空气净化用过滤器 【技术领域】
本发明涉及一种空气净化用过滤器，具体说是涉及一种用于家庭或工厂内使用的空调或空气净化器上的空气净化用过滤器。背景技术
以往的空气净化用过滤器常用的活性碳材料有椰子壳活性碳等粒状活性碳、沥青类、酚醛类、聚丙烯腈类或纤维素等活性碳纤维。
上述活性碳材料都呈粒状或纤维状，因此若要应用于过滤器必须借助于无纺织物或毛毡等载体，或将纤维编织成特定的形状。例如，特开平7-136502公报上介绍了粒状活性碳或直径为10～100埃、细孔容积为0.25～1.1cm3/g的纤维状活性碳的用途。发明内容
本发明的目的在于提供一种由具有可塑性能的碳材料RB陶瓷及CRB陶瓷，直接加工成所需形状的空气净化用过滤器。另外还发现了RB陶瓷或CRB陶瓷粉末同样适用于空气净化用过滤器。
本发明中的空气净化用过滤器以RB陶瓷或/和CRB陶瓷作为吸附及过滤介质，该RB陶瓷或/和CRB陶瓷的细孔直径为10～2000埃、细孔容积为0.1～1.1cm3/g。另外本发明还涉及到应用该空气净化用过滤器的防尘罩。附图的简要说明图1a为CRB陶瓷较大的细孔说明图。图1b为由米糠造成的CRB陶瓷细孔说明图。图1c为由聚合物分子链造成的CRB陶瓷细孔说明图。图2为本发明的板状空气净化用过滤器的斜视图。图3为本发明地圆筒状空气净化用过滤器的斜视图。符号说明1. 板状空气净化用过滤器的成型体2. 其他板状空气净化用过滤器的成型体3. 圆筒状空气净化用过滤器的成型体发明的具体实施方式
制备本发明中RB陶瓷或CRB陶瓷材料的主要原料是由米糠经加工而成的脱脂米糠，与此配合使用的另一原料是热固性树脂。在日本每年产出90万吨的米糠，而全世界米糠的年产出量则高达3300万吨。本发明的第一发明人堀切川一男曾对用米糠制备多孔性碳材料的方法进行过研究(请参照 功能材料1997年5月号Vol.17No.5 p24-28)。在该文献中介绍了将由米糠提取的脱脂米糠与热固性树脂混合在一起进行混炼后加压成型，成型体经干燥后在惰性气体条件下烧成而得到的碳材料(称为RB陶瓷)及其制备方法。制备上述脱脂米糠时，无须选用特定品种的米，进口或国产品皆可。
另外，只要具备热固化的性质，任何一种热固树脂都适用，常用的有酚醛树脂，邻苯二甲酸二烯丙酯树脂，不饱和聚酯树脂，环氧树脂，三嗪树脂，聚酰亚胺树脂等，其中优选酚醛树脂。
在不脱离本发明主旨的范围内，也可以同时用聚酰胺等热塑性树脂。
脱脂米糠和热固性树脂的混合比例为50～90∶50～10重量比，优选70～80∶30～20重量比。
采用上述方法时，加压成型体与再经惰性气体中烧成后的完成品相比，其尺寸的收缩比率高达25％，因此很难制造出尺寸精确的产品。针对这一问题本发明人又开发出了改性陶瓷(称为CRB陶瓷)。
本发明中所指的CRB陶瓷是指对上述的RB陶瓷进行改性处理后所得的产物，具体制备方法如下：混合由米糠提取的脱脂米糠和热固性树脂并进行混炼，再在700～1000℃的惰性气体中经过一次烧成后粉碎成60目以下的碳化粉末。混合该碳化粉末和热固性树脂进行混炼，在20～30Mp的压力条件下使之加压成型，再将其成型体在500～1100℃惰性气体中进行热处理后可得到CRB陶瓷。
CRB陶瓷是多孔性物质，具有无数多个的细孔。CRB陶瓷上的细孔可根据其形成过程分为以下3种：
第一种如图1a所示，CRB陶瓷微粒相重叠后，各微粒间会形成孔径大于5μm的比较大的细孔，此类细孔的峰值为约15μm。
第二种如图1b所示，由米糠本身的纤维构造形成的孔径小于5μm的细孔，此类细孔的峰值为约1.8μm。
第三种如图1c所示，高分子聚合物(酚醛树脂)在高温碳化时在分子链与分子链之间会形成孔径小于0.2μm的小的细孔。此类细孔的峰值为约0.05μm。
以上三种细孔可分别过滤相应大小的微粒，起到过滤器的作用。
与RB陶瓷相比，CRB陶瓷最大的优点就是成型体和完成品尺寸收缩比由RB陶瓷的25％降至3％以下。CRB陶瓷和RB陶瓷的通性如下所示。·硬度高。·膨胀系数非常小。·组织构造具有多孔性。·具有导电性能。·松比重小而轻。 耐磨性能优良。 易于加工成型。 可以加工成粉末。·由于以米糠为原料，因此可以减少地球环境污染，并且利于节约资源。
本发明中由RB陶瓷或/和CRB陶瓷直接制备空气净化用过滤器时，为了得到尺寸精确的成型体，使用CRB陶瓷为宜。但这并不等于排除使用RB陶瓷的实施方式。因为先用较大的模具作出成型体，然后再经过切削等二次加工后，也可得到所需尺寸的产品。
RB陶瓷或/和CRB陶瓷较突出的优点是可基本上通过改变烧成条件，来控制其多孔性。通常认为处理温度越高，多孔性越好。
在本发明中由RB陶瓷或/和CRB陶瓷直接制备空气净化用过滤器成型体时，其成型体中形成的细孔直径可达10～2000埃、细孔容积为0.1～1.1cm3/g。
在本发明中如果用陶瓷粉末，则不论是RB陶瓷或CRB陶瓷粉末都能满足要求。粉末的大小可根据目的进行选择，通常用平均粒径为0.1～500μm左右的粉末。
对本发明中的RB陶瓷或/和CRB陶瓷来讲，多孔性是非常重要的特性，其主要影响因素有RB陶瓷的一次烧成温度，CRB陶瓷的一次烧成温度和二次热处理温度。当一次烧成温度和二次热处理温度为800～1000℃时，RB陶瓷或/和CRB陶瓷成型体的多孔性能最佳。
在本发明中采用RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末时，以无纺织物或毛毡作为载体为宜，另外除了该RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末也可添加常用的活性碳粉末。
RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末：常用活性碳粉末的重量比以50～90∶50～10为宜。
RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末的硬度较大，其表面凹凸不平，易于以粉末状态存在，也不容易被流体带走。
无纺织物或毛毡可以是碳纤维，也可以是至少其中一部分为碳纤维的材料。例如椰子皮活性碳等粒状活性碳、沥青类、酚醛类、聚丙烯腈类或纤维素等活性碳纤维等等。
无纺织物可采用玻璃纤维或石棉等无机材料或者聚酯、聚酰胺等合成聚合物或者纤维素、麻、棉等天然材料，其中任何一种都适用于本发明。
本发明中以无纺织物或毛毡作为载体的RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末的空气净化用过滤器，同样可以作为防尘罩使用。
本发明的实施方式汇总如下。
(1)一种空气净化用过滤器，其特征在于该空气净化用过滤器以RB陶瓷或/和CRB陶瓷作为吸附及过滤介质，该RB陶瓷或/和CRB陶瓷的细孔直径为10～2000埃、细孔容积为0.1～1.1cm3/g。
(2)根据1所述的空气净化用过滤器，其特征在于由该RB陶瓷或/和CRB陶瓷制成的过滤器呈薄板状。
(3)根据2所述的空气净化用过滤器，其特征在于由多个薄板状过滤器叠置而成。
(4)根据1所述的空气净化用过滤器，其特征在于由该RB陶瓷或/和CRB陶瓷制成的过滤器呈圆筒状。
(5)根据4所述的空气净化用过滤器，其特征在于由多个不同直径的薄圆筒状过滤器叠置而成。
(6)根据1所述的空气净化用过滤器，其特征在于由该RB陶瓷或/和CRB陶瓷制成的过滤器呈实心圆筒状。
(7)一种空气净化用过滤器，其特征在于以无纺织物或毛毡作为载体承载RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末，该RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末的平均粒径为0.1～500μm，细孔直径为10～2000埃、细孔容积为0.1～1.1cm3/g。
(8)根据7所述的空气净化用过滤器，其特征在于无纺织物或者毛毡载体上除了RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末外，还承载有常用的活性碳粉末。
(9)根据8所述的空气净化用过滤器，其特征在于RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末与活性碳粉末的重量比为50～90∶50～10.
(10)根据7所述的空气净化用过滤器，其特征在于该无纺织物或毛毡为由沥青类、酚醛类、聚丙烯腈类、纤维素中选取的活性碳纤维。
(11)一种防尘罩，其特征在于以无纺织物或毛毡作为载体，承载有平均粒径为0.1～500μm，细孔直径为10～2000埃、细孔容积为0.1～1.1cm3/g的RB陶瓷或/和CRB陶瓷粉末。
下面根据实施例，对本发明进行进一步说明。实施例1(CRB陶瓷前驱体的制备)
取由米糠制备出的脱脂米糠75千克和液态酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克，在50～60℃条件下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物。将混合物放入旋转窑炉中，在氮气气氛下进行60分钟的一次烧成，烧成温度为900℃。用300目的筛子筛选碳化烧成产物，得到粒径为50～80μm的碳化粉末。
取75千克该碳化粉末与固态酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在100～150℃下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物-CRB陶瓷前驱体的可塑物。(空气净化用过滤器的成型)
如图2所示，制出与宽25cm，长50cm、厚0.5cm的板状1相匹配的模具，将具可塑性的CRB陶瓷前驱体注入其中，在22Mpa压力下加压成型，此时模具的温度为150℃。
从模具中取出加压成型体，在氮气气氛下分三步进行加工。首先以1℃/分的速度升温至500℃，然后在500℃保持60分钟，再在1000℃进行120分钟热处理。
随后，2～3℃/分的冷却速度冷却至500℃，然后进行自然冷却即可得到图2所示的CRB陶瓷成型体1。(空气净化用过滤器的特性)
CRB陶瓷成型体1的细孔平均直径为300埃、细孔的容积为0.68cm3/g。实施例2(CRB陶瓷前驱体的制备)
取由米糠制备出的脱脂米糠75千克和液态的酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在50～60℃条件下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物。
将混合物放入旋转窑炉中，在氮气气氛下进行60分钟的一次烧成，烧成温度为900℃。将碳化烧成产物用200目的筛子进行筛选，得到粒径为50～120μm的碳化粉末。
取75千克该碳化粉末与固态酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在100～150℃下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物-CRB陶瓷前驱体的可塑物。(空气净化用过滤器的成型)
如图2所示，制出与宽25cm，长50cm、厚0.25cm的板状2相匹配的的模具，将具可塑性的CRB陶瓷前驱体注入其中，在22Mpa压力下加压成型，此时模具的温度为150℃。
从模具中取出加压成型体，在氮气气氛下分三步进行加工。首先以1℃/分的速度升温至500℃，然后在500℃保持60分钟，再在1000℃进行150分钟热处理。
随后，2～3℃/分的冷却速度冷却至500℃，然后进行自然冷却即可得到图2所示的CRB陶瓷成型体2。(空气净化用过滤器的特性)
CRB陶瓷成型体2的细孔平均直径为480埃、细孔的容积为0.62cm3/g。
图2中成型体1和成型体2可以组合使用。实施例3(RB陶瓷前驱体的制备)
取由米糠制备出的脱脂米糠75千克和液态的酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在50～60℃条件下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物-RB陶瓷前驱体。(空气净化用过滤器的成型)
制出与宽25cm，长50cm、厚0.3cm的板状2相匹配的模具，将具可塑性的RB陶瓷前驱体注入其中，在22Mpa压力下加压成型，此时模具的温度为150℃。
从模具中取出加压成型体，在氮气气氛下分三步进行加工。首先以1℃/分的速度升温至500℃，然后在800℃进行120分钟热处理。
随后，2～3℃/分的冷却速度冷却至500℃，然后进行自然冷却。(空气净化用过滤器的特性)
CRB陶瓷成型体2的尺寸有所缩小，细孔平均直径为400埃、细孔的容积为0.50cm3/g。
重叠两张该板状过滤器2可以组合成一空气净化用过滤器。实施例4(CRB陶瓷前驱体的制备)
取由米糠制备出的脱脂米糠75千克和液态的酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在50～60℃条件下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物。将混合物放入旋转窑炉中，在氮气气氛下进行60分钟的一次烧成，烧成温度为900℃。将碳化烧成产物用100目的筛子进行筛选，得到粒径为50～250μm的碳化粉末。
取75千克该碳化粉末与固态酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在100～150℃下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物-CRB陶瓷前驱体的可塑物。(空气净化用过滤器的成型)
如图3所示，制出与外径为15cm，内径为14.5cm，长度为30cm的圆筒3相匹配的模具，将具可塑性的CRB陶瓷前驱体注入其中，在22Mpa压力下加压成型，此时模具的温度为150℃。
从模具中取出加压成型体，在氮气气氛下分三步进行加工。首先以1℃/分的速度升温至500℃，然后在500℃保持60分钟，再在950℃进行120分钟热处理。
随后，2～3℃/分的冷却速度冷却至500℃，然后进行自然冷却即可得到图1所示的CRB陶瓷成型体1。(空气净化用过滤器的特性)
CRB陶瓷成型体3的细孔平均直径为450埃、细孔的容积为0.49cm3/g。实施例5(CRB陶瓷的制备)
取由米糠制备出的脱脂米糠75千克和液态的酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在50～60℃条件下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物。将混合物放入旋转窑炉中，在氮气气氛下进行60分钟的一次烧成，烧成温度为900℃。将碳化烧成产物用100目的筛子进行筛选，得到粒径为50～250μm的碳化粉末。
取75千克该碳化粉末与固态酚醛树脂(可溶酚醛树脂)25千克在100～150℃下边加热边混炼，得到具有可塑性的均质混合物。(粉末的制备)
将具有可塑性的均质混合物在20Mpa压力下加压成型成直径为3cm的球体，此时模具的温度为150℃。
从模具中取出加压成型体，在氮气气氛下分三步进行加工。首先以1℃/分的速度升温至500℃，然后在500℃保持60分钟，再在900℃进行120分钟烧结处理。
随后，2～3℃/分的冷却速度冷却至500℃，然后进行自然冷却。
用粉碎机粉碎直径为3cm的球体，然后再用球磨机进行进一步的粉碎即可得到平均粒径为1～3μm的CRB陶瓷微粒。(空气净化用过滤器的成型)
将平均粒径为1μm的CRB陶瓷微粒，以500g/m2的密度铺设于沥青类活性碳纤维毛毡(FN-300GF·10：大阪气体化学株式会社制)上。(空气净化用过滤器的特性)
平均粒径为1μm的CRB陶瓷微粒的细孔容积为0.87cm3/g。
本发明空气净化用过滤器因采用RB陶瓷和CRB陶瓷，可以制造成各种不同的形状，并保持原来的性能。另外确认了RB陶瓷和CRB陶瓷粉末也具有适于空气净化用过滤器的性质。