一次性使用过滤器部件、用于处理空气的方法以及二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途

本发明提供了一种一次性使用过滤器部件。更具体地说，本发明提供了一种用于去除空气处理系统中的NO

众所周知，空气污染是现代社会日益关注的问题，并且对环境以及最终对人类健康具有毁灭性的负面影响。来自世界卫生组织(WHO)的数据表明，十分之九的人呼吸的空气超过了WHO的指导限值，该空气含有高水平的污染物，并且据估计环境空气污染在全世界每年导致超四百万人过早死亡。污染是人口稠密的城市环境中特别关注的问题，其中来自工业过程(诸如发电、农业和废物焚化)的污染以及机动车辆在燃料燃烧过程中排放的大量污染可产生对健康有害的非常高水平的环境污染物的热点。然而，家庭空气污染是另一个问题，特别是在发展中国家。家庭空气污染可在家庭活动(诸如烹饪或燃料(诸如木材和煤)的燃烧)期间产生。

空气污染物包括气态污染物和颗粒(仍悬浮在空气中)污染物。颗粒物质(PM)通常由非常小的固体或液体颗粒组成，经常是具有小于10微米的直径的固体碳颗粒(PM

尽管长期以来了解气态污染物的问题，但用于空气净化的大多数过滤器专注于捕集颗粒物质。通常，过滤器由不同层的多孔介质制成，根据最终应用和待过滤的颗粒物质的最小尺寸，这些层可能具有不同的厚度。这些层通常由玻璃纤维或聚合物制成。

NO

然而，需要控制环境中NO

众所周知，过滤器可进一步包括吸附剂或催化剂以去除气态污染物(诸如挥发性有机化合物、一氧化碳和二氧化氮)。活性炭是一种常用的吸附剂/催化剂，并且近几十年来，人们对活性炭吸附NO

几十年来已知聚合物可与气态污染物(诸如NO

因此，在本领域中需要用于空气处理系统中的部件，该部件有效地从空气中去除NO

因此，在第一方面中，提供了一种用于去除空气处理系统中的NO

其中该部件允许最终用户对空气过滤介质进行检查，以基于从白色至黄色的颜色变化来确定过滤器何时耗尽，或者该部件包括光学传感器，该光学传感器被配置为向最终用户通知颜色变化。

现在将进一步描述本公开。在以下段落中，更详细地定义了本公开的不同方面/实施方案。除非有明确相反的说明，否则如此定义的每个方面/实施方案可与任何其它方面/实施方案或多个方面/实施方案组合。具体地，任何被指示为优选或有利的特征可与任何其它被指示为优选或有利的一个或多个特征组合。

本发明涉及一种用于去除空气处理系统中的NO

该部件是空气处理系统的一部分。优选地，该部件是空气处理系统的可更换零件。换句话说，例如，在空气净化器中，一旦过滤器部件耗尽，本发明的部件可由最终用户移除，并用新的过滤器部件更换。在另一个示例中，面罩(诸如呼吸器)可包括可移除的过滤器部件。另选地，该部件可与空气处理系统成一体。通常，考虑到处置整个系统的成本，这在空气处理系统是一次性的情况下是优选的。例如，空气处理系统可以是包括一体形成的一次性使用过滤器部件的一次性面罩。

当安装在空气处理系统中时，如本文所述的过滤器部件适用于去除NO

过滤器部件包括作为空气过滤介质的聚合物组合物。具体地，聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团。本发明人已发现包括空气过滤介质的过滤器部件，该空气过滤介质由包含多个游离乙烯基基团的聚合物组合物形成，该过滤器表现出从空气中吸附NO

本发明的部件允许最终用户对空气过滤介质进行检查，以确定过滤器何时耗尽。最终用户能够基于从白色至黄色的颜色变化来确定过滤器何时耗尽。另选地，该部件包括光学传感器，该光学传感器被配置为向最终用户通知颜色变化并且因此需要更换过滤器。光学传感器可被配置为例如一旦观察到特定波长的反射光(即，足够黄的光以表明NO

因此，过滤器部件可采用本领域已知的任何形式，只要该部件具有允许最终用户意识到颜色变化的手段即可。在一个实施方案中，部件可包括框架(诸如周边式框架)或外壳。该部件可优选地采用由注射成型的刚性塑料制成的滤筒的形式。此类滤筒可设计成装配到空气过滤系统(诸如空调)中。在任何情况下，该部件包含空气过滤介质并且可包括允许用户直接观察空气过滤介质的可重复打开的开口。优选地，部件中的开口可以是筛网或网孔，该筛网或网孔包括足以容纳空气过滤介质但允许视觉检查的孔。在另一个实施方案中，部件可包括光学透明部分(例如透明窗口)，以允许对保持在部件内的空气过滤介质进行检查。在此类实施方案中，不是最终用户主动地检查颜色变化，而是可使用外部光学传感器来检测此类颜色变化并且通知最终用户。此类外部光学传感器可形成空气处理系统的一部分，其中安装了过滤器部件而不是过滤器部件本身。

本发明人已经发现，通过提供聚合物组合物作为具有多个游离乙烯基基团的空气过滤介质，二氧化氮可与乙烯基基团反应以产生黄色产物。因此，本发明人已经发现，通过增加聚合物中乙烯基基团的数量，颜色变化更加显著，并且同时大大提高了可被吸附的NO

在另选的优选实施方案中，该部件包括光学传感器，该光学传感器能够检测从白色至黄色的颜色变化，并且一旦已经达到足够的颜色阈值就通知用户。这对于空气调节和空气净化系统来说是特别优选的，这些空气调节和空气净化系统可安装在用户更难触及的位置中，例如在工业HVAC系统中。

在该部件允许用户进行视觉检查的情况下，该部件优选地包括黄色标记，用于允许最终用户与空气过滤介质进行比较，并且由此确定过滤器何时耗尽。因此，一旦空气过滤介质的颜色和标记匹配，本发明的过滤器部件允许最终用户用新的过滤器部件更换包括空气过滤介质的过滤器，和/或诸如当过滤器部件是一次性面罩的一部分时以其他方式处理耗尽的过滤器。

如将理解的，颜色变化表示过滤器具有耗尽的NO

在一个实施方案中，该部件进一步包括在聚合物组合物下游的活性炭。因为活性炭可用于吸附其他污染物(诸如挥发性有机化合物、芳香剂、气态家用化学品和许多其他气体)，所以活性炭是过滤器部件的优选附加材料，特别是对于空调系统而言。本发明人已经发现，通过在聚合物组合物的下游提供活性炭，NO

优选地，空气过滤介质以保持在部件内的多个珠子的形式提供。珠子基本上是球形的，并且可以通过优选地在100μm至1600μm、优选地300μm至1200μm范围内的平均粒度(d

优选地，空气过滤介质具有至少600m

在一个实施方案中，聚合物组合物可负载在纤维上。例如，聚合物组合物可负载在稀松布上，该稀松布是通常由棉制成的织造织物。聚合物组合物还可负载在毛线上，该毛线是还可同时吸附污染物甲醛的材料。

在另一个实施方案中，聚合物组合物本身可以织造或非织造织物的形式提供，纤维由聚合物组合物形成。优选地，将聚合物组合物熔喷以形成作为空气过滤介质的非织造片材。甚至更优选地，聚合物组合物可以HEPA过滤器的形式提供。HEPA过滤器在本领域中是众所周知的，并且需要能够过滤至少99.95％、优选地大于99.97％的直径等于或大于0.3μm的颗粒。因此，HEPA过滤器可在从空气中吸附气态NO

由于现有过滤器可能已经包括在活性炭过滤器上游的HEPA过滤器，因此提供NO

本发明的另一方面提供了一种用于同时去除空气处理系统中的NO

聚合物组合物包含多个游离乙烯基基团。如本文所述，本发明人已经发现游离乙烯基基团和未反应乙烯基基团的存在可用于与NO

特别优选的是，聚合物组合物是烃，即由氢和碳组成。换句话说，聚合物组合物优选地是烃前体的聚合产物。没有额外官能团的烃聚合物使得该聚合物对许多污染物是相对惰性的，并且还是疏水的，这使得它们特别适用于选择性吸附NO

二乙烯基苯(DVB)的聚合物和共聚物是已知的，并且在色谱法中经常用作多孔聚合物吸附剂。二乙烯基苯的聚合物和共聚物可在从中孔到微孔的范围内，具有特别高的表面积，这允许空气与聚合物的有效相互作用。虽然DVB的聚合物和共聚物是已知的，但具有两个乙烯基基团的DVB在聚合期间用作交联剂，以在聚合物生长期间连接两个聚合物链而不是提供游离乙烯基基团。因此，所得聚合物可不具有游离乙烯基基团。常见共聚物是由苯乙烯与二乙烯基苯(即苯乙烯-二乙烯基苯)的聚合得到的共聚物。

本发明人已经发现，通过聚合包含至少两个乙烯基基团的单体和/或在聚合之前增加此类单体在可聚合组合物中的浓度，可增加所得聚合物或共聚物中的游离乙烯基基团的数量。因此，聚合物组合物优选地是包含至少60重量％的包含至少两个乙烯基基团的单体的可聚合组合物的聚合产物。甚至更优选地，可聚合组合物包含至少70重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％的包含至少两个乙烯基基团的单体。因此，当聚合物组合物包括二乙烯基苯的聚合物或共聚物或由其组成时，该聚合物组合物是包含至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％的二乙烯基苯的可聚合组合物的聚合产物。优选地，聚合物组合物包含二乙烯基苯的聚合物，即基本上是二乙烯基苯的聚合产物。然而，纯度接近100％的二乙烯基苯难以获得，并且可能相对昂贵。为此，至少80重量％的二乙烯基苯特别优选地用于形成二乙烯基苯的共聚物。在另一个实施方案中，具有至少三个乙烯基基团的单体(诸如三乙烯基苯)可用于聚合。然而，二乙烯基苯通常是容易商购获得的并且也是用于聚合的一种相对便宜的单体，这因此降低了一次性使用过滤器部件的成本。

优选地，聚合物组合物包含二乙烯基苯和任选取代的苯乙烯(通常为苯乙烯和/或烷基取代的苯乙烯，优选地苯乙烯和/或乙基苯乙烯(即乙基乙烯基苯))的共聚物。与二乙烯基苯一样，烷基苯乙烯和乙基苯乙烯通常各自是指对烷基苯乙烯和间烷基苯乙烯以及对乙基苯乙烯和间乙基苯乙烯的混合物。因此，聚合物组合物优选地是基本上由二乙烯基苯和任选取代的苯乙烯(优选地苯乙烯和/或乙基苯乙烯)组成的可聚合组合物的聚合产物。此类组合物可作为“二乙烯基苯”商购获得，因为二乙烯基苯前体通常仅以相对低的纯度(诸如至少50重量％)获得。二乙烯基苯在商业上通常通过异构二乙基苯的热脱氢来生产。根据增加游离乙烯基基团的数量的期望，具有为至少80重量％的纯度的可商购获得的二乙烯基苯是特别合适的，因为剩余的20重量％通常是苯乙烯和乙基苯乙烯以及不可避免杂质的混合物。在可商购获得的二乙烯基苯中，一些不可避免杂质(诸如萘)可能从邻二乙烯基苯的环化作用中残留，尽管基本上所有的萘都可容易地分离。

在另一个实施方案中，聚合物组合物可包含如上文所讨论的甲基丙烯酸酯(诸如甲基丙烯酸甲酯)和二乙烯基苯以及任选的苯乙烯和/或烷基苯乙烯的共聚物。此类聚合物组合物可由可商购获得的二乙烯基苯与甲基丙烯酸酯的聚合反应得到。

根据本发明用作空气过滤介质的合适的二乙烯基苯共聚物包括可购自

用于本发明的聚合物组合物提供用于与来自含NO

在聚合物组合物包含二乙烯基苯的聚合物或共聚物的情况下，发明人已经发现游离乙烯基基团在

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如将理解的，具有分子式C

根据另一方面，提供了一种空气处理系统，该空气处理系统包括如本文所述的一次性使用过滤器。优选地，空气处理系统是汽车空调系统。这是特别有用的，因为过滤器用于遇到高水平NO

一旦如由用户观察到聚合物组合物的颜色已经变为黄色所确定的过滤器部件耗尽，则可更换过滤器部件。另选地，光学传感器可被配置为警告用户颜色变化。在此类实施方案中，汽车仪表板的控制面板中的警示灯可用于警告用户过滤器的颜色变化，并因此警告用户过滤器已耗尽并且需要更换。另选地，在聚合物为HEPA过滤器形式的实施方案中，该过滤器可仅作为汽车空调系统的常规服务的一部分进行更换。

根据另一方面，还提供了一种处理空气以去除NO

在又另一方面，提供了一种用于形成空气过滤介质的二乙烯基苯的聚合物或共聚物的用途，其中二乙烯基苯的聚合物或共聚物的至少7.0％的碳原子是乙烯基碳原子，如通过

附图说明

现在将参考以下非限制性附图进一步描述本发明，其中：

图1是比较可商购获得的活性炭与聚合物PAD610的NO

图2表示不含游离乙烯基基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的结构。

图3表示具有多个游离乙烯基基团的乙基苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的结构。

图1是本文所述的适用于一次性使用过滤器部件的聚合物组合物与用于家用空气净化器的可商购获得的活性炭组合物之间的比较。图1示出了在室温(22℃)下使具有约40％相对湿度和400ppb NO

图2表示不含游离乙烯基基团的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的结构。二乙烯基苯用于交联聚合苯乙烯的聚合物主链。另一方面，图3表示乙基苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物的结构，诸如其可通过具有至少80重量％纯度的可商购获得的二乙烯基苯的聚合得到，剩余部分基本上是乙基苯乙烯。虽然图3中所示的结构包括对位取代的苯环，但应当理解，共聚物可包括间位和对位取代的混合物。图3中所示的可通过可商购获得的二乙烯基苯的聚合得到的共聚物表现出比图2的对比共聚物明显更多的交联。在聚合期间中增加的交联导致一部分乙烯基基团保持未聚合并且游离在所得聚合物中。

如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代。术语“包括”的使用旨在被解释为包括此类特征但不排除其他特征，并且还旨在包括必须限于所描述的那些特征的特征选项。换句话说，该术语还包括限制“基本上由......组成”(旨在表示可存在特定的另外的部件，前提条件是它们不实质性地影响所描述的特征的基本特性)和“由......组成”(旨在表示可不包括其他特征，使得如果这些部件以它们的比例的百分比来表达，则这些将合计达100％，同时考虑任何不可避免杂质)，除非上下文另有明确说明。

以上详细描述已通过解释和说明的方式提供，并且不旨在限制所附权利要求的范围。本文所示的目前优选的实施方案的许多变型形式对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，并且保持在所附权利要求及其等同物的范围内。