ITTO950317A1 - Foglio di filtrazione di fibre aramidiche. - Google Patents
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Description
DESCRI ZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Foglio di filtrazione in fibre aramidiche ",
DESCRIZIONE
Campo tecnico dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce a fogli di filtrazione in fibra. In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un foglio fibroso polimerico, specialmente un foglio in fibra aramidica, come pure a un procedimento per la preparazione e l'impiego di tale foglio, particolarmente come mezzo filtrante .
Sfondo dell'invenzione
Numerosi fogli di filtrazione in fibra sono stati preparati da una varietà di fibre come vetro, polietilene, polipropilene, poliestere e fibre aramidiche . Mentre questi fogli sono adatti per molte applicazioni, particolarmente molte applicazioni di filtrazione, essi non sono generalmente in grado di rimuovere in modo affidabile sostanze particolate fini con dimensioni dell'ordine del micron e di meno di un micron, ed i batteri. Lo spessore di tali fogli fibrosi può venire aumentato per compensare la dimensione dei pori relativamente grandi del foglio, ma la resistenza al flusso del foglio diventa allora inaccettabilmente elevata. Questa incapacità a preparare fogli di filtrazione in fibra con dimensione dei pori sufficientemente piccola è generalmente il risultato della non disponibilità di fibre di diametro sufficientemente ridotto poiché la dimensione dei pori di un foglio di filtrazione fibroso è correlata in un certo modo al diametro della fibra utilizzata per preparare tale foglio, cioè fibre con diametro uniformemente minore formeranno più facilmente un foglio di filtrazione fibroso con dimensione dei pori uniformemente minore.
Mente molte fibre organiche, come polietilene e polipropilene, sono disponibili come fibre tagliate in fiocco con diametri superiori a circa 8 μιη, le fibre di vetro sono disponibili con diametri di circa 0,25-4 μm . Quindi, le fibre di vetro sono generalmente state il materiale di scelta nella costruzione di fogli fibrosi per filtrazione con pori di dimensioni più piccole, sebbene con dimensione dei pori ancora non sufficiente ad eliminare il materiale particolato molto piccolo ed i batteri.
Mentre i fogli di fibra di vetro possono assicurare la dimensione dei pori desiderabile più piccola rispetto ai fogli fibrosi polimerici, i fogli in fibra di vetro presentano molti svantaggi rispetto ai fogli fibrosi polimerici. Per esempio, i fogli in fibra di vetro sono relativamente fragili e richiedono una estrema cura nella manipolazione. Come risultato, i fogli in fibra di vetro sono difficili da trasformare in strutture corrugate per elementi filtranti senza che si producano fratture nel foglio, particolarmente per la preparazione di elementi filtranti di raggio ridotto, con conseguente perdita di efficienza di filtrazione. La fragilità dei fogli fibrosi in vetro rende pure tali fogli suscettibili di rottura per effetto delle pulsazioni del flusso di fluido attraverso i fogli. Inoltre, i fogli in fibra di vetro sono soggetti ad una significativa reattività chimica e termica. Per esempio, poiché il vetro è soggetto a degradazione in ambienti alcalini, i fogli fibrosi in vetro non sono molto adatti per tali ambienti. Inoltre, i fogli fibrosi di vetro debbono venire preparati impiegando una resina legante, che è soggetta a degradazione chimica, può influenzare negativamente le caratteristiche e costituisce una fonte potenziale di contaminazione da perdite.
Per conseguenza rimane una necessità di un foglio dì materiale fibroso per filtrazione con dimensione dei pori relativamente piccola, preferibilmente sufficientemente piccola da eliminare le particelle di dimensioni inferiori ad un micron, specialmente i batteri, con una resistenza ragionevole al flusso attraverso il foglio fibroso. Tale foglio per filtrazione fibroso dovrebbe preferibilmente avere un elevato modulo, come pure un allungamento sufficiente, in modo da sopportare le condizioni di filtrazione, come l'effetto pulsante, che si può manifestare nei procedimenti di filtrazione industriali. Le caratteristiche di manipolazione di tali fogli dì filtrazione fibrosi debbono pure essere tali che il foglio possa essere trasformato in una struttura corrugata per un elemento filtrante senza danneggiare il foglio stesso in alcun modo, per non influenzare l'efficienza di filtrazione. Resistenza ad alta temperatura e buona stabilità chimica sono altre caratteristiche utili e desiderabili di tale foglio di filtrazione fibroso .
La presente invenzione provvede tale foglio di filtrazione fibroso, come pure un procedimento per la preparazione e l'impiego di tale foglio di filtrazione fibroso, particolarmente per applicazioni di filtrazione. Questi ed altri scopi e vantaggi della presente invenzione, come pure altre caratteristiche inventive, diverranno evidenti dalla descrizione seguente dell'invenzione.
Breve sommario dell'invenzione
La presente invenzione provvede un foglio di filtrazione in fibra aramidica avente un primo punto di gorgogliamento di almeno circa 50 pollici di colonna d'acqua {circa 12 kPa) e preferibilmente un punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto di almeno circa 100 pollici di colonna d'acqua (circa 25 kPa). Il foglio di filtrazione in fibra aramidica ha desiderabilmente un rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento di circa 2 o meno. Sia il primo punto che il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto sono una indicazione della dimensione dei pori di un foglio, ed il loro rapporto riflette la desiderabile uniformità dei pori e la distribuzione ristretta della dimensione dei pori del foglio. Il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione può venire preparato in modo da avere una riduzione di titolo consistente e prevedibile. Quindi, il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione è in grado di assicurare un campo di riduzione di titolo in modo controllato. Il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione può essere caratterizzato desiderabilmente dall'avere una riduzione del titolo di almeno circa IO5, e preferibilmente almeno circa IO8 o anche IO10, contro la Pseudomonas diminuta. Per conseguenza, il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione può venire preparato in modo da essere in grado di eliminare tutti i batteri da un fluido .
La presente invenzione provvede inoltre un procedimento per preparare le fibre aramidiche che sono utili nella fabbricazione del foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione. Specificamente, la presente invenzione comprende un procedimento per ridurre il diametro delle fibre aramidiche, comprendente la preparazione di una dispersione di fibre aramidiche in un fluido ed il sottoporre la dispersione a fibrillazione meccanica in condizioni sufficienti a ridurre il diametro medio delle fibre aramidiche. La presente invenzione comprende pure un procedimento di preparazione di un foglio per filtrazione in fibra aramidica comprendente la riduzione del diametro delle fibre aramidiche come precedentemente descritto e la preparazione di un foglio per filtrazione in fibra aramidica dalle fibre aramidiche a diametro ridotto, come pure un elemento filtrante preparato da un foglio per filtrazione in fibra aramidica di questo tipo. La presente invenzione provvede inoltre un procedimento per il trattamento di un fluido facendo passare un fluido attraverso il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo l'invenzione .
Breve descrizione dei disegni
La Figura 1 è un grafico che riporta curve che mostrano la relazione tra il tempo di permanenza nel miscelatore rotore-statore (min) usato per preparare le fibre aramidiche di un foglio per filtrazione in fibra aramidica, ed i risultanti primo punto di gorgogliamento e punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) del foglio per filtrazione in fibra aramidica.
La Figura 2 è un grafico che illustra curve che mostrano la relazione tra il numero di passaggi di omogeneizzazione adottati per preparare le fibre aramidiche di un foglio per filtrazione di fibra aramidica, ed i risultanti primo punto di gorgogliamento e punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) del foglio per filtrazione in fibra aramidica.
La Figura 3 è un grafico che illustra curve che mostrano la relazione tra il numero di passaggi di microfluidizzazione adottati per preparare le fibre aramidiche di un foglio per filtrazione in fibra aramidica ed i risultanti primo punto di gorgogliamento e punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) del foglio per filtrazione in fibra aramidica.
La figura 4 è un grafico che riporta curve che mostrano la relazione tra la resistenza al flusso d'aria di un foglio per filtrazione in fibra aramidica e un foglio in fibra di vetro di confronto, ed il primo punto di gorgogliamento ed il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) dei fogli per filtrazione fibrosi.
La Figura 5 è un diagramma semi-logaritmico che rappresenta curve che mostrano la relazione tra il primo punto di gorgogliamento (pollici di colonna d'acqua e kPa) di fogli per filtrazione in fibra aramidica di peso differente (1,3-1,6 e 3,7 g/ft2 [14-17 e 40 g/m2]) e la riduzione di titolo risultante (anche in questo caso Pseudomonas diminuta) dei fogli da filtrazione in fibra aramidica.
Descrizione delle realizzazioni preferite
La presente invenzione provvede un foglio per filtrazione in fibra aramidica che presenta i vantaggi sia dei fogli per filtrazione in fibra di vetro che dei fogli in fibra polimerica, e con pochi degli svantaggi dei due tipi indicati.
I fogli per filtrazione fibrosi più fini vengono preparati con fibre di vetro di diametro inferiore al micron. Questi fogli in fibra di vetro presentano il vantaggio di avere pori di piccola dimensione, ma hanno l’inconveniente di essere fragili e possiedono una varietà di altri svantaggi di manipolazione e prestazioni come precedentemente descritto. I fogli per filtrazione fibrosi polimerici più fini vengono depositati a fusione con fibre di vari μm di diametro, e, mentre tali fogli fibrosi polimerici hanno caratteristiche di manipolazione migliori di quelle dei fogli in fibra di vetro, tali fogli polimerici hanno finora avuto l'inconveniente di avere dimensione dei pori relativamente grande (dovuta generalmente al diametro relativamente grande delle fibre) e efficienza di filtrazione relativamente bassa. La presente invenzione provvede un foglio per filtrazione fibroso polimerico, particolarmente un foglio per filtrazione in fibra aramidica, con pori di dimensione almeno altrettanto piccola dei pori dei fogli in fibra di vetro più fini, mantenendo sostanzialmente i benefici dei fogli in fibra polimerica. Il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione può avere una bassa resistenza al flusso e basso peso, ed essere alquanto sottile, pur presentando una efficienza di filtrazione finora sconosciuta ed un punto di gorgogliamento, in tale foglio per filtrazione fibroso, che è compatibile e prevedibile .
In particolare, la presente invenzione provvede un foglio per filtrazione in fibra aramidica avente un primo punto di gorgogliamento di almeno circa 50 pollici di colonna d’acqua (circa 12 kPa), preferibilmente almeno circa 100 pollici di colonna d’acqua (circa 25 kPa), e più preferibilmente almeno circa 150 (circa 37 kPa) o anche 200 pollici di colonna d'acqua (circa 50 kPa).
Il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione ha desiderabilmente un rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento di circa 2 o meno, preferibilmente circa 1,6 o meno. Sia il primo punto di gorgogliamento che il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto sono una indicazione della dimensione dei pori di un foglio, ed il loro rapporto riflette l'uniformità dei pori e la limitazione della distribuzione dimensionale dei pori del foglio.
Le misurazioni del punto di gorgogliamento possono venire realizzate come descritto in ASTM F316-86, con il primo punto di gorgogliamento essendo la pressione applicata che porta alla formazione della prima bolla attraverso il foglio che è umido con alcole, e il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto essendo la pressione applicata che porta al passaggio di 1500 cc/minuto di aria attraverso il foglio che è umido di alcole, cioè il flusso generale di aria attraverso il foglio che indica l'espulsione praticamente di tutto l'alcol di imbibizione dai pori del foglio. Tutti i valori del punto di gorgogliamento indicati in questa sede per descrivere e illustrare la presente invenzione riflettono valori misurati in questo modo usando etanolo di qualità da laboratorio come liquido di imbibizione .
Il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione possiede un primo punto di gorgogliamento superiore a quello che si può ottenere con fogli per filtrazione in fibra aramidica convenzionale, precisamente almeno circa 50 pollici di colonna d'acqua (circa 12 kPa), e preferibilmente più alto di quello che può essere ottenuto con fogli in fibra di vetro, precisamente almeno circa 100 pollici di colonna d’acqua {circa 25 kPa). Analogamente, il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo l’invenzione possiede desiderabilmente un punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto superiore a quello che si può ottenere con fogli per filtrazione in fibra aramidica convenzionale, precisamente almeno circa 100 pollici di colonna d’acqua (circa 25 kPa), e, anche più desiderabilmente, superiore a quello che si può ottenere con fogli in fibra di vetro, precisamente almeno circa 200 pollici di colonna d’acqua (circa 50 kPa), e preferibilmente almeno circa 300 pollici di colonna d'acqua (circa 75 kPa). La presente invenzione consente la preparazione di un foglio per filtrazione in fibra aramidica avente un primo punto di gorgogliamento ed un punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto di ordine di grandezza superiore di quello dei fogli per filtrazione in fibra aramidica convenzionale .
La presente invenzione è in grado di provvedere tale foglio per filtrazione in fibra aramidica, pur mantenendo sostanzialmente l'uniformità dei pori e la limitazione della distribuzione dimensionale dei pori dei fogli per filtrazione in fibra aramidica convenzionale. In particolare, il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione ha desiderabilmente un rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento di circa 2 o meno, più desiderabilmente circa 1,6 o meno .
Il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione è in grado di eliminare batteri da fluidi in una varietà di procedimenti di filtrazione. Specificamente, il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione è in grado di assicurare un ampio campo di efficienze di filtrazione, che sono prevedibili e correlate al punto di gorgogliamento, con spessori e pesi del foglio che sono compatibili e prevedibili. Il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione sarà desiderabilmente caratterizzato da una riduzione di titolo di almeno circa IO5, preferibilmente almeno circa IO8 e più preferibilmente almeno circa IO10, verso la Pseudomonas diminuta. Poiché la Pseudomonas diminuta è generalmente considerata il batterio più piccolo e maggiormente penetrante, la sua ritenzione da parte di un materiale è evidenza del fatto che il materiale è in grado di assicurare una rimozione assoluta dei batteri nella maggior parte delle applicazioni. Quindi, la presente invenzione è generalmente in grado di una riduzione di titolo "assoluta" (cioè superiore a IO10) anche nei riguardi dei batteri più piccoli. La presente invenzione presenta quindi una dimensione dei pori ed una
efficienza di rimozione finora non ottenibili per un
foglio per filtrazione fibroso.
Sorprendentemente, tale riduzione del titolo può
essere ottenuta con il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo l'invenzione di spessore e resistenza al flusso ragionevoli. In particolare, il ‘ foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione ha preferibilmente uno spessore di
circa 20 mils (circa 500 μιη) o meno, più preferibilmente circa 10 mils (circa 250 μπι) o meno, e più preferibilmente circa 5-10 mils (circa 125-250 pm). Il
foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la
presente invenzione ha desiderabilmente una resistenza al flusso dell'aria di circa 200 pollici di
colonna d'acqua (circa 50 kPa) o meno, e preferibilmente ha una resistenza al flusso dell'aria di circa
150 pollici di colonna d'acqua (circa 37 kPa) o meno,
più preferibilmente circa 100 pollici di colonna
d'acqua (circa 25 kPa) o meno ed ancora più preferibilmente circa 50 pollici di colonna d'acqua (circa 12
kPa) o meno. Tutti i valori della resistenza al flusso dell’aria (cioè la caduta di pressione o ΔΡ) indicati in questa sede per descrivere ed illustrare la presente invenzione riflettono valori determinati usando una velocità del flusso di aria di 28 piedi/minuto (circa 8,5 m/minuto) secondo la procedura generale descritta nel brevetto U.S. 4.340.479.
Il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione ha desiderabilmente un'area superficiale di almeno circa 15 m2/g, preferibilmente almeno circa 20 m2/g, determinati secondo la tecnica ad assorbimento di gas BET (Brunauer e altri, Ja.urnal_ of_ thè_ American_ Chemical_ Society, flQ. (Febbraio 1938). La misurazione dell'area superficiale della fibra secondo la tecnica BET può essere realizzata con qualsiasi dispositivo disponibile in commercio, per esempio il componente numero 74031 (asta) ed il componente numero 74030 (corpo della macrocella) prodotti dalla Quantachrome Corporation. Le misurazioni dell'area superficiale indicate sono state effettuate usando la tecnica BET in fogli completamente formati.
Il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione può avere qualsiasi peso adatto. Il peso desiderabile per il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo l 'invenzione varierà a seconda della particolare applicazione cui il foglio per filtrazione è destinato. In molte applicazioni, il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione avrà generalmente un peso non superiore a circa 10 g/ft2 (110 g/m2) e avrà desiderabilmente un peso non superiore a circa 5 g/ft2 (circa 55 g/m2), preferibilmente non superiore a circa 4 g/ft2 (circa 43 g/m2), e più preferibilmente non più di circa 2 g/ft2 (circa 22 g/m2). Mentre il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione può avere un peso inferiore a circa 1 g/ft2 (circa 11 g/m2), tale foglio per filtrazione avrà tipicamente un peso di almeno circa 1 g/ft2 (circa 11 g/m2), per esempio 1,5-3 g/ft2 (circa 16-32 g/m2) .
Generalmente, il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione avrà un peso il più basso possibile purché sia compatibile con prestazioni di filtrazione riproducibili. Un peso del foglio più basso comporterà tipicamente una minore resistenza al flusso ed un foglio più sottile, il che riduce a sua volta i costi di materiale e permette una maggiore facilità di manipolazione del foglio, particolarmente la facile corrugazione del foglio senza danneggiarlo per l'impiego in una cartuccia filtrante. Inoltre, questo prow ederà una superficie filtrante maggiore ed una vita utile più lunga. Sorprendentemente, le proprietà desiderabili del foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione, compresa l'efficienza di rimozione compatibile e prevedibile, sono ottenibili con pesi molto bassi del foglio, per esempio anche solo di 1 g/ft2 (circa 11 g/m2) e meno.
La presente invenzione provvede pure un procedimento per la preparazione di fibre aramidiche che sono utili nella fabbricazione del foglio della presente invenzione. Specificamente, la presente invenzione comprende un procedimento per la riduzione del diametro di fibre aramidiche comprendente il preparare una dispersione di fibre aramidiche in un fluido e sottoporre la dispersione a fibrillazione, particolarmente fibrillazione meccanica, in condizioni sufficienti a ridurre il diametro medio delle fibre aramidiche. La presente invenzione comprende pure un procedimento per la preparazione di un foglio che comprende il ridurre il diametro delle fibre aramidiche nel modo così descritto e preparare un foglio per filtrazione dalle fibre aramidiche a diametro ridotto.
Le fibre aramidiche sono fibre di poli (parafenilen tereftalammide) e composti analoghi in cui la maggioranza dei gruppi ammidici sono collegati direttamente a due anelli aromatici. Le fibre aramidiche sono disponibili in commercio come fibre Kevlar® (DuPont, Wilmington, Delaware), fibre Twaron® (Akzo, Arnhem, Netherlands), fibre Apyeil® (Unitika, Osaka, Japan) e fibre Conex® (Teijin, Osaka, Japan). Sebbene si possa usare qualsiasi fibra aramidica adatta nella presente invenzione, si utilizzano preferibilmente, per gli scopi della presente invenzione, le fibre aramidiche Kevlar® 361 e Twaron® 1094.
Le fibre aramidiche utili nel contesto della presente invenzione possono avere qualsiasi lunghezza opportuna e saranno tipicamente fibre tagliate con una lunghezza di circa 1 mm. In generale, fibre di lunghezza minore, come fibre aventi lunghezze di circa 1 mm o meno, vengono desiderabilmente impiegate nella realizzazione della presente invenzione. L’uso di fibre di lunghezza minore può portare ad una diminuzione o ad evitare gli indesiderabili intasamenti durante la preparazione del foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione, e può consentire la preparazione di un foglio per filtrazione fibroso più sottile con resistenza al flusso ridotta pur mantenendo le proprietà desiderabili del foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione .
La riduzione del diametro delle fibre aramidiche può venire realizzata sottoponendo qualsiasi dispersione adatta di fibre aramidiche, per esempio una dispersione acquosa di circa 20 g/1 o meno, preferibilmente tra circa 2 g/1 e circa 10 g/1, a qualsiasi mezzo di fibrillazione opportuno in condizioni sufficienti a ridurre il diametro medio delle fibre aramidiche. Tale fibrillazione viene preferibilmente realizzata sottoponendo la dispersione di fibra aramidica ad una velocità di taglio di almeno circa 10.000 sec-1, più preferibilmente almeno circa 20.000 sec-1, e ancora più preferibilmente almeno circa 100.000 sec'1. Tale fibrillazione può venire realizzata con qualsiasi dispositivo adatto, come un mulino miscelatore, particolarmente un Kady Mill Model L (Kinetic Dispersion Corp., Scarborough, Maine), per un periodo di tempo sufficiente, per esempio tra 1 e 3 ore, un omogeneizzatore, particolarmente un omogeneizzatore Union® HTD28 (Union Pump Co., North Andover, Massachusetts), per un numero di passaggi sufficienti, per esempio da circa 1 a 50 passaggi, oppure un microfluidizzatore, particolarmente un microfluidizzatore modello M110Y oppure M110EH (Microfluidics International Corp., Newton, Massachusetts), per un numero di passaggi sufficienti, per esempio tra circa 1 e 50 passaggi o più.
Si è trovato che il tempo di trattamento è direttamente relativo all’efficienza di filtrazione del foglio per filtrazione risultante preparato dalle fibre aramidiche trattate. Così, per esempio, è possibile provvedere un foglio per filtrazione con una riduzione del titolo compatibile e prevedibile controllando il tempo di trattamento delle fibre aramidiche in un dato dispositivo, in condizioni operative costanti .
L'uso di un omogeneizzatore o un microfluidizzatore per trattare le fibre aramidiche nel contesto della presente invenzione è preferito poiché tale attrezzatura permette di ottenere fibre con una distribuzione dei diametri più ristretta e, quindi, generalmente consente di ottenere un foglio per filtrazione con distribuzione dimensionale dei pori più ristretta. L'omogeneizzatore viene preferibilmente azionato con una caduta di pressione attraverso l'omogeneizzatore di circa da 7.500 a 10.000 psi (da circa 50.000 a circa 70.000 kPa). Analogamente, il microfluidizzatore è preferibilmente azionato con una caduta di pressione attraverso il microfluidizzatore tra circa 10.000 e circa 16.500 psi (tra circa 70.000 e circa 115.000 kPa). Pressioni più basse possono venire utilizzate, tuttavia si richiedono in questo caso più cicli o passate attraverso l'omogeneizzatore od il microfluidizzatore per ottenere una riduzione analoga del diametro delle fibre.
La fibrillazione meccanica, nel contesto della presente invenzione, è alquanto differente dalla miscelazione che si effettua tipicamente nei convenzionali procedimenti di fabbricazione della carta Fourdrinier, che utilizzano miscelatori a basso taglio come il miscelatore-battitore Cowles®. Tali miscelatori a basso taglio, tuttavia, possono venire impiegati per preparare una dispersione iniziale delle fibre aramidiche prima di sottoporre la dispersione alla fibrillazione meccanica secondo la presente invenzione. Per esempio, si può preparare una dispersione di fibra aramidica miscelando a basso taglio, per esempio con l'impiego di una miscelatore a sbattimento Cowles®, in una concentrazione fino a circa 20 g/1, preferibilmente circa 2,5-15 g/1, e più preferibilmente circa 2,5-10 g/1. Tale miscelazione a basso taglio verrà tipicamente realizzata fino ad ottenere una dispersione soddisfacente, cioè fino a quando non compaiono più grumi nella dispersione, e questo punto verrà tipicamente raggiunto entro una o due ore. Questa dispersione può quindi venire diluita prima di essere sottoposta al processo di fibrillazione secondo la presente invenzione, come precedentemente descritto.
La presente invenzione provvede quindi una fibra aramidica che può essere formata ottenendo il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione. In particolare, la fibra aramidica della presente invenzione è caratterizzata dal fatto di poter essere trattata ottenendo un foglio per filtrazione fibroso avente uno spessore non superiore a 20 mil (circa 500 μm) ed un primo punto di gorgogliamento di almeno circa 50 pollici di colonna d'acqua (circa 12 kPa), preferibilmente almeno circa 100 pollici di colonna d'acqua (circa 25 kPa). Più preferibilmente, la fibra aramidica è tale che il foglio per filtrazione fibroso formato da questa ha tradizionalmente un punto di gorgogliamento a 1.500 cc/minuto di almeno circa 100 pollici di colonna d'acqua (circa 25 kPa) o, più preferibilmente almeno circa 200 pollici di colonna d’acqua (circa 50 kPa).
Sorprendentemente, la presente invenzione è in grado di ridurre il diametro delle fibre aramidiche senza influenzare negativamente in modo sostanziale altre caratteristiche desiderabili delle fibre aramidiche, compreso l'alto modulo, l'allungamento ragionevole, la resistenza ad alta temperatura e la buona stabilità chimica di tali fibre. Quindi, i fogli per filtrazione fibrosi preparati da tali fibre aramidiche mantengono le proprietà desiderabili dei fogli per filtrazione in fibra aramidica convenzionale mentre presentano pure una migliorata dimensione dei pori e migliori caratteristiche di distribuzione dimensionale dei pori.
Il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione può venire preparato da tali fibre aramidiche di diametro ridotto mediante le tecniche di filtrazione dei fogli fibrosi che sono ben note nella tecnica, come i normali procedimenti Fourdrinier per la fabbricazione della carta. Contrariamente ai fogli fibrosi di vetro, i fogli della presente invenzione non richiedono l'aggiunta di resina legante per mantenere stabile il foglio per filtrazione. Sebbene sia generalmente non necessaria una resina legante per tale scopo, si può tuttavia impiegare una resina legante nella preparazione dei fogli della presente invenzione, in modo da migliorarne le proprietà meccaniche, particolarmente la resistenza a trazione .
Poiché i fogli per filtrazione in fibra aramidica secondo l'invenzione sono idrofili e bagnabili con acqua, la prova dei fogli fibrosi può essere opportunamente realizzata usando acqua. In particolare, la resistenza al flusso e l'integrità del foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione possono venire valutate usando acqua.
Il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione viene preferibilmente accoppiato ad uno strato di supporto convenzionale, particolarmente quando il foglio della presente invenzione viene preparato senza l'aggiunta di legante. Lo strato di supporto può comprendere qualsiasi struttura porosa adatta che costituisca il supporto desiderato caratteristico, senza influenzare negativamente le proprietà desiderabili del foglio della presente invenzione, cioè senza influenzare significativamente in modo negativo la resistenza al flusso (ΔΡ) . Materiali adatti per lo strato di supporto comprendono polimeri come polimeri aramidici, poliesteri, polietilene, polipropilene e poliammide. Idealmente, lo strato di supporto dovrebbe avere la stessa composizione del foglio per filtrazione in fibra polimerica, sebbene il poliestere costituisca generalmente un materiale di supporto desiderabile indipendentemente dalla composizione del foglio per filtrazione in fibra polimerica. Negli esempi riportati in questa sede, è stato usato un materiale di supporto in poliestere per preparare i fogli per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione .
La presente invenzione provvede inoltre un procedimento per il trattamento di un fluido facendo passare il fluido attraverso il foglio della presente invenzione. In particolare, la filtrazione di un fluido facendolo passare attraverso il foglio della presente invenzione può ridurre la quantità di batteri nel fluido. Così, il procedimento di filtrazione della presente invenzione comprende il far passare un fluido che comprende batteri in quantità superiore a 102/ml, o anche in quantità superiore a 104/ml, attraverso il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione, in modo che il fluido abbia meno di 102/ml dopo essere passato attraverso il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione, preferibilmente in modo che il fluido non abbia più batteri dopo essere passato attraverso il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione.
Il foglio della presente invenzione può venire sagomato in qualsiasi configurazione adatta ed impiegato nella costruzione di qualsiasi elemento filtrante opportuno, mediante tecniche che sono ben note nella tecnica. Il foglio della presente invenzione è di per sé stesso autoportante; tuttavia, il foglio viene preferibilmente accoppiato con una varietà di materiali di supporto in modo da poter essere usato da solo o in elementi filtranti opportuni.
Il foglio per filtrazione fibroso polimerico della presente invenzione può venire impiegato in filtri adatti, cartucce di filtrazione e simili. Il foglio della presente invenzione può venire impiegato nelle applicazioni di filtrazione a fondo chiuso, come pure in applicazioni di filtrazione tangenziali o a flusso incrociato.
Si ritiene che il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione possa essere specialmente utile in elementi filtranti, come cartucce filtranti, che sono generalmente descritte nel brevetto U.S. 4.340.479. Gli elementi filtranti preferiti che utilizzano il foglio della presente invenzione comprendono il foglio della presente invenzione, in cui i lati del foglio sono stati sovrapposti e chiusi per ottenere una configurazione tubolare avente una superficie esterna, una superficie interna e due estremità, e chiusure di estremità fissate alle estremità del tubo, in cui almeno una delle chiusure di estremità ha una apertura centrale che permette l’accesso all'interno del tubo, e tutte le chiusure sono a tenuta di fluido. Il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione è preferibilmente corrugato o pieghettato per ottenere un elemento filtrante tale da provvedere una grande superficie filtrante rispetto al volume dell'elemento filtrante. Almeno uno dei lati del foglio può essere accoppiato ad uno strato di supporto poroso e, in tale condizione, il foglio per filtrazione in fibra aramidica e lo strato di supporto poroso saranno generalmente ambedue corrugati. L'elemento filtrante può comprendere un foglio singolo secondo la presente invenzione o, più preferibilmente, comprendere più fogli accoppiati tra di loro. Quando nell'elemento filtrante vi sono più fogli per filtrazione in fibra aramidica, i fogli possono essere separati da uno strato di supporto poroso al quale ciascuno foglio è accoppiato oppure, quando vi sono due fogli per filtrazione in fibra aramidica, i fogli possono essere posizionati in modo tale che non vi sia tra di loro lo strato di supporto poroso. Gli altri particolari dell'elemento filtrante possono essere di qualsiasi costruzione opportuna e prodotti con materiali adatti. Per esempio, le chiusure terminali possono venire fabbricate con un materiale termoplastico adatto come poliolefina, poliammide e poliestere, particolarmente polibutilen glicole tereftalato o polietilen glicole tereftalato. L'elemento filtrante può essere costruito impiegando tecniche che sono ben note in questo campo.
Si ritiene che il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione possa essere anche utile negli elementi filtranti avvolti elicoidalmente, come i setti filtranti . Tali elementi filtranti sono generalmente descritti nel brevetto U.S. 5.290.446. Gli elementi filtranti avvolti elicoidalmente secondo la presente invenzione, comprenderanno tipicamente il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo l’invenzione che è avvolto elicoidalmente attorno ad un tubo cavo poroso, formando una sovrapposizione che va dallo 0% a circa il 95% della larghezza del foglio per filtrazione. Ci può essere uno o più di tali fogli per filtrazione avvolti elicoidalmente, e preferibilmente vi è almeno uno strato di diffusione che permette il flusso laterale del fluido all'interno dell'elemento filtrante disposto tra il foglio per filtrazione ed il tubo cavo poroso e/oppure tra fogli per filtrazione successivi .
I seguenti esempi illustrano ulteriormente la presente invenzione e, naturalmente, non devono essere considerati in alcun modo limitativi del suo scopo .
Questo esempio illustra l'attuale stato della tecnica dei fogli di fibra di vetro e di fibra aramidica. Specificamente, questo esempio definisce alcune delle proprietà migliori ottenibili con fogli per filtrazione fibrosi preparati da vetro e da fibre aramidiche in modo convenzionale.
Microfibre in vetro Schuller Code 90 (Schuller, Waterville, Ohio) hanno un diametro di circa 0,25 |im e sono le fibre più sottili disponibili in commercio. Si prepara un foglio per filtrazione da tali microfibre di vetro nel tentativo di ottenere il primo punto di gorgogliamento più alto possibile per tale foglio fibroso per filtrazione. Fogli per filtrazione fibrosi vengono analogamente preparati da fibre aramidiche di Kevlar® 361. Tali fogli per filtrazione in fibra aramidica preparati in modo convenzionale sono disponibili in commercio come mezzi filtranti Ultisep® (Pali, Glen Cove, New York).
Le proprietà di questi fogli fibrosi aramidici e in fibra di vetro, sono riportate nella Tabella 1.
Come è evidente dalle proprietà di questi fogli fibrosi in fibra di vetro e fibra aramidica, preparati convenzionalmente, la dimensione più piccola dei pori del foglio in fibra di vetro è significativamente minore rispetto alla dimensione più piccola dei pori del foglio in fibra aramidica. Un ulteriore incremento del peso dei fogli in fibra di vetro non ha effetti benefici nell'aumento dei punti di gorgogliamento, e serve soltanto ad aumentare lo spessore e la resistenza al flusso (ΔΡ).
Esempio 2
Questo esempio descrive la preparazione di fogli per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione, utilizzando un miscelatore a mulino rotore-statore ad alto taglio per preparare le fibre aramidiche di diametro ridotto che costituiscono i fogli per filtrazione fibrosi.
Si preparano tre cariche identiche di dispersioni acquose di 10,0 g/1 di fibre aramidiche Twaron® 1094. Ciascuna di queste dispersioni di fibra aramidica viene sottoposta a trattamento in un miscelatore a mulino Kady Mill Model L per i tempi indicati di 0, 60 o 120 minuti nelle massime condizioni operative specificate dal produttore della macchina, precisamente a circa 9.000 piedi/minuto (circa 2.750 m/minuto) di velocità di punta. Ciascuno dei tre campioni di fibra aramidica viene quindi impiegato per preparare un foglio per filtrazione fibroso, senza l'aggiunta di resina legante, usando tecniche di preparazione dei fogli fibrosi per filtrazione convenzionale, come quella descritta nel brevetto U.S.
4.523.995. Le proprietà fisiche dei fogli per filtrazione fibrosi vengono misurate per determinare lo spessore, il peso del foglio, l'area superficiale, i punti di gorgogliamento primo e a 1500 cc/minuto (imbibizione con alcol), il rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento, e la resistenza al flusso dell'aria (ΔΡ). I risultati di queste misurazioni sono riportati nella Tabella 2.
I risultati indicati nella Tabella 2 sono rappresentati nel grafico della Figura 1, in cui il primo punto di gorgogliamento ed il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) sono stati riportati in funzione del tempo di permanenza nel mulino (minuti). I primi punti di gorgogliamento sono rappresentati dai circolini nella Figura 1, mentre i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto sono rappresentati dalle croci nella Figura 1. I risultati suddetti e la Figura 1 indicano che il trattamento di fibre aramidiche disponibili in commercio in un miscelatore a mulino rotore-statore riduce significativamente ed in modo controllabile il diametro delle fibre aramidiche e permette la preparazione di fogli per filtrazione fibrosi con dimensione dei pori piccola quanto finora non era possibile ottenere (come indicato dal primo punto di gorgogliamento) , mentre assicura una distribuzione dimensionale dei pori più ristretta (come si vede dal rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento). L'aumento del tempo di permanenza nel mulino consente di ottenere fibre aramidiche di diametro sempre più piccolo in modo regolare, come indicato dall'aumento dell'area superficiale e dei punti di gorgogliamento, da cui si possono preparare fogli per filtrazione fibrosi con dimensione dei pori sempre più piccole ed efficienze di filtrazione maggiori.
Esempio 3
Questo esempio illustra la preparazione di fogli per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione, utilizzando un omogeneizzatore per preparare le fibre aramidiche di diametro ridotto che formano i fogli per filtrazione fibrosi.
Si preparano quattro cariche identiche di dispersioni acquose di 2,5 g/1 di fibre aramidiche Twaron®1094. Ciascuna di queste dispersioni di fibre aramidiche viene sottoposta a trattamento in un omogeneizzatore Union® HTD28 per il numero di passaggi indicati di 0, 8, 16 o 24, nelle massime condizioni operative specificate dal produttore della macchina, precisamente a circa 9.000 psi (circa 62.000 kPa). Ciascuno dei quattro campioni di fibra aramidica viene quindi usato per preparare un foglio per filtrazione fibroso, senza aggiungere resina legante, impiegando tecniche di preparazione convenzionali, come nell'Esempio 2. Sono state misurate le proprietà fisiche dei fogli per filtrazione fibrosi per determinare lo spessore, il peso del foglio, l'area superficiale, il primo punto di gorgogliamento ed il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (imbibizione con alcol)/ il rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento, e la resistenza al flusso dell'aria (ΔΡ). I risultati di queste misurazioni sono riportati nella Tabella 3.
I risultati riportati nella Tabella 3 vengono ripresi nel grafico della Figura 2, in cui il primo punto di gorgogliamento ed il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) sono stati riportati in funzione del numero di passate nell'omogeneizzatore. I primi punti di gorgogliamento sono rappresentati nella Figura 2 da circolini, mentre i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto sono rappresentati da crocine. Come si vede dai risultati suddetti e dal grafico della Figura 2, il passaggio di fibre aramidiche disponibili in commercio attraverso un omogeneizzatore riduce in modo significativo e controllabile il diametro delle fibre aramidiche e permette la preparazione di fogli per filtrazione fibrosi con dimensione dei pori piccole quanto finora non era possibile ottenere (come evidenziato dal primo punto di gorgogliamento), e assicura una distribuzione dimensionale dei pori ristretta (come è evidenziato dal rapporto tra i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed i primi punti di gorgogliamento). L'aumento del numero di passate nell'omogeneizzatore porta ad ottenere fibre aramidiche di diametro sempre minore in modo regolare, come evidenziato dall'aumento dell'area superficiale e dei punti di gorgogliamento, consentendo di preparare fogli per filtrazione fibrosi con pori di dimensione sempre più piccole ed efficienze di filtrazione più elevate .
Esempio 4
Questo esempio illustra la preparazione di fogli per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione, utilizzando un microfluidizzatore per preparare le fibre aramidiche di diametro ridotto che costituiscono i fogli fibrosi per filtrazione.
Si preparano cinque cariche identiche di dispersioni acquose di 2,5 g/1 di fibre aramidiche Twaron® 1094. Ciascuna di queste cinque dispersioni di fibre aramidiche viene sottoposta a trattamento in un microfluidizzatore Microfluidics modello M110Y per il numero di passaggi indicato di 0, 12, 15, 18, o 40, nelle massime condizioni operative specificate dal costruttore della macchina, precisamente a circa 16.500 psi (circa 115.000 kPa). Ciascuno dei cinque campioni di fibra aramidica viene poi usato per preparare un foglio fibroso per filtrazione, senza l'aggiunta di resine leganti, adottando"tecniche di preparazione del foglio convenzionali, come nell'Esempio 2. Le proprietà fisiche dei fogli fibrosi per filtrazione vengono misurate per determinare lo spessore, il peso del foglio, l’area superficiale, il primo punto di gorgogliamento ed il punto dì gorgogliamento a 1500 cc/minuto (imbibizione con alcol), il rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento, e la resistenza al flusso dell'aria (ΔΡ). I risultati di queste misurazioni sono riportati nella Tabella 4.
I risultati indicati nella Tabella 4 vengono ripresi nel grafico della Figura 3, in cui i primi punti di gorgogliamento ed i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) sono stati riportati in funzione del numero di passaggi nel microfluidizzatore. I primi punti di gorgogliamento sono rappresentati nella Figura 3 da circolini, mentre i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto sono rappresentati da croci. Come è evidente dai risultati suddetti e dal grafico della Figura 3, il passaggio di fibre aramidiche disponibili in commercio attraverso un microfluidizzatore riduce in modo significativo e controllabile il diametro delle fibre aramidiche e consente la preparazione di fogli fibrosi per filtrazione con dimensione dei pori piccola come finora non era possibile (come evidenziato dal primo punto di gorgogliamento), mentre assicura una distribuzione ristretta della dimensione dei pori (come è evidenziato dal rapporto tra i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed i primi punti di gorgogliamento) . L'aumento del numero di passate nel microfluidizzatore porta ad ottenere fibre aramidiche di diametro sempre più ridotto in modo regolare, come evidenziato dall'aumento dell'area superficiale e dei punti di gorgogliamento, consentendo di ottenere fogli fibrosi per filtrazione con dimensione dei pori sempre più piccola ed efficienze di filtrazione più elevate .
Esempio 5
Questo esempio illustra ulteriormente la preparazione di fogli per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione e la porosità di tali fogli in funzione della resistenza al flusso dell'aria, confrontata con un foglio di fibra di vetro .
Si preparano tre cariche identiche di dispersioni acquose a 2,5 g/1 di fibre aramidiche Twaron® 1094, e queste dispersioni vengono sottoposte a trattamento in un omogeneizzatore Union® HTD28 per il numero indicato di passaggi di 8, 16 o 24, nello stesso modo specificato nell'Esempio 3. Ognuno dei tre campioni di fibra aramidica viene poi impiegato per preparare fogli fibrosi per filtrazione, senza aggiungere resine leganti, impiegando tecniche di preparazione dei fogli per filtrazione convenzionali, come nell'Esempio 2. A scopo di confronto, si prepara in modo simile un foglio in fibra di vetro. Si misurano le proprietà fisiche dei fogli per filtrazione fibrosi per determinare lo spessore, il peso del foglio, l’area superficiale, i primi punti di gorgogliamento ed punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (imbibizione con alcol), il rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento, e la resistenza al flusso dell'aria (ΔΡ). I risultati di queste misurazioni sono riportati nella Tabella 5.
I risultati riportati nella Tabella 5 vengono ripresi nel grafico della Figura 4, in cui i primi punti di gorgogliamento ed i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (pollici di colonna d'acqua e kPa) sono stati riportati in funzione della resistenza al flusso dell'aria attraverso il foglio per filtrazione fibroso. I primi punti di gorgogliamento sono rappresentati, nella Figura 4, con circolini, mentre i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto sono rappresentati da croci. Questi risultati dimostrano che i fogli per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione possono avere un eccellente punto di gorgogliamento per unità di resistenza al flusso dell'aria, rispetto ai fogli in fibra di vetro con dimensioni più piccole dei pori. Inoltre, il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione può mantenere questo eccellente rapporto tra punto di gorgogliamento e resistenza al flusso dell'aria ad un punto di gorgogliamento circa doppio del più alto punto di gorgogliamento ottenibile per un foglio in fibra di vetro, con un rapporto tra punto di gorgogliamento e resistenza al flusso dell'aria di circa il 50% più alto. Inoltre, tale proprietà desiderabile del foglio in fibra aramidica della presente invenzione può essere ottenuta con circa un quarto dello spessore del foglio in fibra di vetro .
Inoltre, come si vede in questi risultati e nella Figura 4, con una resistenza al flusso dell'aria equivalente per un foglio in fibra di vetro, un foglio per filtrazione in fibra aramidica può venire preparato con un primo punto di gorgogliamento ed un punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto più elevati. Vi è pure una notevole differenza nell'area superficiale (nell’ordine di quattro volte) e nella densità tra il foglio per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione ed il foglio in fibra di vetro, il che significa un numero significativamente maggiore di fibre aramidiche per unità di peso per lo sviluppo dei pori.
Esempio 6
Questo esempio illustra l'eccellente riduzione del titolo rispetto a batteri, ottenuto con fogli per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione .
Si preparano dispersioni acquose di 2,5 g/1 di fibre aramidiche Twaron®1094, e le dispersioni di fibra aramidica vengono sottoposte ad un numero di passaggi tra 4 e 36 attraverso un omogeneizzatore Union® HTD28, alla massima pressione operativa stabile (generalmente circa 9.000 psi [circa 62.000 kPa]) (campioni 6A-6Q) oppure a 18 passaggi attraverso un microf luidizzatore Microfluidics modello M110Y, alla massima pressione operativa stabile (generalmente circa 16.500 psi [circa 115.000 kPa]) (campione 6R). Le dispersioni di fibra aramidica risultanti vengono poi impiegate per preparare mezzi di filtrazione costituiti da fogli di peso e spessore differente, usando il procedimento di preparazione generale dei fogli come nell’Esempio 2. Si misurano le proprietà fisiche dei fogli per filtrazione fibrosi per determinare lo spessore, il peso dei fogli, l'area superfid ale, i primi punti di gorgogliamento ed i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto (imbibizione con alcol), il rapporto tra i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed i primi punto di gorgogliamento, e la resistenza al flusso dell'aria (ΔΡ) come pure la riduzione del titolo (TR) rispetto a Pseudomonas diminuta, che è un batterio di prova accettato impiegato per dimostrare la capacità di un mezzo filtrante a generare un effluente sterile. I risultati di queste misurazioni sono riportati nella Tabella 6. I risultati si riferiscono a misurazioni effettuate su un singolo strato del foglio per filtrazione fibroso, ad eccezione della riduzione del titolo che si riferisce ad una misurazione su uno strato singolo oppure su due strati del foglio per filtrazione fibroso, come indicato nella Tabella 6.
Alcuni dei risultati riportati nella Tabella 6 sono ripresi nel grafico della Figura 5, in cui il primo punto di gorgogliamento (pollici di colonna d'acqua) è stato riportato in modo semi-logaritmico come funzione della riduzione del titolo contro Pseudomonas diminuta del foglio per filtrazione in fibra aramidica per pesi del foglio di 1,3-1,6 g/ft2 (14-17 g/m2) (campioni 6E, 6H, 6K, 6N e 6R) e 3,7 g/ft2 (40 g/m2) (campioni 6B, 6D e 6G).
Questi risultati dimostrano una relazione funzionale e prevedibile tra il primo punto di gorgogliamento e la riduzione del titolo di Pseudomonas diminuta con un foglio di peso costante. Con un peso del foglio di circa 3,7 g/ft2 (40 g/m2), si ottiene una riduzione del titolo di circa IO5 quando il primo punto di gorgogliamento è di almeno circa 100 pollici di colonna d'acqua (circa 25 kPa), mentre si ottiene una riduzione assoluta del titolo (>1010) quando il primo punto di gorgogliamento è di almeno circa 170 pollici di colonna d'acqua (circa 42 kPa). Per confronto, con un peso del foglio più basso, pari a circa 1,3-1,6 g/ft2 (14-17 g/m2), si ottiene una riduzione del titolo di circa IO5 quando il primo punto di gorgogliamento è di almeno circa 200 pollici di colonna d'acqua (circa 50 kPa), mentre si ottiene una riduzione assoluta del titolo (>1010) quando il primo punto di gorgogliamento è di almeno circa 325 pollici di colonna d'acqua (circa 81 kPa).
Kfismpin 7
Questo esempio illustra le proprietà di resistenza a trazione dei fogli per filtrazione in fibra aramidica preparati secondo la presente invenzione.
I fogli per filtrazione in fibra aramidica vengono preparati da fibre aramidiche Twaron®1094 con il procedimento dell'Esempio 3, cambiando il numero di passate attraverso l'omogeneizzatore Union® HTD28. I fogli per filtrazione in fibra aramidica che si ottengono hanno un peso di 3,7 g/ft2 (40 g/m2). Le resistenze a trazione (lb/pollice lineare oppure kg/m a circa lo stesso spessore) di questi fogli per filtrazione in fibra aramidica sono riportate nella Tabella 7.
I risultati riportati nella Tabella 7 dimostrano che i fogli per filtrazione in fibra aramidica secondo la presente invenzione hanno una buona resistenza a trazione senza l'aggiunta di legante resinoso. In effetti, la resistenza a trazione aumenta fortemente per i fogli per filtrazione fibrosi preparati secondo la presente invenzione (campioni 7B-7G) rispetto ai fogli per filtrazione fibrosi preparati in modo convenzionale (campione 7A).
Questo esempio illustra le proprietà dei fogli per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione rispetto alla quantità di resina legante impiegata per preparare tali fogli per filtrazione in fibra.
Si preparano fogli per filtrazione in fibra aramidica da fibre aramidiche Twaron®1094 secondo il procedimento dell'Esempio 3, con 50 passate attraverso l'omogeneizzatore Union® HTD28 ed utilizzando lo 0, 5 e 10% in peso di resina legante. Le proprietà fisiche dei fogli per filtrazione fibrosi sono state misurate per determinare il peso del foglio, i primi punti di gorgogliamento ed i punti di g’orgogllamento a 1500 cc/minuto (inibizione con alcol), il rapporto tra i punti di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed i primi punti di gorgogliamento, la resistenza al flusso d'aria (ΔΡ), e la resistenza a trazione (libbre per pollice lineare oppure kg/m a spessore fisso). I risultati di queste misurazioni sono riportati nella Tabella 8.
I risultati riportati nella Tabella 8 dimostrano che, se desiderato, si può usare una resina legante nella preparazione dei fogli per filtrazione in fibra aramidica della presente invenzione, e che l'uso di tale resina legante porta ad un significativo incremento nelle proprietà di resistenza a trazione con un impatto relativamente minimo sul punto di gorgogliamento e sulla resistenza al flusso dell'aria del foglio per filtrazione fibroso. L'alto grado di deformazione elastica del foglio per filtrazione fibroso rende questi fogli particolarmente adatti in applicazioni pulsanti e rende questi fogli maggiormente tolleranti della tipica corrugazione dei gruppi di elementi filtrantì.
Tutte le referenze citate in questa sede, comprese pubblicazioni, brevetti e domande di brevetto, sono qui incorporate nella loro completezza per riferimento .
Mentre l'invenzione è stata descritta con riferimento a realizzazioni preferite, per coloro che hanno un'ordinaria conoscenza del settore sarà ovvio che è possibile apportare variazioni alle realizzazioni preferite e che resta inteso che l'lnvenzione può essere realizzata in modo diverso da quello specificamente descritto in questa sede. Per conseguenza, la presente invenzione comprende tutte le modifiche che rientrano nello spirito e nello scopo dell'invenzione, come definita dalle rivendicazioni seguenti.
Claims (34)
- RIVENDICAZIONI 1. Foglio per filtrazione in fibra aramidica avente un primo punto di gorgogliamento di almeno circa 12 kPa.
- 2. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la rivendicazione 1, in cui detto foglio ha un primo punto di gorgogliamento di almeno circa 25 kPa .
- 3. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detto foglio ha un punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto di almeno circa 25 kPa.
- 4. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui detto foglio ha un punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto di almeno circa 50 kPa.
- 5. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui detto foglio ha un rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento di circa 2 o meno.
- 6. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui detto foglio ha un rapporto tra il punto di gorgogliamento a 1500 cc/minuto ed il primo punto di gorgogliamento di circa 1,6 o meno.
- 7. Foglio per filtrazione in fibra aramidica avente una riduzione del titolo di almeno circa IO5 contro Pseudomonas diminuta.
- 8. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la rivendicazione 7, in cui detto foglio ha una riduzione del titolo di almeno circa IO8 contro Pseudomonas diminuta.
- 9. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo la rivendicazione 8, in cui detto foglio ha una riduzione del titolo di almeno circa IO10 contro Pseudomonas diminuta.
- 10. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 9, in cui detto foglio ha uno spessore di circa 500 jlm o meno .
- 11. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 9, in cui detto foglio ha uno spessore di circa 250 μτη o meno.
- 12. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 11, in cui detto foglio ha un peso di circa 55 g/m2 o meno.
- 13. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 11, in cui detto foglio ha un peso di circa 43 g/m2 o meno.
- 14. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 11, in cui detto foglio ha un peso di circa 22 g/m2 o meno.
- 15. Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14, in cui detto foglio ha una resistenza al flusso dell'aria di circa 25 kPa o meno.
- 16 . Foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 15, in cui detto foglio non contiene aggiunta di resina legante .
- 17 . Procedimento per la riduzione del diametro di fibre aramidiche, comprendente la preparazione di una dispersione di fibre aramidiche in un fluido ed il sottoporre detta dispersione a fibrillazione meccanica tale da far subire a dette fibre aramidiche una velocità di taglio di almeno circa 10.000 sec"1 in condizioni sufficienti a ridurre il diametro medio di dette fibre aramidiche.
- 18. Procedimento secondo la rivendicazione 17, in cui detta dispersione contiene fino a circa 20 g/1 di fibre aramidiche.
- 19. Procedimento secondo la rivendicazione 18, in cui detta dispersione contiene circa 2-10 g/1 di fibre aramidiche.
- 20. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-19, in cui detta fibrillazione meccanica sottopone dette fibre aramidiche ad una velocità di taglio di almeno circa 100.000 sec 1.
- 21. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-20, in cui detta dispersione viene miscelata in un mulino rotore-statore.
- 22. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-20, in cui detta dispersione viene omogeneizzata .
- 23. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-20, in cui detta dispersione viene microf luidizzata .
- 24. Procedimento per la preparazione di un foglio per filtrazione in fibra aramidica comprendente la riduzione del diametro delle fibre aramidiche secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17 a 23 e la preparazione di un foglio per filtrazione in fibra aramidica da dette fibre aramidiche di diametro ridotto .
- 25. Fibra aramidica caratterizzata dal fatto di poter essere trattata per preparare un foglio per filtrazione fibroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 16.
- 26. Fibra aramidica che è stata preparata secondo il procedimento di una qualsiasi delle rivendicazioni 17 a 23.
- 27. Elemento filtrante comprendete il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 16, avente lati che sono stati sovrapposti e chiusi per formare una configurazione tubolare avente una superficie esterna, un interno e due estremità, e chiusure di estremità fissate alle estremità del tubo, in cui in almeno una di dette chiusure di estremità è disposta una apertura centrale che permette l'accesso all'interno del tubo, e tutte dette chiusure sono a tenuta di fluido.
- 28. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 27, in cui detto foglio per filtrazione in fibra aramidica è corrugato.
- 29. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 27 o 28, in cui almeno uno dei lati di detto foglio per filtrazione in fibra aramidica è accoppiato ad uno strato di supporto poroso.
- 30. Elemento filtrante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni a 29, in cui detto foglio per filtrazione in fibra aramidica e detto strato di supporto poroso sono corrugati.
- 31. Elemento filtrante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 27 a 30 in cui detto elemento filtrante comprende vari fogli per filtrazione in fibra aramidica accoppiati tra di loro.
- 32. Elemento filtrante comprendente il foglio per filtrazione in fibra aramidica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 16 avvolto elicoidalmente attorno ad un tubo cavo poroso, con una sovrapposizione compresa tra 0% e circa 95% della larghezza di detto foglio per filtrazione in fibra aramidica.
- 33. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 36, in cui detto elemento filtrante comprende inoltre uno strato di diffusione disposto tra detto foglio per filtrazione in fibra aramidica e detto tubo cavo poroso .
- 34. Elemento filtrante secondo la rivendicazione 33, in cui detto elemento filtrante comprende inoltre almeno due fogli per filtrazione in fibra aramidica ed almeno uno strato di diffusione disposto tra almeno due fogli per filtrazione in fibra aramidica successivi .
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