高效率且高容量的無玻璃的燃料過濾介質和燃料過濾器及其使用方法
【專利摘要】高效率且高容量的無玻璃的過濾介質包含合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維的共混物，其中所述原纖化纖維素纖維在所述介質中以實現在4微米下95%或更高的總過濾效率和0.5mg/in2/mils或更大的過濾容量與介質厚度的比率的量存在。所述過濾介質通過由所述合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維的纖維漿料共混物形成濕鋪薄片，接著干燥所述薄片以獲得所述過濾介質而制得。任選所述過濾介質可提供有樹脂粘合劑且可開槽和/或打褶。
【專利說明】高效率且高容量的無玻璃的燃料過濾介質和燃料過濾器及其使用方法
[0001]領域
總體而言，本文公開的實施方案涉及高效率且高容量的無玻璃的燃料過濾介質和燃料過濾器及使用其過濾燃料的方法。
[0002]背景
具有小尺寸微粒的高過濾效率的過濾介質通常需要在介質中的小孔隙，以使得欲過濾的微粒無法穿過該介質。然而，在介質中的小孔隙通常產生低滲透率，且因此造成在介質中的高流體壓降。當微粒被物理捕集在介質的上游側時，隨著時間的過去它們將逐漸堵塞介質的孔隙，這又造成介質兩端的流體壓降逐漸增加。任何過濾介質的品質因此通過發(fā)生在特定的預定壓降下的能夠被捕集的微粒的量(也稱作“介質容量”)來表征。如果該特定的預定壓力太快達到，則所得介質容量因此將是低的。過濾工業(yè)中的一般規(guī)則是過濾介質具有的效率越高，則其容量越低。因此，常常需要折衷來實現可接受的過濾介質效率和容量兩者。
[0003]諸如燃料過濾所需要的高效率過濾介質常含有短玻璃微纖維。玻璃微纖維由于它們的針狀纖維形狀、剛性和小尺寸而具有獨特的過濾性質。玻璃微纖維因此廣泛用于常規(guī)過濾介質中以提供聞效率和聞容量兩者。
[0004]隨著工藝壓力增加，例如，在重型柴油燃料過濾期間，已經關注到玻璃微纖維可被過濾好的燃料從過濾介質中洗掉且因此進入并損壞內燃機。為了防止由玻璃微纖維從過濾介質浙出引起的問題，已經嘗試研發(fā)含有玻璃微纖維介質的高效率且高容量的無玻璃的供選物。玻璃微纖維浙出到下游濾液中不僅關系到內燃機燃料過濾，而且例如關系到與人體接觸的任何類型的過濾，例如通過攝取。
[0005]常規(guī)的市售無玻璃的過濾介質常含有提供所需要的過濾效率的基礎介質，例如100%木漿，和提供所需要的過濾容量的細小短纖維的層壓層。這些常規(guī)形式的過濾介質的生產需要高壓切斷介質以及包括層壓那些效率層和容量層的多步生產工藝，產生總體高生產成本。這些常規(guī)介質的多層結構也常產生相對較高的厚度，這對于所得過濾器的褶狀幾何形狀是不利的。
[0006]因此，將高度需要可提供無玻璃(即，不含任何玻璃纖維)、但表現出高過濾容量和效率的過濾介質。所述過濾介質還應該具有足以被進一步加工和/或打褶(例如，以允許形成包括所述介質的過濾單元)的最小強度。因此，滿足本發(fā)明所涉及這些合乎需要的特性。
[0007]例示性實施方案的概述
根據一方面，本文公開的實施方案提供了無玻璃的非織造過濾介質，其包含短合成纖維和原纖化纖維素纖維的共混物。根據某些實施方案，所述短合成纖維最優(yōu)選包含合成微纖維或由合成微纖維構成。任選某些其他實施方案的過濾介質可含有以不顯著地不利影響介質的過濾效率和/或容量的量的非原纖化纖維素纖維。
[0008]某些實施方案將以高效率且高容量的無玻璃的非織造過濾介質的形式，其包含合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維的共混物，其中所述原纖化纖維素纖維在所述介質中以實現在4微米下約95%或更高的總過濾效率和0.5mg/in2/mils或更大的過濾容量與介質厚度的比率的量存在。
[0009]所述合成非原纖化短纖維可由選自聚酯、聚亞燒基(polyalkylene)、聚丙烯腈和聚酰胺的熱塑性聚合物形成。聚酯，特別是聚對苯二甲酸亞烷基酯是特別合乎需要的。一些實施方案將包含具有小于約10微米的平均纖維直徑和小于約25毫米的平均長度的非原纖化聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)短微纖維。所述合成短纖維可以約50重量％-約99.5重量％ ODff的量存在。
[0010]所述原纖化纖維素短纖維可包含原纖化萊塞爾(lyocell)納米纖維。某些實施方案將包含以約0.5-約50重量％ ODW的量的原纖化萊塞爾納米纖維。所述原纖化纖維素短纖維可具有約300mL或更小的加拿大標準游離度(Canadian Standard Freeness, CSF)。
[0011]某些實施方案將包含以下各物的共混物:具有小于約10微米的平均纖維直徑和小于約25毫米的平均長度的短聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖維，其以約50重量％_約99.5重量％ ODW的量存在；和具有約300mL或更小的加拿大標準游離度(CSF)的原纖化萊塞爾短纖維，其以至少約0.5-約50重量％ ODff的量存在。所述原纖化纖維素纖維可具有約1000納米或更小的平均直徑和約Imm-約8mm的平均長度。
[0012]可將其他組分和/或添加劑加入所述過濾介質中。例如，一些實施方案可包括與所述合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維共混的天然木漿。如果使用的話，所述天然木漿可以約25重量％ ODW或更小的量存在。根據需要，也可使用濕強度添加劑、熒光增白劑、纖維保留劑、著色劑、燃料-水分離助劑(例如，聚硅氧烷添加劑和締合催化劑)、水或油排斥劑(例如，氟烴)、火或火焰阻燃劑等。
[0013]還可將樹脂粘合劑加到所述過濾介質中以實現所希望的物理性質。如果使用的話，所述粘合劑樹脂可以約2-約50重量％ SDC的量存在。
[0014]所述過濾介質可由濕鋪漿料法形成。例如,所述過濾介質可通過由由合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維的共混物構成的纖維漿料形成濕鋪薄片并干燥所述薄片以獲得所述過濾介質而制得。所述過濾介質可為開槽和/或打褶的，以有助于其在過濾裝置(例如，與機載燃料過濾系統(tǒng)相關的過濾單元)中的使用。
[0015]本發(fā)明的一些實施方案的一個有益特點在于其從燃料中分離水的能力。根據本發(fā)明的過濾介質可用于在不加入聚硅氧烷的情況下分離水。
[0016]參考本發(fā)明的以下詳述將更好地理解根據本發(fā)明的各種實施方案的這些和其他特性。
[0017]附圖簡述
圖1為在4微米下的多次通過(MP)效率(%)相對于過濾介質中存在的原纖化萊塞爾納米纖維的含量(重量％)的圖表。
[0018]圖2為用于試驗除水容量的配置的示意圖。
[0019]圖3a、圖3b、圖4a和圖4b示出了本發(fā)明的兩個實施方案與參考過濾介質的比較的試驗結果。
[0020]定義
如在本文中和在隨附權利要求書中所使用，以下術語意欲具有如下定義。
[0021]“纖維”為具有長度與直徑的高長徑比的纖維或纖維狀結構。
[0022]“短纖維”是指天然地具有或已經切割或進一步加工成有限的相對短的節(jié)段或單個長度的纖維。
[0023]“納米纖維”是指具有小于約1000納米的平均直徑的纖維。
[0024]“纖維質”是指主要由纖維和/或短纖維構成的材料。
[0025]“非織造”是指在卷材或墊中的許多纖維和/或短纖維，它們無規(guī)地互鎖、纏結和/或彼此結合以形成自撐式結構元件。
[0026]“合成纖維”和/或“人造纖維”是指由包括由成纖物質制成的以化方式生產的纖維，所述成纖物質包括由化學化合物合成的聚合物和改性或轉化的天然聚合物。這類纖維可通過常規(guī)熔融紡絲、溶液或溶劑紡絲和類似的長絲生產技術生產。
[0027]“纖維素纖維”為由纖維素構成或衍生自纖維素的纖維。
[0028]“游離度”為其中可排干短纖維的稀懸浮液的速率的度量(mL)，如在TAPPI加拿大標準方法T 227 om-94 (1994)中所述，(在下文中有時稱為“加拿大標準游離度”或“CSF”)，其全部內容通過引用明確地結合到本文中。
[0029]“原纖維”為與短纖維相關的微小的不規(guī)則的絲狀元件。
[0030]“原纖化”是指已經被進一步作用以形成許多原纖維并表現出約300mL或更小、優(yōu)選約200mL或更小、通常約10-約200mL的加拿大標準游離度的短纖維。
[0031]“非原纖化”是指基本沒有原纖維且表現出大于約500mL的加拿大標準游離度的未加工的短纖維。
[0032]“可原纖化”是指固有地具有使用在造紙工業(yè)中使用的標準機械打漿機、精制機等原纖化的能力的非原纖化短纖維。
[0033]“烘干重量”或“0DW”是指在熱風烘箱中在350 T (177°C )下干燥5分鐘之后纖維或織物的總重量。
[0034]“飽和干燥固化的”或“SDC”是指用樹脂飽和、風干或在低熱下干燥歷時足以從樹脂中蒸發(fā)溶劑的時間并在熱風烘箱中在350 T (177°C )下固化5分鐘的介質。
[0035]發(fā)明詳述
A.非原纖化短合成纖維
幾乎任何常規(guī)的合成非原纖化短纖維都可用于本發(fā)明的過濾介質中。特別優(yōu)選的實施方案將包含由熱塑性聚合物如聚酯(例如，聚對苯二甲酸亞烷基酯，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等)、聚亞烷基(例如，聚乙烯、聚丙烯等)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺(尼龍，例如尼龍_6、尼龍6，6、尼龍-6，12等)形成的合成非原纖化短纖維。優(yōu)選短PET纖維。
[0036]所述合成短纖維最優(yōu)選為微纖維，即具有小于約10微米、有時小于約8微米或甚至小于約5微米的平均纖維直徑和小于約25毫米、有時小于約10毫米、諸如小于約6.5毫米(例如，小于約3.5毫米)的長度的短纖維。
[0037]特別優(yōu)選的合成短微纖維為水可分散的聚對苯二甲酸亞烷基酯微纖維。優(yōu)選短聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)微纖維。在某些優(yōu)選的實施方案中，所述短PET微纖維為水洗具有至少25°C的玻璃化轉變溫度(Tg)的水不可分散的磺基聚酯纖維的結果，所述磺基聚酯包含:(i)約50-約96摩爾％的間苯二甲酸或對苯二甲酸的一種或多種殘基；(ii)基于總酸殘基約4-約30摩爾％的鈉磺基間苯二甲酸的殘基；(iii) 一種或多種二醇殘基，其中基于總二醇殘基至少25摩爾％為具有結構H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)，其中η為在2-約500范圍內的整數；和(iv)基于總重復單元O-約20摩爾％的具有3或更多個羥基和/或羧基官能團的分支單體的殘基。這些優(yōu)選的合成短PET微纖維及其生產方法更全面地描述在美國公開的專利申請2008/031 1815和2011/0168625號(其全部內容通過引用明確地結合到本文中)中且自Eastman Chemical Company, Kingsport, TN購得。
[0038]所述合成短纖維將以約50重量％_約99.5重量％ 0DW、優(yōu)選75重量％-約97.5重量％ ODff的量用于過濾介質中。特別優(yōu)選的實施方案將包含以約80重量％-約90重量％ODff的量的合成短纖維。
[0039]B.纖維素纖維
所述過濾介質將必然地包含原纖化纖維素短纖維，所述原纖化纖維素短纖維具有約300mL或更小、優(yōu)選約200mL或更小、通常約1mL-約200mL的加拿大標準游離度(CSF)。
[0040]優(yōu)選的可原纖化纖維素短纖維為通過在諸如氧化胺的有機溶劑中直接分解并紡絲木漿而制得且將其稱為萊塞爾短纖維的那些。所述可原纖化的纖維素短纖維因此可通過經受在造紙工業(yè)中使用的標準機械打漿機、精制機等來原纖化。
[0041 ] 所述原纖化纖維素短纖維將以約0.5重量％_約50重量％ 0DW、優(yōu)選2.5重量％-約25重量％ ODW的量用于所述過濾介質中。特別優(yōu)選的實施方案將包含以約10重量％-約20重量％ ODW的量的原纖化纖維素短纖維。
[0042]特別優(yōu)選的原纖化纖維素短纖維包括萊塞爾短纖維。所述萊塞爾短纖維最優(yōu)選為納米纖維，即具有約1000納米或更小或有時約400納米或更小、例如約100納米的平均直徑的短纖維。一些特別優(yōu)選的實施方案將包含約250納米的原纖化纖維素短纖維。所述萊塞爾短納米纖維的平均長度通常為約Imm-約8mm、或約2mm_約6mm、或約3mm_約4mm。
[0043]優(yōu)選的原纖化萊塞爾納米纖維自Engineered Fibers Technology, LLC在商品名EFTec? Nanofibrillated Fibers下購得。所述原纖化萊塞爾納米纖維的優(yōu)選市售形式包括在4mm或6mm纖維長度下分別具有彡10 CSF,40 CSF和200 CSF的原纖化程度的EFTec ?L010-4、L040-4和L200 6納米原纖化纖維。
[0044]其他非原纖化纖維素短纖維可任選與所述非原纖化合成短纖維和所述原纖化纖維素短纖維共混以賦予所述過濾介質附加的剛性。因此，根據一些實施方案，可能希望加入O至高達約25重量％ 0DW、例如O重量％至約20重量％ ODff或至約15重量％ ODff的天然木漿(非萊塞爾)短纖維。多種非萊塞爾非原纖化纖維素短纖維是市售的且可根據可能所需與本文所公開的過濾介質的其他組分共混。
[0045]C.其他組分
根據某些實施方案的過濾介質可包含樹脂粘合劑以實現所希望的物理性質。對于這類目的，可將任何合適的樹脂粘合劑加到所述過濾介質中?？扇芜x使用的粘合劑樹脂的合適實例包括聚合物，諸如苯乙烯丙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚乙烯氯乙烯(po I ye thy I enevinyl chloride)、丁苯橡膠、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇衍生物、淀粉聚合物、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及其組合，包含水基或溶劑基兩者。在一些情況下，所述粘合劑樹脂可以膠乳形式，諸如水基乳液。
[0046]如果使用的話，所述樹脂粘合劑可以約2-約50重量％ SDC、優(yōu)選10-約30重量％SDC的量存在。特別優(yōu)選的實施方案將包含以約12-約25重量％ SDC的量的樹脂粘合劑。
[0047]優(yōu)選的樹脂粘合劑包括酚醛樹脂、丙烯酸樹脂(例如，乙烯基丙烯酸膠乳樹脂)、三聚氰胺樹脂、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂等?？墒褂玫囊环N酚醛(苯酚甲醛)樹脂包括自Louisville, KY 的 Momentive Specialty Chemicals Inc.購得的 DURITE? SL161A?？墒褂玫囊环N合適的基于膠乳的樹脂粘合劑為自St.Paul,麗的HB Fuller C0.購得的H)0458 Ml (—種分散在甲醛中的聚氧亞甲基壬基酚分支醚磷酸鹽)。一種合適的三聚氰胺粘合劑樹脂可為自 Louisville, KY 的 Momentive Specialty Chemicals Inc.購得的 ASTRO?Celrez PA-70甲基化三聚氰胺樹脂體系。合適的丙烯酸樹脂包括自BASF Corporat1n購得的ACR0DUR?無甲醛的水基丙烯酸樹脂。
[0048]所述過濾介質還可含有在濕鋪過濾介質中常規(guī)使用的添加劑，諸如濕強度添加齊U、熒光增白劑、纖維保留劑、著色劑、燃料-水分離助劑(例如，聚硅氧烷添加劑和締合催化劑)、水或油排斥劑(例如，氟烴)、火或火焰阻燃劑等。如果存在的話，這些添加劑可以高達約20重量％ 0DW、優(yōu)選高達約10重量％ 0DW、例如約1-約10重量％的量包含。
[0049]D.制造方法
本文所述的過濾介質可通過任何常規(guī)“濕鋪”造紙技術制造。因此，例如，可將預定量的非原纖化合成短纖維和原纖化纖維素短纖維(以及任何任選的組分，諸如天然木漿纖維和/或添加劑)和水置于碎漿機或打漿機中。所述纖維通過所述碎漿機或打漿機在所述水中均勻地混合并分散以形成漿料批料。還可對纖維進行一些機械作業(yè)以改變物理參數，諸如滲透率、表面性質和纖維結構。此后可將所述漿料批料轉移到混合槽中，在其中加入額外的水并將纖維均勻共混。隨后可將共混的漿料轉移到成漿槽中，其中可將一種或多種漿料批料組合，允許從間歇法轉變成連續(xù)法。漿料稠度通過攪拌限定并維持以保證纖維的均勻分散。在這方面，可使所述漿料任選地通過精制機以調節(jié)物理參數。
[0050]隨后將所述漿料轉移到移動的絲網，其中水借助于重力和抽吸除去。隨著水被除去，所述纖維形成具有通過包括例如漿料流速、機器速度和排液參數的許多工藝變量確定的特性的纖維非織墊或薄片?？扇芜x將所形成的薄片壓縮，同時仍然潤濕，以壓實紙張和/或改進其表面特性。隨后使?jié)窦垑|通過由加熱滾筒(或以技術用語“圓筒(cans)”)構成的干燥區(qū)段，其中將大部分保留的夾帶水除去。隨后可使干燥的卷材具有通過諸如浸潰、噴涂、滾筒(凹版印刷)施用等任何常規(guī)方法施用的粘合劑。隨后可進行加熱以干燥所述卷材。
[0051]如果作為打褶的過濾介質使用，則所述干燥的卷材可有利地經受使用匹配的凸形/凹形(male/female)滾筒的機械加工方向(縱向)開槽。如果使用的話，貝1J所述介質可具有約50個縱向延伸的凹槽/200mm介質寬度。各凹槽因此將優(yōu)選具有約4mm的標稱寬度。典型的開槽含玻璃的高效率燃料等級具有諸如約38密耳的總SD (飽和且干燥的，但未固化)厚度、約13密耳的SD凹槽深度和約28密耳的SD光學厚度A (在一個凹槽中介質厚度的光學度量，因此代表相應的平坦厚度)。
[0052]成品(任選開槽的)過濾介質因此可卷繞在滾筒上以便進一步加工成成品過濾器產品。例如，一個或多個成品過濾介質薄片可與一個或多個其他材料薄片(例如，至少一個附加過濾介質層、支撐層等)一起層壓以實現所希望的物理和性能特性。還可將所述過濾介質打褶并形成筒式過濾器柱，其隨后可提供為過濾單元(例如，機載燃料過濾器單元)的組合零件。在某些最終用途應用中可能希望所述過濾介質與支撐絲網層一起打褶。
[0053]所述成品過濾介質的基重不是關鍵的。因此，所述成品過濾介質可具有至少約15克/平方米(gsm)、更優(yōu)選至少約35gsm至高達約300gsm的基重。所述過濾介質的一些實施方案可具有約50至高達約200gsm的基重。
[0054]將通過本發(fā)明的以下非限制性實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例
[0055]實施例1
在如下所述的實施例中，使用以下組分:
PET微纖維:具有2.5微米的平均直徑、自Eastman Chemical Company購得的非原纖化PET短微纖維；
原纖化萊塞爾:自Engineered Fibers Technology LLC在商品名EFTec ?纖維下購得的原纖化萊塞爾納米纖維，其中Lyocell LOlO具有彡1mL的CSF ；Lyocell L040具有40mL的 CSF ;而 Lyocell L200 具有 200mL 的 CSF ；
Sodra Red:具有 600_700ml 的游離度和 15 的 SR 及 7.5 的 pH,由 Sodra, Sweden 制造的化學-熱-機械(CTM)軟木木漿。松散密度為4cm3/g。
[0056]亞拉巴馬州松木或亞拉巴馬州河流軟木(Alabama River Softwood):南方軟木無元素氯(ECF)的硫酸鹽紙漿由Georgia-Pacific, USA制造，CSF在300mL_740mL范圍內且松散密度為1.48-2.lcm3/g。
[0057]HPZII1:來自 Buckeye Technologies, Inc.的 Mercerized 南方軟木，其具有
1.8mm的平均纖維長度和7.3cm3/g的松散密度。
[0058]GRAND PRAIRIE:來自Weyerhaeuser C0.的北方軟木，其具有2.3mm的平均纖維長度、在648-300范圍內的CSF、在1.52-1.24cm3/g范圍內的松散密度。
[0059]FIBRIA:來自 Aracruz Cellulose (USA)分公司的 Fibria ECF 漂白按木衆(zhòng),其具有22-55 SR的濾水能力和約0.70mm的纖維長度。
[0060]KYMENE:由12_13%固體的陽離子胺聚合物-環(huán)氧氯丙烷加合物水溶液組成的濕強度添加劑，其比重為1.03，pH為3.5-4.5且該溶液含有12-13%固體。
[0061]M0MENTIVE 161A:EP0N? Resin 161，多官能環(huán)氧化酚醛樹脂粘合劑，自 MomentiveSpecialty Chemicals, Inc.購得，且具有 169_178g/eq 的環(huán)氧當量(ASTM D1652)、18，000-28，OOOcP 的粘度(25 °C ) (ASTM D2196)和 10.01b/gal 的密度(25 °C )。
[0062]程序:
樣品使用實驗室濕鋪手工抄紙模具生成。將如在配方中所述的配料與2升自來水混合并用標準實驗室破碎機(Noram)在1500轉數下破碎。隨后將配料注入濕鋪模具中并用約25升自來水稀釋，用踏板攪拌器攪拌三次，且經標準造紙機線路(wire)排出。
[0063]隨后將手工抄紙片用濕紙滾筒(couching roller)來回棍軋三次擠干,在平臺式速度烘箱中在350 T下預干燥5分鐘且隨后在烘箱中在350 T下干燥5分鐘。原物理數據如原基重、厚度、空氣滲透率在烘箱干燥之后馬上取得。
[0064]隨后將樣品用標準酹醒樹脂(來自Momentive Specialty Chemicals, Inc.的161A)以6%含量飽和(樹脂浴的浴固含量為在作為溶劑的甲醇中的18%)。隨后將樣品在環(huán)境條件下風干24小時，并在350 °F下固化5分鐘以達到SDC (飽和干燥固化的)水平。在固化之后馬上記錄SDC基重，且隨后測量其他SDC數據如SDC厚度和SDC空氣滲透率。具體地講，如下測量這些物理參數:
SDC厚度:SDC介質的厚度(厚度)使用得自Thwing-Albert Instrument Company的89-100測厚儀根據TAPPI標準T411 “紙張、紙板和組合紙板的厚度(厚度)(Thickness(caliper) of paper, paperboard and combined board) ”(通過引用全部結合到本文中)來測量。
[0065]SDC空氣滲透率:SDC介質的空氣滲透率用來自TexTest的FX3300 LabAir IV空氣滲透率測試儀根據ASTM D737“織物的空氣滲透率的標準試驗方法(Standard Test Methodfor Air Permeability of Textile Fabrics) ”(通過引用全部結合到本文中)來試驗。測量結果在125Pa下以立方英尺/分鐘(cfm)/l平方英尺面積來記錄。
[0066]過濾性能使用多次通過(MP)試驗根據ISO 19438:2003 “用于內燃機的柴油燃料和汽油過濾器-過濾效率使用粒子計數和污染物保留容量(Diesel fuel and petrolfilters for internal combust1n engines-Filtrat1n efficiency using particlecounting and contaminant retent1n capacity) ”(通過引用結合到本文中)來測量。ISO19438:2003規(guī)定了多次通過過濾試驗，其中，連續(xù)注入污染物，使用在線粒子計數方法，來評價服從試驗液體的恒定流速的用于內燃機的燃料過濾器的性能。試驗程序測定過濾器的污染物容量、其微粒去除特性和壓差。ISO 19438:2003適用于具有50L/h-800L/h的額定流量的過濾元件；然而，經過濾器生產商和消費者的同意，經過一些改進后，容許該程序應用到具有較高流量的燃料過濾器。在MP試驗中使用的參數為:
所使用的試驗粉塵:IS0 Fine 流速:1.89升/分鐘
油粘度:15mm2/s @ 43V = 109 °F注入重力分析:75.7mg/l BUGL (基礎上游重力分析水平):10mg/l。
[0067]手抄紙片使用2.5微米PET微纖維(Eastman Chemical Company)、不同等級的原纖化萊塞爾(得自 Engineered Fibers Technology, LLC 的 L010、L040、L2OO 級)和三種不同類型的木漿制得。為了模擬生產條件，大多數手抄紙片還含有以在下表中所指出的量的Kymene ( 一種濕強度添加劑)。
[0068]“容量/厚度比”通過將介質容量(mg/in2)除以介質厚度(密耳)來計算，以使容量數據標準化，從而計算不同薄片厚度。在4微米下的總效率使用先前描述的多次通過(MP)過濾試驗測定。
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[0070]實施例2
重復實施例1，不同之處在于過濾介質在標準Fourdrinier濕鋪紙張生產線上形成。這些試驗的結果示于下表2中。
[0071]表2
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在上表2中數據證實，即使容量/厚度比率趨于隨基重增加而減小，對于所有基重而言，容量/厚度比也為0.5mg/in2/mils或更大。該數據還示出了介質在4微米下具有95%或更大的可接受的過濾效率，通常在4微米下的過濾效率為97%或更大。
[0072]實施例3
用與以不同量的PET微纖維和原纖化萊塞爾微纖維共混的不同量的天然木漿重復實施例I。數據示于在下表3中。
[0073]表3Inyipl Ife和,f.幾.Wftrtl -Hrf a.-1
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以上數據證明，將天然木漿加到PET納米纖維和原纖化萊塞爾的共混物中降低了過濾介質的容量性質。在高于約20-25重量％的水平下，木漿可導致容量/厚度比減小到低于
0.5mg/in2/mils且因此應該避免。
[0074]實施例4
用不同量的原纖化萊塞爾重復實施例1。數據示于下表4中。
[0075]表4——)?■:『-.................Τ?*Γ"干餘.丨靴的I 5次■過*.能
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在上表4中的數據表明，原纖化萊塞爾短纖維在以相對較小的量(例如，約2.5重量％或更大)加入PET微纖維中時增加介質的過濾效率。這通過圖1的曲線圖進一步示出。具體地講，圖1示出了，在2.5重量％原纖化萊塞爾下，增加的過濾效率在過濾介質的全部基重范圍內得以保障。因此，對于較高基重的介質，可存在小于2.5重量％的原纖化萊塞爾的量以實現約98%或更大的過濾效率。
[0076]該數據還表明，雖然PET納米纖維和原纖化萊塞爾納米纖維的相對量可能變化，但是通常是原纖化萊塞爾納米纖維促進效率增加，而PET納米纖維促進過濾容量增加。隨著基重變高，過濾介質通常由于厚度增加而表現出較高的容量，且由于更大的過濾深度，孔結構變小且更加致密。因此，使用完全相同的兩種組分，原纖化萊塞爾納米纖維含量必須隨基重增加而減小，以維持相同的效率水平(在這種情況下，這意味著容量將增加)。用不同等級(即，不同CSF特性)的原纖化萊塞爾納米纖維，纖維的絕對量將大大不同。例如，數據顯示，與EFTec ? LOlO萊塞爾納米纖維相比，基本雙倍量的EFTec ? L200萊塞爾納米纖維產生相同的效率水平。數據通常表明，為了實現可接受的效率性能特性，將需要約2.5重量％的最少量的EFTec ? LOlO原纖化萊塞爾納米纖維，而需要50重量％ EFTec ? L200的最大量原纖化萊塞爾納米纖維。
[0077]實施例5
將本發(fā)明的實驗性無玻璃介質開槽，以實現以下尺寸:
尺才I密斗I事il破感命S:* 7BS獫13B
SD總唼度3?Γ“)
SD aimI?2119
SD先學蹲.戍A2HV)2U
上表示出，雖然實驗性介質的實際“平坦”厚度比市售玻璃介質的“平坦”厚度小得多，但通過賦予大得多的凹槽可實現相同的總體開槽厚度。這意味著產生了另外的三維過濾面積，在轉化的過濾器中產生另外的過濾性能。還觀察到，可將體現本發(fā)明的其他手抄紙片開槽，在高達29密耳的SD凹槽深度下沒有裂縫。
[0078]實施例6
根據本發(fā)明的過濾介質的水分離能力以以下方式試驗。
[0079]試驗方法的描述:
存在可用于燃料/水分離評價的許多標準。SAE J 1839用于評價粗水(液滴尺寸180-260 μ m)的去除。斥水劑介質可有效地除去這種大液滴。IS016332需要300 μ m的液滴尺寸、較大的液滴尺寸。另外，所規(guī)定的界面張力為10-15mN/m，比SAE J1839低。
[0080]SAE J 1488和ISO 4020為確定燃料/水分離器從燃料中分離乳化或細分散的水的能力的標準。認為SAE J1488與ISO 4020不類似，因為ISO 4020不限定液滴尺寸。另夕卜，ISO 4020通常用于低燃料流速試驗，而SAE J 1488可用于高達100L/min的高燃料流速。主要差別包括燃料泵和試驗水濃度，SAE J1488要求具有強機械剪切的離心泵和0.25%水濃度(生成較細、較好分散的水)，相比之下，ISO 4020建議經由低剪切隔膜泵注入2%水，產生較大的液滴和高液滴團聚概率。因此，可以推斷SAE J1488是更嚴格的試驗。
[0081]當燃料表面活性高時，從柴油燃料中分離乳化水變得更加困難，一個這樣的實例是使用超低硫柴油燃料(ULSD)。隨著燃料/水界面張力(IFT)和微分離指數(microseparometer rating, MSEP)減小本身表明了增加的表面活性。結果是燃料包水乳液的穩(wěn)定性增加。粗水和乳化水對發(fā)動機的影響是公知的且全面描述在兩文獻和SAE試驗標準SAE J 1488和SAE J 1839中。從燃料中除去粗水通常并不存在技術困難。然而，隨著燃料包水乳液的穩(wěn)定性增加，除去該水的容易度減小，這將變成一項挑戰(zhàn)。
[0082]在所提到的試驗方法內，液滴產生的流程(circuit)和方法的精確細節(jié)并不常見，因此存在附加設備和精確方案變化的潛在性。因此，據說柴油的水滴尺寸和IFT在試驗方案內和在大工業(yè)內普遍不同。由于SAE標準使用是隨意的，所以各個公司可選擇施用該標準來改變評價他們產品的程度。
[0083]對于本文所述的試驗，該方法基于上述試驗方法。超低硫柴油燃料(ULSD)從貯槽I經泵2循環(huán)，在泵2處，水經由蠕動泵3加入。燃料供給隨后通過一系列燃料水分離柱4，之后返回貯槽I。在泵2之后且在燃料水分離柱4之前，一部分液流可通過含有試驗介質的平坦薄片的試驗室5，隨后返回主線路6并流經燃料水分離柱4且回到貯槽I。(圖2)。
[0084]將樣品從貯槽、各試驗室5的上游和下游以不同的間隔取出。卡爾費歇爾滴定分析允許測定樣品的水含量。所收集的數據允許評價在各試驗室5中由樣品促進的水去除率，一個室將含有對照介質，將其與其他室相比較。這將幫助使樣品間的燃料變化減至最小。
[0085]卡爾費歇爾滴定室含有陽極溶液加分析物。該陽極溶液由醇(ROH)、堿(堿)、二氧化硫(SO2)和碘(I2)組成?？墒褂玫牡湫痛加屑状蓟蚨叶紗我颐?，且常用的堿為咪唑。
[0086]滴定室也由具有浸沒于主隔室的陽極溶液中的陰極的較小隔室組成。這兩種隔室通過離子滲透膜隔開。Pt陽極在提供通過電路的電流時產生12。如下所示的凈反應為SO2被I2氧化。每摩爾H2O消耗I摩爾12。換句話說，每摩爾水消耗2摩爾電子。
[0087]喊I2 + 喊 SO2 + 喊 + H2O — 2 喊 H+I + 喊 SO3 堿 SO3 + ROH —堿 H+ROSCV
終點最常通過雙電位法檢測。第二對Pt電極沉浸在陽極溶液中。檢測器電路在滴定期間維持在這兩個檢測器電極之間的恒定電流。在等效點之前，該溶液含有Γ，但幾乎不含I20在等效點處，過量的I2出現且急劇的電壓降標志著終點。因此可使用產生I2且達到終點所必須的電流的量來計算在原始樣品中的水的量。
[0088]樣品的描述:
根據本發(fā)明的機械試驗樣品(A):
基重:84.8磅/令(ream)(開槽)；94.6磅/令(平坦)
纖維配料:聚酯和原纖化纖維素樹脂:沒有聚硅氧烷添加劑的酚醛樹脂參考(R):
SD基重:130磅/令
纖維配料:玻璃和木漿共混物
樹脂:具有聚硅氧烷添加劑的酚醛樹脂

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[0089]雖然已經關于目前認為是最實用且優(yōu)選的實施方案描述了本發(fā)明，但是應理解本發(fā)明不受所公開的實施方案限制，相反地，本發(fā)明意欲涵蓋包括在本發(fā)明的精神和范圍內的各種改進和等效配置。
【權利要求】
1.高效率且高容量的無玻璃的過濾介質，其包含合成的非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維的共混物，其中所述原纖化纖維素纖維在所述介質中以實現在4微米下約95%或更高的總過濾效率和0.5mg/in2/mils或更大的過濾容量與介質厚度的比率的量存在。
2.權利要求1的過濾介質，其中所述合成非原纖化短纖維由選自聚酯、聚亞烷基、聚丙烯腈和聚酰胺的熱塑性聚合物形成。
3.權利要求1的過濾介質，其中所述合成短纖維為具有小于約10微米的平均纖維直徑和小于約25毫米的平均長度的微纖維。
4.權利要求3的過濾介質，其中所述微纖維具有小于約8微米的平均纖維直徑。
5.權利要求3的過濾介質，其中所述微纖維具有小于約5微米的平均纖維直徑。
6.權利要求3的過濾介質，其中所述合成短纖維為聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖維。
7.權利要求6的過濾介質，其中所述聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖維為具有至少25V的玻璃化轉變溫度(Tg)的水不可分散的磺基聚酯纖維的水洗殘基，所述磺基聚酯包含:(i)約50-約96摩爾％的間苯二甲酸或對苯二甲酸的一種或多種殘基；(ii)基于總酸殘基約4-約30摩爾％的鈉磺基間苯二甲酸的殘基；(iii) 一種或多種二醇殘基，其中基于總二醇殘基，至少25摩爾％為具有結構H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)，其中η為在2-約500范圍內的整數；和(iv)基于總重復單元O-約20摩爾％的具有3或更多個羥基、和/或羧基官能團的分支單體的殘基。
8.權利要求1的過濾介質,其中所述合成短纖維以約50重量％-約99.5重量％ ODff的量存在。
9.權利要求1的過濾介質，其中所述原纖化纖維素短纖維包含原纖化萊塞爾(Iyocell)納米纖維。
10.權利要求9的過濾介質，其中所述原纖化萊塞爾納米纖維以約0.5-約50重量％ODW的量存在。
11.權利要求10的過濾介質,其中所述介質具有約15gsm-約300gsm的基重。
12.權利要求1的過濾介質，其中所述原纖化纖維素短纖維具有約300mL或更低的加拿大標準游離度(Canadian Standard Freeness, CSF)。
13.權利要求1的過濾介質，其中所述合成短纖維為具有小于約10微米的平均纖維直徑和小于約25毫米的平均長度的聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖維，其以約50重量％-約99.5重量％ ODff的量存在，且其中所述原纖化纖維素短纖維為具有約300mL或更小的加拿大標準游離度(CSF)的原纖化萊塞爾纖維，其以至少約0.5-約50重量％ ODff的量存在。
14.權利要求1的過濾介質，其中所述原纖化纖維素纖維具有約1000納米或更小的平均直徑和約Imm-約8mm的平均長度。
15.權利要求1的過濾介質，其還包含與所述合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維共混的天然木漿。
16.權利要求15的過濾介質，其中所述天然木漿以約25重量％ODW或更小的量存在。
17.權利要求16的過濾介質，其中所述天然木漿以約20重量％ODW或更小的量存在。
18.權利要求1的過濾介質,其還包含樹脂粘合劑。
19.權利要求18的過濾介質，其中所述樹脂粘合劑為選自苯乙烯丙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚乙烯氯乙烯、丁苯橡膠、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇衍生物、淀粉聚合物、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及其組合中的至少一種。
20.權利要求18的過濾介質，其中所述樹脂粘合劑以約2-約50重量％SDC的量存在。
21.權利要求1的過濾介質，其還包含選自濕強度添加劑、熒光增白劑、纖維保留劑、著色劑、燃料-水分離助劑和火焰或火阻燃劑的至少一種添加劑。
22.權利要求1的過濾介質，其包括縱向延伸且橫向隔開的凹槽。
23.權利要求1的過濾介質,其中所述過濾介質為打褶的。
24.多層過濾器，其包含由權利要求1的過濾介質構成的過濾層和至少一個附加材料層。
25.權利要求24的多層過濾器，其中所述至少一個附加層包括層壓到所述過濾層的第二過濾介質層。
26.權利要求24的多層過濾器，其中所述至少一個附加材料層為支撐所述過濾層的支撐層。
27.權利要求24的多層過濾器，其為打褶的且包括與所述過濾介質一起打褶的絲網支撐層。
28.過濾裝置，其包括權利要求1的過濾介質。
29.制造過濾介質的方法，其包括由由合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維的共混物構成的纖維漿料形成濕鋪薄片，和干燥所述薄片以獲得所述過濾介質，其中所述原纖化纖維素纖維在所述介質中以實現在4微米下約95%或更高的總過濾效率和0.5mg/in2/mils或更大的過濾容量與介質厚度的比率的量存在。
30.權利要求29的方法，其中所述合成非原纖化短纖維由選自聚酯、聚亞烷基、聚丙烯腈和聚酰胺的熱塑性聚合物形成。
31.權利要求29的方法，其中所述合成短纖維為具有小于約10微米的平均纖維直徑和小于約25毫米的平均長度的微纖維。
32.權利要求31的方法，其中所述合成短纖維為聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖維。
33.權利要求32的方法，其中所述聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖維為具有至少25°C的玻璃化轉變溫度(Tg)的水不可分散的磺基聚酯纖維的水洗殘基，所述磺基聚酯包含(i)約50-約96摩爾％的間苯二甲酸或對苯二甲酸的一種或多種殘基；(ii)基于總酸殘基約4-約30摩爾％的鈉磺基間苯二甲酸的殘基；(iii) 一種或多種二醇殘基，其中基于總二醇殘基至少25摩爾％為具有結構H-(OCH2-CH2)n-OH的聚(乙二醇)，其中η為在2-約500范圍內的整數；和(iv)基于總重復單元O-約20摩爾％的具有3或更多個羥基、和/或羧基官能團的分支單體的殘基。
34.權利要求29的方法，其中所述合成短纖維以約50重量％-約99.5重量％ ODff的量存在。
35.權利要求29的方法，其中所述原纖化纖維素短纖維包含原纖化萊塞爾(lyocell)納米纖維。
36.權利要求35的方法，其中所述原纖化萊塞爾納米纖維以約0.5-約50重量％ ODff的量存在。
37.權利要求36的方法,其中所述介質具有約15gsm-約300gsm的基重。
38.權利要求29的方法，其中所述原纖化纖維素短纖維具有約300mL或更小的加拿大標準游離度(Canadian Standard Freeness, CSF)。
39.權利要求29的方法，其中所述合成短纖維為具有小于約10微米的平均纖維直徑和小于約25毫米的平均長度的聚對苯二甲酸乙二醇酯微纖維，其以約50重量％-約99.5重量％ ODff的量存在，且其中所述原纖化纖維素短纖維為具有約300mL或更小的加拿大標準游離度(CSF)的原纖化萊塞爾纖維，其以至少約0.5-約50重量％ ODff的量存在。
40.權利要求29的方法，其中所述原纖化纖維素纖維具有約1000納米或更小的平均直徑和約Imm-約8mm的平均長度。
41.權利要求29的方法，其還包括共混天然木漿與所述纖維漿料的合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維。
42.權利要求41的方法，其中所述天然木漿以約25重量％ODff或更小的量存在。
43.權利要求42的方法，其中所述天然木漿以約20重量％ODff或更小的量存在。
44.權利要求29的方法，其還包括將至少一種樹脂粘合劑施用到所述過濾介質。
45.權利要求44的過濾介質，其中所述樹脂粘合劑為選自苯乙烯丙烯酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚乙烯氯乙烯、丁苯橡膠、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇衍生物、淀粉聚合物、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂及其組合中的至少一種。
46.權利要求44的方法，其中所述樹脂粘合劑以約2-約50重量％SDC的量存在。
47.權利要求29的方法，其還包括共混所述纖維漿料與選自濕強度添加劑、熒光增白齊U、纖維保留劑、著色劑、燃料-水分離助劑的至少一種添加劑。
48.權利要求29的方法，其還包括在所述過濾介質中形成縱向延伸且橫向隔開的凹槽。
49.權利要求29的方法，其還包括將至少一個附加過濾介質層層壓到所述過濾介質。
50.權利要求29的方法，其還包括將所述過濾介質打褶。
51.權利要求50的方法，其還包括將至少一個支撐層與所述過濾介質一起打褶。
52.權利要求51的方法，其中所述支撐層為絲網層。
53.用于從燃料中分離水的高效率且高容量的無玻璃且無硅的過濾介質，其包含合成非原纖化短纖維和原纖化纖維素短纖維的共混物，其中所述原纖化纖維素纖維在所述介質中以實現在4微米下約95%或更高的固體粒子總過濾效率和0.5mg/in2/mils或更大的過濾容量與介質厚度的比率的量存在。
54.權利要求1-24中任一項的過濾介質用于從燃料中分離水的用途。
55.權利要求1-24中任一項的過濾介質用于從超低硫柴油燃料(ULSD)中分離水的用途。
【文檔編號】B01D39/16GK104144735SQ201380013135
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年3月8日 優(yōu)先權日:2012年3月9日
【發(fā)明者】I.帕克 申請人:阿斯特羅姆公司