气的HVAC过滤，并且用于便携式空气净化单元中并且甚至用于真空清洁器中。

Description

过滤介质、制造过滤介质的方法及其用途

技术领域

本发明涉及过滤介质及其用途。尤其，本发明涉及一种适用于电气化过滤器中的过滤介质。本发明还涉及生产所述介质的方法，并且涉及尤其用于净化空气的所述介质的用途。

背景技术

存在许多用于使颗粒（例如灰尘颗粒）与空气分离的已知过滤器。机械过滤器和带电过滤器（驻极体，electret）这两者都在使用。

与机械过滤器相关联的一个问题在于，为了针对亚微米大小的颗粒达到高效率，压降会变得极高。

在带电空气过滤器中，通过将电压引导到过滤器中、由此所形成的电场将带电灰尘颗粒引导到过滤材料中来增强过滤效率。带电过滤器通常在非导电过滤器的两侧上适当设置有两个导电金属网或板，从而形成过滤组件。所述金属网或板连接到电压源，通过所述电压源，可以对过滤组件充电。

对于驻极体，一个问题在于，电荷对湿度、温度变化和过滤器受到污染敏感。因此，当失去电荷时，也失去效率。

在本技术中建议其中导电板集成到过滤器中的各种经改进的过滤器构造。JP5067084 B2公开包括电离上游和过滤介质片材的过滤系统。过滤介质由半导电过滤介质片材上的导电活性碳组成。

WO2007/135232A1公开了一种多层过滤结构，其具有纤维状隔离层和两个表面层，所述表面层由用导电聚合物处理的纤维状支撑基质形成，使得其变得导电。纤维状支撑基质可以是天然纤维、玻璃纤维或者织造或非织造织物；纤维状隔离层是纤维素层。WO2007/135232A1教导了可以通过在引导空气流通过过滤材料之前使用（例如）电晕线来为待与空气分离的颗粒提供电荷以便实现颗粒分离效率的增加。

进一步技术由US 7,513,933 B2、US 5,403,383A、US 7,717,986 B2、WO 9822222A1、GB 2329598 A和CN 102225281表示。

与常规金属网或板相比，用导电聚合物处理的纤维状支撑基质通常在过滤期间引起更大压力损失。

在JP 5067084 B2和WO2007/135232中公开的过滤器的另外的缺点在于，为了实现颗粒与空气的有效分离而使用的电离涉及臭氧的产生，臭氧是需要从过滤的流出物中移除的有害气体。

发明内容

本发明的目的是消除与本技术有关的至少一部分问题，并且提供适于与电离预充电器一起使用的电气化过滤元件的经改进过滤介质。

在实施例中，本技术提供一种通过电气化过滤系统净化气体的方法，其包括以下步骤：提供包含悬浮颗粒、尤其是污染物颗粒的气体流；尤其是在电离区对所述颗粒预充电；以及引导所述气体流，因此获得多层过滤器，其上游和下游层被连续充电以便增强颗粒在颗粒接收层中的吸附性。

通常，上游或下游层还接地。

通过给过滤器提供足够多孔以使空气通过的导电材料层来获得上游和下游层的导电性。

尤其，在本发明中，包含导电层的活性碳在上游或下游或者两处使用。活性碳提供气体吸附性以及导电性的性质。

根据本发明，因此，过滤介质组合地包括导电基底、绝缘基底和气体吸附基底，所述气体吸附基底具有导电性的性质并且其通过绝缘基底与导电基底电气分离。

更具体来说，本过滤介质的特征在于在权利要求1的特征部分中所述的内容。

根据本发明的方法的特征在于在权利要求27的特征部分中所述的内容。

根据本发明的用途的特征在于在权利要求30至32中所述的内容。

获得相当大的优点。因此，本材料在极低的压降下给予极高的颗粒捕获效率。

本发明可以用于电气化过滤器中，用于客车和其它车辆的车厢空气过滤。本发明还可以用于室内空气的HVAC过滤，并且用于便携式空气净化单元中并且甚至用于真空清洁器中。

接下来，将借助于附图更详细地检验实施例。

附图说明

图1以侧视图以示意性方式示出根据本发明的实施例的气体吸附基底的横截面；

图2以示意性侧视图示出包括导电基底层、绝缘层和气体吸附基底层的过滤介质的横截面；

图3以示意性侧视图示出含尘空气通过本类电气化过滤器的过滤；

图4是示出嵌入到纤维状层（气体吸附层）中的活性碳的颗粒的SEM；

图5示出包含活性碳的层的分离效率；并且

图6示出根据本发明的一个实施例的包括三个重叠层的过滤介质的分离效率。

具体实施方式

在所附从属权利要求中描述本发明的许多示例性和非限制性实施例。

动词“包括”和“包括有”在此文献中用作开放式限制，其既不排除也不要求还存在未叙述特征。在从属权利要求中叙述的特征可相互自由组合，除非另外明确说明。此外，应理解，“一(a)”或“一(an)”（即单数形式）贯穿此文献的使用并不排除复数。

如本文中所限定，术语“纤维状”意味着主要由纤维和/或人造纤维（staplefiber）组成的材料。

在本上下文中，术语“热塑性塑料”意味着在特定温度以上变得柔韧或可模制并且在冷却时返回到固态的塑料。适于本公开内容的示例性热塑性纤维是聚酯（例如，聚亚烷基对苯二甲酸酯（polyalkylene terephthalate），例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT，polybutyleneterephthalate)等等）、聚亚烷基（例如，聚乙烯、聚丙烯等等）、聚丙烯腈(PAN，polyacrylonitrile)以及聚酰胺（尼龙，例如，尼龙-6、尼龙6,6、尼龙-6,12等等）。

在本上下文中，术语“基底”用于表示具有1个或数个层的分层结构，所述基底共同形成本过滤介质。在以下描述中，气体吸附基底也称为“分层结构”以反映其包括数个重叠层。

在本上下文中，“电气化过滤器”代表可以将电压引导到其以增强过滤的过滤器。在电气化过滤器中，电场将带电灰尘颗粒引导到过滤材料中。根据实际应用和绝缘的厚度，过滤介质的导电层之间的电压可以在从约100 V至3 kV的范围内变化。

如图1中所示，在一个实施例中，提供过滤布置，其包括用于电离包含在上游（即，在过滤单元之前）的气体流中的污染物颗粒的预充电单元8，所述过滤单元包含具有基底6、5以及1-4的多层过滤介质。上游层6和下游层1–4被连续充电。上游或下游层还可以接地。上游和下游层的导电性通过足够多孔以允许空气通过的导电材料获得。

预充电单元8通常是电晕线或用于产生电离的类似充电器装置。通常，充电器单元8被馈送高电压。电压为例如500 V至10 kV。

尤其，在所述层中的至少一者中，例如在层1–4中的一者中，使用活性碳，参见附图标记7。活性碳基底1–4导电。

在图1的实施例中，活性碳基底1–4被放置在下游，但是还可将其放置在上游，并且导电层6在下游。

如将更详细讨论的，活性碳还充当气体吸附物质，并且其从气体流捕获有害气体和气体组分，并且防止或至少大大减少来自过滤器的此类排放物。

在一个实施例中，过滤介质1–6例如通过首先打褶或折叠介质、并且然后将其放置到框架中而布置到常规过滤系统中。

图3更详细地示出了图1的过滤介质。

图3中所示的导电层6通常包括由已经浸渍有导电组分的纤维状多孔网（例如非织造网）形成的基质。通常，所述网可以具有约10至500 g/m²的克重，虽然为了获得过滤介质1–6整体的适当孔隙率和低压降，约10至50 g/m²、尤其是约15至30 g/m²的克重是优选的。

纤维状网6可以包括选自聚合物纤维和无机纤维的纤维。聚合物纤维可以是天然的或合成的或者其组合。

天然纤维的示例包括纤维素纤维。纤维素纤维可以选自天然或再生纤维素纤维的群组，例如纤维素、莱赛尔纤维（lyocell）、粘胶纤维以及纤维质纤维的任何其它衍生物。化学木浆也可以这样使用或结合其它天然或再生纤维素纤维使用。

天然或再生天然纤维将这样给予良好的固有强度性质。可以组合使用额外粘结纤维（例如双组分合成纤维），包括天然和合成纤维两者，例如热塑性纤维，但是天然纤维可以这样提供足够粘合和固有强度，而不需要添加粘结纤维。

可以用于基质网中或用作基质网的一部分的聚合物纤维通常是热塑性纤维，例如聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate）、聚烯烃、聚对苯二甲酸丁二醇酯（polybutylene terephthalate）和/或聚酰胺。

无机纤维以玻璃纤维和玻璃纤维束为示例。

基质包括例如1至99份、尤其是10至90份天然纤维以及99至1份、尤其是90至10份合成纤维。

通常通过在多孔网中并入导电组分而使其导电。在一个实施例中，多孔网被浸渍有导电组分以使所述网变得导电。导电组分是（例如）导电墨。导电墨可以包括金属颗粒，例如与粘结剂混合的银或铜。所述颗粒可以是颗粒状的，或者由细分粉末或片状颗粒形成。导电墨还可以包括导电碳颗粒，例如炭黑，例如椰壳炭黑。炭黑通常以细分粉末的形式存在。

通常，导电墨包含用于导电组分的粘结剂，用于将其粘合到基底或将变得导电的材料。粘结剂可以是热塑性或热固性材料，例如丙烯酸酯、烷基丙烯酸酯（甲基丙烯酸酯）、环氧化物或胺粘结剂。基于所述层的总重量，粘结剂的浓度为例如高达50 wt %、优选地1–35 wt %、更优选地2–25 wt %。

还可使用包括导电聚合物的导电墨。合适的聚合物包括聚苯胺（polyaniline）、聚吡咯（polypyrrole）、聚乙炔（polyacetylene）、聚噻吩（polytiophen）和聚对苯（polyparaphenylene）及其衍生物和混合物。根据聚合物选择合适掺杂剂；十二烷基苯磺酸(DBSA，dodecylbenzensulphonacid)是通常用于聚苯胺的掺杂剂。

在优选实施例中，导电层6由浸渍有非聚合物组分的非织造基质形成，即炭黑作为导电组分。

与粘结剂混合的导电墨被施加到多孔材料上，使得基本上维持纤维状网的孔隙率。因此，所述涂层被施加成使得避免连续膜的形成。

通常，导电层展现小于1 MOhm/sq的表面电阻率或小于10¹⁰ Ohm-cm的体积电阻率。

导电层的厚度通常在从约0.01 mm上至2 mm、尤其是约0.05至1 mm、例如0.1至0.5mm的范围内。

绝缘层5通常包括纤维、尤其是天然或合成聚合物或者其组合的纤维。因此，在一个实施例中，绝缘层由纤维素纤维或木质纤维素纤维产生。天然纤维通常提供良好的绝缘性质。

在一个实施例中，绝缘层由合成纤维（例如热塑性纤维）产生。合适的热塑性材料的示例包括聚烯烃或者尤其是聚酯纤维。已经发现，聚酯纤维（例如聚（对苯二甲酸乙二醇酯）、PET的纤维）将结合良好的疏水性和容尘能力提供电绝缘。

所述层可以进一步用防水剂处理，例如有机-聚硅氧烷、氟树脂、蜡或类似物质，其增强所述层的疏水性。

绝缘层能够保持和粘结颗粒。所述层的厚度通常在从约0.1 mm上至5 mm、尤其是约0.5至4 mm、例如1至3 mm或1至2 mm的范围内。

在一个实施例中，绝缘层具有50至250 g/m²、尤其是70至200 g/m²的克重。

通常，绝缘层展现大于10 MOhm/sq的表面电阻率或大于5x10¹⁰ Ohm-cm的体积电阻率。

图2以侧视图示出气体吸附层1–4的实施例。

在图2中所示的实施例中，多孔气体吸附层包括三个重叠层的组合，即，带有具有第一平均直径的第一纤维的第一层1；带有具有第二平均直径的第二纤维的第二层2；以及带有具有第三平均直径的第三纤维的第三层3。

通常，三个（或更多个）重叠层的至少大部分纤维彼此独立地选自由聚合物纤维和无机纤维组成的群组，其中聚合物纤维优选地选自热塑性纤维，例如聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、聚对苯二甲酸丁二醇酯和/或聚酰胺，并且其中无机纤维优选地为玻璃纤维束。聚合物纤维是特别优选的。

纤维构成各种层的大部分重量。因此，在一个实施例中，基于第一层的总纤维重量，第一层的纤维以至少65 wt %、优选地至少80 wt %的量存在；基于第二层的总纤维重量，第二层的纤维以至少65 wt %、优选地至少80 wt %的量存在；和/或基于第三层的总纤维重量，第三层的纤维以至少65 wt %、优选地至少80 wt %的量存在。

第一、第二和第三纤维可以各自是相同的纤维，或者其可以由具有不同平均直径的纤维的混合物构成。

在多层（例如3层结构）的一个实施例中，介于第一层1与第三层3之间的第二层2包含具有小于10 μm的平均直径的合成纤维，其与具有大于30 μm的平均直径的合成纤维混合。其还可以包含具有在从10至30 μm的范围内的平均直径的纤维。例如，第二层可以由具有7 μm、12 μm和40 μm的平均直径的纤维的混合物形成。纤维混合物将提供第二层的增加的孔隙率，这有利于活性碳例如以颗粒形式（作为颗粒）的并入。具有在约40 μm的范围内的平均直径的纤维将改善第二层（即，中间层）的强度性质。

通常，第一层1和第三层3包含具有小于第二层的纤维的平均直径的平均直径的纤维。例如，第一层和第三层可以由具有7 μm和12 μm的平均直径的纤维的混合物形成。

在一个实施例中，基于第一层和/或第三层中的每一者的总重量，第一层1、第二层2和/或第三层3进一步包含高达50 wt %、优选地2–35 wt %、更优选地2–25 wt %的粘结剂纤维。合适粘结纤维的示例包括双组分合成纤维，例如选自PET-CoPET、PET-CoPE、PE-PET及其组合的群组的双组分纤维。

在一个实施例中，在气体吸附层的各个层中作为粘结剂纤维存在的双组分纤维具有在从约17 μm上至约30 μm的范围内的平均直径。

气体吸附分层结构1–4 是多孔的 – 就像导电层6和隔离层5一样，并且其将在过滤期间允许低压降。气体吸附层1–4 展现足以实现气体吸附层1–4结合导电层（例如导电层6）和隔离层（例如隔离层5）在过滤元件中用作导电层的导电性性质，当其经受施加在过滤元件上的电压时，其被电气化。

在本上下文中，术语“吸附”将用于指定活性碳对物质（例如气体）的吸附作用，并且因此包含活性碳的层将被称为“吸附”层。

在一个实施例中，活性碳包括活性碳粉末、尤其是由具有在0.1至1.5 mm、尤其是0.3至1.0 mm的范围内的平均颗粒大小的颗粒7形成的粉末。

在一个实施例中，活性碳包括活性碳纤维或呈料球（pellet）形式的活性碳，其具有0.1至2 mm、尤其是0.5至1.5 mm的直径以及0.5至2 mm的长度。

在一个实施例中，活性碳贯穿第二层均质地分布。“均质地”意味着活性碳颗粒、纤维或料球均匀覆盖所述层，使得在形成活性碳散布在其上的总表面的1/10的子区域区单元上包含与所述区域的大小± 20 %成比例的碳量。换句话说，总面积的1/10部分包含碳总量的1/10 ± 20 %（按重量）。

通常，层2包括足以使所述层变得导电的量的活性碳7。因此，活性碳的载量可以为约1至1000 g/m²、尤其是10至750 g/m²、合适地20至500 g/m²、例如50至350 g/m²。

活性碳通常具有合计大于500 m²/g、尤其是大于750 m²/g、例如800 m²/g或更多、通常高达2000 m²/g的大比表面积。

气体吸附层将不仅提供导电性，并且其还将吸附气体，例如含氮氧化物和氧化碳，并且尤其是臭氧。因此，气体吸附层将防止在包含在待过滤气体中的颗粒的电离期间产生的有害臭氧逸出过滤元件。这对于本过滤元件在例如建筑物和车辆的通风等应用中的使用特别相关。

在一个实施例中，基于第一层和/或第三层中的每一者的总重量，第一层1和/或第三层3进一步包含高达50 wt %、优选地2–35 wt %、更优选地2–25 wt %的粘结剂。此粘结剂将增强所述层的机械性质。通常，粘结剂可以选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧化物和胺粘结剂以及其组合的群组。优选地，第二层没有粘结剂（所述粘结剂在室温下为液体或固体（热熔胶）），以避免将损害层1–4的气体吸附性质的活性碳的比表面积的损失。

为增强导电性性质，气体吸附层结构1–4可以涂覆有导电物质层4，如上文关于导电层6所解释的。因此，包括导电墨的涂层可以沉积在气体吸附层的表面上。导电墨可以包括金属颗粒，例如与粘结剂混合的银或铜。所述颗粒可以是颗粒状的，或者是细分粉末或片状颗粒。此外，导电墨可以包含导电碳颗粒，例如炭黑，例如椰壳炭黑。还可以使用包括导电聚合物的导电墨。

与粘结剂混合的导电墨施加到多孔材料上，使得至少基本上维持孔隙率。因此，涂层4被施加成使得避免连续膜在气体吸附基底的顶部上的形成。为此目的，在一个实施例中，导电墨以具有高固体物质含量的混合物的形式施加到气体吸附基底的表面上，并且在施加之后立即蒸发掉任何溶剂。

在一个实施例中，气体吸附层结构1–4具有250至500 g/cm²、尤其是250至450 g/cm²的克重。

气体吸附基底能够保持和粘结颗粒。所述基底的厚度通常在从约0.1 mm上至5mm、尤其是约0.5至4 mm、例如1至3 mm或1至2 mm的范围内。

通常，可选地涂覆有上述类型的导电层的气体吸附层展现小于1 MOhm/sq的表面电阻率或小于10¹⁰ Ohm-cm的体积电阻率。

在气体吸附层的涂层4中呈炭黑形式的导电碳的载量优选地在1至20 g/m²、例如约5至15 g/m²的范围内。

已经发现，本文中描述的过滤介质具有极佳的机械性质。尤其，根据TAPPI标准T543（Gurley型测试仪），本介质示出从其抗弯性获得的至少500 mg的极高抗弯刚度。所述介质还可以被打褶并且可以在使用期间维持其形状、而无显著变形。

所述介质在基底内还具有高的孔体积，这允许高渗透率值。优选地，如根据ASTMD737测量，针对38 cm²的面积和125 Pa的压力，本发明介质的空气渗透率为至少5 cfm。

尤其，所述过滤介质的空气渗透率通常为100至10,000 l/m²s、尤其是至少1000l/m²s。过滤期间的压降小于约500 Pa，例如小于400 Pa、尤其是小于100 Pa、合适地小于60Pa并且甚至小于45 Pa。

已经进一步发现，在根据EN 779测试方法测试时，根据本发明的过滤介质相对于处于5.3 cm/s的面速度的0.4微米颗粒具有大于80 %、尤其是大于85 %、优选地大于90 %或者甚至大于95 %的过滤效率。

令人惊奇的是，与具有类似机械性质和颗粒移除特性的现有技术过滤介质相比，所述介质随时间的推移示出减小的压降。

用于制备气体吸附基底（或分层结构）1–4的过程优选地包括以下步骤：

-提供如上所讨论的在水中成浆状的第一、第二和第三纤维浆料；

-将第一浆料供应到脱水筛（screen）上以形成第一沉积物；

-将第二浆料供应到第一沉积物上以在第一沉积物的顶部上形成第二沉积物；

-将第三浆料供应到第二沉积物上以在第二沉积物的顶部上形成第三沉积物；

-从沉积物移除水以形成湿纤维状垫或片材；以及

-在加热时干燥湿纤维状垫或片材以形成基底。

除纤维以外，第二浆料还包含呈颗粒或纤维形式的活性碳，尤其是颗粒状活性碳。

在第一、第二和第三层中使用的合成纤维优选地为具有最大长度的人造纤维。

在一个实施例中，第一浆料包括水和第一纤维，如上所述，至少80 %的纤维呈合成纤维的形式、尤其是人造纤维，具有在从7至12 µm的范围内的直径。

在一个实施例中，第二浆料包括水和第二纤维，如上所述，至少80 %的纤维呈合成纤维的形式、尤其是人造纤维，具有在从7至40 µm的范围内的直径。

在一个实施例中，第三浆料包括水和第三纤维，如上所述，至少80 %的纤维呈合成纤维的形式、尤其是人造纤维，具有在从7至12 µm的范围内的直径。

在本过程的一个实施例中，提供第一、第二和第三均质浆料。这些浆料可以通过本技术中已知的任何方法提供，例如通过在水中添加和混合纤维。

一旦制备了第一、第二和第三均质浆料，便将其施加到脱水筛上。此筛可以是在造纸过程中常用的任何筛。优选地，此筛是脱水循环筛（dewatering endless screen）。在将第一浆料供应到脱水筛上时，在所述筛上形成第一沉积物。随后，将第二浆料供应到第一沉积物上以在第一沉积物的顶部上形成第二沉积物。然后，将第三浆料供应到第二沉积物上以在第二沉积物的顶部上形成第三沉积物。供应第一、第二和第三浆料可以通过使用湿法成形机的流浆箱（headbox）的不同通道来执行。替代地，可以使用来自Techpap SAS（法国格勒诺布尔）的动态手抄纸成形机（dynamic handsheet former）来一个接一个地施加浆料。在单独的浆料的沉积期间或之后，移除水以形成湿纤维状垫或片材。随后，在加热时干燥所述湿纤维状垫或片材以形成基底。如本文中在以上所限定的，此基底包括包括有单独的纤维的第一、第二和第三层。

在一个实施例中，通过将第一、第二和第三浆料施加在彼此的顶部上，相邻层之间的边界区域形成包括第一和第二或第三和第二纤维的混合区域。

在此类边界区域内，第一层和第二层的组分以及第三层和第二层的组分相互混合，使得存在纤维状互锁，而非将使单独的层彼此分离的清晰和限定边缘。

过滤介质的包含活性碳的表面可选地涂覆有一层导电组分以增加过滤介质的导电性。此涂覆可以使用在液体（例如水）中成浆状的与粘结剂混合的导电组分的浆料通过任何常规涂覆方法、尤其是通过打印或喷涂来执行。通过从浆料中蒸发掉所述液体，薄导电组分层放置在介质的表面上。粘结剂的量被限制成使得在气体吸附层的表面上不形成连续膜，而是仅存在将导电组分粘合到第一层的纤维的离散区域。通常，粘结剂的量小于导电组分和粘结剂的总重量的约40 %、尤其是小于30 %，例如20至5 %。因此，在导电组分的沉积之后维持材料的多孔表面。

如上所讨论的，在一个实施例中，导电层6包括由已经浸渍有导电组分的纤维状网（例如非织造网）形成的基质。当使用非织造网作为基质时，其可以通过本身已知的湿法布层（wet-laying）或干法布层（dry-laying）工艺生产。所述网具有约10至50 g/m²、尤其是约15至30 g/m²的克重。

为了用导电组分浸渍所述网，所述网从一侧、优选地从两侧涂覆有包含导电组分、粘结剂和液体（例如水）的浆料。为了实现将导电组分渗透到网中，就重量而言，浆料通常包含等量的导电组分和粘结剂–优选地，粘结剂的量大于导电组分和粘结剂的总重量的60 %、尤其是大于65 %，例如70至85 %。导电组分以导电层的总重量的10至50 %、尤其是20至40 %的量浸渍到基质中。

如上所讨论的，绝缘层3包括纤维状层，其包括天然或再生纤维的合成物或者由其组成，优选地是已经例如通过湿法或干法布层技术、可选地通过使用水刺或针刺法形成为非织造层的合成纤维。

三个层1–4、5和6通过成层而组合成过滤介质，从而借助于纤维的天然粘附力使所述层彼此机械接合。优选地，基本上不在所述层之间的界面中使用任何粘结剂，从而不损害分层介质的孔隙率。

所述分层介质可以按本身已知的方式打褶。

本发明的过滤介质优选地以如下方式使用：待过滤的流体在基底的其上分配有细纤维层的侧面处离开过滤介质。

示例：

材料：

所测试的过滤介质由导电层、绝缘层和气体吸附层的组合形成，在气体吸附层的顶部上带有涂层。所述材料层通过按重叠关系放置所述层而机械接合在一起，同时避免使用否则可能损害孔隙率并增加压降的粘合剂。所述三个分层结构被打褶从而形成过滤元件。

导电层具有约37 g/m²的克重，并且其包括由与PET纤维混合的天然和再生纤维素纤维（纤维素、化学木浆和粘胶纤维）的混合物形成的非织造片材。粘胶纤维和PET纤维具有约15 μm的平均直径。通过用1份的椰壳炭黑和3份的丙烯酸酯粘结剂的混合物浸渍非织造片材以产生每侧7.5 g/m²的炭黑载量来为所述非织造片材赋予导电性性质。

绝缘层是由聚酯纤维100 %构成的均匀层，并且其具有100 g/m²的克重。

气体吸附层由三层非织造结构形成，其包括介于由PET纤维的混合物形成的两个聚合物片材或层之间的由与活性碳颗粒混合的PET纤维的混合物形成的中间层。中间层的PET纤维具有高达40 μm的平均直径。所述中间层包含具有0.3至1.0 mm的平均直径的250g/m²的碳颗粒，并且展现约1000 m²/g的表面积。聚合物PET纤维层包含具有7 μm和12 μm的平均直径的纤维。所述三个层中的每一者进一步包含与PET纤维混合的具有17至30 μm的平均直径的双组分粘结纤维，而聚合物PET纤维层还包含丙烯酸酯粘结剂。此外，非织造结构的一个表面设置有由炭黑颗粒形成的顶部涂层，所述炭黑颗粒从椰壳得到，与丙烯酸酯粘结剂混合。炭黑载量为10 g/m²。

气体吸附基底的克重为350 g/m²。

由在彼此的顶部上的三个层形成的过滤介质被机械分层、打褶并放置在过滤器框架中。

用活性碳改性的非织造材料由芬兰坦佩雷的Ahlstrom以商标名Trinitex供应。

测试方法：

过滤材料被如下测试：

通过应用用于一般通风过滤器的EN779标准的原理进行测试。在实验室测试中测量的过滤性质是压降和部分过滤效率。用电晕线充电器给颗粒充电。电晕线的极性为正。

在四种情况下测量效率：未连接电压、仅连接充电器电压、仅连接收集电压以及连接充电器和收集电压两者。收集电压极性也为正。

过滤系统安装并紧密密封在过滤器测量系统中的两个室之间。在此测量中，空气流量设定为288 m³/h。借助于测量环测量通过过滤元件的空气流量，其借助于文丘里管校准。通过用微压计DPM TT 470S测量上游和下游室之间的压力差来确定压降。

通过在从0.1至2 um的颗粒大小范围内用光学颗粒大小分析仪PMS LAS-X2测量过滤元件的上游和下游的颗粒浓度来确定效率。所使用的测试气溶胶是借助于Laskin型气溶胶发生器产生的多分散DEHS（二乙基-己基-癸二酸酯，Di-Ethyl-Hexyl-Sebacate）颗粒。

通过以下方程式计算部分过滤效率E(dp)：

其中C₁(dp)是过滤元件的上游侧上的颗粒大小范围的浓度，并且C₂(dp)是过滤元件的下游侧上的对应浓度。

结果：

通过对应于5.3 cm/s的面速度的空气流量测量压降。注意到，涂层对压降几乎没有影响。事实上，在小于50 Pa的压降下，针对在约0.1至2 µm的范围内的颗粒大小实现超过90 %并且甚至超过95 %的过滤效率。

结果还示出，可以用一层导电材料代替常规金属网电极。尤其，图5示出可以用活性碳非织物代替常规电极，即，即使没有额外碳墨涂层（附图标记4），也可以这样使用气体吸附层（附图标记1–3）。

这些电极材料的过滤效率也很高。值得注意的是，通过利用活性碳作为电极，可以从空气流移除由颗粒充电器产生的臭氧的一部分。

过滤材料（附图标记1–6）的部分过滤效率的结果示出在图6中。

附图标记列表

1 包含PET纤维的非织造层

2 包含活性碳颗粒的非织造层

3 包含PET纤维的非织造层

4 导电涂层

5 绝缘层

6 导电层

7 活性碳颗粒

8 电晕线

引用列表

专利文献

JP 5067084 B2

WO2007/135232A1

US 7,513,933 B2

US 5,403,383A

US 7,717,986 B2

WO 9822222 A1

GB 2329598 A

CN 102225281

Claims

1.一种过滤介质，其包括：

-第一导电纤维状基底，

-与所述第一导电基底间隔开的第二导电纤维状基底；以及

-配合在所述第一基底与所述第二基底之间的第三绝缘基底，用于使所述第一导电基底与所述第二导电基底电气分离，

其中，所述第一导电纤维状基底包括：

-具有第一纤维的第一层，所述第一纤维具有第一平均直径；

-具有第二纤维的第二层，所述第二纤维具有第二平均直径；以及

-具有第三纤维的第三层，所述第三纤维具有第三平均直径；

其中，所述第二层包括活性碳，所述活性碳的量足以使所述第一纤维状基底变得导电。

2.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，所述第二层基本上没有在施加温度下为液体的粘结剂。

3. 根据权利要求1或2所述的过滤介质，其中，所述活性碳包括活性碳粉末，所述活性碳粉末具有在0.1至1.5 mm、尤其是0.3至1.0 mm的范围内的平均颗粒大小。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述活性碳包括活性碳纤维或活性碳料球。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述活性碳贯穿所述第二层均质地分布。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述活性碳能够从被引导通过所述过滤介质的空气流吸附气态组分，例如臭氧。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层和所述第三层基本上没有活性碳。

8. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第二层包含具有小于10μm的平均直径的合成纤维，所述合成纤维与具有大于30 μm的平均直径的合成纤维混合。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一平均直径和所述第三平均直径各自小于所述第二平均直径。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层并且可选地所述第三层涂覆有导电碳，所述导电碳尤其与粘结剂混合以形成涂层。

11. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层并且可选地所述第三层涂覆有混合物，所述混合物包括优选地选自炭黑、与粘结剂混合的导电碳颗粒，所述混合物施加在所述第一层的表面上，以形成包含1至20 g/m²的碳的涂层。

12.根据权利要求10或11所述的过滤介质，其中，所述第一层与所述涂层之间的边界区域是非混合区域。

13.根据权利要求10至12所述的过滤介质，其中，所述涂层能够为所述第一导电基底赋予增强的导电性性质。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的过滤介质，其中，所述涂层通过打印或者通过喷涂施加在所述第一层的所述表面上。

15.根据权利要求10至14中的任一项所述的过滤介质，其中，彼此独立的所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维选自由聚合物纤维和无机纤维组成的群组，其中，所述聚合物纤维优选地选自聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、聚对苯二甲酸丁二醇酯和/或聚酰胺，并且其中，所述无机纤维优选地为玻璃纤维束。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，

其中，基于所述第一层的总纤维重量，所述第一层中的所述第一纤维以至少65 wt %、优选地至少80 wt %的量存在；

其中，基于所述第二层的总纤维重量，所述第二层中的所述第二纤维以至少65 wt %、优选地至少80 wt %的量存在；和/或

其中，基于所述第三层的总纤维重量，所述第三层中的所述第三纤维以至少65 wt %、优选地至少80 wt %的量存在。

17. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，基于所述第一层和/或第三层中的每一者的总重量，所述第一层、所述第二层和/或所述第三层进一步包含高达50 wt%、优选地2–35 wt %、更优选地2–25 wt %的粘结剂纤维。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层、所述第二层和所述第三层彼此独立地包含粘结纤维、尤其是选自PET-CoPET、PET-CoPE、PE-PET及其组合的群组的双组分合成纤维。

19. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，基于所述第一层和/或第三层中的每一者的总重量，所述第一层和/或所述第三层进一步包含高达50 wt %、优选地2–35 wt %、更优选地2–25 wt %的选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧化物和胺粘结剂的群组的粘结剂。

20. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其包括10至750 g/m²、尤其是20至500 g/m²、例如50至350 g/m²的活性碳。

21. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一导电基底展现出小于1 MOhm/sq的表面电阻率。

22. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第二导电基底具有小于1 MOhm/sq的表面电阻率。

23. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第三基底优选地具有大于10 MOhm/sq的表面电阻率，并且包括选自聚合物纤维和无机纤维的群组的合成纤维，其中，所述聚合物纤维优选地选自聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、聚对苯二甲酸丁二醇酯和/或聚酰胺，并且其中，所述无机纤维优选地为玻璃纤维束，可选地与粘结纤维、尤其是选自PET-CoPET、PET-CoPE、PE-PET及其组合的群组的双组分合成纤维一起。

24. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一基底具有250至500 g/m²、尤其是250至450 g/m²的克重。

25.根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层与所述第二层之间的边界区域形成包括第一和第二纤维的第一混合区域；并且所述第二层与所述第三层之间的边界区域形成包括第二和第三纤维的第二混合区域。

26. 根据前述权利要求中的任一项所述的过滤介质，其中，在根据EN 779测试方法进行测试时，所述过滤介质相对于处于5.3 cm/s的面速度的0.4微米颗粒具有大于80 %、尤其是大于85 %、优选地大于90 %或者甚至大于95 %的过滤效率。

27.一种用于制备根据权利要求1至26中的任一项所述的过滤介质的过程，所述过程包括以下步骤：

-提供第一、第二和第三均质浆料；

-将所述第一浆料供应到脱水筛上，以形成第一沉积物；

-将所述第二浆料供应到所述第一沉积物上，以在所述第一沉积物的顶部上形成第二沉积物；

-将所述第三浆料供应到所述第二沉积物上，以在所述第二沉积物的顶部上形成第三沉积物；

-从所述沉积物移除水，以形成湿纤维状垫或片材；以及

-在加热时干燥所述湿纤维状垫或片材，以形成基底；

其中

-所述第一浆料包括水和具有第一纤维平均直径的第一纤维；

-所述第二浆料包括水和具有第二纤维平均直径的第二纤维，所述第二纤维与活性碳颗粒混合；并且

-所述第三浆料包括水和具有第三纤维平均直径的第三纤维。

28.根据权利要求27所述的过程，其中，所述第二浆料包含具有第二纤维平均直径的第二纤维，所述第二纤维平均直径大于所述第一纤维平均直径和所述第三纤维平均直径。

29.一种过滤元件，其包括根据权利要求1至26中的任一项所述的过滤介质。

30.一种根据权利要求1至26中的任一项所述的过滤介质或根据权利要求28所述的过滤元件在使用电气化过滤器过滤气体、尤其是空气的方法中的用途。

31.根据权利要求30所述的过滤介质的用途，用于客车或重型车辆的车厢空气过滤。

32.根据权利要求30所述的过滤介质的用途，在便携式空气净化单元中或真空清洁器中用于室内空气的HVAC过滤。