TELA DE SOLIDEZ REDUCIDA QUE COMPRENDE FIBRAS Y UN SEPARADOR DE FIBRAS.

Una tela que comprende una capa de fibras finas sustancialmente continua que tiene un grosor de capa de 0,

5 a 500 micras, comprendiendo la capa un medio separador que comprende un material particulado inerte con un tamaño de partículas de 0,05 a 200 micras dispersado a través de la fibra en la capa, estando presente el material particulado en una cantidad del 0,1 al 50% en volumen; teniendo la fibra un diámetro de aproximadamente 0,0001 hasta aproximadamente 2 micras, y teniendo la capa una solidez de las fibras finas de aproximadamente el 0,1 al 50%

Tela de solidez reducida que comprende fibras y un separador de fibras Esta solicitud se presenta el 15 de febrero de 2006 como una solicitud de patente internacional PCT a nombre de Donaldson Company, Inc., una corporación nacional de EE. UU., solicitante para la designación de todos los países excepto EE. UU., y de Veli Kalayci, ciudadano de Turquía, Douglas Crofoot, Timothy Grafe y Kristine Graham, todos ellos ciudadanos de EE. UU., para la designación solamente de EE. UU., y reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de EE. UU. número de serie 60/654 055, presentada el 16 de febrero de 2005, y de la solicitud de patente de utilidad de EE. UU. número de serie desconocido, presentada el 13 de febrero de 2006.

Campo de la Invención La invención se refiere a una tela o a una estructura de fibras, tal como un medio de filtración, que comprende una colección de fibras y un separador de fibras, material particulado separador o medios de separación de la tela en asociación con la fibra.

Antecedentes de la Invención Los filtros pueden fabricarse de telas de fibras finas de materiales poliméricos. Las telas poliméricas pueden fabricarse mediante electrohilado, extrusión, hilatura por fusión, procesos en flujo de aire y en vía húmeda, etcétera. La tecnología de fabricación de las estructuras de filtro es muy amplia para obtener estructuras que pueden separar la carga de material particulado desde un flujo de fluido móvil. Dichos medios de filtración incluyen medios de carga superficial y medios profundos, donde estos medios pueden fabricarse en diversas estructuras geométricas. Los principios relacionados con el uso de dichos medios se describen en las patentes de EE. UU. números 5 082 476; 5 238 474; 5 364 456 y 5 672 399, de Kahlbaugh y otros. En cualquier estructura de filtro que contenga cualquier medio de filtración seleccionado arbitrariamente, el filtro debe eliminar un tamaño de partícula definido, y al mismo tiempo, tener una vida útil suficiente en sus propiedades de extracción de partículas para estar justificado económicamente. En general, se considera que la vida útil es el tiempo entre el aislamiento y el momento en el que el filtro obtiene una carga de partículas suficiente para que la caída de presión a través del filtro sea mayor de un nivel predeterminado. Una caída de presión incrementada puede provocar la evitación del filtro, un fallo mecánico del filtro, falta de alimentación de fluido, u otros problemas operativos.

Se conocen telas de la clase mencionada, por ejemplo, a partir de los documentos US 4 100 324 A, US 5 681 469 A, US 5 486 410 A y de WO 93/06924 A1.

Los medios de filtros de nanofibras han impulsado nuevos niveles de rendimiento en la filtración de aire en aplicaciones comerciales, industriales y de defensa en las que los requisitos de eficiencia han sido bajos en comparación con los niveles HEPA (High Efficiency Particle Air, aire de alta eficiencia para partículas) o ULPA (Ultra Low Penetration Air, penetración de aire ultra baja) .

Los avances recientes en el campo de la filtración mejorada con nanofibras han extendido la usabilidad de las nanofibras a las aplicaciones con eficiencias de filtración superiores. En particular, estas matrices de nanofibras proporcionan un rendimiento comparable a otros medios HEPA disponibles comercialmente, compuestos de vidrios submicrónicos o de membranas de PTFE expandido. Dicho rendimiento se muestra con beneficios de la tecnología. Los medios de filtros de nanofibras son una solución viable en aplicaciones de alta eficiencia con requisitos de rendimiento estrictos.

Una tela puede comprender una masa de fibras sustancialmente continua y, dispersado en la fibra, un separador de fibras, material particulado separador o un medio de separación de la tela. El separador o medio de separación provoca que la tela de fibras obtenga una estructura, en la que la masa de fibras o la parte de tela, incluso aunque esté llena del material particulado, tiene una solidez reducida, fibras separadas o partes de tela separadas en el interior de la estructura, con profundidad incrementada de la fibra sin incrementar la cantidad de polímero o el número de fibras en el interior de la tela. La estructura resultante obtiene propiedades de filtración mejoradas, tales como resistencia a la caída de presión, coeficiente de calidad, permeabilidad y eficiencia, mejoradas. La eficiencia de la filtración es la característica del medio de filtración que está relacionada con la fracción de las partículas extraídas del flujo móvil. La eficiencia se mide habitualmente mediante un protocolo de pruebas establecido, definido a continuación.

Los medios de filtro de carga superficial comprenden, a menudo, matrices densas de fibras que tienen una estructura no tejida, que están situadas a través de la trayectoria de un flujo de fluido móvil. Mientras el flujo de fluido móvil pasa a través de la estructura formada de fibras no tejidas, habitualmente las partículas son extraídas de los flujos en la superficie del filtro, con una cierta eficiencia, y permanecen en la superficie. En contraste con las estructuras de carga superficial, los medios profundos incluyen habitualmente una estructura relativamente gruesa (comparada con un medio de carga superficial) de fibras con una solidez, una porosidad, un grosor de capa y una eficiencia definidas. Los medios profundos y, en particular, los medios profundos con densidad de gradiente se muestran en las patentes de EE. UU. números 5 082 476; 5 238 474 y 5 364 456, de Kahlbaugh y otros. En general, los medios profundos actúan en las operaciones de filtración obstaculizando la carga de partículas en un flujo de fluido móvil, en el interior de la capa de filtro. Cuando las partículas inciden en la estructura fibrosa del medio profundo, las partículas permanecen en el interior del medio profundo y habitualmente se distribuyen sobre las fibras internas y a través del volumen del filtro, y se mantienen en las mismas. Por contraste, los medios de carga superficial acumulan habitualmente las partículas en una capa superficial.

Groeger y otros, en la patente de EE. UU. número 5 486 410, presentan una estructura fibrosa fabricada normalmente de una fibra bicompuesta, de núcleo/forro exterior, que contiene un material particulado. El material particulado comprende un material funcional inmovilizado, contenido en la estructura de la fibra. El material funcional está diseñado para interaccionar con el flujo de fluido y modificarlo. Materiales típicos incluyen sílices, zeolita, alúmina, mallas moleculares, etc., que pueden reaccionar con materiales del flujo de fluido o bien absorberlos. Markell y otros, en la patente de EE. UU. número 5 328 758, utilizan una tela termoplástica hilada por fusión y un material de sorción en una tela para el proceso de separación. Errede y otos, en la patente de EE.UU. número 4 460 642, muestran una lámina compuesta de PTFE que es hinchable en agua y contiene partículas absorbentes hidrófilas. Esta lámina es útil como vendaje para heridas, como material para absorber y extraer solventes no acuosos o como material cromatográfico de separación. Kolpin y otros, en la patente de EE. UU. número 4 429 001, muestran una lámina absorbente que comprende una fibra hilada por fusión que contiene partículas poliméricas superabsorbentes. Se muestran filtros de desodorización o de purificación del aire, por ejemplo, en el documento JP 7 265 640, de Mitsutoshi y otros, y en el documento JP 10 165 731, de Eiichiro y otros.

Si bien en el pasado se han utilizado medios de carga superficial y medios profundos, y ambos han obtenido ciertos niveles de rendimiento, en la industria sigue existiendo una necesidad importante de medios de filtración que puedan proporcionar características de funcionamiento nuevas y diferentes a las obtenidas anteriormente.

Resumen de la Invención Se da a conocer una tela acorde con la reivindicación 1. La tela de la invención incluye una tela de fibras, y medios de separación de fibras o medios separadores de fibras. La tela comprende una estructura fibrosa continua con una fase de fibras continua, y un medio de separación de fibras que comprende una fase de material particulado dispersada con la fibra. Estando dispersadas, las partículas están fijadas en el medio, adheridas a la fibra, sujetas en el interior de un espacio vacío dentro de la tela o en un bolsillo que penetra parcialmente en la tela creando un espacio en la superficie de la tela. La tela puede ser utilizada en aplicaciones de filtración, como un medio profundo que tiene una tela continua de fibras finas modificada por la... [Seguir leyendo]

1. Una tela que comprende una capa de fibras finas sustancialmente continua que tiene un grosor de capa de 0, 5 a 500 micras, comprendiendo la capa un medio separador que comprende un material particulado inerte con un tamaño de partículas de 0, 05 a 200 micras dispersado a través de la fibra en la capa, estando presente el material particulado en una cantidad del 0, 1 al 50% en volumen; teniendo la fibra un diámetro de aproximadamente 0, 0001 hasta aproximadamente 2 micras, y teniendo la capa una solidez de las fibras finas de aproximadamente el 0, 1 al 50%.

2. La tela de la reivindicación 1, en la que la fibra tiene un diámetro de aproximadamente 0, 001 a 1 micras, estando presente el material particulado en una cantidad del 0, 5 al 40% en volumen, y teniendo la capa una solidez de fibras finas de aproximadamente el 0, 5 al 30%.

3. La tela de la reivindicación 1, en la que la fibra tiene un diámetro de aproximadamente 0, 001 a 0, 5 micras, estando presente el material particulado en una cantidad del 1 al 30% en volumen, y teniendo la capa una solidez de fibras finas de aproximadamente el 1 al 20 %.

4. La tela de la reivindicación 1, en la que la tela tiene un factor de calidad de 100 a 105.

5. La tela de la reivindicación 1, en la que el grosor de la tela de fibras es de aproximadamente 1 a 100 veces el diámetro de la fibra.

6. La tela de la reivindicación 1, en la que la tela comprende aproximadamente del 20 al 80% en peso de fibras, y aproximadamente del 80 al 20% en peso del medio separador.

7. La tela de la reivindicación 1, en la que la tela comprende aproximadamente del 30 al 75% en peso de fibras, y aproximadamente del 70 al 25% en peso del medio separador.

8. La tela de la reivindicación 1, en la que el material particulado tiene un tamaño de partículas de 0, 05 a 100 micras.

9. La tela de la reivindicación 1, en la que el medio separador comprende un material particulado sustancialmente circular.

10. La tela de la reivindicación 9, en la que el material particulado tiene un diámetro menor de 200 micras.

11. La tela de la reivindicación 9, en la que el material particulado tiene un diámetro de aproximadamente 5 a 200 micras.

12. La tela de la reivindicación 9, en la que el material particulado tiene un diámetro de aproximadamente 0, 05 a 100 micras.

13. La tela de la reivindicación 9, en la que el material particulado tiene una dimensión principal de aproximadamente 0, 1 a 70 micras.

14. La tela de la reivindicación 1, en la que la tela tiene una permeabilidad Frazier de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 m-minutos-1 y una eficiencia de aproximadamente el 40 a aproximadamente el 99, 99% bajo ASTM 1215-89, utilizando un material particulado monodisperso de látex de poliestireno de 0, 78 micras, a 8, 1 m-min1 ó 20 pies-min-1.

15. La tela de la reivindicación 1, en la que la tela tiene una permeabilidad Frazier de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 50 m-minutos-1 y una eficiencia de aproximadamente 40 a aproximadamente 99, 9999%, medida utilizando un banco de pruebas de eficiencia fraccional TSI 3160 utilizando material particulado monodisperso de ftalato de dioctilo de 0, 3 micras, a 3, 2 m-min-1 ó 10, 5 pies-min-1.

16. La tela de la reivindicación 1, en la que la estructura de filtro comprende dos o varias capas de fibras finas con un grosor de, por lo menos, unas 0, 5 micras, por lo menos una capa carece de material particulado y por lo menos una capa tiene material particulado distribuido a través de cada capa de fibras finas.

17. El medio de la reivindicación 1, en el que el material particulado comprende un material polimérico y la fibra de la capa está sustancialmente adherida al material particulado.

18. El medio de la reivindicación 16, en el que el material particulado comprende nailon.

19. El medio de la reivindicación 16, en el que el material particulado comprende poliolefina.

20. El medio de la reivindicación 16, en el que el material particulado comprende poliéster.

21. El medio de la reivindicación 16, en el que el material particulado comprende una aramida.

22. El medio de la reivindicación 9, en el que el material particulado es asférico.

23. El medio de la reivindicación 9, en el que el material particulado es amorfo.

24. El medio de la reivindicación 9, en el que el material particulado es monodisperso.

25. El medio de la reivindicación 9, en el que el material particulado es polidisperso.

26. La tela de la reivindicación 1, en la que la tela tiene un gradiente en la distribución interior del medio de separación.

27. La tela de la reivindicación 1, en la que la tela tiene un gradiente de la distribución interior de la fibra.

28. Un medio de filtro, que comprende la tela de la reivindicación 1 y una capa de soporte.

29. Un filtro, que comprende una estructura de soporte del filtro y el medio de la reivindicación 27.