TWI774788B - 包含支撐聚合性吸著劑粒子之過濾器支架的空氣過濾器、其製造方法及從空氣中捕捉醛之方法 - Google Patents

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Abstract

一種包括一過濾器支架的空氣過濾器，該過濾器支架支撐聚合性吸著劑粒子。該等聚合性吸著劑粒子係經水解二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料與含氮化合物之反應產物，該含氮化合物係離子性附接至該經水解二乙烯基苯/馬來酸酐。

Description

包含支撐聚合性吸著劑粒子之過濾器支架的空氣過濾器、其製造方法及從空氣中捕捉醛之方法
經常所欲者係從空氣中除去諸如例如甲醛的氣體物質。
廣而言之，本文所揭示者係包含過濾器支架之空氣過濾器，該等過濾器支架包含聚合性吸著劑粒子。該等聚合性吸著劑粒子係經水解二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料與含氮化合物的反應產物，並且該含氮化合物係離子附接至該經水解二乙烯基苯/馬來酸酐。此等及其他態樣將經由下文的詳細說明而顯而易見。然而，無論如何，不應將本案發明內容解釋為限制可主張的申請標的，不論此申請標的是在最初申請之申請案的申請專利範圍內所提出，或是在審理中以修改或是其他方式呈現的申請專利範圍中皆然。
1:空氣過濾器
10:過濾器支架
11:進氣口
12:出氣口
13:內部
15:蜂巢
21:實心部分
22:通孔
23:上游側
24:下游側
28:黏著劑
40:過濾器介質
43:第一主表面
44:第二主表面
60:過濾面罩呼吸器/呼吸器面具
63:折疊線
70:周邊框架
100:吸著劑粒子/粒子/過濾器支架
圖1描繪包含過濾器支架之例示性空氣過濾器的一部分，該過濾器支架包含如本文所揭示之吸著劑粒子。
圖2描繪另一例示性空氣過濾器之一部分。
圖3描繪另一例示性空氣過濾器之一部分。
圖4描繪另一例示性空氣過濾器之一部分。
圖5描繪另一例示性空氣過濾器之一部分。
圖6描繪包含過濾器支架之例示性呼吸器，該過濾器支架包含如本文所揭示之吸著劑粒子。
圖7揭示另一例示性呼吸器。
圖8揭示包含過濾器支架之框架式起褶襉空氣過濾器，該過濾器包含如本文所揭示之吸著劑粒子。
圖9呈現兩個工作例之甲醛挑戰數據。
詞彙
用語「空氣過濾器(air filter)」表示在其中將本文所述之由過濾器支架支撐的聚合性吸著劑呈遞至空氣(例如，移動空氣流)，使得氣體物質可從空氣中除去之任何設備或裝置。用語「過濾器支架(filter support)」表示能夠持留吸著劑粒子並將彼等呈遞至例如移動空氣流之任何結構，但其不一定會對來自移動空氣的微觀粒子進行任何過濾。用語「過濾器介質(filter media)」表示本身能夠過濾微觀粒子的過濾器支架。「微觀(microscopic)」粒子係具有小於100微米之平均直徑(或等效直徑，在非球形粒子的情況下)的粒子。「精細(fine)」粒子係具有小於10微米之平均直徑或等效直徑的粒子。
可交換使用之用語「聚合性吸著劑(polymeric sorbent)」與「多孔性聚合性吸著劑(porous polymeric sorbent)」係指 多孔性聚合材料，其可吸著氣體物質，諸如例如醛。諸如聚合性吸著劑之多孔性材料可基於例如其孔洞大小來加以特徵化。用語「微孔洞(micropores)」係指具有小於2奈米直徑的孔洞。用語「中孔洞(mesopores)」係指在2至50奈米範圍中之直徑的孔洞。用語「大孔洞(macropores)」係指具有大於50奈米之直徑的孔洞。
用語「上游(upstream)」適用於過濾器曝露於移動空氣的情況，且係指移動空氣遇到過濾器的方向；「下游(downstream)」係指經過濾空氣離開過濾器的方向。
用語「結網(netting)」係指包含相對少層(五層或更少，經常為一層)的固體材料(例如，絲線)的過濾器支架。
用語「纖維網(fibrous web)」係指由許多層(例如，多於五層)的纖維所構成的過濾器支架。
用語「熔噴(meltblown)」係指藉由將熔融聚合物流擠出至會聚高速氣流中而形成的纖維(及所得的纖維網)，該會聚高速氣流經由位於擠出孔口附近的空氣吹入孔口引入。具有通常知識者將理解，熔噴纖維及網特性上將表現出特徵及特性(例如，構成纖維的材料分子之取向的差異，如例如藉由光學性質諸如雙折射、熔融行為等所顯示)，藉由該等特徵及特性可識別此類纖維及網，並且可與其他類型的網區分。
本文所揭示者係如圖1中通用表示所示之空氣過濾器1。空氣過濾器1可係將本文所揭示的聚合性吸著劑粒子100曝露於空氣(例如，移動空氣流)使得氣體物質(例如醛，諸如甲醛)可從空 氣中除去的任何設備或裝置(其中，氣流的大致方向在例示性實施例中係藉由圖1及其他圖中的框型箭頭所示)。
空氣過濾器1包含至少一個過濾器支架10。過濾器支架10可係支撐吸著劑粒子100的任何結構，其支撐方式會將吸著劑粒子曝露於空氣中，同時持留吸著劑粒子，使得如果空氣移動，吸著劑粒子不會被移動空氣移除。如果空氣移動，則其可能在層流中或在紊流中遇到個別的吸著劑粒子，或可能在例如通過吸著劑粒子之集合的流動狀態之間過渡。在一個通常類型的實施例中，過濾器支架10可採用基材之形式，該基材上提供有吸著劑粒子100(例如，附接至該基材之主表面)，並且例如移動的空氣流可穿過該基材，如圖1中的一般表示所示。在此類型的一些實施例中，過濾器支架10可(例如)藉由將吸著劑粒子附接(例如，黏著性結合)至過濾器支架上而持留吸著劑粒子100。在另一通常類型的實施例中，過濾器支架10可例如藉由將吸著劑粒子機械性持留在過濾器支架內來持留吸著劑粒子100，如圖2中的一般表示所示。(換句話說，在此類實施例中，吸著劑粒子不一定附接至過濾器支架，但過濾器支架可物理性阻礙吸著劑粒子從過濾器支架被移除及除去。)在一些實施例中，可以採用將吸著劑粒子機械性持留與附接(例如，結合)至過濾器支架的組合。
在一些實施例中，空氣過濾器1可係包含吸著劑粒子100的過濾器支架10(例如，可基本上由包含吸著劑粒子的過濾器支架組成)(例如，可將此類過濾器支架的獨立件安裝至例如室內空氣淨化器中)。在其他實施例中，空氣過濾器1可如所欲地包含(除了至少 一個過濾器支架10以外)用於任何目的的其他層，且/或可額外包含任何其他輔助組件，諸如例如周邊框架、一或多個強化或穩定構件、一或多個外殼件等等。本文稍後將詳細討論各種具體例示性實施例及配置。
如參照圖1所述，在一些實施例中，過濾器支架可採用吸著劑粒子100設置(例如，附接)於其主表面上的基材(該基材可係不透氣的或透氣的)形式。此類型的空氣過濾器可包含例如平面基材，其承載附接至其主表面的吸著劑粒子；中空管，其具有附接至其內部表面的吸著劑粒子；或流通通道陣列，其藉由堆疊或巢套的微結構化基材(例如，具有Insley之美國專利7955570中所述的通常類型)來提供，其中吸著劑粒子附接至流通通道的內表面；等等。在一些實施例中，除了統計學上可能發生的此類偶然堆疊之外(例如，在任何工業規模沉積程序中)，吸著劑粒子100可至少實質上作為基材表面上的單層(例如，如圖1所示)而提供。
參照圖2，用語過濾器支架廣泛地涵蓋任何容器，該容器設計用來將吸著劑粒子100持留在其中，並且包括：至少一個進氣口11，用於將空氣納入容器的內部13；以及至少一個出氣口12，以允許經處理的空氣離開容器。此通常類型的此類支架可包括熟知的過濾器匣，在該等過濾器匣中將吸著劑粒子100持留在由例如一或多個射出成形外殼部件製成的匣外殼內。在此類過濾器匣中，可提供單一進氣口及/或出氣口；或者，可在過濾器匣外殼中提供多個通孔以共同提供進氣口或出氣口。此類通孔可具有合適的尺寸以防止吸著劑粒子 穿過其中；且/或在一些實施例中，可提供透氣保護層(例如，紗網或網狀物)以確保將吸著劑粒子持留在匣外殼內。在一些實施例中，如圖1的設計，過濾器支架在靠近(例如，支撐並持留)吸著劑粒子的支架位置可係不透氣的(例如，可不含有通孔)。在其他實施例中，如圖2的設計，過濾器支架在靠近吸著劑粒子的支架位置可係透氣的(例如，可包括一或多個通孔)。在一些實施例中，容器(例如，過濾器匣)形式的過濾器支架可由例如組裝在一起的一或多個射出成形外殼部件構成，並且除了進氣口及出氣口之外係不透氣的。此類外殼部件可方便地由例如熱塑性或熱固性聚合物或共聚物製成，其係選自例如聚醯胺、聚苯乙烯、ABS聚合物、聚烯烴等等。此類容器亦可包括輔助組件，諸如例如一或多個彈性墊圈、閂扣、防濺護具、連接器(例如，視需要用於將匣連接至例如個人呼吸保護裝置)等等。
應當強調的是，容器形式的過濾器支架10(如圖2所示)不一定必須採用由例如射出成形部件製成的剛性匣的形式。在一些實施例中，此類容器可改為採用例如兩個透氣「壁」的形式，其中至少一個係由相對可撓性材料(例如，多孔基材，諸如纖維網、穿孔或微穿孔可撓性聚合物膜等等)製成，其中吸著劑粒子夾置在這兩個壁之間。此類容器(其仍可大致上稱為過濾器「匣」)可採用例如小包或小袋的形式。
更進一步地，用語過濾器支架亦廣泛地涵蓋任何多孔的透氣材料，於其上或其內設置有吸著劑粒子100。(所謂多孔的透氣材料係指包含內部孔隙的材料，該內部孔隙互連以允許氣流通過材料， 與例如閉孔發泡體不同。)此類材料可例如係任何合適類型的開孔發泡體材料；或者，此類材料可係微孔膜；例如，相轉變膜、徑跡蝕刻膜(例如，利用可以商標名稱NUCLEPORE購自Whatman的各種產品來舉例說明的類型)；或拉伸擴張膜(例如，利用可以商標名稱GORE-TEX購自W.L Gore and Associates，以及可以商標名稱CELGARD購自Celgard corporation的各種產品來舉例說明的類型。)應當理解，此通常類型的過濾器支架10不限於例如成對使用，以便限定在其間的空間，如上文所述。無論特定的使用模式如何，在一些實施例中，此類過濾器支架10可採取片狀材料的形式，該片狀材料會展現出主平面並且展現出小於約8、5、3、或1mm的厚度，並且其組態成允許氣流至少在大致上垂直於片狀材料主平面的方向上穿過其中。
由上述論述應當理解，本文所揭示的過濾器支架廣泛地包括任何形式或幾何形狀(以及無論是否由例如單一實體諸如無孔基材、透氣結網、或多孔性發泡體組成，或由共同形成過濾器匣的部件之組裝組合製成)的任何材料或配置，其可將吸著劑粒子呈遞至空氣，例如移動空氣流。在一些實施例中，過濾器支架可組態成使得移動空氣可例如至少大致上平行於承載吸著劑粒子的支架的主表面流動(例如，如在圖1中的配置)。在一些實施例中，移動空氣可至少大致上垂直於支架的主表面流動(例如，如在圖2的配置)。在一些實施例中，移動空氣可在介於這兩個極端之間的方向流動。在一些實施例 中，在這兩個方向及/或在介於這兩個極端之間的方向的氣流可發生在例如空氣過濾器的不同部分中。
在圖3的例示性方式所繪示的通常類型的實施例中，空氣過濾器1可包含呈「蜂巢」15形式的過濾器支架10。具有通常知識者將認知到蜂巢係流通支架結構，該流通支架結構包含允許氣流從中穿過的許多巨觀通孔，該等通孔藉由蜂巢結構的隔間(壁)彼此分開。(雖然為了方便起見在此處使用用語蜂巢，但具有通常知識者將理解結構可係任何幾何(例如，具有正方形、三角形、圓形等的孔隙)，並且可展現出某種程度的不規則外觀，而不是僅限於圖3的例示性設計中所示的正六邊形幾何)。通常，此類蜂巢可包含具有相當大直徑或等效直徑(例如10至15mm)的通孔，相比於上述堆疊的微結構化基材，該等基材經常包含僅具有例如數mm或更小之直徑或等效直徑的流動通道。蜂巢的壁可由任何合適的材料製成，例如模製或擠出的塑料、紙板或卡紙板、金屬等等。
在一些實施例中，吸著劑粒子可附接至界定蜂巢孔隙的內壁。然而，在一些實施例中，如圖3用吸著劑粒子部分或至少實質上填充蜂巢的孔隙(在填充行為允許的情況下，取決於例如吸著劑粒子的平均尺寸、尺寸分佈、及形狀)可能係方便的。在此類情況下，蜂巢可具有允許氣流進入及離開蜂巢的通孔之上游及下游透氣基材(例如，合適的網狀物或紗網)，並且又將吸著劑粒子持留在蜂巢的通孔中。(圖3的例示性蜂巢中之氣流方向如圓/點箭頭所示係出平面。)在一些實施例中，吸著劑粒子可鬆散地填充在孔隙內，例如使 得粒子能夠稍微移動或移位。在其他實施例中，吸著劑粒子可彼此結合(例如，藉由使用黏著劑、熱活化黏合劑等，用足夠使粒子在接觸點彼此結合的量，但其量不能令人不可接受地阻擋粒子而影響彼等捕捉氣體物質的能力)，例如，以便使孔隙內粒子的移動或沉積最小化。換言之，在一些實施例中(不一定限於在蜂巢中使用)，吸著劑粒子100可以藉由結合在一起的粒子聚集共同提供之單塊透氣塊體(具有任何所需尺寸及形狀)的形式提供，而不是作為個別的粒子提供。製造此類單塊結構(如前，其等可具有任何合適的尺寸及形狀，以用於結合至任何所欲之空氣過濾器中，例如用於適配至容器中，諸如例如匣或罐，或用於形成例如呼吸器的層)的例示性方法論述於例如Braun之美國專利5033465中。將吸著劑粒子結合在一起以製造(尤其是)至少係半可撓性的結構(並因此可特別適用於例如可撓性呼吸器面具)的方法，論述於例如Senkus之美國專利6391429中。
具有通常知識者將理解，在一些上述實施例之間可能不一定有確定的分界線(例如，在中空管內提供的吸著劑粒子之間，相對於在由堆疊的微結構化基材界定的通道內提供的、相對於在蜂巢的孔隙內提供的)。所有此類設計和配置、及其組合均涵蓋在包含如本文所揭示的一或多種過濾器支架的空氣過濾器的通常概念內。尤其值得注意的是，在一些實施例中，如本文所揭示的空氣過濾器1可包含部分地填充或至少實質上地填充至任何合適容器(具有任何幾何形式及由任何材料(無論是例如剛性的或是至少半可撓性的)製成)的內部 之吸著劑粒子，以形成例如填充床。在一些實施例中，此類容器可採用中空管的形式，例如類似於經常稱為Dräger管的氣體檢測管之管。
在一些實施例中，過濾器支架10可包含具有允許氣流穿過其中的許多通孔22之薄片狀材料，如圖4中的例示性一般表示所示。在各種實施例中，過濾器支架10可採用任何合適的結網、網狀物、紗網、紗幕、梭織或針織材料、熔紡材料、微穿孔膜等等的形式。在本文中將使用用語結網以方便描述任何此類材料，該材料包含相對少的層(五層或更少；通常，如圖4之單層)之絲線(或一般來說，在通口之間的固體材料層)。通常，此類絲線(或片狀過濾器支架材料(例如，微穿孔膜)的實心部分，)具有相對大的直徑或其等效者(例如，0.1、0.2、或0.5mm或更大)。此類結網可包含任何合適的材料，例如有機聚合物、無機材料(例如，玻璃或陶瓷)、或者金屬或金屬合金。
在此類實施例中，氣流可主要穿過結網的實心部分21(例如，絲線)之間的通孔22而發生，使得氣流經定向成至少大致上垂直於支架；然而，如果需要，氣流可至少大致上平行於結網而發生。在通過結網之大致上垂直的氣流的情況下，將吸著劑粒子定位在結網的上游側23上(如圖4)可能係方便的。然而，如果需要，吸著劑粒子可定位在結網的下游側24上。在特定實施例中，吸著劑粒子可定位在結網兩側。在一些實施例中，包含吸著劑粒子的結網(或，一般來說，任何充分透氣的基材)可如圖1及圖4中的說明性實施例以「開放面」之方式使用。在其他實施例中，可將足夠透氣的第二持留 層(例如，第二層結網、或一層纖維網、微孔膜、或類似者)定位在吸著劑粒子上，以協助將吸著劑粒子持留在適當位置。(換言之，吸著劑粒子可夾置在結網與第二持留層之間。)
在許多實施例中，吸著劑粒子100可藉由提供在結網之一側的至少一個主表面上之黏著劑(例如，壓敏性黏著劑、熱熔黏著劑、環氧樹脂黏著劑、及類似者)28結合(例如，黏著性結合)至結網的固體材料(例如，絲線)上。吸附劑粒子可各自結合至例如單根絲線，或可結合至多根絲線。如果需要，可根據吸著劑粒子的平均尺寸來選擇絲線的平均直徑以及絲線之間的通孔的平均尺寸。在各種實施例中，此類結網可展現出在例如0.2mm至約2.0mm範圍內的平均絲線直徑。在各種實施例中，結網的開口範圍可係例如最短尺寸約0.5mm至最長尺寸約5mm，並且可根據吸著劑的粒子尺寸來選擇。作為具體實例，具有約1至2mm範圍內之開口的結網可能非常適合與展現出8×20篩目範圍內的粒子尺寸之吸著劑一起使用。可適用於如本文所揭示的例示性結網包括可購自Delstar Technologies的各種產品；例如，可以商標名稱KX215P、R0412-10PR、RB0404-10P、N02014-90PP、RB0404-28P、N03011-90PP、及TK16-SBSH購得的產品。
在特定實施例中，可在結網的主表面上提供合適的壓敏性黏著劑28(換言之，壓敏性黏著劑可設置在共同提供結網的主表面之絲線的表面上)。此可例如藉由將壓敏黏著劑前驅物塗佈到結網上，然後將前驅物轉化成壓敏性黏著劑來完成。前驅物可係例如在(一或多種)有機溶劑中之溶液、乳液、熱熔組成物等等。此類前驅物可例 如藉由乾燥以除去溶劑及/或水、藉由冷卻以固化熱熔組成物等來轉化。應該以避免不可接受地填滿或堵塞結網之通孔的方式進行沉積及轉化(除非氣流在過濾器的尋常使用中未穿過結網)。
應當理解，在一些實施例中，設置在結網上的粒子可主要由於例如黏著性結合(而不是透過例如機械纏結)而附接至結網。在一些實施例中，吸著劑粒子可至少實質上以單層的形式存在於過濾器支架上。在其他實施例中，吸著劑粒子可存在於多個層中(例如藉由下列方式來進行：將第一層吸著劑粒子黏結至結網的主表面，在第一層吸著劑粒子上施加額外的黏著劑，沉積更多的吸著劑粒子，以及重複該程序以建立任何所欲深度之吸著劑粒子的集合)。
在一些實施例中，過濾器支架10可包含片狀材料，該片狀材料包含許多纖維，該等纖維經常彼此纏結，且經常存在於多個「層」(例如，多於五層)中，如圖5的例示性實施例所示。在本文中將使用用語纖維網以便於描述任何此類材料。當然應當理解，由於許多此類纖維網的隨機性質，纖維可能不一定(且經常不會)存在於離散層(例如，可彼此剝離的層)中；然而，如果例如從此類網的第一主表面43橫過其厚度(深度)到其第二主表面44時遇到五或更多個分開的纖維或是纖維區段，這將顯而易見(如圖5)。展現出此類纖維配置的任何材料皆落在如本文所用的纖維網的定義下。
時常，此類纖維的直徑或其等效者可能相對小(例如，小於100、80、60、40、20、10、5、或2μm)。當然可使用各種直徑之纖維的混合物。此類纖維網可係任何合適類型的網，例如其中纖維 係相對地隨機配置的非織網(例如，除了例如關於梳理網及關於某些類型的纖維沉積方法而可能發生的此類部分量的纖維排列之外)。替代地，此類纖維網可包含針織或梭織網，在該針織或梭織網中纖維係以足夠數量之層提供。一般而言，空氣會藉由穿過網的許多纖維之間的間隙空間來流過網；經常，此類氣流經定向成至少大致上垂直於如圖5中的纖維網之主平面。然而，如果需要，氣流可至少大致上平行於纖維網的主平面而發生。此類纖維網的纖維可以任何合適的方式彼此結合(使得網具有足夠的機械完整性以進行加工及處理)。此類結合方法可選自例如水纏結、針扎、壓延、及類似者。在一些實施方案中，纖維可彼此自生結合，意味着纖維係在升溫下(如在烘箱中得到)或利用所謂的氣流接合器(through-air bonder)來結合，而不施加實體接觸壓力，諸如在點結合或壓延中。在特定實施例中，可使用Fox之美國專利7947142中所述的通常類型之自生結合方法(其中使加熱的空氣流穿過纖維的集合，接著進行強制驟冷)來結合纖維。或者，可添加一或多種黏合劑(無論係以纖維、固體粒子、水性乳液等等的形式)，然後活化(例如，藉由加熱)將纖維結合在一起以形成最終網。如下所述，任何此類結合操作(無論係主要以機械方式藉由纖維的纏結，或藉由使用纖維的熔融結合及/或藉由使用添加的黏合劑來實現)可另外用於將吸著劑粒子結合到網中或網上。
在一些實施例中，吸著劑粒子可用某種程度與圖4的結網上的粒子配置類似的方式主要地或獨有地沉積在纖維網的主表面(例如，主上游表面)上。在一些實施例中，至少一些吸著劑粒子可 至少部分地穿透進入纖維網的內部。(這與例如藉由圖4中的絲線單層所提供的結網的情況相反，在這種情況下，支架展現很少或不展現吸著劑粒子可穿透進入「內部」。)在一些此類實施例中，吸著劑粒子可主要發現於靠近吸著劑粒子沉積在其上或其中的主表面之纖維網的區域中。然而，在許多實施例中，可能所欲的是提供吸著劑粒子100廣泛地分佈在纖維網的整個厚度(如圖5的例示性實施例所示)，而不是將粒子例如沉積至一個表面上，使得彼等持留在該表面上或僅穿透至纖維網的內部中的短距離。本文之後會論述形成纖維網的合適方法，其中吸著劑粒子廣泛地(例如，隨機地)分佈於整個網的內部。
在具體實施例中，纖維網過濾器支架可係非織網。依定義，非織纖維網不涵蓋例如梭織網或針織網或微穿孔膜。此類網可藉由任何合適的方法製成，並且可係任何合適的類型。例如，此類非織網可係：梳理網；濕式成網之網(例如，藉由造紙程序製成)；乾式成網之網，例如，藉由習知氣流成網程序(諸如熟知的Rando-Webber法)或藉由描述於Lalouch之美國專利8834759中的專門程序(諸如重力成網程序)製成；或熔紡網(例如，紡黏網、射流噴網等)。(應當理解，某些網例如紡黏網或射流噴網可認為係結網而不是纖維網，取決於例如鋪設的纖維深度。)在具體實施例中，非織網可係熔噴網，其程序及所得網會是具有通常知識者所熟知的。可使用這些各種材料的層的任何組合(包括與不是非織網的層的組合)。纖維可由任何合適的材料製成，例如，熱塑性有機纖維(諸如例如聚烯烴纖維、纖 維素纖維、聚酯纖維、耐綸纖維等)、無機纖維(諸如例如玻璃纖維或陶瓷纖維)、金屬纖維等。
吸著劑粒子可藉由任何合適方法來提供在多孔材料上及/或多孔材料(例如纖維網，諸如非織網)內，以形成本文所揭示的空氣過濾器的過濾器支架。在一些實施例中，吸著劑粒子可沉積在預先存在之纖維網上或沉積至預先存在之纖維網內。例如，在一些實施例中，非織網可包含一或多種接合組分，諸如可黏合纖維及/或非纖維黏合劑(非纖維黏合劑可採用例如粒子、乳液、或乳膠等之形式)。可將網加熱至一定溫度以軟化及活化此類(一或多種)接合組分，並且隨後可將吸著劑粒子沉積至待結合至其上之非織網的主表面上。應當理解，許多此類程序會優先導致吸著劑粒子存在於吸著劑粒子沉積於其上的非織網的主表面上或附近。如果需要，可多次重複此類程序，其中連續的層結合在一起以形成其中包含吸著劑粒子的多層產品。
在其他實施例中，吸著劑粒子可於製造網的程序期間引入非織網中。例如，如果非織網係藉由熔噴法製成，則將吸著劑粒子引入至流動的初期纖維流中可能是方便的(用語「初期纖維」係指可能已經或可能尚未開始固體化成纖維或已完成固體化成纖維之熔融流)。進行此類操作的通常方法揭示於Fox之美國專利申請案公開第20120272820號中，其以引用方式併入本文。初期纖維可在初期纖維係至少略微膠黏的(可黏合的)狀況下沉積(例如，沉積至臨時收集表面上或沉積至作為過濾器支架之部分而留存之二次網上)。此類配置可提供熔噴非織造纖維網的至少一些纖維被結合(例如，熔融結合) 至吸著劑粒子。以此方式，可在單次操作中製造其中包含吸著劑粒子之熔噴網。
當然，亦可使用其他方法在將纖維集合成為網之前將吸著劑粒子引入纖維的混合物中。例如，吸著劑粒子可與輸入至網形成程序(例如，上述提及之重力成網之網形成程序)的纖維混合，以形成其中包含吸著劑粒子之集合纖維團塊。此類方法可包括將黏合劑(無論係以纖維的形式、或作為非纖維黏合劑諸如粒子、乳液等)添加至輸入材料中，使得集合纖維團塊可經加熱而將纖維黏合在一起，以形成網及/或將吸著劑粒子結合至網中。無論使用什麼方法，將吸著劑粒子結合至纖維網中或纖維網上的主要機制可與用於將纖維結合在一起以形成網的黏合機制相同或不同。
尤其關於熔噴纖維網，可使用各種纖維形成聚合材料來形成此類纖維。至少一些纖維可由在製造非織網中使用的條件(例如，熔噴條件)下展現足夠的結合(黏著)性質的材料製成。實例包括熱塑性塑膠，諸如聚胺甲酸酯彈性體材料、聚丁烯彈性體材料、聚酯彈性體材料、聚醚嵌段共聚醯胺彈性體材料、聚烯烴系彈性體材料(例如，可以商標名稱VERSIFY購自Dow者)，及彈性體苯乙烯系嵌段共聚物(例如，可以商標名稱KRATON購自Kraton Polymers,Houston,TX者。亦可使用多組分纖維(例如，芯鞘型纖維、可分裂或並列型雙組分纖維、及所謂的「海島型(islands in the sea)」纖維)，其中纖維的至少一個曝露表面(例如，芯鞘型纖維的鞘部分)展現出足夠的黏著性質。
在一些實施例中，能夠結合至吸著劑粒子100的纖維可係存在於熔噴網中的唯一纖維。在其它實施例中，可存在其他纖維(例如，不以任何顯著程度參與結合吸著劑粒子)，例如，只要存在足夠的可黏合纖維即可。在各種實施例中，可黏合纖維可包含至少約2重量百分比、至少約4重量百分比、及至少約6重量百分比的熔噴非織網。在進一步實施例中，可黏合纖維可包含不大於約20重量百分比、不大於約17重量百分比、及不大於約15重量百分比的熔噴非織網。存在於網中的任何不可黏合纖維可具有任何合適的類型及組成；例如，可使用任何熟知的聚烯烴纖維(例如，聚丙烯、聚乙烯、及類似者)，亦可使用任何熟知的聚酯纖維。在至少一些實施例中，非織網基本上不含任何種類的任何添加的黏合劑。亦即，在此類情況下，吸著劑粒子的基本上所有結合(以將彼等持留在熔噴非織網中)係藉由可黏合纖維進行。因此，此類實施例因此排除以諸如粒子或粉末；液體諸如乳膠、乳液、懸浮液、或溶液等形式的黏合劑存在。
應當理解，以上論述係關於將纖維與吸著劑粒子之結合至少部分地用來將粒子持留在非織網內之方法。纖維內吸著劑粒子的物理纏結亦可協助將吸著劑粒子持留在非織網內。在一些實施例中，可將二次透氣層(例如，紗幕或面層)施加至(例如，結合至)非織網的一或多個主表面，以最小化任何吸著劑粒子從其中移除的可能性。事實上，在一些實施例中，可方便地將形成熔噴非織網的初期纖維(連同被合併到初期纖維流中的吸著劑粒子)沉積至二次網(例 如，紗幕或面層)的主表面上，使得熔噴網在製造熔噴網的動作中結合到二次網。
在一些實施例中，空氣過濾器1可包含至少一個過濾器介質40。過濾器介質係可持留吸著劑粒子100並將彼等曝露於空氣中的過濾器支架10；除此之外，過濾器介質係特定類型的過濾器支架，其能夠從移動空氣中過濾顯著量的微觀粒子(即，平均直徑為100微米或更小的粒子)。過濾器介質40可包含可提供透氣性網狀結構且此外本身能夠過濾微觀粒子的任何材料，吸著劑粒子可併入該透氣性網狀結構中或上，以便將吸著劑粒子呈遞至正移動穿過透氣性網狀結構的空氣流。此類過濾器介質可係例如非織網，其係熔噴網及/或帶電網。
如上所述，過濾器介質能夠捕捉顯著量的微觀粒子(直徑為100μm或更小)。在具體實施例中，過濾器介質可能能夠捕捉顯著量在例如10μm或更小的範圍內，或甚至在2.5μm或更小的範圍內之精細粒子。在具體實施例中，過濾器介質可能能夠進行HEPA過濾。應當理解，使用如下所述的駐極體(帶電)材料可實質上提高進行例如精細粒子過濾或HEPA過濾的能力。在各種實施例中，過濾器介質40可展現小於約80、70、60、50、40、30、20、10、或5的穿透百分比(在本文中指定使用鄰苯二甲酸二辛酯作為挑戰材料(challenge material)，並使用Fox之美國專利第7947142號中描述的方法測試)。在本文中所述大致上關於過濾器支架的所有程序(例如， 纖維結合、充電、褶襉等等)、參數、及特徵化可特定應用於過濾器介質。
在一些實施例中，用作過濾器支架(或尤其作為過濾器介質)的非織網(例如，熔噴非織網)可包括帶靜電的纖維。此類纖維之充電可藉由任何合適的方法完成，例如藉由如Angadjivand之美國專利第5496507號所教示或如Sebastian之美國專利公開案第2009/0293279號所教示使用水將非織物網賦予電荷。非織物駐極體網亦可藉由電暈充電產生(如描述於美國專利第4588537號(Klaase))或使用機械方式將電荷賦予至纖維(如描述於美國專利第4798850號(Brown))。可使用此等方式之任何組合。纖維可在形成非織造網之前或在形成非織網之後充電。(在任何情況下，如果要褶襉處理，可方便地在空氣過濾器介質起褶襉之前進行任何此類充電。)在空氣過濾器包括作為與過濾器支架10不同的層之粒子過濾層的情況下(如下所述)，如果需要，此類粒子過濾層可藉由例如任何上述方法來充電。
如果將過濾器支架(無論係獨立的或作為多層組件的部分)起褶襉，則可使用任何合適的技術進行褶襉形成及褶襉間距，該技術包括揭示於下列中者：Siversson之美國專利第4798575號、Siversson之美國專利第4976677號、及Wenz之美國專利第5389175號。亦於例如Duffy之美國專利第7235115號中描述可能有用的起褶襉程序。(然而，應當理解，在至少一些實施例中，可避免使用刻劃褶襉處理(score-pleating)，因為刻劃程序可能會打碎至少一些吸附劑粒子。)在各種實施例中，起褶襉的空氣過濾器支架可包括每2.5公分 約0.5至約5個褶襉。更具體地，褶襉間距可係例如約6、8、10、或12mm至約50、40、30、20、或15mm。在各種實施例中，褶襉高度可係例如約15、20、25、或30mm至約100、80、60、或40mm。
空氣過濾器1可包含由單層組成之過濾器支架10(其依定義支撐至少一些聚合性吸著劑粒子100)；或多層過濾器支架10(例如，各層包括至少一些聚合性吸著劑粒子100)可存在於空氣過濾器1中。尤其是如果(一或多個)過濾器支架10本身不是如本文所定義的空氣過濾器介質，則空氣過濾器1可包括(除了至少一個過濾器支架層10外)一或多個不包括聚合性吸著劑粒子100之粒子過濾層(例如，能夠過濾微觀粒子、精細粒子、及/或HEPA過濾)。如果需要，此類粒子過濾層可係帶靜電的，且在各種實施例中可展現出小於約80、70、60、50、40、30、20、10、或5的穿透百分比。(用語粒子廣泛地涵蓋例如氣溶膠、粉塵、煙霧、煙氣、煙、黴、細菌、孢子、花粉等等。)在特定實施例中，此類粒子過濾層可係高蓬鬆性紡黏非織網，例如具有Fox之美國專利8240484中所述的類型，且包含小於8%至約4%的實度(solidity)，並且包含實質上不含捲縮纖維、間隙形成纖維、及雙組分纖維的熔紡纖維。
無論是否存在任何粒子過濾層，空氣過濾器1可包含(除了至少一個過濾器支架層10及任何可選的粒子過濾層以外)一或多個二層(例如，紗幕、結網、蓋子等)，以用作覆蓋層、粗預過濾器、載體層、皮膚接觸層，以提供機械支撐或勁度等。亦即，一般來 說，且不考慮過濾器支架層10的特定類型、構型、或構造，此類過濾器支架層可提供為多層可透氣組件(堆疊)之一層，其可共同提供空氣過濾器1。如本文所述，任何此類多層堆疊當然可係起褶襉的、框架式的等等。
本文所揭示的吸附著劑粒子(無論是例如分散在非織網內、設置在基材的表面上、填充至(一或多個)例如形成填充床之插座中等)，可與任何二次吸著劑粒子組合使用，經組態以捕捉存在於空氣中之任何所欲組分(例如，有害氣體/蒸氣)。在一些實施例中，此類二次吸著劑粒子可存在於分開的層中，其位於例如聚合性吸著劑粒子100的上游或下游。在其他實施例中，吸著劑粒子100及任何所欲的(一或多種)二次吸著劑粒子可混合在一起。二次吸著劑粒子(無論是用於分開的層或作為與聚合性吸著劑粒子100之混雜混合物)可選自例如活性碳、氧化鋁及其他金屬氧化物、黏土、霍佳劑、離子交換樹脂、分子篩及沸石、二氧化矽、碳酸氫鈉等等，包括任何這些材料之組合。在具體實施例中，二次吸著劑粒子(例如，活性碳)可係經浸漬吸著劑粒子，其合適地浸漬有例如任何所欲的金屬鹽或化合物。可適合於用作二次吸著劑粒子之各種粒子(包括經浸漬粒子))詳述於Billingsley之美國專利申請公開案第2015/0306536號中，該案為此目的以引用方式全文併入本文。可使用任何這些粒子的任何組合。
在一些實施例中，包含如本文所揭示之吸著劑粒子100之空氣過濾器1，可與二次空氣過濾器組合使用，該二次空氣過濾器係與空氣過濾器1分開設置。在一些實施例中，空氣過濾器1及二次 空氣過濾器可分開安裝至空氣處理設備的不同區域中。(例如，空氣過濾器1及二次空氣過濾器可各自係框架式空氣過濾器，且可各自分開插入例如室內空氣淨化器中。)替代地，空氣過濾器1及二次空氣過濾器可在安裝至例如空氣處理設備之前組裝在一起(及例如，彼此附接)。空氣過濾器1可放置在例如二次空氣過濾器之上游或下游(如果空氣過濾器1係在上游，則其可用作例如用於二次過濾器之預過濾器)。在一些例示性實施例中，二次空氣過濾器可經組態以例如捕捉精細粒子，且可展現例如小於約80、70、50、60、40、30、20、10、或5之穿透百分比。
包含如本文揭示之吸著劑粒子100之過濾器支架10可用於任何種類的空氣過濾器1，其經組態以用於任何合適的最終用途。作為具體實例，過濾器支架10可用於例如空氣過濾器中，該空氣過濾器係個人呼吸保護裝置或其部分。已經注意到，過濾器支架10可採取過濾器匣的形式，其可非固定地連結至面具主體，以提供個人呼吸保護裝置(例如，過濾器匣係拋棄式的，且面具主體係經成形以配合使用者之面部並會被留用的物件，且換過濾器匣會在適當時間附接至面具主體)。在其他實施例中，過濾器支架10可併入「過濾面罩(filtering face-piece)」呼吸器面具60中。在此通常類型的產品中，面具主體本身提供過濾功能。亦即，與使用面具主體連同可附接過濾器匣等等之呼吸器不同，過濾面罩呼吸器係設計成使(一或多個)過濾層存在於整個面具主體之大部分或基本上全部，使得無需安裝或更換過濾器匣。(亦即，在過濾面罩呼吸器中，面具主體本身進行過濾功 能，而不是依靠一或多個附接至其上的匣。)過濾面罩呼吸器60經常以兩種組態之一者出現：模製的(例如，成形為大致上杯狀以便配合使用者的面部)，如圖6中之例示性表示所示；及平折式(flat-fold)，其可以平坦或接近平坦的狀況提供，然後可展開並擴張以配合使用者之面部，如圖7中之例示性表示所示。
此類呼吸器面具(無論是例如平折式或模製呼吸器)60可包含任何所欲的輔助層(例如，一或多個覆蓋層、硬挺層、預過濾器層等等)及組件(例如，一或多個排氣閥、附接帶或繩、鼻罩等等)。如果用於平折式呼吸器面具中，則過濾器支架10可經常採取相對地可撓性層之形式(例如，具有一或多個優先折疊線63以使材料更易折疊)。如果將過濾器支架10用於模製呼吸器面具(其未設計成可折疊的)，則過濾器支架10可係例如某種程度半剛性材料(然而，應注意，由於在許多模製杯狀呼吸器面具中，大部分硬挺度可由與(一或多個)過濾層分開之硬挺層提供，所以過濾器支架10可能不一定嚴格係剛性的，或甚至係半剛性的，以用於此類產品)。
應當理解，上述用途主要落在所謂的「負壓」呼吸器的類別中；亦即，用於移動空氣之動力係使用者之呼吸而不是分開提供的電動風扇之產品。此類負壓呼吸器係經常組構為例如，全面呼吸器、半面呼吸器、及罩(例如逃生罩、防煙罩等等)。所有此類產品皆係藉由如本文所使用的用語負壓呼吸器來涵蓋，且過濾器支架10可係與任何此類產品一起使用。
在其他實施例中，過濾器支架10可用於移動空氣之動力係電動風扇或鼓風機的呼吸器。此類產品可包括例如PAPR(動力空氣淨化呼吸器)。在此類產品中，過濾器支架10(通常及，空氣過濾器1)可定位於靠近使用者之面部或頭部之處；或者，其可位於遠處(例如，位於配帶有皮帶外殼之插座中)。
在如圖8中之例示性實施例中所示的一些實施例中，過濾器支架10(例如，無論是否係起褶襉的，且無論是否包括任何其他層，諸如粒子過濾層等)可併入空氣過濾器1中，該空氣過濾器包括周邊框架70(例如，剛性化或支撐框架)，其可例如配置在過濾器支架之周邊邊緣區域周圍。用於框架的合適材料包括粗紙板、或紙板、合成塑膠材料、及金屬。合適的框架構造可選自例如Pitzen之美國專利第6126707號之圖1至4中所示的「捏縮(pinch)」框架構造、‘707專利之圖5及6中所示的「箱型(box)」框架構造、‘707專利之圖7至11中所示的混合框架構造、揭示於Sundet之美國專利第7503953號中的任何框架構造、及揭示於Duffy之美國專利第7235115號中的任何框架構造。任何此類框架可藉由任何合適方法(例如熱熔結合、室溫膠等等)來附接至過濾器支架。
包含過濾器支架10之空氣過濾器1(無論是否係框架式)可有利地用於在任何合適的動力空氣處理系統中(例如，在HVAC系統中)(例如，在經常用於住宅、辦公大樓、零售場所等等中之強制空氣加熱、冷卻、及/或加熱/冷卻系統中)過濾移動空氣。此類過濾器亦可用於室內空氣淨化器、機動車輛(諸如，在例如汽車之座 艙空氣過濾中)、潔淨室、操作室、及類似者。如上所述，在一些實施例中，空氣過濾器1(例如，作為過濾器匣之部分)可插入至動力空氣淨化呼吸器之空氣通路中。雖然在任何或所有此類用途中，空氣過濾器1可能不一定係框架式空氣過濾器，但在許多此類用途中，空氣過濾器1係框架式空氣過濾器可為有利的。
以上論述關於在合適的過濾器支架10上提供聚合性吸著劑粒子100以提供空氣過濾器1並將空氣過濾器定位的方法，使得所支撐的吸著劑粒子曝露於空氣(用語「空氣(air)」係廣義地使用且涵蓋任何氣體或氣體混合物，例如，氮氣、除濕氮氣或空氣、富氧空氣、包括麻醉氣體或氣體混合物的空氣等)。在許多實施例中，吸著劑粒子所曝露的空氣係呈移動空氣流的形式。在一些情況下(其可稱為「主動(active)」過濾)，此類移動空氣可藉由電動鼓風機、風扇等來推動。在其他情況下(其可稱為「被動(passive)」過濾)，此類移動空氣可例如藉由人之呼吸而不是藉由任何電動機制來推動。用語「被動(passive)」過濾亦涵蓋空氣過濾器1曝露於直流、渦流、及類似者的情況，例如，在環境大氣中。此類直流及渦流可採取例如風的形式(諸如可能衝擊過濾器支架10之以例如窗戶紗網之形式提供的外表面)。或者，在室內環境中，此類直流及渦流可採取在建築物之室內規律發生的對流、隨機氣流、及類似者之形式(由於例如開門及關門、人移動等)。因此應當理解，如本文所揭示之空氣過濾器1涵蓋諸如以下裝置，例如匣、袋子、小袋、罐、或通常任何種類的容器，其將吸著劑粒子100保持在其中，且具有至少一個透氣性壁以便允許空氣進 入容器並接觸吸著劑粒子，然後離開容器，無論此類裝置是否與任何種類的機械鼓風機一起使用或者用於任何種類的呼吸器中。
廣而言之，本文所述的空氣過濾器1可使用於任何合適的應用中，其中所欲者係從空氣中除去至少一些醛分子。此類用途可涉及設計用於單一使用者使用之個人裝置(例如，個人呼吸保護裝置)、或設計用於例如建築物、車輛、及無論是人居住、工作、或者聚會之其他場所的集體裝置(例如室內空氣淨化器、HVAC系統等等)。如上所述，此類用途可涉及「主動(active)」或「被動(passive)」過濾，並且可使用空氣過濾器1，該空氣過濾器經組構成任何各式各樣的幾何格式，並且係由任何各式各樣的材料構成。如上所述，除了本文所述的聚合性吸著劑粒子100之外，還可使用一或多種二次吸著劑，無論是與粒子100混合及/或是提供於分開的層中。如進一步所述，空氣過濾器1可包括至少一層(除了該至少一個支撐聚合性吸著劑粒子100的支架層10之外)，其提供精細粒子過濾及/或其捕捉非醛之一些氣體/蒸氣。作為此之替代者或附加者，除了空氣過濾器1之外，還可提供二次空氣過濾器，例如以進行精細粒子之過濾及/或捕捉一些其他氣體/蒸氣。再者，可使用任何上述實施例之過濾器支架的組合。例如，聚合性吸著劑粒子100可設置在纖維網內或結網的表面上，其中該網或結網可例如放置在外殼內以提供過濾器匣。
聚合性吸著劑粒子100係具有羧酸基團(-COOH基團)的經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料與具有兩個一級及/或二級胺基的含氮化合物的反應產物。含氮化合物具有離子附接至聚合性吸 著劑中經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料的第一一級及/或二級胺基。此外，含氮化合物具有至少一個可與醛反應的第二一級胺基及/或二級胺基。
聚合性吸著劑可用來吸著在室溫下或在使用條件下具有揮發性的醛。合適之醛一般具有式(I)R2-(CO)-H(I)其中R2係氫、烷基、乙烯基、或芳基。具有式(I)之醛之分子量一般不大於200克/莫耳。在一些實施例中，該醛係甲醛(R2係氫)或乙醛(R2係甲基)。
當提及聚合材料時，用語「多孔的(porous)」係指聚合材料具有孔洞並且可吸附氣體物質，諸如例如醛。在大多數實施例中，聚合性吸著劑係多孔的。諸如聚合性吸著劑之多孔性材料可依據其孔洞大小來加以特徵化。用語「微孔洞(micropores)」係指具有小於2奈米直徑的孔洞。用語「中孔洞(mesopores)」係指在2至50奈米範圍中之直徑的孔洞。用語「大孔洞(macropores)」係指具有大於50奈米之直徑的孔洞。聚合材料之多孔性可從聚合材料在低溫條件下(例如，77K下之液態氮)對惰性氣體(諸如氮氣或氬氣)之吸附等溫圖來加以特徵化。吸附等溫圖一般得自在約10-6至約0.98+0.01之範圍內之多重相對壓力(p/p°)下測定多孔性聚合材料對惰性氣體(諸如氮氣或氬氣)的吸附性。然後使用各種方法分析等溫圖，諸如採用BET(布-埃-特(Brunauer-Emmett-Teller))法計算比表面積，及採用密度 泛函理論(Density Functional Theory)(DFT)將多孔性及孔徑分佈特徵化。
如上所述，藉由使具有羧酸基團的經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料與具有至少兩個式-NHR胺基的含氮化合物反應來形成聚合性吸著劑，其中R係氫或烷基。該至少兩個胺基中之一者在經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料中與羧酸基團形成離子鍵。亦即，含氮化合物變成聚合性吸著劑之一部份。
經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料係由二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料形成。用來合成前驅物聚合材料之條件一般係經選擇，使得此材料具有等於至少100m2/克之BET比表面積。
前驅物聚合材料(亦即，二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料)一般係合成自可聚合組成物，可聚合組成物包括含有馬來酸酐、二乙烯基苯、及可選的苯乙烯型單體之單體混合物。前驅物聚合材料係經常由含有下列之單體混合物形成：1)8至65重量百分比的馬來酸酐，2)30至85重量百分比的二乙烯基苯，及3)0至40重量百分比的苯乙烯型單體，其中苯乙烯型單體係苯乙烯、經烷基取代的苯乙烯、或其組合。量係基於單體混合物中之單體總重量，其等於可聚合組成物中之單體總重量。當使用前驅物聚合材料形成可以特別有效吸著醛之聚合性吸著劑時，單體混合物經常含有1)15至65重量百分比之馬來酸酐，2)30至85重量百分比之二乙烯基苯，與3)0至40重量百分比之苯乙烯型單體，其中苯乙烯型單體係苯乙烯、經烷基取代之苯乙烯、或其組合。
包括在單體混合物中之馬來酸酐會導致在前驅物聚合材料內形成式(II)馬來酸酐單體單元。
Figure 107120636-A0305-02-0031-1
此式及本文所包含其它式中之星號係指單體單元與另一個單體單元或末端基團之附接位置。
用來形成前驅物聚合材料之馬來酸酐量會影響可與前驅物聚合材料反應以形成聚合性吸著劑之含氮化合物量。含氮化合物與酸酐基團反應而變成離子附接至係為聚合性吸著劑之聚合材料。
在一些實施例中，包括在單體混合物中之馬來酸酐量係至少8重量百分比、至少10重量百分比、至少12重量百分比、至少15重量百分比、或至少20重量百分比。馬來酸酐量可係為至多65重量百分比、至多60重量百分比、至多55重量百分比、至多50重量百分比、至多45重量百分比、至多40重量百分比、至多35重量百分比、至多30重量百分比、或至多25重量百分比。例如：馬來酸酐存在量可在8至65重量百分比、15至65重量百分比、15至60重量百分比、15至50重量百分比、15至40重量百分比、20至65重量百分比、20至60重量百分比、20至50重量百分比、20至40重量百分比、30至65重量百分比、30至60重量百分比、30至50重量百分比、40至65重量百分比、或40至60重量百分比之範圍內。量係基 於用來形成前驅物聚合材料的可聚合組成物中所含之單體混合物中之單體總重量。
換言之，前驅物聚合材料含有之式(II)單體單元係在8至65重量百分比、15至65重量百分比、15至60重量百分比、15至50重量百分比、15至40重量百分比、20至65重量百分比、20至60重量百分比、20至50重量百分比、20至40重量百分比、30至65重量百分比、30至60重量百分比、30至50重量百分比、40至65重量百分比、或40至60重量百分比之範圍內。這些量係基於前驅物聚合材料中之單體單元總重量。
單體混合物中所包括之二乙烯基苯會導致前驅物聚合材料中形成式(III)之二乙烯基苯單體單元。
Figure 107120636-A0305-02-0032-2
附接至苯環之兩個基團可彼此呈鄰位、間位、或對位排列。式(III)之單體單元會促成高交聯密度，並促成具有微孔洞與/或中孔洞之堅硬聚合材料形成。
用來形成前驅物聚合材料之二乙烯基苯量可對前驅物聚合材料與聚合性吸著劑二者之BET比表面積有強烈影響。當用來形成前驅物聚合材料之單體混合物中之二乙烯基苯量及聚合性吸著劑中之 式(III)單體單元生成量提高時，BET比表面積傾向會隨之增加。若二乙烯基苯量小於30重量百分比，則聚合性吸著劑可能沒有足夠高之BET比表面積。另一方面，若二乙烯基苯量大於85重量百分比時，可能會減損醛之吸著量，因為聚合性吸著劑中的含氮基團數量較少。在一些實施例中，包括在單體混合物中之二乙烯基苯量係至少30重量百分比、至少35重量百分比、至少40重量百分比、或至少45重量百分比。二乙烯基苯量可係至多85重量百分比、至多80重量百分比、至多75重量百分比、至多70重量百分比、至多65重量百分比、至多60重量百分比、或至多50重量百分比。例如，量可在30至85重量百分比、30至80重量百分比、30至75重量百分比、30至70重量百分比、30至65重量百分比、30至60重量百分比、30至55重量百分比、30至50重量百分比、35至80重量百分比、35至70重量百分比、35至60重量百分比、40至85重量百分比、40至80重量百分比、40至70重量百分比、或40至60重量百分比之範圍內。量係基於用來形成前驅物聚合材料的可聚合組成物中所含之單體混合物中之單體總重量。
換言之，前驅物聚合材料中含有之式(III)單體單元係在30至85重量百分比、30至80重量百分比、30至75重量百分比、30至70重量百分比、30至65重量百分比、30至60重量百分比、30至55重量百分比、30至50重量百分比、35至80重量百分比、35至70重量百分比、35至60重量百分比、40至85重量百分比、40至80重 量百分比、40至70重量百分比、或40至60重量百分比之範圍內。這些量係基於前驅物聚合材料中之單體單元總重量。
二乙烯基苯很難以純淨形態獲得。例如，市售可得之二乙烯基苯經常具有低達55重量百分比之純度。要獲得純度大於約80重量百分比之二乙烯基苯可能相當困難以且/或昂貴。伴隨二乙烯基苯之雜質通常為苯乙烯型單體，諸如苯乙烯、經烷基取代之苯乙烯(例如，乙基苯乙烯)、或其混合物。因此，苯乙烯型單體常伴隨二乙烯基苯與馬來酸酐存在於用來形成前驅物聚合材料之可聚合組成物中所含有之單體混合物中。基於單體混合物中之單體總重量，單體混合物通常含有0至40重量百分比之苯乙烯型單體。如果苯乙烯型單體含量大於40重量百分比，交聯密度可能太低，且/或交聯之間的距離可能太大，而無法提供具有BET比表面積等於至少100m2/克之二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料。隨著交聯密度降低，聚合性吸著劑傾向於較不堅硬且多孔性較低。通常，純度為55重量百分比之二乙烯基苯不適合在用來形成前驅物聚合材料之單體混合物中使用，因為苯乙烯型單體雜質含量太高。如果單體混合物含有太多的苯乙烯型單體，則二乙烯基苯的量可能會非所欲地低。使用純度低於約80重量百分比之二乙烯基苯，可能造成所形成之前驅物聚合材料與/或聚合性吸著劑具有不理想之低BET比表面積。
包括在單體混合物中之苯乙烯型單體會導致式(IV)苯乙烯型單體單元存在於前驅物聚合材料中。
Figure 107120636-A0305-02-0035-3
基團R3係氫或烷基(例如，具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、或1至4個碳原子之烷基)。
在一些實施例中，用來形成前驅物聚合材料之苯乙烯型單體量係至少1重量百分比、至少2重量百分比、或至少5重量百分比。苯乙烯型單體量可係至多40重量百分比、至多30重量百分比、至多20重量百分比、或至多10重量百分比。例如，量可在0至40重量百分比、1至40重量百分比、5至40重量百分比、10至40重量百分比、0至30重量百分比、1至30重量百分比、5至30重量百分比、10至30重量百分比、0至20重量百分比、1至20重量百分比、5至20重量百分比、或10至20重量百分比之範圍內。量係基於用來形成前驅物聚合材料的可聚合組成物中所含之單體混合物中之單體總重量。
換言之，前驅物聚合材料中所含有之式(IV)單體單元係在0至40重量百分比、1至40重量百分比、5至40重量百分比、10至40重量百分比、0至30重量百分比、1至30重量百分比、5至30重量百分比、10至30重量百分比、0至20重量百分比、1至20重量百分比、5至20重量百分比、或10至20重量百分比之範圍內。這些量係基於前驅物聚合材料中之單體單元總重量。
總而言之，前驅物聚合材料係由含有單體混合物之可聚合組成物形成，單體混合物包括8至65重量百分比之馬來酸酐、30至85重量百分比之二乙烯基苯、與0至40重量百分比之苯乙烯型單體。在一些實施例中，單體混合物含有15至65重量百分比之馬來酸酐、30至85重量百分比之二乙烯基苯、與0至40重量百分比(或5至40重量百分比)之苯乙烯型單體。一些實施例含有25至65重量百分比之馬來酸酐、30至75重量百分比之二乙烯基苯、與1至20重量百分比(或5至20重量百分比)之苯乙烯型單體。一些實施例含有25至60重量百分比之馬來酸酐、30至75重量百分比之二乙烯基苯、與1至30重量百分比(或5至30重量百分比或10至30重量百分比)之苯乙烯型單體。在又其它實施例中，單體混合物含有30至65重量百分比之馬來酸酐、30至70重量百分比之二乙烯基苯、與1至20重量百分比(或5至20重量百分比或10至20重量百分比)之苯乙烯型單體。在又其他實施例中，單體混合物含有30至60重量百分比之馬來酸酐、30至65重量百分比之二乙烯基苯、及1至20重量百分比(或5至20重量百分比、或10至20重量百分比)之苯乙烯型單體。在進一步實施例中，單體混合物含有40至60重量百分比之馬來酸酐、30至55重量百分比之二乙烯基苯、與1至20重量百分比(或5至20重量百分比、或10至20重量百分比)之苯乙烯型單體。在又進一步實施例中，單體混合物含有20至40重量百分比之馬來酸酐、50至70重量百分比之二乙烯基苯、與1至20重量百分比(或5至20 重量百分比或10至20重量百分比)之苯乙烯型單體。重量百分比值係基於用來形成前驅物聚合材料之單體混合物中之單體總重量。
包括在用來形成前驅物聚合材料之可聚合組成物中之單體混合物通常含有至少95重量百分比之選自馬來酸酐、二乙烯基苯、與苯乙烯型單體之單體。例如，單體混合物中之至少97重量百分比、至少98重量百分比、至少99重量百分比、至少99.5重量百分比、至少99.9重量百分比、或100重量百分比單體係選自馬來酸酐、二乙烯基苯、與苯乙烯型單體。在一些使用高純度二乙烯基苯之實施例中，單體混合物僅含有二乙烯基苯與馬來酸酐。亦即，二乙烯基苯與馬來酸酐之總量係100重量百分比。
除了單體混合物外，用來形成前驅物聚合材料之可聚合組成物尚包括有機溶劑。在聚合之前，可聚合組成物係呈單相。換言之，在聚合之前，可聚合組成物不是懸浮液。所選擇之有機溶劑應可溶解包括在單體混合物中之單體，並使前驅物聚合材料在開始形成時溶解。有機溶劑通常包括酮、酯、乙腈、或其混合物。
有機溶劑可在前驅物聚合材料形成期間作用為成孔劑(porogen)。所選擇之有機溶劑可強烈影響前驅物聚合材料中所形成之BET比表面積與孔洞大小。使用可與單體及所形成聚合物二者混溶之有機溶劑，傾向會在前驅物聚合材料中形成微孔洞與中孔洞。用於單體及所形成聚合物之良好溶劑傾向使前驅物聚合材料之多孔性有較大比例呈微孔洞及中孔洞之形式。
尤其適用於生產具有微孔洞及中孔洞的前驅物聚合材料之有機溶劑包括酮、酯、乙腈、及其混合物。有機溶劑會影響前驅物聚合材料的BET比表面積。一般而言，所欲的是前驅物聚合材料具有等於至少100m2/克的BET表面積。只要所得到的前驅物聚合材料具有等於至少100m2/克之BET比表面積，其他有機溶劑可連同以上列出的一或多種有種溶劑一起添加。合適酮類實例包括但不限於烷基酮類，諸如甲基乙基酮與甲基異丁基酮。合適酯類實例包括但不限於乙酸酯類，諸如乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、與乙酸三級丁酯。
可使用任何所需量之有機溶劑。可聚合組成物之固體百分比經常在1至75重量百分比之範圍內(亦即可聚合組成物含有25至99重量百分比之有機溶劑)。若固體百分比太低，聚合時間可能會變得不理想地長。固體百分比經常係至少1重量百分比、至少2重量百分比、至少5重量百分比、至少10重量百分比、或至少15重量百分比。然而，若固體之重量百分比太高，則單體無法與有機溶劑形成單相。此外，提高固體百分比傾向會導致BET比表面積較低之前驅物聚合材料形成。固體百分比通常可係至多75重量百分比、至多70重量百分比、至多60重量百分比、至多50重量百分比、至多40重量百分比、至多30重量百分比、或至多25重量百分比。例如，固體百分比可在5至75重量百分比、5至70重量百分比、5至60重量百分比、5至50重量百分比、5至40重量百分比、5至30重量百分比、或5至25重量百分比之範圍內。
除了單體混合物與有機溶劑外，用來形成前驅物聚合材料之可聚合組成物通常包括用於自由基聚合反應之起始劑。任何適當的自由基起始劑都可使用。適當的自由基起始劑一般係經選擇以與該可聚合組成物所包括之該些單體混溶。在一些實施例中，自由基起始劑係可在高於室溫之溫度下活化之熱起始劑。在其它實施例中，該自由基起始物係氧化還原起始劑。由於該聚合反應係自由基反應，因此理想的是將可聚合組成物中之氧量降至最低。
起始劑之類型與量均可能影響聚合速率。通常，增加起始劑量傾向會降低BET比表面積；然而，若起始劑量太低，則可能很難讓單體轉化成聚合材料的轉化率變高。自由基起始劑之存在量通常在0.05至10重量百分比、0.05至8重量百分比、0.05至5重量百分比、0.1至10重量百分比、0.1至8重量百分比、0.1至5重量百分比、0.5至10重量百分比、0.5至8重量百分比、0.5至5重量百分比、1至10重量百分比、1至8重量百分比、或1至5重量百分比之範圍內。重量百分比係基於可聚合組成物中之單體總重量。
合適之熱起始劑包括有機過氧化物與偶氮化合物。偶氮化合物實例包括但不限於可自E.I.du Pont de Nemours Co.(Wilmington,DE)以商標名稱VAZO購得者，諸如VAZO 64(2,2’-偶氮雙(異丁腈))(經常稱為AIBN)、及VAZO 52(2,2’-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈))。其它偶氮化合物係可購自Wako Chemicals USA,Inc.(Richmond,VA)，如諸V-601(2,2’-偶氮雙(2-甲基丙酸)二甲酯)、V-65(2,2’-偶氮雙(2.4-二甲基戊腈))、與V-59(2,2’-偶氮雙(2-甲基丁 腈))。有機過氧化物包括但不限於雙(1-側氧基芳基)過氧化物(諸如苯甲醯基過氧化物(BPO))、雙(1-側氧基烷基)過氧化物(諸如月桂醯基過氧化物)、與二烷基過氧化物(諸如二異丙苯基過氧化物(dicumyl peroxide)或二-三級丁基過氧化物)、與其混合物。活化熱起始劑所需之溫度常在25℃至160℃之範圍內、在30℃至150℃之範圍內、在40℃至150℃之範圍內、在50℃至150℃之範圍內、在50℃至120℃之範圍內、或在50℃至110℃之範圍內。
合適之氧化還原起始劑包括芳基亞磺酸鹽、三芳基鋶鹽、或與呈氧化狀態之金屬、過氧化物、或過硫酸鹽組合之N,N-二烷基苯胺(例如，N,N-二甲基苯胺)。具體之芳基亞磺酸鹽包括芳基亞磺酸四烷銨，諸如4-乙氧基羰基苯亞磺酸四丁銨、4-三氟甲基苯亞磺酸四丁基銨、與3-三氟甲基苯亞磺酸四丁銨。具體之三芳基鋶鹽包括具有三苯基鋶陽離子及具有選自PF6 -、AsF6 -、與SbF6 -之陰離子者。適當的金屬離子包括例如III族金屬離子、過渡金屬離子、及鑭系金屬離子。特定金屬離子包括，但不限於，鐵(III)、鈷(Ⅲ)、銀(I)、銀(II)、銅(II)、鈰(Ⅲ)、鋁(III)、鉬(VI)、及鋅(II)。適當的過氧化物包括過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯、及類似物。適當的過硫酸鹽包括例如過硫酸銨、過硫酸四烷基銨(例如，過硫酸四丁基銨)、及類似物。
可聚合組成物通常不含或實質上不含界面活性劑。本文在提及界面活性劑時所採用之用語「實質上不含(substantially free)」意指沒有故意添加界面活性劑至可聚合組成物中，且任何可能存在之界面活性劑係因在可聚合組成物之其中一種組分中成為雜質所致(例 如，在有機溶劑或在其中一種單體中之雜質)。基於可聚合組成物之總重量，可聚合組成物通常含有小於0.5重量百分比、小於0.3重量百分比、小於0.2重量百分比、小於0.1重量百分比、小於0.05重量百分比、或小於0.01重量百分比之界面活性劑。不存在界面活性劑是有利的，因為這些材料傾向會限制對前驅物聚合材料中之微孔洞及中孔洞之進入，且在一些情況下會填充該等微孔洞及中孔洞。
當可聚合組成物在自由基起始劑之存在下加熱時，單體混合物中之單體即會發生聚合。藉由平衡單體混合物中之各單體量及藉由選用可以溶解所有單體與在其早期形成階段之成長中聚合材料之有機溶劑，即可製備BET比表面積等於至少100m2/克之前驅物聚合材料。前驅物聚合材料之BET比表面積可係至少150m2/克、至少200m2/克、或至少300m2/克。BET比表面積可為例如：至多1000m2/克或更高、至多900m2/克、至多800m2/克、至多750m2/克、或至多700m2/克。
二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料之結構特別適合作為用於多孔性聚合性吸著劑之前驅物聚合材料使用。假使來自苯乙烯型單體之式(IV)單體單元含量低，則二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料具有來自二乙烯基苯及馬來酸酐之交替單體單元。此結構造成高度交聯，並促成多孔性聚合材料形成，尤其是具有高微孔洞與/或中孔洞含量之多孔性聚合材料。
前驅物聚合材料係可聚合組成物之反應產物。前驅物聚合材料通常由含有以下者之可聚合組成物形成：(a)8至65重量百分比之式(II)第一單體單元，
Figure 107120636-A0305-02-0042-4
 (b)30至85重量百分比之式(III)第二單體單元，及
Figure 107120636-A0305-02-0042-5
 (c)0至40重量百分比之式(IV)第三單體單元，其中R3係氫或烷基(例如，具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、或1至4個碳原子之烷基)。
Figure 107120636-A0305-02-0042-6
在許多實施例中，若要成為對醛特別有效之聚合性吸著劑，前驅物聚合材料含有(a)15至65重量百分比之式(II)第一單體單元，(b)30至85重量百分比之式(III)第二單體單元，與(c)0至40重 量百分比(或5至40重量百分比)之式(IV)第三單體單元。各重量百分比值係基於前驅物聚合材料中之單體單元總重量。
前驅物聚合材料之一些實施例含有25至65重量百分比之式(II)第一單體單元、30至75重量百分比之式(III)第二單體單元、及1至20重量百分比(或5至20重量百分比)之式(IV)第三單體單元。一些實施例含有25至60重量百分比之式(II)第一單體單元、30至75重量百分比之式(III)第二單體單元、及1至30重量百分比(或5至30重量百分比或10至30重量百分比)之式(IV)第三單體單元。在又其他實施例中，單體混合物含有30至65重量百分比之式(II)第一單體單元、30至70重量百分比之式(III)第二單體單元、及1至20重量百分比(或5至20重量百分比或10至20重量百分比)之式(IV)第三單體單元。在又其他實施例中，單體混合物含有30至60重量百分比之式(II)第一單體單元、30至65重量百分比之式(III)第二單體單元、及1至20重量百分比(或5至20重量百分比或10至20重量百分比)之式(IV)第三單體單元。在進一步實施例中，單體混合物含有40至60重量百分比之式(II)第一單體單元、30至55重量百分比之式(III)第二單體單元、及1至20重量百分比(或5至20重量百分比或10至20重量百分比)之式(IV)第三單體單元。在又進一步實施例中，單體混合物含有20至40重量百分比之式(II)第一單體單元、50至70重量百分比之式(III)第二單體單元、與1至20重量百分比(或5至20重量百分比或10至20重量百分比)之式(IV)第三單體單元。重量百分比值係基於用於前驅物聚合材料中之單體單元總重量。
前驅物聚合材料係經水解以形成經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料。水解會導致前驅物聚合材料中之式(II)基團開環。亦即，經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料包括以下類型的基團(VII-A、VII-B、及VII-C)中之一或多者，取決於pH條件及所選的特定水解劑。
Figure 107120636-A0305-02-0044-7
Figure 107120636-A0305-02-0044-8
Figure 107120636-A0305-02-0044-9
式(VII-A)基團具有兩個羧酸基團。式(VII-B)基團具有羧酸基團及羧酸根陰離子二者。式(VII-C)基團具有兩個羧酸根陰離子。在式(VII-B)及(VII-C)基團中，M+可係任何合適的陽離子，但通常係鹼金屬陽離子，諸如鈉或鉀。水解反應一般將至少70莫耳百分比、至少75莫耳百分比、至少80莫耳百分比、至少85莫耳百分比、至少90莫耳百分比、至少95莫耳百分比、至少97莫耳百分比、至少98莫耳百分比、至少99莫耳百分比、或100莫耳百分比的酐基團轉換成羧酸及/或羧酸根基團。
通常係藉由將前驅物聚合材料與鹼金屬氫氧化物、鹼金屬碳酸鹽、鹼金屬碳酸氫鹽、或其組合的溶液混合，在室溫或接近室溫下進行水解反應。具體實例包括但不限於氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉，或其混合物。溶液一般係水系、醇系、或二者。
替代地，可藉由在水中、在升溫下(例如，25至120℃)將前驅物聚合物簡單地加熱來進行水解反應。
水解後，經常用稀酸處理經水解產物，以將任何羧酸根基團轉換成羧酸基團。亦即，在用含氮化合物處理之前，式(VII-B)及/或(VII-C)基團通常會轉化成式(VII-A)基團。亦即，與含氮化合物反應的經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料具有羧酸基團。
經水解(例如，完全水解)二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料一般具有等於至少50m2/克或至少100m2/克之BET比表面積。在一些實施例中，BET比表面積係至少150m2/克、至少175m2/克、至少200m2/克、至少225m2/克、至少250m2/克、或至少300m2/克。BET比表面積可係至多600m2/克或更高、至多500m2/克、或至多400m2/克。在一些實施例中，BET比表面積係在50至600m2/克之範圍內、在75至600m2/克之範圍內、在100至600m2/克之範圍內、或在200至600m2/克之範圍內。
藉由使具有羧酸基團的經水解聚合材料與含氮化合物反應以形成離子鍵，來形成聚合性吸著劑。通常係鹼性的含氮化合物含有會與經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料中的羧酸基團反應的第一 一級及/或二級胺基。亦即，含氮化合物內的第一胺基一級及/或二級胺基會與經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料內的式(VII-A)單體單元中的羧酸基團反應。此反應導致將含氮化合物鍵聯至聚合性吸著劑中的聚合材料之離子鍵形成。離子鍵結的含氮化合物具有至少一個可與醛反應的第二一級及/或二級胺基。
含氮化合物具有二或更多個式-NHR基團，其中R係氫或烷基。此化合物可具有二或更多個一級胺基(其中R等於氫)，可具有二或更多個二級胺基(其中R等於烷基)，或可具有至少一個一級胺基加上至少一個二級胺基。合適之烷基R基團經常具有1至20個碳原子。例如，烷基可具有至少1個碳原子、至少2個碳原子、或至少4個碳原子，且可具有至多20個碳原子、至多18個碳原子、至多16個碳原子、至多10個碳原子、至多6個碳原子、或至多4個碳原子。在一些實施例中，烷基具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、或1至4個碳原子。
許多合適之含氮化合物具有式(V)。
R4NHR1(V)
在式(V)中，基團R1係氫或烷基。基團R4係式-R5-NHR6基團、或-(C=NH)-NH2。基團R5係伸烷基、(雜)伸芳基、(雜)伸芳烷基、具有一或多個氧(-O-)基之雜伸烷基、或具有一或多個-NH-基團之雜伸烷基。(雜)伸芳基及(雜)伸芳烷基R5基團可選地可經一級胺基及/或二級胺基取代。基團R6係氫、烷基、或-(C=NH)-NH2。
適用於式(V)中之R1之烷基可具有至少1個碳原子、至少2個碳原子、或至少4個碳原子，且可具有至多20個碳原子、至多18個碳原子、至多12個碳原子、至多10個碳原子、或至多6個碳原子。在一些實施例中，烷基具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、或1至4個碳原子。
在一些實施例中，式(V)中之R4係式-R5-NHR6基團，且含氮化合物具有式(V-1)。
R6HN-R5-NHR1(V-1)
此等化合物具有至少兩個式-NHR胺基。適用於式(V-1)中之R6之烷基可具有至少1個碳原子、至少2個碳原子、或至少4個碳原子，且可具有至多20個碳原子、至多18個碳原子、至多12個碳原子、至多10個碳原子、或至多6個碳原子。在一些實施例中，烷基具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、或1至4個碳原子。基團R5可係伸烷基、(雜)伸芳基、(雜)伸芳烷基、具有一或多個氧(-O-)基之雜伸烷基、或具有一或多個-NH-基團之雜伸烷基。(雜)伸芳基及(雜)伸芳烷基R5基團可選地可經一級胺基及/或二級胺基取代。
式(V-1)中之合適伸烷基R5基團通常具有至少1個碳原子、至少2個碳原子、至少3個碳原子、或至少4個碳原子，且可具有至多20個碳原子、至多16個碳原子、至多12個碳原子、至多10個碳原子、或至多6個碳原子。一些含氮化合物具有式(V-1)，並且R1 係氫，R5係伸烷基，且R6係氫。此等含氮化合物之實例係伸烷基二胺，諸如例如亞甲二胺、伸乙二胺、伸丙二胺、與伸丁二胺。具有R1及R6二者皆等於烷基之式(V-1)含氮化合物包括N,N'-二甲基伸乙二胺。
在式(V-1)化合物的其他實施例中，基團R5係具有至少一個鏈中(catenary)-O-或-NH-基團之雜伸烷基(亦即，雜伸烷基係二價雜烷烴基團，該雜烷烴係具有鏈中雜原子之烷烴)。換言之，伸雜烷基R3基團具有一或多個式-Ra-[O-Rb]n-或-Ra-[NH-Rb]n-基團，其中各Ra與各Rb獨立係伸烷基，且n係在1至50、1至40、1至30、1至20、1至10、1至6、或1至4範圍內之整數。合適之Ra與Rb伸烷基基團經常具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、1至4個碳原子、或1至3個碳原子。伸雜烷基經常具有至多30個碳原子與至多16個雜原子、至多20個碳原子與至多11個雜原子、或至多10個碳原子與至多6個雜原子。此等含氮化合物可由式(V-2)與(V-3)代表。
R6HN-Ra-[O-Rb]n-NHR1(V-2)
R6HN-Ra-[NH-Rb]n-NHR1(V-3)
一些含氮化合物具有式(V-2)，並且R1係氫，R5係具有-O-基團之伸雜烷基，且R6係氫。此等含氮化合物實例為聚(氧化伸烷基)二胺，諸如聚乙二醇二胺與聚丙二醇二胺。另外的含氮化合物具有式(V-3)，並且R1係氫，R5係具有-NH-基團之伸雜烷基，且R6係 氫。此等含氮化合物可係例如式H2N-[(CH2)xNH]y-(CH2)xNH2化合物，其中x係在1至4範圍內之整數，且y係在1至10範圍內之整數。實例包括二伸乙三胺、三伸乙四胺、與四伸乙五胺。
式(V-1)中之R5基團亦可係(雜)伸芳基或(雜)伸芳烷基。(雜)伸芳基或(雜)伸芳烷基可選地可經一級胺基及/或二級胺基取代。合適之伸芳基R5團經常具有6至12個碳原子，且經常係伸苯基或聯伸苯基。合適之雜伸芳基R5基團經常具有2至10個碳原子和1至5個選自氮、氧及硫的雜原子。合適之(雜)伸芳烷基R5基團經常具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、或1至4個碳原子的伸烷基或烷基部分。伸芳烷基之芳基或伸芳基部分經常具有6至12個碳原子，且經常係苯基或伸苯基。雜伸芳烷基的雜芳基或雜伸芳基部分經常具有2至10個碳原子和1至5個選自氮、氧、及硫的雜原子。在許多實施例中，雜原子係氮。
R1與R6均係氫且R5係伸芳基之式(V-1)含氮化合物實例包括但不限於伸苯二胺。R1及R6二者均係氫且R5係雜伸芳基之式(V-1)含氮化合物實例係三聚氰胺(亦即，三聚氰胺係具有三個氮雜原子的伸雜芳基，其中該雜伸芳基係經一級胺基取代)。
仍其它含氮化合物具有式(V-1)，其中R6係如式(V-4)中所示之-(C=NH)-NH2。
NH2-(C=NH)-HN-R5-NHR1(V-4)
此等化合物具有至少兩個式-NHR胺基。在一些式(V-4)化合物中，R1係氫且R5係伸烷基。一種此類化合物係精胺(agmatine)。精胺亦可由其它共振結構代表，但被認為係在式(V-1)及(V-4)二者之範圍內。
在式(V)之其它實施例中，R4係基團-(C=NH)-NH2。所得化合物具有式(V-5)。
H2N-(C=NH)-NHR1(V-5)
此等化合物具有至少兩個式-NHR胺基。當R1係氫時，式(V-5)化合物係胍。
其他合適之含氮化合物係具有至少三個式-NHR1基團之多元胺，其中R1係氫或烷基。此等化合物可具有式(VI)。
R7-(NHR1)z(VI)
在式(VI)中，R1係定義如上，且變數z等於至少3，且可係至多10、至多8、至多6、或至多4。R7基團經常係為z價烷烴基團或z價雜烷烴基團。合適之z價烷烴基團經常具有支鏈碳原子，並且四個相鄰基團中之至少三者係-CH2-。合適之z價雜烷烴基團經常具有支鏈氮原子並且具有三個相鄰之碳原子(例如：三個係為伸烷基或烷基之相鄰基團)；或具有支鏈碳原子並且四個相鄰原子中之至少三個者係碳(例如，三個係為伸烷基或烷基之相鄰基團)。這些z價雜烷烴基團經常包括一或多個式-Rc-[NH-Rd]p-基團，其中各Rc與各Rd獨 立係伸烷基，且p係在1至50、1至40、1至30、1至20、1至10、1至6、或1至4範圍內之整數。合適之Rc與Rd伸烷基經常具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、1至4個碳原子、或1至3個碳原子。z價烷烴基團經常具有至少2個碳原子、至少3個碳原子、至少4個碳原子、或至少5個碳原子，及至多20個碳原子、至多16個碳原子、至多12個碳原子、或至多8個碳原子。z價雜烷烴基團經常具有至多30個碳原子與至多16個雜原子、至多20個碳原子與至多11個雜原子、或至多10個碳原子與至多6個雜原子。
具體之式R7-(NHR1)z多元胺包括各種不同多元亞胺。一些多元亞胺包括一或多個分枝氮原子，並且各分枝氮原子連接三個式-Rc-[NH-Rd]p-基團。各分枝鏈段之末端基團經常係式-NHR1基團，諸如-NH2。實例包括各種不同之分枝聚伸乙亞胺。另一種具體多元胺係2-(胺基甲基)-2-甲基-1,3-丙二胺，其中R7係三價烷烴基團(亦即，碳分枝原子係以三個相鄰的伸烷基及一個相鄰的甲基連接至四個碳原子)，各R1係氫，且z等於3。
在許多實施例中，諸如式(V)(包括式V-1至V-5)與式(VI)者之含氮化合物具有不大於2000道耳頓(Da)之分子量(或重量平均分子量)。例如：分子量(或重量平均分子量)不大於1500Da、不大於1000Da、不大於750Da、不大於500Da、或不大於250Da。
每莫耳存在於經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料中的羧酸可添加至多一莫耳的含氮化合物。亦即，以羧酸之總莫耳數 計，至多100莫耳百分比含氮化合物可與經水解聚合材料反應。在一些實施例中，以羧酸之總莫耳數計，添加的含氮化合物的量係至多95莫耳百分比或更高、至多90莫耳百分比、至多85莫耳百分比、至多80莫耳百分比、至多70莫耳百分比、至多60莫耳百分比、或至多50莫耳百分比。以前驅物聚合材料中式(II)單體單元之總莫耳數計，含氮化合物的量可係至少1莫耳百分比、至少2莫耳百分比、至少5莫耳百分比、至少10莫耳百分比、至少20莫耳百分比、至少30莫耳百分比、至少40莫耳百分比、至少50莫耳百分比、至少60莫耳百分比、或至少80莫耳百分比。在一些實施例中，以羧酸之總莫耳數計，含氮化合物的量係在1至100莫耳百分比之範圍內、在10至100莫耳百分比之範圍內、在20至100莫耳百分比之範圍內、在30至100莫耳百分比之範圍內、在40至100莫耳百分比之範圍內、在50至100莫耳百分比之範圍內、在60至100莫耳百分比之範圍內、或在80至100莫耳百分比之範圍內。
為了使含氮化合物與經水解前驅物聚合材料反應而形成離子鍵，經常將含氮化合物溶於水及/或合適之有機溶劑中。合適之有機溶劑為可以溶解含氮化合物但不會與其反應者。有機溶劑實例包括但不限於醇類、醚類(諸如四氫呋喃與乙醚)、與各種不同氯化溶劑(諸如二氯甲烷與氯仿)。含氮化合物於水與/或有機溶劑中之濃度可為任何合適之含量，視含氮化合物之溶解度而定。在一些實施例中，含氮化合物於水與/或有機溶劑中之濃度係在1至40重量百分比之範 圍內、在1至30重量百分比之範圍內、在1至20重量百分比之範圍內、或在1至10重量百分比之範圍內。
含氮化合物之溶液係與經水解聚合材料混合。反應可在室溫下發生或可藉由將混合物加熱至高於室溫之溫度而發生。例如，混合物可於30℃至120℃之範圍內的溫度下加熱數小時至數天。在一些實施例中，懸浮液係於30℃至100℃、40℃至90℃、50℃至90℃、或60℃至80℃下加熱12至24小時。
聚合性吸著劑通常具有低於前驅物聚合材料之BET比表面積。打開酐基團以形成經水解聚合材料可充分提高主鏈中之構形自由度，從而造成多孔性降低。此外，聚合性吸著劑中含氮基團之間的氫鍵可能限制或阻斷對孔洞之進入。由於此多孔性降低，經常理想的是製備儘可能具有最高BET比表面積但仍具有足夠與含氮化合物反應之酸酐基團之前驅物聚合材料。聚合性吸著劑的BET比表面積一般而言係至少25m2/克。
在一些實施例中，聚合性吸著劑進一步包括酸鹼指示劑。酸鹼比色指示劑(亦即當從酸式轉變成鹼式時會變色之染劑(通常為有機染劑))可與含氮化合物同時添加，或可在添加含氮化合物之後添加。所選擇之酸-鹼比色指示劑通常具有之pKb低於含氮化合物之pKb。亦即，當聚合性吸著劑上所有或顯著部分之可用含氮基團已經與醛反應時，該所選擇之酸鹼比色指示劑會從第一種顏色轉變成第二種顏色。這種顏色變化表示已達到或接近達到聚合性吸著劑對於醛之吸著容量。如本文所使用，用語「接近達到(close to being reached)」意 指已達到容量之至少60百分比或更多(亦即已有至少60百分比或更多可用之吸著位點已用於吸著醛)。例如，至少70百分比、至少80百分比、至少90百分比、或至少95百分比之吸著位點已用於吸著醛。
由於已知含氮化合物之pKb，所屬技術領域中具有通常知識者可輕易選擇具有較低pKb值之酸鹼比色指示劑。在一些應用中，含氮化合物之pKb值與酸鹼比色指示劑之pKb之差值係至少1、至少2、至少3、或至少4。酸鹼比色指示劑之pKb經常在3至10之範圍內。
酸鹼比色指示劑之實例包括但不限於甲基紅、溴二甲苯酚藍(bromoxylenol blue)、副玫瑰色素(pararosaniline)、鹼性橘橙(chrysoidine)、百里酚藍(thymol blue)、甲基黃、溴苯基藍、剛果紅(Congo red)、甲基橙、溴甲酚綠、石蕊精(azolitmin)、溴甲酚紫、溴百里酚藍、酚紅、中性紅、萘酚酞(naphtholphthalein)、甲酚紅、酚酞(phenolphthalein)、與百里酚酞(thymolphthalein)。
酸鹼比色指示劑可採用任何合適方法加至聚合性吸著劑中。在一些實施例中，聚合性吸著劑係浸泡在酸鹼比色指示劑之溶液中至少10分鐘、至少20分鐘、至少30分鐘、至少1小時、至少2小時、至少4小時、或至少8小時。酸鹼比色指示劑之溶液經常在5至10毫克/毫升之濃度範圍內。經常取約0.5克聚合性吸著劑浸泡在約10毫升該溶液中。
在其中存在酸-鹼指示劑的一些實施例中，聚合性吸著劑粒子100的作用可係至少部分地(或主要地)提供氣體醛(例如甲 醛)存在於聚合性吸著劑粒子所曝露的空氣中之視覺指示。亦即，存在於合適的過濾器支架10上的此類聚合性吸著劑粒子100的集合，可提供與以例如Dräger管來舉例說明之類型的眾所周知氣體檢測裝置類似的功能。
在一些實施例中，將聚合性吸著劑提供在過濾器支架100上作為複合物(例如，呈顆粒形式)，該複合物含有黏合劑連同用於捕捉醛(諸如，甲醛)的聚合性吸著劑材料。該聚合性吸著劑材料係與上述者相同。此類聚合性吸著劑及/或包括在複合顆粒中的聚合性吸著劑的前驅物經常在加壓反應器中製備為單一聚合材料塊來製備。然後使用旋轉式磨機將此聚合材料塊打破並碾碎成精細粒子。典型磨機會包括篩網，以藉由將所有碾碎的粒子保持在小於篩網之孔洞尺寸而幫助控制粒子大小。在聚合材料的碾磨期間會產生顯著量的精細粒子，該等精細粒子可能太過細小而無法用於一些應用(諸如過濾應用)中。例如，對於使用在某些過濾應用中而言，經碾磨的聚合材料可能有多達三分之一太過細小。哪些粒子會被認為太過細小可隨特定應用及可允許的壓降而有所不同。
聚合材料的精細粒子可藉由與黏合劑組合而形成更大的粒子(即複合顆粒)。複合顆粒一般具有適用於在過濾應用中使用的尺寸。因此，複合顆粒的形成允許充分利用在反應器內形成的所有聚合材料，從而降低聚合性吸著劑的總體生產成本。
此外，用於製備含有聚合性吸著劑之物品(例如，過濾物品)的一些方法會導致額外精細粒子形成。例如，製造載有聚合性 吸著劑的網、裝填呼吸器匣、及呼吸器和呼吸器匣的超音波焊接會導致聚合性吸著劑材料的粉碎，從而造成精細粒子的形成。從加工的角度來看，以減少粉碎的形式提供聚合性吸著劑可能係有益的。相較於不存在黏合劑之聚合性吸著劑，已發現將聚合性吸著劑與黏合劑組合可導致韌性改善(例如，較不可能分崩離析)的複合顆粒形成。此外，可生產本揭露之複合顆粒而不會負面影響聚合性吸著劑吸收醛化合物之能力，至達複合顆粒不可用作為吸著劑之程度。
包括在複合顆粒中的黏合劑可係有機材料(諸如聚合材料)、無機材料(諸如，例如，金屬矽酸鹽)、或其組合(具有無機部分及有機部分的化合物，諸如例如金屬羧酸鹽)。在許多實施例中，黏合劑係鹽或聚合材料，諸如例如纖維素樹脂。
在某些實施例中，黏合劑包括聚電解質材料。可使用任何合適的聚電解質材料，包括具有有機或無機相對離子者。一些合適的聚電解質材料係衍生自天然聚合物或改質天然聚合物。實例聚電解質包括但不限於聚胺、聚醯胺、聚醇、多醣、聚丙烯醯胺、聚丙烯酸酯、腐植酸、蛋白質、聚二烯丙基二甲基銨鹽(諸如聚氯化二烯丙基二甲基銨(polydiallyldimethylammonium chloride))、聚胺-聚氯化二烯丙基二甲基銨摻合物、聚四級胺、無機-聚胺摻合物、無機-聚氯化二烯丙基二甲基銨摻合物、陽離子性澱粉、陽離子性聚甲基丙烯酸甲酯、甲氯化乙烯基咪唑(vinylimidazolium methochloride)與乙烯基吡咯啶酮之共聚物、四級化乙烯基吡咯啶酮/二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯 共聚物、聚乙烯亞胺(polyethyleneimine)、及其混合物。在某些實施例中，聚電解質材料包括陽離子性澱粉。
在某些實施例中，黏合劑包括金屬氫氧化物、金屬氧化物、金屬鹽、有機金屬化合物、或其組合。一些合適的金屬氧化物、金屬氫氧化物、及金屬鹽黏合劑係衍生自鋁、鈣、鎂、或鐵(包括聚硫酸鋁及聚氯化鋁)。其他實例黏合劑係聚有機鋯酸鹽、聚有機鋁酸鹽、聚矽氧烷、聚矽烷、聚矽氮烷、聚碳矽烷、聚硼矽烷、二甲基丙烯酸鋯、四甲基丙烯酸鋯、2-乙基己酸鋯、丁氧化鋁、乙基乙醯乙酸二異丙氧化鋁(aluminum diisopropoxide ethylacetoacetate)、四甲基二矽氧烷、參三甲基矽基磷酸鹽、參三甲基矽氧基硼、及其組合。一些實例金屬鹽係金屬羧酸鹽，諸如具有10至20個碳原子的金屬羧酸鹽(例如，硬脂酸鎂)。其他實例無機黏合劑係矽酸鹽(例如，金屬矽酸鹽)。實例金屬矽酸鹽包括矽酸鈉(例如，偏矽酸鈉)、矽酸鉀、矽酸鈣、矽酸鎂、及其組合。在某些實施例中，矽酸鹽係偏矽酸鈉。
其他實例黏合劑包括熱塑性聚合物。熱塑性聚合物可係選自例如聚醯胺(諸如耐綸)、聚烯烴(諸如聚乙烯，例如LDPE、LLDPE、HDPE、聚乙烯與其他聚烯烴之共聚物、及聚丙烯)、聚氯乙烯(經塑化及未經塑化二者)、氟碳樹脂(諸如聚四氟乙烯)、聚苯乙烯、丙烯酸樹脂(諸如聚丙烯酸酯及聚甲基丙烯酸酯)、苯乙烯共聚物(諸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯及丙烯腈-苯乙烯)、聚碳酸酯、聚乙烯基乙酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基醇、聚甲醛(polyoxymethylene)、聚甲醛(polyformaldehyde)、聚縮醛、聚酯(諸 如聚對苯二甲酸乙二酯)、聚醚醚酮、及酚-甲醛樹脂(諸如可溶酚醛樹脂(resol)及酚醛清漆樹脂(novolac))、及其組合。
又其他實例黏合劑包括熱固性聚合物。例如，熱固性聚合物係選自聚胺甲酸脂、聚矽氧、氟聚矽氧、酚系樹脂、三聚氰胺樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、及脲甲醛樹脂。
又其他實例黏合劑包括彈性體。在某些實施例中，彈性體係選自天然橡膠、合成橡膠(諸如苯乙烯-丁二烯橡膠、聚氯平(neoprene)、腈橡膠、及丁基橡膠)、聚矽氧、聚胺甲酸酯、烷基化氯磺化聚乙烯、聚烯烴、氯磺化聚乙烯、全氟彈性體、乙烯-丙烯-二烯三聚物、氯化聚乙烯、氟彈性體、及其混合物。
在某些實施例中，黏合劑包括天然存在聚合物。實例天然存在聚合物可選自纖維素、膠原蛋白、有機酸、及其組合。例如，天然存在聚合物可係生物可降解聚合物。合適的生物可降解聚合物可選自聚乙二醇、聚乳酸、聚乙烯醇、纖維素樹脂(諸如乙酸丁酸纖維素、羧甲基纖維素、及纖維素醚(諸如羥丙基甲基纖維素))、藻酸、單離自海藻的角叉菜膠、多醣、果膠、黃原膠、澱粉、聚乳酸交酯乙醇酸交酯之共聚物、及其組合。在一些實施例中，生物可降解聚合物係選自聚乙二醇、聚乳酸、聚乙烯基醇、聚乳酸交酯乙醇酸交酯之共聚物、及其混合物。
在某些實施例中，黏合劑包括導電聚合物。實例導電聚合物可選自經摻雜聚苯胺及聚噻吩。
在某些實施例中，黏合劑包括膠化材料、吸收性材料、或其組合。實例吸收性黏合劑材料可係超吸收性材料，諸如聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、聚醇、聚胺、聚氧化乙烯、纖維素(諸如羧甲基纖維素)、幾丁質、明膠、澱粉、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯腈、藻酸、單離自海藻之角叉菜膠、多醣、果膠、黃原膠、聚氯化二烯丙基二甲基銨、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基苄基三甲基銨鹽、聚乙烯基乙酸酯、聚乳酸、及其組合。
複合顆粒經常含有以複合顆粒之總重量計至少1重量百分比、至少2重量百分比、至少5重量百分比、或至少10重量百分比的黏合劑。在某些實施例中，以複合顆粒之總重量計，黏合劑於複合顆粒中之存在量係至多30重量百分比、至多25重量百分比、或至多20重量百分比。
複合顆粒經常含有以複合顆粒之總重量計至少70重量百分比、至少75重量百分比、或至少80重量百分比的聚合性吸著劑。在某些實施例中，以複合顆粒之總重量計，聚合性吸著劑於複合顆粒中之存在量係至多90重量百分比、至多95重量百分比、至多98重量百分比、或至多99重量百分比。
在一些實施例中，以複合顆粒之總重量計，複合顆粒含有1至30重量百分比之黏合劑及70至99重量百分比的聚合性吸著劑。例如，複合顆粒可含有5至30重量百分比的黏合劑及70至95重量百分比的聚合性吸著劑、10至30重量百分比的黏合劑及70至90重量百分比的聚合性吸著劑、1至25重量百分比的黏合劑及75至99 重量百分比的聚合性吸著劑、5至25重量百分比的黏合劑及75至95重量百分比的聚合性吸著劑、10至25重量百分比的黏合劑及75至90重量百分比的聚合性吸著劑、1至20重量百分比的黏合劑及80至99重量百分比的聚合性吸著劑、5至20重量百分比的黏合劑及80至95重量百分比的聚合性吸著劑、或10至20重量百分比的黏合劑及80至90重量百分比的聚合性吸著劑。
聚合性吸著劑及黏合劑經常在不使用任何液體(諸如水或有機溶劑)的情況下摻合在一起。然後可將摻合材料壓成丸粒或圓片，之後會將該等丸粒或圓片研磨或碾磨接著過篩以得到所欲尺寸的複合顆粒(例如，將所需尺寸的複合顆粒滯留在篩上)。可收集穿過篩子的任何材料並藉由將其壓成額外的丸粒或圓片來回收。
可使用任何合適的壓力來形成丸粒或圓片。可在形成丸粒或圓片的過程中可選地將摻合材料加熱。在一些實施例中，可將摻合材料加熱至接近(但經常低於)黏合劑熔點的溫度。選擇壓力及溫度以提供斷裂時不會崩解的丸粒或圓片(或經歷最低程度的崩解)。丸粒或圓片可具有任何合適的尺寸，諸如例如0.5至3公分、1至3公分、或2至3公分。
選擇用於形成丸粒或圓片的壓力一般在6,000磅/每平方吋(psi)至60,000psi或甚至更高的範圍內。例如，壓力經常係至少6,000psi、至少6,400psi、至少6,500psi、至少10,000psi、至少20,000psi、或至少25,000psi，並且可係至多60,000psi、至多50,000psi、至多40,000psi、或至多30,000psi。停留時間(施加力 的時間)可從數秒變化至數分鐘。例如，停留時間可在1秒至10分鐘的範圍內。
相較於基於捕捉劑浸漬的吸著劑，如本文所揭示的聚合性吸著劑(無論黏合劑是否存在)提供了明顯優點。捕捉劑通常係單純吸著在基質材料上，諸如例如活性碳。亦即，捕捉劑通常不會離子附接至基質材料，且可能會遷移。相比之下，本文所述之聚合性吸著劑具有離子附接之含氮基團，其會與醛交互反應且不會遷移。
與過濾器支架(或任何類型)一起使用的吸著劑粒子(無論是單獨使用或是例如用作進一步包含黏合劑的複合顆粒)的粒子尺寸可視需要而有所變化。在各種實施例中，吸著劑粒子可具有至少約4篩目(即，粒子尺寸標稱地小於4.8mm)、6篩目(粒度標稱地小於3.4mm)、8篩目(粒子尺寸標稱地小於2.4mm)、12篩目(小於1680微米)、至少約16篩目(<1190微米)、至少約20篩目(<840微米)、至少約40篩目(<425微米)、或至少約60篩目(<250微米)之標準美國篩目子尺寸(等級)。在進一步實施例中，吸著劑粒子可具有不大於約325篩目(亦即，粒子尺寸標稱地大於44微米)；230篩目(>63微米)、140篩目(>105微米)、100篩目(>150微米)、80篩目(>180微米)、60篩目(>250微米)、50篩目(>300微米)、或45篩目(>355微米)的標準美國篩目等級。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，所有這些篩目尺寸均對應於標稱等級而非絕對標準；舉例而言，若一材料係描述為一12篩目材料，則該等粒子之近似95%或更多將通行穿過一12篩目 篩(且將因此大小標稱地小於約1680微米)。若一材料係描述為12×20篩目，則該材料之95%或更多將通過一12篩目篩(即，小於約1680微米之粒子將通過一12篩目篩)且藉由一20篩目篩而滯留(即，大於約841微米之粒子將不通過一20篩目篩)。如果需要，可採用具有不同尺寸範圍的吸著劑粒子之混合物(例如，雙模混合物(bimodal mixture))。吸著劑粒子100可經加工以具有任何所欲的粒子尺寸分佈。此類加工可包括例如篩分粒子及/或視需要對粒子進行機械研磨。
如上所述，聚合性吸著劑之多孔性可從多孔性材料在低溫條件下(例如，77K下之液態氮)對惰性氣體(諸如氮氣或氬氣)之吸附等溫圖來加以特徵化。吸附等溫圖一般得自在約10-6至約0.98+0.01之範圍內的多重相對壓力下測定多孔性聚合性吸著劑對惰性氣體(如氬氣)之吸附性。然後使用多種方法分析等溫圖，諸如使用BET(布-埃-特(Brunauer-Emmett-Teller))法計算比表面積，及使用諸如密度泛函理論(Density Functional Theory)(DFT)特徵化多孔性與孔徑分佈。
用語「表面積(surface area)」係指材料表面之總面積，表面包括可進入孔洞中之內表面。表面積一般係從由在低溫條件下(例如，77K下之液態氮)，在一定之相對壓力範圍內，測量材料表面上之惰性氣體(諸如氮氣或氬氣)吸附量所得到之吸附等溫圖來計算得到。用語「BET比表面積(BET specific surface area)」係每克材 料之表面積(通常為m2/克)，其通常採用BET方法，從惰性氣體在0.05至0.30之相對壓力內之吸附等溫數據計算得到。
在另一方面，提供一種藉由支撐在空氣過濾器1的過濾支架10上的聚合性吸著劑粒子100來吸附醛的方法。該聚合性吸著劑係呈粒子形式且包括下列者之反應產物：(a)具有羧酸基團之經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料，與b)具有至少兩個式-NHR胺基的含氮化合物，其中R係氫或烷基。可使用上述任何聚合性吸著劑。如果需要，聚合性吸著劑可係複合顆粒的一部分。
聚合性吸著劑會吸著醛。合適之醛具有式(I)R2-(CO)-H(I)其中R2係氫、烷基、乙烯基、芳基、或經烷基取代之芳基。合適之烷基一般具有1至10個碳原子、1至6個碳原子、1至4個碳原子、1至3個碳原子、或1個碳原子。芳基可具有至多12個碳原子或至多6個碳原子。芳基經常係苯基。芳基可經烷基諸如具有1至4個碳原子或1至3個碳原子之烷基取代。
醛係在其呈蒸氣之形式時由聚合性吸著劑來吸著。因此，醛之分子量一般不大於200克/莫耳、不大於150克/莫耳、不大於100克/莫耳、不大於75克/莫耳、或不大於50克/莫耳。合適之醛包括但不限於甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、戊醛(pentanal)(戊醛(valeraldehyde))、異戊醛、己醛、苯甲醛、2,5-二甲基苯甲醛、2,4-二甲基苯甲醛、2,3-二甲基苯甲醛、甲苯甲醛(tolualdehyde)(鄰甲苯 甲醛、間甲苯甲醛、對甲苯甲醛、及其混合物)、丙烯醛、及巴豆醛。可在室溫下或在任何所需溫度下吸著醛，諸如在-30℃至150℃之範圍內、-30℃至100℃，或在-20℃至50℃之範圍內。
在另一態樣中，提供一種組成物，其包括支撐在過濾支架上之多孔性聚合性吸著劑粒子及吸著在該多孔性聚合性吸著劑上之醛。聚合性吸著劑及醛係與上所述者相同。醛可與存在於聚合性吸著劑上之任何一級胺基或二級胺基反應。在一些實施例中，聚合性吸著劑係使用式(V)化合物作為含氮化合物來形成。
R4NHR1(V)
所得聚合性吸著劑具有式-COO-(NH2R1R4)+離子基團。陰離子(-COO-)係來自經水解二乙烯基苯/馬來醛酐聚合材料以及陽離子((NH2R1R4)+)係來自含氮化合物。R1及R4基團係與如上所定義者相同。
在一些實施例中，聚合性吸著劑係使用式(V-1)化合物作為含氮化合物來形成。
R6HN-R5-NHR1(V-1)
所得聚合性吸著劑可具有式-COO-(NH2R6-R5-NHR1)+、 -COO-(NH2R1-R5-NHR6)+離子基團、或二者。若式-COO-(NH2R6-R5-NHR1)+基團之末端R1係氫，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH2R6-R5-NH-CHR2-OH)+、-COO-(NH2R6-R5-N(CHR2-OH)2)+、-COO-(NH2R6-R5-N=CR2H)+基團、或其混合物。同樣地，若式-COO-(NH2R1-R5-NHR6)+基團之末端R6係氫，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH2R1-R5-NH-CHR2-OH)+、-COO-(NH2R1-R5-N(CHR2-OH)2)+、-COO-(NH2R1-R5-N=CR2H)+基團、或其混合物。若式-COO-(NH2R6-R5-NHR1)+基團之末端R1係氫，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH2R6-R5-NR1-CHR2-OH)+基團。同樣地，若式-COO-(NH2R1-R5-NHR6)+基團之末端R6係烷基，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH2R1-R5-NR6-CHR2-OH)+基團。額外量之醛可與其餘一級胺基或二級胺基反應。
在仍其它實施例中，聚合性吸著劑係使用式(V-4)化合物作為含氮化合物來形成。
NH2-(C=NH)-HN-R5-NHR1(V-4)
所得聚合性吸著劑可具有式-COO-(NH3-(C=NH)-NH-R5-NHR1)+、-COO-(NH2R1-R5-NH-(C=NH)-NH2)+含氮基團、或二者。若式-COO-(NH3-(C=NH)-NH-R5-NHR1)+基 團之末端R1係氫，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH3-(C=NH)-NH-R5-NH-CHR2-OH)+、-COO-(NH3-(C=NH)-NH-R5-N(CHR2-OH)2)+、-COO-(NH3-(C=NH)-NH-R5-N=CR2H)+基團、或其混合物。若式-COO-(NH3-(C=NH)-NH-R5-NHR1)+基團之末端R1係烷基，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH3-(C=NH)-NH-R5-NR1-CHR2-OH)+基團。若聚合性吸著劑具有式-COO-(NH2R1-R5-NH-(C=NH)-NH2)+基團，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH2R1-R5-NH-(C=NH)-NH-CHR2-OH)+、-COO-(NH2R1-R5-NH-(C=NH)-N(CHR2-OH)2)+、-COO-(NH2R1-R5-NH-(C=NH)-N=CR2H)+基團、或其混合物。額外量之醛可與其餘一級胺基或二級胺基反應。
在又進一步實施例中，聚合性吸著劑係使用式(V-5)H2N-(C=NH)-NHR1(V-5)化合物作為含氮化合物來形成。所得聚合性吸著劑可具有式-COO-(NH3-(C=NH)-NHR1)+、-COO-(NH2R1-(C=NH)-NH2)+含氮基團、或二者。若式-COO-(NH3-(C=NH)-NHR1)+基團之末端R1係氫，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式=COO-(NH3-(C=NH)-NH-CHR2-OH)+、-COO-(NH3-(C=NH)-N(CHR2-OH)2)+、-COO-(NH3-(C=NH)-N=CR2H)+基團、或其混合物。若式-COO-(NH3-(C=NH)- NHR1)+基團之末端R1係烷基，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH3-(C=NH)-NR1-CHR2-OH)+基團。若聚合性吸著劑具有式-COO-(NH2R1-(C=NH)-NH2)+基團，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH2R1-(C=NH)-NH-CHR2-OH)+、-COO-(NH2R1-(C=NH)-N(CHR2-OH)2)+、-COO-(NH2R1-(C=NH)-N=CR2H)+基團、或其混合物。額外量之醛可與任何其餘一級胺基或二級胺基反應。
在仍進一步實施例中，聚合性吸著劑係使用式(VI)化合物作為含氮化合物來形成。
R7-(NHR1)z(VI)
所得聚合性吸著劑可具有式-COO-(NH2R1-R7-(NHR1)z-1)+含氮化合物。若式-COO-(NH2R1-R7-(NHR1)z-1)+基團之末端R1之其中一者係氫，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式-COO-(NH2R1-R7-(NHR1)z-2(NH-CHR2OH))+、-COO-(NH2R1-R7-(NHR1)z-2(N(CHR2OH)2))+、-COO-(NH2R1-R7-(NHR1)z-2(N=CR2H))+基團、或其混合物。若式-COO-(NH2R1-R7-(NHR1)z-1)+基團之末端R1之其中一者係烷基，則聚合性吸著劑在曝露於醛R2-(CO)-H之後可具有式 -COO-(NH2R1-R7-(NHR1)z-2(NR1-CHR2OH))+基團。在部分這些實施例中，多於一個末端-NHR1基團可與醛反應。除了末端基團之外，醛還可與聚合性吸著劑上之任何其它一級與/或二級胺基反應。
聚合性吸著劑在室溫(例如，25℃)及標準壓力下之醛吸著量經常係至少0.5毫莫耳/克(亦即，每克聚合性吸著劑吸著至少0.5毫莫耳的醛)。例如，醛吸著量可係至少1毫莫耳/克、至少1.5毫莫耳/克、至少2毫莫耳/克、至少2.5毫莫耳/克、至少3毫莫耳/克、至少3.5毫莫耳/克、至少4毫莫耳/克、至少4.5毫莫耳/克、或至少5毫莫耳/克。吸著量可係至多15毫莫耳/克、至多12毫莫耳/克、或甚至更高、至多10毫莫耳/克、至多9毫莫耳/克、至多8毫莫耳/克、或至多7毫莫耳/克。吸著量經常在0.5至12毫莫耳/克之範圍內、在1至12毫莫耳/克之範圍內、在2至12毫莫耳/克之範圍內、在1至10毫莫耳/克之範圍內、在2至10毫莫耳/克之範圍內、在3至12毫莫耳/克之範圍內、在3至10毫莫耳/克之範圍內、或在3至8毫莫耳/克之範圍內。
如本文中所揭示的聚合性吸著劑的組成和性質、以及製備和使用方法的進一步態樣，係提出於美國臨時專利申請案第xx/xxxxxx號(案卷號79540US002，標題為用於醛之聚合性吸著劑(Polymeric Sorbents for Aldehydes)，與本案同日提出申請)中，該臨時專利申請案以引用方式全文併入本文。
例示性實施例清單
實施例1係一種空氣過濾器，其包含支撐聚合性吸著劑粒子之過濾器支架，其中該聚合性吸著劑包含以下之反應產物：a)具有羧酸基團之經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料；與b)具有至少兩個式-NHR胺基的含氮化合物；其中R係氫或烷基，且其中該含氮化合物係以離子鍵附接至經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料，且其中該聚合性吸著劑係以多孔性粒子的形式存在。
實施例2係如實施例1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一具有至少一個主表面的基材，至少一些聚合性吸著劑粒子設置在該至少一個主表面上。
實施例3係如實施例2之空氣過濾器，其中該等聚合性吸著劑粒子實質上呈一單層存在於該基材之該主表面上。
實施例4係如實施例1至實施例3中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含多孔性透氣性材料，該多孔性透氣性材料具有設置在其一主表面上之聚合性吸著劑粒子及/或設置在該材料之內部至少在接近該材料之該主表面之一位置中之聚合性吸著劑粒子。實施例5係如實施例4之空氣過濾器，其中聚合性吸著劑粒子係設置在該多孔性透氣性材料之該整個內部。
實施例6係如實施例1至實施例5中任一者之空氣過濾器，其中該空氣過濾器基本上由該過濾器支架組成。
實施例7係如實施例1至實施例6中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含片狀材料，其展現一主平面且其展現小於約3mm之一厚度，且其經組態以允許氣流至少沿至少大致上垂直於 該片狀材料之該主平面之一方向上穿過該過濾器支架。實施例8係如實施例1至實施例4及實施例6至實施例7中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一具有一主表面之結網，至少一些聚合性吸著劑粒子黏附至該主表面。
實施例9係如實施例1及實施例4至實施例7中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一展現一內部之纖維網，且其中該等聚合性吸著劑粒子係設置在該網之該內部的至少部分內。實施例10係如實施例9之空氣過濾器，其中該等聚合性吸著劑粒子係設置在該纖維網之整個內部。實施例11係如實施例9至實施例10中任一者之空氣過濾器，其中該網係非織纖維網。實施例12係如實施例11之空氣過濾器，其中該非織纖維網係一熔噴網或一紡絲黏合網。實施例13係如實施例9至實施例12中任一者之空氣過濾器，其中該纖維網之至少一些纖維各自結合至至少一個聚合性吸著劑粒子。
實施例14係如實施例1至實施例5及實施例7至實施例13中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架係多層透氣組件之一層。實施例15係如實施例14之空氣過濾器，其中該多層透氣組件包括至少一層與該過濾器支架不同的層，且其係展現小於50之穿透百分比之一粒子過濾層。
實施例16係如實施例15之空氣過濾器，其中該粒子過濾層包含駐極體部分。實施例17係如實施例1至實施例14中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架係展現小於50之穿透百分比之一過濾器介質。實施例18係如實施例1至實施例17中任一者之空氣過濾 器，其中該過濾器支架係經褶襉的。實施例19係如實施例1至實施例18中任一者之空氣過濾器，其中該空氣過濾器係一框架式空氣過濾器，其經組態以插入一空氣處理設備之一空氣過濾器插座中，該空氣處理設備係選自由下列所組成之群組：一強制空氣加熱單元、一強制空氣冷卻單元、一強制空氣加熱/冷卻單元、一室內空氣淨化器、及用於一機動車輛之一座艙空氣過濾單元。實施例20係如實施例1、實施例6及實施例14至實施例16中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含具有通孔之蜂巢，吸著劑粒子係設置在該蜂巢內。
實施例21係如實施例1至實施例5及實施例7至實施例17中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架提供一過濾面罩呼吸器之一層。實施例22係如實施例21之空氣過濾器，其中該過濾面罩呼吸器係選自由平折式呼吸器及模製呼吸器所組成之群組。實施例23係如實施例1及實施例6中任一者之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一容器，其具有一內部，聚合性吸著劑粒子係設置在該內部內，且具有至少一個進氣口及至少一個出氣口。實施例24係如實施例23之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一過濾器匣。實施例25係如實施例24之空氣過濾器，其中該過濾器匣經組態以與個人保護裝置一起使用，該個人保護裝置係選自由下列所組成之群組：半面負壓呼吸器、全面負壓呼吸器、逃生罩、及動力空氣淨化呼吸器。實施例26係如實施例1至實施例25中任一者之空氣過濾器，其中該聚合性吸著劑粒子係存在於進一步包含至少一種黏合劑的顆粒中。
實施例27係一種從空氣中捕捉至少一些醛之方法，該方法包含：定位包含過濾器支架的空氣過濾器，該過濾支架包含實施例1至實施例26中任一者之聚合性吸著劑粒子，使得該等聚合性吸著劑粒子曝露於空氣，並且將存在於該空氣中之至少一些該醛吸著到該等聚合性吸著劑粒子上；其中該醛具有式(I)：R2-(CO)-H(I)；其中R2係氫、烷基、乙烯基、或芳基，且其中該具有式(I)之醛之分子量不大於200克/莫耳。
實施例28係如實施例27之方法，其中該過濾器支架展現一主表面，且其中該空氣係以一空氣流之形式存在，該空氣流沿至少大致上與該過濾器支架之該主表面之平面對準的方向上移動。
實施例29係如實施例27之方法，其中該過濾器支架允許氣流穿過其中，且其中該空氣以一空氣流之形式存在，該空氣流沿至少大致上垂直於該過濾器支架之一主表面的方向上穿過該過濾器支架之至少一部分。
實施例30係一種製造一空氣過濾器之方法，該空氣過濾器包含一過濾器支架，該過濾器支架包含聚合性吸著劑粒子，該方法包含：(a)提供二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料；(b)水解該二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料以形成具有羧酸基團的經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料；及c)使該經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料與具有至少兩個式-NHR胺基之含氮化合物反應(其中R係氫或烷基)，以形成多孔聚合性吸著劑粒子，其中該聚合性吸著劑具有離 子附接的含氮基團，且其中該聚合性吸著劑粒子係多孔的；以及，(d)將該等聚合性吸著劑粒子支撐在一過濾器支架上。
實例 材料
Figure 107120636-A0305-02-0073-10
分析及特徵化步驟
多孔性及氣體吸附實驗係以與描述於美國臨時專利申請案第xx/xxxxxx號(案卷號79540US002，標題為用於醛之聚合性吸著劑並與本案同日提出申請)中之程序類似的方式進行，該專利申請案以引用方式全文併入本文中。
工作例1及2 二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料之製備
在2L帕爾(Parr)不銹鋼壓力容器中，將177.11克(1.09莫耳)的DVB(80wt.%，工業級)、240.05克(2.45莫耳)的MA、及4.17克(16.8mmol)的VAZO 52溶於625.92克的EtOAc中。用來製備前驅物聚合材料之DVB之莫耳數計算已將材料的純度納入考量。可聚合組成物具有40.0wt.%的固體(在EtOAc中)，且含有單體混合物(34.0wt.%的DVB、57.5wt.%的MA、及8.5wt.%的苯乙烯型單體)及1wt.%的VAZO 52(以單體之總重量計)。用氮氣鼓泡可聚合組成物15分鐘。接著將壓力容器密封並置於60℃水浴中。使可聚合組成物於此升溫下加熱18小時。藉由真空過濾單離出已形成之白色沉澱，然後使用EtOAc洗滌。將固體置於4L錐形燒瓶中，然後添加2.0L的EtOAc至燒瓶中。讓該固體於室溫下於EtOAc中靜置一小時。該固體係再次藉由真空過濾而經分離並以EtOAc而經洗滌。將固體置於4L錐形燒瓶中，然後添加2.0L的EtOAc。讓固體於EtOAc中靜置過夜。該固體係再次藉由真空過濾而經分離並以EtOAc而經洗滌。接著使固體於100℃批式烘箱中乾燥18小時。如藉由氮氣吸附所判定，此前驅物聚合材料具有343.3m2/克之BET比表面積(SABET)，以及0.593cm3/克(在等於0.979的分壓(p/p°)下測量)之總孔體積。
經水解前驅物聚合材料之製備
將以上製備的前驅物聚合材料藉由用水解劑(NaOH)處理來水解。更具體而言，將58.8g(1.47莫耳)的NaOH溶於1L廣 口瓶內之490mL的去離子水中。向此溶液中添加50.0g已經磨碎並過篩至40×80篩目的粒子尺寸範圍的前驅物聚合材料。接著將廣口瓶加蓋然後置於滾瓶機上。讓懸浮液在室溫下滾動18小時。藉由真空過濾單離出固體，然後使用去離子水洗滌。將固體返回到1L廣口瓶中，並且向廣口瓶中添加515mL之2.1M的HCl水溶液(80mL的濃HCl添加至435mL的去離子水)。將廣口瓶加蓋並放回至滾瓶機上，讓其在室溫下滾動過夜。再次藉由真空過濾單體出固體，然後使用去離子水洗滌。接著使固體於高度真空下、在95℃下乾燥八小時。
胺官能化
接著使以上製備的經水解前驅物聚合材料與含有多於一個胺基的胺化合物反應。胺的特性、與經水解前驅物聚合材料反應的胺量、每個MA中與經水解前驅物聚合材料反應的胺化合物當量、以及用於反應的胺/乙醇(EtOH)溶液的濃度彙總於表1中。更具體而言，將胺化合物(EDA、DETA)溶解至足夠的EtOH中，以製備具有表1中列出的濃度之各胺溶液。向這些溶液之各者中添加3克的經水解前驅物聚合材料(40×80篩目粒子尺寸)。讓經水解前驅物聚合材料在室溫下於各胺溶液中浸泡18小時。各自藉由真空過濾單離出固體，並用EtOH洗滌。接著將各固體放回含有200mL的EtOH之8盎司廣口瓶中。讓固體於EtOH中浸泡18小時。藉由真空過濾單離出固體，用EtOH洗滌，並該其等在室溫下乾燥，以提供用於製備過濾器樣本之吸著劑粒子，該等樣本用於如下所述之甲醛捕捉效率測試。
Figure 107120636-A0305-02-0076-11
工作例之製備及測試
結網係以商標名稱DELNET R0412-10PR得自Delstar Technologies；據報告，結網具有60g/m2之基礎重量。結網包含實質上彼此垂直定向的兩組絲線，以形成大致上矩形的通孔(開口)之陣列，各通孔具有大約係1.7mm×0.7mm的尺寸。將壓敏性黏著劑前驅物(塗佈溶液)施加至結網的兩側，並且將溶劑乾燥以在結網的各側留下(丙烯酸系的)PSA，基礎重量在各側係大約30g/m2。將工作例1吸著劑粒子(EDA官能化)手動噴灑到結網的兩側上，使得吸著劑粒子黏著性附接至存在於結網主表面上的PSA。以大約116g/m2的基礎重量提供吸著劑(包括兩側上的吸著劑粒子)。同樣地，將工作例2吸著劑粒子(DETA官能化)手動噴灑到結網的兩側上，使得吸著劑粒子黏著性附接至存在於結網主表面上的PSA。以大約138g/m2的基礎重量提供吸著劑(包括兩側上的吸著劑粒子)。
對各工作例1及工作例2之空氣過濾器樣本在50%相對溼度及24LPM氣流(50ft/min面速度)下針對10百萬分點(以體積計)甲醛之挑戰進行甲醛捕捉效率測試。藉由在50%潮溼空氣流中加熱聚甲醛溶液來產生甲醛。使用來自California Analytical Instruments的光聲偵測器測量甲醛濃度。藉由%效率=100*(1-C下游(使用中之過濾器)/C下游(未使用之過濾器))計算甲醛捕捉效率，其中C係流動空氣流中甲醛之濃度。圖9呈現(對於各空氣過濾器/吸著劑樣本)甲醛捕捉效率隨時間而變動的圖。
從甲醛捕捉效率圖獲得在95%甲醛貫穿下之總甲醛裝載容量。此係藉由使用標準擬合方法將線擬合至圖，且當甲醛捕捉效率已降至5%時，將線外插至x-軸點來進行。然後計算線下方的面積，並將其乘以甲醛的質量流率及除以過濾器面積，以得到甲醛容量(以每平方公尺過濾器面積吸著的甲醛克數記述)。將數據歸納在表2中。
在表2中，測試面積係圓形過濾器樣本(直徑1.75in(0.0445m))之二維橫截面積。甲醛效率係吸著劑曝露於甲醛5分鐘之後吸著劑捕捉甲醛的效率。甲醛容量係從上述程序得到之95%甲醛貫穿時的甲醛裝載容量。吸著劑重量係每單位面積過濾器樣本之吸著劑裝載量。吸著劑容量係甲醛容量除以吸著劑重量，所以吸著劑容量係記述(以百分比計)為每使用吸著劑質量所捕捉的甲醛質量。
Figure 107120636-A0305-02-0077-12
本申請案以引用方式將美國臨時專利申請案第xx/xxxxxx號(案卷號79540US002，標題為用於醛之聚合性吸著劑(Polymeric Sorbents for Aldehydes))併入。該申請案含有許多工作例，在其中製造各式各樣聚合性吸著劑並與各種比較例(包括活性碳)相比進行測試。雖然為了簡潔起見未將這些工作例複製於本文件中，但在79540US002申請案中那些工作例聚合性吸著劑的特徵化將導致具有通常知識者預期那些工作例吸著劑所顯示的性質(尤其吸著甲醛的能力提高)將以類似的方式展現出來，這些材料以本文所揭示的方式設置於任何合適的過濾器支架上。
前述實例已僅為了清楚理解而提供，並且無任何不必要的限制係自其理解。實例中描述之測試及測試結果旨為闡釋而非預測，並且可預期測試程序中的變化會得出不同結果。鑒於所使用的程序中涉及眾所周知的公差，實例中的所有定量值應理解為係近似的。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解，本文所揭示之特定例示性元件、結構、特徵、細節、結構設計等等都可在許多實施例中修改及/或結合。所有此類變化及組合皆經本案發明人設想而全都在本發明的範圍內，並非只有經選擇作為例示性說明的那些代表性設計。因此，本發明的範疇不應侷限於本文中描述的特定說明性結構，而是至少延伸至申請專利範圍之語言所述之結構及那些結構的等效物。本說明書中明確敘述作為替代者之元件中的任一者皆可如所欲以任何組合明確包括於申請專利範圍內或排除自申請專利範圍外。本說明書中以開放式語言(例如：包含(comprise)及其衍生語)敘述之元件 或元件組合中的任一者，皆可視為另外以封閉式語言(例如：組成(consist)及其衍生語)及半封閉式語言(例如：基本上組成(consist essentially)、及其衍生語)來敘述。雖然本文中可能已論述各項理論及可能的機制，此類論述無論如何都不應該用來限制可主張的申請標的。倘若本說明書之內容與以引用方式併入本說明書中之任何文件之揭露間有任何衝突或差異，應以本說明書的內容為主。
1:空氣過濾器
10:過濾器支架
21:實心部分
22:通孔
23:上游側
24:下游側
28:黏著劑
100:吸著劑粒子

Claims (30)

  1. 一種空氣過濾器，其包含支撐聚合性吸著劑粒子之一過濾器支架，其中該等聚合性吸著劑粒子包含以下之反應產物：a)經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料，其具有羧酸基團；及b)含氮化合物，其具有至少兩個式-NHR胺基其中R係氫或烷基，且其中該含氮化合物係以離子鍵附接至該經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料；且其中該等聚合性吸著劑粒子係以多孔性粒子之形式存在。
  2. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含具有至少一個主表面的一基材，至少一些聚合性吸著劑粒子設置在該至少一個主表面上。
  3. 如請求項2之空氣過濾器，其中該等聚合性吸著劑粒子實質上呈一單層存在於該基材之該主表面上。
  4. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含多孔性透氣性材料，該多孔性透氣性材料具有設置在其一主表面上之聚合性吸著劑粒子及/或設置在該材料之該內部至少在接近該材料之該主表面之一位置中之聚合性吸著劑粒子。
  5. 如請求項4之空氣過濾器，其中聚合性吸著劑粒子係設置在該多孔性透氣性材料之該整個內部。
  6. 如請求項1之空氣過濾器，其中該空氣過濾器基本上由該過濾器支架組成。
  7. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一片狀材料，其展現一主平面且展現小於約3mm之一厚度，且其經組態以允許氣流至少沿至少大致上垂直於該片狀材料之該主平面之一方向上穿過該過濾器支架。
  8. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含具有一主表面之一結網，至少一些聚合性吸著劑粒子黏附至該主表面。
  9. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含展現一內部之一纖維網，且其中該等聚合性吸著劑粒子係設置在該網之該內部的至少部分內。
  10. 如請求項9之空氣過濾器，其中該等聚合性吸著劑粒子係設置在該纖維網之整個內部。
  11. 如請求項9之空氣過濾器，其中該網係一非織纖維網。
  12. 如請求項11之空氣過濾器，其中該非織纖維網係一熔噴網或一紡絲黏合網。
  13. 如請求項9之空氣過濾器，其中該纖維網之至少一些纖維各自結合至至少一個聚合性吸著劑粒子。
  14. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架係一多層透氣組件中之一層。
  15. 如請求項14之空氣過濾器，其中該多層透氣組件包括至少一層與該過濾器支架不同的層，且該層係一粒子過濾層，其展現使用鄰苯二甲酸二辛酯作為挑戰材料進行測試之小於50之穿透百分比。
  16. 如請求項15之空氣過濾器，其中該粒子過濾層包含駐極體部分。
  17. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架係一過濾器介質，其展現使用鄰苯二甲酸二辛酯作為挑戰材料進行測試之小於50之穿透百分比。
  18. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架係起褶襉的。
  19. 如請求項1之空氣過濾器，其中該空氣過濾器係一框架式空氣過濾器，其經組態以插入一空氣處理設備之一空氣過濾器插座中，該空氣處理設備係選自由下列所組成之群組：一強制空氣加熱單元、一強制空氣冷卻單元、一強制空氣加熱/冷卻單元、一室內空氣淨化器、及用於一機動車輛之一座艙空氣過濾單元。
  20. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含具有通孔之一蜂巢，聚合性吸著劑粒子係設置在該蜂巢內。
  21. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架提供一層一過濾面罩呼吸器。
  22. 如請求項21之空氣過濾器，其中該過濾面罩呼吸器係選自由平折式呼吸器及模製呼吸器所組成之群組。
  23. 如請求項1之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一容器，其具有一內部，聚合性吸著劑粒子係設置在該內部內，且具有至少一個進氣口及至少一個出氣口。
  24. 如請求項23之空氣過濾器，其中該過濾器支架包含一過濾器匣。
  25. 如請求項24之空氣過濾器，其中該過濾器匣經組態以與個人保護裝置一起使用，該個人保護裝置係選自下列所組成之群組：半面負壓呼吸器、全面負壓呼吸器、逃生罩、及動力空氣淨化呼吸器。
  26. 如請求項1之空氣過濾器，其中該等聚合性吸著劑粒子係存在於進一步包含至少一種黏合劑的顆粒中。
  27. 一種從空氣中捕捉至少一些醛之方法，該方法包含：定位包含一過濾器支架之一空氣過濾器，該過濾器支架包含如請求項1之聚合性吸著劑粒子，使得該等聚合性吸著劑粒子曝露於該空氣，及將存在於該空氣中之至少一些該醛吸著到該等聚合性吸著劑粒子上其中該醛具有式(I)R2-(CO)-H(I)其中R2係氫、烷基、乙烯基、或芳基，且其中該具有式(I)之醛之分子量不大於200克/莫耳。
  28. 如請求項27之方法，其中該過濾器支架展現一主表面，且其中該空氣以一空氣流之形式存在，該空氣流在至少大致上與該過濾器支架之該主表面之一平面對準的方向上移動。
  29. 如請求項27之方法，其中該過濾器支架允許氣流穿過其中，且其中該空氣以一空氣流之形式存在，該空氣流在至少大致上垂直於該過濾器支架之一主表面的方向上穿過該過濾器支架之至少一部分。
  30. 一種製造包含一過濾器支架的一空氣過濾器之方法，該過濾器支架包含聚合性吸著劑粒子，該方法包含：(a)提供二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料； (b)水解該二乙烯基苯/馬來酸酐前驅物聚合材料以形成具有羧酸基團之經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料；及c)使該經水解二乙烯基苯/馬來酸酐聚合材料與具有至少兩個式-NHR胺基的含氮化合物反應，其中R係氫或烷基，以形成該等聚合性吸著劑粒子，其中該等聚合性吸著劑粒子具有離子性附接的含氮基團且其中該等聚合性吸著劑粒子係多孔的；及，(d)將該等聚合性吸著劑粒子支撐在一過濾器支架上。
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