CN1736543A - 中和酸的过滤介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供中和酸的过滤介质，包括与小粒度的强碱相结合的过滤介质纤维，该强碱有高的表面积并附着和固定到过滤介质纤维上；本发明还涉及其工艺。

Description

中和酸的过滤介质
技术领域
本发明涉及液体过滤系统中的液体过滤器用的中和酸的过滤介质，所述的液体过滤器包括柴油润滑油过滤器。
背景技术
本发明是在针对柴油润滑油过滤器的不断的努力开发而产生的，所述的柴油润滑油过滤器用于从柴油机润滑油循环系统循环的润滑油中除去燃烧酸(combustion acid)，但是本发明有更广泛的应用。已知在现有技术中，在发动机润滑油循环系统中，给过滤器提供强碱以与含有被弱碱中和生成中性盐的燃烧酸的润滑油反应，例如通过引用并入本文的美国专利4,906,389所述的。现有技术中，在油中用弱碱中和燃烧酸。被中和的酸被转移到含有强碱的过滤器中，在那里在过滤器上酸把溶液中的弱碱交换为强碱，并形成不溶的、中性的、固定地盐沉积物保留在过滤器上。被置换的弱碱返回到循环系统再次用于中和其它的燃烧酸，例如在活塞环区域。然后循环继续，也就是说弱碱中和燃烧酸以形成中性盐，该盐从活塞环区域随着润滑油转移并循环通过包括过滤器的润滑油循环系统，过滤器中强碱置换弱碱并将燃烧生成的酸作为固定的沉积物保留在过滤介质上。
本发明开发展自为改进强碱对过滤介质的附着而进行的持续努力。
发明内容
图1表示内燃机，例如柴油发动机3用的液体过滤系统2，包括如箭头5所示的从发动机接收润滑油的过滤器4，并将过滤后的清洁润滑油返回发动机，如箭头5所示。如在引入的专利‘389中所述的，内燃机(尤其是柴油发动机)最适宜的工作条件要求燃料燃烧酸(例如：带有或没有烷基基团的羧酸、硝酸、亚硝酸、硫酸、亚硫酸)在其第一次接触润滑油的地方被中和，也就是说，在活塞/环带状区域。没有酸中和，润滑油会劣化，其粘度迅速增大，出现腐蚀并形成发动机沉积物。这会增大油耗及发动机的磨损。通常使用含有金属的(即含有灰分的)清洁剂(例如：高碱性的磺酸、水杨酸、或苯酚的钡、钙、或镁盐)以中和燃烧酸(例如参考，美国专利2,316,080；2,617,049；2,647,889；2,835,688)。在不存在金属清洁剂时，例如在无灰分油中，使用聚乙烯胺(polyethyleneamine)基分散剂进行中和(例如参考，美国专利3,172,892，该专利文献的内容通过引用并入本文)。可是，因为聚乙烯胺比含灰分的清洁剂的成本效率低，而且一般不能保持足够的TBN(总碱值)，所以在润滑油中一般不用不含灰分的清洁剂。已知在现有技术中提供润滑油过滤器或其它合适的含有强碱的设备以延长常规柴油润滑油的寿命，并和含有特定的胺化合物的无灰分润滑油联合使用。在油的寿命受TBN限制的应用中，这种设置对于与低灰分或无灰分柴油润滑油一起使用是有吸引力的。
已经发现将中和酸的强碱附着并固定到过滤介质上是必须要克服的挑战。已经发现某些特别理想并能用的附着方法。
一方面，已经发现使用粒径尺寸小于10μm(微米)、进一步优选小于5μm的中和酸的碱是特别理想的。中和酸的碱应该有大于10m2/gm(平方米每克)的比表面积。其也应该在水中和在油中不溶或微溶，以获得具有高的表面积和对过滤介质有强的粘附力的均匀涂层。在液体中其还应该是比弱碱更强的碱。强碱的预处理应最优化其性能。例如：适度的加热预处理能减少粉尘和介质的移动。但是，通常采用的高温加热会导煅烧，所述煅烧降低碱的表面积和化学活性。在过滤介质是纸、并进一步优选纤维素、并且用于造纸工艺中时，结合起来是特别理想的。优选碱选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属的碳酸盐、金属的重碳酸盐、路易斯碱(Lewis base)、牺牲金属、及其混合物，更优选金属氧化物选自MgO、CaO、MnO、MnO2、ZnO、BaO、TiO2，氢氧化物和碳酸盐选自Mg(OH)2、MgCO3、Ca(OH)2、CaCO3、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、Al(OH)3、NaHCO3。如所述的，碱可以是提供牺牲阳极反应的牺牲金属，例如：锌(Zn)、镁(Mg)。当使用牺牲金属的时候，应谨慎以最小化金属对油的催化氧化。小的粒度的理想方面包括高的化学活性、高的表面积、和从介质中再夹带的碱物质和纤维少。尽管选择具有与细的粒度和高的表面积相结合的高化学活性的碱物质是理想的，但在过滤介质上固定这些粒子同样是挑战。两相(液相/固定的固相)系统中的化学活性是可用表面积的函数。粒度越小，表面积就越大，将这些固体固定到纤维上就更具有挑战性。这里关键的特征是以最大化化学活性并最小化介质移动的方式，将尺寸为小于5μm到10μm的小粒子结合到纤维上的手段。
因为较低的成本和易于使用已知造纸机技术制造，许多液体过滤应用选择纤维素。例如：如在通过引用并入本文的美国专利4,334,994中所示的，过滤器4可以是堆叠的盘式过滤器，其具有用传统的长网造纸机(Fourdrinier paper machine)制造的纤维素过滤介质盘。也可以使用其它类型的过滤器，例如旋装式(spin-on)过滤器、筒式过滤器、壁流(wall-flow)过滤器及其它的过滤器。本发明为液体过滤系统提供将中和酸的碱附着到过滤介质上的方法，包括提供过滤介质材料例如优选形式的纤维素纤维的浆料，将碱物质混入浆料中，把碱物质吸引并结合附着到过滤介质材料上，并将浆料干燥成过滤介质，其具有固定于其上的中和酸的碱。
此外在优选的实施方式中，使用两个化学系统以改进细粒子在纸形成时的含水状态下，在形成的介质的干燥状态下，和使用过滤器的油湿润状态下的保持力(retention)。
为改进在介质形成时优选以细粉末的形式加入到浆料中的碱物质细粒子的湿保持力，第一个化学手段使用加入到浆料中的离子型添加剂以在过滤介质和碱物质之间产生极性差异，也就是说，碱物质或过滤介质中的一方带正电荷另一方带负电荷。离子型添加剂优选选自硫酸铝铵、硫酸镁、铵、和硫酸铝，但是也可以使用其它的离子型添加剂。没有离子型添加剂时，带负电的羟基支配纤维素，而负电荷同样也支配各种碱物质例如氧化镁。因此，介质和碱物质一般不互相吸引，而且系统的pH将大于pH7。加入带有适当阳离子的离子型添加剂例如镁、铝、或铵后，因为介质和碱粒子对阳离子的吸附亲合保持力不同，介质和碱粒子带有相反的电荷，并且形成絮状物。或者，也可以降低浆料的pH以实现同样的效果。在一个实施方式中，监测过滤介质和碱物质的混合物的pH，且如果pH为约9以上，就将离子型添加剂加入混合物中以将pH降低到小于约9。当仍然在pH7以上，只需要浆料的pH降低小量，其可以为约0.5时，观察到好的絮状物。这会影响纤维素纤维上的羟基官能度的必要的电荷反转。当碱物质和纤维带有相反的电荷时，提高了碱物质粒子的湿保持力而且碱物质更均匀地涂到纤维上。可以使用动电法例如电泳或流动电势测定物质上的电荷和优化条件。
单独的第一化学手段不会赋予充分的干强度也不会赋予充分的油中强度。第二化学手段中，使用粘合剂(adhesive binder)，例如丙烯酸胶乳、原纤化丙烯酸纤维、或其它粘合剂，增强干强度和在油中的强度，以便于在制造时操作。优选的实施方式进一步包括在浆料中加入粘合剂以增强在浆料干燥后在干态下碱物质的保持力，并改进在油湿润状态下粘合剂的粘附力。粘合剂优选选自丙烯酸胶乳(acryliclatex)、酚醛树脂(phenolic)、丁二烯共聚物、乙烯基共聚物、胶乳(latexes)、异氰酸酯、酚醛清漆(novolacs)、酚醛树脂A(resols)、乳液聚合物粘合剂和/或胶乳树脂，包括丙烯酸树脂、醋酸乙烯酯树脂、氯乙烯树脂、苯乙烯丁二烯树脂、聚乙烯醇树脂、腈树脂、环氧树脂。丙烯酸胶乳可以选自阳离子性或阴离子性材料，使得粘合剂的湿保持力以和碱物质同样的方式提高。也可能碱和胶乳竞争吸引这些带有相反电荷的位点(sites)并可以优选共同定位(colocate)或导致胶乳和碱物质的紧密接触。优势在于当固化的时候，胶乳可以在纤维的结构和碱物质之间形成有粘聚性结合(cohesive bonds)。
另一实施方式中，将原纤化丙烯酸纤维加入浆料中以增强碱物质对过滤介质材料的保持力。已经发现加入约2％到3％重量的原纤化丙烯酸纤维能提高保持力并降低调制物料(furnish)的平均孔径。这会导致最后得到的料片(web)的机械保持力和均匀性提高。该纤维的直径应该小于更粗糙的纤维素纸的纤维。也可使用其它类型的原纤化纤维及其它机械保持手段。
在另外的实施方式中，将聚合电解质(polyelectrolyte)加入浆料中，以实现在湿润状态下碱物质的保持力和在干态及油中碱物质的保持力的显著作用。聚合电解质提供离子型添加剂和粘合剂，提供了碱物质的湿和干态保持力的双重作用。示例的聚合电解质是二烯丙基二甲基氯化铵。在其它的实施方式中，使用：(a)带有阳离子性功能基团的胶乳，使得胶乳自身提供了置换正电荷(代替铝、铵、镁或聚合电解质)的阳离子性基团和粘合剂两种功能；和/或(b)聚合电解质，其具有丙烯酰胺或其它合适的官能度、分子量和电荷密度，由此可以进一步简化过程中的化学反应。在一个实施方式中，将含有聚合电解质的阳离子胶乳的悬浮液或溶液加入含有碱物质的浆料中。随着带有负电荷的碱物质被吸引到带有正电荷的胶乳或电解质上，形成了絮状物。然后得到的浆料加入到含有过滤介质材料的第二浆料中。带有负电荷的过滤介质材料和带有正电荷或中性的絮状物彼此吸引导致湿强度增大，并在适度加热后得到干强度和油中强度增加的调制物料(furnish)。
在优选的实施方式中，碱物质的粒径小于纤维素纸过滤介质材料的纤维直径的一半。纤维素纤维的直径通常在20到30μm的范围内，而碱物质粒径小于10μm，并优选小于5μm。当在内燃机润滑油循环系统应用中使用时，选择足够小尺寸的强碱物质粒子以增强其在过滤介质上的保持力及固定性，并且如果粒子从过滤介质上非故意地移动，这些粒子也足够小以致于能通过内燃机润滑油循环系统并返回到过滤器被捕获。已经知道大于约10μm的粒子可引起发动机润滑系统磨损的增加。依过滤理论，已知直径等于或大于纤维直径的粒子易于被流体流动再次夹带并且可能不会有效地被过滤介质保留。
如上所述，优选通过常规的造纸工艺制造过滤介质材料。优选在造纸工艺中通过掺杂加入碱物质。以众多纤维的形式提供过滤介质材料。以众多粉末状粒子的形式提供中和酸的碱物质。以树脂、胶乳或其它手段的形式提供粘合剂。该方法包括在浆料中合并和混合纤维、粉末和树脂的组合，并干燥浆料，形成过滤介质。在一个实施方式中，将第二组纤维加入浆料中，其名为原纤化丙烯酸纤维。在另外的实施方式中，将离子型添加剂(举例来说：铵、硫酸铝、硫酸镁、聚合电解质、阳离子胶乳)加入浆料中以改变纤维和粉末中的粒子之间的相关电荷，使得粒子吸引并附着到纤维上。
具体地，本发明涉及以下各项。
1.用于液体过滤器的中和酸的过滤介质，包括直径大于1μm的过滤介质纤维、与直径小于所述的过滤介质纤维直径的二分之一并附着和固定到所述过滤介质上的中和酸的碱物质粒子。
2.根据第1项的中和酸的过滤介质，其中所述碱物质选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属的碳酸盐、金属重碳酸盐、路易斯碱、牺牲金属及其混合物。
3.根据第2项的中和酸的过滤介质，其中所述金属氧化物选自MgO、CaO、MnO、MnO2、ZnO、BaO、TiO2，所述氢氧化物和碳酸盐选自Mg(OH)2、MgCO3、Ca(OH)2、CaCO3、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、Al(OH)3、NaHCO3。
4.根据第1项的中和酸的过滤介质，其中所述碱物质选自BaO、CaCO3、CaO、Ca(OH)2、MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Mg、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、ZnO、Zn、路易斯碱及其混合物。
5.根据第1项的中和酸的过滤介质，其中通过所述粒子和所述过滤介质纤维之间的静电吸引将所述粒子附着并固定在所述过滤介质纤维上。
6.根据第1项的中和酸的过滤介质，其中通过粘合剂将所述粒子附着并固定在所述过滤介质纤维上。
7.根据第6项的中和酸的过滤介质，其中所述粘合剂选自丙烯酸胶乳、酚醛树脂、丁二烯共聚物、乙烯基共聚物、胶乳、异氰酸酯、酚醛清漆、酚醛树脂A、乳液聚合物粘合剂和包括丙烯酸、醋酸乙烯酯、氯乙烯、苯乙烯丁二烯、聚乙烯醇、腈、环氧的胶乳树脂。
8.根据第1项的中和酸的过滤介质，其中通过所述粒子和所述过滤介质纤维之间的静电吸引和通过粘合剂，将所述粒子附着并固定在所述过滤介质纤维上。
9.根据第1项的中和酸的过滤介质，其中通过聚合电解质将所述粒子附着并固定在所述过滤介质纤维上。
10.根据第1项的中和酸的过滤介质，其中通过第二组纤维将所述粒子附着并固定在所述过滤介质纤维上。
11.根据第10项的中和酸的过滤介质，其中所述第二组纤维的直径小于所述过滤介质纤维，以提供相对粗糙和相对微细的纤维基质组合，其改进了在所述基质中所述中和酸的碱物质粒子的缠结和捕获，其中所述过滤介质纤维提供相对粗糙的纤维，所述第二组纤维提供相对微细的纤维。
12.根据第11项的中和酸的过滤介质，其中所述第二组纤维的直径比所述过滤介质纤维小一个数量级。
13.根据第10项的中和酸的过滤介质，其中所述第二组纤维的直径在0.5到3μm范围内。
14.根据第10项的中和酸的过滤介质，其中所述第二组纤维是原纤化纤维。
15.根据第10项的中和酸的过滤介质，其中所述第二组纤维是原纤化丙烯酸纤维。
16.根据第10项的中和酸的过滤介质，其中所述第二组纤维选自聚丙烯、聚乙烯、芳族聚酰胺、聚酰胺、玻璃纤维和纤维素。
17.用于液体过滤器的中和酸的过滤介质，包括结合的表面积大于10m2/gm且粒径尺寸小于10μm的中和酸的碱物质，其附着并固定到过滤介质纤维上。
18.根据第17项的中和酸的过滤介质，其中所述过滤介质是纸。
19.根据第17项的中和酸的过滤介质，其中所述过滤介质是纤维素。
20.根据第17项的中和酸的过滤介质，其中所述碱物质选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属的碳酸盐、金属重碳酸盐、路易斯碱、牺牲金属及其混合物。
21.根据第20项的中和酸的过滤介质，其中所述金属氧化物选自MgO、CaO、MnO、MnO2、ZnO、BaO、TiO2，所述氢氧化物和碳酸盐选自Mg(OH)2、MgCO3、Ca(OH)2、CaCO3、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、Al(OH)3、NaHCO3。
22.根据第17项的中和酸的过滤介质，其中所述碱物质选自BaO、CaCO3、CaO、Ca(OH)2、MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Mg、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、ZnO、Zn、路易斯碱及其混合物。
23.将中和酸的碱附着到液体过滤系统用的过滤介质上的方法，包括提供过滤介质材料的浆料，将碱物质混入所述浆料中，把所述碱物质吸引并结合地附着到所述过滤介质材料上，并将所述浆料干燥成过滤介质，其具有固定于其上的所述中和酸的碱。
24.根据第23项的方法，其中所述过滤介质材料由第一组纤维提供，并且包括加入到所述浆料中的第二组纤维，以增强所述碱物质对所述过滤介质材料的保持力。
25.根据第24项的方法，其中所述第二组纤维的直径小于所述过滤介质纤维，以提供相对粗糙和相对微细的纤维基质组合，其改进了在所述基质中所述中和酸的碱物质粒子的缠结和捕获，其中所述过滤介质纤维提供相对粗糙的纤维，所述第二组纤维提供相对微细的纤维。
26.根据第23项的方法，其包括将离子型添加剂加入所述浆料中，以改变所述过滤介质材料和所述碱物质之间的相关电荷，使得一方带正电荷另一方带负电荷，从而所述碱物质被吸引到所述过滤介质材料上以提高所述碱物质的保持力。
27.根据第26项的方法，其中离子型添加剂选自硫酸铝铵、硫酸镁、铵、硫酸铝、氢氧化钠和其它pH调节剂。
28.根据第23项的方法，其包括将粘合剂加入所述浆料中，以增强在所述浆料干燥后在干态下所述碱物质的保持力。
29.根据第28项的方法，其中进一步选择所述粘合剂以利于在制成所述液体过滤系统用的过滤器元件时处理得到的过滤介质，并提高在油湿润状态下所述碱物质的保持力。
30.根据第28项的方法，其中所述粘合剂选自丙烯酸胶乳、酚醛树脂、丁二烯共聚物、乙烯基共聚物、胶乳、异氰酸酯、酚醛清漆、酚醛树脂A、乳液聚合物粘合剂和包括丙烯酸、醋酸乙烯酯、氯乙烯、苯乙烯丁二烯、聚乙烯醇、腈、环氧的胶乳树脂。
31.根据第23项的方法，其包括通过：(a)将离子型添加剂加入所述浆料中以改变所述过滤介质材料和所述碱物质之间的相关电荷，使得一方带正电荷另一方带负电荷，从而所述碱物质被吸引到所述过滤介质材料上以增强所述碱物质的保持力；和(b)将粘合剂加入所述浆料中，以增强所述浆料干燥后在干态下所述碱物质的保持力，由此增强在湿润状态、干态和油湿润状态下所述碱物质的保持力。
32.根据第31项的方法，其包括将阳离子性胶乳加入所述浆料中以提供阳离子性基团和粘合剂。
33.根据第23项的方法，其包括将聚合电解质加入所述浆料中以实现在所述湿润状态下所述碱物质的保持力和在所述干态下所述碱物质的保持力的双重功能，所述聚合电解质提供离子型添加剂和粘合剂，以提供所述碱物质的湿保持力和干保持力的双重功能。
34.根据第23项的方法，其中所述过滤介质材料含有众多的纤维，所述碱物质含有众多的粒子，且其中所述纤维的直径至少是所述粒子直径的两倍。
35.根据第23项的方法，其中所述过滤介质材料是通过造纸工艺制造的纸。
36.根据第35项的方法，其中在造纸工艺中通过掺杂加入所述碱物质。
37.根据第23项的方法，其中所述过滤介质材料包括纤维素。
38.根据第23项的方法，其中所述碱物质选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属的碳酸盐、金属重碳酸盐、路易斯碱、牺牲金属及其混合物。
39.根据第38项的方法，其中所述金属氧化物选自MgO、CaO、MnO、MnO2、ZnO、BaO、TiO2，所述氢氧化物和碳酸盐选自Mg(OH)2、MgCO3、Ca(OH)2、CaCO3、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、Al(OH)3、NaHCO3。
40.根据第23项的方法，其中所述碱物质选自BaO、CaCO3、CaO、Ca(OH)2、MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Mg、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、ZnO、Zn、路易斯碱及其混合物。
41.制造液体过滤系统的过滤器用的过滤介质的方法，包括：
提供众多纤维形式的过滤介质材料；
提供在粉末中的众多粒子形式的中和酸的碱物质；
提供树脂形式的粘合剂；
在浆料中合并和混合所述纤维、所述粉末和所述树脂的混合物；
干燥所述浆料，形成所述过滤介质。
42.根据第41项的方法，其包括将第二组纤维加入所述浆料中，该第二组纤维名为原纤化纤维。
43.根据第41项的方法，其包括将离子型添加剂加入所述浆料中，以改变所述过滤介质材料和所述粉末中的所述粒子之间的相关电荷，使得一方带正电荷另一方带负电荷，从而所述粒子被吸引并附着到所述纤维上。
44.制造带有强碱的过滤器的方法，该强碱用于在内燃机润滑油循环系统中与含有被弱碱中和生成中性盐的燃烧酸的润滑油反应，在所述润滑油的循环中所述强碱置换所述弱碱，并将所述燃烧酸作为在所述过滤介质上固定的沉积物而保留，所述被置换的弱碱返回到所述循环系统，再次用以中和其它的燃烧酸，该方法包括将所述强碱附着到所述过滤介质上，所述强碱物质粒子的尺寸选择得足够小以增强其在过滤介质上的化学活性、保持力和固定性，从而如果粒子从过滤介质上非故意地移动，所述粒子也足够小到能够通过所述内燃机润滑油循环系统并返回所述过滤器。
附图说明
图1示意地表示包括根据本发明制造的过滤器的发动机润滑油循环系统。
图2是扫描电子显微照片。
图3是扫描电子显微照片。
图4是扫描电子显微照片。
图5是能量分散式X射线光谱元素分布图(elemental map)。
图6是能量分散式X射线光谱元素分布图。
具体实施方式
通过首先机械地再制浆料或离解如上所述引入的’994专利的、由Fleetfuard，Inc.，2931 Elm Hill Pike，Nashville，Tennessee 37214生产的Fleetguard堆叠盘状过滤介质纤维状纤维素结构制备实验室样品。在商用长网造纸机(Fourdrinier paper machine)上用纤维素纤维的混合物制造介质，该混合物包括回收的材料和其它可以购得的软木或硬木纤维。通常最关键的参数包括产品的基量，为约300克/平方米，和厚度，为约1.0毫米，Gurley渗透性用5盎司的圆筒是16秒/300cc。共18克纸浆料分成约三等分加入到1升的Waring掺合机中并对每个部分高速解离1分钟。得到的各个部分在更大的容器中合并。将干重约0.7克的原纤化丙烯酸纤维(Sterling Fiber CFF V 114-3)加入到1升的Waring掺合机中并将其高速离解2分钟。也将此纤维浆料加入到含有纸浆料的更大容器中。将11克的氧化镁细粉末(MartinMarietta，Magnesia Specialties HP-ER)加入到该容器中。再将1.2克的湿胶乳树脂(Noveon Hycar 26-138)加入到该更大的容器中。得到的混合物用搅拌器充分混合。充分混合后测量溶液的pH。通常其记录为pH在约9到10。将70％的硫酸铝铵溶液加入到该混合物中直至测到pH略微降低。这通常用约2到3ml溶液并伴随着纤维浆料明显的絮状化和树脂的凝聚。然后将混合物加入12英寸×12英寸的实验室用手抄纸成形设备中，该成形设备预先填充了适量的水或约20升已用硫酸铝铵调节pH到约6.5的水。在手抄纸成形设备的上部把浆料和水混合，然后允许成形设备排水。纤维、粉末和树脂的浆料在成形设备的筛网(screen)上收集、移出、吸干并在实验室干燥器中干燥。检查得到的纸结构的机械性能。发现干基重量为约300克/平方米，厚度约1.08mm，Gurley渗透性约12秒/300cc。这些物理性能和所述的Fleetguard堆叠盘状介质的希望性质相比是非常好的。另外在500℃的烘箱中燃烧后发现由氧化镁产生的约26％的灰分。
切割得到的介质样品以适合直径约为6英寸的圆形样品架，得到约6克重的介质样品。样品架能够让矿物油以约1升/分钟的流速从再循环集油槽(sump)流过。集油槽用约500克的矿物油填充。分析矿物油的红外光谱尤其在1400到1800cm-1(厘米的倒数)的区域内。发现在约1456cm-1处有明显的峰并测得其约为54.5单位。将10克正庚酸加入集油槽，混合后再次测试红外光谱。在约1713cm-1发现并测量了一个明显的新峰。这个峰的面积约为10.9单位且1456cm-1的峰保持为约54.5单位。在介质架中以约1升/分钟的速度开始流过介质样品，从集油槽中定时抽出样品用于红外分析。表1给出得到的结果和所用的时间。庚酸的矿物油溶液再循环约6小时后，庚酸的积分峰降低了48％。未改性的过滤介质的类似试验表明在同样的时间周期内改变了约5％。此试验的结论是酸被试验介质的氧化镁中和或保留。第一列是以小时为单位的时间，第二和第三列表示在1456cm-1发现的矿物油(MO)峰和在1713cm-1发现的庚酸(HA)峰的有关浓度单位(无量纲的峰积分面积)。
表1
时间          1456cm-1           1713cm-1
(小时)        MO峰                HA峰
0             54.45               10.93
0.08          54.32               10.16
2             53.35               6.33
6             54.25               5.70
8             55.32               5.70
23            55.13               5.60
准备了一组在矿物油(MO)中的庚酸(HA)的标准浓度以测定积分峰和酸度之间的相关性并确认先前试验结果的结论。表2的结果表示了极为线性的响应，其支持了所作的分析。
表2
浓度          1456cm-1           1713cm-1
HA/(HA+MO)    MO峰                HA峰
0.00％        53.08               0.00
0.20％        55.02               1.32
0.40％        54.99               2.60
0.80％        54.97               5.06
1.20％        54.63               7.10
1.59％        53.42               9.51
在其它各种条件下做了类似的实验，包括使用实验机油和发动机测试用过的油。尽管这些油中的某一些含有也能够中和酸的碱，但我们的实验确认了介质在进一步中和酸，如作为模型酸的庚酸中的作用。另外，在这些评价中的某些中，进行了油分析以寻找在油中镁元素的存在。结果显示镁的水平几乎不变化，仅百万分之几(5到10)，这表明镁被非常牢固地保留在实验用的介质样品中。作了另外的实验以研究在介质产品中氧化镁粒子的保持力。发现可以使用Epsom盐或硫酸镁代替硫酸铝铵，如同铵或硫酸铝能做到的。也测试了其它的聚合物絮凝剂并认为其有广泛的用途。因为氧化镁的低分子量和二价的化学性质使得其具有高酸中和力并且添加的物质不会有很多克，所以在我们的研究中氧化镁是优选的碱物质。当然也可以使用其它水不溶性物质，例如氧化钙、氧化锌或其它的。
图2是纤维素介质的100X(放大100倍)的扫描电子显微照片，其大约加载了25％的附着在纤维表面的氧化镁粒子。纤维直径为大约20到30μm，MgO的粒径尺寸小于10μm。保持了相对开放的孔结构或未改变的孔结构。
图3是在加载氧化镁之前的过滤介质纤维的500X扫描电子显微照片。图4是图3所示的过滤介质加载氧化镁之后的500X扫描电子显微照片。图5和6分别是图3和4所示结构的能量分散式X射线光谱元素分布图，调到了镁能量水平波长，图6中微量的点表示图4中镁的存在，相比之一，图5中不存在镁。
本发明提供用于液体过滤器的中和酸的过滤介质，其包括直径大于1μm的过滤介质纤维与直径小于过滤介质纤维直径一半的中和酸的碱物质的结合，该碱物质附着并固定到过滤介质上。在一个实施方式中，通过粒子和过滤介质纤维之间的静电吸引，粒子附着并固定到过滤介质纤维上。在另一实施方式中，通过粘合剂将粒子附着并固定到过滤介质纤维上。在另一实施方式中，通过粒子和过滤介质纤维之间的静电和粘合剂两种方式，将粒子附着并固定到过滤介质纤维上。在另一实施方式中，用聚合电解质将粒子附着并固定到过滤介质纤维上。在另一实施方式中，用第二组纤维将粒子附着并固定到过滤介质纤维上。在优选的实施方式中，第二组纤维选自聚丙烯、聚乙烯、芳族聚酰胺(例如Kevlar)、聚酰胺、玻璃纤维和纤维素。在一个实施方式中，第二组纤维的直径比过滤介质纤维小一个数量级。在另外的实施方式中，第二组纤维的直径在0.5到3μm范围内。在另一实施方式中，第二组纤维是原纤化纤维，并且在另外的实施方式中是原纤化丙烯酸纤维。第二组纤维的直径小于过滤介质纤维的直径，以提供相对粗糙和相对微细的纤维基质结合，其改进了在基质中所述中和酸的碱物质粒子的缠结和捕获，其中过滤介质纤维提供相对粗糙的纤维，而所述的第二组纤维提供相对微细的纤维。
本发明提供用于液体过滤器的中和酸的过滤介质，包括结合的表面积大于10m2/gm且粒径尺寸小于10μm的中和酸的碱物质，其附着并固定到过滤介质纤维上。在一个实施方式中，过滤介质是纸，而在另外的实施方式中是纤维素。碱优选选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属的碳酸盐、金属的重碳酸盐、路易斯碱、牺牲金属及其混合物，进一步优选金属氧化物选自MgO、CaO、MnO、MnO2、ZnO、BaO、TiO2，氢氧化物和碳酸盐选自Mg(OH)2、MgCO3、Ca(OH)2、CaCO3、NaAlO2、Na2CO3、NaOH、Al(OH)3、NaHCO3。
本发明提供用于液体过滤系统的将中和酸的碱附着到过滤介质上的方法，包括提供过滤介质材料的浆料，在浆料中混合碱物质，吸引并结合地将碱物质附着到过滤介质材料，和把浆料干燥成过滤介质，该过滤介质上固定有中和酸的碱。一个实施方式包括将原纤化纤维加入浆料中以增强碱物质对过滤介质材料的保持力，而在另外的实施例中原纤化纤维是丙烯酸纤维。在另一实施方式中，过滤介质包括过滤介质纤维、和直径在过滤介质纤维直径的二分之一到十分之一范围内的原纤化纤维。另一实施方式包括将离子型添加剂加入浆料中，以改变过滤介质材料和碱物质之间的相关电荷，使得一方带负电荷另一方带正电荷，从而碱物质被吸引到过滤介质材料上以提高碱物质的保持力。在一个实施方式中，离子型添加剂选自硫酸铝铵、硫酸镁、铵、硫酸铝、氢氧化钠和其它pH调节剂。另一实施方式包括将粘合剂加入浆料中，以提高浆料干燥后干态碱物质的保持力。在另外的实施方式中，选择粘合剂以利于在制成液体过滤系统的过滤器元件时所得过滤介质的处理，并提高在油湿润状态下碱物质的保持力。粘合剂优选选自丙烯酸胶乳、酚醛树脂(phenolic)、丁二烯共聚物、乙烯基共聚物、胶乳、异氰酸酯、酚醛清漆、酚醛树脂A、乳液聚合物粘合剂和/或胶乳树脂，包括丙烯酸、醋酸乙烯酯、氯乙烯、苯乙烯丁二烯、聚乙烯醇、腈、环氧。此外的实施方式包括通过：(a)将离子型添加剂加入浆料中以改变过滤介质材料和碱物质之间的相关电荷，使得一方带正电荷另一方带负电荷，从而碱物质被吸引到过滤介质材料上以增强碱物质的保持力；和(b)将粘合剂加入浆料中，以增强浆料干燥后干态碱物质的保持力，由此增强在湿润、干态和油湿润状态下碱物质的保持力。另一实施方式包括将阳离子性胶乳加入浆料中以提供阳离子性基团和粘合剂。另一实施方式包括将聚合电解质加入到浆料中，实现在湿润状态下碱物质的保持力和在干燥状态下碱物质的保持力的双重功能，聚合电解质提供离子型添加剂和粘合剂，以提供碱物质的湿润和干态保持力的双重功能。在另外的实施方式中，过滤介质包括众多的纤维，碱物质包括众多的粒子，且纤维的直径至少是粒子直径的两倍。在一个实施方式中，过滤介质材料是通过造纸工艺制造的纸。在另一个实施方式中，在造纸工艺中通过掺杂的方式加入碱物质。在另外的实施方式中，过滤介质材料是纤维素。在其它实施方式中，过滤介质材料是聚酯、聚酰胺(例如尼龙)、玻璃或其它过滤介质材料。
本发明提供制造中和酸的过滤介质的方法，该过滤介质用于液体过滤系统的液体过滤器，包括提供众多纤维形式的过滤介质材料，提供众多粒子的粉末形式的中和酸的碱物质，提供树脂形式的粘合剂，在浆料中合并和混合纤维、粉末和树脂的混合物，和干燥浆料以形成过滤介质。在另外的实施方式中，将第二组纤维加入浆料中，该纤维名为原纤化纤维，优选丙烯酸原纤化纤维。在另一实施方式中，将离子型添加剂加到浆料中以改变纤维和粉末中粒子之间的相关电荷，使得一方带正电荷另一方带负电荷，从而粒子被吸引并附着到纤维上。
本发明提供将中和酸的碱附着到液体过滤系统的过滤介质上的方法，包括将过滤介质材料和中和酸的碱物质混合，监测过滤介质材料和碱物质的混合物的pH，并且如果pH超过约9，将离子型添加剂加入混合物中以降低pH到低于约9。
在一个实施方式中，本发明提供制造带有强碱的过滤器的方法，在该强碱用于与内燃机润滑油循环系统中含有被弱碱中和生成中性盐的燃烧酸的润滑油反应，其中在润滑油的循环中强碱置换了弱碱，并将燃烧酸作为在过滤介质上固定化的沉积物而保留，被置换的弱碱返回到循环系统再次中和其它的燃烧酸，该方法包括将强碱附着到过滤介质上，所述强碱物质粒子的尺寸选择得足够小以增强其在过滤介质上的化学活性、保持力和固定性，从而如果粒子从过滤介质上非故意地移动，粒子也足够小到能够通过内燃机润滑油循环系统并返回过滤器。
应认识到各种的等价物、替代方案的和改变都可能落入附加的权利要求的范围。

Claims (9)

1.用于液体过滤器的中和酸的过滤介质，包括直径大于1μm的过滤介质纤维、与直径小于所述的过滤介质纤维直径的二分之一并附着和固定到所述过滤介质上的中和酸的碱物质粒子。
2.根据权利要求1的中和酸的过滤介质，其中所述碱物质选自金属氧化物、金属氢氧化物、金属的碳酸盐、金属重碳酸盐、路易斯碱、牺牲金属及其混合物。
3.用于液体过滤器的中和酸的过滤介质，包括结合的表面积大于10m2/gm且粒径尺寸小于10μm的中和酸的碱物质，其附着并固定到过滤介质纤维上。
4.根据权利要求3的中和酸的过滤介质，其中所述过滤介质是纸。
5.将中和酸的碱附着到液体过滤系统用的过滤介质上的方法，包括提供过滤介质材料的浆料，将碱物质混入所述浆料中，把所述碱物质吸引并结合地附着到所述过滤介质材料上，并将所述浆料干燥成过滤介质，其具有固定于其上的所述中和酸的碱。
6.根据权利要求5的方法，其中所述过滤介质材料由第一组纤维提供，并且包括加入到所述浆料中的第二组纤维，以增强所述碱物质对所述过滤介质材料的保持力。
7.制造液体过滤系统的过滤器用的过滤介质的方法，包括：
提供众多纤维形式的过滤介质材料；
提供在粉末中的众多粒子形式的中和酸的碱物质；
提供树脂形式的粘合剂；
在浆料中合并和混合所述纤维、所述粉末和所述树脂的混合物；
干燥所述浆料，形成所述过滤介质。
8.根据权利要求7的方法，其包括将第二组纤维加入所述浆料中，该第二组纤维名为原纤化纤维。
9.制造带有强碱的过滤器的方法，该强碱用于在内燃机润滑油循环系统中与含有被弱碱中和生成中性盐的燃烧酸的润滑油反应，在所述润滑油的循环中所述强碱置换所述弱碱，并将所述燃烧酸作为在所述过滤介质上固定的沉积物而保留，所述被置换的弱碱返回到所述循环系统，再次用以中和其它的燃烧酸，该方法包括将所述强碱附着到所述过滤介质上，所述强碱物质粒子的尺寸选择得足够小以增强其在过滤介质上的化学活性、保持力和固定性，从而如果粒子从过滤介质上非故意地移动，所述粒子也足够小到能够通过所述内燃机润滑油循环系统并返回所述过滤器。
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