在溶剂和其它危险性的气源物质存在的条件下使用的呼吸装置 有时会采用含有吸附剂颗粒的过滤器元件。该过滤器元件可以是具有 吸附剂颗粒床的柱，或者可以是具有过滤材料层或过滤材料插入物的 柱，其中该过滤材料包含有或涂敷有吸附剂颗粒。过滤器元件的设计 会涉及到平衡有时相互抵触的因素，所述因素例如为压力降、冲击阻 力、总体使用寿命、重量、厚度、总体尺寸、对诸如振动或磨耗之类 的潜在破坏力的抵抗能力、以及样品之间的差异性。吸附剂颗粒填充 床通常以最小的总体体积提供最长的使用寿命，但是其压力降可能会 高于最佳值。装填有吸附剂颗粒的纤维网通常具有低的压力降，但是 也可能会具有较短的使用寿命、过大的体积、或比希望值高的样品间 差异。
与含颗粒的纤维网相关的参考文献包括美国专利No.2,988,469 (Watson)、3,971,373(Braun)、4,429,001(Kolpin等人)、4,681,801(Eian 等人)、4,741,949(Morman等人)、4,797,318(Brooker等人，’318)、 4,948,639(Brooker等人，’639)、5,035,240(Braun等人，’240)、5,328,758 (Markell等人)、5,720,832(Minto等人)、5,972,427(Mühlfeld等人)、 5,885,696(Groeger)、5,952,092(Groeger等人，’092)、5,972,808(Groeger 等人，’808)、6,024,782(Freund等人)、6,024,813(Groeger等人，’813)、 6,102,039(Springett等人)和PCT申请公开No.WO 00/39379和WO 00/39380。与其它含颗粒的过滤器结构相关的参考文献包括美国专利 No.5,033,465(Braun等人，’465)、5,147,722(Koslow)、5,332,426(Tang 等人)和6,391,429(Senkus等人)。其它与纤维网相关的参考文献包括美 国专利No.4,657,802(Morman)。
发明概述
虽然含有活性炭颗粒的熔喷非织造网可以用于从空气中除去气 体和蒸气，但是在用于气体及蒸气呼吸器的可更换式过滤器柱中可能 难以采用这种网。例如，当所述的网是由熔喷聚丙烯和活性炭形成时， 易于达到的炭装填水平一般为大约100-200g/m2。如果将这种网切成 合适的形状并将其插入可更换式柱的壳体中，则柱不能含有足够的活 性炭来满足由应用标准制订协会(applicable standards-making bodies) 所规定的容量的要求。虽然可以尝试着达到较高的炭装填水平，但是 炭颗粒会从网上掉落下来，从而使得难以在生产环境下处理该网，并 且难以可靠地达到最终容量的目标值。也可以采用诸如真空成形之类 的后成形操作来使网变密，但是这需要附加的生产设备和额外的网处 理操作。
我们已经发现，通过使用具有合适的弹性或合适的收缩趋势的 聚合物制备以高水平装填有颗粒的非织造网，我们就可以得到具有非 常令人满意的使用寿命长和压力降较低的性能组合的多孔薄片制品。 所得的网可以具有相对较低的炭脱落倾向，并且特别适用于采用自动 化设备大量制造的可更换式过滤柱。
一方面，本发明提供一种多孔薄片制品，其包含自支承型的聚 合物纤维非织造网和嵌入该网中的占至少80重量％的吸附剂颗粒， 所述纤维的弹性或结晶收缩性充分大于直径与其相似的聚丙烯纤维 的弹性或结晶收缩性，并且所述的吸附剂颗粒充分均匀地分散在该网 中，从而使得该网的吸附系数A为至少1.6×104/mm水柱(即，至 少1.6×104(毫米水柱)-1)。
另一方面，本发明提供一种制备包含自支承型聚合物纤维非织 造网和吸附剂颗粒的多孔薄片制品的方法，该方法包括：
a)使熔融的聚合物流过多个孔以形成原丝；
b)将原丝细化成纤维；
c)将吸附剂颗粒流引入所述原丝或所述纤维中；以及
d)收集纤维和吸附剂颗粒成为非织造网；
其中，占至少80重量％的吸附剂颗粒嵌入该网中，并且所述纤维的 弹性或结晶收缩性充分大于直径与其相似的聚丙烯纤维的弹性或结 晶收缩性，并且所述的吸附剂颗粒充分均匀地分散在该网中，从而使 得该网的吸附系数A为至少1.6×104/mm水柱。
另一方面，本发明提供一种呼吸装置，该呼吸装置具有：内部 部分，其通常至少罩住佩带者的鼻子和嘴；进气通道，用于向内部部 分提供环境空气；以及多孔薄片制品，其被布置成横过所述进气通道， 以过滤所供入的空气，该多孔薄片制品包含自支承型的聚合物纤维非 织造网以及嵌入该网中的占至少80重量％的吸附剂颗粒，所述纤维 的弹性或结晶收缩性充分大于直径与其相似的聚丙烯纤维的弹性或 结晶收缩性，并且所述的吸附剂颗粒充分均匀地分散在该网中，从而 使得该制品的吸附系数A为至少1.6×104/mm水柱。
本发明的又一个方面是提供一种用于呼吸装置的可更换式过滤 器元件，该元件包括：支持结构，用于将该元件安装在该装置上；壳 体；以及多孔薄片制品，其被布置在该壳体中，从而使得该元件可以 过滤进入该装置的空气，该多孔薄片制品包含自支承型聚合物纤维非 织造网以及嵌入该网中的占至少80重量％的吸附剂颗粒，所述纤维 的弹性或结晶收缩性充分大于直径与其相似的聚丙烯纤维的弹性或 结晶收缩性，并且所述的吸附剂颗粒充分均匀地分散在该网中，从而 使得该元件的吸附系数A为至少1.6×104/mm水柱。
通过以下的详细说明，本发明的这些和其它方面将更加明了。 然而，在任何情况下，以上的概述部分都不能理解为是对本发明要求 保护对象的限制，这些保护对象仅由所附的权利要求书来限定，在审 查过程中可修改权利要求书。
附图简要说明
图1是本公开的多孔薄片制品的示意性剖视图；
图2是本公开的多层多孔薄片制品的示意性剖视图；
图3是本公开的可更换式过滤器元件的示意性局部剖视图；
图4是本公开的采用图3所示元件的呼吸装置的立体图；
图5是本公开的采用图1所示多孔薄片制品的抛弃型呼吸装置 在部分切除之后的立体图；
图6是用于制备多孔薄片制品的熔喷装置的示意性剖视图；
图7是用于制备多孔薄片制品的纺粘加工装置的示意性剖视图；
图8是用于制备多孔薄片制品的另一种熔喷装置的示意性剖视 图；
图9和图10是示出使用寿命对比情况的图。
在不同的附图中，相似的参考标号表示相似的元件。附图中的 各元件没有按照比例绘制。
发明详述
在本说明书中，涉及片状制品而使用的词语“多孔”是指该制 品可以充分地使气体透过，从而可用于个人呼吸装置的过滤器元件 中。
短语“非织造网”是指具有纤维缠结特征或纤维以点粘结特征 的纤维网。
术语“自支承”是指网具有足够的抱合力和强度，从而能够被 悬垂和进行处理，而不会实质上撕破或裂开。
短语“将原丝细化成纤维”是指将一段原丝转变成长度更长、 直径更细的一段。
词语“熔喷”是指一种通过以下方式形成非织造网的方法：将 成纤材料通过多个孔挤出，以形成原丝，同时使原丝与空气或其它细 化用流体接触，从而将原丝细化成纤维，然后收集成为细化纤维层。
短语“熔喷纤维”是指采用熔喷法制成的纤维。虽然据报道， 熔喷纤维是非连续的，但是熔喷纤维的纵横比(长度与直径之比)本 质上是极大的(例如，通常为至少大约10,000或更高)。这种纤维 不仅长而且充分缠结，因此通常不可能从一团这种纤维中取出一根完 整的熔喷纤维或者从头到尾地追踪一根熔喷纤维。
短语“纺粘法”是指一种通过以下方式形成非织造网的方法： 将低粘度的熔体通过多个孔挤出，以形成原丝，用空气或其它流体使 原丝骤冷，从而至少使原丝表面硬化，将至少部分硬化的原丝与空气 或其它流体接触，以便将原丝细化成纤维，并收集成为细化纤维层， 以及，对其可选地进行轧光。
短语“纺粘纤维”是指采用纺粘法制备的纤维。这种纤维通常 是连续的、并且充分缠结或以点粘结，因此通常不可能从一团这种纤 维中取出一根完整的纺粘纤维。
短语“非织造工艺用模头”是指熔喷法或纺粘法所用的模头。
词语“嵌入”在涉及非织造网中的颗粒而使用时是指该颗粒充 分粘附在网中或陷入网中，从而使得当网受到温和的处理(例如将网 悬垂在水平棒上)时，所述的颗粒仍保留在网中或留在网上。
短语“弹性极限”在涉及聚合物而使用时是指：由该聚合物形 成的物体可经受的、在从应力状态释放时可回到其初始形式的最大变 形。
词语“弹性的”或“弹性”在涉及聚合物而使用时是指：按照 ASTM D638-03(塑料拉伸性能的标准试验方法)测定，材料在处于 其弹性极限情况时的伸长大于约10％。
短语“结晶收缩性”是指：由于(例如)聚合物链折叠或聚合 物链重排而使得当未受约束的纤维从有序性较低、结晶较少的状态转 变到有序性较高、结晶较多的状态时，该未受约束的纤维的长度可能 发生的不可逆的改变。
参照图1，该图示意性地示出本公开的多孔薄片制品10的横截 面。制品10具有厚度T以及任何所需尺度的长度和宽度。制品10 是这样一种非织造网，其含有缠结的聚合物纤维12和嵌入该网中的 吸附剂炭颗粒14。位于制品10中的较小的连通的孔(图1中未指出) 可以使环境空气或其它流体通过(例如，流过)制品10的厚度维度。 颗粒14吸附位于这种流体中的溶剂和其它潜在危险性物质。
图2是本公开的具有两个非织造层22和24的多层制品20的剖 视图。层22和24分别含有纤维和吸附剂颗粒(图2中未指出)。层 22和24可以彼此相同或不同，并且可以与图1中的制品10相同或 不同。例如，当层22和24中的吸附剂颗粒由不同的物质制成时，就 可以从通过制品20的流体中除去不同的潜在危险性物质。当层22 和24中的吸附剂颗粒由相同的物质制成时，与具有相同的总体组成 和厚度的单层制品相比，可以更为有效地或者以更长的使用期从通过 制品20的厚度维度的流体中除去潜在危险性物质。如果需要，多层 制品(例如制品20)可以包含多于两个的非织造层，例如，三个或 更多、四个或更多、五个或更多、或者甚至10个或更多的层。
图3是本公开的过滤器元件30的剖视图。元件30的内部可以 填充多孔薄片制品31(例如图1或图2所示的制品)。壳体32和穿 孔盖33包围薄片制品31。环境空气通过开口36进入过滤器元件30 中、穿过薄片制品31(所述环境空气中的潜在危险性物质在此被薄 片制品31中的颗粒吸附)、并通过安装在支持件37上的进气阀35 离开元件30。套口接头38和卡口凸缘39使得过滤器元件30可以以 可更换方式安装到呼吸装置(例如图4所示的本公开的装置40)上。 装置40是如美国专利No.5,062,421(Burns等人)所示的、所谓的半 截式面罩。装置40包括伏贴的软性面壳42，面壳42可以围绕相对 较薄的刚性结构件或嵌件44进行嵌件成型。嵌件44包括呼气阀45、 以及用于将过滤器元件30可拆式地安装在装置40的面颊区中的凹进 式卡口-螺纹开口部(图4未示出)。可调节的头带46和颈带48使 得装置40可以被牢固地戴在佩带者的鼻子和嘴上。这种装置的结构 的其它细节是本领域技术人员所熟知的。
图5示出本公开的呼吸装置50的局部横截面。装置50是如美 国专利No.6,234,171B1(Springett等人)所示的抛弃型面罩。装置50 具有大体上呈杯状的壳体或呼吸装置主体51，该壳体或呼吸装置主 体51由外覆网52、非织造网53(含有如图1或图2所示的吸附剂颗 粒)和内覆网54构成。焊接边缘55将这些层保持在一起并形成面部 密封区，以减少从装置50的边缘处产生的泄漏。装置50包括：可调 节的头带和颈带56，它们通过调整片57固定到装置50上；易弯的 极软的金属鼻带58，其由诸如铝之类的金属构成；以及呼气阀59。 这种装置的结构的其它细节是本领域技术人员所熟知的。
图6示出用于以熔喷法制备装填有颗粒的非织造网的本公开设 备60。熔融的成纤聚合物材料经入口63进入非织造工艺用模头62、 流过模腔66中的模缝64(均以虚线示出)、并离开模腔66穿过孔 (例如孔67)而成为一系列的原丝68。通过进气歧管70引入的细化 用流体(通常为空气)将原丝68细化成纤维98。同时，吸附剂颗粒 74通过料斗76，经过送料辊78和刮刀80。机动的刷辊82带动送料 辊78旋转。可以移动带螺纹的调节装置84来改善横幅均匀性和颗粒 经过送料辊78漏下的速度。可以通过改变送料辊78的转速来调节总 体的颗粒流速。可以针对不同的颗粒而改变送料辊78的表面以使进 料性能达到最佳化。吸附剂颗粒74形成的料流86从送料辊78落下 并穿过滑槽88。空气或其它流体通过歧管90和腔体92，并引导下落 的颗粒74穿过管道94形成流体96，将其导入原丝68和纤维98。颗 粒74和纤维98的混合物落在多孔收集器100上并形成装填有颗粒的 自支承型非织造熔喷网102。采用这种设备实施熔喷操作所用的方式 的其它细节是本领域技术人员所熟知的。
图7示出用于以纺粘法制备装填有颗粒的非织造网的本公开设 备106。熔融的成纤聚合物材料经入口111进入大致垂直设置的非织 造工艺用模头110、向下流过模腔114中的歧管112和模缝113(均 以虚线示出)、并离开模腔114穿过孔(例如位于喷丝头117中的孔 118)而成为一系列的向下延伸的原丝140。经管道130和132引入 的淬火用流体(通常为空气)至少使原丝140的表面硬化。将至少部 分硬化的原丝140拉向收集器142，同时通过大致相对设置的细化用 流体(通常为空气)流将其细化成纤维141，其中细化用流体流经过 管道134和136供入。同时，采用如图6中通过部件76-94示出的装 置，使吸附剂颗粒74通过料斗76、经过送料辊78和刮刀80。由颗 粒74形成的料流96通过喷嘴94被引导到纤维141中。颗粒74和纤 维141的混合物落在辊143和144承载的多孔收集器142上，并形成 装填有颗粒的自支承型非织造纺粘网146。与辊144相对设置的轧光 辊148压缩网146中的纤维并使其以点粘结，从而制成装填有颗粒的、 轧光的纺粘非织造网150。采用这种设备实施纺粘操作所用的方式的 其它细节是本领域技术人员所熟知的。
图8示出用于以熔喷法制备装填有颗粒的非织造网的本公开设 备160。该设备采用两个大致纵向的倾斜设置的非织造工艺用模头 66，这两个非织造工艺用模头66向收集器100喷出大致相对的原丝 流162和164。同时，吸附剂颗粒74通过料斗166并进入导管168。 气动涡轮170推动空气通过第二导管172，从而将颗粒从导管168抽 到第二导管172中。颗粒通过喷嘴174喷出而成为颗粒流176，由此 使颗粒与原丝流162和164混合，或者与所得到的细化纤维178混合。 颗粒74和纤维178的混合物落在多孔收集器100上，并形成装填有 颗粒的自支承型非织造网180。与图6所示的设备相比，图8所示的 设备通常会使吸附剂颗粒分散地更为均匀。采用图8所示设备实施熔 喷操作所用的方式的其它细节是本领域技术人员所熟知的。
有多种成纤聚合物材料可以采用，这些材料包括热塑性材料， 例如聚氨酯弹性材料(例如，可得自Huntsman LLC公司的商品名为 IROGRANTM的和可得自Noveon公司的商品名为ESTANETM的那些产 品)、聚丁烯弹性材料(例如，可得自E.I.DuPont de Nemours & Co. 公司的商品名为CRASTINTM的那些产品)、聚酯弹性材料(例如， 可得自E.I.DuPont de Nemours & Co.公司的商品名为HYTRELTM的 那些产品)、聚醚嵌段共聚酰胺弹性材料(例如，可得自Atofina Chemicals公司的商品名为PEBAXTM的那些产品)、以及弹性苯乙烯 系嵌段共聚物(例如，可得自Kraton Polymers公司商品名为 KRATONTM的和可得自Dynasol Elastomers公司的商品名为 SOLPRENETM的那些产品)。有些聚合物可以被拉伸到远超过其初始 松弛长度的125％的程度，并且在释放这种偏置力(biasing force)时， 大多数都会恢复到大体上为其初始松弛长度的状态，后者这样的材料 通常是优选的。热塑性聚氨酯、聚丁烯和苯乙烯系嵌段共聚物是特别 优选的。如果需要，网的一部分可以由没有所述的弹性或结晶收缩性 的其它纤维来代替，所述的其它纤维例如为：常规聚合物(例如聚对 苯二甲酸乙二醇酯)纤维；多组分纤维(例如皮芯纤维、可裂开型或 并列型双组分纤维、以及所谓的“海岛”纤维)；短纤(例如，天然 材料短纤或合成材料短纤)；等等。但是，优选以相对较少的量使用 所述的其它纤维，以免不当地降低所需的吸附剂装填水平和最终的网 的性能。
不希望受理论的束缚，我们认为纤维的弹性或结晶收缩性会促 进：非织造网的自固结或致密化作用，减小网中的孔容积，或者减少 气体可在不遇到可利用的吸附剂颗粒的情况下通过其中的这种通道。 在有些情况中，可通过使用(例如)喷水或喷射其它冷却流体将网强 制冷却、或者通过对收集的网以受限或非受限的方式进行退火，来促 进致密化。优选的退火时间和温度根据不同的因素而变化，这些因素 包括所采用的聚合物纤维以及吸附剂颗粒装填水平。对于采用聚氨酯 纤维制备的网而言，一般性的指导方案是退火时间优选为小于大约1 小时。
有多种吸附剂颗粒可以采用。理想的是，吸附剂颗粒将能够吸 收或吸附预期在目标使用条件下会存在的各种气体、气溶胶或液体。 吸附剂颗粒可为任何可用的形式，包括小珠、片、颗粒或聚集体。优 选的吸附剂颗粒包括：活性炭；氧化铝和其它金属氧化物；碳酸氢钠； 可以通过吸附、化学反应或汞齐化的方式从流体中除去某种组分的金 属颗粒(例如，银颗粒)；颗粒状的催化剂，例如霍加拉特(其可以 催化一氧化碳的氧化反应)；经酸性溶液(例如乙酸)或碱性溶液(例 如氢氧化钠水溶液)处理过的粘土和其它矿物材料；离子交换树脂； 分子筛和其它沸石；二氧化硅；杀菌剂；杀真菌剂和杀病毒剂。活性 炭和氧化铝是特别优选的吸附剂颗粒。可以采用吸附剂颗粒的混合物 (例如)以吸附气体混合物，但是在实际上，对处理气体混合物来说， 制备一种在各层中分别采用不同吸附剂颗粒的多层薄片制品可能会 更好。理想的吸附剂颗粒尺寸可广泛地变化，通常部分地根据预期使 用条件来选择该尺寸。作为一般性的指导方案，吸附剂颗粒的尺寸可 在平均直径为大约5-3000微米的范围内变化。优选的是，吸附剂颗 粒的平均直径小于约1500微米，更优选的是，其平均直径在约30 微米到约800微米之间，最优选的是，其平均直径在约100微米到约 300微米之间。也可以采用由具有不同尺寸范围的吸附剂颗粒形成的 混合物(例如，双峰形式的混合物)，但是在实际上，制备这样一种 多层薄片制品可能会更好，其中，位于上游的层采用较大的吸附剂颗 粒，而位于下游的层采用较小的吸附剂颗粒。至少80重量％、更优 选为至少84重量％、最优选为至少90重量％的吸附剂颗粒嵌入网中。
在有些实施方案中，使用寿命可能会受到以下因素的影响，所 述因素为：非织造网的收集器侧相对于预期的流体流动方向是定位于 上游还是下游。有时根据所用的具体的吸附剂颗粒，使用这两种定位 方式都会观察到使用寿命得到延长。
非织造网或过滤器元件的吸附系数A为至少1.6×104/mm水柱。 可以使用类似于参考文献Wood，Journal of the American Industrial Hygiene Association，55(1)：11-15(1994)中所述的参数或测量结果来 计算吸附系数A，其中：
kv＝根据下式的、吸附剂捕获C6H12蒸气的有效吸附速度系数 (分钟-1)，所述式子为：
C6H12蒸气→吸附在吸附剂上的C6H12。
We＝吸附剂填充床或吸附剂装填网的有效吸附容量(gC6H12/g吸附剂 )，其中，该吸附剂填充床或吸附剂装填网接触在标准温度和标 准压力下以30L/分钟的流速(面速度为4.9cm/秒)流动的1000ppm C6H12蒸气，该有效吸附容量是对0到50ppm(5％)的C6H12透过量 而做的吸附曲线进行迭代曲线拟合而确定的。
SL＝吸附剂填充床或吸附剂装填网的使用寿命(分钟)，其中， 该吸附剂填充床或吸附剂装填网接触在标准温度和标准压力下以 30L/分钟的流速(面速度为4.9cm/秒)流动的1000ppm C6H12蒸气， 该使用寿命基于C6H12透过量达到10ppm(1％)所需的时间。
ΔP＝吸附剂填充床或吸附剂装填网与标准温度和标准压力下以 85L/分钟的流速(面速度为13.8cm/秒)流动的空气接触时的压力降 (mm水柱)。
参数kv通常不是直接测得的。而是可以采用多变量曲线拟合和下式 来求解kv而确定：
$\frac{\mathrm{Cx}}{\mathrm{Co}}={(1+\exp [\frac{\mathrm{kv}\times W}{\mathrm{\rho \beta }\times Q}-\frac{\mathrm{kv}\times \mathrm{Co}\times t}{\mathrm{We}\times \mathrm{\rho \beta }\times {10}^3}\left]\right)}^{-1}$
其中：
Q＝测试用流速(challenge flow rate)(L/分钟)；
Cx＝C6H12出口浓度(g/L)；
Co＝C6H12入口浓度(g/L)；
W＝吸附剂重量(g)；
t＝接触时间；
ρβ＝吸附剂填充床的密度或吸附剂装填网的有效密度，其中， g吸附剂是吸附剂材料的重量(排除网重，如果有网的话)，cm3 吸附剂是吸 附剂的总体积，cm3 网是吸附剂装填网的总体积，填充床的ρβ的单位 是g吸附剂/cm3 吸附剂，吸附剂装填网的ρβ的单位是g吸附剂/cm3 网。 然后，可以采用下式确定吸附系数A：
A＝(kv×SL)/ΔP。
吸附系数可以为(例如)至少3×104/mm水柱、至少4×104/mm水 柱、或者至少5×104/mm水柱。令人意外的是，本发明的有些实施 方案的吸附系数高于已知的高品质炭填充床的吸附系数(如下述对比 例1所示的吸附系数为约3.16×104/mm水柱)。
还可以计算另一个系数Avol，该系数将吸附系数A与产品总体 积关联起来。Avol的单位是g吸附剂/cm3 网·mm水柱，可以采用下式计算 Avol：
Avol＝A×ρβ
Avol优选为至少约3×103g吸附剂/cm3 网·mm水柱，更优选为至少约6× 103g吸附剂/cm3 网·mm水柱，最优选为至少约9×103g吸附剂/cm3 网·mm水 柱。
下面将参照非限制性的例子来描述本发明，其中，除非另有说 明，所有的份数和百分数都是以重量计算的。
实施例1-20和对比例1-6
采用如图8所示的、具有两股合并的纵向原丝流的熔喷设备， 在210℃的聚合物熔融温度、钻有孔的模头和模头-收集器间距为 28cm的条件下，用多种成纤聚合物材料以143-250g/小时/cm的速度 挤出，从而制备一系列的装填有炭的熔喷非织造网。调节挤出速度(以 及其它加工参数，如果需要的话)，以得到有效纤维直径为17-32微 米的网，其中，对于网的大部分而言，有效纤维直径为17-23微米。 对制成的网进行评价，以确定炭装填水平和参数kv、SL、ΔP、ρβ、 A和Avol。在不同的环境温度和湿度条件下采用位于不同位置的成网 装置制备网。由此制成多种具有相似的成分和装填水平、但是表现出 一些性能差异的多种网。针对从Kuraray GG12×20型活性炭制备的 炭填充床、以及从聚丙烯或聚氨酯制备的炭装填水平低的网收集对比 数据。下表1列出了实施例或对比例编号、聚合物材料、炭的类型、 熔喷模头的数量(对于图8所示的设备，该值为2，而对于对比例1 所示的炭填充床，该值为0)、炭装填水平、以及上文所述的参数。 参数SL和ΔP以比值SL/ΔP的方式示出。该表的数据按A值大小排 序。
                                    表1   实施例编号   或   对比例编号  聚合物材料(1)   炭，   筛分尺寸   熔喷模   头的   数量   装填水平，   ％   kv，   分钟-1     SL/ΔP，     分钟/     mm水柱   ρβ，   g/cm3   A，   /mm水柱     Avol，     g吸附剂/     cm3 网·         mm水柱   1  PS 440-200   12×20   2   91   2710     22.3   0.22   60433     13295   2  PS 440-200   12×40   2   91   2867     20.3   0.24   58200     13968   3  PS 440-200   12×20   2   91   2309     23.3   0.22   53800     11836   4  PS 440-200   12×20   2   84   2359     22.0   0.21   51898     10899   5  PS 440-200   40×140   2   91   6584     6.6   0.20   43454     8691   6  PS 440-200   12×20   2   91   2077     20.5   0.22   42579     9367   7  PS 440-200   40×140   2   91   5790     7.0   0.20   40530     8106   8  PS 164-200   40×140   2   91   6837     5.8   0.19   39655     7534   9  PS 440-200   40×140   2   86   7849     5.0   0.18   39245     7064   10  PS 164-200+  PS 440-200   40×140   2   91   6812     5.7   0.20   38828     7766   11  PS 440-200   12×20   2   91   1991     19.2   0.23   38227     8792   12  PS 440-200   75/25的   12×20/   40×140   的共混物   2   91   3306     10.8   0.21   35705     7498   13  PS 440-200   40×140   2   88   7017     4.8   0.18   33682     6063   14  PS 440-200   60/40的   12×20/   40×140   的共混物   2   92   3355     10.0   0.22   33550     7381   实施例编号   或   对比例编号   聚合物材料(1)   炭，   筛分尺寸   熔喷模   头的   数量   装填水平，   ％   kv，   分钟-1     SL/ΔP，     分钟     /mm水柱   ρβ，   g/cm3     A，     /mm水柱     Avol，     g吸附剂/     cm3 网·         mm水柱   15   PS 440-200   12×40   2   91   2738     11.3   0.22     30939     6807   对比例1   无(填充床)   12×20   0   100   7220     4.1   0.43     29602     12729   16   PS 440-200   12×20   2   91   1908     14.3   0.20     27284     5457   17   PS 440-200   12×20   2   91   1843     14.7   0.20     27092     5418   18   PS 440-200   12×20   2   90   1895     11.5   0.20     21793     4359   19   PS 440-200   12×20   2   90   1649     13.1   0.18     21602     3888   20   PS 440-200   12×20   2   88   1608     10.5   0.17     16884     2870   对比例2   F3960   12×20   2   91   1352     11.4   0.15     15413     2312   对比例3   F3960   40×140   2   89   3642     4.2   0.14     15296     2141   对比例4   F3960   12×20   2   91   1442     10.1   0.16     14564     2330   对比例5   PS 440-200   40×140   2   78   4815     2.1   0.13     10112     1315   对比例6   F3960   12×20   2   89   927     8.4   0.11     7787     857
(1)PS 440-200是热塑性聚氨酯(可购自Huntsman LLC公司)。
PS 164-200是热塑性聚氨酯(可购自Huntsman LLC公司)。
F3960是商品名为FINATM3960的聚内烯均聚物(可购自Atofina Chemicals公司)。
表1中的数据显示出本发明可以得到极高的吸附系数A值，在 许多情况中还超过了炭填充床的吸附系数A。由聚丙烯制备的网(对 比例2-4和对比例6)、以及采用弹性纤维但是炭装填量低于大约80 重量％的网(对比例5)具有较低的吸附系数A值。例如，用PS 440-200 聚氨酯装填有91重量％的12×20炭制成的网具有27,092-60,433/mm 水柱的吸附系数A值，而采用FINA 3960聚丙烯和91重量％的12 ×20的炭制备的性能最优的网也仅具有15,413/mm水柱的吸附系数 A(实施例1和17与对比例2相比较)。即使在炭装填水平较低的 聚氨酯网的情况下，与上述的聚丙烯网相比较，这种性能上的优势也 仍然保持(实施例4与对比例2相比较)，只要炭装填水平不低于大 约80重量％(例如，参见对比例5)即可。
实施例21-41和对比例7-30
采用如图6所示的、具有单股的水平原丝流的熔喷设备，在210 ℃的聚合物熔融温度、钻有孔的模头和模头-收集器间距为30.5cm的 条件下，用多种成纤聚合物材料以143-250g/小时/cm的速度挤出， 从而制备一系列的装填有炭的熔喷非织造网。调节挤出速度(以及其 它加工参数，如果需要的话)，以得到有效纤维直径为14-24微米的 网，其中，网的大部分的有效纤维直径为17-23微米。对制成的网进 行评价，以确定炭装填水平和参数kv、SL、ΔP、ρβ、A和Avol。表1 中的对比例1的数据一起列在下表2中，表2列出了实施例或对比例 编号、聚合物材料、炭的类型、熔喷模头的数量(对于图6所示的设 备，该值为1，而对于对比例1所示的炭填充床，该值为0)、炭装 填水平、以及上文所述的参数。参数SL和ΔP以比值SL/ΔP的方式 示出。该表的数据按A值大小排序。
                                        表2   实施例编号   或   对比例编号   聚合物材料(2)   炭，   筛分尺寸   熔喷模   头的   数量   装填水平，   ％   kv，   分钟-1     SL/ΔP，     分钟     /mm水柱   ρβ，   g/cm3     A，     /mm水柱     Avol，     g吸附剂/     cm3 网·         mm水柱   21   PS 440-200   12×20   1   91   1946     17   0.21     33082     6947   22   PS 440-200   12×40   1   91   3027     10.5   0.21     31784     6675   对比例1   无(填充床)   12×20   0   100   7220     4.1   0.43     29602     12729   23   G3548L   12×20   1   90   1787     15.8   0.19     28235     5365   24   PS 440-200   40×140   1   91   6569     4   0.22     26276     5781   25   PS 440-200   16×35   1   91   3824     6.8   0.22     26003     5721   26   PS 440-200   12×20   1   91   1678     14.7   0.18     24667     4440   27   50％F3868+   50％PB 0400   12×20   1   90   1726     13.5   0.20     23301     4660   28   50％F3868+   50％PB 0400   12×20   1   90   1757     13.2   0.20     23192     4638   29   PS 440-200   40×140   1   91   7909     2.8   0.21     22145     4650   30   PS 440-200   12×20   1   90   1875     11.8   0.18     22125     3983   31   PS 440-200   12×20   1   90   1858     11.9   0.20     22110     4422   32   G3548L   40×140   1   88   7880     2.8   0.19     22064     4192   33   G3548L   12×20   1   88   1664     12.9   0.18     21466     3864   34   G3548L   12×20   1   90   1739     12.2   0.19     21216     4031   35   G3548L   40×140   1   87   8050     2.5   0.20     20125     4025   36   PS 440-200   40×140   1   81   8490     2.3   0.20     19527     3905   37   100％PB 0400   12×20   1   90   1868     10.1   0.20     18864     3716   38   20％3868+   80％PB 0400   12×20   1   89   1922     9.7   0.20     18643     3729   39   PS 440-200   40×140   1   92   5413     3.3   0.17     17863     3037     实施例编号     或     对比例编号   聚合物材料(2)   炭，   筛分尺寸   熔喷模   头的   数量     装填水平，     ％   kv，   分钟-1     SL/ΔP，     分钟     /mm水柱     ρβ，     g/cm3     A，     /mm水柱     Avol，     g吸附剂/     cm3 网·         mm水柱     40   100％PB 0400   12×20   1     90   1802     9.4     0.20     16936     3336     41   100％PB 0400   12×20   1     90   1759     9.3     0.20     16356     3222     对比例7   100％PB 0400   12×20   1     90   1861     8.2     0.20     15262     3007     对比例8   PS 440-200   40×140   1     90   5422     2.8     0.19     15182     2885     对比例9   20％3868+   80％PB 0400   12×20   1     89   1833     8.1     0.20     14847     2969     对比例10   F3960   12×20   1     90   1311     11.3     0.15     14814     2222     对比例11   F3960/E-1200   40×140   1     90   3834     3.8     0.16     14569     2331     对比例12   PS 440-200   40×140   1     91   5567     2.6     0.18     14474     2605     对比例13   F3960   40×140   1     91   4478     3.2     0.17     14330     2436     对比例14   F3960   40×140   1     89   3588     3.8     0.14     13634     1909     对比例15   G-1657   12×20   1     88   2422     5.6     0.22     13563     2984     对比例16   PS 440-200   40×140   1     66   8844     1.5     0.15     13266     1990     对比例17   PS 440-200   12×20   1     81   1563     7.7     0.16     12035     1926     对比例18   PS 440-200   12×20   1     87   1776     6.5     0.18     11541     2077     对比例19   F3960/E-1200   12×20   1     90   1389     8.3     0.16     11525     1844     对比例20   G3548L   12×20   1     82   1748     6.2     0.16     10836     1734     对比例21   F3960   12×20   1     90   1348     8     0.15     10784     1618     对比例22   F3960   12×20   1     91   1440     7.2     0.15     10368     1555     对比例23   D2503   12×20   1     90   1942     5.3     0.19     10290     1955     对比例24   F3960   40×140   1     89   3271     2.7     0.14     8832     1236     对比例25   PS 440-200   12×20   1     84   1662     5.2     0.16     8640     1382     对比例26   F3960   12×20   1     91   1216     6.3     0.14     7659     1072     对比例27   PS 440-200   40×140   1     49   6035     1.2     0.11     7242     797     对比例28   PS 440-200   40×140   1     50   6830     0.8     0.12     5464     656 实施例编号 或 对比例编号   聚合物材料(2)   炭，   筛分尺寸   熔喷模   头的   数量     装填水平，     ％   kv，   分钟-1     SL/ΔP，     分钟     /mm水柱   ρβ，   g/cm3   A，   /mm水柱     Avol，     g吸附剂/     cm3 网·         mm水柱 对比例29   PS 440-200   12×20   1     68   1333     3.3   0.14   4399     616 对比例30   PS 440-200   12×20   1     50   1216     1.2   0.13   1459     190
(2)PS 440-200是热塑性聚氨酯(可购自Huntsman LLC公司)。
G3548L是商品名为HYTRELTMG3548L的热塑性聚丁烯/聚(亚烷基醚)邻苯二甲酸酯弹性体(可购 自DuPont Plastics公司)。
F3868是商品名为FINA3868的聚丙烯均聚物(可购自Atofina Chemicals公司)。
PB 0400是商品名为POLYBUTENE-1TM的Grade PB 0400的热塑性聚丁烯弹性体(可购自Basell Polyolefins公司)。
G-1657是商品名为KRATONTMG-1657的苯乙烯系二/三嵌段共聚物(可购自Kraton Polymers公司)。
F3960是商品名为FINA 3960的聚丙烯均聚物(可购自Atofina Chemicals公司)。
E-1200是商品名为EASTOFLEXTME-1200的无定形聚(内烯-乙烯)共聚物(可购自Eastman Chemicals公司)。
D2503是商品名为DOWLEXTM2503的线性低密度低分子量聚乙烯树脂(可购自Dow Plastics公司)。
表2中的数据显示出本发明可以得到极高的吸附系数A值。但 是，这些值通常低于表1所示的那些值。在有些情况中，采用与表1 所用相同的材料和量制备并含有超过80重量％的炭颗粒的网并没有 表现出至少为1.6×104/mm水柱的吸附系数A(例如，实施例5和对 比例12相比较)。据信，这至少部分归因于：在表2制备的网中， 炭颗粒分散的均匀程度明显较差；此外，可能还至少部分归因于：使 用的是单层网而不是两层网。
实施例42-43和比较例31-32
采用与实施例21-41所用设备相同的、具有单股的水平原丝流 的熔喷设备，并采用收集之后真空成形的步骤来固结所得到的网，从 而用多种成纤聚合物材料制成一系列的装填有炭的熔喷非织造网，并 对其进行评价，以确定炭装填水平和参数kv、SL、ΔP、ρβ、A和Avol。 表1中的对比例1的数据一起列在下表3中，表3列出了实施例或对 比例编号、聚合物材料、炭的类型、熔喷模头的数量(对于图6所示 的设备，该值为1，而对于对比例1所示的炭填充床，该值为0)、 炭装填水平、以及上文所述的参数。参数SL和ΔP以比值SL/ΔP的 方式示出。该表的数据按A值大小排序。
                                        表3   实施例编号   或   对比例编号   聚合物材料(3)   炭，   筛分尺寸   熔喷模   头的   数量   装填水平，   ％   kv，   分钟-1     SL/ΔP，     分钟     /mm水柱   ρβ，   g/cm3   A，   /mm水柱     Avol，     g吸附剂/     cm3 网·         mm水柱   42   PS 440-200   12×20   1   91   2357     16.5   0.23   38895     8946   对比例1   无(填充床)   12×20   0   100   7220     4.1   0.43   29602     12729   对比例31   F3960   12×20   1   89   1389     15.3   0.15   21252     3188   43   PS 440-200   12×20   1   90   1898     10.9   0.19   20687     3931   对比例32   F3960   12×20   1   91   1650     12.3   0.17   20297     3532
(3)PS 440-200是热塑性聚氨酯(可购自Huntsman LLC公司)。
F3960是商品名为FINA 3960的聚丙烯均聚物(可购自Atofina Chemicals公司)。
表3中的结果显示出采用真空方式后成形技术来固结所得到的 网可以使吸附系数A提高(例如，实施例42与实施例21相比较， 以及，对比例31和32与对比例10相比较)。但并不是总能观察到 这种提高的效果(例如，实施例43与实施例30和31相比较)。
实施例44
采用实施例21的一般方法，用PS 440-200热塑性聚氨酯和40 ×140的炭颗粒制备单层网。制成的网含有0.202g/cm2的炭(91重量 ％的炭)，并且有效纤维直径为15微米。采用美国专利No.3,971,373 (Braun)中实施例19的方法，使81cm2的实施例44制备的网样品(总 含炭量为16.3g)与空气接触，该空气的相对湿度＜35％、流速为14L/ 分钟、并含有250ppm的甲苯蒸气。图9是用实施例44制备的网得 到的下游甲苯浓度的图(曲线B)、以及用Braun的实施例19制备 的网得到的下游甲苯浓度的图(曲线A)。Braun的实施例19制备 的网含有聚丙烯纤维和17.4g的总炭量(89重量％的炭)。如图9所 示，尽管实施例44制备的网含有较少的炭，但Braun的实施例19 制备的网仍表现出明显低于实施例44制备的网的吸附容量。
实施例45
采用实施例21的一般方法，用PS 440-200热塑性聚氨酯制备双 层网，其中第一层采用12×20的炭颗粒，第二层采用40×140的炭 颗粒。第一层含有0.154g/cm2的炭(91重量％的炭)，并且有效纤 维直径为26微米。第二层含有0.051g/cm2的炭(91重量％的炭)， 并且有效纤维直径为15微米。采用美国专利No.3,971,373(Braun) 中实施例20的方法，使81cm2的实施例45制备的网样品(总含炭量 为16.6g)与空气接触，该空气的相对湿度＜35％、流速为14L/分钟、 并含有350ppm的甲苯蒸气。图10是用实施例45制备的网得到的下 游甲苯浓度的图(曲线B)、以及用Braun的实施例20制备的网得 到的下游甲苯浓度的图(曲线A)。Braun的实施例20制备的网含 有聚丙烯纤维和18.9g的总炭量(85重量％的炭)。如图10所示， 尽管实施例45制备的网含有较少的炭，但Braun的实施例20制备的 网仍表现出明显低于实施例45制备的网的吸附容量。
对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在不偏离本发明 的情况下对本发明进行各种改变和变形。本发明不应受限于在此列出 的内容，这些内容仅用于示例性目的。