KR20030076656A - 액체 획득 및 수송을 위한 마이크로구조화 표면 필름어셈블리 - Google Patents

액체 획득 및 수송을 위한 마이크로구조화 표면 필름어셈블리 Download PDF

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KR20030076656A
KR20030076656A KR10-2003-7010350A KR20037010350A KR20030076656A KR 20030076656 A KR20030076656 A KR 20030076656A KR 20037010350 A KR20037010350 A KR 20037010350A KR 20030076656 A KR20030076656 A KR 20030076656A
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liquid
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channels
film
laminate
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KR10-2003-7010350A
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레이몬드 피. 존스톤
사라 비. 모텐슨
더글라스 에이. 훈틀리
스테파니 비. 카스티글리온
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

필름 또는 테이프는 공간 이격된 돌출부에 의해 한정되는 다수의 채널을 포함하는 마이크로구조화 특징에 의해 한정되는 주요 표면 중의 하나를 갖는다. 마이크로구조화 필름은 액체를 획득하여 후속 제거를 위해 상기 액체의 지향성 수송을 조절할 수 있다. 수송은 수동 또는 능동 (즉, 인가 포텐셜에 의해 유도되거나 증가됨)일 수 있다. 본 발명의 마이크로구조화 필름 및 테이프는 라미네이트 플로어 어셈블리 (유출액 제거를 위해) 및 산업 물품, 예를 들어 컴퓨터 키보드 및 유체 제거가 유리한 다른 장치 및 어셈블리에 적용된다. 또한, 본 발명은 증발 및 응축 용도에 적용된다. 한 실시태양에서, 하나 이상의 교차 채널이 마이크로구조화 표면 상에 형성되어 그 사이에서의 액체 유동을 위해 인접 채널과 결합된다.

Description

액체 획득 및 수송을 위한 마이크로구조화 표면 필름 어셈블리{MICROSTRUCTURED SURFACE FILM ASSEMBLY FOR LIQUID ACQUISITION AND TRANSPORT}
본 발명은 후속 제거를 위해 액체의 획득 및 지향성 수송 조절 능력을 갖는 마이크로구조화 필름 및 테이프에 관한 것이다. 상기 수송은 수동 또는 능동 (즉, 인가 포텐셜에 의해 증가됨)이고, 본 발명은 많은 산업적 용도 및 어셈블리에 유용하다.
상업적 용도에서 액체의 수집 (예를 들어 유출물, 축합물, 잉크, 수집 유체 등)은 액체가 장기간 동안 체류할 경우 후속 문제를 야기할 수 있다. 일부 액체 관리상의 문제는 부식, 전력 공급 손실, 과도한 중량 체류, 효율 저하, 불충분한 에너지 사용, 안전성 저하 등을 야기한다.
현재 사용되는 액체 조절 방법은 흡수재, 보호 필름 및 테이프, 및 밀봉제 등의 수단을 사용한 표면 상의 액체의 축적을 예방하는데 촛점을 맞추고 있다. 그러나, 이들 방법은 일단 액체가 표면에 존재한 후에는 효과적인 액체의 제거를 제공하지 못한다.
구조화 표면을 통한 액체의 수송은 액체의 유동을 야기하는 메카니즘을 기초로 하여 특성화할 수 있다. 액체 수송이 대부분의 액체 유동이 구조화 표면에 인가되는 외부 힘에 기인한 비자발적인 액체 유동 방식에 관한 것일 경우, 상기 액체 수송 메카니즘은 "능동"인 것으로 간주된다. 한편, 액체 수송이 외부 힘의 도입없이 액체가 이동하는 자발적인 유동 방식에 관한 것일 경우, 상기 액체 수송 메카니즘은 "수동"으로 간주된다.
능동 액체 수송 제품은 흡수 패드 또는 액체 수송 장치와 조합된 액체 투과층을 포함하여 특정 용도를 기초로 하여 개발되었다. 예를 들어, 능동 액체 수송 및 흡수 패드 또는 액체 투과층을 포함하는 매트 제품은 미국 특허 5,437,651 (토드(Todd) 등) 및 미국 특허 5,349,965 (맥카버(McCarver))에 기재되어 있다. 각각의 경우에, 채널은 액체 투과층의 실질적으로 모든 영역으로부터 액체 유동을 유도하는 기판 표면 상에 한정된다. 상기 제품은 액체를 제거하고, 액체 흡수 및 저장층으로 기능 및(또는) 액체 수용층을 한정하는 액체 투과층을 포함한다. 토드 등의 특허에서, 가요성 배킹 플레이트는 흡수부에 부착되고, 흡입원은 배킹 플레이트에 적용된다. 배킹 플레이트는 흡입원에 의해 제공되는 진공을 흡수부의 표면을 통하여 보다 균등하게 적용하기 위한 다수의 채널을 포함한다. 맥카버의 특허에서, 액체 투과성 상부 표면 및 액체 불투과성 기저 표면을 갖는 가요성 패드 또는 흡입 레일이 진공원에 연결된다. 흡입은 액체가 액체 투과층을 통과하면서 액체 수용 챔버 내로 액체를 끌어들이고, 축적된 액체를 배출시킨다. 액체 수용 챔버는 챔버를 챔버가 음압 하에 위치할 때 챔버의 붕괴를 방지하기 위한 채널로 분할하는 분리 수단을 포함한다.
다른 가요성 액체 수송 제품은 상표명 "Fluid Control"(Technol MedicalProducts Inc. 제품) 플로어 흡입 매트로 시판되는 것을 구입할 수 있다. 이 제품은 외과 수술 동안 수술 부위로부터 떨어지는 유체 흡수를 위해 사용된다. 이 장치는 다수의 평행한 폐쇄 채널 위에 존재하는 흡수 매트를 갖는다. 매트에 의해 회수되는 유체를 채널 내로 흡입하기 위해 흡수 매트와 연결되는 채널 표면에 홀이 제공된다. 평행 채널은 흡입 배관에 부착하기 위한 분기관에 연결된다. 따라서, 유체가 매트 내에 축적된 후에, 그의 제거는 진공 인가에 의해 다중 채널을 통해 촉진시킬 수 있다.
유체 수송원에 부착하기 위한 개방 구조화 표면을 갖는 유체 가이드 장치는 미국 특허 6,080,243 (Insley 등)에 기재되어 있다. 상기 특허는 분배 분기관과 적어도 다수의 채널 사이의 유체 소통을 가능하게 하는 다수의 채널 및 슬롯을 한정하는 개방 구조화 표면을 개시하고 있다. 유체 수송원, 예를 들어 진공 발생기는 분배 분기관에 연결된다.
능동 및 수동 유체 수송을 모두 이용하는 가요성 유체 수송 장치의 예는 미국 특허 3,520,300 (Flower), 미국 특허 4,747,166 (Kuntz) 및 미국 특허 5,628,735 (Skow)에 기재되어 있다. 유체 제거를 위한 다른 채널 형성 매트의 예는 미국 특허 4,533,352 (Van Beek 등) 및 미국 특허 4,679,590 (Hergenroeder)에 기재되어 있다. 채널 형성된 유체 수송 구조를 갖는 수동 유체 수송 장치의 예는 미국 특허 5,514,120에 기재되어 있다. 상기 특허는 바람직하게는 액체 투과성 상부 시트, 백 시트, 및 상부 시트와 백 시트 사이에 위치하는 흡수 코어와 함께 마이크로구조 함유 친수성 표면을 갖는 액체 조절 부재의 사용을 개시하고 있다. 상기 액체 조절 부재는 액체의 신속한 지향성 퍼짐을 촉진시키고, 흡수 코어와 접촉한다.
발명의 개요
본 발명은 산업적 어셈블리 및 용도에서 마이크로구조화 액체 조절 필름을 이용한 액체 획득 및(또는) 제거를 위한 능동 및 수동 수송을 제공한다.
액체 조절 필름은 액체를 먼 부위로 수송하거나, 액체를 필름 상에 수집하거나 또는 액체를 증가된 표면 영역 상에 분배하여 보다 신속한 증발을 촉진시키기 위해 도입될 수 있다. 마이크로구조화 표면은 마이크로구조화 형태를 갖고, 바람직한 실시태양에서 적합한 친수성의 가요성 중합체 필름이다. 필름 특성은 구조 및 물질의 측면에서 기술된다.
한 실시태양에서, 본 발명은 액체 조절층 및 기판층을 포함하는 라미네이트 액체 처리 어셈블리이다. 액체 조절층은 그 위에 액체를 수용하기 위한 액체 랜딩 대역 및 액체 제거 대역을 갖는 상부 측면 및 하부 측면을 갖는다. 또한, 상부 측면은 액체 랜딩 대역으로부터 액체 제거 대역으로 상부 측면을 통한 액체의 지향 유동 조절을 촉진시키는 다수의 채널이 그 위에 존재하는 마이크로구조 함유 표면을 갖는다. 라미네이트 액체 처리 어셈블리는 기판층에 액체 조절층의 하부 측면을 부착하기 위한 수단 및 액체 조절층의 상부 측면 상의 액체 제거 대역으로부터 액체를 제거하기 위한 수단을 포함한다.
다공성 캡(cap) 층은 액체 조절층의 상부 측면 상의 랜딩 대역 상에 배치될 수 있다. 또한, 마이크로구조 함유 표면 상의 채널은 채널 단부를 갖고, 제거 수단은 채널 단부의 하나에 인접한 채널로부터 액체를 배출시키는 것이 바람직하다. 다른 실시태양에서, 제거 수단은 양 채널 단부에 인접한 채널로부터 액체를 배출시킨다. 제거 수단은 액체 제거 대역과 소통하도록 배치된 흡수 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제거 수단은 액체 제거 대역 내의 채널과 소통하는 유체 수집 분기관을 포함할 수 있고, 제거 수단은 유체 수집 분기관과 유체 소통하는 진공 발생기를 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시태양에서, 제거 수단은 유체 적하 수집기를 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 액체 조절층은 특성 변경 첨가제 또는 표면 코팅을 포함할 수 있는 중합체 필름이다. 상기 첨가제는 난연제, 소수성 물질, 친수성 물질, 항미생물제, 무기물, 금속 입자, 유리 섬유, 충전제, 점토 및 나노입자로 이루어지는 군 중에서 선택될 수 있다.
다른 실시태양에서, 본 발명은 액체 조절층 및 플로어 기판층을 포함하는 라미네이트 플로어 어셈블리이다. 액체 조절층은 그 위에 존재하는 액체의 지향 유동 조절을 촉진시키는 다수의 채널이 그 위에 존재하는 마이크로구조 함유 표면을 갖는 상부 측면과 하부 측면을 갖는다. 라미네이트 플로어 어셈블리는 플로어 기판층에 액체 조절층의 하부 측면을 부착하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 상부 측면 및 하부 측면을 갖는 캡층이 제공된다. 캡층의 하부 측면은 액체 조절층의 상부 측면 상에 위치하여 그 사이에 상대적으로 둘러싸인 채널 구조를 한정한다. 라미네이트 플로어 어셈블리는 액체 조절층의 상부 측면과 캡층의 하부 측면 사이에 한정된 채널 구조를 따라 액체를 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 바람직하게는, 캡층은 플로어 커버링을 포함하고, 플로어 커버링은 카페트, 타일, 리놀륨,목재, 콘크리트, 금속 또는 피로 예방 매트로 이루어지는 군 중에서 선택될 수 있다. 한 실시태양에서, 캡층은 다공성이고, 부직 물질의 형태일 수 있다. 바람직하게는, 캡층의 하부 측면은 감압 접착제에 의해 액체 조절층의 상부 측면에 부착된다.
바람직한 실시태양에서, 이동 수단은 채널 구조를 따라 압력 구배를 생성시킨다. 바람직하게는, 액체 조절층의 상부 측면은 채널 사이의 액체 유동을 촉진시키기 위해 그 내부에 형성된 하나 이상의 교차 채널을 갖는다. 액체 제거 천공은 교차 채널 및 이동 수단과 소통하도록 액체 조절층을 통해 제공된다. 다른 바람직한 실시태양에서, 채널 사이의 액체 유동을 촉진시키기 위해 액체 조절층의 상부 측면에 다수의 교차 채널이 형성되고, 액체 조절층은 각각 교차 채널의 하나 및 이동 수단과 소통하는 다수의 액체 제거 천공을 그 내부에 갖는다. 바람직한 실시태양에서, 채널은 제1 높이를 갖는 제1 세트의 리지 (ridge) 및 보다 높은 제2 높이를 갖는 제2 세트의 리지를 포함하는, 일반적으로 평행한 리지에 의해 한정된다. 제2 세트의 리지의 각각의 리지의 상부 부분은 그의 하부 부분보다 낮은 융점을 가질 수 있다. 바람직하게는, 각각의 채널은 채널 단부를 갖고, 이동 수단은 채널 단부의 하나 (또는 둘 모두)에 인접한 채널로부터 액체를 배출한다. 바람직한 실시태양에서, 액체 조절층은 특성 변경 첨가제 또는 표면 코팅을 포함할 수 있는 중합체 필름이다. 상기 첨가제는 난연제, 소수성 물질, 친수성 물질, 항미생물제, 무기물, 금속 입자, 유리 섬유, 충전제, 점토 및 나노입자로 이루어지는 군 중에서 선택될 수 있다. 채널은 선형, 곡선형, 방사형, 평행, 비평행, 랜덤 또는 교차형으로 이루어지는 군 중에서 선택되는 패턴 구조를 갖는다.
본 발명의 한 실시태양은 그 위의 액체를 제1 목적 방향 경로로 전환시키고 표면에 존재하는 액체의 배출 및 증발을 조절하도록 형성된 다수의 채널이 존재하는 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면 상에 대체 액체 유동 경로를 한정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 그 사이에 액체 유동을 위한 다수의 채널 중의 2 이상의 인접 채널을 결합시키기 위해 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면 상에 하나 이상의 교차 채널을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에서의 형성 단계는 그 위에 교차 채널을 한정하기 위해 중합체성 마이크로구조화 유체 수송 표면에 열 및(또는) 압력을 인가하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면 상의 채널은 제1 높이를 갖는 제1 세트의 리지 및 보다 높은 제2 높이를 갖는 제2 세트의 리지를 포함하는 일반적으로 평행한 리지에 의해 한정된다. 바람직하게는, 제2 세트의 리지의 각각의 리지의 상부 부분은 그의 하부 부분보다 낮은 융점을 갖고, 각각의 채널은 채널 단부를 갖고, 형성 단계는 그의 선형 교차 채널 세그먼트를 따라 중합체성 마이크로구조화 표면에 제2 세트의 리지의 상부를 용융시키기에 충분히 높지만 그의 하부를 용융시킬 정도로 높지 않은 온도로 열을 가하는 단계를 포함한다. 별법으로, 채널은 그 사이에 액체 유동 골(valley)을 갖는 일반적으로 평행한 리지에 의해 한정되고, 형성 단계는 인접 채널 사이의 리지의 일부를 절단하는 것을 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면은 상부 및 하부 대향 측면을 갖는 층의 상부 측면을 한정하고, 대체액체 유동 경로를 한정하는 방법은 교차 채널과 소통하는, 층을 통한 액체 제거 천공을 상부 측면으로부터 하부 측면으로 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 액체를 액체 제거 천공을 향하여 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면을 통과시키는 단계를 추가로 포함하고, 액체 제거 천공을 액체 수집 수용기와 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 방법은 또한 캡층 (다공성일 수 있음)을 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면에 부착시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시태양에서, 본 발명은 그 사이에 골이 존재하는 일반적으로 공간 이격된 돌출부에 의해 한정되는 다수의 채널을 그 위에 갖는 중합체성 마이크로구조 함유 표면으로서 필름의 노출면을 한정하는 것을 포함하는, 표면에 존재하는 액체의 증발 속도를 증가시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 각 채널의 골을 따른 x 방향의 공간 분포, 각 채널의 돌출부 사이의 y 방향의 공간 분포 및 z 방향의 각 채널 내의 액체의 메니스커스 (meniscus) 높이 변화에 의해 액체의 노출된 증발 활성 표면을 증가시키도록 그 내부에 액체를 수용하는 각 채널을 따른 액체의 자발적인 위킹 (wicking)을 촉진시키기 위해 채널이 형성되는, 필름의 중합체성 마이크로구조 함유 표면 상에 액체를 도입하는 것을 포함한다. 상기 방법은 마이크로구조 함유 표면 상의 액체의 증가된 증발 활성 표면 영역을 주위 공기에 노출시키는 것을 추가로 포함한다.
바람직한 실시태양에서, 본 발명은 마이크로구조 함유 표면 상에 존재하는 액체를 이동 공기 스트림에 노출시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명은중합체성 마이크로구조 함유 표면 상의 액체의 연속적인 유동을 한정하기 위해 중합체성 마이크로구조 함유 표면 상에 충분량의 액체를 도입하는 것을 추가로 포함한다. 또한, 본 발명은 표면 상에서 유동하는 비증발 액체를 수집하고, 액체의 추가 프로세싱 후에 표면으로부터 수집된 액체를 그 위에 재도입하기 위해 재순환시키는 것을 포함할 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 본 발명은 표면을 가로질러 액체 유동 방향에 일반적으로 반대 방향으로 이동할 수 있는 이동 공기 스트림에 표면 상에서 유동하는 적어도 일부의 액체를 노출시키는 것을 포함한다. 별법으로, 공기 스트림은 액체가 표면을 가로질러 유동하는 방향에 일반적으로 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
다른 실시태양에서, 돌출부는 리지이고(이거나) 채널을 따라 비연속적일 수 있다. 한 실시태양에서, 중합체성 마이크로구조 함유 표면은 제1 및 제2 단부를 갖고, 본 발명의 방법은 그의 제1 단부에 인접한 표면 상에 충분량의 액체를 도입하고, 제1 단부가 제2 단부보다 높도록 (즉, 노출면이 일반적으로 수직 평면 상에 배열될 수 있도록) 표면을 정렬하는 것을 포함한다. 상기 방법은 액체를 지지하기 위한 그 위의 표면 영역을 증가시키기 위해 중합체성 마이크로구조 함유 표면 상에 추가의 표면 구조 특징을 한정하는 것을 포함한다. 한 바람직한 실시태양에서, 중합체성 마이크로구조 함유 표면은 제1 및 제2 단부 사이에서 신장하는 일반적으로 평행한 채널을 포함하고, 본 발명은 채널의 한 단부가 다른 단부보다 높도록 표면을 정렬시키는 것으로 추가로 포함한다. 별법으로, 마이크로구조 함유 표면은 그의 중간 부분이 제1 및 제2 단부보다 낮도록 배열할 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 방법은 난연제, 소수성 물질, 친수성 물질, 항미생물제, 무기물, 금속 입자, 유리 섬유, 충전제, 점토 및 나노입자로 이루어지는 군 중에서 선택되는 첨가제를 중합체성 마이크로구조 함유 표면에 제공하는 것을 추가로 포함한다.
도 1a 및 1b는 표면 상의 액체의 상호작용을 예시하기 위해 사용된 모식도이다.
도 2a 내지 2k는 본 발명의 유체 조절 필름의 예시적 실시태양의 단면도이다.
도 3a는 구조화층, 진공원과 소통하는 다수의 별개 채널을 제공하기 위해 구조화층 상에 배치된 캡층 및 구조화층을 기판에 결합시키는 접착층을 갖는, 본 발명에 따른 능동 유체 수송 장치의 투시도이다.
도 3b는 본 발명에 따라 제조된 구조화층의 적층 배열의 부분 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 능동 유체 수송 장치의 투시도이다.
도 5는 도 4의 능동 유체 수송 장치의 일부의 확대 단면도이다.
6a 및 6b는 본 발명에 따른 능동 유체 수송 장치에 사용될 수 있는 다른 채널 구조를 예시하는 구조화층의 투시도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 능동 유체 수송 장치의 모식도이다.
도 7b는 예시를 위해 부분적으로 파쇄한 캡층이 존재하는 도 7a의 장치의 투시도이다.
도 8a는 본 발명의 다른 능동 유체 수송 장치의 모식도이다.
도 8b는 예시를 위해 부분적으로 파쇄한 캡층이 존재하는 도 8a의 장치의 투시도이다.
도 9는 천공 사이에 흡수 스트립이 배열되고, 예시를 위해 부분적으로 파쇄한 캡층이 존재하는 도 8b에 유사한 투시도이다.
도 10은 천공 사이에 교차 채널이 형성되고, 예시를 위해 부분적으로 파쇄한 캡층이 존재하는 도 8b에 유사한 투시도이다.
도 11은 측면 유체 수집 분기관을 사용하는, 예시를 위해 부분적으로 파쇄한 캡층이 존재하는 본 발명의 다른 능동 유체 수송 장치의 투시도이다.
도 12a는 본 발명의 수집 및 제거 특성을 평가하기 위해 사용된 시험 어셈블리의 모식도이다.
도 12b는 도 12a의 시험 어셈블리의 개략적 투시도이다.
도 13은 본 발명의 증발 특성을 평가하기 위한 시험 어셈블리의 투시도이다.
도 14는 시험된 증발 속도의 그래프이다.
도 15는 시험된 증발 속도의 그래프이다.
도 16a는 그 위에 일정량의 액체가 존재하는 본 발명의 채널이 존재하는 마이크로구조화 표면의 모식도이다.
도 16b는 도 16a의 라인 16b - 16b를 따라 취한 개략적 단면도이다.
도 17a는 본 발명의 열 및 물질 이동 특성을 평가하기 위해 사용된 시험 어셈블리의 모식도이다.
도 17b는 도 17a의 라인 17b - 17b를 따라 취한 개략적 단면도이다.
도 18은 실시예 15의 유체 조절 필름의 단면도이다.
도 18a는 도 18의 유체 조절 필름의 일부의 확대 사진이다.
상기 도면에 몇개의 바람직한 실시태양이 제시되었지만, 본 발명은 다른 실시태양도 포함하고, 그중 일부를 아래에서 설명한다. 모든 경우에, 이들 설명은 본 발명의 예시적인 실시태양을 제시하는 것으로서 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신에 포함되는, 본 발명의 많은 변형을 상도해 낼 수 있음을 이해할 것이다.
정의
다른 설명이 없으면, 하기 용어는 다음 정의를 갖는 것으로 이해하여야 한다.
유체 조절 필름 ("FCF")은 유체를 조작, 가이딩, 포함, 자발적으로 위킹, 수송 또는 조절할 수 있는 마이크로 복제 패턴을 포함하는 하나 이상의 주요 표면을 갖는 필름 또는 시트 또는 층을 의미한다.
유체 수송 필름 ("FTF")은 유체를 자발적으로 위킹 또는 수송할 수 있는 하나 이상의 주요 표면을 갖는 필름 또는 시트 또는 층을 의미한다.
유체 수송 테이프는 필름을 기판의 다른 주요 표면 상에 부착시키기 위한 몇몇 수단을 갖는 유체 조절 필름을 의미한다.
마이크로 복제는 구조화 표면 특징이 제조 동안 개별 특징 충실도를 유지하는 방법을 통한 마이크로구조화 표면의 제조를 의미한다.
액체 랜딩 대역은 액체를 그 위에 초기에 수용하는 구조화 표면의 임의 영역 또는 부분을 의미한다.
액체 제거 대역은 액체 랜딩 대역으로부터 구조화 표면 상의 액체의 수송을 촉진시키는 구조화 표면의 임의의 영역 또는 부분을 의미한다.
종횡비는 채널의 길이 대 수력 반경(hydraulic radius)의 비율이다.
수력 반경은 채널의 습윤 교차 채널 면적을 습윤 외주의 길이로 나눈 값이다.
바람직한 실시태양의 상세한 설명
본 발명은 유체 조절 필름 성분을 포함하는 물품에 관한 것이다. 적합한 유체 조절 필름은 일반적으로 설명될 것이다. 상기 필름을 포함하는 예시적인 물품 및 그에 대한 실시예는 아래에서 설명될 것이다.
본 발명에 사용하기 적합한 유체 조절 필름은 미국 특허 출원 08/905,481; 09/099,269; 09/106,506; 09/100,163; 09/099,632; 09/099,555 및 09/099,562; 및 미국 특허 5,514,120; 5,728,446 및 6,080,243에 기재되어 있다. 본 발명의 바람직한 유체 조절 필름은 섬유 덩어리보다는 시트 또는 필름 형태이다. 본 발명의 유체 조절 필름의 채널은 섬유로 제조된 웹, 발포체 또는 토우(tow)보다 효과적인 액체 유동을 제공하는 것이 바람직하다. 섬유로 형성된 채널의 벽은 채널을 통한 액체의 유동을 방해하는 비교적 랜덤한 기복 및 복잡한 표면을 보일 것이다. 이와 대조적으로, 본 발명의 채널은 소정의 패턴으로부터 정밀하게 복제되고, 주요 표면을 따라 신장하는 일련의 개별적인 개방 모세관 채널을 형성한다. 시트 또는 필름에 형성되는 상기 마이크로 복제된 채널은 바람직하게는 실질적으로 각각의 채널 길이를 따라, 보다 바람직하게는 채널로부터 채널에 이르기까지 균일하고 규칙적이다. 바람직하게는, 상기 필름 또는 시트는 얇고, 가요성이고, 제조 비용이 저렴하고, 의도하는 용도를 위해 요구되는 물성을 갖도록 형성될 수 있으며, 필요한 경우 사용시에 다양한 표면에 용이하게 적용될 수 있도록 그 한 면에 부착 수단 (예를 들어 접착제)를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 유체 조절 필름은 필름 채널을 따라 액체를 자발적으로 균일하게 수송할 수 있다. 유체 (예를 들어 물, 음료, 응축액, 세정액 등)을 자발적으로 수송하는 유체 조절 필름의 능력에 영향을 주는 2가지의 일반적인 요인은 (i) 표면의 구조 또는 형태 (채널의 모세관력, 크기 및 형상) 및 (ii) 필름 표면의 특성 (예를 들어 표면 에너지)이다. 요구되는 유체 수송력을 달성하기 위해서, 디자이너는 유체 조절 필름의 구조 또는 형태를 조정하고(하거나) 유체 조절 필름 표면의 표면 에너지를 조정할 수 있다. 유체 조절 필름으로 제조된 폐쇄 채널 위크 (wick)가 기능하기 위해서는 요구되는 액체가 표면을 적시도록 충분히 친수성인 것이 바람직하다. 일반적으로, 개방 채널에서 자발적인 위킹을 촉진시키기 위해서 액체는 유체 조절 필름의 표면을 적셔야 하고, 접촉각은 (90도 - 노치(notch)각의 1/2) 이하이어야 한다.
본 발명의 유체 조절 필름의 채널은 요구되는 액체 수송을 제공하는 임의의 구조일 수 있고, 용이하게 복제되는 것이 바람직하다.
본 발명의 유체 조절 필름은 캐스팅 또는 엠보싱에 적합한 임의의 중합체성물질, 예를 들어 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리에테르 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐아세테이트의 가수분해 유도체 등으로 제조할 수 있다. 폴리올레핀이 바람직하고, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 이들의 블렌드 및(또는) 공중합체, 및 프로필렌 및(또는) 에틸렌과 소량의 다른 모노머, 예를 들어 비닐 아세테이트 또는 아크릴레이트, 예를 들어 메틸 및 부틸아크릴레이트의 공중합체가 바람직하다. 폴리올레핀은 물리적 특성이 우수하고, 가공이 용이하며, 특성이 유사한 다른 열가소성 물질보다 일반적으로 비용이 저렴하기 때문에 바람직하다. 폴리올레핀은 캐스팅 또는 엠보싱 롤의 표면을 용이하게 복제한다. 폴리올레핀은 강하고, 내구성이 우수하며 그 형태를 잘 유지하기 때문에 캐스팅 또는 엠보싱 후에 상기 필름의 처리를 용이하게 만든다. 친수성 폴리우레탄도 물리적 특성 및 고유의 높은 표면 에너지 때문에 바람직하다. 별법으로, 유체 조절 필름은 열경화성 물질 (경화성 수지 물질), 예를 들어 폴리우레탄, 아크릴레이트, 에폭시드 및 실리콘으로부터 캐스팅할 수 있고, 노출 방사선 (예를 들어, 열, UV 또는 E-빔 방사선 등) 또는 습기에 의해 경화될 수 있다. 이들 물질은 표면 에너지 개질제 (예를 들어 계면활성제 및 친수성 중합체), 가소제, 항산화제, 안료, 이형제, 대전방지제 등을 포함하는 상이한 첨가제를 포함할 수 있다. 또한, 적합한 유체 조절 필름은 감압 접착제 물질을 사용하여 제조할 수 있다. 일부 경우에 채널은 무기 물질 (예를 들어 유리, 세라믹 또는 금속)을 사용하여 형성할 수 있다. 바람직하게는, 유체 조절 필름은 액체에 노출시에 그의 구조 및 표면 특성을 유지한다.
일반적으로, 액체에 의해 습식 처리시에 고체 표면의 취약성은 액체가 수평 배치된 표면 상에 침적되어 그 위에서 안정화된 후에 고체 표면과 형성하는 접촉각에 의해 특성화할 수 있다. 접촉각은 때로 "정지 평형 접촉각"으로 언급되고, 때로는 단순히 "접촉각"으로 언급된다.
도 1a 및 1b에 도시한 바와 같이, 접촉각 (θ)는 표면에 대한 접촉점에서 표면 상의 액체 비드의 표면의 접선과 표면 평면 사이의 각도이다. 그의 접선이 표면의 평면에 수직인 액체 비드의 접촉각은 90°이다. 일반적으로, 도 1a에 도시한 바와 같이 접촉각이 90°이하인 경우, 고체 표면은 액체에 의해 습식 처리된 것으로 간주된다. 물방울 또는 수용액이 90°미만의 접촉각을 보이는 표면은 통상 "친수성"인 것으로 언급된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "친수성"은 물질의 표면 특성만을 의미하는 것으로 사용된다. 즉, 표면이 수용액에 의해 습식 처리되고, 물질이 수용액을 흡수하는지의 여부를 표현하는 것이 아니다. 따라서, 물질은 물질의 시트가 수용액 투과성인지 불투과성인지에 대해 친수성으로서 언급될 수 있다. 따라서, 본 발명의 유체 조절 필름에 사용되는 친수성 필름은 본래 친수성인 수지 물질, 예를 들어 폴리(비닐 알콜)로 제조된 필름으로 형성될 수 있다. 표면에 대해 0 근처의 접촉각을 생성시키는 액체는 표면을 완전히 습식 처리하는 것으로 간주된다. 그러나, 폴리올레핀은 일반적으로 본래 소수성이고, 폴리올레핀 필름, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 물에 대한 접촉각은 일반적으로 도 1b에 도시한 바와 같이 90°보다 크다.
마이크로 복제 필름 물질 자체의 특성 및 수송되는 액체의 특성에 따라, 물품의 충분한 모세관력을 보장하기 위해서 필름 표면을 조정 또는 개질할 수 있다. 예를 들어, 유체 조절 필름의 표면은 충분히 친수성이 되도록 만들기 위해 개질시킬 수 있다. 본 발명의 유체 조절 필름과 접촉하는 체액은 수성이다. 따라서, 본 발명의 유체 조절 필름이 상기 액체 처리용으로 사용될 경우, 상기 필름은 필름 표면이 90° 이하의 접촉각을 보이도록 친수성으로 만들어 유체 조절 필름의 습식 및 액체 수송 특성을 개선시키기 위해 일반적으로 개질 (예를 들어 표면 처리, 표면 코팅 또는 물질의 도포에 의해), 또는 선택된 물질의 도입을 실시하여야 한다. 표면을 친수성으로 만들기에 적합한 방법은 (i) 계면활성제의 도입, (ii) 친수성 중합체를 사용한 표면 코팅의 도입 및 (iii) 친수성 실란을 사용한 처리를 포함한다. 다른 방법도 포함된다.
본 발명의 유체 조절 필름은 상이한 형태를 가질 수 있다. 바람직한 유체 조절 필름은 V형 또는 직사각형 단면 및 이들의 조합을 갖는 다수의 채널 뿐만 아니라 2차 채널, 즉 채널 내의 채널을 갖는 구조를 포함한다. 개방 채널을 따른 자발적인 위킹 또는 수송을 위해 V 채널 형성 유체 조절 필름의 마이크로구조화 표면/유체 계면의 요구되는 접촉각은 다음과 같다.
θ≤(90°-α/2)
상기 식에서, θ는 액체와 필름의 접촉각이고, α는 2차 V 채널 형성 노치(notch)의 평균 협각이다 (예를 들어 도 2g 참조).
임의의 적합한 공지의 방법을 이용하여 본 발명의 유체 조절 필름 상에 친수성 표면을 형성할 수 있다. 계면활성제의 국소 적용, 플라즈마 처리, 진공 증착,친수성 모노머의 중합, 친수성 잔기의 필름 표면 상 그라프팅, 코로나 또는 화염 처리 등과 같은 표면 처리 방법을 사용할 수 있다. 별법으로, 계면활성제 또는 다른 적합한 물질을 필름 압출시에 내부 특성 개질 첨가제로서 수지와 혼합할 수 있다. 국소 적용된 코팅은 채널의 노치를 충전하여 (즉, 무디게 만들어) 본 발명이 의도하는 요구되는 액체 유동을 방해하는 경향이 있기 때문에 계면활성제 코팅의 국소 적용보다는 계면활성제를 유체 조절 필름이 제조되는 중합체 조성물에 혼입하는 것이 일반적으로 바람직하다. 코팅이 도포될 경우, 구조화 표면 상의 균일한 박층 형성을 촉진하기 위해 얇은 것이 바람직하다. 폴리에틸렌 유체 조절 필름에 혼입될 수 있는 계면활성제의 예는 약 0.1 내지 0.5 중량%의 양으로 사용되는 옥틸페녹시폴리에톡시에탄올 비이온계 계면활성제인 트리톤(TRITON)TMX-100 (Union Carbide Corp., Danbury, CT)이다. 본 발명의 필름의 표면 개질 방법의 예는 90 중량% 이상의 하기 화학식 1 및 10 중량% 이하의 하기 화학식 2를 포함하는 반응 산물의 1% 수용액의 국소 적용이다.
상기 식에서, n=8 (97%), n=7 (3%)이다.
상기 식에서, n=8 (97%), n=7 (3%)이다.
상기 물질의 제조는 미국 특허 2,915,554 (Ahlbrecht 등)에 기재되어 있다.
본 발명의 산업적 용도를 위한 증가된 내구성 요구 수준에 적합한 다른 계면활성제 물질은 폴리스텝(Polystep)(등록상표) B22 (Stepan Company, Northfield, IL) 및 트리톤TMX-35 (Union Carbide Corp., Danbury, CT)을 포함한다.
상기 논의한 바와 같이, 계면활성제 또는 계면활성제의 혼합물은 유체 조절 필름 또는 물품의 특성을 조절하기 위해 유체 조절 필름의 표면에 도포되거나 물품에 주입될 수 있다. 예를 들어, 필름에 상기 성분이 없는 것보다 유체 조절 필름의 표면을 보다 친수성으로 만들기 위해 상기 성분이 요구될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양은 유체 조절 필름이 포함되는 제품의 수명 기간에 걸쳐 요구되는 유체 수송 특성을 유지한다. 계면활성제를 유체 조절 필름의 수명 내내 이용가능하게 만들기 위해, 계면활성제는 물품의 수명 내내 물품 내에 충분한 양으로 이용가능하거나 유체 조절 필름의 표면에 고정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 히드록실 관능성 계면활성제는 계면활성제를 디- 또는 트리-알콕시 실란 관능기로 관능화시킴으로써 유체 조절 필름에 고정시킬 수 있다. 이어서, 계면활성제는 유체 조절 필름의 표면에 도포되거나 추후 습기에 노출되는 물품 내에 주입될 수 있다. 습기는 가수분해를 야기하고 폴리실록산으로 축합시킨다. 히드록시 관능성 계면활성제 (특히 1,2 디올 계면활성제)도 보레이트 이온과 결합시켜 고정시킬 수 있다. 적합한 계면활성제는 음이온계, 양이온계 및 비이온계 계면활성제를 포함하지만, 비이온계 계면활성제의 자극이 비교적 낮기 때문에 바람직할 수 있다. 폴리에톡실화 알킬, 아르알킬 및 알케닐 알콜, 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드 공중합체, 예를 들어 "Pluronic" 및 "Tetronic", 알킬폴리글루코시드, 폴리글리세릴 에스테르 등을 포함하는 폴리에톡실화 및 폴리글루코시드 계면활성제가 특히 바람직하다. 다른 적합한 계면활성제는 미국 특허 출원 08/576,255에 개시되어 있다.
상기 논의한 바와 같이, 친수성 중합체 또는 중합체의 혼합물과 같은 계면활성제는 유체 조절 필름 또는 물품의 특성을 조절하기 위해 유체 조절 필름의 표면에 도포하거나 물품에 주입할 수 있다. 별법으로, 친수성 모노머는 물품에 첨가되어 계내 중합됨으로써 상호침투 중합체 네트워크를 형성할 수 있다. 예를 들어, 친수성 아크릴레이트 및 개시제를 첨가하고 열 또는 화학선 조사에 의해 중합시킬 수 있다.
적합한 친수성 중합체는 에틸렌 옥시드의 동종 및 공중합체, 비닐 불포화 모노머, 예를 들어 비닐피롤리돈, 카르복실산, 술폰산 또는 인산 관능성 아크릴레이트, 예를 들어 아크릴산, 히드록시 관능성 아크릴레이트, 예를 들어 히드록시에틸아크릴레이트, 비닐 아세테이트 및 그의 가수분해 유도체 (예를 들어 폴리비닐알콜), 아크릴아미드, 폴리에톡실화 아크릴레이트 등을 포함하는 친수성 중합체, 친수성 개질 셀룰로스 및 다당류, 예를 들어 전분 및 개질 전분, 덱스트란 등을 포함한다.
상기 논의한 바와 같이, 친수성 실란 또는 실란의 혼합물은 유체 조절 필름또는 물품의 특성을 조절하기 위해 유체 조절 필름의 표면에 도포하거나 물품에 주입할 수 있다. 적합한 실란은 미국 특허 5,585,186에 기재된 음이온계 실란 및 비이온계 또는 양이온계 친수성 실란을 포함한다. 양이온계 실란이 특정 상황에서 바람직할 수 있고, 특정 실란은 또한 항미생물 특성을 갖는 잇점을 갖는다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 유체 조절 필름의 채널은 요구되는 액체 수송을 제공하는 임의의 구조일 수 있다. 일부 실시태양에서, 유체 조절 필름은 도 2a-2i에 도시한 바와 같이 단지 하나의 주요 표면 상에 1차 채널을 가질 것이다. 그러나, 다른 실시태양에서, 유체 조절 필름은 도 2j 및 2k에 도시한 바와 같이 두 주요 표면 상에 1차 채널을 가질 것이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유체 조절 필름 (20)은 2개의 주요 표면 중의 하나 상에 구조화 표면 (24)를 갖는 중합체성 물질층 (22)를 포함한다. 층 (22)는 구조화 표면 (24)가 그로부터 돌출하는 본체층 (26)을 포함한다. 본체층 (26)은 층 (22) 내에 개개의 구조 특징을 함께 유지하기 위해 구조화 표면 (24)를 지지하는 기능을 수행한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 채널 (30)은 일련의 V형 측벽 (34) 및 피크 (36)에 의해 예시된 실시태양에 따라 층 (22) 내에 한정될 수 있다. 각각의 피크 또는 돌출부는 각 채널을 따라 연속적인 리지를 한정할 수 있거나, 피크는 그 사이의 채널을 한정하는 기능을 수행하는 비연속 성분(예를 들어 핀, 바 등)으로서 형성될 수 있다. 일부 실시태양에서, 캡층 (도 2a에 도시하지 않음)은 채널 한정을 돕기 위해 구조화 표면 (24) 상에 제공된다. 일부 경우에, 측벽 (34) 및 피크 (36)은층 (22)의 한 모서리로부터 다른 모서리로 변형 없이 완전히 신장할 수 있지만, 일부 경우에 측벽 (34)를 단축시켜 피크 (36)을 단지 구조화 표면 (24)의 일부만을 따라 신장시키는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 피크 (36) 사이에 한정되는 채널 (30)은 층 (22)의 한 모서리로부터 다른 모서리로 완전히 신장할 수 있거나 또는 상기 채널 (30)은 단지 층 (22)의 일부 상에서만 신장하도록 한정될 수 있다. 일부 상에서만 신장하는 채널 (30)은 층 (22)의 모서리에서 시작할 수 있거나, 층 (22)의 구조화 표면 (24) 내의 중간에서 시작하여 종료될 수 있다. 채널 (30)은 중합체성 물질의 연속 표면 상에 소정의 배열, 바람직하게는 규칙적인 배열로 한정된다.
다른 채널 형태도 고려할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시한 바와 같이, 유체 조절 필름 (20')은 약간 편평한 피크 (36') 사이에 보다 넓은 편평한 골을 갖는 채널 (30')를 갖는다. 도 2a의 실시태양과 마찬가지로, 캡층 (도시하지 않음)은 별개의 채널 (30')를 한정하기 위해 하나 이상의 피크 (36')을 따라 고정될 수 있다. 이 경우, 기저 표면 (38)은 채널 측벽 (40) 사이에서 신장하고, 도 2a의 실시태양에서 측벽 (34)는 라인 (41)을 따라 서로 연결된다.
도 2c는 넓은 채널 (42)가 피크 (36'') 사이에 한정되고, 채널 측벽 (40) 사이에 편평한 표면을 제공하는 대신에 다수의 보다 작은 피크 (44)가 피크 (36'')의 측벽 (40') 사이에 위치하는 다른 유체 조절 필름 (20'')을 도시한 것이다. 상기 보다 작은 피크 (44)는 그 사이의 제2 채널 (46)을 한정한다. 피크 (44)는 피크 (36'')과 동일한 수준으로 상승할 수도, 상승하지 않을 수도 있고, 도시된 바와 같이 그 내부에 분배된 보다 작은 채널 (46)을 포함하는 제1 넓은 채널 (42)를 생성시킨다. 피크 (36'') 및 (44)는 자체 또는 서로에 대해 균일하게 분포할 필요는 없다.
도 2d-2k는 본 발명의 유체 조절 필름의 상이한 다른 실시태양을 도시한 것이다. 도 2a-2k가 신장된 선형 채널을 도시한 것이지만, 채널은 다른 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 채널은 채널 길이를 따라 단면 폭이 상이할 수 있다. 즉, 채널은 채널의 길이를 따라 분기 및(또는) 수렴할 수 있다. 채널 측벽은 또한 채널의 신장 방향으로 또는 채널 높이에서 직선이기보다는 곡선일 수 있다. 일반적으로, 유체 수송 장치 내의 제1 지점으로부터 제2 지점으로 신장하는 적어도 다수의 별개의 채널부를 제공할 수 있는 임의의 채널 형태를 포함한다. 채널은 필요한 경우 그의 전체 길이를 따라 분리된 형태일 수 있다.
도 2g에서, 한 바람직한 구조는 편평 필름 (50) 내의 직선의 제1 채널 (48)이다. 1차 채널 (48)은 다수의 노치 (54)를 형성하는 제2 채널 (52)를 포함한다. 노치 (54) (또는 실질적으로 직선 측벽이 존재하는 V형의 제2 채널 (52))은 약 10° 내지 약 120°, 바람직하게는 약 10°내지 약 100°, 가장 바람직하게는 약 20°내지 약 95°의 노치 협각 (즉, 각 알파)을 갖는다. 노치 협각은 일반적으로 노치로부터 노치를 형성하는 측벽 상의 노치로부터 2 내지 1000 미크론의 지점까지의 교차 각도이고, 바람직하게는 노치 협각은 제2 채널 측벽의 1/2 지점에서 취한 교차각이다. 협각의 폭이 좁은 노치가 일반적으로 보다 큰 수직 위킹 거리를 제공한다는 것이 관찰되었다. 그러나, 알파가 너무 좁으면, 유동 속도가 상당히 저하될것이다. 알파가 너무 넓으면, 노치 또는 제2 채널은 요구되는 위킹 작용을 제공하지 못할 것이다. 알파가 좁아지면 액체의 접촉각은 각 폭이 넓은 유사한 액체 수송을 보이기 위해 노치에 대해 접촉각이 작아야 하는 만큼 작을 필요가 없다.
제1 채널 협각은 제1 채널이 액체 채널링에 효과가 없을 정도로 넓지 않아야 한다는 것을 제외하고 중요하지 않다. 일반적으로, 제1 채널 최대 폭은 3000 미크론 미만, 바람직하게는 1500 미크론 미만이다. V-채널형 제1 채널의 협각은 일반적으로 약 10도 내지 120도, 바람직하게는 30 내지 110도이다. 제1 V-채널의 협각이 너무 좁으면, 제1 채널은 적절한 양의 제2 채널을 수용할 수 있을 정도의 충분한 하부폭을 갖지 못할 수 있다. 일반적으로, 제1 채널의 협각은 제1 채널의 하부에 2 이상의 제2 채널을 수용하도록 하기 위해 제2 채널의 협각보다 큰 것이 바람직하다. 일반적으로, 제2 채널의 협각은 제1 채널의 협각보다 적어도 20% 더 작다 (V형 제1 채널의 경우).
도 2g 및 2j에서, 제1 채널 (48, 56)의 깊이 (가장 낮은 채널 노치 위의 피크 또는 상부의 높이) "d"는 실질적으로 균일하다. 바람직하게는, 높이 "d"는 약 5 내지 약 3000 미크론, 보다 바람직하게는 약 25 내지 약 1500 미크론, 보다 더 바람직하게는 약 50 내지 약 1000 미크론, 가장 바람직하게는 약 50 내지 약 350 미크론이다. 일부 실시태양에서, 깊이가 언급한 범위보다 큰 채널 (48, 56)을 갖는 필름도 사용할 수 있다. 채널이 과도하게 깊으면, 유체 조절 필름의 총 두께가 불필요하게 높고, 필름은 요구되는 것보다 딱딱하기 쉽다. 제1 채널의 하부폭은 2 이상의 제2 채널을 수용할 정도로 충분할 수 있다.
도 2j 및 2k는 두 주요 표면 상에 제1 채널이 존재하는 유체 조절 필름을 도시한 것이다. 도 2j에 도시한 바와 같이, 제1 채널 (56)은 한 표면에서 다른 표면으로 옆으로 분지하거나 도 2k에 도시한 바와 같이 서로 대향하여 직접 배열될 수 있다. 도 2j에 도시한 바와 같이 분지 채널이 존재하는 유체 조절 필름은 최소량의 물질을 사용하면서 최대량의 위킹 표면 영역을 제공한다. 또한, 도 2k에 도시된 바와 같이 채널이 배열된 유체 조절 필름보다 시트의 두께 및 딱딱함의 저하에 의해 보다 부드러운 느낌을 주기 위해 분지 채널이 존재하는 유체 조절 필름이 제조될 수 있다. 도 2k에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유체 조절 필름은 액체 조절을 개선시키기 위해 유체 조절 필름의 전면과 접촉하는 액체의 일부가 필름의 배면에 수송되도록 하는 하나 이상의 홀 또는 천공 (58)이 그 내부에 존재할 수 있다. 천공은 채널의 노치와 함께 배열될 필요가 없고, 채널과 거의 동일한 폭을 가질 필요도 없다. 천공 내의 유체 조절 필름의 표면은 친수성인 것이 바람직하다.
도 2g 및 2j에 도시한 바와 같이, 각각의 제1 채널 (48, 56)에는 2 이상의 제2 채널 (52, 60) 및 2 이상의 노치 (54, 62)가 존재하고, 각각의 제2 채널 (52, 60)의 노치 또는 노치들은 제2 피크 (64, 66)에 의해 분리된다. 일반적으로, 각각의 제2 채널은 단지 한개의 노치만을 가질 것이지만, 제2 채널이 직사각형일 경우 제2 채널은 2개의 노치를 가질 것이다. V-채널형 제2 채널에 대한 제2 피크 (64, 66)는 일반적으로 ([α1]+[α2])/2 (여기서 (α1및 α2는 각각의 제2 채널을 형성하는 2개의 측벽이 대칭이고 곡선이 아니라는 가정하에 2개의 인접한 V-채널형 제2채널 (52, 60)의 협각임)에 일반적으로 동일한 협각 β로 특징지을 수 있다. 일반적으로, 각도 β는 약 10°내지 약 120°, 바람직하게는 약 10° 내지 약 110°, 가장 바람직하게는 약 20°내지 약 100°이다. 또한, 제2 피크는 편평 (협각이 이론적으로 0°인 경우) 또는 곡선, 예를 들어 별개의 상부나 협각이 존재하지 않으면서 볼록하거나 오목할 수 있다.
바람직하게는, 각각의 제1 채널 (48, 56)에 대해 3개 이상의 제2 채널 (52, 60) 및(또는) 3개 이상의 노치(도 2g에 도시한 바와 같이 말단부 채널에 연관된 임의의 노치 (54, 62), 예를 들어 노치 (68) 또는 (70) 포함)가 존재한다.
제2 채널 (52, 60)의 깊이 (노치 (54) 위의 제2 피크 (64)의 상부의 높이)는 유체 조절 필름의 길이에 걸쳐 균일하고, 일반적으로 5 미크론 이상이다. 제2 채널 (52, 60)의 깊이는 일반적으로 제1 채널의 깊이의 0.5 내지 80%, 바람직하게는 5 내지 50%이다. 또한, 피크의 어느 한 측면 상의 노치 (54, 62)의 공간은 유체 조절 필름의 길이에 걸쳐 균일한 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제1 및(또는) 제2 채널 깊이 및 폭은 유체 조절 필름의 소정의 길이에 걸쳐 각 채널에 대해 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만에서 변화한다. 상기 범위를 초과하여 제2 채널 깊이 및 형태가 변화하면 유체 조절 필름을 따른 액체 수송의 속도 및 균일도에 상당히 유해한 효과가 발생한다. 일반적으로, 제1 및 제2 채널은 연속되고, 차단되지 않는다.
도 3a에, 2개의 주요 표면 중의 하나 상에 구조화 표면 (76)이 존재하는 중합체성 물질층 (75)를 포함하는 능동 유체 수송 장치 (74)가 도시되어 있다. 또한, 장치 (74)는 능동 유체 수송 장치 (74)의 구조화 표면 (76) 상에서 액체의 이동을 돕는 포텐셜을 제공하는 공급원 (78)을 포함한다. 또한, 층 (75)는 구조화 표면 (76)이 그로부터 돌출하는 본체층 (80)을 포함한다. 본체층 (80)은 층 (75)와 함께 개별 구조화 특징을 유지하기 위해 구조화 표면 (76)을 지지하는 기능을 수행하고, 본원에서 설명하는 첨가제 또는 추가의 층을 포함할 수 있다.
층 (75)는 능동 유체 수송 장치 (74)의 특정 용도에 따라 선택할 수 있는 가요성의 반경질 또는 경질 물질을 포함할 수 있다. 층 (75)는 마이크로구조화 표면 (76)을 생성시키도록 형성될 수 있는 중합체성 물질을 포함한다. 중합체성 물질은 다양한 용도에 적합한 많은 상이한 특성을 갖기 때문에 많은 용도로 사용될 수 있다. 중합체성 물질은 예를 들어 가요성, 경도, 투과성 등을 기초로 하여 선택할 수 있다. 또한, 중합체층 (75)를 사용하면 캡핑시에 개별 액체 유동 채널 (82)를 형성하는 매우 많은 고밀도 채널을 생성시키도록 구조화 표면을 균일하게 제조할 수 있다. 따라서, 높은 정확도로 경제적으로 제조될 수 있는 고분배 액체 수송 시스템 (즉 구조화 표면 상의 면을 따라 포텐셜을 분배하는 많은 채널을 갖는 시스템)이 제공될 수 있다. 구조화 중합체 표면 (76)은 본체층 (75)와 동일하거나 상이한 물질로 제조할 수 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 각각의 채널 (82)는 층 (75)의 한 모서리에서 개방되어 채널 유입구 (84)를 한정한다. 따라서, 액체는 층 (75)의 다른 모서리를 향한 채널 (82)에 의해 인도되는 유입구 (84)를 통과하여 커넥터 (86)으로 이동할 수 있다. 커넥터 (86)은 유출구 (도시하지 않음)를 통해 각각의 채널 (82)와 유체소통하는 것이 바람직하고, 또한 포텐셜 공급원 (78)과 유체소통한다. 커넥터 (86)은 다양한 형태일 수 있으나, 도 3a에 도시한 바와 같이 분기관 (88)을 포함한다. 분기관 (88)에는 그 내부에 한정되고 채널 (82)와 유체소통하는 플레넘 (도시하지 않음)이 제공된다. 플레넘은 단지 적어도 다수의 채널 (82)에 밀봉 상태로 연결된 분기관 (88) 내에 챔버를 포함할 수 있다. 분기관 (88)은 층 (75)처럼 가요성의 반경질 또는 경질일 수 있다. 또한, 제2 분기관 (도시하지 않음)이 특정 용도에 따라 채널 (82)에 액체를 공급하기 위해서 유입구 (84)가 존재하는 층 (75)의 측면에 제공될 수 있다. 분기관은 마이크로복제된 채널 (예를 들어 수렴 채널)을 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 커넥터는 포텐셜이 공급원으로부터 다중 채널에 전달되도록 하는 임의의 어댑터를 포함할 수 있다. 플레넘 및 배관이 존재하는 분기관을 설명하였지만, 다른 커넥터, 예를 들어 도관을 유동 채널에 유체 연결시키고, 보다 높고 낮은 포텐셜을 주위 환경으로부터 고립 또는 구획시키는 압축 커플링 또는 밀봉 및 가스켓도 본 발명에 사용될 수 있다. 또한, 커넥터는 개개의 액체가 별개의 채널을 통해 개별적으로 유동하도록 하는 개별 채널과 각각 유체소통하는, 예를 들어 내경이 10 ㎛ 미만인 모세관 섬유를 포함할 수 있다. 또한, 커넥터는 하나 이상의 성형 챔버, 별개의 유동 채널에 대해 통합 또는 비통합 배치된 마이크로구조화된 유체 도관, 또는 예를 들어 별개의 마이크로구조화된 유동 채널이 원심분리기에 고정되거나 유동 스트림, 예를 들어 제트가 채널 유입구 또는 유출구를 향하도록 하는 시스템 또는 메카니즘일 수도 있다.
그의 피크 (90)을 따라 채널 (82)의 적어도 일부를 차단하거나 둘러싸기 위해서 캡층 (92)를 구조화 표면 (76)에 대해 병렬배치시킬 수 있다. 따라서, 캡층 (92)는 적어도 다수의 채널 (82)를 차단하여 모세관 모듈 (94)에 별개의 액체 유동 채널을 생성시킨다. 모세관 모듈 (94)의 두께는 일반적으로 1 내지 10 밀리미터 (mm), 보다 일반적으로는 2 내지 6 mm이다. 캡층 (92)는 유사하게 분기관 (88)에 밀봉 연결되어 다수의 별개의 채널 (82)가, 채널 (82)을 따른 제1 포텐셜로부터 제2 포텐셜로의 포텐셜 차이의 발생을 기초로 한 능동 액체 수송 채널을 제공할 수 있다. 캡층 (92)의 두께는 일반적으로 약 0.01 내지 2 mm이고, 임의의 보호 필름, 플로어링 라미네이트 또는 산업 장치의 다른 기능부를 포함할 수 있다. 본 발명의 채널이 밀봉될 경우, 가요성 채널 시스템은 일반적으로 작은 개별 채널의 후프(hoop) 강도의 결과로서 파열되지 않고 고압에서 유지될 수 있다.
캡층 (92)은 별개의 채널 (82)의 생성을 증가시키기 위해 구조화 표면 (76)의 일부 또는 전부의 피크 (90)에 결합될 수 있다. 이것은 열에 의해 또는 캡층 물질 (92) 및 중합체성 구조화층 (75)에 상용성인 통상의 접착제 (접착제가 상기 목적으로 사용시에 접착제가 즉각적으로 또는 시간이 경과하면서 부착되는 채널 (82) 내로 유동하여 채널을 폐쇄시키지 않도록 선택하여야 함)를 사용하여 수행할 수 있다. 별개의 채널 (82)의 형성은 열결합, 초음파 용접, 압축 또는 기계적 연결, 예를 들어 끼워맞춤(interference fit)을 통해 수행할 수 있다. 결합은 완전히 피크 (90)을 따라 캡층 (92)에 제공되거나 결합은 그 위에 규칙적 또는 랜덤 패턴으로 배치될 수 있는 점 용접 또는 결합일 수 있다. 별법으로, 캡층 (92)는 그사이에 접착제 또는 결합 없이 간단히 구조화 표면 (76)에 배치될 수 있다.
캡층 (92)는 구조화 중합체층에 대해 설명한 중합체와 같은 중합체성 물질로 제조할 수 있다. 임의로, 캡층 (92)는 스펀레이스드, 스펀본드, 블로운 마이크로섬유 또는 카디드 부직물과 같은 물질일 수 있다. 중합체는 캡층 (92)가 접착제를 사용하지 않고 구조화 표면 (76)에 고정될 수 있도록 선택할 수 있다. 상기 중합체는 예를 들어 초음파 용접 처리에서의 열을 인가함으로써 캡층이 구조화 표면에 용접되도록 선택할 수 있다. 일부 적용예에서, 캡층은 2 이상의 층 (예를 들어 리놀늄으로 도포된 초기 부직물층)으로 형성될 수 있다. 상기 상황에서, 부직물층은 구조화 표면 상의 데브리스 필터로서 기능할 수 있고, 또한 리놀륨층을 설치하거나 부착시키기 위해 제시되는 유효 표면을 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
포텐셜 공급원은 제1 위치로부터 제2 위치로 액체 이동을 보장하기 위해 다수의 유동 채널 (82)를 따라 포텐셀 차이를 확립할 수 있는 임의의 수단을 필수적으로 포함할 수 있다. 포텐셜은 부분적으로 임의의 특정 용도의 유체 특성을 기초로 하여 다수의 유동 채널 (82)를 통한 액체 유동을 야기하거나 유동을 돕기에 충분하다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 포텐셜 공급원 (78)은 임의의 수집기 수용기 (96)에 통상의 방식으로 또는 다른 방식으로 연결된 진공 발생기 (V)를 포함할 수 있다. 수집기 수용기 (96)은 통상의 가요성 튜브 (98)에 의해 분기관 (88)에 유체 연결된다. 따라서, 액체는 채널 (82), 분기관 (88), 튜브 (98)을 통해 모세관 모듈 (94)의 외부로부터 유입구 (84) 및 수집기 수용기 (96)로 이동할 수 있다. 수용기 (96)은 그 내용물을 배출할 수 있도록 작동가능하거나 통상의 배수 시스템에연결될 수 있다.
포텐셜 공급원 (78)이 진공 발생기 (V)를 포함하는 경우, 분기관 (88)을 통해 채널 (82)에 제공되는 진공은 캡층 (92)을 피크 (90)에 적절하게 밀봉하기에 충분할 수 있다. 즉, 진공 자체는 피크 (90)에 대해 캡층 (92)를 유지시켜 별개의 채널 (82)를 형성할 것이다. 바람직하게는, 구조화 표면 (76)에 의해 한정되는 각각의 채널 (82)는 포텐셜을 독립적으로 수용할 수 있는 별개의 채널 (82)의 최대 숫자를 한정하도록 캡층 (92)에 의해 차단된다. 채널 (82) 사이의 액체 교차는 효과적으로 최소화될 수 있고, 외부 공급원으로부터 제공되는 포텐셜은 층 (75)의 구조화 표면 (76) 상에 보다 효과적이고 효율적으로 분배될 수 있다. 포텐셜 공급원 (78)이 진공 발생기를 포함할 경우, 분기관 (88)은 채널 (82)에 밀봉될 필요는 없지만, 채널 (82)의 개방 섹션에 인접하여 위치할 수 있다.
마이크로구조 함유 표면 또는 모세관 모듈의 유체 전달 또는 포텐셜 공급원으로의 연결은 필요한 탈착가능 또는 고정된 분기관 또는 분기관들을 통해 달성할 수 있다. 또한, 특정 적용 또는 용도에 따라 다중 포텐셜 공급원이 사용될 수도 있다. 압력차는 마이크로구조 함유 표면을 통한 유동을 촉진하기 위해 사용될 수 있는 효율적인 액체 유동 모티베이션 방법 또는 포텐셜이다. 압력차는 펌핑 시스템을 사용하여 용이하게 확립할 수 있고, 양압 또는 음압의 형태로 인가될 수 있다.
다른 포텐셜 공급원 (78)이 진공 발생기 (V) 대신에 또는 진공 발생기 (V)와 함께 사용될 수 있다. 필수적으로, 채널 (82)를 통한 액체 유동을 유도 또는 촉진하는 임의의 방법이 본 발명의 실시를 위해 고려된다. 포텐셜 공급원은 채널화 구조 및(또는) 모세관 모듈로부터 분리되고, 다시 말해서 채널화 구조 및(또는) 모세관 모듈에 내재하지 않는다. 즉, 본 발명은 액체 이동을 유도하기 위해 채널화 구조의 특성, 예를 들어 모세관 작용에만 의존하지 않는다. 다른 포텐셜 공급원의 예는 진공 펌프, 진공 흡입기, 압력 펌프 및 압력 시스템, 예를 들어 팬, 자기 유체역학 드라이브, 자기 시스템, 음파 유동 시스템, 원심분리 회전기, 유체정역학적 헤드, 중력, 흡수체 및 적어도 어느 정도로 액체 유동을 유도 또는 촉진하는 포텐셜 차이의 생성을 이용하는 임의의 다른 공지된 또는 추후 개발될 유체 이동 시스템을 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 추가로, 액체에 대해 직접 작용하는 임의의 인가 계력 (field force), 예를 들어 액체를 본 발명의 채널 내로 이동시키는 원심분리력 또는 자기장이 액체 이동 포텐셜로 간주될 수 있다. 또한, 포텐셜 공급원은 구조화 표면으로부터 제거하기보다는 구조화 표면 상에 액체를 이동시키도록 작동할 수 있다. 또한, 액체는 대기압이 액체를 채널로 이동시키는 포텐셜을 생성시키는 흡관의 작용에 의해 채널을 통해 유동될 수 있다. 본 발명을 비행기에 적용시에, 비행기의 압력을 사용하여 액체 유동을 위한 포텐셜을 한정하기 위해 필요한 압력차를 달성할 수 있다.
도 3a에 도시한 액체 수송 장치에 다중 V-형 피크 (90)을 포함하는 구조화 표면 (76)(예를 들어 도 2a에 도시한 바와 같은)이 존재하더라도, 구조화 표면 (76)의 다른 구조 형태도 고려된다. 또한, 일부 실시태양에서, 유동 능력을 증가시키기 위해 2 이상의 구조화 표면을 배치할 수 있다 (예를 들어 도 3b 참조). 상기 배열은 하나 이상의 층에 포텐셜 적용을 위한 가능한 배열 뿐만 아니라 구조화 표면의 스택층 중에 상대 채널 배향을 위한 가능한 배열을 증가시킨다. 스택층은 특정 용도에 따라 상이한 채널 형태 및(또는) 수의 채널을 포함할 수 있다. 또한, 상기 형태의 스택 구조는 폭이 제한되는 용도에 특히 적합하고, 따라서, 특정 유체 전달능이 요구되는 비교적 좁은 유체 수송 장치를 필요로 한다. 따라서, 좁은 장치는 유동 능력이 증가되도록 제조할 수 있다. 스택 내의 층은 본원에서 설명한 임의의 많은 종래의 방식으로 서로 결합될 수 있거나, 단순히 서로 적층되어 스택의 구조체가 별개의 유동 채널을 적절하게 형성할 수 있다. 이러한 능력은 포텐셜 공급원으로서 진공이 사용될 때 상기한 바와 같이 증강시킬 수 있다. 스택은 포텐셜이 상이한 다수의 포텐셜 공급원이 스택 내의 하위셋으로서 부착되도록 하는 다수의 커넥터를 포함할 수 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 층 (75)는 그 사이의 적합한 접착 수단 (102)에 의해 기판 (100)에 설치된다. 접착 수단 (102)는 감압 접착제가 바람직하지만, 다른 고정 장치, 예를 들어 두 부분의 대향 위치하는 기계적 패스너, 다른 접착 조성물 또는 테이프, 후크 및 루프 패스너, 및 대향 필드, 예를 들어 전장 또는 자기장을 포함할 수 있다. 접착층 수단 (102)는 연속 또는 불연속의 감압 접착제층일 수 있거나, 또는 그 위의 접착제가 본원에서 정의된 마이크로구조화 표면을 갖도록 형성될 수 있다. 한 실시태양에서, 접착제는 그 자체가 층 (75) 및 그 위의 구조화 표면 (76)을 포함하도록 형성될 수 있다.
기판 (100)은 층 (75)의 지지에 적합한 임의의 형태일 수 있고, 경질 재료또는 가요성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판은 금속, 목재이거나 중합체성 물질로 형성될 수 있고, 플로어, 벽 또는 외부 또는 내부 기계 또는 구조화 표면의 일부로서 기능할 수 있다. 요구되는 용도에 따라, 유체 수송 장치 (74)는 캡층 (92) 및(또는) 액체 수집용 커넥터 (86)을 포함할 수 있다.
일부 적용예에서, 액체 수집 시스템의 다른 형태가 요구된다. 도 4는 상기 시스템의 일례를 도시한 것이다. 층 (75)는 그 상부에 구조화 표면 (76)을, 하부에 접착 수단 (102)를 갖는다. 구조화 표면 (76)은 그 내부에 다수의 채널 (82) (도 4에 평행한 선형 채널로 도시함)을 갖는다. 하나 이상의 교차 채널, 예를 들어 교차 채널 (105), (106), (107) 및 (108)은 구조화 표면 (76)에 형성된다. 교차 채널은 그의 초기 형성 후에 (예를 들어 구조화 표면 (76)이 중합체성 물질의 층 (75) 내에 성형된 후에) 구조화 표면 (76)에 부가된다. 각각의 교차 채널은 인접 채널 (82) 사이의 피크 (90)의 일부를 제거함으로써, 예를 들어 절단 또는 열 및(또는) 압력의 인가에 의한 제거에 의해 또는 구조화 표면 (76)의 상부에 그를 통해 액체를 수송할 수 있는 물질의 스트립을 배치함으로써 형성될 수 있다.
후엠보싱 방법 (마이크로구조화층 (75)를 기판에 인가한 후)은 유체 수송 장치 (75)의 전면상의 채널을 따라 액체 소통을 위한 바람직한 실시태양을 달성한다. 구조화 표면 (76)은 존재하거나 새로이 한정되는 액체 배출구에 채널 (82) 사이의 액체 소통을 위한 수단을 제공하기 위해 각각의 교차 채널을 한정하는 고온 와이어로 엠보싱 처리할 수 있다. 상기 액체 배출구는 중앙 액체 제거 천공 (110) (도 4에 도시한 바와 같은) 또는 교차 채널이 교차하지 않는 경우에는 각각의 교차 채널에 대한 별개의 액체 제거 천공을 포함할 수 있다. 각각의 액체 제거 천공은 층 (75), 접착제 (102) 및 기판 (100)을 통해 신장한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 액체 수집 시스템은 천공 (110)에 유체 커플링될 수 있다. 일부 적용예에서, 액체 수집기는 적합한 도관 (114)에 의해 천공 (110)에 커플링된 액체 저장기 (112)를 포함할 수 있다. 또한, 시스템은 구조화 표면 (76) 상에 (채널 (82), 교차 채널 (105), (106), (107) 또는 (108), 천공 (110), 도관 (114)를 통해 저장기 (112)로) 액체를 이동시키기 위한 시스템에 포텐셜을 제공하기 위한 공급원 (116)을 포함할 수 있다. 저장기 (112)는 수집기 부위 또는 집수공일 수 있고, 공급원 (116) (사용될 경우)은 진공 펌프 또는 본원에서 설명하는 임의의 다른 형태일 수 있다. 다수의 천공 (110)이 제공되는 경우 (예를 들어 각각의 교차 채널에 하나의 천공이 존재), 다중 도관 (114)가 제공될 수 있고, 각각의 도관 (114)는 하나 이상의 천공 (110)을 저장기 (112) (또는 별개의 저장기)에 연결된다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 구조화 표면 (76)은 일부 채널 피크 (90a)가 다른 채널 피크 (90b)보다 높은, 도 2c에 도시한 것과 유사한 형태를 취할 수 있다. 따라서, 교차 채널 (예를 들어 도 5의 교차 채널 (105))을 한정하는 피크 물질 제거시에 교차 채널을 한정하고 구조화 표면 (76)의 채널 (82)를 통한 조절된 액체 유동 수단을 한정하기 위해 단지 각각의 피크 (90a)의 상부 (120)만을 제거할 필요가 있다. 한 바람직한 실시태양에서, 각각의 보다 높은 피크 (90a)의 상부 (120)은 피크 (90a)의 하부 (122)보다 융점이 낮은 물질로 형성되고, 교차 채널은 피크 (90a)의 상부 (120)을 용융시키기에 충분히 높지만 하부 (122)는 용융시키지않는 온도로 열을 가하여 형성시킨다. 캡층은 일반적으로 도 4 및 5에 도시한 능동 유체 수송 장치에 사용되고, 캡층은 예시를 위해 도면에 도시하지 않았다.
평행 채널 (예를 들어 도 5)이 바람직할 수 있지만, 다른 채널 패턴도 상기한 바와 같이 포함된다. 도 6a 및 6b은 본 발명에 따른 유체 수송 장치에 구조화 표면을 한정할 수 있는 다른 채널 구조의 개략적 투시도이다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 구조화 표면은 액체의 중간 수집을 위해 다수의 별개의 비평행한 수렴 채널 (130)을 포함할 수 있다. 상기 수렴 채널 (130)은 배출구 포트 또는 액체 제거 천공 (도시하지 않음)에 연결될 수 있는 하나의 별개의 채널 (132)에 연결된다. 도 6b에 도시한 바와 같이, 중앙 채널 (134)는 유사한 이유로 특정 영역을 커버하도록 고안될 수 있는 다수의 채널 브랜치 (136)에 연결된다. 또한, 다수의 별개의 채널이 제1 지점으로부터 제2 지점으로구조화 표면의 일부 상에 제공되는 한, 일반적으로 임의의 채널 패턴도 본 발명에 포함된다. 상기 실시태양과 유사하게, 도 6a 및 6b에 도시한 패턴화된 채널은 필수적으로 그의 인접 채널과 무관하게 특정 채널을 따라 포텐셜을 수용하도록 하는 별개의 유동 채널을 추가로 한정하기 위한 캡층으로 커버되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 상기 고려되는 임의의 채널에 대해 상기 채널은 구조화층의 제1 주요 표면의 구조화 표면에 의해 구조화층 내에 한정된다. 본 발명에 따른 채널은 임의의 한 채널이 다른 채널과는 무관하게 주위 환경으로부터 액체를 수용하도록 분리된 형태이다. 각각의 채널의 마이크로구조 크기는 벌크 부피의 액체의 단일상 유동을 촉진시킨다. 액체에 공기가 포함되지 않으면 소음 발생이 현저하게감소하고 능동 유체 수송 장치를 통해 수송되는 액체에 대해 스트레스의 발생이 감소한다.
본 발명의 마이크로구조화 표면의 개별 유동 채널은 실질적으로 분리된다. 즉, 액체는 인접 채널의 액체와 무관하게 채널을 통해 이동할 수 있다. 채널은 인접 채널과 무관하게 특정 채널을 따라 또는 특정 채널을 통하여 액체를 유도하기 위해 서로 독립적으로 포텐셜을 수용한다. 바람직하게는, 인접 채널 사이에 일부의 확산이 존재할 수 있지만, 한 유동 채널에 유입되는 액체는 임의의 유의한 정도로 인접 채널에 유입되지는 않는다. 액체를 효과적으로 수송하고 마이크로 채널이 제공하는 잇점을 유지하기 위해서 상기 채널을 분리시킨 상태로 효과적으로 유지하는 것이 중요하다. 그러나, 모든 채널이 모든 실시태양에서 분리될 필요가 있는 것은 아니다. 일부 채널은 분리될 수 있지만, 다른 채널은 그렇지 않다. 또한, 채널 "분리"는 예를 들어 변동 압력에 의해 발생하는 일시적인 현상일 수 있다.
구조화 표면은 각각의 채널이 10:1, 일부 실시태양에서는 100:1 초과, 다른 실시태양에서는 적어도 약 1000:1의 최소 종횡비 (길이/수력반경)을 갖는 분리된 유동 채널을 한정하는 마이크로구조화 표면이다. 상단에서 종횡비는 매우 높을 수 있지만, 일반적으로 약 1,000,000:1 미만이다. 채널의 수력 반경은 약 300 ㎛ 이하이다. 많은 실시태양에서, 수력 반경은 100 ㎛ 미만일 수 있으며 10 ㎛ 미만일 수도 있다. 많은 용도에서 보다 작은 것이 일반적으로 보다 우수하지만 (또한 수력 반경은 서브미크론 크기일 수 있지만), 수력 반경은 대개 대부분의 실시태양에 있어서 1 ㎛보다 작지 않을 것이다. 이후 보다 상세히 설명할 바와 같이, 이들 파라미터 내에 한정된 채널은 능동 유체 수송 장치를 통해 효율적인 벌크 액체 수송을 제공할 수 있다.
구조화 표면에는 또한 매우 낮은 프로파일이 제공될 수도 있다. 따라서, 구조화 중합체층의 두께가 5000 ㎛ 미만, 가능하게는 1500 ㎛ 미만인 능동 유체 수송 장치가 고려된다. 이를 위해, 채널은 높이가 약 5 내지 1200 ㎛이고 피크 거리가 약 10 내지 2000 ㎛인 피크에 의해 한정될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로구조화 표면은 시스템의 부피가 고도로 분배되는 유동 시스템을 제공한다. 즉, 그러한 유동 시스템을 통해 통과하는 액체 부피는 넓은 범위에 걸쳐 분포된다. 약 10/cm (선) 내지 약 1,000/cm (선) 이하 (채널을 가로질러 측정됨)의 마이크로구조 채널 밀도가 높은 액체 수송 속도를 제공한다. 일반적으로, 도 3a에 도시된 바와 같은 분기관이 사용될 때, 각각의 개별 채널은 채널 입구 및 출구에 배치되는 분기관보다 적어도 400% 더 큰, 보다 바람직하게는 적어도 900% 더 큰 종횡비를 갖는다. 이러한 종횡비의 유의한 증가는 포텐셜의 효과를 분배시켜 본 발명의 이점에 기여한다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 액체 채널은 임의의 적합한 기하 구조일 수 있지만, 전체적으로 20 내지 120도, 바람직하게는 약 45도의 협각을 갖는 전체적으로 직사각형 (대개 깊이가 50 내지 3000 미크론이고 폭이 50 내지 3000 미크론임) 또는 "V" 채널 패턴 (대개 깊이가 약 50 내지 3000 미크론이고 높이가 50 내지 3000 미크론임)이다. 현재 바람직한 구조는 마스터 채널이 길이 200 미크론이고 기부에서 각각 깊이가 40 미크론인 3개의 동등하게 이격된 채널을 가지며 매 225미크론마다 반복하는 포개진 (nested) 구조를 갖는다. 복합 채널이 또한 가능하고 종종 내부에 보다 작은 직사각형 또는 "V" 채널을 포함하는 직사각형 채널이 바람직하다.
본 발명의 유체 수송 필름의 한 바람직한 실시태양을 도 2i에서 다른 유체 조절 필름 (138)으로서 도시하였다. 필름 (138)은 피크 (140) 사이에 한정된 넓은 채널 (139)를 갖는다. 다수의 보다 작은 피크 (141)은 피크 (140)의 측벽들 (142) 사이에 위치한다. 따라서 보다 작은 피크 (141)은 그들 사이에 제2의 채널 (143)을 한정한다. 보다 작은 피크 (141)은 피크 (140)만큼 높지않고, 도시된 바와 같이 내부에 분포된 보다 작은 채널 (143)을 포함하는 제1의 넓은 채널 (139)를 생성시킨다.
바람직하게는, 피크 (140) 사이의 중심간 거리는 약 9 mil이고, 피크 (141) 사이의 중심간 거리는 약 1.9 mil이다 (인접한 피크 (140 및 141) 사이의 중심간 거리는 약 2.6 mil이다). 피크의 벽은 약 11E 테이퍼에서 가늘어진다. 각 피크는 측면 폭이 약 1 mil로 그의 상단부에서 편평하다. 기부에서 피크 (140)의 폭은 약 2.5 mil이고, 기부에서 보다 작은 피크 (141)의 폭은 약 1.3 mil이다. 피크 (140)의 높이는 약 7.8 mil인 반면, 피크 (141)의 높이는 약 1.6 mil이다. 본체층 또는 배킹층 (144)는 피크 (140 및 141)을 지지하고 압출 공정을 통해 동일한 물질로 동시에 제조된다. 도 2i의 필름 (138)은 1% 트리톤TMX-35 비이온계 계면활성제를 갖는 테나이트(Tenite) 폴리에틸렌 18BOA (Eastman Chemical Corporation(Kingsport, TN)로부터 입수가능함)로부터 형성된다. 제2 본체층 (145)는 배킹층 (144)의 하부 측면에 결합된다 (예를 들어, 동시압출에 의해). 제2 본체층 (145)는 바람직하게는 단지 PE 이스트만(Eastman) 테나이트 폴리에틸렌 18BOA (계면활성제를 사용하지 않으면서)로부터 형성된다. 바람직하게는, 유체 조절 필름 (138)의 공칭 전체 높이는 11 mil이며, 배킹층 (144)의 깊이는 약 1 mil이고 제2층 (145)의 깊이는 약 2 mil이다. 다른 실시태양에서, 도 2i의 유체 조절 필름 (138)의 총 칼리퍼 (높이)는 15 mil이며, 부가적인 높이는 피크 (140)을 보다 높게 형성함으로써 제공된다. 또한, 유체 조절 필름은 그의 하부 측면 상에 타이 (tie)층을 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 적합한 유체 조절 필름 성분은 압출, 사출 성형, 엠보싱, 열 스탬핑 등과 같은 공정을 통해 제조될 수 있다. 엠보싱에서, 기판 (예, 열가소성 물질)은 변형되거나 성형된다. 상기 공정은 보통 승온에서 및 아마도 가압 하에 수행된다. 기판 또는 물질은 바람직하게는 마스터 툴의 표면 구조를 복제하거나 거의 유사하게 복제하도록 제조된다. 상기 공정은 비교적 작은 구조체를 생산하고 때때로 여러번 반복되므로 마이크로복제로서 칭해진다. 마이크로복제를 위한 적합한 방법은 미국 특허 제5,514,120호에 기재되어 있다.
한 실시태양에서, 본 발명은 예를 들어 모세관 작용에 의해 한 영역으로부터 액체를 이동시켜 다른 영역을 전달시키기 위해 유체 조절 필름 (예, 마이크로복제된 위크 (wicks))를 포함하는 유체 조절 시스템에 관한 것이다. 유체 조절 필름의 존재는 유출, 누출액 및 응축액으로부터 다량의 액체를 신속하게 취급할 (예, 흡수할) 수 있어서, 바람직하지 않은 액체에 의해 유발된 지지 빔 (beams)의 부식을 방지하는 서브플로어를 허용한다. 구체적으로, 본 발명의 액체 조절 필름 성분은 부식을 방지하도록 음식 준비 또는 항공기 조리 영역 내의 액체 (예를 들어 유출액)를 그 영역으로부터 멀리 이동시키는 (또는 예를 들어 부식을 방지하도록 비행기 세면장 영역에서 세면장 유체를 수집기로 이동시키는) 역할을 한다.
본 발명의 예시적인 유체 수송 시스템이 본원에서 기술되며 본 발명의 특정 특징을 설명한다. 하나의 바람직한 능동 유체 전달 실시태양에서, 시스템은 유체 조절 필름; 접착제; 그에 부착하기 위한 기판, 캡층; 진공 또는 포텐셜 공급원; 및 액체 수집 수단을 포함한다. 하나의 바람직한 수동 유체 전달 실시태양에서, 시스템은 유체 조절 필름; 접착제; 및 그에 부착하기 위한 기판을 포함한다. 이들 시스템의 성분들과 그의 변형은 본원에서 상세히 논의되며 포함된 예들에서 추가로 설명된다. 성분들의 특정한 조합이 바람직한 실시태양으로서 개시될 수 있지만, 청구된 발명의 목적을 달성하기 위해 다양한 실시태양의 개시된 특징들이 결합될 수 있는 것이 고려된다.
선택적인 흡수재가 예를 들어 유출 또는 누출 위치로부터 이동해나오거나 제거되는 액체를 수집하는 저장기로서 역할을 하기 위해 본 발명의 용품에서 사용될 수 있다. 본 발명의 용품은 매우 다양한 제품 디자인이 가능하다는 이점을 갖는다. 바람직한 디자인은 흡수재의 증가된 표면 영역을 포함할 수 있어서, 보다 많은 액체 부피의 관리가 가능하다.
적합한 흡수 물질은 직조, 부직, 편직 및 스티치 본디드 물질 또는 흡수 발포체를 포함한 섬유상 직물형 물질을 포함한다. 별법으로, 흡수재는 흡수 중합체, 예를 들어 하이드로콜로이드 (hydrocolloid) 또는 친수성 중합체, 예를 들어 수퍼소버 (supersorber)를 포함할 수 있다. 하이드로콜로이드 (예, 전분, 개질 셀룰로즈, 젤라틴 또는 다른 단백질, 다당체 등) 또는 수퍼소버 (예, 개질 전분, 아크릴레이트, 전분/아크릴레이트 공중합체, 아실아미드 및 다른 비닐 중합체 등)는 통상의 하이드로콜로이드 드레싱의 소수성 매트릭스와 같은 매트릭스에 고정될 수 있거나, 또는 별법으로 친수성 겔 메트릭스 (예, UV 또는 E-빔 경화된 아크릴레이트)의 일부일 수 있다. 흡수재는 또한 섬유상 직물과 흡수 중합체를 모두 포함할 수 있다. 흡수 패드는 선택적으로 항생제를 함유할 수 있다.
예시의 목적으로 다시 도 2a를 참조하면, 층 (22)는 구조화 표면 (24)과 아래에 놓인 본체층 (26)을 포함한다. 층 (22)는 구조화 표면 (24)의 반대쪽 측면 상에 하나 이상의 부가적인 물질층 (층 (26a 또는 26b)과 같은)을 포함할 수 있거나, 또는 그러한 부가적인 층 또는 다른 물질들은 본체층 (26) 내에 묻힐 수 있다. 본체층 (26) (및 내부의 가능한 부가적인 층 또는 물질들)은 구조화 표면 (24)을 위한 배킹을 구성한다. 본 발명의 유체 조절 용품에 사용하기에 적합한 배킹은 부직 및 직조 섬유웹, 편직물, 필름, 발포체 및 다른 익숙한 배킹 물질을 포함한 당업계에 공지된 통상의 배킹을 포함한다. 바람직한 배킹은 얇은 (예, 약 1.25 mm 미만, 바람직하게는 약 0.05 mm 미만) 엘라스토머성 배킹을 포함한다. 이들 종류의 배킹은 본 발명의 유체 수송층의 기판 불규칙 표면에 대한 적합성 및 기판 불규칙 표면 상에 대한 고도의 접착을 보장한다. 바람직한 배킹 물질은 폴리우레탄 (예, ESTANE), 폴리에테르 폴리에스테르 (예, HYTEL), 폴리에테르 아미드 (예, PEBAX) 뿐만 아니라 폴리올레핀 (예, ENGAGE, 저밀도 폴리에틸렌)을 포함한다. 다른 유용한 배킹은 또한 난연 물질을 포함할 것이다. 하나 이상의 층이 난연성 (Kollaja 등의 PCT 국제 공개 제WO 99/28128호에 개시된 바와 같이)이고 표면 친수성을 유지하는 다수의 층의 동시함출에 의해 마이크로복제된 필름을 제공하도록 다층 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 유체 수송 용품에서 사용하기에 적합한 접착제는 다양한 또는 극성 및 비극성의 기판에 적합한 접착을 제공하는 임의의 접착제를 포함한다. 바람직한 접착제는 감압성이고 몇몇 실시태양에서 바람직하게는 수성 물질의 흡수에 저항하며, 부식에 기여하지 않는다. 적합한 감압 접착제는 아크릴레이트계, 폴리우레탄, 크라톤(KRATON) 및 다른 블록 공중합체, 실리콘, 고무계 접착제 (천연 고무, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 부틸 고무 등을 포함) 및 이들 접착제의 조합을 포함한다. 접착제 성분은 점증제, 가소화제, 유동 조절제 뿐만 아니라 항생제와 같은 활성 성분을 함유할 수 있다. 사용하기 전에 접착제 표면을 보호하기 위해 제거가능한 라이너를 사용할 수 있는 것이 예상된다.
본 발명의 접착제 복합재에 사용될 수 있는 바람직한 감압 접착제는 다양한 기판, 예를 들어 미국 특허 RE 24,906에 기재된 아크릴레이트 공중합체, 특히 97:3 이소옥틸 아크릴레이트:아크릴아미드 공중합체에 적용되는 보통의 접착제이다. 65:35 2-에틸헥실 아크릴레이트:이소보르닐 아크릴레이트 공중합체가 또한 바람직하고, 상기 목적에 유용한 접착제는 미국 특허 제5,804,610호와 제5,932,298호에기재되어 있다. 다른 유용한 접착제는 난연 접착제일 수 있다. 미국 특허 제4,310,509호와 제4,323,557호에 기재된 바와 같이, 접착제에 항생제를 포함시키는 것이 또한 고려된다.
구조화 표면이 또한 접착층 내로 포함될 수 있다. 이러한 경우, 접착제는 유체 위킹 패턴의 거울상을 갖는 마이크로복제된 라이너에 의해 지지되어야 하거나, 또는 보관하는 동안 패턴의 유동 및 손실을 방지하기 위해 충분한 항복 응력 (yield stress) 및(또는) 크립 (creep) 내성을 가져야 한다. 항복 응력의 증가는 접착제를 경미하게 가교결합시킴으로써 (예, 공유 및(또는) 이온 가교결합을 사용하여 또는 충분한 수소 결합을 제공함으로써) 가장 간편하게 달성된다. 접착제층은 용이하고 기포가 생기지 않은 적용이 가능하도록 동일한 방법을 통해 불연속일 수 있음이 또한 이해된다. 본 발명의 접착 복합재에서 사용하기에 적합한 라이너는 크라프트지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 이들 물질의 임의의 복합재로 제조될 수 있다.
라이너는 플루오로화합물 또는 실리콘과 같은 이형제로 코팅되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 미국 특허 제4,472,480호에서는 저 표면 에너지의 퍼플루오로화합물 라이너를 설명하였다. 바람직한 라이너는 실리콘 이형 물질로 코팅된 종이, 폴리올레핀 필름 또는 폴리에스테르 필름이다. 시판 실리콘 코팅된 이형지의 예는 폴리실크(POLYSLIK)TM실리콘 이형지 (James River Co., H.P. Smith Division (Bedford Park, IL)로부터 입수가능함) 및 실리콘 이형지 (Daubert Chemical Co.(Dixon, IL)로부터 공급됨)이다. 가장 바람직한 라이너는 1-60BKG-157 종이 라이너 (Daubert로부터 입수가능함, 수계 실리콘 이형 표면을 갖는 초캘린더링된 Kraft 종이)이다.
본 발명의 다양한 변경과 변형은 본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않으면서 당업계의 숙련인에게 명백해질 것이다. 본원에 인용된 모든 특허, 특허 출원 및 문헌은 참고로 포함된다. 본 발명의 유체 전달 장치는 수많은 공업적 및 상업적 용도에 적용가능하다. 캡층을 갖지 않는 구조화 표면 (주변 조건에 노출된)은 증발 및 응축 수집 용도 뿐만 아니라 대량 유체 획득 및 제거 용도에 특히 적합하다. 캡층을 갖는 유체 수송 장치는 쏟아진 액체의 획득 및 조절에 의해 아래에 놓인 구조에 대한 부식을 방지하기 위한 플로어 용도에 사용하기 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 대한 추가의 특정한 용도 및 구조체를 하기 실시예에서 예시한다.
<실시예>
그룹 I - 능동 수송 실시예
<실시예 1>
기판에 접착된 편평한 비구조화 필름으로부터 유체를 수집하고, 수송하며 제거하는데 사용하기 위한 유체 제거 시스템을 형성하였다. 필름을 가로질러 액체 이동을 향상시키기 위해 포텐셜을 인가하였고, 편평한 필름 물질 상에 커버층을 적용하였다. 도 7a 및 도 7b에서 볼 수 있는 바와 같이, 편평한 비구조화 필름은 양면 감압 접착제로 기판 (152)에 접착되고 리놀륨 캡층 (154) (캡층 (154)는 필름(150)에 접착되지 않고 단지 그 위에 놓여있다)으로 덮힌 편평한 폴리에틸렌 필름 (150)으로부터 형성되었다. 천공 (158), 도관 (160) 및 수집 저장기 (162)를 포함한 진공 시스템 (156)과 진공 펌프 (164)를 통해 진공 (6 인치 수은)을 인가함으로써 포텐셜을 제공하였다. 진공은 그 위로 넘치는 유체를 수집하는 것을 돕도록 필름 (150) 하의 영역의 연속 건조를 허용하였다. 시험된 면적은 약 18 인치 ×36 인치였고, 10개의 배수구 또는 천공 (158)은 2열로 정렬되어 각 열에서 약 2 인치 이격되었다. 각 천공 (158)은 직경이 0.25 인치인 한편 도관 (160)의 ID는 0.375 인치였다. 천공간의 거리와 천공의 크기는 인가된 진공 포텐셜의 강도에 따라 최대화시킬 수 있다.
필름 (150)을 수평으로 정렬시킨 다음 그 위로 적색 식용색소를 함유한 물 200 ml를 넘치게 함으로써 도 7a 및 도 7b의 시스템을 시험하였다. 상기 시스템 (기판 (152), 필름 (150) 및 캡층 (154))은 비행기 상의 플로어 어셈블리를 모방하도록 의도되었고, 비행기의 착륙 또는 이륙 동안 그 배향을 모방하도록 단기간 동안 한쪽 측면 (예를 들어 측면 (154a))으로 기울여졌다. 리놀륨 캡층 (154) 상에는 홀이 없었으므로, 그 위에 놓인 물은 그 가장자리에서 리놀륨 밑으로 흘렀다. 10분 내에, 150 ml의 물이 액체 저장기 (162)에 수집되었다 (75% 유체 제거율 및 수집율).
<실시예 2>
기판에 접착된 유체 수송 테이프로부터 유체를 수집하고, 수송하며 제거하는데 사용하기 위한 유체 제거 시스템을 형성하였다. 본 시스템은 항공 용도, 특히대형여객기 주방에 장착하기 위해 및 화장실 용도 (예, 서브플로어 (subfloor))로 사용하기 위해 평가하였다. 실시예 2의 시험 장치는 편평한 폴리에틸렌 필름 (150)을 유체 조절 필름으로 대체하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다. 유체 수송 테이프는 구조화 표면을 가졌고, 도 2i에 도시된 필름 (138)의 재료와 형상으로 형성되었다. 액체 이동을 향상시키기 위해 유체 수송 테이프를 가로질러 포텐셜을 인가하였고, 마이크로구조화 표면 상에 적합한 커버를 놓았다. 유체 수송 테이프는 감압 접착제에 의해 수평의 승객 플로어 기판에 접착하였다. 접착제는 약 2 mil 두께의 층으로 도포된 65:35 2-에틸헥실아크릴레이트 (EHA):이소보르닐아크릴레이트 (IBOA)로 이루어졌다. 적합한 커버는 다시 리놀륨의 캡층 (유체 수송 테이프에 접착되지 않음)이었다. 플로어 배수구 또는 천공을 설치하고 진공 (6 인치 수은)을 인가하였다. 진공은 리놀륨 또는 카펫 하의 영역의 연속 건조를 허용하고, 넘치는 유체를 수집하는 것을 돕는다. 구성되고 시험된 상기 시스템을 도 8a 및 8b에 도시하였다.
유체 수송 테이프 (170)을 감압 접착제에 의해 플로어 기판 (172)에 접착시키고, 커버 (174)로 덮었다. 액체 제거 시스템 (176)은 도관 (180) {이는 다시 액체 저장기 (182)와 진공 펌프 (184)에 연결되었다)에 유체 소통된 유체 수송 테이프 (170)와 기판 (172) 내에 천공 (178)을 가졌다. 테이프 (170)의 구조화 표면은 많은 홈 또는 채널 (175) (도 8b)를 가졌고, 여기서 채널 (175) 중 적어도 일부는 천공 (178)과 유체 소통되었다.
실시예 2의 시스템을 수평으로 정렬시킨 다음 적색 물 200 ml를 시스템 상으로 넘치게함으로써 유체 제거에 대해 시험하였다. 다시 상기 시스템을 잠깐동안, 예를 들어 측면 (174a)를 향해 기울였고, 10분 내에 170 ml의 물이 액체 저장기 (182)에 수집되었다 (85% 제거율 및 수집율).
<실시예 3>
흡수 스트립을 마이크로구조화 필름의 상부에 채널과 수직으로 적용함으로써 도 8a 및 8b에 예시된 유체 제거 시스템을 변형시켰다. 상기 시스템은 도 8a에서와 같이 예시되고 도 9에서와 같이 변형되었다. 흡수 스트립 (185)는 마이크로구조화 필름 (170)의 구조화 표면 상부에 놓이고 (캡층 (174) 아래), 그 위의 채널 (175)에 수직이었다. 흡수 스트립 (185)은 천공 (178)에 연결되었고 액체가 인접한 채널 (175)로부터 천공으로 유동하도록 허용한다. 각 스트립은 약 0.5 인치×16 인치이고, 천공을 연결시키기 위해 본 실시예에서 사용된 재료는 상표 와이폴(WYPALLTM)(Kimberly-Clark Corporation (Irving, TX) 제품)로 입수가능한 종이 천이었다. 그러나, 각 스트립은 다른 종이 제품, 천, 다공성 필터, 스폰지, 스펀 바운드, 부직물 또는 다른 유사한 재료 (즉, 액체의 모세관 위킹을 일으키기 위해 충분히 작은 공극 크기를 갖는 임의의 재료)로부터 형성될 수 있다.
도 9의 시스템을 수평으로 정렬시키고, 적색 물 170 ml를 시스템 상으로 넘치게하고 잠깐동안 기울임으로써 유체 제거에 대해 시험하였다. 10분 내에, 155 ml의 물이 액체 저장기 (182)에 수집되었다 (91% 제거율 및 수집율).
<실시예 4>
제작후 엠보싱된 교차 채널이 유체 수송 테이프의 구조화 표면에 형성된 것을 제외하고는, 도 8a에 도시된 바와 같은 유체 제거 시스템 설비를 다시 시험하였다. 교차 채널은 두께 0.1875 인치의 가열 금속판의 가장자리를 사용하여 형성하였지만 (폭 약 0.125 인치의 교차 채널이 형성됨), 구조화 표면 (170)에 교차 채널 (187) (도 10)을 가열하거나 엠보싱하기 위해서 가열 와이어, 고온 나이프 또는 다른 몇몇 수단이 충분할 것이다. 교차 채널 (187)은 유체 수송 테이프 (170)을 기판 (172)에 접착시킨 후 형성시켰고, 교차 채널 (187)은 도 10에서 보이는 바와 같이 액체 수송 필름 채널 (175)에 수직으로 뻗어있다. 교차 채널 (187)의 목적은 각 천공 (178)에 인접한 채널 (175)로부터 천공 (178)로 액체를 옮기기 위한 것이다.
실시예 4의 유체 제거 시스템 (도 10)을 수평으로 정렬시키고, 적색 물 200 ml를 시스템 상으로 넘치게하고 잠깐동안 기울임으로써 유체 제거에 대해 시험하였다. 10분 내에, 190 ml의 물이 액체 저장기 (182)에 수집되었다 (95% 제거율 및 수집율).
실시예 1-4의 제거율 및 수집율을 비교하여 증명되는 바와 같이, 채널과 연결된 천공을 제거한 다음 교차 채널을 한정하면 수평면 상에 배치된 물의 제거율 및 수집율을 유의하게 증가시킨다. 마이크로복제된 채널은 물을 포획하여 교차 채널로 전달하는 수단을 제공하며, 교차 채널은 다시 물을 천공으로 전달시킨다. 제작후 엠보싱된 교차 채널을 제공하면, 시험된 실시예에서 다른 모든 조건을 일정하게 할때 유출액을 획득하고 제거하는데 매우 효과적인 것으로 증명되었다.
<실시예 5>
유체를 수집하고, 수송하며 제거하는데 사용하기 위한 유체 제거 시스템 (다른 플로어 시스템 실물모형)은 유체 수송 테이프 (190) (도 11)을 기판 (도시하지 않음)에 접착시킴으로써 한정되었다. 테이프 (190)은 그를 통한 천공을 제외하고는 실시예 2의 테이프 (170)와 동일하였고, 유사하게 기판에 접착되었다. 다시 적합한 커버 (194) (즉, 리놀륨)를 유체 수송 테이프 (190) 위에 놓았다. 본 실시예에서, 유체 수송 테이프 (190)을 통해 천공이 제공되지 않았다. 대신, 유체 수송 테이프 (190) (그 위의 채널 (175)와 유체 소통됨)의 한 가장자리를 따라 배수 분기관 (195)를 장치하고, 진공을 인가하였다 (화살표 (197) 방향으로). 진공은 리놀륨 (커버 194) 하 영역의 연속적인 건조를 허용하고 넘치는 유체를 수집하는 것을 돕는다.
실시예 5의 구조에 대해 유출 시험을 수행하였지만, 정량적인 데이타가 수집되지 않았다. 그러나, 넘친 액체가 커버 아래에서 액체 이동 및 수집을 위한 배수 분기관을 향해 흡인되는 것이 관찰되었다.
그룹 II- 수동 수송 실시예
기판에 접착된 유체 수송 필름을 액체를 수집하고, 수송하며 제거하는데 사용하기 위해 평가하였다. 평가된 시스템은 랩톱(laptop) 컴퓨터에서 사용하기 위해, 구체적으로 컴퓨터의 하드 제품을 액체 유출과 오염으로부터 보호하기 위해 컴퓨터의 키보드 아래에 설치되도록 설계된다. 시스템의 측면도를 도 12a에 예시하였다. 금속 키보드 지지판 (202)은 상부 측면, 및 그의 하부 측면으로부터 뻗어있는 많은 다리부 (204)를 갖는다. 다리부 (204)는 다시 기판 또는 컴퓨터 하우징 (205) 상에 지지된다. 얇은 폴리에스테르 시트 (206)가 금속판 (202)의 상부 측면 위에서, 금속판 (202)과 키보드 (208)의 하부 측면 사이에 뻗어있다.
상기 어셈블리에 수행한 유출 시험을 흡수 종이 타월을 사용하여 평가하였다. 타월 어셈블리 (210)과 같은 중앙 종이 타월 어셈블리를 기판 (205)과 금속판 (202) 사이에 배치하였다. 측면 종이 타월 어셈블리들 (212 및 214)는 금속판 (202)의 단부에서 기판 (205) 상에 정렬시켰다. 도 12b는 키보드 (208)의 상부 측면 (216)에서 볼때의 상기 배치의 평면도이다. 따라서 상부 표면 (216)은 액체 유출을 위한 드롭 (drop) 대역을 한정한다 (키보드 (208) 아래에서, 마찬가지로 중합체 시트 (206)은 키보드 (208)로부터 액체의 수용을 위해 정렬된, 드롭 또는 랜딩 대역을 갖고, 중합체 시트 (206)의 한 단부 또는 양쪽 단부에 인접하게 액체 제거 대역이 한정된다).
<실시예 6>
실시예 6에서, 중합체 시트 (206)은 키보드 (208)의 하부와 금속판 (202)의 상부 사이에 배치된 편평한 비구조화 폴리에스테르 시트이다. 폴리에스테르 시트는 키보드 (208)을 금속 지지판 (202)에 유지시키기 위한 부착 나사를 수용하기 위해 내부에 예비펀칭된 몇개의 홀을 가졌다.
<실시예 7>
실시예 7에서, 중합체 시트 (206)은 그의 상부 표면에 구조화 표면을 갖는 유체 수송 필름이다. 유체 수송 필름은 실시예 2 (및 도 2i)의 유체 수송 테이프였고, 그의 채널은 키보드 (208) 아래로 세로로 뻗어있다. 유체 수송 필름은 또한 키보드 (208)을 금속 지지판 (202)에 연결시키기 위해 사용된 잠금 나사를 수용하기 위해 그를 통해 예비펀칭된 홀을 가졌다.
<실시예 8>
실시예 8에서, 중합체 시트 (206)으로서 유체 수송 필름이 내부에 예비펀칭되거나 절단된 홀을 갖지 않은 것을 제외하고는 실시예 7에서와 동일한 유체 수송 필름을 사용하였다. 키보드 (208)를 금속판 (202)에 유지시키기 위해 사용된 나사를 중합체 시트 (206)을 통해 오른쪽으로 죄였으며, 이는 이들 나사 주위에 우수한 밀봉을 제공하였다.
유출 시험
실시예 6, 7 및 8의 유체 제거 시스템을 평가하기 위해, 유출 시험을 수행하였다. 적색 식용색소를 함유한 물 1 온스 (약 30 ml)를 키보드의 "G" 키 상에 놓고 2분 동안 방치시켜 두었다. 휴대용 컴퓨터 키보드 (208)의 가운데 열의 키들을 누르고, 키보드 (208)을 기울이고 가볍게 흔들었다. 관찰하여 키보드 (208)의 모서리와 아래에서 흡수된 유체의 양을 기록하였다. 물이 지나가는 것을 측정하기 위한 수단으로서 종이 타월 (210, 212 및 214)를 사용하였다. 실제 상업적 응용에서, 이들 타월은 존재하지 않을 것이다. 그러나, 액체에 대한 수집 장치로서 역할을 하도록 몇몇 종류의 저장기, 흡수체 또는 다른 물체와 같은 몇몇 종류의 수집 장치가 컴퓨터 키보드 용도에 사용될 수도 있다. 또한, 수집된 임의의 물은 컴퓨터의 모서리로 옮겨질 수 있고 흡수되거나 컴퓨터 하우징의 외부로 흐르게 될 수있다.
실시예 6에 대한 유출 시험에서, 대부분의 물은 키보드 (208)과 금속판 (202) 아래에 수집되었다. 키보드 (208)를 기울였을 때 키보드의 전면과 후면에서 물이 쏟아졌다. 물은 폴리에스테르 필름 (206)의 상부와 하부 모두에서 발견되었고 금속판 (202)의 상부 표면에서 발견되었다.
실시예 7에 대한 유출 시험에서, 물은 키보드 (208)과 금속판 (202)의 측면과 아래에서 수집되었다. 물은 나사를 위한 틈 (clearance)으로서 필름 (206) 내에 제공된 홀로 전달되었기 때문에 금속판 (202) 아래에 가라앉을 수 있다. 키보드 (208)를 기울였을 때 키보드의 전면과 후면에서 물이 쏟아지지 않았다. 물은 폴리에스테르 필름 (206)의 상부와 하부 측면들 모두에서 발견되었고 금속판 (202)의 상부 표면에서 발견되었다.
실시예 8에 대한 유출 시험에서, 대부분의 물은 키보드 (208)의 뒷면에 수집되었다. 키보드를 기울였을 때 키보드의 전면과 후면에서 물이 쏟아지지 않았다. 물은 마이크로구조화 필름 (206)의 상부에서만 발견되었다. 금속판의 상부 측면에서는 물이 발견되지 않았다 (아마도 나사 주위의 예비펀칭된 홀의 부재로 인한 나사 주위의 효과적인 밀봉 때문에).
이들 유출 시험의 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 표 1에 나타낸 양은 나타낸 각종 공급원으로부터 수집된 물의 양 (중량)을 나타낸다.
수동 수송 실시예 유출 시험에서 수집된 물(중량, 그람)
금속판 및 필름상 측면 종이 타월(212) 상 하부 종이 타월(210) 상 측면 종이 타월(214) 상
실시예 6 4 0 14 4
실시예 7 5 9.3 8.7 2
실시예 8 4 2 11 4
실시예 6, 7 및 8의 유체 수집 장치에서, 캡층은 제공되지 않았다 (예를 들어 구조화 표면 상에 접착된 부직 다공성 필터와 같은 다공성 캡층 또는 필터가 휴대용 컴퓨터 용도에 유용할 수 있지만). 시험 관찰과 데이타에 의해 증명되는 바와 같이, 물 수집 및 제거를 위한 마이크로복제된 구조화 표면의 사용은 인접한 부속들이 습기에 노출되는 것을 유의하게 제한시킬 수 있다. 마이크로구조화 필름이 내부에 예비펀칭된 홀을 갖지 않는 실시예 8에 대한 유출 시험에서, 금속판의 상부 측면에서 물이 발견되지 않았고, 마이크로구조화 표면을 통해 물이 통과하지 않고, 모두 그 위에 포획되어 우회되었다는 것을 의미한다. 본 발명의 어셈블리의 상업적 응용에서, 마이크로구조화 필름은 감압 접착제에 의해 그의 지지 기판에 고정되는 것이 바람직하다.
그룹 III - 마이크로구조화 재료를 이용하는 증발 향상 시험
본 발명의 유체 수송 테이프를 평가하기 위한 다른 시험에서, 테이프의 구조화 표면 상에서 증발로 인한 물의 중량 손실을 측정하기 위해 환경 시험 베드를 형성시켰다. 상기 시험 시스템의 주요 부품을 도 13에 예시하였고, 환경 조절 박스 (225), 경사진 액체 저장기 (230) 및 데이타 획득 시스템 (도시하지 않음)을 포함한다.
조절 박스 (225)는 폭 76 cm×길이 122 cm×깊이 41 cm의 치수를 갖도록 투명한 렉산(Lexan) 플라스틱으로 제조된 5면 구조 박스 (하부가 열린 박스)였다. 상기 박스는 단부 패널들 (232 및 234), 측면 패널들 (236 및 238) 및 상부 패널 (240)을 가졌다. 패널들은 인접한 가장자리를 따라 함께 밀봉되었다. 건조 공기 도입 홀 (242)를 측면 패널 (236) 내에 박스의 하부으로부터 20 cm 위에 단부 패널 (232)로부터 5 cm에 형성시켰다. 공기 배출 홀 (244)를 측면 패널 (238) 내에 단부 패널 (234)에 대해 유사한 위치로 형성시켰다. 건조 공기는 실험실 공기 공급기를 건조제 칼럼에 연결시킨 다음 도관에 의해 상기 칼럼을 박스 (225)에 도입 홀 (242)를 통해 연결시킴으로써 박스 (225)로 2 제곱피트/분의 속도로 제공하였다. 배출 홀 (244)는 박스 (225)로부터 바깥쪽으로의 기류를 허용하도록 주변 압력으로 놓아두었다.
유체 저장기 (230)은 서로로부터 멀리 위로 경사진 2개의 시험 베드 플로어 (246 및 248)를 한정하도록 형성하였다. 시험 베드 플로어 및 유체 저장기의 다른 부분들은 길플로어(GILLFLOOR)4017T 경량 항공기 플로어 패널 (M.C. Gill Corporation (El Monte, CA)로부터 입수가능함)로 형성하였다. 플로어 (246 및 248)은 평탄하고 편평하며, 단부 패널들 (250 및 252)와 측면 패널들 (254 및 256)에 의해 지지되었다. 중심 측면 패널 (258)이 "V"-홈을 가로질러 유체 저장기를 2개의 사이드-바이-사이드 거울상 저장기 (230a 및 230b)로 나누었다. 유체 저장기 (230)은 길이 76 cm 및 폭 44 cm이고, 수평면에 대해 11°의 경사로 각 플로어 (246 및 248)와, 중심 패널 (260)에 8 cm 인접한 깊이 및 단부 패널 (250 및 252)에 0 cm 인접한 깊이로 정렬되었다. 실온의 물을 각 증발 실험의 개시시에 각 저장기 (230a 및 230b) 내로 부었다. 물의 부피는 2개의 사이드-바이-사이드 저장기 각각에 대해 50 cc로 100 cc인 것으로 측정되었다. 유체 저장기 (230)는 항공기 날개 웰 (well) 내의 부품들을 모방하도록 구성되었고, 상기 부품들은 협동적이고 경사진 기하 구조 (이는 부분적으로 V-형 기름통 (sump)를 한정한다) 때문에 의도하지 않은 물의 수집에 의해 부식되기 쉽다.
데이타 획득 시스템은 RS-232 시리얼 (serial) 인터페이스를 갖는 오하우스(Ohaus) GT 4800 질량 저울에 기초하였다. 질량 저울은 시리얼 포트를 통해 개인용 컴퓨터에 접속되었다. 질량 저울에 주기적으로 질문하고 컴퓨터 상의 판독치를 기록하기 위해 주문형 비쥬어 베이직 (Visual Basic) 어플리케이션을 이용하였다. 상기 저울은 유체 저장기를 그 위에 놓았을 때 중량을 공제한 다음, 물을 첨가하고, 물이 완전히 증발될 때까지 질량 측정치를 기록하였다. 작은 손바닥 크기의 습도 및 온도 모니터링 장치를 실험하는 동안 상기 조건들에 대한 값을 제공하도록 조절 박스 내에 넣었다.
<실시예 9>
실험 9에서, 조절 박스 (225) 내부에 포함될 때 유체 저장기 (230)에 대해 100 cc의 최초 액체 부피로 시작하여 물의 질량 손실 대 시간을 기록하였다. 다양한 표면적의 유체 수송 테이프를 테이프의 폭을 중심에 맞추고 플로어 (246 및 248)를 따라 한 단부로부터 각 플로어의 중간 아래로, 중심 패널 (262)로부터 각 플로어의 개별 단부 패널까지 연결시킴으로써 유체 저장기에 적용하였다. 유체 수송 테이프에 대해 선택된 폭은 0 (필름이 없음), 5 인치, 10 인치 및 15 인치이었다. 유체 수송 필름의 조성 및 토포그래피는 이들 각 실험 실행에 대해 동일하고 실시예 2 (도 2i)에 사용된 것과 동일하였다. 필름을 시험 베드 플로어에 접착시키기 위해 사용된 감압 접착제도 또한 실시예 2에 설명된 바와 동일하였다.
표 2에서는 시험된 상이한 필름 형상 각각에 대해 얻은 증발 속도 (그람/분)를 최초 및 최종 온도 및 습도와 함께 제시한다. 각 필름 형상에 대한 실제 질량 손실을 기록하여 도 14에 도시하였으며, 도 14는 실제 측정된 증발 속도 곡선 (시간에 따른 중량 손실 형태의 증발 속도)의 플롯이다.
필름 폭을 변화시키고 환경을 조절한 실험 데이타
필름 폭 최초 습도/온도 최종 습도/온도 증발 속도
필름 없음 41% 및 24℃ 11% 및 24℃ 0.10 g/분
5 인치 41% 및 24℃ 31% 및 23℃ 0.23 g/분
10 인치 62% 및 24℃ 62% 및 23℃ 0.36 g/분
15 인치 62% 및 24℃ 62% 및 22℃ 0.57 g/분
<실시예 10>
실험 10에서, 유체 저장기 (230)에 대하여 질량 손실 대 시간을 기록하였지만 조절 박스 (225)를 사용하지는 않았다. 즉, 유체 저장기 (230)을 실험실의 개방 공기 환경에서 시험하였다. 최초 액체 부피 100 cc를 상기 실시예 9에 기술한 바와 같이 유체 저장기 (230) 상으로 도입하였고, 증발 속도를 필름이 없는 경우 대 15 인치 폭 필름에서 측정하였다. 환경을 조절할 수 없었기 때문에 온도 및 습도 조건은 기록하지 않았지만, 거시적인 차이를 최소화시키기 위해 이들 2가지 필름 조건의 시험은 동일한 날에 평가하였다. 도 15는 시간에 따른 액체의 중량 손실에 관해 수집된 데이타를 나타낸다. 필름이 없는 조건에서 0.041 g/min의 증발 속도가 얻어진 반면, 구조화 표면을 갖는 15 인치 폭 필름을 사용하여 0.24 g/min의 증발 속도가 얻어졌다. 따라서 이들 실험은 본 발명의 유체 수송 테이프의 수동적 적용에 있어서 증발 속도의 현저한 개선을 확인한다. 채널을 갖는 구조화 표면 상에서 대기에 노출된 액체의 표면 영역이 유의하게 증가하기 때문에 증발이 유의하게 증가하는 것으로 믿어진다. 물론 마이크로구조화 필름 표면으로부터 증발된 액체는 물일 수 있지만 (상기 실시예들에서와 같이), 또한 용도에 따라 다른 액체 물질일 수 있다. 예를 들어, 액체는 잉크 또는 윤활제일 수 있거나, 방향제 또는 연료 또는 이들 종류의 액체 및 특성의 임의의 조합일 수 있다.
도 16a 및 16b는 많은 평행한 채널을 갖는 구조화 표면의 정면을 가로질러 유체 유동 효과, 구체적으로 액체가 본 발명의 구조화 표면 상에 배치될 때 달성되는 노출된 유체 표면 영역의 증가를 예시한 것이다. 그 위에 한정된 많은 채널 (252)를 갖는 구조화 표면 (250)은 그 위에 도입된 액체를 갖는다. 본 예시적인 도면에서, 구조화 표면은 도 2a와 유사한 토포그래피를 갖고, 교대로 피크 (254)와 골 (256)을 갖는다. 액체 (260)를 구조화 표면 (250) 상에 도입시킨다. 채널 (252)는 x-방향에서 액체의 공간 분포를 증가시키기 위해 내부에 액체를 수용하는 각 채널을 따라 액체를 자발적으로 위킹하도록 형성된다. 액체 (260)가 각 채널 (252)을 채울 때, 그의 공간 분포는 또한 각 채널 (252)의 리지 사이에서 y-방향으로 또한 증가하고, 액체 (260)의 메니스커스 높이는 도 16b에 도시된 바와 같이 각채널 (252) 내에서 z-방향에서 변한다. 각 리지에 인접하여, 액체의 노출된 표면 (262)가 보다 높다. 3 방향에서의 상기 결과는 액체 (260)의 노출된 증발 활성 표면 영역을 증가시키는 역할을 하고, 이는 다시 구조화 표면 (250)으로부터 액체 (260)의 증발 속도를 향상시키는 효과를 갖는다. 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로구조화 채널을 따라 자발적으로 액체를 위킹한 결과로서 표면 상의 액체의 "습윤"의 증폭에 의해, 및 각 채널 내의 액체의 메니스커스의 추가의 증폭에 의해 증발 속도가 유의하게 증가한다. 최종 결과는 주변 대기 조건에 대한 액체의 표면 영역의 우수한 노출이다. 증발 속도는 액체 (260) 및 구조화 표면 (250)의 상부를 가로질러 이동하는 공기 스트림을 도입시킴으로써 더욱 향상시킬 수 있다.
상기에서 구체적으로 시험하지는 않았지만, 본 발명의 마이크로구조화 필름 표면은 또한 응결 용도 (습기가 주변환경으로 방출되는 증발과는 반대로 주변환경으로부터 습기를 획득하는)에 유익한 효과를 갖는다. 두 현상은 열에너지 분력을 포함한다. 응결이 일어나기 위해, 마이크로구조화 필름 표면 상의 액체 랜딩 대역은 액체를 그 채널 상에서 응결시키도록 주변환경보다 충분히 낮은 온도이다. 일단 액체가 응결되면, 채널은 액체 유동을 조절하고 수집된 액체를 수집 또는 추가의 취급을 위한 적합한 액체 제거 대역으로 전환시키는 역할을 한다.
그룹 IV - 중합체성 마이크로구조 필름 어셈블리를 통한 열 및 물질 이동의 향상
주지한 바와 같이, 본 발명의 마이크로구조화 표면은 증발 동안 뿐만 아니라 응결 동안 물질 이동을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 이들 실시예는 능동 유체 유동의 경우 및 또한 표면 위로 능동 공기 유동의 존재시에 비구조화 물질 표면과는 반대로 마이크로구조화 표면 필름 어셈블리를 사용함으로써 증발 속도가 향상되는 방법을 설명한다. 유체 수송 필름은 지지 구조체 또는 임의의 자가지지된 어셈블리 상을 포함하여 임의의 수단에 의해 액체 유동에 제공될 수 있다. 그에 따른 이점은 증발 냉각 효과, 가습작용, 증발 뿐만 아니라 기체 스트림으로부터 응결 제거를 포함한다.
증발 냉각에 있어서, 증발을 통해 물을 효율적으로 냉각시키기 위해 많은 방법이 이용되어 왔다. 증발 냉각에 대한 주된 공업적 용도는 다량의 물을 냉각시키기 위해 공기-물 접촉이며, 이는 많은 공정에서 이용가능한 표면수의 여름철 보통 온도 미만의 온도의 냉매를 필요로 하기 때문이다. 비교적 소량의 물은 스프레이 폰드 (ponds)에 의해 냉각되지만, 100,000 갤런/분까지의 다량은 냉각탑에서 냉각된다. 냉각탑에서, 물은 충전 팩 (fill pack) 상으로 아래쪽으로 폭포처럼 떨어지며, 상기 충전 팩은 물 스트림의 직접 강하를 방해하고 또한 종종 물을 물방울로 깨뜨림으로써 주변환경에 노출된 물의 표면 영역을 증가시키기 위해 고안된 구조체이다. 물의 노출된 표면 영역 상에서의 공기의 유동을 위해 충전 팩 내에 열린 통로가 제공된다. 공기 유동은 물 유동에 교차하거나, 상류이거나 역류이거나 둘의 조합일 수 있다. 목재 슬레이트, 평판 및 플라스틱 벌집모양 구조체로 형성된 충전 팩이 물질 이동 속도를 개선시키고 또한 공기 스트림 내로의 액체 비말동반을 최소화시키기 위해 공기/액체 계면을 펼치기 위해 사용되어 왔다. 증발기에서, 진공 및 평판이 증발 속도를 증가시키기 위해 사용되어 왔다. 일부 증발 시스템에서, 액체는 액체와 기체를 분할시키는 계면 면적을 보다 많이 생성시키기 위해 분무된다. 선행 기술의 기체/액체 접촉 어셈블리 (증발 냉각기, 가습기, 열 교환기 등을 위한)의 예는 미국 특허 제3,792,841호, 제3,395,903호, 제3,500,615호, 제5,055,239호 및 제5,811,035호에 예시되어 있다.
본 발명에서, 계면 면적은 마이크로복제된 필름 표면의 습윤에 기초하여 증가되고, 기체 스트림 내의 액체상의 비말동반은 증가된 표면 부착 (즉, 구조체와 액체 사이의 증가된 접촉 면적) 때문에 최소화된다. 실험에서는 몇몇 경우, 물질 이동에서 비마이크로구조화 표면에 비해 100% 개선이 달성될 수 있고, 첨가된 고체/액체 계면은 액체의 공기 비말동반의 가능성을 저하시킬 추가의 액체 부착을 제공하는 것을 보여주었다. 다른 용도 (예, 가습)에서, 발포체 및 주름지와 같은 섬유상 구조체가 종종 액체 지지 표면으로서 사용된다. 이들 용도에서, 비휘발성 성분의 물때가 대개 표면 상에 축적되며, 이는 유기체의 성장을 일으키고 가습 성능을 저하시킨다. 본 발명의 마이크로구조화 필름을 사용함으로써, 그러한 물때를 쉽게 청소하거나 제거할 수 있다. 조류 및(또는) 박테리아의 성장에 관해서, 그 성장을 방지하기 위해 항생제를 필름 물질 내에 주입할 수 있다.
비말동반된 옅은 안개나 짙은 안개가 연합될 경우, 본 발명은 액체 방울이 평탄한 표면에 보다 더 효과적으로 표면에 부착하도록 허용하는 고표면적 매체에 액체를 충돌시키는 수단을 제공한다. 마이크로구조화 매질의 표면에 따른 위킹 작용은 응축물 수집 장치를 통한 액체의 유동을 차단시키지 않으면서 액체 유동을 용이하게 하여, 매체를 가로질러 압력 강하를 최소화시키고 물을 원하는 위치로 원하는 방식으로 효율적으로 채널링한다.
한 바람직한 실시태양에서, 본 발명은 제1 및 제2 표면을 갖는 필름을 포함하는 표면 상으로 이동하는 액체의 증발 속도를 향상시키기 위한 어셈블리 및 액체가 필름의 제1 표면을 가로질러 이동하게 하기 위한 수단이다. 제1 표면은 그 위에 채널을 갖는 중합체성 마이크로구조 함유 표면이고 그 위의 이동하는 액체를 지지하도록 개조된다. 채널은 그들 사이에 골을 갖는 전체적으로 이격된 융기부들로 한정되어서, 제1 표면 상의 액체의 노출된 증발 활성 표면 영역이 각 채널 내의 이동하는 액체의 메니스커스 높이 변동에 의해 증가된다. 액체를 이동시키기 위한 수단은 펌프, 압력 차이, 중력 등 또는 이들의 임의의 조합과 같은 임의의 적합한 포텐셜 발생 구조체 또는 시스템을 포함할 수 있다.
하기 실시예에서, 유체 수송 필름 상의 채널은 액체 유동 방향으로 배향하고 평행하였다. 그러나, 항상 그러할 필요는 없다. 유체 유동에 대해 정방향으로 (orthologically) 신장하거나 유체 유동 방향에 대해 비스듬한 채널 뿐만 아니라 증가된 계면 표면적을 제공하기 위해 마이크로복제된 표면으로부터 추가의 돌출부를 제공하는 가능성을 포함한, 상대적인 채널 및 액체 유동 배향에 대한 추가적인 선택이 가능하다.
본 그룹의 실험의 증발 또는 냉각 속도는 도 17a에 나타낸 바와 같이 45° 경사진 평면 기판 (280)을 포함한 실험실용 기구를 사용하여 측정하였다. 기판 (280)은 상부 단부 (284)와 하부 단부 (286)을 갖는 평면 상부 표면 (282)를 가졌다. 폴리텐 필름 (290)의 층은 기판 (280)의 상부 표면 (282) 상에 정렬된다. 이들 실험에서, 폴리텐층 (290)은 상부 표면 (282)에 접착되지 않고, 단지 상부 표면 (282) 상에 놓여졌다.
수 공급원 (292)는 물 (295)를 기판 (280)의 상부 단부 (284)에 인접한 필름 (290) 상으로 축적시키도록 지시하는 도관 (294)를 가졌다. 필름 (290) 아래로 흐른 물 (295)는 수집 댐 (dam) (도시하지 않음) 내의 하부 단부 (286)에 인접하게 수집되어 여기서부터 수집 저장기 (296) 내로 축적되었다. 각 경우 필름 (290)의 폭은 4 인치였고, 수온은 필름의 상부에서 측정한 다음 다시 필름의 하부에서 측정하였다. 필름 (290)의 마이크로구조화 표면 상으로의 공기 유동은 기판 (280)의 하부 단부 (286)에 인접하게 놓인 표준 카페트 팬 (fan) (298)을 사용하여 제공되었다. 도시된 바와 같이, 팬 (298)로부터의 공기 유동은 필름 (290) 상의 물 유동의 반대 방향으로 보내졌다. 팬 (298)에 의해 제공된 공기 속도는 팬 (298)으로의 입구 면적을 제한함으로써 조절하였고, 필름 (290)의 표면에 인접한 열선 풍력계를 사용하여 측정하였다.
상기 시스템을 사용하는 실험에서는 공기 속력 효과, 물 유동 속도 및 필름 표면 마이크로토포그래피를 평가하였다. 데이타는 필름의 상부와 필름의 하부 사이의 수온 차이로서 제시되었고, 여기서 수온은 물의 증발 속도 및 관련된 잠열의 함수로서 감소하였다. 공기는 보통 70℉ 및 50% 상대 습도의 표준 실험실 내부 공기였다.
다음 5가지 물질을 시험하였다:
<실시예 12>
평탄한 폴리텐 필름은 0.5 중량% 트리톤TMX-100 첨가제를 함유한다.
<실시예 13>
선형 채널을 갖는 마이크로구조화 채널 표면을 갖는 폴리텐 필름. 폴리텐 필름은 0.5 중량% 트리톤TMX-100 첨가제를 함유하였다. 필름의 마이크로구조화 표면을 제조하기 위해 사용된 몰드 패턴 툴링 (mold pattern tooling)은 45도 홈각 β, 20 mil 깊이를 갖는 채널을 한정하도록 형성된 패턴 표면을 가졌다 (예를 들어 도 17b 참조). 채널은 기판 (280)에 의해 한정된 경사 아래로 향하도록 정렬되었다.
<실시예 14>
폴리텐 필름은 선형 채널을 갖는 마이크로구조화 채널 표면을 포함한다. 폴리텐 필름은 0.5 중량% 트리톤TMX-100 첨가제를 함유하였다. 필름의 마이크로구조화 표면을 제조하기 위해 사용된 몰드 패턴 툴링은 80도 홈 각, 10 mil 깊이를 갖는 채널을 한정하도록 형성된 패턴 표면을 가졌다. 채널은 기판 (280)에 의해 한정된 경사 아래로 향하도록 정렬되었다.
<실시예 15 >
선형 채널을 갖는 마이크로구조화 채널 표면을 갖는 폴리텐 필름. 폴리텐 필름은 0.5 중량% 트리톤TMX-100 첨가제를 함유하였다. 필름의 마이크로구조화 표면을 제조하기 위해 사용된 몰드 패턴 툴링은 포개진 (nested) 직사각형 채널, 8mil 깊이를 갖는 채널을 한정하도록 형성된 패턴 표면을 가졌다. 단면에서, 상기 필름은 도 18의 필름과 유사하고, 보다 큰 직사각형 주 채널의 기부에서 4개의 작은 직사각형 채널을 갖는 형상을 가졌다 (미국 특허 제5,728,446호의 표 I 내의 패턴 5와 동일한 형상). 상기 필름의 마이크로구조화 중합체 표면에 대한 상대적인 치수와 각을 아래에 자세히 제시한다: 1차 홈 각폭 (331) = 10°, 1차 홈 간격 (332) = 229 미크론, 1차 홈 깊이 (333) = 203 미크론, 노치 협각 (334) (도 18a 참조) = 95°, 2차 홈 각폭 (335) = 10°, 2차 홈 간격 (336) = 50 미크론, 2차 홈 깊이 (337) = 41 미크론, 1차 피크 상부 폭 (338) = 29 미크론, 2차 피크 상부 폭 (339) = 29 미크론, 1차 홈 기부 폭 (340) = 163 미크론, 2차 홈 기부 폭 (341) = 13 미크론 및 1차 홈 벽 각폭 (342) = 10°. 채널은 기판 (280)에 의해 한정된 경사 아래로 향하도록 정렬되었다.
<실시예 16>
선형 채널을 갖는 마이크로구조화 채널 표면을 갖는 폴리텐 필름. 폴리텐 필름은 0.5 중량% 트리톤TMX-100 첨가제를 함유하였다. 필름의 마이크로구조화 표면을 제조하기 위해 사용된 몰드 패턴 툴링은 40도 홈 각, 45 mil 깊이를 갖는 채널을 한정하도록 형성된 패턴 표면을 가졌다. 채널은 기판 (280)에 의해 한정된 경사 아래로 향하도록 정렬되었다.
상기한 폴리텐 필름의 5가지 물질 샘플을 아래와 같은 3가지 운동학적 공기 유동/물 유동 조건 하에 시험하였다:
케이스 1 - 공기 유동 152 m/분 및 물 유동 100 g/분
케이스 2 - 공기 유동 152 m/분 및 물 유동 330 g/분
케이스 3 - 공기 유동 305 m/분 및 물 유동 330 g/분
케이스 1, 2 및 3의 조건 하에 5가지 실시예 12-15의 평가 결과를 하기 표 3에 상세히 나타냈다.
능동 증발 시험 결과 (수온의 변화 (ΔT, ℉ 단위)
케이스 1 케이스 2 케이스 3
실시예 12 0.7 0.65 1.0
실시예 13 1.8 1.2 1.7
실시예 14 1.8 1.4 1.4
실시예 15 1.9 1.5 1.3
실시예 16 1.6 0.6 1.3
실시예 12 (편평한 필름)를 실시예 13-16 (마이크로구조화 필름)과 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 증발을 향상시키기 위해 능동적 유체 및 공기 유동과 함께 마이크로복제된 구조화 표면을 사용하는 것은 증발 속도에 매우 유의하게 영향을 끼친다. 거의 모든 경우에, 증발 속도는 동일한 조건 하에 평탄한 필름 표면에 비해 유의하게 증가한다. 반대된 공기 유동 및 물 유동 속도의 관계 뿐만 아니라 특정 조건에 대한 마이크로복제된 표면 최적화의 토포그래피의 고려사항이 또한 설명된다.
도 17b는 마이크로구조화 필름 표면 (290) 상의 액체 (295)의 두께가 채널의 깊이보다 더 커서, 인접한 리지를 넘어 채널을 연결시키는 조건을 설명한다. 이 상황에서, 필름 (290)의 마이크로구조화 표면은 여전히 액체의 노출된 표면 영역에영향을 끼쳐, 액체 (295)가 리지를 넘어 통과할 때 내부에 파동을 형성시킨다. 이 경우, 액체의 두께는 필름 표면 토포그래피를 "육안상으로 관찰시에" 충분히 얇고, 따라서 마이크로구조화 표면은 주변환경에 노출되는 액체 (295)의 표면 영역에 영향을 끼친다 (증대시킨다). 액체 두께가 증가함에 따라, 파동은 보다 덜 나타나고, 그 결과 액체의 노출된 표면 영역에 대한 토포그래피의 효과가 감소된다. 도 17b는 필름 (290) 상으로의 하나의 액체 유동 속도를 예시한다. 유동 속도가 감소되면, 필름 (290) 상의 액체 (295)의 두께는 감소하여, 궁극적으로 도 16b에 도시된 바와 유사한 상태를 나타낼 것이다. 두 경우 모두에, 액체의 두께가 마이크로구조화 표면의 토포그래피가 액체의 노출된 표면 영역에 영향을 끼치도록 (습윤 특징 및 메니스커스 특징에 영향을 끼침으로써) 하는 정도인 한, 액체 증발 속도는 향상될 것이다.
본 발명에서는 유체 수송 마이크로구조화 테이프 어셈블리를 설명한다. 마이크로구조화 표면은 성질상 수성이거나 비수성인 유체를 위킹하는 수단을 제공한다. 상기 표면은 캐스트 아크릴릭 수지 (내구성을 위해) 또는 폴리올레핀 물질로 이루어질 수 있다. 접착제는 테이프를 원하는 유체 유동과 일치하는 방식으로구조체에 탑재시키기 위한 수단을 제공한다. 테이프는 예를 들어, 테이프를 난연성, 친수성, 살균성, 소수성으로, 또는 산성, 염기성 또는 유성 물질을 위킹할 수 있도록 만드는 다양한 첨가제를 사용하여 제조할 수 있다. 테이프는 공업적 설계에서 최적 유체 유동에 바람직한 방사상, 교차하는, 선형 또는 다른 임의의 주문형 또는 랜덤화 패턴으로 정렬되는 "V"-형 또는 "U"-형 또는 직사각형 마이크로구조체 (또는 이들의 조합)를 이용할 수 있다. 테이프는 능동적 또는 수동적 용도에서 사용될 수 있다. 능동 시스템은 테이프 표면을 가로질러 포텐셜이 인가되어 부피 유체 이동을 위한 동력이 되는 상황을 구성한다. 능동 시스템은 테이프 표면을 가로질러 포텐셜을 인가하는 분기관 또는 다른 장치를 갖는 용도 내로 설계될 수 있거나, 존재하는 포텐셜 공급원 (즉, 바람 또는 압력 차이)을 이용하기 위해 배치될 수 있다. 테이프는 배수구, 흡수재 또는 수집 팬 (pan)과 같은 수집 지점과 연합하여 모세작용을 통해 유체를 송달하고 제거할 수 있다. 테이프는 또한 동일한 모세현상 메카니즘을 통해 유체를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 테이프는 또한 증발 메카니즘을 통해 유체를 분산시킬 수 있다.
본 발명의 테이프는 최소의 습기 침입으로 복합 구조체 상으로의 유통을 허용하는 부착 수단을 제공한다. 상기 부착 수단은 접착제, 기계적, 정전기적, 자기적 또는 약력 (weak force) 부착 수단과 같은 임의의 부착 수단일 수 있다. 부착 수단이 접착제인 경우, 접착제는 구조적 또는 감압성일 수 있으며, 넓은 종류의 아크릴레이트, 비극성 아크릴레이트, 합성 고무, 폴리올레핀 또는 천연 고무를 포함한다. 기계적 부착 수단은 플라스티폼 (plastiform), 잠금 테이프, 또는 후크 및 루프 배킹을 포함할 수 있다. 본 발명의 테이프는 유체 관리가 유익한 매우 다양한 공업 용도, 예를 들어 항공기 (즉, 유체에 대한 증발 및 수집 기전에 의한 부식의 감소), 터빈 공기 압축기 (응축 녹아웃 (knockout) 효율의 개선으로부터), 공업 공정에서 오일 분리, 냉장고에서 응축물 제거, 전기제품 용도에서 응축물 수집 효율, 전자 용도 (즉, 컴퓨터 키보드)에서 유출 조절, 연속적인 유체 제거에 의한 제빙, 유해한 유체 (즉, 용매, 수력학적 유체, 산성 매질 또는 염기성 매질)의 제거 및(또는) 수집, 증가된 효율로 유체 (예, 잉크, 코팅, 연료, 방향제 등)의 전달, 표면으로부터 특수 액체 (예, 물, 잉크 또는 다른 유체 스프레이)의 제거 및 검출 장치와 조합하여 유해하거나 유해하지 않은 유체의 검출에서 사용될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 몇가지 다른 실시태양을 개시한다. 이들 각종 실시태양의 특징들은 관련 유체 유동 용도에 따라 임의의 원하는 조합, 형상 또는 어셈블리로 편집될 수 있음이 이해될 것이다. 마찬가지로, 본 발명의 다양한 변형 및 대체는 본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않으면서 당업계의 숙련인에게 명백해질 것이다.

Claims (70)

  1. 상부 측면과 하부 측면을 갖는 액체 조절층 {상기 상부 측면은 그 위에 존재하는 액체의 지향성 유동 조절을 용이하게 하는 다수의 채널이 그 위에 존재하는 마이크로구조 함유 표면을 갖는다};
    플로어 기판층;
    액체 조절층의 하부 측면을 플로어 기판층에 부착시키기 위한 수단;
    상부 측면과 하부 측면을 갖는 캡층 {캡층의 하부 측면은 액체 조절층의 상부 측면 위에 놓여 그들 사이에 상대적으로 둘러싸인 채널 구조를 한정한다}; 및
    액체 조절층의 상부 측면과 캡층의 하부 측면 사이에 한정된 채널 구조를 따라 액체를 이동시키기 위한 수단
    을 포함하는 라미네이트 플로어 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 채널에 제1 및 제2 채널 단부가 존재하고, 이동 수단이 제1 채널 단부에 인접한 채널로부터 액체를 회수하는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 이동 수단이 회수를 위해 액체를 제1 채널 단부를 향해 이동시키는 포텐셜을 생성시키는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 캡층이 플로어 커버링을 포함하는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 플로어 커버링이 카페트, 타일, 리놀륨, 목재, 콘크리트, 금속 또는 피로 예방 매트로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 채널들이 제1 높이를 갖는 제1 세트의 리지 (ridge) 및 보다 높은 제2 높이를 갖는 제2 세트의 리지를 포함하는 일반적으로 평행한 리지에 의해 한정되는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서, 제2 세트의 리지의 각 리지의 상부 부분의 융점이 하부 부분보다 더 낮은 라미네이트 플로어 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 액체 조절층이 중합체성 필름인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 액체 조절층의 마이크로구조 함유 표면 위에 특성 변경 코팅이 존재하는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  10. 제8항에 있어서, 중합체성 필름이 특성 변경 첨가제를 포함하는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 첨가제가 난연제, 소수성 물질, 친수성 물질, 항미생물제, 무기물, 금속 입자, 유리 섬유, 충전제, 점토 및 나노입자로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  12. 제1항에 있어서, 채널이 선, 곡선, 방사형, 평행, 비평행, 랜덤 또는 교차로 이루어진 군 중에서 선택된 패턴 기하 구조를 갖는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  13. 제1항에 있어서, 캡층이 다공성인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서, 캡층이 부직물인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서, 캡층의 하부 측면이 감압 접착제에 의해 액체 조절층의 상부 측면에 부착되는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  16. 제1항에 있어서, 부착 수단이 감압 접착제인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  17. 제1항에 있어서, 이동 수단이 채널 구조를 따라 압력 구배를 생성시키는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  18. 제1항에 있어서, 액체 조절층의 상부 측면이 채널들 사이에 액체 유동을 용이하게 하기 위해 내부에 형성된 하나 이상의 교차 채널을 갖는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서, 액체 조절층이 그를 통하여 교차 채널 및 이동 수단과 소통되는 액체 제거 천공을 갖는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  20. 제1항에 있어서, 액체 조절층의 상부 측면이 채널들 사이에 액체 유동을 용이하게 하기 위해 내부에 형성된 다수의 교차 채널을 갖고, 액체 조절층이 그를 통하여 교차 채널 및 이동 수단 중의 하나와 소통되는 다수의 액체 제거 천공을 갖는 것인 라미네이트 플로어 어셈블리.
  21. 그들 사이에서의 액체 유동을 위해 다수의 채널의 적어도 2개의 인접한 채널을 결합시키기 위해 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면 상에 하나 이상의 교차 채널을 형성하는 단계를 포함하는, 그 위의 액체를 제1의 목적하는 방향 경로로 전환시키기 위해 형성되고 표면 상에 존재하는 액체의 배출 및 증발을 조절하기 위해 형성된 다수의 채널을 갖는 유형의 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면 상에 대체 액체 유동 경로를 한정하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 형성 단계가 그 위에 교차 채널을 한정하기 위해 중합체성 마이크로구조화 유체 수송 표면에 열을 가하는 것을 포함하는 것인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 형성 단계가 그 위에 교차 채널을 한정하기 위해 중합체성 마이크로구조화 유체 수송 표면에 압력을 가하는 것을 포함하는 것인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 채널이 제1 높이를 갖는 제1 세트의 리지 및 보다 높은 제2 높이를 갖는 제2 세트의 리지를 포함하는 일반적으로 평행한 리지에 의해 한정되고, 제2 세트의 각 리지의 상부 부분의 융점이 그의 하부 부분보다 더 낮으며,형성 단계가 그의 선형 교차 채널 세그먼트를 따라 중합체성 마이크로구조화 표면에 제2 세트의 리지의 상부를 용융시키기에 충분히 높지만 그의 하부를 용융시킬 정도로 높지 않은 온도로 열을 가하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  25. 제21항에 있어서, 채널은 그 사이의 액체 유동 골과 일반적으로 평행한 리지에 의해 한정되고, 형성 단계가 인접한 채널 사이의 리지의 일부를 절단하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  26. 제21항에 있어서, 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면이 상부 및 하부대향 측면을 갖는 층의 상부 측면을 한정하고, 교차 채널과 소통하는 액체 제거 천공을 그의 상부 측면으로부터 하부 측면으로 층을 통해 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 액체를 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면을 가로질러 액체 제거 천공을 향하도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 액체 제거 천공을 액체 수집 수용기에 커플링시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  29. 제21항에 있어서, 캡층을 중합체성 마이크로구조화 액체 수송 표면 상에 부착시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  30. 제29항에 있어서, 캡층이 다공성인 것인 방법.
  31. 상부 측면과 하부 측면을 갖는 액체 조절층 {상기 상부 측면은 그 위에 액체를 수용하기 위한 액체 랜딩 대역 및 액체 제거 대역을 갖고, 액체 랜딩 대역으로부터 액체 제거 대역으로 상부 측면을 가로질러 액체의 지향성 유동 조절을 용이하게 하는 다수의 채널이 그 위에 존재하는 마이크로구조 함유 표면을 갖는다};
    기판층;
    액체 조절층의 하부 측면을 기판층에 부착시키기 위한 수단; 및
    액체 조절층의 상부 측면의 액체 제거 대역으로부터 액체를 제거하기 위한 수단
    을 포함하는 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  32. 제31항에 있어서, 액체 조절층의 상부 측면의 랜딩 대역 상에 배치된 다공성 캡층을 추가로 포함하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  33. 제31항에 있어서, 채널이 채널 단부를 갖고, 제거 수단이 그의 채널 단부 중의 하나에 인접한 채널로부터 액체를 배출하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  34. 제33항에 있어서, 제거 수단이 그의 두 채널 단부 모두에 인접한 채널로부터 액체를 배출하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  35. 제31항에 있어서, 제거 수단이 액체 제거 대역과 소통하도록 배치된 흡수 물질을 포함하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  36. 제31항에 있어서, 채널이 그 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 평행한 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  37. 제31항에 있어서, 제거 수단이 액체 제거 대역 내의 채널과 소통하는 유체 수집 분기관을 포함하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  38. 제37항에 있어서, 제거 수단이 채널을 따라 유체 수집 분기관을 통해 압력 구배를 생성시키기 위한 수단을 포함하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  39. 제31항에 있어서, 액체 조절층이 중합체성 필름인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  40. 제31항에 있어서, 액체 조절층의 마이크로구조 함유 표면 위에 특성 변경 코팅이 존재하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  41. 제31항에 있어서, 중합체성 필름이 특성 변경 첨가제를 포함하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  42. 제41항에 있어서, 첨가제가 난연제, 소수성 물질, 친수성 물질, 항미생물제, 무기물, 금속 입자, 유리 섬유, 충전제, 점토 및 나노입자로 이루어지는 군 중에서 선택되는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  43. 제31항에 있어서, 부착 수단이 감압 접착제인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  44. 제43항에 있어서, 감압 접착제가 마이크로구조 함유 표면으로서 형성되는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  45. 제31항에 있어서, 제거 수단이 액체 적하 수집기를 포함하는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  46. 제31항에 있어서, 액체 랜딩 대역의 온도가 그 위의 채널 상에 액체를 응축시키기 위해 주위 온도보다 충분히 낮은 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  47. 제31항에 있어서, 액체가 물, 잉크, 윤활제, 화장실(lavatory) 유체, 연료, 방향제 및 이들의 조합물로 이루어지는 군 중에서 선택되는 것인 라미네이트 액체 처리 어셈블리.
  48. 그 사이에 골이 존재하는 일반적으로 공간 이격된 돌출부에 의해 한정되는 다수의 채널이 그 위에 존재하는 중합체성 마이크로구조 함유 표면으로서 필름의 노출면을 한정하는 단계,
    각 채널의 골을 따라 x-방향의 액체의 공간 분포에 의해, 각 채널의 돌출부사이에서 y-방향의 액체의 공간 분포에 의해 및 z-방향의 각 채널 내의 액체의 메니스커스 높이 변화에 의해 액체의 노출된 증발 활성 표면 영역이 증가하도록 그 내부에 액체를 수용하는 각 채널을 따른 액체의 자발적 위킹을 용이하게 하도록 채널이 형성된 필름의 중합체성 마이크로구조 함유 표면 상에 액체를 도입하는 단계 및
    마이크로구조 함유 표면 상의 액체의 증가된 증발 활성 표면 영역을 주위 공기에 노출시키는 단계
    를 포함하는, 표면 상에 존재하는 액체의 증발 속도를 증가시키는 방법.
  49. 제48항에 있어서, 마이크로구조 함유 표면 상에 존재하는 액체를 이동 공기 스트림에 노출시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  50. 제49항에 있어서, 공기 스트림이 x-방향으로 이동하는 것인 방법.
  51. 제49항에 있어서, 공기 스트림이 y-방향으로 이동하는 것인 방법.
  52. 제48항에 있어서, 노출면이 일반적으로 수직인 평면에 배열되는 것인 방법.
  53. 제48항에 있어서, 표면 상에 액체의 연속적인 유동을 한정하기 위해 충분량의 액체를 중합체성 마이크로구조 함유 표면에 도입하는 단계를 추가로 포함하는것인 방법.
  54. 제53항에 있어서, 표면 상에 유동한 비증발된 액체를 수집하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  55. 제54항에 있어서, 그 위에 재도입하기 위해 표면으로부터 수집된 액체를 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  56. 제53항에 있어서, 표면 상에서 유동하는 액체의 적어도 일부를 이동 공기 스트림에 노출시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  57. 제56항에 있어서, 공기 스트림이 액체가 표면을 가로질러 유동하는 방향과 일반적으로 반대 방향으로 이동하는 것인 방법.
  58. 제56항에 있어서, 공기 스트림이 액체가 표면을 가로질러 유동하는 방향과 일반적으로 수직인 방향으로 이동하는 것인 방법.
  59. 제53항에 있어서, 중합체성 마이크로구조 함유 표면이 제1 단부와 제2 단부를 갖고, 그의 제1 단부에 인접한 표면 상에 충분량의 액체를 도입하는 단계 및 그의 제1 단부가 제2 단부보다 높도록 표면을 정렬시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  60. 제48항에 있어서, 난연제, 소수성 물질, 친수성 물질, 항미생물제, 무기물, 금속 입자, 유리 섬유, 충전제, 점토 및 나노입자로 이루어지는 군 중에서 선택되는 첨가제를 중합체성 마이크로구조 함유 표면에 포함시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  61. 제48항에 있어서, 액체가 물, 잉크, 방향제, 연료, 윤활제 및 이들의 조합물로 이루어지는 군 중에서 선택되는 방법.
  62. 제48항에 있어서, 액체를 지지하기 위한 표면 영역을 증가시키기 위해 중합체성 마이크로구조 함유 표면 상에 한정되는 추가의 표면 구조 특징을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  63. 제48항에 있어서, 중합체성 마이크로구조 함유 표면이 그의 제1 및 제2 단부 사이에서 신장하는 일반적으로 평행한 채널을 갖고, 채널의 한 단부가 다른 단부보다 높도록 표면을 정렬시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  64. 제48항에 있어서, 중합체성 마이크로구조 함유 표면이 그의 제1 및 제2 단부 사이에서 신장하는 일반적으로 평행한 채널을 갖고, 그의 중간 부분이 제1 단부 및제2 단부보다 낮도록 표면을 정렬시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
  65. 제48항에 있어서, 돌출부가 리지를 포함하는 것인 방법.
  66. 제48항에 있어서, 돌출부가 채널을 따라 비연속적인 것인 방법.
  67. 제48항에 있어서, 필름의 마이크로구조 함유 표면 위에 특성 변경 코팅이 존재하는 것인 방법.
  68. 그 사이에 골이 존재하는 일반적으로 공간 이격된 돌출부에 의해 한정되고, 각 채널의 골을 따라 x-방향의 액체의 공간 분포에 의해, 각 채널의 돌출부 사이의 y-방향의 액체의 공간 분포에 의해 및 각 채널 내의 액체의 메니스커스 높이 변화에 의해 제1 표면 상의 액체의 노출된 증발 활성 표면이 증가하도록 그 내부에 액체를 수용하는 각 채널을 따른 액체의 자발적 위킹을 용이하게 하도록 형성되는 채널이 그 위에 존재하는 마이크로구조 함유 표면에 의해 한정되는 그의 제1 표면 상에 존재하는 액체의 증발 속도를 증가시키기 위해 적합화된 제1 및 제2 주요 표면을 갖는 중합성 박막.
  69. 각 채널 내의 이동하는 액체의 메니스커스 높이 변화에 의해 제1 표면 상의 액체의 노출된 증발 활성 표면이 증가하도록 그 사이에 골이 존재하는 일반적으로공간 이격된 돌출부에 의해 한정되는 채널이 그 위에 존재하고 그 위의 이동하는 액체를 지지하기 위해 적합화된 중합체성 마이크로구조 함유 표면에 의해 한정되는 제1 주요 표면과 제2 주요 표면을 갖는 필름, 및
    액체를 필름의 제1 표면을 가로질러 이동하도록 하기 위한 수단
    을 포함하는, 표면 상에서 이동하는 액체의 증발 속도를 향상시키기 위한 어셈블리.
  70. 제69항에 있어서, 이동하는 공기 스트림을 액체의 노출된 증발 활성 표면 상으로 보내기 위한 수단을 추가로 포함하는 어셈블리.
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