KR20000036031A - 다공성 구조 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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로날드브이. 레페티
잭 슬로박
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티모시비.카니
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Abstract

다공성 구조의 제조 방법은 일차 분리능을 제공하는 성분, 생강도 강화능을 제공하는 성분, 결합능을 제공하고 열가소성 및 열경화성 폴리머로 구성되는 단체에서 선택되는 성분을 포함하는 건조 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 적절한 표면으로 이송하고 소정의 두께까지 강화하는 단계, 상기 혼합물을 상기 다공성 구조에 대한 소정의 형태로 치밀하게 하는 단계, 상기 표면에서 상기 치밀한 다공성 구조를 제거하는 단계, 상기 혼합물을 결합능을 제공하는 모든 상기 열가소성 성분의 융점 보다 약 20 ℃ 높은 온도까지 가열하여 상기 일차 분리능을 제공하는 상기 성분을 결합시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 다공성 구조(100, 110, 120, 125, 140, 175)는 대략 70 내지 90 중량부의 일차 분리능(61, 62)을 제공하는 성분, 대략 1 내지 15 중량부의 생강도 강화능(64, 65)을 제공하는 성분, 대략 9 내지 20 중량부의 결합능(67, 68)을 제공하고, 열가소성 및 열경화성 폴리머로 구성되는 단체에서 선택되는 성분을 포함한다.

Description

다공성 구조 및 이의 제조 방법{Porous Structures and Process for the Manufacture thereof}
통상적으로 분리 매체는 흡수 효과의 여과를 위해서 규조토, 펄라이트, 활성 카본, 제올라이트 등을 포함한다. 분말 형태의 그와 같은 성분을 사용하면 종종 큰 압력 강하 또는 채널링(channeling; 막힘)이 발생된다. 따라서, 분말형 필터 보조제를 ㉮ 종이와 같은 얇은 매체에 합체하거나, 기판에 배치하여 얇게 예비 코팅하거나, ㉯ 바인더와 결합시켜서 유용한 다공성 구조의 형태로 만든다.
통상적인 분리 매체로 형성되는 주형 성형된 다공성 필터 구조는 바인더의 양을 일반적인 20 퍼센트 내지 40 퍼센트에서 감소되고, 주형 성형된 물품을 높은 압력의 가압 몰드에서 제거될 수 있는, 즉 높은 생강도(green strength)를 가지는 경우에 개선될 수 있고, 따라서 자체 지지될 수 있는 상태로 열 접합된다. 다공성 필터 구조는 압출 성형에 의해서도 제조할 수는 있지만, 상기 공정은 상업적인 생산에 적용하기에는 느리고 다수의 압출 성형 장치를 필요로 하게 된다. 또한, 상기 공정은 제조할 수 있는 유용한 필터 구조의 형태가 제한된다.
필터 구조는 습식 또는 건식 공정에 의해서 제조될 수도 있다. 습식 공정의 예로는 소위 고정식 카본 베드의 제조에 관한 폴 코포레이션(Pall corporation)의 미국 특허 제 5,443,735 호에 한 예가 개시되어 있다. 몇 개의 방법이 개시되어 있으며, 그 중의 하나는 섬유질 재료, 활성 카본 및 접착제의 젖은 슬러리를 혼합하고, 상기 슬러리를 몰드로 주입하고, 자유수(free water)를 가압하고, 몰드에서 가압된 블록을 제거하고, 상기 블록을 가열하여 수분을 제거하고, 필터 재료를 첨가하여 방사 방향 유동 가압 블록 필터를 제조하는 것이다. 다른 방법은 카본 미립자와 분말 폴리에틸렌 수지를 혼합하고, 상기 혼합물은 가열되어 폴리머를 용융시키고 카본 입자를 결합시키는 것에 관련되는 축방향 유동 필터를 제조하는 것이다. 본 발명은 수중에서의 미생물의 증식 억제에 도움이 되도록 미세 황동 입자를 사용하는 것에 기초한다.
건식 공정에서는, 성분을 먼저 건조 혼합시키고, 이어서 치밀하게 하고, 건조 혼합물을 서로 다른 형태 또는 모양으로 되도록 가열한다. 건식 공정 기술에서의 현재 기술 상태는 하기의 특허에서 예시하기로 한다. 폴 코포레이션(Pall Cor- poration)의 미국 특허 제 4,664,684 호는 약 200 미크론 내지 2,000 미크론의 입자 크기를 가지는 카본 블록을 주형 성형하는 방법을 사용한 것이다. 최대 성형 압력은 400 psi이다. 채택한 폴리에틸렌 분말 바인더의 입자 크기는 대략 8 미크론 내지 30 미크론이다. 적절한 결합 압력은 0.3 psi 내지 10 psi이다. 결합 온도는 비카 연화 온도(Vicat softening temperature) 이상의 대략 50 ℉ 내지 90 ℉(28 ℃ 내지 50 ℃)이다. 상기 온도는 바인더의 용융 온도와 동등하거나 그 이하이다. 카본과 바인더 혼합물은 몰드 내에서 가열되어지며 이후에 1 내지 2 분 동안 가압된다. 냉각된 카본 블록은 몰드에서 제거되어 자체 지지되도록 형성된다. 필터 블록은 바인더와 카본 입자 사이에서의 결합이 효율적이지 않기 때문에 물리적인 강도가 불충분하다.
암웨이 코포레이션(Amway Corporation)의 미국 특허 제 4,859,386 호는 중량비로 20 퍼센트 내지 35 퍼센트 사이의 정도에서 1 그램/10 분 정도 이하로 매우 낮은 용융 유동 지수를 가지는 초거대 분자량의 폴리에틸렌을 바인더로 사용하는 것을 포함하여, 두 개의 쉘을 구비하는 주형 성형 복합 숯 필터를 제조하는 방법을 개시하였다. 높은 용융 유동 지수를 가지는 바인더는 활성 카본의 활성 영역의 틈을 메운다고 주장되어 있다. 상기 특허는 블록이 몰드 내에 있는 동안에, 가열(175 ℃ 내지 205 ℃)되고, 가압(30 psi 내지 120 psi)되어 결합된 일체형 복합 필터를 형성하는 것을 개시하였다. 상기 형태의 블록의 단점은 바인더의 불량한 용융 유동 때문에 물리적인 강도가 약하다. 용융 온도(135 ℃ 내지 138 ℃)를 조금 넘어서는 온도에서, 블록의 물리적인 강도는 매우 불량해진다. 상기 방법은 결합 강도를 개선하기 위해서 온도를 175 ℃ 내지 205 ℃로 상승시켜서 용융 유동을 증가시키는 것이지만, 이는 처음부터 회피되는 것이다.
케이티 코포레이션(KT Corporation)의 미국 특허 제 5,019,311 호는 중간 정도의 용융 유동 지수 및 높은 용융 유동 지수를 가지는 통상적인 바인더의 혼합물을 채택한 유사한 공정을 개시하였다. 상기 통상적인 바인더는 실질적으로 바인더의 연화점 이상의 온도에서 활성 영역을 차단하지 않고도 압출 성형 이전에 재료 혼합 중에 가해지는 전단력에 의해서 "연속 웹 매트릭스(CWM: continuous web matrix)" 내로 연신된다. 그 결과, 바인더의 필요량은 중량비로 약 8 퍼센트 내지 20 퍼센트 가량 현저하게 감소된다. 압출 성형 중에, 상기 매체는 배럴 및 스크류와 접촉하게 된다. 압출 성형된 매체는 매우 고온이고 연하며, 후속하는 처리 절차에 적합하도록 급속 냉각시켜 강화해야 한다. 상기 발명에 사용된 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(EVA: ethylene-vinyl acetate copolymer)와 같은 통상적인 바인더는 최소한 145 ℃의 온도에서 전단되며, 상기 온도는 최소한 용융 온도(115 ℃) 보다 30 ℃나 높은 것이다. 바인더는 카본 입자 상으로 연신되고 펼쳐져서 양호한 결합 강도를 부여한다. 그러나, 상기 공정은 카본의 과잉 포어를 메울 수 있다. 또한, 카본의 흡착성과 흡착 효율은 상기 공정에서의 온도 변화와 전단력에 매우 민감하다.
따라서, 종래에 미세한 입자 크기의 필터 보조제를 포함하는 다공성 구조를 제조하고자 하는 시도가 있었지만, 종래 기술은 상대적으로 적은 양의 바인더 수지와 미세 입자를 혼합하여 생강도가 양호하고, 유체의 분리 또는 필터 작용 중에 압력 강하가 유리한 블록을 제조하는 양호한 공정을 제공하지 못하였다.
본 발명은 불순물로부터 유체를 분리하기 위한 다공성 구조에 관한 것이다. 일반적으로, 상기 형태의 매체는 필터 보조제를 포함하며 중공 코어 실린더 블록 또는 평면 시트의 형태로 제조된다. 사용 중에, 분리될 유체는 다공성 필터 구조로 지향되고, 이후에 제거된다. 본 발명은 또한 그와 같은 다공성 구조를 제조하기 위한 방법도 제공한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 다공성 구조의 제조에서 가압 성분에 대한 하나의 수단을 도시하고 있는 일련의 단계를 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 다공성 구조의 제조에서 가압 성분에 대한 다른 수단을 도시하고 있는 일련의 개념적인 단계를 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 다공성 구조의 제조에 대한 다양한 조합된 단계를 도시한 블록 다이아그램.
도 4는 본 발명에 따른 다공성 구조의 제조에 대한 공정 단계 및 다양한 성분의 조합을 도시하는 개념도.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 도면으로, 도 5a는 가압 단계 및 가열 단계에 이전에 다공성 구조의 제조에 적합한 세 가지 성분이 결합된 개략적인 상태를 도시하는 도면이고, 도 5b는 후속하는 가압 단계 및 가열 단계를 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 도면으로, 도 6a는 가압 단계 및 가열 단계 이전에 다공성 구조의 제조에 적합한 두 개의 성분이 결합된 개략적인 상태를 도시하는 도면이고, 도 6b 및 도 6c는 후속하는 가압 단계 및 가열 단계를 도시하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 도면으로, 도 7a는 가압 단계 및 가열 단계 이전에 다공성 구조의 제조에 적합한 한 성분의 개략적인 상태를 도시하는 도면이고, 도 7b는 후속하는 가압 단계 및 가열 단계를 도시하는 도면.
도 8은 도 7의 선(8-8)을 따르는 확대 단면도로, 본 발명에 따른 다공성 구조의 제조에 채택된 다성분 폴리머 섬유를 도시하는 도면.
도 9는 각각의 섬유가 서로 용융되어 있는 외측 폴리머 외피를 도시하는, 본 발명에 따른 다공성 구조의 제조에 채택된 두 개의 다성분 폴리머 섬유를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 다공성 구조의 부분 측면도.
도 11은 도 10의 원형부의 확대도.
도 12는 본 발명에 따른 다른 다공성 구조의 부분 측면도.
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 다공성 구조의 부분 측면도.
도 14는 하나의 폐쇄 단부를 가지는, 본 발명에 따른 또 다른 다공성 구조를 도시하는 부분 단면 측면도.
도 15는 다층 실린더형 다공성 구조의 제조에 적합한 다수의 제거 가능한 슬리브와 함께 몰드를 도시하는 부분 단면 측면도.
도 16은 본 발명에 따른, 다층 실린더형 다공성 구조 제품의 일부를 도시하는 부분 단면 측면도.
도 17a는 장치와 함께 몰드를 도시하는 다층 실린더형 다공성 구조의 제조에 관해 개념적으로 도시한 부분 단면 측면도.
도 17b는 부분적으로 충전된 몰드를 도시하는 도 17a와 유사한 부분 단면 측면도.
도 17c는 치밀하게된 다층 실린더형 다공성 구조를 도시하는 도 17a 및 도 17b와 유사한 부분 단면 측면도.
도 18은 본 발명에 따른 다층 평면 시트형 다공성 구조를 제조하기 위한 장치의 개념도.
도 19는 본 발명에 따른 다층 평면 시트형 다공성 구조의 일부의 단면도.
도 20은 본 발명에 따른 다공성 구조의 성분으로 채택된 거대 섬유 성분의 투시도.
도 21은 본 발명에 따른 다공성 구조의 성분으로 채택된 미세 섬유 성분의 투시도.
도 22는 본 발명에 따라서, 첨가되는 폴리에틸렌 섬유의 양을 증가시키면서 다공성 구조의 생강도에 미치는 효과를 비교한 그래프.
따라서, 본 발명의 목적은 다공성 구조의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 미세한 섬유질 및 미립자 분리 재료와 바인더를 포함하는 다공성 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 미세 분리 재료와 바인더를 포함하는 다공성 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 흡착성과 비흡착성 매체를 제공하는 다공성 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 더 많은 양의 분리 재료와 상대적으로 낮은 양의 바인더를 포함하면서도 생강도를 희생시키지 않는 다공성 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 더 많은 양의 분리 재료와 상대적으로 더 적은 양의 바인더를 가지고, 생강도를 희생시키지 않는 다공성 구조를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적 중의 최소한 하나 이상은, 후술하는 발명의 상세한 설명에서 명백하게 되는, 다공성 구조와 이들의 준비에 대한 공정에 관련된 종래 기술에 대한 장점과 더불어 후술하는 발명의 상세한 설명 및 특허 청구 범위에 의해서 달성된다.
대략, 본 발명은 일차 분리능을 제공하는 성분, 생강도 강화능을 제공하는 성분, 결합능을 제공하고 열가소성 및 열경화성 폴리머로 구성되는 단체에서 선택되는 성분을 포함하는 건조 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 적절한 표면으로 이송하고 소정의 두께까지 강화하는 단계, 상기 혼합물을 상기 다공성 구조에 대한 소정의 형태로 치밀하게 하는 단계, 상기 표면에서 상기 치밀한 다공성 구조를 제거하는 단계, 상기 혼합물을 결합능을 제공하는 모든 상기 열가소성 성분의 융점 보다 약 20 ℃ 높은 온도까지 가열하여 상기 일차 분리능을 제공하는 상기 성분을 결합시키는 단계를 포함하는 다공성 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 중량 백분율로 대략 70 퍼센트 내지 90 퍼센트의 일차 분리능을 제공하는 성분, 중량 백분율로 대략 15 퍼센트의 생강도 강화능을 제공하는 성분, 중량 백분율로 대략 9 퍼센트 내지 20 퍼센트의 결합능을 제공하고, 열가소성 및 열경화성 폴리머로 구성되는 단체에서 선택되는 성분을 포함하는 다공성 구조에 관한 것이다.
본 발명은 분리, 특히 필터 응용 분야에서 사용되는 다공성 구조의 제조 및 신규한 형태의 블록 및 이들의 다른 구조에 관한 것이다. 다공성 구조는 ① 일차 분리능을 제공하는 성분, 즉 일차 매체(PM: primary media)와, ② 생강도 강화능을 제공하는 성분, 즉 생강도 강화제(GSA: green strength agent), ③ 결합능을 제공하는 성분, 즉 바인더(B: binder)를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 각 성분 형태는 결합될 수 있다. ④ 선택적인 성분에는 후술하는 바와 같이 다양한 첨가제가 포함된다. 선택적인 첨가제는 일반적으로 PM, GSA 및 B의 주작용을 변화시키지는 않는다. 그러나, 첨가제의 기여도가 현저한 경우에 PM, GSA, 및/또는 B의 일부가 된다.
일차 분리 매체는, 다공성 매트릭스(matrix)로 기능하는 혼합물 내의 하나 또는 몇 가지 형태의 입자 또는 섬유이다. 적절하게는, 일차 매체는 카본 입자, 규조토, 펄라이트, 활성 알루미나, 제올라이트, 천연 섬유 및 인공 섬유로 구성되는 단체에서 선택된다. 분말 카본은 통상적으로 카본 블록형 다공성 구조를 형성하도록 선택되며, 10 미크론 내지는 400 미크론의 입자 크기를 포함한다. 참조에 의해서 본원에 그 내용이 합체되는 미국 특허 제 4,859,386 호에, 적합한 카본에 대한 일반적인 설명이 있다. 활성 카본은 칼곤, 바니비 앤드 스트클리프(Calgon, Barne- bay and Sutcliffe) 등에서 입수할 수 있다. 다른 미립자 매체에 대한 크기는 본 기술 분야에서 숙련된 자에게는 일반적으로 공지된 사실이며, 따라서 본 발명의 실행 절차에 대해서 제한을 가하는 것은 아니다. 마찬가지로, 섬유상 매체를 기초로 하는 다양한 다공성 구조를 제조할 때 공지된 바와 같이 섬유의 치수, 즉 데니어(denier), 길이, 직경 등도 변화될 수 있다.
섬유에는, 목화 및 목재 펄프, 양모, 황마, 대마와 같은 셀룰로오스를 구비하는 천연종과, 예를 들어서 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 같은 2 내지 5의 탄소 원자를 가지는 모노머(단량체)로 형성되는 폴리올레핀 섬유 뿐만 아니라 폴리에스테르, 카본, 그래파이트, 글래스, 아크릴, 레이욘, 나일론 및 아라미드 섬유를 포함하는 다양한 인공 섬유가 있다. 어떤 경우에는, 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 코어와 저융점 폴리에틸렌 외피를 가지는 다성분 섬유를 선택할 수도 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다. 상기와 같은 섬유는 상업적으로 입수 가능하며, 그 중의 한 예에는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE: high density polyethylene) 외피와 폴리프로필렌(PP: polypropylene) 코어를 포함한다.
일차 매체는 또한, 예를 들어서 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 2 내지 5의 탄소 원자를 가지는 단량체로 형성되는 폴리올레핀 뿐만 아니라 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 나일론 및 폴리에스테르를 구비하는 특정 종류의 플라스틱 분말을 포함한다. 명백한 바와 같이, 일차 매체 중의 어떤 종류는 비용융성이거나, 최소한 다공성 구조의 제조 중에는 용융되지 않는 반면에 다른 종류는 부분적으로 또는 완전하게 용융된다. 일차 매체가 용융되지 않는 경우에 흡착성 다공성 매체를 사용할 수 있다. 그렇지만, 흡착성 및 비흡착성 다공성 매체는 용융 및 비용융 일차 매체로 형성될 수도 있는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
비용융성 또는 비용융 일차 매체의 일례에는 활성 카본, 이온 교환 수지, 알루미나 및 제올라이트가 포함된다. 비흡착성 비용융성 또는 비용융 일차 매체의 일례에는 천연 및 합성 섬유가 포함된다. 비흡착성 매체의 일례는 다성분 섬유를 구비하는 용융 가능한 일차 매체로 형성된다.
생강도 강화제는 섬유와 분말을 채택할 수 있다. 거친 섬유 보다 분말이 덜 효율적인 반면에 미세 섬유는 훨씬 더 효율적이다. 직선형 또는 주름형 섬유는 섬유상 섬유 보다 비효율적이다. 부드러운 섬유는 단단한 섬유보다 더 효율적이다. 유리한 섬유는 섬유상 또는 미세 섬유로, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르, 나일론, 아라미드 및 레이욘으로 구성되는 단체에서 선택된다. 상기 섬유는 용융된 경우에는 추가적으로 바인더로서 기능하거나, 물리적 화학적 성질 및 다공성 등에 따라서 다공성 매트릭스로 작용하기도 한다. 상기 섬유 형태에서 유리한 섬유 직경은 100 미크론 이하이지만, 제한되지는 않는다. 생강도 강화제의 양과 가압 압력은 특정 성상에 대한 공정 처리 변수이다.
생강도 강화제의 다른 형태에는 액상 생강도 강화제, 예를 들면 라텍스 및 수지 용액 등이 포함된다. 스티렌-부타디엔, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트), 및 아크릴 형태의 라텍스는 양호한 후보이다. 수용성 레진 용액은 수용성 폴리머로 형성되며, 예를 들면, 메틸-셀룰로오스 및 하이드록시프로필 메틸-셀룰로오스, 카복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 산화물, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 천연 고무 및 그들의 공중합체 및 유도체를 독립적으로 또는 혼합물의 상태로 채택할 수 있다. 매우 작은 양의 물조차, 예를 들어서 페놀-포름알데히드 및 멜라민-포름알데히드 수지와 같은 열경화성 바인더 수지의 건조 분말을 부드럽게 하는데 사용될 수 있기 때문에, 생강도 강화제에 물을 채택한다.
분말 섬유 또는 이들의 혼합물 형태로 바인더 재료를 형성할 수 있기 때문에, 섬유상 바인더는 다성분 및 섬유질 섬유를 구비하며, 또한 몇 가지 다른 분리능을 포함한다. 물리적 강도를 개선하고 용융 유동을 감소시키고, 매체를 열접착하는데 필요한 시간을 감소시키기 위해서 중간 정도 용융 지수의 바인더가 바람직하다. 흡착성 및 흡수성 매체에 대한 유리한 용융 지수는 (ASTM 1238의 방법에 따라서) 10 분당 1 그램 이하에서 최고 10 분당 20 그램까지이다.
보다 상세하게는, 분말 재료는, 예를 들어서 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 2 내지 5의 탄소 원자를 가지는 단량체로 형성되는 폴리올레핀 뿐만 아니라, 에폭시, 페놀-포름알데히드 및 멜라민 포름알데히드 수지 분말 등의 중합체 분말로 구성되는 단체에서 선택된다.
상기 중합체 분말의 입자 크기는 10 미크론 내지 40 미크론이다. 섬유상 바인더에는, 예를 들어서 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 2 내지 5의 카본 원자를 가지는 단량체로 형성되는 폴리올레핀과 같은 중합체 섬유와, 다양한 형상의 다성분 섬유 및 폴리머의 조합이 포함된다. 상기 형태의 섬유의 길이는 대부분 0.5 인치 이하이다. 적절한 길이는 0.25 인치 이하이다. 적절한 직경은 200 미크론 이하이다.
에틸렌-비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에스테르 및 나일론과 같은 추가적인 열가소성 폴리머를 바인더로 사용할 수도 있다. 결정성 폴리머는 대개 더 양호한 물리적 강도와 더 양호하게 한정하는 용융 온도를 제공한다. 비결정성 폴리머는 용융 온도가 없으며, 베이킹(baking) 온도를 선택하는 가장 적절한 방법은 유리 천이 온도(glass transition temperature)의 5 ℃ 내지 20 ℃ 이상에서 실험하는 것이다. 용융 온도 및 유리 천이 온도는 DSC를 사용하여 측정하거나 제조업자로부터 입수할 수 있다.
상술한 성분에 추가하여, 본 발명의 다공성 구조는 또한 양이온 대전 수지, 이온 교환 재료, 펄라이트, 규조토, 활성 알루미나, 제올라이트, 수지 용액, 라텍스, 금속 재료 및 섬유, 셀룰로오스, 카본 입자, 카본 섬유, 레이욘 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 글래스 섬유, 강철 섬유 및 그래파이트 섬유 등과 같은 선택적인 성분 또는 첨가제와, 추가적인 성질과 특성을 제공하거나 제품의 생산 단가를 감소시키기 위한 이들의 혼합물을 포함한다. 다양한 섬유, 예를 들어서 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 글래스, 카본, 강철 및 그래파이트는 신장력과 충격력을 개선시키기 위한 아주 양호한 후보이다. 상기 선택적인 성분의 양은 일차 매체 양의 부수적인 감소와 동시에 대략 중량비로 0.1 퍼센트 내지는 90 퍼센트이다.
몇 가지의 선택적인 성분이 일차 분리 매체 또는 생강도 강화제로도 작용하고, 따라서 혼합물 중에 존재하고 이들로부터 다공성 구조를 생산할 수 있는 반면에, 예를 들어 채택된 분리 매체 또는 생강도 강화제가 동일하지 않은 경우와, 분리 매체가 규조토이고 선택적인 성분이 카본 섬유이거나, 생강도 강화제가 폴리올레핀 섬유이고 선택적인 성분이 글래스 섬유인 경우에 상기 몇 가지의 선택적인 성분이 채택된다.
양이온 대전 수지는 미립자 매체, 예를 들어 규조토 및 카본 상으로 직접 도포될 수 있다. 이렇게 처리된 매체는 수성 분리 또는 여과에서 더 나은 효율로 작은 양이온 미립자를 흡착할 수 있다. 상기 수지는 참조에 의해서 그 내용이 합체되는, 기록된 양수인이 소유한 상술한 특허에서 개시되었다. 상기 특허에는, 예를 들어, 멜라민 포름알데히드 양이온 콜로이드 변형 매체에 관한 미국 특허 제 4,007,113 호 및 제 4,007,114 호와, 음이온 콜로이드상 변형 섬유질 실리카에 대한 미국 특허 제 4,305,782 호와, 에피클로로하이드린-폴리아민 및 폴리아미드 양이온 수지 처리 셀룰로오스 섬유 및 미립자 매체에 관한 미국 특허 제 4,309,247 호가 포함된다.
본 발명의 실행 절차에 유리한 공정은 습식 처리 또는 습식 공정과는 반대인, 성분을 건식으로 처리하는 것이다. 건식 처리 공정에서는, 성분을 먼저 건조 혼합시키고, 이어서 대기 온도에서 적합한 표면으로 혼합물을 이송시킨다. 본원에서 사용한 '적합한 표면'의 정의에는 몰드 내로 뿐만 아니라 후속하는 공정에 적합하도록 소정 두께의 건조 혼합물을 형성 또는 설치할 수 있는 다른 표면으로 배치하는 것을 포함한다. 몰드 내에 혼합물을 배치하는 경우에, 실질적으로 소정의 두께는 몰드를 충전하여 달성된다. 후술하겠지만, 혼합물은 균일한 소정의 두께를 얻기 위해서 평면으로도 이송될 수 있다. 따라서, 본 발명의 공정의 처리 절차는 몰드가 채택되었는지에 의해서 제한되지는 않는다.
"건식"이라는 정의에는 혼합물 내에 최소량의 액체가 포함된다. 이 정도의 액체량은 액체가 뚝뚝 떨어지거나 다른 취급을 필요로 하는 "습식" 혼합물 또는 습식 공정이 될 정도로 현저하게 외관과 물리적인 취급 방식을 변경시키지는 않는다. 따라서, 본 발명의 공정은 젖은 슬러리 성분의 형성에는 관여하지 않으므로, 액체를 제거하기 위한 진공 처리 등의 절차가 필요하지 않다.
혼합물의 입자 크기 분포는 전체 구조에 걸쳐서 미세 섬유 성분의 존재에 의해서 매우 균일하게 유지된다. 다른 말로 하자면, 미세 섬유는 크고 작은 입자의 분리 또는 이동을 방해한다. 이 단계에서의 혼합물은 생강도를 가지지 않는다.
본 발명의 공정에서의 다음 단계는, 건식 처리 혼합물을 다른 형태와 모양으로 치밀화하는 것이다. 상기 방법에는 캘린더링(calendering), 가압, 피스톤 몰딩법(piston molding), 주입 성형법, 등압 압축법 및 사출법 등이 포함된다. 혼합물이 몰드 내에 배치되는 경우에, 피스톤 몰딩법, 등압 압축법 등에 의해서 가압 및 치밀화된다. 마찬가지로, 혼합물이 평면에 이송된 경우에는, 캘린더링 또는 다른 처리 방법에 의해서 가압 및 치밀화시켜서 평면 시트 매체가 바람직한 곳에 사용되는 평면 시트 또는, 적절하게 구성된 다공성 구조에서 최종적으로 사용하기 위해서 상기와 같은 시트가 절단되는 디스크형 부재를 형성한다.
등압 압축법에는 습식 백(wet bag) 또는 건식 백 공정이 포함된다. 공지된 바와 같이, 양자의 방법은 유압하에서 형성될 부품의 전체 표면에 동시적이고 균일하게 적용되는 유체로 충전된 쳄버를 채택하고 있다. 압축될 분말 처리 재료는 부품에 대한 몰드로서 및 유압액에 대한 배리어로 기능하는 "백 툴링(bag tooling)"이라고 알려진 성형 멤브레인 내에 밀폐된다. 균일한 압력으로 백 툴링의 정확한 형상대로 분말을 전방향으로 압축한다.
습식 백 방법에서, 분말은 고무 몰드 내에 적재된다. 적재가 끝난 이후에, 몰드를 밀봉하고 유압을 가한다. 일단 가압이 종료되면, 몰드를 다시 개방시키고 가압된 부품을 제거해야 한다.
건식 백 툴링 방법에서는, 유압식 가압 유체는 압력 쳄버의 내측에서 마스터 건식 백에 의해서 밀봉되고, 유체는 별도의 건식 백 툴링이 삽입되는 마스터 백 내에 있게 된다. 이 방법을 사용하면, 재료는 툴 백(tool bag)에 적재되고, 이후에 가압되고 나서, 툴 백은 압력 쳄버에서 제거된다. 건식 백 방법은 공정이 간단하고 생산 속도를 증가시킨다. 건식 백 압축이 바람직하지만, 치밀하게 하는 단계의 제공 수단에 제한이 있는 것은 아니다.
도 1a를 참조하면, 건식 처리 혼합물의 다공성 구조 형성 성분(20)이 압력 베셀(22) 내에 유지되는 고무 몰드인 백(21)에 이송된다. 베셀(22)은 몰드(21)를 가압하기 위한 유압 작동식 쳄버(23)를 구비한다. 도 1b에서, 베셀은 적당한 수단(도시하지 않음)을 통해서, 커버(24)로 폐쇄되며, 이후에 고무 몰드(21)는 쳄버(23) 내에서 가압된다(도 1c). 가압 이후에 생제품(25: 生製品, green product)은 외부 몰드 없이도 자체 지지되기에 충분한 생강도를 가지게 되고, 도 1d에 도시한 바와 같이, 백(21)에 작용하는 압력은 해제되고, 베셀(22)이 개방되고, 예를 들어 램(26)과 같은 적절한 수단을 통해서 제품(25)을 제거한다. 고무 몰드를 충전하는 것은 도 28로 나타낸 바와 같은 호퍼(hopper) 또는 유사한 필러(filler)를 사용하여 완수된다. 상기와 같은 장치는 몰드 내에 혼합물 성분(20)을 신속하고 측정된 양만큼씩 균등하게 배분할 수 있어야 한다. 본 기술 분야의 통상의 지식 범위 내에서, 상기 장치에 대해서는 더 이상 자세하게 설명할 필요는 없다. 당연히 상술한 설명 뿐만 아니라, 도 1a 내지 도 1d는 단지 개념적이며 동작의 한 종류를 나타내는 간략화된 것이다.
상술한 바와 같이, 건식 처리 혼합물의 다공성 구조 형성 성분(20)은 평면으로도 이송시킬 수 있다. 대안으로 및 도 2a를 참조하면, 그와 같은 평면(30)은, 적합하게는 도면 부호(31)의 캘린더 장치를 통해서 통과되고 지지되는 이동식 벨트를 포함할 수 있다. 혼합물은 먼저 소정의 두께를 가지도록 배치되며, 이는 도 2a의 캘린더 장치의 좌측에 도시되어 있다. 이후에, 대향하는 캘린더 롤(32 및 33: calender roll)로 이송되어 치밀한 시트의 생제품(34)을 형성한다. 이 단계에서, 시트(34)는 제 1 표면(30)에서 제거되고 프레스(35)로 이송되어, 도 2b에 개략적으로 도시된 바와 같이 하부 지지 압반(36)과 상부 다이 압반(38)을 형성한다. 상부 다이 압반은 다수의 소형 생다공성 매체 제품을 스탬프 가공 또는 절단을 통해서 예를 들어서 디스크와 같은, 또는 다른 적당하게 형성된 매체로 가공하는 다수의 다이(39)를 구비한다. 생디스크(34)는 이후에 오븐(40)으로 이송되어 다공성 매체로의 추가적인 공정에 사용된다.
연속 공정이 도 2a 및 도 2b에 개략적으로 도시되어 있지만, 표면(30)이 프레스의 하부 압반으로도 사용 가능하다는 점은 명백하다. 캘린더 장치(31)는 성분의 혼합물(20)을 가압하고 치밀하게 하여 생제품(34)의 시트로 형성하는 상부 압반(도시하지 않음)으로 대체할 수도 있다. 당연하지만, 후속하는 생제품의 절단은 소정의 다공성 매체의 최종적인 형상과 치수에 따라서 한정되며, 따라서, 도 2b에 도시된 절단 공정으로 국한하지 않고도 시트 자체는 플레이트 및 프레임 장치 등에서 사용 가능하도록 형성된다.
생제품(25 또는 34)의 형성 이후의, 다음 단계는 중합체 바인더의 용융점 보다 약간 높은 온도까지 다공성 구조 내의 바인더를 용융시켜서 일차 매체를 결합하여 자체 지지 상태를 유지하도록 한다. 생디스크 제품(34)에 대해서 이와 관해서 한 번 더 도 2c에 개략적으로 도시되어 있다. 적절한 온도는 바인더의 용융점 이상 최고 20 ℃까지이며, 가장 적절한 온도는 용융점 이상 최고 10 ℃까지이다. 예를 들어서, FA700(콴텀 유에스아이: Quantumn USI) 및 13040F(미니파이버: MiniFiber) 고밀도 폴리에틸렌 바인더에 대한 결합 온도와 시간은 각각 40 분에 140 ℃(용융점에 대해서는 약 5 ℃ 이상, 비카 연화 온도에 대해서는 약 15 ℃ 이상)이다. 상기 가열 온도에서, 다공성 구조는 높은 용융 유동 문제를 초래하지 않고도, 활성 카본과 같은 일차 흡착 분리 매체의 포어를 밀봉함으로써 능(能)과 효율을 감소시킨다고 생각되는 최대의 물리적인 강도를 나타낸다.
상술한 특징에 추가하여, 다공성 구조는 가열 공정 중에 자체 지지된다. 생강도 강화제 또한 다공성 구조에 대한 열간 강도를 제공한다. 시간과 온도의 최적 조합은 바인더의 형식 또는 그 혼합물에 따른다. 최상의 상태는 주어진 최단 시간 내에 최소의 용융 유동과 최고의 물리적 강도를 제공하는 것이다. 마이크로웨이브, 전자파 및 적외선 가열과 같은 다른 열결합 공정도 사용할 수 있다. 종래 기술과는 달리, 베이킹 단계 중에 매체에 가해지는 전단력이 없다. 또한, 초고분자량의 폴리머 바인더로 채택할 필요가 없다.
생제품(25)의 가열이 바인더를 용융시키거나 반응시키는 단계가 유리한 단계이기는 하지만, 본 발명은 제품을 가압 단계 이후에 완성하고 베이킹 또는 독립적인 가열 단계를 필요로 하지 않는 단계를 포함한다. 이와 같은 압축에 의해서만 생산된 제품의 일례에 대해서는 후술하는 제 1 실시예 내지 제 20 실시예에 기술되어 있다.
하기의 표 1에, 종래 기술에서 요약한 세 개의 특허에서 개시된 공정과 쿠노 인코퍼레이티드(Cuno, Inc.)로 양도된 본원의 공정과의 차이를 기술하였다. 종래 기술의 최초 세 개의 제품 중에 어떠한 것도 열결합 이전 및 열결합 중에 자체 지지되지 않는다.
다층의 분리 매체는 캘린더링, 가압 또는 등압 압축 공정 등에 의해서 형성 가능하다. 각 층의 혼합물은 연속적으로 추가되고 가압되어 다양한 가압 조건에서 다층 다공성 구조를 형성할 수 있다. 등압 압축의 경우에, 다른 층의 혼합물은 동심 투입구를 장비한 공급 장치를 통해서 동시에 첨가된다. 공급 장치는 독립적인 층을 교란하지 않고도 충전 중에 상향으로 이동한다. 또는, 충전 공정은 다른 성분을 첨가한 이후에 슬리브를 제거하여 달성된다.
최소 약 1 %에 해당하는 고강도 섬유상 재료의 첨가가 물리적인 강도와 충격 강도를 현저하게 개선시킨다. 상기 형태의 복합 구조는 선적 및 취급 중에 제품의 파손을 감소시키며, 제품의 신뢰도를 개선시킨다. 다양한 섬유, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 글래스, 카본 및 그래파이트 섬유는 그와 같은 목적에 대한 양호한 후보이다. 다량의 섬유상 재료를 제품에 사용하여 매체에 잔털이 많게 되거나 취급이 곤란하게 되면, 매체를 예비 압축하는 것이 바람직하다. 예비 압축된 재료의 모양은 시트, 로드, 튜브, 펠릿 및 브리켓 과 같은 다양한 모양으로 가압 가능하다.
등압 압축 공정의 또 다른 장점은 다공성 구조의 다양한 모양 또는 패턴을 형성할 수 있다는 점이다. 보다 자세하게는, 백 툴링이 반대 패턴을 가지도록 설계된 경우에 다른 모양의 그루브를 다공성 구조의 표면 상으로 직접 성형시킬 수 있다. 표면 그루브는 분리 응용에서의 오물 유지능을 개선시킨다. 또한, 상기 공정은 더 짧은 센터 핀을 사용한 경우에 한쪽 단부가 밀봉된 속이 빈 중심 코어를 구비한 대략 실린더 형태의 다공성 구조를 형성할 수 있다. 상기 종류의 제품은 통상적인 실린더형 필터 제조 공정에서 구조의 단부에 단부 캡(end cap)을 형성하는데 필요한 재료 및 공정이 불필요하게 된다.
등압 압축을 통해서 치밀하게 하는 단계는, 축방향 밀도 기울기가 구조 내에 형성되어 있기 때문에, 실제적인 이유로 인해서 L/D(길이(L)대 직경(D))가 2 내지 3:1로 제한되는 축방향 압축과 같은 종래의 수단과 비교하여, L/D비가 3:1 이상인 다공성 구조의 형성에 유리하다.
요약하면, 다공성 구조의 형성에 사용되는 주요 성분은 ① 일차 매체(PM), ② 생강도 강화제(GSA), ③ 바인더(B), ④ 선택적인 첨가제이다. 선택적인 첨가제는 일반적으로 PM, GSA 및 B의 주작용을 변화시키지는 않는다. 그러나, 첨가제의 기여도가 현저한 경우에 PM, GSA 및/또는 B의 일부가 된다.
본 발명의 실행 절차에 대해서 실시예로 진행하기 이전에, 상술한 성분에 대해서 요약할 필요가 있다. 따라서, 어떤 경우에는, 선택적인 성분을 제외하고 최소한의 세 가지 독립 성분이 있을 수 있다. 이들에는 도 3a 및 도 3b의 박스(50)에 도시한 바와 같이 일차 매체(PM), 생강도 강화제(GSA) 및 바인더(B)를 포함한다. 상기 성분은 최초에 건조 상태로 혼합되며, 이후에 가압된 박스(51)는 박스(52)에서 제거되며, 도 3a의 박스(53)에서 가열되거나, 도 3b에서 도시된 바와 같이 가열되지 않거나 한다. 상기 양자의 공정은 비흡착성 또는 흡착성 다공성 구조, 즉 필터 또는 분리 매체를 각각 도 3a의 박스(54 및 55) 및 각각 도 3b의 박스(56 및 58)에서 얻는다.
도 3a에서 개략적으로 설명된 방법에 주목하고 도 4를 참조하면, 박스(60)의 일차 매체는 분말(61) 및 섬유(62)의 양자를 포함할 수 있다. 최종적으로 박스(66)에서의 생강도 강화제는 분말(67)과 섬유(68)를 포함할 수도 있다. 이 단계에서 설명을 간략하게 하기 위해서, 예를 들어 수지 용액, 라텍스 및 물과 같은 비분말 및 비섬유 성분의 종류는 그 존재가 방해되지 않는다고 생각하고 도시하지 않았다. 도 4에서 고려해야할 점은 최종 제품(69)이, 예를 들어서 PM 분말(61), B 분말(64) 및 GSA 섬유(68) 뿐만 아니라 PM(62), B(65) 및 GSA(68) 등과 같은 세 가지 섬유의 혼합물과 같이 분말과 섬유의 조합에 의해서 형성된다는 사실이다.
PM 분말과 섬유는 대부분 비용융성이지만, 용융성 재료로 선택할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 유사하게, B 분말과 섬유는 용융 가능하고, GSA 분말과 섬유는 대개 비용융성이지만, 용융 가능한 재료로부터 선택 가능하다. 또한, PM, B 및 GSA를 제공하기 위해서 항상 세 가지 독립적인 성분 재료를 선택할 필요는 없다. 예를 들어, PM용으로 선택된 섬유는 두 성분 제품(69)에 대한 GSA로도 채택될 수 있고, PM용으로 선택된 섬유가 다성분 섬유(HDPE/PP)인 경우에, 한 성분 제품(69) 등으로 B 및 GSA로도 채택될 수 있다. 이와 유사한 방법으로, 본 발명은 하나 이상의 PM 및/또는 하나 이상의 B 및/또는 하나 이상의 GSA의 혼합물로도 실행 가능하므로, 본 발명의 다공성 구조(69) 및 공정은 단일 PM 성분, 단일 B 성분 및 단일 GSA 성분의 조합으로 제한되지는 않는다.
그럼에도 불구하고, 초기에 두 개 또는 세 개의 성분을 한 성분으로 혼합물에 공급하였다고 하더라도, 본 발명의 다공성 구조는 중량비로 70 내지 90 퍼센트의 PM, 중량비로 8 내지 20 퍼센트의 B, 중량비로 1 내지 15 퍼센트의 GSA를 포함한다. B 또는 GSA가 수지 용액 등인 경우에, 도 4에서는 도시하지 않았지만, PM용으로 및 B 또는 GSA와 같은 최소한 하나의 다른 성분용으로 분말 및/또는 섬유를 선택할 수 있다.
도 5a 및 도 5b와 도 6a 내지 도 6b 및 도 7a 및 도 7b를 참조하여, 본 발명의 추가적인 설명이 세 개의 예시적인 성분 혼합물에 관해 개념적으로 도시되어 있다. 도 5a에서, 80으로 도시한 PM 혼합물, 81로 도시한 B, 82로 도시한 GSA가 먼저 도시되어 있다. 도 5b에서, 혼합물이 가압되고 가열된 이후에, 일부만 도시된 제품(83)이 구별 가능한 PM(80)과 GSA(82)를 포함하며, 한편으로 바인더 재료(81)는 용융되어 다른 두 개의 성분을 유지시켜서 제품(83)이 형성된 것을 알 수 있다. 통상적인 예(제 41 실시예)는 PM으로 카본 입자를 포함하고, GSA로 섬유상 폴리프로필렌 섬유를, B로서 폴리에틸렌 분말을 포함한다. 열결합 이후에, 폴리프로필렌 섬유는 다공성 제품(83)의 구조적인 강도를 증가시키는 작용을 한다.
도 6a에서, 혼합물은 도면 부호 90으로 나타낸 PM과, GSA 및 B로서 기능하는 섬유상 성분을 나타내는 제 2 성분(91)을 포함한다. 도 6b에서, 상기 혼합물을 가압하고 가열한 이후에, 섬유(91)의 일부가 용융되어, 바인더(92)를 형성하여 제품(93) 내에서 남아있는 섬유(GSA) 및 PM을 함께 결합시키는 것을 알 수 있다. 통상적인 예는 PM으로서 카본 블랙을, GSA 및 B로서 섬유상 섬유, 예를 들어 PE를 포함한다(제 17 실시예 내지 제 20 실시예). 도 6c는 섬유(91)가 완전하게 용융되어 있고, 일차 매체(90)와 바인더(92)가 잔존해 있는 것을 도시하고 있다. 선택된 성분에 따라서, 제품(93)은 도 6b에 또는 도 6c에 도시된 것과 같이 된다.
도 7a에서, 혼합물은 도면 부호 91로 나타낸 바와 같이, 예를 들어서 다성분 HDPE/PP 섬유와 같은 단지 한 가지 섬유만을 포함한다. 상기 섬유는 PM, GSA 및 B를 제공한다(제 47 실시예). 도 7b에서, 상기 섬유가 가압 및 가열된 이후에, 섬유의 일부가 용융되고, 제품(94)의 바인더(92)를 형성하는 한편으로, 대부분의 섬유는 PM(95)이 되고, 제품(94)의 매트릭스 네트워크를 형성한다. 통상적인 예는 HDPE/PP와 같은 다성분 섬유를 가압하고 가열하여 형성된 제품이 있다. 상기와 같은 섬유는 도 8 및 도 9에 도시되어 있으며, 여기에서 내측 코어(96)는 PP이고, 외측 외피(98)는 HDPE이다. 도 9에서 상기 섬유(91)가 가열된 이후에, 외피(98)의 일부는 함께 용융되어 분리능과 생강도의 양자를 제공하는 결합된 섬유의 매트릭스를 형성한다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명에 다라서 제조될 수 있는 몇 가지 형태의 제품이 도시되어 있다. 도 10에서, 제품(100)은 속이 빈 중심 코어(102)를 구비한 실린더형 부재 또는 본체(101)를 포함한다. 다수의 환형 그루브(103)는 최외측 표면(104)에 형성되어 부재의 효율적인 표면 영역을 증가시킨다. 적절하게는, 상기 그루브는 각각의 그루브가 강화되고 부재(101)로부터 몰드(21)가 깨끗하게 분리되도록, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 테이퍼진 랜드(105: land)에 대향하여 형성된다.
상기 환형 그루브(103)가 실린더형 카트리지 블랭크 내로 기계 가공될 수 있지만, 이 추가적인 단계와 부수적인 쓰레기 재료는 상술한 바와 같이 몰드 내에서 성분을 가압함으로써 제거할 수 있다. 또 다른 장점으로서, 원주 방향 그루브 보다는 다른 외부면에 형성하는 것도 가능하다. 예시로써, 도 12는 비어있는 중앙 코어(112)를 구비하는 실린더형 몸체(11)를 형성한 다른 제품(110)을 도시하고 있다. 최외측 표면(113)은 다수의 길이 방향 그루브(114)를 구비하며, 몸체의 길이 방향의 거의 전체에 걸쳐서 축상으로 연장되어 있다. 통상적으로, 그루브는 카트리지의 각 단부(115)에서 종결된다.
외부형 구조를 가지는 다른 예시로써, 도 13은 실린더형 몸체(121)와, 비어있는 중앙 코어(122)를 구비하며, 외측 원주 방향 표면(124)으로부터 다수의 내향으로 절단된 함몰부(123)가 형성된 제품(120)을 도시하고 있다. 당연히, 다른 외부 구조는 제품의 전체 구조가 실린더형으로만 제한되지 않았다는 사실 뿐만 아니라, 특정 하우징의 내부 체적을 수용하도록 형성되는 직사각형, 정사각형 또는 다른 형태로도 즉각적으로 이용 가능하다는 점은 명백하다. 따라서, 본 발명은 제조 이후에 독립적인 기계 가공을 통해서 형성되는 불연속적인 외부 표면 뿐만 아니라, 상대적으로 매끄러운 몰드면에 의한 매끄러운 외부 표면, 즉 연속적인 실린더형 또는 다른 표면을 가지는 제품을 포함하는 것도 당연하다.
또한, 폐쇄 단부 몰드 내에서 성분의 혼합물을 치밀하게 하는 것에 의해서 비어있는 코어를 구비하고, 한쪽 단부가 폐쇄된 튜브형 제품을 제조하는 것도 가능하다. 이와 같은 구조는, 실린더형 몸체(126), 코어(128) 및 폐쇄 베이스(129)를 가진 다공성 제품(125)으로써 도 14에 도시되어 있다. 통상적으로, 일차 강화 매체 및 바인더로 형성되는 상기 형태의 비어있는 튜브형 제품은 양쪽 단부에서 개방되어 있다. 본 발명의 공정을 사용함으로써, 상기와 같은 제한은 더 이상 존재하지 않는다.
본 발명에 따라서 다층 실린더형 다공성 구조를 형성하는 것도 가능하다. 도 15를 참조하면, 유압 작동식 쳄버(132) 내에 위치하는, 고무 몰드인 백(131)을 구비한 압력 베셀(130)이 도시되어 있다. 상기 쳄버(132)는 램(133: ram)으로 베이스가, 몰드 개구(134) 내에 수용되는 제거 가능한 커버(도시하지 않음)에 의해서 상부가 폐쇄되어 있다. 고무 몰드 내에 위치한 것은 다수의 실린더형 슬리브, 즉 두 개의 135 및 136 뿐만 아니라, 다공성 구조(140)에 대한 속이 빈 코어(139)를 형성하는 실린더형 중앙 맨드렐(138)이다(도 16 참조).
속이 찬 다공성 구조의 제조에도 본 발명의 공정이 적합하기 때문에, 다공성 구조의 제조에 맨드렐의 사용이 필수적이지는 않지만, 다공성 구조를 통해서 방사상의 유동이 바람직하거나 필요한 경우에 채택될 수 있는 속이 빈 구조를 제조하는데 맨드렐을 사용하기로 한다.
도 15에서 명백한 바와 같이, 슬리브(135 및 136)는 맨드렐(138)과 동심이며, 함께 세 개의 다른 성분의 조합(141, 142 및 143)을 추가적으로 형성한다. 초기에 슬리브가 고무 몰드(131) 내에 위치하기 때문에 성분으로 형성된 세 개의 실리더형 쉘은 슬리브가 제거된 이후에 형성되며, 상기 몰드는 폐쇄되고 성분은 압력하에서 가압된다. 몰드는 이후에 개방되고 생제품(140)은 램(133)을 통해서 제거되어 후속하는 바인더 재료의 가열과 용융에 사용된다.
도 16을 참조로 하면, 최종 제품(140)의 일부가 한가지 형태의 매체로 형성된 외층(141), 다른 형태의 매체로 형성된 중간층(142), 및 중간층(142)과는 다르지만, 외층(141)과는 동일한 매체일 수도 있고 아닐 수도 있는 매체로 형성된 내층(143)을 구비한 채로 도시되어 있다. 거칠다가 미세한 것으로 또는 미세하다가 거친 것으로와 같이, 최종 제품(140)의 다공성에 변화 또는 증감을 줄 수 있다는 사실을 고려하면 장점은 명백해진다. 또한, 예를 들면, 미립자와 섬유와 같은 서로 다른 형태의 일차 매체를 채택할 수도 있는데, 이는 다른 두 가지 성분, 바인더 재료와 생강도 강화제에 대해서도 마찬가지이다. 더욱이, 상술한 설명에서는 세 가지의 분별 가능한 층에 대해서 설명하고 있었지만, 본 발명에 따라서 두 개의 층이 형성되어 있거나 세 개 이상의 층이 형성된 다층 제품도 가능하다는 것은 명백하다.
대안으로써, 슬리브를 사용하지 않는 다층 실린더형 다공성 구조를 형성하는 것도 가능하다. 도 17a를 참조하면, 압력 베셀(130)이 다시 도시되어 있으며, 유압 작동식 쳄버(132) 내에 위치하는 고무 몰드인 백(131)을 구비하고 있다. 쳄버(132)는 베이스에서 램(133)으로 및 상부에서 몰드 개구(135) 내에 수용되는 제거 가능한 커버(145: 도 17c)로 폐쇄되어 있다. 몰드가 개방되면, 본원의 전체에 걸쳐서 설명한 바와 같이 복합 매체의 동심층을 분배하는 충전 장치인 필러(146)가 삽입된다.
필러(146)는, 도시된 바와 같이 개방 베이스(148) 및 상부의 깔때기형 입구(149)를 구비한다. 필러(146)는 본 발명에 따른, 예를 들어 두 개의 복합 혼합물의 공급원과 연결된다. 도시된 필러(146)가 간략화의 관점에서 보았을 때 어느 정도 개념적이며, 입구로 및 필러를 관통하여 복합 혼합물을 이송하기 위한 수단은 본 기술 분야에서 공지된 기술 범위 내에 속하므로 도시할 필요가 없다는 것은 명백하다. 필러(146)는 또한 외측벽(150)과 내측 슬리브(151)를 구비하며, 복합 혼합물로 구성된 두 개의 동심층(152 및 153)을 형성한다. 당연히 단지 두 개의 층이 도시되어 있지만, 더 이상의 층도 가능하다는 것은 명백하다.
도 17a에 도시된 바와 같이, 필러(146)는 초기에 몰드의 바닥에 위치하며, 주의하여 몰드에 혼합물을 배치하여 층(152, 153)이 독립적이고 분별적으로 유지되도록 한다. 천천히 제거됨에 따라서, (도 17b 참조) 복합물은 몰드 내로 계속 유동되며, 치밀하게 하기 전에 본질적으로 층상의 예비 제품을 형성한다. 필러(146)가 상기 배치를 완료하게 되면, 유동은 (도시하지 않은 적절한 수단에 의해서) 폐쇄되며, 뒤이어 혼합물은 등압 압축된다. 가압 이후에, 제품(155)은 도 17c에 도시된 바와 같이 형성되며, 상술한 절차와 유사하게 몰드(130)에서 제거된다. 다시, 맨드렐(138)은 속이 빈 구조로 도시되었지만, 맨드렐이 제거된 속이 찬, 층상 구조도 제조할 수 있다.
실린더형 또는 다른 형태의 기형성된 구조에 추가층을 연속적으로 가압함으로써 서로 다른 성질의 두 개 또는 그 이상의 영역 또는 층을 가지는 다층 제품도 제조할 수 있음도 명백하다. 본 실시예가 상술한 본원의 설명에 기초하여 도면에 도시되지는 않았지만, 본 기술 분야에서 숙련된 자는 상술한 방법에 따라서 다공성 구조를 제조할 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위 내에 대안으로 포함된다. 연속 가압은 몰드에서 제거되기 전에, 또는 예를 들어 생성된 구조를 다른 장치에 위치시키거나 몰드로 되돌리는 것과 같은 상기 제거 이후에 가압 구조(155)에 추가적인 층의 복합 재료를 추가함으로써 실행된다.
또한, 특히 복합물의 혼합물을 캘린더 가공하거나 치밀하게 하여 평면 시트 또는 층 재료를 형성할 수도 있다. 더욱이, 제 1 층에 복합물의 혼합물을 첨가하여 이중 및 다층 평면 시트 제품을 형성하는 것도 가능하다. 상기 방식으로, 각 층이 일차 분리, 강화 및 결합능을 제공하는 하나 또는 그 이상의 성분 부재의 특정한 혼합을 가지는 기본 성분의 서로 다른 혼합물로부터 제품을 형성하는 것도 가능하다. 특정한 혼합은 제품 내에서 다른 층과 동일하거나 다를 수도 있다. 또한, 이와 같은 층은 상술한 바와 같이, 매끄러운 외관, 즉 상부 및 하부의 표면이 매끄럽거나, 그루브 또는 다른 구조를 구비할 수도 있다.
도 18을 참조하면, 평면(162)이 형성된 이동식 벨트(161)를 포함하는 장치(160)가 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 벨트는 모터(163)에 의해서 구동된다. 표면(162)의 상부에는, 닥터 블레이드(doctor blade) 또는 롤러(166)에 의해서 균일하게 배치되는 제 1 형태의 매체(165)를 배분하는 제 1 호퍼(164)가 있다. 제 2 호퍼(168)는 제 1 호퍼의 하류측에 형성되어 있으며, 롤러(166)에 의해서 다시 균일하게 배치되는 중간층의 매체(169)를 배분한다. 더 하류측에는 롤러(166)에 의해서 다시 균일하게 배치되는 제 1 형태의 매체(169)를 배분하는 제 3 호퍼(170)가 있다. 그 결과, 형성된 제품은 도시하지 않은 수단에 의해서 벨트에서 치밀화되어 생제품(172)을 형성하거나, 연속적으로 치밀화된다.
도 19에는, 한가지 형태의 매체로 형성되는 제 1 층(165), 다른 형태의 매체로 형성되는 제 2 층(169), 제 1 층(165)의 재료와 동일하거나 다를 수도 있지만, 중간층(169)과는 다른 제 3 층(171)이 형성된 다층 평면 제품(175)의 일부의 단면이 도시되어 있다. 실린더형 층상 제품(140)에서와 마찬가지로, 최종 제품(175)은 거칠다가 미세한 것으로 또는 미세하다가 거친 것으로, 다공성에 변화 또는 증감을 줄 수 있다. 또한, 서로 다른 형태의 일차 매체, 바인더 재료 및/또는 생강도 강화제를 채택할 수도 있다. 다시, 상술한 설명이 세 가지 분별 가능한 층에 대한 것이지만, 본 발명에 따라서 두 개의 층 또는 세 개 이상의 층을 형성한 다층 제품도 가능한 것은 명백하다. 도 2b 및 도 2c를 참조로 한 설명과 유사하게, 평면 시트의 생제품(172)은 다수의 디스크로 또는 다른 형태의 매체로 다이 컷 가공된다.
다시 한번, 기형성된 평면 구조 위에 추가층을 연속적으로 가압하여 다른 성질의 두 개 또는 그 이상의 영역 또는 층을 구비하는 다층 제품을 형성할 수 있음은 명백하다. 이렇게 하기 위해서는, 가열하기 전에, 다른 매체의 복합물의 후속층을 공급하는 단계를 필요로 할 수 있으며, 이어서 모든 층을 치밀하게 한다. 상기 방식으로 추가적인 층을 추가할 수 있거나, 채택된 장치의 설계에 따라서 한 단계로 몇 개의 층을 추가하고 치밀하게 할 수도 있다.
섬유상 성분에 대한 상술한 설명에서, 상기 섬유는 도 20의 섬유(180)로 도시한 바와 같이 단일사일 수도 있으며, 도 21에서 섬유(181)로 도시한 바와 같이 섬유상일 수도 있다. 섬유상 섬유(181)는 스트랜드(183)에서 바깥으로 연장되는 섬유 뿌리(182)를 구비한다. 섬유상 섬유는 약간의 용융이 발생하는 경우에 PM으로써 및 GSA로써 및 바인더(B)로서 유용하다.
본 발명의 유리한 공정에 따르면, 일차 매체가 비흡착성인지 흡착성(또는 흡수성)인지에 따라서 몇 가지의 다른 가압 및 가열 조건에 따라서 다양한 종류의 다공성 구조를 제조할 수 있다. 제조에서의 다양한 조합은 도 3a 및 도 3b에 도식적으로 도시하였다. 서로 다른 PM, GSA 및 B 재료의 조합을 가압·가열할 때, 비흡착성 구조에 대한 아홉(9) 개의 중요 케이스와, 흡착성 구조에 대한 네(4) 개의 중요 케이스에 대해서 표 2에 도시하였다.
부호(O)는 성분의 존재를 나타내며, 바인더로써는 기능하지 않는다. 부호(M)는 성분의 존재를 나타내며, 용융되거나 바인더로서 반응한다.
케이스 A1: 일차 매체 및 생강도 강화제는 용해되거나 반응하지 않음. 바인더만 용융되거나 반응함(제 41 실시예).
케이스 A2: 일차 매체는 용융되거나 반응하지 않음. 생강도 강화제 및 바인더의 양자가 용융되거나 반응함(제 21 실시예 내지 제 23 실시예).
케이스 A3: 생강도 강화제는 용융되지 않음. 일차 매체 및 바인더의 양자가 용융되거나 반응함(제 42 실시예).
케이스 A4: 일차 매체, 생강도 강화제 및 바인더의 전체가 용융됨(제 43 실시예).
케이스 A5: 일차 매체 또는 바인더 중의 하나가 생강도 강화제로 작용함. 바인더만이 용융되거나 반응함(제 44 실시예).
케이스 A6: 생강도 강화제가 용융되거나 반응함. 바인더는 불필요(제 17 실시예 내지 제 20 실시예, 단 PE가 용융되는 경우).
케이스 A7: 일차 매체와 생강도 강화제의 양자가 모두 용융되거나 반응함(제 45 실시예).
케이스 A8: 일차 매체는 용융되거나 반응함. 바인더는 불필요(제 46 실시예).
케이스 A9: 일차 매체는 생강도 강화제 및 바인더로 기능함(제 47 실시예).
다른 예로, 다성분 폴리에틸렌 외피/폴리프로필렌 코어 섬유를 일차 매체로 사용할 수도 있지만, 폴리에틸렌 외피가 가열에 의해서 용융되는 경우에 이들은 바인더로 작용한다. 바인더가 없는 경우에, PM 및/또는 GSA가 용융되거나 반응한다(케이스 A6, A7, A8 및 A9). 한 가지 종류 이상의 PM, GSA 및 B를 구비한 조성은 표 2에 도시된 아홉 개의 기본 케이스의 조합에 포함된다. 흡착성 다공성 구조의 경우에, 일차 매체는 용융되지 않거나 다른 성분과 반응하지 않으므로, 단지 네(4) 개의 경우에서만 다른 조합이 가능하다(표 2 참조).
흡착성 다공성 구조, 즉 활성 카본 매체는 최소량의 바인더를 사용하여 형성하여 사용할 표면과의 결합을 감소시킨다. 그러나, 비흡착성 매체는 이와 같은 제한 사항이 없다. 정상적으로, 고유동율에서 높은 물리적인 강도를 가지는 것이 바람직하다. 더 큰 물리적인 강도가 요구되는 경우, 비흡착성 매체에 대한 바인더의 양은 흡착성 매체에 사용되는 양 보다 현저하게 많을 수 있다.
매체가 바인더를 용융시키거나 반응시키는 결합력을 필요로 하지 않을 때는, 최종 강도를 부여하기 위해서 다공성 구조를 유지하는데 생강도 강화제가 필요하다. 일차 매체(PM) 및/또는 생강도 강화제(GSA)는 강도에 기여한다. 다공성 구조는 뒤얽히거나 변형된 섬유와 입자에 의해서 함께 유지된다. 비흡착성 매체 및 흡착성 매체의 각각에 대해서, 표 2에 두(2) 개의 케이스가 나열되어 있다. 통상적인 미세 금속 섬유 및 입자는 물리적인 강도를 제공하는데 이상적인 후보이다.
부호(O)는 성분이 존재하지만, 바인더로서는 기능하지 않음을 나타낸다.
본 발명의 각 실행 절차를 보여 주기 위해서 후술하는 다수 실시예에서 상세하게 설명되는 바와 같이 일련의 필터 블록을 준비하였다. 모든 부품은 특별하게 언급하지 않는 한 중량 백분율로 표시하였다.
<제 1 실시예 내지 제 20 실시예>
카본 블록의 생강도에 대한 섬유상 섬유, 즉 폴리에틸렌(PE)의 기여도에 대해서 하기의 성분을 사용하는 카본, PE 섬유 및 PE 분말의 조성에 의해서 예시하기로 한다.
85 %의 카본: 바니비 앤드 스트클리프(Barnebay and Sutcliffe)의 3049형 카본. 80×325 메시,
4 % 내지 15 % PE 섬유: (미니파이버(Minifiber), 13040F),
5 % 내지 11 % PE 분말: (퀀텀 케미컬(Quantumn Chemical), FASP007)
분말과 섬유의 상대적인 양, 즉 중량비로 전체 15 퍼센트의 폴리에틸렌(PE)은 제 1 실시예 내지 제 20 실시예까지에서 변동된다. 형성된 모든 블록은 55 그램이며, 각 다양한 압력 하에서 금속 피스톤 몰드를 사용하여 블록으로 성형하였다. 채택된 몰드는 1.75 인치의 O.D. 및 0.375 인치의 I.D.이며, 운전 휴지 기간은 15 초이다. 길이는 성형 압력에 따라서 2 퍼센트 내지 5 퍼센트까지 약간 변경되며, 약 2.4 인치이다. 생강도는 0.0238 인치/초의 비율로 블록에 수직인 다공성 구조를 가압하여 측정하였다. 성형 압력의 효과 및 생강도에 미치는 PE 섬유의 양은 표 4 및 도 22에 도시되어 있다. 도 22에서의 네 개의 곡선은 표 4에 나타낸 데이터 점의 그림이며, 각각의 곡선은 4 %의 PE 섬유에서 시작하여, 15 퍼센트까지 증가한다. 곡선으로부터 각각의 생강도를 읽고 비교할 수 있다.
표 4에서 명백한 바와 같이, 85 퍼센트의 카본을 포함하는 블록에 대해서 성형 압력이 높으면 생강도가 커지고, PE 섬유가 증가된 경우에도 생강도는 더 커진다. 후속하는 공정에서 사용하기 위해서 상기 블록에 대한 수용 가능한 생강도는 약 20 파운드(lb)이다.
<제 21 실시예 내지 제 24 실시예>
하기의 성분을 사용하여 세 가지의 다공성 구조(카본 블록)을 제조하였다.
4 % PE 섬유 13040F
11 % PE 분말 FASP007
85 % 카본: 바니비 앤드 스트클리프(Barnebay and Sutcliffe)의 3049형 카본. 80×325 메시.
제 1 실시예 내지 제 20 실시예에서 채택된 것과 동일한 크기의 블록을 사용하였으며, 성형 압력은 8000 psi이고, 작동 중단 기간은 15 초였으며, 2.25 인치 길이의 블록을 형성하였다. 다만 제 24 실시예는 케이엑스 코포레이션(KX Corporation)이 제조한 9.75 인치의 블록이었으며, 2.25 인치의 블록으로 절단하였다. 케이엑스 코포레이션의 블록은 85 퍼센트의 카본과 15 퍼센트의 바인더를 포함한다. 2.25 인치의 블록에서 절단된 0.625 인치의 슬라이스를 0.0238 인치/초의 비율로 가압하여 붕괴 테스트를 수행하였다. 상기 블록은 1.75 인치의 O.D.와 0.375 인치의 I.D.를 가진다. 제 21 실시예 내지 제 23 실시예는 표 4에서 나타낸 기간 동안 139 ℃에서 베이킹 처리하였다. 다양한 블록의 효율을 평가하기 위해서 메틸렌 클로라이드 감소 평가법을 수행하였다. 코넥티컷 메리덴의 수돗물의 공급 유동 스트림을 300 ml/분으로 하기 위해서, 메틸렌 클로라이드의 농도가 300 ppb가 되도록 공급하였다. 최적의 농도는 15 ppb였다. 실험이 끝난 이후에, 2.25 인치의 블록에서 절단된 0.625 인치의 슬라이스를 0.0238 인치/초의 비율로, 축에 대해서 직각으로 가압하여 붕괴 테스트를 수행하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.
<제 25 실시예 내지 제 29 실시예>
제 21 실시예 내지 제 23 실시예에서 채택된 것과 동일한 조성을 1.75 인치의 O.D.와 0.375 인치의 I.D.를 구비한 12 인치 길이의 290 그램 블록까지 확대하였다. 유리한 실시예에 따른 등압 압축 공정에서, 고무 몰드를 채택하였으며, 20 초 동안 2500 psi의 유압으로 가압하였다. 상기 블록은 이후에 142 ℃ 내지 143 ℃의 다양한 온도에서 베이킹하고, 이후에 테스트하기 위해서 9.75 인치의 길이로 절단하였다. 그램 수명, 혼탁도 감소 효율 및 0.6 GPM에서 미립자 감소 효율 등 세 가지 테스트에 AC 미세 테스트 더스트(ACFTD: AC fine test dust)를 채택하였다. 서로 다른 롯트에서 추출한 케이엑스 코포레이션의 두 개의 9.75 인치 제품을 평가하였다(제 28 실시예 및 제 29 실시예). 붕괴력 테스트를 수행하고 표 6에 그 결과 및 다른 테스트 결과를 나타내었다.
표 6에서 사용된 정의는 다음과 같다.
① ΔP: 0.6 GPM 유동율에서 필터에 걸리는 압력 차이(psid).
② 그램 수명, ACFTD: 0.6 GPM 유동률에서 압력 차이가 20 psi일 때 필터에 공급되는 AC 미세 테스트 더스트(ACFTD)의 연속 가중치(그램 단위).
③ 혼탁도, NTU(Nephelometric turbidity unit): 혼탁도는 혼탁도 측정기의 혼탁 단위를 나타내는 것으로, 현탁 수중액에서 농도와 입자 크기의 함수.
④ 1--5㎛ 사이의 입자의 숫자의 감소 백분율. NSF(National Sanitation Foundation)의 표준 42는 클래스 Ⅱ 등급에서 미립자 감소에 대해서 상기 입자 범위의 최소한 85 %의 감소를 요구함.
<제 30 실시예 내지 제 33 실시예>
후술하는 표 7에 나타낸 성분을 사용하여 네 개의 다공성 구조(카본 블록)를 제조하였다. 길이는 대략 2.42 인치이고, O.D.는 1.75 인치이고, I.D.는 0.375 인치이다. 블록은 6,000 lb의 힘으로 성형되었으며, 45 분 동안 151 ℃에서 베이킹 처리하였다. 0.625 인치의 도넛형의 필터 슬라이스를 통해서 135 SCFH의 비율로 일정한 공기 유동에서 방사 방향으로의 공기 유동 저항을 측정하였다. 본 실시예에서, PE 섬유와 바인더 재료로 용융되는 분말 및 PP 섬유 강화제의 효과는 제 31 실시예 내지 제 33 실시예(1 % 내지 3 %의 섬유)와 섬유를 포함하고 있지 않은 제 30 실시예와 비교하여, 최종 생산품의 강도에 있어서 대략 50 퍼센트 내지 60 퍼센트 증가하였음을 알 수 있으며, 이는 붕괴력 테스트에서 알 수 있다.
<제 34 실시예>
2000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.4 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 55 그램의 블록을 제조하였다.
85 % 규조토(그레프코(Grefco)의 디칼라이트 6000(Dicalite 6000))
6 % PE 섬유 13040F
9 % PE 분말 FASP007
블록은 45 분간 142 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 35 실시예>
제 34 실시예의 조성과 몰드의 상세를 재사용하였으며, 단지 2.00 그램의 수지 키메네 557H(허큘리스(Hercules), 12.5 퍼센트정도 치밀함)를 추가하였다. 다공성 구조는 45 분간 142 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 36 실시예>
2000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 55 그램의 블록을 제조하였다.
80 % 규조토(그레프코, 디칼라이트 6000)
5 % 폴리프로필렌(PP) 섬유(미니파이버 Y600F)
6 % PE 섬유 13040F
9 % PE 분말 FASP007
블록은 45 분간 142 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 37 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 55 그램의 블록을 제조하였다.
65 % 카본 3049형
4 % PE 섬유 13040F
11 % PE 분말 FASP007
20 % 규조토(그레프코, 디칼라이트 6000)
블록은 45 분간 142 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 38 실시예>
5000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 55 그램의 블록을 제조하였다.
85 % 120 메시 내지 400 메시로 체질한 경화된 수지상 바인더와 셀룰로오스 섬유로 구성된 쿠노 마이크로클린 분쇄 더스트(Cuno MicroKlean grind dust).
8 % PE 섬유 13040f
7 % PE 분말 FASP007
블록은 50 분간 143 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 39 실시예>
4000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 22 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
23.5 % 폴리프로필렌 섬유(허큘리스, T-153형, 3 데니어, 3 mm)
15.5 % PE 섬유 13040F
1.5 % PE 분말 FA7000(콴텀)
59.5 % 카본 3049형
다공성 구조는 50 분간 140 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 40 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 15 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
6.25 % PE 분말 FA700
31.25 % PE 분말 13040F
62.5 % 폴리프로필렌 섬유(마이크로파이버, NAT)
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 41 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 55 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
80 % 카본 3049형
8 % PP 섬유(미니파이버 Y600F)
12 % PE 분말 FA700
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 42 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 20 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
50 % HDPE 외피/PP 코어의 다성분 복합 섬유(바스프(BASF), B1657)
30 % PP 섬유(미니파이버, Y600F)
20 % PE 분말 FA700
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 43 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 20 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
65 % HDPE 외피/PP 코어의 다성분 복합 섬유(바스프, B1657)
25 % PP 섬유(미니파이버, Y600F)
10 % PE 분말 FA700
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 44 실시예>
2000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 15 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
70 % PP 섬유(Y600F)
30 % PE 분말 FA700
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 45 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 20 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
85 % HDPE 외피/PP 코어의 다성분 복합 섬유(바스프, B1657)
15 % PE 섬유 13040F
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 46 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 20 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
80 % HDPE 외피/PP 코어의 다성분 복합 섬유(바스프, B1657)
20 % 폴리프로필렌 섬유 Y600F(미니파이버)
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 47 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 20 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
100 % HDPE 외피/PP 코어의 다성분 복합 섬유(바스프, B1657)
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 48 실시예>
6000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 55 그램의 다공성 구조를 제조하였다.
84 % 카본 3049형
4 % PE 섬유(13040F)
1 % PP 섬유(미니파이버 Y600F)
11 % PE 분말 FA700
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 49 실시예>
오스테라이저(Osterizer) 혼합기를 사용하여 30 초간 가장 느린 속도로 66.5 g의 칼곤(Calgon)의 TOGC 카본(80×325 메시), 28.5 g의 조지아 퍼시픽(Georgia Pacific)의 GP 5485 페놀 수지 분말, 및 3 g의 물을 혼합하였다. 이후에 13 g의 혼합물을 1.74 인치의 O.D., 0.375 인치의 I.D., 7/16 인치 두께의 블록으로 성형하고, 이후에 2 시간 동안 130 ℃에서 베이킹 처리하였다.
<제 50 실시예>
4000 lbs의 성형력과 하기의 성분을 사용하여 2.40 인치의 O.D.와 0.75 인치의 I.D.의 금속 몰드 내에서 55 그램의 도넛형의 55 g 필터를 제조하였다.
60 % 200 메시까지 체질한 경화된 수지상 바인더와 셀룰로오스 섬유로 구성된 쿠노 마이크로클린 분쇄 더스트
39.6 % BTL 멜라민-포름알데히드 수지 분말. 등급 412
0.4 % 구연산(고형), 8 % 용액
다공성 구조는 45 분간 141 ℃에서 베이킹 처리하였다.
제 34 실시예 내지 제 50 실시예에서의 다공성 구조와 KX 1M 카본 블록의 슬라이스를 비교하여 테스트하였으며, 표 8에 나타내었다. 0.625 인치의 도넛형의 필터 슬라이스를 통해서 50 SCFH의 비율로 일정한 공기 유동에서 방사 방향으로의 공기 유동 저항을 측정하였다.
제 34 실시예 내지 제 50 실시예에 대해서 측정한 공기 유동 저항과 붕괴력을 표 8에 나타내었다.
따라서, 본 발명의 공정이 다공성 구조의 제조에 매우 효율적임을 알 수 있다. 본 발명은 특히 높은 분리(필터) 매체 중량과 상대적으로 낮은 바인더 중량을 가지는 카본 블록 구조, 즉 필터의 생산에 적합하지만, 이에 제한될 필요는 없다. 본 발명의 공정은 다양한 장비와 성분 재료를 사용할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 분리 매체는 분말형 카본 매체로 제한될 필요도 없다. 또한, 다공성 구조의 형태에 있어서도 상술한 본 발명의 제한은 평면이었으나, 양쪽 단부가 개방되거나 한쪽 단부가 폐쇄된 실린더형 구조 및 속이 찬 것 뿐만 아니라 속이 빈 것까지 실질적으로 어떠한 기하학적인 형상의 구조라도 형성할 수 있다. 더욱이 다공성 구조의 외측면도 광범위하게 변경될 수 있다.
상술한 개시에 의거하여, 본원에서 설명한 공정을 사용하여 상술한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다는 것이 증명되었다. 따라서 본 발명에서 청구된 범위 내에 모든 변형이 포함되고, 그러므로 특정 성분 재료를 선택하는 것은 본원에서 개시하고 설명한 본 발명의 정신에서 이탈하지 않고도 가능하다. 보다 상세하게는, 본 발명에 따른 다공성 구조는 카본에 따르는 것으로 한정할 필요는 없으며, 또한 블록을 유리한 속이 빈 코어의 실린더형으로 제한할 필요도 없다. 마찬가지로, 하나 이상의 성분 혼합물로 형성되고 최소한 두 가지의 서로 다른 분리능 또는 특성을 제공하는 층상 제품도 포함한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 범위 내에 포함되는 모든 변경과 변형을 포함한다.

Claims (55)

  1. 다공성 구조의 제조 방법에 있어서,
    일차 분리능을 제공하는 성분, 생강도 강화능을 제공하는 성분, 결합능을 제공하고 열가소성 및 열경화성 폴리머로 구성되는 단체에서 선택되는 성분을 포함하는 건조 혼합물을 형성하는 단계,
    상기 혼합물을 적절한 표면으로 이송하고 소정의 두께까지 강화하는 단계,
    상기 혼합물을 상기 다공성 구조에 대한 소정의 형태로 치밀하게 하는 단계,
    상기 표면에서 상기 치밀한 다공성 구조를 제거하는 단계,
    상기 혼합물을 결합능을 제공하는 모든 상기 열가소성 성분의 융점 보다 약 20 ℃ 높은 온도까지 가열하여 상기 일차 분리능을 제공하는 상기 성분을 결합시키는 단계를 포함하는 다공성 구조의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 형성하는 단계는 제 1, 제 2 및 제 3 성분을 선택하는 단계를 구비하며, 상기 각각의 성분은 상기 세 가지 능 중의 하나를 제공하는 다공성 구조의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 형성하는 단계는 서로 상기 세 가지 능을 제공하는 상기 세 가지 성분 중의 두 가지를 선택하는 단계를 포함하는 다공성 구조의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 형성하는 단계는 상기 일차 분리능, 상기 생강도 강화능 및 상기 결합능을 제공하는 한 성분을 선택하는 단계를 포함하는 다공성 구조의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이송 단계 및 치밀하게 하는 단계는 압축 공구를 통해서 수행되는 다공성 구조의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 이송 단계는 상기 혼합물을 사용하여 몰드를 충전하는 단계를 구비하며, 상기 치밀하게 하는 단계는 상기 혼합물을 다공성 구조 형태로 등압 압축하여 수행되며, 자체 지지되도록 충분한 생강도를 가지는 다공성 구조의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 충전하는 단계 이전에 상기 몰드에 맨드렐을 제공하는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 형태는 실린더형이며, 상기 다공성 구조는 속이 빈 다공성 구조의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 형태는 L/D비가 최소한 약 3:1인 다공성 구조의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 주위로 최소한 상기 혼합물의 제 2 건조 혼합물을 사용하여 상기 몰드를 충전하는 단계와, 상기 다공성 구조의 주위로 상기 제 2 혼합물을 등압 압축하는 추가적인 단계를 구비하며, 이에 의해서 자체 지지되기에 충분한 생강도를 가지는 층상 다공성 구조를 제공하는 다공성 구조의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 추가적인 단계는 상기 제거하는 단계 이후에 수행되며, 상기 추가적인 단계 이전에 상기 다공성 구조를 상기 몰드로 되돌리는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 상기 형태는 실린더형이며, 상기 몰드 내의 맨드렐과, 상기 맨드렐과 동심적인 최소한 하나의 실린더형 슬리브를 제공하는 단계의 추가적인 단계를 포함하고, 상기 슬리브 및 상기 맨드렐은 독립적인 체적을 한정하며, 상기 치밀하게 하는 단계 이전에 상기 몰드에서 상기 슬리브를 제거하는 추가적인 단계를 구비하며,
    상기 이송하는 단계는 제 1 건조 혼합물 성분을 사용하여 몰드와 상기 슬리브 사이에 한정된 체적을 충전하는 단계와 상기 제 1 건조 혼합물 성분과는 다른 제 2 건조 혼합물 성분을 사용하여 상기 슬리브와 상기 맨드렐 사이에 한정된 체적을 충전하는 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 맨드렐과 동심적인 하나 또는 그 이상의 추가적인 실린더형 슬리브를 제공하는 단계와, 상기 치밀하게 하는 단계 이전에 상기 몰드에서 상기 슬리브를 제거하는 추가적인 단계를 구비하며,
    상기 슬리브는 독립적인 체적을 추가적으로 한정하고, 상기 이송하는 단계는 제 2 건조 혼합물 성분을 사용하여 인접한 슬리브 사이에 한정된 체적을 충전하는 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 형태는 실린더형이며, 상기 몰드 내에 맨드렐을 제공하는 단계와, 상기 치밀하게 하는 단계 이전에, 상기 몰드와 상기 맨드렐 사이에 한정되는 공간을 상기 맨드렐 주위의 동심층에 최소한 제 1 건조 혼합물 성분 및 제 2 건조 혼합물 성분을 사용하여 충전하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 건조 혼합물 성분은 상기 제 1 건조 혼합물 성분과 다른 다공성 구조의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 다공성 구조의 주위로 최소한 상기 성분의 제 3 건조 혼합물을 사용하여 상기 몰드를 충전하는 단계와, 상기 다공성 구조의 주위로 상기 제 2 혼합물을 등압 압축하는 추가적인 단계를 구비하며, 이에 의해서 자체 지지되기에 충분한 생강도를 가지는 층상 다공성 구조를 제공하는 다공성 구조의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 추가적인 단계는 상기 제거하는 단계 이후에 수행되며, 상기 추가적인 단계의 이전에 다공성 구조를 상기 몰드로 되돌리는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 이송하는 단계는 평평한 지지면에 상기 혼합물을 적용하는 단계를 구비하며, 상기 치밀하게 하는 단계는, 상기 이송된 혼합물을, 자체 지지되기에 충분한 생강도를 가지는 감소된 두께를 가지는 시트로 가압하는 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 치밀하게 하는 단계 이전에 상기 제 1 이송된 혼합물에 최소한 제 2 건조 혼합물의 성분을 적용하는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 이송된 혼합물과는 다른 최소한 제 2 혼합물을 상기 치밀하게 된 시트로 적용하는 추가적인 단계를 구비하며, 상기 이송된 제 2 혼합물과 상기 치밀하게 된 시트를 감소된 두께의 층상 시트로 가압하여 자체 지지되도록 충분한 생강도를 가지는 다공성 구조의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 감소된 두께의 시트에서 원하는 형상의 다공성 구조를 절단하는 추가적인 단계를 포함하는 다공성 구조의 제조 방법.
  21. 제 1 항에 있어서, 일차 분리능을 제공하는 상기 성분은 카본 입자, 규조토, 펄라이트, 활성 알루미나, 실리카, 제올라이트, 천연 섬유 및 인조 섬유로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 천연 섬유는 셀룰로오스, 양모, 황마, 대마로 구성되는 단체에서 선택되며, 상기 인조 섬유는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 카본, 그래파이트, 글래스, 아크릴, 레이욘, 나일론, 아라미드, 다성분 섬유 및 이들의 혼합물로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조의 제조 방법.
  23. 제 1 항에 있어서, 생강도 강화를 제공하는 상기 성분은 폴리올레핀, 폴리에스테르, 나일론, 아라미드, 레이욘 및 이들의 혼합물과 액상 생강도 강화제로 구성되는 단체에서 선택된 섬유인 다공성 구조의 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 액상 생강도 강화제는 스티렌-부타디엔, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트), 및 아클릴레이트 라텍스; 메틸-셀룰로오스 및 하이드록시프로필메틸-셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스; 폴리비닐 알콜; 폴리비닐 피롤리돈; 폴리아크릴산; 폴리에틸렌 산화물; 폴리에틸렌이민; 폴리아크릴아미드; 천연 고무 및 이들의 공중합체; 물 및 상술한 액상 생강도 강화제 중의 하나와의 혼합물로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조의 제조 방법.
  25. 제 1 항에 있어서, 결합능을 제공하는 상기 열가소성 및 열경화성 폴리머 성분은 폴리올레핀, 에폭시, 페놀-포름알데히드 및 멜라민-포름알데히드 수지 분말 및 폴리올레핀 섬유로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조의 제조 방법.
  26. 제 1 항에 있어서, 양이온 대전 수지, 이온 교환 재료, 펄라이트, 규조토, 활성 알루미나, 제올라이트, 수지 용액, 라텍스, 금속 함유 재료 및 섬유, 셀룰로오스, 카본 입자, 카본 섬유, 레이욘 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 글래스 섬유, 강철 섬유 및 그래파이트 섬유, 일차 매체 양의 부수적인 감소와 동시에 중량비로 약 0.1 퍼센트 내지 90 퍼센트의 범위에 걸친 양의 혼합물로 구성되는 단체에서 선택되는 선택적인 성분을 추가하는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  27. 제 1 항에 있어서, 펄라이트, 규조토, 활성 알루미나, 제올라이트, 셀룰로오스, 레이욘 섬유, 나일론 섬유 및 카본 입자로 구성되는 단체에서 선택되는 상기 선택적인 성분을 양이온으로 대전시키는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 선택적인 성분을 양이온으로 대전시키는 상기 단계는 상기 형성하는 단계 이전에 수행되며, 상기 양이온으로 대전된 성분을 상기 혼합물에 추가하는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  29. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물을 치밀하게 하는 상기 단계에 의해서 생성된 소정의 형태는 평면층인 다공성 구조의 제조 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 성분의 최소한 제 2 혼합물을 형성하는 단계, 상기 제 2 혼합물을 치밀하게 하여 평면층을 형성하는 단계와 상기 층을 다수층의 제품으로 형성하는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조의 제조 방법.
  31. 다공성 구조에 있어서,
    중량 백분율로 대략 70 퍼센트 내지 90 퍼센트의 일차 분리능을 제공하는 성분,
    중량 백분율로 대략 1 퍼센트 내지 15 퍼센트의 생강도 강화능을 제공하는 성분,
    중량 백분율로 대략 9 퍼센트 내지 20 퍼센트의 결합능을 제공하고, 열가소성 및 열경화성 폴리머로 구성되는 단체에서 선택되는 성분을 포함하는 다공성 구조.
  32. 제 31 항에 있어서, 양이온 대전 수지, 이온 교환 재료, 펄라이트, 규조토, 활성 알루미나, 제올라이트, 수지 용액, 라텍스, 금속 함유 재료 및 섬유, 셀룰로오스, 카본 입자, 카본 섬유, 레이욘 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 글래스 섬유, 강철 섬유 및 그래파이트 섬유, 일차 매체 양의 부수적인 감소와 동시에 중량비로 약 0.1 퍼센트 내지 90 퍼센트의 범위에 걸친 양의 혼합물로 구성되는 단체에서 선택되는 선택적인 성분을 포함하는 다공성 구조.
  33. 제 31 항에 있어서, 제 1, 제 2 및 제 2 성분을 구비하며, 상기 성분의 각각은 상기 세 가지의 능 중의 하나를 제공하는 다공성 구조.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 형성하는 단계는 상기 세 가지 성분 중의 두 가지를 선택하는 단계를 구비하며, 이들은 함께 상기 세 가지 능을 제공하는 다공성 구조.
  35. 제 31 항에 있어서, 상기 성분 중의 하나는 상기 일차 분리능, 상기 생강도 강화능 및 상기 결합능을 제공하는 다공성 구조.
  36. 제 31 항에 있어서, 일차 분리능을 제공하는 상기 성분은 카본 입자, 규조토, 펄라이트, 활성 알루미나, 실리카, 제올라이트, 천연 섬유 및 인조 섬유로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 천연 섬유는 셀룰로오스, 양모, 황마, 대마로 구성되는 단체에서 선택되며, 인조 (섬유) 종류는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 카본, 그래파이트, 글래스, 아크릴, 레이욘, 나일론, 아라미드, 다성분 섬유 및 이들의 혼합물로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 생강도 강화를 제공하는 상기 성분은 폴리올레핀, 폴리에스테르, 나일론, 아라미드, 레이욘 및 이들의 혼합물과 액상 생강도 강화제로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 액상 생강도 강화제는 스티렌-부타디엔, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트), 및 아클릴레이트 라텍스; 메틸-셀룰로오스 및 하이드록시프로필메틸-셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스; 폴리비닐 알콜; 폴리비닐 피롤리돈; 폴리아크릴산; 폴리에틸렌 산화물; 폴리에틸렌이민; 폴리아크릴아미드; 천연 고무 및 이들의 공중합체; 물 및 상술한 액상 생강도 강화제 중의 하나와의 혼합물로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조.
  40. 제 39 항에 있어서, 결합능을 제공하는 상기 열가소성 및 열경화성 폴리머는 폴리올레핀, 에폭시, 페놀-포름알데히드 및 멜라민-포름알데히드 수지 분말 및 폴리올레핀 섬유로 구성되는 단체에서 선택되는 다공성 구조.
  41. 제 40 항에 있어서, 일차 분리능을 제공하는 상기 성분은 카본 입자를 포함하며, 생강도 강화를 제공하는 상기 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 결합능을 제공하는 상기 열가소성 및 열경화성 폴리머 성분은 폴리올레핀 분말을 포함하며, 상기 결합능을 제공하는 성분만이 용융되는 다공성 구조.
  42. 제 40 항에 있어서, 일차 분리능을 제공하는 상기 성분은 카본 입자를 포함하며, 생강도 강화를 제공하는 상기 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 결합능을 제공하는 상기 열가소성 및 열경화성 폴리머 성분은 폴리올레핀 분말을 포함하며, 생강도 강화를 제공하는 상기 성분과 결합능을 제공하는 성분의 양자만이 용융되는 다공성 구조.
  43. 제 40 항에 있어서, 일차 분리능을 제공하는 상기 성분은 다성분 섬유를 포함하며, 생강도 강화를 제공하는 상기 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 결합능을 제공하는 상기 열가소성 및 열경화성 폴리머 성분은 폴리올레핀 분말을 포함하며, 일차 분리능과 결합능을 제공하는 상기 성분의 양자가 용융되는 다공성 구조.
  44. 제 40 항에 있어서, 일차 분리능을 제공하는 상기 성분은 다성분 섬유를 포함하며, 생강도 강화를 제공하는 상기 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 결합능을 제공하는 상기 열가소성 및 열경화성 폴리머 성분은 폴리올레핀 분말을 포함하며, 상기 세 가지 모든 성분이 용융되는 다공성 구조.
  45. 제 40 항에 있어서, 제 1 및 제 2 성분을 구비하며, 상기 제 1 성분은 상기 일차 분리능 및 생강도 강화능을 제공하며, 상기 제 2 성분은 상기 결합능을 제공하며, 상기 제 1 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 상기 제 2 성분은 폴리올레핀 분말을 포함하며, 상기 제 2 성분만이 용융되는 다공성 구조.
  46. 제 40 항에 있어서, 제 1 및 제 2 성분을 구비하며, 상기 제 1 성분은 상기 일차 분리능을 제공하며, 상기 제 2 성분은 상기 생강도 강화능 및 결합능을 제공하며, 상기 제 1 성분은 카본 입자를 포함하며, 상기 제 2 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 상기 제 2 성분만이 용융되는 다공성 구조.
  47. 제 40 항에 있어서, 제 1 및 제 2 성분을 구비하며, 상기 제 1 성분은 상기 제 1 분리능 및 결합능을 제공하며, 상기 제 2 성분은 상기 생강도 강화를 제공하며, 상기 제 1 성분은 다성분 섬유를 포함하며, 상기 제 2 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 상기 제 1 성분과 제 2 성분의 양자가 용융되는 다공성 구조.
  48. 제 40 항에 있어서, 제 1 및 제 2 성분을 구비하며, 상기 제 1 성분은 상기 일차 분리능 및 결합능을 제공하며, 상기 제 2 성분은 상기 생강도 강화를 제공하며, 상기 제 1 성분은 다성분 섬유를 포함하며, 상기 제 2 성분은 폴리올레핀 섬유를 포함하며, 상기 제 1 성분만이 용융되는 다공성 구조.
  49. 제 40 항에 있어서, 제 1 성분을 구비하며, 상기 제 1 성분은 상기 일차 분리능, 상기 생강도 강화능 및 상기 결합능을 제공하며, 상기 제 1 성분은 다성분 섬유를 포함하며, 상기 제 1 성분은 용융되는 다공성 구조.
  50. 제 49 항에 있어서, 양이온 대전 수지, 이온 교환 재료, 펄라이트, 규조토, 활성 알루미나, 제올라이트, 수지 용액, 라텍스, 금속 함유 재료 및 섬유, 셀룰로오스, 카본 입자, 카본 섬유, 레이욘 섬유, 나일론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 글래스 섬유, 강철 섬유 및 그래파이트 섬유, 일차 매체 양의 부수적인 감소와 동시에 중량비로 약 0.1 퍼센트 내지 90 퍼센트의 범위에 걸친 양의 혼합물로 구성되는 단체에서 선택되는 선택적인 성분을 추가하는 추가적인 단계를 구비하는 다공성 구조.
  51. 제 50 항에 있어서, 펄라이트, 규조토, 활성 알루미나, 제올라이트, 셀룰로오스, 레이욘 섬유, 나일론 섬유 및 카본 입자로 구성되는 단체에서 선택되는 상기 선택적인 성분은 양이온으로 대전된 다공성 구조.
  52. 제 31 항에 있어서, 평면층을 포함하는 다공성 구조.
  53. 제 52 항에 있어서, 다수의 평면층을 포함하며, 상기 각 층은 상기 성분의 특정 혼합을 가지는 다공성 구조.
  54. 제 31 항에 있어서, 속이 비어있는 성형 구조를 포함하는 다공성 구조.
  55. 제 54 항에 있어서, L/D비는 최소한 약 3:1인 다공성 구조.
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