CN1958123A - 空气净化用过滤器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一种空气净化用过滤器，该过滤器中包含过滤材料，其中用粘合剂将吸附剂固定在基材上，所述粘合剂中包含接枝共聚物。还揭示了制造这种过滤器的方法。本发明中，提供了高性能的空气净化过滤器，该过滤器提供单一过滤器结构能同时有效地除去悬浮在待处理空气中的碳氢化合物、氨、醛基化合物等。

Description

空气净化用过滤器及其制造方法
技术领域
本发明涉及空气净化用过滤器，该过滤器能吸附大气中的悬浮物，如悬浮于大气中的挥发性有机化合物(下面也称作“VOC”)，还涉及这种过滤器的制造方法。具体地说，本发明涉及适用于车辆的空调系统的空气净化用过滤器及其制造方法。
背景技术
近年来，在车辆工业领域中，改善车辆内部的舒适程度的需求日益增加，例如，在车辆的空调系统中配置空气净化用过滤器能促进除去悬浮于大气中的VOC等。
在这种结合到车辆的空调系统中的空气净化用过滤器中，在通过吸附大气中的气体组分(如烟草制品散发的气体组分或汽车排放的气体组分)来净化空气的情况中，通常使用以活性炭作为吸附剂的空气净化用过滤器。然而，这种使用活性炭作为吸附剂的空气净化用过滤器对碳氢化合物显示出优良的吸附性，但对醛基团、氨等的吸附性较低。因此，为能有效吸附和除去醛基团、氨等，例如使用除活性炭外的其他吸附剂的空气净化用过滤器，或者通过将对醛基团、氨等显示优良吸附能力的物质与活性炭混合，来制造空气净化用过滤器。
作为使用除活性炭外的其他吸附剂的过滤器，在JP-A-5-111607中提出一种过滤器，通过接枝聚合来处理机织织物或非织造织物，制造这种过滤器，以有效分解氨、甲醛等。但是这种过滤器在高流速的空气流中其能力下降。此外，这种过滤器处理碳氢化合物的能力较低。
因此，在JP-A-10-230118中提出一种空气过滤装置，其中，在空气流动方向串联排列有使用活性炭的过滤器(其中的活性炭对碳氢化合物显示优良吸附性)以及使用接枝共聚物的过滤器。但是，在这种类型的过滤器中，明显增加了对空气流的阻力。此外，在JP-A-2001-145816中也提出一种过滤器，在蜂窝状的基材中加入活性炭和接枝共聚物的混合物，形成用来处理碳氢化合物和氨化合物或醛基团的过滤材料。但是，这种方案的结构中，由于很难均匀分散活性炭和接枝共聚物，其对碳氢化合物或氨等的材料的处理能力下降。
因此，希望提供一种高性能的空气净化用过滤器，这种空气净化用过滤器通过单一的过滤器结构可以同时有效除去大气中的碳氢化合物和氨、醛基化合物等，还希望提供这种空气净化用过滤器的制造方法。
发明内容
本发明的空气净化用过滤器包含过滤材料，其中用粘合剂将吸附剂固定在基材上，这种过滤器的特征是粘合剂中包含接枝共聚物。这种结构中，由于粘合剂中包含接枝共聚物，粘合剂可以在例如形成基材时固定，因此，能容易地制成具有吸附剂和接枝共聚物的过滤材料。因此，使用这种过滤材料形成空气净化用过滤器，过滤器通过所述接枝共聚物能分解待处理的空气中的氨和醛基。另一方面，待处理的空气中的碳氢化合物可以吸附到例如用作吸附剂的活性炭上。因此，能同时除去氨、醛基等以及碳氢化合物，能实现确实能净化空气的高性能的空气净化用过滤器。
除活性炭外，可以使用活性炭纤维、沸石、活性粘土、海泡石、氧化铝、硅胶、氧化铝-二氧化硅等作为吸附剂。从其性能、容易从市场上购得、选择多样性、材料品质的稳定性、安全性、成本等考虑，最优选活性炭。
此外，对粘合剂，可以使用丙烯酸基乳液型粘合剂，如含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的粘合剂，橡胶基胶乳型粘合剂，如含SBR(丁苯橡胶)或氯丁橡胶的粘合剂，以及其他类型的粘合剂，如氨基甲酸酯基粘合剂。
此外，在本发明制造空气净化用过滤器的方法中，过滤器包含通过用粘合剂将吸附剂固定在基材上形成的过滤材料，这种方法的特征是，接枝共聚物分散在粘合剂中之后，用这种含接枝共聚物的粘合剂将吸附剂固定在基材上。
上述接枝共聚物的含量优选为吸附剂重量的1-40重量％范围。如果该含量小于1重量％，存在不能充分分解和除去待处理的空气中所含的氨和醛基的可能。如果该含量大于40重量％，由于诸如活性炭的吸附剂的含量相对减小，存在不能充分吸附待处理的空气中所含的碳氢化合物的可能。
固定到基材上的吸附剂量优选在10-300克/米2范围。如果该量小于10克/米2，存在由吸附剂吸附来除去碳氢化合物不充分的可能。另一方面，如果该量大于300克/米2，由于接枝共聚物量相对减小，存在引起氨和醛基处理能力下降并增加压力损失的可能。
虽然对吸附剂没有特别的限制，只要吸附剂具有对碳氢化合物的吸附性，例如可以使用非织造织物、机织织物、泡沫材料等作为吸附剂，特别优选使用非织造织物作为吸附剂。
非织造织物可以采用化学粘结的方法进行制备，为了制造过滤器，例如可采用下面任一种方法，即通过将混有活性炭的起绒织物浸泡在含接枝共聚物的粘合剂中的步骤，将作为吸附剂的活性炭固定在作为基材的非织造织物上，或者通过将含接枝共聚物的粘合剂施涂在混有活性炭的起绒织物上的步骤，将作为吸附剂的活性炭固定在作为基材的非织造织物上。
用于本发明的空气净化用过滤器的过滤材料优选成形为例如波纹形。这种结构中，由于确保过滤器有大的表面积，因此提高了过滤器的空气净化性能。
在本发明的空气净化用过滤器中，接枝共聚物宜通过将H2NCH2CH2NH2官能团聚合到原料聚合物中作为接枝共聚物的侧链进行制备。通过这种官能团，例如，可如下分解甲醛(HCHO)：
其中，R表示原料聚合物。
本发明空气净化用过滤器可以用作安装在室内、工厂等的空调装置的空气净化用过滤器，并且特别适合作为用于车辆的空调系统的空气净化用过滤器。
因此，在本发明的空气净化用过滤器中，由于能够通过单一的过滤器来有效除去全部的碳氢化合物、氨和醛基化合物，能极有效地净化待处理的空气。
附图简要说明
由结合附图对本发明的优选实施方式的以下详细说明，能理解本发明的进一步的特征和优点，附图中：
图1是本发明实施方式的空气净化用过滤器的透视图。
图2是图1所示的过滤器的放大剖面图。
图3是图2所示的过滤器的A部分的放大剖面图。
图4是根据本发明的实施方式，采用化学粘结方法(浸泡法)制造空气净化用过滤器的设备的示意图。
图5是根据本发明的实施方式，采用化学粘结方法(喷涂法)制造空气净化用过滤器的设备的示意图。
图6所示是加入的活性炭量与过滤材料的压力损失间的关系图。
图7所示是对实施例3和比较例1和2的甲醛和甲苯除去率进行比较的图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明根据本发明的空气净化用过滤器及其制造方法的优选实施方式。
图1至图3示出本发明实施方式的空气净化用过滤器。图1中，标号1表示空气净化用过滤器，该空气净化用过滤器1包括框架2和过滤材料3。在这种实施方式中，将空气净化用过滤器1形成为用于车辆的空调系统的空气净化用过滤器。将过滤材料3成形为波纹形。
如图2和图3所示，过滤材料3具有非织造织物构成的基材4，通过粘合剂将作为吸附剂的活性炭5以及接枝共聚物6固定在该基材4上。这种实施方式中，形成基材4的非织造织物由短纤维8形成。通过如图4或5所示的化学粘结方法可以方便地制备这种过滤材料3。这种过滤材料3中，活性炭5的量设定为10-300克/米2，接枝共聚物6的含量设定为相对于活性炭5的1-40重量％范围。
这种实施方式中，可采用将H2NCH2CH2NH2官能团聚合到共聚物的原料聚合物中作为接枝共聚物的侧链的方法制备的接枝共聚物作为接枝共聚物6。通过这种官能团，例如可以按下面反应式所示分解甲醛(HCHO)。
其中，R表示可成为共聚物的主要组分的原料聚合物。
图4所示是通过化学粘结方法(浸泡法)制备过滤材料3的设备。图4中，制造设备7包括供料装置9，用于提供短纤维8(这种实施方式中，短纤维的长度小于或等于6毫米)。含活性炭5(粒径：例如50微米)的短纤维8从供料装置9输送至梳理机10，在梳理机10，形成混有活性炭5的短纤维8的起绒织物11。设定活性炭5的含量，使完成的过滤材料3的活性炭含量为10-300克/米2。将该起绒织物11浸泡在含接枝共聚物的粘合剂13中，该粘合剂13通过将接枝共聚物分散在粘合剂中制备并储存在粘合剂浴槽12中，之后，通过加热/干燥装置14进行处理，干燥后的起绒织物用一个卷绕辊15卷绕成非织造织物卷，用于形成过滤材料3。这种方法中，设定含接枝共聚物6的粘合剂13的接枝共聚物含量为相对于活性炭5的量在1-40重量％范围。
图5所示是通过化学粘结方法(喷涂法)制备过滤材料3的设备。图5中，制造设备16包括供料装置9，用于提供短纤维8(这种实施方式中，短纤维的长度小于或等于6毫米)。含活性炭5(粒径：例如50微米)的短纤维8从供料装置9输送至梳理机10，在梳理机10，形成混有活性炭5的短纤维8的起绒织物11。设定活性炭5的含量，使完成的过滤材料3的活性炭含量为10-300克/米2。将接枝共聚物分散在粘合剂中，通过粘合剂喷涂装置17，将制备的含接枝共聚物的粘合剂13施涂到该起绒织物11上之后，通过加热/干燥装置14对起绒织物11进行处理，干燥后的起绒织物用一个卷绕辊15卷绕成非织造织物卷，用于形成过滤材料3。这种方法中，同样设定含接枝共聚物6的粘合剂13的接枝共聚物含量为相对于活性炭5的量在1-40重量％范围。
在上述实施方式中，由于接枝共聚物6包含在粘合剂13中，可获得具有活性炭5和接枝共聚物6的过滤材料3。因此，在使用这种过滤材料3的过滤器中，待处理的空气中包含的氨和醛基化合物通过接枝共聚物6发生分解，空气中包含的碳氢化合物被作为吸附剂的活性炭5吸附。结果，通过单一的过滤器既可以除去氨、醛基化合物等，也能除去碳氢化合物，因此，能制造安全有效净化空气的高性能过滤器。
此外，在此实施方式中，由于接枝共聚物6的含量在相对于作为吸附剂的活性炭量的1-40重量％范围，活性炭5和接枝共聚物6以良好的平衡比例混合，能充分分解和除去空气中的氨和醛基化合物，同时能充分吸附和除去碳氢化合物。此外，由于作为吸附剂的活性炭量在10-300克/米2范围，这是足够的活性炭量，因此，活性炭5基本上不会引起对氨和醛基化合物的处理能力下降以及压力损失增加。
实施例
下面，参照实施例和比较例说明本发明。这些实施例中，使用丙烯酸基乳液型粘合剂(“Boncoat”AB-901，由Dainippon Ink Corporation制备)作为粘合剂，以包含接枝共聚物。
实施例1
活性炭(粒径：50微米)与短纤维(纤维长度：小于或等于6毫米)混合，用于形成作为过滤材料的基材的非织造织物，使该过滤材料中的活性炭量为75克/米2，采用化学粘结法(浸泡法)，使用含接枝共聚物的粘合剂，制成厚0.5-2.0毫米的过滤材料，使接枝共聚物含量相对于活性炭量为0.5重量％，用这种过滤材料制造空气净化用过滤器。
实施例2
按照类似于实施例1的方式，使用过滤材料制造空气净化用过滤器，不同之处是，接枝共聚物的含量设定为相对于活性炭量的1.0重量％。
实施例3
按照类似于实施例1的方式，使用过滤材料制造空气净化用过滤器，不同之处是，接枝共聚物的含量设定为相对于活性炭量的10重量％。
实施例4
按照类似于实施例1的方式，使用过滤材料制造空气净化用过滤器，不同之处是，接枝共聚物的含量设定为相对于活性炭量的20重量％。
实施例5
按照类似于实施例1的方式，使用过滤材料制造空气净化用过滤器，不同之处是，接枝共聚物的含量设定为相对于活性炭量的40重量％。
实施例6
按照类似于实施例1的方式，使用过滤材料制造空气净化用过滤器，不同之处是，接枝共聚物的含量设定为相对于活性炭量的60重量％。
比较例1
活性炭(粒径：50微米)与短纤维(纤维长度：小于或等于6毫米)混合，用于形成作为过滤材料的基材的非织造织物，使该过滤材料中的活性炭量为75克/米2，采用化学粘结法(浸泡法)，制成厚0.5-2.0毫米的过滤材料，该过滤材料不含接枝共聚物，用这种过滤材料制造空气净化用过滤器。
比较例2
活性炭(粒径：50微米)与短纤维(纤维长度：小于或等于6毫米)混合，用于形成作为过滤材料的基材的非织造织物，使该过滤材料中的活性炭量为65克/米2，采用化学粘结法(浸泡法)，制成厚0.5-2.0毫米的过滤材料A。另一方面，通过直接接枝处理厚0.5-2.0毫米的非织造织物，制备过滤材料B，该过滤材料的接枝共聚物的含量为相对于过滤材料A包含的活性炭量的15重量％。将过滤材料A与过滤材料B叠加，制造空气净化用过滤器。
表1列出了实施例1-6和比较例1和2中接枝共聚物含量、甲醛(HCHO)分解量、活性炭含量和测试结果。测试中，与常规空气净化用过滤器相比甲醛分解量明显增大的情况标为○，略增大的情况标为△，而与常规过滤器相同的情况标为×。
此外，图6示出实施例3中改变活性炭的加入量时，在3米/秒空气速率下过滤材料的压力损失改变。而且，图7示出对实施例3和比较例1和2的甲醛和甲苯的除去率的比较。
                               表1
  接枝共聚物含量   甲醛分解量   活性炭含量   评价
 实施例1   0.5重量％   1.8毫克/克   75克/米2   △
 实施例2   1.0重量％   4.8毫克/克   75克/米2   ○
 实施例3   10重量％   5.3毫克/克   75克/米2   ○
 实施例4   20重量％   4.9毫克/克   75克/米2   ○
 实施例5   40重量％   4.5毫克/克   75克/米2   ○
 实施例6   60重量％   1.5毫克/克   75克/米2   △
 比较例1   -   0.5毫克/克   75克/米2   ×
 比较例2   15重量％   0.8毫克/克   65克/米2   ×
如表1以及图6和图7所示，应理解，本发明的空气净化用过滤器能有效除去诸如醛基和碳氢化合物的VOC。

Claims (19)

1.包含过滤材料的空气净化用过滤器，该过滤器中，用粘合剂将吸附剂固定在基材上，其特征是粘合剂中包含接枝共聚物。
2.如权利要求1所述的空气净化用过滤器，其特征在于，所述粘合剂中接枝共聚物的含量为相对于吸附剂重量的1-40重量％。
3.如权利要求1所述的空气净化用过滤器，其特征在于，所述吸附剂固定在所述基材上的量在10-300克/米2范围。
4.如权利要求1所述的空气净化用过滤器，其特征在于，所述吸附剂是活性炭。
5.如权利要求1所述的空气净化用过滤器，其特征在于，所述基材是非织造织物。
6.如权利要求5所述的空气净化用过滤器，其特征在于，所述非织造织物是用化学粘结法制成的。
7.如权利要求1所述的空气净化用过滤器，其特征在于，将所述过滤材料成形为波纹形。
8.如权利要求1所述的空气净化用过滤器，其特征在于，所述接枝共聚物包含H2NCH2CH2NH2基团作为该接枝共聚物的侧链。
9.如权利要求1-8中任一项所述的空气净化用过滤器，其特征在于，所述过滤器是用于车辆的空调系统的空气净化用过滤器。
10.制造空气净化用过滤器的方法，所述过滤具有吸附剂由粘合剂固定在基材上而形成过滤材料，其特征是，将接枝共聚物包含在所述粘合剂中之后，使用所述含接枝共聚物的粘合剂将所述吸附剂固定在所述基材上。
11.如权利要求10所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，所述接枝共聚物在粘合剂中的含量为相对于所述吸附剂量的1-40重量％。
12.如权利要求10所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，所述吸附剂固定在所述基材上的量在10-300克/米2范围。
13.如权利要求10所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，所述吸附剂是活性炭。
14.如权利要求10所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，所述基材是非织造织物。
15.如权利要求14所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，通过将混有活性炭的起绒织物浸泡在含接枝共聚物的粘合剂中将作为吸附剂的活性炭固定在作为基材的非织造织物上。
16.如权利要求14所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，通过将含接枝共聚物的粘合剂施涂在混有活性炭的起绒织物上将作为吸附剂的活性炭固定在作为基材的非织造织物上。
17.如权利要求10所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，将所述过滤材料成形为波纹形。
18.如权利要求10所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，将H2NCH2CH2NH2基团引入所述接枝共聚物中成为该接枝共聚物的侧链。
19.如权利要求10-18中任一项所述的制造空气净化用过滤器的方法，其特征在于，所述过滤器是用于车辆的空调系统的空气净化用过滤器。
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