KR102318193B1 - 다공성 막 상의 특징부 - Google Patents

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존 폴 푸글리아
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

본 개시는, 다공성 막의 표면 상에 적어도 하나의 중합체 특징부를 포함하며, 적어도 하나의 중합체 특징부는 나노스케일 사출 성형 장치를 사용하여 막에 결합되는 다공성 막을 기재한다. 본 개시의 또 다른 양태는 제1 필름 층, 제2 필름 층, 제1 필름 층과 제2 필름 층 사이의 적어도 하나의 중합체 특징부를 포함하는 다공성 막을 포함하며, 적어도 하나의 중합체 특징부는 적어도 제1 필름 층에 결합되는 다공성 막을 포함한다.

Description

다공성 막 상의 특징부
본원은 "막에 3D 인쇄된 특징부"이라는 발명의 명칭으로 2015년 11월 19일자 출원된 미국 가특허출원 제62/257355, 및 "3D 인쇄를 이용한 막 라미네이션"이라는 발명의 명칭으로 2015년 11월 19일자 출원된 가특허출원 제62/257359의 우선권을 주장하며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 액체 여과를 위한 다공성 막, 더 구체적으로는 기능을 향상시키기 위한 다공성 막의 표면 또는 다공성 막의 필름 상의 중합체 특징부에 관한 것이다.
다공성 막은 여러 용도에서 액체 및 기체와 같은 재료를 여과하는 데 사용된다. 이러한 다공성 막은 평평한 시트 또는 중공 섬유일 수 있고, 중합체, 플라스틱, 세라믹, 금속 또는 복합 재료로 이루어질 수 있다. 상기 막은 여과된 재료 또는 여과물로부터 공급 원료(feed-stream material)를 분리하기 위해 하우징에 결합될 수 있다. 필터의 여러 구성에서, 여과의 요건에 따라 평평한 시트 막이 특정 방식으로 하우징에 결합된다. 하우징에서의 여과 막 표면적을 증가시키는 한 가지 일반적인 방법은 막을 주름지게 한 후 하우징 내부에 결합시키는 것이다. 이러한 구성에서, 막의 여러 주름들은 필터를 통과하는 액체의 유동을 최적화하기 위해 분리된 채로 유지시킬 필요가 있다.
필터 제작에서 일반적인 관행은 다공성 막 또는 필름의 주름들 또는 층들 사이에 개방 스크린 또는 스페이서 재료를 포함시키는 것이다. 예를 들어, 필터 하우징 내의 주름진 다공성 막에서, 스크린 또는 스페이서는 막의 인접한 주름들이 스크린 또는 스페이서 재료에 의해 분리된 상태로 유지되도록 막을 따라 위치한다. 또 다른 예는, 다공성 막의 층들에서 스크린 또는 스페이서가 이들 층들 사이에 위치하고 층들 사이의 분리를 유지시켜 각 층이 유동하는 액체에 대한 여과를 수행한다.
이러한 스크린과 스페이서는 개방되어 있어 여과 동안 압력 강하를 낮추며, 일반적으로 직포 및 부직포, 섬유 그물, 천공 시트, 골지고 양각된 시트, 립 시트(ribbed sheet), 다공성 금속, 다공성 세라믹 및 기타 유사한 스크린으로서 제작된다. 스크린과 스페이서에 몇 가지 단점이 있다. 예를 들어, 스크린 및 스페이서는 전형적으로 선택성 막의 상당 부분을 차단한다. 스페이서와 스크린은 일반적으로 50 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 압출된 시트 또는 섬유 그물로부터 제작되고, 이 추가된 두께는 하우징 안에 넣을 수 있는 막의 양을 감소시킨다. 또한, 경우에 따라서, 막에 스크린을 충분히 밀봉하는 것이 어렵기 때문에 성능이 저하된다. 또한, 스페이서와 스크린 재료에 의해 필터의 청결 상태가 저하되어 필터에서 추출될 수 있는 불순물이 많이 발생한다.
다층 다공성 막을 제조하는 종래의 방법은 가열에 의해 중합체 재료의 여러 개의 층을 함께 라미네이팅하는 것을 필요로 한다. 이 공정의 단점은 라미네이션이 악화되거나 막의 특징부에 결함 또는 왜곡을 생성할 수 있다는 것이다. 이러한 이유로, 라미네이션은 형성된 다공성 막의 계속되는 왜곡을 방지하기 위해 단일 가열 이벤트로 제한된다. 예를 들어, 종래 기술에 의해 라미네이팅되는 개방 다공성 막은 큰 공극이 층들 사이에서의 최소한의 접촉 점들을 만들기 때문에 시간이 지남에 따라 박리(delamination)를 일으킬 수 있다.
장치 반도체 산업 및 기타 산업에서, 막을 통한 액체의 유동을 최적화하기 위한 다공성 막의 상당 부분을 차단하지 않는 초청정 재료가 필요하다. 또한 막에 대한 최소한의 왜곡을 갖는 라미네이션 공정에 다공성 막을 적용할 필요가 있다.
본 발명의 하나의 양태는 다공성 막의 표면 상에 적어도 하나의 중합체 특징부를 포함하는 다공성 막으로서, 적어도 하나의 중합체 특징부는 나노스케일 사출 성형 장치를 사용하여 막에 결합되고, 중합체 특징부는 막에 결합될 수 있는 다공성 막을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 제1 필름 층, 제2 필름 층, 제1 필름 층과 제2 필름 층 사이의 적어도 하나의 중합체 특징부를 포함하며, 적어도 하나의 중합체 특징부는 적어도 제1 필름 층에 결합되는 다공성 막을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 나노스케일 사출 성형 장치로부터 다공성 막의 표면 상에 재료를 배분(dispense)하는 것을 포함하는, 다공성 막 상에 적어도 하나의 중합체 특징부를 제조하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 분자 상호 반응을 통해 다공성 막에 사용되는 재료에 중합체 특징부의 재료를 결합하는 것을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 주름진 다공성 막을 포함하는 막 팩(pack)으로서, 주름들은 교호하는(alternating) 피크와 골부, 및 주름의 교호하는 피크와 골부를 상호 연결하는 대향 막 벽을 포함하고, 다공성 막은 제1 표면과 제2 표면을 갖고 대향하는 막 벽들 중 적어도 하나의 적어도 제1 표면의 일부분에 결합되는 하나 이상의 중합체 특징부를 포함하고, 중합체 특징부는 주름의 대향하는 벽들을 분리하는 막 팩을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재료를 배분하여 막 상에 중합체 특징부를 결합시키는 3D 프린터를 도시한다.
도 2a는 결합된 중합체 특징부를 갖는 주름진 다공성 막을 도시하며, 도 2b는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 막의 표면 상에 중합체 특징부의 불균일한 분포의 구배가 도시되어 있는 주름진 다공성 막을 갖는 필터 카트리지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다공성 막 상에 레인(lane)으로서 설계된 중합체 특징부를 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다공성 막 상에 브릿지(bridge)로서 결합된 중합체 특징부를 도시한다.
도 5a는 다공성 막 상에 피라미드형 방식인 기하학적 형상을 가지는 중합체 특징부를 도시하며, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 막 또는 다공성 막의 필름 상에 지그재그 방식으로 구성되는 중합체 특징부를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 육각형 형상을 가지는 압출된 중합체 특징부를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 막 표면에 모래시계 형상으로 결합되는 중합체 특징부를 도시한다.
도 8a는 다공성 막 상에 비대칭 콘(cone)으로 설계된 중합체 특징부를 도시하며, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 중합체 특징부의 접촉점에서 라미네이팅된 다공성 막들 또는 다공성 막의 두 개의 필름을 도시한다.
본 발명의 실시예는 다공성 막에 기능성을 유지하기 위해 표면과 일체화되는 하나 이상의 중합체 특징부(본 명세서에서는 "중합체 특징부" 또는 "특징부"로 지칭된다)를 가지는 막에 관한 것이다. 상기 특징부는 막의 표면을 개질하여 유동 특징부, 흡착을 위한 친화성 영역, 체질 채널, 전도성 센터, 생물학적 활성 영역, 생체적합성 센터 등을 형성하도록 설계될 수 있다. 다양한 실시예에서, 열가소성 또는 열경화성 중합체 특징부가 3D 인쇄에 의해 형성될 수 있으며, 다공성 막의 필름 또는 다공성 막, 또는 다공성 막의 필름을 포함하는 다공성 막의 임의의 샘플링 상에 결합되고 완전히 일체화될 수 있다. 중합체 특징부는 막의 기능성을 최적화하기 위한 특정 패턴, 형상 및/또는 배열로 존재할 수 있다. 중합체 특징부는 유로, 막의 청결도, 및/또는 막의 기능을 향상시키기 위한 결합을 통해 막에 일체화되도록 구성된다. 임의의 배열(즉, 랜덤 또는 기하학적 패턴), 형상, 크기 및 개수의 적당하게 인쇄된 중합체 특징부가 본 명세서에 기재되어 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 중합체 특징부는 3 차원(3D) 인쇄를 이용하여 다공성 막의 필름 또는 다공성 막에 결합된다. 중합체 특징부는 종래에 공지된 나노스케일 사출 성형 장치에 의해 일반적으로 만들어질 수 있는 임의의 배열로 인쇄될 수 있다. 3D 프린터는 나노스케일 사출 성형 장치의 일례이다. 3D 인쇄는 막 상의 또는 막의 필름들 사이의 중합체 특징부의 형상, 배열, 위치를 정밀하게 제어하는 데 사용될 수 있고, 이는 정의된 유로를 생성하는 데 사용될 수 있다. 상기 특징부는 필름의 표면 위에 배분되거나 배출(eject)될 수 있고 필름에 결합되거나 서로 맞물리는 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 상기 특징부의 형상은 특징부를 만드는 데 사용된 재료뿐만 아니라 3D 프린터를 작동시키는 조건에 따라 다를 수 있다. 일부 실시예에서, 중합체를 포함하는 특징부는 도면에서 이상적인 특징부로 도시된 바와 같이, 대칭 또는 비대칭일 수 있다.
또한, 3D 인쇄 기계 장치는 사용되는 3D 프린터의 해상도로 정밀하게 중합체 재료가 인쇄되도록 한다. 현재의 3D 프린터가 생성할 수 있는 중합체 특징부의 현재 해상도는 약 20 마이크로미터(폭/직경) x 20 마이크로미터(높이)이다. 그러나, 본 발명은 이러한 해상도에 제한되지 않는다. 중합체 특징부는 당 업계에 공지된 3D 프린터 해상도에 따라 달라질 수 있다. 3D 프린터가 발전됨에 따라, 인쇄 해상도는 더 작은 특징부를 달성하도록 향상될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예가 도 1에 도시된 것일 수 있다. 도 1는 막 표면에 일체화된 중합체 특징부(102) 갖는 다공성 막(101)을 보여준다. 본 발명의 실시예에 따라, 다공성 막은 다공성 막의 필름을 포함하는 다공성 막의 임의의 샘플링일 수 있다. 중합체 특징부는 상부에서 하부까지 실질적으로 동일한 직경을 가지는 대칭 실린더로서 구성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 다공성 막(101)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 나일론, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리페닐 설폰, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 및/또는 퍼플루오로알콕시(PFA) 또는 폴리우레탄과 같은 다공성 중합체일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1은 다공성 막(101)과 결합되거나 일체화되는 복수의 중합체 특징부(102)를 도시한다. 중합체 특징부(102)는 당 업계에 공지된 임의의 열가소성 또는 열경화성 수지로부터 제조될 수 있다. 중합체 특징부는 당 업계에 공지된 방법을 이용하여 세척될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 중합체 특징부는 당 업계에 공지된 방법을 사용하여 화학적 개질없이 세척될 수 있다. 열가소성 중합체는 특정 온도로 가열함으로써 형상화 또는 성형된 후 냉각시 경화될 수 있는 중합체이다. 열경화성 수지는 불용성 중합체 가교 네트워크로 비가역적으로 경화되는 재료이며, 이때 경화는 열에 의해 유도된다. 예를 들어, 중합체 특징부는 다음 또는 다음의 조합으로부터 제조될 수 있지만 이에 한정되지 않는다: 퍼플루오로메틸알콕시(MFA), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플로오라이드(PVDF), 폴리프로필렌, 폴리설폰, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 액정 중합체의 각각 또는 이들의 2종 이상의 조합.
중합체 특징부의 형상은 필터에 의해 요구되는 액체의 유동에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 형상은 실린더, 브릿지, 콘 및/또는 다이아몬드와 같은 기하학적 및 비기하학적 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 크기는 나노스케일 사출 성형 장치의 성능 및/또는 바람직한 필터의 유동 요건에 따라 달라질 수 있다. 각각의 특징부 사이의 거리는 다공성 막의 적용 요건에 따라 또한 달라질 수 있다. 상이한 범위의 특징부 간 거리는 다른 유로에 기여한다. 예를 들어, 단위 면적 당 특징부의 집중도가 높아질수록, 압력 강하가 더욱 높아진다. 도 1을 참조하면, 실린더형 중합체 특징부(102)들 사이의 간격은 약 100 마이크로미터일 수 있지만, 임의의 간격 치수 또는 형상이 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 103은 다공성 막 표면 상에 특징부를 형성하는 중합체와 같은 재료를 배출하거나 배분하기 위해 사용되는 나노스케일 사출 성형 장치이다. 본 발명의 실시예에서, 나노스케일 사출 성형 장치는 3D 프린터이고, 배분되는 재료는 중합체 방울(polymer drop)이다. 당 업계에 공지된 임의의 배열(즉, 랜덤 또는 기하하적 배치), 형상, 크기 및 개수의 적당하게 인쇄된 중합체 특징부가 본 발명에 포함됨을 이해해야 한다. 3D 프린터는 중합체 재료가 3D 프린터의 해상도로 정밀하게 퇴적 또는 배분될 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에 따라 3D 프린터는 2 마이크로미터(직경/폭) x 약 20 마이크로미터(높이)의 특징부를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예는 상술한 해상도에 제한되지 않고, 3D 프린터가 발달됨에 따라 인쇄 해상도가 향상되어 더 작은 해상도를 달성하고 더 작은 특징부를 생성할 것이다. 본 발명의 실시예에 따라, 3D 프린터는 중합체 특징부의 재료로 사용되는 필라멘트 공급 원료를 공급받을 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 다른 열가소성 물질이 반응성 성분으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 수지는 3D 프린트의 노즐에서 또는 노즐 안쪽에서 반응하여 다공성 막 표면과 상호 작용하면서 현장에서(in-situ) 경화성 물질을 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 중합체 및 공극 형성제는 3D 인쇄 전에 제조될 수 있다.
본 발명에 따라, 도 1에 도시된 중합체 특징부(102)를 갖는 막은 중합체 특징부들 사이에 액체를 둠으로써 필터를 통과하는 액체의 유로를 제어하는 것을 도울 수 있다. 이러한 중합체 특징부는 중합체 특징부의 배치 및 크기로 인해 흐름을 제어할 것이다. 이는 중합체 특징부가 다공성 막에서 캘린더링된 구조(calendared structure) 또는 주름진 막에서 분리를 제공하기 때문이다. 본 발명의 실시예에 따라, 캘린더링은 온도가 중합체의 유리 전이 온도(Tg)보다 높을 때 실시되며, 압축을 통해 중합체들이 함께 일체화된다. 따라서, 통상의 기술자는 막을 통해 이동하고 접촉하는 액체의 유로를 최적화하기 위하여, 용도에 따라 중합체 특징부의 디자인 및 크기를 최적화할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 3D 프린터는 다공성 막 상으로 중합체를 배출하여 다공성 막의 표면에 적어도 하나의 중합체 특징부를 결합시킨다. 당 업계에 공지된 바와 같이, 중합체 특징부가 열가소성 수지를 포함할 경우, 압력과 온도의 적절한 선택은 표면에 대한 특징부의 접착을 유도할 것이다. 중합체 특징부는 다공성 막에 결합 및 일체화되고, 이때 다공성 막은 다공성 막의 임의의 샘플링일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 결합은 중합체 특징부와 다공성 막 사이에 분자 상호 반응에 의해 달성될 수 있다. 다공성 막과 중합체 특징부에 사용되는 재료에 따라, 결합된 다공성 물질은 당 업계에 공지된 균질한 블렌드 또는 복합체일 수 있다. 원하는 결합의 유형은 중합체 특징부에 사용된 재료 또는 중합체 블렌드 및 다공성 막의 재료 또는 중합체 블렌드에 기초한다. 결합은 재료의 표면 장력 및/또는 중합체 특징부와 다공성 막 사이의 접촉각에 기초하여 결정될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 두 개의 접합 재료(mating material) 또는 중합체 블렌드의 표면 에너지는 서로의 표면 장력의 20% 이내일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 중합체 특징부에 사용되는 중합체 또는 재료와 다공성 막의 재료 또는 중합체 사이의 상용성(compatibility)이 결정된다. 중합체 특징부와 다공성 막 사이의 분자 상호 반응은 화학적으로 유사하거나 또는 상이한 물질의 조성물 또는 블렌드일 수 있다. 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 이 성분들이 상용성이고 분자 수준에서 혼합되는 경우 이 블렌드는 균질이다. 성분들이 분리된 상으로 존재하는 경우 블렌드는 비균질이거나 비상용성이다. 두 개 이상의 재료 또는 중합체 블렌드가 상용성인지 아닌지는 또한 온도에 따라 결정된다. 재료 또는 중합체 블렌드가 비상용성일 경우 소량의(minor) 상을 분산시키는 데에 기계적 에너지가 필요하고(혼합), 블렌드 형태(morphology)가 안정되지 않으면 유착이 발생한다. 예를 들어, 계면 장력과 같은 계면력이 중요해지고 이는 블렌드의 유변학적 특징을 상당히 바꿀 수 있다. 본 발명에 따라, 원하는 결합에 기초하여 중합체 블렌드, 온도, 접촉각, 및 표면 장력 중 적어도 하나 이상이 고려될 것이다.
본 발명에 따라, 중합체 특징부에 사용되는 재료 또는 중합체 블렌드 및 다공성 막에 사용되는 재료 또는 중합체 블렌드가 결정되면, 중합체 특징부와 다공성 막은 분자 상호 반응을 통해 함께 밀접하게 결합된다. 재료 또는 중합체 블렌드 사이의 밀접한 결합을 가능하게 하기 위해, 다공성 막과 중합체 특징부의 온도는 상호 반응의 최저 성분의 용융 온도로 설정된다. 이는 중합체 특징부와 다공성 막이 분자 상호 반응을 통해 결합되게 한다. 용융 온도는 최저 성분을 용융시키도록 설정되며, 당 업계에 공지되어 있다. 통상의 기술자는 다공성 막의 공극이 폐쇄 및/또는 왜곡되지 않도록 온도를 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 중합체 특징부와 다공성 막의 표면 사이의 결합 정도, 보다 구체적으로는 중합체 사슬 얽힘 및 중합체 특징부와 다공성 막 사이의 분자 상호 반응의 정도가 측정될 수 있다. 예를 들어, 다공성 막의 표면에서의 동적 유변학과 전단이 측정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 중합체 특징부가 다공성 막의 표면에 결합되거나 상호 침투(inter-penetrated)되면, 베이스 재료의 저장 모듈러스보다 높은 저장 모듈러스가 측정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주름진 다공성 막을 도시한다. 도 2a는 막의 표면에 결합하는 하나 이상의 중합체 특징부(202)를 가지는 주름진 다공성 막(201)을 도시한다. 도 2b는 중합체 특징부(202)와 결합된 주름진 다공성 막(201)이 필터 카트리지(203) 안으로 삽입되고 주름진 것을 도시한다. 주름진 다공성 막의 예는 주름진 PTFE 또는 초고분자량 폴리에틸렌 막이지만 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 따라, 막 표면의 중합체 특징부는 중합체 특징부가 없는 막과 달리 주름들을 이격시켜 필터를 통과하는 액체의 유동을 유지 또는 향상시킨다. 본 발명에 일 실시예에서, 필터들 사이에 간격은 약 20 내지 1000 마이크로미터로 이격될 수 있다. 중합체 특징부의 디자인과 밀집도(consistency)에 따라 용액의 유동을 제어할 수 있다. 도 2를 참조하면, 중합체 특징부는 막 표면 위 공간의 적은 부분만을 사용한다. 본 발명의 실시예에서, 다공성 막 표면의 중합체 특징부가 차지하는 공간의 비율은 1% 미만 또는 50% 이하일 수 있다. 용도에 따라, 중합체 특징부의 범위는 50% 초과일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 특징부들은 20 마이크로미터의 거리로 이격되게 설정된다. 특징부들의 거리와 양은 용액의 의도된 유동에 따라 달라질 수 있다. 통상의 기술자는 다공성 막의 원하는 유동 특성을 달성하기 위해 특징부를 최적화할 수 있음을 이해되어야 한다. 도 2b에 도시된 것처럼, 주름진 막(201)은 도 2a에 도시된 것과는 다른 디자인의 중합체 특징부를 가진다. 본 발명의 실시예에서, 중합체 특징부는 주름진 막의 일측 또는 양측에 존재할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 중합체 특징부는 주름진 막의 접힘부에 결합될 수 있다.
도 3은 레인으로서 다공성 막(301) 상에 결합된 중합체 특징부를 도시하는데, 다공성 막은 다공성 막의 필름과 같은 다공성 막의 임의의 샘플링일 수 있다. 도 3을 참조하면, 중합체 특징부(302)는 의도되는 특징부에 대해 선택된 높이와 폭을 갖는 레인으로서 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 레인의 높이는 20 내지 1000 마이크로미터일 수 있고 레인의 폭은 20 마이크로미터 이하, 예를 들어 약 2 마이크로미터일 수 있으며, 각 레인 사이의 거리는 100 마이크로미터 이하, 예를 들어 10 마이크로미터일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예에서, 인쇄된 레인(302)은 측방향 유동을 촉진시키기 위해 다공성 막에 일체화될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 다공성 막의 에지는 부분적으로 또는 완전하게 라미네이팅되거나 또는 하우징에 포팅(potting)될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 중합체의 리본 또는 스트립(303)이, 또 다른 필름에 열적으로 라미네이팅될 때 밀봉을 제공하기 위해, 적절한 폭 예를 들어 20 마이크로미터로 에지 상에 개별적으로 형성되거나 또는 3D 인쇄될 수 있다. 인쇄된 스트립의 도시는 도 3을 참조하라. 본 발명의 실시예에서, 리본 또는 스트립은 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 폭일 수 있다. 리본 스트립은 테트라플루오르에틸렌과 퍼플루오로메틸 비닐 에테르의 공중합체인 MFA(퍼플루오르 메틸 알콕시)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 4는 다공성 막 또는 그의 샘플링(401)에 결합되는 본 발명에 따른 브릿지 구조(402)로서의 중합체 특징부를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 브릿지 구조(402)는 충분한 구조적 무결성을 갖지만 다공성 막의 유동 특성을 방해하지 않는 다공성 막의 다공성 필름 층들 사이의 접촉 결합점을 제공하기 위해 단부에서 접합된 두 개의 기둥(뒤집은 U자형)을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 하나의 중합체 특징부의 두 기둥은 20 마이크로미터로 이격될 수 있지만, 100 마이크로미터 내지 10 마이크로미터의 범위에서 다른 간격이 가능하다. 오염 입자(403)가 브릿지의 기둥들 사이에 도시된다. 필름 층이 캘린더링될 때, 브릿지 구조 주변의 유체 공간은 보존될 것이고 체질 특성을 가질 수 있다. 브릿지 구조를 갖는 다공성 막의 예는 PFA 브릿지 중합체 특징부를 갖는 PTFE 막일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 원하는 유동 패턴을 허용하는 대형으로 결합되는 중합체 특징부(502 및 504)를 갖는 다공성 막 또는 그의 샘플링(501 및 503)을 도시한다. 도 5a는 다공성 막들 사이의 지지를 가능하게 하는 피라미드형 구조로 다공성 막(501)에 결합하는 중합체 특징부(502)를 도시한다. 도 5b는 지그재그 대형의 중합체 특징부(504)를 도시하는데, 이것은 유동 패턴(505)이 다공성 막의 표면에 오염 물질의 누적을 증가시킬 수 있도록 하며, 이는 오염 물질을 축적하고 이를 씻겨 내려가게 함으로써 필터의 기능성을 향상시킬 수 있다. 지그재그 대형은 505에 도시된 바와 같이 난류 유동 패턴을 가능하게 한다.
도 6은 다공성 막에 결합된 중합체 특징부(602)를 가지는 다공성 막의 필름을 포함하는 다공성 막의 임의의 샘플링일 수 있는 다공성 막(601)을 도시한다. 중합체 특징부는 유동 패턴을 허용하는 압출된 육각형으로 형상화된다. 이러한 구성은 육각형의 폭이 20 내지 1000 마이크로미터의 치수를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 압출된 육각형 중합체 특징부는 다공성 막에 결합되어 필터 내의 압력 강하를 조정할 수 있다. 본 발명에 따라, 중합체 특징부들의 간격은 막에서의 압력 강하를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 중합체 특징부가 중합체 특징부들 사이의 공간이 보다 적도록 설계되면 압력 강하는 증가한다. 또 다른 예에서, 다공성 막의 외부 표면과 비교하여 다공성 막의 중앙에서 특징부들이 좁아지도록 중합체 특징부를 설계하는 것은 상기 압력 강하의 증가를 상쇄할 것이다.
도 7은 다공성 막에 결합된 중합체 특징부(702)를 갖는 다공성 막(701) 또는 다공성 막의 임의의 샘플링을 도시한다. 중합체 특징부는 모래시계형으로 원하는 유동 패턴을 허용한다. 이러한 구성은 모래시계의 하단 또는 상단에서 20 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 치수를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 중합체 특징부의 디자인과 간격은 유체가 막을 통과할 때 막의 압력 강하를 조정할 수 있다. 예를 들어 중합체 특징부들을 서로 가깝게 설계함에 따라 압력 강하를 증가시킬 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또 다른 예로, 다공성 막의 중앙부에 있는 중합체 특징부들이 좁아지도록 중합체 특징부를 설계하는 것은 상기 증가를 상쇄할 수 있다. 도 7을 참조하면, 중합체 특징부(702)의 형상은 Y축 및 X축 뿐만 아니라 Z축 상의 형상을 조절하도록 조정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 3D 프린터가 다공성 필름에 대해 약 90°로 위치한 상태에서, 중합체 특징부가 다공성 막 또는 그의 샘플링의 표면 상에 배출되거나 배분될 수 있다. 이러한 구성은 필름들 또는 다공성 막들 사이의 구조적 무결성 및/또는 유동 영역의 정의를 위해 중합체 특징부를 인쇄하는 데에 바람직하다. 3D 프린터의 노즐 축과 인쇄된 특징부의 다공성 막 표면 사이의 각도는 친수성 중합체의 접촉각 및 원하는 형상에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 구체의 경우에는 약 1 도이고 기둥의 경우에는 약 89도이다.
표 1은 접촉각 및 표면 장력의 몇 가지 예를 보여준다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 표면 장력과 접촉각은 중합체 특징부와 다공성 막 사이에서 원하는 결합을 얻기 위해 중합체 특징부에 사용되는 중합체 블렌드를 결정하는 데 사용될 수 있다.
중합체 CAS # 표면 장력 친수성 중합체의 접촉각
폴리비닐 알콜(PVOH) 25213-24-5 37 51
폴리비닐 아세테이트(PVA) 9003-20-7 35.3 60.6
나일론 6(폴리카프로락텀, 아라미드 6) 25038-54-4 43.9 62.6
폴리에틸렌 옥시드(PEO, PEG, 폴리에틸렌 글리콜) 25322-68-3 43 63
나일론 6,6 32131-17-2 42.2 68.3
나일론 7,7 - 43 70
폴리설폰(PSU) 25135-51-7 42.1 70.5
폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA, 아크릴, 플렉시글라스) 9011-14-7 37.5 70.9
나일론 12 24937-16-4 37.1 72.4
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 25038-59-9 39 72.5
에폭시 - 44.5 76.3
폴리옥시메틸렌(POM, 폴리아세탈, 폴리메틸렌 옥시드) 24969-26-4 37 76.8
폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC, 사란) 9002-85-1 40.2 80
폴리페닐렌 설파이드(PPS) 26125-40-6 38 80.3
아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 9003-56-9 38.5 80.9
나일론 11 25587-80-8 35.6 82
폴리카보네이트(PC) 24936-68-3 44 82
폴리비닐 플루오라이드(PVF) 24981-14-4 32.7 84.5
폴리비닐 클로라이드(PVC) 9002-86-2 37.9 85.6
니일론 8,8 - 34 86
나일론 8,9 - 34 86
폴리스티렌(PS) 9003-53-6 34 87.4
폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 24937-79-9 31.6 89
폴리 n-부틸 메타크릴레이트(PnBMA) 25608-33-7 29.8 91
폴리트리플루오로에틸렌 24980-67-4 26.5 92
나일론 10,10 - 32 94
폴리부타디엔 9003-17-2 29.3 96
폴리에틸렌(PE) 9002-88-4 31.6 96
폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 9002-83-9 30.8 99.3
폴리프로필렌(PP) (a) 30.5 102.1
폴리디메틸실록산(PDMS) 9016-00-6 20.1 107.2
폴리 t-부틸 메타크릴레이트(PtBMA) 25189-00-9 18.1 108.1
플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP) 25067-11-2 19.1 108.5
헥사트리아콘테인 630-06-8 20.6 108.5
파라핀 8002-74-2 24.8 108.9
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 9002-84-0 19.4 109.2
폴리(헥사플루오로프로필렌) - 16.9 112
폴리이소부틸렌(PIB, 부틸 고무) 9003-27-4 27 112.1
본 발명의 또 다른 실시예에서, 중합체 특징부는 특징부 안에 공극을 가질 수 있다. 따라서, 막의 유동 효율은 유동을 우회시키는 대신에 유체 또는 액체가 특징부를 통과하도록 함으로써 최적화될 수 있다. 이것은 중합체 특징부 안에 공극을 생성함으로써 달성될 수 있다. 중합체 특징부의 다공성은 중합체 내에 점토, 염 또는 용매(공극 형성제)을 혼입하여 연행(entrained) 중합체를 제조함으로써 변형될 수 있다. 따라서, 재료 또는 중합체 블렌드가 다공성 막 상에 중합체 특징부로서 결합한 후, 예를 들어 적절한 용매로 세척하거나 공극 형성제를 침출시킴으로써 연행된 점토, 염 또는 용매가 제거될 수 있다. 중합체 특징부를 세척하기 위해 사용되는 용매는 당 업계에 공지된 임의의 용매일 수 있다. 몇몇 예로, 용매는 물 또는 공극 형성제와 상용성인 용매일 수 있다. 이것은 특징부 안에 구불구불한 경로를 통한 유동을 허용하는 공극 또는 빈 공간(void)을 생성한다. 본 발명의 실시예에 따라, 특징부의 구조적 무결성을 유지하기 위해, 공극 형성 재료는 특징부의 전체 면적 비율 미만, 예를 들어 약 0.1% 내지 50% ㎠ 미만이어야 한다. 중합체 특징부 내의 공극의 면적 비율은 마이크로미터 또는 임의의 면적 단위로 측정될 수 있어서, 2차원에서 자유 공간 또는 공극 체적은 전체 면적의 약 0.1% 내지 약 50%이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 나노스케일 사출 성형 장치 또는 3D 프린터는 다공성 막의 표면 및/또는 중합체 특징부 상에 크로마토그래픽 매질을 인쇄하는 데에 사용될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, 크로마토그래피 매질은 일반적으로 당 업계에 공지된 바와 같이 막 상에 필라멘트로서 일반적으로 인쇄될 수 있는 구형 폴리스티렌 비드로 제조된다. 일례로, 나피온(설폰화 테트라플루오로에틸렌 기재의 플루오로중합체-공중합체) 또는 임의의 하전 종(양이온 또는 음이온)을 포함하는 복수의 특징부를 가지는 막의 표면이다. 다른 예로, 2종의 단량체는 다공성 막의 표면 상에 3D 인쇄될 수 있고, 그 위치에서(in-situ) 중합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 표면은 생물학적 활성 리간드 또는 생체적합성 센터로서의 역할을 할 수 있는 중합체 특징부와 결합할 수 있다. 이는 다공성 막 상의 중합체 특징부에 추가적인 기능성을 제공한다. 따라서, 중합체 특징부는 다공성 막의 필름들 또는 층들 사이에 공간을 생성하거나 라미네이션을 향상시킬 뿐만 아니라 유체 여과의 능력(proficiency)을 증가시키는 데 사용된다. 본 발명의 실시예에 따라, 크로마토그래피 매질은 다공성 막, 중합체 특징부 또는 그들의 조합물 상에 인쇄될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 중합체 특징부는 막 내의 두 개의 다공성 필름 사이에서 향상된 라미네이션을 허용할 수 있다. 다공성 막의 필름 상의 중합체 특징부 구성에 기초하여, 중합체 특징부는 두 개의 필름 또는 다공성 막 사이의 라미네이션을 위한 접촉점을 제공할 수 있다. 접촉점들은 두 개의 필름 또는 다공성 막 사이에 있는 중합체 특징부 상의 점들이다.
도 8a는 복수의 중합체 특징부(802)를 가지는 다공성 막의 필름(801)을 도시하는데, 중합체 특징부는 비대칭 콘으로 형성된다. 도 8b를 참조하면, 비대칭 중합체 특징부는 콘의 작은 단부를 가지고 콘 형상의 작은 단부는 라미네이팅되는 필름(803)과 접촉할 것이다. 본 발명의 실시예에 따라, 콘 형상의 목적은 캘린더링링 동안에 중합체의 풀링(pooling)을 최소화하는 것이다. 이는 막 영역을 최대화하면서 필름 층들의 라미네이팅을 가능하게 할 것이다. 본 발명의 실시예에 따라, 801은 다공성 막일 수 있고, 803은 함께 라미네이팅되는 두 번째 다공성 막일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 결합되는 중합체 특징부(802)를 갖는 다공성 막의 필름(801)과 필름(803)은 라미네이팅되지 않고, 적층물(stack)처럼 서로의 상부에 위치한다. 본 발명의 이 실시예에 따라, 801은 다공성 막일 수 있고 803은 라미네이션없이 하나의 상부에 적층되는 두번째 다공성 막일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 801는 다공성 막일 수 있고, 803은 서로 라미네이팅되는 두번째 다공성 막일 수 있다.
본 발명에 따라, 중합체 특징부 콘은 필름이 라미네이팅된 상태로 유지될 수 있도록 하는 패턴과 양으로 다공성 막의 표면에 인쇄될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 중합체 특징부 콘은 당 업계에 공지된 3D 프린터를 이용하여 필름 표면에 결합된다. 3D 프린터는 다공성 막의 층들 사이에서 층간 결합 강도를 높이기 위해 불연속적인 양으로 특정 패턴의 중합체 특징부 콘을 전략적으로 인쇄할 수 있다. 층간 강도를 증가시키는 패턴은 관련 기술분야 공지되어 있다. 이것은 개방된 다공성 막의 비대칭 층들 사이에서 결합을 강화하는데 특히 유용하다. 본 발명의 실시예에서, 10 ㎚의 공극 크기의 막은 두 개의 막 사이의 중합체 특징부의 접촉점에서 0.1 마이크로미터의 막에 라미네이팅될 수 있다.
표면 상에 중합체 특징부를 가지는 하나 이상의 막을 포함하는 본 발명의 실시예는 대칭 공극 구조체를 갖는 막, 비대칭 공극 구조체를 갖는 막, 또는 다공성 막에 연속적으로 또는 교번 층으로 적층된 상기 막들의 조합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 다공성 막은 미세 다공성이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 다공성 막은 초다공성 막, 스킨형 막(skinned membrane), 및 교차 유동(cross flow) 여과 막일 수 있고, 젖을 수 있으며, 또한 비다공성 필름은 그에 포함된 특징부와 함께 젖을 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 중합체 특징부 콘은 다른 필름과의 라미네이션을 위해 필름 표면의 적어도 일부 상의 분리된 위치들 또는 필름의 전체 표면 상의 분리된 위치들에 설계된 패턴으로 인쇄된다. 중합체 콘은 하나의 필름 또는 함께 라미네이팅되는 두 개의 필름의 양 표면에 인쇄될 수 있다.
본 발명에 따라, 특정 막의 경우, 막의 에지는 또한 부분적으로 또는 완전히 라미레이팅될 필요가 있다. 필름의 에지 상에 이격된 중합체 특징부 콘을 인쇄하기보다는, 중합체의 리본 또는 스트립이 또 다른 필름에 열적으로 라미네이팅될 때 최적의 밀봉을 보장하기 위해 적절한 폭으로 에지 상에 3D 인쇄될 수 있다. 도 3을 참조하면, 리본 또는 스트립(303)은 약 1 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 폭일 수 있다. 스트립은 MFA와 같은 중합체 특징부와 동일한 중합체로부터 만들어질 수 있다.
일례로, 다공성 필름의 표면은 중합체 특징부 콘으로 인쇄될 수 있으나 필름의 에지는 중합체의 리본 또는 스트립으로 인쇄될 수 있다. 스트립은 최종 사용 용도에 따라 콘과 유사한 재료 또는 다른 재료로 만들어질 수 있다. 고압 용도의 경우 기둥은 밀봉 스트립만큼의 강도를 필요로 하지 않기 때문에 스트립의 재료는 관련 기술분야에서 공지된 콘의 재료와 상이할 수 있다.
본 발명에 따라, 막의 유동 효율은 유동을 우회시키는 대신에 유동이 인쇄된 라미네이션을 통과하도록 함으로써 최적화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 중합체 특징부는 특징부의 내부에 공극을 가질 수 있다. 상기 특징부의 다공성은 연행 중합체를 생산하기 위해 중합체 내부에 점토, 염 또는 용매(공극 형성제)를 포함시킴으로써 변경될 수 있다. 치수는 형상의 둘레에서 20 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따라, 중합체 특징부를 갖는 필름의 라미네이션은 다공성 중합체 특징부의 용융 온도이지만 다공성 막의 필름 층의 용융 온도보다는 더 낮은 온도에서 달성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 라미네이션은 중합체 특징부의 접촉점에서 이루어진다. 접촉점은 다공성 막의 필름 또는 다공성의 막과 접촉하는 중합체 특징부의 부분에 존재한다. 본 발명의 실시예에 따라, 중합체 특징부가 열가소성 또는 열경화성 수지를 포함할 경우, 열가소성 또는 열경화성 수지는 재료의 용융 온도보다 더 낮은 용융 온도를 가진다. 이 경우 라미네이션 온도는 중합체 특징부에 사용되는 재료 또는 중합체 블렌드의 용융 온도로 설정될 수 있다. 용융 온도는 다공성 막의 재료 또는 중합체 블렌드의 온도 미만이기 때문에, 공극의 무결성 및 다공성 막은 라미네이션 공정에서 손상되지 않는다. 예를 들어, PFA(퍼플루오르알콕시 수지) 중합체 블렌드가 중합체 특징부에, 다공성 막에 PTFE가 중합체 블렌드로서 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. PTFE는 326℃에서 용융되고 PFA는 280℃ 내지 316℃에서 용융된다. 따라서, 라미네이션 절차는 대략 280℃ 내지 316℃의 용융 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 다공성 막은 그래프팅(grafting) 또는 산소 같은 기체 및 UV 램프로부터 에너지에의 노출에 의해 개질된 표면일 수 있다. 처리 또는 개질은 특징부가 형성되기 전 또는 후에 수행될 수 있다. 상기 처리는 다공성 막의 표면 에너지를 바꿀 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 3D 인쇄된 중합체 특징부를 사용하는 라미네이션 공정은 나중에 최종 막으로 조립될 수 있는 구성품들의 제조를 가능하게 하며, 이를 단계적 라미네이션(staged lamination)이라 한다. 예를 들어, 구성품은 최종 다공성 막에 필요한 층의 개수보다 더 적은 수의 층의 조립체일 수 있다. 상기 구성품은 제조 공정에서 나중에 최종 제품으로 조립될 수 있다. 예를 들어 A-B-C-D 층을 포함하는 막은 A-B 구성품을 C-D 구성품에 조립함으로써 제조될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따라, 라미네이션 필름은 인쇄된 중합체 특징부보다 더 높은 용융 온도를 가지므로, 베이스 막은 특징부가 용융되는 온도에 영향을 절대 받지 않기 때문에 단계적으로 라미네이션이 일어날 수 있고, 이는 공극 또는 다공성 막에 대한 왜곡을 최소화하거나 제거한다.
본 발명의 추가 실시예에서, 중합체 특징부는 이종 재료의 라미네이션을 용이하게 한다. 예를 들어, 이종의 막을 함께 결합하기 위해 연결 층(tie layer)이 인쇄될 수 있다. 본 발명에 따라, 연결 층은 상이한 중합체 재료의 두 개의 층들 사이에 연결 층을 사용하는 공압출(co-extrusion)이다. 연결 층은 두 개의 재료 또는 중합체 블렌드 중 하나 및 적어도 제2 중합체 상의 작용기에 대해 반응성인 작용기를 포함하는 커플링제(couping agent)를 포함하는 조성물의 압출 용융으로 형성된다. 커플링제는 연결 층 재료에 5% 중량 초과의 양으로 포함될 수 있다.
따라서, 중합체 특징부는 복합 라미네이트로서 형성되도록 이종 막에 결합될 수 있다. 예를 들어 라미네이션 동안 UHMWPE 또는 나일론을 왜곡시키지 않도록 고밀도 폴리에틸렌 기둥을 이용하여 초고분자량 폴리에틸렌에 나일론을 라미네이팅할 수 있다. 함께 라미네이팅될 수 있는 이종 막은 나일론/PTFE, 나일론/PE, 폴리설폰/PE, 폴리설폰/PTFE, PTFE/나일론, PVDF/PTFE, 이들 중 2종 이상의 조합이나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 추가적인 일 실시예는 주름진 다공성 막인 막 팩을 포함한다. 상기 주름은 교호하는 피크와 골부 및 주름의 교호하는 피크와 골부를 상호 연결하는 대향 막 벽을 포함하고, 다공성 막은 제1 표면과 제2 표면과, 대향하는 막 벽들 중 적어도 하나의 적어도 제1 표면의 일부 상에 결합된 하나 이상의 중합체 특징부를 가지고, 상기 중합체 특징부는 주름의 대향하는 벽들을 분리한다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 막 팩은 두 대향하는 막 벽 상에 중합체 특징부를 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 막 팩은 중합체 특징부를 포함하는 주름의 피크 및 골부를 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 막 팩은 하나 이상의 중합체 특징부를 포함하는 막의 제1 표면 및 제2 표면을 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 막 팩은 피크 및 골부를 포함하는 주름을 포함하고, 대향하는 막 벽은 하나 이상의 높이를 가지고, "M 주름", "W 주름" 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 주름은 중첩 주름(laid over pleats)으로서 구성될 수도 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 막 팩은 제1 막과 함께 주름진 제2 막을 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 막 팩은 적어도 하나의 정제 매질을 포함하는 중합체 특징부를 포함한다. 정제 매질의 예는 활성탄, 이온 교환, 및 킬레이팅 매질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 본 명세서에서 기재된 특징부를 갖는 다공성 막을 포함하는 필터 카트리지로서, 다공성 실린더형 코어 부재, 카트리지의 대향 단부의 단부 캡들, 코어 부재 주위에 배치되고 단부 캡에 의해 카트리지에 유지되는 특징부를 갖는 다공성 막의 주름진 막 팩, 및 주름진 필터 요소를 감싸고 카트리지의 단부 캡에서 그와 함께 밀봉된 실린더형 케이지를 포함하며, 실린더형 주름 필터 요소는 단부 캡에 결합되는 단부를 갖고 주름의 축은 코어 부재의 축에 대하여 일반적으로 평행하게 연장되는 필터 카트리지를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 본 명세서에 기재된 특징부를 갖는 다공성 막을 포함하는 필터로서, 측벽에 의해 한정되는 공동(cavity)과 비-실린더형 모양을 갖는 몸체; 상기 공동에 제1 측면 채널, 제1 영역, 중앙 채널, 제2 영역, 및 제2 측면 채널을 한정하는 복수의 주름 커버(복수의 주름 커버의 각각의 주름 커버는 개구부를 가짐); 특징부를 갖는 다공성 막의 복수의 주름 팩으로서, 제1 영역에 배치된 제1 주름 팩과 제2 영역에 배치된 제2 주름 팩을 포함하고, 상기 제1 주름 팩과 상기 제2 주름 팩 각각은 특징부를 갖는 다공성 막을 포함하는 복수의 주름 팩(막은 막의 적어도 하나의 표면에 결합하는 중합체 특징부를 포함함); 몸체의 제1 단부에서 몸체에 결합되는 제1 단부 캡으로서, 제1 개구부 및 제1 유로를 가지며, 제1 개구부는 입구 포트에 연결되고, 제1 유로는 입구 포트로부터 중앙 채널까지 유체를 유도하도록 구조화되며, 유체는 중앙 채널로부터 제1 영역 내에 배치된 제1 주름 팩을 통해, 제2 영역에 배치된 제2 주름 팩을 통해, 그리고 개구부를 통해, 평행 유동에 의해 제1 측면 채널과 제2 측면 채널로 각각 유도되는, 제1 단부 캡; 몸체의 제2 단부에서 몸체에 연결되는 제2 단부 캡으로서, 제2 개구부 및 제2 유로를 갖고, 제2 개구부는 배출 포트에 연결되고, 제2 유로는 제1 측면 채널과 제2 측면 채널로부터 배출 포트까지 유체를 유도하도록 구조화된 제2 단부 캡을 포함하는 필터를 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 필터는 제1 주름 막을 포함하는 제1 주름 팩, 제2 주름 막을 포함하는 제2 주름 팩을 포함하고, 제1 주름 막과 제2 주름 막은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제작된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 적어도 부분적으로 매질 공동을 한정하는 한 세트의 매질 공동 측벽을 포함하는 정제기 몸체로서, 상기 매질 공동 측벽은 제1 측벽, 제2 측벽, 제3 측벽, 및 제4 측벽을 포함하고, 제1 측벽은 제2 측벽에 대향하고 제3 측벽은 제4 측벽에 대향하는, 정제기 몸체; 매질 공동의 제1 측벽과 제2 측벽에 커플링되며 매질 공동을 복수의 구획으로 분할하는 하나 이상의 장력 부재; 본 명세서에 기재된 특징부를 갖는 다공성 막을 포함하며, 매질 공동 내에 배치된 주름 막 팩; 매질 공동에 유체적으로(fluidly) 연결되는 제1 정제기 포트; 및 매질 공동에 유체적으로 연결되는 제2 정제기 포트를 적어도 포함하는 정제기 카세트를 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시예는 상술한 바와 같은 정제기 카세트에서 하나 이상의 장력 부재가 제3 측벽과 제4 측벽에 대해 평행하게 연장되어 매질 공동을 복수의 레인으로 분할한다.
본 발명의 실시예를 구현하는 몇 가지의 예시적인 물품, 조성물, 장치, 방법이 제시되어 있지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는 것으로 이해해야 한다. 통상의 기술자는 특히 상술한 교시에 비추어 변경을 할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예의 구성 성분 및 특징은 또 다른 실시예의 대응되는 구성 성분과 특징으로 대체될 수 있다. 또한, 본 발명은 임의의 조합 또는 하위 조합으로 이들 실시예의 다양한 양태를 포함할 수 있다.
다양한 조성물 및 방법이 기술되어 있지만, 본 발명은 기재된 특정한 분자, 조성물, 디자인, 방법, 또는 프로토콜에 제한되지 않으며, 이들은 변경될 수 있는 것으로 해석해야 한다. 또한 발명의 설명에 사용된 용어는 특정한 변법 또는 실시예만을 설명하기 위한 것이고 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 범위를 제한하기 위한 의도가 아닌 것으로 해석해야 한다.
본 명세서 및 첨부된 첨부 범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥상 명확히 다르게 지시하지 않는 한 복수 참조를 포함한다는 것도 유념해야 한다. 따라서, 예를 들어 "중합체 특징부"는 하나 이상의 중합체 특징부 및 통상의 기술자에게 공지된 그의 등가물에 대한 참조이다. 다르게 정의가 되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에 기재되어 있는 것들과 유사하거나 동등한 방법 및 재료는 본 발명의 실시예의 실시 또는 시험에 사용될 수 있다. 본 명세서에 언급된 모든 간행물들은 그 전체가 참조로 포함된다. 본 명세서의 어떠한 내용도 선행 발명으로 인해 본 발명이 이러한 공개보다 선행할 자격이 없다는 것을 인정하는 것으로 해석되지 않는다. "선택적" 또는 "선택적으로"는 이어서 기재되는 사건 또는 상황이 발생할 수도 있고 발생하지 않을 수도 있음을 의미하고, 그 기재는 사건이 발생한 경우와 발생하지 않은 경우를 포함한다. 본 명세서의 모든 수치는 명시적으로 표시되었는지 여부와 관계없이 "약"이라는 용어에 의해 수식될 수 있다. "약"이라는 용어는 일반적으로 통상의 기술자가 열거된 값(즉, 동일한 기능 또는 결과를 가짐)과 동등하다고 생각되는 범위의 수를 지칭한다. 일부 실시예에서 "약"이라는 용어는 언급된 값의 ±10%을 지칭하고, 다른 실시예에서 "약"이라는 용어는 언급한 값의 ±2%를 지칭한다. 조성물 및 방법은 다양한 구성 또는 단계를 "포함하는"("포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미하는 것으로 해석됨) 것으로 설명되어 있지만, 조성물 및 방법은 또한 상기 다양한 구성 및 단계로 "본질적으로 구성되거나" 또는 "구성될" 수 있고, 이러한 용어는 본질적으로 폐쇄형으로 구성원을 정의하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 하나 이상의 실시예에 대해서 도시하고 기술되고 있지만, 본 명세서와 첨부된 도면의 독해와 이해에 기초하여 통상의 기술자에게 균등한 변경 및 수정이 이루어질 것이다. 본 발명은 이러한 모든 수정 및 변경을 포함하고 다음의 청구범위에 의해서만 제한된다. 또한, 본 발명의 특별한 특징 또는 양태가 몇몇 구현 중 오직 하나와 관련하여 개시될 수도 있지만, 이러한 특징 또는 양태는 임의로 주어지거나 특정 적용에 대해 바람직하고 유리할 수 있는 다른 구현 예들의 하나 이상의 다른 특징 또는 양태와 결합될 수 있다. 또한, 상세한 설명 또는 첨구 범위에서 "포함한다", "갖는", "가지는", "함께" 또는 그 변형 예가 사용되는 경우, 이러한 용어는 "포함한다"라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적인(inclusive) 것으로 의도된다. 또한, "예시적인"이라는 용어는 최선이라기보다는, 하나의 예를 의미하기 위한 것이다. 본 명세서에서 도시된 특징부, 층, 및/또는 요소는 이해의 단순성 및 용이성을 위해 서로에 대해 특정 치수 및/또는 방향으로 표시되며 실제 크기 및/또는 방향은 본 명세서에 도시된 것과 다를 수 있다는 것도 이해되어야 한다.
본 발명은 소정의 실시예들을 참조하여 상세하게 설명되었으나, 다른 변법들이 가능하다. 따라서 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위는 본 명세서에 포함된 설명 및 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims (21)

  1. 다공성 막의 표면 상에 적어도 하나의 중합체 특징부를 포함하는 다공성 막으로서, 적어도 하나의 중합체 특징부는 다공성 막에 결합되고,
    다공성 막은 주름진 다공성 막이고, 적어도 하나의 중합체 특징부는 주름진 다공성 막의 인접한 접힘부들을 분리하고,
    적어도 하나의 중합체 특징부는 다공성이고,
    적어도 하나의 중합체 특징부의 다공성은 중합체 내에 점토, 염 또는 공극 형성제인 용매를 혼입하여 연행(entrained) 중합체를 제조함으로써 변형되는 다공성 막.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 중합체 특징부는 적어도 하나의 중합체 특징부의 제1 재료와 다공성 막의 제2 재료 사이의 분자 상호 반응에 의해 결합되는 다공성 막.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 다공성 막은 제2 다공성 막의 상부에 적층(stack)되는 다공성 막.
  5. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 중합체 특징부 및/또는 다공성 막은 크로마토그래픽 매질을 포함하는 다공성 막.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 중합체 특징부는 제1 다공성 막과 제2 다공성 막 사이에 있고 적어도 제1 다공성 막에 결합되는 다공성 막.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 다공성 막은 공극 크기를 가지고, 제2 다공성 막은 제1 다공성 막의 공극 크기와는 상이한 제2 공극 크기를 가지는 다공성 막.
  9. 삭제
  10. 주름진 다공성 막을 포함하는 막 팩(pack)으로서,
    주름은 교호하는(alternating) 피크(peak)와 골부(valley) 및 주름의 교호하는 피크와 골부를 상호 연결하는 대향 막 벽을 포함하고, 다공성 막은 제1 표면, 제2 표면, 및 대향하는 막 벽 중 하나의 적어도 제1 표면의 일부 상의 하나 이상의 중합체 특징부를 가지고, 상기 중합체 특징부는 주름의 대향하는 벽들을 분리하고, 상기 하나 이상의 중합체 특징부는 다공성이고, 상기 하나 이상의 중합체 특징부의 다공성은 중합체 내에 점토, 염 또는 공극 형성제인 용매를 혼입하여 연행(entrained) 중합체를 제조함으로써 변형되는 막 팩.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제1 다공성 막의 표면 상에 적어도 하나의 중합체 특징부를 포함하는 다공성 막으로서, 적어도 하나의 중합체 특징부는 다공성 막에 결합되고,
    제1 다공성 막은 제2 다공성 막의 상부에 적층되고, 적어도 하나의 중합체 특징부는 다공성이고, 적어도 하나의 중합체 특징부의 다공성은 중합체 내에 점토, 염 또는 공극 형성제인 용매를 혼입하여 연행(entrained) 중합체를 제조함으로써 변형되는 다공성 막.
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