KR101434182B1 - 강화 바인더를 갖는 여과재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 여과재의 제조시에 사용되는 직접 바인더 물질에 부착된 대전물질을 갖는 물 여과 매체에 관한 것인다. 미생물학적 차단 강화제는 상기 바인더에 직접 첨가된다. 모두 바인더 물질에 직접 부착된 대전물질과 미생물학적 차단 강화제를 갖는 상기 매체는 코어 여과재와 결합되어 여과 매체로 얻어지게 된다. 상기와 같이 처리된 여과재로부터 필터가 얻어지게 된다.

Description

강화 바인더를 갖는 여과재의 제조방법{METHOD OF MAKING A FILTER MEDIA WITH AN ENRICHED BINDER}
본 발명은 여과재(filter media)의 제조에 사용되는 바인더 재료에 직접 부착되는 대전 물질을 갖는 물 여과재(water filtration media)에 관한 것이다. 미생물학적 차단 강화제가 상기 바인더에 직접 첨가될 수도 있다. 본 발명에 따른 일실시예는, 대전물질과 미생물학적 차단 강화제가 함께 바인더 재료에 직접 부착된 필터 여과재 제조방법에 관한 것이다. 그 결과로 얻어진 강화 바인더는 이후 단계에서 코어 여과재(core filter media)와 결합되어 여과재(filtration media)로 제조된다.
일반적으로, 여과 시스템에서 코어 여과재를 형성하는 탄소나 활성탄소 섬유 또는 구조체는, 생물학적 활성 금속의 존재 또는 부존재 하에,대전물질 및/또는 여타의 융화성(compatible) 미생물학적 차단 강화제로 화학처리가 행해지게 된다. 후속 공정에서 강도의 향상을 위해 분말, 입자 또는 섬유 상의 바인더나 열경화성 재료와 결합된다. 경우에 따라서는, 활성탄소/바인더 조합에 대하여 대전물질과 융화성 미생물학적 차단 강화제로 화학적으로 처리를 행하게 된다.
대전물질을 부가되거나 부가되지 않은 경우 모두에 있어서, 대전물질을 직접 바인더와 결합시키거나 미생물학적 차단제를 직접 바인더와 결합시키는 기술은 종래에 알려진바 없다.
종래 기술로서, 양이온 은 복합체(cationic silver complex)로 이루어진 미생물학적 차단 강화제가 알려져 있다. 이들 차단제는 정수용 카본 블록이나 섬유 필터에 들러붙어서 탁월한 바이러스 및 박테리아 차단 특성을 나타낸다. 이들 분야에서 차단제를 정착시키는 방법은 상당히 복잡한 것으로 알려져 있다. 양이온 은 복합체(대전물질)은 통상적으로 두 단계의 처리과정을 통해 활성탄소 상에 직접 형성된다. 활성탄소는 양이온 물질로 처리된 후에 은 암모니아 복합체와 반응하여 양이온 은-아민-할라이드 복합체을 형성한다. 이와 같은 제조방법은 코스로우 (Koslow)에 의해서 등록되어 케이엑스 테크놀로지사(KX Technolosies, LLC.)로 양도된 미국특허 6630016, 6835311, 6953604, 6998058, 7008537, 70011753 및 7144533에 부분적으로 개시되어 있다.
은 암모니아 복합체는 질산염 용액을 염화나트륨과 반응시켜서 염화은을 석출시킴으로써 얻어진다. 상기 염화은에 대한 수세를 행하여 질산염 이온을 완전하게 제거한다. 상기의 수세 동안에 질산염 이온의 농축이 관찰되어 진다. 이어서 상당량의 암모니아 용액을 사용하여 염화은을 용해시킴으로써 은 암모니아 복합체 용액이 형성된다. 이어서 활성탄소에 대한 처리 및 건조가 약 300℉에서 하루 동안에 걸쳐서 행해지게 된다.
본 발명은 이와 같은 기존의 제조방법으로부터 파생된 것으로서, 대전물질 또는 미생물학적 차단 강화제, 또는 이들 둘 다가 직접 바인더 물질에 첨가되어 활성탄소의 구조적 일체성을 제공한다.
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점과 단점을 감안하여 창안된 것으로, 여과재 내의 미생물학적 차단에 대하여 향상된 화학적 특성을 제공하도록 함에 발명의 목적을 두고 있다.
본 발명의 다른 목적은 여과재 제조시 바인더 물질을 코어 여과재 물질과 결합시키기 이전에 대전물질을 바인더 물질에 직접 결합시키는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 여과재 제조시 미생물학적 차단 강화제를 바인더 물질에 직접 결합시키는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 미생물학적 차단 강화제를 바인더 물질에 직접 첨가하거나 바인더 물질에 대전물질이 부착되도록 함과 아울러 코어 여과재 자체 내부에서 직접 결합될 수도 있는 브롬화 나트륨과 대전물질의 양을 감소시킴으로써, 코어 여과재 내에 미생물학적 차단 강화제를 결합시키는 프로세스를 단순화함과 아울러 화학적인 프로세스를 단순화시키고, 이에 더하여 염화나트륨과 암모니아의 사용을 배제토록 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술에 비해 바인더 물질에 대전입자를 첨가함과 아울러 상기 바인더 상에서 상기 대전물질과 미생물학적 차단 강화제를 결합시킴으로써 활성카본의 유효표면적의 감소가 늦춰지도록 하여 카본 블록 필터의 미생물학적 차단이 증진되도록 한 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 다양한 활성카본 메쉬 싸이즈에 적합한 카본 필터에 대하여 미생물학적 차단이 실현되도록 하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 카본 블록 여과재 내에서 대전물질의 분산을 제어하는 바인더 물질과 미생물학적 차단 강화제를 사용하는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적들과 장점들은 명세서상의 기재를 통해서 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 상기 목적들과 그 외의 목적들은 미생물학적 차단 특성을 갖는 여과재 제조방법에 관한 본 발명의 일차적인 기술적 특징을 통해서 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 것인바, 그 방법은: 대전물질을 직접 바인더 물질에 결합시켜 대전 바인더 물질을 형성하는 단계; 코어 여과재를 상기 대전 바인더 물질과 결합시키는 단계; 및 상기 결합된 코어 여과재와 대전 바인더 물질을 갖는 여과재를 형성하는 단계로 이루어진다. 상기 여과재 형성 단계는 코어 여과재와 대전 바인다를 압출 또는 압축 몰딩하여 고상의 복합체나 블록으로 성형시키는 것을 포함하게 된다. 상기 대전물질은: 콜로이드; 저대전 분자(small charged molecule); 또는 카운터 이온이 결합되어 있는 고분자 사슬의 전체 길이를 따라 양(+)으로 대전된 원자를 갖는 선형 또는 가지 고분자(linear or branched polymer)를 포함한다. 보다 자세하게는, 상기 대전물질은 브롬화 나트륨 용액과 다이알릴 디메틸 암모늄 클로라이드의 호모폴리머(homopolymer of diallyl dimethyl ammonium chloride) 또는 폴리-다이알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(poly-DADMAC)를 포함하게 된다.
본 발명의 이차적인 기술적 특징은, 미생물학적 차단 특성을 갖는 여과재 제조방법에 있는 것으로, 그 방법은: 대전물질, 미생물학적 차단 강화제 및 바인더 물질을 결합하여 강화 바인더(enriched binder)를 형성하는 단계; 및 코어 여과재와 강화 바인더를 갖는 여과재를 형성하는 단계로 이루어진다. 미생물학적 차단 강화제는 미생물학적 활성 금속을 포함하는 미생물학적 활성 금속염 용액으로 이루어진다. 브롬화 은이 상기 대전 바인더에 직접 첨가되어질 수 있다.
본 발명에 따른 제3의 기술적 특징은, 미생물학적 차단 특성을 갖는 여과재 제조방법에 있는 것으로, 그 방법은: 바인더 물질 중량의 약 0.1% 내지 10%에 상당하는 양의 35%의 폴리아크릴산 용액에 바인더 물질을 결합시켜 바인더-폴리아크릴산(PAA) 조성물을 형성하는 단계; 상기 바인더-PAA 조성물을 바인더 물질 중량의 약 18% 내지 72%에 상당하는 탈이온수 중에서 희석화하는 단계; 상기 바인더-PAA 조성물의 건조 및 분말로의 분쇄, 바인더 물질에 대한 퍼센트로서의 대전물질 약 1% 내지 5%를 코어 여과재 중량의 약 0.05% 내지 0.5%에 상당하는 AgBr과 혼합하는 단계; 탈이온수를 대전물질과 바인더-PAA 조성물 무게의 18% 내지 54%에 달하는 AgBr과 혼합하여 대전물질-AgBr 용액을 형성하는 단계; 상기 대전물질-AgBr 용액을 바인더-PAA 조성물과 결합시킴과 아울러 그 결과로 얻어진 조성물을 건조시켜서 강화 바인더를 형성하는 단계; 코어 여과재를 상기 강화 바인더와 결합시키는 단계; 및 코어 여과재와 강화 바인더를 갖는 여과재를 형성하는 단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 제4의 기술적 특징은, 미생물학적 차단 성능을 갖는 여과재 제조방법에 있는 것으로, 그 방법은: 대전물질, 미생물학적 차단 강화제 및 바인더 물질을 결합시켜서 강화 바인더를 형성함에 있어서, 이는: 바인더 물질 중량의 약 0.1% 내지 10%에 상당하는 양의 35%의 폴리아크릴산 용액에 바인더 물질을 결합시키는 단계; 상기 PAA 및 바인더 물질 조성물을 바인더 물질 중량의 약 18% 내지 72%에 상당하는 탈이온수 중에서 희석시켜서 바인더-PAA 조성물을 형성하는 단계;
바인더 물질 중량의 약 1% 내지 5%의 대전물질과 코어 여과재 중량의 약 0.05% 내지 0.5%에 상당하는 AgBr을 결합시키는 단계; 상기 대전물질, AgBr 및 바인더-PAA 조성물을 바인더-PAA 조성물 중량의 18% 내지 54%에 달하는 양의 탈이온수와 혼합하는 단계; 얻어진 대전물질, AgBr 및 바인더-PAA 조성물을 건조시키는 단계; 코어 여과재를 강화 바인더와 결합시키는 단계; 및 코어 여과재와 강화 바인더를 갖는 여과재를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 제5의 기술적 특징은, 대전 바인더에 있는 것으로, 이는: 분말, 입자 또는 섬유 상의 바인더 물질과, 콜로이드, 저대전 분자, 카운터 이온이 결합되어 있는 고분자 사슬의 길이를 따라 양이온으로 대전된 원자를 갖는 선형 또는 가지 고분자를 포함하는 대전물질의 조합으로 이루어진다.
본 발명에 따른 제6의 기술적 특징은, 미생물학적 차단 특성을 갖는 중간 여과재에 있는 것으로, 이는: 코어 여과재와 결합되기 이전에 그리고 열이 가해지기 이전에 바인더 물질에 직접 부착되는 대전물질을 포함하는 대전 바인더; 및 대전 바인더 물질과 결합된 코어 여과재로 이루어진다. 상기 중간 여과재는 코어 여과재와 결합되기 이전에 그리고 열이 가해지기 이전에 적어도 하나의 미생물학적 차단 강화제가 대전 바인더와 결합되어 강화된 대전 바인더를 구비하는 것을 포함하게 된다.
본 발명에 따른 제7의 기술적 특징은, 미생물학적 차단 특성을 갖는 필터에 있는 것으로, 이는: 코어 여과재와의 결합 전에 대전물질이 직접 부착된 바인더 물질을 포함하는 대전 바인더와 코어 여과재를 구비하며, 열이 가해진 후에 코어 여과재 전체에 걸쳐 대전 바인더가 분산된 여과재; 여과재를 감싸는 필터 하우징; 및 하우징 내부의 여과재를 밀봉하기 위한 단부 캡으로 이루어진다. 상기 필터는 코어 여과재와 결합되기 이전에 그리고 열이 가해지기 이전에 적어도 하나의 미생물학적 차단 강화제가 대전 바인더와 결합되어 강화된 대전 바인더를 구비하는 것을 포함하게 된다.
또한 상기 필터는 복합체 블록 구조체, 스파이럴상으로 권회된 시트 또는 주름진 시트로 형성된 여과재를 구비하는 것을 포함하게 된다.
본 발명의 기술적 특징은 신규한 것으로 여겨짐과 아울러 본 발명에 따른 구특징 구성은 뒤따르는 청구항에 구체적으로 설정되어 있다. 첨부된 도면은 단순히 예시적 목적에 있는 것으로서 정확한 축척에 의해 도시되고 있지 아니하다. 한편, 본 발명의 구조 및 동작방법은 첨부도면을 참조한 아래의 상세한 설명을 통해서 명확하게 이해될 것이다.
도1은 대전물질로 코팅된 바인더 물질과 상기 바인더가 코어 여과재에 첨가되어 가열되기 이전의 미생물학적 차단 강화제를 예시한 설명도.
도2는 용융 프로세스 이후의 도1의 바인더.
도3은 본 발명에 따른 바인더 물질에 부착된 대전 입자가 카본 블록의 여러 층에 분산된 모습과 압력강하 효과를 보여주는 설명도.
도4A는 본 발명에 따라 복합체 블록 구조로 형성된 여과재를 갖는 필터에 대한 사시도.
도4B는 본 발명에 따라 주름 시트로 형성된 여과재를 갖는 필터에 대한 사시도.
도4A는 본 발명에 따라 스파이럴 권회 시트로 형성된 여과재를 갖는 필터에 대한 사시도.
도4D는 도4C의 여과재에 대한 확대도.
본 발명의 바람직한 실시예를 기술함에 있어서 유사한 기술적 특징에 대하여는 유사한 도면부호를 부여하고 있는 도1 내지 도4를 참조하여 행한다.
본 발명에 따른 적어도 한 실시예의 여과재 제조방법에서, 코어 여과재 물질은 사전에 대전물질로 처리된 바인더 물질과 결합된다. 일실시예에서, 코어 여과재는 사전에 대전물질로 처리된 바인더 물질과 미생물학적 차단 강화제와 결합된다.
필터 여과재는 일반적으로 적절한 기공구조, 대전물질, 화학적 처리 또는 이들의 결합을 이용해서 미생물학적 차단 특성을 제공하는 미세다공성 구조를 지니고 있다. 상기 미세다공성 구조는 특정한 기공구조와 함께 흡착성 및/또는 흡수성을 갖는 활성 입자의 배열로 이루어진다. 상기 배열은 고상 복합체 블록, 모노리쓰 (monolith), 세라믹 캔들 또는 입자들이 접착 또는 고착되어 균질한 매질을 형성하는 평탄한 쉬트 상의 복합체로 될 수 있고, 이들 모두는 바인더나 지지결합 물질 (supporting bonding material)을 사용하게 된다. 이들 입자 배열은, 예를 들면 압출, 몰딩 또는 슬립 캐스팅 등의 기존의 제조방법을 통해서 제조된다. 바람직한 결과를 얻기 위해서는, 2미크론 오더의 평균흐름경로(mean flow path)를 갖는 미세다공성 물질이 바람직하나, 본 발명을 실시함에 있어서 특정한 평균흐름경로는 전제조건이 아니다.
참조를 위해 앞서 밝힌 바의 Koslow 선행기술에서, 코어 여과재의 표면 처리에 사용되는 화학적 처리 프로세스는 대전 또는 양이온 물질과 미생물학적 활성금속 등과 같은 미생물학적 차단 강화제 사이의 상승적인 상호작용을 이용하여 코어 여과재와 결합되었을 때 접촉하는 미생물학적 오염물질에 대해서 넓은 범위에 걸친 효과적인 감소가 이루어지도록 한다. 치밀한 기공구조가 짧은 확산경로를 제공함으로써 미세 다공성 구조의 표면으로 유입되는 유체내의 미생물학적 오염물질에 대한 빠른 확산 반응속도를 나타내는 가운데 양이온 물질에 의해 제공되어 코어 여과재와 결합된 전하는 미생물학적 오염물질에 대한 동전기적(electro-kinetic) 차단을 돕는다.
본 발명에 따른 적어도 일 실시예의 실시를 위해서, 코어 여과재는 사전에 대전물질, 미생물학적 차단 강화제 또는 이들 모두가 결합된 바인더와 결합됨으로써 여과 시스템에서의 사용을 위한 완전한 여과재를 형성하게 된다. 도1은 대전물질(12)과 미생물학적 차단 강화제(14)가 코팅된 바인더(10)를 보여주고 있다. 이들 성분은 다양한 종류로서 이후에 명시될 것이다. 비록 열거되고 있지 않더라도 명시된 물질군과 관련된 물질들 역시 본 발명에서 사용될 수 있을 것이고, 제시된 리스트는 그러한 물질을 제한하려 하는 것이 아니라, 본 발명의 실시에 적합한 물질 및 물질군의 대표적인 예시에 인식되어야 할 것이다.
미생물학적 차단 강화제와 함께 또는 없이 대전물질로 직접 처리된 바인더를 갖는 여과재는 용도 및 필터 하우징의 형태에 따라 복합체 블록, 평탄한 시트, 주름진 매체 또는 스파이럴 권회 매체로 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 여과재는 산업용, 상업용 및 가정용의 수처리 및 공기처리를 포함한 모든 종류의 여과 형태에 적용될 수 있다.
코어 여과재
사용되는 코어 여과재는 흡착성 및/또는 흡수성 활성입자로 이루어진다. 활성물질은 습식 또는 건식 프로세스로 얻어진 입자, 분말 또는 입상(granular form)으로서, 활성 카본, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 알루미노규산염, 티탄산염, 탄화골분(bone char), 칼슘 하이드록시아파타이트(calcium hydroxyapatites), 망간 산화물, 철 산화물, 마그네시아, 펄라이트, 활석, 고분자 미립자(polymeric particulates), 점토, 요오드 수지, 이온교환수지, 세라믹, 초흡수성 고분자 (SAPs: super absorbent polymers) 및 이들의 조합을 포함하며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 활성물질은 압출, 압축 몰딩 또는 통상의 기술자에게 알려진 기존의 프로세스에 의해서 고상 복합체로 전환되어 진다. 미국특허 제5,019,311호 및 제5,189,092호에는 상기의 프로세스가 예시되고 있다.
섬유 역시도 코어 여과재로서 이용될 수 있다. 이러한 섬유는 피브릴화가 가능한 유기 고분자 섬유로 이루어지게 된다. 피브릴 섬유(fibrillated fiber)는 일반적으로 유난히 미세한 크기와 낮은 가격의 가능성에 기인하여 바람직하다. 이러한 피브릴 섬유로는, 폴리아미드, 아크릴, 아크릴로니트릴 등의 고분자; 일본 쿠라레이사(Kuraray Co., Ltd)의 VECTRAN® 및 일본 토요보세키사(Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Corporation)의 ZYLON® 등과 같은 액정 고분자, 이온교환수지, 엔지니어드 레진(engineered resin), 셀룰로스, 레이욘, 라미(ramie), 울, 실크, 글라스, 메탈, 세라믹, 여타 섬유상 물질 또는 이들의 조합; 또는 활성 카본, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 알루미노규산염, 티탄산염, 탄화골분, 칼슘 하이드록시아파타이트, 망간 산화물, 철 산화물, 마그네시아, 펄라이트, 마그네시아, 펄라이트, 활석, 고분자 미립자, 점토, 요오드 수지, 이온교환수지, 세라믹, 초흡수성 고분자 (SAPs) 및 이들의 조합 등과 같은 미립자 매체(particulate media)와 섬유의 조합을 들 수 있으며, 다만 이들에 한정되는 것은 아니다. 일예로, 글라스, 세라믹, 금속 섬유 또는 고분자 섬유는 단독으로 또는 함께 사용될 수 있다. 오스트리아의 Lenzing Aktiengesellschaft Coporation의 LYOCELL BY LENZING® 등과 같은 피브릴화된 리오셀 섬유(fibrillated lyocell fibers)는 유난히 미세한 크기와 낮은 가격의 가능성 때문에 사용된다.
한편, 상기 코어 여과재는 섬유나 섬유 및 미립자 매채의 조합으로부터 평탄한 시트 매체 형태로 제작되고, 최종적으로는 적용분야에 따라 감겨지거나, 적층되거나 주름가공이 행해지게 된다.
바인더 물질
분말, 미립자 또는 섬유 상의 열가소성 또는 열경화성 물질의 추가가 코어 여과재의 활성 입자를 결합시키는 것을 돕는다는 사실을 종래기술로 잘 알려져 있다. 이와 같은 바인더 물질로는: 폴리올레핀, 폴리비닐 할로겐화물, 폴리비닐 에스테르, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 황산염, 폴리비닐 인산염, 폴리비닐 아민, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리옥시디아졸, 폴리트리아졸, 폴리카르보디이미졸, 폴리설폰, 폴리카르보네이트, 폴리에테르, 폴리아릴렌 산화물, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 페놀포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 포름알데히드-우레아, 에틸-비닐 아세테이트 공중합체, 공중합체 및 그 블록 공중합체 그리고 이들의 조합이다. 상기 물질들로부터의 변화 및 여타 유용한 고분자로는 하이드록실, 할로겐, 저급 알킬기, 저급 알콕시기, 모노사이클릭 아릴기 등과 같은 기(group)의 치환을 포함한다. 그 외의 잠재적으로 적용가능한 물질로는 폴리에스테르 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 그리고 여타의 비결정(non-crystalline) 또는 비정질(armorphous) 공중합체 및 구조체 등과 같은 고분자를 포함한다.
유용한 바인더 물질에 대한 보다 상세한 리스트로는 폴리(옥시메틸렌)이나 폴리포름알데히드 등과 같은 엔드캡드 폴리아세탈(endcapped polyacetals), 폴리(트리클로르아세트알데히드), 폴리(엔-발레르알데히드), 폴리(아세트알데히드) 및 폴리(프로피온알데히드); 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(에틸 아크릴레이트) 및 폴리(메틸메타크릴레이트) 등과 같은 아크릴 고분자; 폴리(테트라플루오르에틸렌), 퍼플루오리네이티드 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오르에틸렌 공중합체, 폴리(클로로플루오르에틸렌), 에틸렌(클로로트리플루오르에틸렌 공중합체, 폴리(비닐리덴 플로라이드) 및 폴리(비닐 플로라이드) 등과 같은 플루오르카본 고분자; 폴리(6-아미노카프로산)이나 폴리(이-카프로락탐), 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드), 폴리(헥사메틸렌 세바스아미드) 및 폴리(11-아미노운데카노익산) 등과 같은 폴리아미드; 폴리(이미노-1,3-페닐렌이미노이소프탈욜)이나 폴리(엠-페닐렌 이소프탈아미드) 등과 같은 폴리아라미드; 폴리-2-자이렌 및 폴리(클로르-1-자이렌) 등의 파릴렌; 폴리(옥시-2,6-디메틸-1,4-페닐렌)이나 폴리(피-페닐렌 옥사이드) 등과 같은 폴리아릴 옥사이드; 폴리(옥시 -1,4-페닐렌설포닐-1,4-페닐렌옥시-페닐-엔이소프로필리덴-1,4-페닐렌) 및 폴리(설포닐-1,4-페닐렌-옥시-1,4-페닐렌설포닐-4,4-비페닐렌) 등의 폴리아릴 설폰; 폴리-(비스페놀 에이)나 폴리(카르보닐디옥시-1,4-페닐렌이소프로필리덴-1,4-페닐렌)등의 폴리카보네이트; 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(사이클로헥실-엔-1,4-디메틸렌 프탈레이트)나 폴리(옥시메틸렌 -1,4-사이클로헥실렌메틸렌옥시테레프탈욜) 등의 폴리에스테르; 폴리(피-페닐렌 설파이드)나 폴리(티오-1,4-페닐렌) 등의 폴리아릴 설파이드; 폴리(파이로멜리티미도 -1,4-페닐렌) 등의 폴리이미드; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-펜텐) 및 폴리(4-메틸-1-펜텐) 등의 폴리올레핀 ; 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐리덴 클로라이드) 및 폴리(비닐 클로라이드) 등의 비닐 폴리머; 1,2-폴리-1,3-부타디엔, 1,4-1,3-부타디엔, 폴리이소프렌 및 폴리클로르프렌 등의 다이엔 폴리머; 및 아크릴로니트릴부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체 등의 상기 물질의 공중합체를 포함한다.
폴리올레핀 베이스의 물질들이 바람직하다. 예를 들면, 적절하게 처리되었을 때의 처리된 폴리에틸렌이나 폴리에스테르 파이버의 특정 형태가 최적이면서도 적절항 양으로 사용되는 경우 최종적으로 얻어지는 여과재의 친수성을 심각하게 저해하지 않는다는 부가적인 장점도 지니고 있다.
미국 텍사스 휴스턴 엘피 소재의 에퀴스타 케미칼사(Equistrar Chemicals, LP of Houston, Texas)의 MICROTHENE® F 등과 같은 폴리올레핀 분말이 성공적으로 사용될 수 있다. 이들 분말은 좁은 입도분포의 초미세 구형입자로 이루어진 것으로서, 전문분야의 넓은 범위에 걸쳐서 사용되기에 적합하다. 폴리올레핀 분말은 폴리올레핀 수지의 독특한 성질과 초미세 입자크기를 겸비하고 있다. 폴리올레핀 분말에는 주로 특정한 열경화성 또는 열가소성 수지가 첨가되어 표면 성상 (surface appearance), 치수 안정성(dimensional stability), 압출 특성 또는 수축 특성의 개선을 도모하게 된다. 일반적으로 폴리올레핀 분말 중량에 대해 1 내지 6%가 첨가됨으로써, 강도 특성이 원만하게 유지되도록 한 가운데, 수지 충진제 분포(resin filler distribution), 몰드 플로우(mold flow) 및 습윤 저항성(moisture resistance)의 개선이 이루어지게 된다.
카본 블록 여과재 내에는 바인더 물질이 중량비로 약 10% 내지 40%, 자세하게는 약 15% 내지 25%, 그리고 보다 자세하게는 약 18%가 존재한다. 평탄한 시트 매체 내에 존재하는 바인더 물질은 중량비로 5% 내지 30%, 자세하게는 8% 내지 15%, 보다 자세하게는 10%가 존재한다. 바인더 물질의 연화점은 코어 여과재의 연화점에 비해 상당히 낮도록 함으로써, 미세다공성 구조의 용융이 일어나지 않고 그에 따라 기공의 저하를 초래함이 없이 바인더 물질이 활성화되도록 코어 여과재/바인더 조합의 가열이 가능하게 된다.
바인더 강화용 대전 또는 양이온 물질
본 발명에 유용한 대전 분자는 단일 대전 유니트를 갖는 적은 분자로서 바인더에 부착가능하며, 열처리 후에는 적어도 미세다공성 구조의 일부분에 부착된다. 양이온 물질은 그에 결합된 하나 또는 그 이상의 카운터 이온을 구비하며, 생물학적 활성 금속염 용액에 노출되는 때에 양이온 계면 근처에서 금속의 선택적 석출을 유도하여 양이온 금속이 석출이 이루어지도록 한다.
대전 또는 양이온 물질은 콜로이드로서 저대전 분자이거나 그에 결합된 카운터 이온을 갖는 고분자 사슬의 길이를 따라 양전하를 띠는 원자를 갖는 선형 또는 가지 고분자이다.
만일 양이온 물질이 고분자인 경우, 전하밀도는 약 매 20옹스트롬 마다 한 개의 대전 원자를 갖는 것보다 크고, 자세하게는 약 매 12옹스트롬 마다 한 개의 대전 원자를 갖는 것보다 크며, 더욱 자세하게는 약 매 10옹스트롬 분자길이 마다 한 개의 대전 원자를 갖는 것보다 크다. 양이온 물질에서 전하밀도가 높을수록 그에 결합된 카운터 이온의 농도도 높게 된다. 카운터 이온의 적절하게 높은 농도를 이용하여 양이온 금속 복합체의 석출이 일어나도록 할 수 있다. 상기 양이온 물질은 pH 환경의 고저에 상관없이 유동전위나 제타전위 분석기에 의해서 정해지는 바의 미세다공성 구조에 높은 양전하 계면을 지속적으로 제공한다. 고 분자량 대전 고분자로 처리한 후의 미세다공성 구조의 제타 또는 유동 전위는 일반적으로 약 +10밀리볼트 보다 크며, 실질적으로 중성 pH에서 종종 약 +23밀리볼트에 이르기도 한다.
일반적으로 적합하게 사용될 수 있는 양이온 물질로는, 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 4기화된 아민, 4기화된 아미드, 제4급 암모늄염, 4기화된 이미드, 벤잘코뮴 콤파운드, 비구아니드(biguanides), 양이온 아미노실리콘 콤파운드, 양이온 셀룰로스 유도체, 양이온 녹말, 4기화된 폴리글리콜 아민 축합물, 4기화된 콜라겐 폴리펩티드, 양이온 키틴 유도체, 양이온 구아검, 양이온 멜라민-포름알데히드산 콜로이드 등과 같은 콜로이드, 무기 처리된 실리카 콜로이드(inorganic treated silica colloids), 폴리아미드-에피클로르히드린 수지, 양이온 아크릴아미드, 고분자 및 그들의 공중합체, 이들의 조합 등이 포함된다.
아민의 예로는, 피롤, 에피클로르히드린으로부터 유도된 아민, 이들의 고분자 등을 들 수 있다. 아미드의 예로는, 호우(Hou) 등에 의해 공개된 "물속의 미생물을 제거하기 위한 미생물 필터 및 그 제조방법(Microorganism Filter and Method for Removing Microorganism from Water)"(국제특허출원 WO 01/07090) 폴리아미드 등을 들 수 있다. 4기화된 암모늄 염의 예로는, 다이알릴 디메틸 암모늄 할라이드의 호모폴리머, 폴리쿼터너리 아민 폴리머로부터 유도된 에피클로르히드린, 디아민 및 디할라이드로부터 유도된 제4급 암모늄염, 폴리헥사메틸렌디메틸암모늄 브로마이드 등의 미국특허 제2,261,002호, 제2,271,378호, 제2,388,614호 및 제2,454,547호와 국제특허출원 WO97/23594에 개시된 것들을 들 수 있다. 상기 양이온 물질은 화학적으로 파이버나 멤브레인에 접착, 흡착 또는 가교결합된다.
양이온 물질이나 대전물질로는 브롬화나트륨 용액과 다이아릴디메틸 암모늄 클로라이드의 호모폴리머나 폴리-DADMAC(PDADMAC)가 포함된다. PDADMAC는 고몰질량 (high-molar-mass)의 양이온 물질로서 음이온 물질의 고정에 사용될 수 있다. PDADMAC는 양이온 고분자로서 물에 완전히 용해될 수 있다. 상기 고분자체 (polymer body)는 강력한 양이온 그룹 라디칼과, 전기중화 (electro-neutralization) 및 가교흡착(bridging adsorption)의 과정에서 폐수 중의 현탁입자와 음전하를 띤 수용성 물질을 불안정하게 하고 이들을 응집시킬 수 있는 활성 흡착성 그룹 라디칼(activated-adsorbent group radical)을 포함한다. PDADMAC는 응집, 탈색, 조류사멸(killing algae) 및 유기물 제거에 매우 효과적이다. 이는 0.5 내지 1.4 사이의 넓은 범위의 pH에 적용가능하다. 적용가능한 한 PDADMAC로는 미국 일리노이주 나페르빌 소재의 나클로사(Naclo Company of Naperville, Illinois)의 MERQUAT®를 들 수 있다.
대전물질 또는 양이온 물질로서 사용에 적합한 다른 물질로는, 미국 조지아주 노르크로스 소재의 바이오쉴드 테크놀로지스사(BioShield Technologies, Inc., of Norcross, Georgia)의 BIOSHIELD®를 들 수 있는바, BIOSHIELD®는 유기실란 제품으로서 중량비로 약 5%의 옥타데실아미노디메틸트리메쓰옥시릴프로필 암모늄 클로라이드와 3% 미만의 클로르프로필트리메쓰옥실란을 포함한다. 사용가능한 또 다른 물질로 미국 메사추세스주 팅스보로 소재의 서파신 디벨롭먼트사(Surfacine Developement Company LLC, of Tyngsboro, Massachesetts)의 SURFACINE®이 유용한 바, SURFACINE®은 폴리(헥사메틸렌비구아니드)(PHMA)를 4,4'-메틸렌-비스-N,N-디글리사이딜아닐린(MBGDA)와 반응시켜서 얻어진 삼차원 고분자 네트워크와 상기 PHMB를 고분자 표면에 공유결합시키는 가교제로 이루어진다. 은은 요오드화은의 형태로 상기 네트워크에 첨가되어 서브미크론 크기의 입자로서 고착된다. 상기 조합은 유효한 살생제(biocide)로 사용될 수 있다. 파이버와 멤브레인 물질에 따라서, 상기 MBGDA는 PHMA를 파이버나 멤브레인에 가교시키거나 가교시키지 않게 된다.
바인더 강화용 미생물학적 차단 강화제
본 발명에 따른 적어도 하나의 실시예와 관련하여, 양이온 물질은 바인더에 직접 부착된다. 상기 양이온 물질은 또한 미생물학적 활성 금속염 용액 등과 같은 미생물학적 차단 강화제에 노출된다. 이와 같은 목적을 위해서, 생물학적으로 활성화된 금속이 이와 같은 적용에 상당히 적합하다. 그와 같이 생물학적으로 활성화된 금속으로는, 이에 국한되는 것은 아니나, 은, 구리, 아연, 카드뮴, 수은, 안티몬, 금, 알루미늄, 백금, 팔라듐 및 이들의 조합을 포함한다. 특히 은과 동이 바람직하다. 상기 생물학적으로 활성화된 금속염 용액은 실질적으로 액상 환경에서 녹지않고 양이온 금속 복합체의 석출을 유도하는 금속과 양이온 물질의 카운터 이온으로부터 선택되어 진다.
상술한 바와 같이, 특히 유용한 대전물질과 미생물학적 차단 강화제 조합은 양이온 은-아민-할라이드 복합체이다. 상기 양이온 아민은 약 4OO,000 달톤의 분자량을 갖는 다이알릴 디메틸 암모늄 할라이드의 호모폴리머이거나, 유사한 전하밀도 및 분자량을 갖는 여타의 제4급 암모늄염이다. 염화물 카운터 이온은 브롬화물이나 요오드화물 카운터 이온으로 대체될 수 있다. 일실시예의 프로세스에서는 은 질산염을 사용하는 대신에 브롬화물과 PDADMAC 등과 같은 대전물질을 직접 혼합하여 은 브롬화물을 석출시키는 단계를 포함한다. 중력식 유동 물여과 시스템 (gravity-flow water filtration system) 중에서의 사용시, 상기 미생물학적 차단 강화 여과재는 친수성 물질로 제조되거나 습윤제로 처리되어 우수하면서도 자발적인 젖음성을 제공한다. 한편, 다른 적용분야에 있어서, 상기 미생물학적 차단 증진 여과재는 필요에 따라 친수성 또는 소수성을 제공하도록 처리되어 진다.
바인더 물질의 대전방법
제1 실시예에서, 코어 여과재와의 결합 전에 상술한 형태의 바인더 물질은 일예로 폴리올레핀 계열로부터의 양이온 물질과 같은 상술한 형태의 대전물질과 결합된다. 본 실시예는 바인더-대전물질의 조합 내의 코어 여과재 양이 부족할 수도 있는데, 코어 여과재의 양이 부족하게 되면 바인더의 특성이나 대전물질의 특성에 영향을 미치게 되어 최종적으로 형성되는 여과 매체의 양도 불충분하게 된다. 양이온 물질을 적용하는 기술은 이미 알려져 있으며, 이는 스프레이, 딥핑 또는 흡착을 유발하는 잠김 코팅, 화학반응, 또는 양이온 물질과 바인더 물질의 가교를 포함하며, 이에 국한되는 것만은 아니다. 상기의 결과로 얻어지는 조합물은 이어서 건조가 행해진다. 기존에 알려져 있는 여러 건조 프로세스가 적용될 수 있다. 건조방법으로는 분무 건조(sprayed drying)이 채택될 수 있는바, 건조 프로세스는 특정한 건조방법으로 국한되지는 않는다. 건조 프로세스는 약 150℉ 내지 160℉의 온도범위에서 수행되며, 건조 프로세스에 따라서 적용가능한 다른 적절한 온도범위를 취할 수도 있다. 상기 바인더 물질은 처리 및 취급상의 편의를 위해서 유동 개선제 (flow-enhancing agent)를 함유할 수도 있다.
상기 대전물질은 일반적으로 비교적 긴 길이의 분자(마이크로미터 크기의) 로, 폴리올페핀계 대전물질로서의 앞서 언급된 것들이다. 양이온 물질/바인더 비는 0.5 미만, 보다 바람직하기로는 0.05 미만으로 유지된다. 열처리를 거친 후에, 양이온 분자의 일부분은 용융 바인더 내로 매입되거나 바인더의 표면에 고착되는 형태로 바인더에 직접 부착된다. 상기 대전물질을 바인더에 보다 견고하게 고착시키기 위하여, 폴리아크릴산(PAA)을 첨가시켜 양이온 물질을 갖는 불용성 고분자전해질 복합체(insoluble polyelectrolyte complexes)가 형성되도록 한다. 이와 같은 방법의 수행을 통해서 재료비와 인건비를 낮출 수 있음과 아울러 카본블록의 성능을 강화하고 또한 작업환경을 보다 안전하게 가져갈 수 있다. 대전된 바인더는 후속 단계에서 코어 여과재의 활성 물질과 결합하게 된다.
다른 실시예에서, 상기의 결합을 통해서 얻어진 바인더와 대전물질 조성물은 후속 단계에서 미생물학적 차단 강화제와 결합되어 강화가 이루어지게 된다. 경우에 따라서는, 미생물학적 차단 강화제와 대전물질을 먼저 결합시켜 강화가 이루어지도록하고 나서 이를 바인더와 결합시킬 수도 있다. 완전히 강화된 바인더는 바인더 물질의 조합, 대전물질 및 미생물학적 차단 강화제로 이루어지며, 이후 단계에서 코어 여과재의 활성카본 입자와 결합된다.
일예로, 은 브롬화물로 이루어진 미생물학적 차단 강화제가 바인더와 대전물질의 결합으로 얻어진 조합물에 직접 첨가되어 진다. 본 발명에 따른 적어도 한 실시에에서, 얻어진 대전바인더 물질 조합에 직접 첨가되는 은 브롬화물은 습식 또는 건식 형태로 사용된다. 상기 강화 바인더는 이어서 활성입자 코어 여과재에 첨가된다. 그 다음으로 열이 가해진다. 도2는 강화된 조합물에 대하여 열이 가해진 이후의 대전물질(12)과 미생물학적 차단 강화제(14)로 강화된 바인더(10)를 보여주고 있다. 용융 전에 대전물질(12)과 미생물학적 차단 강화제(14)는 정전기력을 통해서 바인더(10) 상에 직접 부착된다. 용융 후에, 대전물질(12)과 미생물학적 차단 강화제(14)는 바인더(10)의 내부 또는 외부에 고착, 매입 또는 둘러싸이거나 이들의 조합이 이루어지게 된다. 예를 들어 설명하자면, 압출된 카본블록이 만족할만한 결과를 나타내는 경우에 상기 압출 프로세스 동안에 열의 적용이 수행되어 강화 바인더의 용융과 함께 블록의 전체 영역에 걸쳐서 분산되어 진다. 상기 바인더 물질의 용융과 동시에 바인더 상의 대전물질은 동시에 분산됨과 아울러 바인더를 따라 이동된다. 미생물학적 차단 강화제(은 브롬화물)는 1 미크론 크기의 큰 입자 크기와 대전물질의 응집특성에 기인하여, 바인더 물질, 대전물질 및 미생물학적 차단 강화제는 카본블록 내에서 견고하게 고정된다.
본 발명에 따른 적어도 일실시예의 방법이 카본블록에 대하여 수행되었으며, 상술한 미국특허에서의 Koslow에 의해 제시된 원래의 공식이나 방법론 등과 같은 기존의 방법에 의해서 제조된 것과 제어장치 및 카본블록에 대한 비교가 이루어졌다. 제어장치는 대전물질과 미생물학적 차단 강화제 모두가 코어 여과재 상에 직접 그리고 초기에 부착되도록 한다. 반면에 본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 대전물질과 미생물학적 차단 강화제는 초기에 직접 바인더에 부착되고, 강화된 바인더는 이후에 코어 여과재와 결합된다. 카본블록과 활성카본 물질이 선택가능한 대표적인 물질에 해당하기는 하나, 본 발명의 방법은 단지 이들 물질로 국한되는 것은 아니고, 다른 여과 물질 및 유사하게 화학적 흡착을 이용하면서 넓은 영역의 표면적을 제공하여 오염물질이 여과재에 최대한 노출되도록 하는 평탄한 쉬트 여과재 등과 같은 동일 물질의 다른 형태로도 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 실시예에서 분말, 입자 및 화이버 형태 모두 활성 매체로 동등하게 적용가능하며, 또한 분말, 입자 및 화이버 형태 모두 바인더 물질로 동등하게 적용가능하 다.
실시예1 ( FORMULATION I)
본 발명의 일 실시예에서, 바인더는 대전물질로 처리되어 복합체를 형성하게 된다. 이어서 대전 바인더는 코어 여과재에 첨가되어 진다. 상기 코어 여과재는 입자 형태 또는 분말상 활성카본으로 제조된 카본블랙이거나 파이버로부터 제작된 일반적인 형태의 평탄한 쉬트상 복합체이다. 바인더 물질에 첨가되는 대전물질의 양은 처리를 필요로 하는 활성카본 입자나 평탄한 쉬트상 매체 등과 같은 코어 여과재의 형태나 양에 근거하여 계산되어 진다. 상기 대전물질은 폴리올레핀 계열, 보다 자세하게는 PDADMAC로부터 얻어지는바; 본 발명은 특정한 대전물질에 제한되지 않으며, 통상의 기술자에 의해 정해질 수 있는 양에 대한 약간의 변화를 수반한 가운데 상기 리스트에 나타나 있는 어떠한 대전물질을 선정하더라도 성공적인 결과를 얻을 수 있다.
코어 여과재가 카본블랙일 때, 약 40% 액상용액으로 조성된 대전물질이 바인더를 대전시키는데 사용되는데, 이때 대전물질의 양은 코어 여과재 중량의 1% 내지 4%, 보다 자세하게는 약 3%가 사용된다. 대전물질이 순수한 상태인 경우라면, 코어 여과재 중량의 0.2% 내지 2%, 보다 자세하게는 약 1%의 대전물질이 바인더의 대전에 사용된다.
대전물질은 코어 여과재 중량의 적어도 4%, 구체적인 일례로는 약 16%가 탈이온수 중에 용해되어 있다. 이어서 코어 여과재 중량의 약 15% 내지 40%, 보다 자세하게는 23%에 해당하는 양의 상기 용액이 바인더와 혼합된다. 상기 대전물질은 약 150℉ 내지 160℉에서 건조가 이루어진 후에 코어 여과재 중량의 약 0.05% 내지 3%, 보다 자세하게는 0.009% 내지 0.5%에 달하는 아몰퍼스 실리콘 디옥사이드와의 혼합이 이루어지게 되며, 이어서 체거름이 행해지게 된다.
평탄한 쉬트 형태의 코어 여과재에 대하여 약 40% 액상용액으로 이루어진 대전물질을 사용함에 있어서는 코어 여과재 중량의 약 2% 내지 35%, 보다 자세하게는 약 28%에 달하는 양의 대전물질이 바인더를 대전하는데 사용된다. 대전물질이 순수한 상태인 경우에는, 평탄한 쉬트 형태의 코어 여과재 중량의 1.0% 내지 15%, 보다 자세하게는 1%의 대전물질이 바인더를 대전시키는데 사용된다.
평탄한 쉬트 매체용으로, 액상 용액 중의 대전물질은 용액 중량에 대하여 3% 내지 30%, 보다 자세하게는 25%가 탈이온수 중에서 용해되었다. 이어서, 상기 용액은 처리되어질 바인더 물질 총 중량의 30-70%에서 파이버상에 처리되어 진다. 상기 대전 바인더는 약 150℉ 내지 160℉에서 건조가 이루어지게 된다. 이어서 상기 바인더 파이버는 일반적인 방법을 통해서 코어 여과재와 결합되어 평탄한 쉬트 매체를 형성하게 된다.
실시예2 ( FORMULATION II )
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 바인더는 대전물질로 처리되어 복합체를 형성하고, 상기 복합체는 이어서 미생물학적 차단 강화제로 강화된다.
실시예1에서와 유사한 방법으로, 바인더 물질에 첨가될 대전물질의 양은 처리될 코어 여과재의 종류 및 양에 근거하여 계산되었다. 상기 대전물질은 폴리올레핀 계열, 특히 PDADMAC로부터 얻어지는바; 본 발명은 특정한 대전물질에 제한되지 않으며, 통상의 기술자에 의해 정해질 수 있는 양에 대한 약간의 변화를 수반한 가운데 상기 리스트에 나타나 있는 어떠한 대전물질을 선정하더라도 성공적인 결과를 얻을 수 있다.
카본블랙 상태인 코어 여과재에 대하여, 약 40% 액상용액으로 조성된 대전물질이 바인더를 대전시키는데 사용되는데, 이때 대전물질의 양은 코어 여과재 중량의 1% 내지 4%, 보다 자세하게는 약 3%가 바인더 대전에 사용된다. 대전물질이 순수한 상태인 경우라면, 코어 여과재 중량의 0.2% 내지 2%, 보다 자세하게는 약 1%의 대전물질이 바인더의 대전에 사용된다.
대전물질은 코어 여과재 중량의 적어도 4%, 구체적인 일례로는 약 16%가 탈이온수 중에 용해되어 있다. 이어서 코어 여과재 중량의 약 15% 내지 40%, 보다 자세하게는 23%에 해당하는 양의 상기 용액이 바인더와 혼합된다. 상기 대전물질은 약 150℉ 내지 160℉에서 건조가 이루어진 후에 코어 여과재 중량의 약 0.05% 내지 3%, 보다 자세하게는 0.009% 내지 0.5%에 달하는 아몰퍼스 실리콘 디옥사이드와의 혼합이 이루어지게 되며, 이어서 체거름이 행해지게 된다.
미생물학적 차단 강화제를 상기 대전 바인더에 첨가하기 위한 한가지 방법은 약 1.72%의 은 질산염 용액과 나트륨 브롬화물(NaBr) 용액으로부터 은 브롬화물 분말을 마련하는 것이다. 1.72%의 은 질산염 용액은 2000ml의 역삼투 탈이온(RO/DI)수 중에 34.4g의 은 질산염을 용해시킴으로써 얻어진다. 나트륨 브롬화물 용액은 2000ml의 역삼투 탈이온수 중에 100g의 NaBr을 용해시킴으로써 얻어지게 된다. 상기 은 질산염과 나트륨 브롬화물은 용기 내에서 결합되어 황색을 띤 석출물로서의 은 브롬화물(AgBr)을 형성한다. 상청액을 따라 내고 나서 용기에 정제수를 채운 후 다시 따라 내기를 여러 번, 보다 자세하게는 적어도 3회 이상을 해서 AgBr로부터 나트륨 질산염(NaNO3) 거의 모두를 제거해 낸다. 이어서 상기 AgBr은 80℃에서 건조가 행해진다. 그리고 나서 건조된 AgBr은 가루로 분쇄된다. 은 브롬화물의 양은 코어 여과재가 강화 바인더와 결합되었을 때 코어 여과재에 완전하게 배치될 수 있는 바람직한 양으로서의 코어 여과재 중량의 0,1% 내지 1%, 보다 자세하게는 0.4%이다. 상기 건조된 AgBr은 대전 바인더와 결합되고, 그에 따라 얻어진 강화된 조합은 코어 여과재와 혼합된 후에 열처리가 행해진다.
일 실시예에서 은 브롬화물은 은 질산염을 사용하여 은 브롬화물을 석출시키는 대신에 대전물질과 직접 혼합된다.
일 예로, 압출된 카본블록에는 강화 바인더가 스며든다. 상기 카본블록은 10% 내지 25%, 보다 자세하게는 15% 내지 20%, 보다 더 자세하게는 20%의 대전 바
인더와, 0% 내지 10%, 보다 자세하게는 3% 내지 7%의 마그네슘 수산화물과, 50% 내지 90%, 보다 자세하게는 75% 내지 85%의 활성카본의 조합에 따라 얻어지게 된다. 상기 활성카본은 카본분말의 형태를 띤다. 은 브롬화물 분말은 건조된 형태로 강화된 바인더에 분산된다. 상기 블록은 열이 가해져 강화 바인더를 완전히 용융시킨 가운데 압출되어 진다.
실시예2 ( FORMULATION II )에 의해서 제조된 카본블록
아래의 표1에서와 같이 MS -2 및 이.코일(E. coil) 테스트를 통과한 세 개의 블록에 대하여 단기 성능을 측정하였다.
: 완전하게 강화된 바인더를 갖는 카본블록의 단기 미생물학적 시험
단부유량
(End Flow Rate)
필터
번호		 Total
gals		 End
△P		 MS2
inf		 MS2
Eff		 MS2
LRV		 E.Coil
Inf		 E.Coil
Eff		 E.Coil
LRV
1 500 0.45 47.50 7.00E+05 0.0 5.9 2.90E+08 0.00E+00 8.5
2 468 0.45 47.10 7.00E+05 0.0 5.9 2.90E+08 0.00E+00 8.5
3 483 0.49 33.30 7.00E+05 0.0 5.9 2.90E+08 1.00E+02 6.5
아래의 표2에서와 같이, 0.5gpm의 유량에서 종래 기술의 제조법으로 제작된 대표적인 제어 수처리 필터와의 비교를 행하였다. 상기 제어 필터는 코어 여과재 중량의 약 4%에 달하는 양의 대전물질과 코어 여과재 중량의 0.4%에 달하는 양의 은 브롬화물과 같은 미생물학적 차단 강화제를 구비하고 있으며, 이들 모두 초기에 코어 여과재에 직접 부착된다. 반면에 본 발명 실시예의 시편은 대전물질과 미생물학적 차단 강화제가 바인더에 부착되고, 그렇게 강화된 바인더가 코어 여과재와 결합되는 구성을 취하고 있다.
: 0.5gpm의 유량에서 실시예2로 제작된 카본블랙에 대한 장기 미생물학 적 시험
Influent Effluent Avg.
Flow		 Daily
Run		 Challenge Total LRV LRV
Ph pH Rate End △P Gals Gals Gals MS2 E.Coil
6.4 7.3 0.55 24.3 60.7 1.1 61.8 6.0 9.3
6.5 8.6 0.54 25.0 53.2 1.2 116.2 6.0 9.3
6.4 9.1 0.52 25.8 51.5 1.1 168.8 5.5 9.0
6.3 7.3 0.51 27.3 50.5 1.2 220.5 5.8 9.2
6.4 7.3 0.48 32.4 46.9 1.1 268.5 5.4 8.8
6.3 6.9 0.45 32.6 44.2 1.2 313.9 5.3 7.4
6.2 8.2 0.52 42.7 50.9 1.1 365.9 5.9 9.1
6.1 7.0 0.48 43.3 47.3 1.1 414.3 5.0 7.8
6.4 7.3 0.48 42.8 47.8 1.1 463.2 5.9 9.2
6.4 8.8 0.50 42.5 49.2 1.1 513.5 6.0 9.1
6.4 7.1 0.47 43.3 46.6 1.1 561.2 5.5 9.1
6.2 8.1 0.50 44.0 48.8 1.2 611.2 5.4 9.2
6.3 6.6 0.39 45.9 38.5 2.3 652.0 6.1 9.3
5.8 7.0 0.35 50.1 34.6 1.1 687.7 6.0 9.0
5.9 6.7 0.27 50.9 27.0 1.0 715.7 5.9 9.3
5.9 6.9 0.04 52.4 4.4 1.0 721.1 6.0 9.0
표3에는 사이드-바이-사이드(side-by-side) 제어필터의 성능이 나타나 있다. 카본블록은 전체 여과량에 대한 측정에서 단지 높은 유량을 나타낼 때에 상기 제어필터에서와 실질적으로 동일한 효능을 나타냈다. 이러한 결과는 적은 대전물질과 적은 미생물학적 차단 강화제를 이용한 완전히 강화된 바인더로 처리되어진 실시예2의 카본블록에서도 실현되었다.
: 제어필터(압출 카본)
Influent
Ph		 Effluent
pH		 Avg.
Flow
Rate
End △P		 Daily
Run
Gals		 Challenge
Gals		 Total
Gals		 LRV
MS2		 LRV
E.Coil
6.4 8.6 0.54 25.2 59.3 1.1 60.4 6.0 9.3
6.5 9.3 0.51 26.2 50.9 1.2 112.5 6.0 9.3
6.4 9.4 0.50 27.4 49.5 1.1 163.1 5.5 9.0
6.3 8.7 0.48 29.3 47.4 1.2 211.7 5.8 9.2
6.4 9.3 0.45 33.1 44.2 1.2 257.1 5.4 8.8
6.3 9.0 0.41 33.8 40.8 1.1 299.0 5.3 7.4
6.2 9.1 0.46 41.1 45.5 1.2 345.7 5.9 9.1
6.1 8.6 0.43 43.3 42.3 1.1 389.1 5.0 7.8
6.4 9.4 0.42 42.2 42.0 1.2 432.3 5.9 9.2
6.4 7.2 0.42 42.2 41.7 1.2 475.2 6.0 9.1
6.4 9.2 0.41 42.6 39.9 1.1 516.2 5.5 9.1
6.2 9.0 0.40 43.3 39.5 1.2 556.9 5.4 9.2
6.3 9.1 0.35 46.4 34.8 2.1 593.8 6.1 9.3
5.8 9.2 0.31 47.5 29.9 1.2 624.9 6.0 9.0
5.9 9.1 0.26 49.1 25.2 1.2 651.3 5.9 9.3
5.9 9.0 0.19 45.4 18.7 1.1 671.1 6.0 9.0
6.3 8.0 0.11 51.3 10.7 1.1 682.9 5.6 9.0
6.5 8.1 0.07 52.1 6.3 1.0 690.2 5.6 9.0
실시예3 ( FORMULATION III )
다른 실시예로서, 대전물질과 미생물학적 차단 강화제의 양이 상기 실시예2에 비해 감소되었다. 그리고, 은 브롬화물 형태의 미생물학적 차단 강화제가 바인더에 습식으로 적용되었다.
대전물질을 마련함에 있어, 대전물질의 양은 상기 실시예2에서 사용되었던 양에 비해 약 10% 내지 50% 가량이 감소한 코어 여과재 중량의 약 0.05% 내지 2%, 보다 자세하게는 약 1%의 대전물질(∼40% 액상용액)이 사용되거나, 순수한 대전물질의 경우라면 사용된 코어 여과재 중량의 0.1% 내지 1%, 보다 자세하게는 0.5%가 사용되었다. 상기 대전물질은 폴리올레핀 계열, 특히 PDADMAC로부터 얻어지는바; 본 발명은 특정한 대전물질에 제한되지 않으며, 통상의 기술자에 의해 정해질 수 있는 양에 대한 약간의 변화를 수반한 가운데 상기 리스트에 나타나 있는 어떠한 대전물질을 선정하더라도 성공적인 결과를 얻을 수 있다.
액상용액 내의 대전물질은 탈이온수 중에 용해된다. 이어서 상기 용액은 은 브롬화물(AgBr)과 혼합된다. 추가적인 이온수의 첨가가 이루어짐과 아울러 상기 조성은 강력하게 혼합되어 밀키 용액(milky solution)으로 얻어지게 된다. 상기 용액은 바인더 물질 중량의 0.5 내지 2배, 보다 자세하게는 1.3배로 바인더 물질과 혼합된다. 상기 혼합물은 약 150℉ 내지 160℉에서 건조가 이루어진다. 상기 바인더는 약 0.1% 내지 0.7%에 달하는 아몰퍼스 실리콘 디옥사이드와의 혼합, 분쇄 및 체거름이 행해지게 된다.
은 브롬화물는 그 양이 조금 적을 뿐 상술한 것과 유사한 방법을 통해서 얻얻어지게 된다. 처음에는 1.72% 은 질산염 용액 및 나트륨 브롬화물(NaBr) 용액으로 출발한다. 상기 1.72% 은 질산염 용액은 34.4g의 은 질산염을 2000ml의 역삼투 탈이온(RO/IO)수 중에 용해시킴으로써 얻어진다. 나트륨 브롬화물 용액은 2000ml의 역삼투 탈이온수 중에 100g의 NaBr을 용해시킴으로써 얻어지게 된다. 상기 은 질산염과 나트륨 브롬화물은 용기 내에서 결합되어 황색을 띤 석출물로서의 은 브롬화물(AgBr)을 형성한다. 상청액을 따라 내고 나서 용기에 정제수를 채운 후 다시 따라 내기를 여러 번, 보다 자세하게는 적어도 3회 이상을 해서 AgBr로부터 나트륨 질산염(NaNO3) 거의 모두를 제거해 낸다. 이어서 상기 AgBr은 건조가 행해진다. 그리고 나서 건조된 AgBr은 가루로 분쇄된다. 은 브롬화물의 양은 코어 여과재가 강화 바인더와 결합되었을 때 코어 여과재에 완전하게 배치될 수 있는 바람직한 양으로서의 40%의 용액중에서 코어 여과재 중량의 0,1% 내지 0.5%이며, 코어 여과재 중량의 약 0.2%에 달하는 AgBr이 배치된다. 상기 AgBr은 대전 바인더와 결합되고, 그에 따라 얻어진 강화된 조합은 코어 여과재와 혼합된 후에 열처리가 행해진다. 이와 같은 방법에서, 코어 여과재 중량에 대한 AgBr의 양은 상기 실시예2에 비해 약 60% 정도가 감소된다.
실시예3 ( FORMULTION III )으로 제조된 카본블록:
표4에는 카본블록에 대한 장기 미생물학적 시험결과가 나타나 있다. 이들은 약 10psi 정도의 실질적으로 낮은 초기 압력강하는 나타내었으며, 500 갤론의 처리 후에 있어서도 압력강하는 16psi 정도에 지나지 않았다.
: 0.5gpm의 유량에서 실시예3으로 제조된 카본블록의 장기 미생물학적 시험-압출 카본블록에 대한 시험
Influent
Ph		 Effluent
pH		 Avg.
Flow
Rate
End △P		 Daily
Run
Gals		 Challenge
Gals		 Total
Gals		 LRV
MS2		 LRV
E.Coil
6.2 7.6 0.51 12.7 30.0 0 30.0 6.0 9.3
6.3 6.9 0.49 13.0 48.3 1.4 79.7 6.0 9.3
5.9 7.1 0.51 13.1 49.8 1.4 130.9 5.5 9.0
6.4 7.3 0.47 13.8 46.8 1.3 179.0 5.8 9.2
6.3 7.1 0.51 14.6 50.2 1.3 230.5 5.4 8.8
6.3 6.5 0.47 13.6 46.3 1.6 278.4 5.3 7.4
6.4 7.0 0.52 16.2 51.7 1.5 331.6 5.9 9.1
6.5 7.0 0.49 15.7 48.8 1.4 381.8 5.0 7.8
6.4 7.2 0.46 15.1 45.2 1.5 428.5 5.9 9.0
6.3 7.0 0.48 16.2 28.6 1.4 458.2 5.9 6.0
6.1 6.5 0.46 16.0 45.8 1.5 505.5 5.4 9.2
6.4 7.0 0.51 18.0 50.3 1.7 557.5 5.1 9.3
6.1 7.1 0.49 16.7 48.3 1.4 607.2 6.4 9.2
5.7 6.3 0.49 16.8 48.1 1.5 656.8 5.8 9.2
5.8 5.8 0.49 16.9 48.5 1.2 706.5 6.0 6.9
5.7 5.4 0.45 16.8 44.8 1.5 752.8 5.5 6.1
6.4 6.4 0.50 19.5 49.7 1.3 803.8 5.9 4.8
6.3 6.3 0.48 19.9 47.5 1.5 881.7 4.0 6.6
실시예4( FORMULATION IV )
다른 실시예로서, 다음의 두 가지 차이를 제외하곤 실시예2와 동일한 제조방법으로서, 그 차이는: 1) 좀 더 조대한 활성탄소 분말이 사용되고, 2) 바인더에 첨가되는 대전물질의 양이 감소된다.
은 브롬화물의 마련은 앞에서 설명된 것과 동일하다. 대전 바인더는 아래의 과정을 통해서 얻어진다:
다시 한번, 상기 대전물질은 폴리올레핀 계열, 특히 PDADMAC로부터 얻어지는바; 본 발명은 특정한 대전물질에 제한되지 않으며, 통상의 기술자에 의해 정해질 수 있는 양에 대한 약간의 변화를 수반한 가운데 상기 리스트에 나타나 있는 어떠한 대전물질을 선정하더라도 성공적인 결과를 얻을 수 있다. 코어 여과재 중량의 0.3% 내지 4%, 보다 자세하게는 0.4% 내지 0.7%의 대전물질(∼40% 액상용액)은 코어 여과재 중량의 적어도 2%, 일예로는 4%에 달하는 탈이온수 중에 용해된다. 그리고 나서, 상기 용액은 코어 여과재 중량의 약 0.1% 내지 0.4%에 달하는 습식 은 브롬화물과 혼합된다. 적어도 4%, 일실시예에서는 12%의 탈이온수가 추가됨가 아울러 강력한 혼합의 결과로 밀키 용액이 얻어지게 된다. 이어서 상기 용액은 코어 여과재 중량의 약 15% 내지 40%, 보다 자세하게는 23%에 달하는 바인더 물질과 혼합된다. 상기 혼합물은 약 150℉ 내지 160℉에서 건조가 이루어진다. 상기 바인더는 약 0.03% 내지 0.5%에 달하는 아몰퍼스 실리콘 디옥사이드와의 혼합, 분쇄 및 체거름이 행해지게 된다.
실시예5 ( FORMULATION V)
본 실시예는 낮은 pH, 즉 산성 영역에서 미생물의 제거를 용이하게 하기 위하여 폴리아크릴산(PAA)이 사용된 것만을 제외하고는 상기 실시예4의 제조방법과 동일하다.
은 브롬화물 분말의 마련은 실시예4에서와 유사한 방법으로 수행된다.
2단계 제조방법에 있어서, 폴리아크릴산(PAA) 용액은 폴리아크릴산과 정제수를 결합함으로써 얻어지고, 그리고 나서 상기 PAA 용액은 바인더 물질에 주입된다. 상기 PAA-바인더 조합은 건조 후 분말상으로 분쇄되고, 이어서 대전물질과 미생물학적 차단 강화제와 결합된다.
좀 더 자세하게 설명하자면, 바인더 물질 중량의 약 0.1% 내지 10%, 보다 자세하게는 0.4% 내지 0.7%에 달하는 PAA(35% 액상용액)는 바인더 물질 중량의 적어도 2%, 일 예로 54%에 달하는 탈이온수에 의해 희석됨과 아울러 바인더 물질과 혼합된다. 상기 조합은 약 150℉ 내지 160℉에서 건조된 후, 조대한 분말상으로 분쇄된다.
바인더 물질의 중량 퍼센트로서 약 1% 내지 5%, 보다 자세하게는 3%의 대전물질이, 코어 여과재의 퍼센트로서 0.05%내지 0.5%, 보다 자세하게는 0.15%의 상기 AgBr과 함께 상기 바인더-PAA 코팅된 분말과 결합되고, 약 150℉ 내지 160℉에서 건조된다. 이어서 상기의 강화된 바인더는 약 0.1% 내지 0.7%에 달하는 아몰퍼스 실리콘 디옥사이드와의 혼합, 분쇄 및 체거름이 행해지게 된다.
단일 공정(one-step preparation)의 경우, 폴리아크릴산 용액은 바인더 물질, 대전물질 용액 및 미생물학적 차단 강화제에 주입되어 강화된 바인더 혼합물을 형성한다. 상기 강화된 바인더 혼합물은 건조 후에 코어 여과재와 혼합되어 필터 매체로 얻어져서 열처리를 거치게 된다.
특히, 바인더 물질 중량의 약 0.1% 내지 10%에 달하는 양의 PAA(35% 액상 용액)는 바인더 물질 중량의 적어도 2%, 일 예로 54%에 달하는 양의 탈이온수에 의해 희석화됨과 아울러 바인더 물질과 혼합된다. 그리고, 바인더 물질 중량의 퍼센트로서 1% 내지 5%, 보다 자세하게는 3%에 달하는 대전물질은, 코어 여과재에 대한 퍼센트로서 0.05% 내지 0.5%, 보다 자세하게는 0.15%의 AgBr과 함께 일예로 바인더 물질 중량의 36%에 달하는 탈이온수에 혼합되는 한편, 상기 PAA 코팅된 분말과 결합되고, 약 150℉ 내지 160℉에서 건조된다. 상기 강화된 바인더는 이후에 약 0.1% 내지 0.7%에 달하는 아몰퍼스 실리콘 디옥사이드와의 혼합, 분쇄 및 체거름이 행해지게 된다. 상기의 결과물은 코어 여과재와 결합되거나 향후의 사용을 위해서 밀봉이 행해진다.
실시예4 &5( FORMULATION IV &V)로 제조된 카본블록:
아래의 테스트 결과에서 적시되고 있듯이, 처리된 모든 블록들은 바이러스 및 박테리아 감소에 대한 3회의 미생물학적 감소 테스트를 거쳤다. 테이타를 통해서 이들 필터들이 제어필터를 능가한다는 사실이 입증되고 있다. 표3에 나타나 있는 바와 같이, 적정방법(titration method)에 의해서 정해진 바의 추출시험에서의 대전물질 용출농도(leaching concentration)는 제어필터의 용출농도에 비해서 훨씬 낮다.
대전물질(폴리올레핀 계열-PDADMAC) 추출 시험
샘플 식별번호 24시간(ppm) 48시간(ppm)
제어필터 38.0 18.4
1 12.3 0.8
2 0.8 0
3 0 0
4 0 0

0.5gpm의 유량에서 실시예4로 제작된 카본블록의 장기 미생물학적 시험
Influent
Ph		 Effluent
pH		 Avg.
Flow
Rate
End △P		 Total
Gals		 LRV
MS2		 LRV
E.Coil
5.90 9.88 0.51 20.8 52 6.32 9.21
5.98 9.34 0.51 22.7 102 6.62 9.03
6.08 9.12 0.51 24.4 152 6.89 9.12
5.75 8.81 0.48 27.3 202 6.65 9.26
5.57 9.01 0.47 30.2 250 6.71 9.16
5.82 8.89 0.45 30.8 297 6.90 9.39
5.86 9.02 36.8 341 6.57 9.10
5.57 0.40 33.4 382 7.15 9.48
5.59 9.13 0.38 44.9 421 6.80 9.26
0.5gpm의 유량에서 실시예5로 제작된 카본블록의 장기 미생물학적 시험
Influent
Ph		 Effluent
pH		 Avg.
Flow
Rate
End △P		 Total
Gals		 LRV
MS2		 LRV
E.Coil
5.74 10.07 0.52 16.8 52.80 5.90 8.94
5.90 9.22 0.52 18.2 105.30 6.32 9.21
5.98 9.15 0.50 21.2 1526.0 6.62 9.03
6.08 9.15 0.48 22.8 204.4 6.89 9.12
5.75 9.36 0.47 26.2 251.4 6.65 9.26
5.57 9.15 0.44 28.2 296.6 6.71 9.16
5.82 9.08 0.43 31.3 340.2 6.90 9.39
5.86 9.07 0.41 36.1 381.9 6.57 9.10
5.57 - 0.39 37.4 422.0 7.15 9.48
5.58 8.95 0.36 44.3 485.5 6.80 9.26
상기의 방법론을 이용하여, 여과재를 둘러싸도록 처리된 필터에 대한 초기 압력강하는 약 10psi로서, 이는 종래 기술의 필터에 비해서 매우 낮은 것이다. 이는 부분적으로, 대전물질이 활성카본 상에 직접 부착되었을 때 대전물질이 흐름 채널(flow channel)을 차단함에 기인하는 것으로 보여진다. 본 발명에 따른 적어도 한 실시예에 따른 방법에서는 대전물질을 바인더에 직접 코팅하기 때문에, 활성카본이 그대로 유지되어 초기 압력강하가 감소된다. 압력강하의 증가 속도 또한 줄어든다. 대전물질은 카본 내부에 분산되어 있는 바인더 상에 집중된다. 먼지, 부식산(humic acid) 및 박테리아 등과 같은 음대전 물질은 흐름 채널을 차단하는 대신 양대전 물질에 끌려들게 된다. 이에 대한 메커니즘이 도3에 도시되어 있다. 유입수(22)는 카본필터(20')(20")(20'")를 통과하여 유출수(24)로 된다. 그리드 (12)는 흐름 채널을 나타내고 있다. 교차점 상의 PDADMAC 등과 같은 대전물질(14)은 음대전 물질(16)을 포획하게 된다. 만일 제1층상에 너무 많은 대전물질(14)이 있게 되면, 상당한 양의 음대전 물질(16)이 제1층 상에 들러붙게 되어 흐름 채널을 급속도로 차단시키게 되는 바, 그 동안에 제2 및 제3층 상의 대전물질(14)과 활성카본은 충분히 활용되지 않은 상태로 남게 된다. 대전물질을 바인더에 직접 부착시킴으로써 대전물질이 활성카본과 결합되었을 때 대전물질의 위치를 효과적으로 격리시키게 된다. 대전물질(14)을 제1층 상의 격리된 영역에 집결시킴에 따라 일부의 음대전 물질이 제1층 상에 흡착되고, 일부는 제1층을 통과하여 제2층이나 제3층 상에서 흡착된다. 따라서 흐름 채널의 차단은 더뎌지게 되고, 그에 따라 압력강하의 증가도 늦어지게 된다.
상기의 방법은 조대한 활성카본의 사용을 가능하게 하는바, 이 역시도 필터의 압력강하를 감소시키게 된다.
본 발명에 따른 적어도 일 실시예의 방법은 GUR 바인더(고분자량 폴리에틸 렌), 실리카를 포함하는 무기 필러, 제올라이트 등과 같은 여타의 기질 (substrates)에도 적용될 수 있다.
상술된 바의 본 발명은 코어 여과재 내부에 미생물학적 차단제를 정착 (depositing)시키는 것을 단순화시킨다. 또한 본 발명은 나트륨 브롬화물, 은 질산염 및 대전물질을 감소시키고, 필터 제조 공정 중에 나트륨 염화물 및 암모니아의 사용을 배제시킨다.
이에 더하여, 바인더에 대한 카본의 비가 4 내지 1 정도이어서, 원료물질의 취급작업량이 줄어드는바, 그 이유는 원료물질에 대한 처리작업이 활성탄소가 아닌 바인더에 대하여 행해지기 때문이다. 그리고 종래 기술의 필터에 비교하여, 약 1/5 내지 1/1 정도의 물 증발을 필요로 하기 때문에 열에너지의 감소를 도모하게 된다. 카본블록 필터의 성능이 종래에 비해서 증가되는바, 그 이유는 대전물질이 활성카본상의 유효표면을 더 이상 감소시키지 않기 때문이다. 이에 따라 증가된 흐름속도 및 감소된 압력강하의 결과가 얻어지게 된다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 방법에서는 보다 다양한 활성카본 입자크기의 이용이 가능해지게 된다. 반면에, 종래 기술의 프로세스에서는 카본의 높은 표면적과 높은 건조온도에 기인하여 미세한 카본의 적용시 응집이 초래된다. 이와 같이 응집된 것을 분쇄하여 다시 미세한 카본으로 환원시키는 것은 어렵다.
본 발명에서는 건조온도가 종래의 300℉에 비해서 낮은 150 내지 160에서 수행됨에 따라 대전물질의 분해가 감소되는바, 이는 대전물질의 양을 감소시킬 수 있음을 의미한다. 바인더와 블록 내의 활성카본 사이의 계면상의 PDADMAC 등과 같은 대전물질의 존재는 원래의 제어 포뮬레이션을 유지하거나 또는 초과하는 동안이라도 증가된 투과유속(water flux)과 감소된 압력강화의 결과를 낳는다. 카본블록의 치밀함(tightnsess)의 정도를 정하는데 사용되는 공기값(air values)이 제어필터와 동등할지라도, 압력강하는 한층 낮아진다. 이와 같은 특성에는 4개의 요소가 작용하는바: 1) 대전물질의 팽창에 따른 흐름 채널의 확장; 2) 대전물질의 친수성에 기인하는 물 흐름의 강화; 3) PDADMAC가 블록의 전 영역에 분산되는 대신 일정한 영역에 집중되기 때문에 박테리아나 바이러스가 이들 영역으로 포집되어 그 곳에서 비활성화됨; 및 4) 플러싱(flushing) 초기에 일부의 대전물질 및/또는 은 브롬화물이 씻겨 내려감과 아울러 씻겨 내려간 자리가 개방된 상태로 유지됨을 들 수 있다.
PDADMAC 등과 같은 대전물질의 집중에 기인하여, 그 양은 훨씬 감소될 수 있다. 또한 대전물질의 감소 및 건조 시간의 저하에 따라서, 부산물의 분해가 감소되어서 예를 들면 보다 높은 온도로 압출을 할 수 있어서 한층 높은 유동성을 제공하게 된다. 그리고 대전물질의 침출을 상당히 줄일 수 있는바, 경우에 따라서는 정상적인 적정법(titration method)의 검출한계 부근이나 그 이하까지도 줄일 수 있다. 폴리아크릴산을 첨가하여 폴리전해질 복합체을 형성함으로써 산성 영역의 낮은 pH에서 미생물을 제거할 수 있다.
한편, 상기 강화 바인더는 기능성 물질의 분산을 효과적으로 제어하기 위한 운반체로서 사용될 수도 있다.
도 4A-4D는 본 발명에 따른 대전 또는 강화 바인더를 함유하는 여과재를 보여주고 있다. 도4A는 단부 캡(44) 사이에 복합체 블록 여과재(42)가 구비된 필터 (40)에 대한 사시도이다. 도4B는 주름진 필터시트(48) 형태의 여과재를 갖는 필터 (46)를 보여주고 있다. 도4C는 스파이럴상 권회 시트(52) 형태의 여과재를 갖는 필터(50)를 보여주고 있다. 도4D는 개별 스파이럴(54)을 보여주는 스파이럴 권회 시트(52)의 확대도이다. 각각의 실시예에서, 여과재(42)(48)(52)는 본 발명에 따라 대전 또는 강화된 바인더로 제작된다.
여과재를 제작함에 있어서는, 바인더의 연화를 유도하기 위한 가열 전 중간 단계로서 여과재는 대전물질이 바인더에 직접 부착된 강화 바인더를 구비하거나 대전물질 및 미생물학적 차단 강화제가 바인더에 직접 부착된 강화 바인더를 구비하여 조성됨과 아울러 코어 여과재와 결합된다. 여과재를 제조함에 있어서 대전물질과 미생물학적 차단 강화제가 의도적으로 코어 여과재에 부착되지 않는 경우로서의 상기 중간단계의 조합은 나름대로 독특하다 할 것이다.
상기 중간단계의 여과재에 열이 가해지게 되면, 바인더 물질의 연화가 이루어짐과 아울러 상기 대전물질과 미생물학적 차단 강화제는 연화된 바인더와 함께 코어 여과재의 전 영역으로 분산된다. 종래의 제조방법에 비해서 본 발명에서 보다 적은 대전물질과 보다 적은 미생물학적 차단 강화제를 사용하는 경우라도 상기의 과정은 수행된다. 이어서 상기 여과재는 성형 및 조립과정을 거쳐 도4에 도시된 바의 필터로 얻어지게 된다.
이상 본 발명을 특정한 실시예와 관련하여 설명하였는바, 본 발명은 통상의 기술자에 의해서 여러 변화, 수정 및 변경이 가해질 수 있음은 상기의 설명을 통해서 명백하다 할 것이다. 따라서, 후술되는 특허청구의 범위는 그와 같은 변화, 수정 및 변경이 본 발명의 진정한 범위 및 사상을 벗어나지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (52)

  1. 대전물질을 바인더 물질에 직접 결합시켜 대전 바인더 물질을 형성하는 단계;
    가열 전에 폴리아크릴산(PAA)을 공급하는 단계;
    상기 결합된 대전물질, 폴리아크릴산(PAA) 및 바인더 물질을 가열하여 대전물질을 직접 바인더 물질에 부착시키고, 상기 폴리아크릴산(PAA)은 대전물질과 함께 불용성 고분자전해질 복합체를 형성하여 상기 대전물질이 바인더 물질에 보다 견고하게 부착된 대전 바인더 물질을 형성하는 단계;
    코어 여과재를 상기 대전 바인더 물질과 결합하는 단계; 및
    상기 결합된 코어 여과재와 상기 대전 바인더 물질을 갖는 여과재를 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여과재 형성단계는 상기 결합된 코어 여과재와 상기 대전 바인더 물질을 압출 또는 압축 몰딩하여 고상 복합체나 블록으로 성형하는 것을 포함함을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코어 여과재는 활성카본, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 알루미노규산염, 티탄산염, 탄화골분(bone char), 칼슘 하이드록시아파타이트(calcium hydroxyapatites), 망간 산화물, 철 산화물, 마그네시아, 펄라이트, 활석, 고분자 미립자(polymeric particulates), 점토, 요오드 수지, 이온교환수지, 세라믹 또는 초흡수성 고분자 (SAPs: super absorbent polymers)로 이루어진 분말이나 입자 형태의 흡수성 또는 흡착성 활성입자의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코어 여과재는 폴리머, 폴리아미드, 아크릴, 아크릴로니트릴, 액정 고분자, 이온교환수지, 엔지니어드 레진(engineered resin), 셀룰로스, 레이욘, 라미(ramie), 울, 실크, 글라스, 메탈, 세라믹, 유기 및 무기 섬유 또는 휘스커로 이루어짐을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어 여과재는 활성 카본, 활성 알루미나, 제올라이트, 규조토, 규산염, 알루미노규산염, 티탄산염, 탄화골분, 칼슘 하이드록시아파타이트, 망간 산화물, 철 산화물, 마그네시아, 펄라이트, 마그네시아, 펄라이트, 활석, 고분자 미립자, 점토, 요오드 수지, 이온교환수지, 세라믹 또는 초흡수성 고분자 (SAPs)를 포함하는 미립자 매체(particulate media)와 섬유의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 여과재 형성단계는 평탄한 쉬트 매체를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 여과재 형성단계는 상기 평탄한 쉬트 매체의 권회, 적층 또는 주름가공을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 바인더 물질은 폴리올레핀, 폴리비닐 할로겐화물, 폴리비닐 에스테르, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 황산염, 폴리비닐 인산염, 폴리비닐 아민, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리옥시디아졸, 폴리트리아졸, 폴리카르보디이미졸, 폴리설폰, 폴리카르보네이트, 폴리에테르, 폴리아릴렌 산화물, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 페놀포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 포름알데히드-우레아, 에틸-비닐 아세테이트 공중합체(ethyl-vinyl acetate copolymers)또는 상기 물질의 공중합체 및 블록 공중합체(co-polymers and block interpolymers thereof)를 포함하는 분말, 입자 또는 섬유상으로 이루어짐을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바인더 물질의 변화(variations)는 하이드록실, 할로겐, 저급 알킬기, 저급 알콕시기 및 모노사이클릭 아릴기를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 바인더 물질은 폴리에스테르 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 및 여타의 비결정(non-crystalline) 또는 비정질(armorphous) 공중합체 및 구조체를 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 바인더 물질은: 폴리(옥시메틸렌)이나 폴리포름알데히드, 폴리(트리클로르아세트알데히드), 폴리(엔-발레르알데히드), 폴리(아세트알데히드) 및 폴리(프로피온알데히드)를 포함하는 엔드캡드 폴리아세탈(end-capped polyacetals); 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(에틸 아크릴레이트) 및 폴리(메틸메타크릴레이트)를 포함하는 아크릴 고분자; 폴리(테트라플루오르에틸렌), 퍼플루오리네이티드 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오르에틸렌 공중합체, 폴리(클로로플루오르에틸렌), 에틸렌(클로로트리플루오르에틸렌 공중합체, 폴리(비닐리덴 플로라이드) 및 폴리(비닐 플로라이드)를 포함하는 플루오르카본 고분자; 폴리(6-아미노카프로산)이나 폴리(이-카프로락탐), 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드), 폴리(헥사메틸렌 세바스아미드) 및 폴리(11-아미노운데카노익산)를 포함하는 폴리아미드; 폴리(이미노-1,3-페닐렌이미노이소프탈욜)이나 폴리(엠-페닐렌 이소프탈아미드)를 포함하는 폴리아라미드; 폴리-2-자이렌 및 폴리(클로르-1-자이렌)를 포함하는 파릴렌; 폴리(옥시-2,6-디메틸-1,4-페닐렌)이나 폴리(피-페닐렌 옥사이드)를 포함하는 폴리아릴 에스테르; 폴리(옥시 -1,4-페닐렌설포닐-1,4-페닐렌옥시-페닐-엔이소프로필리덴-1,4-페닐렌) 및 폴리(설포닐-1,4-페닐렌-옥시-1,4-페닐렌설포닐-4,4-비페닐렌)을 포함하는 폴리아릴 설폰; 폴리-(비스페놀 에이)나 폴리(카르보닐디옥시-1,4-페닐렌이소프로필리덴-1,4-페닐렌)를 포함하는 폴리카보네이트; 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(사이클로헥실-엔-1,4-디메틸렌 프탈레이트)나 폴리(옥시메틸렌 -1,4-사이클로헥실렌메틸렌옥시테레프탈욜)을 포함하는 폴리에스테르; 폴리(피-페닐렌 설파이드)나 폴리(티오-1,4-페닐렌)를 포함하는 폴리아릴 설파이드; 폴리(파이로멜리티미도 -1,4-페닐렌)을 포함하는 폴리이미드; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-펜텐) 및 폴리(4-메틸-1-펜텐)을 포함하는 폴리올레핀 ; 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐리덴 클로라이드) 및 폴리(비닐 클로라이드)을 포함하는 비닐 폴리머; 1,2-폴리-1,3-부타디엔, 1,4-1,3-부타디엔, 폴리이소프렌 및 폴리클로르프렌을 포함하는 다이엔 폴리머; 및 상기 물질의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 대전물질은:
    콜로이드;
    저대전 분자; 또는
    연관된 카운터 이온을 구비한 고분자 사슬의 길이방향을 따라 양대전 원자(positively charged atoms)를 갖는 선형 또는 가지 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 대전물질이 고분자로 이루어지는 경우, 전하밀도는 매 10옹스트롬, 12옹스트롬 또는 20옹스트롬에 대해 1 대전원자 이상인 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 대전물질은, 4기화된 아민, 4기화된 아미드, 제4급 암모늄염, 4기화된 이미드, 벤잘코뮴 콤파운드, 비구아니드(biguanides), 양이온 아미노실리콘 콤파운드, 양이온 셀룰로스 유도체, 양이온 녹말, 4기화된 폴리글리콜 아민 축합물, 4기화된 콜라겐 폴리펩티드, 양이온 키틴 유도체, 양이온 구아검, 양이온 멜라민-포름알데히드산 콜로이드 등과 같은 콜로이드, 무기 처리된 실리카 콜로이드(inorganic treated silica colloids), 폴리아미드-에피클로르히드린 수지 및 양이온 아크릴아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 아민은 피롤, 에피클로르히드린으로부터 유도된 아민, 폴리시오펜, 폴리아닐린 및 폴리아세틸렌을 포함하는 피롤의 고분
    자, 및 에피클로르히드린아민 고분자를 포함하는 에피클로르히드린 아민의 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제4급 암모늄염은 다이아릴 디메틸 암모늄 할라이드의 호모폴리머, 폴리쿼터너리 아민 폴리머로부터 유도된 에피클로르히드린, 디아민 및 디할라이드로부터 유도된 제4급 암모늄염 또는 폴리헥사메틸렌디메틸암모늄 브로마이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 대전물질은 화학적으로 파이버나 멤브레인에 접착, 흡착되거나 자체 가교결합되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 대전물질은 브롬화나트륨 용액과 다이아릴디메틸 암모늄 클로라이드의 호모폴리머 또는 폴리-DADMAC(PDADMAC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  19. 제1항에 있어서, 폴리 아크릴산(PAA)을 첨가하여 대전물질을 갖는 불용성 고분자전해질 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  20. 제2항에 있어서:
    액상용액 중의 대전물질인 경우에는, 40% 액상용액 중에서 대전물질의 양이 상기 코어 여과재 중량의 1% 내지 4%가 되도록 마련하는 단계; 또는
    대전물질이 다른 물질이 포함되지 않거나 다른 물질과 혼합되지 않은순수한 상태인 경우에는, 상기 코어 여과재 중량의 0.2% 내지 2%에 달하는 양의 대전물질을 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서:
    상기 대전물질은 액상용액중에 존재하며, 상기 단계들은,
    상기 대전물질을 탈이온수(DI) 중에 용해시키는 단계;
    상기 대전물질이 용해된 용액을 코어 여과재 중량의 15% 내지 40%에 달하는 양의 바인더 물질과 혼합하여 대전 바인더를 형성하는 단계; 및
    상기 대전 바인더를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서:
    코어 여과재 중량의 0.05% 내지 3%에 달하는 양으로 상기 대전물질과 아몰퍼스 실리콘 디옥사이드를 혼합하는 단계; 및
    체거름을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  23. 제6항에 있어서:
    액상용액 중의 대전물질인 경우에는, 40% 액상용액 중에서 대전물질의 양이 상기 코어 여과재 중량의 2% 내지 35%가 되도록 마련하는 단계; 또는
    대전물질이 다른 물질이 포함되지 않거나 다른 물질과 혼합되지 않은순수한 상태인 경우에는, 상기 코어 여과재 중량의 1% 내지 15%에 달하는 양의 대전물질을 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서:
    상기 대전물질을 탈이온수의 액상용액 중에 용해시키는 단계;
    바인더 물질 전체 중량의 30% 내지 70% 에 달하는 상기 대전물질을 코어 여과재 중량의 2% 내지 35%에 달하는 바인더 물질과 혼합하여 대전 바인더를 형성하는 단계; 및
    상기 대전 바인더를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.
  25. 제1항에 있어서, 대전물질을 바인더 물질에 직접 결합시키는 단계는 상기 대전물질을 바인더 물질 및 상기 코어 여과재의 비활성 영역에 직접 결합시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물학적 차단성능을 갖는 여과재의 제조방법.

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