CN1180206C - 过滤器的化学升级 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种经湿润剂处理的过滤器，湿润剂可与表面活性剂组合使用。处理时，也可以加入水溶性流变改性剂以改变通过湿润剂而加到过滤器上的水的粘性。还可以加入增粘剂。本发明还提供了适用于处理过滤器的组合物。本发明提供了一种通过用所述组合物进行处理，从而使过滤器“升级”的方法。

Description

过滤器的化学升级

技术领域

本发明涉及气体过滤器，更具体地说涉及用于提高过滤器(例如在空调系统中用于过滤气流中的灰尘和类似的颗粒物的过滤器)的效率的方法和组合物。

本发明是在研究空调(包括空气加热和空气冷却)系统过滤器工作情况时发现的，因此这里的描述与该用途相关，但是，本发明还可应用于过滤气体而不只是过滤空气的过滤器，这种过滤器也不局限于用于空调系统中(例如还可以用于工业过滤系统，如用于清洁房间、炉子、气体纯化、汽车以及其它发动机的空气进口过滤器等)。

背景技术

办公室、住宅和卫生保健大楼通常采用的空调系统中的过滤器一般都是以非织造纤维织物作为介质的，这种纤维织物是由例如聚酯、纤维素或玻璃纤维做成的，并设计成使得气流通过介质时能把空气中携带的颗粒过滤掉。在使用中，颗粒物从气流中滤出时堵塞在过滤器表面和纤维织物的孔隙中，因此，过滤器对气流的阻碍性逐渐增大。最后，当空气的阻碍作用变得非常大时，只能将过滤器取出清洗或者更换。

从劳动力成本和系统停用时间两方面考虑，清洗过滤器既耗费成本又不方便。而且，由于细菌和真菌在滤出物上繁殖可能带来的感染也会是一个危害。一般来说，更换过滤器的费用很高。因此，只要能够维持循环空气流经过滤器时的能量消耗在规定范围内，就尽可能地延长过滤器更换和/或维护保养服务的时间间隔。

一般根据一些参数如纤维类型、纤维直径、纤维织物的厚度、织物的密度/孔隙度、构造以及其它物理和机械性能来设计过滤器的结构，从而使得过滤器能够有效地将一定尺寸的颗粒过滤掉，但同时又不过度阻碍气流，而且过滤器不会很快而是很慢地被阻塞。这些相互冲突的需求通过在物理和机械参数之间进行调整，以提供具有特定“效率”的过滤器结构而得以解决。

通常在标准测试条件下测试给定尺寸(或尺寸分布)和给定气流的颗粒保留率来为过滤器“定级”。生产不同等级的过滤器来满足不同空调设备的特定要求，会大大增加过滤器的生产和多货种造成的成本。在澳大利亚可应用的过滤器等级有G1、G2、G3、G4、F4、F5、F6、F7、F8、F9。这是根据过滤效率的上升而排列的。这样，F9就等效于高效微粒空气过滤器(可以过滤到0.2微米以下)，而G1则可以将粗颗粒(pigeons)滤出。这些过滤器等级在澳大利亚标准AS1324.1中有更具体的定义。

通过化学处理可以提高一个给定过滤器结构的过滤效率，本发明就是源于这个意外的发现，由此可以使处理前具有G3级别的过滤器升级到G4或者更好的级别。进行化学处理的费用远远低于生产较高级别的过滤器额外需要的费用。例如，把G3级别的过滤器通过化学处理升级到G4所需费用低于根据它们传统的结构G4级过滤器与G3级过滤器相比所需的额外费用。而且本发明的优选实施方案可以减少过滤器的种类，因为许多不同级别的过滤器是基于同一机械结构的，只要改变对这种结构进行化学处理的水平和/或种类就可达到不同的“等级”。

本说明书中对上述现有技术的讨论不应被认为是承认这些现有技术在该领域中是广为人知的或形成一部分普通常识。

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的过滤器和/或提供一种通过相对简单的途径以提高现存过滤器效率的方法。

本发明优选实施方案的一个目的是通过简单的化学处理使得给定结构的过滤器提高一个或更多个等级。

本发明的简要描述

第一方面，本发明提供了一种经湿润剂处理的过滤器。

在本发明的优选实施方案中，用湿润剂和表面活性剂来处理过滤器。更优选的是，该处理还包括使用水溶性的流变改性剂和/或增粘剂，流变改性剂可以改变通过湿润剂而吸附在过滤器上的水的粘度，增粘剂可以提高在过滤器上的粘结性能。

第二方面，本发明提供了一种适用于过滤器的组合物，该组合物包括一种湿润剂和一种表面活性剂。

更为理想的是，该组合物还包括一种或多种流变添加剂或增粘剂。

第三方面，本发明提供了一种使过滤器“升级”(如本文中所定义)的方法，该方法包括采用上述第一，第二方面提到的组合物处理过滤器的步骤。

文中“升级”是指提高既定结构的过滤器的性能，该性能是采用AS1324.2所描述的方法测定的，该方法是对空调系统有关的空气过滤进行定级时所采用的。

第四方面，本发明提供了一种过滤气体的方法，该方法包括采用上述第一或第二方面所述的组合物处理过滤器，从而使过滤器效率升级的步骤。

本发明的最佳模式

现仅通过举例的方式来描述本发明的各种不同的具体实施方案。

实施例1

本发明的第一种组合物包括：

氯化钙(湿润剂)                   5％-25％％

Fluorad FC129(注释1)             0.01％

Kathon 886 MW(注释2)             0.19％

水                               83.80％

注1：Fluorad是一种含氟的表面活性剂，可以从3M公司获得。

注2：Kathon 886 MW是一种防腐剂，可从Rohm & Haas公司获得。

实施例2

优选的处理液配方如下：

氯化钙(湿润剂)                 14-18％

Kathon 886 MW(生物抑制剂)      0.19％

Fluorad FC129(表面活性剂)      0.01％

乙烯醚/马来酐                  0.85％

水qs                          100％

实施例3

在本实施例中，制备了一种空调过滤器，此过滤器根据澳大利亚标准定为“F5”级。过滤器由针刺非织造聚酯纤维织物组成，其总表面积约为3.5平方米，过滤器的厚度为10-12毫米，密度为280-300克/平方米(gsm)，纤维直径范围一般在6~15旦。

用实施例2所述的溶液喷射到一些过滤器上，处理液喷射量大约为每平方米230毫升。用干空气干燥处理过的过滤器。当然，也可以用浸涂或任何其它便利的方法来涂布过滤器，然后用加热、减压或者其它合适的方法或者多种方法联用进行干燥。将干燥后的过滤器置于一密闭容器中，如密闭的塑料袋，以待使用。要使用过滤器时，从密闭容器中取出，放置在空调系统内的操作位置。

将一些同一批过滤器不作处理，作为对照。

然后按AS1324.2方法，对处理过的和未处理的对照过滤器进行定级。使用这种方法测试时，未处理的对照过滤器定级为“F5”，而化学处理后的过滤器定级在“F6”以上。

优选的处理液(实施例2)是强吸湿性的，使用时吸收流经过滤器的空气中的水分而变为液体并润湿过滤器。这种液体穿透过滤器，润湿纤维。纤维的润湿又由于在处理液中加入了表面活性剂而得到加强，由于低表面张力，表面活性剂确保处理液穿透空气流。液体还迁移到并透过滤出物，集结在过滤器上和过滤器中。

本发明者不受理论的束缚，认为过滤器性能的改善与湿过滤器俘获灰尘颗粒的能力有关，由于润湿作用，能滤掉比过滤器所定级别更小的颗粒。这些颗粒通常大致上以高速通过纤维基体时，从纤维上弹回，直到它们在两根或更多根交错纤维所限制的截面被俘获。因此，该截面积小于灰尘颗粒。在被湿润剂所润湿的过滤器中，灰尘颗粒冲进被许多原子层厚的水所覆盖的纤维中，并由于表面张力而保持在纤维上。另外，本发明者还观察到在基体中纤维相接触的地方，表面张力/毛细作用造成湿润剂溶液集积，并且，灰尘颗粒遇到了更大量的溶液，此时，它们由于表面张力而不是由于物理尺寸而被俘获。由纤维基体所引起的物理阻隔作用在俘获较大颗粒的能力上没有发生变化。因此，与“未湿润”的过滤器相比，“湿润过的”过滤器俘获颗粒的能力有较大提高。

理想的是将一种或多种流变添加剂(如粘度改性剂、凝胶剂、触变剂等)加入处理液中。这些添加剂的加入能控制溶液粘度，防止细液滴由于空气的剧烈运动而被吹离过滤器，使溶液保持在过滤器上。可根据使用条件来选择流变添加剂的种类和用量。加入增粘剂能增加溶液的粘度，使颗粒粘着在过滤器或聚积的滤出物上，进一步提高了过滤器的级别。

本发明中优选使用的湿润剂是氯化钙。其它湿润剂的实例包括(但不限于)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)、硫酸钠、氢氧化钠、乳酸及其衍生物、氯化钠等等。本领域的技术人员在本文所揭示内容的基础上都能容易地根据过滤器和系统的组成来选择合适的湿润剂。某些湿润剂也可用作表面活性剂，如二辛基磺基丁二酸钠。

本发明优选使用的一类表面活性剂是含氟表面活性剂，如Fluorad FC129。这些表面活性剂之所以优选是因为它们具有很强的降低表面张力的能力。当然，也可以使用其它的表面活性剂。仅举例来说，表面活性剂可以是非离子型的(如乙氧基化合物、丙氧基化合物和两者的嵌段共聚物)、阴离子型的(如十二烷基苯磺酸钠、二辛基磺基丁二酸钠、有机乙氧基或丙氧基的磺酸钠或硫酸钠盐)、阳离子表面活性剂(如十六烷三甲基氯化铵或有机仲、叔或季胺)，或者是两性的表面活性剂(如酰胺基亚丙基甜菜碱(cocamidopropylenebetaine))。

可以使用的流变剂有羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、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、羟丙基瓜耳胶、黄原胶、脱乙酰壳聚糖、丙烯酸类共聚物、聚丙烯酸类聚合物(carbopols)等等。当然，许多其它的水溶性聚合物也同样可以使用。可根据本文所述选择种类和含量。

其它活性成分也可以加入所述用于渗透滤出物的配方中，例如阻燃剂、气流促进剂或减粘剂、除臭剂等等。也可根据我们同一天的专利申请，在配方中加入生物杀伤或抑制剂等，该专利申请文献在此引为参考。

虽然在实施例中所用的加到过滤器上的组合物为水溶液或悬浮液，但是也可将湿润剂和生物抑制剂等作为固体或者形成非水相溶剂加到过滤器上，这样的组合物也在本发明的范围内。

应该理解，本发明的组合物可加到任何材料的过滤器上。已对聚丙烯、粘胶、人造丝、纤维素和玻纤的过滤器进行了测试。然而，这里所描述的操作原理也适用于其它材料或其它结构的过滤器(如机织、非织造、纺粘、熔喷、迭层等)。

虽然通过一些具体的实例对本发明进行了描述，本领域的技术人员都知道，本发明也可表示为其他的形式而不脱离本文所揭示的发明概念的范畴。

Claims (15)

1、一种过滤器，所述过滤器经湿润剂和表面活性剂处理。

2、如按权利要求1所述的过滤器，还经水溶性流变改性剂处理以改变通过湿润剂加到过滤器上的水的粘度。

3、如权利要求1或2所述的过滤器，其特征在于所述过滤器还经增粘剂处理，以提高过滤器上的粘性。

4、一种适用于过滤器的组合物，所述组合物包括一种湿润剂和一种表面活性剂。

5、如权利要求4所述的组合物，其特征在于所述组合物还包括一种或一种以上的流变添加剂或增粘剂。

6、如权利要求4或5所述的组合物，其特征在于所述组合物中的湿润剂选自氯化钙、丙三醇、山梨醇、乙二醇、PEG、丙二醇、1，3-丁二醇，PCA(2-吡啶-5-羧酸)、硫酸钠、氢氧化钠、乳酸及其衍生物，氯化钠、二辛基磺基丁二酸钠。

7、如权利要求4所述的组合物，其特征在于所述组合物中的湿润剂是氯化钙。

8、如权利要求4所述的组合物，其特征在于所述组合物中的表面活性剂是含氟表面活性剂。

9、如权利要求5所述的组合物，其特征在于所述流变改性剂是一种或多种选自下列的化合物：羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、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、羟丙基瓜耳豆、合成生物聚合胶、脱乙酰甲壳质、丙烯酸类共聚物、聚丙烯酸类聚合物(carbopols)、水溶性聚合物和水溶性共聚物。

10、如权利要求5所述的组合物，其特征在于所述的流变添加剂是乙烯醚/马来酸酐共聚物。

11、一种过滤器，其特征在于所述过滤器经权利要求4或5所述的组合物处理。

12、如权利要求11所述的过滤器，其特征在于所述过滤器由选自聚丙烯、粘胶丝、人造丝、纤维素和玻璃纤维的纤维组成。

13、一种使过滤器升级的方法，它包括用一种湿润剂处理过滤器的步骤。

14、一种使过滤器升级的方法，包括用权利要求4或5所述的组合物处理所述过滤器的步骤。

15、一种过滤气体的方法，包括将待过滤气体通过一个过滤器，所述过滤器经过湿润剂或权利要求4或5所述的组合物进行处理，过滤器的过滤效率得到升级。