BRPI0707908A2 - manta de filtro compreendendo fibra fina e particulada adsorvente ou absorvente e reativa - 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

"MANTA DE FILTRO COMPREENDENDO FIBRA FINA E PARTICULADAADSORVENTE OU ABSORVENTE E REATIVA"

O presente pedido está sendo depositado em 13 de Fevereiro de 2007 como Pedi-do de Patente Internacional PCT em nome da Donaldson Company1 Inc., uma corporaçãonacional dos E.U. e Andrew James Dallas, Jon Dennis Joriman1 Dustin Zastera1 James R.Giertz1 todos cidadãos dos E.U., Lefei Ding1 um cidadão da China e Veli Engin Kalayci1 umcidadão da Turquia e reivindica prioridade do Pedido de Patente Provisório U.S. No. de Sé-rie 60/773.067, depositado em 13 de Fevereiro de 2006.

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a uma manta ou estrutura de fibra. O filtro, elementoou estruturas de meio da invenção podem atuar como uma camada reativa, adsorvente ouabsorvente ou em um modo de filtragem. A estrutura compreende uma fibra de coleta e umparticulado 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 umabsorvente, adsorvente ou reagente.

Antecedentes da Invenção

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 estru-turas de filtro é vasta para obtenção de estruturas que podem separar a carga de particuladode uma corrente de fluido móvel. Tais meios de filtragem incluem meios de carregamento nasuperfície e meios de profundidade nos quais esses meios podem ser produzidos em umavariedade de estruturas geométricas. Princípios referentes ao uso de tais meios são descri-tos em Kahlbaugh e colaboradores, Patentes U.S. Nos. 5.082.476; 5.238.474; 5.364.456 e5.672.399. Em qualquer estrutura de filtro contendo qualquer meio de filtragem arbitraria-mente selecionado, o filtro deve remover um tamanho de partícula definido e, ao mesmotempo, ter vida útil suficiente para ser economicamente justificável quanto às suas proprie-dades de remoção de partículas. A vida útil é geralmente considerada como sendo o tempoentre a instalação e o tempo em que o filtro obtém carga de particulado suficiente, de modoque a queda de pressão através do filtro é maior do que um nível predeterminado. Umaqueda de pressão suficiente pode causar bypass do filtro, falha mecânica do filtro, inutilidadedo filtro ou outros problemas de operação.

A eficiência de filtragem é a característica dos meios de filtragem que está relacio-nada à fração de particulado removido da corrente móvel. A eficiência é, tipicamente, medi-da por um protocolo de teste padrão definido abaixo.

Meios de filtro com carregamento na superfície freqüentemente compreendem es-teiras densas de fibra tendo uma estrutura não-tecida que é colocada através do trajeto deuma corrente de fluido móvel. Enquanto a corrente de fluido móvel passa através da estrutu-ra das fibras não-tecidas formadas, o particulado é, tipicamente, removido da corrente nasuperfície do filtro com uma determinada eficiência e permanece sobre a superfície. Em con-traste à estruturas com carregamento na superfície, meios de profundidade incluem, tipica-mente, uma estrutura relativamente espessa (comparado com os meios de carregamento nasuperfície) de fibra tendo uma solidez, porosidade, espessura de camada e eficiência defini-das. Meios de profundidade e, em particular, meios de profundidade com densidade de gra-diente 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 filtragemimpedindo o carregamento de particulado em uma corrente de fluido móvel dentro da cama-da de filtro. À medida que o particulado colide com a estrutura fibrosa dos meios de profun-didade, o particulado permanece dentro dos meios de profundidade e, tipicamente, é distri-buído sobre e mantidas com fibras internas e por todo o volume do filtro. Em contraste, mei-os com carregamento na superfície, tipicamente, acumulam o particulado em uma camadade superfície.

Groeger e colaboradores, Patente U.S. No. 5.486.410, ensinam uma estrutura fi-brosa produzida, tipicamente, de uma fibra com núcleo/envoltório com bicomponente con-tendo um material particulado. O particulado compreende um material funcional imobilizadomantido na estrutura de fibra. O material funcional é projetado para interagir com e modificara 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 colabora-dores, Patente U.S. No. 5.328.758, usam uma manta termoplástica fundida a sopro e ummaterial 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 emágua e contém partículas hidrofílicas absorventes. Essa folha é útil como um curativo paraferidas, como um material para absorção e remoção de solventes não aquosos ou como ummaterial cromatográfico de separação. Kolpin e colaboradores, Patente U.S. No. 4.429.001,ensinam uma foina absorvente compreendendo uma fibra fundida a sopro contendo partícu-las poliméricas super absorventes. Filtros de desodorização ou purificação de ar são mos-trados, por exemplo, em Mitsutoshi e colaboradores, JP 7265640 e Eiichiro e colaboradores,JP 10165731.

Muitas fases de fluido móvel, incluindo fases gasosas e líquidas, contêm compo-nentes indesejáveis suspensos, dissolvidos ou de outro modo encerrados dentro da fasemóvel. Tais componentes indesejáveis podem ser quimicamente reativos ou podem ser ab-sorvíveis ou adsorvíveis através do uso de absorventes ou adsorventes. Muitas dessas es-pécies formam uma fase que é totalmente miscível no fluido e não pode ser filtrada, maspode ser removida apenas através de absorventes ou adsorventes de reação química. E-xemplos de tais materiais são compostos de reação ácidos ou básicos. Compostos ácidosincluem sulfeto de hidrogênio, dióxido de enxofre e outras de tais espécies. Componentesbásicos incluem amônia, aminas, compostos quaternários e outros. Outros gases reativos,tais como Cl2, SO2, cianeto, fosgênio e outros podem impor perigos. Por fim, uma série deoutros compostos são desagradáveis em virtude do odor, cor ou outras propriedades inde-sejáveis. A remoção de todos esses materiais da uma fase fluida, se possível, pode ser útilem muitos usos finais. As camadas ativas dos sistemas existentes sofrem de problemasreferentes à instabilidade mecânica do particulado nas camadas. Em muitas estruturas, oparticulado não é mecanicamente fixado na camada e pode ser desalojado facilmente. Emmuitas estruturas, a quantidade de materiais ativos disponíveis está limitada pela naturezado substrato e as quantidades de material ativo que podem ser carregadas.

Embora meios com carregamento na superfície e meios de profundidade tenhamsido usados no passado e tenham obtido determinados níveis de desempenho, permaneceuma necessidade substancial na indústria por meios de filtragem e tratamento de fase quepodem proporcionar características novas e diferentes de desempenho do que aquelas for-malmente obtidas. Em particular, uma necessidade por propriedades adsorventes, absor-ventes ou reativas excelentes e baixa queda de pressão com eficiência aperfeiçoada sãonecessárias em uma estrutura com alta atividade e estabilidade mecânica robusta.

Sumário da Invenção

A manta, filtro ou outra estrutura de fluxo passante ou fluxo sob demanda da inven-ção pode compreender uma massa ou camada de fibra fina substancialmente contínua con-tendo o particulado da invenção. Um meio espaçador ou de separação de fibra reativa, ab-sorvente ou adsorvente na forma de um particulado pode ser combinado com, ou de outromodo disperso em, a massa de fibra. A manta da invenção inclui uma manta ou camada defibra e um meio de separação de fibra ou meio espaçador de fibra aderido à fibra que podeser usado na forma de uma estrutura reativa, absorvente ou adsorvente.

Em um aspecto, a manta compreende uma estrutura fibrosa contínua com uma fasede fibra contínua e um particulado reativo, absorvente ou adsorvente ativo que pode trataruma corrente de fluido. A corrente de fluido pode ser um gás ou líquido com materiais encer-rados. Os materiais encerrados podem ser solúveis ou insolúveis nos fluidos móveis e po-dem ser partículas de impurezas líquidas ou sólidas. Os líquidos podem ser exemplificadospor soluções aquosas, fluidos não aquosos, água, óleos e misturas dos mesmos.

Em um segundo aspecto, uma estrutura similar também pode atuar como um filtro.O particulado ativo compreende uma fase em partícula dispersa com a fibra. O filtro podeser usado para filtrar um fluido móvel, tal como uma corrente gasosa ou uma corrente delíquido. O filtro pode ser usado para remover impurezas da corrente de líquido ou da corren-te gasosa. Tais impurezas podem ser partículas encerradas. As estruturas de fluxo passantee fluxo sob demanda podem ser usadas em estruturas que não precisam de PTFE, Teflon®expandido estirado ou outros componentes de fluoropolímero porosos relacionados paraatividade com sucesso.

Por disperso, entenda-se que o particulado ativo é aderido à fibra, mantido dentrode 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 ca-mada de fibra fina contendo o particulado ativo da invenção pode ser combinado com umacamada de meio. Essa forma pode ser usada em uma unidade de tratamento de fluxo sobdemanda ou usada em uma unidade de filtragem de fluxo passante tendo propriedades ad-sorventes/absorventes ou reativas. Em uma unidade de fluxo sob demanda ou fluxo passan-te, o meio é simplesmente configurado em uma forma através da qual o fluido móvel podepassar sem colidir com qualquer camada de filtragem e simplesmente contatar as espéciesabsorventes/adsorventes ou reativas formadas na camada de fibra fina adjacente ao trajetode fluxo do meio de fluido. Alternativamente, a estrutura de camada de fibra fina do particu-lado ativo e o meio podem ser transformados em uma estrutura de filtragem com fluxo pas-sante que pode remover partículas do fluido móvel enquanto no modo de filtragem. O meioda invenção pode, em um modo de filtragem, remover as partículas encerradas do fluidomóvel e, ao mesmo tempo, absorver, adsorver ou reagir quimicamente com materiais inde-sejados na fase de fluido que pode ou não estar em uma forma de partícula.

O termo filtro se refere à estrutura que é realmente usada no tratamento de um flui-do móvel. Um "filtro" usualmente inclui um alojamento com uma entrada e uma saída. Otermo "elemento" se refere, tipicamente, a uma estrutura usada em um conjunto de filtro queinclui uma camada de meio e outras partes, resultando em uma unidade útil estruturalmenteestável que pode ser inserida e removida da estrutura de filtro. Elementos ou mantas dainvenção incluem a camada de meio que compreende um particulado disperso por toda amanta de fibra fina. A fibra fina e particulado combinados podem ser formados sobre umacamada de substrato para formar um meio de filtro.

O particulado pode compreender uma quantidade de um único tipo de partícula oumistura de partículas dissimilares. Por exemplo, um particulado ativo pode ser misturadocom um particulado inerte para uso em tal camada. O particulado inerte pode compreenderum único particulado ou pode ser uma mistura de partículas inertes que diferem pela com-posição, tamanho de partícula, morfologia de partícula ou algum outro aspecto do particula-do. Similarmente, o particulado ativo pode compreender uma mistura de partícula incluindodiferentes partículas ativas. Por exemplo, um particulado de carbono poderia ser misturadocom um particulado de zeólito. Alternativamente, um particulado de carbóxi metil celulosepode 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 partículasde diferentes tamanhos, formato ou metodologia podem ser combinadas nas camadas ati-vas da invenção. O termo "partícula encerrada" se refere à impurezas no fluido móvel, en-quanto que o termo "partícula dispersa" se refere à partícula deliberadamente incluída den-tro das camadas de fibra da invenção.

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

No modo de fluxo sob demanda, o trajeto de fluido é geralmente paralelo ao planoda camada de fibra fina ou superfície do elemento. No modo de fluxo sob demanda, o fluidocontata a superfície da camada e não flui substancialmente através do- elemento. Emboradependendo da viscosidade, taxa de fluxo, temperatura, configuração do elemento, o fluidopode, até algum grau, penetrar na camada e pode fluir de camada para camada, o modoprimário de transporte do fluido é ultrapassando a camada em uma direção substancialmen-te paralela à superfície da camada. Em tal modo, o líquido pode contatar a superfície dacamada e materiais químicos dissolvidos e suspensos no fluido podem reagir com, ser ab-sorvidos ou adsorvidos pelo particulado.

O elemento de fluxo passante e fluxo sob demanda pode ser usado em uma varie-dade de formatos. O elemento de fluxo passante pode ser usado em estruturas de filtro con-vencionais, incluindo painel de cartucho em algumas outras estruturas de filtro, com o ele-mento em um modo dobrado ou desdobrado. Similarmente, o meio de fluxo sob demandapode ser incluído nas estruturas de painel e cartucho.

Um modo preferido de uso do material de fluxo sob demanda é em um meio enro-lado. Meios enrolados são preparados primeiro através de formação da camada de fibra finae partícula através de tratamento térmico da camada de fibra se necessário e, então, enro-Iamento do elemento em um rolo com múltiplas camadas tendo qualquer coisa entre 2 a 50camadas. A espessura do rolo ou uma separação entre as camadas determina a taxa defluxo de fluido através da estrutura. Às taxas de fluxo podem ser aperfeiçoadas através deintrodução de canais no meio enrolado. Tais canais podem ser pré-formados no substratosobre o qual a fibra fina é fiada ou os canais podem ser formados no elemento após a ca-mada de fibra fina ser formada sobre o substrato e, então, tratados termicamente se neces-sário. Formas ou espaçadores mecânicos podem ser incluídos com as etapas de processa-mento. As formas ou espaçadores podem introduzir o canal na estrutura. Pelo menos umaporção espaçadora pode ser incluída com o material enrolado para formar inerentementeum canal em uma porção da estrutura enrolada. Ainda, espaçadores adicionais podem sercolocados de modo que cada camada da estrutura enrolada tenha pelo menos uma porçãode canal. Um número arbitrário de espaçadores pode ser usado. Pelo menos um espaçadorpor camada pode ser usado até 5, 10 ou 20 espaçadores por camada. Após as camadas deespaçador formarem um canal no elemento, os espaçadores podem ser removidos. Os es-paçadores podem ser removidos em um modo através de desenrolamento do elemento eremoção física dos espaçadores do elemento. Contudo, em outro modo, os espaçadorespodem ser simplesmente lavados do conjunto enrolado usando um solvente no qual o espa-çador (mas não a fibra fina ou partícula de substrato) é solúvel, assim, removendo os espa-çadores e deixando as estruturas de canal de fluxo passante. Os espaçadores podem serconfigurados em virtualmente qualquer formato ou estrutura, na medida em que o espaçadorpossa proporcionar um canal da primeira extremidade do rolo para a segunda extremidadedo rolo, fornecendo um trajeto de fluxo passante para o fluido. De preferência, as dimensõesdo canal são maiores do que cerca de 1 mm na dimensão principal e podem oscilar de cercade 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 regu-lar ou ele pode ser irregular e amorfo. Ainda, ao longo do canal, o perfil seccional transversaldo canal pode variar de uma extremidade para a outra. Por exemplo, na extremidade deentrada da estrutura enrolada, o canal pode ter uma área seccional transversal relativamen-te grande enquanto que, na extremidade oposta, a área seccional transversal pode ser me-nor do que na extremidade de entrada. Adicionalmente, a extremidade de entrada pode sermenor na área seccional transversal do que na extremidade de saída. Qualquer outra varia-ção no tamanho do espaçador pode aumentar a turbulência no fluxo, resultando em um con-tato aperfeiçoado entre o fluido e o particulado.

O filtro ou estruturas de fluxo passante ou fluxo sob demanda da invenção são uni-camente adequadas para proporcionar propriedades úteis. A estrutura de fluxo passantepode ser usada para absorver/adsorver ou reagir quirnicarnente com fases de fluido móvelque fluem através das estruturas de fluxo passante. A partícula dispersa dentro das estrutu-ras de fluxo passante pode reagir com o fluido móvel (quer líquido ou gasoso) ou absor-ver/adsorver ou reagir com o material interveniente dentro da corrente de fluido. As estrutu-ras de fluxo passante podem atuar como um filtro e como uma estrutura que pode reagircom, absorver ou adsorver materiais na corrente de fluido. Conseqüentemente, as estrutu-ras de fluxo passante com função dupla podem remover partícula indesejável que é, tipica-mente, uma fase insolúvel na corrente de fluido. Além disso, as estruturas de fluxo passantetambém podem reagir com, absorver ou adsorver componentes insolúveis e solúveis da cor-rente de fluido.

Uma corrente de fluido particularmente importante para a aplicação inclui correntesde 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, ben-zeno, dióxido de enxofre, etc. Outras fases móveis líquidas típicas incluem combustível, ó-leos, correntes de solvente, etc. Tais correntes podem ser contatadas com as estruturas defluxo passante da invenção para remover água, contaminantes em partícula, espécies deformação de cor e quantidades mínimas de impurezas solúveis. Em muitos casos, as cor-rentes (gasosas e líquidas) podem estar contaminadas por produtos biológicos, incluindopríons, vírus, bactérias, esporos, segmentos de DNA e outros produtos biológicos potenci-almente prejudiciais ou materiais perigosos.

A manta ou elemento ativo da invenção pode conter a camada de fibra fina com oparticulado disperso dentro da camada de fibra para absorver/adsorver ou reagir com mate-riais encerrados na fase de fluido móvel. Tal elemento ou manta pode ser combinada comoutras espécies ativas ou reativas em uma variedade de formas. O particulado da invençãopodem ser partículas distintas separadas da fibra ou o particulado pode aderir a ou sobre asuperfície da fibra. O particulado pode estar incrustado na fibra e pode ser parcial ou total-mente circundado pela massa de fibra. De modo a formar essas estruturas, o particuladopode ser combinado com a fibra após fiação, pode ser adicionado à fibra durante fiação nomomento em que a fibra seca e solidifica ou pode ser adicionado à fibra na solução de fia-ção antes de fiação, de modo que o particulado seja incrustado parcial ou totalmente na fibra.

Um método de formação de uma camada ativa pode ser através de dispersão doparticulado ativo em uma fase aquosa ou não aquosa contendo componentes, quer trans-formando o particulado ativo em uma camada de folha ou aderindo os particulados ativos aum ou mais dos componentes da manta ou elemento da invenção. Qualquer um dos parti-culados da invenção pode ser incorporado em uma fase líquida aquosa ou não aquosa paratal finalidade. Na formação do material não aquoso, um solvente não aquoso, de preferênciaum solvente volátil, incluindo materiais tais como álcoois inferiores, éteres, frações de hidro-carboneto com baixo ponto de ebulição, ciorofórmio, cloreto de metileno, sulfóxido de dimeti-Ia (DMSO) e outros, pode ser preparado através de incorporação do particulado ativo domaterial com materiais de ligação solúveis ou dispersos. Tal solução pode ser aplicada auma folha de particulado de fibra, tal como substrato ou outros materiais, para formar umacamada contendo os particulados ativos que podem atuar nessa forma para absor-ver/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 demateriais de ligação que pode ser similarmente combinada com ou revestida sobre o parti-culado de fibra ou folha de manta, tais como substratos, para formar uma camada ativa departiculado ativo. Alternativamente, o particulado ativo da invenção pode ser disperso oususpenso em uma fase orgânica aquosa misturada que combina uma fase aquosa com umafase orgânica. A fase orgânica pode compreender solventes adicionais ou outros líquidosorgânicos ou pode compreender uma fase polimérica aquosa, tais como polímeros acrílicos,polímeros de PTFE. Tais fases misturadas podem formar camadas contendo o particuladoativo e, adicionalmente, pode conter componentes de reticulação que podem formar Iiga-ções entre polímeros adjacentes, ainda curando os revestimentos de filmes.

Um tratamento térmico ou processo de ligação térmica pode ser usado para formaruma camada distinta na qual não há fibra totalmente distinta. O tratamento térmico podeaquecer as fibras individuais para uma temperatura em ou acima de um ponto de fusão ouamolecimento das fibras individuais e, então, fazer com que as fibras venham a aderir, coa-lescer ou se transformar em uma rede fundida, membrana ou estrutura semelhante à mem-brana. Dependendo da temperatura e pressão e do tempo do tratamento térmico, o trata-mento térmico pode converter as fibras de uma camada aleatoriamente distribuída de fibras- de comprimento intermediário tendo apenas-contato de superfície em uma camada onde asfibras estão mais intimamente associadas. No mínimo, a fibra é aquecida de modo que, nasinterseções das fibras, as fibras se fundem para formar uma rede fundida. Com pressãotérmica ou tempo adicional de tratamento térmico, as fibras podem ainda fundir e ainda coa-lescer em uma manta mais intimamente associada. Com temperatura, tempo e pressão adi-cionais, a fibra pode se fundir mais completamente e dispersar em uma estrutura semelhan-te à membrana porosa. O tratamento térmico também pode alterar a localização do particu-lado. No caso em que a fibra é simplesmente distribuída totalmente, o particulado é distribu-ído através da fibra fina. O tratamento térmico pode fixar o particulado em uma estrutura naqual o particulado tem a superfície ligada à manta fibrosa termicamente tratada ou estruturasemelhante à membrana; contudo, dependendo novamente da temperatura, tempo de a-quecimento e pressão, o particulado pode ser incorporado em e por toda a estrutura seme-lhante à membrana porosa. Tal estrutura calandrada ou termicamente tratada pode ter umacamada de espessura que se aproxima daquela da camada de fibra fina original ou resultaem uma camada que é mais fina ao que a camada ae fibra fina originai. Conseqüentemente,se a camada de fibra fina original tem uma espessura que oscila de cerca de 0,5 a 200 mí-crons, a camada resultante pode ter uma espessura que oscila de cerca de 0,5 a cerca de150 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 tratamentotérmico, incluindo aquecimento, pressão e tempo. Uma forma de tal processo de tratamentotérmico é a operação de calandragem que pode ser usada termicamente. O processo decalandragem usa rolos, rolos e gravadores em relevo ou gravadores em relevo para formaras camadas termicamente tratadas. Um gravador em relevo pode ser usado com um padrãode ligação que pode resultar em um padrão regular, intermediário ou aleatório. Quando umpadrão é usado, o padrão pode ocupar até 50 por cento da área de superfície ou mais. Tipi-camente, o conjunto ligado ocupa cerca de 1 a 75 por cento da área de superfície, freqüen-temente cerca de 10-50 por cento da área de superfície.

Dependendo da natureza da fibra fina usada nas várias camadas e da taxa de fa-bricação dos compostos, os parâmetros do processo de calandragem, tais como tempo,temperatura e pressão, podem ser variados para obter resultados aceitáveis. A temperaturados rolos de calandragem pode oscilar de cerca de 25-200 0C. A pressão exercida sobre ascamadas usando os rolos de calandragem ou combinação de rolos pode oscilar até 500 psie a velocidade do composto através da estação de tratamento térmico pode oscilar de cercade 1 a cerca de 500 pés por minuto. Os parâmetros de operação da estação de tratamentotérmico devem ser ajustados de modo que a quantidade apropriada de calor seja distribuídaà fibra para obter a estrutura final correta. O calor não pode ser muito pequeno para nãoamolecer ou fundir alguma porção da fibra e não pode ser tal que a fibra é simplesmentefundida e dispersa no substrato. O calor total distribuído pode ser prontamente ajustado paraligar a fibra, amolecer a fibra em geral ou transformar totalmente as fibras em uma membra-na porosa. Tal ajuste mínimo dos parâmetros de operação está bem dentro da capacidadedo técnico.

A manta ou elemento da invenção pode ser compreendido de uma variedade de di-ferentes camadas. Tais camadas podem incluir camadas ativas e inativas. Camadas ativascompreendem, tipicamente, uma manta de fibra fina com os particulados dispersos dentroda fibra fina ou outras camadas impregnadas ou camadas contendo particulado absorven-te/adsorvente ou reativo ou outras de tais estruturas. Tais camadas podem ser transforma-das no elemento útil da invenção combinado com camadas protetoras, camadas espaciais,camadas ativas, camadas inativas, camadas de suporte e todas podem ser incorporadas ouencapsuladas em um painel de cartucho convencional ou outra de tais estruturas protetoras.Uma forma preferida do particulado ativo compreende um particulado de carbono adsorvente.

Breve Descrição dos Desenhos

As Figuras 1A e 1B mostram uma vista terminal de um elemento da invenção naqual o elemento compreende camadas de meio ativo combinadas com camadas de meioinativo para proporcionar um canal de fluxo para regular a eficiência e atividade.

A Figura 2 é uma vista terminal de um meio enrolado em espiral que tem um meiode filtragem químico enrolado com uma tela de malha plástica para espaçamento das ca-madas. Tal estrutura é uma estrutura de fluxo tendo pouca ou nenhuma propriedade de fil-tragem, mas tendo capacidade reativa ou adsorvente reativa substancial.

A Figura 3 é uma seção transversal de um conjunto das estruturas da invenção. Oconjunto compreende um meio de filtragem química e uma camada espaçadora. O meio defiltragem química compreende uma camada de nano fibra com o particulado ativo dispersodentro da camada de nanofibra. O meio espaçador é uma camada que proporciona volumeaberto suficiente dentro da estrutura para assegurar que fluido pode fluir com pouco impe-dimento através da estrutura.

As Figuras 4A e 4B são uma representação gráfica de um aparelho que pode serusado para formar as camadas de fibra fina da invenção combinando depósito de partículacom eletrofiação da fibra fina a partir da solução polimérica.

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

A Figura 7 mostra o desempenho de um carbono em "casca de coco" com alta áreade superfície colocado dentro da manta de nossa matriz de fibra fina em um teste de de-composição acelerado.

Discussão Detalhada da Invenção

Os materiais particulados da invenção têm dimensões capazes de melhorar as pro-priedades ativas e propriedades de filtragem do meio e camadas da invenção. Os materiaispodem ser produzidos de uma variedade de materiais úteis que são inertes, reativos, absor-ventes ou adsorventes. Os materiais podem ser substancialmente inertes à fase móvel e acarga de particulado encerrado passando através da manta ou os materiais podem interagircom o fluido, porções dissolvidas do fluido ou do carregamento de particulado no fluido. Umpouco ou todo o particulado pode ser inerte. Particulados preferidos são materiais ativos,reativos, absorventes ou adsorventes. Para fins da presente invenção, o termo "inerte" indi-ca que o material na manta não reage quimicamente de modo substancial com o fluido oucarregamento de particulado ou absorve ou adsorve fisicamente de modo substancial umaporção do fluido ou do carregamento de particulado sobre o particulado em qualquer quanti-dade substancial. Nesse modo "inerte", o particulado simplesmente altera os parâmetrosfísicos da camada de fibra e do meio, incluindo uma ou mais camadas de fibra. O particula-do ativo da invenção pode ser adicionado a qualquer camada do elemento da invenção u-sando uma variedade de técnicas de adição. O particulado da invenção pode ser incorpora-do na camada de fibra fina durante fiação da fibra conforme discutido acima em alguma par-te no pedido. Além disso, o particulado ativo da invenção pode ser dissolvido ou dispersoem um líquido aquoso ou não aquoso ou aquoso misturado e aplicado a qualquer camadade um elemento útil da invenção.

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

A invenção se refere à composições poliméricas na forma de uma fibra fina, tal co-mo microfibras, nanofibras, na forma de mantas de fibra ou esteiras fibrosas usadas com umparticulado em uma estrutura de filtro aperfeiçoada única. A manta da invenção compreendeuma fase de fibra substancialmente contínua e, disperso na massa de fibra, um meio deseparação de fibra. Nos vários aspectos da invenção, o meio de separação de fibra podecompreender uma fase de particulado na manta. O particulado pode ser encontrado sobre asuperfície da manta, em produtos na superfície ou através dos espaços vazios formadosdentro da manta. A fase fibrosa da manta pode ser formada em uma camada contínua subs-tancialmente singular, pode estar contida em uma variedade de camadas definidas distintasou pode ser formada em uma massa amorfa de fibra tendo fases de inclusão de particuladopor toda a manta aleatoriamente, formando espaços de inclusão em torno do particulado edas superfícies de manta interna. O particulado tem uma dimensão principal de menos doque cerca de 5000 mícrons. Por exemplo, o particulado pode ter uma dimensão principal demenos de 200 mícrons e pode, tipicamente, compreender cerca de 0,05 mícron a 100 mí-crons ou compreende cerca de 0,1 mícron a 70 mícrons. Na camada de fibra fina substanci-almente 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 mí-crons. Na camada, disperso na fibra, está um meio compreendendo um particulado com umtamanho de partícula de cerca de 0,25 mícron a 200 mícrons, cerca de 0,5 mícron a 200mícrons, cerca de 1 mícron a 200 mícrons, cerca de 10 mícrons a 200 ou cerca de 25 mí-crons a 200 mícrons. O particulado está disperso por toda a fibra na camada. O particuladoestá presente em uma quantidade de cerca de 0,1% a 50% em volume, cerca de 0,5% a50% em volume, cerca de 1 % a 50% em volume, cerca de 5% a 50% em volume ou cercade 10% a 50% em volume. A fibra é dotada de um diâmetro de cerca de 0,001 mícron a cer-ca de 2 mícrons, 0,001 mícron a cerca de 1 mícrons, 0,001 mícron a cerca de 0,5 mícronsou 0,001 mícron a cerca de 5 mícrons e a camada dotada de uma solidez de fibra fina decerca de 0,1% a 65%, cerca de 0,5% a 50%, cerca de 1% a 50%, cerca de 1% a 30% e cer-ca de 1% a 20%. O particulado está disponível na camada em uma quantidade de cerca de1 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-m"2 da camada.

A presente invenção também se refere a uma membrana ou camada semelhante àmembrana tendo uma estrutura resultante do material polimérico na forma da fibra fina. Amembrana é formada através de tratamento térmico da fibra fina e do particulado para for-mar uma membrana porosa. A membrana é uma membrana substancialmente contínua oucamada semelhante a filme tendo o particulado aderido à superfície da membrana, incrusta-do na membrana ou totalmente circundado pela massa polimérica da membrana. Na mem-brana da invenção, o particulado pode ter uma dimensão principal de menos de 200 mícronse tem, tipicamente, uma dimensão de cerca de 0,05 mícron a 100 mícrons ou cerca de 0,1mícron a 70 mícrons. A espessura da membrana oscila, tipicamente, de cerca de 0,5 mícrona cerca de 5 mícrons tendo um tamanho de poro que oscila de cerca de 0,1 mícron a 5 mí-crons, freqüentemente cerca de 1 a 2 mícrons. A membrana preferida tem uma espessurade menos de 20 mícrons, tem um tamanho de poro de cerca de 0,5 mícron a 3 mícrons. Oparticulado está presente na estrutura da membrana em uma quantidade de cerca de 0,1 a50% em volume. Por fim, na membrana, o particulado está disponível na camada de mem-brana em uma quantidade de até cerca de 10 kg-m"2, tipicamente cerca de 0,1 gm-m"2 a1.000 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 damembrana.

O particulado pode tomar uma variedade de formatos geométricos regulares ou es-truturas amorfas. Tais formatos podem incluir formatos amorfos ou aleatórios, aglomerados,esferas, discos, ovóides, ovóides estendidos, formatos cruciformes, hastes, hastes ocas oucilindros, barras, formatos cruciformes tridimensionais tendo múltiplas formas de particuladose estendendo no espaço, esferas ocas, formatos não regulares, cubos, prismas sólidos deuma variedade de faces, bordas e volumes internos. A proporção de aspecto do particuladonão esférico (a proporção da menor dimensão da partícula para a maior ou dimensão maislarga) da invenção pode oscilar de cerca de 1:2 a cerca de 1:10, de preferência de cerca de1:2 a cerca de 1:8.

O particulado da invenção pode ser produzido de materiais orgânicos e inorgânicose híbridos. O particulado que não interage com o fluido móvel ou fase de particulado encer-rada compreende materiais orgânicos ou inorgânicos. Particulados orgânicos podem serproduzidos de copolímeros de poliestireno ou estireno expandidos ou, de outro modo, náilonou copoiímeros de náiion, polímeros de poiioiefina incluindo polietiíeno, polipropileno, etile-no, copolímeros de olefina, copolímeros de propileno olefina, polímeros e copolímeros acríli-cos, incluindo polimetil metacrilato e poliacrilonitrilo. Ainda, o particulado pode compreendermateriais celulósicos e glóbulos derivados de celulose. Tais glóbulos podem ser fabricadosde celulose ou de derivados de celulose, tais como metil celulose, etil celulose, hidróximetilcelulose, hidróxietil celulose e outros. Ainda, os particulados podem compreender uma terradiatomácea, zeólito, talco, argila, silicato, dióxido de silício fundido, glóbulos de vidro, glóbu-los cerâmicos, particulados de metal, óxidos de metal, etc. Particulados destinados a uso napresente invenção são caracterizados por um tamanho médio na faixa de cerca de 0,01 mí-cron a 510 mícrons. Embora partículas ativas em submícron sejam usadas, a presente in-venção é aplicável à partículas finas de até 100 mícrons de tamanho médio. Em qualquercaso, o tamanho médio das partículas ativas será da ordem de aproximadamente 0,01 a0,0001 do tamanho médio dos particulados. Portanto, um tamanho médio relativamentemaior das partículas ativas requer um tamanho médio maior do particulado. Partículas inclu-em partículas de carbono, tal como carvão ativado, resinas de troca de íons/glóbulos, partí-cuias de zeólito, terra diatomácea, partículas de alumina, tal como alumina ativada, partícu-las poliméricas incluindo, por exemplo, monômero de estireno, e partículas absorventes, taiscomo partículas super-absorventes comercialmente disponíveis. Partículas absorven-tes/adsorventes particularmente adequadas são partículas porosas de baixa densidade etêm poros e cavidades, incluindo cavidades na superfície, oscilando, quanto ao diâmetro, decerca do mínimo para o tamanho de poro em carbono, sendo de 0,00035 mícrons a qual é adistância carbono-carbono, a 100 mícrons e interconectados por poros menores. Esses po-ros e cavidades proporcionam, beneficamente, uma superfície interna para depósito, emparticular depósito de monocamada, de partículas finas tendo um tamanho médio na faixade cerca de 0,01 mícron a 10 mícrons e, após o que, para acessibilidade às partículas finasimobilizadas, 1 cm3 dessas partículas proporcionam aproximadamente 75 m2 a 1.500 m2 desuperfície disponível. Particulados de carbono podem ser usados na forma de carvão ativodividido para enchimento. Tais carvões ativos podem ser combinados com outras espéciesadsorventes, absorventes ou reativas que podem ser misturadas com ou adsorvidas sobre asuperfície de carbono. Outras formas de carvão ativo podem ser usadas, incluindo nanotu-bos, nanopartículas, nanofilamentos, cordões de nanocarbono ou matrizes ou estruturas decarbono maiores nas quais os elementos individuais compreendem um nanotubo de carbo-no. Tais nanopartículas, tais como furelenos, nanotubos menores (ou porções de nanotubodos mesmos), nanoporos, etc. podem ser incorporados dentro do volume interno do nanotu-bo ou incorporados na matriz do átomo de carbono da nano estrutura. Átomos, moléculas oucomponentes adicionais podem adicionar estrutura ou função ao material nano particulado.

Pequenas moléculas, materiais oligoméricos e poliméricos podem ser usados nainvenção. Pequenas moiécuias têm, tipicamente, pesos moleculares de menos de cerca de500 e são, tipicamente, produzidas de uma única unidade molecular identificável e, tipica-mente, as unidades não repetem na estrutura molecular. Estruturas oligoméricas têm, tipi-camente, pesos moleculares um pouco maiores mas, tipicamente, têm 2 ou 10 unidadesmoleculares de repetição em uma estrutura. Unidades poliméricas têm, tipicamente, pesosmoleculares substancialmente maiores e, tipicamente, têm substancialmente mais de 10unidades de repetição em uma estrutura polimérica. A diferenciação entre estruturas oligo-méricas e poliméricas nem sempre é clara; contudo, à medida que o número de unidades derepetição na estrutura aumenta, o material tende a se tornar de natureza mais polimérica.

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 particuladodentro de cerca de 0,8 mícron ± 0,5 mícrons ou cerca de 1 mícron ± 0,25 mícrons. Em ummaterial poli-disperso, o particulado tem uma porção substancial de partículas com diferen-tes diâmetros. Um material poli-disperso poderia ser uma mistura de dois materiais mono-dispersos ou um material com uma quantidade substancial de material particulado presentepor toda uma ampla faixa (por exemplo) de 0,1 mícron a 10 mícrons ou 0,01 mícron a 100mícrons.

As esferas ou outros formatos podem estar em uma variedade de diferentes formasfísicas, incluindo formas sólidas e ocas. O particulado pode ter uma estrutura substancial-mente esférica ou esférica ligeiramente oval. As esferas podem ser sólidas ou podem terum volume de vazio interno substancial. A espessura do envoltório da esfera pode oscilar decerca de 0,05 mícron a cerca de 500 mícrons, enquanto que a esfera pode oscilar de cercade 0,5 mícron a cerca de 5000 mícrons. Outras estruturas circulares que podem ser usadasincluem estruturas toroidais simples, estruturas em espiral ou helicoidais ou estruturas comcadeia do tipo ligação de intertravamento.

O particulado da invenção também pode compreender uma estrutura semelhante àfibra absorvente ou adsorvente tendo um comprimento e diâmetro predeterminados. A pro-porção de aspecto de tal fibra é, tipicamente, cerca de 1 a cerca de 10:1, tendo um diâmetrode fibra que é, tipicamente, maior no diâmetro do que a fibra fina da estrutura. A proporçãode diâmetro da fibra em particulado para fibra fina é, tipicamente, cerca de 0,5 a cerca de5000:1. Uma variedade de outros formatos regulares podem ser usados, incluindo estruturascilíndricas, cilíndricas ocas, cruciformes, estruturas cruciformes tridimensionais, estruturascom feixe em I e outras. O particulado também pode ser de formato irregular, de modo que oparticulado tenha uma dimensão máxima e mínima bem definida, mas tem uma superfícieexterna que é de natureza substancialmente irregular. Muitos particulados orgânicos e inor-gânicos amorfos podem ter um formato irregular, mas podem ter um tamanho que pode pro-porcionar a propriedade de espaçamento do material particulado. Dependendo da formafísica e natureza química das esferas, as dimensões das esferas podem ser manipuladasatravés de um processo secundário, tal como super absorção, intumescimento em solvente,expansão térmica, alterações na porosidade, etc. Microesferas disponíveis da Expancel po-dem ser termicamente tratadas para expandir o volume das microesferas tremendamente.

Meio composto de fibra fina e microesfera pode ser produzido de acordo com a presenteinvenção e, após um tratamento secundário - não limitado ao calor - a estrutura do meiocomposto pode ser sintonizada de uma forma controlada, por exemplo, no caso do Expan-cel®, dependendo do nível de calor e temperatura aplicados, pode-se controlar o grau deexpansão das microesferas. Por exemplo, expandindo as microesferas, a espessura e ele-vação da estrutura podem ser aumentadas e, desse modo, as propriedades de filtragempodem ser alteradas de uma forma desejada. Deverá ser compreendido que tais alteraçõesna natureza física da microesfera deverão ser acomodadas pela elasticidade da fibra fina àmedida que elas estiram no caso de expansão de microesferas. Dependendo da reversibili-dade 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.

A manta pode ser também usada em aplicações de filtragem como um meio de su-perfície ou meio de profundidade tendo uma manta contínua de fibra fina modificada pelapresença de um meio espaçador ou de separação reativa, absorvente ou através de na for-ma de um particulado que, em combinação com a fibra no meio, proporciona Figura de Méri-to, eficiência de filtragem, permeabilidade de filtragem, carregamento em profundidade evida útil prolongada caracterizado por aumento mínimo na queda de pressão. O meio espa-çador ou de separação reativo, absorvente ou adsorvente faz com que a manta de fibra atin-ja uma estrutura na qual a massa de fibra ou porção de manta tem solidez reduzida, fibrasseparadas ou porções de manta separadas dentro da estrutura e profundidade aumentadada 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 espéciesquímicas reativas dentro de um fluido móvel que passa através da camada de fibra ou taiscomponentes químicos do fluido móvel podem ser absorvidos ou adsorvidos pela porçãoabsorvente ou adsorvente da camada de fibra. O particulado ativo pode ser usado com umparticulado inerte, na medida em que a atividade ou atividades do particulado sejam manti-das. A estrutura resultante obtém propriedades de filtragem aperfeiçoadas em combinaçãocom resistência à queda de pressão aumentada, Figura de Mérito aperfeiçoada, permeabili-dade aperfeiçoada, eficiência aperfeiçoada e a capacidade de remover uma carga de parti-culado não reativo e uma carga de particulado reativo ou gasoso de uma corrente de fluidomóvel que passa através da camada de fibra. A fibra fina da invenção pode estar na formade uma fibra estrutural conforme discutido acima. A fibra fina pode ser fiada a partir de umafibra reativa. Tais fibras reativas podem ser produzidas de polímeros tendo cadeias lateraisreativas, tais como aminas, ácido sulfônico, ácido carboxílico ou outros grupos funcionais decadeias 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 umácido e amina e uma funcionalidade média sobre as cadeias laterais poliméricas dos substi-tuintes. Similarmente, material de poli-sulfona ou ácido poliacrílico pode ser formado, tendogrupos 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 for-temente básicos que podem adicionar propriedades absorventes ou reativos à invenção.

Tais materiais podem ser dissolvidos ou suspensos e podem ser fiados com as fibras con-vencionais da invenção ou podem ser fiados separadamente nas mantas contendo partículada invenção.

A manta pode ser fiada de uma forma tal a dispersar o particulado ativo ou meio deseparação ativo na fibra. Um particulado ativo ou meio espaçador preferido compreende umparticulado reativo, absorvente ou adsorvente. Tal particulado pode ser disperso dentro dasolução contendo polímero. O particulado pode ser adicionado à manta durante formação oupode ser adicionado após formação. Tal manta, quando eletrofiada, é caracterizada por umamassa de nanofibra interconectada ou fibra fina com a separação ativa ou meio espaçadorou particulado disperso dentro da manta de fibra sobre a superfície da manta de fibra. Den-tro da manta de fibra, o particulado espaçador cria espaços vazios dentro da estrutura fibro-sa interconectada que reduz a solidez e aumenta o fluxo de fluido móvel. A invenção tam-bém compreende uma manta formada através de formação de uma massa de fibra fina coma 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. Porfim, a invenção envolve formação de camada fiada em uma manta acabada completa ouespessura e, então, adição do particulado ativo à superfície da manta antes de incorporaçãoda manta em um artigo útil. Subseqüente processamento, incluindo laminação, calandra-gem, compressão ou outros processos podem incorporar o particulado em e através damanta de fibra. Uma vantagem da adição simultânea do particulado à manta à medida queela é formada ou à manta após formação é obtida quando o particulado é um particuladosolúvel em solvente. Dissolução do particulado solúvel na solução resultará na incorporaçãodo material na fibra sem manter o particulado como uma fase distinta na manta. Adição doparticulado à manta após formação preserva o material solúvel em solvente em sua formaem partícula.

A manta do material pode também ter uma estrutura de gradiente. Na presente di-vulgação, o termo "gradiente" indica que alguns componentes (densidade, solidez, tamanhode 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 gra-diente também pode ser caracterizado em termos de uma variação no peso ou número defibras. O gradiente é formado através de formação sucessiva de mais ou menos fibras oumais ou menos particulados dentro da manta à medida que a manta é formada. Ainda, aconcentração de meio espaçador ou particulado pode ter um aspecto de gradiente no qual otamanho, peso ou número de materiais particulados por volume é substancialmente aumen-tado ou reduzido de uma superfície da manta para a outra. O meio de invenção pode serusado na forma de uma manta de fibra fina única ou uma série de mantas de fibra fina emuma estrutura de filtro.

O termo "fibra fina" indica uma fibra tendo um tamanho ou diâmetro de fibra de0,001 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 podem ser utilizados para afabricação da fibra fina. Chung e colaboradores, Patente U.S. No. 6.743.273; Kahlbaugh ecolaboradores, 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 colaborado-res, Patente U.S. No. 3.841.953; e Butin e colaboradores, Patente U.S. No. 3.849.241; todosos quais são incorporados por referência aqui, divulgam uma variedade de tecnologias defibra fina. A fibra fina da invenção é, tipicamente, eletrofiada sobre um substrato. O substratopode ser um material permeável ou impermeável. Em aplicações de filtragem, o meio defiltro não-tecido pode ser usado como um substrato. Em outras aplicações, a fibra pode serfiada 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 po-de compreender uma camada de PTFE expandida ou uma camada de Teflon®. Tais cama-das são úteis em uma variedade de aplicações que podem proporcionar filtragem e ativida-de do particulado ativo.

Para fins do presente pedido de patente, o termo "adsorvente" indica uma partículaque é ativa para adsorver e acumular material de uma corrente de fluido sobre a superfíciede uma partícula. O termo "absorvente" indica que a particularmente tem a capacidade deacumular material de uma corrente de fluido no interior ou espaço ou espaços vazios dentrode uma partícula. "Quimicamente reativo" indica que o particulado tem a capacidade de rea-gir com e alterar quimicamente ou caráter da partícula e o caráter químico do material nacorrente de fluido. Uma "corrente de fluido", no presente pedido, indica uma corrente gasosaou líquida que pode conter um particulado. O particulado pode ser filtrado da corrente defluido ou o particulado pode ser adsorvido, absorvido ou reagido com o material particuladoda invenção. O termo "particulado ativo", quando usado na presente divulgação, se refere aum particulado absorvente, adsorvente ou reativo. O termo "particulado inerte" se refere aum particulado que não tem capacidade absorvente, adsorvente ou reativa substancial. Taispartículas podem ser usadas com um meio de separação ou para ocupar espaço.

Para fins da presente invenção, o termo "meio" inclui uma estrutura compreenden-do uma manta compreendendo uma massa de fibra fina substancialmente contínua e a se-paração 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 disper-so 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, incluindocomponentes de cartucho na forma (por exemplo) de estruturas cilíndricas ou em painel pla-no. Na presente divulgação, o termo "manta" inclui uma fase de fibra fina contínua ou subs-tancialmente contínua com uma fase de particulado espaçador. A manta contínua é neces-séria para impor uma barreira à passagem de um carregamento de contaminante particula-do em uma fase móvel. Uma única manta, duas mantas ou múltiplas mantas podem sercombinadas para compor o meio de filtro da invenção.

"Figura de Mérito" pode ser entendida como uma proporção benefício/custo, onde aeficiência é o benefício e queda de pressão normalizada (ΔΡ) é o custo (ΔΡ / velocidade domeio). O "custo" é normalizado de modo que se pode comparar Figuras de Mérito de testesrealizados em diferentes velocidades. Figura de Mérito é simplesmente um índice para com-parar meios. Valores maiores de Figura de Mérito são melhores do que pequenos. A fórmulapara calcular a Figura de Mérito é:

Figura de Mérito = - Ln(penetração) /(AP/velocidade da face de meio)Na equação apresentada acima, ΔΡ é a queda de pressão através do meio e a uni-dade usada na equação é cm Hg\ a velocidade de face de meio tem a unidade de cm/seg\Ln(penetração) é o Iogaritmo natural de penetração. E apenetração é definida como:Penetração = 1-Eficiência

As unidades padrões de medida às quais a Figura de Mérito é reportada são forne-cidas abaixo:

<formula>formula see original document page 19</formula>

Em muitas aplicações, especialmente aquelas envolvendo taxas de "fluxo" relativa-mente altas, um tipo alternativo de meio de filtro, algumas vezes referido como meio de "pro-fundidade", é usado. Um meio de profundidade típico compreende um entrelaçado relativa-mente espesso de material fibroso. O meio de profundidade é geralmente definido em ter-mos de sua porosidade, densidade ou teor percentual de sólidos. Por exemplo, um meiocom 2-3% de solidez seria um meio de profundidade em esteira de fibras disposto de modoque aproximadamente 2% - 3% do volume global compreenda materiais fibrosos (sólidos), orestante sendo ar ou espaço gasoso.

As camadas de fibra fina formadas sobre o substrato nos filtros da invenção deve-rão ser substancialmente uniformes quanto à distribuição de particulado, desempenho defiltragem e distribuição de fibra. Por uniformidade substancial entenda-se que a fibra temcobertura suficiente do substrato para ter pelo menos alguma eficiência de filtragem mensu-rável por todo o substrato coberto. O meio da invenção pode ser usado em laminados commúltiplas mantas em uma estrutura de filtro. O meio da invenção inclui pelo menos umamanta de uma estrutura em fibra fina. O substrato sobre o qual a fibra fina e o particuladoativo podem ser formados pode ser um substrato ativo ou inativo. Tais substratos podem terincorporados, na camada do substrato, materiais ativos na forma de revestimentos, particu-lados ou fibras que podem adicionar propriedades de absorção/adsorção ou reação à estru-tura global.

A espessura global da manta de fibra é cerca de 1 a 100 vezes o diâmetro da fibraou cerca de 1 a 300 mícrons ou cerca de 5 mícrons a 200 mícrons. A manta pode compre-ender cerca de 5% a 95% em peso de fibra e cerca de 95% a 5% em peso de particuladoativo ou cerca de 30% a 75% em peso de fibra e cerca de 70% a 25% em peso de particula-do ativo, ocupando cerca de 0,1% a 50% em volume da camada ou cerca de 1 a 50% emvolume ou 2% a 50% em volume da camada. A solidez global (incluindo a contribuição doparticulado ativo ou inativo) do meio é cerca de 0,1% a cerca de 50%, de preferência cercade 1 a cerca de 30%. A solidez da manta sem incluir a contribuição do particulado na estru-tura é cerca de 10% a cerca de 80%. O meio de filtro da invenção pode obter uma eficiênciade filtragem de cerca de 20% a cerca de 99,9999% quando medido de acordo com a ASTM-1215-89, com partículas esféricas de poliestireno monodispersas de 0,78 μ, a 13,21 fpm (4metros/min), conforme descrito aqui. Quando usado em aplicação do tipo HEPA, o desem-penho do filtro é cerca de 99,97% de eficiência a 10,5 fpm e um tamanho de partícula deDOP ou NaCI de 0,3 mícrons. Números de eficiência com relação a esse tipo de testagemde eficiência (DOP de 0,3 mícrons em uma velocidade de teste de 10,5 fpm), proporcionamuma eficiência na faixa de 20% a 99,9999%.

A Figura de Mérito pode oscilar de 10 a 105. A manta de filtragem da invenção exi-be, tipicamente, um teste de permeabilidade de Frazier que exibirá uma permeabilidade depelo menos cerca de 1 metro-minuto"1, de preferência cerca de 5 metros-minuto"1 a cerca de50 metros-minuto"1. Quando usado como um particulado inativo ou meio de separação, oparticulado que caracteriza a fase de particulado da manta da invenção é um particuladoque é inerte à fase móvel e à carga de contaminante encerrada ou tem alguma atividadedefinida com relação ao fluido móvel ou à carga.

Os materiais, particulados da invenção têm dimensões capazes de melhorar as pro-priedades de filtragem do meio e o caráter reativo, absorvente ou adsorvente ativo da estru-turas 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 en-cerrada que passa através da manta ou os materiais podem interagir com o fluido ou carre-gamento de particulado. Em um modo "inerte", o particulado espaçador simplesmente alteraos parâmetros físicos da camada de fibra e do meio, incluindo uma ou mais camadas defibra. Quando usando um particulado que interage com o fluido ou o carregamento de parti-culado, 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 par-ticulado para fins de alteração do material que passa através da manta. O foco primário datecnologia divulgada aqui é melhorar a estrutura física e caráter absorvente, reativo ou ad-sorvente do meio ou camadas e melhorar o desempenho do filtro. Para essa finalidade, umapartícula ativa ou inerte pode ser usada. Em determinadas aplicações, uma partícula subs-tancialmente inerte pode ser usada em combinação com um particulado que interage com afase móvel ou carregamento de particulado. Em tais aplicações, uma combinação de umapartícula inerte e uma partícula interativa será usada. Tal combinação de particulado ativo eparticulado inerte pode proporcionar propriedade de filtro e propriedades de absorção ouadsorção aperfeiçoadas.

O meio de separação de fibra ativo, absorvente ou adsorvente preferido compreen-de um particulado. Tal particulado, usado nas estruturas de filtro únicas da invenção, ocupaespaço dentro da camada ou esteira de filtro, reduz a densidade efetiva da fibra, aumenta ostrajetos tortuosos do fluido através do filtro e absorve, adsorve ou reage com o fluido ou ma-teriais dissolvidos ou dispersos no fluido. Alternativamente, o particulado pode proporcionaro efeito de contenção de espaço mecânico, ao mesmo tempo em que, adicionalmente, rea-ge quimicamente com o fluido móvel ou absorve ou adsorve componentes gasosos, líquidosou sólido no fluido móvel. A camada ativa da invenção pode compreender uma camada denanofibra e estar dispersa dentro da camada de nanofibra, do particulado reativo, absorven-te 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 mí-crons de espessura e contêm, dentro da camada, cerca de 0,1 a cerca de 50 ou 10 a cercade 50% em volume da camada na forma do particulado inerte (se houver) e ativo da inven-ção. Nesse caso, o. particulado ativo da invenção pode ser combinado com o particuladoespaçador inerte em alguma quantidade. O particulado ativo da invenção atua para absor-ver, adsorver ou reagir com contaminantes dentro do fluxo de fluido, ao mesmo tempo emque o particulado ativo simplesmente proporciona um volume excluído dentro da camadapara reduzir a solidez, melhorar a eficiência ou outras propriedades de filtragem.

A criação de particulado ativo com baixa queda de pressão, substratos quimica-mente reativos, absorventes ou adsorventes para a remoção de contaminantes de fase ga-sosa de correntes de ar é a partir de rolos de folha plana de meio absorven-te/adsorvente/reativo que estão em camadas ou laminadas junto com um meio espaçadorpara formar um substrato adsorvente/reativo com canais abertos e paredes absorven-tes/adsorventes/reativas. Adicionalmente, o meio espaçador pode ser produzido para serabsorvente/através de/reativo de modo a contribuir para a vida/desempenho global da uni-dade química final. O meio espaçador que cria os canais abertos pode ser criado a partir deuma malha, linhas únicas de um glóbulo polímeros, pontos de cola, tiras de metal, malha defio/polímero/papel corrugado, folhas de metal/polímero/papel corrugado ou mesmo de ondu-lações colocadas na superfície do meio. Esse meio espaçador pode ser produzido absor-ve nte/ad sorve nte/reativo através de revestimento do mesmo ou extrusão/formação do mes-mo com/a partir de materiais absorventes/adsorventes/reativos. O fluxo de ar contaminado éprimariamente dirigido ao longo do canal criado pelo meio espaçador. Esse ar entra em con-tato 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 tamanhoe formato do meio espaçador. Exemplos incluem os formatos de quadrado, retângulos, tri-ângulo e obscuros que podem ser criados por um padrão pontilhado de polímero/adesivo. Aquímica das paredes e meio espaçador pode ser produzida especificamente para adsorvervapores ácidos, básicos e orgânicos e água, bem como várias classes específicas de com-postos, incluindo compostos reativos de carbonila, incluindo formaldeído, acetaldeído e acetona.

O material reativo pode começar em muitas formas ou funções. Essas formas in-cluem camadas de partículas reativas presas a um substrato. Os materiais reativos podemser mantidos juntos com adesivos ou fibras para encapsular ou simplesmente conter as par-tículas e/ou materiais de algodão adicionais são presos para conter o material reativo nolugar e minimizar sangria de partículas. O material reativo também pode estar em sanduícheentre camadas de algodão.O algodão poderia ajudar a produzir os canais ou espaços entreas camadas. Isso poderia ser realizado com um material de algodão altamente macio queproporcionaria o espaçamento adequado, bem como a capacidade de conter todas as partí-culas reativas no meio. As partículas reativas ou adsorventes podem ser mantidas juntas ouinterespaçadas com fibras. A combinação de partículas e fibras (também nanofibras) resultaem um material que oferece várias vantagens: difusão aumentada; permite o uso de partícu-las menores, desse modo, aumentando a área de superfície externa e, conseqüentemente,a taxa de reação; permeação aumentada na camada reativa; a combinação de filtragemquímica e de partícula em uma única camada; e a aplicação direta de reagentes para umaaplicação de filtragem sem a necessidade de um substrato ou veículo (isto é, adsorventeimpregnado).

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

Aspectos Específicos:

Um primeiro aspecto da invenção envolve o uso de um substrato laminado de umparticulado 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 baixaqueda de pressão. Substratos de carvão ativado similares em folhas planas ou formas deartigos laminados estão disponíveis de outros fornecedores e podem ser aplicados de umamaneira similar. O material precisa ser capaz de manter o formato e flexibilidade para sercapaz de formar os vários elementos de filtro e minimizar sangria de partículas. Outro as-pecto da invenção envolve o uso de nanofibras e um particulado ativo, tal como pó de car-vão ativado, co-disperso em uma corrente de ar, ou câmara, e depositado sobre um substra-to 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 cama-da fina e, como tal, minimizam a sangria de partículas. Essa combinação toda de camada desubstrato e camada de nanofibra/adsorvente é, então, laminadas com uma camada espaça-dora que proporciona canais não restritivos para o fluxo ou transporte de ar. A camada podecompreender uma mistura de particulados que reagem, cada um, com uma espécie químicadiferente. Por exemplo, carvão ativado pode também conter um impregnante que é específi-co para contaminantes orgânicos ácidos, básicos ou reativos. Exemplos incluem ácido cítri-co para a remoção de aminas e amônia, hidróxido de potássio para a remoção de dióxido deenxofre e outros gases ácidos e 2,4-dinitrofenil hidrazina para a remoção de compostos con-tendo carbonila. Um terceiro aspecto da invenção é o uso de nanofibras e pó de ácido cítri-co, ou grânulos, co-dispersos em uma corrente de ar, ou câmara, e depositadas sobre umsubstrato que pode ser qualquer substrato fino, flexível, poroso (por exemplo, um algodão,papel, malha, etc.).

Ainda outro aspecto da invenção envolve o uso de partículas, fibras ou camadas deTiO2 catalítico no elemento da invenção. Tais camadas catalíticas, quando irradiadas comluz UV1 podem causar uma reação química entre o catalisador e materiais encerrados nafase móvel e podem remover os materiais ou alterar os mesmos de um material nocivo ouprejudicial em um material benigno. Luz ambiente com alguma proporção de UV (menos de350 nm) e radiação visível (cerca de 350 a 700 nm) pode, freqüentemente, ser a fonte deenergia de radiação suficiente para obter o efeito catalítico para o TiO2 no elemento. Secondições ambientes são insuficientes para a atividade, o elemento pode ser usado comuma fonte de UV distinta. Fontes de UV fluorescente são conhecidas e podem ser usadascomo uma fonte de irradiação distinta ou podem ser incorporadas no elemento para propor-cionar uma quantidade substancial de radiação UV sobre o TiO2.

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 ecamada de nanofibra/adsorvente é, então, laminada com uma camada espaçadora que pro-porciona canais não restritivos para fluxo ou transporte de ar. A camada de fibra fina quecontém o particulado ativo disperso dentro da camada pode ser produzida de uma variedadede espécies poliméricas. Uma vez que espécies poliméricas incluem um vasto conjunto demateriais poliméricos, o polímero pode ser uma única espécie polimérica ou mistura de es-pécies poliméricas ou uma liga polimérica de duas ou mais espécies poliméricas. As fibraspodem ser produzidas usando qualquer técnica de fabricação de fibra fina que envolve com-binação de polímeros, se necessário com outros polímeros ou aditivos e, então, usando umatécnica de formação para formatar o polímero no polímero de fibra fina desejado. Uma pro-porção de mistura de 48%-52% em peso entre o polímero no exemplo 1 e o polímero noexemplo 2, respectivamente, foi usada.

Um outro aspecto da invenção é o uso de nanofibras e resinas de troca de íons ougrânulos co-dispersos em uma corrente de ar, ou câmara, e depositadas sobre um substratoque pode ser qualquer substrato fino, flexível, poroso (por exemplo, um algodão, papel, ma-lha, 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 de substratoe camada de nanofibra/adsorvente é, então, laminada com uma camada espaçadora queproporciona canais não restritivos para fluxo ou transporte de ar.

Materiais poliméricos que podem ser usados como as composições poliméricas defibra da invenção incluem materiais de polímero de adição e polímero de condensação, taiscomo poliolefina, poliacetal, poliamida, poliéster, éter e éster de celulose, sulfeto de polial-quileno, óxido de poliarileno, poli-sulfona, polímeros de poli-sulfona modificada e misturasdos mesmos. Materiais preferidos que caem dentro dessas classes genéricas incluem polie-tileno, polipropileno, cloreto de (ppli)vinila, polimetil metacrilato (e outras resinas acrílicas),poliestireno e copolímeros dos mesmos (incluindo copolímeros em bloco do tipo ABA), fluo-reto de (poli)vinilideno, cloreto de (poli)vinilideno, álcool polivinílico em vários graus de hidró-Iise (80% a 99,5%) nas formas reticulada e não reticulada. Polímeros de adição preferidostendem a ser vítreos (uma Tg maior do que a temperatura ambiente). Esse é o caso paracloreto de polivinila e polimetil metacrilato, composições de polímero ou ligas de poliestirenoou reduzem a cristalinidade para fluoreto de polivinilideno e materiais de álcool polivinílico.

Uma classe de polímeros de condensação de poliamida são materiais de náilon. O termo"náilon" é um nome genérico para todas as poliamidas sintéticas de cadeia longa. Tipica-mente, a nomenclatura do náilon inclui uma série de números, tal como em náilon-6,6, oqual indica que os materiais de iniciação são uma C6 diamina e um C6 diácido (o primeirodígito indicando uma C6 diamina e o segundo dígito indicando um composto de C6 ácidodicarboxílico). Náilon pode ser produzido através da policondensação de ε-caprolactame napresença de uma pequena quantidade de água. Essa reação forma um náilon-6 (produzidode um Iactame cíclico - também conhecido como ácido ε-aminocapróico) que é uma polia-mida linear. Ainda, copolímeros de náilon são também considerados. Copolímeros podemser produzidos através de combinação de vários compostos de diamina, vários compostosde diácido e várias estruturas de Iactame cíclico em uma mistura de reação e, então, forma-ção do náilon com materiais monoméricos aleatoriamente depositados em uma estrutura depoliamida. Por exemplo, um material de náilon-6,6-6,10 é um náilon fabricado de hexameti-Ieno diamina e uma mistura de C6 a C10 diácidos. Um náilon 6,6-6,6,10 é um náilon fabricadoatravés da copolimerização de ácido ε-aminocapróico, hexametileno diamina e uma misturade um material de C6 e C10 diacido.

Copolímeros em bloco são também úteis no processo da presente invenção. Comtais copolímeros, a escolha do agente de intumescimento em solvente é importante. O sol-vente selecionado é tal que ambos os blocos sejam solúveis no solvente. Um exemplo é umpolímero de ABA (estireno-EP-estireno) ou AB (estireno-EP) em solvente cloreto de metile-no. Se um componente não é solúvel no solvente, ele formará um gel. Exemplos de tais co-polímeros em bloco são o tipo Kraton® de estireno-b-butadieno e estireno-b-butadieno (eti-leno/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.

Polímeros de adição, tais como fluoreto de polivinilideno, poliestireno sindiotático,"copolímero de fluoreto de vinilideno e hexafluõropropileno, álcool polivinílico, acetato de po-livinila, polímeros de adição amorfos, tal como (poli)acrilonitrilo e seus copolímeros com áci-do acrílico e metacrilatos, poliestireno, cloreto de polivinila e seus vários copolímeros, (po-li)metil metacrilato e seus vários copolímeros, podem ser fiados em solução com relativafacilidade 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 sol-vente 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 eletrostáti-ca é um método de fabricação de nanofibras e microfibras.

O poliéter poliuretano (PU) usado nessa camada da invenção pode ser um poliure-tano alifático ou aromático, dependendo do isocianato usado e pode ser um poliéter poliure-tano ou um poliéster poliuretano. Um poliéter uretano tendo boas propriedades físicas podeser preparado através de polimerização por fusão de um intermediário de poliéster ou polié-ter 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 con-tendo de 2 a 10 átomos de carbono e tem um peso molecular gravimétrico médio de pelomenos 1000. O extensor de cadeia é um glicol substancialmente não ramificado tendo 2 a20 átomos de carbono. A quantidade de extensor de cadeia é de 0,5 a menos de 2 molespor mol de poliéter hidroxila-terminado. É preferido que o poliéter poliuretano seja termoplás-tico e tenha um ponto de fusão de cerca de 140 0C a 250 0C ou maior (por exemplo, 150 0Ca 250 0C), com 180 0C ou maior sendo preferido.

Em um primeiro modo, o polímero de poliuretano da invenção pode ser produzidosimplesmente através de combinação de um composto de isocianato aromático ou alifáticodi-, tri- ou com funcionalidade superior com um composto de poliol que pode compreenderum poliéster poliol ou um poliéter poliol. A reação entre os átomos de hidrogênio ativos nopoliol com os grupos isocianato forma o material de polímero de adição de poliuretano deum modo direto. A proporção de OH:NCO é, tipicamente, cerca de 1:1, deixando pouco ounenhum isocianato não reagido no polímero acabado. Em qualquer composto de isocianatonão reagido, a reatividade pode ser removida usando compostos isocianato-reativos. Em umsegundo modo, o polímero de poliuretano pode ser sintetizado de um modo gradual a partirde materiais pré-poliméricos isocianato-terminados. O poliuretano pode ser produzido a par-tir 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 ou alifático. Otermo "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 diisoci-anato (isto é, um composto contendo pelo menos dois grupos isocianato (-NCO)). Em umaforma preferida, o pré-polímero tem uma funcionalidade de 2,0 ou maior, um peso molecularmédio de cerca de 250 a 10.000 ou 600-5000 e é preparado de modo a conter substancial-mente nenhum composto de isocianato monomérico não reagido. O termo "composto deisocianato não reagido" se refere a um composto contendo isocianato alifático ou aromáticomonomérico, isto é, composto de diisocianato, o qual é empregado como um material deiniciação com relação ao preparo do pré-polímero e o qual permanece não reagido na com-posição de pré-polímero.

O termo "poliol", conforme usado aqui, se refere geralmente a um composto polimé-rico 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. Osagentes de extensão de cadeia são compostos difuncionais e/ou trifuncionais tendo pesosmoleculares de 62 a 500, de preferência dióis alifáticos tendo de 2 a 14 átomos de carbonotais como, por exemplo, etanodiol, 1,6-hexanodiol, dietileno glicol, dipropileno glicol e, espe-cialmente, 1,4-butanodiol. Também adequados, contudo, são diésteres de ácido tereftálicocom glicóis tendo de 2 a 4 átomos de carbono tais como, por exemplo, bis-etileno glicol deácido tereftálico ou 1,4-butanodiol, hidróxi alquileno éteres de hidroquinona tais como, porexemplo, isoforona-diamina, etilenodiamina, 1,2-, 1,3-propileno-diamina, N-metil-1,3-propileno-diamina, Ν,Ν'-dimetil-etileno-diamina e diaminas aromáticas tais como, por exem-plo, 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 pos-sível usar misturas dos agentes de extensão de cadeia acima mencionados. Polióis preferi-dos são poliésteres, poliéteres, policarbonatos ou uma mistura dos mesmos. Uma amplavariedade de compostos de poliol está disponível para uso no preparo do pré-polímero. Emmodalidades preferidas, o poliol pode compreender um diol polimérico incluindo, por exem-plo, poliéter dióis e poliéster dióis e misturas ou copolímeros dos mesmos. Dióis poliméricospreferidos são poliéter dióis, com polialquileno éter dióis sendo mais preferidos. Polialquilenopoliéter dióis exemplificativos incluem, por exemplo, polietileno éter glicol, polipropileno éterglicol, politetrametileno éter glicol (PTMEG) e poliexametileno éter glicol e misturas ou copo-límeros dos mesmos. Preferido dentre esses polialquileno éter dióis é PTMEG. Preferidosdentre os poliéster dióis são, por exemplo, polibutileno adipato glicol e polietileno adipatoglicol e misturas ou copolímeros dos mesmos. Outros poliéter polióis podem ser preparadosatravés de reação de um ou mais óxidos de alquileno tendo de 2 a 4 átomos de carbono noradical alquileno com uma molécula iniciadora contendo dois átomos de hidrogênio ativosligados na mesma. Os seguintes podem ser mencionados como exemplos de óxidos de al-quileno: óxido de etileno, óxido de 1,2-propileno, epicloroidrina e óxido de 1,2- e 2,3-butileno. Preferência é dada ao uso de óxido de etileno, óxido de propileno e misturas deóxido de 1,2-propileno e óxido de etileno. Os óxidos de alquileno podem ser usados indivi-dualmente, alternadamente em sucessão ou na forma de misturas. Moléculas iniciadorasincluem, 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 e1,6-hexanodiol. Também é possível usar misturas de moléculas iniciadoras. Poliéter polióisadequados são também os produtos da polimerização contendo grupo hidroxila de tetrahi-drofurano. Poliéster polióis adequados podem ser preparados, por exemplo, a partir de áci-dos dicarboxílicos tendo de 2 a 12 átomos de carbono, de preferência de 4 a 6 átomos decarbono e álcoois poliídricos. Ácidos dicarboxílicos adequados incluem, por exemplo: ácidosdicarboxílicos alifáticos, tais como ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido su-bérico, ácido azeláico e ácido sebácico e ácidos dicarboxílicos aromáticos, tais como ácidoftálico, ácido isoftálico e ácido tereftálico. Os ácidos dicarboxílicos podem ser usados indivi-dualmente ou na forma de misturas, por exemplo, na forma de uma mistura de ácido succí-nico, glutárico e adípico.

Pode ser vantajoso, para o preparo dos poliéster polióis usar, aoinvés de ácidos dicarboxílicos, os derivados de ácido dicarboxílico correspondentes, taiscomo 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 poliídri-cos são glicóis tendo de 2 a 10, de preferência de 2 a 6 átomos de carbono, tais como etile-no glicol, dietileno glicol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,10-decanodiol,2,2-dimetil-1,3-propanodiol, 1,4-propanodiol e dipropileno glicol. De acordo com as proprie-dades desejadas, os álcoois poliídricos podem ser usados sozinhos ou, opcionalmente, emmistura uns com os outros. Também adequados são ésteres de ácido carbônico com osdióis mencionados, especialmente aqueles tendo de 4 a 6 átomos de carbono, tais como1,4-butanodiol e/ou 1,6-hexanodiol, os produtos da condensação de ácidos (ôme-ga)hidróxicarboxílicos, por exemplo, ácido (ômega)hidróxicapróico e, de preferência, os pro-dutos da polimerização de lactonas, por exemplo, ε-caprolactonas opcionalmente substituí-das. Esses são, de preferência, usados como poliéster polióis poliadipato de etanodiol, poli-adipato de 1,4-butanodiol, poliadipato de etanodiol-1,4-butanodiol, poliadipato de 1,6-hexanodiol neopentil glicol, poliadipato de 1,6-hexanodiol-1,4-butanodiol e policaprolactonas.Os poliéster polióis têm pesos moleculares de 600 a 5000.

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 ascombinações e sub-combinações de faixas na mesma. Mais preferivelmente, o número depesos moleculares médios do poliol pode oscilar de cerca de 1500 a cerca de 2500, compeso moleculares numéricos médios de cerca de 2000 sendo ainda mais preferidos.

O poliol nos pré-polímeros pode ser revestido com um composto de isocianato oupode ser totalmente reagido com o poliuretano termoplástico (TPU). Uma ampla variedadede compostos de diisocianato está disponível para uso no preparo dos pré-polímeros dapresente invenção. De modo geral, o composto de diisocianato pode ser aromático ou alifá-tico, com compostos de diisocianato aromático sendo preferidos. Incluídos dentre os diisoci-anatos orgânicos adequados estão, por exemplo, diisocianatos alifáticos, cicloalifáticos, ara-lifáticos, heterocíclicos e aromáticos, conforme é descrito, por exemplo, em Justus LiebigsAnnalen der Chemie, 562, páginas 75 a 136. Exemplos de compostos de diisocianato aro-mático adequados incluem diisocianato de difenilmetano, diisocianato de xileno, diisocianatode tolueno, diisocianato de fenileno e diisocianato de naftaleno e misturas dos mesmos. E-xemplos de compostos de diisocianato alifático adequados incluem diisocianato de dicicloe-xilmetano e diisocianato de hexametileno e misturas dos mesmos. Preferidos dentre oscompostos de diisocianato é MDI em virtude, pelo menos em parte, de sua disponibilidadecomercial e alto grau de segurança, bem como sua reatividade geralmente desejável comextensores de cadeia (discutidos mais completamente aqui depois). Outros compostos dediisocianato, além daqueles exemplificados acima, serão prontamente evidentes para aque-Ies habilitados na técnica, uma vez armados com a presente divulgação. Os seguintes po-dem ser mencionados como exemplos específicos: diisocianatos alifáticos, tal como diisoci-anato 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 misturasisoméricas correspondentes, diisocianato de 4,4'-, 2,4'- e 2,2'-dicicloexilmetano e as mistu-ras isoméricas correspondentes e, de preferência, diisocianatos aromáticos, tal como diiso-cianato 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, diisociana-tos 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 diisocianatode 1,6-hexametileno, diisocianato de isoforona, diisocianato de dicicloexilmetano, diisociana-to de difenilmetano, misturas isoméricas tendo um teor de diisocianato de 4,4'-difenilmetanode mais de 96% em peso e, especialmente, diisocianato de 4,4'-difenilmetano e diisocianatode 1,5-naftileno.

Para o preparo de TPUs1 os componentes de extensão de cadeia são reagidos, op-cionalmente na presença de catalisadores, substâncias auxiliares e/ou aditivos, em quanti-dades tais que a proporção de equivalência de grupos NCO para a soma de todos os gruposNCO-reativos, especialmente dos grupos OH dos dióis/trióis e polióis de baixo peso molecu-lar, é de 0,9:1,0 a 1,2:1,0, de preferência de 0,95:1,0 a 1,10:1,0. Catalisadores adequadosos quais, em particular, aceleram a reação entre os grupos NCO dos diisocianatos e os gru-pos hidroxila dos componentes de diol, são as aminas terciárias convencionais conhecidasna técnica anterior tais como, por exemplo, trietilamina, dimetilcicloexilamina, N-metilmorfolina, Ν,Ν'-dimetil-piperazina, 2-(dimetilaminoetóxi)-etanol, diazabiciclo-(2,2,2)-octano e semelhantes, bem como, especialmente, compostos organometálicos, tais comoésteres de ácido titânico, compostos de ferro, compostos de estanho, por exemplo, diacetatode estanho, dilaurato de estanho ou os sais de dialquil estanho de ácidos carboxílicos alifáti-cos, tais como diacetato de dibutilestanho, dilaurato de dibutilestanho ou semelhante. Oscatalisadores são, usualmente, usados em quantidades de 0,0005 a 0,1 parte por 100 partesde composto de poliidróxi. Além de catalisadores, substâncias auxiliares e/ou aditivos tam-bém podem ser incorporados nos componentes de extensão de cadeia. Exemplos os quaispodem ser mencionados são lubrificantes, agentes anti-bloqueio, inibidores, estabilizantescontra hidrólise, luz, calor e descoloração, agentes à prova de chama, colorantes, pigmen-tos, enchedores inorgânicos e/ou orgânicos e agentes de reforço. Agentes de reforço são,especialmente, agentes de reforço fibrosos tais como, por exemplo, fibras inorgânicas, asquais são preparadas de acordo com a técnica anterior e também podem ser proporciona-das com um agente de colagem.

Outros componentes adicionais que podem ser incorporados no PU são termoplás-ticos, por exemplo, policarbonatos e terpolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno, especi-almente 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 dis-poníveis tais como, por exemplo, fosfatos, ftalatos, adipatos, sebacatos. Os PUs de acordocom a invenção são produzidos continuamente. O processo de banda conhecido ou o pro-cesso com extrusora pode ser usado. Os componentes podem ser medidos simultaneamen-te, isto é, de uma vez ou em sucessão, isto é, através de um processo de pré-polímero.Nesse caso, o pré-polímero pode ser preparado em um aparelho de pré-polímero distintodisposto a montante. O processo com extrusora é, de preferência, usado, opcionalmente emconjunto com um reator de pré-polímero.

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

Os materiais poliméricos têm sido fabricados em tecidos não tecidos e tecidos, fi-bras e microfibras. O material polimérico proporciona as propriedades físicas necessáriaspara a estabilidade do produto. Os referidos materiais não devem mudar significativamenteem dimensão, sofrer redução de peso molecular, se tornar menos flexível ou sujeito a ruptu-ra por tensão, ou deteriorar fisicamente na presença da luz do sol, umidade, altas tempera-turas ou outros efeitos ambientais negativos. A presente invenção se refere a um materialpolimérico aprimorado que pode manter as propriedades físicas em face de radiação ele-tromagnética incidente tal como luz ambiental, calor, umidade e outros desafios físicos.

Foi também observada uma vantagem substancial de formação de composiçõespoliméricas compreendendo dois ou mais materiais poliméricos em uma mistura de políme-ro, formato de liga, ou em uma estrutura quimicamente ligada e reticulada. Acredita-se queas composições poliméricas aprimoram as propriedades físicas ao mudar os atributos poli-méricos 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 demateriais poliméricos.

Em uma modalidade do presente conceito, dois materiais poliméricos relacionadosou não podem ser misturados para propriedades benéficas. Por exemplo, um cloreto de po-Iivinil de alto peso molecular pode ser misturado com um cloreto de polivinil de baixo pesomolecular. De modo similar, um material de náilon de alto peso molecular pode ser mistura-do a um material de náilon de baixo peso molecular. Ademais, espécies diferentes de umgênero polimérico geral podem ser misturadas. Por exemplo, um material de estireno comalto peso molecular pode ser misturado com um polistireno de alto impacto e baixo pesomolecular. Um material de náilon 6 pode ser misturado com copolímero de náilon tal comoum copolímero de náilon-6,6-6,6,10. Ademais, álcool polivinílico dotado de um baixo grau dehidrólise tal como um álcool polivinílico 80% - 87% hidrolisado pode ser misturado com umálcool polivinílico completamente ou super hidrolisado dotado de um grau de hidrólise entre98% e 99,9% ou superior. Todos os referidos materiais na mistura podem ser reticuladosusando mecanismos de reticulação apropriados. Náilons podem ser reticulados usando a-gentes de reticulação que sejam reativos com o átomo de nitrogênio na ligação amida. Osmateriais de álcool polivinílico podem ser reticulados usando materiais reativos de hidroxilatais como monoaldeídos, tais como formaldeído, uréias, resina de melamina-formaldeído eseus análogos, ácidos bóricos e outros compostos inorgânicos, dialdeídos, diácidos, ureta-nos, epóxis e outros agentes de reticulação conhecidos. A tecnologia de reticulação é umfenômeno bem conhecido e entendido no qual um reagente de reticulação reage e formaligações covalentes entre cadeias de polímero para substancialmente aprimorar o peso mo-lecular, a resistência química, a resistência geral a degradação mecânica.

Foi observado que os materiais aditivos podem aprimorar de modo significativo aspropriedades dos materiais poliméricos na forma de uma fibra fina. A resistência aos efeitosde calor, umidade, impacto, tensão mecânica e outros efeitos ambientais negativos podemser substancialmente aprimorados pela presença de materiais aditivos. Foi observado queenquanto se processa materiais de microfibra da presente invenção, os materiais aditivospodem aprimorar a característica oleofóbica, a característica hidrófoba, e pode parecer aju-dar no aprimoramento da estabilidade química dos materiais. Acredita-se que as fibras finasda presente invenção na forma de uma microfibra sejam aprimoradas pela presença dosreferidos aditivos oleofóbicos ou hidrófobos na medida em que os referidos formam umacamada de revestimento protetor,- superfície ablativa, ou penetram na superfície a algumaprofundidade de modo a aprimorar a natureza do material polimérico. Acredita-se ainda queas características importantes dos referidos materiais sejam a presença de um grupo forte-mente hidrófobo que pode preferivelmente ainda apresentar características oleofóbicas. Osgrupos fortemente hidrófobos incluem os grupos de fluorocarbono, tensoativos de hidrocar-boneto hidrófobo ou blocos de composições oligoméricas substancialmente de hidrocarbo-neto. Os referidos materiais são fabricados nas composições que apresentam uma porçãode uma molécula que tende a ser compatível com o material polimérico proporcionando tipi-camente uma ligação ou associação física com o polímero enquanto o grupo fortementehidrófobo ou oleofóbico, em resultado da associação do aditivo com o polímero, forma umacamada de superfície protetora que reside na superfície ou se torna ligado com ou mistura-do com as camadas de superfície do polímero. Para uma fibra de 0,2 mícron com um nívelde 10% de aditivo, a espessura da superfície é calculada estar em torno de 50 Â, se o aditi-vo tiver migrado em direção à superfície. Acredita-se que a migração ocorra em virtude daincompatibilidade da natureza dos grupos oieofóbicos ou hidrófobos no material de volume.

Uma espessura de 50 Â parece ser uma espessura razoável para o revestimentoprotetor. Para uma fibra de diâmetro de 0,05 mícron de diâmetro, 50 Â corresponde a 20%da massa. Para uma fibra de 2 mícrons de espessura, 50 Â corresponde a 2% da massa.Preferivelmente, os materiais aditivos são usados em uma quantidade de cerca de 2% acerca de 25% em peso. Os materiais aditivos oligoméricos são usados em uma quantidadede cerca de 2% a cerca de 25% em peso. Os aditivos oligoméricos que podem ser usadosem combinação com os materiais poliméricos da presente invenção incluem os oligômerosdotados de um peso molecular de cerca de 500 a cerca de 5000, preferivelmente de cercade 500 a cerca de 3000 incluindo os flúor-químico, tensoativos não iônicos e as resinas ouoligômeros de baixo peso molecular. Exemplos de materiais aditivos fenólicos úteis incluemEnzo-BPA1 Enzo-BPA/fenol, Enzo-TBP1 Enzo-COP e outros fenólicos relacionados foramobtidos a partir da Enzymol International Inc., Columbus, Ohio.

Uma variedade extremamente grande de meios de filtro existe para diferentes apli-cações. As nanofibras e microfibras duráveis descritas na presente invenção podem ser adi-cionadas a qualquer meio. As fibras descritas na presente invenção podem ainda ser usadaspra substituir os componentes de fibra dos referidos meios existentes proporcionando a van-tagem significante do desempenho aprimorado (queda de eficiência aprimorada e/ou pressãoreduzida) em virtude de seu pequeno diâmetro, e ainda exibir maior durabilidade.

As nanofibras e microfibras de polímero são conhecidas; entretanto, o uso dasmesmas foi bastante limitado em virtude de sua fragilidade à tensões mecânicas, e de suasusceptibilidade a degradação química em virtude de sua proporção de área de superfíciepara volume bastante grande. As fibras descritas na presente invenção vão de encontro àsreferidas limitações e serão portanto utilizáveis em uma grande variedade de aplicações defiltragem, têxtil, membrana, e outras aplicações diversas.

Uma construção de meio de acordo com a presente invenção inclui uma primeiracamada 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 camadade meio fibroso bruto permeável. Preferivelmente, a primeira camada de material fibroso bru-to 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, aprimeira camada de material fibroso bruto permeável compreende um meio dotado de umabase ponderai de não mais que 200 gramas/metro2, preferivelmente cerca de 0.50 g/m2 a 150g/m2, e ainda mais preferivelmente pelo menos 8 g/m2. Preferivelmente, a primeira camada dematerial fibroso bruto permeável é de pelo menos 0.0005 polegada (12 mícrons) de espessu-ra, 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 ca-mada particuiada dispersa pode ser combinada com uma variedade de outras camadas co-mo discutido em algum outro ponto da presente especificação. As camadas podem ser pro-duzidas a partir de uma versão de folha plana ou coplanar das camadas da presente inven-ção ou podem ser laminadas, corrugadas ou formadas em de fato qualquer outro formato deseção transversal necessário para formar o fluxo de queda de baixa pressão através do ele-mento da presente invenção. O substrato pode compreender uma camada de poli PTFE ex-pandido ou camada de Teflon. O substrato pode ainda ser substancialmente livre de um Te-flon, de uma camada de poli PTFE expandido, ou fibra ou camada de PTFE estirada. As refe-ridas camadas são úteis em uma variedade de aplicações de uso que podem proporcionartanto filtragem como atividade a partir do particulado ativo. As referidas camadas podemtambém ajudar no confinamento do particulado dentro do elemento.Em modalidades preferidas, a primeira camada de material fibroso bruto permeávelcompreende um material o qual, e avaliado separadamente a partir do restante da construçãopelo teste de permeabilidade de Frazier, exibiria a permeabilidade de pelo menos 1 me-tros/min, e típica e preferivelmente cerca de 2 metros/min - 900 metros/min. Aqui, quandoreferência é feita à eficácia, a não ser que especificado o contrário, referência é feita à efici-ência quando medida de acordo com ASTM-1215-89, com 0,78 μ de partículas esféricas depolistireno dispersas, a 20 fpm (6,1 metros/min) como aqui descrito.

Preferivelmente, a camada de material de fibra fina fixada à primeira superfície dacamada de meio fibroso bruto permeável é uma camada de meio de nano- e microfibra ondeas fibras apresentam diâmetros médios de fibra não superiores a cerca de 2 mícrons, emgeral e preferivelmente não superiores a cerca de 1 mícron, e tipicamente e preferivelmenteapresentam 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 finafixado à primeira superfície da primeira camada de material fibroso bruto permeável apresen-ta uma espessura geral que não é superior a cerca de 30 mícrons, mais preferivelmente nãosuperior a 20 mícrons, ainda mais preferivelmente não superior a 10 mícrons, e típica e prefe-rivelmente está dentro de uma espessura de 1 a 8 vezes (e mais preferivelmente não mais de5 vezes) o diâmetro médio de fibra fina da camada.

O processo de fiação eletrostático pode formar uma microfibra ou nanofibra da uni-dade. Um aparelho adequado para formar a fibra é ilustrado na patente U.S. No. 4,650,506para Barris. O referido aparelho inclui um reservatório no qual a solução de polímero de for-mação de fibra fina é contida, uma bomba e um dispositivo emissor do tipo giratório ou emis-sor ao qual a solução polimérica é bombeada. O emissor em geral consiste em uma uniãogiratória, uma porção giratória incluindo uma pluralidade de orifícios deslocados e um eixoque conecta a porção voltada para frente e uma união giratória. A união giratória proporcionaa introdução da solução polimérica na porção voltada para frente através do eixo oco. Alter-nativamente, a porção giratória pode ser imersa em um reservatório de alimentação de polí-mero por um reservatório e uma bomba. A porção giratória então obtém uma solução de po-límero a partir do reservatório e na medida em que o mesmo gira no campo eletrostático, ocampo eletrostático alinhado em direção do meio de coleta acelera uma gotícula da solução,como discutido abaixo.

Voltada para o emissor, mas espaçada a partir do mesmo, está uma grade substan-cialmente 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 emtorno dos rolos que são posicionados adjacentes às extremidades opostas da grade. Um po-tencial eletrostático de alta voltagem é mantido entre o emissor e a grade por meio de umafonte de voltagem eletrostática adequada e conexões que conectam respectivamente à gradee ao emissor.

Em uso, a solução polimérica é bombeada para a união giratória ou reservatório apartir 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 emdireção do meio de coleta posicionado na grade. Especificamente, o potencial eletrostáticoentre a grade e o emissor proporciona uma carga ao material que faz com que o líquido sejaemitido a partir da mesma como fibras finas que são arrastadas em direção da grade onde asmesmas chegam e são coletadas no substrato ou em uma camada de eficiência. No caso dopolímero na solução, o solvente é evaporado a partir das fibras durante o seu vôo para a gra-de; portanto as fibras chegam no substrato ou camada de eficiência sem solvente substanci-al. As fibras fibas se ligam às fibras de substrato primeiro encontradas na grade. A resistênciade campo eletrostático é selecionada para garantir que na medida em que o material polimé-rico é acelerado a partir do emissor para o meio de coleta, a aceleração é suficiente paratornar o material em uma estrutura de microfibra ou de nanofibra muito fina. Ao se aumentarou reduzir o coeficiente de avanço do meio de coleta, se pode depositar mais ou menos fi-bras emitiras no meio de formação, deste modo permitindo o controle da espessura de cadacamada depositada no mesmo. A porção giratória pode ser dotada de uma variedade de po-sições benéficas, a porção giratória pode ser disposta em um plano de rotação de modo queo plano é perpendicular à superfície do meio de coleta ou posicionado em qualquer ânguloarbitrário. O meio de rotação pode ser posicionado paralelo a ou relativamente deslocado apartir da orientação paralela.

Um substrato em forma de folha é desenrolado em uma estação. O substrato emforma de folha é então direcionado a uma estação de junção onde múltiplos comprimentos dosubstrato podem ser úmidos para uma operação contínua. O comprimento contínuo do subs-trato em forma de folha é direcionado a uma estação de tecnologia de fibra fina que compre-ende a tecnologia de fiação acima discutida, onde um dispositivo de fiação forma a fira fina edispõe a fibra fina na camada de filtragem no substrato em forma de folha. Após a camada defibra fina ser formada no substrato em forma de folha na zona de formação, a camada defibra fina e o substrato são direcionados a uma estação de tratamento a calor para proces-samento apropriado. O substrato em forma de folha e a camada de fibra fina são então testa-dos em um monitor de eficiência e agarrados se necessário em uma estação de garras. Osubstrato em forma de folha e a camada de fibra são então direcionados a uma estação deenrolamento apropriada para serem enrolados em um fuso apropriado para processamentoadicional.

O elemento da presente invenção quando usado no modo de filtragem deve apre-sentar uma queda mínima de pressão para função aceitável como um filtro e para obter aatividade da partícula(s) ativa(S). A referida informação de queda de rpessao é conhecidapelos tipos de dispositivos de filtragem da presente invenção. Os referidos parâmetros dequeda de pressão definem uma vida útil do elemento de filtragem da presente invenção. Oelemento da presente invenção, quando usado em um modo de fluxo através sem camadade filtro interveniente, deve proporcionar pouca ou nenhuma resistência ao fluxo de fluidomóvel através do elemento (por exemplo, menos de 0,1 polegada ou menos de 1 - 5 polega-das de água). O fluxo não deve ser restrito mas o tempo de estadia, entretanto, do fluido den-tro do elemento deve ser suficiente para obter contato suficiente e absorção/adsorção/reaçãonecessária no elemento para obter a atividade desejada a partir do particulado ativo dentrodo elemento. Um tempo de estadia útil, dependendo do particulado ativo pode ser de cercade 0,01 a tanto quanto necessário para se obter alguma remoção dos materiais captados. Otempo de estadia pode ser de 0,02 segundos a tanto quanto 5 minutos e tipicamente varia decerca de 0,01 segundo a 60 segundos, 0,01 segundo a 1 segundo ou tão pouco quanto 0,02segundo a 6,5 segundo. A vida útil da referida unidade é definida pela carga de particuladoativo e a quantidade residual de atividade na unidade. Alguma pequena quantidade de quedade pressão pode ser projetada em um elemento para reduzir o fluxo e estender o tempo deestadia sem substancialmente impedir o fluxo.

O meio, manta, camadas ou elementos da presente invenção podem ser regenera-dos. No caso de particulado reativo na presente invenção, o particulado pode ser regeneradopor tratamento químico do particulado. No caso de particulado absorvível ou adsorsível, oparticulado pode ser gerado por aquecimento do elemento a uma temperatura suficiente paraorientar o material absorvido ou adsorvido a partir da superfície do particulado ou estruturainterna. O elemento pode ainda ser evacuado de modo que os efeitos da pressão reduzidapossam remover o material volátil a partir da superfície da partícula adsorsível ou a partir dointerior da partícula adsorsível.

As espécies reativas podem ser regeneradas ao primeiro se remover quaisquersubprodutos de reação a partir da reação a partir das espécies ativas com o material queentra na fase fluida. Na referida reação, os subprodutos são removidos, o particulado restan-te dentro do elemento aumenta ao passar a solução ou suspensão do material ativo atravésdo elemento, fazendo com que a estrutura interior incluindo a camada de fibra fina acumulequantidades adicionais do material reativo.

Seção de Exemplos

Exemplo 1

Um composto de poliuretano alifático termoplástico fabricado pela Noveon®,TECOPHILIC SP-80A-150 TPU foi usado. O polímero é um poliéter poliuretano produzido aose reavir dicicloexilmetano 4,4'-diisocianato com poliol.

Exemplo de polímero 2

Um copolímero de náilon 6,6,6-6,10 resina copolímero de náilon (SVP-651) foi ana-lisada quanto ao peso molecular pela titulação do grupo de extremidade (J.E. Walz e G.B.Taylor, "determination of the molecular weight of nylon", Anal. Chem. Vol. 19, Número 7, pp448 - 450 (1947). O número da base ponderai média foi entre 21,500 e 24,800. A composi-ção foi estimada por um diagrama de fase da temperatura de fusão dos três componentesde náilon, náilon 6 de cerca de 45%, náilon 66 de cerca de 20% e náilon 610 de cerca de25%. (Página 286, Nylon Plastics Handbook, Melvin Kohan ed. Hanser Publisher, New York(1995)). As propriedades físicas reportadas da resina SVP 651 são:

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Exemplo de polímero 3

A copoliamida (náilon 6,6-6,6,10) descrita anteriormente no exemplo de polímero 2foi misturada com uma resina fenólica, identificada como Geórgia Pacific 5137.

Náilon: proporção de resina fenólica e sua temperatura de fusão das misturas sãomostradas aqui:

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O beneficio de elasticidade da referida química de nova fibra advém da mistura deum polímero com um poliuretano. O poliuretano usado na presente invenção é o polímerodo Ex.1 obtido da Noveon, Inc., e é identificado como poliuretano termoplásticoTECOPHILIC SP-80A-150. O referido é um polímero solúvel em álcool e foi dissolvido emálcool etílico a 60°C por agitação rigorosa por 4 horas. Após o final das 4 horas, a soluçãofoi resfriada a temperatura ambiente, tipicamente durante a noite. O teor de sólidos da solu-ção polimérica esteve em torno de 13% em peso, embora seja razoável se sugerir que umteor de sólidos diferente de polímero possa também ser usado. Com o resfriamento paratemperatura ambiente, a viscosidade foi medida a 25°C e foi observado estar em torno de340 cP. A referida solução foi eletrofiada sob condições variáveis com sucesso. A figura 1Ae 1B mostram uma série de imagens de leitura por microscópio eletrônico (SEM) mostrandoas fibras fiadas junto com algumas partículas funcionais (imagem SEM).

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 dedeterminados produtos químicos na fase de gás. A capacidade de adsorção das referidaspartículas apresenta uma forte relação com suas condições de pós-processamento. Em ele-trofiação, o vapor de solvente que provém das fibras de eletrofiação na medida em que asmesmas se formam e secam, pode ser prontamente adsorvido pelas partículas de carbonolimitando conseqüentemente a capacidade geral das mesmas. De modo a "enxaguar" asmoléculas de solvente a partir das partículas de carbono ativadas, é portanto necessário seaquecer 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 residualfora das partículas de carbono. Conseqüentemente, as referidas fibras devem resistir àsreferidas temperaturas extremas durante o processo de pós-tratamento no exemplo acimaapresentado.

Para se aprimorar a resist6encia à temperatura das referidas fibras e ao mesmotempo para se beneficiar de sua alta elasticidade e capacidade de adesão (desejada para afixação das partículas ativas e/ou não ativas etc.), misturamos a solução de polímero combase em poliuretano com uma solução de polímero do polímero do exemplo 2 que é umasoiução com base em poiiamida.

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

As fibras eletrofiadas a partir da referida solução de polímero do exemplo 1 e do po-límero do exemplo 2, apresentam excelente estabilidade a temperatura e boa elasticidade ecapacidade de adesão, as quais não são possíveis encontrar todas em um em qualquercomponente de solução, polímero do exemplo 1 e o polímero do exemplo 2. As fibras apre-sentam um diâmetro médio de cerca de duas a três vezes aquele do diâmetro médio de fibradas fibras do polímero do exemplo 2 (o diâmetro médio das fibras do polímero do exemplo 2está na faixa de 0,25 mícrons).

Embora o referido poliuretano apresente excelente elasticidade, é preferido se tertambém uma resistência à temperatura. Isto é particularmente importante se houver proces-sos a jusante subseqüentes que necessitem de processamento em alta temperatura.

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

O substrato de poliéster Reemay 2011 foi usado para depositar o compósito de par-tículas de nanofibra/carbono ativado. O substrato é bastante aberto, as fibras de substratosão dispostas plana sem protuberância das fibras a partir da manta e apresenta uma baseponderai bastante baixa, 25 g/m2. Pode haver uma grande seleção de diferentes materiaisde substrato adequada para a produção do referido compósito de partículas de nanofi-bra/carbono ativado.

As partículas de carbono ativado foram dispersas em uma matriz de nanofibras u-sando um sistema defloculante, onde as partículas foram alimentadas a um defloculadorusando um alimentador de partícula seca (alimentador de parafuso) com controles eletrôni-cos sobre o coeficiente de saída de partícula.

O substrato foi montado em uma correia contínua (figura 4a e 4b) e como tal ocompósito foi gerado usando uma máquina piloto com capacidade de fiação de fibra limita-da.

A tabela a seguir resume o ciclo de funcionamento:

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Descrição do ciclo de funcionamento usada para gerar o compósito de partículas denanofibra/carbono ativado.

A quantificação da quantidade precisa de carbono dentro do compósito foi realiza-da. 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 proces-samento. Posteriormente, ao se cortar os mesmos tamanhos de amostras (4 polegadas dediâmetro), ambas as amostras (uma com partículas e a outra sem) foram pesadas, e a dife-rença entre o peso das duas nos proporcionou a carga de carbono ativado em uma determi-nada área de superfície da amostra (1 m2), calculamos que a quantidade de carbono ativadono interior do compósito foi de 56,04 g/m2. Em outras palavras, de cerca de 60 g de partículadescarregada do alimentador, 56 g foram capazes de fazer o compósito, enquanto que 4 gforam perdidas nas diversas vias incluindo a deposição na superfície interna do bocal que foiusado para desviar a trajetória da partícula.

Em geral, o compósito de partículas de nanofibra/carbono ativado foi composto de91,4% em peso de partículas de carbono e 8,6% em peso de nanofibras poliméricas.

Ao se aplicar as partículas no referido método seco, foi utilizada uma grande porçãode partículas dentro do compósito, e ademais o método de aplicação seco nos permitiu nãobloquear a área de superfície de partícula no sentido de que efetuaria a difusão do gás den-tro da mesma.

Há dois mecanismos distintos de captura de partículas de carbono ativado na ma-triz de nanofibras:

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

A adesão entre as partículas e nanofibras como um resultado direto de fiação desolução de nanofibras. Em virtude das nanofibras serem criadas a partir de uma solução depolímero que usa um processo de eletrofiação, as nanofibras se baseiam no objetivo de queas mesmas devem reter muito pouca quantidade de solvente em sua estrutura e conseqüen-temente 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 haverapenas um pouco de nanofibras em contato com a partícula, a área de superfície disponíveldo carbono ativado para a adsorção química é dramaticamente alta, suficiente para afetar odesempenho do meio em uma forma positiva.

O tratamento a calor a 110°C (230°F) por 5 minutos é realizado pelo fato de que du-rante a eletrofiação de quase toda a solução de polímero, pode haver uma quantidade muitopequena de solvente residual, que pode afetar a capacidade de adsorção das partículas decarbono ativado, aquecemos o compósito além do ponto de ebulição do solvente usado parapreparar a solução de polímero. Neste caso, o ponto de ebulição do solvente foi em torno de80°C (176°F) a 760 mm Hg. E assim o aquecimento a 110°C (230°F) por 5 minutos garantiua remoção completa de qualquer solvente residual a partir das nanofibras e/ou partículas decarbono ativado.Abaixo está uma tabela que delineia os resultados da eficácia do teste de particula-do conduzido usando a bancada de teste de eficiência fracional TSI 3160 com partículas dedioctil-ftalato em 0,02 mícron - 0,4 mícron de diâmetro, a uma velocidade de face de 10,5pés/minuto. A eficiência, a penetração e a resistência são os produtos do teste. A referidaamostra foi testada após aquecimento da mesma a 110°C (230°F) por 5 minutos em umforno de laboratório.

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Carga de carbono - g/m2 56,04Concentração de carbono % 91,40Fibra total e compósito de carbono - g/m2 61,31

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

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

A unidade padrão de medida de FOM é1/(cm Hg)/(cm/segundo) ou (cm/segundo)/cm Hg

Quanto maior a FOM, melhor a qualidade do meio; em outras palavras, quantomaior a FOM quer dizer maior eficiência para a mesma queda de pressão, ou uma queda depressão mais baixa para a mesma eficiência.

A partir da tabela acima apresentada, se pode ver que a eficiência partículada dareferida amostra está na alta faixa de 90%. É bastante natural se gerar compósitos com umaeficácia partículada bastante alta por diversos meios:

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

O segundo método é preferivelmente, mais simples pelo fato de que permite manteras propriedades quimio-adsorsíveis do compósito do mesmo, enquanto a eficiência do parti-culado pode ser ajustada independentemente.

A aplicação da presente invenção é de purificar correntes de fluido, incluindo cor-rentes de líquido e correntes gasosas. O elemento de filtro da presente invenção é dispostoem um local ou ambiente adequado para a aplicação particular, de modo que a corrente defluido que porta contaminantes possa passar através ou passar pelo elemento, e os conta-minantes podem ser removidos. As correntes de fluido para a aplicação incluem correnteslíquidas 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 porda presente invenção para remover os contaminantes líquidos ou particulados, as espéciesde formação de cor, e as impurezas solúveis. Os contaminantes a serem removidos pelopedido da presente invenção ainda incluem os produtos biológicos tais como, por exemplo,príons, vírus, bactérias, esporos, ácidos nucléicos; outros produtos biológicos potencialmen-te danosos ou materiais perigosos.

Em alguns aspectos, a presente invenção pode ser usada para purificar correntesde fluido, com alguma adição adicional de filtragem de líquido incluindo combustível e lubrifi-cantes, correntes de filtragem de ar - água em qualquer aplicação que requeira filtragemgasosa 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 fluxoestagnado 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 relativa-mente baixo, meio de adsorção de baixa queda de pressão para aplicações em semicondu-tores que requeiram ar purificado para ser proporcionado a um processo, ferramenta, testeou recinto. Isto pode incluir outras aplicações que requeiram ar purificado, nitrogênio ou ou-tras correntes de processamento de gás. O meio adsorvente é capaz de remover a contami-nação gasosa dentro de ambientes limpos, indústria de semicondutores ou em sistemas desub-fabricação, ferramentas de processo, e recintos através de passagens únicas, recircula-ção, ou filtragem estática. Ademais, o meio pode purificar o ar que é obtido a partir de umlocal para outro. A referida transferência de ar pode ser a partir de uma sub-fabricação paraa fabricação principal, ou a partir de uma atmosfera externa a um sistema de teste de emis-são.Em um aspecto, o elemento de filtro da presente invenção pode ser disposto emuma ventilação para um recinto, de modo que o interior do recinto é mantido em um teor deumidade substancialmente reduzido com relação ao exterior do recinto, pelo fato de que omeio adsorvente remove a umidade a partir do interior do recinto. O recinto no qual o ele-mento de filtro está disposto inclui um recinto que contém um circuito ou dispositivo eletros-tático, onde o circuito ou dispositivo eletrostático inclui, sem limitação, um diodo emissor deluz orgânico, um disco rígido, uma tela ou alguma combinação dos mesmos. Por exemplo, oelemento de filtro da presente invenção pode ser usado como uma tela flexível de absorçãode umidade para um dispositivo eletrônico. A tela flexível compreende uma tela iluminada(incluindo telas formadas usando diodos emissores de luz) combinadas com um elementode filtro, que absorve umidade a partir do ambiente ou recinto no qual a tela flexível é usada.

Dependendo da quantidade de desempenho necessária, o referido meio pode serusado em diversas aplicações e em diversas formas incluindo filtragem de partículas e filtra-gem química na mesma camada ou espaço confinado, combinação de filtro de partícula efiltro químico para uso em aplicação de turbina de gás, filtro químico como a única opçãopara sistemas de turbina a gás, aplicações de alto fluxo em indústria de semicondutorespara conjuntos de ventiladores, ponto de uso, e locais de fabricação de amplo filtro ou labo-ratórios, aplicações que necessitem de um filtro do tipo de "absorção", ponto de uso de fil-tragem para semicondutor dentro de ambientes limpos com espaço mínimo e máxima efici-ência, filtro de montagem de ferramenta para aplicações em semicondutores dentro de am-bientes limpos com um mínimo de espaço e máxiam eficiência, aplicações de alto fluxo emgrades de telhado para aplicações em ambientes limpos, aplicações que necessitam de umpeso reduzido mas eficiências similares, aplicações que necessitem de queda de pressãoreduzida mas eficientes similares, locais que necessitem de baixo derramamento de partícu-la, ou camadas de filtros químicos podem ser usadas. Respiradores, mascaras de poeira,mascaras e luvas cirúrgicas, lençóis cirúrgicos, substituição de HEPA incluindo filtros paraequipamento de processamento semicondutor e ambientes limpos, filtragem de ar para ga-solina, motor acionado a diesel ou gás natural, filtragem de entrada para compressores dear, 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, cui-dado com lesões, aplicações de HVAC. Filtragem de cabine de ar, limpeza de ar ambiente,filtro de combustível, filtro de lubrificante, filtros de óleo, filtros de líquido, filtros de ar paraaplicação em células de combustível, filtros de processamento, material isolante, filtros paraacionadores de disco, filtros para recintos eletrônicos, separações cromatográficas, bio-separações podem todas ser implementadas com materiais da aplicação.

Ao alternativamente empilhar folha de filtragem químicas com um meio de espaça-mento, isto pode criar canais de fluxo dentro do elemento. Os referidos canais permitem queo fluido de gás seja filtrado para passar através do meio de um tal modo a realizar as rea-ções desejadas, enquanto ao mesmo tempo mantendo uma queda de pressão mais baixadoque o meio de filtragem química pode permitir em si. O meio de espaçamento pode ser qui-micamente tratado para ajudar na filtragem ou pode ser inerte.

Similarmente, os canais de fluxo em um elemento de filtro podem ser criados porco-rolamento do meio de espaçamento e do meio de filtragem química em torno do núcleoquimicamente ativo ou inerte. Isto pode ser visto na figura No. 3).

Uma vez que a camada de fibra fina contendo o particulado ativo ou ativo inerte dapresente invenção está preparada, a camada deve ser mecanicamente montada em umaestrutura adsorvente ou absorvente ou ativa útil. As camadas de nanofibras são tipicamentefiadas em um material de substrato que pode ser uma scrim, um substrato de celulose, umsubstrato de celulose sintético misturado ou um substrato puramente de celulose. As cama-das de nanofibras contendo um particulado ativo ou inerte são eletrofiados sobre os referi-dos substratos e o substrato pode então ser rolado em uma estrutura absorvente. Alternati-vãmente, a camada pode ser cortada em porções similares e empilhadas para formar umacamada absorvente. É importante que a estrutura interna de qualquer conjunto de camadasde nanofibras apresente um fluxo de ar suficiente para garantir que o ar possa passar comfacilidade através do conjunto. Neste caso, o conjunto pode agir, não como um filtro, maspuramente como uma estrutura de conjunto absorvente. Em uma estrutura alternativa, ascamadas de fibra fina e particulado reativo ou ativo podem ser montadas em uma estruturaque filtra e reage, adsorve ou absorve. A referida variação de estruturas apresenta aplica-ções em uma variedade de usos finais. A estrutura anterior apresenta pouca ou nenhumapropriedade de filtragem e pode remover os materiais contaminantes reativos a partir decorrentes de fluido tais como correntes de ar ou correntes de líquidos simplesmente usandoum mecanismo de fluxo através. A última estrutura pode remover particulados, e pode re-mover espécies químicas a partir de fluido tal como ar, simultaneamente com as operaçõesde filtragem.

Em determinadas modalidades preferidas das camadas enroladas ou empilhadasda presente invenção, o meio pode ser configurado para um fluxo direto seja em um fluxosem propriedades de filtragem ou em um fluxo incluindo a passagem através de uma cama-da de filtro. No referido fluxo de fluido, o fluido entrará em uma direção através da primeiraface de fluxo e sairá se movendo na mesma direção a partir da segunda face de fluxo. Den-tro da estrutura de filtro, o fluido pode não interagir com a superfície que atua como um filtroou o mesmo pode interagir com um fluxo, mas pode entrar em contato com uma superfícieque obtém as propriedades de filtragem. Em geral, uma construção de filtro preferida é umaconstrução enrolada incluindo uma camada de meio que é voltada repetidamente sobre umponto central que forma uma bobina de modo que o meio de filtro será enrolado, envolto ouespiralado. Uma estrutura útil preferida é uma estrutura enrugada na qual o material apre-senta uma construção estriada. As referidas estrias podem ser formadas e combinadas coma folha de face. Uma vez que o meio enrugado é combinado com um meio não enrugado naforma de uma folha de face, a estrutura resultante pode ser espiralada e formada em umconjunto útil. Quando se usa este tipo de construção de meio, as estrias formam picos evales alternados na estrutura enrugada. Em determinadas construções, as estrias superio-res formam câmaras de estrias que podem ser fechadas a jusante enquanto as câmaras deestrias apresentam extremidades a montante que são fechadas para formar outras fileirasde estrias. Na referida estrutura, as áreas abertas e fechadas fazem com que o fluido passeatravés de pelo menos uma parede enrugada para se obter as propriedades de filtragem apartir da camada enrugada. Em uso, o referido meio enrugado em um conjunto enroladoproporciona uma área de entrada para a corrente de fluido tal como ar. O ar penetra emuma câmara estriada em uma extremidade aberta a montante, e fluxo de fluido não filtradonão é permitido passar através da corrente fechada abaixo mas é forcado para prosseguiratravés da camada corrugada ou folha estriada para entrar em contato seja com a fibra dacamada corrugada ou o particulado ativo seja para filtrar o particulado a partir da corrente defluido, seja para garantir o material disperso ou dissolvido na corrente de fluido seja reagidocom, absorvido, ou adsorvido sobre o particulado ativo.

Experimento para sistema de bancada de ruptura

Os testes de ruptura de gás orgânico foram realizados em todos os elementos comcontaminante dê tolueno a 50 ppm. Um diagrama de bloco geral da configuração de banca-da de teste de ruptura é oferecido na figura 5. Os testes de ruptura com o tempo de estadiade 0,12 segundos foram realizados para testar as capacidades de tolueno adsorventes. Omeio de carbono dos exemplos foi condicionado no interior da coluna (1,5 polegada ID) atéque a umidade relativa alcançou 50% e a temperatura chegou a 25°C. Então o tolueno con-tendo ar (gerado a partir do sistema de geração de solvente) seguiu através do ieito de a-mostra com um coeficiente de fluxo de 30 Lpm para iniciar o teste de ruptura.

Os contaminantes foram gerados a partir dos padrões de gás certificado enviadospara dentro da corrente de ar de teste através dos controladores de fluxo de massa Aalborg;Orangeburg, NY; ou Brooks/Emerson Process Management, Hatfield, PA). A umidade relati-va foi controlada usando um controlador de fluxo - temperatura -umidade (Miller-NelsonResearch, Inc.; Monterey, CA); Model HCS-401: Uma umidade relativa de 50% de RH foi usa-da para os estudos aqui apresentados. A temperatura e a umidade relativa da corrente de ar amontante e a jusante ao leito adsorvente foram medidas usando sensores de temperatura ede umidade calibrados (Vaisala; Woburn, MA; Model HMP233). A temperatura do leito absor-vente foi controlada a 25°C usando um suporte de amostra de água encamisado e um banhode água. A detecção da concentração de contaminantes a montante e a jusante foi monitora-da usando um detector de ionização de chama JUM (FID). A figura 6 é uma ilustração dascurvas de ruptura para todos os elementos de captura de fibra fina testados. Os carbonosativados não impregnados e impregnados apresentam excelente eficiência de remoção evida para determinados gases orgânicos.

Uma vez que a partícula e a deposição de fibras são independentes um do outro, sepode gerar compósitos que apresentam proporções variáveis de partículas para fibras. Ge-ramos compósitos que apresentam uma carga de nanofibras de 8% - 15% em peso no pas-sado, embora não exista nenhum limite teórico nas referidas quantidades. Conseqüentemen-te, nas referidas estruturas, a carga de carbono ativado foi uma faixa de 92% - 85% em peso.

Tipicamente, o processo envolve a deposição de uma camada bastante delgada denanofibras em uma tela para fim de manipulação e de integridade, seguido pela aplicação deum compósito de nanofibra/carbono ativado, que constitui o volume do compósito geral. Noestágio final, outra camada apenas de nanofibra é depositada para o topo do compósito. Areferida única camada de nanofibra nas superfícies de fundo e de topo ajuda a manter o der-ramamento de partícula a quase nenhum, na medida em que não foram observadas eviden-cias disto no passado. A mesma ajuda a acelerar a eficiência do particulado do compósito. Aestrutura da presente invenção inclui, uma camada de nanofibras, uma camada de compósitode nanofibras/carbono, uma camada apenas de nanofibra, e uma tela.

A eficiência do particulado é um dos parâmetros chave que traz uma borda formadapara este tipo de meio. Abaixo estão os dados da eficiência do particulado para os dois com-pósitos de nanofibra/carbono ativado, com a diferença sendo as suas bases ponderais. Asmedições são registradas usando o aparelho de teste de filtro automatizado TSI 3160, opera-do usando partículas DOP de tamanho variável a uma velocidade de face de 10,5 pés/minutoem amostras de folha plana.

<table>table see original document page 45</column></row><table><table>table see original document page 46</column></row><table>

A referida tabela mostra as eficiências do particulado de dois compósitos de nanofi-bra com diferentes espessuras. Como se pode ver a partir da tabela acima, ao se variar aespessura 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 ca-mada de nanofibra nas superfícies de topo e de fundo do compósito sem afetar o compósitode nanofibra/carbono no meio. Ademais, é possível se introduzir uma ou mais camada ape-nas de nanofibra dentro do compósito de meio em uma tentativa de intensificar a eficiênciado particulado ao nível alvo desejado. Outra estrutura pode incluir uma camada de nanofi-bra, uma camada de compósito de nanofibra/carbono, apenas uma camada de nanofibra e tela.

O referido compósito de nanofibra similar àquele acima, a diferença é uma únicacamada de nanofibra no meio do compósito de nanofibra/carbono funcionando como umestágio de intensificação de eficiência do particulado. Embora a eficiência do particuladoseja um aspecto único da presente invenção, outro aspecto é a adsorção química e a remo-ção dos contaminantes a partir da fase de gás. Em uma tentativa de entender os efeitos dosdiferentes níveis de carga de carbono, o meio Aeo meio B, que foram testados quanto àeficácia 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 variá-vel de carga de carbono afetou o tempo de ruptura e a capacidade geral dos referidos meioscomo mostrado na figura 6.

Observar que os referidos meios foram testados não em uma forma laminada masem vez disto em uma forma espiralada enrolada e conseqüentemente a curva deve ser Ie-vada em consideração apenas para o que se pretende ser apresentado, e não para o de-sempenho atual em uma aplicação em respirador.

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 pesoantigamente, embora não existam limites teóricos para as referidas quantidades. Conse-qüentemente, nas referidas estruturas, a carga de carbono ativado esteve na faixa de 92% -85% em peso.

Tipicamente, o processo envolve a deposição de uma camada bastante leve de na-nofibras em uma tela com objetivo de manipulação e de integridade, seguido de aplicaçãode compósito de nanofibra/carbono ativado, que constitui o volume do compósito geral. Noestágio final, outra camada de apenas uma camada de nanofibra é depositada na porção detopo do compósito. A referida camada apenas de nanofibra nas superfícies de topo e defundo ajuda a manter o derramamento de partícula a quase nenhum, no sentido de que nãoforam observadas evidencias disto no passado. As mesmas ajudam ainda a intensificar aeficácia do particulado do compósito. A estrutura da presente invenção inclui, uma camadade nanofibras, uma camada de compósito de nanofibras/carbono, uma camada apenas denanofibra, e uma tela.

A eficiência do particulado é um dos parâmetros chave que traz uma borda formadapara este tipo de meio. Abaixo estão os dados da eficiência do particulado para os dois com-pósitos de nanofibra/carbono ativado, com a diferença sendo as suas bases ponderais. Asmedições são registradas usando o aparelho de teste de filtro automatizado TSI 3160, opera-do usando partículas DOP de tamanho variável a uma velocidade de face de 10,5 pés/minutoem amostras de folha plana.

<table>table see original document page 47</column></row><table><table>table see original document page 48</column></row><table>

A referida tabela mostra as eficiências do particulado de dois compósitos de nanofi-bra 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 semodificar a eficiência do particulado ao se variar a quantidade de camada de nanofibra nassuperfícies de topo e de fundo do compósito sem afetar o compósito de nanofibra/carbonono meio. Ademais, é possível se introduzir uma ou mais camada apenas de nanofibra dentrodo compósito de meio em uma tentativa de intensificar a eficiência do particulado ao nívelalvo desejado. Outra estrutura pode incluir uma camada de nanofibra, uma camada de com-pósito de nanofibra/carbono, apenas uma camada de nanofibra e tela.

O referido compósito de nanofibra é similar àquele acima, a diferença é uma únicacamada de nanofibra no meio do compósito de nanofibra/carbono funcionando como umestágio de intensificação de eficiência do particulado. Embora a eficiência do particuladoseja um aspecto único da presente invenção, outro aspecto é a adsorção química e a remo-ção dos contaminantes a partir da fase de gás. Em uma tentativa de entender os efeitos dosdiferentes níveis de carga de carbono, o meio Aeo meio B, que foram testados quanto àeficácia 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 variá-vel de carga de carbono afetou o tempo de ruptura e a capacidade geral dos referidos meioscomo mostrado na figura 6.

Observar que os referidos meios foram testados não em uma forma laminada masem vez disto em uma forma espiralada enrolada e conseqüentemente a curva deve ser le-vada em consideração apenas para o que se pretende ser apresentado, e não para o de-sempenho atual em uma aplicação em respirador.

A figura 7 mostra o desempenho de uma área de alta superfície de invólucro de co-co de carbono disposto dentro da manta de nossa matriz de fibra fina em um teste de ruptu-ra acelerado para tolueno. Embora a eficiência da curva de ruptura para 50 ppm de toluenopara 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 docanal assim como novos desenhos.

A especificação acima, os exemplos e os dados proporcionam uma descrição com-pleta da fabricação e do uso da composição da presente invenção. Uma vez que as modali-dades da presente invenção possam ser implementadas sem se desviar do espírito e âmbitoda presente invenção, a presente invenção reside nas reivindicações aqui anexas.

Claims (77)

1. Meio de filtro, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um substrato defiltro e uma camada de fibra ou manta de fibra compreendendo uma camada de fibra finasubstancialmente contínua, a fibra dotada de um diâmetro de cerca de 0,001 mícron a 5mícron e um particulado ativo disperso na camada de fibra ou manta de fibra, o particuladocompreendendo de 0,1 vol % a 50 vol % da camada ou manta e a camada ou manta dotadade uma espessura de cerca de 0,0001 cm a 1 cm e uma solidez de cerca de 0,1% a 70%;onde o particulado ativo compreende de cerca de 0,001 kg a 10 kg por metro quadrado dacamada ou manta.

2. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a camada ou fibra fina é tratada a calor formando uma membrana porosa.

3. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a solidez é de cerca de 1% a 50%.

4. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o meio de filtro compreende uma direção de fluxo de modo que o fluido pode fluir emum trajeto paralelo ao substrato sem nenhum trajeto de filtragem através do meio.

5. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a fibra apresenta um diâmetro de cerca de 0,001 mícron a 0,5 mícron.

6. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta uma figura de mérito de cerca de 10.000.

7. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta uma figura de mérito de cerca de 10 a 1.000.

8. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a espessura da manta de fibra é de cerca de 1 vez a 100 vezes o diâmetro da fibra.

9. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a camada compreende cerca de 5% em peso a 95% em peso da fibra e de cerca de-95% em peso a 5% em peso de particulado compreendendo tanto particulado ativo comoinerte, a camada compreendendo de 1 grama a 1000 gramas de particulado ativo por metroquadrado.

10. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a camada compreende de cerca de 30% em peso a 75% em peso de fibra e de cercade 70% em peso a 25% em peso de meio particulado ativo, a camada compreendendo de 1grama a 1000 gramas de particulado ativo por metro quadrado.

11. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o meio particulado ativo apresenta uma dimensão principal inferior a cerca de 5000 mícrons.

12. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é um particulado absorvente, uma particulado adsorvente, um particuladoreativo, ou uma mistura dos mesmos.

13. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado apresenta uma dimensão principal inferior a cerca de 200 mícrons.

14. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado apresenta uma dimensão principal de cerca de 5 mícrons a cerca de 200 mícrons.

15. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado apresenta uma dimensão principal de cerca de 0,05 mícrons a cerca de 100 mícrons.

16. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado apresenta uma dimensão principal de cerca de 0,1 mícron a 70 mí-crons.

17. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta uma permeabilidade de Frazier de cerca de 1 metro por minuto"1 acerca de 50 metros por minuto"1 e uma eficácia de cerca de 40% a cerca de 99,9999% sobASTM 1215-89 usando particulado de polistireno de 0,78 mícron monodisperso a 6.1 m-min" 1 ou 20 pés-min"1.

18. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a estrutura de filtro compreende uma ou mais camadas de fibra fina dotada de uma es-pessura de pelo menos cerca de 0,5 mícron, pelo menos uma camada é livre de particuladoe pelo menos uma camada apresenta particulado disperso através de cada camada de fibrafina.

19. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é um absorvente.

20. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é um adsorvente.

21. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é uma combinação de um particulado inerte e de um meio espaçador par-ticulado ativo.

22. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado é substancialmente esférico.

23. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado é amorfo.

24. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado é monodisperso.

25. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fatode que o particulado é polidisperso.

26. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta um gradiente na distribuição do meio espaçador particulado ativo.

27. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta um gradiente na distribuição da fibra.

28. Elemento, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um meio de filtro, omeio compreendendo uma manta dotada de primeira e segunda faces de fluxo opostas; euma pluralidade de estrias;(i) cada uma das referidas estrias dotadas de uma primeira porção de extremidadeaberta adjacente à referida primeira face de fluxo e uma segunda porção de extremidadeaberta adjacente à referida segunda face de fluxo;(ii) o referido meio incluindo um substrato pelo menos parcialmente coberto por umacamada de fibras finas, a referida camada de fibras finas compreendendo pelo menos umacamada de fibra fina e um meio particulado ativo disperso na camada de fibra, o particuladocompreendendo de 0,1 vol % a 50 vol % da camada, a fibra dotada de um diâmetro de cercade 0,001 mícron a cerca de 5 mícrons, a camada dotada de uma espessura de 0,5 mícronsa 500 mícrons e uma solidez de cerca de 0,1% a 65%;Onde o elemento compreende um trajeto de fluxo de modo que o fluido pode fluirem um trajeto paralelo ao substrato.

29. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a camada de fibra fina é tratada a calor formando uma membrana porosa.

30. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque algumas selecionadas das referidas estrias sendo abertas na referida primeira porçãode extremidade e fechadas na referida segunda porção de extremidade; e algumas selecio-nadas das referidas estrias sendo fechadas na referida primeira porção de extremidade eabertas na referida segunda porção de extremidade o que proporciona um trajeto de fluidoatravés da camada estriada.

31. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a fibra apresenta um diâmetro de cerca de 0,001 mícron a 0,5 mícron.

32. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta uma figura de mérito de cerca de 100 a 10.000.

33. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a espessura da manta de fibra é de cerca de 1 vez a 100 vezes o diâmetro da fibra.

34. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a camada compreende cerca de 5% em peso a 95% em peso da fibra e de cerca de-95% em peso a 5% em peso de particulado compreendendo tanto particulado ativo comoinerte.

35. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a camada compreende de cerca de 30% em peso a 75% em peso de fibra e de cercade 70% em peso a 25% em peso de meio particulado ativo.

36. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o meio particulado ativo apresenta uma dimensão principal inferior a cerca de 5000 mí-crons.

37. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado apresenta uma dimensão principal inferior a cerca de 200 mícrons.

38. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado apresenta uma dimensão principal de cerca de 5 mícrons a cerca de 200mícrons.

39. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado apresenta uma dimensão principal de cerca de 0,05 mícrons a cerca de 100 mícrons.

40. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado apresenta uma dimensão principal de cerca de 0,1 mícron a 70 mícrons.

41. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta uma permeabilidade de Frazier de cerca de 1 metro por minuto"1 acerca de 50 metros por minuto"1 e uma eficácia de cerca de 40% a cerca de 99,9999% sobASTM 1215-89 usando particulado de polistireno de 0,78 mícron monodisperso a 6.1 m-min" 1 ou 20 pés-min"1.

42. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a estrutura de filtro compreende uma ou mais camadas de fibra fina dotada de uma es-pessura de pelo menos cerca de 0,5 mícron, pelo menos uma camada é livre de particuladoe pelo menos uma camada apresenta particulado disperso através de cada camada de fibrafina.

43. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é um absorvente.

44. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é um adsorvente.

45. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é uma combinação de um particulado inerte e de um meio espaçador par-ticulado ativo.

46. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é substancialmente esférico.

47. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é amorfo.

48. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é monodisperso.

49. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque o particulado é polidisperso.

50. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta um gradiente na distribuição do meio espaçador particulado ativo.

51. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta um gradiente na distribuição do meio espaçador particulado inerte.

52. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque a manta apresenta um gradiente na distribuição da fibra.

53. Elemento, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato deque o referido meio e a referida pluralidade de estrias formam uma construção de estruturae onde o referido meio e a referida construção de estrutura apresenta uma seção transversalcircular.

54. Elemento, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato deque adicionalmente inclui uma estrutura de painel; o referido meio sendo montado dentro dareferida estrutura de painel com um suporte.

55. Método, CARACTERIZADO pelo fato de ser para filtrar um fluido, o métodocompreendendo:(a) direcionar o fluido através do meio de filtro dotado de primeira e segunda facesde fluxo opostas; e uma pluralidade de estrias; o meio compreendendo:(i) cada uma das estrias dotada de uma primeira porção de extremidade adjacenteà primeira face de fluxo e uma segunda porção de extremidade adjacente à segunda face defluxo;(ii) algumas selecionadas das referidas estrias sendo abertas na referida primeiraporção de extremidade e fechadas na referida segunda porção de extremidade; e algumasselecionadas das referidas estrias sendo fechadas na referida primeira porção de extremi-dade e abertas na referida segunda porção de extremidade;(iii) o meio incluindo um substrato pelo menos parcialmente coberto por uma cama-da de fibras finas; a referida camada de fibras finas compreendendo pelo menos uma cama-da de fibra fina e um meio particulado ativo disperso na camada de fibra, o particulado com-preendendo de 0,1 vol % a 50 vol % da camada, a fibra dotada de um diâmetro de cerca de-0,001 mícron a cerca de 5 mícrons, a camada dotada de uma espessura de 0,5 mícrons a-500 mícrons e uma solidez de cerca de 0,1% a 65%.

56. Elemento de filtro, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma mantade fibra fundida ou membrana porosa formada por tratamento a calor de uma camada defibra fina substancialmente contínua, o elemento dotado de uma espessura de cerca de 0,1mícrons a 20 mícrons e um tamanho de poro de cerca de 0,01 mícron a cerca de 2 mícrons,um particulado ativo disperso compreendendo cerca de 0,1 vol % a cerca de 50 vol % damembrana, o particulado compreendendo cerca de 0,001 kg a 10 kg de metros quadradosda membrana.

57. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o elemento compreende uma direção de fluxo de modo que o fluido pode fluirem um trajeto paralelo à membrana substancialmente sem trajeto de filtragem através damembrana.

58. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que a membrana compreende um fluxo através do trajeto através da membrana.

59. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que é de cerca de 1 vez a 100 vezes o diâmetro de fibra original tratada a calor.

60. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o elemento compreende de cerca de 5% a cerca de 95% em peso de massacamada de fibra fina e cerca de 95% a 5% em peso particulado compreendendo um particu-lado ativo, particulado inerte, e misturas dos mesmos, a camada compreendendo de 1 g-m"2a 100 g-m"2 de particulado.

61. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o elemento compreende cerca de 30% em peso a 75% em peso de massa decamada de fibra fina e cerca de 70% em peso a 25% em peso de particulado ativo onde acamada compreende de 1 g-m"2 a 100 g-m"2 de particulado ativo.

62. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o particulado ativo apresenta uma dimensão principal inferior a 500 mícrons.

63. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o particulado compreende um particulado absorvente, um particulado adsorven-te, um particulado reativo ou misturas dos mesmos.

64. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o particulado apresenta dimensões inferiores a cerca de 200 mícrons.

65. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o particulado apresenta dimensões de cerca de 5 mícrons a 200 mícrons.

66. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 52, CARACTERIZADO pelofato de que o particulado é um particulado amorfo ou não esférico.

67. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o elemento compreende duas ou mais camadas, uma camada compreendendoa membrana e uma segunda camada, a segunda camada sendo substancialmente livre departiculado.

68. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que a segunda camada compreende um substrato de filtro.

69. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o particulado é monodisperso.

70. Elemento de filtro, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelofato de que o particulado é polidisperso.

71. Método de remoção de umidade a partir da corrente de ar, CARACTERIZADOpelo fato de que compreende dispor um elemento de filtro em um local de modo que a cor-rente de ar plena de umidade pode passar através ou passar pelo elemento, o elementocompreendendo um substrato e uma camada compreendendo uma camada de fibra finasubstancialmente contínua, a fibra dotada de um diâmetro de cerca de 0,001 micron a 5mícron e compreendendo um particulado ativo na camada de fibra, o particulado compreen-dendo de 0,1 vol % a 50 vol % da camada e a camada dotada de uma espessura de cercade 0,0001 cm a 1 cm e uma solidez de cerca de 0,1% a 70%; onde o particulado ativo com-preende de cerca de 0,001 kg-m"2 a 10 kg-m"2 da camada.

72. Método, de acordo com a reivindicação 71, CARACTERIZADO pelo fato de queo elemento é disposto em uma ventilação para um recinto de modo que o interior do recintoé mantido com um teor de umidade substancialmente reduzido com relação ao exterior dorecinto.

73. Método, de acordo com a reivindicação 71, CARACTERIZADO pelo fato de queo recinto compreende um recinto contendo um circuito ou dispositivo eletrônico.

74. Método, de acordo com a reivindicação 71, CARACTERIZADO pelo fato de queo circuito ou dispositivo eletrônico compreende um diodo emissor de luz orgânico.

75. Método, de acordo com a reivindicação 71, CARACTERIZADO pelo fato de queo circuito ou dispositivo eletrônico compreende um disco rígido.

76. Método, de acordo com a reivindicação 71, CARACTERIZADO pelo fato de queo circuito ou dispositivo eletrônico compreende uma tela.

77. Tela flexível para um dispositivo eletrônico, CARACTERIZADA pelo fato de quea tela compreende uma tela iluminada e uma camada de absorção de umidade; onde a ca-mada de absorção de umidade compreende um substrato e uma camada compreendendouma camada de fibra fina substancialmente contínua, a fibra dotada de um diâmetro de cer-ca de 0,001 mícron a 5 mícron e um particulado ativo de absorção de umidade disperso emuma camada de fibra, o particulado compreendendo de 0,1 vol % a 65 vol % da camada e acamada dotada de uma espessura de cerca de 0,0001 cm a 1 cm e uma solidez de cerca de-0,1% a 70%; onde o particulado ativo de absorção de umidade compreende de cerca de-0,001 kg-m"2 a 10 kg-m"2 da camada.