使用壽命更長的過濾材料和包含該過濾材料的過濾元件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種使用壽命得到改善的用于從液體中分離液體和固體雜質的過濾 材料、一種包含這種過濾材料的過濾元件、所述過濾材料在液體過濾方面的應用，以及一種 用于分離兩種不可相互混合的液體的方法。
【背景技術】
[0002] 在許多過濾領域中，對過濾后液體的純凈度的要求越來越高。這不但包括工業用 液體，如內燃機燃料、潤滑油和液壓油，也包括食品領域和醫藥應用的液體。以過濾內燃機 用柴油燃料為例，根據ISO 1943 8的4 Mm顆粒物分離度要求在過去15年內從50%上升至 96%，并將在未來超過99%。因此，過去人們不斷努力提高所用過濾材料的分離度。然而遺憾 的是，分離度和使用壽命通常相互矛盾，即隨著分離度的提高，容塵量和使用壽命下降，反 之亦然。在提高分離度的同時至少讓使用壽命保持不變的一種方案是增大過濾面。但這樣 必然也增大了整個過濾元件，并在許多情況下因體積過大而不甚理想。
[0003] 另一種在提高過濾介質分離度的情況下改善使用壽命的方案是使用預過濾層。這 個預過濾層位于過濾材料的流入面，并且具有比高分離度的過濾層大得多的孔隙。例如，DE 10 2010 011 512 Al描述了這種梯度過濾器。在使用壽命長的情況下，對高分離度的要求 越高，就需要更多彼此配合的過濾層以滿足該要求。但是，每個額外的過濾層都會增加整個 過濾材料的厚度和成本。
[0004] 經浸透處理的過濾材料能夠通過僅對過濾材料的一面進行浸透處理，在保持厚度 不變的情況下提高使用壽命。在未經浸透處理的面上，纖維未粘附浸透劑，因而保持了其開 放的孔隙結構，而經過浸透處理的面上的孔隙被浸透劑縮小了。由此在該過濾材料的厚度 上形成了梯度，這個梯度結合了長使用壽命和高分離度，其中液體總是從未經浸透處理的 面流入。在所用的纖維和浸透劑選擇得當的情況下，該單面浸透處理的過濾材料還可以額 外地用于分離兩種不可相互混合的液體。在此列舉一種混有水的燃料作為這樣的液體混合 物的示例。其中水是分散相，而燃料是連續相。當分布精細的小水滴遇到未經浸透處理的 親水纖維時，會被固定其中。新加入的小水滴持續不斷地與纖維上的水滴結合，并隨著時間 推移形成越來越大的水滴，該水滴在液體靜壓力的作用下脫落并穿透該過濾材料經過浸透 處理的疏水面。在凈化面上，水滴在較高密度和重力的作用下，沿該過濾材料經過浸透處理 的表面向下流動并被收集在收集腔中，隨后被清除。通過這種作用，水分離原理從污物側的 水分離器變為聚結介質。
[0005] US 3, 096, 230描述了一種單面經浸透處理的濾紙，其中浸透劑約滲透至濾紙厚度 的三分之一處。整張濾紙被使用熱硬化性樹脂進行預浸透處理。
[0006] US 3, 106, 528 A公開了一種濾紙，該濾紙盡管僅一面經過浸透處理，但浸透劑滲 透了濾紙的整個厚度。其中通過選擇適合黏度的浸透劑和將滲透劑壓入濾紙中的壓力，使 多數的浸透劑留在浸透處理面上，僅有少數浸透劑滲透到相對面。
[0007] US 3, 116, 245 A中公開了一種由100%棉絨制成的濾紙，該濾紙經過雙重浸透處 理。首先在兩面上施用一種樹脂，然后用另一種樹脂對濾紙的一面進行浸透處理直至滲透 至其厚度的一半處。浸透處理應如此進行，從而使整個厚度上的孔隙大小不發生顯著的變 化。相應地，這種濾紙各面均含有粘合劑。
[0008] US 4, 119, 543 A描述一種由至少70%纖維素組成、單面經浸透處理的過濾材料。 對于這種過濾材料，以模型的形式進行浸透處理。這種模型包括含有浸透劑的面和不含浸 透劑的面。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是提供一種尤其用于液體過濾的過濾材料，所述過濾材料在滿足對 高分離度和長使用壽命的更高要求的同時，還能用來分離若干不可相互混合的液體。
[0010] 本發明用以達成上述目的的解決方案為一種過濾材料，所述過濾材料尤其適合用 于液體過濾，并僅在一面上以某種方式使用粘合劑進行浸透處理，使得所述相對面不含粘 合劑，其中所述干燥后的粘合劑占所述過濾材料總重的比例為〇. 5-50 wt%。
[0011] 本發明的過濾材料優選包含至少一種選自由濕法無紡布、干法無紡布、織物和泡 沫構成之群的材料。
[0012] 所述干法無紡布指干法纖維無紡布、恪噴無紡布和紡粘無紡布等。
[0013] 干法纖維無紡布由有限長度的纖維組成。既可以用天然纖維也可以用合成纖維來 制造干法纖維無紡布。天然纖維的例子有纖維素、動物毛、棉花和亞麻。合成纖維例如有聚 烯烴纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚四氟乙烯纖維、硫化聚苯醚纖維。所用纖維可以是直的 或卷曲的。干法人造短纖維也可以是氣流法纖維無紡布。出于加固之目的，所述干法纖維 無紡布可以含有單成分或多成分的熔粘纖維，所述熔粘纖維在低于其他纖維熔點的某一溫 度下全部或部分熔解并對所述無紡布進行加固。干法纖維無紡布的制造按照書籍《無紡布 材料》（W. Albrecht, H. Fuchs, W. Kittelmann, Wiley-VCH, 2000)等公知的現有技術 來進行。干法纖維無紡布可以通過上述的單成分或多成分熔粘纖維來進行加固。其他加固 方法例如有針刺法、水力針刺法或使用液體粘合劑浸濕或噴灑所述無紡布然后烘干。
[0014] 熔噴無紡布由聚合長纖維組成。使用專業領域中公知的熔噴工藝，如Van A. Wente所著的《超細熱塑纖維》（Industrial Engineering Chemistry，第48期，1342 - 1346 頁）一文中所述的方法來制造用于本發明過濾材料的熔噴無紡布。適合的聚合物例如有聚 對苯二甲酸乙二醇酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二酸丁醇酯、聚酰 胺、硫化聚苯醚以及聚烯烴。其中，典型的纖維直徑優選在0.5 - 10 Mm，尤其優選在0.5 - 3 Mffl之間。可以根據需要向聚合物中混入例如親水劑、疏水劑、結晶促進劑或染色劑等添加 劑。可以根據需要通過例如電暈處理或等離子處理等表面處理方法來改變所述熔噴無紡布 表面的特性。此外，可以在需要時借助砑光機對熔噴無紡布進行壓實處理。
[0015] 紡粘無紡布同樣由聚合長纖維組成，但其纖維直徑大多明顯大于熔噴纖維的 直徑。紡粘無紡布按照對于專業人員而言公知的紡粘無紡布方法制造，例如專利US 4,340,563A、US 3,802,817A、US 3,855,046A 和 US 3,692,618A 中所述。適合用于所述紡 粘無紡布方法的聚合物例如有聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚萘二甲酸 乙二醇酯、聚萘二酸丁醇酯、聚酰胺、硫化聚苯醚以及聚烯烴。
[0016] 泡沫指由有機聚合物組成的所有開孔泡沫。其開孔結構使其具有良好的透氣性， 適合用于各種過濾工作。例如 US 3,171,820 A、DE 1504551 A、DE 601435 A 和 GB 1111928 A中描述了適合泡沫的制造方法。
[0017] 本發明中的濕法無紡布或紙指所有可以利用對于專業人員而言公知的用于制造 濾紙的濕法工藝而生產的無紡布。用于本發明的過濾材料的紙優選由天然、合成、無機纖維 或其中兩者或三者的混合物組成。天然纖維的例子有纖維素、棉花、動物毛和大麻，其中所 用的纖維素材料可以是針葉木和/或闊葉木的木質和/或非木質纖維素、再生纖維素和原 纖化纖維素。無機纖維例如有玻璃纖維、玄武巖纖維、石英纖維和金屬纖維。適合作為合成 纖維的例如有聚酯纖維、聚丙烯纖維、各成分熔點不同的多成分纖維、聚酰胺纖維和聚丙烯 腈纖維。合成纖維的纖度通常為0.1 dtex - 8. 0 dtex，尤其優選為0. 5 dtex - 5 dtex，切 斷長度通常為3 mm - 20 mm，尤其優選為4 mm - 12 mm。用于本發明的過濾材料的紙可以 100%由天然、合成或無機纖維組成，也可以由這些纖維類型的任意組合組成。相關專業人員 基于其知識和經驗，了解如何根據所要求的濾紙特性來有針對性地選擇正確的成分。紙層 可以由多個層組成，這些層在一臺造紙機中使用適合的流漿箱制成并結合在一起，或者由 單個的紙帶在單獨的工序中彼此相連。其中各層可以設計為不同的特性。
[0018] 用于液體過濾的過濾材料通常使用粘合劑進行浸透處理。所述粘合劑通過所述浸 透處理被施用于過濾材料上并滲透至少一部分的過濾材料。其中，尤其是液體仍可透過所 述過濾材料經滲透處理的表面。所述浸透處理為過濾