TW480246B - Cationically charged coating on glass fibers and method for making the same - Google Patents

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480246 Α7 Β7 五、發明說明（1) IL明背- 本發明是關於過濾物質。更具體地説，本發明是關於改 變電％的過遽物。 改變電荷的過濾物在此項技術中是已知的。其通常是以 微孔性薄膜所組成或使用玻璃纖維，玻璃纖維和纖維素纖維 的混合物，或纖維素纖維和矽粒子的混合物。改變電荷通常 是藉由以電荷改變作用劑及分離交鏈作用劑包覆薄膜或至少 一邵分的纖維來完成，以確保包覆的持久性。 雖然微孔性薄膜通常能夠有效地過濾，通過薄膜的的流 動速率通常比纖維過濾物低。再者，在過濾程序期間，微孔 性薄膜的背壓通常比纖維過濾物高。所以，需要一種能有效 過濾具電荷粒子的纖維過濾物。亦需要一種以玻璃纖維所組 成的纖維過濾物，其不需沉澱步驟，交鏈作用劑，或纖維素 纖維或矽粒子的存在。 本發明藉由提供一種具有電荷包覆的玻璃纖維來解學 上述的困難和問題。此包覆包含一種官能陽離子聚合物，其 已藉由加熱而形成交鏈。亦即，官能陽離 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 破璃纖維上之後再以加熱而形成交鍵。舉例言== 離子聚合物可爲α-環氧氯丙烷官能基多胺或環氧氣丙烷 含能基多氨胺。 十#本發明進一步提供一種纖維過濾物，其包含具有陽離子 吃何包覆的玻璃纖維。此包覆包含官能陽離子聚合物，其已 猎由加熱而形成交鏈；換言之，官能陽離子聚合物在至 五、發明說明（2 ) 破場纖維上之後再以加熱而形成交鏈。此外，官能陽離子聚 合物可爲α-環氧氯丙烷官能基多胺或α_環氧氯丙烷官能基 多氨胺。 本發明亦提供一種製備纖維過濾物的方法。此方法包括 提供一種具有玻璃埽爲的纖維過濾物，將已加熱產生交鏈的 Τ能陽離子聚合物在足以使官能陽離子聚合物完全包覆纖維 的情況下通過纖維過濾物，且在一溫度下加熱所產生之已包 覆的纖維㈣物-段充足的時間使玻璃纖維上的官能陽離子 =合物產生交鏈。此官能陽離子聚合物可爲α_環氧氣丙燒官 能基多胺或α -環氧氣丙烷官能基多氦胺。 本發明提供許多勝過先前已知之物質的優點。第一，本 發明的方法不需使用分離或第二次沉澱或交鏈作用劑。第 二，本發明的方法可在滾輪物品的連續程序中使用。第三， 不需要纖維素成分。當然，普通熟於此項技術者可更加了解 到其他優點。 施例詳舳描沭 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^於此使用之“陽離子電荷”（cati〇nically charged) 一詞 是指一種在玻璃纖維上的包覆，而官能聚合物的“陽離子 的”是指分别在包覆和許多正電荷團之聚合物中存在的離 子。因此，“陽離子電荷，，和“正電荷”是同義的。此類正 笔荷團通常包含（但不限制於此）許多四鍵基圏。 “ T能化”（funCti〇nalized)一詞是指許多官能基團之陽 離子聚合物中的存在情形，而非加熱時，能夠形成交鏈的陽 離子基團。因此，官能基團爲熱可交鏈基團。此類官能基的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480246

五、發明說明（3 乾例包括每氧基，乙婦亞氨基，及環硫化物。這些官能基可 :易地與其匕陽離子聚合物反應。這些其他的基團通常至少 二2—反應氫原子，例如氨基，氫氧基，及硫醇類基團。需 /王思到έ旎基與其他基團的反應常會產生能與其他官能基反 應的基團。例如環氧基與氨基的反應會形成>8-羥氨基團。 因此，刼離子官能基聚合物”是指任何含有許多正電 何基團及其他能夠藉由加熱而形成交鏈的官能基的聚合物。 此類聚合物中特别有用的例子爲α _環氧氣丙烷_官能多胺， 其聚合物包含α-環氧氯丙烷-官能多氨胺。兩種類的聚合物 可得自 Wilmington，Delaware 之 Hercules Inc·的 Kymene® 樹 脂。其他合適的樹脂包括陽離子改變漿料，如Nati〇nal Stareh 的 Redibond 〇 於此使用之“熱交鏈”（thermally crosslinked)—詞是指 陽離子官能基聚合物的包覆已在一溫度下加熱一段時間而與 上述的官能基團形成交鏈。加熱溫度通常可在5〇。〇至15〇〇c 之間變化。加熱時間通常爲溫度的函數及視陽離子聚合物中 的官能基種類而定。例如，加熱時間可少於一分鐘至6 〇分鐘 或更久。 於此使用之“ ζ位能”（zeta potential，亦即“電位能”） 是指附著於固態表面之靜止液體層和液體中可移動之擴散層 之間的電位差。ζ未能可以此項技術中已知的方法來計算。 舉例而言，如Robert J· Hunter之“膠體科學之？：仿Λ匕，， Academic Press，New York，1981 ;第三章，“ g 位能的計 算 ”（The Calculation of Zeta Potential)，以及第四章，“雷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 6 ----------丨«.-裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- ^---------AW1 一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ΥΗ]/ν'ΡΚ-001-0592 五、發明說明（4 ) 動爹數的測量，，（Measurement 〇f Ε1〇价 Parameters)。在高濃度電解質中，正電荷表面通常會產生正 €位能而覆電荷表面通常產生負g位能。 卜如丽所述，本發明提供一種具有陽離子電荷包覆的玻璃 、義、、隹。此包覆包含藉由加熱而形成交鏈的官能陽離子，其中 耳能陽離子聚合物纟包覆於玻璃纖維上後藉由加_而形成交 鏈。 ^此類聚合物中特别有用的例子爲α_環氧氯丙燒.官能多 胺，其聚合物包含α-環氧氯丙燒_官能多氨胺 合物可得自 Wilmingt〇n，Delaware 之 Hercuies 心的 Kymene®樹脂。其他合適的樹脂包括陽離子改變聚料，如

Natl〇nal Starch的Redib〇nd。理想上，陽離子官能基聚合物 爲環氧氯丙燒官能基的多胺或U氧氯丙燒-官 胺。 本發明進-步提供—種包含具有陽離子電荷包覆之玻 瑀纖維的玻璃過濾物。此包覆爲上 的官能陽離子聚合物。 由加熱而形成交鏈 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上，纖維過滤物包含至少5〇%重量的玻璃纖維，並 料過遽物中所有纖維的重量而定。在某些實施 〇〇 ※的玻璃纖維。然而’若具有其它纖維時纖 输It 製備的纖維，或由此之混合物。 I隹素纖維的來源包括（僅作爲例證）樹木，如軟 木，稻麥和牧草，如稻，針茅草，小麥，s 狀纖維和茅草’如藏渣;竹;木質莖，如黄、麻?亞及二麻莖 本紙張尺度適财關家_ (CNS)A4規格（21G X 297公羞) 7 A7 A7 B7 五、發明說明（ 和大麻；韌皮纖維，如亞廒 麻類和宁麻·，葉子，如蕉麻及瓊麻； 以及種子，如棉和棉毛。 ^ . 奴木和硬木被廣泛地當作纖維素纖 、、隹的未源，此纖維可葬由 准了軋由任何常用的製漿程序來製造，如機 械’化學機械，半化學， 蹲 ^ 3化予私序。軟木的例子包括（僅作 爲例證）大王松，小王紅，估、去上 煎 … 杜仏、達松，黑雲杉，白雲杉，傑克松， " 私鐵杉，紅&，和紅柏。硬木的例子包括（僅作爲 例證）白楊，樺樹，山毛櫸，橡木，槭樹和橡膠樹。 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熱塑性聚合物的例子包括(僅作爲例證)包頭聚乙縮醛， 如聚（氧化次甲基）或聚甲酸，聚（三氯乙酸），聚（正戊酸），以 及聚（丙醛）；丙烯聚合物，如聚丙醯胺，聚丙烯酸，聚（甲基 丙烯酸），聚（乙基丙烯酸鹽），〃及聚（甲^丙歸酸鹽）；氣碳 聚合物，如聚（四氟乙烯），過氟乙基_丙烯共聚物，乙烯_四氟 乙烯共聚物，聚（氯化三氟乙烯），乙烯_氯化三氟乙婦共聚 物，聚（乙烯叉氟化物），及聚（乙烯基氟化物）；聚醯胺，如聚 (6-氨基己酸乙酯）或聚（ε-己内醯胺），聚（環己烷己二醯二 胺），聚（環己烷癸二醯二胺），以及聚（11_氨基十一烷二酸）； t芳香族驢胺，如聚（亞胺-1，3 -次苯基-異酉太酸基）或聚（w _ 次苯基-異酉太醯胺）；二甲苯塑膠，如聚？-二甲苯婦和聚（氯 -Z7—二曱苯）·，聚芳香羥酯，如聚（氧-2,6-二甲基-1，4-次苯基） 或聚（P-氧化次苯基）；聚芳香族磺胺，如聚（氧-1，4·次苯基續 跣-1，4-氧化次苯基-1，4-次苯基-異丙又-1，4-次苯基）和聚（續 跣-1，4-氧化次苯基-1，4-氧化次苯基磺玦-4,4’-二次苯基）；聚 碳酸鹽，如聚（雙酚Α)或聚（羰基雙氧-Μ-次苯基異丙又]，4_ 次苯基）；聚g旨，如聚（乙埽-對苯二甲基），和聚（四次甲基對 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） YHw-PK~nm.am 480246 A7

請 再， 填 寫 本 頁 裝 閱 讀 背 之 注 意 事 項«· 訂 # 480246 7 五、發明說明（ 大致上’官能陽離子聚合物的溶液爲含量介於〇丄心 重量的水溶液，其根據官能陽離子聚合物溶液的重量而定。。 例如，此溶液可含0.W重量的官能陽離子聚合⑯。另—例 子’此溶液可含〇.1_1%重量的官能陽離子聚合物。 «些f施例中’官能陽離子聚合物的水溶液可包含能 夠與水溶解或混合的少量極性有機溶劑。若需要的話，此2 溶，的體積通常佔異相體積的5()%以下。例如，此類溶射 佔：相積的20 %以下。此類溶劑的例子包括(僅作爲例 低醇類：如甲醇，乙醇’卜丙醇，異丙醇，i丁醇，異丁醇' 和t-丁醇；酉同類，如丙酮，丁_，二乙綱；二。惡燒；及⑽-一甲基甲驢胺。 根據官能陽離子聚合物，可調整含聚合物之水溶液的pH 値。例如，α-環氧氯丙燒官能基多胺或心環氧氯丙燒官能 基多氨胺可具有驗性或略酸性的ρΗ値。例如，此類溶液的 pH値可介於6_10之間。ρΗ値可藉由此項技術中所熟知的方 法來調整。例如’藉由添加無機酸（如鹽酸或硫酸，或驗性溶 液，如氫氧化鈉，氫氧化鉀，或氫氧化胺溶液）的稀釋溶液至 聚合物中來調整pH値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可利用任何此項技術中已知的方法來將陽離子官能基 聚合物的溶液通過纖維過遽物。例如，溶液可藉由在過遽物 已施力壓力之側的反側減少壓力而使溶液被“吸引，，而通過 過濾物。或者，可利用壓力而強迫溶液通過過濾物。 一旦纖維過濾物被陽離子官能基聚合物包覆，則聚合物 藉由在一溫度下充分地加熱一段時間而與聚合物中的官能基 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） YHW-PK-nnun^oo 10 A7 B7 、發明說明（8 團產生父鏈。此溫度通常可在5〇β〇_ΐ5〇β。之間變化。加熱時 間通系爲溫度以及陽離子聚合物中之官能基團種類的函數。 例如，加熱時皆可在1 -6〇分鐘内變化或更久。

請 先 閱 讀 背 之 注 意 項I 填 寫裝 奮 頁I 本發明將藉由以下的範例而做進一步的説明。然而，這 些範例並不限制本發明的範圍和精神。 範例1 訂 以100 ml的去離子水稀釋2 mi儲存的Kymene® 450溶 液（含20%重量的固體）來製造含有〇 4%重量之^-環氧氯丙 貌έ月匕基夕氣胺的水溶液（Kymene⑧，Hercules Inc.， Wilmington Delaware)。因 Kymene⑧ 45〇 的有效 pH 値範圍介 於5-9，而此溶液的pH値爲6，故不再進一步地調整ρΗ[値。 將Kymene⑧稀釋溶液25 ml倒在已先放置粗糙溶塊玻璃漏斗 之直徑90 mm的微纖維玻璃纖維上（Whatman Type GF/D，其 孔徑爲 2.7 微米，Whatman International Ltd.，Maidstone， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

England)。漏斗放在一過滤燒瓶中，玻璃燒瓶被供以眞空以 吸引溶液通過玻璃纖維超過20秒，藉以使聚合物包覆纖維。 將過濾物從漏斗取下且在85 °C的爐子中加熱一小時使玻璃 過濾物纖維上的聚合物形成交鏈。從爐子取出後，根據包覆 纖維的程序以500 ml蒸餾，去離子水來清洗過濾物。然後將 此清洗，包覆之過濾物空氣乾燥。 以直徑0.5微米聚苯乙烯乳膠微粒子懸浮液1〇〇 ml(其具 有表面滴定値7_0 ueg/g的羧酸官能基）來測試過濾物的獲 取效率，懸浮液不具表面活化劑（Bangs Laboratory，Inc.， Fishers，Indian a)且濃度爲每毫升108粒子。從90 mm圓盤狀 t紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 29^公釐） YHW-PK-001-0592 480246 A7 五、發明說明（9 切下2英吋（5.丨^叫直徑的過濾圓盤，將兩層過濾圓盤放在2 英吋（5.1 cin)直徑的Nalgene再使用過濾容器（得自NaperviUe，

Illinois〈 Nalge Nunc International，稱號 Nalgene # 300-4000 ’ 250 ml)中。利用重力使粒子懸浮液通過過濾物。 9 9 · 9 %以上的粒子藉由使溶液通過結合基重爲每平方碼6盘 司或6 osy(每平方公尺2〇3克或2〇3 gsm)的包覆而除去。

Whatman玻璃過濾物在包覆之前的$位能爲46毫伏 特，而包覆之後的ξ位能爲16_36毫伏特。藉由測量將氯化 鉀溶液（蒸餾水中濃度爲10 mM，pH 4.7且溫度22°C)通過已 固足在 Electro Kinetic Analyzer (EKA? Brookhaven

Instruments Corporation，Hotlsville，New York)上之薄膜支 持物中的數層薄膜時所產生的蒸氣位能來決定固體薄膜的ζ 位能。測试私序和計算方法發表於D. Fairhurst和V. Ribitsch 之“粒子尺寸分佈I，核定和定義” （Particle Size Distribution II, Assessment and Characterization)，第 22 章， ACS 論文序 5虎 472 ’ Theodore Provder 編輯。 範例2 重複範例1的程序，但將爲使過濾物之纖維上的聚合物 形成交鏈而加熱所需的時間從一小時減爲1 〇分鐘。過濾獲取 效率依範例1所述來完成。 範例3 重複範例2的程序，但將爲使過濾物之纖維上的聚合物 形成交鏈而加熱所需的溫度增爲1 〇〇 t。過濾獲取效率依範 例1所述來完成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公复） 12

請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 I·! 再零ί 填二 ί裝 頁 I 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 YHW-PK-001-0S9? 480246 A7 - _____ _____ B7 五、發明說明（ 範例4 以範例1所述之方法來製備含有〇·4%重量之α_環氧氯 丙fe官能基多氨胺的水溶液（Kymene®，Hercules Inc.， Wilmington Delaware)。將 Kymene®稀釋溶液 25 ml 倒在已先 放置粗糙熔塊玻璃漏斗之直徑90 mm的微纖維玻璃纖維上 (LB-5211-A-0，得自 Hollingsworth & Vose Company，East

Walpole，Massachusetts，其含有3-7%丙埽樹脂結合物以及 0.5 osy或17 gsm Reemay支撐麻布）。漏斗放在一過濾燒瓶 中’玻璃燒瓶被供以眞空以吸引溶液通過玻璃纖維超過2 〇 秒，藉以使聚合物包覆纖維。將過濾物從漏斗取下且在85 的爐子中加熱一小時使玻璃過濾物纖維上的聚合物形成交 鏈。從爐子取出後，根據包覆纖維的程序以1 〇〇〇 ml蒸館， 去離子水來清洗過濾物。然後將此清洗，包覆之過遽物空氣 乾燥。 從90 mm圓盤狀男裁下2英叶（5.1 cm)直徑的過濾圓 盤’將單一層過濾圓盤放在2英叶（5· 1 cm)直徑的Nalgene再 使用過濾容器中，如範例1所示。使1 〇〇毫升〇丨％重量的 氣化鈉溶液以重力通過過滤物。食鹽水溶液清洗後，使用2 〇 〇 mi ’ 0 · 5微米直徑，不具表面活化劑的聚苯乙烯乳膠微粒子 如範例1所述來測試過濾獲取效率。將〇·2%重量的氯化納 溶液100 ml與2 X 108粒子/ml的粒子溶液1〇〇 mi混合來製備 此200 ml(每毫升含108粒子）的粒子溶液。然後將產生的溶 液藉由重力通過過濾物。99.9 %以上的粒子藉由使溶液通過 基重爲2.2 osy(75gsm)的包覆玻璃過濾物而除去。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 請 先 閱 讀 背 之 注

意[ % 再零I· 重έ 本. 頁 I 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 YHW-PK-001-0S92 480246 A7 B7 五 、發明說明（11) 範例 重複範例4的程序，但所利用的微纖維玻璃過濾物改爲 LA-8141-0-A’ 其亦得自 Hollingsworth & Vose Company，East Walpole，Massachusetts，亦含有3-7¾丙烯樹脂結合物以及 〇·5 〇sy或17 gsm Reemay支撐麻布。如範例4，99.9 %以上 的粒子藉由使溶液通過包覆玻璃過濾物來過濾而除去，其基 重爲 2·5 osy(85gsm)。 雖然本説明書已詳細地説明了相關的具體實施例，其將 被精於此項技術者所重視而一旦瞭解了前述内容後，可輕易 地思索出這些實施例的替換物，改變及同等物。所以，本發 明的範圍應視附加的申請專利範圍和任何由此之同等物而 定。

請 先 閱 讀 背 之 注 意 再， 填 1 I裝 頁 I 叮 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14 YHW-PK-001-059?

Claims (1)

1. A8 C8 ^^^~___ A、申請專利範圍 j :r.赚丨 含：-種破璃其上具有陽離子電荷包覆，此包覆包 2盲能陽離參合物，其已藉由加熱而形成交鏈。 子如申請專利範航、第1項所述的玻璃纖維，其中官能陽離 爲《 -環氧氯丙烷官能基多胺。 •、如申請專利範圍第2項所述的玻璃纖維，其中官能陽離 子爲α-環氧氯丙燒官能基多氨胺。 4· 一種纖維過濾物，其包含具有陽離子電荷包覆的玻璃纖 維’此包覆包含： 盲能陽離子聚合物，其已藉由加熱而形成交鏈。 5·如申請專利範圍第4項所述的纖維過濾物，其中官能陽 離子爲α -環氧氯丙烷官能基多胺。 6·如申請專利範園第5項所述的纖維過濾物，其中官能陽 離子爲α -環氧氣丙烷官能基多氨胺。 種製備誠維過滤物的方法’此方法包含： 提供一纖維過濾物，其含有玻璃纖維； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將已藉由加熱而產生交鏈的官能陽離子聚合物在足以 使官能陽離子聚合物完全包覆纖維的情況下通過纖維；以及 在一溫度下加熱所產生之已包覆的纖維過濾物一段充 足的時間使玻璃纖維上的官能陽離子聚合物產生交鏈。 8 ·如申請專利範園第7項所述的方法，其中官能陽離子爲 α -環氧氣丙烷官能基多胺。 9 ·如申請專利範圍第8項所述的方法，其中官能陽離子爲 α環氧氯丙燒官能基多氨胺。 本紙張尺度適用中-國國家標準（CNS)A4—規格（210 X 297公«) " -- 15 VHW-P/C-〇〇/_〇592