JP5805950B2 - Liquid filtration system - Google Patents

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Description

本開示内容は、液体濾過システム及び濾材に関し、濾材は、例えば、その中に吸着成分を有する高分子繊維ウェブを備える。   The present disclosure relates to a liquid filtration system and a filter medium, the filter medium comprising, for example, a polymeric fiber web having an adsorbing component therein.

家庭用の水濾過のように、多くの種類の流体濾過システムが市販されている。伝統的に、水から金属及び/又は有機物質を除去するために遊離炭素粒子床が用いられていた。複合ブロックは、吸着性活性炭等の吸着物質とポリエチレン等のポリマー結合剤との組み合わせから作製することができ、これらは、加熱及び加圧条件下で同時に焼結されており、水濾過技術では有用である。炭素ブロック法は、例えば、粒子が剥がれず又はそれほど多くのスペースを占めないのであれば、炭素粒子床を遊離させるのと同等の機能性を提供する。炭素ブロック技術を用いると、ブロックに対する圧力低下が増大し、その結果として、活性炭などの吸着性物質の量を増大することができる。更には、炭素ブロックを熱及び圧力へ暴露することによって、ブロック内で使用可能な材料の種類を制限できる。例えば、炭素ブロック法は一般に、イオン交換樹脂のように熱分解し易い材料を使用できない。   Many types of fluid filtration systems are commercially available, such as household water filtration. Traditionally, free carbon particle beds have been used to remove metals and / or organic materials from water. Composite blocks can be made from a combination of adsorbents such as adsorptive activated carbon and polymer binders such as polyethylene, which are simultaneously sintered under heat and pressure conditions and are useful in water filtration technology It is. The carbon block method provides functionality equivalent to liberating a carbon particle bed, for example, if the particles do not flake or occupy too much space. Using carbon block technology increases the pressure drop across the block and, as a result, the amount of adsorbent material such as activated carbon can be increased. Furthermore, exposing the carbon block to heat and pressure can limit the types of materials that can be used in the block. For example, the carbon block method generally cannot use a material that is easily pyrolyzed, such as an ion exchange resin.

家庭用途のためのコンパクトな水濾過システムの提供が今も必要とされている。また、システムに対する圧力低下を増大させずに、高配合の活性物質を有するシステムを提供することも必要とされている。処理中の濾材の劣化を最小限に抑えることが更に望ましい。加えて、改善された耐用年数を有するシステムを提供することも引き続き必要とされている。   There remains a need to provide a compact water filtration system for home use. There is also a need to provide a system with a high loading of active material without increasing the pressure drop on the system. It is further desirable to minimize degradation of the filter media during processing. In addition, there is a continuing need to provide systems with improved service life.

濾材及びその製造方法並びに利用方法を提供するものであり、濾材は、液体濾過に好適であり、粒子配合されたメルトブロー繊維ウェブを備える。   The present invention provides a filter medium, a method for producing the same, and a method for using the filter medium. The filter medium is suitable for liquid filtration and includes a melt-blown fiber web containing particles.

一態様では、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブとウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する多孔質物品であり、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、フィルター要素が提供される。   In one aspect, a porous article comprising a self-supporting nonwoven polymeric fiber web and a plurality of adsorbent particles trapped in the web, the porous article having a first surface and a second surface; A filter element is provided comprising a liquid impervious housing that encloses a porous article, an inlet in fluid communication with a first surface, and an outlet in fluid communication with a second surface.

別の態様は、流体供給源とフィルター要素とを備える流体濾過システムであり、フィルター要素が、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブとウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する多孔質物品であり、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、システムを包含する。   Another aspect is a fluid filtration system comprising a fluid source and a filter element, the filter element having a self-supporting nonwoven polymer fiber web and a plurality of adsorbent particles trapped in the web. A porous article having a first surface and a second surface, a liquid impervious housing surrounding the porous article, an inlet in fluid communication with the first surface, and a second surface And an outlet in fluid communication with the system.

更なる態様では、ブロック複合体であり、ブロックの10〜90重量%の範囲の量の活性化媒体及び10〜90重量%の範囲の量の結合剤を有するブロック複合体と、炭素ブロック複合体を包囲するウェブであり、自己支持性のある不織布ポリプロピレン繊維と、ウェブの50〜97重量%の範囲の量でウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有するウェブとを備える、フィルター要素が提供される。   In a further aspect, a block composite, a block composite having an activation medium in an amount ranging from 10 to 90% by weight of the block and a binder in an amount ranging from 10 to 90% by weight, and a carbon block composite. A filter element comprising a web surrounding and having a self-supporting nonwoven polypropylene fiber and a plurality of adsorbent particles trapped in the web in an amount ranging from 50 to 97% by weight of the web Is provided.

別の態様では、互いに添着した複数のディスクを有するフィルター要素であって、ディスクが自己支持性のある不織布ポリプロピレン繊維と、繊維中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する、フィルター要素が提供される。   In another aspect, there is provided a filter element having a plurality of disks attached to each other, wherein the disk has self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the fibers. Is done.

他の態様としては、流体の濾過方法が挙げられる。この方法は、フィルター要素を流体と接触させる工程を含み、フィルター要素は、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブとウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する多孔質物品であり、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える。   Another embodiment includes a fluid filtering method. The method includes contacting the filter element with a fluid, the filter element being a porous article having a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the web. A porous article having a first surface and a second surface; a liquid impervious housing surrounding the porous article; an inlet in fluid communication with the first surface; and a fluid communication with the second surface. And an exit.

更なる態様では、フィルター要素の形成方法であって、溶融ポリマーを複数のオリフィスから流し出してフィラメントを形成する工程と、フィラメントを繊維まで細くする工程と、吸着剤粒子の流れをフィラメント又は繊維の渦中に導く工程と、繊維及び吸着剤粒子を不織布ウェブとして回収して、多孔質物品を形成する工程と、多孔質物品を液体不浸透性ハウジング内に設置する工程とを含む、方法が提供される。   In a further aspect, a method for forming a filter element comprising: flowing molten polymer from a plurality of orifices to form a filament; thinning the filament into fibers; and adsorbent particle flow to the filament or fiber. A method is provided comprising the steps of directing into a vortex, recovering the fibers and adsorbent particles as a nonwoven web to form a porous article, and placing the porous article in a liquid impervious housing. The

直接形成された濾過物品及び製造方法並びに流体浄化のための使用方法もまた提供され、物品は、粒子配合されたメルトブロー繊維ウェブ構造を利用している。   Directly formed filtration articles and methods of manufacture and methods of use for fluid purification are also provided, the articles utilizing a particle-blended meltblown fiber web structure.

ある態様では、多孔質物品を形成するために巻き取られた複数の多孔質層であって、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブ及びウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子を有する多孔質層と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、フィルター要素が提供される。   In some embodiments, a plurality of porous layers wound to form a porous article having a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the web A filter element comprising: a porous layer; a liquid impermeable housing surrounding the porous article; an inlet in fluid communication with the first surface; and an outlet in fluid communication with the second surface. Is provided.

別の態様は、多孔質物品を形成するために巻き取られた第1の複数の多孔質層であり、自己支持性のある不織布ポリプロピレン繊維の第1ウェブ及び第1ウェブ中に捕捉された複数の炭素粒子を有する多孔質層と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、フィルター要素を提供する。   Another aspect is a first plurality of porous layers wound up to form a porous article, the first web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and the plurality captured in the first web. A porous layer having a plurality of carbon particles, a liquid impervious housing surrounding the porous article, an inlet in fluid communication with the first surface, and an outlet in fluid communication with the second surface A filter element is provided.

更なる態様は、流体の濾過方法を提供し、方法は、フィルター要素を流体と接触させる工程を含み、多孔質物品を形成するために巻き取られた複数の多孔質層であり、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブ及びウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子を有する多孔質層と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える。   A further aspect provides a method for filtering a fluid, the method comprising contacting a filter element with a fluid, the plurality of porous layers wound to form a porous article, and self-supporting A non-woven polymeric fiber web and a porous layer having a plurality of adsorbent particles trapped in the web, a liquid impermeable housing surrounding the porous article, and in fluid communication with the first surface And an outlet in fluid communication with the second surface.

別の態様では、フィルター要素の形成方法であって、溶融ポリマーを複数のオリフィスから流し出してフィラメントを形成する工程と、フィラメントを繊維まで細くする工程と、吸着剤粒子の流れをフィラメント又は繊維の渦中に導く工程と、繊維及び吸着剤粒子を不織布ウェブとしてスピンドル上に回収して多孔質物品を形成する工程と、多孔質物品を液体不浸透性ハウジング内に設置する工程とを含む。   In another aspect, a method of forming a filter element comprising: flowing molten polymer from a plurality of orifices to form a filament; thinning the filament into fibers; and adsorbent particle flow to the filament or fiber. Conducting into the vortex, collecting the fibers and adsorbent particles on a spindle as a nonwoven web to form a porous article, and placing the porous article in a liquid impervious housing.

多孔質物品の概略断面図。The schematic sectional drawing of a porous article. ハウジング内に設置された多孔質物品の断面図。Sectional drawing of the porous article installed in the housing. ハウジングの概略図。Schematic of a housing. ハウジング内に設置された、らせん状に巻き取られた多孔質物品の断面図。Sectional drawing of the porous article wound up helically installed in the housing. ハウジング内に設置された積層ディスクフィルターの断面図。Sectional drawing of the lamination | stacking disk filter installed in the housing. 直接形成された、粒子配合された多孔質物品を製造するための代表的な構成要素の概略図。1 is a schematic diagram of representative components for producing a directly formed, particle-blended porous article. 多孔質物品の概略図。Schematic of a porous article. 多孔質物品の断面図。Sectional drawing of a porous article. 多孔質物品の断面図。Sectional drawing of a porous article.

本発明の幾つかの例示的な実施形態について説明するに先立ち、本発明は、以下の説明で述べる構造又はプロセス工程の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、また様々な方法で実践又は実行することも可能である。   Prior to describing some exemplary embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited to the details of structure or process steps set forth in the following description. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways.

液体浄化用の濾過物品であって、粒子配合されたメルトブローン(又はブロー成形されたマイクロファイバー−BMF)ウェブをベースとあわせて利用することで液体処理装置を形成する、濾過物品が提供される。これら粒子配合されたBMFウェブは、吸着物質を粒子、微粒子、及び/若しくはそれらの凝集物又はブレンドの形態で、高分子メルトブローン繊維を細くしてこれら繊維をコレクターに搬送する気流へ添加することによって形成される。粒子は、繊維が混合気流中の粒子と接触するときにメルトブロー繊維性マトリックス中に捕捉され、回収されてウェブを形成する。高配合量(例えば、約97重量%まで)の粒子を利用することができる。吸着物質には、吸着剤及び吸着性物質並びに界面活性を有する物質のように、流体の物理的又は化学的性質を変える種類の物質が挙げられるが、これらに限定されない。吸着剤の例としては、粒状及び粉末活性炭、イオン交換樹脂、金属イオン交換ゼオライト吸着剤、例えばエンゲルハルド(Engelhard)製のATS、活性アルミナ、例えばセレクト・サイエンティフィック(Selecto Scientific)製のアルジル(Alusil)、抗菌性化合物、例えば銀系、亜鉛系、及びハロゲン系の物質、酸性ガス吸着剤、ヒ素還元物質、ヨウ化樹脂、並びに珪藻土が挙げられるが、これらに限定されない。   Filtration articles for liquid purification are provided that utilize a particle-blown meltblown (or blow-molded microfiber-BMF) web in conjunction with a base to form a liquid treatment device. These particle-blended BMF webs are made by adding adsorbent material in the form of particles, particulates, and / or aggregates or blends thereof to a stream of air that feeds the fibers to the collector by thinning the polymer meltblown fibers. It is formed. The particles are trapped in the meltblown fibrous matrix and collected to form a web as the fibers come into contact with the particles in the mixed air stream. High loadings (eg, up to about 97% by weight) of particles can be utilized. Adsorbent materials include, but are not limited to, types of materials that alter the physical or chemical properties of a fluid, such as adsorbents and adsorbent materials and surface active materials. Examples of adsorbents include granular and powdered activated carbon, ion exchange resins, metal ion exchange zeolite adsorbents such as ATS from Engelhard, activated alumina such as Alzil from Selecto Scientific ( Alusil), antibacterial compounds such as, but not limited to, silver, zinc and halogen materials, acid gas adsorbents, arsenic reducing materials, iodide resins, and diatomaceous earth.

本発明の実施形態による濾過媒体には、粒子配合されたウェブ(非カレンダー加工のもの)及び圧縮/高密度化された配合されたウェブ(カレンダー加工されたもの)が包含される。これらの媒体には、流体の流動抵抗が低く、また市販の製品と比べると、例えば、重力流や液体濾過用途において大きな改善がみられる。更なる利点は、高い流速を必要とする用途で見出される。これら配合ウェブの開放的な多孔性は、フィルター及びハウジングの貫流抵抗をほとんど増大しない。媒体に対するこの低い圧力低下は、家全体での濾過のように高流量の用途、更には重力流濾過を必要とする用途での利用を可能にする。90重量%超の活性炭配合量が立証されている。少なくとも40%、50%、60%、70%、又は80%の配合量も可能である。配合ウェブは、一部のイオン交換樹脂等の感熱微粒子を用いる場合、ブロック技術に勝る更なる利点を有する。粒子は、ブロック成形又は押出成形プロセス中にみられる高温には暴露されない。これにより、微粒子(イオン交換樹脂)の劣化と関わりのある熱不安定性に関する懸念が軽減される。開放的な多孔質構造はまた、高い沈殿状態でも有利である。極めて隙間の多い構造は、粒子と接触する流体のための多数の潜在的経路を保有している。家全体での濾過では、大きな沈降粒子は媒体内に捕捉される一方で、より小さな沈降粒子は媒体を通り抜けることができることが望ましい。このことが、媒体が汚染されて圧力低下が過度になるまでの、より長い耐用年数をもたす。   Filtration media according to embodiments of the present invention include particle blended webs (non-calendered) and compressed / densified blended webs (calendered). These media have a low fluid flow resistance and show significant improvements in, for example, gravity flow and liquid filtration applications compared to commercial products. A further advantage is found in applications that require high flow rates. The open porosity of these compound webs hardly increases the flow resistance of the filter and housing. This low pressure drop on the media allows it to be used in high flow applications such as whole house filtration, as well as applications requiring gravity flow filtration. Over 90 wt% activated carbon loading has been demonstrated. A blending amount of at least 40%, 50%, 60%, 70% or 80% is also possible. Formulated webs have additional advantages over block technology when using heat sensitive particulates such as some ion exchange resins. The particles are not exposed to the high temperatures found during block molding or extrusion processes. Thereby, the concern about thermal instability related to the deterioration of the fine particles (ion exchange resin) is reduced. An open porous structure is also advantageous in high precipitation conditions. A very interstitial structure possesses a number of potential pathways for the fluid in contact with the particles. For home-wide filtration, it is desirable that large settled particles are trapped in the medium while smaller settled particles can pass through the medium. This provides a longer service life until the media is contaminated and the pressure drop is excessive.

一態様では、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブとウェブ内に捕捉された複数の吸着剤粒子を有する多孔質物品であり、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、フィルター要素が提供される。   In one aspect, a porous article having a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of adsorbent particles trapped within the web, the porous article having a first surface and a second surface; A filter element is provided that includes a liquid impervious housing that surrounds a quality article, an inlet in fluid communication with a first surface, and an outlet in fluid communication with a second surface.

詳細な実施形態では、吸着剤粒子は、活性炭、珪藻土、イオン交換樹脂、金属イオン交換吸着剤、活性アルミナ、抗菌性化合物、酸性ガス吸着剤、ヒ素還元物質、ヨウ化樹脂、又はこれらの組合わせを有する。   In a detailed embodiment, the adsorbent particles are activated carbon, diatomaceous earth, ion exchange resin, metal ion exchange adsorbent, activated alumina, antibacterial compound, acid gas adsorbent, arsenic reducing material, iodide resin, or combinations thereof. Have

別の実施形態では、ウェブは、2(若しくは他の実施形態では、1又は0.5)秒以下のガーレー時間を有する。他の実施形態は、フィルターが、周囲条件下で毎秒5.3cmの空気の均一な面速度で、150(若しくは他の実施形態では75又は30)mm以下水柱の圧力低下を示すことを提示する。特定の実施形態では、粒子の平均粒子サイズは、250(若しくは200、150、100、又は60)μm以下である。詳細な実施形態は、1ガロンあたり10分未満であることを提示する。 In another embodiment, the web has a Gurley time of 2 (or 1 or 0.5 in other embodiments) or less . Other embodiments, filter, uniform face velocity of air per second 5.3cm under ambient conditions, 1 50 (or 75 or 30 in other embodiments) presented to show the pressure drop mm below water column To do. In certain embodiments, the average particle size of the particles is 250 (or 200, 150, 100, or 60) μm or less . Detailed embodiments present less than 10 minutes per gallon.

一実施形態では、ウェブは、物品を形成するために巻き取られている。別の実施形態では、物品は、互いに隣接している複数のウェブで形成される。詳細な実施形態は、第1ウェブが第1吸着剤を備え、第2ウェブが第2吸着剤を備えることを提示する。別の実施形態は、第1ウェブが第1平均サイズの粒子を備え、第2ウェブが第2平均サイズの粒子を備える。   In one embodiment, the web is wound to form an article. In another embodiment, the article is formed of a plurality of webs adjacent to each other. Detailed embodiments present that the first web comprises a first adsorbent and the second web comprises a second adsorbent. In another embodiment, the first web comprises particles of a first average size and the second web comprises particles of a second average size.

更なる実施形態では、ウェブはコアを実質的に包囲する。コアは、炭素ブロックを有することができる。他の実施形態としては、1平方メートルあたり10〜1000(若しくは20〜300又は25〜100)グラムの範囲の基本ウェブ重量を有するウェブが挙げられる。別の実施形態では、ウェブは、0.20〜0.5g/ccの範囲の吸着剤粒子密度を有する。   In a further embodiment, the web substantially surrounds the core. The core can have a carbon block. Other embodiments include webs having a base web weight in the range of 10 to 1000 (or 20 to 300 or 25 to 100) grams per square meter. In another embodiment, the web has an adsorbent particle density in the range of 0.20 to 0.5 g / cc.

1つ以上の実施形態では、高分子繊維はポリプロピレンを有する。一部の実施形態では、高分子繊維はメタロセン触媒化ポリオレフィンを有する。詳細な実施形態では、ポリプロピレンは、30〜1500(若しくは75〜750又は200〜500)の範囲のポリマー・メルトフローインデックスを有する。   In one or more embodiments, the polymeric fiber comprises polypropylene. In some embodiments, the polymeric fiber comprises a metallocene catalyzed polyolefin. In detailed embodiments, the polypropylene has a polymer melt flow index in the range of 30-1500 (or 75-750 or 200-500).

更なる実施形態は、ウェブが、カレンダー加工、加熱、又は加圧によって圧縮されていることを提示する。他の実施形態には、吸着密度勾配を有するフィルター要素が挙げられる。   Further embodiments provide that the web is compressed by calendering, heating, or pressing. Other embodiments include filter elements having an adsorption density gradient.

別の態様は、流体供給源及びフィルター要素を備える流体濾過システムを包含し、フィルター要素は、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブとウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する多孔質物品であって、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える。   Another aspect includes a fluid filtration system comprising a fluid source and a filter element, the filter element having a self-supporting web of nonwoven polymeric fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the web. A porous article having a first surface and a second surface; a liquid-impermeable housing surrounding the porous article; an inlet in fluid communication with the first surface; And an outlet in fluid communication with the surface.

一実施形態では、ウェブは、多孔質物品を形成するように巻かれている。別の実施形態では、多孔質物品は、互いに隣接している複数のウェブで形成される。更なる実施形態では、ウェブは、炭素ブロックを実質的に包囲している。   In one embodiment, the web is wound to form a porous article. In another embodiment, the porous article is formed of a plurality of webs that are adjacent to each other. In a further embodiment, the web substantially surrounds the carbon block.

更なる態様では、ブロック複合体であり、ブロックの10〜90重量%の範囲の量の活性化媒体及び10〜90重量%の範囲の量の結合剤を有するブロック複合体と、炭素ブロック複合体を包囲するウェブであり、自己支持性のある不織布ポリプロピレン繊維と、ウェブの50〜97重量%の範囲の量でウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有するウェブとを備える、フィルター要素が提供される。   In a further aspect, a block composite, a block composite having an activation medium in an amount ranging from 10 to 90% by weight of the block and a binder in an amount ranging from 10 to 90% by weight, and a carbon block composite. A filter element comprising a web surrounding and having a self-supporting nonwoven polypropylene fiber and a plurality of adsorbent particles trapped in the web in an amount ranging from 50 to 97% by weight of the web Is provided.

別の態様では、互いに添着した複数のディスクを有するフィルター要素であって、ディスクが、自己支持性のある不織布ポリプロピレン繊維と、繊維中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する、フィルター要素が提供される。詳細な実施形態は、第1の複数のディスクが活性炭の第1吸着剤粒子を有し、第2の複数のディスクがイオン交換樹脂の第2吸着剤粒子を有することが提示される。   In another aspect, a filter element having a plurality of disks attached to each other, wherein the disks have self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the fibers. Provided. A detailed embodiment is presented in which the first plurality of disks have first adsorbent particles of activated carbon and the second plurality of disks have second adsorbent particles of ion exchange resin.

他の態様は、流体の濾過方法を包含する。方法は、フィルター要素を流体と接触させる工程を含み、フィルター要素は、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブとウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する多孔質物品であり、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える。   Another aspect includes a method for filtering a fluid. The method includes contacting the filter element with a fluid, the filter element being a porous article having a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the web; A porous article having a first surface and a second surface, a liquid impervious housing surrounding the porous article, an inlet in fluid communication with the first surface, and in fluid communication with the second surface. And an outlet.

更なる態様では、フィルター要素の形成方法であって、溶融ポリマーを複数のオリフィスから流し出してフィラメントを形成する工程と、フィラメントを繊維まで細くする工程と、吸着剤粒子の流れをフィラメント又は繊維の渦中に導く工程と、繊維及び吸着剤粒子を不織布ウェブとして回収して、多孔質物品を形成する工程と、多孔質物品を液体不浸透性ハウジング内に設置する工程とを含む方法が提供される。一実施形態では、方法は、カレンダー加工、加熱、又は加圧によって不織布ウェブを圧縮して、2以下のガーレー時間を有する圧縮ウェブを形成する工程を更に含む。別の態様では、方法は、互いに隣接している複数の不織布ウェブを添着して多孔質物品を形成する工程を更に含む。別の実施形態は、方法は、不織布ウェブを巻き取ってから、不織布ウェブをハウジング内に設置する工程を更に含むことを提示する。別の実施形態は、繊維のレオロジーを制御する工程を含む。 In a further aspect, a method for forming a filter element comprising: flowing molten polymer from a plurality of orifices to form a filament; thinning the filament into fibers; and adsorbent particle flow to the filament or fiber. A method is provided comprising the steps of directing into a vortex, recovering the fibers and adsorbent particles as a nonwoven web to form a porous article, and placing the porous article in a liquid impervious housing. . In one embodiment, the method further comprises compressing the nonwoven web by calendering, heating, or pressing to form a compressed web having a Gurley time of 2 seconds or less . In another aspect, the method further includes the step of applying a plurality of nonwoven webs adjacent to each other to form a porous article. Another embodiment presents that the method further comprises winding the nonwoven web and then placing the nonwoven web in the housing. Another embodiment includes controlling the rheology of the fibers.

また、粒子、微粒子又は吸着剤の凝集物を有するメルトブローン又はブロー成形されたマイクロファイバー(BMF)フィラメントを回転式マンドレル・コレクター上に回収することによって直接形成された、液体浄化用の濾過物品も提供される。これらの粒子は、BMFフィラメントの流れがダイを出るときにこの流れに添加されて、回転式マンドレル・コレクターに搬送される。追加の吸着物質によって、付加的な望ましくない化学物質及び汚染物質を、浄化しようとする源水又は液体から除去できる。かかる方法によって、フィルター要素が形成されるにつれてフィルター直径が層状に形成される。一部の実施形態では、フィルター要素は、横方向に縦走する。   Also provided is a filtration article for liquid purification formed directly by collecting meltblown or blow molded microfiber (BMF) filaments with aggregates of particles, particulates or adsorbents on a rotating mandrel collector Is done. These particles are added to the BMF filament stream as it exits the die and are conveyed to a rotating mandrel collector. With additional adsorbents, additional undesirable chemicals and contaminants can be removed from the source water or liquid to be purified. By such a method, the filter diameter is formed in layers as the filter element is formed. In some embodiments, the filter element runs longitudinally in the lateral direction.

吸着物質を有さない特定のBMFフィラメント繊維は、微粒子及び沈降物を給水源から除去することを目的としている。このプロセスの代表的な例は、米国特許出願公開第2004/0245171号及び同第2007/0175819号(サイメル(Schimmel))に記載されており、この開示内容を参照として本明細書に組み込む。   Certain BMF filament fibers that do not have adsorbent material are intended to remove particulates and sediment from the water supply. Representative examples of this process are described in US Patent Application Publication Nos. 2004/0245171 and 2007/0175819 (Schimmel), the disclosure of which is incorporated herein by reference.

吸着物質を粒子、微粒子、及び/若しくはそれらの凝集物又はブレンドの形態で、高分子メルトブローン繊維を細くしてこれら繊維をコレクターに搬送する気流へ添加することによってBMFウェブを形成する場合、粒子は、繊維が混合気流中で粒子と接触するとメルトブローン繊維性マトリックス中に捕捉され、回収されることでウェブが形成される。高配合量(例えば、約97重量%まで)の粒子を利用できる。吸着物質には、吸着剤及び吸着性物質等の流体の物理的又は化学的な性質を変える種類の物質が挙げられるが、これらに限定されない。吸着剤の例としては、粒状及び粉末活性炭、イオン交換樹脂、金属イオン交換ゼオライト吸着剤、例えばエンゲルハルド(Engelhard)製ATS、活性アルミナ、例えばセレクト・サイエンティフィック(Selecto Scientific)製アルジル(Alusil)、抗菌性化合物、例えば銀系、亜鉛系、及びハロゲン系の物質、酸性ガス吸着剤、ヒ素還元物質、並びにヨウ化樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。   When forming a BMF web by adsorbing material in the form of particles, particulates, and / or agglomerates or blends thereof by thinning the polymer meltblown fibers and adding these fibers to an air stream that is conveyed to a collector, the particles When the fibers come into contact with the particles in the mixed gas stream, they are trapped in the meltblown fibrous matrix and collected to form a web. High loadings (eg up to about 97% by weight) of particles can be utilized. Adsorbent materials include, but are not limited to, types of materials that change the physical or chemical properties of a fluid, such as adsorbents and adsorbent materials. Examples of adsorbents include granular and powdered activated carbon, ion exchange resins, metal ion exchange zeolite adsorbents such as ATS from Engelhard, activated alumina such as Alusil from Selecto Scientific , Antibacterial compounds such as, but not limited to, silver, zinc and halogen materials, acid gas adsorbents, arsenic reducing materials, and iodide resins.

直接形成されるフィルター要素は、メルトブローン・フィラメント、配合された微粒子、又はこれら両者を調節することによって得られる勾配密度を有することができる。1つ以上の実施形態では、メルトブローン・フィラメント気流を変えることで様々な効果がもたらされる。フィラメント寸法分布の融合は、異なる目標有効繊維直径(EFD)で作動している2つ以上の分離したダイから生じる繊維気流を混合することによって、形成できる。同様の効果は、混成吹き込み成形品を使用すること又は米国特許出願第11/461,136号に記載されているような繊維ダイチップを交互に入れ替えることによっても得ることができ、この記載内容を参照として本明細書に組み込む。混成吹き込み成形手段はまた、ダイ前面にわたって様々な寸法の繊維又は繊維寸法の様々な勾配を有する領域を作り出すために使用することも可能である。こうすることで、フィルター層の構造を、例えば、デプスフィルターでの利用にあわせて調整できる。粒子、微粒子、凝集体、他の規則的な、不規則な若しくは中空の形状、又はこれらの混合物をフィラメントの流れのうち1つ以上に加え、回転式マンドレル又は前進している回収マンドレル上で回収してフィルター要素を形成することも可能である。   The directly formed filter element can have a gradient density obtained by adjusting meltblown filaments, compounded particulates, or both. In one or more embodiments, varying the meltblown filament airflow provides various effects. Filament size distribution fusion can be formed by mixing fiber airflows resulting from two or more separate dies operating at different target effective fiber diameters (EFDs). Similar effects can be obtained by using a hybrid blow molded article or by alternating fiber die chips as described in US patent application Ser. No. 11 / 461,136, see this description. As incorporated herein. Hybrid blow molding means can also be used to create regions of varying sizes of fibers or varying gradients of fiber sizes across the front face of the die. By doing so, the structure of the filter layer can be adjusted in accordance with, for example, use in a depth filter. Particles, particulates, aggregates, other regular, irregular or hollow shapes, or mixtures thereof are added to one or more of the filament streams and collected on a rotating mandrel or an advancing collection mandrel It is also possible to form filter elements.

別の態様は、混合フィラメント気流を有する代わりに、別々の層状に作動する2つ以上のダイを有することである。ダイはまた、並べて作動させることで、要素が回転式マンドレル上を横断するときに明確な層状効果を生み出すことも可能である。1つ以上のダイに様々なポリマー又は多成分繊維を用いることによって、性能に更なる変化が生じる可能性もある。   Another aspect is to have two or more dies operating in separate layers instead of having a mixed filament airflow. The dies can also be actuated side by side to create a distinct layered effect as the element traverses over the rotating mandrel. The use of various polymers or multicomponent fibers in one or more dies may cause further changes in performance.

勾配の付いた又は層状のフィルター要素は、前進するコレクターマンドレルを用いて、微粒子をウェブの対象領域へのみ添加する粒子ローダーを有することによって、形成できる。このことは、狭い粒子ローダーを更に広幅のダイとあわせて用いることで、又は粒子ローダー内に模様付きフィードロールを用いることで、達成できる。フィードロールは機械加工された空洞部を用いて、ロールがドクターブレードと対向して回転するときに容積測定の供給量を制御する。フィードローラーの前面にわたる(又はその周囲の)空洞部の容積を変えることによって、微粒子の局所的な供給を制御することができ、その結果、得られるウェブ中における微粒子の局所添加重量を制御することもできる。   A graded or layered filter element can be formed by having a particle loader that uses a moving collector mandrel to add particulates only to the target area of the web. This can be accomplished by using a narrow particle loader with a wider die or by using a patterned feed roll in the particle loader. The feed roll uses a machined cavity to control the volumetric feed rate as the roll rotates against the doctor blade. By changing the volume of the cavity across (or around) the front surface of the feed roller, the local feed of fine particles can be controlled and, as a result, the local added weight of fine particles in the resulting web can be controlled. You can also.

別の方法は、粒子ローダー内で分割ホッパーを利用することである。微粒子は、フィーディングを施したい分割された領域にのみ添加される。この方法はまた、分割された領域内で様々な粒子の利用を可能にすることで2つの粒子寸法を利用できるようにするか、又は処理済みの吸着剤若しくは特別な性能を有するものの追加を制御することもできる。複数の粒子ローダーを用いて、対象領域に添加される粒子の量若しくは種類を変えることもできる。   Another method is to use a split hopper in the particle loader. The fine particles are added only to the divided areas where the feeding is desired. This method also allows the use of two particle sizes by allowing the use of various particles within the divided areas, or controls the addition of treated adsorbents or those with special performance. You can also Multiple particle loaders can be used to vary the amount or type of particles added to the target region.

これらの対策を利用することで、特定用途のための特注の、直接形成されたフィルター要素を形成できる。例えば、微細なポリプロピレン繊維の内側層は、マンドレルコアのすぐ近くに形成することができ、脱落や剥がれを軽減するのに役立つ。内側層の次には、第一次分離のために、粒子配合されたウェブの中間層を提供することができる。加えて、この中間層の上には、所望の機能を有する外側層を形成することができ、例えば、この外側層は、より大きな汚染物質を第一次分離層に達する前に除去するように更に大きな孔径を有する、及び/又は追加のプレフィルター層として働くようにより大きな直径の繊維を有することができる。多くの他の利用可能な配置はまた、当業者によって製造することも可能であり、本発明の範疇にあると見込まれる。   By utilizing these measures, custom-made, directly formed filter elements for specific applications can be formed. For example, an inner layer of fine polypropylene fibers can be formed in the immediate vicinity of the mandrel core, helping to reduce shedding and peeling. Next to the inner layer, an intermediate layer of a particle-blended web can be provided for primary separation. In addition, an outer layer having a desired function can be formed on the intermediate layer, for example, so that the outer layer removes larger contaminants before reaching the primary separation layer. It is possible to have larger diameter fibers to have a larger pore size and / or to serve as an additional prefilter layer. Many other available arrangements can also be manufactured by those skilled in the art and are considered to be within the scope of the present invention.

ある態様では、多孔質物品を形成するための巻き取られた複数の多孔質層であって、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブ及びウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子を有する多孔質層と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、フィルター要素が提供される。一実施形態では、複数の多孔質層は、互いに融合している。別の実施形態では、複数の多孔質層は、分離した複合層である。詳細な実施形態では、吸着剤粒子は、活性炭、珪藻土、イオン交換樹脂、金属イオン交換吸着剤、活性アルミナ、抗菌性化合物、酸性ガス吸着剤、ヒ素還元物質、ヨウ化樹脂、又はこれらの組合わせを有する。   In some embodiments, a plurality of wound porous layers to form a porous article, comprising a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the web A filter element comprising: a porous layer; a liquid impermeable housing surrounding the porous article; an inlet in fluid communication with the first surface; and an outlet in fluid communication with the second surface. Is provided. In one embodiment, the plurality of porous layers are fused together. In another embodiment, the plurality of porous layers are separate composite layers. In a detailed embodiment, the adsorbent particles are activated carbon, diatomaceous earth, ion exchange resin, metal ion exchange adsorbent, activated alumina, antibacterial compound, acid gas adsorbent, arsenic reducing material, iodide resin, or combinations thereof. Have

一部の実施形態では、フィルター要素は更に、ウェブにより囲まれたコアを有する。他の実施形態は、ウェブは、0.20〜0.5g/ccの範囲の吸着剤粒子密度を有することが提示される。   In some embodiments, the filter element further has a core surrounded by the web. Other embodiments are presented where the web has an adsorbent particle density in the range of 0.20 to 0.5 g / cc.

1つ以上の実施形態では、高分子繊維は、ポリプロピレンを有する。一部の実施形態は、高分子繊維は、メタロセン触媒化ポリオレフィンを有することが提示される。一実施形態では、メタロセン触媒化ポリオレフィンは、ポリプロピレンを有する。他の実施形態では、ポリプロピレンは、30〜1500の範囲のポリマー・メルトフローインデックスを有する。   In one or more embodiments, the polymeric fiber comprises polypropylene. Some embodiments are presented where the polymeric fiber comprises a metallocene catalyzed polyolefin. In one embodiment, the metallocene catalyzed polyolefin comprises polypropylene. In other embodiments, the polypropylene has a polymer melt flow index in the range of 30-1500.

ある実施形態では、第1の複数の層は、第1の有効繊維直径を有する高分子繊維を備え、第2の複数の層は、第2の有効繊維直径を有する高分子繊維を備える。別の実施形態では、高分子繊維は、有効繊維直径の混合物を有する。   In some embodiments, the first plurality of layers comprises polymeric fibers having a first effective fiber diameter and the second plurality of layers comprises polymeric fibers having a second effective fiber diameter. In another embodiment, the polymeric fiber has a mixture of effective fiber diameters.

更に別の実施形態では、吸着剤粒子は、第1の複数の層の中には第1の密度で、第2の複数の層の中には第2の密度で存在する。他の実施形態は、第1の複数の層が第1吸着剤を有し、第2の複数の層が第2吸着剤を有することを包含する。更なる実施形態では、第1の複数の層は、第1平均寸法を有する粒子を備え、第2の複数の層は、第2平均寸法を有する粒子を備える。   In yet another embodiment, the adsorbent particles are present at a first density in the first plurality of layers and at a second density in the second plurality of layers. Other embodiments include the first plurality of layers having a first adsorbent and the second plurality of layers having a second adsorbent. In a further embodiment, the first plurality of layers comprises particles having a first average size and the second plurality of layers comprises particles having a second average size.

詳細な実施形態は、フィルター要素は、軸方向の吸着剤密度勾配を有することを提示する。別の詳細な実施形態は、フィルター要素は、径方向の吸着密度勾配を有することを提示する。   Detailed embodiments suggest that the filter element has an axial adsorbent density gradient. Another detailed embodiment presents that the filter element has a radial adsorption density gradient.

一実施形態では、フィルター要素は、吸着剤粒子を実質的に有さない自己支持性のある不織布高分子繊維の第2ウェブの複数の層を更に含む。   In one embodiment, the filter element further comprises multiple layers of a second web of self-supporting nonwoven polymeric fibers that are substantially free of adsorbent particles.

別の態様は、多孔質物品を形成するために巻き取られた第1の複数の多孔質層であり、自己支持性のある不織布ポリプロピレン繊維の第1ウェブ及び第1ウェブ中に捕捉された複数の炭素粒子を有する多孔質層と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、フィルター要素を提供する。一実施形態では、多孔質物品は更に、第2の複数の多孔質層を有し、多孔質層は、自己支持性のある不織布ポリプロピレン繊維の第2ウェブと、第2ウェブ中に捕捉されたイオン交換樹脂とを有する。   Another aspect is a first plurality of porous layers wound up to form a porous article, the first web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and the plurality captured in the first web. A porous layer having a plurality of carbon particles, a liquid impervious housing surrounding the porous article, an inlet in fluid communication with the first surface, and an outlet in fluid communication with the second surface A filter element is provided. In one embodiment, the porous article further comprises a second plurality of porous layers, wherein the porous layer is entrapped in the second web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and the second web. An ion exchange resin.

更なる態様は、流体の濾過方法であって、フィルター要素を流体と接触させる工程を含み、多孔質物品を形成するように巻き取られた複数の多孔質層であり、自己支持性のある不織布高分子繊維のウェブ及びウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子を有する多孔質層と、多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、第1表面と流体的に連通している入口と、第2表面と流体的に連通している出口とを備える、方法を提供する。   A further aspect is a method for filtering a fluid comprising a plurality of porous layers wound up to form a porous article comprising the step of contacting a filter element with a fluid, and a self-supporting nonwoven fabric A polymeric fiber web and a porous layer having a plurality of adsorbent particles trapped in the web, a liquid impermeable housing surrounding the porous article, and an inlet in fluid communication with the first surface And an outlet in fluid communication with the second surface.

別の態様には、フィルター要素の形成方法があり、方法は、溶融ポリマーを複数のオリフィスから流し出してフィラメントを形成する工程と、フィラメントを繊維まで細くする工程と、吸着剤粒子の流れをフィラメント又は繊維の渦中に導く工程と、繊維及び吸着剤粒子を不織布ウェブとしてスピンドル上に回収して多孔質物品を形成する工程と、多孔質物品を液体不浸透性ハウジング内に設置する工程とを含む。   In another aspect, there is a method for forming a filter element, the method comprising: pouring molten polymer from a plurality of orifices to form a filament; thinning the filament into fibers; and adsorbent particle flow to the filament. Or a step of directing into a fiber vortex, collecting the fibers and adsorbent particles on a spindle as a nonwoven web to form a porous article, and placing the porous article in a liquid impervious housing. .

一実施形態では、方法は、第1の有効繊維直径を有する高分子繊維を備える第1の複数の層と、第2の有効繊維直径を有する高分子繊維を備える第2の複数の層とを形成する工程を含む。別の実施形態は、方法は、吸着剤粒子を第1の複数の層の中に第1の密度で設け、第2の複数の層の中に第2の密度で設ける工程を更に含むことを提示する。別の実施形態では、方法は、第1の吸着剤を有する第1の複数の層と、第2の吸着剤を有する第2の複数の層とを設ける工程を更に含む。更なる実施形態では、方法は、繊維のレオロジーを制御する工程を更に含む。   In one embodiment, the method includes a first plurality of layers comprising polymer fibers having a first effective fiber diameter and a second plurality of layers comprising polymer fibers having a second effective fiber diameter. Forming. In another embodiment, the method further comprises providing adsorbent particles in the first plurality of layers at a first density and in the second plurality of layers at a second density. Present. In another embodiment, the method further includes providing a first plurality of layers having a first adsorbent and a second plurality of layers having a second adsorbent. In a further embodiment, the method further comprises controlling the rheology of the fibers.

「粒子配合されたメルトブローン媒体」又は「ウェブ」への言及には、開放的な構造で絡まった大量の繊維(例えば、マイクロファイバー)からなる濾過媒体が包含され、繊維間には捕捉された粒子が有り、粒子は、水から化学汚染物質、塩素、及び沈降物等の物質を減少させる又は除去するための吸着剤である。   References to “particle blended meltblown media” or “web” include filtration media consisting of a large amount of fibers (eg, microfibers) entangled in an open structure, with trapped particles between the fibers The particles are adsorbents for reducing or removing chemical contaminants, chlorine, and sediments and other substances from water.

「捕捉される」という用語への言及とは、粒子がウェブの繊維中に分散されて物理的に保持されていることを表す。一般に、繊維及び粒子に沿って点接触及び線接触しているので、粒子のほぼ全ての表面積が流体とのやり取りに利用できる。   Reference to the term “trapped” refers to the particles being dispersed and physically held in the fibers of the web. In general, because of point and line contact along the fibers and particles, almost all of the surface area of the particles is available for interaction with the fluid.

「吸着密度勾配」への言及とは、フィルターを通り抜ける平方面積あたりの吸着物質の量が均一でなくてよいことと、フィルターの特定の範囲ではより多くの物質を供給し、他の範囲ではより少ない物質を提供するように変えることができることを表す。例えば、軸方向の吸着密度勾配とは、フィルターの中心部分に沿って、フィルターの一方の端部での平方面積あたりの吸着剤の量がもう一方の端部での量と異なり、また両端部間でも異なるが、中心部分からの径方向では変わらないことを表す。他方で、径方向の吸着密度勾配とは、フィルターの中心部分から離れるにつれて、コア範囲がフィルターの外側表面と比べて異なる量の吸着剤を有することを表す。密度の変動は、線形でなくてよいが、必要に応じて変化させることができる。例えば、密度は、一段階変化、多段階変化、正弦関数的に等で変化させることができる。   Reference to “adsorption density gradient” means that the amount of adsorbed material per square area through the filter does not have to be uniform, that more material is supplied in certain areas of the filter and more in other areas. Indicates that it can be changed to provide less material. For example, an axial adsorption density gradient is the amount of adsorbent per square area at one end of the filter along the central portion of the filter is different from the amount at the other end, Although it differs between, it represents that it does not change in the radial direction from the central portion. On the other hand, radial adsorption density gradients indicate that the core area has a different amount of adsorbent as it moves away from the central portion of the filter compared to the outer surface of the filter. The density variation need not be linear, but can be varied as required. For example, the density can be varied in a single step, multi-step, sinusoidal, etc.

「流体処理ユニット」又は「流体濾過システム」への言及には、濾過媒体を有するシステムと、未浄化の流体、例えば未処理の水を処理済みの流体から分離する方法と、が包含される。これには典型的に、フィルター要素用のフィルターハウジングと、処理済みの流体をフィルターハウジングから適した方法で離すための出口と、が包含される。   Reference to a “fluid treatment unit” or “fluid filtration system” includes a system having a filtration medium and a method of separating unpurified fluid, eg, untreated water, from treated fluid. This typically includes a filter housing for the filter element and an outlet for separating the treated fluid from the filter housing in a suitable manner.

粒子及び微粒子という用語は、実質上互換的に使用される。一般に、粒子は、小片又は個別の部分である。微粒子は、複数の粒子に関する又はそれらで形成されている。本発明の実施形態で使用される粒子は、バラバラのままであることができ、又は微粒子を形成するために凝集して、物理的に噛合って、静電的に結びついて、ないしは別の方法で結合していてもよい。特定の場合、凝集物は、米国特許第5,332,426号(タン(Tang)ら)に記載されているもののように、意図的に形成することができる。   The terms particle and particulate are used substantially interchangeably. In general, particles are small pieces or discrete parts. The microparticles are related to or formed of a plurality of particles. The particles used in embodiments of the present invention can remain disjoint, or can be aggregated, physically engaged, electrostatically associated, or otherwise formed to form microparticles. You may combine with. In certain cases, agglomerates can be intentionally formed, such as those described in US Pat. No. 5,332,426 (Tang et al.).

「カレンダー加工」への言及には、製品(例えば高分子吸着剤を配合したウェブ)をローラーに通して圧縮材料を得るプロセスが包含される。ローラーは所望により、加熱してよい。   Reference to “calendering” includes the process of passing a product (eg, a web incorporating a polymeric adsorbent) through a roller to obtain a compressed material. The roller may be heated if desired.

「ガーレー時間」という用語は、空気50ccが1.2kPa(124mm(4.88インチ)HO)の圧力で、約645mm(1平方インチ)の円形断面積を有するウェブ試料を通過するのに要する時間を指す。一貫した測定のために、約23〜24℃(74〜76°F)の温度及び相対湿度50%を保持する。「ガーレー」時間は、ニューヨーク州トロイ(Troy)のW.&L.E.ガーレー(W. & L. E. Gurley)から取引標記「モデル4110」透気度試験機として販売されている種類の透気度試験機で測定することができ、透気度試験機は、ガーレー−テレダイン(Gurley-Teledyne)感度計(型番4134/4135)を用いて較正及び操作される。ガーレー時間は、粒子配合されたウェブの空隙容量と反比例する。ガーレー時間は、粒子配合されたウェブの平均孔径とも反比例する。 The term “Gurley time” refers to the passage of a web sample having a circular cross-sectional area of about 645 mm 2 (1 square inch) at a pressure of 1.2 kPa (124 mm (4.88 inches) H 2 O) with 50 cc of air. Refers to the time required for Maintain a temperature of about 23-24 ° C. (74-76 ° F.) and 50% relative humidity for consistent measurements. “Gurley” time is W. W., Troy, New York. & L. E. It can be measured with a type of air permeability tester sold by W. & LE Gurley as the trade designation “Model 4110” air permeability tester, which is a Gurley-Teredyne ( Calibrated and operated using a Gurley-Teledyne) sensitometer (model number 4134/4135). Gurley time is inversely proportional to the void volume of the particle-blended web. Gurley time is also inversely proportional to the average pore size of the particle-blended web.

「メルトフローインデックス」又は「MFI」という用語はまた、MFR又はメルトフローレートとも様々に呼ばれ、試験法ASTM 1238で定義されている。ポリプロピレンポリマーは、ASTM 1238試験法の「方法B」改良版を用いて測定した。   The term “melt flow index” or “MFI” is also referred to variously as MFR or melt flow rate and is defined in test method ASTM 1238. Polypropylene polymer was measured using a "Method B" modified version of the ASTM 1238 test method.

「メルトブローン法」という用語は、1つ以上の穴からなるダイを通じて熱可塑性ポリマーを押出すことによって微細繊維を製造する工程を指す。繊維がダイから出てくると、それらは、出てくる繊維とほぼ平行に又はそれとの接線で流れている気流によって細くなっていく。   The term “meltblown process” refers to the process of producing fine fibers by extruding a thermoplastic polymer through a die consisting of one or more holes. As the fibers emerge from the die, they become thinner due to the airflow flowing approximately parallel to or tangent to the emerging fibers.

「空隙容量」という用語は、フィルターの重量と容量を測定し、次にそのフィルター重量を、理論重量である同じ容量の同一構成成分の材料の固体質量と比較することによって算出される割合を指す。   The term “void volume” refers to a ratio calculated by measuring the weight and volume of a filter and then comparing the filter weight to the solid mass of the same volume of the same component material, which is the theoretical weight. .

「熱分解」という用語は、材料に対する熱の作用を指す。例えば、複合ブロック又は配合ウェブ中に形成された特定の吸着剤粒子は、焼結又はカレンダー加工等の処理中に物理的に不安定になり易い場合がある。ポリプロピレン等のポリマーに関して、ポリマーを熱のみによって又は機械的な作用とを組み合わせて処理する工程は、ポリマー鎖の切断、架橋、及び/又は化学変化を生じさせる可能性がある。   The term “pyrolysis” refers to the action of heat on a material. For example, certain adsorbent particles formed in a composite block or compounded web may be prone to physical instability during processes such as sintering or calendering. For polymers such as polypropylene, treating the polymer with heat alone or in combination with mechanical action can cause polymer chain scission, crosslinking, and / or chemical changes.

「制御された分解」という用語には、制御可能な手段、例えば比熱及び/若しくは剪断力のインプット速度による、又はポリマー鎖を切断しかつポリマーの量に比例して分解反応で消費される薬剤を導入することによる、ポリマーの分子量低下及び分子量分布の狭窄が包含される。   The term “controlled degradation” refers to agents that are consumed in a degradation reaction in a controllable means, such as by input rate of specific heat and / or shear force, or by breaking the polymer chain and proportional to the amount of polymer. Incorporation includes a reduction in the molecular weight of the polymer and a narrowing of the molecular weight distribution.

「多孔性」という用語は、材料中の空隙の量である。孔及び空隙の寸法、頻度、数、及び/又は相互接続性が、材料の多孔性に影響する。   The term “porous” is the amount of voids in the material. The size, frequency, number, and / or interconnectivity of the pores and voids affect the porosity of the material.

「制御されたレオロジー」という用語は、放射線、過酸化物又は他のフリーラジカル剤を使用して特定のポリオレフィン、例えばポリプロピレンのレオロジー特性(例えば、粘度及び分子量分布)を分解によって調節することと定義することができる。   The term “controlled rheology” is defined as the use of radiation, peroxides or other free radical agents to adjust the rheological properties (eg viscosity and molecular weight distribution) of certain polyolefins, eg polypropylene, by degradation. can do.

「高密度化」という用語は、フィルター巻き取り軸若しくはマンドレルの上に直接又は間接的に堆積した繊維を、堆積前若しくはその後で圧縮し、そして意図的であろうと若しくは形成中の又は形成されたフィルターを取り扱う一部のプロセスの人為的な影響としてであろうと、より多孔性の低い面積を広く又は局所的に形成するように製造するプロセスを指す。高密度化はまた、ウェブのカレンダー加工法を含む。   The term "densification" refers to compressing fibers deposited directly or indirectly on a filter take-up shaft or mandrel before or after deposition and whether intentionally or during or formed It refers to the process of manufacturing to form a less porous area widely or locally, whether as an artifact of some processes dealing with filters. Densification also includes web calendering methods.

粒子配合プロセス
粒子配合プロセスは、例えば、同一出願人の米国特許出願公開第2006/0096911号に開示されているように、標準的なメルトブロー繊維の形成法に付加されるプロセス工程であって、これを参照として本明細書に組み込む。ブロー成形されたマイクロファイバー(BMF)は、溶融ポリマーをダイに入れてそこから流し出すことによって作製され、この流れは、ダイ空洞内のダイの幅全体に広がっており、ポリマーは、一連のオリフィスを通じてダイからフィラメントとして押出される。一実施形態では、加熱された気流は、ダイ出口(チップ)を形成する一連のポリマーオリフィスと隣接している空気分流板及びエアナイフアセンブリを通過する。この加熱された気流は、温度と速度の両方を調節することで、ポリマーフィラメントを所望の繊維直径まで細くする(延伸する)ことができる。BMF繊維は、この乱流気流の中を、回転している表面に向かって運ばれ、表面で回収されるとウェブが形成される。
Particle Blending Process A particle blending process is a process step added to a standard meltblown fiber formation process, as disclosed, for example, in commonly assigned US Patent Application Publication No. 2006/0096911. Is incorporated herein by reference. Blow-molded microfiber (BMF) is made by putting molten polymer into and out of a die, this flow extending across the width of the die within the die cavity, and the polymer is a series of orifices And extruded from the die as a filament. In one embodiment, the heated air stream passes through an air flow plate and air knife assembly adjacent to a series of polymer orifices that form a die outlet (chip). This heated air stream can adjust (stretch) the polymer filament to the desired fiber diameter by adjusting both temperature and speed. The BMF fibers are carried in the turbulent airflow toward the rotating surface, and when recovered on the surface, a web is formed.

例えば、活性炭粒子又はイオン交換樹脂ビーズからなる吸着剤粒子等の所望の粒子を粒子ホッパーに充填し、そこでそれらで重力測定的にフィードロール内の凹型の空洞を埋める。分割された調節領域を有する剛性の又は半剛性のドクターブレードによって、フィードロールに対向して制御された間隙を形成して、ホッパーからの流れを規制する。ドクターブレードは通常、フィードロールの表面と接触するように調節されて、微粒子の流れを、フィードロールの陥凹部内の容量までに制限する。その結果、供給量は、フィードロールの回転の速度を調節することによって制御できる。ブラシロールは、フィードロールの後方で作動して、残留微粒子を凹型の空洞から取り除く。微粒子を、圧縮空気又は他の加圧ガス供給源によって加圧可能なチャンバに入れる。このチャンバは、粒子を運びそして粒子とメルトブロー繊維とを混合させる気流を生み出すように設計されており、メルトブロー繊維は、気流によって細くされ、搬送されて、メルトブローン・ダイから出ていく。   For example, the particle hopper is filled with desired particles, such as adsorbent particles consisting of activated carbon particles or ion exchange resin beads, where they gravimetrically fill the concave cavities in the feed roll. A rigid or semi-rigid doctor blade with a divided adjustment zone forms a controlled gap opposite the feed roll to regulate the flow from the hopper. The doctor blade is usually adjusted to contact the surface of the feed roll to limit particulate flow to the volume within the feed roll recess. As a result, the supply rate can be controlled by adjusting the speed of rotation of the feed roll. The brush roll operates behind the feed roll to remove residual particulates from the concave cavity. Particulates are placed in a chamber that can be pressurized by compressed air or other source of pressurized gas. The chamber is designed to create an air stream that carries the particles and mixes the particles with the meltblown fibers, which are thinned and conveyed by the airflow and exit the meltblown die.

強制空気微粒子の流れの圧力を調節することによって、粒子の速度分布が変わる。極めて低い粒子速度を利用すると、粒子は、ダイ気流によって方向転換されて、繊維と混合されない場合がある。低い粒子速度では、粒子は、ウェブの上面でのみ捕捉される場合がある。粒子速度が増大するにつれて、粒子は、メルトブローン気流中で繊維と更に完全に混合し始め、回収されたウェブに均一な分布を形成できる。粒子速度が増大し続けると、粒子は、一部がメルトブローン気流を通過して、回収されたウェブの下部に捕捉される。更に高い粒子速度では、粒子は、回収されたウェブに捕捉されずに、メルトブローン気流を完全に通過する可能性がある。   By adjusting the pressure of the forced air particulate flow, the velocity distribution of the particles is changed. Using very low particle velocities, the particles may be redirected by the die stream and not mixed with the fibers. At low particle velocities, particles may be trapped only on the top surface of the web. As the particle velocity increases, the particles begin to mix more thoroughly with the fibers in the meltblown stream and can form a uniform distribution in the recovered web. As the particle velocity continues to increase, some of the particles pass through the meltblown air stream and are trapped at the bottom of the collected web. At higher particle velocities, the particles may pass completely through the meltblown air stream without being captured by the recovered web.

別の実施形態では、2つの一般的に垂直な、斜めに配置されたダイであって、一般に対向するフィラメントの流れをコレクターに向けて噴出するダイを用いることで、粒子が2つのフィラメント気流の間に挟まれる。その一方で、吸着剤粒子は、ホッパーを通過して第1シュートに入る。粒子は、フィラメントの流れに重力送りされる。粒子と繊維との混合物は、コレクターに到達し、粒子配合された自己支持性のある不織布ウェブを形成する。   In another embodiment, using two generally vertical, diagonally arranged dies that generally eject opposing flow of filaments toward the collector, the particles are of two filament airflows. Sandwiched between them. Meanwhile, the adsorbent particles pass through the hopper and enter the first chute. The particles are gravity fed into the filament flow. The mixture of particles and fibers reaches the collector and forms a self-supporting nonwoven web incorporating the particles.

他の実施形態では、粒子は、振動フィーダー、排出装置、又は当業者に既知の他の技法を用いて提供される。   In other embodiments, the particles are provided using a vibratory feeder, a discharge device, or other techniques known to those skilled in the art.

多くの用途では、ウェブ全体にわたる実質的に均一な粒子分布が望ましい。不均一な分布が有利であり得る場合があってもよい。ウェブの深さ方向の勾配は、ディプスフィルトレーションのために利用可能な孔径分布に変化をもたらす場合がある。粒子を配合した表面を有するウェブは、フィルターに形成でき、そこで流路の前半で粒子に流体を暴露し、残りのウェブが、粒子の脱落を防ぐ支持体構造及び手段を提供する。流路はまた、メルトブローンウェブがプレフィルターとして機能して、一部の汚染物質を除去してから流体が粒子の活性な表面に到達することができるように、反転することも可能である。   In many applications, a substantially uniform particle distribution throughout the web is desirable. There may be cases where a non-uniform distribution may be advantageous. The gradient in the web depth may change the pore size distribution available for depth filtration. A web having a particle-blended surface can be formed into a filter where the fluid is exposed to the particles in the first half of the flow path and the remaining web provides a support structure and means to prevent the particles from falling off. The flow path can also be reversed so that the meltblown web can function as a prefilter to remove some contaminants before the fluid can reach the active surface of the particles.

更なる実施形態では、コレクターは、形成用フィルターカートリッジを回転式シャフトから実質上連続的に押し引きするように設計されたある種のフィルターカートリッジ抽出装置を装備している巻き取り用マンドレル又は回転式片持ちシャフトのいずれかの上に、個別のフィルターを形成させるように稼動する、カートリッジ巻き取り機構を含むことができる。   In a further embodiment, the collector is a take-up mandrel or rotary equipped with a filter cartridge extraction device designed to push and pull the forming filter cartridge substantially continuously from the rotary shaft. A cartridge take-up mechanism may be included that operates to form a separate filter on any of the cantilever shafts.

ポリマーのレオロジー制御
メルトブローン繊維に使用されるポリマーの制御されたレオロジーによって、ウェブが所望の特性を有するように調節できる。このことは、同一出願人による米国特許出願公開第2004/0245171号及び同第2007/0175819号(サイメル(Schimmel))で論じられており、これら公報の全てを参照として本明細書に組み込む。例えば、(例えば、ポリプロピレンの)粘度を調節することにより、ウェブの強度を増大できる。繊維間の結合度合いが高いことは、フィルターを、有用な形状、例えば溝付き円筒形に機械加工すると同時に、良好な流れ性能と高い空隙容量を保持することができるため、望ましい。
Polymer Rheology Control The controlled rheology of the polymers used in the meltblown fibers can adjust the web to have the desired properties. This is discussed in commonly assigned US Patent Application Publication Nos. 2004/0245171 and 2007/0175819 (Schimmel), all of which are incorporated herein by reference. For example, the strength of the web can be increased by adjusting the viscosity (eg, of polypropylene). A high degree of bonding between the fibers is desirable because the filter can be machined into a useful shape, such as a fluted cylinder, while at the same time maintaining good flow performance and high void volume.

ポリプロピレンに関して、低いMFI(高い分子量)を特徴とするポリプロピレン出発物質を制御分解することにより、粒子配合されたメルトブローンウェブの製造において使用するのに望ましい特性を有する変性ポリプロピレンがもたらされる。   With respect to polypropylene, controlled degradation of polypropylene starting materials characterized by low MFI (high molecular weight) results in modified polypropylene having desirable properties for use in the manufacture of particle blended meltblown webs.

一実施形態では、ウェブは、制御分解を用いてポリプロピレンポリマーから製造することで、約30〜約1500(若しくは他の実施形態では75〜50、又は200〜500)のメルト・フローインデックスを示す材料を提供する。   In one embodiment, the web is made from a polypropylene polymer using controlled degradation to provide a material that exhibits a melt flow index of about 30 to about 1500 (or 75 to 50, or 200 to 500 in other embodiments). I will provide a.

本開示の別の代表的な実施形態では、約35〜約350のメルト・フローインデックスを示すポリプロピレンポリマーを製造するために、制御分解は、酸素を利用して若しくは酸素を用いずに、放射線により、又は過酸化物等の1つ以上の様々な試薬が加熱したときに発生する遊離ラジカルの作用により、熱的に行われる。そのため、ポリプロピレンのレオロジー及び物理的性質の有利な改良は、ポリマーの制御分解によって実現される。   In another exemplary embodiment of the present disclosure, controlled degradation is performed by radiation with or without oxygen to produce a polypropylene polymer exhibiting a melt flow index of about 35 to about 350. Or thermally by the action of free radicals generated when one or more various reagents such as peroxides are heated. Thus, advantageous improvements in the rheology and physical properties of polypropylene are achieved through controlled degradation of the polymer.

図1を参照すると、多孔質物品10の断面が、図式的に示されている。物品10は、任意の所望の寸法の厚さTと長さと幅とを有する。物品10は、絡まった高分子繊維12と、ウェブの中に捕捉された吸着剤粒子14とを有する、不織布ウェブである。物品10内の小さな結合した孔(図1では特定せず)は、水又は他の流体を物品10の厚さ寸法にわたって通過させる(例えば、流す)ことができる。粒子14は、例えば、かかる流体中に存在する汚染物質及び微粒子を吸収する、吸着する、又は別の方法で変性することによって、通過する流体を変性させる。   Referring to FIG. 1, a cross section of a porous article 10 is schematically shown. The article 10 has a thickness T, length and width of any desired dimensions. Article 10 is a nonwoven web having entangled polymeric fibers 12 and adsorbent particles 14 trapped in the web. Small coupled holes in the article 10 (not specified in FIG. 1) can allow water or other fluids to pass (eg, flow) through the thickness dimension of the article 10. The particles 14 denature the passing fluid, for example, by absorbing, adsorbing, or otherwise modifying contaminants and particulates present in such fluid.

図2は、多孔質コア22上に配置された多孔質ウェブ化物品24を備えるフィルター要素を収容する、ハウジング20の断面図である。エンドキャップ26は、例えば、接着剤(図示せず)によってウェブ24に添着されている。ハウジング20への入口28は、流体、例えば水をウェブ24の方へ導いて、流体は、ウェブ中で捕捉された吸着剤粒子と接触し、処理される。処理された流体は、コア22で画定された通路27に入る。処理された流体はその後、出口29からハウジングを出る。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the housing 20 that houses a filter element comprising a porous webd article 24 disposed on a porous core 22. The end cap 26 is attached to the web 24 by, for example, an adhesive (not shown). An inlet 28 to the housing 20 directs a fluid, e.g., water, toward the web 24, where the fluid contacts and is treated with adsorbent particles trapped in the web. The treated fluid enters a passage 27 defined by the core 22. The treated fluid then exits the housing through outlet 29.

図3は、入口38及び出口39を有するハウジング30の概略図を示している。このハウジングは、本発明が具体化しているフィルター要素に好適である。   FIG. 3 shows a schematic view of a housing 30 having an inlet 38 and an outlet 39. This housing is suitable for the filter element that the invention embodies.

図4は、通路47を有するらせん状に巻き取られた多孔質ウェブ化物品44を備えるフィルター要素を収容する、壁41を有するハウジング40の断面図を示している。エンドキャップ46は、例えば、接着剤(図示せず)によってウェブ44に添着されている。流体、例えば水は、ウェブ44に入り、ウェブ中に捕捉された吸着剤粒子と接触し、処理される。処理された流体は、コア22で画定される通路47に入る。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of a housing 40 having a wall 41 that houses a filter element comprising a spirally wound porous web-formed article 44 having a passage 47. The end cap 46 is attached to the web 44 by, for example, an adhesive (not shown). A fluid, such as water, enters the web 44, contacts the adsorbent particles trapped in the web, and is processed. The treated fluid enters a passage 47 defined by the core 22.

図5は、ウェブ化材料54の積層ディスクへ向かう入口58を有するハウジング50内に配置された、ディスクの断面図を示している。流体は、積層されたディスク54と接触して、処理された流体がリザーバ59に回収される。   FIG. 5 shows a cross-sectional view of a disk disposed in a housing 50 having an inlet 58 towards the laminated disk of webd material 54. The fluid contacts the stacked disc 54 and the processed fluid is collected in the reservoir 59.

図6を参照すると、概略図には、直接形成された粒子配合された多孔質物品を製造するためのシステムの代表的な構成要素が提示されている。ベアリングを介して支持体(図示せず)上に従来方式で回転するように取り付けられた内側末端部124を有する回転式マンドレル122を備える、コレクターアセンブリ114が示されている。マンドレル122はまた、開口遠位端116と内側表面120と外周表面126とを有している。メルトブローン・ダイ112によって、粒子配合された不織布繊維110、110a、110b、110c、110d、及び110eが直接形成されたウェブ構造体を形成するためにコレクターアセンブリ114に向かって供給される。   Referring to FIG. 6, a schematic diagram presents representative components of a system for producing a directly formed particle-blended porous article. A collector assembly 114 is shown comprising a rotating mandrel 122 having an inner end 124 mounted for rotation in a conventional manner on a support (not shown) via a bearing. The mandrel 122 also has an open distal end 116, an inner surface 120, and an outer peripheral surface 126. Meltblown die 112 feeds the particle blended nonwoven fibers 110, 110a, 110b, 110c, 110d, and 110e toward the collector assembly 114 to form a directly formed web structure.

図7及び8には、粒子134を有する不織布ウェブ132の層138で形成された多孔質物品130の概略図と断面図とがそれぞれ示されている。処理しようとする流体を層138に入れて、処理された流体を通路136から流し出す。この実施形態では、物品全体の粒子密度は実質上均一である。図9には、粒子密度勾配の範例となる、別の多孔質物品の断面が提示されている。断面142では、単位面積あたりの粒子の数が面積144よりも多く、順繰りに、面積144の単位面積あたりの粒子の数は断面146よりも多い。   FIGS. 7 and 8 show a schematic view and a cross-sectional view, respectively, of a porous article 130 formed of a layer 138 of a nonwoven web 132 having particles 134. The fluid to be treated is placed in layer 138 and the treated fluid is flushed out of passage 136. In this embodiment, the particle density throughout the article is substantially uniform. FIG. 9 presents a cross-section of another porous article that is an example of a particle density gradient. In the cross section 142, the number of particles per unit area is larger than that of the area 144, and in turn, the number of particles per unit area of the area 144 is larger than that of the cross section 146.

別段の指示がない限り、本明細書及び特許請求の範囲において先に使用した分子量や反応条件等の成分の量や特性を表す全ての数値は、いかなる場合においても「約」という語で修飾されるているものと解されるべきである。したがって、そうでない旨の指示がない限り、以降の本明細書及び添付の特許請求の範囲において記載される数値パラメータは、本開示内容によって得ようとする望ましい特性に応じて変更可能な概算値である。最低限でも、また特許請求の範囲の範囲と同等物の原則の適用を制限しようとするものではないが、それぞれの数値パラメータは少なくとも、報告された有効数字の数値を考慮して、通常の数値のまるめ方を適用することによって解釈されるべきである。   Unless otherwise indicated, all numerical values representing amounts and characteristics of components, such as molecular weight and reaction conditions used earlier in the specification and claims, are in any case modified with the word “about”. It should be understood that Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in the following specification and the appended claims are approximate values that can be varied depending on the desired characteristics sought to be obtained by the present disclosure. is there. At the very least, and not intended to limit the application of the principle of equivalents to the scope of the claims, each numerical parameter should be at least a normal number, taking into account the reported significant figures. Should be interpreted by applying the rounding method.

本開示内容の広範にわたって示されている数値的範囲及びパラメータは近似値であるが、具体例に記載の数値は、可能な限り正確に報告する。しかし、いずれの数値も、それらのそれぞれの試験測定値にみられる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本来有している。   Although the numerical ranges and parameters shown throughout the present disclosure are approximate, the numerical values set forth in the specific examples are reported as accurately as possible. Any numerical value, however, inherently has certain errors necessarily resulting from the standard deviation found in their respective testing measurements.

(実施例1)
一連のスクリーニング実験は、水浄化用途のための、粒子配合されたメルトブローンウェブの性能を明らかにするために行った。次の2種類の基本樹脂を用いた:商標名3960型(Type 3960)として販売されている350MFIのポリプロピレン(トータル・ペトロケミカルズ(Total Petrochemicals)から入手可能)、及び商標名ビスタマックス(Vistamaxx)2125として販売されている80MFIのメタロセン触媒化ポリプロピレン(エクソンモービル(ExxonMobil)から入手可能)。商標名NC506として販売されている、数種の粒子寸法等級のヤシ殻活性炭(パイカ(PICA)から入手可能)を評価した。商標名ニューカー・アクアガード(Nuchar Aquaguard)として販売されている木質炭素(ミード・ウェストバコ(Mead Westvaco)から入手可能)と、商標名ATC N60260として販売されている、ケイ酸チタンコーティングを有するヤシ殻炭素(カルゴン(Calgon)から入手可能)と、商標名YPC 100MDとして販売されているヤシ殻炭素(クラレ(Kuraray)から入手可能)と、商標名ダウェックス(Dowex)HCR−Sとして販売されているカチオン交換樹脂(ダウ・ケミカル(Dow Chemical)から入手可能)とを用いた追加実施例のウェブも、特異的試験に含んだ。
(Example 1)
A series of screening experiments were conducted to reveal the performance of the particle-blended meltblown web for water purification applications. Two basic resins were used: 350 MFI polypropylene sold under the trade name 3960 (Type 3960) (available from Total Petrochemicals), and trade name Vistamax 2125 80 MFI metallocene catalyzed polypropylene sold as (available from ExxonMobil). Several particle size grades of coconut shell activated carbon (available from PICA) sold under the trade name NC506 were evaluated. Woody carbon sold under the trade name Nuchar Aquaguard (available from Mead Westvaco) and coconut shell with titanium silicate coating sold under the trade name ATC N60260 Carbon (available from Calgon), coconut shell carbon sold under the trade name YPC 100MD (available from Kuraray), and cation sold under the trade name Dowex HCR-S Additional example webs with exchange resins (available from Dow Chemical) were also included in the specific test.

約25.4cm(10インチ)幅の配合ウェブのショートヤードのロールを次のような条件下で回収した。ポリマーは、25.4cm(10インチ)幅のドリル穴を有するダイ(DOD)から、ポリプロピレン系ウェブの場合は3.6kg/時(8ポンド/時)で及びメタロセン触媒化ポリプロピレン系ウェブの場合は3.0kg/時(6.5ポンド/時)で押出した。ダイからコレクターまでの距離は31.0cm(12インチ)であった。基本ウェブ(微粒子を配合していないもの)試料は、目標坪量で回収して、C.N.デイビス(Davies, C. N.)の「空気によって運ばれる埃と粒子との分離(The Separation of Airborne Dust and Particles)」、機械技術者協会(Institution of Mechanical Engineers)、ロンドン議事録(London Proceedings)1B、1952年に記載の方法に従って有効繊維直径(EFD)を評価した。空気の温度及び速度は、目標有効繊維直径が得られるように調節した。様々な試料についての融解温度を記録した。   A short yard roll of about 25.4 cm (10 inches) wide of the formulated web was collected under the following conditions. The polymer is from a die with 25.4 cm (10 inch) wide drill holes (DOD), for polypropylene based webs at 3.6 kg / hr (8 lb / hr) and for metallocene catalyzed polypropylene based webs. Extruded at 3.0 kg / hr (6.5 lb / hr). The distance from the die to the collector was 31.0 cm (12 inches). Samples of basic web (without fine particles) were collected at the target basis weight and C.I. N. Davis, CN, “The Separation of Airborne Dust and Particles”, Institution of Mechanical Engineers, London Proceedings 1B, 1952 The effective fiber diameter (EFD) was evaluated according to the method described in the year. Air temperature and speed were adjusted to achieve the target effective fiber diameter. The melting temperature for the various samples was recorded.

目標坪量と有効繊維直径を達成するように基本ウェブの条件を調節した後、微粒子を粒子ローダーホッパーに加えて、所望の配合量の吸着剤(炭素又はイオン交換樹脂)を提供するようにフィードロールの速度を調節した。粒子ローダーチャンバに向かう気圧は、3.4〜13.8kPa(それぞれ0.5〜2psig)の間に設定した。設定を調節して、ウェブ全体での均一な粒子分布を狙った。坪量は1平方メートルあたりのグラム数(gsm)で記した。基本ウェブとは、1平方メートルあたりのメルトブロー繊維ウェブ(非配合のもの)の重量を指す。配合ウェブとは、媒体粒子が配合されたメルトブロー繊維ウェブの、1平方メートルあたりの重量を指す。   After adjusting the basic web conditions to achieve the target basis weight and effective fiber diameter, the fine particles are added to the particle loader hopper and fed to provide the desired amount of adsorbent (carbon or ion exchange resin). The roll speed was adjusted. The air pressure toward the particle loader chamber was set between 3.4 and 13.8 kPa (each 0.5 to 2 psig). The settings were adjusted to aim for a uniform particle distribution throughout the web. The basis weight was expressed in grams per square meter (gsm). Base web refers to the weight of meltblown fiber web (unblended) per square meter. The compounded web refers to the weight per square meter of the meltblown fiber web compounded with media particles.

Figure 0005805950
Figure 0005805950

(実施例2)
実施例1から特定のウェブを選択して、性能に対するカレンダー加工の影響を評価した。平滑なクロムめっき鋼製ロール間に調節可能な間隙を有するカレンダーを用いた。試料におけるカレンダー圧は414kPa(60psi)であり、ロールの速度は1.5メートル/分(毎分5フィート)であった。ロールの直径は25.4cm(10インチ)であり、56cm(22インチ)幅のロール前面を有していた。それぞれのロールは、ステルコ(Sterlco)システムによる温度制御に使用されるオイルを充填すると、約272g(600ポンド)の重さがあった。ID 13cm(5インチ)のシリンダーを用いて、ニップ圧を加えた。
(Example 2)
Specific webs were selected from Example 1 to evaluate the effect of calendering on performance. A calendar with an adjustable gap between smooth chrome-plated steel rolls was used. The calender pressure in the sample was 414 kPa (60 psi) and the roll speed was 1.5 meters / minute (5 feet per minute). The roll diameter was 25.4 cm (10 inches) and had a roll front that was 56 cm (22 inches) wide. Each roll weighed approximately 272 grams (600 pounds) when filled with the oil used for temperature control by the Sterlco system. Nip pressure was applied using an ID 13 cm (5 inch) cylinder.

粒子配合されたウェブに対する気圧低下を、カレンダー加工したウェブ及びそれと対応するインプットウェブ試料で測定した。気圧低下は、室温(約22℃)において1気圧(101kPa)の周囲気圧で、気流に対して5.3cm/秒の一定の前面速度を用いて測定した。   The pressure drop over the particle-blended web was measured on a calendered web and its corresponding input web sample. The atmospheric pressure drop was measured using a constant front speed of 5.3 cm / sec relative to the air flow at ambient pressure of 1 atmosphere (101 kPa) at room temperature (about 22 ° C.).

Figure 0005805950
Figure 0005805950

ウェブは、評価条件下ではカレンダーロールに粘着しなかった。ウェブの幅全体及びことによると長さ全体が、特に高温で増大した。ウェブ密度は、非カレンダー加工のウェブと比べると改善された。ウェブの坪量には、カレンダー加工後の寸法変化を計上することが含まれる。   The web did not stick to the calendar roll under the evaluation conditions. The overall web width and possibly the entire length increased, especially at high temperatures. Web density was improved compared to non-calendered webs. The basis weight of the web includes accounting for dimensional changes after calendaring.

(実施例3)
実施例1及び2のうちの一部の試料を、次のようにしてフィルターに取り付けた。それぞれの試料について、媒体100約グラムを有するフィルターを得るのに必要なウェブの長さは、20cm(8インチ)W×30.5cm(12インチ)のおよその寸法のウェブの一区分で得られた重量から計算した。OD 3.7cm(1.45インチ)及び長さ35.3cm(13.9インチ)のおよその寸法の剛性チューブからなるコアを入手した。チューブは、チューブ全体で約0.38cm(0.15インチ)平方の開口部を備えていた。媒体100グラムを提供するように計算された長さのウェブを、全幅−公称25cm(10インチ)の試料ロールから切断した。一般に、(配合量に応じて)長さ約3〜4フィート(91cm〜122cm)のウェブは、長さ20cm(8インチ)に切断すると、配合量約100グラムとなった。ウェブをチューブのODに接着した。ウェブを、チューブの周囲に好適な長さにわたって巻きつけた。ウェブの外側エッジを、ウェブの内側層と接着した。良好な配合が視認できる位置で、チューブの一方の末端部を切断した。もう一方の末端部は、長さ約20.3cm(8インチ)のフィルターが得られるように切断した。フィルターの末端部をエンドキャップで留めた。
(Example 3)
Some samples of Examples 1 and 2 were attached to the filter as follows. For each sample, the web length required to obtain a filter having about 100 grams of media is obtained in one section of the web with approximate dimensions of 20 cm (8 inches) W × 30.5 cm (12 inches). Calculated from the weight. A core consisting of a rigid tube with approximate dimensions of OD 3.7 cm (1.45 inches) and a length of 35.3 cm (13.9 inches) was obtained. The tube had a 0.15 inch square opening across the tube. A length of web calculated to provide 100 grams of media was cut from a sample roll of 10 inches wide across a full width. In general, a web of about 3-4 feet (91 cm-122 cm) in length (depending on the loading), when cut to 20 cm (8 inches), resulted in a loading of about 100 grams. The web was glued to the OD of the tube. The web was wrapped over a suitable length around the tube. The outer edge of the web was bonded to the inner layer of the web. One end of the tube was cut at a position where good blending was visible. The other end was cut to obtain an approximately 20.3 cm (8 inch) long filter. The end of the filter was clamped with an end cap.

フィルターのODは平均6.9cm(2.7インチ)であった。ODの幅は、6.1cm〜7.3cm(2.41インチ〜2.88インチ)であった。このODは、平均媒体配合量106グラムとなり、99〜114グラムの範囲の幅があった。非カレンダー加工のウェブを用いたウェブ系フィルターの平均密度は、0.20g/活性化媒体ccであった。   The average OD of the filter was 6.9 cm (2.7 inches). The width of the OD was 6.1 cm to 7.3 cm (2.41 inches to 2.88 inches). The OD was 106 grams average media loading and ranged from 99 to 114 grams. The average density of the web-based filter using the non-calendered web was 0.20 g / cc activated medium.

炭素配合ウェブをカレンダー加工するこによって、より緻密なフィルター構造がもたらされた。その結果、カレンダー加工されたウェブを用いると、フィルターに必要とされる材料の容積を減少させ、小さなフィルター寸法の利用が可能になる。カレンダー加工されたウェブを用いたフィルターの密度は、0.37g/cc〜0.50g/ccの範囲であった。カレンダー加工されたウェブの最高密度(試料4)は、0.45g/活性化媒体ccとなった。   Calendering the carbon-blended web resulted in a finer filter structure. As a result, using a calendered web reduces the volume of material required for the filter and allows the use of small filter dimensions. The density of the filter using the calendered web ranged from 0.37 g / cc to 0.50 g / cc. The highest density of the calendered web (Sample 4) was 0.45 g / activated medium cc.

(実施例4)
試験
実施例3に従って形成された一部のフィルターを、初期フラッシュ濁度、絶対的な圧力低下、塩素減少、微粒子の減少、グラム寿命試験、及びガーレー値を含む性能試験に従って評価した。
Example 4
Testing Some filters formed in accordance with Example 3 were evaluated according to performance tests including initial flash turbidity, absolute pressure drop, chlorine reduction, particulate reduction, gram life test, and Gurley value.

初期のフラッシュ濁度に関し、フィルターを上水道につないで、フィルターを通った最初の水を採取した。この方法は、規定条件下での試料による光散乱強度と、同条件下での標準対照による光散乱強度との比較に基づいている。散乱した光の量が多いほど、水中での濁度レベルが高いことを示す。データは、比濁法による濁度単位又はNTUで記した。<0.5NTUの値は、NSF/ANSI飲料水規格を満たす。最初の1リットルは、排水流から採取した。濁度を測定して記録した。次に、試料を2.8リットル/分(0.75gpm)で流して、3.8リットル(1ガロン)、19リットル(5ガロン)、及び38リットル(10ガロン)で追加試料を採取し、それぞれの試料点での濁度を測定した。データには、比較例1(活性炭媒体55%及びポリマー結合剤45%の配合を有する複合炭素ブロック)と、比較例2(粒状活性炭(GAC)で形成された炭素フィルター)とが含まれる。   For initial flash turbidity, the filter was connected to the water supply and the first water through the filter was collected. This method is based on a comparison of the light scattering intensity by a sample under defined conditions with the light scattering intensity by a standard control under the same conditions. The greater the amount of scattered light, the higher the turbidity level in water. The data was expressed in turbidity units by Nephelometry or NTU. A value of <0.5 NTU meets the NSF / ANSI drinking water standard. The first 1 liter was taken from the drainage stream. Turbidity was measured and recorded. The sample was then run at 2.8 liters / minute (0.75 gpm) and additional samples were taken at 3.8 liters (1 gallon), 19 liters (5 gallons), and 38 liters (10 gallons), Turbidity at each sample point was measured. The data includes Comparative Example 1 (a composite carbon block having a blend of 55% activated carbon medium and 45% polymer binder) and Comparative Example 2 (a carbon filter formed with granular activated carbon (GAC)).

Figure 0005805950
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表3を参照すると、配合されたウェブでは、初期の0〜19L(0〜5ガロン)を流している間に炭素微粒子が剥がれた。より大きな炭素粒子を用いたウェブの捕捉の方が、より小さな粒子を用いたものに比べて良好であった。微粒子は、3.8〜19L(1〜5ガロン)の間で減少したと考えられた。剥がれた量は、(実施例15及び16を除いて、)80×325メッシュ寸法の粒子の場合でも、標準的なGAC軸流フィルターよりも少なかった。   Referring to Table 3, in the blended web, the carbon fine particles were peeled off while flowing the initial 0 to 19 L (0 to 5 gallons). The web capture with larger carbon particles was better than that with smaller particles. The microparticles were believed to have decreased between 3.8-19 L (1-5 gallons). The amount peeled off (except for Examples 15 and 16) was less than the standard GAC axial flow filter, even in the case of 80 × 325 mesh size particles.

カレンダー加工は、初期のフラッシュ濁度を増大させなかった。更に、カレンダー加工は、特に80×325炭素の場合に初期濁度を低下させたと考えられる。   Calendaring did not increase the initial flash turbidity. Furthermore, calendaring is thought to have reduced the initial turbidity, especially in the case of 80 × 325 carbon.

絶対的な圧力低下については、システムの直前に目盛り付きの圧力計を用いて、フィルターを上水道につないだ。フィルターは、システムの出口で大気に開放された。上水は、流量を測定することができるロトメータを介して、0.9、1.9、2.8、3.8、7.6、11.4、15.1リットル/分(毎分0.25、0.50、0.75、1.0、2.0、3.0及び4.0ガロン)に相当する所望の流量で供給した。媒体を有する及び有さないシステムの圧力低下を、様々な流量で評価した。媒体を有さないシステムは、比較例3として分類する。   For absolute pressure drop, a filter was connected to the water supply using a calibrated pressure gauge just before the system. The filter was opened to the atmosphere at the outlet of the system. The clean water was measured at 0.9, 1.9, 2.8, 3.8, 7.6, 11.4, 15.1 liters / minute (0 per minute through a rotometer capable of measuring flow rate. .25, 0.50, 0.75, 1.0, 2.0, 3.0, and 4.0 gallons). The pressure drop of the system with and without media was evaluated at various flow rates. A system having no medium is classified as Comparative Example 3.

Figure 0005805950
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表4を参照すると、全ての場合において、配合ウェブフィルターを有するシステムにおいて観察された圧力低下は、フィルターを装着している、装填していないシステム及び水溜めにおけるシステム圧力低下の41.4kPa(6psi)以内であった。ウェブフィルターから全体の圧力低下への寄与はほとんどなかった。この試験中、フィルターへの損傷の痕跡は観察されなかった。   Referring to Table 4, in all cases, the pressure drop observed in the system with the blended web filter was 41.4 kPa (6 psi) of the system pressure drop in the unloaded system and in the reservoir with the filter. ). There was little contribution from the web filter to the overall pressure drop. During this test, no evidence of damage to the filter was observed.

非カレンダー加工の試料17のウェブ媒体を、圧力低下試験を終えて保管していたフィルターから取り外した。操作型電子顕微鏡を用いて、高圧試験後に保持された粒子の寸法を測定した。このフィルターでは、60〜65マイクロメートル及びそれ以上の寸法を有する粒子が保持されていることが分かった。ウェブのカレンダー加工、微細な繊維直径の使用、若しくは格子の空隙を軽減するか又は粒子と繊維との間の接着若しくは結合を形成する他の技術によって、更に微細な粒径の保持が増強されるはずである。   The non-calendered Sample 17 web media was removed from the filter that had been stored after the pressure drop test. The size of the particles retained after the high pressure test was measured using a manipulation electron microscope. This filter was found to retain particles having dimensions of 60-65 micrometers and above. Finer particle size retention is further enhanced by web calendering, the use of fine fiber diameters, or other techniques that reduce lattice voids or form bonds or bonds between particles and fibers. It should be.

NSF/ANSI 42塩素減少試験では、3.024L/分(0.8ガロン/分)の流量において、2.0mg/L遊離塩素(FAC)の流入試験濃度を用い、特定のpH、濁度、合計有機炭素及び水の硬度とを有する水によってフィルターを精査した。塩素減少に関する要求を達成するために、フィルターは、最小50%の低下、又は排水中の遊離塩素最大1.0mg/Lを満たす必要がある。比較ブロックは「比較例4」とも称し、米国特許第7,112,272号(ヒューズ(Hughes)ら)に記載されているような、長さ16.2cm(6.395インチ)、OD3.8cm(1.5インチ)、ID 0.95cm(0.375インチ)の寸法を有しかつ60重量%の80×325パイカ(PICA)NC506炭素と40重量%のポリエチレン結合剤とを有する炭素ブロックであった。エンドキャップは、炭素ブロックの開口端に直接接着結合させた。減少率%を表5に記した。   In the NSF / ANSI 42 chlorine reduction test, an inflow test concentration of 2.0 mg / L free chlorine (FAC) was used at a flow rate of 3.024 L / min (0.8 gallon / min) to determine the specific pH, turbidity, The filter was probed with water having a total organic carbon and water hardness. In order to achieve the demand for chlorine reduction, the filter needs to meet a minimum of 50% reduction or a maximum of 1.0 mg / L of free chlorine in the waste water. The comparison block, also referred to as “Comparative Example 4”, is 16.2 cm (6.395 inches) long and OD 3.8 cm as described in US Pat. No. 7,112,272 (Hughes et al.). (1.5 inches), a carbon block having an ID of 0.95 cm (0.375 inches) and having 60 wt% 80 × 325 pica (PICA) NC506 carbon and 40 wt% polyethylene binder. there were. The end cap was adhesively bonded directly to the open end of the carbon block. Table 5 shows the percentage reduction.

Figure 0005805950
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表5を参照すると、固定質量の媒体を用いてフィルター試料を調製したため、塩素減少試験では、カレンダー加工された試料と非カレンダー加工の試料との間で同様の結果が得られた。   Referring to Table 5, because filter samples were prepared using a fixed mass medium, the chlorine reduction test yielded similar results between calendered and non-calendered samples.

NSF/ANSI 42微粒子減少試験では、初期流量9.5L/分(約2.5ガロン/分)において、粒子約1,000,000個の流入試験濃度によって、クラスIII試験用のインライン粒子カウンターを用いてフィルターを精査した。NSF/ANSI 42標準によれば、システムは、特定のクラス評価を受けるために標準に従って試験した場合、試験粒径範囲内の粒子の数を少なくとも85%まで減少させる。システムの評価は、試験で測定したときに有効に除去された最小粒径と一致するものとする。より高い減少率に関する特許請求の範囲を作成するのあれば、試験で実証しなければならない。比較例4も同様に試験した。   In the NSF / ANSI 42 particulate reduction test, an in-line particle counter for class III testing was run with an inflow test concentration of about 1,000,000 particles at an initial flow rate of 9.5 L / min (about 2.5 gallons / min). Used to probe the filter. According to the NSF / ANSI 42 standard, the system reduces the number of particles within the test size range by at least 85% when tested according to the standard to receive a specific class rating. The evaluation of the system shall be consistent with the minimum particle size effectively removed as measured in the test. If there is a claim for a higher reduction rate, it must be demonstrated in a test. Comparative example 4 was tested in the same manner.

Figure 0005805950
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表6を参照すると、カレンダー加工した試料39及び40は、比較用の炭素ブロックと比べて改善された微粒子除去を示している。   Referring to Table 6, calendered samples 39 and 40 show improved particulate removal compared to the comparative carbon block.

グラム寿命試験では、フィルターを、1リットル(ガロン)あたり試験粉塵1グラムの一定濃度のAC粗さ試験粉塵水溶液に暴露した。終点は、媒体に対する圧力低下が6.9kPa(20psi)変化するまでと決定した。画定した終点までにフィルターを通過したリットル(ガロン)数を記した。この試験粉塵を用いて測定した場合、グラム寿命が高いほど耐用年数が長いことを示す。比較例4も同様に試験した。   In the gram life test, the filter was exposed to a constant concentration AC roughness test dust aqueous solution of 1 gram test dust per liter (gallon). The end point was determined until the pressure drop across the media changed by 6.9 kPa (20 psi). The number of liters (gallons) that passed through the filter up to the defined end point was noted. When measured using this test dust, the longer the gram life, the longer the service life. Comparative example 4 was tested in the same manner.

Figure 0005805950
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表7を参照すると、非カレンダー加工の試料20及び24が、比較ブロックよりも2.5倍〜40倍程度高いグラム寿命結果を示した。   Referring to Table 7, the non-calendered samples 20 and 24 showed gram life results that were about 2.5 to 40 times higher than the comparison block.

ガーレー値試験では、米国特許第5,328,758号(マーケル(Markell))に記載されているようにして、ガーレー・モデル4110(Gurley Model 4110)透気度試験機を用い、空気50ccが124mm水柱圧で、約1平方インチ(645平方mm)の面積を有するウェブ試料を通過する時間を室温(約23℃)で測定した。表4に提示した試料は、表2に示した圧力低下範囲を示す。   The Gurley test uses a Gurley Model 4110 air permeability tester as described in US Pat. No. 5,328,758 (Markell), and air 50 cc is 124 mm. With water column pressure, the time to pass through a web sample having an area of about 1 square inch (645 square mm) was measured at room temperature (about 23 ° C.). The samples presented in Table 4 show the pressure drop ranges shown in Table 2.

Figure 0005805950
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表8を参照すると、ガーレー値は、カレンダー加工したウェブ及び非カレンダー加工のウェブの両者を用いた様々なフィルターでは1秒未満であった。   Referring to Table 8, Gurley values were less than 1 second for various filters using both calendared and non-calendered webs.

(実施例5)
実施例1の試料20(ヤシ系炭素を配合したウェブ)及び同26(カチオン交換を配合したウェブ)によるウェブを、次のようにしてフィルターに取り付けた。これらの試験試料は、配合ウェブ媒体の直径100mmのディスクを、ID 94mmの開口部を有するOD 100mmのプラスチックリングの内縁に沿って接着結合することによって作製した。ホットメルト接着剤の微細なビーズを、配合ウェブ媒体の直径100mmのディスクの周囲に加えた。100mmディスクもう一枚を、直前の層の上面に(接着剤を用いて)直接積層した。この層化を、炭素を配合したウェブを7層、次にイオン交換を配合したウェブの対象層、次いで炭素を配合したウェブを更に3層で繰り返した。もう1つのプラスチックリングを、この媒体積層体の上面に接着結合させた。配合ウェブを用いた積層フィルターは、表9に従って組み立てた。
(Example 5)
The webs of Sample 20 of Example 1 (web blended with palm carbon) and 26 (web blended with cation exchange) were attached to the filter as follows. These test samples were made by adhesively bonding a 100 mm diameter disc of compound web media along the inner edge of an OD 100 mm plastic ring with an ID 94 mm opening. Fine beads of hot melt adhesive were added around a 100 mm diameter disk of formulated web media. Another 100 mm disc was directly laminated (using adhesive) on top of the previous layer. This layering was repeated with 7 layers of carbon-blended web, then the target layer of the web blended with ion exchange, and then 3 more layers of carbon-blended web. Another plastic ring was adhesively bonded to the top surface of the media laminate. A laminated filter using the formulated web was assembled according to Table 9.

Figure 0005805950
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(実施例6)
試験
実施例5のフィルターについて、TTHMの減少及び重力貫流速度を評価した。
(Example 6)
Testing The filter of Example 5 was evaluated for TTHM reduction and gravity flow rate.

NSF/ANSI 53 TTHM減少試験では、フィルターの全トリハロメタン又はTTHMの減少を、好適なNSF/ANSI一般試験水18.9リットル(5ガロン)をフィルターに流すことによって最初にフィルターをコンディショニングすることで評価した。フィルターは、クロロホルム流入試験水、450±90ppbを用いて重力流条件下で試験した。以下に記したデータは、ANSI 53標準に記載通りの注入装置条件(重力流)を利用して集めた。   In the NSF / ANSI 53 TTHM reduction test, the filter's total trihalomethane or TTHM reduction is assessed by first conditioning the filter by running 18.9 liters (5 gallons) of suitable NSF / ANSI general test water through the filter. did. Filters were tested under gravity flow conditions using chloroform inflow test water, 450 ± 90 ppb. The data described below was collected using injector conditions (gravity flow) as described in the ANSI 53 standard.

Figure 0005805950
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表10を参照すると、試料46及び47は、227リットル(60ガロン)及び265リットル(70ガロン)ではそれぞれ、許容されるクロロホルムの最大流出濃度80ppbに基づいてNSF 53 TTHM基準を満たしていた。TTHM除去に関するこれらの結果は、炭素基準の処理ガロン数/グラム数における重力濾過の改善を示している。比較例であるブリタ(Brita)OB01/OB03クラシック・スタイル・ピッチャー(Classic style pitcher)は、このテストでは、最小値303リットル(80ガロン)を満たすために約150グラムの活性媒体を必要とする。これは、活性媒体を68〜77グラムを有する試料46及び47とは対照的である。加えて、試料46及び47では、流量が、ブリタ(Brita)製品と比べて約4倍多かった。   Referring to Table 10, Samples 46 and 47 met NSF 53 TTHM standards at 227 liters (60 gallons) and 265 liters (70 gallons), respectively, based on an acceptable maximum effluent concentration of 80 ppb of chloroform. These results for TTHM removal show improved gravity filtration at carbon-based treated gallons / gram. The comparative example Brita OB01 / OB03 Classic style pitcher requires about 150 grams of active medium to meet a minimum value of 303 liters (80 gallons) in this test. This is in contrast to samples 46 and 47, which have 68-77 grams of active medium. In addition, Samples 46 and 47 had a flow rate that was about four times higher than the Brita product.

重力貫流速度では、溶液のそれぞれのリットル(ガロン)数が実施例5のフィルターを通過するのに要する時間増分を測定した。   For gravity flow rate, the time increment required for each liter (gallon) of solution to pass the filter of Example 5 was measured.

Figure 0005805950
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比較目的のために、ブリタ(Brita)OB01/OB03クラシック(Classic)は、1.9リットル(0.5ガロン)を通過させるのに通常15分を要すると報告されている。PURアルティメイト(PUR Ultimate)製のピッチャー・フィルターは、1.9〜2.3L(8〜10カップ)カラフを満たすために十分な水を濾過するのに約15分を要すると報告されている。   For comparison purposes, the Brita OB01 / OB03 Classic has been reported to normally take 15 minutes to pass 1.9 liters (0.5 gallons). PUR Ultimate pitcher filters have been reported to require about 15 minutes to filter enough water to fill a 1.9-2.3 L (8-10 cup) carafe.

(実施例7)
実施例1及び2の特定の試料を、次のようにしてフィルターに取り付けた。20.3cm×OD 2.9cm(8インチL×1.125インチ)×ID 1.8cm(0.7インチ)の寸法の炭素ブロックを、米国特許第7,112,272号(ヒュージ(Hughes)ら)に記載のプロセスを用いて作製した。ブロックの組成は、20%のアクアガード(Aquaguard)80×325活性炭と80%のポリエチレン結合剤であった。粒子配合されたウェブ材料を、得られた構造体のODが約7.6cm(3インチ)となるまで、炭素ブロックの周囲に巻いた。試験目的のために、20cm(8インチ)区分は最終長さ13cm(5インチ)に切断した。エンドキャップを、複合構造体の両端に接着結合させた。
(Example 7)
Specific samples of Examples 1 and 2 were attached to the filter as follows. A carbon block measuring 20.3 cm × OD 2.9 cm (8 inches L × 1.125 inches) × ID 1.8 cm (0.7 inches) is described in US Pat. No. 7,112,272 (Hughes). Et al.). The composition of the block was 20% Aquaguard 80 × 325 activated carbon and 80% polyethylene binder. The particle-blended web material was wrapped around a carbon block until the resulting structure had an OD of about 7.6 cm (3 inches). For testing purposes, a 20 cm (8 inch) section was cut to a final length of 13 cm (5 inch). End caps were adhesively bonded to both ends of the composite structure.

比較用製品は、「比較例5」と称し、70%の活性媒体と30%のポリマー結合剤を有している。エンドキャップを、炭素ブロックの両端に直接接着接合させた。   The comparative product is referred to as “Comparative Example 5” and has 70% active medium and 30% polymer binder. End caps were adhesively bonded directly to both ends of the carbon block.

(実施例8)
試験
実施例7に従って形成したフィルターについて、NSF/ANSI 42クロラミン減少試験に従ってクロラミンの減少を評価した。この標準による最大流出濃度は0.5ppmである。比較例5も同様に試験した。
(Example 8)
Testing Filters formed according to Example 7 were evaluated for chloramine reduction according to the NSF / ANSI 42 chloramine reduction test. The maximum effluent concentration according to this standard is 0.5 ppm. Comparative example 5 was also tested in the same manner.

Figure 0005805950
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表12を参照すると、試料42及び43はカレンダー加工されたものであって、比較例5に比べて2倍超の量の試験液体をフィルターに通過させる一方で、クロラミンを0.5ppm未満に留めることができた。   Referring to Table 12, samples 42 and 43 were calendered, allowing more than twice the amount of test liquid to pass through the filter compared to Comparative Example 5 while retaining chloramine below 0.5 ppm. I was able to.

(実施例9)
直接形成された円筒形フィルターを、メルトブローンウェブから形成した。商標名ビスタマックス(Vistamaxx)2125として販売されているメタロセン触媒化ポリプロピレン(エクソンモービル(ExxonMobil)から入手可能)を、2.5cm(10インチ)幅のドリル穴を有するダイ(DOD)から2.9kg/時(6.5ポンド/時)で押出した。融解温度は、全ての試料に対して約265℃であった。ダイとコレクターとの距離は、30.5cm(12インチ)であった。基本ウェブ試料(微粒子を配合していないもの)を回収して、この条件を立証するために特性評価した。基本ウェブの坪量は53gsmであった。厚さは0.355mm(0.014インチ)であった。5.4kPa(0.55mm HO)の圧力低下は、室温(約22℃)において周囲気圧1気圧で、気流に対して5.3cm/秒の一定の前面速度を用いて測定した。これらの条件は、C.N.デイビス(Davies, C. N.)の「空気によって運ばれる埃と粒子との分離(The Separation of Airborne Dust and Particles)」、機械技術者協会(Institution of Mechanical Engineers)、ロンドン議事録(London Proceedings)1B、1952年に記載の方法によれば、有効繊維直径(EFD)19マイクロメートルに相当する。
Example 9
A directly formed cylindrical filter was formed from the meltblown web. A metallocene catalyzed polypropylene sold under the trade name Vistamax 2125 (available from ExxonMobil) is 2.9 kg from a die with a 2.5 cm (10 inch) wide drill hole (DOD). / Hr (6.5 lb / hr). The melting temperature was about 265 ° C. for all samples. The distance between the die and the collector was 30.5 cm (12 inches). A basic web sample (without fine particles) was collected and characterized to verify this condition. The basic web had a basis weight of 53 gsm. Thickness was 0.355 mm (0.014 inch). The pressure drop of 5.4 kPa (0.55 mm H 2 O) was measured at ambient pressure of 1 atm at room temperature (about 22 ° C.) and a constant front speed of 5.3 cm / sec for the air stream. These conditions are C.I. N. Davis, CN, “The Separation of Airborne Dust and Particles”, Institution of Mechanical Engineers, London Proceedings 1B, 1952 According to the method described in the year, it corresponds to an effective fiber diameter (EFD) of 19 micrometers.

目標有効繊維直径を達成した後、微粒子を粒子ローダーホッパーに加えて、商標名パイカ(Pica)NC506として販売されているヤシ系活性炭60×140を約90重量%提供するようにフィードロール速度を調節した。粒子ローダーホッパーに向かう気圧を約17.2kPa(2.5psig)に設定して、ウェブ全体で均一な粒子分布をもたらした。   After achieving the target effective fiber diameter, fine particles are added to the particle loader hopper to adjust the feed roll speed to provide about 90% by weight of palm activated carbon 60 × 140 sold under the trade name Pica NC506. did. The air pressure toward the particle loader hopper was set to about 17.2 kPa (2.5 psig) to provide a uniform particle distribution throughout the web.

条件を変更した後、粒子配合されたメルトブローン又はブロー成形されたマイクロファイバー(BMF)フィラメントを、OD 3.7cm(1.45インチ)及び長さ35.2cm(13.9インチ)のおよその寸法を有する剛性チューブの上に回収した。チューブは、チューブ全体にわたって約0.38cm(0.15インチ)平方の開口部を有した。このチューブをシャフトに取り付け、シャフトに沿ってスライドする2つのゴム栓で所定の位置に留めた。このシャフトを様々な速度のハンマードリルのチャックに取り付けて、このドリルを、最大設定850rpmで操作した。スペーサー対をコレクター表面から10cm(4インチ)延ばして、ダイからマンドレルまでの再現可能な距離を提供させた。マンドレルシャフトは、試料を回収しているときに、(チューブのいずれかの末端部で)これらスペーサーに対して僅かに抵抗することができた。チューブとシャフトは、十分な回転速度に到達させてから、粒子配合されたメルトブローン又はブロー成形されたマイクロファイバー(BMF)フィラメント気流へ入れた。回収時間を変えて、チューブ上に回収された粒子配合フィラメントの重量を調節した。コアの重量は、完全な長さの試料で37gであった。それぞれのコアの重量を回収前後で測定して、マンドレルと粒子配合されたフィラメントの気流との接触に関する変動を明らかにした。   After changing the conditions, the particle-blended meltblown or blow-molded microfiber (BMF) filaments are approximately OD 3.7 cm (1.45 inches) long and 35.2 cm (13.9 inches) long. It was collected on a rigid tube with The tube had a 0.15 inch square opening throughout the tube. The tube was attached to the shaft and held in place with two rubber stoppers that slide along the shaft. The shaft was attached to the chuck of various speed hammer drills and the drill was operated at a maximum setting of 850 rpm. The spacer pair was extended 10 cm (4 inches) from the collector surface to provide a reproducible distance from the die to the mandrel. The mandrel shaft could resist slightly against these spacers (at either end of the tube) when collecting the sample. The tube and shaft were allowed to reach a sufficient rotational speed before being put into a particle blended meltblown or blow molded microfiber (BMF) filament stream. The collection time was changed to adjust the weight of the particle-containing filament collected on the tube. The core weight was 37 g for the full length sample. The weight of each core was measured before and after the recovery, and the fluctuations related to the contact between the mandrel and the airflow of the filament containing the particles were clarified.

Figure 0005805950
Figure 0005805950

(実施例10)
試験
実施例9に従って形成された一部のフィルターを、初期フラッシュ濁度、圧力低下、及び塩素減少を含む性能試験に従って評価した。
(Example 10)
Testing Some filters formed according to Example 9 were evaluated according to performance tests including initial flash turbidity, pressure drop, and chlorine reduction.

初期フラッシュ濁度について、試験は、実施例4に記載した通りに実行した。   For initial flash turbidity, the test was performed as described in Example 4.

Figure 0005805950
Figure 0005805950

試料49、51、52及び54の初期フラッシュ濁度は、表3に示した比較例1のそれよりも大きかったが、表3の比較例2よりは小さかった。初期フラッシュ濁度は、シリンダーのODが増大するにつれて改善された。いずれの場合も、濁度は、0.5NTU未満のレベルまで低下した。   The initial flash turbidity of Samples 49, 51, 52 and 54 was larger than that of Comparative Example 1 shown in Table 3, but smaller than Comparative Example 2 of Table 3. The initial flash turbidity improved as the cylinder OD increased. In either case, turbidity decreased to a level below 0.5 NTU.

絶対的な圧力低下に関し、試験は、実施例4に記載した通りに行った。配合していないシリンダーは「比較例6」である。   The test was performed as described in Example 4 for absolute pressure drop. The cylinder not blended is “Comparative Example 6”.

Figure 0005805950
Figure 0005805950

これらフィルターの絶対的な圧力低下は低く、かかるフィルターは、家庭全体の濾過用途に好都合であろう。   The absolute pressure drop of these filters is low and such filters would be advantageous for household filtration applications.

NSF/ANSI 42塩素減少試験に関し、試験は、実施例4に記載した通り行った。   For the NSF / ANSI 42 chlorine reduction test, the test was performed as described in Example 4.

Figure 0005805950
Figure 0005805950

表16を参照すると、全ての試料が、標準が要求している最小減少率50%に基づく試験において、少なくとも8.7kL(2300ガロン)に対して、許容できる塩素濃度を除去した。処理された水のリットル(ガロン)数は、活性媒体量の質量と直接関連していた。試料57は、最も優れた性能を示し、30.2kL(8000ガロン)後でも流入目標の>90%の減少であった。このことは意外にも、用いられた炭素の粒径と、構造体の低い圧力低下とに起因している。   Referring to Table 16, all samples removed acceptable chlorine concentrations for at least 8.7 kL (2300 gallons) in a test based on the 50% minimum reduction required by the standard. The number of liters (gallon) of water treated was directly related to the mass of active medium. Sample 57 showed the best performance, a reduction of> 90% of the inflow target even after 30.2 kL (8000 gallons). This is surprisingly due to the particle size of the carbon used and the low pressure drop of the structure.

本明細書全体を通して、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「1つ以上の実施形態」、若しくは「ある実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載した具体的な特徴、構造、材料、若しくは特性が本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを表している。それゆえに、本明細書全体を通して様々な箇所にある「1つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、又は「ある実施形態では」といった句の出現は、必ずしも本発明の同一の実施形態に言及しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、任意の好適な方法で1つ以上の実施形態に組み合わされてもよい。   Throughout this specification, references to “one embodiment,” “a particular embodiment,” “one or more embodiments,” or “an embodiment” are specific to the embodiment described in connection with the embodiment. It represents that a feature, structure, material, or characteristic is included in at least one embodiment of the invention. Thus, the appearance of phrases such as “in one or more embodiments”, “in a particular embodiment”, “in one embodiment”, or “in an embodiment” in various places throughout this specification is It does not necessarily refer to the same embodiment of the present invention. Furthermore, the particular features, structures, materials, or characteristics may be combined into one or more embodiments in any suitable manner.

本明細書では本発明を特定の実施形態を参照して記載してきたが、これら実施形態は、本発明の原理及び用途を単に例証しているものと理解すべきである。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明の方法及び装置に対して様々な修正及び変更が可能であることは、当業者には自明であろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内である修正及び変更を包含することを意図する。   Although the invention herein has been described with reference to particular embodiments, it is to be understood that these embodiments are merely illustrative of the principles and applications of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the method and apparatus of the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention is intended to embrace alterations and modifications that fall within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (4)

自己支持性のある不織布高分子メルトブロー繊維のウェブと、該ウェブの50〜97重量%の範囲の量で該ウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する、液体を処理するための多孔質物品であり、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品を備え
前記複数の吸着剤粒子は、メルトブローにおいて繊維が混合気流中の粒子と接触するときにメルトブロー繊維性マトリックス中に捕捉されたものであり、
該多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、
該第1表面と流体的に連通している入口と、
該第2表面と流体的に連通している出口とを更に備え、
前記ウェブのガーレー時間が、2秒未満である、フィルター要素。
Porous for treating a liquid having a web of self-supporting nonwoven polymeric meltblown fibers and a plurality of adsorbent particles trapped in the web in an amount ranging from 50 to 97% by weight of the web a quality article, comprising a porous article having a first surface and a second surface,
The plurality of adsorbent particles are those trapped in the meltblown fibrous matrix when the fibers contact the particles in the mixed air stream in meltblowing,
A liquid impervious housing surrounding the porous article;
An inlet in fluid communication with the first surface;
Further comprising an outlet in fluid communication with said second surface,
A filter element wherein the web has a Gurley time of less than 2 seconds.
流体供給源とフィルター要素とを備える、液体を処理するための流体濾過システムであって、該フィルター要素が、
自己支持性のある不織布高分子メルトブロー繊維のウェブと、該ウェブの50〜97重量%の範囲の量で該ウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有する多孔質物品であり、第1表面及び第2表面を有する多孔質物品を備え
前記複数の吸着剤粒子は、メルトブローにおいて繊維が混合気流中の粒子と接触するときにメルトブロー繊維性マトリックス中に捕捉されたものであり、
該フィルター要素が、
該多孔質物品を包囲する液体不浸透性ハウジングと、
該第1表面と流体的に連通している入口と、
該第2表面と流体的に連通している出口とを更に備え、
前記ウェブのガーレー時間が、2秒未満である、システム。
A fluid filtration system for processing liquid comprising a fluid source and a filter element, the filter element comprising:
A porous article having a self-supporting nonwoven polymeric meltblown fiber web and a plurality of adsorbent particles entrapped in the web in an amount ranging from 50 to 97% by weight of the web. comprising a porous article having a surface and a second surface,
The plurality of adsorbent particles are those trapped in the meltblown fibrous matrix when the fibers contact the particles in the mixed air stream in meltblowing,
The filter element is
A liquid impervious housing surrounding the porous article;
An inlet in fluid communication with the first surface;
Further comprising an outlet in fluid communication with said second surface,
The system, wherein the web has a Gurley time of less than 2 seconds.
炭素ブロック複合体であり、該ブロック複合体の10〜90重量%の範囲の量の活性化媒体及び10〜90重量%の範囲の量の結合剤を有する炭素ブロック複合体と、
該炭素ブロック複合体を包囲するウェブであり、自己支持性のある不織布ポリプロピレンメルトブロー繊維と、該ウェブの50〜97重量%の範囲の量で該ウェブ中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有するウェブとを備え、
前記複数の吸着剤粒子は、メルトブローにおいて繊維が混合気流中の粒子と接触するときにメルトブロー繊維性マトリックス中に捕捉されたものであり、
前記ウェブのガーレー時間が、2秒未満である、液体を処理するためのフィルター要素。
A carbon block composite having an activation medium in an amount ranging from 10 to 90% by weight of the block composite and an amount of binder in an amount ranging from 10 to 90% by weight;
A web surrounding the carbon block composite, comprising a self-supporting nonwoven polypropylene meltblown fiber, and a plurality of adsorbent particles trapped in the web in an amount ranging from 50 to 97% by weight of the web. And having a web having
The plurality of adsorbent particles are those trapped in the meltblown fibrous matrix when the fibers contact the particles in the mixed air stream in meltblowing,
A filter element for treating a liquid , wherein the web has a Gurley time of less than 2 seconds.
互いに添着した複数のディスクを有する、液体を処理するためのフィルター要素であって、該ディスクが、自己支持性のある不織布ポリプロピレンメルトブロー繊維と、該ウェブの50〜97重量%の範囲の量で該繊維中に捕捉された複数の吸着剤粒子とを有し、前記複数の吸着剤粒子は、メルトブローにおいて繊維が混合気流中の粒子と接触するときにメルトブロー繊維性マトリックス中に捕捉されたものであり、前記複数のディスクのガーレー時間が、2秒未満である、フィルター要素。 A filter element for treating a liquid having a plurality of disks attached to each other, wherein the disks are self-supporting nonwoven polypropylene meltblown fibers and in an amount ranging from 50 to 97% by weight of the web. A plurality of adsorbent particles trapped in the fibers, wherein the plurality of adsorbent particles are trapped in the meltblown fibrous matrix when the fibers contact the particles in the mixed air stream in meltblowing. The filter element , wherein the Gurley time of the plurality of discs is less than 2 seconds.
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