CN1741845B - 过滤器结构、包括过滤器结构的过滤器板以及用于制造过滤器结构的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于过滤器板中的可折叠过滤器结构，包含分布在纤维构架中的离子交换颗粒，该过滤器结构进行膨胀，从而包含足够空间，以便允许离子交换颗粒与干离子交换颗粒相比胀大或处于胀大状态，同时不会使过滤器结构附加膨胀。一种过滤器板，包括固定在过滤器板框架中的过滤器结构。一种制造过滤器结构的方法，包括使过滤器结构进行潮湿处理，在该潮湿处理中，该过滤器结构暴露于潮湿或含水环境中，从而使离子交换颗粒胀大，并使过滤器结构永久性膨胀。
Description
技术领域
本发明涉及一种折叠的离子交换吸附剂过滤器结构，该过滤器结构用于除去空气中的气体化合物，本发明还涉及一种用于制造这种过滤器结构的方法。
背景技术
吸附过滤器用于从气体或流体混合物中除去不希望的物质。本发明特别涉及用于空气过滤的过滤器。吸附颗粒(例如活性炭颗粒)将不希望的物质从通过过滤器传送的空气中清除出去。吸附剂颗粒通常固定或安装在支承框架上。现代工业发展导致对清洁的空气有越来越严格的需要。这些工业发展例如制造高灵敏性产品，例如半导体和微电子装置。这种制造在具有极高颗粒清洁度要求的清洁房中进行。在90年代中期，日益发展的小型化达到这样的水平，即气体化学物质也会导致产生损害。这些产生损害的化学物质表示为空气传播的分子污染物(AMC)。半导体设备和材料国际组织(SEMI)在标准SEMIF21-951中给出了用于AMC气体的分类系统。该标准将AMC分成四类：酸、碱、可冷凝物和搀杂物。离子交换吸附剂能够用于过滤全部类型的酸性或碱性物质。
用于除去酸性化合物(例如HCl)或者碱性化合物(例如氨)的现有普通吸附剂过滤器取决于松弛粘在基质上的化学浸渍物质。该浸渍物质在某些情况下甚至可能自身形成污染。这些化学浸渍过滤器在某些情况下的能力比离子交换吸附剂过滤器低得多。
近来发展了另一种包括离子交换颗粒的吸附过滤器，该吸附过滤器使用离子交换颗粒。包含离子交换颗粒的这种吸附过滤器在US6402819 B1中介绍。该过滤器包括固定在支承件上的离子交换小珠，该支承件由网状聚合泡沫塑料或织物网制成。
在使用网状聚合泡沫塑料作为支承件的吸附过滤器中，吸附剂小珠固定在网状聚合泡沫塑料的孔结构上。网状聚合泡沫塑料的孔结构由于它的制造而有各种孔尺寸，这导致变化的吸附剂加载量。因此，很难沿表面方向和沿厚度方向将离子交换小珠均匀地分布在泡沫塑料支承件中。在不同过滤器之间的吸附剂加载量也变化。由于过滤器的吸附剂加载量的不确定性，只能向用户保证最小量的吸附剂加载量，因此只能保证最小量的过滤能力。这是很大的问题，因为一部分吸附剂(该吸附剂通常非常昂贵)可能无法使用。从压力降的观点来看，泡沫塑料支承件的开口结构实际上很有利，但是不能在空气和过滤器结构之间的较短接触时间中获得所需的较高起始除去效率从而减小经过过滤器的压力降。而且，因为泡沫塑料支承件的吸附剂加载量取决于孔结构，因此不能精确调节相对效率相对压力降特征的吸附剂加载量。
用于离子交换小珠(该离子交换小珠也在US6402819中所述)的另一种支承件是织物网。织物网支承件的优点是它能够折叠，这有利于压力降。不过，因为当用于过滤用途时过滤器元件会变形，所以当该织物网折叠成过滤器元件以及安装和固定在过滤器板框架中时将产生问题。
因此需要一种改进的过滤器结构，它没有上述缺点。
因此，本发明的目的是提供一种改进的过滤器结构。这通过本发明所述的过滤器结构来实现，该过滤器能够折叠，并且当用于过滤用途时将不会变形。
发明内容
本发明涉及一种用于过滤器板中的可折叠过滤器结构，包含分布在纤维构架中的离子交换颗粒。过滤器结构进行膨胀，从而包含足够空间，以便允许离子交换颗粒与干离子交换颗粒相比胀大或处于胀大状态，同时不会使过滤器结构附加膨胀。
在本发明的优选实施例中，过滤器结构的纤维构架包括复合结构纤维和复合热塑性纤维。该复合结构纤维包括第一相对较高熔点组分和第一相对较低熔点组分，该第一相对较高熔点组分的熔点比该第一相对较低熔点组分高至少20℃，复合热塑性纤维有比结构纤维相对更小的但尼尔，并包括第二相对较高熔点组分和第二相对较低熔点组分，其中，复合结构纤维形成热粘接纤维网络，在该纤维网络中，第一相对较低熔点组分在交叉点处将结构纤维粘在一起，以便使纤维网络稳定，复合热塑性纤维分散在整个纤维网络中，并通过加热而粘在该纤维网络上以便固定，离子交换颗粒通过加热而粘在更小但尼尔的复合热塑性纤维上，且过滤器结构膨胀，从而包含足够空间，以便允许离子交换颗粒与干离子交换颗粒相比胀大或处于胀大状态，同时不会使过滤器结构附加膨胀。
在一个实施例中，优选是膨胀的过滤器结构包含足够空间，以便允许离子交换颗粒的直径与干颗粒相比增加至少38％。
在一个实施例中，过滤器结构包含足够空间，以便允许离子交换颗粒的直径与干颗粒相比增加至少47％。
在一个实施例中，过滤器结构的膨胀通过使过滤器结构暴露于潮湿环境或水中的方法而实现。
在一个实施例中，离子交换颗粒为大孔聚合物。
在一个实施例中，离子交换颗粒的加载量为100-2000g/m2，优选是300-1000g/m2，最优选是400-700g/m2。
在一个实施例中，离子交换颗粒为单个球形，且直径为425-525μm。
在一实施例中，纤维构架包括热粘纤维。
在一个实施例中，纤维构架包括粗结构的热塑性纤维的热粘纤维网络，并具有细热塑性纤维，该细热塑性纤维的但尼尔比分散在整个纤维构架中并通过加热而粘在该纤维构架上以便固定的结构纤维相对更小，其中，离子交换颗粒通过加热而粘在更小但尼尔的复合热塑性纤维上。
本发明还涉及一种过滤器板，其中，过滤器结构折叠和固定在过滤器板框架中。
在一个实施例中，折叠过滤器结构有0-25褶/dm，优选是5-20褶/dm，最优选是8-15褶/dm。
在一个实施例中，褶的高度为10-300mm，优选是15-150mm，最优选是15-100mm。
在一个实施例中，框架由不锈钢或铝制成。
在一个实施例中，折叠的过滤器结构通过聚氨酯粘接剂而固定在框架上，该聚氨酯的总脱气低于10μg/g(通过热解吸附气相层析质谱测定法(TD-GC-MS)来确认，在50℃下持续30分钟进行TD，且n-癸烷作为外部标准)。
在一个实施例中，用于避免空气从旁路绕过的外部密封条由聚合物制成，该聚合物的总脱气低于10μg/g(通过热解吸附气相层析质谱测定法(TD-GC-MS)来确认，在50℃下持续30分钟进行TD，且n-癸烷作为外部标准)。
本发明还涉及一种制造过滤器结构的方法，其中，可折叠过滤器结构包括分布在纤维构架内的离子交换颗粒，其中，可折叠过滤器结构进行潮湿处理，在该潮湿处理中，该过滤器结构暴露于潮湿或包含水的环境中，从而使离子交换颗粒胀大，并使得过滤器结构永久性膨胀。
在一个实施例中，纤维构架的纤维由于离子交换颗粒的胀大而拉长，并保持拉长。
在一个实施例中，过滤器结构暴露于该环境中，直到离子交换颗粒的含湿量达到至少20％重量。
在一个实施例中，过滤器结构暴露于该环境中，直到离子交换颗粒的含湿量达到至少30％重量。
在一个实施例中，在潮湿处理之前，离子交换颗粒的水含量小于10％，且在潮湿处理过程中增加至38％。
在一个实施例中，用于潮湿处理中的潮湿环境的绝对湿度等于在20℃下的至少70％相对湿度。
在一个实施例中，用于潮湿处理的潮湿环境的绝对湿度等于在30℃下的至少80％相对湿度，优选是至少90％相对湿度。
在一个实施例中，过滤器结构以分批处理方式进行潮湿处理。
在一个实施例中，过滤器结构以连续处理方式进行潮湿处理。
附图说明
图1是穿过本发明的过滤器结构的剖视图。
图2是穿过本发明的典型热塑性纤维的剖视图。
图3是图1的过滤器结构的一部分的视图，表示了过滤器结构中的纤维的粘接以及离子交换颗粒粘接在过滤器结构的纤维上。
图4表示了具有-SO3H基的强阳离子离子交换颗粒的结构。
图5表示了具有-CH2COOH基的弱阳离子离子交换颗粒的结构。
图6表示了具有-CH2N(CH3)3OH基的强阴离子离子交换颗粒的结构。
图7表示了具有CH2N:(CH3)2基的弱阴离子离子交换颗粒的结构。
图8表示了过滤器板的变形褶部分的一个实例。
图9表示了过滤器板的变形褶部分的另一实例。
图10表示了在正确增湿和制造后的最终板。
图11表示了用于制造过滤板的设备生产线。
具体实施方式
本发明的离子交换颗粒过滤器包括纤维支承框架，离子交换颗粒分布在该纤维支承框架中。纤维支承框架可以为任意类型，只要它包含可拉伸和具有较低弹性的纤维。这意味着纤维可以通过拉力而拉长，且当释放拉力时它们并不返回它们的初始状态。这样的纤维可以是天然纤维或合成纤维。作为一个实例，框架包括固定离子交换颗粒的可塑性膨胀结构，该结构可以由金属、聚合物或天然纤维结构部件制成。
离子交换颗粒的总体特征是，它们根据相对湿度而胀大和收缩，因此表现出相当大的直径变化。这使得当颗粒相对彼此刚性固定或刚性固定在任何类型的固定壁之间时的所有使用领域都很复杂。胀大作用甚至能够将封闭的钢容器胀破。令人惊讶的是，这还影响它们在能够折叠的柔性织物或框架中的使用。
本发明涉及发展预膨胀处理，该预膨胀处理通过控制增湿、折叠和固定在支承结构中的程序而制成这样的框架，其中，随后的湿度变化将不会使所述框架变形。
本发明可用于这样的框架，其中，通过使框架的网状结构在短时间内承受70-200℃范围内的增加的温度而将离子交换颗粒粘在该框架中，或者在框架可以塑性膨胀以容纳不管是最小或最大直径的颗粒的情况下，将离子交换颗粒以干燥形式添加在该框架中，而不管温度如何。
离子交换颗粒可以是强酸性阳离子交换颗粒、弱酸性阳离子交换颗粒、强碱性阴离子交换颗粒或弱碱性阴离子交换颗粒(图4-7)。在强阳离子交换颗粒中，化学基通常是璜酸基，而强阴离子交换颗粒可以包含季铵基。优选是，离子交换颗粒为碱性阴离子交换颗粒或酸性阳离子交换颗粒的球形小珠。它们通常是尺寸可到1毫米的球形。这些球包括大孔或凝胶型聚合物，大部分基于苯乙烯，通常以带有化学基(该化学基有可交换离子功能基，该可交换离子功能基能够进行所需的交换)的苯乙烯/二乙烯基苯聚合物的形式交联。优选的是大孔聚合物，因为它们有所需的孔隙度，并具有承受在各种湿度下的结构损害的更强的能力。离子交换颗粒通常包含水。离子交换颗粒的水含量受到该颗粒所处环境的相对空气湿度的影响。相对空气湿度越大，离子交换颗粒吸收的水越多。当离子交换颗粒吸水时，它们的尺寸增加，而它们在干燥时收缩。在100％的相对湿度下，离子交换颗粒包含大约50％重量的水，而在50％的相对湿度下，离子交换颗粒包含大约20％重量的水。因此，在相对空气湿度和离子交换颗粒的水含量之间有平衡，因此在相对空气湿度和离子交换颗粒尺寸之间有平衡。不过，有时可能花费一定时间来达到离子交换颗粒的平衡水含量，这取决于该颗粒是如何暴露在空气的湿气中。
在滤布中的离子交换颗粒的水含量部分取决于离子交换颗粒的初始水含量，即在颗粒装入滤布中之前的水含量。滤布的制造方法也可以对最终滤布的离子交换颗粒水含量有很大影响。因此，某些滤布的离子交换颗粒有非常低的水含量，而某些滤布的离子交换颗粒有较高的水含量。在滤布刚刚制造之后的离子交换颗粒水含量实际上总是比在过滤用途过程中离子交换颗粒的平衡水含量要低(这意味着颗粒尺寸更小)。在某些制造滤布的方法中，离子交换颗粒实际上将是干燥的。在离子交换颗粒的湿度低于预定用途的湿度的全部方法中，在没有预先通过本发明方法进行处理以便使纤维框架膨胀的情况下，所形成的滤布不能成功转变成固定折叠结构。
当离子交换颗粒构成化学活性介质时，滤布通常在储存之前装入稍微气密的包装中。因此，在制造处理之后，离子交换颗粒保持在非常干燥的状态下，直到滤布用于过滤用途。
当滤布用作过滤器板中的过滤器元件时，它必须折叠，以便在所述空气速度下(通常朝着板表面在0.3和3m/s之间)获得令人满意的吸附能力和充分低的压力降。如果滤布在滤布形成处理之后或在刚刚打开之后就折叠和固定在板框架中，则当滤布暴露于正常空气湿度的空气(即空气的相对湿度为大约50％)中时将产生严重变形，而在特定过滤用途中通常遇到的更高相对湿度下该变形会更严重。该变形是由于过滤器结构的离子交换小珠在受到湿气时产生较大胀大。因为离子交换小珠相当紧密地夹在纤维框架中，它们没有用于胀大的自由空间，因此该胀大将使得过滤器结构的尺寸增加。离子交换颗粒传递给周围的压力很大，在密封容器中，它能够达到几百巴。在50％的相对空气湿度下，过滤器结构的面积和厚度可以增加大约20％。因此，折叠过滤器结构变得太大以致不能装入固定该过滤器结构的框架中，因此该过滤器结构将变形。这样变形的过滤器板的实例如图9和10所示。
离子交换颗粒的胀大逐渐进行，直到离子交换颗粒的水含量与周围空气平衡。卷起的过滤器结构可以在正常空气湿度下储存很长时间，而不会在离子交换颗粒和环境空气的水含量之间达到平衡。在50％相对空气湿度下，离子交换小珠将有大约25％重量的水含量。当离子交换颗粒的水含量从初始的实际干燥状态增加至25％重量时，直径可能总共增加80-85％。这对应于体积胀大160％。饱和的离子交换颗粒包含大约50％重量的水，且与干颗粒相比，它的直径增加47％。
为了避免在形成的过滤器板中的折叠过滤器元件产生变形，过滤器结构进行增湿处理，其中，它在折叠之前暴露于含湿气或水的环境中。该增湿处理或增湿步骤通过使展开的过滤器结构暴露于特定湿度的清洁空气(即没有将由过滤器结构在最终过滤器中进行过滤的物质的空气)来进行，或者通过用水雾喷射该过滤器结构来进行。该增湿处理可以在腔室中以分批处理方式进行，或者作为连续处理步骤集成于使过滤器结构进行折叠的装置内。增湿空气的相对湿度将超过预定过滤用途的相对空气湿度，优选是在分批处理方式处理时超过20％，或者在连续处理中超过＞20％。例如，当形成的过滤器板用于相对空气湿度为50％的用途中时，增湿空气应当有70-80％的相对空气湿度。增湿持续进行，直到滤布的离子交换颗粒与处理腔室中的湿度平衡，或者在连续处理操作中达到预定水平。在清洁室中的空气相对湿度(特别适用于本发明的过滤器结构)通常为45-55％。
尽管当为折叠过滤器板时增湿处理的有利效果最明显，但是在扁平过滤器板(即非折叠板)中也将明显看到有利效果。扁平过滤器板单位表面面积包含的离子交换颗粒的量并不象折叠过滤器板那样多，但是离子交换颗粒的膨胀性能也以类似方式影响扁平过滤器板。因此，本发明的增湿处理可用于折叠过滤器板和非折叠过滤器板。
在增湿过程中，离子交换颗粒从湿空气中吸附水汽，并根据增湿空气的相对湿度而胀大至特定程度。当离子交换颗粒胀大时，它们拉长纤维框架的纤维。因此，夹住离子交换颗粒的空间的尺寸也随着离子交换颗粒的尺寸而变化。增湿持续进行，直到纤维框架达到所需尺寸，这意味着离子交换颗粒胀大至尺寸稍微大于该离子交换颗粒在实际过滤用途中将达到的尺寸。然后，纤维框架膨胀至使得该空间能够容纳胀大的离子交换颗粒的程度。纤维框架的纤维由相对无弹性的材料制成。这样，因为纤维并不返回初始未拉伸状态，纤维的拉长以及纤维框架因此产生的膨胀实际上是不可逆的过程。这时，膨胀的过滤器结构可以直接在折叠设备中折叠、剪切和固定在过滤器板框架中。膨胀的过滤器结构还可以储存，直到需要用于制造过滤器板。在这种情况下，最优选的是采用保湿包装，因为这保证膨胀的过滤器结构不会收缩或缩小。形成的过滤器板可以储存在相对湿度比预定过滤用途的环境要低的环境中，但是离子交换颗粒将收缩至较小尺寸。不过，离子交换颗粒仍然通过粘接剂或通过熔化点(取决于所使用的滤布的类型)而固定在纤维框架内。当离子交换颗粒通过粘接剂而固定在框架上时，重要的是该粘接剂不会削弱框架结构的膨胀特征，且粘接剂应当符合该过滤器结构的任何脱气要求。接着，由于离子交换颗粒收缩，容纳离子交换颗粒的滤布中的各空间将包含除离子交换颗粒外的空的空间。当过滤器结构在过滤用途中再次暴露于较高相对湿度的环境中时，离子交换颗粒返回它们的胀大状态。该胀大并不会引起纤维框架的任何膨胀，因为容纳离子交换颗粒的空间很大，足以容纳胀大的离子交换颗粒。因此，折叠和固定在过滤器板中的这样的膨胀过滤器结构当暴露于预定过滤用途的环境中时不会变形。因此，本发明的过滤器板在用于所需的过滤用途中时将不会变形，且还经得住更干燥或更潮湿的环境。不过，因为过滤器板总之必须进行包装，以便保护离子交换颗粒免受环境空气中的化学组分的侵害，所以实际上，过滤器板在实际使用之前将不会暴露在任何较大变化的空气湿度中。
因此，本发明涉及一种用于过滤器板中的可折叠过滤器结构，它包含分布在纤维框架中的离子交换颗粒。过滤器结构进行膨胀，从而包含足够空间，以便允许离子交换颗粒与干离子交换颗粒相比胀大或处于胀大状态，同时不会使过滤器结构附加膨胀。
在本发明的优选实施例中，过滤器结构的纤维框架包括复合结构纤维1和复合热塑性纤维4。该复合结构纤维1包括第一相对较高熔点组分和第一相对较低熔点组分，该第一相对较高熔点组分的熔点比该第一相对较低熔点组分高至少20℃。复合热塑性纤维4有比结构纤维1相对更小的但尼尔，并包括第二相对较高熔点组分和第二相对较低熔点组分。复合结构纤维1形成热粘接的纤维网络，在该纤维网络中，第一相对较低熔点组分在交叉点2处将结构纤维粘接在一起，以便使纤维网络稳定。复合热塑性纤维4分散在整个纤维网络中，并通过加热而粘在该纤维网络上以便被固定。离子交换颗粒通过加热而粘在具有更小但尼尔的复合热塑性纤维4上，且过滤器结构膨胀，从而包含足够空间，以便允许离子交换颗粒与干离子交换颗粒相比胀大或处于胀大状态，同时不会使过滤器结构附加膨胀。
膨胀的过滤器结构包含足够空间，以便允许离子交换颗粒的直径与干颗粒相比增加优选是至少38％，更优选是至少47％。
在一个实施例中，过滤器结构的膨胀通过使过滤器结构暴露于潮湿环境或水中而实现。
离子交换颗粒可以为大孔聚合物，离子交换颗粒的加载量合适为100-2000g/m2，优选是300-1000g/m2，最优选是700g/m2。优选的是，离子交换颗粒为单个球形，且直径为425-525μm。
在另一实施例中，纤维框架包括热粘纤维，优选是粗结构的热塑性纤维的热粘纤维网络，具有细热塑性纤维，该细热塑性纤维的但尼尔比分散在整个纤维网络中并通过加热而粘在该纤维网络上以便固定的结构纤维相对更小，其中，离子交换颗粒通过加热而粘在具有更小但尼尔的复合热塑性纤维上。
本发明还涉及过滤器板，其中，过滤器结构折叠和固定在过滤器板框架中。优选是，折叠过滤器结构有0-25褶/dm，优选是5-20褶/dm，最优选是8-15褶/dm。褶的高度为10-300mm，优选是15-150mm，最优选是15-100mm。框架优选是由不锈钢或铝制成。折叠的过滤器结构优选是通过聚氨酯粘接剂而固定在框架上。优选是所使用的聚氨酯粘接剂的总脱气低于10μg/g(通过热解吸附气相层析质谱测定法(TD-GC-MS)来确认，在50℃下持续30分钟进行TD，且n-癸烷作为外部标准)。
优选是，用于避免空气从旁路绕过的任何外部密封条由聚合物制成，该聚合物的总脱气优选是低于10μg/g(通过热解吸附气相层析质谱测定法(TD-GC-MS)来确认，在50℃下持续30分钟进行TD，且n-癸烷作为外部标准)。
本发明还涉及一种制造过滤器结构的方法，其中，可折叠过滤器结构包括分布在纤维框架内的离子交换颗粒，其中，可折叠过滤器结构进行潮湿处理，在该潮湿处理中，该过滤器结构暴露于潮湿或包含水的环境中，从而使离子交换颗粒胀大，并使得过滤器结构永久性膨胀。
在一个实施例中，纤维网络的纤维由于离子交换颗粒的胀大而拉长，并保持拉长。过滤器结构暴露于该环境中，直到离子交换颗粒的含湿量达到至少20％重量，优选是至少30％重量。
在潮湿处理之前，离子交换颗粒的含湿量可以小于10％，且在潮湿处理过程中直径增加至38％。用于潮湿处理中的潮湿环境优选是绝对湿度等于在20℃下的至少70％相对湿度。优选是，用于潮湿处理的潮湿环境的绝对湿度等于在30℃下的至少80％相对湿度，优选是至少90％。
可以在成批处理中或在连续处理中进行潮湿处理。
潮湿处理可以用于具有包含纤维(该纤维可拉长，并有较低弹性)的纤维构架的所有离子交换滤布。本发明中特别优选的滤布在EP666095 B1中介绍，该文献被本文参引。该滤布有很高的尺寸稳定性。该滤布包括：具有相对较大但尼尔的复合纤维的稳定构架；具有相对较小但尼尔的热塑性纤维，该热塑性纤维分散在整个构架中，并粘在该构架上；以及离子交换颗粒，该离子交换颗粒至少粘在具有较小但尼尔的热塑性纤维上。较大但尼尔纤维保持过滤器结构的稳定性和可渗透性，该过滤器结构基本由较小但尼尔纤维和颗粒形成。较大但尼尔纤维的但尼尔值应为至少大约30dpf(但尼尔每纤维)，并应包括相对较高熔点组分和相对较低熔点组分。较低熔点组分在交叉点粘接构架的纤维。较小但尼尔纤维的但尼尔值应小于大约30dpf，并分散在整个构架中和粘在构架上，以便使热塑性纤维稳定和提供用于安装离子交换颗粒的表面。离子交换颗粒至少粘在较小但尼尔热塑性纤维上。
因为离子交换颗粒在不使用粘接剂的情况下包含于过滤器结构中，所以该滤布优于包含粘接剂的纤维滤布。使用粘接剂由如下缺点，首先，离子交换颗粒的表面区域将局部由粘接剂涂覆，这可能大大降低过滤器的吸附效果。第二，包含粘接剂的过滤器的附加不希望特征是公知的脱气问题，即在使用过程中从过滤器板自身释放气体化合物。通常用于制造离子交换滤布的粘接剂的缺点是它们释放AMC气体，例如中沸点和高沸点有机物、阻燃剂、增塑剂以及有机磷酸盐。
通过使用复合纤维布(如EP666095 B1中所述的复合纤维布)，提供了在过滤器中用于从气流中吸附酸性或碱性的空气传播分子化合物(AMC)的离子交换吸附过滤器结构，该过滤器结构有很高的除去效率、很高的能力、较低压力降，且不需要使用粘接剂来固定吸附剂。
较小和较大但尼尔的纤维可以由相同材料形成，并可以是具有尼龙鞘和聚酯芯的鞘/芯异质丝。由该较大和较小但尼尔异质丝形成的过滤器结构可以制成为厚度从1.0mm至250mm。根据选择的框架复合纤维和较小但尼尔热塑性纤维，离子交换颗粒的有效颗粒直径可以从0.1μm至5mm。
该合适滤布通过这样的方法来制备，该方法包括制备具有30dpf或更高但尼尔的相对较大但尼尔复合纤维的构架，并在交叉点热粘接这些纤维。较小但尼尔的热塑性纤维分散至构架中，且这些纤维的但尼尔小于大约30。该较小但尼尔纤维固定在构架上，且颗粒分散在构架中，并至少热粘接在较小但尼尔纤维上。
较小但尼尔纤维能够通过水交织或空气交织或者某些其它合适方法而分散在构架中。也可选择，可以形成相对较小但尼尔的热塑性纤维的网，较大但尼尔纤维能够集成在该较小但尼尔网中，以便提供尺寸稳定性。
图1表示了穿过用于本发明的过滤器结构的一部分的剖视图。过滤器结构包括具有相对较大但尼尔复合结构纤维1的稳定构架，该复合结构纤维1在交叉点2处热粘接。适于“结构纤维”的意思是可以用于支承过滤器或织物结构的相对较大但尼尔纤维。这些结构纤维的但尼尔为至少大约30dpf。
根据提供抗压缩且尺寸稳定的构架所需的硬度以及选择的离子交换颗粒3的尺寸，结构纤维的但尼尔的范围从大约30dpf至10000dpf或更大。复合纤维存在的量应足以提供结构，相对较小但尼尔纤维4能够粘在该结构上。
复合纤维1有较高熔点组分和较低熔点组分。较高熔点组分的熔点比相对较低熔点组分高至少大约20℃。当加热至高于较低熔点组分的熔点但低于较高熔点组分的熔点时，较低熔点组分与框架的纤维粘在一起，而不会影响由较高熔点组分提供的构架的结构完整性。
在实现本发明时适于用作结构纤维的复合纤维包括双组分纤维，其中，较高和较低熔点组分以并排关系布置，或者包括异质丝纤维，该异质丝纤维有同心或偏心的鞘/芯结构，且较高熔点组分形成芯，而较低熔点组分形成鞘。除非另外说明，否则本文中使用的术语“异质丝”是指短纤维和连续长丝。除非另外说明，否则本文中使用的术语“纤维”也是指短纤维和连续长丝。
已经发现具有较低熔点尼龙组分和较高熔点聚酯组分的复合纤维适用于纤维构架，例如鞘/芯异质丝有熔点从大约175-185℃的尼龙鞘和熔点从大约240-256℃的聚酯芯。
图2表示了穿过异质丝5的截面。异质丝纤维5是可以用于构架或用于安装过滤器结构的离子交换颗粒3的多种复合制造纤维的代表。
图2表示了同心鞘-芯异质丝纤维，其中，鞘和芯分别构成纤维的截面面积的大约50％。由鞘占据的纤维面积的范围可以考虑为从大约20至大约80％。纤维有较低熔点的尼龙鞘6和较高熔点的聚酯芯7。鞘的熔点应当比芯的熔点低至少大约20℃，并应当占据纤维的截面的大约一半，以便使纤维结构有较强热粘接，同时不会对芯的完整性产生不利影响。芯使得过滤器结构具有强度和完整性。
本发明的过滤器结构的相对较大但尼尔结构纤维1的构架都包括如上述的复合制造纤维，该复合制造纤维有用于在交叉点2处进行结构的热粘接以及用于固定相对较小但尼尔纤维4的较低熔点组分。很多种具有较高熔点组分和较低熔点组分的复合纤维适用于本实施例的滤布，而具有尼龙鞘和聚酯芯的异质丝纤维只是可用的多种纤维中的一种。复合纤维1还可以为多种形式，包括卷曲和非卷曲短纤维、短纤维、连续长丝或者它们的组合。
过滤器结构的较小但尼尔热塑性纤维4固定在较大但尼尔纤维的构架上，并与离子交换颗粒一起提供液体和气体的有效过滤。这些较小但尼尔纤维还大大增加了可用于固定离子交换颗粒的表面。这些较小但尼尔纤维的但尼尔范围可以从大约1至30dpf。较小但尼尔短纤维和短切纤维特别适用于过滤器结构，尽管也可以考虑连续长丝。纤维4存在的量应当足以固定颗粒3，并在经过过滤器的可接收压力降下提供所需的过滤。
较小但尼尔热塑性纤维可以通过加热而固定在较大但尼尔纤维的构架中。应当注意避免使较小纤维熔化成块，该块将对经过过滤器的压力降产生不利影响，或者相反降低过滤效率。已经发现有利的是使用具有与形成构架的复合结构纤维相同组分的较小但尼尔纤维。
例如，当尼龙和聚酯的鞘/芯异质丝用于形成构架时，如果较小但尼尔纤维也是具有类似熔点的尼龙和聚酯的鞘/芯异质丝，那么将有利于粘接该结构和固定较小直径纤维和颗粒。
图3是分别固定在较大但尼尔和较小但尼尔纤维1和4的构架内的离子交换颗粒3的放大图。较小但尼尔纤维在多个点8处固定在较大但尼尔纤维的构架上。颗粒主要在多个点9处熔粘在较小但尼尔纤维上，也可以在图示的10处粘在较大但尼尔纤维上。如图3所示，过滤器结构是笼状结构，离子交换颗粒可以卡在其中和基本防止移动。优选的是，将颗粒熔粘在各纤维上将定位成使得纤维不会形成在颗粒上面的膜，否则将大大减小可用于与穿过过滤器结构的液体或气体流接触的颗粒表面面积。
复合纤维滤布可以通过在EP066095 B1中所述的各种可选方法来制造。
用于使滤布膨胀以便形成本发明的过滤器结构的方法可以以成批处理方式或连续方式来进行。
在成批增湿的情况下，滤布暴露在增湿腔室中的潮湿空气中。在增湿腔室中的空气湿度优选是70％，滤布暴露于潮湿空气中的时间为4至6小时之间。
在连续增湿处理中，传送滤布通过增湿管道，其中，增湿空气优选是相对湿度为80-100％。温度为20-60℃，暴露时间为1-10分钟。
潮湿处理也可以通过将水雾喷射至滤布上来进行。
增湿步骤后进行过滤器结构的折叠，并将它切成所需的尺寸和利用粘接剂来将它安装在板框架上。
为了获得在使用过程中脱气较低的过滤器板(即从过滤器板自身释放的气体化合物的量较低)，粘接剂应当为聚氨酯粘接剂，总脱气低于10μg/g，(通过热解吸附气相层析质谱测定法(TD-GC-MS)来确认，在50℃下持续30分钟进行TD，且n-癸烷作为外部标准)。
图8和9表示了过滤器板的变形褶部分的实例。这些过滤器板的过滤器结构并没有进行本发明的潮湿处理，因此并没有用于离子交换颗粒胀大的任何自由空间。当这些折叠过滤器结构在过滤用途中暴露于潮湿空气中时，这些褶将变形。
图10表示了在正确增湿和制造后的最终板。
图11中表示了用于制造过滤器板的设备生产线。该设备生产线包括展开站(A)、增湿器(B)、折叠器(C)和折叠件包装处理台(D)。
Claims (30)
1.一种用于过滤器板中的可折叠过滤器结构，包含分布在纤维构架中的离子交换颗粒，该纤维构架包括可拉伸且具有较低弹性的纤维；
其特征在于：过滤器结构进行不可逆的预膨胀，从而包含足够空间，以便允许离子交换颗粒与干离子交换颗粒相比胀大或处于胀大状态，同时不会使过滤器结构附加膨胀，其中，所述过滤器结构的膨胀通过使过滤器结构暴露于潮湿环境或水中的方法而实现；从而，离子交换颗粒胀大以使纤维构架永久性膨胀。
2.根据权利要求1所述的过滤器结构，其中：纤维构架包括复合结构纤维(1)和复合热塑性纤维(4)，该复合结构纤维(1)包括第一相对较高熔点组分和第一相对较低熔点组分，该第一相对较高熔点组分的熔点比该第一相对较低熔点组分高至少20℃，复合热塑性纤维(4)有比结构纤维(1)相对更小的但尼尔，并包括第二相对较高熔点组分和第二相对较低熔点组分，
其中，复合结构纤维(1)形成热粘接的纤维网络，在该纤维网络中，第一相对较低熔点组分在交叉点(2)处将结构纤维粘在一起，以便使纤维网络稳定，复合热塑性纤维(4)分散在整个纤维网络中，并通过加热而粘在该纤维网络上以便固定，以及其中，离子交换颗粒通过加热而粘在更小但尼尔的复合热塑性纤维(4)上，且过滤器结构膨胀，从而包含足够空间，以便允许离子交换颗粒(3)与干离子交换颗粒相比胀大或处于胀大状态，同时不会使过滤器结构附加膨胀。
3.根据权利要求1或2所述的过滤器结构，其中：膨胀的过滤器结构包含足够空间，以便允许离子交换颗粒的直径与干颗粒相比增加至少38％。
4.根据权利要求1或2所述的过滤器结构，其中：膨胀的过滤器结构包含足够空间，以便允许离子交换颗粒的直径与干颗粒相比增加至少47％。
5.根据权利要求1或2所述的过滤器结构，其中：所述离子交换颗粒为大孔聚合物。
6.根据权利要求1或2所述的过滤器结构，其中：所述离子交换颗粒的加载量为100-2000g/m2。
7.根据权利要求6所述的过滤器结构，其中：所述离子交换颗粒的加载量为300-1000g/m2。
8.根据权利要求7所述的过滤器结构，其中：所述离子交换颗粒的加载量为400-700g/m2。
9.根据权利要求1或2所述的过滤器结构，其中：所述离子交换颗粒为单个球形，且直径为425-525μm。
10.根据权利要求1或2所述的过滤器结构，其中：所述纤维构架包括热粘纤维。
11.根据权利要求1或2所述的过滤器结构，其中：所述纤维构架包括粗结构的热塑性纤维的热粘纤维网络，并具有细热塑性纤维，该细热塑性纤维的但尼尔比分散在整个纤维构架中并通过加热而粘在该纤维构架上以便固定的结构纤维相对更小，其中，离子交换颗粒通过加热而粘在更小但尼尔的复合热塑性纤维上。
12.一种过滤器板，包括如权利要求1-11中任意一个所述的过滤器结构，其中，该过滤器结构折叠和固定在过滤器板框架中。
13.根据权利要求12所述的过滤器板，其中：折叠过滤器结构有0-25褶/dm。
14.根据权利要求13所述的过滤器板，其中：折叠过滤器结构有5-20褶/dm。
15.根据权利要求14所述的过滤器板，其中：折叠过滤器结构有8-15褶/dm。
16.根据权利要求12所述的过滤器板，其中：褶的高度为10-300mm。
17.根据权利要求16所述的过滤器板，其中：褶的高度为15-150mm。
18.根据权利要求17所述的过滤器板，其中：褶的高度为15-100mm。
19.根据权利要求12所述的过滤器板，其中：所述框架由不锈钢或铝制成。
20.根据权利要求12所述的过滤器板，其中：折叠的过滤器结构通过聚氨酯粘接剂而固定在框架上，所使用的聚氨酯的总脱气低于10μg/g，该总脱气值通过热解吸附气相层析质谱测定法TD-GC-MS来确认，在50℃下持续30分钟进行TD，且n-癸烷作为外部标准。
21.根据权利要求12所述的过滤器板，其中：用于避免空气从旁路绕过的外部密封条由聚合物制成，该聚合物的总脱气低于10μg/g，该总脱气值通过热解吸附气相层析质谱测定法TD-GC-MS来确认，在50℃下持续30分钟进行TD，且n-癸烷作为外部标准。
22.一种制造如权利要求1-11中任意一个所述的过滤器结构的方法，其特征在于：可折叠过滤器结构进行潮湿处理，在该潮湿处理中，该过滤器结构暴露于潮湿或包含水的环境中，从而使离子交换颗粒胀大，所述纤维构架的纤维由于离子交换颗粒的胀大而拉长，并保持拉长，从而使得过滤器结构永久性膨胀。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：过滤器结构暴露于所述环境中，直到离子交换颗粒的含湿量达到至少20％重量。
24.根据权利要求22所述的方法，其中：过滤器结构暴露于所述环境中，直到离子交换颗粒的含湿量达到至少30％重量。
25.根据权利要求22所述的方法，其中：在潮湿处理之前，离子交换颗粒的含湿量小于10％，且在潮湿处理过程中直径增加达38％。
26.根据权利要求22所述的方法，其中：用于潮湿处理中的潮湿环境的绝对湿度等于在20℃下的至少70％相对湿度。
27.根据权利要求22所述的方法，其中：用于潮湿处理的潮湿环境的绝对湿度等于在30℃下的至少80％相对湿度。
28.根据权利要求27所述的方法，其中：用于潮湿处理的潮湿环境的绝对湿度等于在30℃下的至少90％相对湿度。
29.根据权利要求22所述的方法，其中：过滤器结构以分批处理方式进行潮湿处理。
30.根据权利要求22所述的方法，其中：过滤器结构以连续处理方式进行潮湿处理。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Stockholm, SWE Patentee after: Camfil Investment Co.,Ltd. Address before: Swedish trosa Patentee before: CAMFIL AB |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221010 Address after: Stockholm, SWE Patentee after: Confield Group Address before: Stockholm, SWE Patentee before: Camfil Investment Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120704 |