CN117157131A - 一次性使用过滤器部件、用于处理空气的方法以及二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途 - Google Patents
一次性使用过滤器部件、用于处理空气的方法以及二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途 Download PDFInfo
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Abstract
本公开涉及一种用于去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件，该部件包括作为空气过滤介质的聚合物组合物，该聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团，其中该部件允许最终用户对空气过滤介质进行检查，以基于从白色至黄色的颜色变化来确定过滤器何时耗尽，或者该部件包括光学传感器，该光学传感器被配置为向最终用户通知颜色变化。本公开还涉及一种用于同时去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件，其中该部件包括HEPA过滤器，该HEPA过滤器由包含多个游离乙烯基基团的聚合物组合物形成。本公开还涉及一种空气处理系统、处理空气的方法以及用于形成空气过滤介质的二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途。
Description
本发明提供了一种一次性使用过滤器部件。更具体地说，本发明提供了一种用于去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件。本发明还提供了一种空气处理系统，该空气处理系统包括所述一次性使用过滤器部件。具体地，一次性使用过滤器部件包括作为空气过滤介质的聚合物组合物，其中该聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团。此外，本发明提供一种处理空气的方法，该方法包括使含NO2的空气通过所述一次性使用过滤器。本发明还提供一种用于形成空气过滤介质的二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途，更具体地，其中二乙烯基苯的聚合物或共聚物的至少7.0％的碳原子是乙烯基碳原子。本发明特别适用于空调系统，包括家用空气净化器和工业HVAC系统两者，以及诸如面罩之类的产品。
众所周知，空气污染是现代社会日益关注的问题，并且对环境以及最终对人类健康具有毁灭性的负面影响。来自世界卫生组织(WHO)的数据表明，十分之九的人呼吸的空气超过了WHO的指导限值，该空气含有高水平的污染物，并且据估计环境空气污染在全世界每年导致超四百万人过早死亡。污染是人口稠密的城市环境中特别关注的问题，其中来自工业过程(诸如发电、农业和废物焚化)的污染以及机动车辆在燃料燃烧过程中排放的大量污染可产生对健康有害的非常高水平的环境污染物的热点。然而，家庭空气污染是另一个问题，特别是在发展中国家。家庭空气污染可在家庭活动(诸如烹饪或燃料(诸如木材和煤)的燃烧)期间产生。
空气污染物包括气态污染物和颗粒(仍悬浮在空气中)污染物。颗粒物质(PM)通常由非常小的固体或液体颗粒组成，经常是具有小于10微米的直径的固体碳颗粒(PM10)、具有直径分别为小于2.5微米和小于0.1微米的细颗粒(PM2.5)和超细颗粒(PM0.1)。常见的来源包括内燃机和燃料(诸如木材和煤)的燃烧。已知具有负面健康影响的气态污染物以及颗粒污染物包括二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)、臭氧(O3)、二氧化硫(SO2)和一氧化碳(CO)。
尽管长期以来了解气态污染物的问题，但用于空气净化的大多数过滤器专注于捕集颗粒物质。通常，过滤器由不同层的多孔介质制成，根据最终应用和待过滤的颗粒物质的最小尺寸，这些层可能具有不同的厚度。这些层通常由玻璃纤维或聚合物制成。
NO2以及颗粒物质是由道路排放产生的显著污染物，即由燃料在内燃机中的燃烧产生的污染物。道路交通是二氧化氮的主要室外来源。因此，居住在繁忙的道路附近的那些人特别暴露于NO2污染并受其影响。另外地，NO2也可由内部来源(诸如烹饪和加热)产生。长期暴露于NO2可能导致肺功能下降。即使短期暴露，但是仍有证据表明NO2可增加支气管炎和哮喘的风险。NO2可导致气道炎症，并且增加对呼吸道感染和过敏原的易感性。
然而，需要控制环境中NO2的水平，使得仍然需要能够过滤有害气态污染物(诸如NO2)的有效空气过滤器。
众所周知，过滤器可进一步包括吸附剂或催化剂以去除气态污染物(诸如挥发性有机化合物、一氧化碳和二氧化氮)。活性炭是一种常用的吸附剂/催化剂，并且近几十年来，人们对活性炭吸附NO2的影响因素进行了大量的研究。然而，随着时间的推移，二氧化氮的逃逸量可能很容易增加。此外，活性碳可还原二氧化氮以提供一氧化氮(氧化氮)，一氧化氮是另一种污染物。活性炭不能牢固地结合NO2或NO，因此它们不能充分吸收以从空气中去除污染物。自然地，优选地从空气中过滤二氧化氮，而不产生其他氮氧化物(主要是氧化氮)。由于空气污染物通常是肉眼不可见的(至少在背景水平下)，并且假定活性炭基本上保持黑色，因此最终用户不可能在视觉上确定吸附剂何时表现不佳或耗尽。一些商用空气净化器配备有传感器，该传感器警告用户环境空气中增加的污染物浓度。已经研究了许多其他材料(诸如沸石、金属有机骨架材料(MOF)和金属氧化物(诸如Al2O3和TiO2)(掺杂的和未掺杂的)的吸附能力，但没有一种材料具有用于空气过滤器以除去NO2所需的效率。然而，一些空气净化器包括一些其他材料(诸如沸石或氧化铝以及活性炭)。
几十年来已知聚合物可与气态污染物(诸如NO2)反应。例如，Jellinek和Flagsman的《高分子科学杂志(Journal of Polymer Science)》，部分A-1，第7卷，第1153-1168页(1969)研究了二氧化氮与聚苯乙烯薄膜的反应。不久之后，Grubner等人在《美国工业卫生协会杂志(American Industrial Hygiene Association Journal)》，33:4，第201-206页的“多孔聚合物珠对二氧化氮的收集(Collection of Nitrogen Dioxide by PorousPolymer Beads)”中研究了二氧化氮与Q的反应性。/>Q是乙基乙烯基苯和二乙烯基苯的交联聚合物，主要用于HPLC柱中。WO 2017/160646A1公开了包括用于反应性气体的聚合物吸附剂的空气过滤器。所公开的反应性气体是氟化氢、氟、溴化氢、溴、氯化氢、氯、硫酸、亚硫酸、硫化氢、二氧化硫、硝酸、亚硝酸、二氧化氮或它们的混合物。聚合物吸附剂包括(i)前体聚合物材料与(ii)含氮化合物的反应产物，该前体聚合物材料包括可聚合组合物的聚合产物，该可聚合组合物包含8重量％至65重量％马来酸酐、30重量％至85重量％的二乙烯基苯和0重量％至40重量％的苯乙烯型单体，该含氮化合物选自氨或具有至少一个伯氨基或仲氨基的化合物。该公开内容集中于去除二氧化硫(SO2)，去除由与存在于聚合物吸附剂中的氨基基团的反应产生的反应性气体。
因此，在本领域中需要用于空气处理系统中的部件，该部件有效地从空气中去除NO2并且使得最终用户能够容易地确定吸附剂材料何时耗尽并且需要更换。本发明人为了克服现有技术中的问题而开发了本发明。
因此，在第一方面中，提供了一种用于去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件，该部件包括作为空气过滤介质的聚合物组合物，该聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团，
其中该部件允许最终用户对空气过滤介质进行检查，以基于从白色至黄色的颜色变化来确定过滤器何时耗尽，或者该部件包括光学传感器，该光学传感器被配置为向最终用户通知颜色变化。
现在将进一步描述本公开。在以下段落中，更详细地定义了本公开的不同方面/实施方案。除非有明确相反的说明，否则如此定义的每个方面/实施方案可与任何其它方面/实施方案或多个方面/实施方案组合。具体地，任何被指示为优选或有利的特征可与任何其它被指示为优选或有利的一个或多个特征组合。
本发明涉及一种用于去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件。“一次性使用”是指过滤器部件旨在在不再生过滤器的情况下使用，并且一旦过滤器部件已经达到其工作寿命的终点就可以用更换部件进行更换。这可以如本文所述来确定。此外，“一次性使用”不应被理解为仅限于在一个场合使用，而应当理解为使用一次。因此，“一次性使用”过滤器在被最终用户投入使用后仍可具有吸附NO2的能力。例如，空调系统或空气净化器可被打开和关闭，以在多种情况下主动地使空气通过“一次性使用”过滤器部件。
该部件是空气处理系统的一部分。优选地，该部件是空气处理系统的可更换零件。换句话说，例如，在空气净化器中，一旦过滤器部件耗尽，本发明的部件可由最终用户移除，并用新的过滤器部件更换。在另一个示例中，面罩(诸如呼吸器)可包括可移除的过滤器部件。另选地，该部件可与空气处理系统成一体。通常，考虑到处置整个系统的成本，这在空气处理系统是一次性的情况下是优选的。例如，空气处理系统可以是包括一体形成的一次性使用过滤器部件的一次性面罩。
当安装在空气处理系统中时，如本文所述的过滤器部件适用于去除NO2。空气处理系统表示任何类型的设备或装置，其中可将过滤器部件提供给待处理的空气流以去除NO2。
过滤器部件包括作为空气过滤介质的聚合物组合物。具体地，聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团。本发明人已发现包括空气过滤介质的过滤器部件，该空气过滤介质由包含多个游离乙烯基基团的聚合物组合物形成，该过滤器表现出从空气中吸附NO2的有利选择性。具体地，本发明人相信NO2与游离乙烯基基团反应，并且因此可被认为是化学吸附的。“游离乙烯基基团”是指聚合物组合物包含R-CH＝CH2基团。聚合物组合物可通过使包含烯基(即含有碳-碳双键的那些)(诸如乙烯基基团)的单体在加成聚合反应中反应以形成单键联结的碳链主链而获得。因此，游离乙烯基基团是未反应的那些。如本文所述，本发明人已发现二乙烯基苯是特别优选的单体，该单体可聚合以产生其中一部分乙烯基基团不反应以聚合或交联的聚合物。
本发明的部件允许最终用户对空气过滤介质进行检查，以确定过滤器何时耗尽。最终用户能够基于从白色至黄色的颜色变化来确定过滤器何时耗尽。另选地，该部件包括光学传感器，该光学传感器被配置为向最终用户通知颜色变化并且因此需要更换过滤器。光学传感器可被配置为例如一旦观察到特定波长的反射光(即，足够黄的光以表明NO2去除性能的耗尽)就提供输出。
因此，过滤器部件可采用本领域已知的任何形式，只要该部件具有允许最终用户意识到颜色变化的手段即可。在一个实施方案中，部件可包括框架(诸如周边式框架)或外壳。该部件可优选地采用由注射成型的刚性塑料制成的滤筒的形式。此类滤筒可设计成装配到空气过滤系统(诸如空调)中。在任何情况下，该部件包含空气过滤介质并且可包括允许用户直接观察空气过滤介质的可重复打开的开口。优选地，部件中的开口可以是筛网或网孔，该筛网或网孔包括足以容纳空气过滤介质但允许视觉检查的孔。在另一个实施方案中，部件可包括光学透明部分(例如透明窗口)，以允许对保持在部件内的空气过滤介质进行检查。在此类实施方案中，不是最终用户主动地检查颜色变化，而是可使用外部光学传感器来检测此类颜色变化并且通知最终用户。此类外部光学传感器可形成空气处理系统的一部分，其中安装了过滤器部件而不是过滤器部件本身。
本发明人已经发现，通过提供聚合物组合物作为具有多个游离乙烯基基团的空气过滤介质，二氧化氮可与乙烯基基团反应以产生黄色产物。因此，本发明人已经发现，通过增加聚合物中乙烯基基团的数量，颜色变化更加显著，并且同时大大提高了可被吸附的NO2的量。因此，本发明不要求并且优选地，聚合物组合物不包括单独的比色指示剂(诸如pH指示剂)，例如甲基红。换句话说，从白色至黄色的颜色变化完全是由NO2对聚合物组合物的化学吸附而产生的，这是多个游离乙烯基基团与NO2反应的结果。
在另选的优选实施方案中，该部件包括光学传感器，该光学传感器能够检测从白色至黄色的颜色变化，并且一旦已经达到足够的颜色阈值就通知用户。这对于空气调节和空气净化系统来说是特别优选的，这些空气调节和空气净化系统可安装在用户更难触及的位置中，例如在工业HVAC系统中。
在该部件允许用户进行视觉检查的情况下，该部件优选地包括黄色标记，用于允许最终用户与空气过滤介质进行比较，并且由此确定过滤器何时耗尽。因此，一旦空气过滤介质的颜色和标记匹配，本发明的过滤器部件允许最终用户用新的过滤器部件更换包括空气过滤介质的过滤器，和/或诸如当过滤器部件是一次性面罩的一部分时以其他方式处理耗尽的过滤器。
如将理解的，颜色变化表示过滤器具有耗尽的NO2去除性能的精确点将取决于所选择的过滤介质。当聚合物每单位重量具有更多游离乙烯基基团时，最终颜色的强度可以是比具有更少游离乙烯基基团的聚合物更暗的黄色。因此，本领域技术人员可基于所选择的聚合物、基于常规测试容易地选择期望的终点。例如，可对聚合物进行测试以观察经处理的测试气体中的NO2水平何时开始升高，然后可设定聚合物的颜色以提供终点或更换点。
在一个实施方案中，该部件进一步包括在聚合物组合物下游的活性炭。因为活性炭可用于吸附其他污染物(诸如挥发性有机化合物、芳香剂、气态家用化学品和许多其他气体)，所以活性炭是过滤器部件的优选附加材料，特别是对于空调系统而言。本发明人已经发现，通过在聚合物组合物的下游提供活性炭，NO2可在与活性炭接触之前被选择性地吸附，否则NO2可能会被还原以形成NO。如将理解的，下游是指活性炭相对于使用时待处理的空气移动通过过滤器的方向的位置。下游用于指待处理的空气随后到达的位置，使得待处理的空气首先通过聚合物组合物，然后通过活性炭。该构造最小化或防止在活性炭上产生NO，并且释放活性炭处理除NO2以外的其他污染物的能力。
优选地，空气过滤介质以保持在部件内的多个珠子的形式提供。珠子基本上是球形的，并且可以通过优选地在100μm至1600μm、优选地300μm至1200μm范围内的平均粒度(d50)来描述。这些珠子可例如被保持在网筛之间。
优选地，空气过滤介质具有至少600m2/g的表面积。此类高表面积允许从空气中有效地提取NO2，其通常是以相对低浓度(诸如在环境空气中小于1ppm)存在的污染物。表面积也可称为BET比表面积，其为每单位质量(或体积)的多孔聚合物的总表面积，此类测量结果在本领域中是常规的并且通常通过氮吸附来测量。优选地，表面积为至少700m2/g，更优选地750m2/g至2000m2/g。
在一个实施方案中，聚合物组合物可负载在纤维上。例如，聚合物组合物可负载在稀松布上，该稀松布是通常由棉制成的织造织物。聚合物组合物还可负载在毛线上，该毛线是还可同时吸附污染物甲醛的材料。
在另一个实施方案中，聚合物组合物本身可以织造或非织造织物的形式提供，纤维由聚合物组合物形成。优选地，将聚合物组合物熔喷以形成作为空气过滤介质的非织造片材。甚至更优选地，聚合物组合物可以HEPA过滤器的形式提供。HEPA过滤器在本领域中是众所周知的，并且需要能够过滤至少99.95％、优选地大于99.97％的直径等于或大于0.3μm的颗粒。因此，HEPA过滤器可在从空气中吸附气态NO2的同时物理捕获和过滤大于0.3μm的颗粒，这些颗粒包括微生物(诸如细菌和病毒)、灰尘以及气溶胶。为了防止背压增加，需要随时间的推移而更换HEPA过滤器。由与NO2反应得到的同时颜色变化用于向用户指示过滤器何时耗尽并且需要更换。
由于现有过滤器可能已经包括在活性炭过滤器上游的HEPA过滤器，因此提供NO2处理聚合物本身作为HEPA过滤器是高度期望的。这是因为没有额外部件来增加背压。这在背压限制至关重要的空调系统中特别重要。
本发明的另一方面提供了一种用于同时去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件，其中该部件包括由包含多个游离乙烯基基团的聚合物组合物形成的HEPA过滤器。HEPA过滤器是众所周知的，并且通常基于过滤器在给定应用中的预期寿命定期更换而无需检查。因此，另一方面的过滤器用于同时从过滤的空气中除去NO2。考虑到经常定期更换HEPA过滤器以确保连续有效的颗粒过滤，用户不需要检查由NO2吸附导致的颜色变化。
聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团。如本文所述，本发明人已经发现游离乙烯基基团和未反应乙烯基基团的存在可用于与NO2反应以有效地从空气中除去NO2，同时导致聚合物组合物的颜色从白色变为黄色。如本文所述，可通过13C固态核磁共振(13C SSNMR)光谱法容易地测定聚合物组合物中游离乙烯基的存在。
特别优选的是，聚合物组合物是烃，即由氢和碳组成。换句话说，聚合物组合物优选地是烃前体的聚合产物。没有额外官能团的烃聚合物使得该聚合物对许多污染物是相对惰性的，并且还是疏水的，这使得它们特别适用于选择性吸附NO2。为了将游离乙烯基基团结合到最终聚合物中，优选地至少一种前体包含两个乙烯基基团，使得一个乙烯基基团在聚合过程中结合到聚合物主链中，而另一个乙烯基基团保持未聚合并且因此是游离的。因此，二乙烯基苯是特别优选的前体，即特别优选的用于聚合的单体。因此，聚合物组合物优选地包括二乙烯基苯的聚合物或共聚物。甚至更优选地，聚合物组合物由二乙烯基苯的聚合物或共聚物组成。二乙烯基苯通常是指二乙烯基苯的对异构体和间异构体的混合物，因为此类异构体混合物是最常见的可商购形式。
二乙烯基苯(DVB)的聚合物和共聚物是已知的，并且在色谱法中经常用作多孔聚合物吸附剂。二乙烯基苯的聚合物和共聚物可在从中孔到微孔的范围内，具有特别高的表面积，这允许空气与聚合物的有效相互作用。虽然DVB的聚合物和共聚物是已知的，但具有两个乙烯基基团的DVB在聚合期间用作交联剂，以在聚合物生长期间连接两个聚合物链而不是提供游离乙烯基基团。因此，所得聚合物可不具有游离乙烯基基团。常见共聚物是由苯乙烯与二乙烯基苯(即苯乙烯-二乙烯基苯)的聚合得到的共聚物。
本发明人已经发现，通过聚合包含至少两个乙烯基基团的单体和/或在聚合之前增加此类单体在可聚合组合物中的浓度，可增加所得聚合物或共聚物中的游离乙烯基基团的数量。因此，聚合物组合物优选地是包含至少60重量％的包含至少两个乙烯基基团的单体的可聚合组合物的聚合产物。甚至更优选地，可聚合组合物包含至少70重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％的包含至少两个乙烯基基团的单体。因此，当聚合物组合物包括二乙烯基苯的聚合物或共聚物或由其组成时，该聚合物组合物是包含至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％的二乙烯基苯的可聚合组合物的聚合产物。优选地，聚合物组合物包含二乙烯基苯的聚合物，即基本上是二乙烯基苯的聚合产物。然而，纯度接近100％的二乙烯基苯难以获得，并且可能相对昂贵。为此，至少80重量％的二乙烯基苯特别优选地用于形成二乙烯基苯的共聚物。在另一个实施方案中，具有至少三个乙烯基基团的单体(诸如三乙烯基苯)可用于聚合。然而，二乙烯基苯通常是容易商购获得的并且也是用于聚合的一种相对便宜的单体，这因此降低了一次性使用过滤器部件的成本。
优选地，聚合物组合物包含二乙烯基苯和任选取代的苯乙烯(通常为苯乙烯和/或烷基取代的苯乙烯，优选地苯乙烯和/或乙基苯乙烯(即乙基乙烯基苯))的共聚物。与二乙烯基苯一样，烷基苯乙烯和乙基苯乙烯通常各自是指对烷基苯乙烯和间烷基苯乙烯以及对乙基苯乙烯和间乙基苯乙烯的混合物。因此，聚合物组合物优选地是基本上由二乙烯基苯和任选取代的苯乙烯(优选地苯乙烯和/或乙基苯乙烯)组成的可聚合组合物的聚合产物。此类组合物可作为“二乙烯基苯”商购获得，因为二乙烯基苯前体通常仅以相对低的纯度(诸如至少50重量％)获得。二乙烯基苯在商业上通常通过异构二乙基苯的热脱氢来生产。根据增加游离乙烯基基团的数量的期望，具有为至少80重量％的纯度的可商购获得的二乙烯基苯是特别合适的，因为剩余的20重量％通常是苯乙烯和乙基苯乙烯以及不可避免杂质的混合物。在可商购获得的二乙烯基苯中，一些不可避免杂质(诸如萘)可能从邻二乙烯基苯的环化作用中残留，尽管基本上所有的萘都可容易地分离。
在另一个实施方案中，聚合物组合物可包含如上文所讨论的甲基丙烯酸酯(诸如甲基丙烯酸甲酯)和二乙烯基苯以及任选的苯乙烯和/或烷基苯乙烯的共聚物。此类聚合物组合物可由可商购获得的二乙烯基苯与甲基丙烯酸酯的聚合反应得到。
根据本发明用作空气过滤介质的合适的二乙烯基苯共聚物包括可购自的/>VP OC 1065(胺官能化苯乙烯与DVB的共聚物)和可购自三菱化学株式会社(Mitsubishi Chemical Corporation)的/>HP20，它是DVB和苯乙烯的共聚物。Q是乙基乙烯基苯和二乙烯基苯的共聚物。在一个特别优选的实施方案中，聚合物组合物是可购自/>的/>PAD1200，它是能够由可商购获得的二乙烯基苯及其相关杂质(诸如乙基苯乙烯)聚合得到的共聚物。由于所用可聚合组合物中大量二乙烯基苯的不完全聚合，PAD1200提供了特别高量的游离乙烯基基团。
用于本发明的聚合物组合物提供用于与来自含NO2的空气流的NO2反应的多个游离乙烯基基团。游离乙烯基基团的数量可通过13C SSNMR光谱法来定量。不管用于形成聚合物组合物的前体和/或单体如何，优选地聚合物组合物的至少5.0％的碳原子是乙烯基碳原子，优选地至少5.5％、至少6.0％、至少6.5％、至少7.0％和甚至更优选地至少7.5％的碳原子是乙烯基碳原子。此类乙烯基基团的浓度提供了从白色至黄色的所需的强颜色变化，随着乙烯基碳原子数降低到约5.0％以下，颜色变化和对NO2的吸附能力逐渐变弱。
在聚合物组合物包含二乙烯基苯的聚合物或共聚物的情况下，发明人已经发现游离乙烯基基团在13C SSNMR光谱中在约112ppm处产生峰(对应于乙烯基基团的未取代碳，即-CH＝CH2)。在任何情况下，通过将13C SSNMR光谱与由与溴反应得到的聚合物的光谱进行比较，可容易地识别由乙烯基基团产生的峰。溴(Br2)与游离乙烯基基团反应，并且来自13CSSNMR光谱的芳族区域的乙烯基碳峰消失。然后，可使用乙烯基碳峰的相对强度来量化聚合物组合物的总乙烯基含量(将强度值加倍以说明乙烯基基团中的两个碳原子)。本发明人已经发现PAD1200包含约3.8％未取代的乙烯基碳原子，相对于聚合物组合物中碳原子总数，这相当于聚合物组合物中约7.6％的乙烯基碳原子。本发明人已经发现Q是相对于PAD1200更大量的乙基苯乙烯的共聚物，如由光谱的脂肪族区域中的更大峰(约15ppm和29ppm)所证明。/>Q在约112ppm处产生具有约3.2％强度的未取代乙烯基碳峰(与为约6.4％的乙烯基碳含量相关)。
13C SSNMR光谱可在Bruker Avance Neo控制台上使用Topspin 4.0软件在14.1T(ν0(1H)＝600MHz)的静态场强下获得。对于13C，将探针调谐到150.94MHz，并参考在20.5ppm处的丙氨酸CH3。可将粉末样品装入具有Kel-F盖的氧化锆MAS转子中，在称重之前和之后提供样品质量。样品质量可为约30mg至约60mg。转子可使用室温净化的压缩空气来旋转。扫描的数量可以是1024，其中D1被设置为30.0s。用于13C SSNMR光谱法的此类参数在本领域中是典型的。
如将理解的，具有分子式C10H10的二乙烯基苯包含四个乙烯基碳原子，其中两个乙烯基碳原子将形成聚合物主链的一部分，以便结合到最终聚合物中。因此，其中仅一个乙烯基基团聚合的纯二乙烯基苯的最大游离乙烯基基团含量为20.0％。因此，包含至少7.0％乙烯基碳原子的二乙烯基苯的聚合物或共聚物是由在聚合期间至少35％的第二乙烯基基团保持未反应得到的。在聚合期间，当交联水平由于相同单体的两个乙烯基基团发生聚合而增加时，构形固定法防止相邻单体单元的第二乙烯基基团进一步聚合，从而使乙烯基基团在所得聚合物中游离。因此，如本文所述，聚合物组合物优选地包含由至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％的具有至少两个乙烯基基团的单体(最优选地二乙烯基苯)形成的共聚物。
根据另一方面，提供了一种空气处理系统，该空气处理系统包括如本文所述的一次性使用过滤器。优选地，空气处理系统是汽车空调系统。这是特别有用的，因为过滤器用于遇到高水平NO2的系统中，这里该系统在其使用寿命期间被例行检查和更换。
一旦如由用户观察到聚合物组合物的颜色已经变为黄色所确定的过滤器部件耗尽，则可更换过滤器部件。另选地，光学传感器可被配置为警告用户颜色变化。在此类实施方案中，汽车仪表板的控制面板中的警示灯可用于警告用户过滤器的颜色变化，并因此警告用户过滤器已耗尽并且需要更换。另选地，在聚合物为HEPA过滤器形式的实施方案中，该过滤器可仅作为汽车空调系统的常规服务的一部分进行更换。
根据另一方面，还提供了一种处理空气以去除NO2的方法，该方法包括使含NO2的空气穿过如本文所述的一次性使用过滤器。
在又另一方面，提供了一种用于形成空气过滤介质的二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途，其中二乙烯基苯的聚合物或共聚物的至少7.0％的碳原子是乙烯基碳原子，如通过13C SSNMR所测定的。尽管市售的二乙烯基苯的聚合物和共聚物是已知的，但它们被出售用于诸如生物材料(诸如小肽和蛋白质)的纯化、用于废水处理、化学品、糖溶液和/或甜叶菊的脱色或色谱柱的应用中。本发明人已经确定此类聚合物和共聚物特别适用于形成适用于从空气中去除NO2的空气过滤介质。
附图说明
现在将参考以下非限制性附图进一步描述本发明，其中：
图1是比较可商购获得的活性炭与聚合物PAD610的NO2逃逸和NO产生随时间变化的图。
图2表示不含游离乙烯基基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的结构。
图3表示具有多个游离乙烯基基团的乙基苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的结构。
图1是本文所述的适用于一次性使用过滤器部件的聚合物组合物与用于家用空气净化器的可商购获得的活性炭组合物之间的比较。图1示出了在室温(22℃)下使具有约40％相对湿度和400ppb NO2的空气通过测试样品时得到的结果。图1示出了NO2从活性炭逃逸的快速增加，而聚合物PAD610(与DVB交联且具有多个游离乙烯基基团的聚甲基丙烯酸酯)在超过90小时时维持低水平的NO2逃逸。有利地，聚合物组合物不导致任何明显水平的NO产生，而NO产生与活性炭中NO2逃逸的量密切相关并且迅速升高至超过40ppb。
图2表示不含游离乙烯基基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的结构。二乙烯基苯用于交联聚合苯乙烯的聚合物主链。另一方面，图3表示乙基苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物的结构，诸如其可通过具有至少80重量％纯度的可商购获得的二乙烯基苯的聚合得到，剩余部分基本上是乙基苯乙烯。虽然图3中所示的结构包括对位取代的苯环，但应当理解，共聚物可包括间位和对位取代的混合物。图3中所示的可通过可商购获得的二乙烯基苯的聚合得到的共聚物表现出比图2的对比共聚物明显更多的交联。在聚合期间中增加的交联导致一部分乙烯基基团保持未聚合并且游离在所得聚合物中。
如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代。术语“包括”的使用旨在被解释为包括此类特征但不排除其他特征，并且还旨在包括必须限于所描述的那些特征的特征选项。换句话说，该术语还包括限制“基本上由......组成”(旨在表示可存在特定的另外的部件，前提条件是它们不实质性地影响所描述的特征的基本特性)和“由......组成”(旨在表示可不包括其他特征，使得如果这些部件以它们的比例的百分比来表达，则这些将合计达100％，同时考虑任何不可避免杂质)，除非上下文另有明确说明。
以上详细描述已通过解释和说明的方式提供，并且不旨在限制所附权利要求的范围。本文所示的目前优选的实施方案的许多变型形式对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，并且保持在所附权利要求及其等同物的范围内。
Claims (15)
1.一种用于去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件，所述部件包括作为空气过滤介质的聚合物组合物，所述聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团，
其中所述部件允许最终用户对所述空气过滤介质进行检查，以基于从白色至黄色的颜色变化来确定所述过滤器何时耗尽，或者所述部件包括光学传感器，所述光学传感器被配置为向所述最终用户通知所述颜色变化。
2.根据权利要求1所述的一次性使用过滤器部件，其中所述部件至少包括光学透明部分，以允许对保持在所述部件内的所述空气过滤介质进行检查。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一次性使用过滤器部件，其中所述空气过滤介质以保持在所述部件内的多个珠子的形式提供。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的一次性使用过滤器部件，其中所述空气过滤介质以织造或非织造织物的形式提供。
5.根据权利要求4所述的一次性使用过滤器部件，其中所述空气过滤介质以HEPA过滤器的形式提供。
6.根据任一前述权利要求所述的一次性使用过滤器部件，其中所述空气过滤介质具有为至少600m2/g的表面积。
7.根据任一前述权利要求所述的一次性使用过滤器部件，所述一次性使用过滤器部件进一步包括黄色标记，用于允许所述最终用户与所述空气过滤介质进行比较，从而确定所述过滤器何时耗尽。
8.一种用于同时去除空气处理系统中的NO2的一次性使用过滤器部件，其中所述部件包括由包含多个游离乙烯基基团的聚合物组合物形成的HEPA过滤器。
9.根据任一前述权利要求所述的一次性使用过滤器部件，其中所述聚合物组合物包含二乙烯基苯的聚合物或共聚物。
10.根据权利要求9所述的一次性使用过滤器部件，其中所述聚合物组合物是包含至少80重量％二乙烯基苯的可聚合组合物的聚合产物。
11.根据任一前述权利要求所述的一次性使用过滤器部件，其中所述聚合物组合物的至少7.0％的碳原子是乙烯基碳原子，如通过13CSSNMR所测定的。
12.根据任一前述权利要求所述的一次性使用过滤器部件，其中所述部件进一步包括在所述聚合物组合物下游的活性炭。
13.一种空气处理系统，所述空气处理系统包括根据任一前述权利要求所述的一次性使用过滤器，优选地汽车空调系统。
14.一种处理空气以去除NO2的方法，所述方法包括：
使含NO2的空气通过根据权利要求1至12中任一项所述的一次性使用过滤器。
15.用于形成空气过滤介质的二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途，其中二乙烯基苯的所述聚合物或共聚物的至少7.0％的碳原子是乙烯基碳原子，如通过13C SSNMR所测定的。
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