使用可再循环的废水来制备适用于污染控制设备或挡火物中的非织造纤维材料

摘要

本发明提供了一种制备适用于污染控制设备中或用作挡火物的非织造纤维材料的方法，其中所述方法包括：提供第一浆液，所述第一浆液包含水、第一无机纤维、第一有机粘结剂以及第一中性pH絮凝剂；从所述第一浆液去除第一废水；任选地由所述第一浆液形成第一非织造纤维材料；提供第二浆液，所述第二浆液包含一定量的所述第一废水、任选量的相对洁净的水、第二无机纤维、第二有机粘结剂和第二絮凝剂，所述第二絮凝剂与所述第一浆液中使用的絮凝剂相同和/或不同；并由所述第二浆液形成第二非织造纤维材料。在所述第二浆液中添加所述第一废水不会不利地影响所述第二浆液中所述第二有机粘结剂的所述絮凝。

说明书

本发明涉及使用含水浆液制备含无机纤维的非织造纤维材料(例如用在污染控制设备、挡火物应用等中)，具体地讲，涉及如下这类工艺，该工艺包括从之前用过的浆液回收至少一部分废水，更为具体地讲，涉及制备非织造纤维材料的这类工艺，例如可在污染控制设备(例如安装垫和隔热系统)中以及挡火物应用(例如毯子、包裹物和带材的形式)中使用的那些，以及通过该方法制成的非织造纤维材料。

背景技术

包含无机纤维的含水浆液在过去已用于制备用在各种应用中的多种非织造纤维材料。使用此类含水浆液制备非织造纤维材料的工艺包括，例如，湿法成网造纸技术，类似在美国专利No.6,224,835中公开的技术，以及真空模塑工艺，类似在美国专利No，5,800,875中公开的工艺。

在典型的湿法成网造纸工艺中，将此类含水浆液倒入筛网或多孔网的一面并在筛网另一面上去除废水(例如通过重力、施加真空或两者)，由此在筛网或多孔网的一面留下润湿的非织造纤维材料。随后将所得润湿的非织造纤维材料干燥(例如通过空气干燥、烘烤或两者)形成连续网或片状非织造纤维材料，该网或片状非织造纤维材料可被进一步处理或转变(例如通过模具或激光切割)成所需形状(例如垫、条带、2维端锥形等)。

在典型的真空模塑工艺中，将形成的带有筛网或以其他方式穿孔的表面的模具浸入该类含水浆液中，并且通过孔将废水从模具吸出，由此在模具的穿孔表面留下润湿的非织造纤维材料。然后从模具移除所得润湿模塑纤维材料并对其进行干燥(例如通过空气干燥、烘烤或两者)，以形成具有和模具对应的形状(例如端锥隔离物的截头圆锥体形状)的非织造纤维材料。

在使用这类含水浆液制备非织造纤维材料的现有技术工艺中，废水被丢弃。由于环境原因，这类废水必须经受水处理过程，然后才能被丢弃。这类废水的处理程度可根据不同管辖区尤其是不同国家而有所不同。在美国，这类经处理的废水的pH水平通常需要在约5至至多并且包括9或甚至11的范围内，然后才允许将废水转移到公共水系统中(例如城市下水道系统)中。

这类非织造纤维材料已经被制成示例性制品，诸如用在污染控制设备(例如催化转化器、柴油微粒过滤器和柴油捕集器)中的安装垫和隔热系统，以及诸如用在挡火物应用中的毯子、包裹物和带材。

一直存在改进这类工艺的需要。本发明旨在提供这样的一种改进。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了用于制备适用于污染控制设备中或用作挡火物的非织造纤维材料的方法。该方法包括：提供第一浆液，所述第一浆液包含水、第一无机纤维、第一有机粘结剂以及第一中性pH絮凝剂；从第一浆液去除第一废水；任选地由第一浆液形成第一非织造纤维材料；提供第二浆液，所述第二浆液包含一定量的第一废水、任选量的相对洁净的水、第二无机纤维、第二有机粘结剂和第二絮凝剂，该第二絮凝剂与第一浆液中使用的絮凝剂相同和/或不同；以及由第二浆液形成第二非织造纤维材料。在第二浆液中添加第一废水不会不利地影响第二浆液中第二有机粘结剂的絮凝。本发明还提供根据这类方法制备的非织造纤维材料。

在本发明另外的方面，提供了非织造纤维材料，在根据本文所述的材料pH测试进行了测试时，该非织造纤维材料表现出在约5.5至至多并且包括约8.5的范围内的pH。

在本发明的另外的方面，提供了污染控制设备，该污染控制设备包括外壳、设置在外壳内的污染控制元件；以及设置在外壳内的根据本发明的非织造纤维材料。

在本发明的另一方面，提供了挡火物，该挡火物包含根据本发明的非织造纤维材料。

在本发明的另外的方面，提供了用于制备非织造纤维材料的浆液。该浆液包含从第一浆液去除的一定量的第一废水，该第一浆液包含水、第一无机纤维、第一有机粘结剂和第一中性pH絮凝剂。该浆液包含第二无机纤维、第二有机粘结剂以及任选的第二中性pH絮凝剂。该浆液还可包含任选数量的相对洁净的水。第一中性pH絮凝剂使得第一废水保持相对中性的pH。本发明还提供使用根据本发明的浆液形成的非织造纤维材料。

本发明的这些和其他方面、特征和/或优点在本文的附图和详细描述中进一步示出和描述，其中类似的参考数字用于表示相似的部件。然而，应当理解，附图和描述只是出于说明的目的，而不应理解为是对本发明范围的不当限制。

上述的“发明内容”并非意图描述本发明的每个公开的实施方案或每种实施方式。以下描述更具体地举例说明示例性实施方案。通观申请全文，在几个部分用实施例列表提供指导，列表中的实施例可按不同方式组合使用。在每种情况下，引用的列表都只用作代表性的组，并且不应理解为排它性列表。

附图说明

在附图中：

图1是示例性污染控制设备的剖视图，该示例性污染控制设备使用根据本发明的非织造纤维材料的不同实施方案。

具体实施方式

在描述本发明的优选实施方案时，为清楚起见，将使用具体的术语。然而，本发明并非意图受如此所选特定术语的限制，并且每个如此所选术语都包括相似地工作的所有技术等同物。

通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)和该范围内的任何范围。

如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一”、“一个(或一种)”及“该(或所述)”涵盖具有多个指代物的实施方案，而用语“或”通常在包含“和/或”的意义上使用，除非文中清楚地另外指明。本文所用的“一种(个)”、“所述(该)”、“至少一种(个)”以及“一种(个)或多种(个)”可互换使用。术语“和/或”意指所列要素的一个或全部，或者所列要素的任何两个或更多个的组合。

术语“聚合物”应理解为包括聚合物、共聚物(例如，使用两种或更多种不同单体形成的聚合物)、低聚物和它们的组合，以及可形成为可混容共混物的聚合物、低聚物或共聚物。

术语“包括”及其变型形式在说明书和权利要求中出现这些术语的地方不具有限制的含义。

词语“优选的”和“优选地”指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，述及一个或多个优选的实施方案并非暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

在根据本发明制备非织造纤维材料的一种示例性方法中，通过先向容器加注一定量的适合用于浆液制备的水(例如住宅或商用自来水)，可制备根据本发明的初始浆液。浆液通常包含大于约65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％或95重量％的水。然后将水搅拌(例如通过共混操作)，并且在搅拌水时，将一定量的无机纤维和有机粘结剂添加至搅拌的水中。然后将中性pH絮凝剂添加至搅拌的水中以将有机粘结剂析出到无机纤维上并析出其他任选的浆液固体成分。稍后会详细描述中性pH絮凝剂的含义。有机粘结剂的形式可为有机粘结剂小滴、颗粒或二者的液体分散体或悬浮液。在水中包括任选成分可为可取的。添加至浆液的这类任选成分可包括，例如一定量的絮凝剂的任一种或任意组合，该絮凝剂并非中性pH絮凝剂、消泡剂、有机纤维、无机颗粒(例如膨胀材料颗粒、胶态二氧化硅颗粒、研磨颗粒、摩擦引发颗粒等)、填料和其他传统添加剂。所得混合物的搅拌趋于使得成分在整个浆液中均匀分布或均质。

可用的无机纤维可包括，例如玻璃纤维、陶瓷纤维、非氧化物无机纤维，诸如石墨纤维或硼纤维以及它们的混合物。

可用的陶瓷纤维可包括，例如，铝硼硅酸盐纤维、硅铝酸盐纤维、氧化铝纤维、它们的经热处理的版本以及它们的混合物。适用的铝硼硅酸盐纤维的示例包括可以商品名“NEXTEL312陶瓷纤维”(NEXTEL312CERAMICFIBERS)、“NEXTEL440陶瓷纤维”(NEXTEL440CERAMICFIBERS)和“NEXTEL550陶瓷纤维”(NEXTEL550CERAMICFIBERS)从明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M，St.Paul，MN)商购获得的那些。适用的硅铝酸盐纤维的示例包括可以商品名“FIBERFRAX”7000M从纽约尼亚加拉瀑布城奇耐联合纤维公司(UnifraxCorp.，NiagaraFalls，NewYork)商购获得、以商品名“CERAFIBER”从乔治亚州奥古斯塔的ThermalCeramics公司(ThermalCeramics，Augusta，Georgia)商购获得以及以商品名“SNSCType1260D1”从日本东京钢铁化学公司(NipponSteelChemicalCompany，Tokyo，Japan)商购获得的那些。适用的可商购获得的氧化铝纤维的示例包括可以商品名“SAFFIL”购自英格兰威德尼斯Saffil公司(Saffil，Widnes，England)的多晶氧化铝纤维。

其他适用无机纤维的示例可包括：石英纤维、高二氧化硅含量非晶态和晶态纤维、氧化铝纤维和高氧化铝纤维、非晶态和晶态氧化铝-二氧化硅纤维、氧化物和非氧化物纤维、金属纤维、通过吹制形成的纤维、由熔融溶胶凝胶旋转和拉拔形成的无机纤维、从有机前体形成的纤维、玻璃纤维、沥滤的玻璃纤维、低生物持久性(即可生物降解的)纤维，例如美国专利No.5,714,421中提出的那些，以及其他实质上为无机组合物的纤维。每种这类无机纤维的表面的一些、大部分或全部涂覆有机和/或无机材料或通过该有机和/或无机材料确定尺寸对于这类无机纤维可为有利的。适用的无机纤维可单独使用或结合其他适用的无机纤维使用。

一般而言，包含大量注塑物(shot)的无机纤维成本比无注塑物或部分净化的无机纤维低。然而，无注塑物的无机纤维一般来讲提供更具弹性的制品(例如网、片材、垫)。用这类无注塑物无机纤维制成的安装垫可在所有温度下保持更好的固定力，包括回到室温的情况。因此，对于根据本发明的无机纤维材料可能有利的是基于无机纤维材料的总干重计包含小于75重量％、70重量％、65重量％、60重量％、55重量％、50重量％、45重量％、40重量％、35重量％、30重量％、25重量％、20重量％、15重量％或甚至小于10重量％或更少的注塑物。

可用的有机粘结剂可包括，例如包含丙烯酸类聚合物、乙烯基聚合物(例如包含乙烯和乙酸乙烯酯的单体的共聚物)、聚氨酯和具有阴离子基团(例如端基团和/或侧链基团)的有机硅聚合物中的一种或多种或任意组合的那些。有机粘结剂的形式可为阴离子稳定化的含水聚合物乳液(例如胶乳)，尽管在某些情况下可使用基于溶剂的聚合物粘结剂或100％固体的聚合物粘结剂。有机粘结剂聚合物可具有小于30℃、0℃、-10℃、-20℃、-30℃或甚至小于-40℃的玻璃化转变温度，但并非必须如此。有机粘结剂聚合物可包括弹性体。形式为含水聚合物乳液(包括胶乳乳液)的可用有机粘结剂可包括，例如丙烯酸类聚合物乳液、聚氨酯乳液、有机硅聚合物乳液、环氧树脂聚合物乳液、丁基橡胶乳液、乙烯基聚合物乳液以及醋酸乙烯酯聚合物乳液的任一种或任意组合，它们适合向无机纤维材料提供所需的强度和柔韧性。适用的可商购获得的含水聚合物乳液的示例可包括，例如美国宾夕法尼亚州费城的罗门哈斯公司(RohmandHaas，Philadelphia，Pennsylvania)销售的商品名为“RHOPLEXHA-8”(44.5重量％固体的丙烯酸类共聚物含水乳液)的那些产品以及由宾夕法尼亚州艾伦镇的空气产品公司(AirProducts，Allentown，Pennsylvania)销售的商品名为“AIRFLEX600BP”(55％固体的乙烯醋酸乙烯酯共聚物)的那些产品中的任一种或任意组合。有机粘结剂还可包括至少一种或多种增塑剂。增塑剂趋于软化聚合物基体，并由此有助于无机纤维材料的柔韧性和模制性能。有机粘结剂还可包括例如一种或多种增粘剂或增粘树脂，以有助于将无机纤维材料固定在一起。一种适用的增粘剂的可行示例为可以商品名“SNOWTACK810A”商购自加拿大多伦多EkaNobel公司(EkaNobel，Inc.，Toronto，Canada)的增粘剂。

将絮凝剂用作浆液中的成分对于使得有机粘结剂和无机纤维彼此吸引是有利的。通常在将有机粘结剂和无机纤维混合足够长的时间以在整个浆液中均匀分布后，向这类浆液添加絮凝剂。由此，使用絮凝剂可有助于确保当将废水从浆液去除时(例如在无机纤维材料形成期间)，有足够的有机粘结剂保持附着至无机纤维和浆液的其他固体成分(例如膨胀材料、填料、增强成分等)，从而可处理所得无机纤维材料或者所得无机纤维材料将以其他方式表现出所需的结构完整性。如本文所用，术语“废水”是指在形成浆液一段时间后(例如当无机纤维材料形成时或浆液形成后的另外一段时间)从浆液去除的浆液的水和其他成分。

在制备用于污染控制设备(例如安装垫和隔热系统)、挡火物或其他此类用途的非织造无机纤维材料的传统技术中，通常会在浆液中使用矾絮凝剂。本发明人发现，此类矾絮凝剂表现出酸性pH，并且当从此类浆液去除的废水用在后续含有矾絮凝剂或其他酸性絮凝剂的浆液中时，后续浆液中的矾絮凝剂看起来变得无效。例如，所得非织造无机纤维材料可能无法表现出所需的特性(例如结构完整性)，因为没有足够的无机纤维和其他固体浆液成分(例如膨胀材料颗粒、填料等)通过存在于无机纤维材料中的足够有机粘结剂固定在一起。

尽管无意于受理论的束缚，但是据信后续浆液中的此类絮凝失效(例如由所得非织造无机纤维材料缺乏结构完整性所指出的那样)是由于废水中的残余反应性絮凝剂引起后续浆液中的有机粘结剂过早絮凝，使得有机粘结剂、无机纤维和其他固体浆液成分没有机会均匀地分布在后续浆液中所造成。如本文所用，过早絮凝是指按重量计大于20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％的有机粘结剂已絮凝或以其他方式沉淀出，而没有先均匀地分布(即在有机粘结剂能够被混合以均匀地分布在浆液中之前)和沉积在无机纤维以及其他任选的浆液固体成分上。

还存在表现出碱性pH的絮凝剂(例如钙、氢氧化钙和硅酸钠)。据信使用此类碱性pH絮凝剂将使得使用此类碱性pH絮凝剂制成的浆液的废水表现出碱性pH，并且当将从此类浆液去除的废水用在包含相同或另一种碱性pH絮凝剂或者可能甚至是酸性pH絮凝剂的后续浆液中时，后续浆液中的絮凝剂将同样变得无效。据信浆液的此类絮凝失效(例如所得无机纤维材料缺乏结构完整性)也是由于碱性pH废水中残余量的反应性絮凝剂引起后续浆液中的有机粘结剂过早絮凝，使得有机粘结剂、无机纤维和其他固体浆液成分没有机会均匀地分布在后续浆液中所造成。相似地，还据信，如果在使用碱性pH絮凝剂或相同或另一种酸性pH絮凝剂的后续浆液中使用了酸性pH废水(即包含足量残余反应性絮凝剂以让废水具有酸性pH)，则酸性pH废水的反应性可导致有机粘结剂过早絮凝，如上所述，并且导致后续浆液中的絮凝剂同样变得无效。

本发明人还发现，当一些絮凝剂用在无机纤维、有机粘结剂和水的浆液中时，浆液(例如当用于制备无机纤维材料时)中产生的废水可再循环到后续浆液中，而不会导致后续浆液中的有机粘结剂明显过早絮凝或沉淀。此类絮凝剂可让相应废水的pH保持为或变为中性，并且如果此类中性pH废水用于具有相同或相似絮凝剂的后续浆液中，则该中性pH废水可导致用于后续浆液中的絮凝剂在生成商业上可接受的无机纤维材料上保持充分有效。即所得无机纤维材料表现出所需的特性(例如结构完整性)，因为足够数量(即按重量计大于50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％)的无机纤维和其他固体浆液成分通过存在于无机纤维材料中的足量有机粘结剂保持在一起(例如足量的有机粘结剂絮凝或以其他方式沉淀并粘附至足量的固体浆液成分)。据信此类中性pH废水可用于形成后续浆液，在该后续浆液中添加任意类型的絮凝剂(即酸性pH絮凝剂、碱性pH絮凝剂或中性pH絮凝剂)，不会不利地影响后续浆液中絮凝剂的效果。

尽管无意于受理论的束缚，但是据信此类中性pH废水不会不利地影响后续浆液，因为中性pH废水不含足以引起后续浆液中有机粘结剂的明显过早絮凝或其他沉淀的残余反应性絮凝剂。即有机粘结剂的明显絮凝直到有机粘结剂以及浆液的固体成分有机会均匀地分布在浆液中并且将絮凝剂添加至浆液中之后才会发生。因此，如本文所用，术语“中性pH废水”不一定仅限于表现出中性pH的废水，而是其中残余反应性絮凝剂含量足够低，从而中性pH废水的使用不会引起后续浆液中有机粘结剂的明显过早絮凝或其他沉淀的任何废水。按存在于用于形成废水的浆液中的反应性絮凝剂的量计，废水中的残余反应性絮凝剂的量可在从约0％开始，并且以1％为增量，至至多约50％的范围内，并且可在处于其间的任何范围(例如，1％至40％、5％至30％等)内。

因此，如本文所用，术语“中性pH絮凝剂”将指生成“中性pH废水”的任何絮凝剂，无论絮凝剂表现的pH为多少。本发明的中性pH絮凝剂也可被视为满足如下条件的任何絮凝剂：该絮凝剂允许相应中性pH废水按体积计的至少约10％(体积％)，并且以5体积％为增量，至至多并且包括约100％(即按体积计的至少约10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％)再循环至后续浆液，而不会不利地以任何明显程度(例如通过影响由浆液制成的无机纤维材料的结构完整性)影响后续浆液中的絮凝(例如在有机粘结剂均质地或均匀地分布在整个浆液中之前过早絮凝)。希望要被再循环的中性pH废水的量具有商业意义。例如，当在丢弃废水前不必再预处理该量的废水而节省的成本是具有商业意义的时，中性pH废水的再循环量被视为具有商业意义。对于后续浆液而言可为商业上优选的是包含至少约25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％的再循环的中性pH废水。此外，当从后续浆液形成的所得无机纤维材料表现出结构完整性(例如机械完整性)以及在其预期用途(例如在污染控制设备的安装和/或隔离应用中，隔离排放系统的其他组件、挡火物应用等)中起作用所需的其他特性时，不认为絮凝的程度受到使用废水的不利影响。当所用的中性pH絮凝剂使废水的pH保持相对中性时，得到有利的结果。

根据本发明，中性pH絮凝剂可为本身表现出相对中性pH，尤其是在和传统矾絮凝剂相较时表现出相对中性pH的絮凝剂。即使如此，当絮凝剂在絮凝上如此有效，从而没有足够的反应性絮凝剂留下或以其他方式保留在提取的废水中而使得废水以任何明显的程度不利地影响废水制成的后续浆液的絮凝(例如通过使得废水制成的后续浆液过早絮凝)时，本身表现出相对酸性pH或碱性pH的絮凝剂根据本发明仍可用作中性pH絮凝剂。因此，中性pH絮凝剂可以是满足如下条件的任何絮凝剂：使用该絮凝剂时，(a)使得相应废水的pH保持相对中性和/或(b)使得或至少有助于相应废水不会在将废水添加至后续浆液时不利地影响后续絮凝。因此，如果根据本发明将中性pH絮凝剂的至少一些实施方案用在浆液中，则提取自浆液的所得废水，尤其是在和使用传统矾絮凝剂得到的废水比较时，可表现出相对中性的pH。

据信，因为传统矾絮凝剂如此无效，所以需要更多的矾絮凝剂才能产生所需程度的絮凝，使得过量未反应的(即反应性)矾絮凝剂留在废水中。过量反应性絮凝剂的存在可导致所得废水具有相对酸性的pH和/或以其他方式导致用包含反应性絮凝剂的废水制成的后续浆液中发生过早絮凝。还发现获得足够絮凝所需的传统矾絮凝剂的量可为使用根据本发明的至少一些中性pH絮凝剂时所需量的十(10)倍或更多倍。因此，根据本发明的中性pH絮凝剂(例如MidSouth9307C)可包括足够有效从而可使用相对较少的量(尤其是在和传统矾絮凝剂比较时)仍然产生足够絮凝的那些絮凝剂。

在本发明的上下文中，如果将商业意义量的来自之前或初始浆液的废水添加至后续浆液不会导致在有机粘结剂和固体成分混合并均匀地分布在后续浆液中之前浆液中的有机粘结剂过早絮凝或沉淀，则将废水的pH视为中性。如果废水是充分中性pH的废水，则从后续浆液形成的无机纤维材料(例如以平整或弯曲片材、一块或多块截头圆锥体或任何其他期望的二维或三维形状的形式)在结构上可行(例如可在不分离的情况下处理和安装)或者以其他方式在商业上可行(例如可用作安装垫、隔热系统片材、端锥插件或其他适合预期用途(例如用在污染控制设备中或用作挡火物)的二维或三维纤维结构)。

可用作中性pH絮凝剂的絮凝剂可包括包含具有阳离子基团的有机聚合物的那些絮凝剂。尽管并非必须的，此类絮凝剂聚合物可具有水溶胀性、可溶于水或可在水中分散。适用中性pH絮凝剂的示例可包括聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(下文称为PDADMAC)以及二甲胺和表氯醇的共聚物的溶液(通常含水)或分散体。任选地，中性pH絮凝剂还可包含金属阳离子(例如铝)，该金属阳离子可以解离的络合物(例如水合物、氯化物或氢氯酸盐)形式或者聚合物形式(例如为聚(金属氧化物)或氯氧化物)存在。

适合用作中性pH絮凝剂的市售絮凝剂的示例可包括得自以下公司的那些：加利福利亚州伯灵顿的加拉特卡拉汉公司(GarrattCallahan，Burlington，California)，商品名为“FORMULA7644”(PDADMAC的含水溶液)、“FORMULA7643”、“FORMULA7642”、“FORMULAAH-423”、“FORMULA7602”、“FORMULA7603”、“FORMULA7552”、“FORMULA7622”、“FORMULA7655”或“FORMULA7568”；路易斯安那州Ringold的中南化工公司(Mid-SouthChemical，Ringold，Louisiana)，商品名为“MP9307”(被认为是二甲胺和表氯醇的共聚物的含水溶液)；纽约州柏油村的汽巴特殊化学品公司(CibaSpecialtyChemicals，Tarrytown，NewYork)，商品名为“ZETAG7125”(PDADMAC的含水溶液)、“ZETAG7127”(PDADMAC的含水溶液)；以及得自明尼苏达州圣保罗的霍金斯公司(Hawkins，St.Paul，Minnesota)，商品名为“ARCTICFLOCAF12104”(PDADMAC的含水溶液)、“AQUAHAWK2987″(聚铝羟基氯化物(polyaluminumhydroxychloride)和阳离子有机聚合物的含水溶液)、“AQUAHAWK101”(聚铝羟基氯化物和聚(季胺)的含水溶液)、“AQUAHAWK427”(聚铝羟基氯化物和聚(季胺)的含水溶液)、“AQUAHAWK2757”(铝基无机聚合物和阳离子有机聚合物的含水溶液)以及它们的组合。应当理解存在于含水介质中的聚胺通过质子化的(即阳离子和多阳离子)形式平衡。

存在于浆液中的絮凝剂的百分比，无论为矾絮凝剂还是中性pH絮凝剂，均基于浆液中固体元素(例如，粘结剂、纤维、填料、膨胀材料等)的重量计。例如，当制备非膨胀非织造纤维材料时，所用中性pH絮凝剂的百分比可主要基于浆液的有机粘结剂和无机纤维内容物的重量计。当制备非膨胀非织造纤维材料时，所用中性pH絮凝剂的百分比可主要基于浆液的有机粘结剂、无机纤维和膨胀型材料内容物的重量计。在浆液中使用的水量可影响所需的中性pH絮凝剂量。一般来讲，随着浆液水含量的增加，对于给定的浆液固体(例如有机粘结剂和无机纤维)量需要更多絮凝剂。据信，这是因为浆液中絮凝剂的浓度在将额外的水添加至浆液时减少。

一般来讲，以可有效絮凝所用有机粘结剂(例如乳化的有机聚合物粘结剂)的量使用中性pH絮凝剂。即使所用的中性pH絮凝剂的量远小于常规使用的矾絮凝剂的量，也获得了期望的结果。尽管也可使用其他量，但有利的是中性pH絮凝剂(基于固体计)以远低于通常使用的常规矾絮凝剂的量存在于浆液中。例如，基于浆液成分的干重计，所用中性pH絮凝剂的量可在从至少约0.2％开始，并且以0.1％为增量，至至多并且包括约5％，并且甚至可至至多约10％的范围内，并且可在介于其间的任何范围内(例如在从至少约0.25％至至多并且包括约5％、4％、3％、2％或1％的范围内)。相比之下，需要使用的传统矾絮凝剂的量从至少大于5％可能至至多甚至50％。在典型的应用中，以约20％的量使用了矾絮凝剂，并以约1％的量使用了中性pH絮凝剂。

表1(下方)列出了根据本发明可用作中性pH絮凝剂的絮凝剂。

表1

在本发明之前，用传统方法由浆液制备无机纤维材料所产生的废水必须被丢弃(例如进入贮存池、在允许的情况下进入下水道等)，或者经受成本高昂的水处理后才能被再利用或处置。本发明使得所有、大多数或至少大量废水得到再利用或再循环，以形成至少约10％，并且以增量1.0％至至多并且包括可能甚至约100％(例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，并且可能甚至100％)的用于制备浆液的水。浆液所需的水的其余部分，如果有，是一定量的相对洁净的水(即非废水)，例如来自类似住宅或商用自来水源的来源。

所用的废水量可取决于控制和维持所得浆液组合物的一致性的能力。浆液组合物的一致性可影响所得无机纤维材料的特性从一批浆液到下一批浆液是否一致。无机纤维材料的每个批次或批量的特性的一致性可具有商业意义。此外，由于其pH保持相对中性，废水可更容易处置或丢弃，无需或者至少需要更少的特殊或昂贵的水处理。例如，将根据本发明生产的中性pH废水直接处置到大多数城市下水道系统，或者至多先通过一定量的相对洁净的水(即非废水)稀释中性pH废水，然后再将其处置到下水道系统中可为可接受的。

任选地，根据本发明的非织造纤维材料可包含一种或多种膨胀材料，具体取决于所需的最终用途。膨胀材料可为未膨胀状、部分膨胀状或它们的混合的状态。例如，对于在高于约500℃的温度下使用的情况，未膨胀的蛭石材料是适用的，因为它们在从约300℃至约340℃的温度范围内开始膨胀。这在填充催化转化器中膨胀金属外壳和整块材料之间的膨胀间隙中可为有用的。对于在低于约500℃的温度下使用的情况，例如在柴油整块材料(dieselmonoliths)或微粒过滤器中，可膨胀石墨、或可膨胀石墨和未膨胀蛭石材料的混合物可为可取的，因为可膨胀石墨在约210℃时开始膨胀。经处理的蛭石也是可用的，并且通常在约290℃的温度下膨胀。

潜在可用的膨胀材料的示例包括未膨胀的蛭石薄片或矿石、经处理的未膨胀的蛭石薄片或矿石、部分脱水的蛭石矿石、可膨胀的石墨、可膨胀的石墨与经处理的或未经处理的未膨胀的蛭石矿石的混合物、水黑云母、美国专利No.3,001,571(Hatch)中所述的吸水膨胀合成四硅氟型云母、美国专利No.4,521,333(Graham等人)中所述的碱金属硅酸盐颗粒、经处理的可膨胀的硅酸钠(例如可以商品名“EXPANTROL”商购自3M公司(3MCompany)的不可溶硅酸钠)，以及它们的混合物。可商购获得的可膨胀石墨材料的示例为可以商品名“GRAFOILGrade338-50”可膨胀石墨片得自俄亥俄州克利夫兰的UCARCarbon公司(UCARCarbonCo.，Cleveland，Ohio)的石墨材料。经处理的未膨胀的蛭石薄片或矿石可包括经过诸如通过与离子交换盐进行离子交换等的工艺处理的未膨胀的蛭石，所述离子交换盐诸如磷酸二氢铵、硝酸铵、氯化铵、氯化钾或其他本领域已知的适用化合物。

形成根据本发明的非织造纤维材料的步骤可使用任何适用的技术来进行，所述技术包括例如传统的湿法成网方法。用于使用浆液形成非织造纤维材料的一种此类工艺可为传统的湿法成网非织造造纸技术。简而言之，此类工艺可包括将浆液成分混合在一起并将所得浆液沉积(例如倾倒)至丝网、筛网或其他多孔表面来去除大多数水。通常得到二维片材，然后进行干燥以形成非织造纤维材料。然后可将非织造纤维材料转变为期望的最终形式诸如片材和垫(例如通过模切、激光切割等)。其他湿法成网类型的成形工艺可包括使用具有模具腔的模具，在其中倾倒或以其他方式沉积浆液并去除废水(例如通过使用真空来抽吸或拉动废水通过网眼、筛网或其他限定模具腔体的至少部分的多孔或穿孔表面)。此类模具可用于形成具有初始形式或最终期望形式(例如二维或三维形状)的非织造纤维材料。此类成形工艺可以步进式、分批和/或连续方式中的任一种或任意组合执行。

在制备浆液时，更高密度的材料，诸如任选的膨胀材料以及更高密度的填料(如果使用)均可在较小体积的混合容器中以恒定速率刚好在沉积步骤之前添加至浆液。包含此类材料的浆液被充分搅拌，从而防止这些形式通常为颗粒的更高密度的材料在混合罐中、在将浆液沉积(例如倾倒)至网眼或筛网上之前或进入模具之前沉析。此类浆液通常应当几乎立即部分脱水，或在沉积于网眼或筛网上或进入模具不久之后脱水，从而防止更高密度的材料不期望的沉降。对浆液进行真空脱水可为可取的。进一步脱水或干燥的可用方法可包括例如通过压缩或压力辊湿压脱水的浆液，然后使所得非织造纤维材料通过任选的加热辊，然后是本领域中已知的热风鼓风干燥。如果使用了模具来制备非织造纤维材料或其结构，脱水的浆液可在母型模具的腔体中形成，接着在施加的压力下将配对公型模具插入模具腔体来湿压脱水的浆液以形成所得非织造纤维材料，该所得非织造纤维材料具有初始形式或最终期望的形式(例如二维或三维形状)。作为另外一种选择，可在公型模具表面上形成脱水的浆液，然后在施加的压力下配对进入母型模具腔体，从而湿压脱水的浆液以形成所得非织造纤维材料，该所得非织造纤维材料具有初始形式或最终期望的形式(例如二维或三维形状)。

此类挤压操作也可减小所得非织造纤维材料的厚度和/或增大其密度。所得非织造纤维材料可制备成具有所需的厚度和/或密度，方法是当非织造纤维材料处于压缩状态时，在纤维材料中使用可以固化或凝固的有机粘结剂(例如通过让有机粘结剂交联和/或硬化)。例如，当有机粘结剂为热固化型时，可向压缩的非织造纤维材料施加热，以促使必要程度的固化。一旦将有机粘结剂固化，纤维材料就可保持期望的厚度和/或密度，即使在挤压操作完成并且非织造纤维材料被移除后也一样。

根据本发明的非织造纤维材料按干重计可包含在从约30％开始，并且以约0.5％为增量，至至多并且包括约99.5％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如按重量计从约40至约98.5％、按重量计从约50至约98％、按重量计从约60至约97.5％或按重量计从约70至约97％)的无机纤维。非织造纤维材料还可包含有机粘结剂，该有机粘结剂按重量计可在从约0.5％开始，并且以约0.5％为增量，至至多并且包括约15重量％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如按重量计从约0.5、1.0或1.5至至多并且包括约3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15％)。对于挡火物应用，有机粘结剂含量甚至可能更高。任选地，非织造纤维材料可包含按重量计在从约15％开始，并且以约1％为增量，至至多并且包括约70％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约20％至至多并且包括约60％)的膨胀材料。但是使用在这些范围之外的组合物也可为可取的。在不包括膨胀材料和其他此类材料的实施方案中，基于干重计，可期望无机纤维的百分比为至少约85重量％(例如至少90、91、92、93、94、95重量％或更高)，但也可使用更低的重量％。

本发明的非织造纤维材料可任选地包含一种或多种无机填料、无机粘结剂、有机纤维以及它们的任意组合或混合物。可用的填料的示例可包括剥离的蛭石、中空玻璃微球体、珍珠岩、氧化铝三水合物、六水合磷酸镁、碳酸钙以及它们的混合物。填料可以如下含量存在于非织造纤维材料中，即按非织造纤维材料的干重计在从0％开始，并且以1％为增量，至至多并且包括约50％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如至至多并且包括10、15、20、25、30、35、40、45或50％)。可用无机粘结剂的示例可包括云母颗粒、高岭土粘土、膨润土粘土以及其他粘土类矿物质。无机粘结剂可以如下含量存在于非织造纤维材料中，即按非织造纤维材料的干重计在从0开始，并且以1％为增量，至至多并且包括约50％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如至至多并且包括约10、15、20、25、30、35、40、45或50％)。任选地，有机纤维(例如短纤维或原纤化纤维)可包含在本发明的非织造纤维材料中，例如用于提供处理期间的湿强度以及其预期用途(例如在罐装或以其他方式安装在污染控制设备中之前，作为垫或片材安装材料)中的干强度和弹性。然而一般来讲，期望尽可能减小有机纤维和其他有机材料的含量，尤其是对于污染控制设备应用，因为有机成分在高于它们的燃烧温度的温度下使用期间烧化时，可导致不良的结果(例如烟和臭味)。可包含在根据本发明的非织造纤维材料中的其他添加剂或加工助剂可包括消泡剂、表面活性剂、分散剂、润湿剂、辅助沉淀的盐、杀真菌剂以及杀菌剂。

根据本发明的非织造纤维材料被配制成具有适合其预期用途(例如用在污染控制设备中)的物理特性，尽管如果需要也可配制成具有不同的物理特性。例如，可期望非织造纤维材料具有足够的柔韧性以通过使用芯轴的柔韧性测试(如下文所述)，该芯轴具有6英寸(15.24cm)、5英寸(12.70cm)、4英寸(10.16cm)、3英寸(7.62cm)、2英寸(5.08cm)、1英寸(2.54cm)、3/4英寸(1.91cm)或甚至1/2英寸(1.27cm)的直径。此外，可期望本发明的非织造纤维材料具有根据拉伸强度测试(如下文所述)为至少7.3磅每平方英寸或psi(50kPa)、10.7psi(75kPa)或14.5psi(100kPa)的拉伸强度。

根据本发明的非织造纤维材料还可包括边缘保护材料。合适的边缘保护材料的示例包括如美国专利No.5,008,086(Merry)中所述的包裹在边缘周围的不锈钢丝网，以及如美国专利No.4,156,533(Close等人)中所述的编织或绳状陶瓷纤维编织材料或金属丝材料。边缘保护剂也可由(例如)EP639701A1(Howorth等人)、EP639702A1(Howorth等人)和EP639700A1(Stroom等人)中描述的具有玻璃颗粒的组合物形成。合适边缘保护材料的其他示例包括如美国专利No.5,882,608(Sanocki等人)中所述的包含多晶和其他非织造纤维材料的条带。

图1示出了根据本发明的非织造纤维材料的示例性用途。即诸如催化转化器的污染控制设备10。污染控制设备10包括外壳12，该外壳具有通常称为端锥区域的大体成锥形的入口14和出口16。通常称为罐或壳体的外壳12一般由金属(例如不锈钢)制成。单体结构18通常设置在外壳12中，该单体结构由可涂覆有催化剂的陶瓷或金属材料制成。用绝热安装材料的垫22缠绕单体结构18然后将其安装在外壳12内。单体结构18可为，例如催化转化器元件或柴油微粒过滤元件。根据本发明的非织造纤维材料可用作垫22。金属外壳12的入口14和出口16端锥区域中的每个包括内端锥外壳28和外端锥外壳26。形成入口14和出口16的端锥外壳可具有相同或不同的构造。绝缘材料30可定位在内端锥外壳28和外端锥外壳26之间。根据本发明的非织造纤维材料可用作绝缘材料30。

根据本发明的形式为安装垫22的非织造纤维材料可设置在单体18以及外壳12之间，其方式与用于催化转化器或用于柴油微粒过滤器的方式类似。其例如可通过用安装垫22缠绕单体18并将缠绕过的单体插入外壳12来完成。同样，端锥型非织造纤维材料30可先定位在每个内端锥外壳28上，然后将外端锥外壳26设置在绝缘物30上方并焊接至内端锥外壳内的适当位置。许多污染控制设备在本领域中是已知的，包括例如催化转化器、端锥子组件以及柴油微粒捕集器和过滤器。关于这种装置的更多细节可以在例如美国专利No.5,882,608(Sanocki等人)以及美国公布专利申请No.2006/0154040A1(Merry)中找到。

根据本发明的非织造纤维材料可具有适合其预期用途的任何尺寸和/或厚度。然而，对于在污染控制设备中使用而言，根据厚度(caliper)测量一般程序(如下文所公开)，示例性非织造纤维材料的厚度通常在从约0.1英寸(0.3cm)，并且以约0.1英寸(0.3cm)为增量，至至多并且包括约2英寸(5.0cm)的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约0.1英寸(0.3cm)、0.15英寸(0.38cm)或0.2英寸(0.5cm)至至多并且包括0.3英寸(0.8cm)、0.5英寸(1.3cm)、0.7英寸(1.8cm)或1英寸(2.5cm))或更大。对于在污染控制设备中使用而言，根据本发明的非织造纤维材料通常按干重计在从约400克/平方米(gsm)，并且以约100gsm为增量，至至多并且包括约15000gsm的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约700、1000、1500或2000至至多并且包括约5000、10000或15000gsm)。根据本发明的非膨胀型非织造纤维材料通常按干重计在从约400gsm，并且以约100gsm为增量，至至多并且包括约2500gsm的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约1000gsm至至多并且包括约1500gsm)。根据本发明的膨胀型非织造纤维材料通常按干重计在从约1200gsm，并且以约100gsm为增量，至至多并且包括约15000gsm的范围内，以及其间的任何范围(例如从约2400gsm至至多并且包括约8000gsm)。

测试方法

柔韧性测试(断裂测试)

通过稍微在两侧弯曲并目视检查来验证要测试的试样是否尚未断裂。不应使用断裂的试样。使用不锈钢刀模将1英寸宽的待测试的试样条带(一个或多个)切割成至少4英寸(10cm)长。使用必要的最小力，围绕6英寸(15.24cm)直径的圆柱形芯轴(长度至少为2英寸(5.1cm))轻轻缠绕条带的一面180度(一半)，确保条带围绕芯轴并且保持条带至少30秒。目视检查条带是否有纤维分离或断裂。重复使用直径渐进减小的芯轴，这些直径为5英寸、4英寸、3英寸、2英寸、1英寸、0.75英寸、0.5英寸(12.70cm、10.16cm、7.62cm、5.08cm、2.54cm、1.91cm、1.27cm)，直至观察到纤维分离或断裂。继续操作，直至肉眼可观察到断裂。如果除了无关紧要或表面的断裂，肉眼没有观察到纤维分离或断裂，则试样通过柔韧性测试。

拉伸强度测试

在根据厚度测量程序(如上所述)测量厚度后，将待测试的试样切割为一英寸(2.5cm)宽×七英寸(18cm)长的条带。将一根条带的末端夹在适当的载荷框架内的一平方英寸的气动夹持件中，使得在夹持件末端之间存在六英寸(15cm)的条带，该载荷框架能够在样板断裂点记录峰值拉伸载荷。然后以1英寸(2.54cm)/分钟的速度拉开条带，并且记录断裂之前样品所支撑的峰值载荷。拉伸强度定义为峰值载荷除以横截面积，该横截面积通过将样品的宽度乘以厚度得出。

厚度测量一般程序

校准了数字测微器以在置于圆柱形重物上时读出零英寸(0cm)，该重物置于光滑的金属底板上。圆柱形重物的基部直径为2.5英寸(6.35cm)并且具有足够的重量来施加0.712psi(4.9kPa)的压力。然后将圆柱形重物置于正在测量的试样(例如片材)上方，并且试样的厚度通过将校准的数字测微器置于重物上来确定。

制备非织造纤维材料的示例性程序

实施例1

将4000ml自来水加入一加仑的瓦林(Waring)共混机。将70g的CERAFIBER(购自乔治亚州奥古斯塔的ThermalCeramics公司(ThermalCeramics，Augusta，Georgia))添加至共混机(纤维先前已清洁为约20％的注塑物(shot)含量并在1050℃下退火)。共混机以低速工作5秒钟。将所得的浆液倒入混合容器并用空气混合器以中等速度持续搅拌，保持固体悬浮。添加1.73g的消泡剂(Foamaster111，购自新泽西州爱迪生镇的汉高公司(Henkel，EdisonNewJersey))，接着添加9.0g的乙烯-醋酸乙烯三元共聚物胶乳(商品名AIRFLEX600BP，55％重量的固体，购自空气产品公司(AirProducts))。在混合约1分钟之后添加1.5g的絮凝剂(MP9307C，购自中南化工公司(MidSouthChemical))。混合持续1至3分钟。取下混合器并将内容物倾倒至8英寸×8英寸(20.3cm×20.3cm)的片材成型器(former)或模具中并排水。片材成型器可具有，例如四个固体侧壁(尺寸为内部8英寸×8英寸)以及穿孔的底部(例如通过筛网形成)，其中穿孔的尺寸被设定成能够保留最多的(如果并非全部)来自浆液的固体，而允许水穿过。将一对吸墨纸的片材铺设在经排水的片材上方，并用擀棒碾压该经排水的片材3次后再取出，然后再将其置于吸墨纸之间以13-14psi(90-97kPa)的表面压力按压五分钟。然后在鼓风烘箱中以150℃干燥该片材10-15分钟，并在测试前于环境空气中暴露一夜进行平衡。

表2(实施例1成分的重量％)

实施例2

如以上实施例1所述制备了纤维片材，不同的是使用2000ml自来水和2000ml废水。如实施例1所述通过制备浆液获得废水，但是没有将浆液倒入片材塑模机，而是通过滤袋对该浆液进行过滤，以滤出大多数或所有固体。通过PH纸测量废水的PH，得到的值为约7.36。

如上文实施例1所述制备了实施例3、5、7、9、11、13和15，不同之处如表3和表4中所示。如上文实施例2所述制备了实施例4、6、8、10、12和14，不同之处如表3和表4中所示。

表3(组成)

*-清洁并退火

**-铝酸钠/矾(第一个数字为铝酸钠，第二个数字为矾)

表4(测试结果)

*-4″上断裂测试结果正常

**-烧化的有机物数量

***-铝酸钠和矾

其他实施方案

制备非织造纤维材料实施方案的方法

1.一种制备非织造纤维材料的方法，该方法包括：

提供第一浆液，所述第一浆液包含水(例如废水、相对洁净的水(例如常规居民用自来水、商用自来水或在商业上可接受用于浆液中并且并非废水的任何其他水))、一种或多种类型的第一无机纤维、一种或多种第一有机粘结剂以及第一中性pH絮凝剂；

分离或以其他方式从第一浆液去除(例如对第一浆液使用重力、挤压和/或施加真空或其他抽吸力)一定量的第一废水(例如在形成第一非织造纤维材料之前、期间或之后去除，或以其他方式从第一浆液去除)；

任选地由第一浆液(例如通过湿法成网造纸工艺、模塑工艺等)形成第一非织造纤维材料(例如以平整或弯曲片材形式、一件或多件式截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式)；

提供第二浆液，该第二浆液包含一定量的第一废水(例如在形成第一非织造纤维材料之前、期间或之后去除的，或以其他方式从第一浆液去除的)；任选数量的相对洁净的并非废水的水；一个或多个类型的第二无机纤维，该第二无机纤维和第一浆液中所用的那些相同和/或不同；一种或多种第二有机粘结剂，该第二有机粘结剂与第一浆液中使用的那些相同和/或不同；以及第二絮凝剂，该第二絮凝剂与第一浆液中使用的絮凝剂相同和/或不同；并且

由第二浆液(例如通过湿法成网造纸工艺、模塑工艺等)形成第二非织造纤维材料(例如以平整或弯曲片材形式、一件或多件式截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式)；

其中在第二浆液中添加第一废水不会不利地影响第二浆液中第二有机粘结剂的絮凝。例如当由于在第二浆液中使用第一废水，第二浆液没有表现出第二有机粘结剂的明显过早絮凝时，第二浆液中的第一废水可被视为没有不利地影响第二浆液中第二有机粘结剂的絮凝。

优选地，使用第一中性pH絮凝剂使得第一废水保持相对中性的pH。据信第二废水的中性pH完全或绝大程度上源自第二中性pH絮凝剂，并且第一中性pH絮凝剂在维持第二废水的中性pH上几乎没有或完全没有帮助。非织造纤维材料可为，例如平整或弯曲片材或垫形式、一件或多件式截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式。此外，非织造纤维材料能够操作地调整(即设定尺寸、构成和/或构造)，以适用于各种应用。一般来讲，所得非织造纤维材料可适合用作隔热系统、隔音物等。由于其无机材料含量，可期望在高温应用中使用非织造纤维材料，例如用在污染控制设备(例如作为安装垫、隔热系统片材或端锥插件等)中，或用作挡火物或挡火物制品的组件。然而，本发明的非织造纤维材料不一定仅限于如本文所述或所确定的那样使用。

2.根据实施方案1的方法，还包括由第一浆液形成第一非织造纤维材料。

3.根据实施方案2的方法，其中在由第一浆液形成第一非织造纤维材料期间，将一定量的第一废水分离，或以其他方式从第一浆液去除，同时将第一无机纤维形成为第一非织造纤维材料。

4.根据实施方案1至3中任一项的方法，其中第二浆液包含一定量的相对洁净的水。

5.根据实施方案1至4中任一项的方法，其中第二絮凝剂包含第二中性pH絮凝剂，该第二中性pH絮凝剂和第一浆液中使用的絮凝剂相同和/或不同，并且该方法还包括：

从第二浆液分离或以其他方式去除一定量的第二废水(例如在形成第二非织造纤维材料之前、期间或之后去除，或以其他方式从第二浆液去除)。

6.根据实施方案5的方法，其中在由第二浆液形成第二非织造纤维材料期间，将一定量的第二废水分离，或以其他方式从第二浆液去除，同时将第二无机纤维形成为第二非织造纤维材料。

7.根据实施方案1至6中任一项的方法，其中第二絮凝剂包含第二中性pH絮凝剂，该第二中性pH絮凝剂与第一浆液中使用的絮凝剂相同或不同。

8.根据实施方案1至6中任一项的方法，其中第二絮凝剂包含第二中性pH絮凝剂，该第二中性pH絮凝剂与第一浆液中使用的絮凝剂相同或不同，并且该方法还包括：

从第二浆液分离或以其他方式去除一定量的第二废水(例如在形成第二非织造纤维材料之前、期间或之后去除，或以其他方式从第二浆液去除)；

提供包含一定量的第二废水(例如在形成第二非织造纤维材料之前、期间或之后去除的，或以其他方式从第二浆液去除的)的第三浆液；任选数量的相对洁净的并非废水的水；一个或多个类型的第三无机纤维，该第三无机纤维和第二浆液中所用的那些相同和/或不同；一种或多种第三有机粘结剂，该第三有机粘结剂和第二浆液中使用的那些相同和/或不同；以及第三中性pH絮凝剂，该第三中性pH絮凝剂与第二浆液中使用的絮凝剂相同和/或不同；并且

由第三浆液(例如通过湿法成网造纸工艺、模塑工艺等)形成第三非织造纤维材料(例如以平整或弯曲片材形式、截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式)；

其中在第三浆液中添加第二废水不会不利地影响第三浆液中第三有机粘结剂的絮凝。例如当由于在第三浆液中使用第二废水，第三浆液没有表现出第三有机粘结剂的明显过早絮凝时，第三浆液中的第二废水可被视为没有不利地影响第三浆液中第三有机粘结剂的絮凝。

优选地，使用第二中性pH絮凝剂使得第二废水保持相对中性的pH。据信第三废水的中性pH完全或绝大程度上源自第三中性pH絮凝剂，并且第一和第二中性pH絮凝剂在维持第三废水的中性pH上几乎没有或完全没有帮助。

9.根据实施方案8的方法，其中第三浆液包含一定量的相对洁净的水。

10.根据实施方案8或9的方法，还包括：

从第三浆液分离或以其他方式去除一定量的第三废水(例如在形成第三非织造纤维材料之前、期间或之后去除，或以其他方式从第三浆液去除)。

11.根据实施方案10的方法，其中分离发生在由第三浆液形成第三非织造纤维材料期间(即当第三无机纤维形成为第三非织造纤维材料时)。

12.根据实施方案8至11中任一项的方法，其中第三中性pH絮凝剂和第二中性pH絮凝剂相同。

13.根据实施方案8至12中任一项的方法，其中对于每种另外的第N浆液，该方法还包括：

提供包含从先前浆液或第N-1浆液去除的一定量的废水(例如在形成先前非织造纤维材料之前、期间或之后去除的，或以其他方式从先前浆液去除的)的第N浆液；任选数量的相对洁净的并非废水的水；一个或多个类型的第N无机纤维，其与任何先前浆液中所用的那些相同和/或不同；一种或多种第N有机粘结剂，其与任何先前浆液中使用的有机粘结剂相同和/或不同；以及第N中性pH絮凝剂，其与任何先前浆液或第N-1浆液中使用的絮凝剂相同和/或不同；

由第N浆液(例如通过湿法成网造纸工艺、模塑工艺等)形成第N非织造纤维材料(例如以平整或弯曲片材形式、截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式)。

其中N为大于或等于4的整数，并且在第N浆液中添加第N-1废水不会不利地影响第N浆液中第N有机粘结剂的絮凝。

例如当由于在第N浆液中使用第N-1废水，第N浆液没有表现出第N有机粘结剂的明显过早絮凝时，第N浆液中的第N-1废水可被视为不会不利地影响第N浆液中第N有机粘结剂的絮凝。优选地，使用第N-1中性pH絮凝剂使得第N-1废水保持相对中性的pH。据信第N废水的中性pH完全或绝大程度上源自第N中性pH絮凝剂，并且使用的先前中性pH絮凝剂在维持第N废水的中性pH上几乎没有或完全没有帮助。

14.根据实施方案13的方法，其中第N浆液包含一定量的相对洁净的水。

15.根据实施方案13或14的方法，还包括：

从第N浆液分离或以其他方式去除一定量的第N废水(例如在形成第N非织造纤维材料之前、期间或之后去除，或以其他方式从第N浆液去除)。

16.根据实施方案15的方法，其中在由第N浆液形成第N非织造纤维材料期间，将一定量的第N废水分离，或以其他方式从第N浆液去除，同时将第N无机纤维形成为第N非织造纤维材料。

17.根据实施方案13至16中任一项的方法，其中第N中性pH絮凝剂和先前使用的中性pH絮凝剂(例如第N-1中性pH絮凝剂)相同。

18.根据实施方案1至17中任一项的方法，其中每种浆液中的无机纤维包含玻璃纤维、无机可生物降解的纤维、耐火陶瓷纤维以及其他陶瓷纤维中的至少一种或多种或任意组合。

19.根据实施方案1至18中任一项的方法，其中每种浆液还包含一定量的膨胀材料。此类膨胀材料可包括，例如，未膨胀的蛭石和石墨中的至少一种或多种或任意组合。

20.根据实施方案1至19中任一项的方法，其中所用非织造纤维材料的至少一种或多种，或者大多数，或者全部，为膨胀材料。

21.根据实施方案1至20中任一项的方法，其中所用非织造纤维材料的至少一种或多种，或者大多数，或者全部，包含按重量计在从约15％开始，并且以约1％为增量，至至多并且包括约70％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约20％至至多并且包括约60％)的膨胀材料。

22.根据实施方案1至21中任一项的方法，其中所用非织造纤维材料的至少一种或多种，或者大多数，或者全部，为非膨胀材料。

23.根据实施方案1至22中任一项的方法，其中所用非织造纤维材料的至少一种或多种，或者大多数，或者全部，包含按重量计在从约30％开始，并且以约1％为增量，至至多并且包括至少约85％的范围内(例如按重量计至至多并且包括至少约86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98或99％或更高)的无机纤维，但是也可使用更低重量％。

24.根据实施方案1至23中任一项的方法，其中至少一种或多种、或大多数、或全部所用浆液中的有机粘结剂包含至少一种具有阴离子基团(例如端基团和/或侧链基团)的聚合物。例如，有机粘结剂可包含丙烯酸类聚合物、乙烯基聚合物(例如包含乙烯和乙酸乙烯酯的单体的共聚物)、聚氨酯和具有阴离子基团(例如阴离子端基团和/或侧链基团)的有机硅聚合物中的一种或多种或任意组合。有机粘结剂聚合物还可包括单体共聚物，这些单体包含乙烯和乙酸乙烯酯的一种或多种或任意组合。

25.根据实施方案1至24中任一项的方法，其中至少一种或多种、或大多数、或全部所用浆液中的有机粘结剂的形式为含水阴离子稳定化的聚合物乳液(例如胶乳)。

26.根据实施方案1至25中任一项的方法，其中至少一种或多种、或大多数、或全部所用浆液中的有机粘结剂具有玻璃化转变温度，该温度在从约-60℃开始，并且以1℃为增量，至至多约30℃的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从-40℃至至多10℃)。

27.根据实施方案1至26中任一项的方法，其中至少一种或多种，或者大多数，或者全部所用非织造纤维材料的无机粘结剂含量按重量计在从约0.5％开始，并且以约0.5％为增量，至至多并且包括约15％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约0.5、1.0或1.5％至至多并且包括约3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15％)。

28.根据实施方案1至27中任一项的方法，其中所用非织造纤维材料的至少一种或多种，或者大多数，或者全部所具有的总无机成分重量按重量计在从约0.5％开始，并且以约0.5％为增量，至至多并且包括约15％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约0.5、1.0或1.5％至至多并且包括约3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15％)。该总有机成分重量可部分或完全由所用有机粘结剂提供。

29.根据实施方案1至28中任一项的方法，其中所用非织造纤维材料的至少一种或多种，或者大多数，或者全部具有的总有机成分重量小于或等于其无机纤维的总重量或非织造纤维材料总重量的9％。

30.根据实施方案1至29中任一项的方法，其中所用中性pH絮凝剂中的至少一种或多种，或者大多数，或者全部(形式相同或不同的絮凝剂)包含具有阳离子基团的有机聚合物。

31.根据实施方案1至30中任一项的方法，其中所用中性pH絮凝剂中的至少一种或多种，或者大多数，或者全部以如下量存在于其相应的浆液中，该量按有机粘结剂聚合物的重量计在从至少约1％开始，并且以1％为增量，至至多并且包括约100％的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如至少约5％、10％、15％和20％)。可期望纤维材料中的中性pH絮凝剂的重量％基于干重计小于20％。

32.根据实施方案1至31中任一项的方法，其中所用有机粘结剂中的至少一种或多种，或者大多数，或者全部包含有机聚合物，该有机聚合物与其相应中性pH絮凝剂形成反应产物。

33.根据实施方案1至32中任一项的方法，其中所用中性pH絮凝剂中的至少一种或多种，或者大多数，或者全部(例如形式为相同或不同的絮凝剂)包含金属阳离子(例如铝阳离子)。

34.根据实施方案1至33的方法，其中所用中性pH絮凝剂中的至少一种或多种，或者大多数，或者全部选自絮凝剂1至絮凝剂30，以及它们的任意组合。

35.根据实施方案1至34中任一项的方法，其中所用浆液中的至少一种或多种，或者大多数，或者全部表现出在约5.5并且以约0.1为增量(即5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4)至多并且包括约8.5的范围内，并且可在处于其间的任何范围内的pH。该实施方案举例说明了在描述指定范围时使用短语“以......为增量”的意图。

36.根据实施方案1至35中任一项的方法，其中包含废水的浆液中的至少一种或多种，或者大多数，或者全部所具有的总水含量在从至少约10％起，并且以约1％为增量，至多并且包括约100％的范围内(例如至少约10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或更多的用于制备浆液的水为废水)。

37.根据实施方案1至36中任一项的方法，其中成形工艺为湿法成网造纸工艺。

38.根据实施方案1至37中任一项的方法，其中非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种为连续平整或弯曲片材或网的形式。在形成之后，可期望片材或网根据成形工艺连续转化为各个部件，或者先缠绕成卷，然后解绕并转化。

39.根据实施方案1至38中任一项的方法，其中成形工艺还包括将非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种转化为多种非织造纤维材料结构，其中每种非织造纤维材料结构具有二维形状(例如安装垫，C形端锥隔离物或带凹口的环形端锥隔离物的形式)。

40.根据实施方案1至36中任一项的方法，其中成形工艺为浆液模塑工艺。

41.根据实施方案1至36和40中任一项的方法，其中非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种的形式为单独模塑的非织造纤维材料结构，其中每种非织造纤维材料结构具有二维或三维形状。可制备任何期望的二维或三维形状结构，包括例如二维垫或片材形式的结构(例如舌状和沟槽状安装垫、平整圆形部件等)、一件式三维截头圆锥体形端锥隔离物、多件式截头圆锥体形端锥隔离物、管形部件(例如管形安装垫)。

42.根据实施方案1至41中任一项的方法，其中非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种的形式为至少一种或多种经操作地调整(即设定尺寸、构成和/或构造)的安装垫，以用于在污染控制设备的外壳内安装污染控制元件。

43.根据实施方案1至41中任一项的方法，其中非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种的形式为至少一种或多种端锥隔离物或其他隔离物，这些隔离物经操作地调整以用在污染控制设备中。

44.根据实施方案1至41中任一项的方法，其中非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种的形式为至少一种或多种挡火物。

45.根据实施方案1至44中任一项的方法，其中由包含中性pH絮凝剂的浆液形成的非织造纤维材料中的至少一种或多种，或者大多数，或者每一种表现出如下pH，当根据材料pH测试进行测试时，该pH在约5.5并且以约0.1为增量(即5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4)至多并且包括约8.5的范围内，并且可在处于其间的任何范围内。

材料pH测试

材料pH测试涉及将50克非织造纤维材料的样品切割为12mm×12mm尺寸的块或更小的块，同时将块置于包含300ml洁净水的500ml烧杯中。将这些块浸入水下直至饱和，并且保持在水中至少一个小时，或直至无机纤维上大部分水溶性浆液成分溶解在水中。然后通过使用pH计或者通过将pH指示条(例如)浸入包含浸渍的样品块的水中，由此测试包含每个样品的水的pH。在pH指示条仍然润湿时，将pH指示条与印制在pH指示条容器上的色码比较。该测得的pH读数为样品非织造纤维材料的材料pH测试结果。

46.根据实施方案1至45中任一项的方法，其中该方法为其中每种浆液单独形成的间歇工艺。

47.根据实施方案1至46中任一项的方法，其中每种浆液的配制基于相同配方。即使基于相同配方，每种浆液的组成仍有所不同，具体取决于例如废水组成的变化以及用于每种浆液的废水量的变化。

48.根据实施方案1至47中任一项的方法，其中每种浆液的配制基于不同配方(即每种浆液的组成不同)。

非织造纤维材料实施方案

49.根据实施方案1至48中任一项的方法制备的一种非织造纤维材料(例如以平整或弯曲片材形式、一件或多件式截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式)。

50.根据实施方案49的非织造纤维材料，当根据材料pH测试进行测试时，该非织造纤维材料表现出在约5.5至至多并且包括约8.5的范围内的pH。

污染控制装置实施方案

51.一种污染控制设备，该污染控制设备包括外壳、设置在外壳内的污染控制元件；以及根据实施方案49或50的非织造纤维材料，该非织造纤维材料设置在外壳内或其外。

52.根据实施方案51的污染控制设备，其中非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种的形式为安装垫，该安装垫设置在外壳和污染控制元件之间的间隙内。

53.根据实施方案51或52的污染控制设备，其中外壳包括入口端锥区域以及出口端锥区域，至少一个或每个端锥区域包括内端锥外壳和外端锥外壳，非织造纤维材料中的至少一种或多种、或大多数、或者每种的形式为端锥隔离物，该端锥隔离物设置在内端锥外壳和外端锥外壳之间的间隙内。

挡火物实施方案

54.一种包含根据实施方案49或50的非织造纤维材料的挡火物。

浆液实施方案

55.在根据实施方案1至48中任一项的方法中使用的任一种浆液。

56.一种用于制备非织造纤维材料的浆液(例如适用于污染控制设备中或用作挡火物的那些)，该浆液包含：

从第一浆液去除的一定量的第一废水，该第一浆液包含水(例如废水、相对洁净的水(例如常规居民用自来水或商用自来水))、一种或多种类型的第一无机纤维、一种或多种第一有机粘结剂以及第一中性pH絮凝剂；

任选量的相对洁净的水(即非废水)；

一种或多种类型的第二无机纤维，该第二无机纤维和第一浆液中所用的那些相同或不同；

一种或多种第二有机粘结剂，该第二有机粘结剂和第一浆液中所用的那些相同或不同；以及

任选的第二中性pH絮凝剂，该第二中性pH絮凝剂和第一浆液中所用的那些相同或不同(例如为相同或不同絮凝剂的形式)，

其中第一中性pH絮凝剂使得第一废水保持相对中性的pH。据信废水的中性pH受中性pH絮凝剂的使用的影响。还据信第一中性pH絮凝剂可能在保持第二废水的中性pH上没有帮助。非织造纤维材料可为，例如平整或弯曲片材形式、一件或多件式截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式。此外，非织造纤维材料能够被操作地调整，从而适用于污染控制设备(例如作为安装垫、隔热系统片材或端锥插件等)或用作挡火物。

57.根据实施方案55或56的浆液，其中每种浆液中的无机纤维包含玻璃纤维和陶瓷纤维的至少一种或多种或任意组合。

58.根据实施方案55至57中任一项的浆液，其中每种浆液还包含一定量的膨胀材料。此类膨胀材料可包括，例如，未膨胀的蛭石和石墨中的至少一种或多种或任意组合。

59.根据实施方案55至58中任一项的浆液，其中至少第一有机粘结剂，或者第一和第二有机粘结剂中的每一个，包含至少一种具有阴离子基团(例如端基团和/或侧链基团)的聚合物。例如，有机粘结剂可包含丙烯酸类聚合物、乙烯基聚合物(例如包含乙烯和乙酸乙烯酯的单体的共聚物)、聚氨酯和具有阴离子基团(例如阴离子端基团和/或侧链基团)的有机硅聚合物中的一种或多种或任意组合。有机粘结剂聚合物还可包括单体共聚物，所述单体包含乙烯和乙酸乙烯酯的一种或多种或任意组合。

60.根据实施方案55至59中任一项的浆液，其中第一有机粘结剂，或者第一和第二有机粘结剂中的每一个的形式为含水阴离子稳定化的聚合物乳液(例如胶乳)。

61.根据实施方案55至60中任一项的浆液，其中第一有机粘结剂，或者第一和第二有机粘结剂中的每一个可具有玻璃化转变温度，该温度例如在从约-60℃开始，并且以1℃为增量，至至多约30℃的范围内，并且可在处于其间的任何范围内(例如从-40℃至至多15℃或至至多10℃)。

62.根据实施方案55至61中任一项的浆液，其中至少第一中性pH絮凝剂，或者第一和第二中性pH絮凝剂中的每一个(形式相同或不同的絮凝剂)包含具有阳离子基团的有机聚合物。

63.根据实施方案55至62中任一项的浆液，其中至少第一中性pH絮凝剂，或者第一和第二中性pH絮凝剂中的每一个可存在于其相应的浆液中，存在的量按浆液固体成分干重计(即并非水)为从至少约0.1％开始，并且以0.1％为增量，至至多并且包括约15％，并且可在处于其间的任何范围内(例如从约0.5％至至多约10％)。

64.根据实施方案55至63中任一项的浆液，其中至少第一有机粘结剂，或者第一和第二有机粘结剂中的每一个包含有机聚合物，该有机聚合物用其相应中性pH絮凝剂形成反应产物。

65.根据实施方案55至64中任一项的浆液，其中至少第一中性pH絮凝剂，或者第一和第二中性pH絮凝剂中的每一个(形式相同或不同的絮凝剂)还包含金属阳离子(例如铝阳离子)。

66.根据实施方案55至65中任一项的浆液，其中絮凝剂选自絮凝剂1至絮凝剂30以及它们的任意组合。

67.根据实施方案55至66中任一项的浆液，其中每种浆液表现出的pH在约5.5并且以约0.1为增量(即5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4)至多并且包括约8.5的范围内，并且可在处于其间的任何范围内。

68.根据实施方案55至67中任一项的浆液，其中包含废水的每种浆液所具有的总水含量在从至少约10％，并且以约1％为增量，至多并且包括约100％的范围内(例如至少约10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或更多的用于制备浆液的水为废水)。

69.根据实施方案55至68中任一项的浆液，该浆液还包含一定量的相对洁净的水(即非废水)。

70.根据实施方案55至69中任一项的浆液，该浆液还包含第二中性pH絮凝剂，该第二中性pH絮凝剂和第一浆液中使用的絮凝剂相同或不同。

非织造纤维材料实施方案

71.一种使用根据实施方案55至70中任一项的浆液形成的非织造纤维材料(例如以平整或弯曲片材形式、一件或多件式截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式)。

72.根据实施方案71的非织造纤维材料，该非织造纤维材料的形式为平整或弯曲片材形式、一件或多件式截头圆锥体形式或任何其他所需的二维或三维形状的形式。

73.根据实施方案71或72的非织造纤维材料，当根据材料pH测试进行测试时，该非织造纤维材料表现出在约5.5至至多并且包括约8.5的范围内的pH。

在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可对本发明进行各种修改和更改。因此，本发明并不局限于上述实施方案，而是受下述权利要求及其任何等同形式中提及的限制的约束。本发明可在不存在本文中未具体描述的任一元件的情况下适当地实施。