CN115884818A

CN115884818A - 过滤介质

Info

Publication number: CN115884818A
Application number: CN202180048341.4A
Authority: CN
Inventors: M.波洛齐
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Ahlstrom Corp
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2021-07-07
Publication date: 2023-03-31
Also published as: BR112022026992A2; KR20230036111A; WO2022008614A1; EP4178706A1; EP3936209A1; JP2023532785A; US20230271123A1

Abstract

本公开内容涉及一种包括用包括木质素的树脂组合物浸渍的纤维质幅材的过滤介质。该纤维质幅材包括按该纤维质幅材的重量计0.1至30重量％的量的木质素，并且该木质素具有小于1.2g/cm³的密度或小于20,000g/mol的重均分子量。本公开内容还涉及一种制造该过滤介质的方法。

Description

过滤介质

技术领域

本发明涉及过滤介质，更具体地，涉及诸如可用于过滤汽车、工业和家庭应用中的流体的树脂浸渍的过滤介质。

背景技术

用于汽车、工业和家庭应用的过滤介质通常通过用化学粘合剂诸如酚醛树脂(可溶酚醛树酯(resole)或酚醛清漆(novolac)或酚醛清漆和可溶酚醛树酯的共混物)或胶乳树脂浸渍纤维基材(诸如纸)而形成。树脂为基材提供结构刚性和抗撕裂或破裂，否则在过滤期间当暴露于加压和加热的流体时会发生撕裂或破裂。一旦用树脂浸渍，将基材热固化以使树脂交联并除去可能存在的任何过量溶剂。然后可将基材打褶(pleated)、切割和折叠成所需的形状。折叠的基材可以与附加的支撑元件组装成其最终形式，其在一些应用中可以是圆柱形的(例如，用于汽车发动机的油和燃料过滤器)并且在其他应用中可以是面板的形式(例如，空调过滤器)。可以对组装的基材进行进一步的热处理以将其固定到位(inposition)。

在上述方法中使用的常规可溶酚醛树酯在双酚A与苯酚和甲醛的碱催化反应中合成。在上述方法中使用的常规酚醛清漆在甲酚(甲基苯酚)的酸催化反应中合成。这些树脂具有所需的耐水性、耐油性和耐化学性的性质，并且在高温下稳定，使得它们特别适用于汽车过滤应用。然而，这些树脂的缺点是它们易于释放出有毒的苯酚和甲醛气体，这可能对它们所暴露的任何人的健康产生负面影响，并且对环境产生负面影响。

常规的酚醛树脂的另一个缺点是它们的起始材料典型地是从不可再生的烃源获得的，并且它们需要大量的试剂、溶剂、能量和制造投入来生产。因此，它们在环境和经济上都是昂贵的。

使用纯酚醛树酯的一种可替代方法是将其与

树酯结合。/>

是衍生自松木的热塑性木质素型树脂材料。如US 5656733A、US 5683497A和US 5702521A中所公开的，它由高分子量酚类化合物、松香酸、中性材料和几种微量组分的复杂混合物组成。

US 3294582公开了一种制造用于汽车应用的滤纸元件的方法。滤纸浸渍有主要由热固性可溶酚醛树酯型酚醛树脂、水、间苯二酚和

树脂的混合物组成的树脂清漆。US 3294582公开了/>

树脂优选以约25重量份/100重量份酚醛固体的量存在，并且间苯二酚以约3重量份的量存在。

使用

树脂浸渍过滤介质的缺点是其具有高密度(～1.33g/ml)和粘度(25℃下20-300mPa.s)，使得其难以浸渍到过滤介质基材中。这可导致过滤介质具有不一致或不完全的涂层，这可导致在使用过程中的结构失效。高粘度可由/>

的主要木质素组分的20,000g/mol的高分子量产生。/>

树脂的另一个缺点是它在大多数适于涂布过滤介质的溶剂体系中溶解性差。

因此，需要一种至少在一定程度上解决上述问题的过滤介质。更具体地，本发明提供了一种过滤介质，其通过比现有方法更环境友好且操作更安全的方法制造，因为其减少了苯酚和甲醛的排放。本发明实现了该优点，同时还使用具有使其能够被有效且均匀地加工和浸渍的物理性质的树脂组合物。本发明的另一个目的是使过滤介质表现出与本领域已知的过滤介质相当的操作性能。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种包括用包括木质素的树脂组合物浸渍的纤维质幅材的过滤介质，其中：

该纤维质幅材包括按该纤维质幅材的重量计0.1至30重量％的量的木质素；以及

当根据ASTM D4001-13标准测量时，木质素具有小于1.2g/cm³的密度或小于20,000g/mol的重均分子量。

木质素可以具有小于7，优选3至5，或最优选4至4.5的pH。

当根据ISO 2555：2008标准测量时，树脂组合物可以具有小于15mPa.s，优选地在5与13mPa.s之间，并且更优选地在7.5与9.5mPa.s之间的动态粘度。

树脂组合物可以具有4至7，优选5至6的pH。

该木质素可以具有小于1g/cm³，优选地在0.20g/cm³与0.75g/cm³之间，并且更优选地包括在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间的密度。

该树脂组合物还可以包含具有至少一个伯胺或仲胺官能团的或为多胺的甲醛清除剂，并且该甲醛清除剂可以选自脲、氨、三聚氰胺、双氰胺、聚乙烯亚胺或聚乙烯胺，并且可以优选为脲。

树脂组合物可包括也称为聚环氧化物或环氧树脂的环氧基组分。该环氧基组分可以选自芳族或脂族聚环氧化物，诸如由双酚和环氧氯丙烷、由酚醛清漆和环氧氯丙烷或由脂族醇和环氧氯丙烷形成的反应产物，并且可以优选为双酚A-二缩水甘油醚(bishpenolA–diglycidyl ether)。

树脂组合物可以包括木质素和酚类树脂，其可以优选以1:1至1:9，优选1:1至1:4，并且更优选1:2的木质素:酚类树脂的重量比存在。

过滤介质可包括10重量％至50重量％，优选10重量％至40重量％，并且更优选10重量％至30重量％的树脂组合物。

基于纤维的总重量，纤维质幅材可包括至少80重量％，优选至少90重量％，或更优选至少95重量％的纤维素纤维。

基于纤维的总重量，纤维质幅材可包括至少80重量％，优选至少90重量％，或更优选至少95重量％的合成纤维。

纤维质幅材可包括纤维素纤维和合成纤维的混合物。合成纤维可以幅材中的纤维总重量的至多50重量％，或优选10重量％-30重量％的量存在于纤维幅材中。

纤维素纤维可以选自软木纤维、硬木纤维、植物纤维和再生纤维素纤维中的一者或多者。

过滤介质可选自油过滤介质、空气过滤介质、燃料过滤介质、液压(hydraulic)过滤介质、工业过滤介质、介电流体过滤介质和水过滤介质。空气过滤介质可用于重型板式过滤器中，或用于负载式(duty，工作)空气板式过滤器中。

根据本发明的第二方面，提供了制造如以上定义的过滤介质的方法，该方法包括用包含木质素的树脂组合物浸渍纤维质幅材和固化浸渍的纤维质幅材。

根据以下实(施)例将更好地理解本发明，所述实(施)例以示例性的方式给出并且不应以限制性的方式和附图来解释。

附图说明

在附图中：

图1是图示了包含10％、20％、30％、40％和50％木质素的固化的树脂组合物的耐破强度的示图；

图2是图示了包含10％、20％、30％、40％和50％木质素的固化的树脂组合物在160℃下老化24小时后的耐破强度的示图；

图3是图示了图1和图2的树脂组合物的固化速率的示图；

图4是图示了包含六胺和多聚甲醛的树脂组合物的耐破强度的示图；

图5是图示了图4的树脂组合物在160℃下老化24小时后的耐破强度的示图；

图6是图示了用酚醛树脂和根据本发明的包含30％的木质素的酚醛树脂浸渍的过滤介质的甲醛和苯酚的排放水平的示图；

图7是图示了根据本发明的包括30％的木质素的油过滤器过滤介质的以压差(kPa)v流速(L/分钟)测量的过滤性能的示图；

图8是图示了图7的油过滤器的平均过滤效率对粒度的示图；

图9是图示了针对图7和图8的油过滤器测量的压差对时间的示图；

图10是比较包括30％的木质素树脂组合物的过滤介质和包括无木质素树脂组合物的过滤介质在140℃下的热油耐破强度的示图；

图11是比较(i)根据本发明用包含30％的木质素的酚醛树脂浸渍的平面过滤介质和(ii)仅用酚醛树脂浸渍的平面过滤介质的粒度过滤效率的示图。

具体实施方式

如本文和所附权利要求中所用，除非内容另有要求，否则以下术语旨在具有如下定义。

“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变体将被理解为暗示包括所列出的整数或整数组，但不排除任何其它整数或整数组。

“纤维”是具有高长径比的纤维或丝结构。

“短纤维(Staple fibre)”是指天然具有或已经被切割或进一步加工成确定的、相对短的片段或单个长度的纤维。

“纤维质”是指主要由纤维和/或短纤维组成的材料。

术语“非织造”或“幅材”是指呈幅材或垫的纤维和/或短纤维的集合体，该纤维和/或短纤维彼此随机地互锁、缠结和/或相互结合，以形成自支撑结构元件。

“合成纤维”是指由成纤(fibre-forming)物质制成的纤维，包括由化学化合物合成的聚合物、改性或转化的天然聚合物和硅质(玻璃)材料。此类纤维可以通过常规的熔融纺丝、溶液纺丝、溶剂纺丝和类似的丝生产技术来生产。

“甲醛清除剂”是指能够捕集甲醛气体排放物的化合物。

在下文中，术语“水溶性”必须理解为这样的化合物，其至少10％能够在室温(20℃)下在大气压下溶解于水中。

本公开内容提供了适用于各种汽车、工业和家用流体纯化应用的过滤介质。

过滤介质包括用包括木质素的树脂组合物浸渍的纤维质幅材。木质素在纤维质幅材中的存在量为纤维质幅材的重量的0.1至30重量％，优选0.1至20重量％，或更优选0.1至15重量％。

当根据ASTM D4001-13标准(这是用于通过光散射检测确定聚合物的重均分子量的标准测试方法)测量时，木质素具有(i)小于1.2g/cm³的密度和(ii)小于20,000g/mol的重均分子量中的一者或两者。

木质素密度可以小于1g/cm³，优选地在0.20g/cm³与0.75g/cm³之间，更优选地在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间，并且最优选地在0.35g/cm³与0.40g/cm³之间。

木质素的pH小于7，优选3至5，或最优选4至4.5。可以根据标准ISO10523：2008工序在稀的30％的木质素水溶液中测定pH。该标准通过测量电化学电池的电势差来确定木质素的pH，其中两个半电池中的一个是测量电极，而另一个是参比电极。测量电极的电势是测量的溶液的氢离子活度的函数。

低密度、酸性pH和相对低的分子量向本公开内容的木质素提供了小于15mPa.s的有利的低粘度，这使得木质素能够相对容易地溶解在树脂组合物中并浸渍到纤维质幅材中。此外，树脂的低粘度可以改善纤维质幅材的浸渍的均匀性和速度。这可以与市售可得的

树脂形成对比，/>

树脂具有1.33g/cm³的高密度、在25℃下20-300mPa.s的高粘度和在大多数溶剂体系中的差的溶解度。

可以例如从牛皮纸浆(Kraft)法获得木质素。如本领域公知的，牛皮纸浆法(也称为牛皮纸制浆或硫酸盐法)是将木材转化为纤维素纤维浆的工艺。该工艺包括用水、氢氧化钠(NaOH)和硫化钠(Na₂S)的热混合物处理木屑，以断裂木质素、半纤维素和纤维素之间的键。该方法包括几个机械和化学步骤，其导致形成两个产物流：纤维素纤维流和木质素流。用于从其获得木质素的牛皮纸浆法的木材可以是软木(即来自裸子植物树，诸如针叶树，例如松木)、硬木(即来自被子植物树)或其组合。从牛皮纸浆法获得的木质素代表可再生的树脂来源，其具有比从油基烃来源获得的树脂更低的环境影响。由于牛皮纸浆木质素是牛皮纸浆法的副产物，因此需要进行最少的加工来获得该牛皮纸浆木质素。

除了包括木质素之外，树脂组合物还包括酚类(酚醛树脂，诸如可溶酚醛树酯或酚醛清漆)树脂。基于树脂组合物的总重量，酚类树脂可以以50重量％至90重量％，优选60重量％至90重量％，或更优选70重量％至90重量％的量存在于树脂组合物中。可溶酚醛树酯可以通过双酚A与苯酚和甲醛的碱催化的反应形成。酚醛清漆树脂可以通过甲酚(甲基苯酚)的酸催化的反应形成。

木质素和酚类树脂可以以1:1-1:9，优选1:1-1:4，并且更优选1:2的木质素:酚类树脂重量比存在于树脂组合物中。当树脂被干燥时，木质素:酚类树脂的重量比不变，并且在干燥步骤之后保持基本相等，使得能够除去用于浸渍纤维质幅材的溶剂，或者在固化步骤之后，使得能够实现树脂组合物的交联。

树脂组合物还可以包含交联剂，诸如六胺、多聚甲醛或双氰胺-甲醛缩合物。双氰胺-甲醛缩合物优选为包含如US-4,383,077A中所述的s的水溶性热固性树脂组合物。双氰胺-甲醛缩合物可通过US-4,383,077中要求保护的方法获得，并且优选US-4,383,077的实施例中公开的那些双氰胺-甲醛缩合物。该交联剂能够使树脂组合物在固化步骤期间与纤维质幅材交联。基于树脂组合物的总重量，该交联剂可以以至多20重量％的量存在于树脂组合物中。

该树脂组合物还可以包含具有至少一个伯胺或仲胺官能团的或为多胺的甲醛清除剂。甲醛清除剂可选自脲、氨、三聚氰胺、双氰胺、聚乙烯亚胺和聚乙烯胺。如果甲醛清除剂是脲，则它是特别有用的。该甲醛清除剂的胺基可与树脂中残留的甲醛反应，使甲醛转化为席夫(Schiff)碱化合物，其具有降低的挥发性和毒性。由于这些类型的反应通常是酸催化的，因此树脂组合物优选具有7以下的pH。树脂组合物通常具有4至7，优选5至6的pH。更特别地，使用甲醛清除剂能够使甲醛的排放接近零。

根据另一实施方案，树脂组合物可包括也称为聚环氧化物或环氧树脂的环氧基组分。该环氧基组分可以选自芳族或脂族聚环氧化物，诸如由双酚和环氧氯丙烷，或由酚醛清漆和环氧氯丙烷，或由脂族多元醇和环氧氯丙烷形成的反应产物，并且可以优选为双酚A-二缩水甘油醚。该环氧基组分可用于替代部分或全部酚类树脂，并且还降低树脂组合物中此类化合物的含量。例如，基于树脂组合物中木质素、环氧树脂和酚类树脂的总重量，木质素优选以10-80重量％(更优选25-50重量％)的量存在，环氧树脂优选以10-80重量％(更优选25-50重量％)的量存在，并且酚类树脂优选以10-80重量％(更优选25-50重量％)的量存在。根据另一个实施方案，树脂组合物包含小于5重量％的酚类树脂(优选0重量％)，并且树脂组合物中的木质素:环氧树脂重量比为例如1:1至1:9。在两种情况下，如果存在，木质素:环氧树脂和酚类树脂的重量比在树脂被干燥时不变，并且在干燥步骤之后保持基本相等，使得能够除去用于浸渍纤维质幅材的溶剂，或者在固化步骤之后，使得能够实现树脂组合物的交联。环氧基组分的环氧官能团能够与木质素和酚类树脂反应，与甲醛一样充当树脂组合物的交联剂。因此，这种环氧基组分的添加使得使用者能够降低树脂组合物中的甲醛含量，而不会不利地影响过滤介质的最终性能。

当根据ISO 2555：2008(使用旋转粘度计在液体中或类似状态下确定树脂的表观粘度的标准规程，也称为Brookfield测试方法)测量时，树脂组合物具有小于15mPa.s，优选地在5与13mPa.s之间，并且更优选地在7.5与9.5mPa.s之间的动态粘度。

在树脂组合物中包括木质素具有减少从树脂排放的苯酚和甲醛气体的量的有利效果。这些气体的排放的减少可以与树脂组合物中的木质素的量相关，使得较高量的木质素导致排放的较大减少并且较低量的木质素提供排放的较低减少。因此，树脂组合物中木质素的存在导致更加环境友好的产品。与用于生产本领域已知的常规过滤介质的制造方法相比，它还降低了对操作生产这些过滤介质的制造方法的工人的负面健康影响。不希望受理论的束缚，相信从可溶酚醛树酯排放苯酚和甲醛可归因于从未反应的起始材料中浸出，或者归因于酚类树脂分解成其组成组分。通过在树脂组合物中包括木质素，降低了酚类树脂及其起始材料的总量。可替代地或另外地，该木质素可以起到保护酚类树脂免于降解的作用。从过滤介质排放的苯酚和甲醛的量可以按照每千克过滤介质排放的苯酚或甲醛的毫克数来测量。与用不包含木质素的酚类树脂浸渍的过滤介质相比，用包含木质素的树脂组合物浸渍的过滤介质可以排放少50％、60％、70％、80％、90％或99％的苯酚和/或甲醛。此外，应当注意，与源自化石燃料的酚类树脂相比，木质素源自可再生资源。这进一步有助于本文所述的树脂组合物的环境友好特性。

树脂组合物可以包括酚类树脂的另外的或可替代的聚合物，诸如苯乙烯丙烯酸、聚乙烯氯乙烯、丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇衍生物、淀粉聚合物、酚醛塑料(phenolics)及其组合，包括水型和溶剂形式。在一些情况下，另外的或可替代的树脂可以是胶乳的形式，诸如水基乳液。

为了增强纤维之间的内部粘合，纤维质幅材可包括粘合剂纤维。

这些是包括被热塑性聚合物的可熔融涂层包围的热塑性芯纤维的双组分热塑性纤维，该热塑性聚合物的熔点低于芯的熔点。因此，当在纤维质幅材的加工期间通过加热软化或部分熔化时，低熔点涂层可充当热塑性粘合剂，从而粘附到幅材的相邻纤维上。形成芯的较高熔点材料可用作结构材料。

树脂组合物还可以包括一种或多种添加剂组分。添加剂组分可以是：染色剂，其可能是赋予所述过滤剂良好外观所需的；纤维保留剂；分离助剂(例如，硅氧烷添加剂和相关的催化剂)；防火剂或阻燃剂；亲水性或疏水性试剂；润湿剂；抗静电剂；或抗微生物剂。如果存在，基于树脂组合物的总重量，这些添加剂的含量可大于0重量％、0.01重量％、0.1重量％、1重量％、5重量％、10重量％和/或小于约30重量％、25重量％、20重量％、15重量％、10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％或它们的任意组合，包括例如在0.01重量％至1重量％之间。根据具体的实施方案，树脂组合物可以包含在10重量％至20重量％之间的阻燃剂，诸如磷酸。

过滤介质可包含10重量％至50重量％，优选10重量％至40重量％，并且更优选10重量％至30重量％的树脂组合物。过滤介质的其余部分主要由纤维质幅材组成。

基于纤维的总重量，纤维质幅材可包括至少80重量％，优选至少90重量％，或更优选至少95重量％的纤维素纤维。纤维素纤维可以选自软木纤维、硬木纤维、植物纤维和再生纤维素纤维中的一者或多者。

可替代地，基于纤维的总重量，纤维质幅材可包括至少80重量％，优选至少90重量％，或更优选至少95重量％的合成纤维。合成纤维可选自合成聚合物纤维、改性或转化的天然聚合物纤维或硅质(玻璃)纤维中的一者或多者。适用于纤维质幅材的示例性纤维包括聚酯(例如，聚对苯二甲酸亚烷基酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等)、聚亚烷基(polyalkylene，聚烯烃)(例如，聚乙烯、聚丙烯等)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺(尼龙，例如尼龙-6、尼龙6,6、尼龙-6,1 2等)。

根据另一可替代方案，纤维质幅材可包括纤维素纤维和合成纤维的混合物。合成纤维可以以幅材中的纤维的总重量的至多50重量％，优选10重量％至30重量％，或优选15重量％至25重量％的量存在于纤维质幅材中。

过滤介质可以选自空气过滤介质、燃料过滤介质、油过滤介质、液压过滤介质、工业过滤介质、介电流体过滤介质和水过滤介质。

本公开内容延伸至制造在本文限定的过滤介质的方法。该方法包括用包含木质素的树脂组合物浸渍纤维质幅材，干燥并固化浸渍的纤维质幅材。

一旦已经形成包含木质素的树脂组合物，就将其转移到浸渍装置中，在此通过定量给料辊施加树脂组合物以实现在整个纤维质幅材中的均匀浸渍程度。施加到幅材的树脂的量取决于过滤介质的最终用途。一旦树脂已经被施加到纤维质幅材，浸渍的幅材就进入干燥炉，在干燥炉中溶剂在干燥步骤中被去除。干燥步骤通常在80℃至150℃之间的温度下进行。然后在固化步骤中通过在固化炉中在120℃至200℃之间、150℃至180℃之间或180℃至200℃之间的温度下加热浸渍的幅材而使树脂交联至纤维质幅材。可替代地，固化可通过紫外或红外辐射实现。一旦完全固化，浸渍的纤维质幅材就获得其最终特性。这些特性包括其重量、厚度、波纹、耐破强度爆炸、渗透性、孔径、树脂含量百分比、湿度或固化水平。根据具体的实施方案，干燥步骤和固化步骤可以同时进行，即在单个步骤中进行，并且特别是当使用交联剂时。

一旦已经形成过滤介质，可将其起皱(corrugate，波纹化)、切割、折叠、打褶，进行另外的固化步骤，并组装成最终使用的过滤产品。

过滤介质可以是空气过滤介质。该空气过滤介质可以被配置为用于过滤汽车舱室空气。特别地，过滤介质可被配置为过滤来自舱室空气的颗粒(诸如灰尘、花粉、烟灰、细菌和PM2.5)、气体(诸如臭氧、苯、SOx和NOx)或气味。过滤介质可包括碳层(其可为活性炭)以帮助从舱室空气过滤不希望的气体和颗粒。

空气过滤介质可以被配置为汽车进气过滤器，其可以被配置为从进入车辆发动机的空气过滤颗粒(诸如灰尘、花粉、烟灰、细菌和PM2.5)。过滤介质可以任选地被处理以包括阻燃层、防水层、或纳米纤维层、细纤维熔喷层或合成层合层中的一者或多者，以增强强度和过滤性能。

空气过滤介质可被配置用于工业过滤介质，诸如燃气涡轮机进气过滤器、空气-油分离过滤器(例如，在压缩空气应用中)、空气污染控制和灰尘收集过滤器元件(诸如可被用于减少或消除从工业源到大气中的颗粒排放)、或加热、通风和空气调节(HVAC)过滤器元件等。

该过滤介质可以被配置为燃料过滤器元件，该燃料过滤器元件可以被配置为用于从燃料过滤有机和无机杂质。燃料过滤器元件可包括多层过滤介质，并可被配置为从燃料分离和保留颗粒和水杂质。

该过滤介质可以被配置为油过滤介质。油过滤介质介质可以被配置为用于从油过滤杂质，诸如烟灰、灰尘和颗粒。在这些实施方案中，过滤介质可具有在热油中的高耐久性，特别是高的热油耐破性。

过滤介质可被配置为用于过滤电火花加工(electrical discharge machining，放电加工)(EDM)工艺中使用的介电流体。

该过滤介质可以被配置为用于液压应用中的液压过滤介质。

该过滤介质可以被配置为用于水的过滤。过滤介质可被配置为从水过滤亚微米级的污染物，包括有机酸、病毒、细菌、孢囊(cysts)、细胞碎片和痕量药物。为了提高过滤性能，过滤介质可以涂覆有带静电的层或活性炭层。

通过以下非限制性实施例进一步说明本发明。

实施例

工序

使用实验室湿法成网手抄片材模具(hand sheet mold)，使用改进的TAPPI T205工序，采用本文所述的改进方法制备样品。将配方中所述的配料与2升自来水混合，并用标准实验室分解机(Noram)分解1500转。然后将配料倒入湿法成型模具中并用约25升自来水稀释，用脚踏搅拌器搅拌3次，并通过标准造纸机丝网排水。

然后用碾压辊(couching roller)辊压3次将手抄片材挤压干燥，在350°F(177℃)的平板快速烘箱中再干燥5分钟，随后在350°F(177℃)的烘箱中干燥5分钟。在烘箱干燥(OD)的片材上，在烘箱干燥之后立即获取原始物理数据，诸如原始基重、测径规(calliper)、透气率。

然后用基于总片材重量的25重量％含量的标准酚类树脂(树脂浴的浴固体为在作为溶剂的甲醇中的18％)使样品饱和。然后将样品在环境条件下空气干燥24小时，并固化以在350°F(177℃)下达到SDC(饱和干燥固化)水平5分钟。固化后立即记录SDC基重，随后测量其它SDC数据，诸如SDC测径规和SDC透气率。

测试方法

采用以下测试方法获得下表中报告的数据。

过滤性能：这是使用多道次测试确定的。该测试要求未过滤的流体通过过滤器元件再循环，并且根据各种可能的参数测量过滤性能。在一些情况下，进行压差多道次测试。定义于ISO 4548-12标准中。

压差测试：指的是在已安装过滤器的外壳内测量相对于过滤器周围的压力的测试过滤器内的压力。压差决定了流体如何有效地移动通过过滤器。当压差高时，其指示过滤器接近容量。

过滤效率：定义在ISO 4548-12中。这是指过滤器保留颗粒的能力，表示为在测试下过滤器保留的给定尺寸的颗粒的百分比。在测试期间，在过滤介质的前面和后面使用颗粒计数器测量液体或气体的样品。测量颗粒的浓度，并基于过滤器任一侧的颗粒量的差异计算过滤效率。

流动限制测试：定义于ISO 4548-12标准中。该测试工序确定过滤器的污染物容量、其颗粒去除特性和压差。该测试旨在应用于在粒度大于10μm时效率小于99％的过滤器元件。该测试对应于具有连续污染物注入并使用在线颗粒计数方法来评价用于内燃机的全流式润滑油过滤器的性能的多道次过滤测试。它被限制在稳定状态条件下，并且不解决流速的波动。

透气性：根据TAPPI标准T 251cm-85(“Air Permeability of Porous Paper,Fabric and Pulp Handsheets”)，使用Textest AG(型号FX3300)以0.5英寸(2.7mm)的水差测量介质的透气性，并以每分钟每平方英尺样品面积的立方英尺的空气流速(cfm/sf)(有时更简单地称为cfm)记录。

平均流动孔(MFP)尺寸：根据标准测试工序ASTM F-316测量。

耐破强度：根据TAPPI标准T403，使用

耐破强度测试仪测量使介质样品破裂所需的压力。结果以磅/平方英寸(psi)为单位记录介质破裂时的结果。

测径规：使用Thwing-Albert Instrument Company的89-100厚度测试仪根据TAPPI Standard T41 1“Thickness(calliper)of paper,paperboard and combinedboard”(通过引用整体并入本文作为参考)来测量SDC介质的测径规(厚度)。

刚度：通过TAPPI T489 om-92，使用GURLEY^TM抗弯测试仪MOD 4 171D(GurleyPrecision Instruments)获得OD和SDC介质的刚度。

热油耐破强度：介质样品的热油耐破强度是当通过橡胶隔膜将受控和不断增加的压力施加到7.07cm2区域时导致介质样品破裂所需的最大流体静压。热油耐破强度通过将介质样品(尺寸14cm×10cm)置于在140℃±约0.1℃下保持144小时的典型发动机油(例如，MOBIL 1^TM机油)的油浴中来测定。然后将介质样品从热油浴取出并冷却约5分钟，同时从介质样品吸去过量的油。然后使用

耐破强度测试仪测试不含水分的样品，结果以介质破裂时每单位面积的力即磅每平方英寸(psi)报告。

实施例1

为了优化树脂中木质素的量，如下制备包含10％、20％、30％、40％和50％(体积/体积)木质素的酚类(可溶酚醛树酯)树脂样品：

将树脂组合物施加到滤纸样品，其被固化并根据上述测试方法一式三份进行测试。它们的特征总结在下表1-5中。在下表中，“目标”是指参数的目标技术性能。

表1-测试1，树脂组合物中10重量％的木质素

表2-测试1，树脂组合物中20重量％的木质素

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表3-测试1，树脂组合物中30重量％的木质素

图1和2分别图示了包含10重量％、20重量％、30重量％、40重量％和50重量％木质素的树脂组合物在固化之后和在160℃下老化24小时之后的相对耐破强度。使用至多30重量％的木质素组合物获得了令人满意的结果。大于该值的木质素水平导致显著降低的耐破性。

图3图示了树脂组合物在165℃的固化时间随着木质素含量的增加而增加。

实施例2

为了确定优选的添加剂，用六胺和多聚甲醛制备树脂组合物，以评价这些添加剂对耐破强度和刚度的影响。如下表6所示制备包含不同量的木质素和六胺或木质素和低聚甲醛的样品，并根据上述测试方法进行测试。

表6

	测试1-10％木质素	测试2-20％木质素	测试3-30％的木质素
				可溶酚醛树酯	89.0％	78.0％	67.0％
木质素	10.0％	20.0％	30.0％
				六胺或多聚甲醛	1.0％	2.0％	3.0％

图4和5图示了多聚甲醛在测试的树脂组合物中比六胺产生更大的耐破性。

实施例3

为了比较vinsol和牛皮纸浆木质素的溶解度，制备并评价四种混合物。

表7

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实施例4

进行测试以评价现有技术文献US 3294582中公开的溶剂体系溶解vinsol和木质素树脂的组合物的能力。根据US 3294582中公开的量制备乙醇、异丙醇和水的溶剂混合物。制备包含vinsol和木质素的四种不同的配制物，并评价它们的溶解度。

表7

实施例5

过滤介质的形成：

根据表8中列出的组分和量制备树脂组合物。

表8

在第一步骤中，将木质素溶解在可溶酚醛树酯中。将树脂/木质素混合物转移到反应器并加入交联剂，加入甲醇和染料。然后混合合并的组分，得到深色溶液，其固体含量为64％，粘度为830.5mPa.s，密度为1.107g/cm³，pH为5.53。

使用涂布器和定量给料辊将树脂组合物浸渍到纤维质幅材中，以便获得均匀的浸渍。纤维质幅材包括>95重量％的纤维素纤维。分析浸渍的纤维质幅材，其结果总结于下表9中。

表9

实施例6

评价上述浸渍的过滤介质的甲醛和苯酚排放。测定过滤介质纸中的游离苯酚或游离甲醛的方法采用UV-VIS光谱法。为了测定纸中的游离苯酚，在六氰合铁(III)存在下，用4-氨基安替比林(4-aminoantipyrine)在510nm波长下进行测试。为了测定纸中的游离甲醛，使用3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙盐酸盐水合物(MBTH)和氯化铁(III)六水合物的反应在628nm波长下进行测试。在纸包含甲醛的情况下，该反应将进行至蓝色衍生物。

结果示于图6中，并且显示与仅用可溶酚醛树脂浸渍的过滤介质相比，用包含30％的木质素的树脂浸渍的过滤介质产生80.3％的甲醛排放降低和81.6％的苯酚排放降低。

实施例7

制备油过滤介质并且用以上公开的包含木质素的树脂组合物浸渍。如ISO 4548-12标准中所定义，对油过滤介质进行流动限制测试，过滤效率测试和压差测试，其结果示于图7、8和9中。所使用的标准测试对应于具有连续污染物注入的多道次过滤测试，并采用在线颗粒计数法来评价用于内燃机的全流润滑油过滤介质的性能。此外，注意到油过滤介质易于打褶并且在使用过程中不发出烟雾或气味。

实施例8

在140℃测试的耐热油性。耐热油性测试如下进行。一旦样品完全固化，进行

耐破强度测试，并且记录该测试的值(初始耐性值)。将五个其它的纸样品容纳在油浴设备中，该设备填充有约12升SLX OW30或5W-30油。将油浴设备调节至140℃的温度。逐渐取出油浴设备中的纸样品。更特别地，在24小时、48小时、72小时、168小时和500小时后，从油浴设备取出一个纸样品。一旦从油浴设备取出纸样品，用吸收纸除去过量的油，并将该样品置于调节至25℃和50％相对湿度的气候室中2小时。在气候室中该时间之后，对该样品进行/>

耐破强度测试并记录获得的值。

结果示于图10中，并且显示包含木质素的树脂组合物在所有时间间隔都显示出比不含木质素的树脂更高的耐破强度。

实施例9

根据以上定义的测试方案测试用(i)30％包含木质素的酚类树脂，和(ii)无木质素的酚类树脂浸渍的平面过滤介质样品的过滤效率。结果提供于图11中，图11显示用包含木质素的树脂组合物浸渍的过滤介质显示出与用不含木质素的酚类树脂浸渍的过滤介质相当的过滤效率。

通过参考以下段落，可以进一步理解本发明：

1.包括用包含木质素的树脂组合物浸渍的纤维质幅材的过滤介质，其中：

该木质素具有小于1.2g/cm³的密度或小于20,000的重均分子量。

2.根据第1段描述的过滤介质，其中该木质素具有小于7，优选3至5，最优选4至4.5的pH。

3.根据第1段或第2段描述的过滤介质，其中该树脂组合物具有小于15mPa.s的动态粘度。

4.根据第3段描述的过滤介质，其中该树脂组合物具有在7.5-9.5mPa.s之间的动态粘度。

5.根据第1段至第4段中的任一段描述的过滤介质，其中该木质素具有小于1g/cm³，优选地在0.20g/cm³与0.75g/cm³之间，并且更优选地在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间的密度。

6.根据第1段至第5段中的任一段描述的过滤介质，其中该树脂组合物还包含具有至少一个伯胺或仲胺官能团的或者为多胺的甲醛清除剂。

7.根据第1段至第6段中的任一段描述的过滤介质，其中该树脂组合物还包含环氧基组分，诸如聚环氧化物或聚环氧树脂。

8.根据第1段至第7段中的任一段描述的过滤介质，其中该树脂组合物包括木质素和酚类树脂，优选地以1:1至1:9，优选1:1至1:4，更优选1:2的木质素:酚类树脂重量比。

9.根据第8段描述的过滤介质，其中该酚类树脂是可溶酚醛树酯。

10.根据第8段描述的过滤介质，其中该酚类树脂是酚醛清漆树脂。

11.根据第1段至第7段中的任一段描述的过滤介质，其中该树脂组合物包括木质素和胶乳树脂，优选地以1:1至1:9，优选1:1至1:4，更优选1:2的木质素:胶乳树脂重量比。

12.根据第1段至第11段中的任一段描述的过滤介质，该过滤介质包括10重量％至50重量％的树脂组合物。

13.根据第1段至第11段中的任一段描述的过滤介质，该过滤介质包括10重量％至40重量％的树脂组合物。

14.根据第1段至第11段中的任一段描述的过滤介质，该过滤介质包括10重量％至30重量％的树脂组合物。

15.根据第1段至第10段中的任一段描述的过滤介质，其中该木质素具有从4至4.5的pH以及在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间的密度，该树脂组合物以1:1至1:4的木质素:酚类树脂重量比包括木质素和酚类树脂，并且过滤介质包括10重量％至30重量％的树脂组合物。

16.根据第1段至第10段中的任一段描述的过滤介质，其中该木质素具有从4至4.5的pH以及在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间的密度，该树脂组合物以1:1至1:4的木质素:酚类树脂重量比包括木质素和酚类树脂，并且该树脂组合物还包含具有至少一个伯胺官能团的甲醛清除剂，并且该过滤介质包括10重量％至30重量％的树脂组合物。

17.根据第1段至第10段中的任一段描述的过滤介质，其中该木质素具有从4至4.5的pH以及在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间的密度，该树脂组合物以1:1至1:4的木质素:酚类树脂重量比包括木质素和酚类树脂，并且该树脂组合物还包含具有至少一个仲胺官能团的甲醛清除剂，并且该过滤介质占包括10重量％至30重量％的树脂组合物。

18.根据第1段至第10段中的任一段描述的过滤介质，其中该木质素具有从4至4.5的pH以及在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间的密度，该树脂组合物以1:1至1:4的木质素:酚类树脂重量比包括木质素和酚类树脂，并且该树脂组合物还包含为多胺的甲醛清除剂，并且该过滤介质包括10重量％至30重量％的树脂组合物。

19.根据第1段至第18段中的任一段描述的过滤介质，其中该纤维质幅材包括至少80重量％，优选至少90重量％，更优选至少95重量％的纤维素纤维，基于纤维的总重量。

20.根据第1段至第18段中的任一段描述的过滤介质，其中该纤维质幅材包括至少80重量％，优选至少90重量％，更优选至少95重量％的合成纤维，基于纤维的总重量。

21.根据第1段至第18段中的任一段描述的过滤介质，其中纤维质幅材包括纤维素纤维和合成纤维的混合物。

22.根据第21段描述的过滤介质或方法，其中该合成纤维以纤维的总重量的10重量％至30重量％的量存在于该纤维质幅材中。

23.根据第19段或第21段描述的过滤介质，其中该纤维素纤维选自软木纤维、硬木纤维、植物纤维和纤维素纤维中的一者或多者。

24.根据第23段的过滤介质，其中该纤维素纤维是再生纤维素纤维。

25.根据第1段至第24段中的任一段描述的过滤介质，其中该过滤介质选自：油过滤介质、空气过滤介质、燃料过滤介质、液压过滤介质、工业过滤介质、介电流体过滤介质和水过滤介质。

26.根据第25段描述的过滤介质的用途，其中该空气过滤介质用于重型板式过滤器，或用于负载式空气板式过滤器中。

27.制造根据第1段至14中的任一段描述的过滤介质的方法，该方法包括用包含木质素的树脂组合物浸渍纤维质幅材和固化浸渍的纤维质幅材。

Claims

所述纤维质幅材包括按所述纤维质幅材的重量计0.1至30重量％的量的木质素；以及

所述木质素具有小于1.2g/cm³的密度或小于20,000g/mol的重均分子量。

2.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述木质素具有小于7，优选3至5，最优选4至4.5的pH。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的过滤介质，其中所述树脂组合物具有小于15mPa.s的动态粘度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤介质，其中所述木质素具有小于1g/cm³，优选在0.20g/cm³与0.75g/cm³之间，并且更优选在0.25g/cm³与0.45g/cm³之间的密度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述树脂组合物还包含具有至少一个伯胺或仲胺官能团的或者为多胺的甲醛清除剂。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其中所述树脂组合物包括木质素和酚类树脂，优选地以1:1至1:9，优选1:1至1:4，更优选1:2的木质素:酚类树脂重量比。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的过滤介质，所述过滤介质包括10重量％至50重量％的所述树脂组合物。

8.制造根据权利要求1至7中任一项所述的过滤介质的方法，包括用包含木质素的树脂组合物浸渍纤维质幅材和固化浸渍的纤维质幅材。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的过滤介质，或根据权利要求8所述的方法，其中所述纤维质幅材包括基于纤维的总重量的至少95重量％的纤维素纤维。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的过滤介质，或根据权利要求8所述的方法，其中所述纤维质幅材包括基于纤维的总重量的至少95重量％的合成纤维。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的过滤介质，或根据权利要求8所述的方法，其中所述纤维质幅材包括纤维素纤维和合成纤维的混合物。

12.根据权利要求11所述的过滤介质或方法，其中所述合成纤维以纤维的总重量的至多50重量％，优选10重量％至30重量％的量存在于所述纤维质幅材中。

13.根据权利要求1至7和9至12中任一项所述的过滤介质，或根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中所述纤维素纤维选自软木纤维、硬木纤维、植物纤维和再生纤维素纤维中的一者或多者。

14.根据权利要求1至7和9至13中任一项所述的过滤介质，或根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中所述过滤介质选自：油过滤介质、空气过滤介质、燃料过滤介质、液压过滤介质、工业过滤介质、介电流体过滤介质和水过滤介质。

15.根据权利要求14所述的过滤介质的用途，其中所述空气过滤介质用于重型板式过滤器，或用于负载式空气板式过滤器。