專利名稱：柔性纖維質(zhì)材料、污染控制裝置及其制造方法
柔性纖維質(zhì)材料、污染控制裝置及其制造方法本專利申請(qǐng)是中國(guó)專利申請(qǐng)200880005509. 8 (PCT國(guó)際申請(qǐng)PCT/US2008/052M1) 的分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車輛上采用污染控制裝置來(lái)控制大氣污染。目前，廣泛使用兩種類型的此類裝置催化轉(zhuǎn)化器和柴油顆粒過(guò)濾器或捕集器。催化轉(zhuǎn)化器包含催化劑，該催化劑通常涂覆到安裝在轉(zhuǎn)化器中的單片結(jié)構(gòu)上。盡管已使用了金屬單片，但單片結(jié)構(gòu)通常為陶瓷。催化劑氧化一氧化碳和烴類，并降低汽車廢氣中氮的氧化物以控制大氣污染。柴油顆粒過(guò)濾器或捕集器一般為壁流式過(guò)濾器，該過(guò)濾器具有通常由多孔晶體陶瓷材料制成的蜂窩狀單片結(jié)構(gòu)。通常，如所構(gòu)造的，每種類型的這些裝置都具有金屬殼體，金屬殼體將單片結(jié)構(gòu)或元件保持在其內(nèi)部，而單片結(jié)構(gòu)或元件可以是金屬或陶瓷，并且最常見(jiàn)的是陶瓷。陶瓷單片一般具有很薄的壁，從而提供大量的表面積并且脆弱且易于破損。陶瓷單片的熱膨脹系數(shù)一般小于容納其的金屬(通常為不銹鋼)殼體一個(gè)數(shù)量級(jí)。要避免因道路沖擊和振動(dòng)對(duì)陶瓷單片造成的損壞、補(bǔ)償熱膨脹差值以及防止廢氣從單片結(jié)構(gòu)和金屬殼體之間通過(guò)，通常將陶瓷墊或膨脹型片狀材料設(shè)置在陶瓷單片和金屬殼體之間。將陶瓷單片和安裝材料布置或插入金屬殼體內(nèi)的方法也被稱為罐裝并且包括諸如將膨脹型片或陶瓷墊包裹在單片結(jié)構(gòu)周圍并將包裹好的單片結(jié)構(gòu)插入殼體之類的步驟。陶瓷墊和膨脹型片狀材料通常通過(guò)濕法成網(wǎng)方法(例如，一般根據(jù)造紙方法)和氣流成網(wǎng)方法加工而成，氣流成網(wǎng)方法可任選包括諸如(例如)針刺假縫法、縫編法、水纏結(jié)法或粘結(jié)劑浸漬。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種柔性纖維質(zhì)材料，包括無(wú)機(jī)纖維，其具有總重量并通過(guò)粘結(jié)劑粘合在一起，其中粘結(jié)劑包含以下物質(zhì)中的至少一種(a)第一有機(jī)聚合物和絮凝劑，該絮凝劑包含具有陽(yáng)離子基團(tuán)的第二有機(jī)聚合物， 或(b)第一有機(jī)聚合物和絮凝劑的反應(yīng)產(chǎn)物，其中柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量為小于或等于無(wú)機(jī)纖維總重量的 9%，并且其中柔性纖維質(zhì)材料具有的干基重為每平方米400至15000克。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以被可操作地改變(例如，切割成特定尺寸、設(shè)計(jì)等)以用于某些污染控制裝置。因此，在另一方面，本發(fā)明提供一種污染控制裝置，其包括殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)的污染控制元件；以及
根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)的柔性纖維質(zhì)材料，其鄰近殼體設(shè)置或設(shè)置在殼體內(nèi)。在某些實(shí)施例中，柔性纖維質(zhì)材料設(shè)置在污染控制元件和殼體之間。在另一方面，本發(fā)明提供形成柔性纖維質(zhì)材料的方法，該方法包括以下步驟(a)通過(guò)在水溶液中混合如下組分而形成漿液，所述組分包括具有總重量的無(wú)機(jī)纖維；以及有機(jī)組分，其中有機(jī)組分包含乳化了的第一有機(jī)聚合物和絮凝劑，絮凝劑包含具有陽(yáng)離子基團(tuán)的第二有機(jī)聚合物；(b)將至少一部分乳化了的第一有機(jī)聚合物絮凝到至少一部分無(wú)機(jī)纖維上以提供絮凝的漿液；(c)將絮凝的漿液脫水以提供脫水漿液；(d)進(jìn)一步干燥脫水漿液以形成柔性纖維質(zhì)材料，其中柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量為小于或等于無(wú)機(jī)纖維總重量的9%。在某些實(shí)施例中，步驟(C)包括將漿液形成到通過(guò)濕法成網(wǎng)方法制成的片狀材料 (或三維成形制品，例如末端錐形)中，而且步驟(d)包括由片狀材料形成柔性纖維質(zhì)材料。 可以通過(guò)其他方式按壓、涂布、壓印、形成紋理或修飾該片狀或三維成形制品?？梢詫⒃撈瑺罨蛉S成形制品形成或?qū)雍现疗渌牧仙希蜃屍渌牧显谄渖闲纬苫驅(qū)雍现疗渖?。在某些?shí)施例中，該方法還包括在步驟(d)之前壓制脫水漿液。在某些實(shí)施例中，步驟(b)和 (C)是同時(shí)進(jìn)行的。在某些實(shí)施例中，組分還包括未膨脹的膨脹型材料。在某些這類實(shí)施例中，該方法還包括使未膨脹的膨脹型材料膨脹。在又一個(gè)方面，本發(fā)明涉及根據(jù)上述方法制備柔性纖維質(zhì)材料。在又一個(gè)方面，本發(fā)明提供包含水的漿液，所述水中分散或溶解有如下物質(zhì)具有總重量的無(wú)機(jī)纖維；以及有機(jī)組分，該有機(jī)組分包括至少一種以下物質(zhì)(a)乳化的第一有機(jī)聚合物和絮凝劑，該絮凝劑包含具有陽(yáng)離子基團(tuán)的第二有機(jī)聚合物，或(b)乳化的第一有機(jī)聚合物和絮凝劑的反應(yīng)產(chǎn)物，其中漿液具有的總有機(jī)組分重量為小于或等于無(wú)機(jī)纖維總重量的9%。以下實(shí)施例可以單獨(dú)地或以任何組合應(yīng)用于本發(fā)明的所有方面和上面示出的具體實(shí)施例。在某些實(shí)施例中，基于干重，柔性纖維質(zhì)材料包含91至99. 5重量％的無(wú)機(jī)纖維， 而且柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量為無(wú)機(jī)纖維的0. 5至9重量％。在某些實(shí)施例中，柔性纖維質(zhì)材料還包含未膨脹的膨脹型材料。在某些這類實(shí)施例中，基于干重，柔性纖維質(zhì)材料包含40至99. 5重量％的無(wú)機(jī)纖維、從大于0至多達(dá)60重量％的膨脹型材料，并且其中柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量為0. 5至9重量％的無(wú)機(jī)纖維。在某些這類實(shí)施例中，膨脹型材料包含蛭石、石墨或它們的組合。在某些實(shí)施例中，第一有機(jī)聚合物具有陰離子基團(tuán)。在某些實(shí)施例中，第一有機(jī)聚合物不含陰離子基團(tuán)。在某些實(shí)施例中，第一有機(jī)聚合物選自丙烯酸類聚合物和烯類聚合
4物。在某些實(shí)施例中，第一有機(jī)聚合物包含具有包含單體的共聚物，單體包括乙烯和乙酸乙烯基酯。在某些實(shí)施例中，絮凝劑還包含金屬陽(yáng)離子(例如，鋁陽(yáng)離子)。在某些實(shí)施例中， 無(wú)機(jī)纖維包含玻璃纖維。在某些實(shí)施例中，無(wú)機(jī)纖維包含陶瓷纖維。在某些實(shí)施例中，基于干重，柔性纖維質(zhì)材料包含小于50重量％的渣球。在某些實(shí)施例中，絮凝劑選自絮凝劑1 至絮凝劑30以及它們的組合。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容制備的柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量與無(wú)機(jī)纖維重量的比率顯著低于相應(yīng)濕法成網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)踐的那些比率，仍然在很多情況下可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能，例如拉伸強(qiáng)度和韌性。因此，如果在污染控制裝置中使用，一旦初次使用它們即具有低水平的粘結(jié)劑燃盡(伴隨低氣味和環(huán)境污染)。此外，在相對(duì)低溫的應(yīng)用(例如，柴油顆粒過(guò)濾器)中，總有機(jī)組分含量的減少通常導(dǎo)致性能增加，因?yàn)檎辰Y(jié)劑在使用過(guò)程中發(fā)生的變化(例如，剛度增加或回彈性降低)通常不利于這種柔性纖維質(zhì)材料的物理屬性。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以通過(guò)濕法成網(wǎng)加工技術(shù)制造，從而使得其機(jī)械性能適用于污染控制裝置，同時(shí)粘結(jié)劑含量相當(dāng)于或更通常是顯著低于濕法成網(wǎng)方法技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)踐的水平。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“基本上干燥的”意指接觸干燥的；術(shù)語(yǔ)“乳液”和“乳化的”包括聚合物乳液和聚合物乳膠；術(shù)語(yǔ)“柔性的”意指能夠彎曲或折曲而僅會(huì)受到表面損壞或無(wú)關(guān)緊要的損壞；以及術(shù)語(yǔ)“無(wú)機(jī)纖維”包括無(wú)機(jī)纖維和相關(guān)的未纖維化材料二者，除非另外指明；術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”意指具有至少一個(gè)碳?xì)滏I；術(shù)語(yǔ)“合并的有機(jī)組分重量”指所有有機(jī)組分的合并總重量。在該應(yīng)用中，說(shuō)明書和權(quán)利要求中的所有數(shù)值范圍均應(yīng)被視為包含端點(diǎn)在內(nèi)，除非另外指明。而且，除非另有說(shuō)明，否則說(shuō)明書和權(quán)利要求中的所有份數(shù)、百分比和比率均基于重量。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的污染控制裝置的剖視圖。雖然本發(fā)明可具有多種修改形式和替代形式，但其具體形式已在圖中以舉例的方式示出并將詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，其目的不是要將本發(fā)明限制于所描述的具體實(shí)施例。 相反，本發(fā)明將涵蓋本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具體實(shí)施例方式圖1示出了示例性的污染控制裝置?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖1，污染控制裝置10包括殼體12 并具有大致錐形的入口 14和出口 16 (即，通常稱為末端錐)。殼體12(通常被稱為罐或外殼)一般由金屬(例如不銹鋼)制成。設(shè)置在殼體12內(nèi)的是由陶瓷或金屬材料制成的單片結(jié)構(gòu)18，并且其可以包括催化劑。絕緣材料22圍繞單片結(jié)構(gòu)18。單片結(jié)構(gòu)18可以是(例如)催化轉(zhuǎn)化器元件或柴油顆粒過(guò)濾器元件。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以被用作絕緣材料22。
金屬殼體的入口 14和出口 16區(qū)域包括內(nèi)端錐殼體觀和外端錐殼體沈。絕緣材料30設(shè)置在內(nèi)端錐殼體28和外端錐殼體沈之間。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以被用作絕緣材料30。許多污染控制裝置在本領(lǐng)域中是所熟知并包括(例如)催化轉(zhuǎn)化器、末端錐子組件和柴油顆粒捕集器和過(guò)濾器。有關(guān)這種裝置的更多細(xì)節(jié)可以(例如)在美國(guó)專利 No. 5，882，608 (Sanocki 等人)和美國(guó)專利申請(qǐng) No. 2006/0154040 Al (Merry)中找到。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以用于催化轉(zhuǎn)化器或用于柴油顆粒過(guò)濾器的類似方式設(shè)置在單片結(jié)構(gòu)和殼體之間。這可以(例如)通過(guò)將單片結(jié)構(gòu)用柔性纖維質(zhì)材料包裹起來(lái)并將包裹好的單片結(jié)構(gòu)插入殼體內(nèi)，或通過(guò)將內(nèi)端錐殼體用柔性纖維質(zhì)材料包裹起來(lái)并然后將外端錐殼體焊接到內(nèi)端錐殼體來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以具有任何維度和/或厚度。然而，對(duì)于在污染控制裝置中使用而言，根據(jù)“厚度測(cè)量一般程序”(見(jiàn)下文)，該柔性纖維質(zhì)材料的厚度范圍通常為 0. 1 英寸(0. 3cm)、0· 15 英寸(0. 38cm)或 0· 2 英寸(0. 5cm)至最多 0. 3 (0. 8cm)、 0. 5(1. 3cm) ,0. 7(1. 8cm)或 1 英寸(2. 5cm)或更多。對(duì)于在污染控制裝置中的使用，根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料具有的干基重通常為 400、700、1000、1500 或 2000 克每平方米(gsm)至最多 5000、10000 或 15000gsm。例如， 非膨脹型柔性纖維質(zhì)材料具有的干基重通常為400至2500gsm，更通常為1000至1500gsm。 膨脹型柔性纖維質(zhì)材料具有的干基重通常為1200至15000gsm，更通常為MOO至8000gsm?？捎玫臒o(wú)機(jī)纖維包括(例如)玻璃纖維、陶瓷纖維、非氧化無(wú)機(jī)纖維(例如石墨纖維或硼纖維)以及它們的混合物?？捎玫奶沾衫w維包括(例如)鋁硼硅酸鹽纖維、硅鋁酸鹽纖維、氧化鋁纖維、它們的熱處理形式，以及它們的混合物。合適的鋁硼硅酸鹽纖維的實(shí)例包括由明尼蘇達(dá)州圣保羅市的 3M 公司以商品名 “NEXTEL 312 CERAMIC FIBERS”、"NEXTEL 440 CERAMIC FIBERS，， 和“NEXTEL 550 CERAMIC FIBERS”市售的那些。合適的硅鋁酸鹽纖維的實(shí)例包括以商品名 “FIBERFRAX”7000M得自紐約尼亞加拉大瀑布城的Uniffax公司、以商品名“CERAFIBER”得自喬治亞州奧古斯塔Thermal Ceramics公司以及以商品名“SNSC Type U60D1”得自可日本東京的Nippon Steel Chemical Company的那些。合適的市售氧化鋁纖維的實(shí)例包括可以商品名“SAFFIL”得自英格蘭威德尼斯市的Mffil公司的多晶氧化鋁纖維。其它合適的無(wú)機(jī)纖維的實(shí)例包括石英纖維、高二氧化硅含量的非晶態(tài)和晶體纖維、氧化鋁纖維和高氧化鋁纖維、非晶態(tài)和晶體氧化鋁-硅石纖維、氧化和非氧化纖維、金屬纖維、通過(guò)噴吹、紡絲和拉引熔體形成的纖維、溶膠凝膠形成的纖維、由有機(jī)前體形成的纖維、玻璃纖維、浸出玻璃纖維以及基本上為無(wú)機(jī)組合物的其他纖維。合適的無(wú)機(jī)纖維也可以包含表面涂層或有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的膠料。合適的無(wú)機(jī)纖維顯然可以單獨(dú)或與其他合適的無(wú)機(jī)纖維結(jié)合來(lái)使用?！銇?lái)講，含有相當(dāng)量的未纖維化材料的無(wú)機(jī)纖維比不含未纖維化材料或部分清除的無(wú)機(jī)纖維更便宜。然而，不含未纖維化材料的無(wú)機(jī)纖維一般會(huì)形成更有回彈力的制品 (例如幅材、片材、墊)，該制品在所有溫度(包括返回到室溫)下更好地保持固定力。因此， 基于柔性纖維質(zhì)材料的總干重，根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以包含小于75、70、65、60、 55,50,45或甚至小于40重量％或更少的渣球。
可用的第一有機(jī)聚合物包括(例如)那些丙烯酸類聚合物、烯類聚合物(例如，包括乙烯和乙酸乙烯基酯的單體的共聚物)、聚氨酯和具有陰離子基團(tuán)的硅氧烷聚合物(例如，端基和/或側(cè)鏈基)，一般很多，盡管其不是必要條件?？扇芜x地，另外的有機(jī)聚合物可以與第一有機(jī)聚合物聯(lián)合使用。第一有機(jī)聚合物通常用作水性陰離子穩(wěn)定的聚合物乳液 (例如乳膠)，盡管在某些情況下可以使用溶劑基聚合物或100%固體聚合物。通常，第一有機(jī)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度小于30攝氏度(°C )、 0°C、-10°c、-20°c、-30°c或甚至小于-40°c，但這不是必要條件。此外，第一有機(jī)聚合物可以包含彈性體?？捎玫乃跃酆衔锶橐?包括乳膠乳液)包括(例如)丙烯酸類聚合物乳液、聚氨酯乳液、硅氧烷聚合物乳液、環(huán)氧樹脂聚合物乳液、丁基橡膠乳液、烯類聚合物乳液、乙酸乙烯聚合物乳液以及它們的組合，這些適用于給柔性纖維質(zhì)材料提供強(qiáng)度和柔性?？捎玫氖惺鬯跃酆衔锶橐旱膶?shí)例包括(例如)賓夕法尼亞州費(fèi)城Rohm and Haas公司以商品名 “RHOPLEX HA-8” (丙烯酸樹脂共聚物的44. 5重量％固體水性乳液)銷售的以及由賓夕法尼亞州阿倫敦的Air Products公司以商品名‘‘AIRFLEX 600BP”(55%固體乙烯-醋酸乙烯共聚物)銷售的那些，以及它們的混合物?？捎玫男跄齽┌ň哂嘘?yáng)離子基團(tuán)的有機(jī)聚合物。通常，有機(jī)聚合物為水可溶脹的或水溶性的，但這不是必要條件。例如，聚合物可以只是水分散性的。合適的絮凝劑的實(shí)例包括聚(二烯丙基二甲基氯化銨)(以下簡(jiǎn)稱PDADMAC)的溶液(通常水性)或分散體以及二甲胺和環(huán)氧氯丙烷的共聚物。可任選地，絮凝劑還可以包括金屬陽(yáng)離子(例如鋁)，該金屬陽(yáng)離子可以以解離的形式、絡(luò)合物(例如，水合物、氯化物或水合氯化物)形式或聚合物形式(例如，作為聚(金屬氧化物)或氯氧化物)存在。合適的市售絮凝劑的實(shí)例包括可以商品名‘‘FORMULA 7644” (PDADMAC的水溶液)、 "FORMULA 7643”、"FORMULA 7642”、"FORMULA AH-423”、"FORMULA 7602”、"FORMULA 7603”、 "FORMULA 7552”、"FORMULA 7622”、"FORMULA 7655” 或"FORMULA 7568”得自加利福尼亞州伯靈頓的Garratt Callahan公司；以商品名‘‘MP 9307”(據(jù)信為二甲胺和環(huán)氧氯丙烷的共聚物的水溶液)得自路易斯安那州Ringold的Mid-South Chemical公司；以商品名IETAG 7125” (PDADMAC的水溶液)、“觀TAG 7127” (PDADMAC的水溶液)得自紐約塔里敦的Cil^a Specialty Chemicals 公司；以及以商品名 “ARCTICFLOC AF12104”(PDADMAC 的水溶液)、 "AQUA HAffK四87”(聚羥基氯化鋁和陽(yáng)離子有機(jī)聚合物的水溶液)、“AQUA HAffK 101”(聚羥基氯化鋁和聚(季銨)的水溶液)、“AQUA HAffK 427”(聚羥基氯化鋁和聚(季銨)的水溶液)和“AQUA HAffK 2757”(鋁基聚無(wú)機(jī)聚合物和陽(yáng)離子有機(jī)聚合物的水溶液)得自明尼蘇達(dá)州Hawkins，St. Paul公司的那些水處理劑以及它們的組合。將認(rèn)識(shí)到聚胺與質(zhì)子化(S卩，陽(yáng)離子和聚陽(yáng)離子)形式平衡存在于水性介質(zhì)中。一般來(lái)講，絮凝劑以有效引起乳化的第一有機(jī)聚合物的絮凝的量來(lái)使用，雖然也可以使用其他的量。例如，絮凝劑(基于固體而言)可以第一有機(jī)聚合物的至少1、5、10、 15,20或甚至至少100重量％的量存在。粘結(jié)劑可以包括至少一種增塑劑。增塑劑往往會(huì)軟化聚合物基質(zhì)并從而有助于柔性纖維質(zhì)材料的柔性和模制性能。粘結(jié)劑還可以包括一種或多種增粘劑或增粘樹脂，例如以有助于將柔性纖維質(zhì)材料保持在一起。合適的增粘劑的一個(gè)實(shí)例由加拿大多倫多市的Eka Nobel, Inc.公司以商品名 “SNOWTACK 810A” 市售。可任選地，根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以包含一種或多種膨脹型材料(其可以是未膨脹的、部分膨脹的或它們的混合物)，這通常取決于所需的最終用途。例如，對(duì)于在高于約500°C的溫度使用而言，未膨脹蛭石材料是合適的，因?yàn)樵摬牧显诩s300°C至約 340°C的溫度范圍內(nèi)開始膨脹。這可以用于填充膨脹的金屬殼體和催化轉(zhuǎn)化器中的單片之間的膨脹間隙。對(duì)于在低于約500°C的使用而言，例如在柴油單片或顆粒過(guò)濾器中，可膨脹石墨或可膨脹石墨和未膨脹蛭石材料的混合物可能是所需的，因?yàn)榭膳蛎浭诩s210°C 時(shí)開始伸展或膨脹。處理過(guò)蛭石也是可以使用的并且通常在約290°C時(shí)膨脹。可用的膨脹型材料的實(shí)例包括未膨脹蛭石片或礦石、處理過(guò)的未膨脹蛭石片或礦石、部分脫水的蛭石礦石、可膨脹石墨、可膨脹石墨與處理過(guò)或未處理過(guò)的未膨脹蛭石礦石的混合物、水黑云母、在美國(guó)專利No. 3, 001, 571 (Hatch)中有所描述的水可溶脹的合成四硅氟云母、在美國(guó)專利No. 4，521，333 (Graham等人)中有所描述的堿金屬硅酸鹽顆粒、經(jīng)加工的可膨脹鋁硅酸鈉(例如，由3M公司以商品名“EXPANTR0L”市售的不溶解的鋁硅酸鈉)以及它們的混合物。市售的可膨脹石墨材料的一個(gè)實(shí)例為可以商品名“GRAFOIL Grade 338-50”得自美國(guó)俄亥俄州克里夫蘭市UCAR Carbon Co公司的可膨脹石墨片。處理過(guò)的未膨脹蛭石片或礦石包括通過(guò)諸如與離子交換鹽(例如二氫銨、銨硝酸鹽、氯化銨、鉀氯化物或本領(lǐng)域中已知的其他合適的化合物)進(jìn)行離子交換之類的方法處理的未膨脹的蛭石。通常，根據(jù)本發(fā)明柔性纖維質(zhì)材料包含(基于干重)30至99. 5重量％的無(wú)機(jī)纖維(例如，40至98. 5重量％、50至97重量％或60至97重量％ )、0. 5至9重量％的粘結(jié)劑(例如，從0. 5、1. 0或1. 5至高達(dá)3、4、5、6、7或8重量％ )以及可任選地多達(dá)60重量％ 的膨脹型材料，盡管也可以使用此范圍以外的組合物。在其中未包含膨脹型材料的實(shí)施例中，基于干重，無(wú)機(jī)纖維的百分比通常為至少85 (例如，至少90、91、92、93、94、95重量％或更多)，盡管也可以使用較低重量百分比。本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可任選包含一種或多種無(wú)機(jī)填充劑、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、有機(jī)纖維以及它們的混合物。填充劑的實(shí)例包括剝離的蛭石、中空玻璃微球、珍珠巖、氧化鋁三水合物、磷酸鎂六水合物、碳酸鈣以及它們的混合物。填充劑在柔性纖維質(zhì)材料中的含量可以高達(dá)柔性纖維質(zhì)材料干重的10 %，有利地是高達(dá)25 %，并更有利地是高達(dá)50 %。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的實(shí)例包括云母粒子、高嶺土、膨潤(rùn)土和其他類粘土礦物。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑在柔性纖維質(zhì)材料中的含量可以高達(dá)柔性纖維質(zhì)材料干重的5 %，有利地是高達(dá)25 %，并更有利地是高達(dá)50%。可任選地，有機(jī)纖維(例如短纖維或原纖化纖維)可以被包括在本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料中，例如用以在加工過(guò)程中提供濕強(qiáng)度以及在罐裝前提供干燥強(qiáng)度和對(duì)墊和薄片安裝材料的回彈性。然而，一般來(lái)講，希望使這種纖維的含量最小，因?yàn)槠溆兄谝鸩焕娜紵??？梢园ㄔ诟鶕?jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料中的其他添加劑或加工助劑包括消泡劑、表面活性劑、分散劑、潤(rùn)濕劑、助于沉淀的鹽、殺真菌劑和殺菌劑。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料通常被配制成具有適用于污染控制裝置的物理特性，但如果需要，可將它配制成具有不同的物理特性。例如，柔性纖維質(zhì)材料可以具有足夠的柔性來(lái)利用軸柄通過(guò)“柔性測(cè)定”(見(jiàn)下文)，該軸柄的直徑為6英寸(15. Mcm)、5英寸 (12. 70cm)、4 英寸(10. 16cm)、3 英寸(7. 62cm)、2 英寸(5. 08cm)、1 英寸(2. 54cm)、3/4 英寸 (1. 91cm)或甚至 1/2 英寸(1. 27cm)。此外，根據(jù)“拉伸強(qiáng)度測(cè)定”(見(jiàn)下文)測(cè)定，柔性纖維質(zhì)材料的拉伸強(qiáng)度可以為至少 7. 3 磅每平方英寸(psi，50kPa)、10. 7psi (75kPa)、14. 5psi (IOOkPa)。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以通過(guò)任何合適的技術(shù)(包括(例如)氣流成網(wǎng)方法和濕法成網(wǎng)方法)形成。在一個(gè)示例性的可用方法中，制備無(wú)機(jī)纖維、第一有機(jī)聚合物在水中的漿液(例如，通常大于95重量％的水)并與絮凝劑混合。然后添加(如果使用的話)任選的成分 (例如，消泡劑、膨脹型材料或填充劑)，然后通過(guò)傳統(tǒng)的濕法成網(wǎng)非織造造紙技術(shù)將該漿液成型為柔性纖維質(zhì)材料。簡(jiǎn)而言之，該方法包括混合組分并將漿液澆注到絲網(wǎng)或篩網(wǎng)上以移除大多數(shù)的水。然后干燥形成的薄片以形成柔性纖維質(zhì)材料。然后可以將柔性纖維質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成所需的形式，例如薄片和墊。該方法可以分步、成批和/或連續(xù)的方式來(lái)進(jìn)行。在制備漿液時(shí)，可以將較高密度的材料(例如可選的膨脹型材料和較高密度的填充劑(如果使用的話))在臨沉積步驟前以恒定速率添加到較小體積的混合容器中的漿液中。充分?jǐn)嚢璋畛鋭┖团蛎浶筒牧系臐{液，以便防止在將漿液澆注到網(wǎng)孔上之前這些粒子在混合槽中沉淀。這種漿液通常應(yīng)該在沉淀在網(wǎng)孔上之后幾乎立即進(jìn)行部分脫水，以防止較高密度的粒子發(fā)生不期望的沉淀。對(duì)漿液進(jìn)行真空脫水是理想的。可用的干燥方法包括將脫水的漿液濕壓穿過(guò)壓縮或壓力輥，然后讓材料穿過(guò)受熱的輥以及本領(lǐng)域已知的加壓熱空氣干燥。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料還可以包括邊緣保護(hù)材料。合適的材料實(shí)例包括包裹邊緣周圍的不銹鋼線材篩網(wǎng)(如美國(guó)專利No. 5，008，086 (Merry)中所描述的)和編織的或類似繩的陶瓷纖維編織或金屬線材料(如在美國(guó)專利No. 4，156，533 (Close等人) 中所描述的)。邊緣保護(hù)劑也可以用具有玻璃粒子的組合物來(lái)形成，例如，在EP 639701 Al (Howorth 等人)、EP 639702A1 (Howorth 等人)和 EP 639 700A1 (Stroom 等人)中所描述的。通過(guò)以下的非限制性實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的目的以及優(yōu)點(diǎn)，但在這些實(shí)例中所列舉的具體材料及其用量以及其它的條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)被理解為是對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限制。SM厚度測(cè)定一般步驟當(dāng)設(shè)置在置于平滑金屬底板上的圓柱形固定負(fù)載時(shí)校準(zhǔn)數(shù)字測(cè)微器來(lái)讀取零英寸(Ocm)。該圓柱形的固定負(fù)載的底部直徑為2. 5英寸(6. 35cm)并具有足夠的重量來(lái)施加 0.712psi(4. 9kPa)的壓力。然后將圓柱形的固定負(fù)載置于要測(cè)量的標(biāo)本(例如薄片)之上，并通過(guò)將經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字測(cè)微器置于固定負(fù)載之上來(lái)確定標(biāo)本的厚度。拉伸強(qiáng)度測(cè)定根據(jù)“厚度測(cè)定步驟”(見(jiàn)上文)測(cè)量厚度后，將待測(cè)定的標(biāo)本切成一英寸(2. 5cm) 寬、七英寸(18cm)長(zhǎng)的條帶。一根條帶的末端被夾入合適的加載架中的一英寸的方形氣動(dòng)夾具，該加載架能夠記錄樣本斷裂點(diǎn)處的峰拉伸載荷，使得條帶末端之間有六英寸(15cm) 的條帶。然后，以每分鐘1英寸O. 5km)的速度將條帶拉開，并在斷裂之前記錄由樣品支承的峰值載荷。拉伸強(qiáng)度被定義為峰值載荷除以橫截面積之商乘以樣品寬度除以厚度來(lái)計(jì)
笪弁。柔韌件測(cè)定通過(guò)輕微彎曲兩側(cè)并目視檢查確認(rèn)被測(cè)定標(biāo)本沒(méi)有裂紋。不應(yīng)使用有裂紋的標(biāo)本。利用不銹鋼尺模將要測(cè)定的標(biāo)本切成1英寸寬條帶，最少4英寸(IOcm)長(zhǎng)。用條帶的一面以必需的最小力輕輕包裹6英寸(15. 24cm)直徑的圓柱形軸柄(至少2英寸(5. Icm) 長(zhǎng)度)180度(半圈)以確保條帶纏繞軸柄并保持條帶至少30秒鐘。目視檢查條帶是否有纖維分開或裂紋。利用直徑逐漸變小的軸柄如直徑為5英寸、4英寸、3英寸、2英寸、1英寸、0. 75 英寸、0. 5 英寸(12. 70cm、10. 16cm、7. 62cm、5. 08cm、2. 54cm、1. 91cm、1. 27cm)進(jìn)行重復(fù)，直至觀察到纖維分開或裂紋。繼續(xù)此過(guò)程直至目視觀察到裂紋。如果沒(méi)有目視觀察到非無(wú)關(guān)緊要的或淺表的裂紋的纖維分開或裂紋，則標(biāo)本通過(guò)“柔韌性測(cè)定”。制備纖維片材的一般步驟將自來(lái)水(3升，18°C )和60克(g)無(wú)機(jī)纖維(以商品名“HA BULK FIBER”得自喬治亞州奧古斯塔的Thermal Ceramics公司，并清潔至未纖維化材料的含量小于50重量％ ) 添加到攪拌機(jī)。攪拌機(jī)低速工作五秒鐘。用一升自來(lái)水(18°C)將所得的漿液沖洗到配備有槳式攪拌器的混合容器中。利用另一升自來(lái)水(18°C)稀釋該漿液。以中速混合稀釋后的漿液以保持固體懸浮。添加消泡劑(以商品名“F0AMASTER111”得自新澤西州愛(ài)迪生市的 Henkel公司(0.3g))和乙烯-醋酸乙烯三元共聚物乳膠(以商品名“AIRFLEX 600BP”得自 Air Products公司(6. 0g，55重量％固體))。以表2所示出的量滴加絮凝劑。然后添加粒度為20至50目之間的未膨脹蛭石(43g)。增加攪拌器速度并繼續(xù)混合1至5分鐘。移除槳式攪拌器并將漿液傾注到8英寸X8英寸(20cmX20cm)薄片形成器中并排出。用軋制軸碾壓已排干的薄片的表面以除去多余的水。然后，以13-14psi(90-97kPa)的表面壓力按壓吸墨紙之間的薄片五分鐘。然后，在強(qiáng)制通風(fēng)烘箱中以150°C干燥該薄片10-15分鐘，并在測(cè)定前讓其平衡過(guò)夜，同時(shí)暴露在環(huán)境大氣中。實(shí)例中所使用的材料表1 (如下)列出實(shí)例中所使用的絮凝劑。
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權(quán)利要求
1.一種污染控制裝置，包括殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)的污染控制元件；以及鄰近所述殼體設(shè)置或設(shè)置在所述殼體內(nèi)的柔性纖維質(zhì)材料，其中所述柔性纖維質(zhì)材料包含無(wú)機(jī)纖維，其具有總重量并通過(guò)粘結(jié)劑粘合在一起，其中所述粘結(jié)劑包含以下至少一種物質(zhì)(a)第一有機(jī)聚合物和絮凝劑，所述絮凝劑包含具有陽(yáng)離子基團(tuán)的第二有機(jī)聚合物，或(b)所述第一有機(jī)聚合物和所述絮凝劑的反應(yīng)產(chǎn)物，其中所述柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量為小于或等于所述無(wú)機(jī)纖維總重量的9%，并且其中所述柔性纖維材料具有的干基重為每平方米400至15000克。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中所述第一有機(jī)聚合物具有陰離子基團(tuán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中，基于干重，所述柔性纖維質(zhì)材料包含91 至99. 5重量％的所述無(wú)機(jī)纖維，并且其中所述柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量為所述無(wú)機(jī)纖維的0. 5至9重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其還包含未膨脹的膨脹型材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污染控制裝置，其中，基于干重，所述柔性纖維質(zhì)材料包含 40至99. 5重量％的所述無(wú)機(jī)纖維、從大于0至多達(dá)60重量％的膨脹型材料，并且其中所述柔性纖維質(zhì)材料具有的總有機(jī)組分重量為所述無(wú)機(jī)纖維的0. 5至9重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污染控制裝置，其中所述膨脹型材料包含蛭石、石墨或其組合 ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中所述第一有機(jī)聚合物選自丙烯酸類聚合物和烯類聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中所述第一有機(jī)聚合物包含如下單體的共聚物，所述單體包括乙烯和乙酸乙烯基酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中所述絮凝劑還包含金屬陽(yáng)離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的污染控制裝置，其中所述金屬陽(yáng)離子為鋁。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中所述無(wú)機(jī)纖維包含玻璃纖維。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中所述無(wú)機(jī)纖維包含陶瓷纖維。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中，基于干重，所述柔性纖維質(zhì)材料包含小于50重量％的渣球。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污染控制裝置，其中所述絮凝劑選自絮凝劑1至絮凝劑30 以及它們的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的污染控制裝置，其中所述柔性纖維質(zhì)材料設(shè)置在所述污染控制元件和所述殼體之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及柔性纖維質(zhì)材料、污染控制裝置及其制造方法。具體地，本發(fā)明涉及一種包含無(wú)機(jī)纖維和粘結(jié)劑的柔性纖維質(zhì)材料及其制備方法。所述粘結(jié)劑包含至少一種以下物質(zhì)具有陰離子基團(tuán)的第一有機(jī)聚合物和絮凝劑，所述絮凝劑包含具有陽(yáng)離子基團(tuán)的第二有機(jī)聚合物；或所述第一有機(jī)聚合物和所述絮凝劑的反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的柔性纖維質(zhì)材料可以被用作某些污染控制裝置中的元件。
文檔編號(hào)B01D53/00GK102154915SQ20111008793
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月19日
發(fā)明者安尼·N·德羅維爾, 蓋瑞·F·豪沃思, 邁克爾·帕特里克·M·曼達(dá)納斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司