JP6042898B2

JP6042898B2 - 多層多孔質複合材

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Publication number: JP6042898B2
Application number: JP2014535735A
Authority: JP
Inventors: ピー．ハープゲイリー; シュローターマルク
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: US10343085B2; US20130092639A1; EP2766107A4; CA2851790A1; CA2851790C; EP2766107A1; EP2766107B1; JP2015502833A; WO2013055525A1; CN103987445B; CN103987445A

Description

本発明は、信頼性の高い燃料精製に有用な多層多孔質複合材に関する。特に、本発明は、中間留分燃料、例えばフィッシャー・トロプシュ燃料、バイオディーゼル及びこれらのブレンド物を含めたディーゼル燃料、ジェット燃料、ケロシン及び同様の燃料からの一貫性があり且つ信頼性のある粒子の除去及び乳化水の耐久性の高い除去に有用な多層多孔質複合材に関する。

様々な経済的、政治的及び環境的な理由から、燃料効率がより高く、低公害性且つより持続可能な燃料源を求める流れがあった。この流れは中間留分燃料の燃料組成及び化学反応における変化、新しい高精度エンジン設計並びにバイオ燃料及びそのブレンド物の使用をもたらした。このような傾向は、例えば"Filtration Solutions for High Pressure Common Rail Fuel Systems," Barry Verdegan, Abby True-Dahl, William Haberkamp, Norm Blizard, David Genter, and Eric Quillen, American Filtration & Separation Society Annual Conference, May 19-22 (2008), Valley Forge, PAにおいて論じられている。その結果、新しい燃料は、より高い含水量、水に対するより低い界面張力を有することが多く、今ではポンプ輸送時のせん断により極微細な水滴の安定したエマルションをすぐに形成してしまう。加えて、より新しい精密エンジン設計は極めて繊細であり、容易に損傷を受ける。遊離の水滴の形態で存在する場合に燃料の含水量が高いと潤滑性が低下して、損傷を引き起こす場合がある。さらに、４〜２０マイクロメートル以下のサイズの懸濁微粒子は、摩損の大きな原因になり得る。これらのことからより高い燃料純度が求められており、これには耐久性が高く、長期にわたって使用可能な燃料フィルター、水分離装置及びこれらを構成する多孔質濾過複合材を必要とする。これらのフィルターは、中間留分燃料を自動車、トラック運送、海洋及び航空宇宙市場を含むがこれらに限定されない燃焼機関において使用する様々な用途で使用することができる。

これらの用途での利用が公知である濾過材には、広範囲にわたる多孔質複合材料が含まれる。実際に最も良く用いられる多孔質複合濾過材は、繊維状ポリマー不織布、マイクロファイバーガラスを含有するものを含めたセルロース又は紙の不織布及び織物を含んでなる。上記の濾過材の多くが疎水性コーティングも含む。例には、完全及び部分的にフッ素化されたポリマー及び延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）を含めた繊維性及び非繊維性の精密ろ過膜もある。

しかしながら、これらの多孔質複合材料は、耐久性が高く、寿命が長く、水と微粒子とを分離するという高まるニーズに応えることができない。具体的には、水及び微細な微粒子を、界面張力低下剤及び界面活性剤を含む新しい燃料組成物及び化学反応において新しいエンジンを保護するのに十分な純度レベルまで除去可能な多孔質複合材へのニーズがある。米国特許第５９０４８４５号、第７９３８９６３号、米国特許出願公開第２００９０１７８９７０号は、微細繊維状複合不織布及び織物の組み合わせを含む試みの例を提供する。これらの試みでは、新しい燃料において、添加剤及び界面活性剤の存在下で乳化水を十分に除去することができない。加えて、これらの試みは、耐久性に欠け且つ時間の経過と共に劣化する疎水性処理を含むことが多い。対照的に、例えば米国特許出願公開第２００８／０１０５６２９−Ａ１号明細書に記載されているｅＰＴＦＥマイクロフィルターは乳化水を十分な耐久性をもって除去することができるが、微粒子の存在下においてすぐに目詰まりを起こすことからフィルターを通過する液体の量が減少する又は液体が通過できなくなり、フィルターが使用不能になることが明らかとなっている。対照的に、米国特許第６７６４５９８号明細書及び米国特許第７２８５２０９号明細書に記載のｅＰＴＦＥは目詰まりの防止に常に効果的というわけではなく、また目詰まりを起こりにくくするための、複合材表面を横断するスイープ流（sweep flow）をもたらすための再循環を必要とする複雑な装置を要する。したがって、ｅＰＴＦＥを用いる公知の提案されている解決策には目詰まりに関係した問題点があり、また実用には限界がある。

重要なことは、水滴を燃料から濾過することに関する既存の技術の多くが、「コアレッサー」の使用を伴う。コアレッサーは、微細な液滴をコアレッサーの材料に通過させ、これらの微細な水滴が互いに合流又は合体するように促すことで燃料から水を除去する。したがって、水はより大きな粒子又は液滴を形成し、その結果、例えば重力により、燃料から落下するのに十分な重さとなる。水に材料を通過させて微細な粒径からより大きな粒径になるように促すことで水を燃料から分離するこのアプローチは実際、本発明から遠ざかる内容を教示している。本発明の教示では、微細な水滴及びより大きな水滴の両方を、これらに微細分離層を通過させるのではなく、その表面で排斥する。

米国特許第５９０４８４５号明細書米国特許第７９３８９６３号明細書米国特許出願公開第２００９０１７８９７０号明細書米国特許出願公開第２００８／０１０５６２９−Ａ１号明細書米国特許第６７６４５９８号明細書米国特許第７２８５２０９号明細書

Solutions for High Pressure Common Rail Fuel Systems," Barry Verdegan, Abby True-Dahl, William Haberkamp, Norm Blizard, David Genter, and Eric Quillen, American Filtration & Separation Society Annual Conference, May 19-22 (2008), Valley Forge, PA

出願人は、粒子及び液滴を流れからより大きなものから小さなものに向かって濾過すると、水及び微粒子を効率的且つ耐久性高く燃料流から除去できることを発見した。すなわち、より大きい微粒子を燃料流から濾過すると相対的に微粒子非含有である流れが水分離装置に送られることから、分離工程が劇的且つ驚くべきほどより効率的且つ耐久性高くなる。本発明の水分離装置は、極めて微細な水滴の流れでさえブロックして、濾過材を通過させたりより大きな粒子へと合体させることなく、水滴が燃料流中を流れ続けることを防止する。

本発明は、不織布濾過材層が、疎水性微孔質膜に、多層多孔質複合材が水及び微粒子を、低界面張力の新しい燃料における目詰まりへの相当な耐性をもって効果的に分離するような距離を置いて取り付けられた多層複合材を提供する。本明細書において、「複合材」は、２種以上の異なる材料を含んでなるボディを意味する。本明細書で使用の「層」は、固形の材料の組成又は固体の構造に基づいて隣接するボディとは実質的に区別できる有限な厚さのボディを意味する。材料には「多孔質不織布濾過材」が含まれ、本明細書においてこれは複数の繊維又はマイクロファイバー又はナノファイバー又はこれらの組み合わせを含んでなるボディ又はマットを意味し、このボディの体積は、固体及び流体の両方の領域を含んでなる。材料には「疎水性微孔質膜」も含まれ、本明細書においては、好ましくは不織材等の別の支持体層を伴う多孔質ポリマーフィルムが含まれる。本明細書で使用の「疎水性」は、Souheng. Wu "Polymer Interface and Adhesion" CRC Press 1982 Chapter 5 table 5.1 p.170-171. ISBN 0824715330（参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているようなジスマン法で求める固体表面エネルギー又は表面張力が２５ｍＮ／ｍ（又はダイン／ｃｍ）未満のベース材料を有する膜を意味する。本明細書で使用の「多孔質膜」は、５０〜０．１マイクロメートルのサイズ範囲の最大孔径を有する膜を意味する。複合材は多層であり、これは複合材が２層以上を含んでなることを意味する。複合材の層は共に空間に固定されているが、疎水性層の表面積で割った層に隣接した体積で表される距離で互いに隔てられている。本明細書において「固定」は、層が所定の位置に機械的に保持されることを意味する。ここでの分離距離は、著しい非固体組成を有するボイド空間を含んでなる。

本発明の更なる態様において、出願人は、微孔質膜の表面が、膜と繊維不織布との複合体ラミネートとして具現化された場合に、多孔質不織布濾過材層に向かう上流に面さなくてはいけないことが重要であることを発見した。更に、複合材の膜面は、微細繊維不織布の存在により比較的遮られていないべきである。すなわち、微孔質膜が膜と不織布とのラミネートを含んでなる場合、このラミネートの膜層は上流に面さなくてはならず、ラミネートの不織布層ではない。この発見は、ラミネートの方向を指定していない米国特許出願公開第２００８／０１０５６２９−Ａ１号の教示とは対照的である。

本発明の更なる態様において、乳化水を目詰まりなしで分離する効果的な機能に関して、複合材の層間に必要な距離は、式：

によって表され、式中、Ｖは疎水性微孔質膜層のフィルター面積及び層間最小直線距離又は最小分離距離がゼロである場合の層間平均分離距離に等しい高さによって規定される正方形又は長方形のベースを有するボディによって表される体積であり、ＳＡは疎水性微孔質膜層の最上部面を覆う幾何学形状面のフィルター表面積であり、Ｃは０．０１２３８（メートル／秒）に等しい数値定数であり、μは（グラム／メートル秒）での流体の動的粘度であり、ｇは重力定数９．８（メートル／秒２乗）であり、Δρは中間留分燃料と水相との（グラム／立方メートル）での密度における差である。

微孔質疎水性膜を含む公知の複合材とは対照的に、本明細書に記載の複合材は、複合材表面を横断するスイープ流の支援なしに水及び粒子による目詰まりに耐性がある。ここで、スイープ流とは、フィルター表面の平面に対して主に垂直な流れとして定義される。更に、濾過材固定分離疎水性層の本発明の複合材は、濾過材層を横断するスイープ流の存在下では効果的に機能しない。具体的には、多層複合材において上流側に多孔質不織布層があると水が取り込まれ、燃料中の水の分離に使用する疎水性微孔質膜の表面を横断するスイープ流の必要性だけではなくそのプラス効果を打ち消してしまうことが判明した。

本発明の例示的な実施形態の側方断面図である。本明細書における実施例及び比較例を試験するために使用する装置の概略図である。本明細書における実施例及び比較例を試験するために使用する装置の概略図である。本発明の別の例示的な実施形態の側方断面図である。本発明の別の例示的な実施形態の側方断面図である。本発明の別の例示的な実施形態の側面図である。図６Ａの例示的な実施形態の側方断面図である。本発明の実施例及び比較例の試験の結果を示すグラフである。

本発明は、不織布濾過材層が空間に固定され且つ多層多孔質複合材が水及び微粒子を低界面張力の新しい燃料における目詰まりへの相当な耐性をもって耐久性高く効果的に分離するように、複合材層の体積／平均表面積によって表される距離を置いて疎水性微孔質膜から隔てられている多層複合材の使用に関する。本発明は、多層多孔質複合材、複合材構造体及び物品における使用方法並びに商業用途が含まれる。

「多孔質濾過材」としての使用に適した材料は、有機又は無機組成のいずれの多孔質織物又は不織材料にもなり得る。不織材料が好ましい。不織布が繊維状又はマイクロファイバー状又はナノファイバー状の場合、不織布は、フィラー、バインダー、コーティング及び／又はシリコーン若しくはフルオロポリマー分散物を含んでなるものを含むがこれらに限定されない滑らかなコーティングを含めた、繊維以外の他の材料を含有することができる。適切な不織布には合成ポリマー、天然ポリマー及び無機又はガラスファイバーが含まれる。これらは、メルトブロー式材料、スパンボンド式材料、湿式材料、エレクトロメルトブロー式材料、エレクトロスピン式材料及びこれらの複合材を含むがこれらに限定されない一般的な不織布に分類することができる。これらの不織布は、溶融押出、エアジェットを使用した溶融押出、溶剤紡糸、繊維及びヤーンのタウイング（towing）、カーディング、ニードルパンチング、ハイドロエンタングルメント、ファイバースプリッティング（fibersplitting）、ウェットレイ（wet laying）、ドライレイ（drylaying）、ペースト押出、穿孔、延伸及び不織布製造の当業者に公知の他の手段を含むがこれらに限定されない方法で製造及び加工することができる。

疎水性微孔質フィルムとしての使用に適した材料は、以下に限定するものではないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、任意の三級又は四級モノマー、例えばメチル、エチル又はプロピルパーフルオロビニルエーテル、フッ化ビニリデン、エチレン及びプロピレンを含んでなるコポリマーを含み得る。これらの材料の例には、以下に限定するものではないが、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー（ＰＦＡ）等として流通している材料が含まれる。より好ましくは、疎水性微孔質フィルムは、ペースト押出、溶融押出又はこれらの技法の組み合わせとそれに続く微孔質膜を製造するための押し出しした材料又はその複合材の延伸を経て製造されるものである。好ましくは、これらは、米国特許第３９５３５６６号明細書、第３９６２１５３号明細書、第５８１４４０５号明細書、第７３０６７２９号明細書（参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているような微孔質延伸ＰＴＦＥ、その膜及びそのラミネートを含んでなるフィルター材料を含む。代替の実施形態において、微孔質膜は、膜層（上述したようなもの）及び支持体層、例えば不織繊維の複合材である。

効果的な機能を達成するためには、層を、疎水性層の体積／表面積で表される平均距離で隔てるべきである。さらに、この分離が

の関係にある関係を満たさなくてはならないことが判明し、式中、Ｖは疎水性微孔質膜層のフィルター面積及び層間最小直線距離又は最小分離距離がゼロである場合の層間平均分離距離に等しい高さによって規定される正方形又は長方形のベースを有するボディによって表される体積であり、ＳＡは疎水性微孔質膜層の最上部面を覆う幾何学形状面のフィルター表面積であり、Ｃは０．０１２３８（メートル／秒）に等しい数値定数であり、μは（グラム／メートル秒）での流体の動的粘度であり、ｇは重力定数９．８（メートル／秒２乗）であり、Δρは中間留分燃料と水相との（グラム／立方メートル）での密度における差である。層は上記の平均距離でもって隔てられているべきであるが、層は接触し得る又は直接接触若しくは空間における取り付けの１つ以上の地点を共有し得る。代替の実施形態において、層は連続的に配置した平面形態又は同心円状に配置された管状形態にある。また別の代替案において、層の一方又は両方にプリーツ加工を施す。

層は空間中に固定又は機械的に保持されるべきである。これは、当該分野で公知のいずれの手段によっても達成し得て、層状材料の縁部をキャップ又は取付具中のポッティング材料又は接着剤に封入する、層をラミネーション又は成型された、機械加工された、押出成形された、リソグラフ印刷された若しくは層間の他の構造用支持体スペーサの使用を介して機械的に固定剛性支持体に取り付けることを含むがこれらに限定されない。ポッティングに適した化合物又は接着剤には、ポリウレタン、シリコーン、プラスチゾル、エポキシ、フェノール樹脂系及び当業者に公知の他の組成物が含まれる。構造用支持体に適した材料には、アルミニウム、ナイロン、ガラス入りナイロン及び当業者に公知の他の材料が含まれる。

本発明の例示的な実施形態を図１に示す。この例示的な実施形態において、多孔質不織布濾過材１０（この実施形態においてはセルロース不織布）は疎水性微孔質膜１１（この実施形態においては、繊維不織布にラミネートしたｅＰＴＦＥのフィルム）に隣接して配置されているが、疎水性微孔質膜１１とは環状ガスケット１２で隔てられている（図１に示す他の任意の構成要素は以下の実施例１に記載の試験装置に関係している）。

本発明の実施態様の一部を以下の項目［１］−［４０］に記載する。
［１］
水を水／ディーゼル燃料混合物から分離する方法であって、
（ａ）多孔質濾過材層を設けるステップと、
（ｂ）前記混合物がＩＳＯ４４０６清浄度レベル１７／１５／１１以上に清浄化されるように該混合物を前記多孔質濾過材で濾過するステップと、
（ｃ）疎水性微孔質層を設けるステップと、
（ｄ）前記濾過ステップに続いて、前記疎水性微孔質層を使用して水を前記清浄化された水／ディーゼル燃料混合物から少なくとも５５％の水分離効率で除去するステップとを含んでなる
ことを特徴とする方法。
[２]
前記水分離効率が少なくとも６５％である、項目１に記載の方法。
[３]
前記水分離効率が少なくとも７５％である、項目１に記載の方法。
[４]
前記水分離効率が少なくとも８５％である、項目１に記載の方法。
[５]
前記水分離効率が少なくとも９３％である、項目１に記載の方法。
[６]
前記疎水性微孔質層が微孔質フルオロポリマー膜を含んでなる、項目１に記載の方法。
[７]
前記疎水性微孔質層が、延伸ポリテトラフルオロエチレンと支持体との複合材を含んでなる、項目１に記載の方法。
[８]
前記疎水性微孔質層が、延伸ポリテトラフルオロエチレンと不織布支持体との複合材を含んでなる、項目１に記載の方法。
[９]
前記多孔質濾過材層及び前記疎水性微孔質層が、前記層間のＶ／ＳＡが関係：

（式中、Ｖは疎水性微孔質膜層のフィルター面積及び層間最小直線距離又は最小分離距離がゼロである場合の層間平均分離距離に等しい高さによって規定される正方形又は長方形のベースを有するボディによって表される体積であり、ＳＡは疎水性微孔質膜層の最上部面を覆う幾何学形状面のフィルター表面積であり、Ｃは０．０１２３８（メートル／秒）に等しい数値定数であり、μは（グラム／メートル秒）での流体の動的粘度であり、ｇは重力定数９．８（メートル／秒２乗）であり、Δρは中間留分燃料と水相との（グラム／立方メートル）での密度における差である）を満たすように前記水／ディーゼル燃料混合物の流路に配置される、項目１に記載の方法。
[１０]
水がマイクロエマルション化した燃料の流路において耐久性が高く、目詰まりしない水分離を行う多層多孔質複合材であって、
（ａ）濾過材層と、
（ｂ）疎水性微孔質層と、
（ｃ）関係：

（式中、Ｖは疎水性微孔質膜層のフィルター面積及び層間最小直線距離又は最小分離距離がゼロである場合の層間平均分離距離に等しい高さによって規定される正方形又は長方形のベースを有するボディによって表される体積であり、ＳＡは疎水性微孔質膜層の最上部面を覆う幾何学形状面のフィルター表面積であり、Ｃは０．０１２３８（メートル／秒）に等しい数値定数であり、μは（グラム／メートル秒）での流体の動的粘度であり、ｇは重力定数９．８（メートル／秒２乗）であり、Δρは中間留分燃料と水相との（グラム／立方メートル）での密度における差である）を満たす層間の分離Ｖ／ＳＡとを含んでなる
ことを特徴とする多層多孔質複合材。
[１１]
前記濾過材層が不織布である、項目１０に記載の複合材。
[１２]
前記濾過材層が、ＩＳＯ４４０６清浄度レベル１７／１５／１１以上を有する濾液をもたらす不織布である、項目１１に記載の複合材。
[１３]
前記濾過材層が、ＩＳＯ４４０６清浄度レベル１５／１３／１０以上を有する濾液をもたらす不織布である、項目１１に記載の複合材。
[１４]
前記濾過材層が、セルロースの微細繊維を含んでなる不織布である、項目１２に記載の複合材。
[１５]
前記濾過材層がメルトブローポリエステル微細繊維を含んでなる不織布である、項目１２に記載の複合材。
[１６]
前記濾過材層がマイクロガラス微細繊維を含んでなる不織布である、項目１２に記載の複合材。
[１７]
前記濾過材層が、セルロース、ポリエステル及びマイクロガラス微細繊維の組み合わせを含んでなる不織布である、項目１２に記載の複合材。
[１８]
前記濾過材層が、複数の微細繊維層を含んでなる不織布である、項目１２に記載の複合材。
[１９]
前記疎水性多孔質層が疎水性微孔質膜を含んでなる、項目１０に記載の複合材。
[２０]
前記疎水性多孔質層がｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、項目１９に記載の複合材。
[２１]
前記疎水性多孔質層が、最大孔径０．１〜５０マイクロメートルのｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、項目２０に記載の複合材。
[２２]
前記疎水性多孔質層が、ｅＰＴＦＥ膜ラミネートを含んでなる、項目１９に記載の複合材。
[２３]
前記疎水性多孔質層が、不織布にラミネートされたｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、項目２２に記載の複合材。
[２４]
前記疎水性多孔質層が、微細繊維不織布にラミネートされたｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、項目２３に記載の複合材。
[２５]
前記ラミネートがフレージャー透気度１〜５０を有する、項目２２に記載の複合材。
[２６]
前記ラミネートがフレージャー透気度１〜２０を有する、項目２２に記載の複合材。
[２７]
前記ラミネートがフレージャー透気度１〜１０を有する、項目２２に記載の複合材。
[２８]
前記ラミネートの前記ｅＰＴＦＥ膜が前記流路において前記不織布より前にくる、項目２３に記載の複合材。
[２９]
前記Ｖ／ＳＡがポッティングにより固定される、項目１０に記載の複合材。
[３０]
前記Ｖ／ＳＡが接着剤による接着により保持固定される、項目１０に記載の複合材。
[３１]
前記Ｖ／ＳＡが固体スペーサーによって保持固定される、項目１０に記載の複合材。
[３２]
層間の前記Ｖ／ＳＡが関係：

を満たす、項目１０に記載の複合材。
[３３]
層間の前記Ｖ／ＳＡが関係：

を満たす、項目１０に記載の複合材。
[３４]
目詰まりすることなく少なくとも１６．４８ｍｇ／ｃｍ ² Ａ３ダストの耐久性の高い微粒子除去を示す、項目１０に記載の複合材。
[３５]
項目１０に記載の複合材を含んでなる自動車燃料フィルター。
[３６]
項目１０に記載の複合材を含んでなる航空宇宙燃料フィルター。
[３７]
項目１０に記載の複合材を含んでなる宇宙船燃料フィルター。
[３８]
無極性有機液状混合物から不混和性極性液体を分離する方法であって、
（ａ）多孔質濾過材層を設けるステップと、
（ｂ）前記混合物がＩＳＯ４４０６清浄度レベル１７／１５／１１以上に清浄化されるように該混合物を前記多孔質濾過材で濾過するステップと、
（ｃ）疎水性微孔質層を設けるステップと、
（ｄ）前記濾過ステップに続いて、前記疎水性微孔質層を使用して該極性液体を前記清浄化された有機液状混合物から少なくとも５５％の分離効率で除去するステップとを含んでなる
ことを特徴とする方法。
[３９]
前記極性液体分離効率が少なくとも９３％である、項目３８に記載の方法。
[４０]
前記疎水性微孔質層がｅＰＴＦＥ膜と支持体との複合材である、項目３８に記載の方法。

以下の実施例及び比較例は本発明の例示及び説明を目的としたものであり、いかなる形であっても本発明を限定するものではない。それどころか、本発明は、付随する請求項で定義される全範囲を与えられる。

試験方法
界面張力の測定
試験燃料の水に対する界面張力を、DuNoyリング引き上げ法により、Kruss Laboratory Desktop Software version 2.0.0.2207を動かすKruss K12 hardware bios version 4.04を使用して測定した。DuNoyリング浸漬を、火炎処理したKruss標準プラチナリング及びソフトウェアデフォルト浸漬パラメータで行った。MilliQ system社の１８ＭＯ抵抗を有するＲＯ脱イオン水をこれらの試験に使用した。

厚さ測定
膜厚を、厚さスナップゲージ（Mitutoyo社、オーロラ、イリノイ）のフットとペデスタルとの間にサンプルを据えることで測定した。

フレージャー測定
フレージャー透過性値は、試験サンプルをまたいだ水柱１２．７ｍｍの差圧低下での１分あたりの立方フィート／平方フィートサンプル面積の空気流量である。透気度を、試験サンプルを、直径１７．２ｃｍ（面積２３２平方センチメートル）の円形開口部をもたらす環状ガスケットを備えたフランジ付き取付具に固締することで測定した。サンプル取付具の上流側を、乾燥圧縮空気源と一列で流量計と接続した。サンプル取付具の下流側は大気に開放された。サンプルを通る流量を測定し、フレージャー数として記録した。

バブルポイント測定
バブルポイント及び平均流れ孔径（mean flow pore size）を、Capillary Flow Porometer(モデル：CFP 1500 AEXL、Porous Materials社、イサカ、Ｎ．Ｙ．）を使用して、ＡＳＴＭＦ３１６−０３の一般的な教示に従って測定した。サンプル膜をサンプルチャンバに入れ、表面張力１９．１ダイン／ｃｍを有するSilWick Silicone Fluid（Porous Materials社から入手可能)で濡らした。サンプルチャンバの下部クランプは直径２．５４ｃｍ、厚さ３．１７５ｍｍの多孔質金属ディスクインサート（Mott Metallurgical社、ファーミントン、コネチカット、４０マイクロメートル多孔質金属ディスク）を有し、サンプルチャンバの上部クランプは直径３．１７５ｍｍの孔を有した。Capwin software version 6.74.70を使用して、以下のパラメータを、すぐ下の表で指定した通りに設定した。

燃料水分離試験
サンプルを、mahew tools社のダイパンチ及びポリエチレンカッティングボードを使用して１インチ外径にダイカットした。単層サンプルをAdvantec PP25フィルターホルダー（Sterlitech社、ケント、ワシントンから入手可能）に又は多層サンプルを改良型Advantec PP25フィルターホルダーに、図１のステンレススチールキャップスクリュークロージャーで装填した。具体的には、図示の試験構成において、サンプル（図示したように、不織布１０はｅＰＴＦＥラミネート１１に隣接しているが、環状ガスケット１２によって隔てられている）は、ステンレススチールクロージャー１５、サポートスクリーン１６（Advantec 540101）及びアウトレットベース１７（Advantec 540103）間にキャップスクリュー１８によって固締される。インレットキャップ（Advantec 540102）及びＯリング（Advantec 540107）は試験サンプル上に配置される。多層サンプルの場合、GORE（登録商標）GR Sheet Gasketing（W.L. Gore and Associates社、ニューアーク、ＤＥから入手可能）の環状ガスケットを使用してサンプルを、１．５ｍｍを越える厚さに積層した層間のガスケットでシールした。次に、サンプルフィルターホルダー２０を図２に図示の装置に取り付けた。ビーカー２４内の燃料に沈めたチューブ２３を装着したフィルターホルダー２０を三方バルブ２２（Coleparmer EW-3120080、Coleparmer社、ヴァーノンヒルズ、イリノイから入手可能）に取り付けた。バルブ２２を水を充填した蓄圧器２６（Integrated Dispensing solutions PNs 8880297及び8880365、Integrated Dispensing Solutions社、アゴーラヒルズ、カリフォルニアから入手可能）及びディーゼルを充填したシリンジ２１（Coleparmer EW073964）に連結した。蓄圧器２６に、１００ｐｓｉのハウス圧縮空気２７を送り込むmarsh bellowframタイプ４１レギュレータ２８（Coleparmer、P/N:EW6882522）を使用して圧縮空気で手動で加圧し、圧力を、レギュレータ横のデジタル表示の圧力計２９を使用してモニタし、同時に４ｋｇまで測定でき、０．１ｇまで読み取れる電子天秤２５で質量出力をモニタした。三方バルブ２２をシリンジ２１及びフィルターホルダー２０に対して開放するが、水の入った蓄圧器２６に対して閉鎖した。次に、サンプルに、水に対する界面張力＝２１ｍＮ／ｍ、粘度３．０２センチポイズ、密度＝０．８２９ｇ／ｃｍ³（Shell Service Station社から購入、#57543696405、エルクトン、メリーランド）を有する１０ｍｌのディーゼル燃料を手動でフラッシングした。次に、三方バルブ２２を水の入った蓄圧器２６及びフィルター２０に対して開放し、ディーゼルシリンジ２１に対して閉鎖した。次に、レギュレータ２８を使用して、水の入った蓄圧器２６を、圧縮空気２７で１．５ｐｓｉまで加圧した。観察される質量増加に基づき連続した水流を示さなかったサンプルは、この試験に合格したとみなされた。連続した水量を示したサンプルは不合格とみなされた。

粒子詰まり試験
夾雑物及びダストへの生涯を通じての実際の曝露をシミュレーションするために、濾過材サンプルに、０．３５リットルのダストスラリーを使用して定圧４ＰＳＩで負荷をかけた。１５分後にこのダストスラリーの濾過が完了していないことは、フィルターが目詰まりしていることを示す。フィルターに、図３の装置で負荷をかけた。試験ダストスラリーを、まず界面活性剤グリセロールモノオレエートＰＮＧ１０１７ＣＡＳ２５４９６−７２−４（Spectrum Chemical社、ガーデナ、カリフォルニアから入手可能）を濃度１０００ｐｐｍで、水に対する初期界面張力＝２１ｍＮ/ｍ、粘度３．０２センチポイズ、密度＝０．８２９ｇ／ｃｍ³（Shell Service Station社から入手可能、#57543696405、エルクトン、メリーランド）を有する、試験燃料貯留部３１内のディーゼル燃料に溶解させることで生成し、試験燃料貯留部３１は、テフロンマグネチック撹拌子３３を備えたガラスビーカー３２を含んでなり、これらは全てマグネチック撹拌プレート３４上にある。次に、１５０ｍｇのＩＳＯＡ１細粒グレード試験ダストであるPowder Technology Incorporated社のグレードＩＳＯ１２１０３−１（Powder Technology Incorporated社、バーンズヴィル、ミネソタから入手可能）を界面活性剤含有燃料に懸濁させた。界面活性剤は、試験ダストを安定させ、また凝集を防止するために必要である。Malvern Insitec L（Malvern Instruments社、ウェストボロー、マサチューセッツから入手可能）を使用した体積粒径分布の別々の光散乱測定は、製造業者が公表している分布（http://www.powdertechnologyinc.com/products/test-dust/test-dust.php).に合致した液体懸濁粒径分布を示す。試験ダストを、ベントスクリューに代わるルアーアダプタomega FT612及びストップコックomega FT6021（Omega社、スタンフォード、コネチカットから入手可能）を備えた円形47 mm Pall/Gellman 2220サンプルフィルターホルダー３０（Optics Planet社、ノースブルック、イリノイから入手可能）に投入した。この試験のために、サンプルを図４に図示するように構築した。２ｍｍの極薄ＴＨＶの３枚のディスク４４を外径１７／８インチ、内径３／１６インチにダイカットした。厚さ０．２５ｍｍの両面テープMcMastercarr 77185824（McMasterCarr社、プリンストン、ニュージャージーから入手可能）の２枚のディスクを、外径１７／８インチ、内径１３／１６インチにダイカットした。以下の積層物も、上から下に向かって：ＴＨＶ４４、テープ、不織布フィルター層４１、Ｏリング４３、ＴＨＶ４４、ｅＰＴＦＥラミネート４２、テープ、ＴＨＶ４４から形成した。使用したＯリングは、McMastercarr社、パーツ番号９２６２Ｋ６８９のmetric buna-NＯリング、幅２ｍｍ、内径３５．５ｍｍであった。次に、サンプル全体を、Ｓ／Ｎ番号３３９３−６９６のプレス、Carver油圧ユニットモデル＃３３９３内に配置した。サンプルを２枚の金属プレート間に配置し、次にプレス内に配置した。サンプルに１０００ｌｂｓの付加を１分間にわたってかけた。サンプルをプレスから速やかに取り外した。サンプルを、金属プレート上で１〜２分間にわたって冷却した。次に、サンプルをプレートから取り外した。次に、シールが上部ＴＨＶ層と下部ＴＨＶ層との間に見られた。ＴＨＶの仕様はTHV ultra thin 221 Dureflex Roll No.-U8CFQ03914、プロダクトPT9101A NTB NATS、P/O 10624266、S/O 40989（Bayer Material Science社、ワトリー、マサチューセッツから入手可能である）であった。次に、この複合材サンプルを、インレット４７及びアウトレット４８を備えたフィルターホルダー４６内に配置した。プレスを１７５°Ｆまで加熱した。このやり方で準備したサンプルのサンプル形状を図４に示す。不織布層とｅＰＴＦＥラミネート層との分離距離は、全てのサンプルにおいて１．５ｍｍより大きいことに留意されたい。単層サンプルの場合、内径１３／１６インチのGORE（登録商標）GR Sheet Gasketing（W.L. Gore and Associates社、ニューアーク、ＤＥから入手可能）の環状ガスケットをサンプルのシールに使用した。ダスト燃料スラリーを、３．５Ｌのガラスビーカー３２において持続的に撹拌しながら懸濁させ、これを加圧可能なペイントタンク内に配置した。タンクを、１００ＰＳＩのハウス圧縮空気３５を送り込むbellowframタイプ４１レギュレータColeparmer:EW6882522で加圧した。圧力を、圧力計３９を使用してモニタした。フィルターホルダー３０をタンクに、内径１／４インチの編組ナイロン強化ＰＶＣチューブによりインラインスタティックミキサー３７（Coleparmer、EW0466714)と共に取り付けた。フィルター１／３１６インチ直径フィルター面積（１６．４８ミリグラム／平方センチメートル）を通した１５０ｍｇのダストの試験液の濾過を目詰まりなく完了したサンプルは試験に合格したとみなされた。目詰まりを起こさずに完了しなかったサンプルは不合格であるとみなされた。

粒子清浄度試験
サンプルフィルターに、MIL PRF‐5606H Super Clean石油ベース油圧油Royco 756（Anderson Specialty Chemical社、ハノーバー、ＮＪから入手可能）中のＩＳＯＡ３試験ダストPowder Technology IncorporatedグレードＩＳＯ１２１０３−３のスラリーで負荷をかけた。試験ダストを流体中に、濃度１００ｍｇ／ｍｌで分散させ、粒子詰まり試験で使用したものと同じ装置をここでも使用して流体を２ｐｓｉの圧力で濾過した。この試験のために、ラミネート及び不織布サンプルを外径１７／８又は１．５インチ及び内径１３／１６環状ガスケットにダイカットした。ダスト濃度は、典型的なＩＳＯ２２/２１/１８ＩＳＯコーディング（例えば、Debra Wilfong, Andrew Dallas, Chuanfang Yang, Philip Johnson, Karthik Viswanathan, Mike Madsen, Brian Tucker and John Hacker, Donaldson Company, EMERGING CHALLENGES OF FUEL FILTRATION in FILTRATION volume 10 no 2, 2010, pp 105-1 15 ISSN 1479-0602)の約１０００ガロンの一般的なディーゼル燃料で予測される典型的なダスト負荷を表す。ベース流体及びこれらの試験で得られた濾液を、South West Research Institute（サンアントニオ、テキサス）で、承認された標準粒子清浄度試験ＩＳＯ４４０６−固形粒子の汚染レベルをコードする方法により分析した。サンプルの粒子計数分析は、PAMAS HCB LD 50/50粒子カウンター（PAMAS USA社、タルサ、オクラホマから入手可能）を使用して行った。

水詰まり試験
図５を参照するが、ｅＰＴＦＥラミネート５２及び不織布層５１を含むサンプルを外径１．７５インチのディスクにダイカットした。厚さ０．２５ｍｍのポリエチレン両面接着性McMastercarr 77185824（McMasterCarr社、プリンストン、ニュージャージーから入手可能）を積層させ、外径１．７５インチ、内径１．５インチ及び様々な厚さの環状ガスケット５３にダイカットした。ｅＰＴＦＥ−ガスケット−不織布（ｅＰＴＦＥ面上流）の積層体を、燃料を流し込むステンレススチールPall/Gelman 2220ホルダー５５の下半分において組み立て、ホルダー５５を締めて閉じた。次に、図５に示すサンプルホルダー５５を含水燃料エマルション負荷試験装置に取り付け、空気を除去し且つ流れが６０ｍｌ／分で燃料だけの流れと平衡となるように準備した。次に、サンプルに一定流量６０ｍｌ／分で、燃料水界面張力を１３ｍＮ／ｍに低下させるためにグリセロールモノオレエートを添加した、水に対する初期界面張力＝２１ｍＮ／ｍ、粘度３．０２センチポイズ、密度＝０．８２９ｇ／ｃｍ³（Shell Service Station社、#57543696405、エルクトン、メリーランドから購入）を有するディーゼル燃料中の濃度約２０００ｐｐｍ（カール・フィッシャー滴定で測定）の微細乳化水を持続的に添加して負荷をかけた。全ての試験したサンプルを観察して、混濁した供給流を取り込み（典型的なカール・フィッシャー滴定値約２０００ｐｐｍ水）、透明で鮮やかな濾液（典型的なカール・フィッシャー値１００ｐｐｍ下）を生じることで証明される優れた水分離を得た。乳化水の負荷開始からの時間及び試験フィルターをまたいでの差圧を最高１５分間にわたってモニタした。差圧における５ｐｓｉ上昇によって示されるサンプルの目詰まりが観察されたら、試験を終了した。

燃料中微細水エマルションを、差圧４５ｐｓｉで運転し、ギアポンプ（Coleparmer S7300404）での高ｒｐｍポンプ輸送によって供給される、開口部０．８ｍｍのキャリブレートしたオリフィスWater Emulsifying Device Assembly TS16332-SD（International Filter Testing Services [IFTS]社、スプリングフィールド、ＮＪから入手可能）の先の３０ゲージニードルを通した水の注入により、ＩＳＯ１６３３２と同様のやり方で製造した。その小さなあと流れを、ポンプで調節する一定流れでのフィルター負荷試験に使用した（Cole Parmer masterflex 751810ヘッド)。負荷試験対象物の液滴サイズは、１２〜２８μｍ（Ｄｖ５０体積平均直径＝１２．２３μｍ、Ｄ［３］［２］ザウター直径４．５７０μｍ、Ｄｖ９０体積直径＝２８．８３)であることが、フィルターホルダーの上流面上のベントラインから０．５ｍｍ光学距離フローセルを備えたMalvern Insitec L粒径分析装置へと流れをそらすことで求められた。分析は、ソフトウェアRT Sizer version 7.4を使用して、ディーゼル燃料に関しては入力屈折率１．４４、水に関しては０．００＋０１ｉとすることで行われた。サンプルは、試験時間１５分後に目詰まりを起こしていなければ試験に合格したとみなされた。１５分以内に目詰まりを起こしたサンプルは不合格であるとみなされた。

ＳＡＥＪ１４８８乳化水燃料分離試験
（２０１０年１０月２２日改訂）
ＳＡＥＪ１４８８を、SouthWest Research Institute、サンアントニオ、テキサスで行った。試験はＳＡＥ規格文書に記載されているが、簡単に説明すると、フィルターに、エマルションを生成するための遠心分離ポンプを利用したエマルション製造ループから得られるあと流れからの一貫した水エマルションで負荷をかける。試験中、上流側及び下流側の含水量をカール・フィッシャー滴定により求め、分離を、溶解している水のバックグラウンドについて補正した、測定された上流側及び下流側での含水量に基づいて計算する。試験は１５０分間にわたって行われる。あるいは下流側の含水量が上流側の含水量に達するまで行われる。試験を規格に従って行い、ただし負荷試験対象物の含水量は１５００〜２０００ｐｐｍであった。加えて、試験を、流量１６０Ｌ／Ｈで行い、使用した試験燃料は、燃料水界面張力を９±１ｍＮ／ｍに低下させるために約８００〜１０００ｐｐｍでグリセロールモノオレエートを添加したクレイ処理超低硫黄ディーゼル燃料であった。また、負荷試験対象物の液滴サイズは、０．５ｍｍ光学距離フローセルを備えたMalvern Insitec L粒径分析装置を使用して２〜１０μｍであると測定された（Ｄｖ５０体積平均直径＝３．４５μｍ、Ｄ［３］［２］ザウター直径２．１７μｍ、Ｄｖ９０体積直径＝８．４８）。分析は、ソフトウェアRT Sizer version 7.4を使用して、ディーゼル燃料に関しては入力屈折率１．４４、水に関しては０．００＋０１ｉとすることで行われた。

粘度測定
粘度を、ＵＬ低体積スピンドル及びチューブアクセサリーと共にBrookfield DVII+粘度計を使用して測定した。粘度を、温度２２．５℃、１００ＲＰＭの場合についてセンチポイズ（ｃＰ）で報告する。粘度を、事前にトルクが許す最大ＲＰＭで測定にかけられたサンプルについて、１００ＲＰＭで５分後に読み取った。

サンプル材料
実施例１
ディスクを、湿式マイクロガラス及びポリエステルスパンボンドを含んでなる濾過材であるLydall Lypore 9221-A/Aを含んでなる不織布濾過材層からダイカットした。Lypore 9221-A/Aは、製造業者公表の平均流れ孔径６ｍｍ、４８ｌｂｓ／３０００平方フィート坪量、１６ミル厚さ、水柱１５ｍｍの空気流抵抗を特徴とする。ディスクを膜ラミネート（パーツ番号ＬＭ１０４０６、W.L. Gore & Associates社、ニューアーク、デラウェアから入手可能）からダイカットし、この膜ラミネートはポリエステル不織布に接着させた微孔質ｅＰＴＦＥ膜である。得られたｅＰＴＦＥラミネートは１フレージャーの透気度、厚さ０．１９ｍｍ、１平方メートルあたり７７グラムの坪量、ＰＭＩで求めたバブルポイント１１．４ｐｓｉ及びＰＭＩで求めた最大孔径０．９マイクロメートルを有する。材料を各サンプルホルダーに、各試験で説明されるように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

実施例２
ディスクを、メルトブロー微細繊維ＰＢＴであるJohns Manville DW40014003及びフェノールホルムアルデヒド樹脂で硬化させたポリエステルマイクロファイバーとセルロースマイクログラス湿式複合材とを含んでなるAhlstrom 220-PSFFL-A濾過材を含んでなる不織布濾過材層からダイカットした。材料は、約１６６ｌｂ／３０００フィート²の坪量、３６ミル厚さ、１．２フレージャー透気度及び６０ｐｓｉの硬化した材料の破裂強度の製造業者公表規格を有する。ディスクを、実施例１に記載の微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートからダイカットした。材料を各サンプルホルダーに、各試験で説明されるように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

実施例３
ディスクを、メルトブローポリプロピレン微細繊維３０グラム／平方メートル坪量及び５０ｇ／ｍ²メルトブローポリエステルとフェノール樹脂を染み込ませた湿式セルロース紙層とを含んでなるNeenah Gessner K13B50A濾過材を含んでなる不織布濾過材層からダイカットした。Neenah Gessner K13B50Aは、１３ｍｍ平均流れ孔径、２８５グラム／平方メートル坪量、０．７５ｍｍ厚さ及び２００パスカルでの空気流８Ｌ／ｍ²を特徴とする。ディスクを、実施例１に記載の多孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートからダイカットした。材料を各サンプルホルダーに、各試験について説明されるように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

実施例４
ディスクを、各パーツ番号がそれぞれＤＷ６０１４００３、ＤＷ６０１４０４４、ＤＷ４０６であるJohns Mannville社のポリエステル不織布の３層を含んでなる不織布濾過材層からダイカットした。ディスクを、実施例１に記載の微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートからダイカットした。材料を各サンプルホルダーに、各試験について説明されるように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

実施例５
ディスクを、実施例１に記載のLydall Lypore 9221-A/Aを含んでなる不織布濾過材層からダイカットした。ディスクを、W.L, Gore & Associates社（ニューアーク、デラウェア）から入手可能な、微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートパーツ番号ＬＸＰ１００２９Ｌ♯９４９３４１２からダイカットした。ｅＰＴＦＥラミネートは、ポリエステルスパンボンド及びメルトブローポリプロピレン層を含んでなる不織布上のｅＰＴＦＥの複合材である。得られたｅＰＴＦＥラミネートは、３フレージャーの透気度、厚さ０．８５ｍｍ、坪量２７３グラム／平方メートル、ＰＭＩで求めたバブルポイント４．２ｐｓｉ及びＰＭＩで求めた最大孔径２．５マイクロメートルを有する。材料を各サンプルホルダーに、各試験について説明したように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

実施例６
ディスクを、実施例１に記載のLydall Lypore 9221-A/Aを含んでなる不織布濾過材層からダイカットした。ディスクを、W.L. Gore & Associates（ニューアーク、デラウェア）から入手可能な、微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートパーツ番号ＬＸＰ１００２９Ｌ♯９４９３３１４からダイカットした。このｅＰＴＦＥラミネートは、ポリエステルスパンボンド及びメルトブローポリプロピレン層を含んでなる不織布上のｅＰＴＦＥの複合材である。得られたｅＰＴＦＥラミネートは、３．２フレージャーの透気度、厚さ０．８５ｍｍ、坪量２５９グラム、ＰＭＩで求めたバブルポイント３．５８ｐｓｉ及びＰＭＩで求めた最大孔径３マイクロメートルを有する。材料を各サンプルホルダーに、各試験について説明したように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

実施例７〜８
ディスクを、実施例３に記載のNeenah Gessner K13B50Aを含んでなる不織布濾過材層からダイカットした。ディスクを、実施例１に記載の微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートからダイカットした。材料を各サンプルホルダーに、各試験について説明したように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

実施例９
プロトタイプの濾過装置は、環状プリーツパックに配置されたAhlstrom 220PSFFLA不織布濾過材を含んでなる第１濾過材層と、不織布プリーツパックの内側に嵌め込まれた環状プリーツパック状の実施例５のｅＰＴＦＥラミネートを含んでなる第２疎水性層とを含んでなった。Ahlstrom 220PSSFL-Aの外方環状プリーツパック（図６のＡ）はプリーツ高さ１０６ｍｍ、プリーツ深さ７．５ｍｍ及びプリーツ数５５を有し、ポッティング後有効面積は０．０６５平方メートルであった。微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートの内方プリーツバック（図６のＢ）は、プリーツ高さ８５ｍｍ、プリーツ深さ１３．５ｍｍ、プリーツ数５６を有し、ポッティング後の有効面積は０．１０３平方メートルであった。プリーツパックは、エポキシ（JB社のquick weld）を使用してシームシールされた。組み立てた装置は、層１と層２との３ｍｍのＶ／ＳＡ分離を、図６に図示の層間最小分離に基づいて有する。装置全体は図６のように組み立てられた。装置の中実構成要素（Ａ、Ｂ以外の図６Ｂにおけるハッシュ線の構成要素）は、透明樹脂であるSomos Watershed 11120（DSM社）からステレオリソグラフィにより形成され、プリーツパックは各キャップに、二成分ポリウレタンでのポッティングによりシールされた。図６における寸法は、図における内方プリーツパック（Ｃ＝５．６ｃｍ）の下部エンドキャップの寸法を基準とする。VitonＯリングを使用して、外方シェルのシール並びに中実外方シェル６０へのプリーツパックＡのインレット６３及びアウトレット６４エンドキャップのはめ合いシールを達成した。この実施例における流路は、インレット６３−Ａ−Ｂ−アウトレット６４である。

比較例１
ディスクを、Lydall Lypore 9221-A/Aを含んでなる不織布濾過材層から（実施例１において上述したように）ダイカットした。

比較例２
ディスクを、Johns Manville DW6014003メルトブロー微細繊維ＰＢＴ及びAhlstrom 220PSFFL-Aを含んでなる不織布濾過材層から（実施例２において上述したように）ダイカットした。

比較例３
ディスクを、メルトブローポリプロピレン微細繊維３０グラム／平方メートル坪量及びNeenah Gessner K13B50Aを含んでなる不織布濾過材層から（実施例３において上述したように）ダイカットした。

比較例４
市販の２段水フィルター分離装置Mahle KL490を得た。フィルターは、中実内方コアにおいて開口部にシールされた内方ウーヴンスクリーン濾過材と共にプリーツ加工された外方のコアレッサー機能を有する不織布濾過材を含んでなる。外方プリーツ濾過材は約０．０７平方メートルであり、８０個の高さ３．５ｃｍのプリーツをプリーツ深さ１．５ｃｍで有する。濾過材は、微細繊維ポリエステル不織布と湿式セルロース不織布との多層複合材を含んでなる厚さ約１．１３ｍｍの複合材である。エレメントコア上のウーヴン濾過材は疎水性スクリーンであり、繊維直径３０マイクロメートル、厚さ６０マイクロメートル、１インチあたり約２８２ピックの約２０マイクロメートルのメッシュ開口部及びフッ素コーティングを施した表面仕上げを有する。この実施例においては、直径１．４インチのディスクを、不織布のコアレッサー機能を有する濾過材の第１層からダイカットした。

比較例５
市販の２段水フィルター分離装置Mahle KL228を得た。フィルターは、中実内方コアにおいて開口部にシールされた内方ウーヴンスクリーン濾過材と共にプリーツ加工された外方のコアレッサー機能を有する不織布濾過材を含んでなる。外方プリーツ濾過材は約０．１７８平方メートルであり、１４６個の高さ３．５ｃｍのプリーツをプリーツ深さ１．７５ｃｍで有する。濾過材は、微細繊維ポリエステル不織布と湿式セルロース不織布との多層複合材を含んでなる厚さ約１．１３ｍｍの複合材である。エレメントコア上のウーヴン濾過材は疎水性スクリーンであり、繊維直径２５マイクロメートル、厚さ５０マイクロメートル、１インチあたり約３６３ピックの約２０マイクロメートルのメッシュ開口部及びフッ素コーティングを施した表面仕上げを有する。この実施例においては、ディスクを、不織布のコアレッサー機能を有する濾過材の第１層からダイカットした。

比較例６
市販の２段水フィルター分離装置Beck-Arnley 043-1057を得た。フィルターは、中実内方コアにおいて開口部にヒートシールされた内方ウーヴンスクリーン濾過材と共にプリーツ加工された外方のコアレッサー機能を有する不織布濾過材を含んでなる。外方プリーツ濾過材は約０．１１平方メートルであり、７８個の高さ４ｃｍのプリーツをプリーツ深さ１．７５ｃｍで有する。濾過材は、微細繊維ポリエステル不織布と湿式セルロース不織布との多層複合材を含んでなる厚さ約０．６４ｍｍの複合材である。エレメントコア上のウーヴン濾過材は疎水性スクリーンであり、繊維直径５３マイクロメートル、厚さ７０マイクロメートル、１インチあたり約１３１ピックの約８８マイクロメートルのメッシュ開口部及びフッ素コーティングを施した表面仕上げを有する。この実施例においては、ディスクを、不織布のコアレッサー機能を有する濾過材の第１層からダイカットした。

比較例７
比較例４に記載のMahle KL490の一片を、Gore-Tex（登録商標）ＧＲシートの環状ガスケット（外径１インチ、内径０．２５インチ）を使用してフィルターホルダーに取り付けた。

比較例８
ウーヴンポリエステルスクリーンSpectrapore P/N:145832、メッシュサイズ１５マイクロメートル（Spectrum Labs社、ランチョドミンゲス、ＣＡから入手可能）の４７ｍｍディスク。このスクリーンを米国特許第５４６２５８６号明細書に記載されているような、パーフルオロヘプタンＰＦ５０７０（3M社、ミネアポリス、ミネソタ）に溶解させたフルオロアクリレートポリマーの溶液でディップコーティングし、１時間にわたって１００°でオーブン乾燥させてから試験した。

比較例９〜１４
ディスクを、Neenah Gessner K13B50Aを含んでなる不織布濾過材層から（実施例３において上述したように）ダイカットした。材料を各サンプルホルダーに、上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

比較例１５
ディスクを、多孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネート、パーツ番号ＬＭ１０４０６から（実施例１において上述したように）ダイカットした。

比較例１６
ディスクを、Mahle KL490からの不織布のコアレッサー機能を有する濾過材の第１層から（比較例４において上述したように）ダイカットした。ディスクを、微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートＬＭ１０４０６から、実施例１において上述したようにダイカットした。材料を各サンプルホルダーに、各試験について説明したように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

比較例１７
ディスクを、比較例６に記載のBeck-Arnely 043-1057からの不織布のコアレッサー機能を有する濾過材の第１層からダイカットした。ディスクを、実施例１において上述したように、微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートＬＭ１０４０６からダイカットした。材料を各サンプルホルダーに、各試験について説明したように上流−不織布−ガスケット−ｅＰＴＦＥラミネート−下流の構成で固定した。

比較例１８
ディスクを、実施例４において上述したように不織布濾過材からダイカットした。

クロスフロー試験結果についての考察
W.L. Gore & Associates社（ニューアーク、デラウェア）から入手可能な実施例１に記載の微孔質ｅＰＴＦＥ膜ラミネートをFiltration Solutions Incorporated社（ハケッツタウン、ＮＪ）に供給した。ラミネートを、外径１．５インチの螺旋巻きクロスフローモジュールFiltration Solutions Incorporated PN SM1.5-10、フィルター面積０．２１ｍ²に作製した。サンプルを製造業者が推奨する動作条件下でクロスフローについて、ＩＳＯ１９４３８規格に従ってSouthWest Research Instituteにて、クロスフロー速度２．７Ｌ／分及び下流ポンプによって１Ｌ／ｍまで制限された透過水流量で試験した。ＩＳＯ１９４３８試験により、Mil-H PRF試験流体に懸濁させた５０ｍｇ／ｍｌのＩＳＯ１２１０３−１において規定されるＩＳＯ１２１０３−Ａ３ダストでフィルタに負荷をかける。膜表面を流れるクロスフローにも関わらず、モジュールは１０分未満ですぐに目詰まりを起こし、実施例５で詳細に記載した構成の市販のフィルターMahle KL 228のダスト保持容量の１／１０未満であった。

水分離試験の結果の考察
実施例１〜６及び比較例１〜９に記載のサンプルを、上記の水分離試験において評価した。試験の結果を以下の表Ｉに示す。

表１からわかるように、実施例１〜６に記載の不織布層、固定分離距離及び微孔質疎水性膜を含んでなる本発明の複合材は透水に耐えるため、水から燃料が分離される。対照的に、比較例１〜８は透水に耐えず、水を燃料から分離することもしない。より具体的には、比較例１〜３は、不織布層単独では透水に耐えないことを示す。さらに、比較例４〜８は、その疎水性にも関わらず、市販のフィルター及び疎水性ウーヴンスクリーンのコアレッサー機能を有する濾過材は透水にも耐えず、水を燃料から排除もしないことを示す。

水詰まり試験の結果の考察
実施例７〜８及び比較例３、９〜１４に記載のサンプルを、上記の水詰まり試験において評価した。試験の結果を下の表２に示す。

表２は、不織布層、１．５ｍｍを越えるＶ／ＳＡ分離及び微孔質疎水性膜を含んでなる実施例７〜８の本発明の複合材が水詰まりを起こさないことを示す。対照的に、１．５ｍｍ未満の体積面積分離距離を有する比較例９〜１４に記載の同様の複合材は水詰まりを起こす。さらに、比較例３は、不織布層単独では水を通し、この試験において目詰まりしないことを示す。このため、記載の本発明の複合材に関して、疎水性フィルムと不織布との分離距離が水詰まりの回避に極めて重要であることは明らかである。

粒子詰まり試験の結果の考察
実施例１〜４及び比較例１、２、３、４、６、１５、１６、１７に記載のサンプルを、上記の粒子詰まり試験において評価した。試験の結果を以下の表ＩＩＩに示す。

表３は、実施例１〜４に記載の、不織布層、固定体積／面積分離距離及び微孔質疎水性膜を含んでなる本発明の複合材が耐久性のある粒子濾過をもたらし、また実際に生涯を通じて粒子に曝露されるディーゼル燃料を表す粒子負荷試験物によって目詰まりを起こさないことを示す。対照的に、比較例１６、１７は目詰まりを起こし、これは典型的なコアレッサー機能を有する濾過材の複合材が本発明の不織布と同じように機能して目詰まりを防止したり、耐久性があり且つ信頼性の高い分離を行ったりしないことを示す。比較例１５は、疎水性微孔質ｅＰＴＦＥ膜単独の概念は目詰まりを起こし、耐久性のある分離を行わないことを示す。比較例１〜５は、本発明の不織材料単独も従来技術のコアレッサ単独も、観察された目詰まり挙動及び耐久性の喪失に関係ないことを示すコントロールである。

粒子清浄度試験の結果の考察
比較例１、２、３、４及び１８に記載のサンプルを、上記の粒子清浄度試験において評価した。試験の結果を以下の表４に示す。

比較例１、２、３及び１８の濾過材をｅＰＴＦＥなしで試験し、ＩＳＯ４４０６清浄度レベル１７／１５／１１以上（例えば、１３００個より少ない粒子／ｍｌ＞４μｍ、３２０個より少ない粒子／ｍｌ＞６μｍ、２０個より少ない粒子＞１４μｍを有する）を有する濾液が得られ、これは濾過材が大きい粒子に関して実質的に粒子フリーであり、燃料清浄度が製造試験流体に匹敵する又はそれより高いことを示す。対照的に、比較例４は、本発明の複合材の不織布の粒子清浄度要件を満たさない従来技術の典型的なコアレッサ材料を示し、典型的な濾過していないディーゼル燃料、例えばＩＳＯ清浄度コード２２／２１／１７となる（例えば、Debra Wilfong, Andrew Dallas, Chuanfang Yang, Philip Johnson, Karthik Viswanathan, Mike Madsen, Brian Tucker and John Hacker, Donaldson Company, EMERGING CHALLENGES OF FUEL FILTRATION in FILTRATION volume 10 no 2, 2010, pp 105-115 ISSN 1479-0602を参照のこと）。

乳化燃料水分離試験についての考察
ＳＡＥＪ１４８８燃料水分離試験を、実施例９に記載の本発明の複合材装置並びに比較例４及び比較例５に記載の市販のフィルターMahle KL490及びMahle KL228で行った。表５は平均水分離効率を示し、図７は試験時間の関数としての試験において求められる水分離効率を示す。図７からわかるように、本発明の複合材は、試験時間を通じて耐久性のある高い水分離効率を示すのに対して比較例はすぐに水を通してしまい、試験を終わらせるポイントである、有意ではないとみなされる水分離レベルにまで急速に劣化した。さらに、本発明の実施例９を使用して達成された分離結果は、プロトタイプへの混濁した燃料投入物及びアウトレットでの透明で鮮やかな燃料の直接の観察から明白であった。

Claims

水を水／ディーゼル燃料混合物から分離する方法であって、
（ａ）多孔質濾過材層を設けるステップと、
（ｂ）前記混合物が、＞４μｍの粒子が１３００個／ｍｌより少なく、＞６μｍの粒子が３２０個／ｍｌより少なく、＞１４μｍの粒子が２０個／ｍｌより少なくなるように清浄化されるように該混合物を前記多孔質濾過材層で濾過するステップと、
（ｃ）疎水性微孔質層を設けるステップと、
（ｄ）前記濾過ステップに続いて、前記疎水性微孔質層を使用して水を前記清浄化された水／ディーゼル燃料混合物から少なくとも５５％の水の分離効率で除去するステップとを含んでなる
ことを特徴とする方法。
前記水の分離効率が少なくとも６５％である、請求項１に記載の方法。
前記水の分離効率が少なくとも７５％である、請求項１に記載の方法。
前記水の分離効率が少なくとも８５％である、請求項１に記載の方法。
前記水の分離効率が少なくとも９３％である、請求項１に記載の方法。
前記疎水性微孔質層が微孔質フルオロポリマー膜を含んでなる、請求項１に記載の方法。
前記疎水性微孔質層が、延伸ポリテトラフルオロエチレンと支持体との複合材を含んでなる、請求項１に記載の方法。
前記疎水性微孔質層が、延伸ポリテトラフルオロエチレンと不織布支持体との複合材を含んでなる、請求項１に記載の方法。
前記多孔質濾過材層及び前記疎水性微孔質層が、前記層間のＶ／ＳＡが関係：

（式中、Ｖは疎水性微孔質層のフィルター面積及び層間最小直線距離又は最小分離距離がゼロである場合の層間平均分離距離に等しい高さによって規定される正方形又は長方形のベースを有するボディによって表される体積であり、ＳＡは疎水性微孔質層の最上部面を覆う幾何学形状面のフィルター表面積であり、Ｃは０．０１２３８（メートル／秒）に等しい数値定数であり、μは（グラム／メートル秒）での流体の動的粘度であり、ｇは重力定数９．８（メートル／秒２乗）であり、Δρは中間留分燃料と水相との（グラム／立方メートル）での密度における差である）を満たすように前記水／ディーゼル燃料混合物の流路に配置される、請求項１に記載の方法。
水がマイクロエマルション化した燃料の流路において耐久性が高く、目詰まりしない水分離を行う多層多孔質複合材であって、
（ａ）多孔質濾過材層と、
（ｂ）疎水性微孔質層と、
（ｃ）関係：

（式中、Ｖは疎水性微孔質層のフィルター面積及び層間最小直線距離又は最小分離距離がゼロである場合の層間平均分離距離に等しい高さによって規定される正方形又は長方形のベースを有するボディによって表される体積であり、ＳＡは疎水性微孔質層の最上部面を覆う幾何学形状面のフィルター表面積であり、Ｃは０．０１２３８（メートル／秒）に等しい数値定数であり、μは（グラム／メートル秒）での流体の動的粘度であり、ｇは重力定数９．８（メートル／秒２乗）であり、Δρは中間留分燃料と水相との（グラム／立方メートル）での密度における差である）を満たす層間の分離距離Ｖ／ＳＡとを含んでなる
ことを特徴とする多層多孔質複合材。
前記多孔質濾過材層が不織布である、請求項１０に記載の複合材。
前記多孔質濾過材層が、＞４μｍの粒子が１３００個／ｍｌより少なく、＞６μｍの粒子が３２０個／ｍｌより少なく、＞１４μｍの粒子が２０個／ｍｌより少なくなる、濾液の清浄をもたらす不織布である、請求項１１に記載の複合材。
前記多孔質濾過材層が、セルロースの微細繊維を含んでなる不織布である、請求項１２に記載の複合材。
前記多孔質濾過材層がメルトブローポリエステル微細繊維を含んでなる不織布である、請求項１２に記載の複合材。
前記多孔質濾過材層がマイクロガラス微細繊維を含んでなる不織布である、請求項１２に記載の複合材。
前記多孔質濾過材層が、セルロース、ポリエステル及びマイクロガラス微細繊維の組み合わせを含んでなる不織布である、請求項１２に記載の複合材。
前記多孔質濾過材層が、複数の微細繊維層を含んでなる不織布である、請求項１２に記載の複合材。
前記疎水性微孔質層が疎水性微孔質膜を含んでなる、請求項１０に記載の複合材。
前記疎水性微孔質層がｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、請求項１８に記載の複合材。
前記疎水性微孔質層が、最大孔径０．１〜５０マイクロメートルのｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、請求項１９に記載の複合材。
前記疎水性微孔質層が、ｅＰＴＦＥ膜ラミネートを含んでなる、請求項１８に記載の複合材。
前記疎水性微孔質層が、不織布にラミネートされたｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、請求項２１に記載の複合材。
前記疎水性微孔質層が、微細繊維不織布にラミネートされたｅＰＴＦＥ膜を含んでなる、請求項２２に記載の複合材。
前記ラミネートがフレージャー透気度１〜５０を有する、請求項２１に記載の複合材。
前記ラミネートがフレージャー透気度１〜２０を有する、請求項２１に記載の複合材。
前記ラミネートがフレージャー透気度１〜１０を有する、請求項２１に記載の複合材。
前記ラミネートの前記ｅＰＴＦＥ膜が前記流路において前記不織布より前にくる、請求項２２に記載の複合材。
前記Ｖ／ＳＡがポッティングにより固定される、請求項１０に記載の複合材。
前記Ｖ／ＳＡが接着剤による接着により保持固定される、請求項１０に記載の複合材。
前記Ｖ／ＳＡが固体スペーサーによって保持固定される、請求項１０に記載の複合材。
層間の前記Ｖ／ＳＡが関係：

を満たす、請求項１０に記載の複合材。
層間の前記Ｖ／ＳＡが関係：

を満たす、請求項１０に記載の複合材。
ＩＳＯ１２１０３−１において規定されるＩＳＯ１２１０３−Ａ３ダストを１５０ｍｇ含む液体を濾過した後で目詰まりすることなく少なくとも１６．４８ｍｇ／ｃｍ²の耐久性の高い微粒子除去を示す、請求項１０に記載の複合材。
請求項１０に記載の複合材を含んでなる自動車燃料フィルター。
請求項１０に記載の複合材を含んでなる航空宇宙燃料フィルター。
請求項１０に記載の複合材を含んでなる宇宙船燃料フィルター。