專利名稱：：用于磁盤驅動器的改良的吸附制品的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及用于過濾、吸附或去除磁盤驅動器上的污染物的裝置。
背景技術：
：許多包含敏感器件或設備的閉合件必須維持非常干凈的環(huán)境以正常運行。例子包括含對可能干擾機械或電子運行的微粒和氣態(tài)污染物敏感的感光表面或電子連接器的閉合件；數(shù)據(jù)記錄裝置，例如對顆粒、有機物蒸氣、濕氣和腐蝕性蒸氣敏感的計算機硬盤驅動器；和電子控制盒，例如對濕氣累積和腐蝕以及液體和蒸氣污染物敏感的汽車中使用的電子控制盒。這些閉合件(后文統(tǒng)稱為"磁盤驅動器")中的污染物來源于閉合件的內部和外部。例如，對于計算機硬盤驅動器，損壞可能是外部污染物以及內部元件產(chǎn)氣和產(chǎn)生顆粒導致的結果。磁盤驅動器對濕度變化敏感。濕度低是有問題的，因為這樣會增加靜電或降低潤滑劑效力、厚度或功能。但是，高濕度可能促進腐蝕和潤滑劑溶脹。磁盤介質的保護層越來越薄，使得腐蝕風險不斷增加。垂直記錄介質的金屬薄層即使在中等濕度條件下也易發(fā)生腐蝕。與有機物或酸氣污染物相比，濕度問題需要明顯更大的吸附劑體積來保護磁盤，因為濕氣濃度比有機物或其他氣體濃度明顯更高。因此，免于濕度波動影響的驅動器需要顯著量的吸附劑。在感興趣的適當相對濕度范圍內發(fā)揮作用的吸附劑是關鍵。除防潮外，還必須保護磁盤驅動器免受周圍環(huán)境中的大量其他污染物的干擾。對于可能不用于典型數(shù)據(jù)處理環(huán)境的小型到中型計算機系統(tǒng)中使用的驅動器是如此，對于可移動、可便攜的驅動器尤其是如此。這些應用的例子包括個人計算機存儲卡國際協(xié)會(PCMCIA)插槽、音樂設備、汽車導航應用以及手機中使用的磁盤驅動器。每種新的消費應用帶來其自身條件組合，磁盤驅動器需要能夠在該條件組合下運行。吸附劑的一些性能要求常常沖突。一種要求是吸附相對高容量的低濃度有機物蒸氣。另一種要求是維持驅動器內的高濕氣容量以防止凝結。第三種要求是控制或緩沖驅動器內的相對濕度。第四種要求是控制驅動器內的酸氣以盡可能減少腐蝕。有機物蒸氣必須保持在非常低的水平。驅動器內污染物的濃度常常等于或低于1ppb。吸附劑必須在污染物凝結到磁頭或磁盤上而導致驅動器故障之前吸附污染物。通常，具有高表面積和大微孔百分比的吸附劑最適合這些應用。在中等到高相對濕度水平下，濕度控制尤其重要。驅動器必須不能太干，因為一定的濕度常常是驅動器內實現(xiàn)最佳潤滑效果所需的。在高RH條件下運行時，凝結會嚴重腐蝕并損壞驅動器。95%RH下具有高容量，85%RH到95。/。RH之間具有斜率上升等溫線的吸附劑是尤其優(yōu)選的。通常，具有高孔體積的吸附劑最適合高終點濕氣容量，但這些吸附劑表面積較低且微孔百分比較小。因此，這些吸附劑在低到中等RH的濕氣容量下有效性較低。超過45%RH濕度時磁頭和磁盤元件可能開始腐蝕。因此，為了在驅動器儲存和運輸期間實現(xiàn)良好保護，需要25%RH到45%RH之間的大濕氣容量。此外，顯著濕氣容量使吸附劑能夠在循環(huán)打開/關閉期間緩沖驅動器，同時在RH的不同極點下運行。對于在中等RH范圍內進行吸附，需要低RH范圍內不太容易吸附濕氣但在中等RH范圍內的確能吸附濕氣的吸附劑。已知的用于磁盤驅動器的活性碳通常不能滿足這些要求。一些磁盤驅動器內使用硅膠以助于吸附和緩沖濕氣，但硅膠吸附劑也存在一些問題。首先，雖然硅膠在低于25MRH下具有顯著的濕氣吸附容量，并且在25%RH到45%RH之間吸附容量中等，但是RH超過45%時硅膠吸附容量極小。將磁盤從熱環(huán)境取出置于冷環(huán)境時防止凝結條件的緩沖作用非常小。而且，硅膠是非常硬的材料，如果接觸磁頭或磁盤可能導致嚴重損壞。提升總的吸附性能使得能夠在磁盤驅動器中使用較少的吸附劑以獲得所需的吸附容量。在空間極端有限的情況下，降低吸附劑體積在硬盤驅動器中是非常重要的。因此，需要克服上述限制的改良的吸附濾器，在中等RH條件下(25%-45%朋)改善濕氣控制，同時維持良好的有機物、酸氣和高端RH控制。發(fā)明概述一方面，提供了包含具有官能性端基的碳吸附劑的用于磁盤驅動器的吸附制品。官能性端基含氧，使得碳吸附劑包含至少約13.5重量％的氧。優(yōu)選地，碳吸附劑包含至少15,0重量％的氧。官能性端基可包括羧基、羰基、羧酸、酚、醌、醚、酸酐和內酯。優(yōu)選地，官能性端基共價結合于碳吸附劑，使得該端基賦予碳吸附劑以新的化學官能性。吸附制品可以是片狀、填充帶吸附劑嵌合織物、吸附劑珠?；蛭絼┘毩５男问?。另一方面，用于磁盤驅動器的吸附制品包含具有官能性端基的碳吸附劑，所述官能性端基含有約6.0%的氮、硫、磷、溴、氯或氟。優(yōu)選地，官能性端基包含胺、磷酸鹽/酯、硫酸鹽/酯、氯化物或氟化物。又一方面，用于磁盤驅動器的吸附制品包含碳吸附劑，根據(jù)勃姆(Boehm)滴定確定所述碳吸附劑的總酸度大于約40毫當量/100克。優(yōu)選地，勃姆滴定確定，碳吸附劑的總酸度超過50毫當量/100克，更優(yōu)選碳吸附劑的總酸度超過70毫當量/100克，最優(yōu)選碳吸附劑的總酸度超過90毫當量/100克。又一方面，用于磁盤驅動器的吸附裝置包含被適配成在超過14%的中等RH下具有一定濕氣容量的碳吸附劑。優(yōu)選地，碳吸附劑被適配成在超過17%的中等RH下具有一定濕氣容量。更優(yōu)選地，碳吸附劑被適配成在超過20%的中等RH下具有一定濕氣容量。又一方面，提供了用于磁盤驅動器的吸附裝置，其中所述吸附劑包含被適配成能夠吸附濕氣的碳吸附劑，使得所述吸附裝置在中等RH下每立方厘米吸附裝置能夠吸附至少0.08克水。優(yōu)選地，吸附裝置在中等RH下每立方厘米吸附裝置能夠吸附至少0.10克水。又一方面，用于磁盤驅動器的吸附劑包含碳吸附劑，所述碳吸附劑被適配成在中等RH下濕氣容量大于14%，TMP容量大于約17.5重量％。附圖簡要說明結合附圖，通過以下說明，本發(fā)明的操作和使用將變得顯而易見。圖1是吸附組件中采用帶形或片狀的已官能化吸附劑的過濾單元的第一種實施方式的截面圖。圖2是吸附通氣濾器中采用帶形或片狀的巳官能化吸附劑的第一種實施方式的截面圖。圖3A是吸附盒中釆用帶形、片狀或微粒形式的已官能化吸附劑的第三種實施方式的截面圖。圖3B是吸附通氣盒中采用帶形、片狀或微粒形式的已官能化吸附劑的第三種實施方式的截面圖。圖4A和4B分別是吸附再循環(huán)濾器中采用帶形、片狀或微粒形式的已官能化吸附劑的第四種實施方式的俯視圖和截面圖。圖5顯示了本發(fā)明一種實施方式可以在其中定位的硬盤驅動器的截面草圖。圖6顯示了測試實施例中使用的水蒸氣重量吸附/解吸分析儀的示意圖。圖7顯示了測試實施例中使用的有機物蒸氣重量吸附測量系統(tǒng)的示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明提供了磁盤驅動器濾器，該磁盤驅動器濾器帶有能夠在25%-45%相對濕度的條件下改善性能的吸附劑。如本文所用，25%-45%相對濕度稱為"中等RH"。所述吸附劑在中等RH中性能良好，在超過85%RH以及有機物和酸氣保護時不會喪失吸附性能。大多數(shù)活性碳吸附劑在低于45%RH時具有低濕氣容量。換言之，該范圍內活性劑的表面是疏水的。這種疏水性降低活性碳在45。%RH以下的濕氣吸附容量。通過為活性碳提供親水性較高的表面，改善其在中等RH時的濕氣吸附。親水性表面可通過處理活性碳以產(chǎn)生官能性端基而獲得。也可以通過選擇合適的前體材料以及處理、碳化和活化工藝來制備親水性的活性碳。為制備親水性較高的活性碳表面，可在活性碳表面加入官能性端基。表面化學加入諸如氧、氮、溴、氯、氟和磷等原子或其他極性分子可改變碳表面對濕氣的親合性。這些原子可以類似于以下有機物質的基團形式固定于碳基質如羧基、羰基、酚、酮、胺、磷酸鹽/酯、羧酸、醌、酸酐、酯、內酯和其他這種化合物。可用各種化合物處理碳而將這些基團加入活性碳。例如，通過浸漬到含有例如過硫酸銨的化學溶液中來處理碳。或者，可用諸如過氧化物等其他化學物質處理碳。用諸如臭氧、過硫酸鈉或硝酸等其他化學物質處理也可將官能團附加于碳。這些處理打斷一些碳碳鍵并代入共價結合于碳表面的官能團。經(jīng)處理在碳表面提供官能性端基后，可對碳吸附劑進行鹽處理以改善酸氣吸附容量。所得碳是在整個RH譜范圍內具有優(yōu)良濕氣容量但在中等RH范圍內具有獨特的高濕氣容量的已官能化碳吸附劑。而且，低濃度有機物容量和酸氣容量不受影響?；钚蕴急砻嫔系墓倌苄远嘶梢远喾N方式測量，包括元素分析、勃姆滴定、反相氣相色譜和程序升溫解吸("TPD")。這些確定官能性端基存在和含量的示例性方法絕非限制性的。不論如何進行分析，都應在分析前用去離子水洗滌活性碳并干燥，以洗去表面鹽分和其他非共價結合的處理劑以確保準確碳重量。可通過許多方法進行元素分析，包括例如在惰性氣氛中熱解碳并研究除碳以外的元素種類。元素種類的存在及含量表示活性碳上的官能團。用于定量官能性端基的另一種方法是勃姆滴定。勃姆滴定由Salame和Bandosz在"ExperimentalStudyofWaterAdsorptiononActivatedCarbon(、活'性碳的水吸附實驗研究)"，LANGMUIR^第15巻，第2期，(1999)第587-593頁中大致描述。確定碳表面官能性端基含量的另一種方法是反相氣相色譜，如Bendosz,Jagiello禾卩Schwarz在題為"ComparisonOfMethodsToAssessSurfaceAcidicGroupsOnActivatedCarbon(評價活性碳表面酸性基團的方法的比較)"ANALYTICALCHEMISTRY,第64巻，第8期，(1992)第891-895頁的論文中簡要描述。另一種定量官能團的方法是TPD。該方法由Figueiredo,Pereira，F(xiàn)reitas和6r傷o在"ModificationOfTheSurfaceChemistryOfActivatedCarbons(活性碳表面化學的修飾)"CARBON,第37巻(1999),第1379-1389頁中討論。在TPD中，某些官能性表面基團如羧基、內酯基團、酚基團、羰基、酸酐基團、醚基團和醌基團與分解成CO和C02相關。分解期間CO和C02的釋放表明這些官能性端基的存在。吸附劑可結合到用于各種物理形式的磁盤驅動器的濾器中。例子包括填充帶，例如授權于Mortimer,Jr.的美國專利4,985,296所述的結構，吸附劑負載材料如非織造織物，片狀，或者粉末或微粒形式。填充帶結構或巻形物品("成巻制品")能有利地適用于具有高容量輸出的高速旋轉沖切設備。本發(fā)明可結合到許多不同的吸附濾器結構中，例如吸附通氣濾器(有或沒有結合的擴散管)，吸附組件，吸附再循環(huán)濾器，吸附盒，吸附通氣盒，Gore-SorberTM模塊，或磁盤驅動器內任何其他含吸附劑的濾器結構。濾器可安裝到驅動器內或者安裝到驅動器外，具有經(jīng)驅動器外殼中的開口進入驅動器內部的通路。通過結合增加顆粒過濾功能的過濾層，可以將采用本文所述的吸附劑的濾器制成多功能濾器。多功能濾器過濾經(jīng)活性通氣濾器節(jié)進入的空氣以及圍繞驅動器內循環(huán)或再循環(huán)的空氣。采用本發(fā)明吸附劑的濾器的例子并不限于圖1-4所示，但是圖1-4可用于說明采用本發(fā)明吸附劑的濾器的例子。圖1顯示了濾器的截面圖。濾器10包括形成吸附芯12的吸附劑材料或吸附劑填充帶。層13可以是粘合劑，它可以是粘合劑層或是在載體兩側包含兩個粘合劑層的雙側粘合劑層。層11通常是過濾層，用于將吸附劑包含在濾器內或者濾器11和粘合劑13的層內。粘合劑層13還可用于將濾器粘合或固定到驅動器殼14的表面。過濾層11可包括允許蒸氣污染物擴散通過到達吸附劑介質，同時將吸附劑材料徹底保留在其內部的任何多孔材料。本領域技術人員可根據(jù)所選的吸附劑類型和形式選擇合適的濾器材料。合適的過濾層材料可包括聚合物非脫落型濾紙或疊層過濾材料，聚丙烯多孔膜，尼龍，聚碳酸酯和聚酯的復合物，混合的纖維素酯，纖維素三乙酸酯，或它們的多孔疊層。此外也可使用其他過濾材料?？捎欣厥褂肞TFE膜過濾材料覆蓋吸附劑材料，用作濾膜。如Gore的9美國專利3,953,566所述(納入本文作為參考)，PTFE提供許多工藝優(yōu)點，例如在極薄尺寸時可成形同時保持粘連且無針孔。PTFE可制成大寬度，經(jīng)切開或擠壓形成所需寬度。這種PTFE膜過濾材料在粒徑0.3微米顆粒尺寸時可實現(xiàn)99.97%的過濾效率，0.5英寸(1.27厘米)水壓時的滲透性或表面速率為7英尺/分鐘(3.56厘米/秒)。合適的膜過濾材料以濾器成品形式購自WL戈爾聯(lián)合有限公司(W.L.GoreandAssociates,Inc.)。許多其他PTFE膜還具有供選擇的各種孔隙率、過濾效率、水蒸氣傳輸速率、耐久性、順應性、厚度和其他特征。濾器中的微粒、產(chǎn)氣和非揮發(fā)性殘留可非常低，這取決于材料結構和濾器制造防范措施?？蓪⒏髟訜嶂了貌牧系臏囟葮O限以去除其他污染物。優(yōu)選PTFE，因為其耐熱性高。另一種優(yōu)選的包封吸附層的PTFE膜過濾介質是根據(jù)授權于Bacino等的美國專利4,902,423(納入本文作為參考)制備的膨脹型PTFE膜層。該過濾介質具有一些優(yōu)點。最顯著地，該過濾介質可制成非常高的滲透性，10.5英尺/分鐘(3.2米/分鐘)時氣流阻力小于0.5mmH2O柱，同時將吸附劑微粒保留在濾器內。這種高度膨脹型膜的顆粒過濾效率也非常好(例如，0.3Hm時超過55%)，在保留吸附劑的同時提供優(yōu)良的顆粒過濾效果。使用這種膜的另一價值在于，它可以制造得極薄，可能不到0.001"(0.025mm)。在非常小的裝置中需要濾器時這顯得尤其重要。過濾介質可得到織造、非織造、或膨脹型多孔材料(例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺等)的層的結構支撐。如果使用支撐層，則優(yōu)選的支撐層是Reemay2014聚酯非織造織物，1.0oz/yd2，購自田納西州老?？吕睦溣邢薰?Reemay,Inc.,OldHickory,Tennessee)。使用這種膜或疊層可在濾器的吸附功能中增加顆粒過濾功能。另一種優(yōu)選的覆蓋或包封吸附層并且更加適用于再循環(huán)濾器的實施方式的過濾介質，是以商品名GORE-TRET⑧再循環(huán)濾器、以成品濾器形式購自WL戈爾聯(lián)合有限公司的靜電摩擦駐極體材料的層。該介質的優(yōu)點在于，非常有效(例如，0.3微米時超過90%)，且滲透性非常高(10.5fpm或3.2米/分鐘時小于1mmH20柱)。用去離子水洗漆時該介質暫時喪失其電荷，但是由于不同電荷纖維混合物的摩擦電作用在干燥后重新獲得電荷。也可使用其他過濾材料。例如，具有高效率和低氣流阻力的其他駐極體或其他摩擦駐極體材料。也可使用其他濾紙或濾膜，例如聚丙烯膜或澆鑄聚合物膜，或一些過濾材料的組合。也可增加保護性外層以改善濾器的耐久性，包含從摩擦駐極體類型的過濾介質或膜過濾介質的濾器支撐介質伸出的任何纖維。這種保護層可包括擠壓或膨脹的塑料材料，例如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯等?？墒褂闷渌鈱尤琰c粘結非織造織物、紡絲粘結非織造織物、或其他非織造織物作為保護性外層或含纖維層。含有吸附劑的吸附芯12可包括任何數(shù)量的各種形式，包括疏松裝填的顆粒，到填充或高度填充的多孔材料或片狀。本文所用術語"吸附劑"或"吸著劑"表示包括能夠去除周圍空氣中的污染物的任何材料，不論是通過吸收過程、吸附過程或其他方式。疏松裝填的顆粒形成的吸附芯優(yōu)選包含將顆粒保持在一起的粘結劑。合適的粘結劑包括但不限于氟化乙烯丙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、羥丙基纖維素、丙烯酸類以及本領域公知的其他常用的粘結劑。或者，吸附芯可包含一個或多個吸附劑或吸附劑填充的材料(例如空隙空間中填充有吸附劑的多孔聚合物材料的支架)的層。其他合適的吸附芯結構包括浸漬了吸附劑的織造或非織造材料，例如纖維素或聚合物非織造材料，可包括膠乳或其他粘結劑，以及吸附劑的多孔鑄件和聚合物或陶瓷的填充劑。吸附芯也可由碳化纖維或碳化織造纖維構成，例如來自KA有限公司(KynolAmerica,Inc.)等供應商的諾瓦羅(novaloid)織造活化產(chǎn)品。此外，它們可以是碳化氈或可制成活性吸附劑形式的其他材料。吸附芯可包括單獨一種顆粒吸附劑或可包括不同類型的吸附劑的混合物。吸附芯也可包含一層或多層存在于稀洋紗上的吸附劑珠粒或顆粒，或者可以是吸附劑材料和粘結劑的片。這種負載或嵌合了吸附劑的織物和材料容易制成每立方厘米吸附劑材料中吸附劑超過0.15g的吸附劑密度。吸附芯12優(yōu)選的實施方式采用填充了吸附劑的PTFE片材，其中吸附劑顆粒俘獲在PTFE結構內，如授于Mortimer,Jr.的美國專利4,985,296所述(納入本文作為參考)。理想情況下，顆粒以多模態(tài)(例如，雙模態(tài)或三模態(tài))方式裝填，不同尺寸的顆粒相互散布以填充盡可能多的顆粒間的空隙空間，而使吸附芯中包含的活性材料的量最多。該技術還允許使用許多吸附劑(可能是除碳之外的吸附劑)來填充單獨一個層。含吸附劑的層可容易地制成吸附劑負載密度超過0.45g/cc的吸附劑密度。采用PTFE作為吸附芯的粘結劑材料賦予了許多額外的優(yōu)點。PTFE是一種不起毛、非產(chǎn)氣的惰性粘結劑，能有效減少制造期間和濾器壽命過程中吸附劑材料的粉塵。此外，該材料的工藝優(yōu)點包括能夠制備相對較薄、高度負載的材料，根據(jù)美國專利4,985,296，可產(chǎn)生寬片材，然后切割成所需的最終寬度。以這種方式，可制備用于非常薄的薄斷面吸附濾器的薄吸附芯。也可使吸附芯成形以包含凹槽、隆起或其他特征，或者可包括鄰近底部、頂部或側面的可滲透層。這種凹槽或可滲透層能使空氣和污染物更容易擴散通過凹槽或可滲透層到達吸附芯層而有助于更快的吸附速率。比如在吸附通氣濾器中，在設計成允許濾過的氣流進入驅動器的各部分中，這些特征也有助于降低氣流阻力。PTFE/吸附劑復合物可制成厚度從小于0.001"到等于或大于0.400"。這就賦予成品濾器厚度和吸附劑載量極大的靈活性。此外，多模態(tài)裝填和物理壓縮可獲得接近80-95%真密度的吸附劑密度，使得每單位體積可裝填最多吸附劑材料。與諸如丙烯酸類、熔融塑料樹脂等其他粘結劑不同，PTFE不會堵塞吸附孔或降低吸附性能?；瘜W吸附劑(例如，高錳酸鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鈣、硫酸鈣或用于清除氣態(tài)污染物的其他鹽或反應物，這取決于需要去除的已知污染物)；粉末化金屬；離子交換材料；催化填充劑；以及這些材料中的一些的混合物可加入本發(fā)明的改良吸附劑中，以增加在酸氣或其它不良蒸氣方面額外的吸附性能。對于一些應用，可能希望采用多層吸附劑材料，每層包含不同的吸附劑或吸附劑摻混物，從而在污染物通過濾器時選擇性地去除不同的污染物。在采用本發(fā)明的濾器的各個實施方式中，吸附濾器可構建成事實上任何所需的尺寸。即使用于磁盤驅動器內，尺寸也可隨驅動器的形狀因素以及放置該濾器的空間大小顯著變化。用于3.5"磁盤驅動器的濾器通常較大，因為12它們不僅具有更多的可利用空間，而且需要控制較大的密封環(huán)境，而較小的驅動器常常要求較小的部件。本文所述的吸附制品能夠在任何尺寸的驅動器或任何尺寸的閉合件中使用。采用官能化碳的濾器可置于磁盤驅動器內的各個位置。磁盤驅動器內建議安裝采用改良吸附劑的濾器的位置包括磁存儲盤附近、下方或上方，讀/寫頭的斜坡加載附近，或者電樞附近，只要其不對操作造成機械妨礙即可。濾器也可放置在用于容納濾器的插槽或其他結構內的小區(qū)域中。濾器可通過粘合劑層13附連于磁盤驅動器。粘合劑層13必須具有足夠高的剝離強度以承受預計應用，并在某些應用中滿足溫度和溶劑耐受性，F(xiàn)DA批準的要求以及低產(chǎn)氣要求。典型的低產(chǎn)氣規(guī)定在ASTME-595-84規(guī)定中是占總質量損失小于1%，占收集的揮發(fā)性可濃縮材料小于0.1%。因此，一方面，本發(fā)明采用施加于厚0.002"(0.0050cm)的聚合物膜第一側的一層厚0.0015"(0.0037cm)的永久性丙烯酸類壓敏粘合劑，和施加于該膜第二側的第二層厚0.0015"(0.0037cm)的永久性丙烯酸類壓敏粘合劑。后者粘合劑接觸過濾材料和吸附劑；第一粘合劑用于連接兩半濾器組件或各層濾器組件，或者將其附連于閉合件。一種可選的實施方式可采用僅僅一層轉移粘合劑。在該實施方式中，粘合劑同時用作安裝吸附劑的基層以及將濾器附連于閉合件的粘合劑。這些粘合劑通常應具有中等到高的剝離強度，PSTC#1(FTMI)測定超過20盎司/英寸。合適的粘合劑是從許多來源購得的。圖2所示濾器是吸附通氣濾器。它具有穿過粘合劑層13的通孔15，通孔15位于驅動器外殼14中的通孔16的上方，使得空氣可穿過濾器進出驅動器以助于平衡由于熱梯度或驅動器的機械操作及其自旋記錄磁盤導致驅動器中產(chǎn)生的壓力差。任選地，通過在粘合劑層內提供通道而將擴散管結合到吸附通氣濾器中。圖3A和3B分別描繪了可采用本發(fā)明官能化吸附劑的吸附盒和吸附通氣盒。盒20的外殼22可以是任何可模塑或可組裝的材料。外殼的典型材料是可模塑的聚碳酸酯，不過也可使用一些碳填充的材料。濾器蓋21密封于盒以容納吸附材料23。濾器蓋可以是膜或者膜與其它材料層相互層壓或附連形成的疊層膜，所述其它材料例如但不限于非織造、織造或稀洋紗型材料。這種結構的疊層膜可從WL戈爾聯(lián)合公司作為實驗用濾器的過濾介質購得。官能化吸附劑在盒內可以是許多形式。一方面，盒內填充粉末或微粒形式的吸附劑。另一方面，吸附劑粘合于或填充在基質材料中。又一方面，吸附劑與粘結劑摻混后制成片狀吸附劑。壓片可增加每單位體積吸附劑的密度，通常吸附劑密度為0.7g/cc。但最終片劑密度也取決于基礎吸附劑的密度，一些片劑密度可能不超過0.5gm/cc。圖3B在盒20中增加通孔24，使得延伸結合的通孔24與驅動器壁中的通孔對齊而使驅動器內部與驅動器外部之間的氣流達到壓力平衡。圖4A和4B分別描繪了吸附劑再循環(huán)濾器30的另一種濾器形式的俯視圖和截面圖。含有官能化吸附劑的吸附層32可以是填充材料或如上所述附連吸附劑的材料。通常，密封邊緣31將各濾器層密封在一起。各濾器層如圖4B所示，具有稀洋紗外層33(—層或多層)，過濾層34(—層或多層)和含吸附劑的層32(—層或多層)。過濾層34可以是任何過濾材料或材料集合。優(yōu)選的過濾材料是駐極體過濾材料。稀洋紗外層33通常用于容納纖維材料的纖維，幫助容納吸附劑層的吸附劑，以及幫助焊接和維持濾器形狀和構造。通常，外層可以是從許多已知的非織造材料供應商處獲得的聚酯紡絲粘結點粘結材料。其他材料可以是來自各種塑料材料的擠出材料，例如但不限于聚酯、聚丙烯或聚乙烯。圖5描繪了硬盤驅動器的截面草圖，該驅動器具有采用類似于圖2所示本發(fā)明實施方式的濾器10。還顯示了存儲盤40、記錄頭41以及使記錄頭保持和定位在旋轉的存儲介質上方的電樞42。測試方法通常采用兩種標準來評價磁盤驅動器中吸附劑的性能。一種標準是濕氣等溫線，另一種是在0。/。RH和30。C的恒定條件下低濃度有機物蒸氣如三甲基戊烷("TMP")的容量。繪制濕氣等溫線和確定低濃度有機物的容量的方法如下所述。此外，還描述了定量活性碳中官能性端基的一些方法。還簡要描述了確定材料(例如活性碳)中元素含量的方法。水蒸氣重量吸附/解吸試驗用基于微量天平的水蒸氣吸附解吸分析儀(佛羅里達州奧蘭多的VTI公司(VTICorporation,Orlando,FL))繪制濕氣等溫線。分析儀測量恒溫下水分吸附容量與相對濕度(RH)水平間的關系，并產(chǎn)生濕氣吸附/解吸等溫線。使吸附劑樣品暴露于恒溫下各種RH水平，用高精度微量天平監(jiān)測并記錄水蒸氣吸附/解吸導致的樣品重量變化。如圖6所示，分析儀包括5個部件流量控制裝置控制水蒸氣和載氣(空氣或氮氣)流量，使得在所期望的總流速下有所期望的水蒸氣濃度(RH)傳遞至樣品室；配備有水夾套和內部加熱器的黃銅樣品室，為吸附劑樣品提供恒定水蒸氣濃度和恒定溫度環(huán)境；微量天平，用于測量吸附/解吸過程期間吸附劑樣品的重量變化；水浴，提供恒溫水以流過樣品室；PC和軟件，用于控制氣流、RH和記錄微量天平的數(shù)據(jù)。將樣品手動加載到樣品架內并傳送至樣品室。在干空氣環(huán)境下將樣品加熱至105'C以去除濕氣，然后冷卻至25t:。將具有預設RH水平的氣流引入樣品室以開始吸附/解吸步驟。每一步，監(jiān)測并記錄樣品重量。記錄平衡樣品重量以及RH水平，用于計算水蒸氣吸附/解吸等溫線。如本文所用，中等RH時的濕氣容量是指25%-45%RH時吸附劑的濕氣容量，以吸附劑樣品的重量百分比表示。計算中等RH時的濕氣容量，以45%RH、25'C時吸附的水分重量百分比減去25%RH、25'C時吸附的水分重量百分比表示。有機物蒸氣重量吸附測量系統(tǒng)用圖7示意性描繪的系統(tǒng)測定吸附低濃度有機物蒸氣的能力。該系統(tǒng)包括5個部件l)流量控制器，2)樣品室，3)微量天平，4沐浴，和5)數(shù)據(jù)采集器。通過以下方式測定靜止條件即恒定氣體/蒸氣濃度而沒有明顯氣流的條件下，吸附劑的吸附"攝取"曲線。該方法中使用的有機物蒸氣是30°C、0%RH的25wppm的三甲基戊烷(TMP)。將由TMP蒸氣和載氣(空氣或氮氣)組成的測試氣流以所期望的總流速傳送至樣品室，實現(xiàn)傳遞所期望的蒸氣濃度。配備有水夾套的樣品室提供恒定溫度，流量控制器提供室內恒定的蒸氣濃度。水浴提供恒定溫度的水以流過樣品室的水夾套?？刂屏魉?，使得通過樣品室的線性流速非常小(小于1.0毫米/秒)以模擬靜止條件。使用微量天平監(jiān)測吸附期間吸附劑樣品的重量變化。使用PC和軟件記錄微量天平的數(shù)據(jù)。將樣品加載到樣品架內并置于樣品室中。用干燥載氣吹掃樣品室直到樣品重量達到平衡且樣品干燥。天平調零后，開始測試氣體流，自動開始數(shù)據(jù)采集。當樣品重量達到平衡時，測試完成。如本文所用，TMP容量是當碳在30°C、0%RH條件下暴露于25wppmTMP時吸附到碳樣品上的TMP的量，以碳樣品的重量百分比表示。勃姆滴定方法采用勃姆滴定測定活性碳表面上官能團的數(shù)量并估計活性碳的酸性和堿性性質。該方法是基于碳酸性和堿性中心的酸/堿滴定。將需要分析的活性碳放置在干凈、干燥試管中進行實驗，并制備0.05當量各種氫氧化鈉(NaOH)、碳酸鈉(Na2C03)、碳酸氫鈉(NaHN03)和鹽酸(HCl)的溶液。樣品制備中還使用去離子水。然后，0.05當量NaOH和0.02當量H2S04進一步用于滴定。1)將需要分析的活性碳樣品徹底洗滌幾次直到洗滌液不含易于從活性碳去除的水溶性物質。消耗一段時間，從碳樣品提取所有外來的水溶性鹽、粘結劑等。這種做法消除了由于常用于改善酸氣吸附而可能對碳進行鹽處理所導致的誤差。2)碳上殘留的水應不含殘留的鹽。因此，在0。^RH條件下干燥碳樣品以去除活性碳上的所有濕氣。然后測定不含濕氣的碳重量。3)在四個50毫升試管的每一個中放置需要分析的一克碳。在第一個試管中加入50毫升0.05當量氫氧化鈉的溶液。在第二個試管中加入50毫升0.05當量碳酸鈉的溶液。在第三個試管中加入50毫升0.05當量碳酸氫鈉的溶液。在第四個試管中加入50毫升0.05當量鹽酸溶液。4)然后分別密封四個試管并在室溫下攪拌24小時。5)使來自前三個試管的樣品各自過濾通過0.2微米的AUTOVIAL(來自Whatman)。然后，從各個經(jīng)過濾處理的溶液(氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉)中取5毫升移入另一個干凈試管中。過量堿用0.02當量硫酸溶液中合，用PH計確定終點pH4.5。(一種這樣的PH計是費氏科學公司(FischerScientific)提供的AccumetXL50。)用10毫升滴定管(刻度0.05毫升)測定該次滴定所需加入的酸量。6)使來自第四個試管的樣品(鹽酸)也過濾通過0.2微米AUTOVIAL(來自Whatman)。取5毫升經(jīng)過濾處理的鹽酸樣品置于干凈試管中，過量酸用0.05當量的氫氧化鈉溶液中和，再用pH計確定終點pH8.2。用10毫升滴定管(刻度0.05毫升)測定該次滴定所需加入的堿量。7)還進行去離子水的空白滴定以校正任何背景誤差。8)計算酸性位點的數(shù)量a.當量濃度乘以步驟3中加入的溶液重量計算初始毫當量/瓶。b.從步驟5中樣品滴定期間加入的溶液的量減去步驟7中空白滴定期間加入的溶液的量，將該量除以等分試樣的量并將所得結果乘以步驟5中滴定期間加入的溶液當量濃度，計算毫當量/克。c.然后將以上步驟b)中計算的毫當量/克乘積乘以步驟3中加入的溶液重量，計算最終毫當量/瓶。d.然后從以上步驟a)中計算的初始毫當量/瓶減去步驟c)中計算的最終毫當量/瓶，將所得結果除以步驟3中的樣品用量，然后乘以100，計算樣品的毫當量/100克。e.對步驟5中使用的所有三個試管進行上述計算。9)以類似方式計算步驟6中所用試管的堿性位點的數(shù)量。10)測試結果記錄為毫當量/100克活性碳樣品。毫當量是毫克當量重量或以毫克表示的當量重量的縮寫，推薦用作國際單位。元素分析方法可釆用元素分析來定量官能性端基，以碳重量的百分比表示。如本文所用，樣品重量百分比表示除以樣品總質量乘以100的非碳官能元素的重量。不考慮支撐載體、粘結劑、鹽和其他非共價結合添加劑的重量。用Galbraith實驗室方法ME-ll修訂第15號進行元素分析。使用來自密西根州圣約瑟的LECO公司(LECOCorporation,St.JosephMichigan)的LECOCHN2000分析儀。該分析儀使樣品(通常約200毫克)在IOO(TC氧氣中燃燒，分別將元素碳、氫和氮轉化為C02、H20、&和NOx。這些氣體通過測定碳和氮含量的紅外池以及測定N2的熱導池?；?00毫克的樣品大小獲得的碳范圍為0.01%-100°/。，氫范圍為0.01%-50%，氮范圍為0.01%-50%。對于難以燃燒的樣品，可加入錫粉末或五氧化二釩(V205)。事先并且與樣品一起分析合適的校準樣品和空白以驗證準確性，如供應商手冊和說明書中描述。校準樣品應是NIST-可追溯的，例如NIST-可追溯的乙酰苯胺(NISTSRM141C)，其中包含71.09%碳、6.71%氫和10.36%氮。也應適當分析對照或參比樣品，例如上述乙酰苯胺或其他材料如乙二胺四乙酸(EDTA)。采用PerkinElmer240元素分析儀(氧氣修飾公司(OxygenModification)),用Galbraith實驗室方法E8-3修訂8分析氧。樣品(1.0-2.5毫克)在鍍鉑碳上、在氦氣流中、以100(TC發(fā)生熱解，產(chǎn)生CO，氧化銅(II)使CO轉化為C02。熱導檢測儀進行測定，微處理器計算樣品02含量，以手動輸入重量的重量百分比表示。乙酰苯胺用作校準標準和對照參比以驗證數(shù)據(jù)準確性。并且，如果存在足量的某些化學物質，則需要其他方法獲得準確結果。該方法可參見來自曼徹斯特韋爾茲利PE公司(PerkinElmerCorporation,WellesleyMassachusetts)的240型元素分析儀的說明手冊，以及1980年出版的S.BanceZ)e^vm'm'"g￡/emewtoOow;w(實踐有機微量分析手冊確定元素和基團的推薦方法)。氟、溴和氯以及其他元素可通過這些和其他已知方法進行分析。例如，用ASTM1179，測試方法BD3761ModISE測定氟，Galbraith方法E35-2用于測定溴官能性端基，氟則采用Galbm他方法E9-l測定。實施例不希望限制本發(fā)明的范圍，以下實施例闡述了本發(fā)明的制備和使用過程。實施例1部品號為3042的活性碳得自卡格碳公司(CalgonCarbonCorporation)。對100克碳進行進一步處理以實現(xiàn)碳表面上具有含氧官能性端基，處理過程包括用560克過硫酸銨和IOO毫升硫酸在1000水中形成的溶液浸泡活性碳2小時，然后沖洗多次去除碳上的殘留溶液并干燥。用去離子水洗滌或沖洗直到去除碳上殘留的試劑。用元素分析和勃姆滴定測定，得到結果17.6重量％氧和175.3毫當量/100克總酸性基團。也進行水重量吸附和有機物蒸氣重量吸附測試，得到結果25%朋-45%朋的濕氣容量為17.2重量％，TMP容量為20.9重量％。該過程有益地比較了過去在磁盤驅動器中使用的吸附劑。表l比較了實施例1和現(xiàn)有磁盤驅動器中使用的一些比較吸附劑的性能。表1樣品TMP容量(重量％)&0容量25%-45%RH(重量％)H20容量25%-45%RH(g/cc)本發(fā)明實施例120.917.20.0946對比例126.760.0112對比例24.57.90.0079對比例322.86.50.026對比例420.99.50.0428實施例2吸附超VAF100購自上海第一活性碳纖維有限公司(中國上海，200436)。元素分析和勃姆滴定結果是11.39重量％氧和77.4毫當量/100克總酸性基團。根據(jù)所述水蒸氣重量吸附和有機物蒸氣重量吸附測試測定吸附劑，結果是25%RH-45%RH的濕氣容量為22.2重量％，TMP容量為23.8重量％。表2反映了中等RH時實施例以及從市售磁盤驅動器取出的吸附裝置的19濕氣容量。表2還表明，與已知吸附裝置相比，實施例的含氧量和酸性增加。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>實施例3制備的吸附組件具有以下特征在厚0.003英寸的聚酯膜兩側涂覆粘合劑。粘合劑是厚0.0015英寸的高溫丙烯酸類壓敏粘合劑。這種雙側粘合劑結構得自賓夕法尼亞州格林洛克的粘合劑研究公司(AdhesivesResearchCompany，GlennRockPennsylvania)。制備80重量％活性碳和20重量。/。PTFE吸附芯。該材料混合物是根據(jù)美國專利第4,985,296號所述方法的共凝結物。然后將該材料搓成面團，并用金屬搟面杖滾壓成厚約350密耳、長5英寸、寬3英寸的厚片。將該片材加熱至60°C，然后連續(xù)八次交叉壓延成帶。所有向下滾壓的速度約為每分鐘1.52米。前兩次滾壓采用輥隙設置150密耳，第一次沿x軸，然后沿y軸。第三和第四次滾壓采用輥隙設置100密耳，同樣先沿x軸，然后沿y軸。后面兩次同樣沿x和y方向的滾壓采用輥隙設置50密耳，最后兩次同樣沿x和y方向的滾壓采用輥隙設置20密耳。所得帶的厚度約90密耳，可以有一定的壓縮記憶效應。將帶的邊緣修整成5英寸X6英寸，放置到180'C烘箱中20分鐘，10分鐘后翻個身。吸附帶的最終密度為0.453g/cc，或碳密度為0.362g/cc。采用實施例2的原料碳數(shù)據(jù)的吸附劑性能數(shù)據(jù)，計算填充帶的吸附性能中等RH時預測的濕氣容量為0.0955g/c，95%RH時為0.2365g/cc。計算的TMP容量為0.1023g/cc。表3顯示了以實施例3的填充帶的體積為基準計，以及在已知的用于磁盤驅動器的裝置中測定的碳的計算的濕氣和TMP性能。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>吸附片的制備采用實施例2的研磨碳和20%羥丙基纖維素粘結劑，用手動壓片機將混合物壓制成尺寸為0.312"乂0.25"乂0.060"的矩形壓制片。元素分析和勃姆滴定結果是以碳重量計11.3重量％的氧，和77毫當量/100克總酸性基團。根據(jù)所述水重量吸附劑測試測定吸附片，結果是以碳重量計，25%RH-45%RH時的濕氣容量為22.2重量％。實施例5-16:制備了一些官能化碳的實施例，各自具有不同的處理時間、溫度和過硫酸銨濃度的組合。用不同量的過硫酸銨的水溶液處理50克實施例1的RMS原料碳，處理持續(xù)各種時間，在各種溫度條件下進行，通過首先置于25°C、25XRH室中然后置于25°C、45%RH室中的干燥樣品之間的重量差異，確定在45XRH和25XRH時的吸附容量差異，其中每次稱重前使各室進行平衡調理。也測定含氧量。將過硫酸銨加入控溫1升反應釜的去離子水中。攪拌溶液的同時，緩慢加入碳。周期性記錄溫度以監(jiān)測放熱反應導致的溫度增加。根據(jù)每種樣品的反應時間(如下所示)，樣品首先過濾通過布氏漏斗，用約600毫升去離子水淋21洗。然后將經(jīng)過濾處理的碳轉移到燒杯中。將約400毫升去離子水加入燒杯中，用磁力攪拌器攪拌15分鐘后，從攪拌板上取下燒杯，使碳沉降。一旦碳沉降，立刻傾析去除靜止液體。重復淋洗過程兩次，總共三次淋洗，然后再將400毫升水加入燒杯中，靜置浸泡至少24小時。24小時后，傾析去除靜置液體，類似于上述淋洗步驟再一次淋洗碳。然后用約600毫升去離子水使材料再次過濾通過布氏漏斗。然后將碳置于IO(TC的對流烘箱中干燥至少24小時。表4涉及這些樣品的時間、溫度、濃度、濕氣吸附重量差和含氧量。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>實施例17-18:在進一步的實施例中，改變時間、溫度和過氧化物濃度等處理參數(shù)。用不同量的過氧化物水溶液處理50克實施例1的RMS原料碳，處理持續(xù)時間和溫度條件各不相同。用以上實施例中所述方法制備樣品。然而，實施例17和18中使用的試劑是過氧化物。最初使用的過氧化物溶液是35重量％過氧化物的水溶液。將去離子水與35重量％溶液混合進行稀釋。測定含氧量。采用重量分析測定45%RH-25%RH的吸附容量。對首先置于25°C、25%RH室然后置于25°C、45%RH室中的各干燥樣品間的差異進行測定，稱重前每個室中進行平衡調理。表5涉及時間、溫度、濃度、重量差和含氧量水平。表5時間(小時)溫度(。C)重量％H202溶液25%RH-45%RH的濕氣容量(重量％)含氧量(重量％)勃姆滴定NaOH(毫當量/100克)實施例171253519.4311.8653.51實施例182253517.768.32N/A雖然本文闡述和描述了本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明并不限于這些闡述和描述。可采用許多方式產(chǎn)生具有官能性端基的碳。例如，可用臭氧、硝酸、過硫酸鈉、硫酸、高錳酸鉀處理活性碳而加入官能性端基。并且，可通過適當選擇前體材料和活化工藝產(chǎn)生具有官能性端基的碳，使官能團在活化期間或活化之后形成。應理解，可以結合各種改變和改進，這些改變和改進可作為落在所附權利要求書范圍內的本發(fā)明一部分而體現(xiàn)。權利要求1.一種包含碳吸附劑的用于磁盤驅動器的吸附制品，所述碳吸附劑具有含氧官能性端基，使得所述碳吸附劑包含至少約13.5重量％的氧。2.如權利要求1所述的吸附制品，其特征在于，所述碳吸附劑包含至少15.0重量％的氧。3.如權利要求1所述的吸附制品，其特征在于，所述官能性端基選自下組酸酐、羧基、羰基、羧酸、酚、醌、醚和內酯。4.如權利要求1所述的吸附制品，其特征在于，所述官能性端基共價結合于碳吸附劑，使得所述端基賦予所述碳吸附劑以新的化學官能性。5.如權利要求1所述的吸附制品，其特征在于，所述碳吸附劑是選自下組的形式片狀、填充帶吸附劑嵌合織物、吸附劑珠粒和吸附劑細粒。6.—種包含碳吸附劑的用于磁盤驅動器的吸附制品，所述碳吸附劑具有官能性端基，使得所述碳吸附劑包含至少約6.0重量％選自下組的元素氮、硫、磷、溴、氯和氟。7.如權利要求6所述的吸附制品，其特征在于，所述官能性端基選自下組胺、磷酸鹽/酯、硫酸鹽/酯、氯化物、氟化物。8.—種包含碳吸附劑的用于磁盤驅動器的吸附制品，根據(jù)勃姆滴定測定，所述碳吸附劑的總酸度大于約40毫當量/100克。9.如權利要求8所述的吸附制品，其特征在于，根據(jù)勃姆滴定測定，所述碳吸附劑的總酸度大于約50毫當量/100克。10.如權利要求8所述的吸附制品，其特征在于，根據(jù)勃姆滴定測定，所述碳吸附劑的總酸度大于約70毫當量/100克。11.如權利要求8所述的吸附制品，其特征在于，根據(jù)勃姆滴定測定，所述碳吸附劑的總酸度大于90毫當量/100克。12.—種包含碳吸附劑的用于磁盤驅動器的吸附裝置，所述碳吸附劑被適配成在中等RH條件下的濕氣容量超過14%。13.如權利要求12所述的吸附裝置，其特征在于，所述碳吸附劑被適配成在中等RH條件下的濕氣容量超過17%。14.如權利要求12所述的吸附裝置，其特征在于，所述碳吸附劑被適配成在中等RH條件下的濕氣容量超過20%。15.—種包含碳吸附劑的用于磁盤驅動器的吸附裝置，所述碳吸附劑被適配成能夠吸附濕氣，使得所述吸附裝置在中等RH條件下每立方厘米吸附裝置體積能夠吸附至少0.08克水。16.如權利要求15所述的吸附裝置，其特征在于，所述碳吸附劑被適配成在中等RH條件下每立方厘米吸附裝置體積能夠吸附至少0.10克水。17.—種包含碳吸附劑的用于磁盤驅動器的吸附裝置，所述碳吸附劑被適配成在中等RH條件下吸附劑的濕氣容量至少為14%，TMP容量至少約為17.5重量％。全文摘要一種用于磁盤驅動器的改良的活性碳吸附劑，其在25％RH-45％RH間的濕氣吸附容量提高或增加，同時任選地維持95％RH時優(yōu)良的有機物蒸氣、酸氣和濕氣容量。文檔編號G11B33/14GK101632127SQ200880007939公開日2010年1月20日申請日期2008年3月12日優(yōu)先權日2007年3月13日發(fā)明者G·S·謝利,R·H·吉杜馬爾,X·陸申請人:戈爾企業(yè)控股股份有限公司