过滤介质及其制备方法
【专利说明】过滤介质及其制备方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是PCT申请，其要求了于2013年6月26日提交的美国临时专利申请第 61/839, 573号的优先权。 发明领域
[0003] 本发明涉及用于过滤装置的过滤介质及制造过滤介质的方法。在一个实施方式 中，提供了用于从湿浆料流体提取液体并产生所述浆料中的固体材料的基本干的滤饼的层 压式过滤介质。所述过滤介质可利用其上施加有粘接材料网的带支撑或不带支撑的非织造 纤维材料。所述非织造纤维材料可包括包含单组分或多组分纤维（诸如双组分或三组分纤 维）的毡。在所述粘接材料网上施加烧结多孔材料片（诸如由一种或多种烧结聚合物颗粒 制成的聚合物片），以便将非织造纤维材料与烧结多孔材料片结合在一起而形成过滤介质 广品。
【背景技术】
[0004] 浆料通常包含悬浮在液体中的固体颗粒，其经常产生于许多工业过程中。通常，必 须将浆料中的固体与浆料中的液体分离以便使每种材料可通过使所处理材料的弃置或使 用既经济又环境有效的方式得到处理。在大部分这样的过程或系统中，将浆料材料进给到 过滤装置中，所述过滤装置可采用许多形式，包括但不限于带式压滤器、压滤机（例如，气 力过滤器、滤过器、板式过滤器、叶滤机、烛式过滤器、PNEUMAPRESS?自动压滤机等） 或者真空过滤器（例如，真空带式过滤器、台式过滤器、平盘过滤器、盘式过滤器、鼓式过滤 器、预敷过滤器、盘式过滤器等）。在后者（即，真空过滤系统）的一种形式中，可提供包括 覆有过滤介质的鼓的大型鼓式过滤器，其边在浆料浴中旋转边通过内部真空力在鼓的外部 形成滤饼。覆盖鼓的过滤介质阻止浆料固体移动到鼓的内部，并且通过使浆料的液体成分 通入鼓的内部而将液体与固体分离。过滤介质可为预涂敷的以便避免过滤介质的磨损和堵 塞；然而，这种预涂层通常限制滤液流动、脱水速度以及滤饼生产量。液体从浆料通过预涂 层和过滤介质进入鼓的内部，将浆料的固体成分留下积累在过滤介质/预涂层的外部。在 已处理足够量的浆料以积累固体材料并且从足够量的浆料除去足够量的液体之后，形成滤 饼。通过将滤饼用刮刀或等同方式从过滤介质/预涂层上取下，取出脱水固体以进一步加 工/收获滤饼。由于磨损或织造过滤介质被细粉阻塞所致的"堵塞"，过滤介质通常定期更 换，因此，过滤过程可借助新的干净过滤介质重复。液体（滤液）和固体（滤饼）以可接受 的方式单独使用、处理或弃置。
[0005] 加压气体和真空过滤也用于从浆料材料经由过滤介质提取流体。在过滤器装置中 使用的其它技术也在腔室内使用弹性体隔膜（elastomericdiaphragms)，其中所述隔膜被 水力（或气力）促动以产生将液体从含固体浆料中压榨出来的压差。这样的系统可使用水 力隔膜压榨然后是压缩空气（有时称为"气绒（air-fluff)"）以驱出隙间液体。这些隔膜 和空气压榨系统通常增加过滤周期的时间，从而导致较低产率。
[0006] 可用于不同过滤系统、浆料过滤系统或者分离流体中悬浮的固体颗粒的过滤系统 中的过滤介质的例子可从以下文献中得知：美国专利申请公开号2007/0256984 ;美国专 利号 2, 839, 158、3, 044, 957、4, 111，815、4, 130, 487、5, 318, 831、6, 110, 249、6, 648, 147 和 6,663,684 ;德国专利号DE3628187C;中国专利公开号202179905U和1943840A;以及印 度专利号211488B。通常，过滤介质由覆有帮助改进基底材料过滤能力的层压物的材料组 成。例如，美国专利号6, 663, 684公开了粘附到基底滤布上的聚苯硫醚网用于集尘滤布的 用途。然而，这样的过滤介质可能因层压物被磨损或降解而需要相对频繁地更换。一旦层压 物表面磨损，则介质在过滤其中包含固体的流体时可能会效果差很多。在其它情况中，层压 物能从基底滤布上断掉（即，"分层"），从而导致过滤介质失效。美国专利号6, 409, 787建 议了包含两种各自具有不同活化温度的不同材料的过滤器元件。然而，这种类型的过滤介 质不能耐受重工业用途而不分层。美国专利号8, 141，717建议了用于制造笔墨涂敷器（例 如，记号笔）的组合物和小型模制吸管过滤器。此外，美国专利号6, 030, 558、6, 399, 188、 7, 674, 517、7, 795, 346、7, 833, 615、7, 985, 343、8, 187, 534 和 8, 349, 400 以及美国专利 申请公开号 2003/0029789、2004/0238440、2008/0017569、2009/0136705、2010/0176210、 2012/0318139显示了不同的多孔聚合物组合物，其单独使用时将不能用作诸如鼓式过滤 器等的大容量工业过滤器装置上的过滤介质。US-5, 318, 831第1栏第48-53行表明过去 用硅酮处理滤布已产生了很差的结果。US-2, 839, 158第3页第5-10行建议了应用其粘 度于室温时大于20厘泊的硅酮液体，其中所述硅酮液体在使用毡作为过滤介质时不会固 化。未固化的硅酮用于在滤尘应用中捕获细粉颗粒。US-6, 663, 684(第2页第25-29行） 建议了涂有硅酮树脂或氟树脂以便在从其上除尘时具有提高的润滑能力的针刺毡。公开 CN202179905U建议了在高温下施加聚四氟乙烯（PTFE)、羟基硅酮或石墨乳"涂层"以形成 过滤介质。CN1943840A建议了毡的"浸涂处理"，其中过滤介质通过在分散有PTFE的液体 特氟龙（Teflon)和硅油乳液中添加水并将毡浸于其中来制备。IN211488B建议了将包含 甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯和淀粉的"不固化树脂"浸入包括硬木和软木混纺纤维 的过滤介质中。US-6, 648, 147建议了将含氟聚合物"层"施加到凝结聚合物（coagulated polymer)的外表面。DE3628187C讨论了三维交联的硅橡胶层。US-4，130,487建议了用粘 合剂浸渍的非织造微孔玻璃纤维过滤材料的褶式圆筒层。所述粘合剂可为硅酮、聚氨酯、 酚树脂或者环氧树脂，且用粘合剂浸渍的浸渍玻璃纤维过滤材料随后可安装为与金属板网 (expandedmetal)接触。US-4, 111，815建议了包含矿物棉层和有孔板的液体过滤元件，其 中诸如硅酮或聚氨酯的合成树脂用于将两层板结合在一起。US-3, 044, 957建议了成型为片 的互相毡结的随机取向的纤维，其通过用15-30wt%的酚醛树脂或环氧树脂和0. 5-3%的 硅树脂浸渍而制成防水性的。硅酮和聚合物涂布的纱线、表面涂布的含氟聚合物以及过滤 介质表面处理也是已知的，但与本发明有很大不同。
[0007] 在淀粉、碳酸钙、二氧化钛和氢氧化镁以及城市废水管理过程中，98%以上的生产 装置可能依赖于通常约1密耳厚的织造布过滤介质。这种常规的织造过滤介质容易损坏， 从而导致滤液中的高固体含量。当滤液固体过量时，一些装置（例如，在颜料工业中）可能 会遭受大量罚款和罚金（例如，有时每天50, 000美元以上）。此外，在许多情况中，堵塞可 能会妨碍这些过程的过滤效率，导致更大的开销、更长的停机维护期和更高的生产成本。例 如，约0. 25-0. 5立方英尺/分钟（CFM)的滤液过滤速度在使用常规的织造布过滤器时可能 是典型的。为此，一些装置可能需要庞大的过滤回路（例如，6-8个以上的鼓式过滤器，它们 可超过12英尺直径和40英尺长度）以适应盈利所需的大处理量和高生产要求。
[0008] 当前，迄今还没有其它过滤介质制造商、过滤装置生产商或过滤器制造商利用烧 结多孔/微孔片（例如，从UHMWPE颗粒形成的）作为构造为用于覆盖（dress)大型工业生 产过滤器（诸如带式过滤器、盘式过滤器、板框压滤器和鼓式过滤器）的柔性过滤织物的组 件。因此，需要新型的改进的过滤介质及其制造方法。
[0009] 发明目的
[0010] 因此，本发明的一个目的是提供不易于在例如淀粉、碳酸钙、二氧化钛和氢氧化镁 生产（它们对常规织造滤布来说是苛刻的）中容易堵塞或阻塞的过滤介质。
[0011] 本发明的另一个目的是提供构造为在大型工业真空过滤和压力过滤过程中保持 其结构完整性、稳定性和耐久性的过滤介质。
[0012] 本发明的又一个目的是提供当安装在工业过滤器上时显示降低的分层可能性并 且较不易被磨蚀性浆料固体切断或扯断织造纤维的过滤介质。
[0013] 本发明的另一个目的是提供将容纳辑周围的聚集弯（aggregativebends)并且适 于处理张力和摩擦中的巨大局部变化的过滤介质。
[0014] 本发明的进一步的目的是提供在特定过滤工业和过程中能提供过滤速度为常规 过滤介质的10-20倍以上的过滤介质。
[0015] 本发明的仍然另一个目的是提供提高过滤介质及其中所含的基底材料的强度、耐 久性和过滤能力的过滤介质的制造方法。
[0016] 本发明的其它细节、目的和优点将因本发明的某些优选实施方式和实施该优选实 施方式的某些本发明的优选方法的以下描述而变得明显。
【发明内容】
[0017] 提供了用于大型工业过滤装置的过滤介质的制造方法。所述方法包括将非织造纤 维材料层与粘接材料网结合的步骤和将烧结多孔材料层与粘接材料网结合的步骤。在一 些情况中，将非织造纤维材料层与粘接材料网结合的步骤可包括形成第一层压物的层压步 骤。在某些实施方式中，将烧结多孔材料层与粘接材料网结合的步骤可包括将第一层压物 与烧结多孔材料层层压的步骤。将烧结多孔材料层与粘接材料网结合的步骤可发生在将非 织造纤维材料层与粘接材料网结合的步骤之后。
[0018] 在一些优选实施方式中，烧结多孔材料层包括至少一种聚合物。所述至少一种聚 合物可包括但不限于以下中的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、 聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚碳酸酯合金、尼龙6、热塑性聚 氨酯（TPU)、聚醚砜（PES)和聚乙烯-聚丙烯共聚物。例如，所述烧结多孔材料的至少一种 聚合物可包括高密度聚乙烯（HDPE)或超高分子量聚乙烯（UHMWPE)。烧结多孔材料层可由 第一聚合物的颗粒和第二聚合物的颗粒形成。所述第一聚合物可选自：聚乙烯、聚丙烯、聚 酯、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜 和/或其组合。所述第二聚合物可包括选自以下的热塑性弹性体：热塑性聚氨酯、聚异丁 烯、聚丁烯、聚乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯-丁烯共聚物、聚乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯-己 烯共聚物、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、具有聚氨酯以及聚 酯和聚醚二者之一的多嵌段共聚物、1，3-二烯和/或其组合。烧结多孔材料层可包括具有 约20-80%的平均孔隙率的网状结构。在一些优选实施方式中，烧结多孔材料层可包括根 据ASTMD747小于约15镑的刚度。非织造纤维材料可为无支撑或用稀松布支撑的针刺毡。 此外，非织造纤维材料可包括具有不同聚合物材料的芯和壳的双组分纤维，例如，具有聚丙 烯芯和高密度聚乙烯壳。非织造纤维材料还可包括多组分纤维，其中该多组分纤维可通过 选自以下的至少两种不同聚合物材料形成：聚乙烯（PE)、高密度聚乙烯（HDPE)、超高分子 量聚乙烯（UHMWPE)、线性