BRPI0707908B1 - Meio de filtro, elemento compreendendo o meio de filtro, método para filtrar um fluido e método de remover umidade de uma corrente de ar - Google Patents

Abstract

manta de filtro compreendendo fibra fina e particulada adsorvente ou absorvente e reativa. os conjuntos da presente invenção podem compreender uma camada de fibra fina dotada dispersa dentro da camada de fibra fina de um material particulado ativo. o fluido que flui através dos conjuntos da presente invenção pode ser dotado de qualquer material disperso ou dissolvido no fluido para reagir com, ser absorvido por ou adsorvido no particu- lado ativo dentro da camada de nano fibra. as estruturas da presente invenção podem agir simplesmente como camadas reativas, de adsorção ou de absorção sem propriedades de filtragem, ou as estruturas da presente invenção podem ser montadas em filtros que podem filtrar o particulado a partir do fluido móvel e simultaneamente reagir, adsorver ou absorver os materiais a partir do fluido móvel.

Description

(54) Título: MEIO DE FILTRO, ELEMENTO COMPREENDENDO O MEIO DE FILTRO, MÉTODO PARA FILTRAR UM FLUIDO E MÉTODO DE REMOVER UMIDADE DE UMA CORRENTE DE AR (51) lnt.CI.: B01D 39/00 (30) Prioridade Unionista: 13/02/2006 US 60/773.067 (73) Titular(es): DONALDSON COMPANY, INC.

(72) Inventor(es): ANDREW JAMES DALLAS; LEFEIDING; JON DENNIS JORIMAN; DUSTIN ZASTERA; JAMES R. GIERTZ; VELLI ENGIN KALAYCI

1/49 “MEIO DE FILTRO, ELEMENTO COMPREENDENDO O MEIO DE FILTRO, MÉTODO PARA FILTRAR UM FLUIDO E MÉTODO DE REMOVER UMIDADE DE UMA CORRENTE DE AR” [001] O presente pedido está sendo depositado em 13 de fevereiro de 2007 como Pedido de Patente Internacional PCT em nome da Donaldson Company, Inc., uma corporação nacional dos E.U. e Andrew James Dallas, Jon Dennis Joriman, Dustin Zastera, James R. Giertz, todos cidadãos dos E.U., Lefei Ding, um cidadão da China e Veli Engin Kalayci, um cidadão da Turquia e reivindica prioridade do Pedido de Patente Provisório U.S. No. de Série 60/773.067, depositado em 13 de fevereiro de 2006.

Campo da Invenção [002] A presente invenção se refere a uma manta ou estrutura de fibra. O filtro, elemento ou estruturas de meio da invenção podem atuar como uma camada reativa, adsorvente ou absorvente ou em um modo de filtragem. A estrutura compreende uma fibra de coleta e um particulado reativo adsorvente ou absorvente que também atua como um particulado ativo, fibra de material ativo, meio espaçador ou de separação. O particulado pode atuar como um absorvente, adsorvente ou reagente.

Antecedentes da Invenção [003] Mantas poliméricas podem ser produzidas através de extrusão, solidificação rápida, processamento através da via seca e da via úmida, etc. A tecnologia de fabricação de estruturas de filtro é vasta para obtenção de estruturas que podem separar a carga de particulado de uma corrente de fluido móvel. Tais meios de filtragem incluem meios de carregamento na superfície e meios de profundidade nos quais esses meios podem ser produzidos em uma variedade de estruturas geométricas. Princípios referentes ao uso de tais meios são descritos em Kahlbaugh e colaboradores, Patentes U.S. Nos. 5.082.476; 5.238.474; 5.364.456 e 5.672.399. Em qualquer estrutura de filtro contendo qualquer meio de filtragem arbitrariamente selecionado, o filtro deve remover um tamanho de partícula definido e, ao mesmo tempo, ter vida útil suficiente para ser economicamente justificável quanto às suas propriedades de remoção de partículas. A vida útil é geralmente considerada como sendo o tempo entre a instalação e o tempo em que o filtro obtém carga de particulado suficiente, de modo que a queda de pressão através do filtro é maior do que um nível predeterminado. Uma queda de pressão suficiente pode causar bypass do filtro, falha mecânica do filtro, inutilidade do filtro ou outros problemas de operação. A eficiência de filtragem é a característica dos meios de filtragem que está relacionada à fração de particulado removido da corrente móvel. A eficiência é, tipicamente, medida por um protocolo de teste padrão definido abaixo.

[004] Meios de filtro com carregamento na superfície freqüentemente compreendem

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2/49 esteiras densas de fibra tendo uma estrutura não-tecida que é colocada através do trajeto de uma corrente de fluido móvel. Enquanto a corrente de fluido móvel passa através da estrutura das fibras não-tecidas formadas, o particulado é, tipicamente, removido da corrente na superfície do filtro com uma determinada eficiência e permanece sobre a superfície. Em contraste a estruturas com carregamento na superfície, meios de profundidade incluem, tipicamente, uma estrutura relativamente espessa (comparado com os meios de carregamento na superfície) de fibra tendo uma solidez, porosidade, espessura de camada e eficiência definidas. Meios de profundidade e, em particular, meios de profundidade com densidade de gradiente são mostrados em Kahlbaugh e colaboradores, Patentes U.S. Nos. 5.082.476; 5.238.474 e 5.364.456. Em geral, meios de profundidade atuam em operações de filtragem impedindo o carregamento de particulado em uma corrente de fluido móvel dentro da camada de filtro. À medida que o particulado colide com a estrutura fibrosa dos meios de profundidade, o particulado permanece dentro dos meios de profundidade e, tipicamente, é distribuído sobre e mantidas com fibras internas e por todo o volume do filtro. Em contraste, meios com carregamento na superfície, tipicamente, acumulam o particulado em uma camada de superfície.

[005] Groeger e colaboradores, Patente U.S. No. 5.486.410, ensinam uma estrutura fibrosa produzida, tipicamente, de uma fibra com núcleo/envoltório com bicomponente contendo um material particulado. O particulado compreende um material funcional imobilizado mantido na estrutura de fibra. O material funcional é projetado para interagir com e modificar a corrente de fluido. Materiais típicos incluem sílica, zeólito, alumina, peneiras moleculares, etc. que podem reagir com ou absorver materiais, na corrente de fluido. Marked e colaboradores, Patente U.S. No. 5.328.758, usam uma manta termoplástica fundida a sopro e um material absorvente na manta para processamento de separação. Errede e colaboradores, Patente U.S. No. 4.460.642 ensinam uma folha composta de PTFE que é intumescível em água e contém partículas hidrofílicas absorventes. Essa folha é útil como um curativo para feridas, como um material para absorção e remoção de solventes não aquosos ou como um material cromatográfico de separação. Kolpin e colaboradores, Patente U.S. No. 4.429.001, ensinam uma folha absorvente compreendendo uma fibra fundida a sopro contendo partículas poliméricas superabsorventes. Filtros de desodorização ou purificação de ar são mostrados, por exemplo, em Mitsutoshi e colaboradores, JP 7265640 e Eiichiro e colaboradores, JP 10165731.

[006] Muitas fases de fluido móvel, incluindo fases gasosas e líquidas, contêm componentes indesejáveis suspensos, dissolvidos ou de outro modo encerrados dentro da fase móvel. Tais componentes indesejáveis podem ser quimicamente reativos ou podem ser absorvíveis ou adsorvíveis através do uso de absorventes ou adsorventes. Muitas dessas

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3/49 espécies formam uma fase que é totalmente miscível no fluido e não pode ser filtrada, mas pode ser removida apenas através de absorventes ou adsorventes de reação química. Exemplos de tais materiais são compostos de reação ácidos ou básicos. Compostos ácidos incluem sulfeto de hidrogênio, dióxido de enxofre e outras de tais espécies. Componentes básicos incluem amônia, aminas, compostos quaternários e outros. Outros gases reativos, tais como Cb, SO2, cianeto, fosgênio e outros podem impor perigos. Por fim, uma série de outros compostos são desagradáveis em virtude do odor, cor ou outras propriedades indesejáveis. A remoção de todos esses materiais da uma fase fluida, se possível, pode ser útil em muitos usos finais. As camadas ativas dos sistemas existentes sofrem de problemas referentes à instabilidade mecânica do particulado nas camadas. Em muitas estruturas, o particulado não é mecanicamente fixado na camada e pode ser desalojado facilmente. Em muitas estruturas, a quantidade de materiais ativos disponíveis está limitada pela natureza do substrato e as quantidades de material ativo que podem ser carregadas.

[007] Embora meios com carregamento na superfície e meios de profundidade tenham sido usados no passado e tenham obtido determinados níveis de desempenho, permanece uma necessidade substancial na indústria por meios de filtragem e tratamento de fase que podem proporcionar características novas e diferentes de desempenho do que aquelas formalmente obtidas. Em particular, uma necessidade por propriedades adsorventes, absorventes ou reativas excelentes e baixa queda de pressão com eficiência aperfeiçoada são necessárias em uma estrutura com alta atividade e estabilidade mecânica robusta.

Sumário da Invenção [008] A manta, filtro ou outra estrutura de fluxo passante ou fluxo sob demanda da invenção pode compreender uma massa ou camada de fibra fina substancialmente contínua contendo o particulado da invenção. Um meio espaçador ou de separação de fibra reativa, absorvente ou adsorvente na forma de um particulado pode ser combinado com, ou de outro modo disperso em, a massa de fibra. A manta da invenção inclui uma manta ou camada de fibra e um meio de separação de fibra ou meio espaçador de fibra aderido à fibra que pode ser usado na forma de uma estrutura reativa, absorvente ou adsorvente.

[009] Em um aspecto, a manta compreende uma estrutura fibrosa contínua com uma fase de fibra contínua e um particulado reativo, absorvente ou adsorvente ativo que pode tratar uma corrente de fluido. A corrente de fluido pode ser um gás ou líquido com materiais encerrados. Os materiais encerrados podem ser solúveis ou insolúveis nos fluidos móveis e podem ser partículas de impurezas líquidas ou sólidas. Os líquidos podem ser exemplificados por soluções aquosas, fluidos não aquosos, água, óleos e misturas dos mesmos.

[0010] Em um segundo aspecto, uma estrutura similar também pode atuar como um

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4/49 filtro. O particulado ativo compreende uma fase em partícula dispersa com a fibra. O filtro pode ser usado para filtrar um fluido móvel, tal como uma corrente gasosa ou uma corrente de líquido. O filtro pode ser usado para remover impurezas da corrente de líquido ou da corrente gasosa. Tais impurezas podem ser partículas encerradas. As estruturas de fluxo passante e fluxo sob demanda podem ser usadas em estruturas que não precisam de PTFE, Teflon® expandido estirado ou outros componentes de fluorpolímero porosos relacionados para atividade com sucesso.

[0011] Por disperso, entenda-se que o particulado ativo é aderido à fibra, mantido dentro de um espaço vazio dentro da manta ou em uma bolsa que penetra parcialmente na manta, criando um espaço na superfície da manta. Uma vez formado o meio compreendendo a camada de fibra fina contendo o particulado ativo da invenção pode ser combinado com uma camada de meio. Essa forma pode ser usada em uma unidade de tratamento de fluxo sob demanda ou usada em uma unidade de filtragem de fluxo passante tendo propriedades adsorventes/absorventes ou reativas. Em uma unidade de fluxo sob demanda ou fluxo passante, o meio é simplesmente configurado em uma forma através da qual o fluido móvel pode passar sem colidir com qualquer camada de filtragem e simplesmente contatar as espécies absorventes/adsorventes ou reativas formadas na camada de fibra fina adjacente ao trajeto de fluxo do meio de fluido. Alternativamente, a estrutura de camada de fibra fina do particulado ativo e o meio podem ser transformados em uma estrutura de filtragem com fluxo passante que pode remover partículas do fluido móvel enquanto no modo de filtragem. O meio da invenção pode, em um modo de filtragem, remover as partículas encerradas do fluido móvel e, ao mesmo tempo, absorver, adsorver ou reagir quimicamente com materiais indesejados na fase de fluido que pode ou não estar em uma forma de partícula.

[0012] O termo filtro se refere à estrutura que é realmente usada no tratamento de um fluido móvel. Um filtro usualmente inclui um alojamento com uma entrada e uma saída. O termo elemento se refere, tipicamente, a uma estrutura usada em um conjunto de filtro que inclui uma camada de meio e outras partes, resultando em uma unidade útil estruturalmente estável que pode ser inserida e removida da estrutura de filtro. Elementos ou mantas da invenção incluem a camada de meio que compreende um particulado disperso por toda a manta de fibra fina. A fibra fina e particulado combinados podem ser formados sobre uma camada de substrato para formar um meio de filtro.

[0013] O particulado pode compreender uma quantidade de um único tipo de partícula ou mistura de partículas dissimilares. Por exemplo, um particulado ativo pode ser misturado com um particulado inerte para uso em tal camada. O particulado inerte pode compreender um único particulado ou pode ser uma mistura de partículas inertes que diferem pela composição, tamanho de partícula, morfologia de partícula ou algum outro aspecto do partiPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 12/60

5/49 culado. Similarmente, o particulado ativo pode compreender uma mistura de partícula incluindo diferentes partículas ativas. Por exemplo, um particulado de carbono poderia ser misturado com um particulado de zeólito. Alternativamente, um particulado de carbóxi metil celulose pode ser misturado com um particulado de resina de troca de íons em uma camada ativa. Ainda, tal particulado ativo pode ser um particulado misturado no sentido de que partículas de diferentes tamanhos, formato ou metodologia podem ser combinadas nas camadas ativas da invenção. O termo partícula encerrada se refere à impurezas no fluido móvel, enquanto que o termo partícula dispersa se refere à partícula deliberadamente incluída dentro das camadas de fibra da invenção.

[0014] O elemento da invenção pode ser usado em um de dois modos distintos. Esses modos são designados como fluxo passante ou fluxo sob demanda. No modo de fluxo passante, o fluido móvel, líquido ou gás passa através da camada de fibra fina e substrato em um modo de filtragem em um fluxo substancialmente normal ao plano da camada de fibra. A partícula encerrada pode encontrar e ser removida pelo elemento e, à medida que o fluido passa através das camadas em contato com a partícula, a partícula pode reagir com materiais químicos absorvidos ou adsorvidos suspensos ou dissolvidos no fluido.

[0015] No modo de fluxo sob demanda, o trajeto de fluido é geralmente paralelo ao plano da camada de fibra fina ou superfície do elemento. No modo de fluxo sob demanda, o fluido contata a superfície da camada e não flui substancialmente através do elemento. Embora dependendo da viscosidade, taxa de fluxo, temperatura, configuração do elemento, o fluido pode, até algum grau, penetrar na camada e pode fluir de camada para camada, o modo primário de transporte do fluido é ultrapassando a camada em uma direção substancialmente paralela à superfície da camada. Em tal modo, o líquido pode contatar a superfície da camada e materiais químicos dissolvidos e suspensos no fluido podem reagir com, ser absorvidos ou adsorvidos pelo particulado.

[0016] O elemento de fluxo passante e fluxo sob demanda pode ser usado em uma variedade de formatos. O elemento de fluxo passante pode ser usado em estruturas de filtro convencionais, incluindo painel de cartucho em algumas outras estruturas de filtro, com o elemento em um modo dobrado ou desdobrado. Similarmente, o meio de fluxo sob demanda pode ser incluído nas estruturas de painel e cartucho.

[0017] Um modo preferido de uso do material de fluxo sob demanda é em um meio enrolado. Meios enrolados são preparados primeiro através de formação da camada de fibra fina e partícula através de tratamento térmico da camada de fibra se necessário e, então, enrolamento do elemento em um rolo com múltiplas camadas tendo qualquer coisa entre 2 a 50 camadas. A espessura do rolo ou uma separação entre as camadas determina a taxa de fluxo de fluido através da estrutura. As taxas de fluxo podem ser aperfeiçoadas através de

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6/49 introdução de canais no meio enrolado. Tais canais podem ser pré-formados no substrato sobre o qual a fibra fina é fiada ou os canais podem ser formados no elemento após a camada de fibra fina ser formada sobre o substrato e, então, tratados termicamente se necessário. Formas ou espaçadores mecânicos podem ser incluídos com as etapas de processamento. As formas ou espaçadores podem introduzir o canal na estrutura. Pelo menos uma porção espaçadora pode ser incluída com o material enrolado para formar inerentemente um canal em uma porção da estrutura enrolada. Ainda, espaçadores adicionais podem ser colocados de modo que cada camada da estrutura enrolada tenha pelo menos uma porção de canal. Um número arbitrário de espaçadores pode ser usado. Pelo menos um espaçador por camada pode ser usado até 5, 10 ou 20 espaçadores por camada. Após as camadas de espaçador formarem um canal no elemento, os espaçadores podem ser removidos. Os espaçadores podem ser removidos em um modo através de desenrolamento do elemento e remoção física dos espaçadores do elemento. Contudo, em outro modo, os espaçadores podem ser simplesmente lavados do conjunto enrolado usando um solvente no qual o espaçador (mas não a fibra fina ou partícula de substrato) é solúvel, assim, removendo os espaçadores e deixando as estruturas de canal de fluxo passante. Os espaçadores podem ser configurados em virtualmente qualquer formato ou estrutura, na medida em que o espaçador possa proporcionar um canal da primeira extremidade do rolo para a segunda extremidade do rolo, fornecendo um trajeto de fluxo passante para o fluido. De preferência, as dimensões do canal são maiores do que cerca de 1 mm na dimensão principal e podem oscilar de cerca de 1 a 500 mm na dimensão principal. O perfil dos canais pode ser redondo, oval, circular, retangular, quadrado, triangular ou outro perfil seccional transversal. O perfil pode ser regular ou ele pode ser irregular e amorfo. Ainda, ao longo do canal, o perfil seccional transversal do canal pode variar de uma extremidade para a outra. Por exemplo, na extremidade de entrada da estrutura enrolada, o canal pode ter uma área seccional transversal relativamente grande enquanto que, na extremidade oposta, a área seccional transversal pode ser menor do que na extremidade de entrada. Adicionalmente, a extremidade de entrada pode ser menor na área seccional transversal do que na extremidade de saída. Qualquer outra variação no tamanho do espaçador pode aumentar a turbulência no fluxo, resultando em um contato aperfeiçoado entre o fluido e o particulado.

[0018] O filtro ou estruturas de fluxo passante ou fluxo sob demanda da invenção são unicamente adequadas para proporcionar propriedades úteis. A estrutura de fluxo passante pode ser usada para absorver/adsorver ou reagir quimicamente com fases de fluido móvel que fluem através das estruturas de fluxo passante. A partícula dispersa dentro das estruturas de fluxo passante pode reagir com o fluido móvel (quer líquido ou gasoso) ou absorver/adsorver ou reagir com o material interveniente dentro da corrente de fluido. As estruPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 14/60

7/49 turas de fluxo passante podem atuar como um filtro e como uma estrutura que pode reagir com, absorver ou adsorver materiais na corrente de fluido. Conseqüentemente, as estruturas de fluxo passante com função dupla podem remover partícula indesejável que é, tipicamente, uma fase insolúvel na corrente de fluido. Além disso, as estruturas de fluxo passante também podem reagir com, absorver ou adsorver componentes insolúveis e solúveis da corrente de fluido.

[0019] Uma corrente de fluido particularmente importante para a aplicação inclui correntes de ar que pode conter contaminantes, tais como partículas de pó, água, resíduo de solvente, resíduo de óleo, resíduo de óleo aquoso misturado, gases prejudiciais, tais como cloro, benzeno, dióxido de enxofre, etc. Outras fases móveis líquidas típicas incluem combustível, óleos, correntes de solvente, etc. Tais correntes podem ser contatadas com as estruturas de fluxo passante da invenção para remover água, contaminantes em partícula, espécies de formação de cor e quantidades mínimas de impurezas solúveis. Em muitos casos, as correntes (gasosas e líquidas) podem estar contaminadas por produtos biológicos, incluindo príons, vírus, bactérias, esporos, segmentos de DNA e outros produtos biológicos potencialmente prejudiciais ou materiais perigosos.

[0020] A manta ou elemento ativo da invenção pode conter a camada de fibra fina com o particulado disperso dentro da camada de fibra para absorver/adsorver ou reagir com materiais encerrados na fase de fluido móvel. Tal elemento ou manta pode ser combinada com outras espécies ativas ou reativas em uma variedade de formas. O particulado da invenção podem ser partículas distintas separadas da fibra ou o particulado pode aderir a ou sobre a superfície da fibra. O particulado pode estar incrustado na fibra e pode ser parcial ou totalmente circundado pela massa de fibra. De modo a formar essas estruturas, o particulado pode ser combinado com a fibra após fiação, pode ser adicionado à fibra durante fiação no momento em que a fibra seca e solidifica ou pode ser adicionado à fibra na solução de fiação antes de fiação, de modo que o particulado seja incrustado parcial ou totalmente na fibra.

[0021] Um método de formação de uma camada ativa pode ser através de dispersão do particulado ativo em uma fase aquosa ou não aquosa contendo componentes, quer transformando o particulado ativo em uma camada de folha ou aderindo os particulados ativos a um ou mais dos componentes da manta ou elemento da invenção. Qualquer um dos particulados da invenção pode ser incorporado em uma fase líquida aquosa ou não aquosa para tal finalidade. Na formação do material não aquoso, um solvente não aquoso, de preferência um solvente volátil, incluindo materiais tais como álcoois inferiores, éteres, frações de hidrocarboneto com baixo ponto de ebulição, clorofórmio, cloreto de metileno, sulfóxido de dimetila (DMSO) e outros, pode ser preparado através de incorporação do particulado ativo

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8/49 do material com materiais de ligação solúveis ou dispersos. Tal solução pode ser aplicada a uma folha de particulado de fibra, tal como substrato ou outros materiais, para formar uma camada contendo os particulados ativos que podem atuar nessa forma para absorver/adsorver ou reagir com materiais encerrados na fase de fluido móvel. Alternativamente, o particulado ativo da invenção pode ser disperso em uma solução ou suspensão aquosa de materiais de ligação que pode ser similarmente combinada com ou revestida sobre o particulado de fibra ou folha de manta, tais como substratos, para formar uma camada ativa de particulado ativo. Alternativamente, o particulado ativo da invenção pode ser disperso ou suspenso em uma fase orgânica aquosa misturada que combina uma fase aquosa com uma fase orgânica. A fase orgânica pode compreender solventes adicionais ou outros líquidos orgânicos ou pode compreender uma fase polimérica aquosa, tais como polímeros acrílicos, polímeros de PTFE. Tais fases misturadas podem formar camadas contendo o particulado ativo e, adicionalmente, pode conter componentes de reticulação que podem formar ligações entre polímeros adjacentes, ainda curando os revestimentos de filmes.

[0022] Um tratamento térmico ou processo de ligação térmica pode ser usado para formar uma camada distinta na qual não há fibra totalmente distinta. O tratamento térmico pode aquecer as fibras individuais para uma temperatura em ou acima de um ponto de fusão ou amolecimento das fibras individuais e, então, fazer com que as fibras venham a aderir, coalescer ou se transformar em uma rede fundida, membrana ou estrutura semelhante à membrana. Dependendo da temperatura e pressão e do tempo do tratamento térmico, o tratamento térmico pode converter as fibras de uma camada aleatoriamente distribuída de fibras de comprimento intermediário tendo apenas contato de superfície em uma camada onde as fibras estão mais intimamente associadas. No mínimo, a fibra é aquecida de modo que, nas interseções das fibras, as fibras se fundem para formar uma rede fundida. Com pressão térmica ou tempo adicional de tratamento térmico, as fibras podem ainda fundir e ainda coalescer em uma manta mais intimamente associada. Com temperatura, tempo e pressão adicionais, a fibra pode se fundir mais completamente e dispersar em uma estrutura semelhante à membrana porosa. O tratamento térmico também pode alterar a localização do particulado. No caso em que a fibra é simplesmente distribuída totalmente, o particulado é distribuído através da fibra fina. O tratamento térmico pode fixar o particulado em uma estrutura na qual o particulado tem a superfície ligada à manta fibrosa termicamente tratada ou estrutura semelhante à membrana; contudo, dependendo novamente da temperatura, tempo de aquecimento e pressão, o particulado pode ser incorporado em e por toda a estrutura semelhante à membrana porosa. Tal estrutura calandrada ou termicamente tratada pode ter uma camada de espessura que se aproxima daquela da camada de fibra fina original ou resulta em uma camada que é mais fina do que a camada de fibra fina original. ConseqüenPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 16/60

9/49 temente, se a camada de fibra fina original tem uma espessura que oscila de cerca de 0,5 a 200 mícrons, a camada resultante pode ter uma espessura que oscila de cerca de 0,5 a cerca de 150 mícrons ou menos, freqüentemente até 100 mícrons e, algumas vezes, até 50 mícrons, dependendo da quantidade de fibra fiada, do teor de particulado e do grau de tratamento térmico, incluindo aquecimento, pressão e tempo. Uma forma de tal processo de tratamento térmico é a operação de calandragem que pode ser usada termicamente. O processo de calandragem usa rolos e gravadores em relevo ou gravadores em relevo para formar as camadas termicamente tratadas. Um gravador em relevo pode ser usado com um padrão de ligação que pode resultar em um padrão regular, intermediário ou aleatório. Quando um padrão é usado, o padrão pode ocupar até 50 por cento da área de superfície ou mais. Tipicamente, o conjunto ligado ocupa cerca de 1 a 75 por cento da área de superfície, freqüentemente cerca de 10-50 por cento da área de superfície.

[0023] Dependendo da natureza da fibra fina usada nas várias camadas e da taxa de fabricação dos compostos, os parâmetros do processo de calandragem, tais como tempo, temperatura e pressão, podem ser variados para obter resultados aceitáveis. A temperatura dos rolos de calandragem pode oscilar de cerca de 25-200 °C. A pressão exercida sobre as camadas usando os rolos de calandragem ou combinação de rolos pode oscilar até 500 psi e a velocidade do composto através da estação de tratamento térmico pode oscilar de cerca de 1 a cerca de 500 pés por minuto. Os parâmetros de operação da estação de tratamento térmico devem ser ajustados de modo que a quantidade apropriada de calor seja distribuída à fibra para obter a estrutura final correta. O calor não pode ser muito pequeno para não amolecer ou fundir alguma porção da fibra e não pode ser tal que a fibra é simplesmente fundida e dispersa no substrato. O calor total distribuído pode ser prontamente ajustado para ligar a fibra, amolecer a fibra em geral ou transformar totalmente as fibras em uma membrana porosa. Tal ajuste mínimo dos parâmetros de operação está bem dentro da capacidade do técnico.

[0024] A manta ou elemento da invenção pode ser compreendido de uma variedade de diferentes camadas. Tais camadas podem incluir camadas ativas e inativas. Camadas ativas compreendem, tipicamente, uma manta de fibra fina com os particulados dispersos dentro da fibra fina ou outras camadas impregnadas ou camadas contendo particulado absorvente/adsorvente ou reativo ou outras de tais estruturas. Tais camadas podem ser transformadas no elemento útil da invenção combinado com camadas protetoras, camadas espaciais, camadas ativas, camadas inativas, camadas de suporte e todas podem ser incorporadas ou encapsuladas em um painel de cartucho convencional ou outra de tais estruturas protetoras. Uma forma preferida do particulado ativo compreende um particulado de carbono adsorvente.

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Breve Descrição dos Desenhos [0025] As Figuras 1A e 1B mostram uma vista terminal de um elemento da invenção na qual o elemento compreende camadas de meio ativo combinadas com camadas de meio inativo para proporcionar um canal de fluxo para regular a eficiência e atividade.

[0026] A Figura 2 é uma vista terminal de um meio enrolado em espiral que tem um meio de filtragem químico enrolado com uma tela de malha plástica para espaçamento das camadas. Tal estrutura é uma estrutura de fluxo tendo pouca ou nenhuma propriedade de filtragem, mas tendo capacidade reativa ou adsorvente reativa substancial.

[0027] A Figura 3 é uma seção transversal de um conjunto das estruturas da invenção. O conjunto compreende um meio de filtragem química e uma camada espaçadora. O meio de filtragem química compreende uma camada de nano fibra com o particulado ativo disperso dentro da camada de nanofibra. O meio espaçador é uma camada que proporciona volume aberto suficiente dentro da estrutura para assegurar que fluido pode fluir com pouco impedimento através da estrutura.

[0028] As Figuras 4A e 4B são uma representação gráfica de um aparelho que pode ser usado para formar as camadas de fibra fina da invenção combinando depósito de partícula com eletrofiação da fibra fina a partir da solução polimérica.

[0029] As Figuras 5 e 6 são um aparelho de teste e os resultados de teste para a remoção de um contaminante de teste de tolueno em ar usando um elemento da invenção.

[0030] A Figura 7 mostra o desempenho de um carbono em casca de coco com alta área de superfície colocado dentro da manta de nossa matriz de fibra fina em um teste de decomposição acelerado.

Discussão Detalhada da Invenção [0031] Os materiais particulados da invenção têm dimensões capazes de melhorar as propriedades ativas e propriedades de filtragem do meio e camadas da invenção. Os materiais podem ser produzidos de uma variedade de materiais úteis que são inertes, reativos, absorventes ou adsorventes. Os materiais podem ser substancialmente inertes à fase móvel e a carga de particulado encerrado passando através da manta ou os materiais podem interagir com o fluido, porções dissolvidas do fluido ou do carregamento de particulado no fluido. Um pouco ou todo o particulado pode ser inerte. Particulados preferidos são materiais ativos, reativos, absorventes ou adsorventes. Para fins da presente invenção, o termo inerte indica que o material na manta não reage quimicamente de modo substancial com o fluido ou carregamento de particulado ou absorve ou adsorve fisicamente de modo substancial uma porção do fluido ou do carregamento de particulado sobre o particulado em qualquer quantidade substancial. Nesse modo inerte, o particulado simplesmente altera os parâmetros físicos da camada de fibra e do meio, incluindo uma ou mais camadas de fibra. O partiPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 18/60

11/49 culado ativo da invenção pode ser adicionado a qualquer camada do elemento da invenção usando uma variedade de técnicas de adição. O particulado da invenção pode ser incorporado na camada de fibra fina durante fiação da fibra conforme discutido acima em alguma parte no pedido. Além disso, o particulado ativo da invenção pode ser dissolvido ou disperso em um líquido aquoso ou não aquoso ou aquoso misturado e aplicado a qualquer camada de um elemento útil da invenção.

[0032] Quando usando um particulado ativo que interage com o fluido ou carregamento de particulado, o particulado pode, além de alterar as propriedades físicas do meio ou camadas, reagir com ou absorver ou adsorver uma porção do fluido móvel ou do carregamento de particulado para fins de alteração do material que passa através da manta. O foco primário da tecnologia divulgada aqui é melhorar as propriedades de tratamento das camadas para aumentar a capacidade de reatividade/absorção/adsorção ou vida útil da estrutura física do meio ou camada e melhorar o desempenho do filtro onde necessário. Em muitas de tais aplicações, uma combinação de uma partícula inerte e uma partícula interativa será, então, usada.

[0033] A invenção se refere a composições poliméricas na forma de uma fibra fina, tal como microfibras, nanofibras, na forma de mantas de fibra ou esteiras fibrosas usadas com um particulado em uma estrutura de filtro aperfeiçoada única. A manta da invenção compreende uma fase de fibra substancialmente contínua e, disperso na massa de fibra, um meio de separação de fibra. Nos vários aspectos da invenção, o meio de separação de fibra pode compreender uma fase de particulado na manta. O particulado pode ser encontrado sobre a superfície da manta, em produtos na superfície ou através dos espaços vazios formados dentro da manta. A fase fibrosa da manta pode ser formada em uma camada contínua substancialmente singular, pode estar contida em uma variedade de camadas definidas distintas ou pode ser formada em uma massa amorfa de fibra tendo fases de inclusão de particulado por toda a manta aleatoriamente, formando espaços de inclusão em torno do particulado e das superfícies de manta interna. O particulado tem uma dimensão principal de menos do que cerca de 5000 mícrons. Por exemplo, o particulado pode ter uma dimensão principal de menos de 200 mícrons e pode, tipicamente, compreender cerca de 0,05 mícron a 100 mícrons ou compreende cerca de 0,1 mícron a 70 mícrons. Na camada de fibra fina substancialmente contínua, a camada tem uma espessura de camada de cerca de 0,0001 cm a 1 cm, 0,5 mícron a 500 mícrons, cerca de 1 mícron a 250 mícrons ou cerca de 2 mícron a 200 mícrons. Na camada, disperso na fibra, está um meio compreendendo um particulado com um tamanho de partícula de cerca de 0,25 mícron a 200 mícrons, cerca de 0,5 mícron a 200 mícrons, cerca de 1 mícron a 200 mícrons, cerca de 10 mícrons a 200 ou cerca de 25 mícrons a 200 mícrons. O particulado está disperso por toda a fibra na camada. O

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12/49 particulado está presente em uma quantidade de cerca de 0,1% a 50% em volume, cerca de 0,5% a 50% em volume, cerca de 1% a 50% em volume, cerca de 5% a 50% em volume ou cerca de 10% a 50% em volume. A fibra é dotada de um diâmetro de cerca de 0,001 mícron a cerca de 2 mícrons, 0,001 mícron a cerca de 1 mícrons, 0,001 mícron a cerca de 0,5 mícrons ou 0,001 mícron a cerca de 5 mícrons e a camada dotada de uma solidez de fibra fina de cerca de 0,1% a 65%, cerca de 0,5% a 50%, cerca de 1% a 50%, cerca de 1% a 30% e cerca de 1% a 20%. -O particulado está disponível na camada em uma quantidade de cerca de 1 gm-m^-2 a 1000 gm-m^-2, cerca de 5 gm-m^-2 a 200 gm-m^-2 ou cerca de 10 gm-m^-2 a 100 gm-ητ² da camada.

[0034] A presente invenção também se refere a uma membrana ou camada semelhante à membrana tendo uma estrutura resultante do material polimérico na forma da fibra fina. A membrana é formada através de tratamento térmico da fibra fina e do particulado para formar uma membrana porosa. A membrana é uma membrana substancialmente contínua ou camada semelhante a filme tendo o particulado aderido à superfície da membrana, incrustado na membrana ou totalmente circundado pela massa polimérica da membrana. Na membrana da invenção, o particulado pode ter uma dimensão principal de menos de 200 mícrons e tem, tipicamente, uma dimensão de cerca de 0,05 mícron a 100 mícrons ou cerca de 0,1 mícron a 70 mícrons. A espessura da membrana oscila, tipicamente, de cerca de 0,5 mícron a cerca de 5 mícrons tendo um tamanho de poro que oscila de cerca de 0,1 mícron a 5 mícrons, freqüentemente cerca de 1 a 2 mícrons. A membrana preferida tem uma espessura de menos de 20 mícrons, tem um tamanho de poro de cerca de 0,5 mícron a 3 mícrons. O particulado está presente na estrutura da membrana em uma quantidade de cerca de 0,1 a 50% em volume. Por fim, na membrana, o particulado está disponível na camada de membrana em uma quantidade de até cerca de 10 kg-m^-2, tipicamente cerca de 0,1 gmm^-2 a 1.000 gm-m^-2, cerca de 0,5 gm-m^-2 a 200 gm-m^-2 ou cerca de 1 gm-m^-2 a 100 gm-m^-2 da membrana.

[0035] O particulado pode tomar uma variedade de formatos geométricos regulares ou estruturas amorfas. Tais formatos podem incluir formatos amorfos ou aleatórios, aglomerados, esferas, discos, ovóides, ovóides estendidos, formatos cruciformes, hastes, hastes ocas ou cilindros, barras, formatos cruciformes tridimensionais tendo múltiplas formas de particulado se estendendo no espaço, esferas ocas, formatos não regulares, cubos, prismas sólidos de uma variedade de faces, bordas e volumes internos. A proporção de aspecto do particulado não esférico (a proporção da menor dimensão da partícula para a maior ou dimensão mais larga) da invenção pode oscilar de cerca de 1:2 a cerca de 1:10, de preferência de cerca de 1:2 a cerca de 1:8.

[0036] O particulado da invenção pode ser produzido de materiais orgânicos e inorPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 20/60

13/49 gânicos e híbridos. O particulado que não interage com o fluido móvel ou fase de particulado encerrada compreende materiais orgânicos ou inorgânicos. Particulados orgânicos podem ser produzidos de copolímeros de poliestireno ou estireno expandidos ou, de outro modo, náilon ou copolímeros de náilon, polímeros de poliolefina incluindo polietileno, polipropileno, etileno, copolímeros de olefina, copolímeros de propileno olefina, polímeros e copolímeros acrílicos, incluindo polimetil metacrilato e poliacrilonitrila. Ainda, o particulado pode compreender materiais celulósicos e glóbulos derivados de celulose. Tais glóbulos podem ser fabricados de celulose ou de derivados de celulose, tais como metil celulose, etil celulose, hidróximetil celulose, hidróxietil celulose e outros. Ainda, os particulados podem compreender uma terra diatomácea, zeólito, talco, argila, silicato, dióxido de silício fundido, glóbulos de vidro, glóbulos cerâmicos, particulados de metal, óxidos de metal, etc. Particulados destinados a uso na presente invenção são caracterizados por um tamanho médio na faixa de cerca de 0,01 mícron a 510 mícrons. Embora partículas ativas em submícron sejam usadas, a presente invenção é aplicável a partículas finas de até 100 mícrons de tamanho médio. Em qualquer caso, o tamanho médio das partículas ativas será da ordem de aproximadamente 0,01 a 0,0001 do tamanho médio dos particulados. Portanto, um tamanho médio relativamente maior das partículas ativas requer um tamanho médio maior do particulado. Partículas incluem partículas de carbono, tal como carvão ativado, resinas de troca de íons/glóbulos, partículas de zeólito, terra diatomácea, partículas de alumina, tal como alumina ativada, partículas poliméricas incluindo, por exemplo, monômero de estireno, e partículas absorventes, tais como partículas super-absorventes comercialmente disponíveis. Partículas absorventes/adsorventes particularmente adequadas são partículas porosas de baixa densidade e têm poros e cavidades, incluindo cavidades na superfície, oscilando, quanto ao diâmetro, de cerca do mínimo para o tamanho de poro em carbono, sendo de 0,00035 mícrons a qual é a distância carbono-carbono, a 100 mícrons e interconectados por poros menores. Esses poros e cavidades proporcionam, beneficamente, uma superfície interna para depósito, em particular depósito de monocamada, de partículas finas tendo um tamanho médio na faixa de cerca de 0,01 mícron a 10 mícrons e, após o que, para acessibilidade às partículas finas imobilizadas, 1 cm³ dessas partículas proporcionam aproximadamente 75 m² a 1.500 m² de superfície disponível. Particulados de carbono podem ser usados na forma de carvão ativo dividido para enchimento. Tais carvões ativos podem ser combinados com outras espécies adsorventes, absorventes ou reativas que podem ser misturadas com ou adsorvidas sobre a superfície de carbono. Outras formas de carvão ativo podem ser usadas, incluindo nanotubos, nanopartículas, nanofilamentos, cordões de nanocarbono ou matrizes ou estruturas de carbono maiores nas quais os elementos individuais compreendem um nanotubo de carbono. Tais nanopartículas, tais como furelenos, nanotubos menores (ou porPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 21/60

14/49 ções de nanotubo dos mesmos), nanoporos, etc. podem ser incorporados dentro do volume interno do nanotubo ou incorporados na matriz do átomo de carbono da nano estrutura. Átomos, moléculas ou componentes adicionais podem adicionar estrutura ou função ao material nano particulado.

[0037] Pequenas moléculas, materiais oligoméricos e poliméricos podem ser usados na invenção. Pequenas moléculas têm, tipicamente, pesos moleculares de menos de cerca de 500 e são, tipicamente, produzidas de uma única unidade molecular identificável e, tipicamente, as unidades não repetem na estrutura molecular. Estruturas oligoméricas têm, tipicamente, pesos moleculares um pouco maiores, mas, tipicamente, têm 2 ou 10 unidades moleculares de repetição em uma estrutura. Unidades poliméricas têm, tipicamente, pesos moleculares substancialmente maiores e, tipicamente, têm substancialmente mais de 10 unidades de repetição em uma estrutura polimérica. A diferenciação entre estruturas oligoméricas e poliméricas nem sempre é clara; contudo, à medida que o número de unidades de repetição na estrutura aumenta, o material tende a se tornar de natureza mais polimérica.

[0038] O particulado pode ser mono-disperso ou poli-disperso. No particulado mono-disperso, a maioria das partículas são similares quanto ao diâmetro ou a dimensão principal. Por exemplo, um exemplo de um particulado mono-disperso tem 80% a 90% do particulado dentro de cerca de 0,8 mícron ± 0,5 mícrons ou cerca de 1 mícron ± 0,25 mícrons. Em um material poli-disperso, o particulado tem uma porção substancial de partículas com diferentes diâmetros. Um material poli-disperso poderia ser uma mistura de dois materiais mono-dispersos ou um material com uma quantidade substancial de material particulado presente por toda uma ampla faixa (por exemplo) de 0,1 mícron a 10 mícrons ou 0,01 mícron a 100 mícrons.

[0039] As esferas ou outros formatos podem estar em uma variedade de diferentes formas físicas, incluindo formas sólidas e ocas. O particulado pode ter uma estrutura substancialmente esférica ou esférica ligeiramente oval. As esferas podem ser sólidas ou podem ter um volume de vazio interno substancial. A espessura do envoltório da esfera pode oscilar de cerca de 0,05 mícron a cerca de 500 mícrons, enquanto que a esfera pode oscilar de cerca de 0,5 mícron a cerca de 5000 mícrons. Outras estruturas circulares que podem ser usadas incluem estruturas toroidais simples, estruturas em espiral ou helicoidais ou estruturas com cadeia do tipo ligação de intertravamento.

[0040] O particulado da invenção também pode compreender uma estrutura semelhante à fibra absorvente ou adsorvente tendo um comprimento e diâmetro predeterminados.

A proporção de aspecto de tal fibra é, tipicamente, cerca de 1 a cerca de 10:1, tendo um diâmetro de fibra que é, tipicamente, maior no diâmetro do que a fibra fina da estrutura. A proporção de diâmetro da fibra em particulado para fibra fina é, tipicamente, cerca de 0,5 a

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15/49 cerca de 5000:1. Uma variedade de outros formatos regulares pode ser usada, incluindo estruturas cilíndricas, cilíndricas ocas, cruciformes, estruturas cruciformes tridimensionais, estruturas com feixe em I e outras. O particulado também pode ser de formato irregular, de modo que o particulado tenha uma dimensão máxima e mínima bem definida, mas tem uma superfície externa que é de natureza substancialmente irregular. Muitos particulados orgânicos e inorgânicos amorfos podem ter um formato irregular, mas podem ter um tamanho que pode proporcionar a propriedade de espaçamento do material particulado. Dependendo da forma física e natureza química das esferas, as dimensões das esferas podem ser manipuladas através de um processo secundário, tal como super absorção, intumescimento em solvente, expansão térmica, alterações na porosidade, etc. Microesferas disponíveis da Expancel podem ser termicamente tratadas para expandir o volume das microesferas tremendamente. Meio composto de fibra fina e microesfera pode ser produzido de acordo com a presente invenção e, após um tratamento secundário - não limitado ao calor - a estrutura do meio composto pode ser sintonizada de uma forma controlada, por exemplo, no caso do Expancel®, dependendo do nível de calor e temperatura aplicados, pode-se controlar o grau de expansão das microesferas. Por exemplo, expandindo as microesferas, a espessura e elevação da estrutura podem ser aumentadas e, desse modo, as propriedades de filtragem podem ser alteradas de uma forma desejada. Deverá ser compreendido que tais alterações na natureza física da microesfera deverão ser acomodadas pela elasticidade da fibra fina à medida que elas estiram no caso de expansão de microesferas. Dependendo da reversibilidade da alteração nas microesferas, pode-se também criar estruturas elevadas e, então, entrar em colapso/retrair a estrutura para criar estruturas de filtragem densas/compactas.

[0041] A manta pode ser também usada em aplicações de filtragem como um meio de superfície ou meio de profundidade tendo uma manta contínua de fibra fina modificada pela presença de um meio espaçador ou de separação reativa, absorvente ou através de na forma de um particulado que, em combinação com a fibra no meio, proporciona Figura de Mérito, eficiência de filtragem, permeabilidade de filtragem, carregamento em profundidade e vida útil prolongada caracterizado por aumento mínimo na queda de pressão. O meio espaçador ou de separação reativo, absorvente ou adsorvente faz com que a manta de fibra atinja uma estrutura na qual a massa de fibra ou porção de manta tem solidez reduzida, fibras separadas ou porções de manta separadas dentro da estrutura e profundidade aumentada da camada de fibra, sem aumentar a quantidade de polímero ou número de fibras na manta. A porção reativa, adsorvente ou absorvente da manta de fibra pode reagir com espécies químicas reativas dentro de um fluido móvel que passa através da camada de fibra ou tais componentes químicos do fluido móvel podem ser absorvidos ou adsorvidos pela porção absorvente ou adsorvente da camada de fibra. O particulado ativo pode ser usado

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16/49 com um particulado inerte, na medida em que a atividade ou atividades do particulado sejam mantidas. A estrutura resultante obtém propriedades de filtragem aperfeiçoadas em combinação com resistência à queda de pressão aumentada, Figura de Mérito aperfeiçoada, permeabilidade aperfeiçoada, eficiência aperfeiçoada e a capacidade de remover uma carga de particulado não reativo e uma carga de particulado reativo ou gasoso de uma corrente de fluido móvel que passa através da camada de fibra. A fibra fina da invenção pode estar na forma de uma fibra estrutural conforme discutido acima. A fibra fina pode ser fiada a partir de uma fibra reativa. Tais fibras reativas podem ser produzidas de polímeros tendo cadeias laterais reativas, tais como aminas, ácido sulfônico, ácido carboxílico ou outros grupos funcionais de cadeias laterais. Tais cadeias laterais podem ser derivadas do polímero em si. Por exemplo, uma poliamina pode ser formada com uma poliamina altamente funcional que leva a um ácido e amina e uma funcionalidade média sobre as cadeias laterais poliméricas dos substituintes. Similarmente, material de poli-sulfona ou ácido poliacrílico pode ser formado, tendo grupos ácidos reativos ou ativos. Similarmente, materiais de resina de troca de íons tendo, dentro do particulado de resina, grupos funcionais ácidos, fortemente ácidos, básico ou fortemente básicos que podem adicionar propriedades absorventes ou reativos à invenção. Tais materiais podem ser dissolvidos ou suspensos e podem ser fiados com as fibras convencionais da invenção ou podem ser fiados separadamente nas mantas contendo partícula da invenção.

[0042] A manta pode ser fiada de uma forma tal a dispersar o particulado ativo ou meio de separação ativo na fibra. Um particulado ativo ou meio espaçador preferido compreende um particulado reativo, absorvente ou adsorvente. Tal particulado pode ser disperso dentro da solução contendo polímero. O particulado pode ser adicionado à manta durante formação ou pode ser adicionado após formação. Tal manta, quando eletrofiada, é caracterizada por uma massa de nanofibra interconectada ou fibra fina com a separação ativa ou meio espaçador ou particulado disperso dentro da manta de fibra sobre a superfície da manta de fibra. Dentro da manta de fibra, o particulado espaçador cria espaços vazios dentro da estrutura fibrosa interconectada que reduz a solidez e aumenta o fluxo de fluido móvel. A invenção também compreende uma manta formada através de formação de uma massa de fibra fina com a adição simultânea ou uma adição pós-fiação do particulado espaçador à camada de fibra. Em tal modalidade, o particulado é interespaçado por toda a massa de material fibroso. Por fim, a invenção envolve formação de camada fiada em uma manta acabada completa ou espessura e, então, adição do particulado ativo à superfície da manta antes de incorporação da manta em um artigo útil. Subseqüente processamento, incluindo laminação, calandragem, compressão ou outros processos podem incorporar o particulado em e através da manta de fibra. Uma vantagem da adição simultânea do particulado à manPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 24/60

17/49 ta à medida que ela é formada ou à manta após formação é obtida quando o particulado é um particulado solúvel em solvente. Dissolução do particulado solúvel na solução resultará na incorporação do material na fibra sem manter o particulado como uma fase distinta na manta. Adição do particulado à manta após formação preserva o material solúvel em solvente em sua forma em partícula.

[0043] A manta do material pode também ter uma estrutura de gradiente. Na presente divulgação, o termo gradiente indica que alguns componentes (densidade, solidez, tamanho de fibra, etc.) da manta varia de uma superfície da manta para a superfície oposta da manta. O gradiente pode ser caracterizado por uma variação na quantidade de particulado ativo, variando as proporções de particulado ativo e inerte ou outra variação no particulado. O gradiente também pode ser caracterizado em termos de uma variação no peso ou número de fibras. O gradiente é formado através de formação sucessiva de mais ou menos fibras ou mais ou menos particulados dentro da manta à medida que a manta é formada. Ainda, a concentração de meio espaçador ou particulado pode ter um aspecto de gradiente no qual o tamanho, peso ou número de materiais particulados por volume é substancialmente aumentado ou reduzido de uma superfície da manta para a outra. O meio de invenção pode ser usado na forma de uma manta de fibra fina única ou uma série de mantas de fibra fina em uma estrutura de filtro.

[0044] O termo fibra fina indica uma fibra tendo um tamanho ou diâmetro de fibra de 0,001 a menos de 5 mícrons ou cerca de 0,001 a menos de 2 mícrons e, em alguns casos, 0,001 a 0,5 mícrons de diâmetro. Uma variedade de métodos pode ser utilizada para a fabricação da fibra fina. Chung e colaboradores, Patente U.S. No. 6.743.273; Kahlbaugh e colaboradores, Patente U.S. No. 5.423.892; McLead, Patente U.S. No. 3.878.014; Barris, Patente U.S. No. 4.650.506; Prentice, Patente U.S. No. 3.676.242; Lohkamp e colaboradores, Patente U.S. No. 3.841.953; e Butin e colaboradores, Patente U.S. No. 3.849.241; todos os quais são incorporados por referência aqui, divulgam uma variedade de tecnologias de fibra fina. A fibra fina da invenção é, tipicamente, eletrofiada sobre um substrato. O substrato pode ser um material permeável ou impermeável. Em aplicações de filtragem, o meio de filtro não-tecido pode ser usado como um substrato. Em outras aplicações, a fibra pode ser fiada sobre uma camada impermeável e pode ser removida para processamento a jusante. Em tal aplicação, a fibra pode ser fiada sobre um tambor ou folha de metal. O substrato pode compreender uma camada de PTFE expandida ou uma camada de Teflon®. Tais camadas são úteis em uma variedade de aplicações que podem proporcionar filtragem e atividade do particulado ativo.

[0045] Para fins do presente pedido de patente, o termo adsorvente indica uma partícula que é ativa para adsorver e acumular material de uma corrente de fluido sobre a

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18/49 superfície de uma partícula. O termo absorvente indica que a particularmente tem a capacidade de acumular material de uma corrente de fluido no interior ou espaço ou espaços vazios dentro de uma partícula. Quimicamente reativo indica que o particulado tem a capacidade de reagir com e alterar quimicamente ou caráter da partícula e o caráter químico do material na corrente de fluido. Uma corrente de fluido, no presente pedido, indica uma corrente gasosa ou líquida que pode conter um particulado. O particulado pode ser filtrado da corrente de fluido ou o particulado pode ser adsorvido, absorvido ou reagido com o material particulado da invenção. O termo particulado ativo, quando usado na presente divulgação, se refere a um particulado absorvente, adsorvente ou reativo. O termo particulado inerte se refere a um particulado que não tem capacidade absorvente, adsorvente ou reativa substancial. Tais partículas podem ser usadas com um meio de separação ou para ocupar espaço.

[0046] Para fins da presente invenção, o termo meio inclui uma estrutura compreendendo uma manta compreendendo uma massa de fibra fina substancialmente contínua e a separação ou materiais espaçadores da invenção dispersos na fibra. Na presente divulgação, o termo meio indica a manta da invenção compreendendo a fibra fina e particulado disperso em combinação com um substrato de algum tipo ativo ou inerte divulgado aqui. O termo elemento indica a combinação do meio da invenção com outro componente, incluindo componentes de cartucho na forma (por exemplo) de estruturas cilíndricas ou em painel plano. Na presente divulgação, o termo manta inclui uma fase de fibra fina contínua ou substancialmente contínua com uma fase de particulado espaçador. A manta contínua é necessária para impor uma barreira à passagem de um carregamento de contaminante particulado em uma fase móvel. Uma única manta, duas mantas ou múltiplas mantas podem ser combinadas para compor o meio de filtro da invenção.

[0047] Figura de Mérito pode ser entendida como uma proporção benefício/custo, onde a eficiência é o benefício e queda de pressão normalizada (AP) é o custo (AP / velocidade do meio). O custo é normalizado de modo que se pode comparar Figuras de Mérito de testes realizados em diferentes velocidades. Figura de Mérito é simplesmente um índice para comparar meios. Valores maiores de Figura de Mérito são melhores do que pequenos. A fórmula para calcular a Figura de Mérito é:

Figura de Mérito = - Ln(penetração) /(AP /velocidade da face de meio) [0048] Na equação apresentada acima, AP é a queda de pressão através do meio e a unidade usada na equação é cm Hg; a velocidade de face de meio tem a unidade de cm/seg; Ln(penetração) é o logaritmo natural de penetração. E a penetração é definida como:

Penetração = 1-Eficiência

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19/49 [0049] As unidades padrões de medida às quais a Figura de Mérito é reportada são fornecidas abaixo:

1/(cm Hg)/(cm/seg) ou (cm/seg)/cm Hg [0050] Em muitas aplicações, especialmente aquelas envolvendo taxas de fluxo relativamente altas, um tipo alternativo de meio de filtro, algumas vezes referido como meio de profundidade, é usado. Um meio de profundidade típico compreende um entrelaçado relativamente espesso de material fibroso. O meio de profundidade é geralmente definido em termos de sua porosidade, densidade ou teor percentual de sólidos. Por exemplo, um meio com 2-3% de solidez seria um meio de profundidade em esteira de fibras disposto de modo que aproximadamente 2% - 3% do volume global compreenda materiais fibrosos (sólidos), o restante sendo ar ou espaço gasoso.

[0051] As camadas de fibra fina formadas sobre o substrato nos filtros da invenção deverão ser substancialmente uniformes quanto à distribuição de particulado, desempenho de filtragem e distribuição de fibra. Por uniformidade substancial entenda-se que a fibra tem cobertura suficiente do substrato para ter pelo menos alguma eficiência de filtragem mensurável por todo o substrato coberto. O meio da invenção pode ser usado em laminados com múltiplas mantas em uma estrutura de filtro. O meio da invenção inclui pelo menos uma manta de uma estrutura em fibra fina. O substrato sobre o qual a fibra fina e o particulado ativo podem ser formados pode ser um substrato ativo ou inativo. Tais substratos podem ter incorporados, na camada do substrato, materiais ativos na forma de revestimentos, particulados ou fibras que podem adicionar propriedades de absorção/adsorção ou reação à estrutura global. A espessura global da manta de fibra é cerca de 1 a 100 vezes o diâmetro da fibra ou cerca de 1 a 300 mícrons ou cerca de 5 mícrons a 200 mícrons. A manta pode compreender cerca de 5% a 95% em peso de fibra e cerca de 95% a 5% em peso de particulado ativo ou cerca de 30% a 75% em peso de fibra e cerca de 70% a 25% em peso de particulado ativo, ocupando cerca de 0,1% a 50% em volume da camada ou cerca de 1 a 50% em volume ou 2% a 50% em volume da camada. A solidez global (incluindo a contribuição do particulado ativo ou inativo) do meio é cerca de 0,1% a cerca de 50%, de preferência cerca de 1 a cerca de 30%. A solidez da manta sem incluir a contribuição do particulado na estrutura é cerca de 10% a cerca de 80%. O meio de filtro da invenção pode obter uma eficiência de filtragem de cerca de 20% a cerca de 99,9999% quando medido de acordo com a ASTM1215-89, com partículas esféricas de poliestireno monodispersas de 0,78 μ, a 13,21 fpm (4 metros/min), conforme descrito aqui. Quando usado em aplicação do tipo HEPA, o desempenho do filtro é cerca de 99,97% de eficiência a 10,5 fpm e um tamanho de partícula de DOP ou NaCl de 0,3 mícrons. Números de eficiência com relação a esse tipo de testagem de eficiência (DOP de 0,3 mícrons em uma velocidade de teste de 10,5 fpm), proporcionam

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20/49 uma eficiência na faixa de 20% a 99,9999%.

[0052] A Figura de Mérito pode oscilar de 10 a 10⁵. A manta de filtragem da invenção exibe, tipicamente, um teste de permeabilidade de Frazier que exibirá uma permeabilidade de pelo menos cerca de 1 metro-minuto^-1, de preferência cerca de 5 metros-minuto^-1 a cerca de 50 metros-minuto^-1. Quando usado como um particulado inativo ou meio de separação, o particulado que caracteriza a fase de particulado da manta da invenção é um particulado que é inerte à fase móvel e à carga de contaminante encerrada ou tem alguma atividade definida com relação ao fluido móvel ou à carga.

[0053] Os materiais particulados da invenção têm dimensões capazes de melhorar as propriedades de filtragem do meio e o caráter reativo, absorvente ou adsorvente ativo da estrutura da invenção. Os materiais podem ser produzidos de uma variedade de materiais úteis. Os materiais podem ser substancialmente inertes à fase móvel e à carga de particulado encerrada que passa através da manta ou os materiais podem interagir com o fluido ou carregamento de particulado. Em um modo inerte, o particulado espaçador simplesmente altera os parâmetros físicos da camada de fibra e do meio, incluindo uma ou mais camadas de fibra. Quando usando um particulado que interage com o fluido ou o carregamento de particulado, o particulado pode, além de alterar as propriedades físicas do meio ou camadas, reagir com ou absorver ou adsorver uma porção do fluido móvel ou do carregamento de particulado para fins de alteração do material que passa através da manta. O foco primário da tecnologia divulgada aqui é melhorar a estrutura física e caráter absorvente, reativo ou adsorvente do meio ou camadas e melhorar o desempenho do filtro. Para essa finalidade, uma partícula ativa ou inerte pode ser usada. Em determinadas aplicações, uma partícula substancialmente inerte pode ser usada em combinação com um particulado que interage com a fase móvel ou carregamento de particulado. Em tais aplicações, uma combinação de uma partícula inerte e uma partícula interativa será usada. Tal combinação de particulado ativo e particulado inerte pode proporcionar propriedade de filtro e propriedades de absorção ou adsorção aperfeiçoadas.

[0054] O meio de separação de fibra ativo, absorvente ou adsorvente preferido compreende um particulado. Tal particulado, usado nas estruturas de filtro únicas da invenção, ocupa espaço dentro da camada ou esteira de filtro, reduz a densidade efetiva da fibra, aumenta os trajetos tortuosos do fluido através do filtro e absorve, adsorve ou reage com o fluido ou materiais dissolvidos ou dispersos no fluido. Alternativamente, o particulado pode proporcionar o efeito de contenção de espaço mecânico, ao mesmo tempo em que, adicionalmente, reage quimicamente com o fluido móvel ou absorve ou adsorve componentes gasosos, líquidos ou sólido no fluido móvel. A camada ativa da invenção pode compreender uma camada de nanofibra e estar dispersa dentro da camada de nanofibra, do particulado

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21/49 reativo, absorvente ou adsorvente da invenção. As camadas de nanofibra da invenção oscilam, tipicamente, de cerca de 0,5 a cerca de 300 mícrons, 1 a cerca de 250 mícrons ou 2 a cerca de 200 mícrons de espessura e contêm, dentro da camada, cerca de 0,1 a cerca de 50 ou 10 a cerca de 50% em volume da camada na forma do particulado inerte (se houver) e ativo da invenção. Nesse caso, o particulado ativo da invenção pode ser combinado com o particulado espaçador inerte em alguma quantidade. O particulado ativo da invenção atua para absorver, adsorver ou reagir com contaminantes dentro do fluxo de fluido, ao mesmo tempo em que o particulado ativo simplesmente proporciona um volume excluído dentro da camada para reduzir a solidez, melhorar a eficiência ou outras propriedades de filtragem.

[0055] A criação de particulado ativo com baixa queda de pressão, substratos quimicamente reativos, absorventes ou adsorventes para a remoção de contaminantes de fase gasosa de correntes de ar é a partir de rolos de folha plana de meio absorvente/adsorvente/reativo que estão em camadas ou laminadas junto com um meio espaçador para formar um substrato adsorvente/reativo com canais abertos e paredes absorventes/adsorventes/reativas. Adicionalmente, o meio espaçador pode ser produzido para ser absorvente/através de/reativo de modo a contribuir para a vida/desempenho global da unidade química final. O meio espaçador que cria os canais abertos pode ser criado a partir de uma malha, linhas únicas de um glóbulo polímeros, pontos de cola, tiras de metal, malha de fio/polímero/papel corrugado, folhas de metal/polímero/papel corrugado ou mesmo de ondulações colocadas na superfície do meio. Esse meio espaçador pode ser produzido absorvente/adsorvente/reativo através de revestimento do mesmo ou extrusão/formação do mesmo com/a partir de materiais absorventes/adsorventes/reativos. O fluxo de ar contaminado é primariamente dirigido ao longo do canal criado pelo meio espaçador. Esse ar entra em contato com as paredes de meio absorvente/reativo e/ou meio espaçador e, subseqüentemente, se torna adsorvido ou reagido. O tamanho e formato do canal são controlados pelo tamanho e formato do meio espaçador. Exemplos incluem os formatos de quadrado, retângulos, triângulo e obscuros que podem ser criados por um padrão pontilhado de polímero/adesivo. A química das paredes e meio espaçador pode ser produzida especificamente para adsorver vapores ácidos, básicos e orgânicos e água, bem como várias classes específicas de compostos, incluindo compostos reativos de carbonila, incluindo formaldeído, acetaldeído e acetona.

[0056] O material reativo pode começar em muitas formas ou funções. Essas formas incluem camadas de partículas reativas presas a um substrato. Os materiais reativos podem ser mantidos juntos com adesivos ou fibras para encapsular ou simplesmente conter as partículas e/ou materiais de algodão adicionais são presos para conter o material reativo no lugar e minimizar sangria de partículas. O material reativo também pode estar em sanduPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 29/60

22/49 íche entre camadas de algodão. O algodão poderia ajudar a produzir os canais ou espaços entre as camadas. Isso poderia ser realizado com um material de algodão altamente macio que proporcionaria o espaçamento adequado, bem como a capacidade de conter todas as partículas reativas no meio. As partículas reativas ou adsorventes podem ser mantidas juntas ou interespaçadas com fibras. A combinação de partículas e fibras (também nanofibras) resulta em um material que oferece várias vantagens: difusão aumentada; permite o uso de partículas menores, desse modo, aumentando a área de superfície externa e, conseqüentemente, a taxa de reação; permeação aumentada na camada reativa; a combinação de filtragem química e de partícula em uma única camada; e a aplicação direta de reagentes para uma aplicação de filtragem sem a necessidade de um substrato ou veículo (isto é, adsorvente impregnado).

[0057] Além do uso de partículas que tenham sido impregnadas ou revestidas com espécies reativas, é óbvio para aqueles habilitados na técnica que essas modificações podem ser realizadas após formação da manta e estruturas fibrosas. Conferir atividade reativa às partículas e à manta após formação da manta e estrutura fibrosa pode ser realizado usando muitos processos de revestimento diferentes. Por exemplo, revestimento por pulverização, revestimento por imersão, depósito por aerossol, depósito de vapor químico, revestimento de Kiss e revestimento a vácuo. Uma etapa final pode envolver um processo de secagem que pode ou não incluir tratamentos térmicos, purgação de gás ou métodos a vácuo.

Aspectos Específicos:

[0058] Um primeiro aspecto da invenção envolve o uso de um substrato laminado de um particulado ativo, tal como um carvão ativado da KX Industries (marca comercial PLEXX) laminado com uma malha de náilon para criar um filtro químico orgânico volátil com baixa queda de pressão. Substratos de carvão ativado similares em folhas planas ou formas de artigos laminados estão disponíveis de outros fornecedores e podem ser aplicados de uma maneira similar. O material precisa ser capaz de manter o formato e flexibilidade para ser capaz de formar os vários elementos de filtro e minimizar sangria de partículas. Outro aspecto da invenção envolve o uso de nanofibras e um particulado ativo, tal como pó de carvão ativado, co-disperso em uma corrente de ar, ou câmara, e depositado sobre um substrato que pode ser qualquer substrato fino, flexível, poroso (por exemplo, um algodão, papel, malha, etc.). As nanofibras encerram, ou contêm, as partículas adsorventes em uma camada fina e, como tal, minimizam a sangria de partículas. Essa combinação toda de camada de substrato e camada de nanofibra/adsorvente é, então, laminadas com uma camada espaçadora que proporciona canais não restritivos para o fluxo ou transporte de ar. A camada pode compreender uma mistura de particulados que reagem, cada um, com uma espécie química diferente. Por exemplo, carvão ativado pode também conter um impregnanPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 30/60

23/49 te que é específico para contaminantes orgânicos ácidos, básicos ou reativos. Exemplos incluem ácido cítrico para a remoção de aminas e amônia, hidróxido de potássio para a remoção de dióxido de enxofre e outros gases ácidos e 2,4-dinitrofenil hidrazina para a remoção de compostos contendo carbonila. Um terceiro aspecto da invenção é o uso de nanofibras e pó de ácido cítrico, ou grânulos, co-dispersos em uma corrente de ar, ou câmara, e depositadas sobre um substrato que pode ser qualquer substrato fino, flexível, poroso (por exemplo, um algodão, papel, malha, etc.).

[0059] Ainda outro aspecto da invenção envolve o uso de partículas, fibras ou camadas de TiO2 catalítico no elemento da invenção. Tais camadas catalíticas, quando irradiadas com luz UV, podem causar uma reação química entre o catalisador e materiais encerrados na fase móvel e podem remover os materiais ou alterar os mesmos de um material nocivo ou prejudicial em um material benigno. Luz ambiente com alguma proporção de UV (menos de 350 nm) e radiação visível (cerca de 350 a 700 nm) pode, freqüentemente, ser a fonte de energia de radiação suficiente para obter o efeito catalítico para o TiO2 no elemento. Se condições ambientes são insuficientes para a atividade, o elemento pode ser usado com uma fonte de UV distinta. Fontes de UV fluorescente são conhecidas e podem ser usadas como uma fonte de irradiação distinta ou podem ser incorporadas no elemento para proporcionar uma quantidade substancial de radiação UV sobre o TiO2.

[0060] As nanofibras encerram ou contêm as partículas reativas em uma camada fina e, como tal, minimizam a sangria de partículas. A combinação toda de camada de substrato e camada de nanofibra/adsorvente é, então, laminada com uma camada espaçadora que proporciona canais não restritivos para fluxo ou transporte de ar. A camada de fibra fina que contém o particulado ativo disperso dentro da camada pode ser produzida de uma variedade de espécies poliméricas. Uma vez que espécies poliméricas incluem um vasto conjunto de materiais poliméricos, o polímero pode ser uma única espécie polimérica ou mistura de espécies poliméricas ou uma liga polimérica de duas ou mais espécies poliméricas. As fibras podem ser produzidas usando qualquer técnica de fabricação de fibra fina que envolve combinação de polímeros, se necessário com outros polímeros ou aditivos e, então, usando uma técnica de formação para formatar o polímero no polímero de fibra fina desejado. Uma proporção de mistura de 48%-52% em peso entre o polímero no exemplo 1 e o polímero no exemplo 2, respectivamente, foi usada.

[0061] Um outro aspecto da invenção é o uso de nanofibras e resinas de troca de íons ou grânulos co-dispersos em uma corrente de ar, ou câmara, e depositadas sobre um substrato que pode ser qualquer substrato fino, flexível, poroso (por exemplo, um algodão, papel, malha, etc.). As nanofibras encerram, ou contêm, as partículas reativas em uma camada fina e, como tal, minimizam a sangria de partículas. Essa combinação toda de camada

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24/49 de substrato e camada de nanofibra/adsorvente é, então, laminada com uma camada espaçadora que proporciona canais não restritivos para fluxo ou transporte de ar.

[0062] Materiais poliméricos que podem ser usados como as composições poliméricas de fibra da invenção incluem materiais de polímero de adição e polímero de condensação, tais como poliolefina, poliacetal, poliamida, poliéster, éter e éster de celulose, sulfeto de polialquileno, óxido de poliarileno, poli-sulfona, polímeros de poli-sulfona modificada e misturas dos mesmos. Materiais preferidos que caem dentro dessas classes genéricas incluem polietileno, polipropileno, cloreto de (poli)vinila, polimetil metacrilato (e outras resinas acrílicas), poliestireno e copolímeros dos mesmos (incluindo copolímeros em bloco do tipo ABA), fluoreto de (poli)vinilideno, cloreto de (poli)vinilideno, álcool polivinílico em vários graus de hidrólise (80% a 99,5%) nas formas reticulada e não reticulada. Polímeros de adição preferidos tendem a ser vítreos (uma Tg maior do que a temperatura ambiente). Esse é o caso para cloreto de polivinila e polimetil metacrilato, composições de polímero ou ligas de poliestireno ou reduzem a cristalinidade para fluoreto de polivinilideno e materiais de álcool polivinílico. Uma classe de polímeros de condensação de poliamida é material de náilon. O termo náilon é um nome genérico para todas as poliamidas sintéticas de cadeia longa. Tipicamente, a nomenclatura do náilon inclui uma série de números, tal como em náilon-6,6, o qual indica que os materiais de iniciação são uma Ce diamina e um Ce diácido (o primeiro dígito indicando uma C6 diamina e o segundo dígito indicando um composto de C6 ácido dicarboxílico). Náilon pode ser produzido através da policondensação de ε-caprolactame na presença de uma pequena quantidade de água. Essa reação forma um náilon-e (produzido de um lactame cíclico - também conhecido como ácido ε-aminocapróico) que é uma poliamida linear. Ainda, copolímeros de náilon são também considerados. Copolímeros podem ser produzidos através de combinação de vários compostos de diamina, vários compostos de diácido e várias estruturas de lactame cíclico em uma mistura de reação e, então, formação do náilon com materiais monoméricos aleatoriamente depositados em uma estrutura de poliamida. Por exemplo, um material de náilon-6,6-6,10 é um náilon fabricado de hexametileno diamina e uma mistura de Ce a C10 diácidos. Um náilon 6,6-6,6,10 é um náilon fabricado através da copolimerização de ácido ε-aminocapróico, hexametileno diamina e uma mistura de um material de C6 e C10 diacido.

[0063] Copolímeros em bloco são também úteis no processo da presente invenção. Com tais copolímeros, a escolha do agente de intumescimento em solvente é importante. O solvente selecionado é tal que ambos os blocos sejam solúveis no solvente. Um exemplo é um polímero de ABA (estireno-EP-estireno) ou AB (estireno-EP) em solvente cloreto de metileno. Se um componente não é solúvel no solvente, ele formará um gel. Exemplos de tais copolímeros em bloco são o tipo Kraton® de estireno-b-butadieno e estireno-b-butadieno

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25/49 (etileno/propileno) hidrogenado, o tipo Pebax® de ε-caprolactame-b-óxido de etileno, poliéster-b-óxido de etileno Sympatex® e poliuretanos de óxido de etileno e isocianatos.

[0064] Polímeros de adição, tais como fluoreto de polivinilideno, poliestireno sindiotático, copolímero de fluoreto de vinilideno e hexafluorpropileno, álcool polivinílico, acetato de polivinila, polímeros de adição amorfos, tal como (poli)acrilonitrila e seus copolímeros com ácido acrílico e metacrilatos, poliestireno, cloreto de polivinila e seus vários copolímeros, (poli)metil metacrilato e seus vários copolímeros, podem ser fiados em solução com relativa facilidade em virtude do fato de que eles são solúveis em baixas pressões e temperaturas. Contudo, um polímero altamente cristalino, tal como polietileno e polipropileno, requer solvente em alta temperatura, alta pressão se eles têm de ser fiados em solução. Portanto, fiação em solução do polietileno e polipropileno é muito difícil. Fiação em solução eletrostática é um método de fabricação de nanofibras e microfibras.

[0065] O poliéter poliuretano (PU) usado nessa camada da invenção pode ser um poliuretano alifático ou aromático, dependendo do isocianato usado e pode ser um poliéter poliuretano ou um poliéster poliuretano. Um poliéter uretano tendo boas propriedades físicas pode ser preparado através de polimerização por fusão de um intermediário de poliéster ou poliéter hidroxila-terminado e um extensor de cadeia com um diisocianato alifático ou aromático (MDI). O poliéter hidroxila-terminado tem unidades de repetição de óxido de alquileno contendo de 2 a 10 átomos de carbono e tem um peso molecular gravimétrico médio de pelo menos 1000. O extensor de cadeia é um glicol substancialmente não ramificado tendo 2 a 20 átomos de carbono. A quantidade de extensor de cadeia é de 0,5 a menos de 2 moles por mol de poliéter hidroxila-terminado. É preferido que o poliéter poliuretano seja termoplástico e tenha um ponto de fusão de cerca de 140 °C a 250 °C ou maior (por exemplo, 150 °C a 250 °C), com 180 °C ou maior sendo preferido.

[0066] Em um primeiro modo, o polímero de poliuretano da invenção pode ser produzido simplesmente através de combinação de um composto de isocianato aromático ou alifático di-, tri- ou com funcionalidade superior com um composto de poliol que pode compreender um poliéster poliol ou um poliéter poliol. A reação entre os átomos de hidrogênio ativos no poliol com os grupos isocianato forma o material de polímero de adição de poliuretano de um modo direto. A proporção de OH:NCO é, tipicamente, cerca de 1:1, deixando pouco ou nenhum isocianato não reagido no polímero acabado. Em qualquer composto de isocianato não reagido, a reatividade pode ser removida usando compostos isocianatoreativos. Em um segundo modo, o polímero de poliuretano pode ser sintetizado de um modo gradual a partir de materiais pré-poliméricos isocianato-terminados. O poliuretano pode ser produzido a partir de um poliéter ou poliéster isocianato-terminado. Um pré-polímero de poliol isocianato-revestido pode ter a cadeia estendida com um composto de diidróxi aromático

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26/49 ou alifático. O termo poliéter ou poliuretano isocianato-terminado se refere, de modo geral, a um pré-polímero o qual compreende um poliol que tenha sido reagido com um composto de diisocianato (isto é, um composto contendo pelo menos dois grupos isocianato (-NCO)). Em uma forma preferida, o pré-polímero tem uma funcionalidade de 2,0 ou maior, um peso molecular médio de cerca de 250 a 10.000 ou 600-5000 e é preparado de modo a conter substancialmente nenhum composto de isocianato monomérico não reagido. O termo composto de isocianato não reagido se refere a um composto contendo isocianato alifático ou aromático monomérico, isto é, composto de diisocianato, o qual é empregado como um material de iniciação com relação ao preparo do pré-polímero e o qual permanece não reagido na composição de pré-polímero.

[0067] O termo poliol, conforme usado aqui, se refere geralmente a um composto polimérico tendo mais de um grupo hidróxi (-OH), de preferência um composto polimérico alifático (poliéter ou poliéster) o qual é terminado, em cada extremidade, com um grupo hidróxi. Os agentes de extensão de cadeia são compostos difuncionais e/ou trifuncionais tendo pesos moleculares de 62 a 500, de preferência dióis alifáticos tendo de 2 a 14 átomos de carbono tais como, por exemplo, etanodiol, 1,6-hexanodiol, dietileno glicol, dipropileno glicol e, especialmente, 1,4-butanodiol. Também adequados, contudo, são diésteres de ácido tereftálico com glicóis tendo de 2 a 4 átomos de carbono tais como, por exemplo, bis-etileno glicol de ácido tereftálico ou 1,4-butanodiol, hidróxi alquileno éteres de hidroquinona tais como, por exemplo, isoforona-diamina, etilenodiamina, 1,2-, 1,3-propileno-diamina, N-metil1,3-propileno-diamina, N,N'-dimetil-etileno-diamina e diaminas aromáticas tais como, por exemplo, 2,4- e 2,6-toluileno-diamina, 3,5-dietil-2,4- e/ou -2,6-toluileno-diamina e 4,4'diaminodifenil-metanos primários orto-, di-, tri- e/ou tetra-alquil-substituídos. Também é possível usar misturas dos agentes de extensão de cadeia acima mencionados. Polióis preferidos são poliésteres, poliéteres, policarbonatos ou uma mistura dos mesmos. Uma ampla variedade de compostos de poliol está disponível para uso no preparo do pré-polímero. Em modalidades preferidas, o poliol pode compreender um diol polimérico incluindo, por exemplo, poliéter dióis e poliéster dióis e misturas ou copolímeros dos mesmos. Dióis poliméricos preferidos são poliéter dióis, com polialquileno éter dióis sendo mais preferidos. Polialquileno poliéter dióis exemplificativos incluem, por exemplo, polietileno éter glicol, polipropileno éter glicol, politetrametileno éter glicol (PTMEG) e poliexametileno éter glicol e misturas ou copolímeros dos mesmos. Preferido dentre esses polialquileno éter dióis é PTMEG. Preferidos dentre os poliésteres dióis são, por exemplo, polibutileno adipato glicol e polietileno adipato glicol e misturas ou copolímeros dos mesmos. Outros poliéter polióis podem ser preparados através de reação de um ou mais óxidos de alquileno tendo de 2 a 4 átomos de carbono no radical alquileno com uma molécula iniciadora contendo dois átomos de hidrogênio ativos

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27/49 ligados na mesma. Os seguintes podem ser mencionados como exemplos de óxidos de alquileno: óxido de etileno, óxido de 1,2-propileno, epicloroidrina e óxido de 1,2- e 2,3butileno. Preferência é dada ao uso de óxido de etileno, óxido de propileno e misturas de óxido de 1,2-propileno e óxido de etileno. Os óxidos de alquileno podem ser usados individualmente, alternadamente em sucessão ou na forma de misturas. Moléculas iniciadoras incluem, por exemplo: água, amino álcoois, tais como N-alquildietanolaminas, por exemplo, N-metil-dietanolamina e dióis, tais como etileno glicol, 1,3-propileno glicol, 1,4-butanodiol e 1,6-hexanodiol. Também é possível usar misturas de moléculas iniciadoras. Poliéter polióis adequados são também os produtos da polimerização contendo grupo hidroxila de tetrahidrofurano. Poliéster polióis adequados podem ser preparados, por exemplo, a partir de ácidos dicarboxílicos tendo de 2 a 12 átomos de carbono, de preferência de 4 a 6 átomos de carbono e álcoois poliídricos. Ácidos dicarboxílicos adequados incluem, por exemplo: ácidos dicarboxílicos alifáticos, tais como ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido subérico, ácido azeláico e ácido sebácico e ácidos dicarboxílicos aromáticos, tais como ácido ftálico, ácido isoftálico e ácido tereftálico. Os ácidos dicarboxílicos podem ser usados individualmente ou na forma de misturas, por exemplo, na forma de uma mistura de ácido succínico, glutárico e adípico. Pode ser vantajoso, para o preparo dos poliésteres polióis usar, ao invés de ácidos dicarboxílicos, os derivados de ácido dicarboxílico correspondentes, tais como diésteres de ácido carboxílico tendo de 1 a 4 átomos de carbono no radical álcool, anidridos de ácido carboxílico ou cloretos de ácido carboxílico. Exemplos de álcoois poliídricos são glicóis tendo de 2 a 10, de preferência de 2 a 6 átomos de carbono, tais como etileno glicol, dietileno glicol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,10decanodiol, 2,2-dimetil-1,3-propanodiol, 1,4-propanodiol e dipropileno glicol. De acordo com as propriedades desejadas, os álcoois poliídricos podem ser usados sozinhos ou, opcionalmente, em mistura uns com os outros. Também adequados são ésteres de ácido carbônico com os dióis mencionados, especialmente aqueles tendo de 4 a 6 átomos de carbono, tais como 1,4-butanodiol e/ou 1,6-hexanodiol, os produtos da condensação de ácidos (ômega)hidróxicarboxílicos, por exemplo, ácido (ômega)hidróxicapróico e, de preferência, os produtos da polimerização de lactonas, por exemplo, ε-caprolactonas opcionalmente substituídas. Esses são, de preferência, usados como poliéster polióis poliadipato de etanodiol, poliadipato de 1,4-butanodiol, poliadipato de etanodiol-1,4-butanodiol, poliadipato de 1,6hexanodiol neopentil glicol, poliadipato de 1,6-hexanodiol-1,4-butanodiol e policaprolactonas. Os poliésteres polióis têm pesos moleculares de 600 a 5000.

[0068] O número de peso molecular médio dos polióis a partir dos quais o polímero ou pré-polímeros podem ser derivados pode oscilar de cerca de 800 a cerca de 3500 e todas as combinações e sub-combinações de faixas na mesma. Mais preferivelmente, o núPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 35/60

28/49 mero de pesos moleculares médios do poliol pode oscilar de cerca de 1500 a cerca de 2500, com pesos moleculares numéricos médios de cerca de 2000 sendo ainda mais preferidos.

[0069] O poliol nos pré-polímeros pode ser revestido com um composto de isocianato ou pode ser totalmente reagido com o poliuretano termoplástico (TPU). Uma ampla variedade de compostos de diisocianato está disponível para uso no preparo dos prépolímeros da presente invenção. De modo geral, o composto de diisocianato pode ser aromático ou alifático, com compostos de diisocianato aromático sendo preferidos. Incluídos dentre os diisocianatos orgânicos adequados estão, por exemplo, diisocianatos alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos, heterocíclicos e aromáticos, conforme é descrito, por exemplo, em Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, páginas 75 a 136. Exemplos de compostos de diisocianato aromático adequados incluem diisocianato de difenilmetano, diisocianato de xileno, diisocianato de tolueno, diisocianato de fenileno e diisocianato de naftaleno e misturas dos mesmos. Exemplos de compostos de diisocianato alifático adequados incluem diisocianato de dicicloexilmetano e diisocianato de hexametileno e misturas dos mesmos. Preferidos dentre os compostos de diisocianato é MDI em virtude, pelo menos em parte, de sua disponibilidade comercial e alto grau de segurança, bem como sua reatividade geralmente desejável com extensores de cadeia (discutidos mais completamente aqui depois). Outros compostos de diisocianato, além daqueles exemplificados acima, serão prontamente evidentes para aqueles habilitados na técnica, uma vez armados com a presente divulgação. Os seguintes podem ser mencionados como exemplos específicos: diisocianatos alifáticos, tal como diisocianato de hexametileno, diisocianatos cicloalifáticos, tais como diisocianato de isoforona, diisocianato de 1,4-cicloexano, diisocianato de 1-metil-2,4- e -2,6-cicloexano e as misturas isoméricas correspondentes, diisocianato de 4,4'-, 2,4'- e 2,2'-dicicloexilmetano e as misturas isoméricas correspondentes e, de preferência, diisocianatos aromáticos, tal como diisocianato de 2,4-toluileno, misturas de diisocianato de 2,4- e 2,6-toluileno, diisocianato de 4,4'-, 2,4'- e 2,2'-difenilmetano, misturas de diisocianato de 2,4'- e 4,4'-difenilmetano, diisocianatos de 4,4'- e/ou 2,4'-difenilmetano líquido uretano-modificados, diisocianato de 4,4'-difeniletano e diisocianato de 1,2- e 1,5-naftileno. Preferência é dada ao uso de diisocianato de 1,6-hexametileno, diisocianato de isoforona, diisocianato de dicicloexilmetano, diisocianato de difenilmetano, misturas isoméricas tendo um teor de diisocianato de 4,4'difenilmetano de mais de 96% em peso e, especialmente, diisocianato de 4,4'-difenilmetano e diisocianato de 1,5-naftileno.

[0070] Para o preparo de TPUs, os componentes de extensão de cadeia são reagidos, opcionalmente na presença de catalisadores, substâncias auxiliares e/ou aditivos, em quantidades tais que a proporção de equivalência de grupos NCO para a soma de todos os grupos NCO-reativos, especialmente dos grupos OH dos dióis/trióis e polióis de baixo peso

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29/49 molecular, é de 0,9:1,0 a 1,2:1,0, de preferência de 0,95:1,0 a 1,10:1,0. Catalisadores adequados os quais, em particular, aceleram a reação entre os grupos NCO dos diisocianatos e os grupos hidroxila dos componentes de diol, são as aminas terciárias convencionais conhecidas na técnica anterior tais como, por exemplo, trietilamina, dimetilcicloexilamina, Nmetilmorfolina, N,N'-dimetil-piperazina, 2-(dimetilaminoetóxi)-etanol, diazabiciclo-(2,2,2)octano e semelhantes, bem como, especialmente, compostos organometálicos, tais como ésteres de ácido titânico, compostos de ferro, compostos de estanho, por exemplo, diacetato de estanho, dilaurato de estanho ou os sais de dialquil estanho de ácidos carboxílicos alifáticos, tais como diacetato de dibutilestanho, dilaurato de dibutilestanho ou semelhante. Os catalisadores são, usualmente, usados em quantidades de 0,0005 a 0,1 parte por 100 partes de composto de poliidróxi. Além de catalisadores, substâncias auxiliares e/ou aditivos também podem ser incorporados nos componentes de extensão de cadeia. Exemplos os quais podem ser mencionados são lubrificantes, agentes anti-bloqueio, inibidores, estabilizantes contra hidrólise, luz, calor e descoloração, agentes à prova de chama, colorantes, pigmentos, enchedores inorgânicos e/ou orgânicos e agentes de reforço. Agentes de reforço são, especialmente, agentes de reforço fibrosos tais como, por exemplo, fibras inorgânicas, as quais são preparadas de acordo com a técnica anterior e também podem ser proporcionadas com um agente de colagem.

[0071] Outros componentes adicionais que podem ser incorporados no PU são termoplásticos, por exemplo, policarbonatos e terpolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno, especialmente ABS. Outros elastômeros tais como, por exemplo, borracha, polímeros de etileno-acetato de vinila, copolímeros de estireno-butadieno e outros PUs podem, da mesma forma, ser usados. Também adequados para incorporação são plastificantes comercialmente disponíveis tais como, por exemplo, fosfatos, ftalatos, adipatos, sebacatos. Os PUs de acordo com a invenção são produzidos continuamente. O processo de banda conhecido ou o processo com extrusora pode ser usado. Os componentes podem ser medidos simultaneamente, isto é, de uma vez ou em sucessão, isto é, através de um processo de prépolímero. Nesse caso, o pré-polímero pode ser preparado em um aparelho de pré-polímero distinto disposto a montante. O processo com extrusora é, de preferência, usado, opcionalmente em conjunto com um reator de pré-polímero.

[0072] Fibra pode ser produzida por métodos convencionais e podem ser produzidas por fiação por fusão de poliuretano PU ou uma poliéter uretano misturado e o aditivo. A fiação por fusão é um processo bem conhecido no qual um polímero é fundido por extrusão, passado através de um bocal de fiação em ar, solidificado por resfriamento, e coletado por enrolamento das fibras em um dispositivo de coleta. Tipicamente, as fibras são fiadas por fusão em uma temperatura de polímero de cerca de 150°C a cerca de 300°C.

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30/49 [0073] Os materiais poliméricos têm sido fabricados em tecidos não tecidos e tecidos, fibras e microfibras. O material polimérico proporciona as propriedades físicas necessárias para a estabilidade do produto. Os referidos materiais não devem mudar significativamente em dimensão, sofrer redução de peso molecular, se tornar menos flexível ou sujeito a ruptura por tensão, ou deteriorar fisicamente na presença da luz do sol, umidade, altas temperaturas ou outros efeitos ambientais negativos. A presente invenção se refere a um material polimérico aprimorado que pode manter as propriedades físicas em face de radiação eletromagnética incidente tal como luz ambiental, calor, umidade e outros desafios físicos.

[0074] Foi também observada uma vantagem substancial de formação de composições poliméricas compreendendo dois ou mais materiais poliméricos em uma mistura de polímero, formato de liga, ou em uma estrutura quimicamente ligada e reticulada. Acreditase que as composições poliméricas aprimoram as propriedades físicas ao mudar os atributos poliméricos tais como aprimorar a flexibilidade da cadeia polimérica ou mobilidade de cadeia, aumentar o peso molecular geral e proporcionar reforço através da formação de redes de materiais poliméricos.

[0075] Em uma modalidade do presente conceito, dois materiais poliméricos relacionados ou não podem ser misturados para propriedades benéficas. Por exemplo, um cloreto de polivinil de alto peso molecular pode ser misturado com um cloreto de polivinil de baixo peso molecular. De modo similar, um material de náilon de alto peso molecular pode ser misturado a um material de náilon de baixo peso molecular. Ademais, espécies diferentes de um gênero polimérico geral podem ser misturadas. Por exemplo, um material de estireno com alto peso molecular pode ser misturado com um poliestireno de alto impacto e baixo peso molecular. Um material de náilon 6 pode ser misturado com copolímero de náilon tal como um copolímero de náilon-6,6-6,6,10. Ademais, álcool polivinílico dotado de um baixo grau de hidrólise tal como um álcool polivinílico 80% - 87% hidrolisado pode ser misturado com um álcool polivinílico completamente ou super hidrolisado dotado de um grau de hidrólise entre 98% e 99,9% ou superior. Todos os referidos materiais na mistura podem ser reticulados usando mecanismos de reticulação apropriados. Náilons podem ser reticulados usando agentes de reticulação que sejam reativos com o átomo de nitrogênio na ligação amida. Os materiais de álcool polivinílico podem ser reticulados usando materiais reativos de hidroxila tais como monoaldeídos, tais como formaldeído, uréias, resina de melaminaformaldeído e seus análogos, ácidos bóricos e outros compostos inorgânicos, dialdeídos, diácidos, uretanos, epóxis e outros agentes de reticulação conhecidos. A tecnologia de reticulação é um fenômeno bem conhecido e entendido no qual um reagente de reticulação reage e forma ligações covalentes entre cadeias de polímero para substancialmente aprimorar o peso molecular, a resistência química, a resistência geral a degradação mecânica.

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31/49 [0076] Foi observado que os materiais aditivos podem aprimorar de modo significativo as propriedades dos materiais poliméricos na forma de uma fibra fina. A resistência aos efeitos de calor, umidade, impacto, tensão mecânica e outros efeitos ambientais negativos podem ser substancialmente aprimorados pela presença de materiais aditivos. Foi observado que enquanto se processa materiais de microfibra da presente invenção, os materiais aditivos podem aprimorar a característica oleofóbica, a característica hidrófoba, e pode parecer ajudar no aprimoramento da estabilidade química dos materiais. Acredita-se que as fibras finas da presente invenção na forma de uma microfibra sejam aprimoradas pela presença dos referidos aditivos oleofóbicos ou hidrófobos na medida em que os referidos formam uma camada de revestimento protetor, superfície ablativa, ou penetram na superfície a alguma profundidade de modo a aprimorar a natureza do material polimérico. Acredita-se ainda que as características importantes dos referidos materiais sejam a presença de um grupo fortemente hidrófobo que pode preferivelmente ainda apresentar características oleofóbicas. Os grupos fortemente hidrófobos incluem os grupos de fluorcarbono, tensoativos de hidrocarboneto hidrófobo ou blocos de composições oligoméricas substancialmente de hidrocarboneto. Os referidos materiais são fabricados nas composições que apresentam uma porção de uma molécula que tende a ser compatível com o material polimérico proporcionando tipicamente uma ligação ou associação física com o polímero enquanto o grupo fortemente hidrófobo ou oleofóbico, em resultado da associação do aditivo com o polímero, forma uma camada de superfície protetora que reside na superfície ou se torna ligado com ou misturado com as camadas de superfície do polímero. Para uma fibra de 0,2 mícron com um nível de 10% de aditivo, a espessura da superfície é calculada estar em torno de 50 À, se o aditivo tiver migrado em direção à superfície. Acredita-se que a migração ocorra em virtude da incompatibilidade da natureza dos grupos oleofóbicos ou hidrófobos no material de volume. Uma espessura de 50 À parece ser uma espessura razoável para o revestimento protetor. Para uma fibra de diâmetro de 0,05 mícron de diâmetro, 50 À corresponde a 20% da massa. Para uma fibra de 2 mícrons de espessura, 50 À corresponde a 2% da massa. Preferivelmente, os materiais aditivos são usados em uma quantidade de cerca de 2% a cerca de 25% em peso. Os materiais aditivos oligoméricos são usados em uma quantidade de cerca de 2% a cerca de 25% em peso. Os aditivos oligoméricos que podem ser usados em combinação com os materiais poliméricos da presente invenção incluem os oligômeros dotados de um peso molecular de cerca de 500 a cerca de 5000, preferivelmente de cerca de 500 a cerca de 3000 incluindo os flúor-químico, tensoativos não iônicos e as resinas ou oligômeros de baixo peso molecular. Exemplos de materiais aditivos fenólicos úteis incluem Enzo-BPA, Enzo-BPA/fenol, Enzo-TBP, Enzo-COP e outros fenólicos relacionados foram obtidos a partir da Enzymol International Inc., Columbus, Ohio.

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32/49 [0077] Uma variedade extremamente grande de meios de filtro existe para diferentes aplicações. As nanofibras e microfibras duráveis descritas na presente invenção podem ser adicionadas a qualquer meio. As fibras descritas na presente invenção podem ainda ser usadas para substituir os componentes de fibra dos referidos meios existentes proporcionando a vantagem significante do desempenho aprimorado (queda de eficiência aprimorada e/ou pressão reduzida) em virtude de seu pequeno diâmetro, e ainda exibir maior durabilidade.

[0078] As nanofibras e microfibras de polímero são conhecidas; entretanto, o uso das mesmas foi bastante limitado em virtude de sua fragilidade à tensões mecânicas, e de sua susceptibilidade a degradação química em virtude de sua proporção de área de superfície para volume bastante grande. As fibras descritas na presente invenção vão de encontro às referidas limitações e serão, portanto, utilizáveis em uma grande variedade de aplicações de filtragem, têxtil, membrana, e outras aplicações diversas.

[0079] Uma construção de meio de acordo com a presente invenção inclui uma primeira camada de meio fibroso bruto permeável ou substrato dotado de uma primeira superfície. Uma primeira camada de meio de fibra fina é fixada à primeira superfície da primeira camada de meio fibroso bruto permeável. Preferivelmente, a primeira camada de material fibroso bruto permeável compreende fibras dotadas de um diâmetro médio de pelo menos 10 mícrons, tipicamente e preferivelmente cerca de 12 (ou 14) a 30 mícrons. Ainda preferivelmente, a primeira camada de material fibroso bruto permeável compreende um meio dotado de uma base ponderal de não mais que 200 gramas/metro², preferivelmente cerca de 0.50 g/m² a 150 g/m², e ainda mais preferivelmente pelo menos 8 g/m². Preferivelmente, a primeira camada de material fibroso bruto permeável é de pelo menos 0.0005 polegada (12 mícrons) de espessura, e típica e preferivelmente é de cerca de 0.001 polegada a 0.030 polegada (25 mícrons - 800 mícrons) de espessura. O elemento da presente invenção, incluindo a fibra fina e a camada particulada dispersa pode ser combinada com uma variedade de outras camadas como discutido em algum outro ponto da presente especificação. As camadas podem ser produzidas a partir de uma versão de folha plana ou coplanar das camadas da presente invenção ou podem ser laminadas, corrugadas ou formadas em de fato qualquer outro formato de seção transversal necessário para formar o fluxo de queda de baixa pressão através do elemento da presente invenção. O substrato pode compreender uma camada de poli PTFE expandido ou camada de Teflon. O substrato pode ainda ser substancialmente livre de um Teflon, de uma camada de poli PTFE expandido, ou fibra ou camada de PTFE estirada. As referidas camadas são úteis em uma variedade de aplicações de uso que podem proporcionar tanto filtragem como atividade a partir do particulado ativo. As referidas camadas podem também ajudar no confinamento do particulado dentro do elemento.

[0080] Em modalidades preferidas, a primeira camada de material fibroso bruto perPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 40/60

33/49 meável compreende um material o qual, e avaliado separadamente a partir do restante da construção pelo teste de permeabilidade de Frazier, exibiria a permeabilidade de pelo menos 1 metro(s)/min, e típica e preferivelmente cerca de 2 metros/min - 900 metros/min. Aqui, quando referência é feita à eficácia, a não ser que especificado o contrário, referência é feita à eficiência quando medida de acordo com ASTM-1215-89, com 0,78 μ de partículas esféricas de poliestireno dispersas, a 20 fpm (6,1 metros/min) como aqui descrito.

[0081] Preferivelmente, a camada de material de fibra fina fixada à primeira superfície da camada de meio fibroso bruto permeável é uma camada de meio de nano- e microfibra onde as fibras apresentam diâmetros médios de fibra não superiores a cerca de 2 mícrons, em geral e preferivelmente não superiores a cerca de 1 mícron, e tipicamente e preferivelmente apresentam diâmetros de fibra menores do que 0,5 mícrons e dentro da faixa de cerca de 0,05 mícron a 0,5 mícron. Ainda, preferivelmente a primeira camada de material de fibra fina fixado à primeira superfície da primeira camada de material fibroso bruto permeável apresenta uma espessura geral que não é superior a cerca de 30 mícrons, mais preferivelmente não superior a 20 mícrons, ainda mais preferivelmente não superior a 10 mícrons, e típica e preferivelmente está dentro de uma espessura de 1 a 8 vezes (e mais preferivelmente não mais de 5 vezes) o diâmetro médio de fibra fina da camada.

[0082] O processo de fiação eletrostático pode formar uma microfibra ou nanofibra da unidade. Um aparelho adequado para formar a fibra é ilustrado na patente U.S. No. 4,650,506 para Barris. O referido aparelho inclui um reservatório no qual a solução de polímero de formação de fibra fina é contida, uma bomba e um dispositivo emissor do tipo giratório ou emissor ao qual a solução polimérica é bombeada. O emissor em geral consiste em uma união giratória, uma porção giratória incluindo uma pluralidade de orifícios deslocados e um eixo que conecta a porção voltada para frente e uma união giratória. A união giratória proporciona a introdução da solução polimérica na porção voltada para frente através do eixo oco. Alternativamente, a porção giratória pode ser imersa em um reservatório de alimentação de polímero por um reservatório e uma bomba. A porção giratória então obtém uma solução de polímero a partir do reservatório e na medida em que o mesmo gira no campo eletrostático, o campo eletrostático alinhado em direção do meio de coleta acelera uma gotícula da solução, como discutido abaixo.

[0083] Voltada para o emissor, mas espaçada a partir do mesmo, está uma grade substancialmente plana 60 sobre a qual o meio de coleta (isto é, o substrato ou substrato combinado) está posicionado. Ar pode ser arrastado através da grade. O meio de coleta é passado em torno dos rolos que são posicionados adjacentes às extremidades opostas da grade. Um potencial eletrostático de alta voltagem é mantido entre o emissor e a grade por meio de uma fonte de voltagem eletrostática adequada e conexões que conectam respectiPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 41/60

34/49 vamente à grade e ao emissor.

[0084] Em uso, a solução polimérica é bombeada para a união giratória ou reservatório a partir do reservatório. A porção voltada para frente gira enquanto o líquido sai dos orifícios, ou é captado a partir de um reservatório, e se move a partir da borda externa do emissor em direção do meio de coleta posicionado na grade. Especificamente, o potencial eletrostático entre a grade e o emissor proporciona uma carga ao material que faz com que o líquido seja emitido a partir da mesma como fibras finas que são arrastadas em direção da grade onde as mesmas chegam e são coletadas no substrato ou em uma camada de eficiência. No caso do polímero na solução, o solvente é evaporado a partir das fibras durante o seu vôo para a grade; portanto as fibras chegam no substrato ou camada de eficiência sem solvente substancial. As fibras finas se ligam às fibras de substrato primeiro encontradas na grade. A resistência de campo eletrostático é selecionada para garantir que na medida em que o material polimérico é acelerado a partir do emissor para o meio de coleta, a aceleração é suficiente para tornar o material em uma estrutura de microfibra ou de nanofibra muito fina. Ao se aumentar ou reduzir o coeficiente de avanço do meio de coleta, se pode depositar mais ou menos fibras emitiras no meio de formação, deste modo permitindo o controle da espessura de cada camada depositada no mesmo. A porção giratória pode ser dotada de uma variedade de posições benéficas, a porção giratória pode ser disposta em um plano de rotação de modo que o plano é perpendicular à superfície do meio de coleta ou posicionado em qualquer ângulo arbitrário. O meio de rotação pode ser posicionado paralelo a ou relativamente deslocado a partir da orientação paralela.

[0085] Um substrato em forma de folha é desenrolado em uma estação. O substrato em forma de folha é então direcionado a uma estação de junção onde múltiplos comprimentos do substrato podem ser úmidos para uma operação contínua. O comprimento contínuo do substrato em forma de folha é direcionado a uma estação de tecnologia de fibra fina que compreende a tecnologia de fiação acima discutida, onde um dispositivo de fiação forma a fira fina e dispõe a fibra fina na camada de filtragem no substrato em forma de folha. Após a camada de fibra fina ser formada no substrato em forma de folha na zona de formação, a camada de fibra fina e o substrato são direcionados a uma estação de tratamento a calor para processamento apropriado. O substrato em forma de folha e a camada de fibra fina são então testados em um monitor de eficiência e agarrados se necessário em uma estação de garras. O substrato em forma de folha e a camada de fibra são então direcionados a uma estação de enrolamento apropriada para serem enrolados em um fuso apropriado para processamento adicional.

[0086] O elemento da presente invenção quando usado no modo de filtragem deve apresentar uma queda mínima de pressão para função aceitável como um filtro e para obter

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35/49 a atividade da partícula(s) ativa(S). A referida informação de queda de pressão é conhecida pelos tipos de dispositivos de filtragem da presente invenção. Os referidos parâmetros de queda de pressão definem uma vida útil do elemento de filtragem da presente invenção. O elemento da presente invenção, quando usado em um modo de fluxo através sem camada de filtro interveniente, deve proporcionar pouca ou nenhuma resistência ao fluxo de fluido móvel através do elemento (por exemplo, menos de 0,1 polegada ou menos de 1 - 5 polegadas de água). O fluxo não deve ser restrito, mas o tempo de estadia, entretanto, do fluido dentro do elemento deve ser suficiente para obter contato suficiente e absorção/adsorção/reação necessária no elemento para obter a atividade desejada a partir do particulado ativo dentro do elemento. Um tempo de estadia útil, dependendo do particulado ativo pode ser de cerca de 0,01 a tanto quanto necessário para se obter alguma remoção dos materiais captados. O tempo de estadia pode ser de 0,02 segundos a tanto quanto 5 minutos e tipicamente varia de cerca de 0,01 segundo a 60 segundos, 0,01 segundo a 1 segundo ou tão pouco quanto 0,02 segundo a 0,5 segundo. A vida útil da referida unidade é definida pela carga de particulado ativo e a quantidade residual de atividade na unidade. Alguma pequena quantidade de queda de pressão pode ser projetada em um elemento para reduzir o fluxo e estender o tempo de estadia sem substancialmente impedir o fluxo.

[0087] O meio, manta, camadas ou elementos da presente invenção podem ser regenerados. No caso de particulado reativo na presente invenção, o particulado pode ser regenerado por tratamento químico do particulado. No caso de particulado absorvível ou adsorsível, o particulado pode ser gerado por aquecimento do elemento a uma temperatura suficiente para orientar o material absorvido ou adsorvido a partir da superfície do particulado ou estrutura interna. O elemento pode ainda ser evacuado de modo que os efeitos da pressão reduzida possam remover o material volátil a partir da superfície da partícula adsorsível ou a partir do interior da partícula adsorsível.

[0088] As espécies reativas podem ser regeneradas ao primeiro se remover quaisquer subprodutos de reação a partir da reação a partir das espécies ativas com o material que entra na fase fluida. Na referida reação, os subprodutos são removidos, o particulado restante dentro do elemento aumenta ao passar a solução ou suspensão do material ativo através do elemento, fazendo com que a estrutura interior incluindo a camada de fibra fina acumule quantidades adicionais do material reativo.

Seção de Exemplos

Exemplo 1 [0089] Um composto de poliuretano alifático termoplástico fabricado pela Noveon®,

TECOPHILIC SP-80A-150 TPU foi usado. O polímero é um poliéter poliuretano produzido ao se reagir diciclohexilmetano 4,4’-diisocianato com poliol.

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Exemplo de polímero 2 [0090] Um copolímero de náilon 6,6,6-6,10 resina de copolímero de náilon (SVP651) foi analisada quanto ao peso molecular pela titulação do grupo da extremidade (J.E. Walz e G.B. Taylor, “determination of the molecular weight of nylon”, Anal. Chem. Vol. 19, Número 7, pp 448 - 450 (1947). O número da base ponderal média foi entre 21,500 e 24,800. A composição foi estimada por um diagrama de fase da temperatura de fusão dos três componentes de náilon, náilon 6 de cerca de 45%, náilon 66 de cerca de 20% e náilon 610 de cerca de 25%. (Página 286, Nylon Plastics Handbook, Melvin Kohan ed. Hanser Publisher, New York (1995)). As propriedades físicas reportadas da resina SVP 651 são:

Propriedade	Método ASTM	Unidades	Valor típico
Gravidade específica	D-792	--	1,08
Absorção de água (24 horas de imersão)	D-570	%	2,5
Dureza	D-240	Limiar D	65
Ponto de fusão	DSC	°C (°F)	154 (309)
Resistência à tensão @ rendimento	D-638	MPa (kpsi)	50 (7,3)
Alongamento à ruptura	D-638	%	350
Módulo flexural	D-790	MPa (kpsi)	180 (26)
Resistividade de volume	D-257	Ohm-cm	1012

Exemplo de polímero 3 [0091] A copoliamida (náilon 6,6-6,6,10) descrita anteriormente no exemplo de polímero 2 foi misturada com uma resina fenólica, identificada como Georgia Pacific 5137.

A proporção de Náilon:resina fenólica e sua temperatura de fusão das misturas são mostradas aqui:

COMPOSIÇÃO	TEMPERATURA DE FUSÃO (°F)
Poliamida:resina fenólica = 100:0	150
Poliamida:resina fenólica = 80:20	110
Poliamida:resina fenólica = 65:35	94
Poliamida:resina fenólica = 50:50	65

[0092] O benefício de elasticidade desta nova fibra química advém da mistura de um polímero com um poliuretano. O poliuretano usado na presente invenção é o polímero do Ex.1 obtido da Noveon, Inc., e é identificado como poliuretano termoplástico

TECOPHILIC SP-80A-150. Este é um polímero solúvel em álcool e foi dissolvido em álcool

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37/49 etílico a 60°C por agitação rigorosa por 4 horas. Após o final das 4 horas, a solução foi resfriada a temperatura ambiente, tipicamente durante a noite. O teor de sólidos da solução polimérica esteve em torno de 13% em peso, embora seja razoável se sugerir que um teor de sólidos diferente de polímero possa também ser usado. Com o resfriamento para temperatura ambiente, a viscosidade foi medida a 25°C e foi observado estar em torno de 340 cP. A referida solução foi eletrofiada sob condições variáveis com sucesso. A figura 1A e 1B mostram uma série de imagens de leitura por microscópio eletrônico (SEM) mostrando as fibras fiadas junto com algumas partículas funcionais (imagem SEM).

[0093] No campo da filtragem química, as partículas exibidas na imagem SEM 1 (figura 1) proporcionada acima, são partículas de carbono ativadas pretendidas para a remoção de determinados produtos químicos na fase de gás. A capacidade de adsorção das referidas partículas apresenta uma forte relação com suas condições de pós-processamento. Em eletrofiação, o vapor de solvente que provém das fibras de eletrofiação na medida em que as mesmas se formam e secam, pode ser prontamente adsorvido pelas partículas de carbono limitando conseqüentemente a capacidade geral das mesmas. De modo a “enxaguar” as moléculas de solvente das partículas de carbono ativadas, é necessário aquecer a estrutura a uma temperatura além do ponto de ebulição do solvente, neste caso, 78°C 79°C, por uma duração de tempo estendida, para se obter qualquer solvente residual fora das partículas de carbono. Conseqüentemente, as referidas fibras devem resistir às referidas temperaturas extremas durante o processo de pós-tratamento no exemplo acima apresentado.

[0094] Para se aprimorar a resist6encia à temperatura das referidas fibras e ao mesmo tempo para se beneficiar de sua alta elasticidade e capacidade de adesão (desejada para a fixação das partículas ativas e/ou não ativas etc.), misturamos a solução de polímero com base em poliuretano com uma solução de polímero do polímero do exemplo 2 que é uma solução com base em poliamida.

[0095] Por ultimo, foi usado a proporção de mistura de 48%/52% entre o polímero do exemplo 1 e o polímero do exemplo 2, respectivamente; a solução resultante apresentou uma viscosidade de cerca de 210 cP. A mistura foi realizada a temperatura ambiente ao simplesmente agitar a mistura vigorosamente por diversos minutos. A eletrofiação da mistura foi realizada usando um processo típico. As fibras como-fiadas foram então submetidas a aquecimento; neste caso o aquecimento foi realizado a 110°C por 2 minutos.

[0096] As fibras eletrofiadas da referida solução de polímero do exemplo 1 e do polímero do exemplo 2 apresentam excelente estabilidade a temperatura e boa elasticidade e capacidade de adesão, as quais não são possíveis encontrar todas em um dos componentes de solução, polímero do exemplo 1 e o polímero do exemplo 2. As fibras apresentam um

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38/49 diâmetro médio de cerca de duas a três vezes o diâmetro médio de fibra das fibras do polímero do exemplo 2 (o diâmetro médio das fibras do polímero do exemplo 2 está na faixa de 0,25 mícrons).

[0097] Embora o referido poliuretano apresente excelente elasticidade, é preferido se ter também uma resistência à temperatura. Isto é particularmente importante se houver processos a jusante subseqüentes que necessitem de processamento em alta temperatura.

[0098] A solução de polímero foi como a seguir: o polímero apresenta um índice de fluxo de fusão de 18,1 g/10 min medido a 180°C. A viscosidade de solução foi medida como 210 cP a 25°C usando um viscosímetro.

[0099] O substrato de poliéster Reemay 2011 foi usado para depositar o compósito de partículas de nanofibra/carbono ativado. O substrato é bastante aberto, as fibras de substrato são dispostas plana sem protuberância das fibras a partir da manta e apresenta uma base ponderal bastante baixa, 25 g/m². Pode haver uma grande seleção de diferentes materiais de substrato adequada para a produção do referido compósito de partículas de nanofibra/carbono ativado.

[00100] As partículas de carbono ativado foram dispersas em uma matriz de nanofibras usando um sistema defloculante, onde as partículas foram alimentadas a um defloculador usando um alimentador de partícula seca (alimentador de parafuso) com controles eletrônicos sobre o coeficiente de saída de partícula.

[00101] O substrato foi montado em uma correia contínua (figura 4a e 4b) e como tal o compósito foi gerado usando uma máquina piloto com capacidade de fiação de fibra limitada.

[00102] A tabela a seguir resume o ciclo de funcionamento:

Exemplo
0 segundos	Início da eletrofiação da solução de polímero
	20 segundos	Início da deposição de partículas
	1260 segundos	Quantidade de descarga de partícula é de 60g/deposição de partícula parada
	1290 segundos	Apenas eletrofiação de fibras de 1260 a 1290 segun- dos/eletrofiação parada

[00103] Descrição do ciclo de funcionamento usada para gerar o compósito de partículas de nanofibra/carbono ativado.

[00104] A quantificação da quantidade precisa de carbono dentro do compósito foi realizada. Para isto, a mesma solução de polímero foi eletrofiada pelo mesmo tempo de duração (1290 segundos) sob o mesmo substrato Reemay 2011 nos mesmos parâmetros de

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39/49 processamento. Posteriormente, ao se cortar os mesmos tamanhos de amostras (4 polegadas de diâmetro), ambas as amostras (uma com partículas e a outra sem) foram pesadas, e a diferença entre o peso das duas nos proporcionou a carga de carbono ativado em uma determinada área de superfície da amostra (1 m²), calculamos que a quantidade de carbono ativado no interior do compósito foi de 56,04 g/m². Em outras palavras, de cerca de 60 g de partícula descarregada do alimentador, 56 g foram capazes de fazer o compósito, enquanto que 4 g foram perdidas nas diversas vias incluindo a deposição na superfície interna do bocal que foi usado para desviar a trajetória da partícula.

[00105] Em geral, o compósito de partículas de nanofibra/carbono ativado foi composto de 91,4% em peso de partículas de carbono e 8,6% em peso de nanofibras poliméricas.

[00106] Ao se aplicar as partículas no referido método seco, foi utilizada uma grande porção de partículas dentro do compósito, e ademais o método de aplicação seco nos permitiu não bloquear a área de superfície de partícula no sentido de que efetuaria a difusão do gás dentro da mesma.

[00107] Há dois mecanismos distintos de captura de partículas de carbono ativado na matriz de nanofibras:

- emaranhamento mecânico de partículas dentro da matriz de nanofibras que inibe as partículas de se moverem livremente dentro do compósito. O resultado é uma rede de nanofibras que atua quase como uma teia de aranha, capturando e retendo as partículas em si mesma. Na medida em que mais camadas são depositadas, a rede se torna uma matriz nanofibrosa de nanofibras e partículas.

[00108] A adesão entre as partículas e nanofibras como um resultado direto de fiação de solução de nanofibras. Em virtude das nanofibras serem criadas a partir de uma solução de polímero que usa um processo de eletrofiação, as nanofibras se baseiam no objetivo de que as mesmas devem reter muito pouca quantidade de solvente em sua estrutura e conseqüentemente as mesmas têm a capacidade de se fundir sobre as partículas de carbono ativado. Em virtude do fato das fibras apresentarem um diâmetro de fibra muito pequeno, e haver apenas um pouco de nanofibras em contato com a partícula, a área de superfície disponível do carbono ativado para a adsorção química é dramaticamente alta, suficiente para afetar o desempenho do meio em uma forma positiva.

[00109] O tratamento a calor a 110°C (230°F) por 5 minutos é realizado pelo fato de que durante a eletrofiação de quase toda a solução de polímero, pode haver uma quantidade muito pequena de solvente residual, que pode afetar a capacidade de adsorção das partículas de carbono ativado, aquecemos o compósito além do ponto de ebulição do solvente usado para preparar a solução de polímero. Neste caso, o ponto de ebulição do solvente foi

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40/49 em torno de 80°C (176°F) a 760 mm Hg. E assim o aquecimento a 110°C (230°F) por 5 minutos garantiu a remoção completa de qualquer solvente residual a partir das nanofibras e/ou partículas de carbono ativado.

[00110] Abaixo está uma tabela que delineia os resultados da eficácia do teste de particulado conduzido usando a bancada de teste de eficiência fracional TSI 3160 com partículas de dioctil-ftalato em 0,02 mícron - 0,4 mícron de diâmetro, a uma velocidade de face de 10,5 pés/minuto. A eficiência, a penetração e a resistência são os produtos do teste. A referida amostra foi testada após aquecimento da mesma a 110°C (230°F) por 5 minutos em um forno de laboratório.

Tamanho de partícula D (mícron)
Ef. (%)	Pen.(%)	Res. (mm - H2O)	FOM
0.02	99.81	0.19	13.98	326
0.03	99.61	0.39	13.96	289
0.04	99.30	0.70	13.97	258
0.05	98.06	1.94	13.98	205
0.06	97.53	2.47	13.98	192
0.07	97.00	3.00	13.98	182
0.08	96.47	3.53	13.97	174
0.09	96.04	3.96	13.99	168
0.10	95.50	4.50	13.97	161
0.20	95.29	4.71	13.98	159
0.30	97.06	2.94	13.99	183
0.40	98.37	1.63	13.98	214

Carga de carbono - g/m² 56,04

Concentração de carbono % 91,40

Fibra total e compósito de carbono - g/m² 61,31

FOM (figura de mérito) é calculada usando os referidos produtos e a velocidade de face do teste pela fórmula a seguir:

Figura de mérito = -Ln(penetração)/(deltaP/velocidade de face do meio)

A unidade padrão de medida de FOM é

1/(cm Hg)/(cm/segundo) ou (cm/segundo)/cm Hg [00111] Quanto maior a FOM, melhor a qualidade do meio; em outras palavras, quanto maior a FOM quer dizer maior eficiência para a mesma queda de pressão, ou uma queda de pressão mais baixa para a mesma eficiência.

[00112] A partir da tabela acima apresentada, se pode ver que a eficiência particuPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 48/60

41/49 lada da referida amostra está na alta faixa de 90%. É bastante natural se gerar compósitos com uma eficácia particulada bastante alta por diversos meios:

- aumentar a espessura do compósito geral,

- manter a mesma espessura do compósito geral, entretanto, adicionar a camada de alta eficiência produzida de nanofibras bastante finas (0,25 mícrons) revestidas no fundo e em cima do compósito de partícula de nanofibra/carbono ativado.

[00113] O segundo método é preferivelmente, mais simples pelo fato de que permite manter as propriedades quimio-adsorsíveis do compósito do mesmo, enquanto a eficiência do particulado pode ser ajustada independentemente.

[00114] A aplicação da presente invenção é de purificar correntes de fluido, incluindo correntes de líquido e correntes gasosas. O elemento de filtro da presente invenção é disposto em um local ou ambiente adequado para a aplicação particular, de modo que a corrente de fluido que porta contaminantes possa passar através ou passar pelo elemento, e os contaminantes podem ser removidos. As correntes de fluido para a aplicação incluem correntes líquidas ou gasosas que podem conter os contaminantes tais como particulados de poeira, água, resíduos de solvente, resíduos de óleo, resíduos de óleo aquoso misturado, gases prejudiciais. Correntes de líquido moveis incluem combustíveis, óleos, correntes de solvente, etc. as correntes são postas em contato com as estruturas de fluxo através ou de fluxo por da presente invenção para remover os contaminantes líquidos ou particulados, as espécies de formação de cor, e as impurezas solúveis. Os contaminantes a serem removidos pelo pedido da presente invenção ainda incluem os produtos biológicos tais como, por exemplo, príons, vírus, bactérias, esporos, ácidos nucléicos; outros produtos biológicos potencialmente danosos ou materiais perigosos.

[00115] Em alguns aspectos, a presente invenção pode ser usada para purificar correntes de fluido, com alguma adição adicional de filtragem de líquido incluindo combustível e lubrificantes, correntes de filtragem de ar - água em qualquer aplicação que requeira filtragem gasosa orgânica volátil acida ou básica em concentrações de gás relativamente baixas (< 100 ppm). Os ambientes de aplicação podem consistir seja de uma corrente de gás de fluxo estagnado ou em fluxo que seja ou seco ou que contenha quantidades suficientes de água. Uma das aplicações primárias para a presente invenção é de ser dotada de peso relativamente baixo, meio de adsorção de baixa queda de pressão para aplicações em semicondutores que requeiram ar purificado para ser proporcionado a um processo, ferramenta, teste ou recinto. Isto pode incluir outras aplicações que requeiram ar purificado, nitrogênio ou outras correntes de processamento de gás. O meio adsorvente é capaz de remover a contaminação gasosa dentro de ambientes limpos, indústria de semicondutores ou em sistemas de sub-fabricação, ferramentas de processo, e recintos através de passagens

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42/49 únicas, recirculação, ou filtragem estática. Ademais, o meio pode purificar o ar que é obtido a partir de um local para outro. A referida transferência de ar pode ser a partir de uma subfabricação para a fabricação principal, ou a partir de uma atmosfera externa a um sistema de teste de emissão.

[00116] Em um aspecto, o elemento de filtro da presente invenção pode ser disposto em uma ventilação para um recinto, de modo que o interior do recinto é mantido em um teor de umidade substancialmente reduzido com relação ao exterior do recinto, pelo fato de que o meio adsorvente remove a umidade a partir do interior do recinto. O recinto no qual o elemento de filtro está disposto inclui um recinto que contém um circuito ou dispositivo eletrostático, onde o circuito ou dispositivo eletrostático inclui, sem limitação, um diodo emissor de luz orgânico, um disco rígido, uma tela ou alguma combinação dos mesmos. Por exemplo, o elemento de filtro da presente invenção pode ser usado como uma tela flexível de absorção de umidade para um dispositivo eletrônico. A tela flexível compreende uma tela iluminada (incluindo telas formadas usando diodos emissores de luz) combinadas com um elemento de filtro, que absorve umidade a partir do ambiente ou recinto no qual a tela flexível é usada.

[00117] Dependendo da quantidade de desempenho necessária, o referido meio pode ser usado em diversas aplicações e em diversas formas incluindo filtragem de partículas e filtragem química na mesma camada ou espaço confinado, combinação de filtro de partícula e filtro químico para uso em aplicação de turbina de gás, filtro químico como a única opção para sistemas de turbina a gás, aplicações de alto fluxo em indústria de semicondutores para conjuntos de ventiladores, ponto de uso, e locais de fabricação de amplo filtro ou laboratórios, aplicações que necessitem de um filtro do tipo de “absorção”, ponto de uso de filtragem para semicondutor dentro de ambientes limpos com espaço mínimo e máxima eficiência, filtro de montagem de ferramenta para aplicações em semicondutores dentro de ambientes limpos com um mínimo de espaço e máxiam eficiência, aplicações de alto fluxo em grades de telhado para aplicações em ambientes limpos, aplicações que necessitam de um peso reduzido mas eficiências similares, aplicações que necessitem de queda de pressão reduzida mas eficientes similares, locais que necessitem de baixo derramamento de partícula, ou camadas de filtros químicos podem ser usadas. Respiradores, mascaras de poeira, mascaras e luvas cirúrgicas, lençóis cirúrgicos, substituição de HEPA incluindo filtros para equipamento de processamento semicondutor e ambientes limpos, filtragem de ar para gasolina, motor acionado a diesel ou gás natural, filtragem de entrada para compressores de ar, filtragem de entrada para equipamento de coleta de poeira, filtros de limpeza à vácuo, remoção de gás ácido do ar, cartuchos para secadores, materiais de proteção CBRN, cuidado com lesões, aplicações de HVAC. Filtragem de cabine de ar, limpeza de ar ambiente,

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43/49 filtro de combustível, filtro de lubrificante, filtros de óleo, filtros de líquido, filtros de ar para aplicação em células de combustível, filtros de processamento, material isolante, filtros para acionadores de disco, filtros para recintos eletrônicos, separações cromatográficas, bioseparações podem todas ser implementadas com materiais da aplicação.

[00118] Ao alternatívamente empilhar folha de filtragem químicas com um meio de espaçamento, isto pode criar canais de fluxo dentro do elemento. Os referidos canais permitem que o fluido de gás seja filtrado para passar através do meio de um tal modo a realizar as reações desejadas, enquanto ao mesmo tempo mantendo uma queda de pressão mais baixado que o meio de filtragem química pode permitir em si. O meio de espaçamento pode ser quimicamente tratado para ajudar na filtragem ou pode ser inerte.

[00119] Similarmente, os canais de fluxo em um elemento de filtro podem ser criados por co-rolamento do meio de espaçamento e do meio de filtragem química em torno do núcleo quimicamente ativo ou inerte. Isto pode ser visto na figura N°. 3).

[00120] Uma vez que a camada de fibra fina contendo o particulado ativo ou ativo inerte da presente invenção está preparada, a camada deve ser mecanicamente montada em uma estrutura adsorvente ou absorvente ou ativa útil. As camadas de nanofibras são tipicamente fiadas em um material de substrato que pode ser uma scrim, um substrato de celulose, um substrato de celulose sintético misturado ou um substrato puramente de celulose. As camadas de nanofibras contendo um particulado ativo ou inerte são eletrofiados sobre os referidos substratos e o substrato pode então ser rolado em uma estrutura absorvente. Alternativamente, a camada pode ser cortada em porções similares e empilhadas para formar uma camada absorvente. É importante que a estrutura interna de qualquer conjunto de camadas de nanofibras apresente um fluxo de ar suficiente para garantir que o ar possa passar com facilidade através do conjunto. Neste caso, o conjunto pode agir, não como um filtro, mas puramente como uma estrutura de conjunto absorvente. Em uma estrutura alternativa, as camadas de fibra fina e particulado reativo ou ativo podem ser montadas em uma estrutura que filtra e reage, adsorve ou absorve. A referida variação de estruturas apresenta aplicações em uma variedade de usos finais. A estrutura anterior apresenta pouca ou nenhuma propriedade de filtragem e pode remover os materiais contaminantes reativos a partir de correntes de fluido tais como correntes de ar ou correntes de líquidos simplesmente usando um mecanismo de fluxo através. A última estrutura pode remover particulados, e pode remover espécies químicas a partir de fluido tal como ar, simultaneamente com as operações de filtragem.

[00121] Em determinadas modalidades preferidas das camadas enroladas ou empilhadas da presente invenção, o meio pode ser configurado para um fluxo direto seja em um fluxo sem propriedades de filtragem ou em um fluxo incluindo a passagem através de uma

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44/49 camada de filtro. No referido fluxo de fluido, o fluido entrará em uma direção através da primeira face de fluxo e sairá se movendo na mesma direção a partir da segunda face de fluxo. Dentro da estrutura de filtro, o fluido pode não interagir com a superfície que atua como um filtro ou o mesmo pode interagir com um fluxo, mas pode entrar em contato com uma superfície que obtém as propriedades de filtragem. Em geral, uma construção de filtro preferida é uma construção enrolada incluindo uma camada de meio que é voltada repetidamente sobre um ponto central que forma uma bobina de modo que o meio de filtro será enrolado, envolto ou espiralado. Uma estrutura útil preferida é uma estrutura enrugada na qual o material apresenta uma construção pregueada. As referidas pregas podem ser formadas e combinadas com a folha de face. Uma vez que o meio enrugado é combinado com um meio não enrugado na forma de uma folha de face, a estrutura resultante pode ser espiralada e formada em um conjunto útil. Quando se usa este tipo de construção de meio, as pregas formam picos e vales alternados na estrutura enrugada. Em determinadas construções, as pregas superiores formam câmaras de pregas que podem ser fechadas a jusante enquanto as câmaras de pregas apresentam extremidades a montante que são fechadas para formar outras fileiras de pregas. Na referida estrutura, as áreas abertas e fechadas fazem com que o fluido passe através de pelo menos uma parede enrugada para se obter as propriedades de filtragem a partir da camada enrugada. Em uso, o referido meio enrugado em um conjunto enrolado proporciona uma área de entrada para a corrente de fluido tal como ar. O ar penetra em uma câmara pregueada em uma extremidade aberta a montante, e fluxo de fluido não filtrado não é permitido passar através da corrente fechada abaixo mas é forcado para prosseguir através da camada corrugada ou folha pregueada para entrar em contato seja com a fibra da camada corrugada ou o particulado ativo seja para filtrar o particulado a partir da corrente de fluido, seja para garantir o material disperso ou dissolvido na corrente de fluido seja reagido com, absorvido, ou adsorvido sobre o particulado ativo.

Experimento para sistema de bancada de ruptura [00122] Os testes de ruptura de gás orgânico foram realizados em todos os elementos com contaminante de tolueno a 50 ppm. Um diagrama de bloco geral da configuração de bancada de teste de ruptura é oferecido na figura 5. Os testes de ruptura com o tempo de estadia de 0,12 segundos foram realizados para testar as capacidades de tolueno adsorventes. O meio de carbono dos exemplos foi condicionado no interior da coluna (1,5 polegada ID) até que a umidade relativa alcançou 50% e a temperatura chegou a 25°C. Então o tolueno contendo ar (gerado a partir do sistema de geração de solvente) seguiu através do leito de amostra com um coeficiente de fluxo de 30 Lpm para iniciar o teste de ruptura.

[00123] Os contaminantes foram gerados a partir dos padrões de gás certificado enviados para dentro da corrente de ar de teste através dos controladores de fluxo de masPetição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 52/60

45/49 sa Aalborg; Orangeburg, NY; ou Brooks/Emerson Process Management, Hatfield, PA). A umidade relativa foi controlada usando um controlador de fluxo - temperatura -umidade (Miller-Nelson Research, Inc.; Monterey, CA); Model HCS-401. Uma umidade relativa de 50% de RH foi usada para os estudos aqui apresentados. A temperatura e a umidade relativa da corrente de ar a montante e a jusante ao leito adsorvente foram medidas usando sensores de temperatura e de umidade calibrados (Vaisala; Woburn, MA; Model HMP233). A temperatura do leito absorvente foi controlada a 25°C usando um suporte de amostra de água encamisado e um banho de água. A detecção da concentração de contaminantes a montante e a jusante foi monitorada usando um detector de ionização de chama JUM (FID). A figura 6 é uma ilustração das curvas de ruptura para todos os elementos de captura de fibra fina testados. Os carbonos ativados não impregnados e impregnados apresentam excelente eficiência de remoção e vida para determinados gases orgânicos.

[00124] Uma vez que a partícula e a deposição de fibras são independentes um do outro, se pode gerar compósitos que apresentam proporções variáveis de partículas para fibras. Geramos compósitos que apresentam uma carga de nanofibras de 8% - 15% em peso no passado, embora não exista nenhum limite teórico nas referidas quantidades. Conseqüentemente, nas referidas estruturas, a carga de carbono ativado foi uma faixa de 92% - 85% em peso.

[00125] Tipicamente, o processo envolve a deposição de uma camada bastante delgada de nanofibras em uma tela para fim de manipulação e de integridade, seguido pela aplicação de um compósito de nanofibra/carbono ativado, que constitui o volume do compósito geral. No estágio final, outra camada apenas de nanofibra é depositada para o topo do compósito. A referida única camada de nanofibra nas superfícies de fundo e de topo ajuda a manter o derramamento de partícula a quase nenhum, na medida em que não foram observadas evidencias disto no passado. A mesma ajuda a acelerar a eficiência do particulado do compósito. A estrutura da presente invenção inclui, uma camada de nanofibras, uma camada de compósito de nanofibras/carbono, uma camada apenas de nanofibra, e uma tela.

[00126] A eficiência do particulado é um dos parâmetros chave que traz uma borda formada para este tipo de meio. Abaixo estão os dados da eficiência do particulado para os dois compósitos de nanofibra/carbono ativado, com a diferença sendo as suas bases ponderais. As medições são registradas usando o aparelho de teste de filtro automatizado TSI 3160, operado usando partículas DOP de tamanho variável a uma velocidade de face de 10,5 pés/minuto em amostras de folha plana.

Tamanho da	Meio A	Meio B
Partícula D

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(Mm)
	Eficiência %	Penetração %	Resistência mm H2O	Eficiência %	Penetração %	Resistência mm H2O
0,02	99,12	0,88	7,77	99,99	0,01	25,13
0,03	98,28	1,72	7,77	99,99	0,01	25,18
0,04	97,04	2,96	7,77	99,98	0,02	25,17
0,05	93,80	6,20	7,77	99,90	0,10	25,20
0,06	92,45	7,55	7,78	99,87	0,13	25,20
0,07	91,16	8,84	7,80	99,83	0,17	25,21
0,08	90,09	9,91	7,78	99,79	0,21	25,22
0,09	89,14	10,86	7,78	99,78	0,25	25,24
0,10	87,94	12,06	7,78	99,67	0,33	25,27
0,20	86,65	13,35	7,81	99,64	0,36	25,24
0,30	89,09	10,91	7,79	99,82	0,18	25,28
0,40	91,76	8,24	7,80	99,93	0,07	25,28
Carga de carbono	g/m2	26,38		g/m2	77,48
Concentração de carbono	%	85,52		%	84,63
Total de carbono + fibra	g/m2	30,85		g/m2	91,55

[00127] A referida tabela mostra as eficiências do particulado de dois compósitos de nanofibra com diferentes espessuras. Como se pode ver a partir da tabela acima, ao se variar a espessura do compósito, foi mudado com sucesso a eficiência do particulado do compósito. É também possível se modificar a eficiência do particulado ao se variar a quantidade de camada de nanofibra nas superfícies de topo e de fundo do compósito sem afetar o compósito de nanofibra/carbono no meio. Ademais, é possível se introduzir uma ou mais camada apenas de nanofibra dentro do compósito de meio em uma tentativa de intensificar a eficiência do particulado ao nível alvo desejado. Outra estrutura pode incluir uma camada de nanofibra, uma camada de compósito de nanofibra/carbono, apenas uma camada de nanofibra e tela.

[00128] O referido compósito de nanofibra similar àquele acima, a diferença é uma única camada de nanofibra no meio do compósito de nanofibra/carbono funcionando como um estágio de intensificação de eficiência do particulado. Embora a eficiência do particulado seja um aspecto único da presente invenção, outro aspecto é a adsorção química e a remoção dos contaminantes a partir da fase de gás. Em uma tentativa de entender os efeitos dos

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47/49 diferentes níveis de carga de carbono, o meio A e o meio B, que foram testados quanto à eficácia do particulado foram testados para a capacidade de adsorção química. Neste caso, os referidos meios foram desafiados com tolueno. Os resultados mostram que o grau variável de carga de carbono afetou o tempo de ruptura e a capacidade geral dos referidos meios como mostrado na figura 6.

[00129] Observar que os referidos meios foram testados não em uma forma laminada, mas em vez disto em uma forma espiralada enrolada e conseqüentemente a curva deve ser levada em consideração apenas para o que se pretende ser apresentado, e não para o desempenho atual em uma aplicação em respirador.

[00130] Uma vez que a deposição de partícula e de fibra são independentes uma da outra, pode se gerar compósitos que apresentam proporções variáveis de partículas para fibras. Foram gerados compósitos que apresentam uma carga de nanofibra de 8% - 15% em peso antigamente, embora não existam limites teóricos para as referidas quantidades. Conseqüentemente, nas referidas estruturas, a carga de carbono ativado esteve na faixa de 92% - 85% em peso.

[00131] Tipicamente, o processo envolve a deposição de uma camada bastante leve de nanofibras em uma tela com objetivo de manipulação e de integridade, seguido de aplicação de compósito de nanofibra/carbono ativado, que constitui o volume do compósito geral. No estágio final, outra camada de apenas uma camada de nanofibra é depositada na porção de topo do compósito. A referida camada apenas de nanofibra nas superfícies de topo e de fundo ajuda a manter o derramamento de partícula a quase nenhum, no sentido de que não foram observadas evidencias disto no passado. As mesmas ajudam ainda a intensificar a eficácia do particulado do compósito. A estrutura da presente invenção inclui, uma camada de nanofibras, uma camada de compósito de nanofibras/carbono, uma camada apenas de nanofibra, e uma tela.

[00132] A eficiência do particulado é um dos parâmetros chave que traz uma borda formada para este tipo de meio. Abaixo estão os dados da eficiência do particulado para os dois compósitos de nanofibra/carbono ativado, com a diferença sendo as suas bases ponderais. As medições são registradas usando o aparelho de teste de filtro automatizado TSI 3160, operado usando partículas DOP de tamanho variável a uma velocidade de face de 10,5 pés/minuto em amostras de folha plana.

Tamanho da Partícula D (Mm)	Meio A	Meio B
	Eficiência %	Penetração %	Resistência mm H2O	Eficiência %	Penetração %	Resistência mm H2O

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0,02	99,12	0,88	7,77	99,99	0,01	25,13
0,03	98,28	1,72	7,77	99,99	0,01	25,18
0,04	97,04	2,96	7,77	99,98	0,02	25,17
0,05	93,80	6,20	7,77	99,90	0,10	25,20
0,06	92,45	7,55	7,78	99,87	0,13	25,20
0,07	91,16	8,84	7,80	99,83	0,17	25,21
0,08	90,09	9,91	7,78	99,79	0,21	25,22
0,09	89,14	10,86	7,78	99,78	0,25	25,24
0,10	87,94	12,06	7,78	99,67	0,33	25,27
0,20	86,65	13,35	7,81	99,64	0,36	25,24
0,30	89,09	10,91	7,79	99,82	0,18	25,28
0,40	91,76	8,24	7,80	99,93	0,07	25,28
Carga de carbono	g/m2	26,38		g/m2	77,48
Concentração de carbono	%	85,52		%	84,63
Total de carbono + fibra	g/m2	30,85		g/m2	91,55

[00133] A referida tabela mostra as eficiências do particulado de dois compósitos de nanofibra com diferentes espessuras.

[00134] Como se pode ver a partir da tabela acima, ao se variar a espessura do compósito, foi mudado com sucesso a eficiência do particulado do compósito. É também possível se modificar a eficiência do particulado ao se variar a quantidade de camada de nanofibra nas superfícies de topo e de fundo do compósito sem afetar o compósito de nanofibra/carbono no meio. Ademais, é possível se introduzir uma ou mais camada apenas de nanofibra dentro do compósito de meio em uma tentativa de intensificar a eficiência do particulado ao nível alvo desejado. Outra estrutura pode incluir uma camada de nanofibra, uma camada de compósito de nanofibra/carbono, apenas uma camada de nanofibra e tela.

[00135] O referido compósito de nanofibra é similar àquele acima, a diferença é uma única camada de nanofibra no meio do compósito de nanofibra/carbono funcionando como um estágio de intensificação de eficiência do particulado. Embora a eficiência do particulado seja um aspecto único da presente invenção, outro aspecto é a adsorção química e a remoção dos contaminantes a partir da fase de gás. Em uma tentativa de entender os efeitos dos diferentes níveis de carga de carbono, o meio A e o meio B, que foram testados quanto à eficácia do particulado foram testados para a capacidade de adsorção química. Neste caso, os referidos meios foram desafiados com tolueno. Os resultados mostram que o

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49/49 grau variável de carga de carbono afetou o tempo de ruptura e a capacidade geral dos referidos meios como mostrado na figura 6.

[00136] Observar que os referidos meios foram testados não em uma forma laminada mas em vez disto em uma forma espiralada enrolada e conseqüentemente a curva deve ser levada em consideração apenas para o que se pretende ser apresentado, e não para o desempenho atual em uma aplicação em respirador.

[00137] A figura 7 mostra o desempenho de uma área de alta superfície de invólucro de coco de carbono disposto dentro da manta de nossa matriz de fibra fina em um teste de ruptura acelerado para tolueno. Embora a eficiência da curva de ruptura para 50 ppm de tolueno para este material indique que seja dotado de alguma eficiência inicial e problemas de vida; acreditamos que se pode superar este item através do aumento do comprimento geral do canal assim como novos desenhos.

[00138] A especificação acima, os exemplos e os dados proporcionam uma descrição completa da fabricação e do uso da composição da presente invenção. Uma vez que as modalidades da presente invenção possam ser implementadas sem se desviar do espírito e âmbito da presente invenção, a presente invenção reside nas reivindicações aqui anexas.

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Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Meio de filtro CARACTERIZADO por compreender um substrato de filtro não tecido e uma camada de fibra ou manta de fibra compreendendo uma camada de fibra fina substancialmente contínua, a fibra tendo um diâmetro de cerca de 0,001 a 5 mícrons e um particulado espaçador inerte e/ou ativo disperso na camada de fibra ou manta de fibra, o particulado compreendendo de 0,1% a 50% em volume da camada ou manta e a camada ou manta tendo uma espessura de cerca de 0,0001 a 1 cm e uma solidez de cerca de 0,1% a 70%; em que o particulado ativo e/ou ativo compreende de cerca de 0,001 a 10 kg por metro quadrado da camada ou manta, e em que a solidez de uma camada de fibra fina sem a partícula espaçadora é maior do que a solidez de uma camada de fibra fina formada com a partícula espaçadora.
2. 2. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da camada de fibra fina ser tratada termicamente formando uma membrana porosa.
3. 3. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do meio de filtro compreender uma direção de fluxo de modo que um fluido possa fluir em um trajeto paralelo ao substrato sem nenhuma rota de filtragem através do meio.
4. 4. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da camada compreender cerca de 5% a 95% em peso de fibra e cerca de 95% a 5% em peso de particulado compreendendo tanto particulado ativo como inerte, a camada compreendendo de 1 a 1000 gramas de particulado ativo por metro quadrado.
5. 5. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da camada compreender cerca de 30% a 75% em peso de fibra e cerca de 70% a 25% em peso de meio particulado ativo, a camada compreendendo de 1 grama a 1000 gramas de particulado ativo por metro quadrado.
6. 6. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do meio particulado ativo apresentar uma dimensão principal inferior a cerca de 5000 mícrons e compreender um particulado absorvente, um particulado adsorvente, um particulado reativo ou uma mistura destes.
7. 7. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da manta possuir uma permeabilidade de Frazier de cerca de 1 a cerca de 50 metros por minuto^-1 e uma eficácia de cerca de 40% a cerca de 99,9999% sob ASTM 1215-89 usando particulado de poliestireno de 0,78 mícron monodisperso a 6,1 m-min^-1 ou 20 pés-min^-1.
8. 8. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da estrutura do filtro compreender uma ou mais camadas de fibra fina dotadas de uma espessura de pelo menos cerca de 0,5 mícron, pelo menos uma camada é livre de particulado e pelo menos uma camada possui particulado disperso através de cada camada de fibra fina.

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9. 9. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do particulado ser uma combinação de um particulado inerte e de um meio espaçador particulado ativo.
10. 10. Elemento CARACTERIZADO por compreender um meio de filtro, conforme definido na reivindicação 1, e uma pluralidade de pregas.
11. 11. Elemento, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de algumas pregas selecionadas das referidas pregas serem abertas na referida primeira porção de extremidade e fechadas na referida segunda porção de extremidade; e algumas pregas selecionadas das referidas pregas serem fechadas na referida primeira porção de extremidade e abertas na referida segunda porção de extremidade, o que fornece uma rota de fluido através da camada pregueada.
12. 12. Elemento, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato do referido meio e das pluralidades de pregas formarem uma construção de estrutura e em que o referido meio e a construção de estrutura possuem uma seção transversal circular; preferivelmente incluindo ainda uma estrutura de painel; o referido meio sendo montado dentro da referida estrutura de painel com um suporte.
13. 13. Método para filtrar um fluido CARACTERIZADO por compreender direcionar o fluido através do meio de filtro conforme definido na reivindicação 1.
14. 14. Método de remover umidade de uma corrente de ar CARACTERIZADO por compreender dispor um elemento de filtro em um local de modo que a corrente de ar carregada de umidade possa passar através ou pelo elemento, o elemento compreendendo o meio de filtro conforme definido na reivindicação 1.
15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato do elemento ser disposto em uma ventilação para um recinto de modo que o interior do recinto seja mantido com um teor de umidade substancialmente reduzido em relação ao exterior do recinto; preferivelmente em que o recinto compreende um recinto contendo um circuito ou dispositivo eletrônico.

    Petição 870170075630, de 05/10/2017, pág. 59/60