可用于过滤场合的挤制热塑性泡沫材料制造技术

本发明专利技术公开了一种制成适合过滤元件外壳内的过滤元件，该过滤元件包含一种挤制开孔热塑性泡沫材料，该泡沫材料具有基本上为泡孔壁和泡孔支架的结构，总开孔含量为５０％或更高，平均泡孔尺寸为１．５毫米或更低，且渗透系数为６×１０↑［－１３］ｍ↑［２］或更高，和可有可无的泡沫材料固位装置；以及一种过滤方法，包括将液体或气体经过该过滤元件。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过将气体或液体之一或两者连续经过具有异常渗透率的挤制、开孔热塑性泡沫材料来进行过滤的方法。已有技术涉及可用于过滤场合的各种开孔泡沫材料。它们包括热固性和热塑性的泡沫材料。公开的热固性泡沫材料包括描述于美国专利3873281、4212737、4303533和4099943中的那些。公开的挤制热塑性泡沫材料包括描述于美国专利4384032和4427548以及GB1100727中的那些。公开的热塑性乳液聚合物泡沫材料包括描述于“过滤介质上的聚合物泡沫材料”，过滤和分离，Z.Blumgara,1995年3月，245-251页的那些。开孔泡沫材料由于相对其它材料(最值得注意的是无纺纤维状材料)具有使用缺陷而工业上尚未广泛用于过滤场合。这些使用缺陷的性质随着泡沫材料结构的不同而不同。开孔热固性泡沫材料工业上已用于某些过滤场合，但具有明显的使用局限。常规的开孔热固性泡沫材料具有网状结构(主要是泡孔支架(strut)，没有泡孔壁)，而且可制成120微米以上的平均泡孔尺寸。具有泡孔支架但没有泡孔壁的泡沫材料描述于聚合物泡沫材料和泡沫技术手册(Klempner和Frisch,Hanser Publishers,1991),23页，图2。这种市售泡沫材料对于0.3-0.5微米粒径具有较高的阻止率(70-90％)但效率低。这些泡沫材料有效地过滤大颗粒但不能有效地过滤小颗粒。这些泡沫材料通常建议用作大颗粒或草地石头的空气过滤器或户外设备或用作预过滤器。已经通过浸滤可溶性盐而制成市售微孔聚氨酯泡沫材料。泡孔尺寸据说低至27微米，但孔隙率仅最高80％。有限的孔隙率导致有限的渗透率和可能的较低寿命。开孔乳液聚合物泡沫材料尚未发现在过滤场合中的显著商业价值。低密度开孔乳液聚合物泡沫材料通常具有网状(主要是泡孔支架，没有泡孔壁)微孔结构且可制成10微米或更低的非常小的泡孔尺寸。该网状微孔结构的开孔性质限制了可能的过滤效率和能力，因为小颗粒容易从中通过。它们还通常具有机械脆性，当将压降施加穿过它时，容易挠曲和/或压缩。开孔挤制聚合物泡沫材料尚未发现在过滤场合中的显著商业价值。开孔挤制聚合物泡沫材料通常具有较刚性的基本上由泡孔支架和泡孔壁确定的微孔结构。比起效率相当的多孔的、无纺的纤维状材料，公开可用于过滤场合的已有技术挤制泡沫材料由于其较低的渗透率而具有较高的压降。已有技术泡沫材料即使具有较高的开孔含量，即，90-100％开孔，也通常在其泡孔壁内具有较小的孔和各处有限的孔入射(incidence)水平。因此，它们具有较低的渗透率。低渗透率意味着在给定泡沫材料厚度时的高压降。需要有一种挤制、开孔热塑性泡沫材料，它具有较刚性的基本上由泡孔壁和泡孔支架两者确定的微孔结构且具有较高的液体和气体渗透率。还需要有一种泡沫材料，它在给定的所需效率、能力、和/或泡沫材料厚度下具有低压降。还需要泡沫材料在过滤0.3-0.5微米小颗粒时具有较高的效率。本专利技术提供了一种制成适合过滤元件外壳内的过滤元件，该过滤元件包含一种挤制开孔热塑性泡沫材料，该泡沫材料具有基本上为泡孔壁和泡孔支架的结构，总开孔含量为50％或更高，平均泡孔尺寸为1.5毫米或更低，且渗透系数为6×10-13m2或更高，和可有可无的泡沫材料固位装置。本专利技术提供了一种过滤方法，包括，将液体或气体通过一个制成适合过滤元件外壳内的过滤元件，该过滤元件包含一种挤制开孔热塑性泡沫材料，该泡沫材料具有基本上为泡孔壁和泡孔支架的结构，总开孔含量为50％或更高，平均泡孔尺寸为1.5毫米或更低，且渗透系数为6×10-13m2或更高，和可有可无的泡沫材料固位装置。本专利技术还提供了一种过滤方法，包括，将液体或气体通过一种挤制开孔热塑性泡沫材料，该泡沫材料具有基本上为泡孔壁和泡孔支架的结构，总开孔含量为50％或更高，平均泡孔尺寸为1.5毫米或更低，且渗透系数为6×10-13m2或更高。附图说明图1给出了可用于本专利技术的泡沫材料过滤器。该过滤器具有圆柱形状。图2给出了可用于本专利技术的泡沫材料过滤器的另一实施方案。该过滤器为打褶的泡沫材料片材的形式。图3给出了可用于本专利技术的液体或气体泡沫材料过滤器的另一实施方案。该过滤器部分穿孔。本专利技术提供了一种制成适合过滤元件外壳内的过滤元件。过滤元件外壳是各种应用领域中熟知的，这些应用包括流体如气体和液体的过滤。本专利技术的过滤元件可以基本上是泡沫材料本身，或过滤元件可采用固位装置以固定该泡沫材料。固位装置可以是本领域熟知的任何材料，包括塑料、金属、木材、纸、等。本专利技术的过滤元件和过滤方法采用某种挤制的、开孔热塑性泡沫材料，它对液体和气体都具有优异的过滤性能。比起具有基本上泡孔支架/泡孔壁结构的泡沫材料，该泡沫材料具有较大的渗透率。增强渗透率使得这种泡沫材料能够有效地用于常规的商业、住宅、和工业过滤。该挤制开孔泡沫材料的空气渗透系数为6×10-13m2或更高，或1.44×10-12m2或更高，理想为3×10-12m2或更高，更理想为4.28×10-12m2或更高，优选8×10-12m2或更高，更优选1.6×10-11m2或更高，进一步优选1.6×10-11m2或更高。渗透率按照以下公式来确定Ke=QμL/AP其中A=面积(平方米(m2))Q=空气的体积流速(立方米/秒(m3/sec))P=压差(帕斯卡(Pa))L=泡沫材料的厚度(米(m))μ=空气的运动粘度(牛顿·秒/平方米(Ns/m2)Ke=渗透系数(平方米(m2))该公式描述于Derek B.Purchas的过滤介质手册，第1版，ElsevierScience Ltd.1996,488-89页。在本文涉及渗透率数值的描述中，应该理解，术语渗透率”和“渗透系数”有时可相互交换使用。尽管不受任何特定理论局限，但可用于本专利技术的挤制泡沫材料的增强渗透率据信来自其独特的泡沫材料结构。该泡沫材料具有基本上为泡孔壁和泡孔支架的开孔微孔结构，其中该微孔结构确定了任何以下性质或其组合在泡孔壁内增强(较大)的孔入射率、在泡孔壁内增强(较大)的孔径、增强(较大)比例的一般与挤出方向垂直或水平的其中有孔的泡孔壁、以及较少比例的遗漏或基本遗漏的泡孔壁。已有技术挤制过滤泡沫材料缺少这些结构特征，以致于不能获得本文在用于本专利技术方法的泡沫材料时所公开的渗透率。这种增强渗透率可提高在效率、能力、压降、和泡沫材料厚度方面的设计灵活性。可用于本专利技术的挤制泡沫材料相对网状已有技术泡沫材料具有较高的性能优点。本专利技术泡沫材料的基本上泡孔壁/泡孔支架结构提供了以致较弯曲的用于液体或气体横穿的孔路径，并提供了显著的能够容纳颗粒的袋、缝、和表面积。比起网状泡沫材料，这种微孔结构在效率、能力、压降、和泡沫材料厚度方面提供了较高的设计灵活性。按照ASTM D2856-A，该泡沫材料的开孔含量为50％或更高，优选70％或更高，更优选90％或更高，最优选95％或更高。渗透率可随着开孔含量的增加而增加。本专利技术在较宽的泡沫材料泡孔尺寸范围内有效。按照ASTMD3576-77，该泡沫材料的平均泡孔尺寸理想地为1.5毫米或更低，平均泡孔尺寸更理想地为1毫米或更低，平均泡孔尺寸优选为0.1毫米或更低，更优选0.01-1.0毫米(10-100微米)。按照ASTM D3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制成适合过滤元件外壳内的过滤元件，该过滤元件包含一种挤制开孔热塑性泡沫材料，该泡沫材料具有基本上为泡孔壁和泡孔支架的结构，总开孔含量为约５０％或更高，平均泡孔尺寸为约１．５毫米或更低，且渗透系数为约６×１０↑［－１３］ｍ↑［２］或更高，和可有可无的泡沫材料固位装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DG布兰德，
申请(专利权)人：陶氏化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]