MXPA98005068A - Medios de filtro laminados - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un medio de filtro de laminado autosoportable que tiene una tela unida con hilado elevada con electreto y una tela de microfibra con electreto, en donde la tela unida con hilado tiene una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico.

Description

MEDIOS DE FILTRO LAMINADOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un medio de filtro. Más específicamente, la presente invención está relacionada con un medio de filtro para fluidos gaseosos.

Los medios de filtro que tienen poros de entrefibra grandes y, por tanto una permeabilidad alta típicamente contienen fibras gruesas empacadas en forma relativamente no densa. Tales medios de filtro requieren una presión de impulsión relativamente baja para proporcionar la tasa de producción de filtración adecuada y la vida de servicio extendida. Sin embargo, los medios de filtro altamente permeables, por ejemplo los filtros HVAC de fibras de vidrio residenciales, sólo proporcionan una eficiencia de filtración baja en el sentido de que las estructuras de poro de entrefibra grandes de los medios no tienen configuraciones intersticiales que sean adecuadas para atrapar las partículas de contaminante finas. Consecuentemente, los medios de filtro de fibra ásperos no se han usado en aplicaciones de filtración de partículas finas .

En contraste, las telas no tejidas de microfibras, tal como las telas de fibras sopladas con fusión, se han usado como medios de filtro de partículas finas. Las fibras finas densamente empacadas de estas telas proporcionan las estructuras de poro de entrefibras finas que son altamente adecuadas para atrapar o cribar mecánicamente las partículas finas. Sin embargo, la estructura de poro fino de las telas de fibras de soplado con fusión y otras telas de microfibras similares que tienen fibras finas empacadas densamente resultan en una baja permeabilidad, creando una caída de presión alta a través de las telas. Consecuentemente, la baja permeabilidad de los medios de filtro de fibra fina requiere una presión de impulsión alta para establecer una tasa de producción de filtración adecuada. Además, al acumularse los contaminantes sobre la superficie de los medios de filtro, los contaminantes rápidamente atascan los poros de entrefibra pequeños y reducen adicionalmente la permeabilidad de los medios, aumentando por tanto aún más la caída de presión a través de los medios y acortando rápidamente la vida de servicio.

Adicionalmente, los medios de filtro de tela de microfibra no tienden a tener una integridad física que se suficiente para ser autosoportables . Aún cuando la integridad física de los medios de filtro de microfibra puede mejorarse mediante el aumentar el peso base o el espesor de los mismos, el peso base aumentado o el espesor aumentado exacerba la caída de presión a través del medio de filtro. Como tal, los medios de filtro de tela de microfibra son laminados típicamente a una capa de soporte o se ajustan en un armazón rígido. Sin embargo, la capa de soporte convencional o el armazón rígido no contribuye típicamente al proceso de filtración y sólo aumenta el costo de producción de los medios de filtro.

Aún existe una necesidad de medios de filtro autosoportantes que proporcionen combinaciones de propiedades de filtro deseables, incluyendo una eficiencia de filtración superior, una permeabilidad superior, una caída de presión baja, una tasa de producción superior y una vida de servicio larga.

SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un medio de filtro laminado que tiene una tela unida por hilado elevada de electreto y una tela de microfibra con electreto, en donde la tela unida por hilado tiene una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico. La invención también proporciona un medio de filtro de laminado que contiene una tela unida por hilado elevada de electreto y una tela de fibra de soplado con fusión de electreto, en donde los filamentos conjugados tienen por lo menos un polímero de componente de poliolefina y las fibras de soplado con fusión tienen un componente de poliolefina. La tela unida por hilado elevada del medio de filtro contiene los filamentos unidos con hilado conjugados de multicomponente rizados, y la tela unida por hilado elevada tiene una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico. Adicionalmente se proporciona un proceso para filtrar un medio de gas con el medio de filtro laminado de la presente invención.

El medio de filtro de la invensión proporciona propiedades de filtro altamente ventajosas incluyendo una capacidad superior y una eficiencia de filtro superior o una vida de servicio prolongada, haciendo al medio de filtro altamente útil para, por ejemplo, varias aplicaciones de filtro de motor de combustión y HVAC.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO La Figura ilustra un proceso de electretización adecuado para las presentes capas de medios de filtro laminados .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se proporciona de acuerdo con la presente invención un medio de filtro laminado autosoportable teniendo una eficiencia de filtrado superior y una vida de servicio prolongada. El medio de filtro contiene por lo menos una capa de una tela no tejida unida por hilado elevada electretizada y por lo menos una capa de una tela de microfibra electretizada. El medio de filtro de laminado es altamente adecuado para aplicaciones de filtración gaseosa, por ejemplo, filtros HVAC.

La capa elevada está caracterizada porque contiene filamentos continuos rizados y porque los filamentos forman uniones de entre fibra distribuidas en forma esencialmente pareja a través de la tela de manera que la capa elevada tiene un volumen hueco de entrefibra grande y una densidad baja. Las uniones de entrefibra de la tela son formadas en donde los filamentos hacen contacto unos con otros, especialmente en los puntos de contacto de cruce. De acuerdo con la invención, la capa de tela unida por hilado elevada tiene una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico, deseablemente de entre alrededor de 0.015 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.075 g/centímetro cúbico y más deseablemente de entre alrededor de 0.02 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.05 g/centímetro cúbico. Además, la capa elevada, la cual tiene un volumen hueco de entre fibra grande, deseablemente tiene una permeabilidad Frazier de por lo menos de alrededor de 100 pies cúbicos/minuto/pie cuadrado (cfm/sf) , deseablemente de entre alrededor de 100 cfm/sf y alrededor de 2,500 cfm/sf, más deseablemente de entre alrededor de 150 cfm/sf y alrededor de 2,000 cfm/sf, como se midió de acuerdo con el método de prueba federal 5450, estándar número 191A. Se cree que la estructura porosa y de baja densidad de la capa elevada proporciona numerosas trayectorias pero que son tortuosas para el gas para desplazarse a través de las mismas, y, por tanto, proporciona medios altamente adecuados para atrapar electrostáticamente y mecánicamente particulados de contaminantes, proporcionando por tanto una eficiencia de filtro alta sin una caída de presión alta a través del medio de filtro. Además, las uniones de entrefibras distribuidas parejamente de la capa elevada imparten una alta integridad física y una resistencia en la capa, haciendo por tanto a la capa elevada y a los medios de filtro de laminado conteniendo a la capa elevada autosoportantes .

Las telas no tejidas elevadas deseables adecuadas para la capa elevada incluyen las telas no tejidas que contienen filamentos unidos por hilado conjugados de multicomponentes rizados, por ejemplo, las telas unidas por hilado conjugadas de multicomponentes rizadas. El término "filamentos conjugados de multicomponentes" como se usa aquí indica filamentos que contienen por lo menos dos polímeros de componente diferentes que están arreglados para ocupar distintas secciones a través de la sección transversal de cada uno de los filamentos a lo largo de la longitud esencialmente completa o completa de la misma. El término "filamentos unidos por hilado" como se usa aquí implica filamentos de diámetro pequeño que son conformados mediante el extruir uno o más polímeros termoplásticos derretidos como filamentos de una pluralidad de vasos capilares de un órgano hilandero. Los filamentos extruidos son enfriados mientras que están siendo jalados mediante un mecanismo de jalado eductivo u otro muy conocido para formar los filamentos unidos por hilado. Dichos filamentos unidos por hilado jalados son entonces depositados y se colocan sobre una superficie formadora en una manera al azar para formar una tela de fibras uniforme y enredada en forma suelta. La tela de fibras colocada es entonces sometida a un proceso de unión para impartirle integridad física y estabilidad dimensional. Típicamente, los filamentos unidos por hilado tienen un diámetro promedio de por lo menos de alrededor de 10 µm. Los procesos de ejemplo para producir las telas no tejidas unidas por hilado están descritas, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos de Norteamérica número 4.340.563 otorgada a Appel y otros, 3.802.817 otorgada a Matsuki y otros, 3.855.046 otorgada a Hansen y otros y 3.692.618 otorgada a Dorschner y otros.

De acuerdo con la presente invención, los filamentos conjugados de la capa levantada contienen por lo menos dos polímeros de componente teniendo diferentes puntos de derretido, y el polímero de componente de derretido más bajo forma por lo menos una parte de la superficie periférica de cada uno de los filamentos. Los polímeros de componente deseablemente son seleccionados para tener una diferencia de punto de derretido entre el polímero de componente de derretido superior y el polímero de componente de derretido más bajo de por lo menos de alrededor de 5 grados centígrados, más deseablemente de por lo menos de alrededor de 10 grados centígrados, más deseablemente de por lo menos de alrededor de 30 grados centígrados, de manera que el polímero de derretido más bajo puede ser derretido o hacerse pegajoso sin derretir los polímeros de componente de derretido superior de los filamentos. La diferencia en el punto de derretido es usada ventajosamente para unir las telas no tejidas conteniendo los filamentos conjugados. Cuando una tela no tejida que contiene los filamentos conjugados se calienta a una temperatura igual a o superior a la del punto de derretido del polímero de componente de derretido más bajo, pero abajo del punto de derretido del polímero de componente de derretido superior, las partes periféricas derretidas de los filamentos forman uniones de eñtrefibra, especialmente en los puntos de contacto de cruce, a través de la tela mientras que las partes de polímero de derretido superior de los filamentos mantienen la integridad física y dimensional de la tela.

Los filamentos conjugados de multicomponente adecuados para la capa elevada son rizados para formar una tela no tejida elevada. Los filamentos adecuados para el presente medio de filtro tiene por lo menos dos rizados por 2.54 centímetros extendidos, deseablemente de alrededor de 2 y alrededor de 50 rizados por pulgada extendida, más deseablemente de entre alrededor de 3 y alrededor de 30 rizados por pulgada extendida, como se mide de acuerdo con la norma ASTM D-3937-82. Los filamentos pueden ser rizados antes o después de que dichos filamentos se depositen para formar una tela no tejida. Sin embargo, como una modalidad específica de la presente invención, es altamente deseable el rizar los filamentos antes de que estos se depositen para formar una tela no tejida a fin de asegurar la estabilidad dimensional y la uniformidad de la tela. Esto es debido a que los filamentos inevitablemente cambian sus dimensiones cuando los rizados se imparten ahí, y es altamente impráctico el controlar el movimiento de los filamentos de rizado para protegerse en contra de los cambios dimensionales y de uniformidad en la tela, los cuales inevitablemente acompañan al proceso de rizado.

Un proceso particularmente adecuado para producir las telas unidas con hilado de multicomponente rizadas útiles para la presente capa elevada se describe en la patente de los Estados Unidos de Norteamérica número 5.382.400 otorgada a Pike y otros, cuya patente en su totalidad se incorpora aquí por referencia. Brevemente, un proceso particularmente deseable para producir una tela unida por hilado conjugada de multicomponentes incluye los pasos de hilar el derretido de filamentos conjugados de multicomponentes continuos, enfriando por lo menos parcialmente los filamentos de multicomponentes de manera que los filamentos tengan una rizabilidad latente, jalar los filamentos y activar el rizado latente mediante el aplicar aire de jalado calentado, y entonces depositar los filamentos jalados y rizados sobre una superficie formadora para formar una tela no tejida. En general, una temperatura de jalado de aire superior resulta en un número superior de rizados, siempre que la temperatura no sea tan alta como para calentar los filamentos a una temperatura arriba del punto de derretido del polímero de componente de derretido más bajo de los filamentos. De acuerdo con este proceso, los filamentos conjugados de multicomponentes tienen una configuración de filamento conjugado que es dócil para los procesos de rizado térmico. Por ejemplo, un filamento conjugado teniendo dos polímeros de componente (filamentos de bicomponente) puede tener una configuración en sección transversal de vaina/núcleo excéntrica o de lado por lado.

La tela no tejida formada de los filamentos conjugados unidos por hilado se une subsecuentemente usando cualesquier medios de unión efectivos que calientan la tela a una temperatura suficientemente alta para derretir el polímero de componente de derretido más bajo pero abajo del punto de derretido de los polímeros de componente estructurales de derretido superior de la tela, haciendo por tanto que los filamentos formen uniones de entrefibra, especialmente en los puntos de contacto de cruce, a través de la tela. Por ejemplo, el proceso de unión a través de aire, de unión de horno, o los procesos de unión infrarrojos que efectúan uniones de entrefibras sin aplicar una presión compactante significante pueden usarse. De estos es particularmente adecuado un proceso de unión a través de aire el cual efectúa las uniones de entrefibra mediante el calentar completamente y parejamente la tela con un flujo penetrante de aire calentado y forzado.

Los filamentos conjugados de la capa elevada son producidos mediante una amplia variedad de polímeros termoplásticos que son conocidos porque forman fibras. Deseablemente, los polímeros termoplásticos tienen una densidad mayor de alrededor de 1013 ohms-cm, más deseablemente mayor de alrededor de 1014 ohms-cm, como se mide de acuerdo con la norma ASTM 257-61. Como se indicó arriba, los filamentos conjugados contienen por lo menos dos polímeros de componente teniendo diferentes puntos de derretido. De acuerdo con la presente invención, por lo menos uno de los polímeros de componente es seleccionado de los polímeros que son electretizables y forman un electreto altamente durable. Los polímeros electretizables particularmente adecuados incluyen las poliolefinas. Los ejemplos de las poliolefinas adecuadas incluyen polietileno, por ejemplo, polietileno de alta densidad, polietileno de baja densidad y polietileno de baja densidad lineal; polipropileno, por ejemplo, polipropileno isotáctico, polipropileno sindiotáctico, y mezclas de polipropileno isotáctico y de polipropileno atáctico; el polibutileno, por ejemplo poli(l-buteno) y poli (2 -buteno) ; polipenteno, por ejemplo poli(l-penteno) , poli (2-penteno) , poli (3-metilo-l-penteno) y poli (4-metilo-1-penteno) ; copolímeros de los mismos, por ejemplo copolímeros de etileno-propileno; y mezclas de los mismos. Los polímeros adecuados para los otros polímeros de componente de los filamentos conjugados incluyen las poliolefinas arriba ilustradas; las poliamidas, por ejemplo, nilón 6, nilón 6/6, nilón 10, nilón 12 y similares; poliésteres, por ejemplo tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno y similares; policarbonatos; poliéstirenos ; elastómeros termoplásticos, por ejemplo, hules de etileno-propileno, copolímeros de bloque estirénicos, copoliéster elastómeros y elastómeros de poliamida y similares; fluoropolímeros, por ejemplo, politetrafluoroetileno y politrif luoroetileno; polímeros de vinilo, por ejemplo cloruro de polivinilo; poliuretanos; y mezclas y copolímeros de los mismos.

De acuerdo con la presente invención los filamentos conjugados particularmente adecuados son filamentos de bicomponente, y los pares particularmente deseados de los polímeros de componente incluyen poliolef ina-poliamida, por ejemplo polietileno-nilón 6, polietileno-nilón 6/6, polipropileno-nilón 6, polipropileno-nilón 6/6, copolímero de polietileno-a de nilón 6 y de nilón 6/6, y copolímero de polipropileno-a de nilón 6 y de nilón 6/6; poliolef ina-poliéster, por ejemplo tereftalato de polietileno-polietileno, tereftalato de polipropileno-polietileno, tereftalato de polietileno-polibutileno, y tereftalato de polipropileno-polibutileno; y poliolefina-poliolef ina, por ejemplo, polietileno y polipropileno y polietileno-polibutileno. De estos pares, más particularmente deseables son los pares de poliolef ina-poliolef ina, por ejemplo, polipropileno isotáctico, polietileno de baja densidad lineal, polipropileno isotáctico-polietileno de alta densidad y polipropileno isotáctico-copolímero de etileno-propileno.

De acuerdo con la presente invención, el medio de filtro de laminado tiene por lo menos una capa de tela de microfibra en adición a la capa elevada. Deseablemente, el peso base de la capa de tela de microfibra del medio de filtro de laminado es de entre alrededor de 7 g/metro cuadrado (gsm) y alrededor de 100 gsm, más deseablemente de entre alrededor de 10 gsm y alrededor de 70 gsm. La capa de tela de microfibra del medio de filtro se caracteriza porque contiene microfibras distribuidas en forma relativamente estrecha. Las telas no tejidas particularmente deseables para la capa de tela de microfibra de la presente invención son las telas de fibras sopladas con fusión. El término "fibras sopladas con fusión" se usa aquí para indicar fibras formadas mediante la extrusión de un polímero termoplástico derretido a través de una pluralidad de vasos capilares, usualmente circulares y finos como hilos o filamentos derretidos adentro de una corriente de gas a alta velocidad la cual atenúa los filamentos del polímero termoplástico derretido para reducir sus diámetros. Como se conoce en el arte, la tasa de flujo y la presión de la corriente de gas atenuante puede ajustarse para formar filamentos soplados con fusión continuos o fibras discontinuas. Las fibras portadas por aire formadas, las cuales no están completamente enfriadas, son llevadas por la corriente de gas a alta velocidad y se depositan sobre una superficie recolectora para formar una tela de fibras de soplado con fusión unidas autógenamente y dispersadas al azar. Un proceso de ejemplo para producir una tela de fibras de soplado con fusión está descrito en la patente de los Estados Unidos de Norteamérica número 3.849.241 otorgada a Butin y otros. En general, las microfibras, especialmente las microfibras de soplado con fusión, tienen un diámetro de fibra promedio de hasta alrededor de 10 µm. Deseablemente, las microfibras adecuadas para la capa de microfibras tiene un diámetro de fibra promedio de entre alrededor de 1.5 um y alrededor de 8 µm, más deseablemente de alrededor de 2 µm y alrededor de 6 µm.

La capa de microfibra del medio de filtro de laminado puede producirse de una amplia variedad de polímeros termoplásticos que son electretizables y forman un electreto altamente durable. Los polímeros electretizables particularmente adecuados incluyen poliolefinas, tal como las poliolefinas ilustradas arriba en conjunción con los filamentos de conjugados.

De acuerdo con la presente invención, ambas la capa elevada y la capa de tela de microfibras están electretizadas. El proceso de tratamiento de electreto adecuado para la presente invención se conoce en el arte. Estos métodos incluyen los métodos de descarga corona y de rayo electrónico, de contacto de plasma, térmico, y los procesos de electretización pueden aplicarse durante la fase de hilado de la fibra del proceso de formación de tela no tejida o después de que la tel no tejida se ha formado completamente. Por ejemplo, la patente de los Estados Unidos de Norteamérica número 4.215.682 otorgada a Kubik y otros describe un proceso de electretización para fibras sopladas con fusión que imparte una carga electrostática permanente durante el proceso de hilado de la fibra, y las patentes de los Estados Unidos de Norteamérica números 4.375.718 otorgada a Wadsworth y otros y 5.401.446 otorgada a Tsai y otros describen procesos de electretización para telas no tejidas completamente formadas.

Las capas individuales de los medios de filtro laminados o los medios de filtro pueden electretizarse convenientemente mediante el someter secuencialmente la tela a una serie de campos eléctricos de manera que los campos eléctricos adyacentes tengan polaridades esencialmente opuestas con respecto unos a otros. Por ejemplo, un lado de la tela es sometido inicialmente a una carga positiva mientras que el otro lado es sometido a una carga negativa, y después el primer lado de la tela se somete a una carga negativa y el otro lado de la tela se somete a una carga positiva, impartiendo cargas electrostáticas permanentes en la tela. Un aparato adecuado para electretizar la tela no tejida se ilustra en la Figura. Un aparato electretizador 10 recibe una tela no tejida 12 teniendo un primer lado 14 y un segundo lado 15. El tejido 12 pasa adentro del aparato 10 con el segundo lado 15 en contacto con el rodillo de guía 16. Cuando el primer lado 14 de la tela se pone en contacto con un primer tambor de carga 18 el cual gira con la tela 12 y trae la tela 12 a una posición entre el primer tambor de carga 18 teniendo un potencial eléctrico negativo y un primer electrodo de carga 20 teniendo un potencial eléctrico positivo. Al pasar la tela 12 entre el electrodo de carga 20 y el tambor de carga 18, se desarrollaron las cargas electrostáticas en la tela 12. Una carga positiva relativa se desarrolló en el primer lado y una carga negativa se desarrolló en el segundo lado. La tela 12 entonces se pasó entre un segundo tambor cargado negativamente 22 y un segundo electrodo cargado negativamente 24, revirtiendo las polaridades de la carga electrostática previamente impartida en la tela e impartiendo permanentemente la carga electrostática recientemente desarrollada en la tela. La tela electretizada 25 es entonces pasada a otro rodillo de guía 26 y se remueve del aparato electretizante 10. Se nota que para propósitos de discusión, los tambores de carga son ilustrados para tener potenciales eléctricos negativos y los electrodos de carga están ilustrados para tener potenciales eléctricos positivos. Sin embargo, las polaridades de los tambores y los electrodos pueden invertirse y el potencial negativo puede reemplazarse con la tierra. De acuerdo con la presente invención, los potenciales de carga útiles para procesos de electretización pueden variar con la geometría de campo de los procesos de electretización. Por ejemplo, los campos eléctricos para los procesos de electretización arriba descritos pueden efectivamente ser operados entre alrededor de 1 KV de corriente directa/centímetro y de entre alrededor de 30 KV de corriente directa/centímetro, deseablemente de entre alrededor de 4 KV de corriente directa/centímetro y alrededor de 20 KV de corriente directa/centímetro, cuando la separación entre el tambor y los electrodos es de entre alrededor de 1.2 centímetros y alrededor de 5 centímetros. El proceso de electretización adecuado arriba descrito está además descrito en la patente arriba mencionada de los Estados Unidos de Norteamérica número 5.401.446 la cual se incorpora aquí en su totalidad por referencia.

Las capas de los medios de filtro laminados de la presente invención pueden unirse por varios medios que yuxtaponen íntimamente las capas juntas. Por ejemplo, las capas pueden unirse para tener puntos o regiones de unión distribuidos uniformemente. Los medios de unión útiles para la presente invención incluyen la unión de adhesivo, por ejemplo la unión de impresión; la unión térmica, por ejemplo la unión de punto; y los procesos de unión ultrasónicos, siempre que el proceso de unión seleccionado no altere, por ejemplo, disminuya la permeabilidad o la porosidad de las capas de tela o la entrecara de las capas a un grado que haga al laminado indeseable para su uso intentado. Alternativamente, las capas pueden ser unidas sólo en los bordes periféricos de los medios, descansando sobre la caída de presión a través de los medios durante el uso para formar los laminados yuxtapuestos. Como aún otra alternativa, las capas pueden ser formadas secuencialmente sobre una superficie formadora. Por ejemplo, una capa unida por hilado elevada es formada sobre una superficie formadora, y después la capa elevada se lleva sobre un aparato de formación de tela de soplado con derretido y una capa de tela de fibra de soplado con fusión se forma directamente sobre la capa elevada, formando por tanto un medio de filtro laminado sujeto firmemente.

El peso base del medio de filtro laminado puede variar ampliamente. Sin embargo, los medios de filtro adecuados particularmente tienen un peso base de desde alrededor de 10 gsm a alrededor de 500 gsm, más particularmente de desde alrededor de 14 gsm a alrededor de 450 gsm, y más particularmente de desde alrededor de 15 gsm a alrededor de 340 gsm. De acuerdo con la invención, el medio de filtro contiene entre alrededor de 5 por ciento por peso y 95 por ciento por peso de la capa elevada y entre alrededor de 95 por ciento por peso t 5 por ciento por peso de la capa de tela de microfibra, basado sobre el peso total del medio de filtro. Deseablemente, el medio de filtro contiene entre alrededor de 50 por ciento por peso y 94 por ciento por peso de la capa elevada y entre alrededor de 60 por ciento por peso y 6 por ciento por peso de la capa de tela de microfibra.

El medio de filtro laminado de la presente invención proporciona una eficiencia de filtro superior y una vida de servicio larga. Sorprendentemente, se ha encontrado que la capa elevada y la capa de tela de microfibra del medio de filtro del laminado mejoran sinergísticamente en la eficiencia de filtro mientras que mantienen esencialmente la vida de servicio prolongada de la capa elevada. Los medios de filtro son altamente adecuados para los filtros HVAC, para los filtros de motores de combustión y similares que requieren una tasa de producción de filtración alta y una caída de presión relativamente baja a través del medio de filtro.

Los siguientes ejemplos se proporcionan aquí como ilustración de la invención, y el alcance de la presente invención no está limitado a estos.

E J E M P O S Procedimientos de Prueba Usados : Prueba de Eficiencia de Filtro NaCl; Este método de prueba determina la retención de filtro de las partículas de fluoruro de sodio en un aparato que envía un flujo de partículas de aerosol de NaCl suspendidas en aire a una tasa de 5 pies/minuto adentro de un medio de filtro de 0.5 pies cuadrados. Las partículas de NaCl se generaron en un aerosol de desde una solución de 1 por ciento de NaCl mediante un atomizador de tipo de boquilla Laskin y el rango de tamaño de partícula fue de entre aproximadamente 0.1 µm y 3 µm. La eficiencia del medio de filtro se determinó mediante el medir la distribución del tamaño de partícula y el número de partículas en posiciones hacia arriba y hacia abajo del medio de prueba de filtro. La eficiencia se definió como 100 * (1- (cuentas de partícula hacia abajo/cuentas de partícula hacia arriba) ) . Los tamaños de partícula y las cuentas se midieron usando un contador y sensor de partículas automático, HIAC/ROYCO modelo 5109/1230, los cuales están disponibles de Pacific Scientific Company de Silver Spring, MD.

Caída de Presión de Filtro; Un medio de filtro fresco se colocó en el aparato de prueba de eficiencia de filtro NaCl, y se midió la caída de presión a través del medio de filtro en mm de agua. La caída de presión medida es la diferencia de presión entre la corriente de influente y la corriente de fluente a través del medio de filtro.

Prueba de Eficiencia de Filtro ASHRAE 52.1; Esta prueba mide la eficiencia de un medio de filtro con un polvo ASHRAE estandarizado. El procedimiento de prueba fue similar a la prueba NaCl, excepto porque las partículas de polvo de prueba fueron inyectadas adentro de una corriente de aire y se usó el contador de partículas automático HIAC/ROYCO modelo 8000. El polvo ASHRAE contuvo 72 por ciento de finos AC estándar, 23 por ciento de polvo de negro de humo y 5 por ciento de hilas de algodón. La prueba ASHRAE se llevó a cabo sobre un medio de filtro de 0.093 metros cuadrados a una tasa de flujo de aire superior a la de la prueba NaCl, y la tasa de flujo de aire usada fue de 25 pies/minuto.

Permeabilidad Frazier; La permeabilidad Frazier, la cual expresó la permeabilidad de una tela en términos de pies cúbicos por minuto de aire por pie cuadrado de medio a una caída de presión de 1.27 centímetros de agua, se determinó utilizando un probador de permeabilidad de aire Frazier disponible de Frazier Precisión Instrument Company y se midió de acuerdo con el método de prueba federal 5450, estándar número 191A.

Densidad; La densidad de cada medio de filtro se calculó desde el peso base y el calibre, el cual se midió a 3.5 g/centímetro cuadrado con un probador de volumen tipo Starret.

E J E M P L O 1 (Ex 1) Se produjo una tela unida por hilado unida a través de aire de baja densidad conteniendo filamentos conjugados de bicomponente de acuerdo con el procedimiento delineado en la patente de los Estados Unidos de Norteamérica antes mencionada número 5.382.400. La tela unida por hilado de bicomponente contuvo filamentos unidos por hilado conjugados de polipropileño-polietileno de baja densidad lineal y tuvo un peso base de 102 gsm y una densidad de 0.039 g/centímetro cúbico. El polietileno de baja densidad lineal, ASPUN 6811A, el cual está disponible de Dow Chemical, se mezcló con 2 por ciento por peso de un concentrado de Ti02 conteniendo 50 por ciento por peso de Ti02 y 50 por ciento por peso de un polipropileno, y la mezcla se alimentó adentro de un primer extrusor de tornillo único. El polipropileno, PD3443, el cual está disponible de Exxon, se mezcló con 2 por ciento por peso del concentrado Ti02 descrito arriba y la mezcla se alimentó adentro de un segundo extrusor de tornillo único. Los polímeros extruidos fueron hilados adentro de fibras de bicomponente redondas teniendo una configuración de lado por lado y una proporción por peso de 1:1 de los dos polímeros usando una matriz de hilado de bicomponente, la cual tuvo un diámetro de orificio de hilado de 0.6 milímetros y una proporción de L/D de 6:1. Las temperaturas de los polímeros de derretido alimentados adentro de la matriz de hilado se mantuvieron a 450 grados F, y la tasa de producción de orificio de hilado fue de 0.5 gramos/orificio/minuto. Las fibras de bicomponente saliendo de la matriz de hilado se enfriaron por un flujo de aire teniendo una tasa de flujo de 0.5 metros cúbicos/minuto/metro cuadrado (45 SCFM/pulgada) ancho de órgano hilandero y una temperatura de 18 grados centígrados. El aspirador fue equipado con una fuente de aire de aspiración de temperatura controlada, y la temperatura del aire alimentado se mantuvo a alrededor de 177 grados centígrados. Las fibras para cada espécimen de prueba entrando en el aspirador se jalaron con el aire de suministro calentado a una tasa de flujo de 19 pies cúbicos/minuto/ancho de pulgada. La medición de peso-por-unidad-longitud de las fibras jaladas fue de alrededor de 3 deniers por filamento (3.3 decitex). Las fibras jaladas fueron entonces depositadas sobre una superficie formadora foraminosa con la ayuda de un flujo de vacío para formar una tela de fibra unida por hilado. La tela de fibra unida por hilado se unió mediante el pasar la tela sobre una superficie de soporte foraminoso a través de un unidor a través de aire entonces se aplicó un flujo de aire calentado a una temperatura de 133 grados centígrados y a una velocidad de 30.5 m/min. El tiempo de permanencia para cada espécimen de tela en el unidor fue de alrededor de 2-4 segundos. Las telas no tejidas unidas se cargaron mediante el pasar la tela a una velocidad de 100 pies/minuto a través de un aparato electretizante que contuvo dos secciones. La primera sección del aparato electretizante tuvo un electrodo de alambre, el cual se colocó arriba de la tela y tuvo un potencial positivo de alrededor de 16 KV, y un rodillo, el cual se colocó abajo de la tela y se puso a tierra; y la segunda sección tuvo un rodillo cargante, el cual se colocó arriba de la tela y tuvo un potencial negativo de alrededor de 7.5 KV, y un electrodo de alambre, el cual se colocó abajo de la tela y tuvo un potencial positivo de alrededor de 25 KV. La separación entre el electrodo cargante y el rodillo se mantuvo a alrededor de 2.54 centímetros.

Se produjo una tela de soplado con fusión de polipropileno de 10 gsm de acuerdo con el proceso descrito en la patente de los Estados Unidos de Norteamérica número 3.978.185 otorgada a Butin y otros. El polipropileno HH441 de Himont. La tela soplada con fusión se electretizó de acuerdo con el proceso arriba descrito.

Una capa de una tela unida por hilado elevada electretizada y una capa de la tela de soplado con fusión electretizada cortada a rectángulos de 28 centímetros por 36 centímetros. Las dos capas se colocaron en el aparato de prueba de eficiencia de filtro NaCl, colocando la capa elevada hacia el lado influente. El medio de filtro de laminado se probó respecto de varias propiedades de filtro. Los resultados están mostrados en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 1 (Cl) El tejido unido por hilado electretizado elevado del Ejemplo 1 se probó respecto de sus propiedades de filtro. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 2 (C2) La tela de soplado con fusión electretizada del Ejemplo 1 se probó respecto de sus propiedades de filtro. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 3 (C3) Se preparó una tela de soplado con fusión de 20 gsm de acuerdo con el proceso descrito en la patente de los Estados Unidos de Norteamérica número 3.978.185 otorgada a Butin y otros, y el polímero usado fue polipropileno PS015 de Himont. La tela se electretizó mediante el seguir el proceso de electretización delineado en el Ejemplo 1. La tela de soplado con fusión electretizada se probó respecto de sus propiedades de filtro. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

B Como puede verse de los resultados de eficiencia de filtro del Ejemplo 1 y de los Ejemplos comparativos 1-3 la combinación de la capa elevada Cl, y de la capa de microfibra C2, mejora sinergísticamente la eficiencia de filtro sin aumentar indebidamente la caída de presión de filtro. Además, de la eficiencia de filtro, los datos de caída de presión y de permeabilidad Frazier del Ejemplo 1 y del Ejemplo comparativo 3 demuestran claramente que los medios de filtro laminados de la presente invención sólo tienen una eficiencia de filtro mejorado significativamente sobre los medios de filtro de tela de microfibras sino que no requieren la presión de impulsión alta de los medios de filtro de tela de microfibra.

E J E M P L O 2 (Ex 2) Se preparó un medio de filtro de laminado de tres capas. El medio de filtro tuvo una capa de una tela unida por hilado de 17 gsm de unida de punto, una capa media de una tela de soplado con fusión de 54 gsm y una capa de tela unida por hilado elevada de 102 gsm. La tela unida por hilado unida de punto se preparó de acuerdo con la patente de los Estados Unidos de Norteamérica número 3.855.046 otorgada a Hansen y otros usando el polipropileno PD3443, y la tela fue unida con patrón con un patrón de diamante de 225 uniones por pulgada cuadrada (35 uniones/centímetro cuadrado) cubriendo alrededor de 25 por ciento del área de superficie. La tela soplada con fusión y la tela unida por hilado de filamento conjugado elevada se prepararon de acuerdo con el proceso descrito en el Ejemplo 1. La capa unida por hilado elevada y la capa de soplado con fusión fueron electretizadas de acuerdo con el procedimiento delineado en el Ejemplo 1. Después las tres capas se cortaron en rectángulos de 28 centímetros por 36 centímetros. Después las tres capas se colocaron en una forma de laminado, y el borde periférico completo de laminado se unió térmicamente .

El medio de filtro se probó respecto de varias propiedades de filtro incluyendo su capacidad de filtro y la eficiencia. La capacidad de filtro, la cual corresponde a la vida de servicio del filtro, se probó usando una colocación de prueba de eficiencia de filtro ASHRAE. La prueba de eficiencia se corrió hasta que la caída de presión a través del medio alcanzó 2.54 centímetros de H20. El medio de filtro se removió del aparato y la ganancia de peso se midió. La ganancia de peso indica la capacidad de filtro del medio.

Ejemplo Comparativo 4 (C4) Se preparó un medio de filtro laminado de tres capas como en el Ejemplo 2 excepto porque la tela unida por hilado elevada se reemplazó con una tela no tejida colocada por aire de 92 gsm. La tela no tejida colocada por aire se obtuvo mediante el deslaminar la capa de tela no tejida colocada por aire de un filtro HVAC industrial el cual está disponible de Hollings and Bose. La tela no tejida colocada por aire no fue un tejido de electreto.

Las pruebas de propiedad de filtro se llevaron a cabo de acuerdo con el Ejemplo 2. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo Comparativo 5 (C5) La capa de soplado con fusión electretizada del Ejemplo 2 se probó respecto de sus propiedades de filtro. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo Comparativo 6 (C6) La capa unida por hilado elevada electretizada del Ejemplo 2 se probó respecto de sus propiedades de filtro. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Ejemplo Comparativo 7 (C7) La capa no tejida colocada por aire del Ejemplo comparativo 4 se probó respecto de sus propiedades de filtro. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

A pesar del hecho de que el medio de filtro laminado del Ejemplo 2 y el Ejemplo Comparativo 4 tienen propiedades físicas similares, por ejemplo, un peso base similar, permeabilidad, porosidad y construcción similares, el medio de filtro de la presente invención exhibió una capacidad de filtro y eficiencia de filtro altamente superiores sobre el medio de filtro del Ejemplo Comparativo 4. La única diferencia entre los dos medios de filtro del Ejemplo 2 y del Ejemplo Comparativo 4 fue de que el medio de filtro del Ejemplo 2 contuvo una capa unida por hilado elevada electretizada de la presente invención mientras que el Ejemplo Comparativo 4 contuvo una capa de tela colocada por aire sin electreto. Este resultado demuestra claramente que la capa de tela unida por hilado elevada de electreto de la presente invención en combinación con la capa de tela de microfibra de electreto mejora sinergísticamente la eficiencia de filtro del medio de filtro laminado.

Claims (20)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un medio de filtro de laminado que comprende una tela unida con hilado elevada con electreto y una tela de microfibra con electreto, dicha tela unida por hilado tiene una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico en donde el medio de filtro es autosoportante .

2. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque dicha tela unida por hilado elevada comprende filamentos unidos por hilado de multicomponentes rizados.

3. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 2 caracterizado porque dichos filamentos unidos por hilado de multicomponentes son filamentos unidos por hilado de bicomponente.

4. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 3 caracterizado porque dichos filamentos unidos por hilado de bicomponente comprenden un componente de poliolefina.

5. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 4 caracterizado porque dichos filamentos unidos por hilado de bicomponente comprenden polietileno y polipropileno, y dichos filamentos tienen una configuración de vaina/núcleo excéntrica o de lado por lado.

6. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 2 caracterizado porque dicha tela de microfibra es una tela de fibra soplada con fusión que comprende un componente de poliolefina.

7. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 6 caracterizado porque dichos filamentos unidos por hilado de multicomponentes rizados tienen entre alrededor de 2 y alrededor de 50 rizados por pulgada extendida, como se mide de acuerdo con la norma ASTM D-3937-82.

8. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 6 caracterizado porque dicho medio de filtro tiene un peso base de entre alrededor de 10 gsm y alrededor de 500 gsm.

9. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 8 caracterizado porque dicha tela de fibra de soplado con fusión comprende entre alrededor de 5 por ciento por peso y alrededor de 95 por ciento por peso de dicho medio de filtro, basado sobre el peso total de dicho medio.

10. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 9 caracterizado porque dichos filamentos unidos por hilado de multicomponentes son filamentos de bicomponente de lado por lado que comprenden polietileno y polipropileno de baja densidad lineal, y dicha tela de fibra de soplado con fusión comprende polipropileno.

11. Un medio de filtro de laminado que comprende : a) una tela unida por hilado elevada con electreto, dicha tela unida con hilado comprende filamentos unidos por hilado conjugados de multicomponente rizados y dicha tela unida por hilado teniendo una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico, Y b) una tela de fibra de soplado con fusión de electreto, en donde dichos filamentos de conjugado comprenden por lo menos un componente de poliolefina y dichas fibras de soplado con fusión comprenden un componente de poliolefina.

12. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 11 caracterizado porque dichos filamentos unidos por hilado de multicomponentes son filamentos unidos por hilado de bicomponente comprendiendo polipropileno.

13. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 12 caracterizado porque dichas fibras de soplado con fusión tienen un diámetro promedio de entre alrededor de 1.5 µm y alrededor de 8 µm.

14. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 13 caracterizado porque dichos filamentos unidos por hilado de bicomponente comprenden polietileno y polipropileno.

15. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 14 caracterizado porque dichos filamentos unidos con hilado de bicomponente tienen entre alrededor de 2 y alrededor de 50 rizados por pulgada extendida, como se mide de acuerdo con la norma ASTM D-3937-82.

16. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 15 caracterizado porque dicho filamento unido por hilado de bicomponente comprende un polietileno de baja densidad lineal y polipropileno, y dichas fibras de soplado con fusión comprenden polipropileno.

17. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 16 caracterizado porque dicho medio de filtro de laminado tiene un peso base de entre alrededor de 10 gsm y alrededor de 500 gsm.

18. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 17 caracterizado porque dicha tela unida por hilado elevado de electreto comprende de entre alrededor de 5 por ciento por peso y alrededor de 95 por ciento por peso de dicho medio de filtro, basado sobre el peso total de dicho medio.

19. El medio de filtro de laminado tal y como se reivindica en la cláusula 18 caracterizado porque dicha tela unida por hilado elevada con electreto comprende entre alrededor de 50 por ciento por peso y alrededor de 94 por ciento por peso de dicho medio de filtro, basado sobre el peso total de dicho medio .

20. Un proceso para filtrar un medio de gas, cuyo proceso comprende los pasos de: a) proporcionar un medio de filtro de laminado con electreto, y b) pasar dicho medio de gas a través del medio de filtro de laminado, en donde dicho medio de filtro de laminado comprende: a) una tela unida por hilado elevada con electreto, dicha tela unida con hilado comprende filamentos unidos por hilado conjugados de bicomponente rizados y dicha tela unida por hilado tiene una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico, y b) una tela de fibra unida con hilado de electreto, en donde dichos filamentos conjugados comprenden por lo menos un componente de poliolefina y dichas fibras de soplado con fusión comprenden un componente de poliolefina. R E S U M E N La presente invención proporciona un medio de filtro de laminado autosoportable que tiene una tela unida con hilado elevada con electreto y una tela de microfibra con electreto, en donde la tela unida con hilado tiene una densidad de entre alrededor de 0.01 g/centímetro cúbico y alrededor de 0.1 g/centímetro cúbico.