過濾介質(zhì)及其制備方法
【專利說明】過濾介質(zhì)及其制備方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請是PCT申請，其要求了于2013年6月26日提交的美國臨時專利申請第 61/839, 573號的優(yōu)先權(quán)。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于過濾裝置的過濾介質(zhì)及制造過濾介質(zhì)的方法。在一個實施方式 中，提供了用于從濕漿料流體提取液體并產(chǎn)生所述漿料中的固體材料的基本干的濾餅的層 壓式過濾介質(zhì)。所述過濾介質(zhì)可利用其上施加有粘接材料網(wǎng)的帶支撐或不帶支撐的非織造 纖維材料。所述非織造纖維材料可包括包含單組分或多組分纖維（諸如雙組分或三組分纖 維）的氈。在所述粘接材料網(wǎng)上施加燒結(jié)多孔材料片（諸如由一種或多種燒結(jié)聚合物顆粒 制成的聚合物片），以便將非織造纖維材料與燒結(jié)多孔材料片結(jié)合在一起而形成過濾介質(zhì) 廣品。
【背景技術(shù)】
[0004] 漿料通常包含懸浮在液體中的固體顆粒，其經(jīng)常產(chǎn)生于許多工業(yè)過程中。通常，必 須將漿料中的固體與漿料中的液體分離以便使每種材料可通過使所處理材料的棄置或使 用既經(jīng)濟(jì)又環(huán)境有效的方式得到處理。在大部分這樣的過程或系統(tǒng)中，將漿料材料進(jìn)給到 過濾裝置中，所述過濾裝置可采用許多形式，包括但不限于帶式壓濾器、壓濾機(jī)（例如，氣 力過濾器、濾過器、板式過濾器、葉濾機(jī)、燭式過濾器、PNEUMAPRESS?自動壓濾機(jī)等） 或者真空過濾器（例如，真空帶式過濾器、臺式過濾器、平盤過濾器、盤式過濾器、鼓式過濾 器、預(yù)敷過濾器、盤式過濾器等）。在后者（即，真空過濾系統(tǒng)）的一種形式中，可提供包括 覆有過濾介質(zhì)的鼓的大型鼓式過濾器，其邊在漿料浴中旋轉(zhuǎn)邊通過內(nèi)部真空力在鼓的外部 形成濾餅。覆蓋鼓的過濾介質(zhì)阻止?jié){料固體移動到鼓的內(nèi)部，并且通過使?jié){料的液體成分 通入鼓的內(nèi)部而將液體與固體分離。過濾介質(zhì)可為預(yù)涂敷的以便避免過濾介質(zhì)的磨損和堵 塞；然而，這種預(yù)涂層通常限制濾液流動、脫水速度以及濾餅生產(chǎn)量。液體從漿料通過預(yù)涂 層和過濾介質(zhì)進(jìn)入鼓的內(nèi)部，將漿料的固體成分留下積累在過濾介質(zhì)/預(yù)涂層的外部。在 已處理足夠量的漿料以積累固體材料并且從足夠量的漿料除去足夠量的液體之后，形成濾 餅。通過將濾餅用刮刀或等同方式從過濾介質(zhì)/預(yù)涂層上取下，取出脫水固體以進(jìn)一步加 工/收獲濾餅。由于磨損或織造過濾介質(zhì)被細(xì)粉阻塞所致的"堵塞"，過濾介質(zhì)通常定期更 換，因此，過濾過程可借助新的干凈過濾介質(zhì)重復(fù)。液體（濾液）和固體（濾餅）以可接受 的方式單獨使用、處理或棄置。
[0005] 加壓氣體和真空過濾也用于從漿料材料經(jīng)由過濾介質(zhì)提取流體。在過濾器裝置中 使用的其它技術(shù)也在腔室內(nèi)使用彈性體隔膜（elastomericdiaphragms)，其中所述隔膜被 水力（或氣力）促動以產(chǎn)生將液體從含固體漿料中壓榨出來的壓差。這樣的系統(tǒng)可使用水 力隔膜壓榨然后是壓縮空氣（有時稱為"氣絨（air-fluff)"）以驅(qū)出隙間液體。這些隔膜 和空氣壓榨系統(tǒng)通常增加過濾周期的時間，從而導(dǎo)致較低產(chǎn)率。
[0006] 可用于不同過濾系統(tǒng)、漿料過濾系統(tǒng)或者分離流體中懸浮的固體顆粒的過濾系統(tǒng) 中的過濾介質(zhì)的例子可從以下文獻(xiàn)中得知：美國專利申請公開號2007/0256984 ;美國專 利號 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 ;德國專利號DE3628187C;中國專利公開號202179905U和1943840A;以及印 度專利號211488B。通常，過濾介質(zhì)由覆有幫助改進(jìn)基底材料過濾能力的層壓物的材料組 成。例如，美國專利號6, 663, 684公開了粘附到基底濾布上的聚苯硫醚網(wǎng)用于集塵濾布的 用途。然而，這樣的過濾介質(zhì)可能因?qū)訅何锉荒p或降解而需要相對頻繁地更換。一旦層壓 物表面磨損，則介質(zhì)在過濾其中包含固體的流體時可能會效果差很多。在其它情況中，層壓 物能從基底濾布上斷掉（即，"分層"），從而導(dǎo)致過濾介質(zhì)失效。美國專利號6, 409, 787建 議了包含兩種各自具有不同活化溫度的不同材料的過濾器元件。然而，這種類型的過濾介 質(zhì)不能耐受重工業(yè)用途而不分層。美國專利號8, 141，717建議了用于制造筆墨涂敷器（例 如，記號筆）的組合物和小型模制吸管過濾器。此外，美國專利號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 以及美國專利 申請公開號 2003/0029789、2004/0238440、2008/0017569、2009/0136705、2010/0176210、 2012/0318139顯示了不同的多孔聚合物組合物，其單獨使用時將不能用作諸如鼓式過濾 器等的大容量工業(yè)過濾器裝置上的過濾介質(zhì)。US-5, 318, 831第1欄第48-53行表明過去 用硅酮處理濾布已產(chǎn)生了很差的結(jié)果。US-2, 839, 158第3頁第5-10行建議了應(yīng)用其粘 度于室溫時大于20厘泊的硅酮液體，其中所述硅酮液體在使用氈作為過濾介質(zhì)時不會固 化。未固化的硅酮用于在濾塵應(yīng)用中捕獲細(xì)粉顆粒。US-6, 663, 684(第2頁第25-29行） 建議了涂有硅酮樹脂或氟樹脂以便在從其上除塵時具有提高的潤滑能力的針刺氈。公開 CN202179905U建議了在高溫下施加聚四氟乙烯（PTFE)、羥基硅酮或石墨乳"涂層"以形成 過濾介質(zhì)。CN1943840A建議了氈的"浸涂處理"，其中過濾介質(zhì)通過在分散有PTFE的液體 特氟龍（Teflon)和硅油乳液中添加水并將氈浸于其中來制備。IN211488B建議了將包含 甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異丁酯和淀粉的"不固化樹脂"浸入包括硬木和軟木混紡纖維 的過濾介質(zhì)中。US-6, 648, 147建議了將含氟聚合物"層"施加到凝結(jié)聚合物（coagulated polymer)的外表面。DE3628187C討論了三維交聯(lián)的硅橡膠層。US-4，130,487建議了用粘 合劑浸漬的非織造微孔玻璃纖維過濾材料的褶式圓筒層。所述粘合劑可為硅酮、聚氨酯、 酚樹脂或者環(huán)氧樹脂，且用粘合劑浸漬的浸漬玻璃纖維過濾材料隨后可安裝為與金屬板網(wǎng) (expandedmetal)接觸。US-4, 111，815建議了包含礦物棉層和有孔板的液體過濾元件，其 中諸如硅酮或聚氨酯的合成樹脂用于將兩層板結(jié)合在一起。US-3, 044, 957建議了成型為片 的互相氈結(jié)的隨機(jī)取向的纖維，其通過用15-30wt%的酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂和0. 5-3%的 硅樹脂浸漬而制成防水性的。硅酮和聚合物涂布的紗線、表面涂布的含氟聚合物以及過濾 介質(zhì)表面處理也是已知的，但與本發(fā)明有很大不同。
[0007] 在淀粉、碳酸鈣、二氧化鈦和氫氧化鎂以及城市廢水管理過程中，98%以上的生產(chǎn) 裝置可能依賴于通常約1密耳厚的織造布過濾介質(zhì)。這種常規(guī)的織造過濾介質(zhì)容易損壞， 從而導(dǎo)致濾液中的高固體含量。當(dāng)濾液固體過量時，一些裝置（例如，在顏料工業(yè)中）可能 會遭受大量罰款和罰金（例如，有時每天50, 000美元以上）。此外，在許多情況中，堵塞可 能會妨礙這些過程的過濾效率，導(dǎo)致更大的開銷、更長的停機(jī)維護(hù)期和更高的生產(chǎn)成本。例 如，約0. 25-0. 5立方英尺/分鐘（CFM)的濾液過濾速度在使用常規(guī)的織造布過濾器時可能 是典型的。為此，一些裝置可能需要龐大的過濾回路（例如，6-8個以上的鼓式過濾器，它們 可超過12英尺直徑和40英尺長度）以適應(yīng)盈利所需的大處理量和高生產(chǎn)要求。
[0008] 當(dāng)前，迄今還沒有其它過濾介質(zhì)制造商、過濾裝置生產(chǎn)商或過濾器制造商利用燒 結(jié)多孔/微孔片（例如，從UHMWPE顆粒形成的）作為構(gòu)造為用于覆蓋（dress)大型工業(yè)生 產(chǎn)過濾器（諸如帶式過濾器、盤式過濾器、板框壓濾器和鼓式過濾器）的柔性過濾織物的組 件。因此，需要新型的改進(jìn)的過濾介質(zhì)及其制造方法。
[0009] 發(fā)明目的
[0010] 因此，本發(fā)明的一個目的是提供不易于在例如淀粉、碳酸鈣、二氧化鈦和氫氧化鎂 生產(chǎn)（它們對常規(guī)織造濾布來說是苛刻的）中容易堵塞或阻塞的過濾介質(zhì)。
[0011] 本發(fā)明的另一個目的是提供構(gòu)造為在大型工業(yè)真空過濾和壓力過濾過程中保持 其結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性和耐久性的過濾介質(zhì)。
[0012] 本發(fā)明的又一個目的是提供當(dāng)安裝在工業(yè)過濾器上時顯示降低的分層可能性并 且較不易被磨蝕性漿料固體切斷或扯斷織造纖維的過濾介質(zhì)。
[0013] 本發(fā)明的另一個目的是提供將容納輯周圍的聚集彎（aggregativebends)并且適 于處理張力和摩擦中的巨大局部變化的過濾介質(zhì)。
[0014] 本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供在特定過濾工業(yè)和過程中能提供過濾速度為常規(guī) 過濾介質(zhì)的10-20倍以上的過濾介質(zhì)。
[0015] 本發(fā)明的仍然另一個目的是提供提高過濾介質(zhì)及其中所含的基底材料的強(qiáng)度、耐 久性和過濾能力的過濾介質(zhì)的制造方法。
[0016] 本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、目的和優(yōu)點將因本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方式和實施該優(yōu)選實 施方式的某些本發(fā)明的優(yōu)選方法的以下描述而變得明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 提供了用于大型工業(yè)過濾裝置的過濾介質(zhì)的制造方法。所述方法包括將非織造纖 維材料層與粘接材料網(wǎng)結(jié)合的步驟和將燒結(jié)多孔材料層與粘接材料網(wǎng)結(jié)合的步驟。在一 些情況中，將非織造纖維材料層與粘接材料網(wǎng)結(jié)合的步驟可包括形成第一層壓物的層壓步 驟。在某些實施方式中，將燒結(jié)多孔材料層與粘接材料網(wǎng)結(jié)合的步驟可包括將第一層壓物 與燒結(jié)多孔材料層層壓的步驟。將燒結(jié)多孔材料層與粘接材料網(wǎng)結(jié)合的步驟可發(fā)生在將非 織造纖維材料層與粘接材料網(wǎng)結(jié)合的步驟之后。
[0018] 在一些優(yōu)選實施方式中，燒結(jié)多孔材料層包括至少一種聚合物。所述至少一種聚 合物可包括但不限于以下中的至少一種：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、尼龍6、熱塑性聚 氨酯（TPU)、聚醚砜（PES)和聚乙烯-聚丙烯共聚物。例如，所述燒結(jié)多孔材料的至少一種 聚合物可包括高密度聚乙烯（HDPE)或超高分子量聚乙烯（UHMWPE)。燒結(jié)多孔材料層可由 第一聚合物的顆粒和第二聚合物的顆粒形成。所述第一聚合物可選自：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、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚砜 和/或其組合。所述第二聚合物可包括選自以下的熱塑性彈性體：熱塑性聚氨酯、聚異丁 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/或其組合。燒結(jié)多孔材料層可包括具有 約20-80%的平均孔隙率的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在一些優(yōu)選實施方式中，燒結(jié)多孔材料層可包括根 據(jù)ASTMD747小于約15鎊的剛度。非織造纖維材料可為無支撐或用稀松布支撐的針刺氈。 此外，非織造纖維材料可包括具有不同聚合物材料的芯和殼的雙組分纖維，例如，具有聚丙 烯芯和高密度聚乙烯殼。非織造纖維材料還可包括多組分纖維，其中該多組分纖維可通過 選自以下的至少兩種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)、線性