KR20040044890A - 친유성 유체의 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물과 친유성 유체의 에멀젼에 함유된 친유성 유체의 처리방법에 관한 것이다. 본 방법은 에멀젼을 예비 처리하는 단계, 친유성 유체를 에멀젼으로부터 제거하는 단계 및 친유성 유체를 정제하여 에멀젼의 사용시 수집된 불순물의 일부 또는 전부를 제거하는 단계를 포함한다. 방법상의 선택적 사항이 상기 각각의 단계에 제공된다.

Description

친유성 유체의 처리방법{Process for treating a lipophilic fluid}
의류와 같은 직물 제품의 세정 및 처리를 위한 종래의 세탁 기술은, 오랜 기간, 전통적인 수성 세탁 및 보통 "드라이 클리닝"이라 불리우는 기술 모두를 수반하였다. 전통적인 수성 세탁 기술은 직물 제품을 물과 세제 또는 비누 제품의 용액에 침지시키고, 이어서 헹구고 건조시키는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 종래의 침지 세정 기술은, 물에 침지시키는 것이 부적합한 직물의 성분 및 구조 등으로 인하여 특수 취급 및/또는 세정 방법을 필요로 하는 광범위한 직물 제품에서 불만족스러운 것으로 판명되었다.
따라서, "드라이 클리닝" 세탁 방법의 사용이 발달되었다. 일반적으로 드라이 클리닝은 세정 용제 또는 용액으로 비수성 친유성 유체를 사용하는 것을 포함한다. 이러한 방식으로, 물에 침지시키는 것이 부적합한 직물을 물에 의한 잠재적인 극심한 부작용 없이 세정 및 처리할 수 있다.
광범위한 비수성 친유성 유체가 이용될 수 있기는 하지만, 많은 비수성 친유성 유체는 드라이 클리닝을 통하여 "안전성"이 요구되는 직물에 손상을 주지 않으면서 세정 효율을 최대화하기 위하여 에멀젼 또는 마이크로에멀젼 형태로 물을 낮은 농도로 함유하는 것이 필요하다. 또한, 수성 세탁과는 달리 훨씬 더 많이 소요되는 드라이 클리닝 관련 작업 비용을 줄이기 위하여 비수성 친유성 유체를 재생 및/또는 정제하는 것이 바람직하다. 친유성 유체의 재생은, 에멀젼의 사용 후에 에멀젼에 물, 착색제 및 신체 오물(soils)이 존재하는 경우 특히 어려울 수 있다. 그러나, 이러한 재생은, 특히 장비 공간, 비용 및 안전성 문제가 존재할 경우 특수한 문제점을 안고 있다. 따라서, 특히 물 및 유화제와 같은 보조제가 이용될 경우, 친유성 유체의 사용 후 비용면에서 효과적이고 효율적이며 안전한 친유성 유체 처리 또는 정제 방법이 요망된다.
일반적으로 드라이 클리닝 용제/물 에멀젼 및/또는 혼합물의 전통적인 분리 기술은, 증류를 요구하지 않는 용제 함유 유체를 포함한 모든 용제 함유 유체의 증류를 수반한다. 이와 관련하여, 증류법은 사용 후의 드라이 클리닝 용제로부터의 신체 오물과 같은 불순물의 제거에 사용될 뿐만 아니라, 물로부터의 용제의 분리(이는, 다른 방식으로 실시될 수 있는 기능이다)에도 사용된다. 증류법은 종종 이러한 분리를 성취하는 데에 필요한 에너지 및 장비 면에서 높은 작업 비용을 수반하므로, 특히 장비가 소비자의 가정에 존재하는 경우 등 많은 경우에 바람직하지 못하다. 마지막으로, 알려져 있는 바와 같이, 증류는 드라이 클리닝으로부터 생기는 모든 용제 함유 유체에 필요한 것은 아니다. 예를 들어, 증발된 용제-물 혼합물에는 실질적으로 "불순물이 없기" 때문에 상기 혼합물은 반드시 증류를 필요로 하는 것은 아니며, 단지 물-용제 분리 작업만을 필요로 한다.
따라서, 특히 물 및 유화제가 존재하는 경우, 비용 면에서 효과적이며 효율적이고 안전한 친유성 유체의 사용 후 처리방법에 대한 필요가 여전히 남아있다.
발명의 개요
본 발명은 친유성 유체의 사용 후 이를 비용 면에서 효과적이며 효율적이고 안전한 방식으로 처리하는 방법을 제공한다.
첫번째 실시 형태에 있어서, 본 발명은 물 및 1종 이상의 친유성 유체의 에멀젼에 함유된 친유성 유체의 처리방법을 제공한다. 본 방법에는 세가지의 주요 단계가 있다. 상기 단계는, 에멀젼을 예비 처리하는 단계, 친유성 유체를 에멀젼으로부터 회수하는 단계 및 친유성 유체를 정제하는 단계이다.
두번째 실시 형태에 있어서, 본 발명은 친유성 유체 및 친유성 유체 증기의 정제 방법을 제공한다. 본 방법은, 친유성 유체 증기 및 물과 친유성 유체를 갖는 제1 에멀젼을 수집하는 단계, 친유성 유체 증기를 응축시키는 단계, 응축시킨 친유성 유체 증기 및 제1 에멀젼을 합하여 제2 에멀젼을 형성하는 단계, 제2 에멀젼을 예비 처리하는 단계, 친유성 유체를 제2 에멀젼으로부터 회수하는 단계 및 친유성유체를 정제하는 단계를 포함한다.
이러한 양태, 특징 및 이점과 기타 양태, 특징 및 이점은 당 업계의 숙련가에게는 하기 발명의 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위로부터 명백해질 것이다. 본 명세서에서의 모든 %, 비 및 비율은 달리 명시하지 않는 한중량 기준이다. 모든 온도는 달리 명시되지 않는 한 섭씨(oC) 단위이다. 모든 측정치는 달리 명시되지 않는 한 SI 단위이다. 인용된 모든 문헌은 본 명세서에서 관련된 부분에서 참고로 인용되어 있다.
본 발명은 물과 친유성 유체의 에멀젼에 함유된 친유성 유체의 처리방법에 관한 것이다. 본 방법은 에멀젼을 예비 처리하는 단계, 친유성 유체를 에멀젼으로부터 제거하는 단계 및 에멀젼의 사용시 수집되는 불순물의 일부 또는 전부를 제거하기 위해 친유성 액체를 정제하는 단계를 포함한다. 방법상의 선택적 사항이 상기 각각의 단계에 제공된다.
정의
본 명세서에서 사용되는 "친유성 유체"라는 용어는, 하기에 기술되어 있는 시험에 의해 검증되는 바와 같이, 피지를 제거할 수 있는 임의의 비수성 유체 또는 증기를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "직물류" 및 "직물"이라는 용어는 수성 세탁 공정 또는 용제-기재의 드라이 클리닝 공정으로 관례적으로 세탁되는 임의의 물품을 의미한다. 이와 같이, 상기 용어는, 완성된 의복류, 리넨(linen), 커튼류 및 의복류 악세사리 물품 뿐만 아니라 벌크 직물 및 섬유도 포함한다. 또한 상기 용어는, 토트 백(tote bag), 가구 덮개, 방수직물 등과 같이 전체 또는 일부가 직물로 제조된 기타 품목도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "흡수재" 또는 "흡수성 중합체"라는 용어는 상세하게 기술되어 있는 바와 같이 친유성 유체의 흡수 없이 물 및/또는 물 함유 액체를 선택적으로 흡수 또는 흡착할 수 있는 임의의 재료를 의미한다. 당 업계에서 이들은 "반응성 겔", "겔" 및 "중합체 겔"로도 불리어질 수 있다. 상 변화 겔의 목록에 대해서는, 교재[Responsive Gels, Volume Transitions II, Ed K. Dusek, Springer Verlag Berlin, 1993](본 명세서에 참고로 인용됨)를 참조한다. 또한, 문헌[Thermo-responsive Gels, Radiat. Phys. Chem., Volume 46, No. 2, pp.185-190, Elsevier Science Ltd. Great Britain, 1995](본 명세서에 참고로 인용됨)을 참조한다. 본 발명에서 사용하기에도 적합한 초강력 흡수성 중합체는 흡수 용량이 5 그램/그램 이상인 중합체 재료이다. 본 명세서에 참고되어 그 내용이 포함되어 있는 문헌[Superabsorbent Polymers Science and Technology, Fredric L. Buchholz 및 Nicholas A. Peppas 편저, American Chemical Society, Washington DC, 1994(특히 표제가 "Preparation and Application of High-Performance Superabsorbent Polymers"인 Tadao Shimomura 및 Takashi Namba의 문헌 제9장)]을 또한 참조한다.
본 명세서에서 사용되는 "흡수성 매트릭스 투과성 보조제" 또는 "스페이서(spacer) 재료" 또는 "스페이서"라는 용어는 물에 용해되지 않는 임의의 섬유질 또는 미립자 재료를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "흡수성 매트릭스"라는 용어는 물을 흡수 또는 흡착할 수 있는 임의의 형태의 매트릭스를 의미한다. 적어도, 상기 용어는 흡수재를 포함한다. 상기 용어는 선택적으로 스페이서 재료 및/또는 표면적이 큰 재료를 포함할 수 있다.
친유성 유체
본 발명의 친유성 유체는, 직물/가죽 물품 처리 장치의 작동 조건 하에서, 환언하면, 본 발명에 따르는 직물 제품을 처리하는 동안 존재하는 액체상을 가지는 것이다. 일반적으로, 이러한 친유성 유체는 주위 온도 및 압력에서 완전히 액체일 수 있거나, 약 0 내지 약 60℃ 범위의 온도에서 액체가 되는 것 등의 용이하게 용융되는 고체일 수 있거나, 주위 온도 및 압력, 예를 들면, 25℃ 및 1기압에서 액체 및 증기상의 혼합물을 함유할 수 있다. 따라서, 친유성 유체는 이산화탄소와 같은 압축성 기체가 아니다.
공지된 종래의 드라이 클리닝 유체의 특성과 동등하거나 바람직하게는 그보다 뛰어날 수 있도록, 본 발명의 친유성 유체는 불연성이거나, 발화점이 비교적 높고/높거나 VOC(휘발성 유기 화합물) 특성이 낮은 것이 바람직하며, 이들 용어는 드라이 클리닝 산업에서 사용되는 일반적인 의미를 갖는다.
또한, 본 발명에서 적합한 친유성 유체는 유동이 용이하며 비점성이다.
일반적으로, 본 발명의 친유성 유체는 이하의 시험에 정의되어 있는 바와 같은 피지 또는 신체 오물을 적어도 부분적으로 용해시킬 수 있는 유체일 필요가 있다. 친유성 유체의 혼합물이 또한 적합하며, 하기의 친유성 유체 시험의 요건이 충족된다면, 친유성 유체는 드라이 클리닝 용제, 특히 플루오르화 용제 또는 퍼플루오르화 아민을 포함하는 신형 드라이클리닝 용제를 어떠한 비율로도 포함할 수있다. 퍼플루오로트리부틸아민과 같은 몇몇 퍼플루오르화 아민은, 친유성 유체로 사용하기에는 부적합하지만 친유성 유체-함유 조성물에 존재하는 다수의 가능한 보조제 중 하나로는 존재할 수 있다.
기타 적합한 친유성 유체는 디올 용제 시스템, 예를 들어 C6- 또는 C8- 또는 보다 고급의 디올과 같은 고급 디올, 사이클릭 및 비사이클릭 모두를 포함하는 오가노실리콘 용제 등과 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물의 주요 성분으로 혼입시키기에 적합한 바람직한 비수성 친유성 유체의 바람직한 그룹은 저휘발성의 비플루오르화 유기 화합물, 실리콘, 특히 아미노 작용성 실리콘 이외의 것과, 이의 혼합물을 포함한다. 저휘발성의 비플루오르화 유기 화합물은, 예를 들면, 올레안(OLEANR) 및 기타 폴리올 에스테르, 또는 특정의 비교적 비휘발성이며 생분해성인 중쇄 분지형 석유 분별물을 포함한다.
본 발명의 조성물의 주요 성분으로 혼입시키기에 적합한 다른 바람직한 비수성 친유성 유체 군은, 글리콜 에테르, 예를 들어 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 t-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 t-부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 트리프로필렌 글리콜 t-부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 조성물의 주요 성분, 예를 들어 50중량% 초과의 주요 성분으로 사용하기에 적합한 실리콘은, 때로 "D5"로 칭해지는 사이클로펜타실록산 및/또는 대략 유사한 휘발성을 가지며, 선택적으로 다른 상용성 실리콘에 의해 보충되는 선형 동족체를 포함한다. 적합한 실리콘은 문헌에 잘 알려져 있는데, 예를 들어 문헌[Kirk Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology]을 참조하기 바라며, 상기 적합한 실리콘은, 제너럴 일렉트릭(General Electric)사, 도시바 실리콘(Toshiba Silicone)사, 바이엘(Bayer)사 및 다우 코닝(Dow Corning)사를 포함하는 다수의 구매원으로부터 입수가능하다. 기타 적합한 친유성 유체는 프록터 앤드 갬블(Procter & Gamble)사 또는 다우 케미칼(Dow Chemical)사와 기타 공급자로부터 구매가능하다.
친유성 유체의 검증 및 친유성 유체 시험(LF 시험)
하기 시험 방법에 나타낸 바와 같이, 드라이 클리닝 유체에 있어서의 공지된 요건(예를 들어 인화점 등)을 충족시킬 수 있으며 적어도 부분적으로 피지를 용해시킬 수 있는 임의의 비수성 유체가 본 발명에서 친유성 유체로 적합하다. 일반적인 지침으로서, 퍼플루오로부틸아민[플루오리너트(Fluorinert) FC-43R] 자체(보조제를 포함하거나 포함하지 않음)는, 정의에 의해 본 발명에서 친유성 유체로 사용하기에 부적합한 대조 재료인 반면(이는 본질적으로 비용제임), 사이클로펜타실록산은 적합한 피지-용해 특성을 가져 피지를 용해시킨다.
친유성 유체로 사용하기 위한 다른 재료, 예를 들어 다른 저점도의 자유 유동성 실리콘을 조사 및 검증하는 방법은 다음과 같다. 본 방법은 피지의 모델 오물로서 시판 중인 크리스코(CriscoR) 카놀라유, 올레산(95%의 순도, 시그마 알드리치 컴퍼니(Sigma Aldrich Co.)사로부터 입수가능) 및 스쿠알렌(99% 순도, 제이.티. 베이커(J.T. Baker)사로부터 입수가능)을 사용한다. 시험 재료는 평가시 실질적으로 무수 상태이어야 하며 보조제 또는 다른 재료가 첨가되어 있지 않아야 한다.
세개의 바이알을 준비하는데, 각각의 바이알은 한 가지 유형의 친유성 오물을 포함한다. 첫번째 바이알에 1.0 g의 카놀라유를 넣고; 두번째 바이알에 1.0 g의 올레산(95%)을 넣고, 세번째의 마지막 바이알에 1.0g의 스쿠알렌(99.9%)을 넣는다. 각각의 바이알에 친유성에 대하여 시험할 유체 1 g을 첨가한다. 최대 설정 상태의 표준 와류 혼합기에서 20초 동안 시험할 유체 및 친유성 오물을 포함하는 각각의 바이알을 실온 및 실압에서 개별적으로 혼합시킨다. 바이알을 벤치에 두고 실온 및 실압에서 15분 동안 침전되게 한다. 정치시, 친유성 오물을 포함하는 임의의 바이알에서 투명한 단일 상이 형성되면, 비수성 유체를 본 발명에 따르는 "친유성 유체"로 사용하기에 적격이라고 인정한다. 그러나, 두개 이상의 개별적인 층이 세개의 바이알 모두에서 형성되면, 검증되는 비수성 유체를 부적격 또는 적격이라고 인정하기 전에 오일상에 용해된 비수성 유체의 양을 추가로 측정할 필요가 있다.
이러한 경우, 각각의 바이알의 각각의 층으로부터 200㎕의 샘플을 주사기로 조심스럽게 추출한다. 주사기로 추출한 층 샘플을 GC 자동 샘플러 바이알에 넣고,시험할 유체 및 세개의 모델 오물 각각의 보정 샘플의 체류 시간을 측정한 후 통상의 GC 분석을 행한다. GC로 분석시 올레산, 카놀라유 또는 스쿠알렌 층으로 이루어진 층들 중 하나에 1중량% 이상, 바람직하게는 1중량% 초과의 시험 유체가 존재하는 것으로 밝혀지면, 시험 유체는 친유성 유체로 사용하기에 적격이라고 또한 인정한다. 필요할 경우, 본 방법은 헵타코사플루오로트리부틸아민, 즉, 플루오리너트 FC-43(실패) 및 사이클로펜타실록산(합격)을 사용하여 추가로 보정될 수 있다. 적합한 GC는, 스플릿/스플릿리스 주입기 및 FID가 장착된 휴렛 팩커드(Hewlett Packard) 기체 크로마토그래프 HP5890 시리즈 II이다. 존재하는 친유성 유체의 양을 측정하는 데에 사용되는 적합한 컬럼은 제이 앤드 더블유 사이언티픽(J & W Scientific)사의 모세관 컬럼 DB-1HT, 30 미터, 0.25mm id, 0.1㎛ 필름 두께의 cat# 1221131이다. GC는 하기 조건 하에서 적합하게 작동된다:
캐리어 기체: 수소
컬럼 헤드 압력: 9 psi(62 kPa)
유속: 컬럼 유속 1.5 ml/분 이하
스플릿 배출 속도 250-500 ml/분 이하
격벽 퍼지 속도 1 ml/분
주입: HP 7673 자동샘플러, 10㎕ 주사기, 1㎕ 주입
주입기 온도: 350oC
검출기 온도: 380oC
오븐 온도 프로그램: 처음 60oC에서 1분 동안 유지
25oC/분 의 속도
최종 380oC에서 30분 동안 유지
본 발명에서 사용하기에 적합한 바람직한 친유성 유체는 우수한 의류 보호 프로필을 가지는지에 근거하여 사용에 대한 검증이 추가로 이루어질 수 있다. 의류 보호 프로필 시험법은 당 업계에 잘 알려져 있으며, 솔기에 사용되는 직물, 실 및 탄성재 등과 각종 버튼을 포함하는 광범위한 의류 또는 직물 제품의 요소들을 사용하여 검증할 유체를 시험하는 것을 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 바람직한 친유성 유체는, 우수한 의류 보호 프로필을 가지는데, 예를 들어 상기 친유성 유체는 우수한 수축 및/또는 직물 주름 프로필을 가지며 감지할 수 있을 정도로 플라스틱 버튼을 손상시키지는 않는다. 피지 제거에 있어서 친유성 유체로 사용할 자격을 갖는 특정 물질, 예를 들어 에틸 락테이트는, 버튼을 용해시키는 경향 때문에 상당히 부적합하며, 이러한 물질이 본 발명의 조성물에 사용되는 경우 전체 혼합물이 실질적으로 버튼에 손상을 주지 않도록 물 및/또는 기타 용매와 제형화될 것이다. 다른 친유성 유체, 예를 들어 D5는 의류 보호 요건을 극히 휼륭하게 충족시킨다. 몇몇 적합한 친유성 유체는, 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제5,865,852호; 미국 특허 제5,942,007호; 미국 특허 제6,042,617호; 미국 특허 제6,042,618호; 미국 특허 제6,056,789호; 미국 특허 제6,059,845호; 및 미국 특허 제6,063,135호에서 볼 수 있다.
친유성 유체는 선형 및 사이클릭 폴리실록산, 탄화수소 및 염화 탄화수소를 포함할 수 있되, 본 명세서에서 사용되는 친유성 유체 정의에 명백하게 포함되지 않는 PERC 및 DF2000은 제외한다. 보다 바람직한 것은 선형 또는 사이클릭 폴리실록산과 글리콜 에테르, 아세테이트 에스테르, 락테이트 에스테르류의 탄화수소이다. 바람직한 친유성 유체는 760mmHg에서 비점이 약 250℃ 이하인 사이클릭 실록산을 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 특히 바람직한 사이클릭 실록산은 옥타메틸사이클로테트라실록산, 데카메틸사이클로펜타실록산 및 도데카메틸사이클로헥사실록산이다. 바람직하게는, 사이클릭 실록산은 데카메틸사이클로펜타실록산(D5, 펜타머)을 포함하며, 상기 사이클릭 실록산은 실질적으로 옥타메틸사이클로테트라실록산(테트라머) 및 도데카메틸사이클로헥사실록산(헥사머)을 함유하지 않는다.
그러나, 유용한 사이클릭 실록산 혼합물은, 바람직한 사이클릭 실록산 외에도, 옥타메틸사이클로테트라실록산 및 헥사메틸사이클로트리실록산 또는 더욱 고급의 사이클릭 화합물 예를 들어 테트라데카메틸사이클로헵타실록산을 포함하는 다른 사이클릭 실록산을 소량 포함할 수 있다. 일반적으로 유용한 사이클릭 실록산 혼합물 중 상기 다른 사이클릭 실록산의 양은, 혼합물의 총중량을 기준으로 하여, 약 10% 미만이다. 사이클릭 실록산 혼합물에 대한 산업 표준은 이러한 혼합물이, 혼합물의 중량을 기준으로 하여, 약 1% 미만의 옥타메틸사이클로테트라실록산을 포함한다는 것이다.
따라서, 본 발명의 친유성 유체는 바람직하게는 친유성 유체의 약 50중량% 초과, 보다 바람직하게는 친유성 유체의 약 75중량% 초과, 보다 더 바람직하게는친유성 유체의 약 90중량% 이상, 가장 바람직하게는 친유성 유체의 약 95중량% 이상의 데카메틸사이클로펜타실록산을 함유한다. 또는, 친유성 유체는 혼합물의 약 50중량% 이상, 바람직하게는 약 75중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 90중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 95중량% 이상의 데카메틸사이클로펜타실록산과, 혼합물의 약 10중량% 미만, 바람직하게는 약 5중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 2중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 약 1중량% 미만, 가장 바람직하게는 약 0.5중량% 내지 약 0중량%의 옥타메틸사이클로테트라실록산 및/또는 도데카메틸사이클로헥사실록산을 갖는 사이클릭 실록산의 혼합물인 실록산을 함유할 수 있다.
본 발명에 따르는 조성물의 처리시 친유성 유체가 존재할 경우, 이의 농도는 바람직하게는 처리 조성물의 약 70중량% 내지 약 99.99중량%, 보다 바람직하게는 처리 조성물의 약 90중량% 내지 약 99.9중량%, 보다 더 바람직하게는 약 95중량% 내지 약 99.8중량%이다.
본 발명에 따르는 소모성 가죽 물품 처리/세정 조성물에 친유성 유체가 존재할 경우, 이의 농도는 바람직하게는 소모성 가죽 물품 처리/세정 조성물의 약 0.1중량% 내지 약 90중량%, 보다 바람직하게는 약 0.5중량% 내지 약 75중량%, 보다 더 바람직하게는 약 1중량% 내지 약 50중량%이다.
보조 성분
보조제 재료는 매우 다양할 수 있으며 광범위한 수준으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 모두 세탁 및 세정 제품에 유용한 세제용 효소(예: 프로테아제, 아밀라제, 셀룰라제, 리파제 등)와 망간 또는 유사한 전이 금속을 가지는 거대 고리 타입(macrocyclic type)을 포함하는 표백 촉매가 본 발명에서 전형적이거나 비전형적인 수준으로 사용될 수 있다. 촉매성 보조제 재료, 예를 들어 효소는 "정" 또는 "역" 모드로 사용될 수 있는데, 이는 본 발명과는 독립적으로 유용한 발견이다. 예를 들어, 리폴라제 또는 기타 하이드롤라제는, 선택적으로 보조제로서 알콜의 존재하에 사용되어 지방산을 에스테르로 변환시킴으로써 이의 친유성 유체에서의 용해도를 증가시킬 수 있다. 이는, 비교적 수용성이 낮은 지방 에스테르를 비교적 수용성이 높은 물질로 변환시키는 물에서의 상기 하이드롤라제의 정상적인 사용과는 반대인 "역" 모드 작용이다. 어떠한 경우에나, 임의의 보조 성분은 친유성 유체와 조합하여 사용하기에 적합해야 한다.
본 조성물은 유화제를 함유할 수 있다. 유화제는 화학 분야에서 잘 알려져 있다. 본질적으로, 유화제는 두개 이상의 불용성 또는 반-가용성 상들을 모아 안정하거나 어느 정도 안정한(semi-stable) 에멀젼을 생성하는 작용을 한다. 청구된 발명에 있어서 유화제는 이중 용도로 작용하는 것이 바람직한데, 여기서, 유화제는 유화제로서 뿐만 아니라 처리 성능 강화제로도 작용할 수 있다. 예를 들어, 유화제는 계면활성제로 작용하여 세정 성능을 증대시킬 수도 있다. 통상의 유화제 및 유화제/계면활성제 둘 모두 구매 가능하다.
몇몇 적합한 세정 첨가제는 빌더, 계면활성제, 효소, 표백 활성화제, 표백 촉매, 표백 강화제, 표백제, 알칼리성 부여제, 항균제, 착색제, 방향제, 전-방향제, 피니싱 조제, 석회 비누 분산제, 조성물 악취 제거제, 냄새 중화제, 중합체성염료 전사 억제제, 결정 성장 억제제, 광표백제, 중금속 이온 격리제, 항변색제, 항미생물제, 항산화제, 재침착 방지제, 전해질, pH 변화제, 증점제, 연마제, 이가 또는 삼가 이온, 금속 이온염, 효소 안정화제, 부식 억제제, 디아민 또는 폴리아민 및/또는 이의 알콕실레이트, 비누거품 안정화 중합체, 용제, 공정 조제, 직물 유연화제, 광학 증백제, 수용성 향상제(hydrotrope), 비누거품 또는 발포 억제제, 비누거품 또는 발포 강화제, 직물 유연제, 정전기 방지제, 염료 고정제, 염료 마모 억제제, 항마찰제(anti-crocking agent), 주름 감소제, 주름 방지제, 오물 제거 중합체, 발오제(soil repellency agent), 일광차단제, 탈색 방지제 및 이의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
"계면활성제"라는 용어는 물, 친유성 유체, 또는 이 둘의 혼합물에서 계면활성을 가지는 재료를 통상적으로 나타낸다. 몇몇 예시적인 계면활성제로는, 통상의 수성 세제 시스템에서 사용되는 비이온성, 양이온성 및 실리콘 계면활성제를 들 수 있다. 적합한 비이온성 계면활성제는 하기의 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
a) 카스프르작(Kasprzak)의 미국 특허 제4685930호에서와 같은, 노닐 페놀과 미리스틸 알콜의 폴리에틸렌 옥사이드 축합물; 및
b) 화학식 R-(OCH2CH2)aOH의 지방 알콜 에톡실레이트(여기서, a는 1 내지 100, 일반적으로 12-40이며, R은 탄소수 8 내지 20의 탄화수소 잔기, 일반적으로 선형 알킬이다). 예로는 옥시에틸렌기를 4개 또는 23개 포함하는 폴리옥시에틸렌라우릴 에테르; 옥시에틸렌기를 2개, 10개 또는 20개 포함하는 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르; 옥시에틸렌기를 2개, 10개, 20개, 21개 또는 100개 포함하는 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르; 옥시에틸렌기를 2개 또는 10개 포함하는 폴리옥시에틸렌(2),(10) 올레일 에테르를 들 수 있다. 구매가능한 예로는, 알포닉(ALFONIC), 브리즈(BRIJ), 제나폴(GENAPOL), 네오돌(NEODOL), 서포닉(SURFONIC), 트리콜(TRYCOL)을 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 힐(Hill) 등의 미국 특허 제6013683호를 또한 참조한다.
적합한 실록산계 계면활성제는 화학식 1의 폴리에테르 실록산을 포함한다:
MaDbD'cD"dM'2-a
위의 화학식 1에서,
a는 0 내지 2이고,
b는 0 내지 1000이고,
c는 0 내지 50이고,
d는 0 내지 50이되, 단, a+c+d는 1 이상이고,
M은 화학식 R1 3-eXeSiO1/2의 그룹(여기서, R1은 독립적으로 H 또는 1가 탄화수소기이며, X는 하이드록실기이고, e는 0 또는 1이다)이고,
M'는 화학식 R2 3SiO1/2의 그룹[여기서, R2는 독립적으로 H, 1가 탄화수소기,또는(CH2)f-(C6H4)gO-(C2H4O)h-(C3H6O)i-(CkH2kO)j-R3(여기서, R3은 독립적으로 H, 1가 탄화수소기 또는 알콕시기이고, f는 1 내지 10이며, g는 0 또는 1이고, h는 1 내지 50이며, i는 0 내지 50이고, j는 0 내지 50이며, k는 4 내지 8이다)이되, 단 하나 이상의 R2는(CH2)f-(C6H4)gO-(C2H4O)h-(C3H6O)i-(CkH2kO)j-R3이다]이고,
D는 R4 2SiO2/2(여기서, R4는 독립적으로 H 또는 1가 탄화수소기이다)이고,
D'는 R5 2SiO2/2[여기서, R5는 독립적으로 R2이되, 단, 하나 이상의 R5는(CH2)f-(C6H4)gO-(C2H4O)h-(C3H6O)i-(CkH2kO)j-R3(여기서, R3은 독립적으로 H, 1가 탄화수소기 또는 알콕시기이고, f는 1 내지 10이며, g는 0 또는 1이고, h는 1 내지 50이며, i는 0 내지 50이며, j는 0 내지 50이고, k는 4 내지 8이다)이다]이고,
D"는 R6 2SiO2/2[여기서, R6은 독립적으로 H, 1가 탄화수소기 또는(CH2)l(C6H4)m(A)n-[(L)o(A')p-]q-(L')rZ(G)s(여기서, l은 1 내지 10이고; m은 0 또는 1이며; n은 0 내지 5이고; o는 0 내지 3이며; p는 0 또는 1이고; q는 0 내지 10이며; r은 0 내지 3이고; s는 0 내지 3이며; C6H4는 치환되지 않거나 C1-10알킬 또는 알케닐로 치환되며; A 및 A'는 각각 독립적으로 에스테르, 케토, 에테르, 티오, 아미도, 아미노, C1-4플루오로알킬, C1-4플루오로알케닐, 분지쇄 또는 직쇄 폴리알킬렌 옥사이드, 포스페이트, 설포닐, 설페이트, 암모늄 및 이의 혼합물을 나타내는 결합 부분이고; L 및 L'는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 C1-30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알케닐 또는 아릴이며; Z는 수소, 카복실산, 하이드록시, 포스파토, 포스페이트 에스테르, 설포닐, 설포네이트, 설페이트, 분지쇄 또는 직쇄 폴리알킬렌 옥사이드, 니트릴, 글리세릴, 치환되지 않거나 C1-30의 알킬 또는 알케닐로 치환된 아릴, 치환되지 않거나 C1-10의 알킬 또는 알케닐로 치환된 탄수화물 또는 암모늄이며; G는 H+, Na+, Li+, K+, NH4 +, Ca+2, Mg+2, Cl-, Br-, I-와 같은 음이온 또는 양이온, 메실레이트 또는 토실레이트이다)이다.
상기 본 명세서에 기술된 실록산계 계면활성제 유형의 예는 EP-1,043,443A1, EP-1,041,189 및 WO-01/34,706(모두 지이 실리콘즈(GE Silicones)사에 허여됨) 및 US-5,676,705, US-5,683,977, US-5,683,473 및 EP-1,092,803A1(모두 레버 브라더스(Lever Brothers)사에 허여됨)에서 볼 수 있다.
제한하는 것이 아닌, 구매가능한 적합한 실록산계 계면활성제의 예로는 TSF 4446(예, 제너럴 일렉트릭 실리콘즈사), XS69-B5476(예, 제너럴 일렉트릭 실리콘즈사); 제나민(Jenamine) HSX(예, 델콘사) 및 Y12147(예, 오에스아이 스페셜티즈(OSi Specialties)사)가 있다.
계면활성제 성분으로서 적합한 바람직한 두번째 재료류로는 성질상 유기 화합물이다. 바람직한 재료는 탄소수가 약 6 내지 약 20인 탄소쇄를 가지는 유기설포석시네이트 계면활성제이다. 가장 바람직한 것은 각각의 탄소수가 약 6 내지 약 20인 탄소쇄를 갖는 디알킬쇄를 포함하는 유기설포석시네이트이다. 또한 바람직한 것은, 치환되거나 치환되지 않은 분지 또는 선형의 포화 또는 불포화 아릴 또는 알킬 아릴기를 포함하는 쇄이다.
제한하는 것이 아닌, 구매가능한 적합한 유기설포석시네이트 계면활성제의 예는 에어로졸(Aerosol) OT 및 에어로졸 TR-70(예, 사이텍(Cytec)사)의 상표명 하에 입수가능하다. 다른 바람직한 계면활성제류는 비이온성 계면활성제, 특히 낮은 HLB 값을 가지는 것이다. 바람직한 비이온성 계면활성제는 약 10 미만, 보다 바람직하게는 약 7.5 미만, 가장 바람직하게는 약 5 미만의 HLB 값을 가진다. 또한 바람직한 비이온성 계면활성제는 계면활성제 쇄 내에 약 6 내지 20개의 탄소를 가지며 계면활성제의 친수성 부분에 약 1 내지 15개의 에틸렌 옥사이드(EO) 및/또는 프로필렌 옥사이드(PO) 단위를 가지고(즉, C6-20 EO/PO 1-15), 바람직하게는 비이온성 계면활성제는 C7-11 EO/PO 1-5 이내의 것(예를 들어, C7-11 EO 2.5)으로부터 선택된다.
계면활성제 성분은, 본 발명의 직물 제품 처리 조성물에 존재할 경우, 바람직하게는 직물 제품 처리 조성물의 약 0.01중량% 내지 약 10중량%, 보다 바람직하게는 약 0.02중량% 내지 약 5중량%, 보다 더 바람직하게는 약 0.05중량% 내지 약 2중량%로 함유된다.
계면활성제 성분은, 본 발명의 소모성 세제 조성물에 존재할 경우, 바람직하게는 소모성 세제 조성물의 약 1중량% 내지 약 99중량%, 보다 바람직하게는 약 2중량% 내지 약 75중량%, 보다 더 바람직하게는 약 5중량% 내지 약 60중량%로 함유된다.
적합한 양이온성 계면활성제는 화학식 2의 디알킬디메틸암모늄염을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다:
R'R"N+(CH3)2X-
위의 화학식 2에서,
각각의 R'R"는 독립적으로 탄소수 12 내지 30이거나, 수지(tallow), 코코넛유 및 대두유로부터 유도된 것으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, X는 Cl 또는 Br인데, 예로는 디도데실디메틸암모늄 브로마이드(DDAB), 디헥사데실디메틸 암모늄 클로라이드, 디헥사데실디메틸 암모늄 브로마이드, 디옥타데실디메틸 암모늄 클로라이드, 디에이코실디메틸 암모늄 클로라이드, 디도코실디메틸 암모늄 클로라이드, 디코코넛디메틸 암모늄 클로라이드, 디탈로우디메틸 암모늄 브로마이드(DTAB)를 들 수 있다. 구매가능한 예로는, 아도겐(ADOGEN), 아르쿠아드(ARQUAD), 토마(TOMAH), 바리쿼트(VARIQUAT)를 들 수 있지만 그에 한정되는 것은 아니다. 힐 등의 미국 특허 제6013683호를 또한 참조한다.
적합한 실리콘 계면활성제는, 디메틸 폴리실록산 소수성 부분 및 하나 이상의 친수성 폴리알킬렌 측쇄를 가지는 폴리알킬렌옥사이드 폴리실록산을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 화학식 3을 갖는다:
R1-(CH3)2SiO-[(CH3)2SiO]a-(CH3)(R1)SiO]b-Si(CH3)2-R1
위의 화학식 3에서,
a + b는 약 1 내지 약 50, 바람직하게는 약 3 내지 약 30, 보다 바람직하게는 약 10 내지 약 25이며,
각각의 R1은 동일하거나 상이하고 화학식 -(CH2)nO(C2H4O)c(C3H6O)dR2의 폴리(에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드) 공중합체기[여기서, n은 3 또는 4, 바람직하게는 3이며; 전체 c(모든 폴리알킬렌옥시 측쇄에 있어서의 c)는 1 내지 약 100, 바람직하게는 약 6 내지 약 100이고; 전체 d는 0 내지 약 14, 바람직하게는 0 내지 약 3이며; 더 바람직하게는 d는 0이고; 전체 c+d의 값은 약 5 내지 약 150, 바람직하게는 약 9 내지 약 100이며; 각각의 R2는 동일하거나 상이하며 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬 및 아세틸기로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 바람직하게는 수소 및 메틸기이다] 및 메틸로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 하나 이상의 R1은 화학식 -(CH2)nO(C2H4O)c(C3H6O)dR2의 폴리(에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드) 공중합체기이다]이다.
이러한 계면활성제의 예는 둘 모두 힐에게 허여된 미국 특허 제5,705,562호 및 미국 특허 제5,707,613호에서 볼 수 있다.
상기 유형의 계면활성제의 예로는, 미국 코네티컷주 댄버리 소재의 씨케이 위트코, 오에스아이 디비젼(CK Witco, OSi Division)사로부터 입수가능한 실웨트(SilwetR) 계면활성제가 있다. 대표적인 실웨트 계면활성제는 다음과 같다.
명칭 평균 Mw 평균 a + b 평균 전체 c
L-7608 600 1 9
L-7607 1,000 2 17
L-77 600 1 9
L-7605 6,000 20 99
L-7604 4,000 21 53
L-7600 4,000 11 68
L-7657 5,000 20 76
L-7602 3,000 20 29
폴리알킬렌옥시기(R1)의 분자량은 약 10,000 이하이다. 바람직하게는, 폴리알킬렌옥시기의 분자량은 약 8,000 이하이며, 가장 바람직하게는 약 300 내지 약 5,000의 범위이다. 따라서, c 및 d의 값은 상기 범위 이내의 분자량을 제공하는 수일 수 있다. 그러나, 폴리에테르 쇄(R1) 중 에틸렌옥시 단위(-C2H4O)의 갯수는 폴리알킬렌옥사이드 폴리실록산이 수분산성 또는 수용성이 되게 하기에 충분하여야 한다. 프로필렌옥시기가 폴리알킬렌옥시 쇄에 존재할 경우, 프로필렌옥시기는 상기 쇄 중에 랜덤하게 분포하거나 블록으로 존재할 수 있다. 바람직한 실웨트 계면활성제는 L-7600, L-7602, L-7604, L-7605, L-7657 및 이의 혼합물이다. 폴리알킬렌옥사이드 폴리실록산 계면활성제는, 계면활성 외에도 다른 효과, 예를 들어 정전기 방지 효과 및 섬유 유연성도 제공할 수 있다.
폴리알킬렌옥사이드 폴리실록산의 제법은 당 업계에 잘 알려져 있다. 본 발명의 폴리알킬렌옥사이드 폴리실록산은 미국 특허 제3,299,112호에 나타내어져 있는 과정에 따라 제조될 수 있다. 다른 적합한 실리콘 계면활성제로는 SF-1488이 있는데, 이는 지이 실리콘 플루이즈(GE silicone fluids)사로부터 구매가능하다.
보조제로서 친유성 유체와 조합하여 사용하기에 적합한 상기 계면활성제 및 기타 계면활성제는 당 업계에 잘 알려져 있으며, 문헌[Kirk Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Ed., Vol. 22, pp. 360-379, "Surfactants and Detersive Systems")에 더욱 상세하게 기술되어 있다. 추가의 적합한 비이온성의 세제성 계면활성제는, 1975년 12월 30일에 허여된 래플린(Laughlin) 등의 미국 특허 제3,929,678호의 컬럼 13의 제14행 내지 컬럼 16의 제6행에 일반적으로 개시되어 있다.
또한 보조제는 정전기 방지제일 수 있다. 세탁 및 드라이 클리닝 분야에서 사용되는 임의의 적합한 널리 공지된 정전기 방지제가 본 발명의 방법 및 조성물에서 사용하기에 적합하다. 정전기 방지제로 특별히 적합한 것은 정전기 방지 효과를 제공하는 것으로 알려진 직물 유연제의 일종이다. 예를 들어, N,N-디(탈로우일-옥시-에틸)-N,N-디메틸 암모늄 메틸설페이트와 같은, 요오드 값이 20 이상인 지방 아실기를 가지는 직물 유연제가 있다. 그러나, "정전기 방지제"라는 용어는 단지 상기 직물 유연제의 일부 종류로만 한정되지는 않으며 모든 정전기 방지제를 포함한다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에서 이용되는 방법 및/또는 조성물을 상세하게 기술하였지만, 본 발명을 실시할 수 있는 임의의 조성물, 공정 및/또는 장치가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 하며, 당 업계의 숙련가라면 이를 인지할 것이다.
흡수재
본 발명의 흡수재는 1종 이상의 물 흡수제를 포함한다. 본 발명의 적합한 물 흡수제 및/또는 물 흡수제를 포함하는 흡수재가 하기의 본 명세서에 기술되어 있다.
하이드로겔 형성 흡수성 중합체
본 발명의 흡수성 중합체는 바람직하게는 1종 이상의 하이드로겔 형성 흡수성 중합체(하이드로겔 형성 중합체로도 나타내어짐)을 포함한다. 본 발명에서 유용한 하이드로겔 형성 중합체는 수성 액체를 흡수할 수 있으며 수 불용성이지만 수 팽윤성인 다양한 중합체를 포함한다. 이러한 하이드로겔 형성 중합체는 당 업계에 잘 알려져 있으며, 임의의 상기 중합체가 본 발명에서 유용하다.
하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 보통 "하이드로콜로이드" 또는 "흡수성" 재료로도 나타내어지며, 다당류, 예를 들어 카복시메틸 전분, 카복시메틸 셀룰로오스 및 하이드록시프로필 셀룰로오스; 비이온계, 예를 들어 폴리비닐 알콜 및 폴리비닐 에테르; 양이온계, 예를 들어 폴리비닐 피리딘, 폴리비닐 모르폴리니온 및 N,N-디메틸아미노에틸 또는 N,N-디에틸아미노프로필 아크릴레이트 및 메타크릴레이트와, 이들 각각의 4차 염을 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 발명에서 유용한 하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 다수의 음이온성 또는 양이온성 작용기, 예를 들어 설폰산 또는 아미드 또는 아미노기, 더 일반적으로는 카복시기를 가진다. 본 발명에 사용하기에 적합한 중합체의 예로는 중합성의 불포화 산 함유 단량체로부터 제조되는 것을 들 수 있다. 양이온기를 포함하는 양이온성 중합체의 예는 염기 함유 단량체로부터 제조된다. 이와 같이, 상기와 같은 단량체는 하나 이상의 탄소-탄소 올레핀 이중 결합을 포함하는 올레핀계의 불포화 산 및 무수물을 포함한다. 더 구체적으로는, 이러한 단량체는 올레핀계 불포화 카복실산 및 산 무수물, 올레핀계 불포화 설폰산, 또는 이의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 성질은 본 발명에 결정적이지 않지만, 최적의 중합체성 재료를 선택하는 것은 본 발명의 성능 특성을 향상시킬 수 있다. 하기의 개시 내용은 본 발명에서 유용한 흡수성 중합체의 바람직한 특성을 설명한다. 이러한 특성은 한정적인 것으로 해석되어서는 아니되며, 오히려 상기 특성은 단순히 과거 수년에 걸쳐 흡수성 중합체 분야에서 일어난 진보를 나타낸다.
몇몇 비-산(non-acid) 단량체도 본 발명에서의 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 제조에서 일반적으로 소량 포함될 수 있다. 이러한 비-산 단량체는, 예를 들어, 수용성 또는 수분산성의 산 함유 단량체의 에스테르와, 카복실산 또는 설폰산기를 전혀 포함하지 않는 단량체를 포함할 수 있다. 이와 같이 선택적인 비-산 단량체는, 카복실산 또는 설폰산 에스테르, 하이드록실기, 아미드기, 아미노기, 니트릴기, 4차 암모늄염기, 아릴기(예를 들어 스티렌 단량체로부터 유도되는 것과 같은 페닐기) 유형의 작용기를 포함하는 단량체를 포함할 수 있다. 상기 비-산 단량체는 널리 공지된 물질이며, 예를 들어 1978년 2월 28일에 허여된 미국 특허 제4,076,663호(마쓰다(Masuda) 등) 및 1977년 12월 13일에 허여된 미국 특허 제4,062,817호(웨스터맨(Westerman))에 매우 상세하게 기술되어 있는데, 상기 특허 둘 모두는 참고로 인용되어 있다.
올레핀계 불포화 카복실산 및 카복실산 무수물 단량체는 아크릴산 그 자체, 메타크릴산, 에타크릴산, α-클로로아크릴산, α-시아노아크릴산, β-메틸아크릴산(크로톤산), α-페닐아크릴산, β-아크릴옥시프로피온산, 소르브산, α-클로로소르브산, 안겔산, 신남산, p-클로로신남산, β-스테릴아크릴산, 이타콘산, 시트로콘산, 메사콘산, 글루타콘산, 아코닛산, 말레산, 푸마르산, 트리카복시에틸렌 및 말레산 무수물로 예시되는 아크릴산들을 포함한다.
올레핀계 불포화 설폰산 단량체는 지방족 또는 방향족 비닐 설폰산, 예를 들어 비닐설폰산, 알릴 설폰산, 비닐 톨루엔 설폰산 및 스티렌 설폰산; 아크릴 및 메타크릴 설폰산, 예를 들어 설포에틸 아크릴레이트, 설포에틸 메타크릴레이트, 설포프로필 아크릴레이트, 설포프로필 메타크릴레이트, 2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필 설폰산 및 2-아크릴아미드-2-메틸프로판 설폰산을 포함한다.
본 발명에서 사용하기에 바람직한 하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 카복시기를 포함한다. 이러한 중합체는 가수분해 전분-아크릴로니트릴 그래프트 공중합체, 부분적으로 중화된 가수분해 전분-아크릴로니트릴 그래프트 공중합체, 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 비누화 비닐 아세테이트-아크릴 에스테르 공중합체, 가수분해 아크릴로니트릴 또는아크릴아미드 공중합체, 상기 공중합체의 약하게 망상 가교결합된 중합체, 부분적으로 중화된 폴리아크릴산 및 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약하게 망상 가교결합된 중합체를 포함한다. 상기 중합체는 단독으로, 또는 2종 이상의 상이한 중합체의 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 상기 중합체 재료의 예가 미국 특허 제3,661,875호, 미국 특허 제4,076,663호, 미국 특허 제4,093,776호, 미국 특허 제4,666,983호 및 미국 특허 제4,734,478호에 개시되어 있다.
하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 제조에 사용하기에 가장 바람직한 중합체 재료는 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약하게 망상 가교결합된 중합체 및 이의 전분 유도체이다. 가장 바람직하게는, 하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 약 50 내지 약 95%, 바람직하게는 약 75%의 중화된, 약하게 망상 가교결합된 폴리아크릴산(즉, 폴리(나트륨 아크릴레이트/아크릴산))을 포함한다. 망상 가교결합은 중합체가 실질적으로 수불용성이 되게 하며, 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 흡수 용량 및 추출성 중합체 내용물 특성을 부분적으로 결정한다. 상기 중합체를 망상 가교결합시키는 방법 및 전형적인 망상 가교결합제가 미국 특허 제4,076,663호에 매우 상세하게 기술되어 있다.
하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 바람직하게는 하나의 유형(즉, 균질 유형)이지만, 중합체 혼합물도 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전분-아크릴산 그래프트 공중합체 및 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약하게 망상 가교결합된 중합체의 혼합물이 본 발명에서 사용될 수 있다.
하이드로겔 형성 중합체 성분은 양이온 교환 하이드로겔 형성 흡수성 중합체및 음이온 교환 하이드로겔 형성 흡수성 중합체를 함유하는 혼합층(mixed-bed) 이온 교환 조성물의 형태일 수도 있다. 이러한 혼합층 이온 교환 조성물은, 예를 들어 아쉬라프(Ashraf) 등이 1998년 1월 7일에 출원한 미국 특허 출원 제09/130,321호(표제가 "absorbent Polymer Compositions With High Sorption Capacity and High Fluid Permeability Under an Applied Pressure"인 P & G 사건 6976R); 및 미국 특허 제6,121,509호에 기술되어 있는데; 이들 각각의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다.
본 발명에서 유용한 하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 넓은 범위에 걸쳐 변화되는 크기, 형상 및/또는 형태를 가질 수 있다. 이러한 중합체는, 가장 작은 치수에 대한 가장 큰 치수의 비가 크지 않은 입자(예를 들어 과립, 분말, 입자간 응집체, 입자간 가교결합된 응집체 등)의 형태일 수 있으며 섬유, 시트, 필름, 발포체, 박편 등의 형태일 수 있다. 하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 저농도의 1종 이상의 첨가제, 예를 들어 분말화 실리카, 제올라이트, 활성탄, 분자체, 계면활성제, 접착제, 결합제 등을 함유하는 혼합물도 포함할 수 있다. 상기 혼합물 중 성분들은 하이드로겔 형성 중합체 성분과 하이드로겔 비형성 중합체 첨가제가 손쉽게 물리적으로 분리될 수 없도록 하는 형태로 물리적 및/또는 화학적으로 회합될 수 있다.
하이드로겔 형성 흡수성 중합체는 본질적으로 무공성(즉, 내부에 공극이 없음)이거나 상당한 내부 다공성을 가질 수 있다.
상기한 바와 같은 입자에 있어서, 입자 크기는 체 크기 분석법에 의해 측정되는 치수로 정의된다. 따라서, 예를 들어, 710㎛의 개구를 가지는 미국 표준 시험 체(예를 들어 No. 25 U.S. Series Alternate Sieve Designation) 상에 보유되는 입자는 710㎛ 초과의 크기를 가지는 것으로 간주되며; 710㎛의 개구를 가지는 체를 통과하며 500㎛의 개구를 가지는 체(예를 들어 No. 35 U.S, Series Alternate Sieve Designation) 상에서 보유되는 입자는 500 내지 710㎛ 사이의 입자 크기를 가지는 것으로 간주되고; 500㎛의 개구를 가지는 체를 통과하는 입자는 500㎛ 미만의 크기를 가지는 것으로 간주된다. 주어진 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 입자 샘플의 질량 중간값 입자 크기(mass median particle size)는, 질량 기준으로 샘플을 절반으로 나눈 입자 크기로 정의되는데, 즉,중량을 기준으로 샘플의 1/2은 질량 중간값 크기 미만의 입자 크기를 가지며, 샘플의 1/2은 질량 중간값 크기보다 큰 입자 크기를 가진다. 50% 질량 값이 미국 표준 시험 체의 개구 크기에 상응하지 않을 경우 표준 입자-크기 플로팅 방법(여기서, 주어진 체 크기의 개구 상에서 보유되거나 상기 개구를 통과하는 입자 샘플의 누적중량 %는 확률지 상에서 개구 크기에 대하여 플로팅됨)이 질량 중간값 입자 크기의 측정에 일반적으로 사용된다. 이러한 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 입자의 입자 크기의 측정 방법은 참고로 인용되며 1991년 10월 29일에 허여된 미국 특허 제5,061,259호(골드만(Goldman) 등)에 추가로 기술되어 있다.
본 발명에서 유용한 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 입자에 있어서, 입자의 크기는 일반적으로 약 1 내지 약 2000㎛, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 1000㎛ 범위이다. 질량 중간값 입자 크기는 일반적으로 약 20 내지 약 1500㎛, 보다 바람직하게는 약 50 내지 약 1000㎛, 보다 더 바람직하게는 약 100 내지 약 800㎛이다. 필름, 막, 발포체, 섬유, 또는 부직포와 같은 기재 상에 코팅된 중합체를 포함하는 실시 형태에 있어서는, 상기한 것보다 큰 입자가 유용하거나 심지어 바람직할 수 있다.
구체적인 실시 형태에 있어서, 흡수성 중합체의 다른 특성도 관련될 수 있다. 이러한 실시 형태에 있어서, 당 재료는 골드만 등에게 1996년 10월 8일에 허여된 미국 특허 제5,562,646호 및 골드만 등에게 1997년 2월 4일에 허여된 미국 특허 제5,599,335호에 기술된 하나 이상의 특성을 가질 수 있는데, 상기 특허 각각의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다.
염기성 하이드로겔 형성 흡수성 중합체가 임의의 종래의 방식으로 형성될 수 있다. 상기 중합체의 전형적이며 바람직한 제조 방법이 1988년 4월 19일에 허여된 미국 재허여 특허 제32,649호(브랜트(Brandt) 등), 1987년 5월 19일에 허여된 미국 특허 제4,666,983호(츠바키모토(Tsubakimoto) 등) 및 1986년 11월 25일에 허여된 미국 특허 제4,625,001호(츠바키모토 등)에 기술되어 있는데, 이들 모두는 참고로 인용된다.
염기성 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 바람직한 형성 방법은 수성 용액 또는 기타 용액 중합 방법을 포함하는 것이다. 상기에 참고된 미국 재허여 특허 제32,649호에 기술된 바와 같이, 수성 용액 중합법은 중합을 실시하기 위하여 수성 반응 혼합물을 사용하는 것을 포함한다. 이어서, 수성 반응 혼합물을, 상기 혼합물에서 실질적으로 불용성인 약하게 망상 가교결합된 중합체를 생성하기에 충분한중합 조건에 처해진다. 이어서 형성된 중합체 덩어리를 미분화하거나 잘게 잘라 개개의 입자를 형성할 수 있다.
더 구체적으로는, 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 제조를 위한 수성 용액 중합 방법은 중합이 실시되는 수성 반응 혼합물의 제조를 포함한다. 이러한 반응 혼합물의 하나의 요소는 제조할 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 "골격"을 형성하는 산 그룹 함유 단량체이다. 반응 혼합물은 일반적으로 약 100중량부의 단량체를 함유한다. 수성 반응 혼합물의 다른 성분은 망상 가교결합제를 포함한다. 본 발명에 따르는 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 형성에 유용한 망상 가교결합제는 상기에 참고된 미국 재허여 특허 제32,649호, 미국 특허 제4,666,983호 및 미국 특허 제4,625,001호에 더욱 상세하게 기술되어 있다. 망상 가교결합제는 일반적으로 ,수성 반응 혼합물 중에서 수성 혼합물에 존재하는 단량체의 총 몰을 기준으로, 약 0.001몰% 내지 약 5몰%(단량체 100중량부를 기준으로 약 0.01 내지 약 20중량부)의 양으로 존재한다. 수성 반응 혼합물의 선택 성분은, 예를 들어, 과산소 화합물, 예를 들어 과황산나트륨, 과황산칼륨, 과황산암모늄, 카프릴릴 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 과산화수소, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 3차 부틸 디퍼프탈레이트, 3차 부틸 퍼벤조에이트, 과아세트산나트륨, 과탄산나트륨 등을 포함하는 자유 라디칼 개시제를 포함한다. 수성 반응 혼합물의 다른 선택 성분은, 필수 불포화 산성 작용기-함유 단량체 또는 카복실산 또는 설폰산 작용기를 전혀 함유하지 않는 다른 공단량체의 에스테르를 포함하는 다양한 비산성 공단량체를 포함한다.
수성 반응 혼합물은, 상기 혼합물에서 실질적으로 수 불용성이지만 수 팽윤성인 하이드로겔 형성 흡수성의 약하게 망상 가교결합된 중합체를 생성하기에 충분한 중합 조건에 처해진다. 중합 조건은 상기에 참고된 세 특허에서도 더욱 상세하게 논의되어 있다. 이러한 중합 조건은 일반적으로 약 0 내지 약 100℃, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 40℃의 중합 온도로 가열(열 활성화 기술)하는 것을 포함한다. 수성 반응 혼합물을 유지하는 중합 조건은, 예를 들어 반응 혼합물, 또는 이의 일부를 통상적인 유형의 중합 활성화 조사(irradiation)시키는 것도 포함할 수 있다. 방사선, 전자선, 자외선 및 전자기선 조사법이 대안적인 종래의 중합 기술이다.
수성 반응 혼합물에서 형성된 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 산 작용기를 중화시키는 것이 또한 바람직하다. 중화는, 중합체 형성에 이용되는 총 단량체의 약 25몰% 이상, 보다 바람직하게는 약 50몰% 이상이 염 형성 양이온으로 중화되는 산 그룹 함유 단량체가 되도록 하는 임의의 통상의 방식으로 실시될 수 있다. 이러한 염 형성 양이온의 예로는, 상기의 참고 문헌 미국 재허여 특허 제32,649호에 더 상세하게 논의되어 있는 바와 같이 알칼리 금속, 암모늄, 치환 암모늄 및 아민을 들 수 있다.
미립자 형태의 하이드로겔 형성 흡수성 중합체는, 수성 용액 중합 방법을 사용하여 제조하는 것이 바람직하지만, 역 유화 중합 또는 역 현탁 중합 방법과 같은 다중상 중합 프로세싱 기술을 사용한 중합 방법을 실시하는 것도 가능하다. 역 유화 중합 또는 역 현탁 중합 과정에 있어서, 상기한 바와 같은 수성 반응 혼합물은 사이클로헥산과 같은 수 비혼화성의 불활성 유기 용매의 매트릭스에서 작은 점적형태로 현탁된다. 생성된 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 입자는 일반적으로 그 형상이 구형이다. 역 현탁 중합 방법은 1982년 7월 20일에 허여된 미국 특허 제4,340,706호(오바야시(Obaysashi) 등), 1985년 3월 19일에 허여된 미국 특허 제4,506,052호(플레셔(Flesher) 등) 및 1988년 4월 5일에 허여된 미국 특허 제4,735,987호(모리타(Morita) 등)에 매우 상세하게 기술되어 있는데, 이들 모두는 참고로 인용되어 있다.
초기에 형성된 중합체의 표면 가교결합은, 비교적 큰 다공성의 하이드로겔-층(porosity hydrogel-layer, PHL, 가압 하의 성능(performance under pressure, PUP 용량 및 염류 흐름 전도율(saline flow conductivity, SFC 값을 가지는 하이드로겔 형성 흡수성 중합체를 얻기 위한 바람직한 방법인데, 이는 본 발명의 상황에서 유익할 수 있다. 본 발명에 따르는 하이드로겔 형성 흡수성 중합체의 표면 가교결합을 실시하기 위한 적합한 일반적인 방법은 1985년 9월 17일에 허여된 미국 특허 제4,541,871호(오바야시); 1992년 10월 1일자의 PCT 공보 WO92/16565(스탠리(Stanley)); 1990년 8월 9일자의 PCT 공보 WO90/08789(타이(Tai)); 1993년 3월 18일자의 PCT 공보 WO93/05080(스탠리); 1989년 4월 25일에 허여된 미국 특허 제4,824,901호(알렉산더(Alexander)); 1989년 1월 17일에 허여된 미국 특허 제4,789,861호(존슨(Johnson)); 1986년 5월 6일에 허여된 미국 특허 제4,587,308호(마키타(Makita)); 1988년 3월 29일에 허여된 미국 특허 제4,734,478호(츠바키모토(Tsubakimoto)); 1992년 11월 17일에 허여된 미국 특허 제5,164,459호(기무라(Kimura) 등); 1991년 8월 29일자의 독일 특허 공보제4,020,780호(다멘(Dahmen)); 및 1992년 10월 21자의 유럽 특허 공보 제509,708호(가트너(Gartner))에 개시되어 있는데; 이들 모두는 참고로 인용되어 있다. 본 명세서에 참고로 인용되는, 1996년 10월 8일에 허여된 미국 특허 제5,562,646호(골드만 등) 및 1997년 2월 4일에 허여된 미국 특허 제5,599,335호(골드만 등)을 또한 참조한다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 본 발명에 따라 제조되는 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 입자는 일반적으로 실질적으로 건조할 경우 유리하다. 본 명세서에서 "실질적으로 건조"하다는 용어는 입자가 입자의 약 50중량% 미만, 바람직하게는 약 20중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 10중량% 미만의 액체 함량, 일반적으로 물 또는 다른 용액 함량을 가진다는 것을 의미하도록 사용된다. 일반적으로, 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 입자의 액체 함량은 입자의 약 0.01중량% 내지 약 5중량% 범위이다. 개개의 입자는 가열과 같은 통상의 방법에 의해 건조시킬 수 있다. 대안적으로는, 입자를 수성 반응 혼합물을 사용하여 형성시킬 경우, 공비 증류법으로 반응 혼합물로부터 물을 제거할 수 있다. 중합체-함유 수성 반응 혼합물은 메탄올과 같은 탈수 용매로도 처리될 수 있다. 상기 건조 과정의 조합이 또한 사용될 수 있다. 이어서, 탈수된 중합체 덩어리를 잘게 자르거나 미분화하여 실질적으로 건조한 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 입자를 형성할 수 있다.
기타 겔화 중합체
아크릴아미드계 겔도 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 특히 적합한 것은,아크릴아미드, 2-(아크릴로일옥실)에틸 산 포스페이트, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산, 2-디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 2,2'-비스(아크릴아미도)아세트산, 3-(메타크릴아미도)프로필트리메틸암모늄 클로라이드, 아크릴아미도메틸프로판디메틸암모늄 클로라이드, 아크릴레이트, 아크릴로니트릴, 아크릴산, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 디알릴암모늄 클로라이드, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜, 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 메타크릴아미드, 메틸아크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-[2[[5-(디메틸아미노)1-나프탈레닐]설포닐]아미노[에틸]-2-아크릴아미드, N-[3-디메틸아미노)프로필]아크릴아미드 하이드로클로라이드, N-[3-(디메틸아미노)프로필)메타크릴아미드 하이드로클로라이드, 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드), 나트륨 2-(2-카복시벤조일옥시)에틸 메타크릴레이트, 나트륨 아크릴레이트, 나트륨 알릴 아세테이트, 나트륨 메타크릴레이트, 나트륨 스티렌 설포네이트, 나트륨 비닐아세테이트, 트리알릴아민, 트리메틸(N-아크릴로일-3-아미노프로필)암모늄 클로라이드, 트리페닐메탄-류코 유도체, 비닐-말단 폴리메틸실록산, N-(2-에톡시에틸)아크릴아미드, N-3-(메톡시프로필)아크릴아미드, N-(3-에톡시프로필)아크릴아미드, N-사이클로프로필아크릴아미드, N-n-프로필아크릴아미드 및 N-(테트라하이드로푸르푸릴)아크릴아미드이다.
또한 적합한 것은 N-아이소프로필아크릴아미드계 겔이다. 이는, N-아이소프로필아크릴아미드, 2-(디에틸아미노)에틸 메타크릴레이트, 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰아크릴레이트, 아크릴산, 아크릴아미드 알킬 메타크릴레이트, 비스(4-디메틸아미노)페닐)(4-비닐페닐)메틸 류코시아나이드, 콘카나발린(Concanavalin) A(레시틴), 헥실 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드, n-부틸 메타크릴레이트, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜, 나트륨 아크릴레이트, 나트륨 메타크릴레이트, 나트륨 비닐 설포네이트 및 비닐-말단 폴리메틸실록산을 포함할 수 있다.
또한 적합한 것은 N,N'-디에틸아크릴아미드계 겔이다. 이는, N,N'-디에틸아크릴아미드, 메티아크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드, N-아크릴옥시석신이미드 에스테르, N-tert-부틸아크릴아미드 및 나트륨 메타크릴레이트를 포함할 수 있다.
아크릴레이트계 겔도 적합하다. 이는, 2-디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산, 아크릴아미드, 트리알릴아민, 아크릴레이트, 아크릴아미드, 메틸 메타크릴레이트, 디비닐벤젠, N,N-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 폴리(옥시테트라메틸렌 디메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록시에틸 메타크릴레이트), 폴리(2-하이드록시프로필 메타크릴레이트) 및 폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트를 포함할 수 있다.
또한 적합한 것은 다양한 단량체계 겔이다. 이는, 아크릴산, 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드, 콜라겐, 디팔미토일포스파티딜에탄올아민, 폴리[4-6-데카디엔-1,10-디올비스(n-부톡시카보닐메틸 우레탄)], 폴리[비스[아미노에톡시)에톡시]포스파젠], 폴리[비스[(부톡시에톡시)에톡시]포스파젠], 폴리[비스[에톡시에톡시)에톡시]포스파젠], 폴리[비스[메톡시에톡시)에톡시]포스파젠], 폴리[비스[메톡시에톡시)포스파젠], 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리(에틸렌-디메틸실록산-에틸렌 옥사이드), 폴리(N-아크릴로피롤리딘), 폴리[n,n-디메틸-N-[(메타크릴로일옥시에틸]-N-(3-설포프로필)암모늄 베타인], 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴로일 디펩타이드, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 알콜-비닐 아세테이트, 폴리비닐 메틸 에테르, 푸란-개질 폴리(n-아세틸에틸렌 이민) 및 말레인 이미드-개질 폴리(n-아세틸에틸렌 이민)을 포함할 수 있다.
하이드로겔로서 또한 적합한 것은, 하이드록시알킬 아크릴레이트, 하이드록시알킬 메타크릴레이트, N-치환 아크릴아미드, N-치환 메타크릴아미드, N-비닐-2-피롤리돈, N-아크로일피롤리돈, 아크릴, 메타크릴, 비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴, 스티렌, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 나트륨 스티렌 설포네이트, 나트륨 2-설폭시에틸 메타크릴레이트, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산, 비닐피리딘, 아미노에틸 메타크릴레이트, 2-메타크릴로일옥시트리메틸암모늄 클로라이드, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트, 2,2'-(p-페닐렌디옥시 디에틸 디메타크릴레이트, 디비닐벤젠 및 트리알릴아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 단량체를 포함하는 하이드로겔이다.
또한 적합한 것은 미국 특허 제4,555,344호, 미국 특허 제4,828,710호 및 유럽 특허 EP 648,521 A2(이들 모두는 본 명세서에 참고로 인용됨)에 개시되어 있는 겔이다.
표면적이 큰 재료
삼투성 흡수제(예를 들어, 하이드로겔 형성 흡수성 중합체) 외에도, 본 발명은 표면적이 큰 재료를 포함할 수 있다. 그 자체가, 또는 하이드로겔 형성 흡수성 중합체와 조합된 형태로 분리 장치 또는 용기에 높은 모세관 수착 흡수 용량을 제공하는 것이 이러한 표면적이 큰 재료이다. 본 명세서에 논의되어 있는 바와 같이, 표면적이 큰 재료는, 하나의 사항에 있어서는 이의 모세관 수착 흡수 용량(분리 장치 또는 용기에 포함되는 하이드로겔 형성 중합체 또는 임의의 기타 선택 재료 없이 측정함) 면에서 기술된다. 표면적이 큰 재료는 매우 높은 흡입 높이(예를 들어 100cm 이상)에서 흡수 능력을 가질 수 있다는 것이 인정된다. 이로 인해, 표면적이 큰 재료는 하기 기능 중 하나 또는 둘 다를 제공한다: i) 삼투성 흡수제로의 액체의 모세관 경로 및/또는 ii) 부가적인 흡수 능력. 이와 같이, 표면적이 큰 재료는 중량 또는 부피 당 표면적 면으로 기술될 수는 있지만, 본 출원인은 본 명세서에서, 모세관 수착 흡수 용량이, 일반적으로 본 발명에서 사용되는 분리 장치 또는 용기에 필수 흡입 용량을 제공하여 개선된 흡수 물품을 제공하는 성능 파라미터이기 때문에, 표면적이 큰 재료의 기술을 위하여 모세관 수착 흡수 용량을 대안적으로 사용한다. 특정의 큰 표면적 재료, 예를 들어 유리 마이크로섬유는, 그 자체가 모든 높이에서, 특히 매우 높은 높이(예를 들어 100cm 이상)에서 특히 큰 모세관 수착 흡수 용량을 나타내는 것은 아니라는 것을 인지해야 한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 재료는, 하이드로겔 형성 중합체 또는 다른 삼투성 흡수제와 조합될 경우, 심지어 비교적 높은 높이에서도 원하는 액체 모세관 경로를 하이드로겔형성 흡수성 중합체 또는 다른 삼투성 흡수제에 제공하여 필요한 모세관 수착 흡수 용량을 제공할 수 있다.
본 발명의 분리 장치 또는 용기에서, 충분한 모세관 수착 흡수 용량을 가지는 임의의 재료가 하이드로겔 형성 흡수성 중합체 또는 삼투성 흡수제와 조합되어 사용될 경우 유용할 수 있다. 이와 관련하여, "표면적이 큰 재료"라는 용어는 그 자체가(즉, 분리 장치 또는 용기에 포함된 삼투성 흡수제 또는 임의의 다른 선택 재료 없이 측정할 경우) 하기 모세관 수착 흡수 용량 중 하나 이상을 나타내는 임의의 재료를 나타낸다:
(I) 100cm의 흡입 높이에서 약 2g/g, 바람직하게는 약 3g/g 이상, 보다 더 바람직하게는 약 4g/g 이상, 보다 더 바람직하게는 100cm의 높이에서 약 6g/g 이상의 모세관 수착 흡수 용량;
(II) 35cm의 높이에서 약 5g/g 이상, 바람직하게는 약 8g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 12g/g 이상의 모세관 수착 흡수 용량;
(III) 50cm의 높이에서 약 4g/g 이상, 바람직하게는 약 7g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 9g/g 이상의 모세관 수착 흡수 용량;
(IV) 140cm의 높이에서 약 1g/g 이상, 바람직하게는 약 2g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 3g/g 이상, 보다 더 바람직하게는 약 5g/g 이상의 모세관 수착 흡수 용량; 또는
(V) 200cm의 높이에서 약 1g/g 이상, 바람직하게는 약 2g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 3g/g 이상, 보다 더 바람직하게는 약 5g/g 이상의 모세관 수착 흡수용량.
하나의 실시 형태에 있어서, 표면적이 큰 재료는 하이드로겔 형성 흡수 중합체 또는 다른 삼투성 흡수제와 조합될 경우 섬유 웹 또는 섬유 매트릭스를 제공할 수 있도록 특성상 섬유(이하, "표면적이 큰 섬유"로 칭함)이다. 대안적으로는, 표면적이 큰 재료는 연속 기포형의 친수성 중합체 발포체(이하, "표면적이 큰 중합체 발포체" 또는 더욱 일반적으로는 "중합체 발포체"이라 함)이다. 이러한 재료는 하기에 상세하게 기술되어 있다.
본 발명에서 유용한 표면적이 큰 섬유는 천연(개질 또는 미개질) 및 합성 섬유인 것을 포함한다. 표면적이 큰 섬유는 흡수 물품, 예를 들어 목펄프 섬유에서 일반적으로 사용되는 섬유보다 훨씬 더 큰 표면적을 가진다. 본 발명에서 사용되는 표면적이 큰 섬유는 바람직하게는 친수성이다. 본 명세서에서 사용되는 "친수성"이라는 용어는, 상기 섬유에 침착되는 수성 액체(예를 들어 수성 체액)에 의해 습윤될 수 있는 섬유, 또는 섬유 표면을 기술한다. 친수성 및 습윤성은 일반적으로 관련된 액체 및 고체의 접촉각 및 표면 장력 면에서 정의된다. 이는 문헌[제목:Contact Angle, Wettability and Adhesion, Robert F. Gould 편저(Copyright 1964), American Chemical Society 간행]에 상세하게 논의되어 있다. 섬유, 또는 섬유 표면은, 액체와 섬유, 또는 이의 표면 사이의 접촉각이 90° 미만일 경우, 또는 액체가 섬유 표면을 가로질러 자발적으로 유포되는 경향이 있는 경우 액체(즉, 친수성 액체)에 의해 습윤된다고 하는데, 이들 둘 모두의 상황은 보통은 공존한다. 역으로, 섬유 또는 표면은, 접촉각이 90° 초과이며 액체가 섬유 표면을 가로질러자발적으로 퍼져나가지 않을 경우 소수성인 것으로 간주된다. 본 발명에서 유용한 섬유의 친수성 특성은 섬유에 고유한 것일 수 있거나, 섬유는 본래는 소수성이었으나 친수성이 되도록 처리된 섬유일 수 있다. 본래 소수성인 섬유에 친수성 특성을 제공하는 재료 및 방법은 잘 알려져 있다.
본 발명에서 유용한 표면적이 큰 섬유는 하기 중합체 발포체와 동일한 범위의 모세관 흡입 비표면적을 가진다. 그러나, 일반적으로는, 표면적이 큰 섬유는 BET 표면적 면에서 특성화된다.
본 발명에서 유용한 표면적이 큰 섬유는 유리 마이크로섬유, 예를 들어 에바나이트 파이버 코포레이션(Evanite Fiber Corp.)(미국 오리건주 코발리스 소재)으로부터 입수가능한 유리 울(glass wool)을 포함한다. 본 발명에서 유용한 유리 마이크로섬유는 섬유 직경이 일반적으로 약 0.8㎛ 이하, 보다더 일반적으로는 약 0.1 내지 약 0.7㎛의 섬유 직경을 가진다. 이러한 마이크로섬유의 표면적은 약 2m2/g 이상, 바람직하게는 약 3m2/g 이상이다. 일반적으로 유리 마이크로섬유의 표면적은 약 2m2/g 내지 약 15m2/g이다. 본 발명에서 사용하기 위한 대표적인 유리 마이크로섬유는, 에바나이트 파이버 코포레이션으로부터 타입 104 유리 섬유로 입수가능하며 공칭 섬유 직경이 약 0.5㎛인 것이다. 상기 유리 마이크로섬유 표면적의 계산치는 약 3.1m2/g이다.
본 발명에서 유용한 다른 유형의 표면적이 큰 섬유는 피브릴화 셀룰로오스아세테이트 섬유이다. 상기 섬유(본 명세서에서 "피브렛(fibret)"으로 나타내어짐)는 흡수 물품 분야에서 보통 이용되는 셀룰로오스 유도 섬유에 비하여 큰 표면적을 가진다. 이러한 피브렛은 매우 작은 직경 영역을 가져, 이의 입자 크기 폭은 일반적으로 약 0.5 내지 약 5㎛이다. 상기 피브렛의 표면적은 일반적으로 약 20 m2/g이다. 본 발명에서 표면적이 큰 재료로 유용한 대표적인 피브렛은, 훽스트 셀라네즈 코포레이션(Hoechst Celanese Corp.)(미국 노스캐롤라이나주 샤롯테 소재)으로부터 셀룰로오스 아세테이트 피브렛츠(FibretsR)로 입수가능하다. 물리적 특성 및 제조 방법을 포함하는 피브렛에 대한 상세한 논의에 대해서는, 본 명세서에 각각의 개시 내용이 참고로 인용된 문헌["Cellulose Acetate Fibrets: A Fibrillated Pulp With High Surface Area", Smith, J. E.,Tappi Journal, Dec. 1988, p. 237]; 및 1996년 1월 23일에 허여된 미국 특허 제5,486,410호(그뢰거(Groeger) 등)을 참조한다.
상기 섬유 외에도, 당 분야의 숙련자라면 흡수성 분야에서 널리 공지된 다른 섬유를 개질하여 본 발명에서 사용하기 위한 표면적이 큰 섬유를 제공할 수 있음을 인지할 것이다. 개질되어 본 발명에 의해 요구되는 큰 표면적을 성취할 수 있는 대표적인 섬유는 본 명세서에 참고로 인용된 상기 미국 특허 제5,599,335호(특히 컬럼 21-24 참조)에 개시되어 있다.
이용되는 표면적이 큰 섬유의 성질과 관계없이, 섬유 및 삼투성 흡수제는 조합 전에는 분리된 재료이다. 본 명세서에서 사용되는 "분리된"이라는 용어는, 표면적이 큰 섬유 및 삼투성 흡수제가, 분리 장치 또는 용기의 코어를 형성하기 위해 조합되기 전에 각각 형성된다는 것을 의미한다. 환언하면, 표면적이 큰 섬유가 삼투성 흡수제(예를 들어 하이드로겔 형성 흡수성 중합체)와 혼합된 이후 형성되는 것도 아니며, 삼투성 흡수제가 표면적이 큰 섬유와 조합된 후 형성되는 것도 아니다. 분리된 각각의 성분을 조합함으로써, 표면적이 큰 섬유가 목적하는 형태를 갖도록, 보다 중요하게는, 목적하는 표면적을 갖도록 할 수 있다.
스페이서
스페이서 재료가 본 발명의 흡수재에서 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 스페이서 재료는 물 및/또는 친유성 유체에 기껏해야 단지 약간만 용해될 수 있는 임의의 섬유질 또는 미립자 재료를 포함한다. 스페이서는 흡수재 단독으로 만들어진 매트릭스의 투과성보다 크게 투과성을 향상시키기 위하여 흡수재 매트릭스 전체에 걸쳐서 분산될 수도 있고; 스페이서는 심지어 흡수재가 물에 노출시 팽윤하고/하거나 겔화된 후에도 투과성을 유지하는 데에 사용될 수도 있다. 따라서, 스페이서는 물 함유 유체가 매트릭스를 통과할 경우 흡수재 매트릭스에서의 압력 강하를 감소시키는 것을 돕는다. 또한, 흡수재가 물에 노출되어 붕괴된 후 응고하기 쉽다면, 스페이서는 붕괴시 겔 응고의 감소 또는 방지에 도움이 될 수 있다.
적합한 스페이서 재료의 비제한적 예로는, 모래, 실리카, 알루미노실리케이트, 유리 미소 구체, 점토, 층상 실리케이트, 목재, 천연 직물 재료, 합성 직물 재료, 알루미나, 산화알루미늄, 규산알루미늄, 산화아연, 분자 체, 제올라이트, 활성탄, 규조토, 수화 실리카, 운모, 미정질 셀룰로오스, 몬트모릴로나이트, 피치 핏(peach pit) 분말, 피칸(pecan) 껍질 분말, 활석, 산화주석, 이산화티탄, 호두 껍질 분말 및 상이한 금속 또는 금속 합금 입자를 들 수 있다. 또한 유용한 것은 혼합 중합체(예를 들어 공중합체, 삼원공중합체 등), 예를 들어 폴리에틸렌/폴리프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌/프로필렌/아이소부틸렌 공중합체, 폴리에틸렌/스티렌 공중합체 등으로부터 만들어진 입자이다.
본 발명에서 유용한 다른 미립자 재료는, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌, 폴리아이소부틸렌, 폴리메틸스티렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 나일론, 테플론 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 중합체성 합성 입자이다. 이들 중, 가장 바람직한 것은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 입자이며, 상기 재료의 산화된 형태가 특히 바람직하다. 본 발명에서 유용한 구매가능한 입자의 예로는, 얼라이드 시그날(Allied Signal)(미국 뉴저지주 모리스타운 소재)사로부터 A, B, C 및 D 시리즈로 입수가능하며 평균 입자 크기가 5㎛ 내지 60㎛ 범위로 다양한 아쿠미스트(ACumistTM) 미분화 폴리에틸렌 왁스를 들 수 있다. 바람직한 것은, 평균 입자 크기가 각각 25, 30 및 45㎛인 아쿠미스트TMA-25, A-30 및 A-45 산화 폴리에틸렌 입자이다. 구매가능한 폴리프로필렌 입자의 예로는 평균 입자 크기가 약 125㎛이며 얼라이드 시그날사(미국 뉴저지주 모르스타운)사로부터 입수가능한 아쿠스크럽(ACuscrubTM) 51 및 마이크로 파우더즈(Micro Powders)사(다텍(Dartek) 소재)로부터 입수가능한 프로필텍스(Propyltex) 시리즈를 들 수 있다.
흡수성 매트릭스
"건조" 흡수성 매트릭스 투과성을 증가시키거나 습윤시킬 경우 흡수성 매트릭스의 투과성을 유지하기 위하여, 스페이서에 충분한 흡수재를 제공하는 것, 선택적으로는 표면적이 큰 재료 비를 제공하는 것이 중요하다. 가능한 스페이서의 중량은 흡수재의 중량과 관련하여 크게 변화할 수 있기 때문에, 상기 비율은 "건조" 부피를 기준으로 검증되어야 한다. "매트리스 순 부피"는 재료 그 자체가 포함할 수 있는 재료간 부피 또는 재료내 공극 공간으로 인한 임의의 부피를 포함하지 않는, 흡수재, 스페이서 및 선택적인 임의의 표면적이 큰 재료의 부피이다. "재료내 공극 부피"는 입자 및/또는 섬유가 주어진 공간을 점유할 경우 일반적으로, 그리고 당연히 발생하는 재료 입자 및/또는 섬유들 사이의 누적 공극 부피이다. "건조 벌크 매트릭스 부피"는 건조물 기준으로 재료내 공극 부피와 매트릭스 순 부피의 합이다. 본 발명과 관련해서는, 흡수재는 건조 벌크 매트릭스 부피의 50% 내지 100%, 보다 바람직하게는 75 내지 95%인 것이 바람직하다. 스페이서는 건조 벌크 매트릭스 부피의 1 내지 50%, 보다 바람직하게는 5 내지 25%인 것이 바람직하다. 선택적인 표면적이 큰 재료는 건조 벌크 매트릭스 부피의 1 내지 50%, 보다 바람직하게는 5 내지 25%인 것이 바람직하다.
겔 재료, 스페이서 및 선택적인 표면적이 큰 재료는, 시트 또는 필름 또는 막과 같은 직조형 또는 부직형의 섬유 구조체로 상이한 방법으로 형성 및 구성될수 있다. 시트 구조는 용도에 따라 달라지며, 일반적으로 네가지의 일반적인 구조, 즉, 관, 중공 섬유, 플레이트 및 프레임 단위와, 나선형으로 감긴 모듈을 포함하는데, 이들 모두는 본 발명의 범주 이내이다.
이러한 본 발명의 섬유 구조체 상의 물 흡수제의 로딩 밀도는 섬유 구조체 1 m2당 상기 흡수제 약 50g 내지 약 2000g 범위일 수 있다.
아마도, 시트가 다공성 지지관의 내벽 상에 성형되는 관이 가장 단순한 구조일 것이다. 그러나, 다공성 지지관 그 자체가 주된 비용 인자이므로, 관 구조는 비용이 매우 비쌀 수 있다.
이론상 중공 섬유는, "기생" 장애물이 전혀 없고 값비싼 다공성 지지관이 전혀 없다는 점에서 이상적인 시트 구조이다. 이러한 섬유는 내부 상에서 가압되어 물 보유 유체의 "얇은 채널" 유체 처리를 가능하게 한다. 그러나, 중공 섬유의 가장 큰 불리한 점은, 섬유의 관강(lumen) 아래에서의 횡유동 속도를 제한하는 압력의 제약이다. 또한, 중공 섬유 구조는 다른 세가지 구조보다 오염 및 막힘에 대하여 더욱 민감하지만; 더 큰 직경의 섬유가 오염 저항성의 개선을 위하여 대중화되고 있다. 다행히도, 중공 섬유는 재세척(back washing)에 의해 손쉽게 세정될 수 있는데, 이는 이의 오염 경향을 보상하는 경향이 있다. 대조적으로, 관; 플레이트 및 프레임 단위; 및 나선형으로 감긴 모듈은, 막 층분리 및 결합제 밀봉선 파열을 포함하는 문제점으로 인하여 재세척이 권고되지 않는다.
플레이트 및 프레임 단위의 편평한 시트는 가장 큰 다양성을 제공하며, 가장비용이 비싼 것이기도 하다.
나선형으로 감긴 모듈은 원래는 역 삼투를 위하여 개발되었지만, 시트 면적 단위 당 비용의 면에서 입수가능한 가장 비용이 저렴한 한외여과 모듈 중 하나를 제공함으로써 한외여과 시장 점유율이 증가하고 있다. 나선형으로 감긴 단위는 세정을 위하여 펼칠수 없으며 대부분은 오토클레이브될 수 없다. 오염 경향 면에서, 상기 단위는 중공 섬유와 관(및 더 비싼 플레이트 및 프레임 단위)의 중간에 있다.
겔 재료를 섬유 구조체 또는 스페이서 재료 상으로 직접 부착시킬 수도 있다. 이는, 먼저 10 내지 100%의 수용성 불포화 단량체를 포함하는 단량체 수용액을 섬유 구조체 또는 스페이서 재료 상에 적용하고, 이어서 상기 단량체를 중합함으로써 성취될 수 있다.
섬유 구조체의 두께는 일반적으로 0.01 내지 10mm, 바람직하게는 0.1 내지 5mm 범위이다. 부직포는 5 내지 1000g/sq.m, 바람직하게는 10 내지 300g/sq.m의 기초중량을 가질 것이 요망된다.
본 발명의 방법
본 발명은 선택적으로 유체를 정제하는 널리 공지된 여러 공정과 조합될 수 있다. 이러한 공정은 물-친유성 유체 분리 작업을 돕는 데에 사용되고/되거나 친유성 유체를 사용한 후 친유성 유체로부터 불순물을 제거하는 데에 사용될 수 있다.
증류법은, 용기 중 액체를 가열하여 액체로부터 증기를 생성하고, 이어서 증기를 응축시키고, 이를 다른 용기에 수집하는 공정이다. 이용가능한 증류 공정의 유형으로는, 단순, 분획, 스팀, 비혼화성 용제, 공비, 추출, 진공, 분자, 분리용매제(entrainer) 승화 및 동결 건조 증류법이 있다.
추출법은, 화합물(들)을 하나의 액체로부터 다른 비혼화성 액체로, 또는 고체로부터 액체로 선택적으로 이전시키는 것이다. 전자의 방법은 액체-액체 추출법으로 불리워지며, 두 성분이 직접 분리되지 않기 때문에 간접 분리 기술이다. 외래 물질인 비혼화성 액체가 도입되어 두번째 상을 제공한다.
"경사여과법 방법" 및 "밀도 구배법"은 중력형 분리 방법이다. "디캔터(decanter)"는 중력을 사용하여 스트림을 두개의 액체 상으로 연속적으로 분리하는 데에 사용되는 용기로 정의된다. 스톡스 법칙(Stokes' law)을 사용하면, 연속상에서의 점적의 침전 속도를 유도하여 그에 따라 디캔터를 고안할 수 있다.
이온 교환법은 화합물 중 하나의 유형의 이온을 동일한 유형의 다른 이온으로 교환하는, 즉 양이온을 다른 양이온으로, 또는 음이온을 다른 음이온으로 교환하는 방법이다. 일반적으로 이온 교환 수지가 상기 교환을 실시하는 데에 이용된다. 모든 이온 교환 수지는, 양이온 또는 음이온 교환체이거나, 강하게 또는 약하게 이온화되거나, 겔 또는 거대다공성이거나, 구형 또는 과립형이거나 간에 고체 용액으로 보일 수 있다. 실제 모든 관찰되는 이온 교환 거동은 둘 중 하나가 고체상으로 제한되는 두 용액상들 사이에서의 성분의 분포를 기초로 하여 설명될 수 있다. 성분의 이동은 두 상들 사이의 계면을 가로질러 일어나는데, 상기 계면은 비드 또는 과립의 표면이다. 이온 교환 수지의 내부 상은 4종의 필요 성분을 포함한다. 상기 성분은 3차원 중합체 망상, 망상에 영구적으로 부착된 이온 작용기, 반대 이온(counter ion) 및 용제를 포함한다. 특정 조건 하에서 수지의 내부에는 제2 용매, 공이온(co-ion) 및 비이온성 용액과 같은 다른 성분이 존재할 수 있다.
흡착법, 예를 들어 활성탄에 의한 흡착법은, 액체의 분리에 중요한 단위 작업이며 흡착재의 표면 상에서 일어나는 표면 현상을 이용한다. 흡착은 고체 표면과 관련된 에너지가 액체로부터 고체로 분자 또는 이온 화학종을 끌어당길 경우 일어난다. 흡착된 물질은 상기 표면 상에서 1 내지 수개의 분자 깊이의 층을 형성할 수 있다. 표면의 양 및 특성과 표면에서의 환경 조건이 흡착을 조절한다. 다수의 고도로 다공성인 고체가, 습윤 용매 혼합물과 접촉시 우선적으로 물을 흡착하여 매우 낮은 농도로 물을 제거할 수 있다. 상기 다공성 고체는 처음부터 끝까지 일회(once-through)를 기본으로 하여 사용될 수 있지만, 가열에 의해 재생될 수 있다. 분자 체가 보통 사용되지만; 이온 교환 수지형의 유기 흡착제가 매력적인 대안이다.
크로마토그래피는 표면 상으로의 흡착 또는 액체 박막에서의 용해에 있어서의 화합물 사이의 차이를 기초로 하는 다단계 분리 기술이다. 더욱 일반적인 크로마토그래피 유형은 종이, 박층, 고성능, 기체 및 겔 투과 크로마토그래피이다. 크로마토그래피에 의한 분리 동안의 두가지 주요 작용 메카니즘은 치환 및 분배이다.
투석법은 용질 농도에 있어서 막 통과 구배의 결과로서 막을 통하여 용질이 이동되는 것이다. 이러한 방법에는 삼투가 수반되는데, 삼투는 용매 농도에 있어서 막 통과 구배의 결과로 막을 통하여 용매가 이동하는 것이다. 투석에서의 용질이동 방향은 삼투에서의 용매 이동 방향과 반대이다. 투석법은 농도 구배에 의해 가동되는 반투과성 막의 통과를 통하여 저분자량의 용질 분자 또는 이온을 용액으로부터 제거하는 데에 효과적이다.
전기 투석법은 전기적 구동력에 의해 막 및 용액 시스템을 통하여 전해질을 이동시키는 방법이다. 현재 사용되는 전기 투석이라는 용어는 이온 교환 막에 의한 다중 구획 전기 투석을 말한다. 전기분해법, 농도 희석법, 이온 치환법 및 역 전기 투석법의 네가지 전기 투석법 변형이 존재한다.
정용여과법은 마이크로화학종의 제거 속도가 농도에 따라 달라지지 않으며 단순히 교환 또는 투석될 부피에 대한 한외여과 속도(막 면적)의 함수라는 점에서 통상의 투석과는 다르다. 반복적이거나 연속적인 신선한 용매의 첨가는 염 및 기타 마이크로화학종을 효율적으로, 그리고 신속하게 씻어 내거나 교환한다.
고체는 물은 흡착하면서 용제는 배척하도록 고안될 수 있다. 마찬가지로, 막은 물은 통과시키면서 용제는 보유하거나 그 반대가 되도록 고안될 수 있다. 물을 용제-물 혼합물로부터 제거하기 위한 과증발법(pervaporation)의 사용은 친수성 막의 사용을 포함한다. 바람직한 막으로는 폴리비닐리덴 플루오라이드 막, 예를 들어 에이지(AG)사가 공급하는 폴리설폰 중공 섬유막인 오스모닉(Osmonic) JX(상표명) 및 와트만(Whatman)사가 공급하는 실란화 셀룰로오스 필터가 있다. 물로부터의 용제의 제거는, 물을 거부하며 친유성인 막의 사용을 제외하고는 동일하다.
결정화법은 증기, 용융물, 또는 용액으로부터 결정을 생성하는 방법이며 침전이 일반적으로 극히 높은 수준의 과포화, 일차 핵형성 및 낮은 용해도 비를 나타낸다는 점에서 침전법과는 구별된다.
원심 분리법은 밀도 차이를 기초로 하여 물질을 분리하는 기술이며, 분리 속도는 증가하는 회전력을 인가함으로써 증폭된다. 회전력은 원심력으로 불리워지며 회전력을 제공하는 장치는 원심 분리기로 불리워진다.
카트리지 여과법은 주로 액체로부터 고체를 제거하는 데에 사용된다. 구체적으로는, 고체를 적게 함유하는 액체를, 상기 액체가 광학적으로 투명한 용액이 되도록 여과한다. 카트리지는 구조가 원통이며 주름형이거나 비주름형의, 일회용 또는 세정성 필터 매체를 포함한다. 필터 매체는 일반적으로 플라스틱 또는 금속 하드웨어에 일체형으로 결합되어 있다.
침강법은 중력에 의한 침전을 통한 현탁된 고체 입자의 액체 스트림으로부터의 분리법이다. 침강법은 침전 속도 차이를 기초로 하여 고체 입자를 분리하는 데에도 사용될 수 있다.
공기 탈기법(air stripping)은 물이 방류될 수 있는 수준으로 폐수로부터 다수의 유기 용제를 제거할 수 있는 방법이다. 이 방법은 특히 물에서의 용해도가 낮거나 물에 상대적으로 휘발성이 높은 용제에 적용된다.
탈수(desiccant) 건조법은 물 습윤 용제를, 물을 회수(withdraw)하여 제2 상을 형성하기에 적당한 고체, 일반적으로 전해질과 접촉시키는 것을 포함한다. 이어서 다른 수단(예를 들어, 경사여과법)으로 상기 제2 상으로부터 물을 제거할 수 있다.
화학 물질 첨가법은 화학 물질을 첨가하여 액체의 하나 이상의 물리 화학적특성, 예를 들어 pH, 이온 강도 등을 변화시키는 것을 포함한다. 이러한 화학 물질의 예로는 염, 산, 염기, 응고제 및 응집제를 들 수 있다.
효소, 미생물 또는 박테리아 첨가법은 효소, 미생물 또는 박테리아를 폐기 스트림에 첨가하여 이러한 스트림으로부터 유기 오물을 제거하는 것을 포함한다.
온도 변화법은 이성분 혼합물의 분리를 향상시키며 혼합물의 냉각 및/또는 가열 둘 모두를 포함할 수 있다. 이성분 혼합물의 온도 증가는 응집을 돕는 반면, 냉각은 성분들 중 하나의 결정화 또는 동결을 돕는다.
정전기적 응집법은, 하나의 상은 연속상이고 다른 하나는 불연속 상인 두개의 상호 불용성 상(예를 들어, 친유성 유체 및 물)을 포함하는 에멀젼을 전기장에 노출시켜 불연속 상의 충분히 큰 크기의 점적으로의 응집에 영향을 줌으로써 점적이 두 상의 밀도 차이에 기초하여 에멀젼으로부터 중력에 의해 하강하도록 하는 것을 포함한다. 이러한 방법을 실시하기 위해서는, 두개의 상은 유전 상수 및 밀도에 있어서 적어도 작은 차이를 가져야 한다. 전기적 응집법은 널리 공지된 방법이며 자비스(Jarvis) 등의 미국 특허 제3,207,686호; 터너(Turner)의 미국 특허 제3,342,720호; 프레스트리지(Prestridge)의 미국 특허 제3,772,180호; 프레스트리지의 미국 특허 제3,939,395호; 호그슨(Hodgson)의 미국 특허 제4,056,451호; 프레스트리지의 미국 특허 제4,126,537호; 프레스트리지의 미국 특허 제4,308,127호; 및 가티(Gatti) 등의 미국 특허 제5,861,089호에 기술되어 있다.
흡수법은 에멀젼으로부터 하나 이상의 성분을 "흡수"하는 물질에 에멀젼을 노출시키는 것을 포함한다. 흡수재는, 주로 표면 현상인 흡착과는 대조적으로 일반적으로 부피가 변화된다(팽윤 또는 수축). 하나의 예에 있어서, 흡수성 중합체를 이용하여 용제-물 에멀젼으로부터 물을 제거할 수 있다.
공정
본 발명은 적어도 물 및 친유성 유체로 만들어진 에멀젼에 함유된 친유성 유체의 처리 공정에 관한 것이다. 본 공정은 에멀젼을 예비 처리하는 단계, 친유성 유체를 에멀젼으로부터 회수하는 단계 및 친유성 유체를 정제하는 단계를 포함한다. 본 공정은 먼저 직물을 친유성 유체와 물에 노출시키는 단계, 이어서 에멀젼 형태의 친유성 유체와 물을 수집하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 공정은 직물에 대한 노출 이전에 친유성 유체의 일부 또는 전부 및 물의 일부 또는 전부를 혼합하여 에멀젼을 형성하는 혼합 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 유화제가 혼합 단계 동안 첨가될 수도 있다.
에멀젼이 유화제를 포함할 경우, 에멀젼은 약 10중량% 이하의 유화제를 함유할 수 있다. 친유성 유체 및 물 에멀젼은, 에멀젼의 중량을 기준으로 하여, 약 1/98.9/0.1 내지 약 40/55/5의 물/친유성 유체/유화제 비를 가지는 것이 바람직하다. 마지막으로, "보조 성분" 설명 부분에서 논의된 바와 같이, 유화제는 계면활성제로도 작용할 수 있다.
친유성 유체는 선형 실록산, 사이클릭 실록산 및 상기 실록산의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 실록산은 옥타메틸사이클로테트라실록산, 데카메틸사이클로펜타실록산, 도데카메틸사이클로헥사실록산 및 상기 실록산의 혼합물로이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 더 바람직하다. 친유성 유체가 데카메틸사이클로펜타실록산을 포함할 경우 보다 더 바람직하다. 마지막으로, 친유성 유체가 데카메틸사이클로펜타실록산을 포함하며 실질적으로 옥타메틸사이클로테트라실록산이 없을 경우 가장 바람직하다.
본 발명의 "수집" 단계는 여러 방법으로 실시될 수 있다. 친유성 유체와 물을 포함하는 직물 세탁물을 회전시키는 것은 통상의 세탁 응용에 있어서 널리 공지되어 있다. 처리된 직물을 짜거나, 비틀거나, 스퀴징(squeezing)하는 것도 직물 및 직물 제품으로부터 유체를 추출하는 널리 공지된 기계적 방법이다. 증발법도 친유성 유체와 물의 수집 및/또는 직물 세탁물의 건조에 이용될 수 있다. 직물 세탁물, 친유성 유체와 물의 가열 또는 기타 널리 공지된 증발 수단도 이를 행할 수 있다. 회전 및/또는 텀블링을 가열과 커플링시켜 증발 및 증발 균일성을 보조할 수 있다. 상기 방법을 이용할 경우, 친유성 유체와 물의 후속적인 응축, 이어서 회수 및 정제 단계가 요구된다.
"예비 처리" 단계가 다수의 통상적인 방법으로 실시될 수 있다. 예비 처리방법의 비제한적 예로는 침강법, 원심 분리법, 사이클론 작용 노출법, 경사여과법, 여과법, 화학 물질 첨가법 및 온도 변화법을 들 수 있다. 예비 처리 요법은 상기 방법의 조합도 포함할 수 있다.
여과를 실시할 경우, 친유성 유체와 물의 에멀젼을 미립자 필터에 통과시켜 약 25㎛ 이상의 입자 또는 입자 응집체가 제거되도록, 바람직하게는 약 15㎛ 이상의 입자 및 입자 응집체가 제거되도록, 보다 바람직하게는 약 10㎛ 이상의 입자 및입자 응집체가 제거되도록, 보다 더 바람직하게는 약 5㎛ 이상의 입자 및 입자 응집체가 제거되도록, 보다 더 바람직하게는 약 1㎛ 이상의 입자 및 입자 응집체가 제거되도록 하는 것이 바람직하다. 친유성 유체와 물의 에멀젼을 추가의 예비 처리를 위하여 활성탄에 노출시키는 것도 가능하다.
마찬가지로 "회수" 단계도 다수의 널리 공지된 방법으로 실시될 수 있다. 회수 방법의 비제한적 예로는 기계적 응집법, 전기적 응집법, 화학 물질 첨가법, 막 여과법, 온도 변화법, 공기 탈기법, 미생물 첨가법, 흡수재 노출법, 원심 분리법, 증류법, 흡착법, 흡수법, 결정법, 침전법, 온도 변화법, 정용여과법, 전기 분해법, 추출법, pH 변화법 및 이온 강도 변화법을 들 수 있다. 흡착을 실시하는 다수의 가능한 방법들 중 하나는 에멀젼을 활성탄에 노출시키는 것이다. 회수 요법은 상기 방법들의 조합도 포함할 수 있다.
"정제" 단계가 다수의 방법으로 실시될 수 있다. 비제한적 예로는, 막 여과법, 증류법, 추출법, 스트립핑, 효소 첨가법, 이온 교환법, 탈수 건조법, 크로마토그래피 및 흡착법을 들 수 있다. 정제 요법은 상기 방법들의 조합도 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 친유성 유체 및 친유성 유체 증기의 정제 공정에 관한 것이다. 본 공정은 친유성 유체 증기와, 물 및 친유성 유체를 포함하는 제1 에멀젼을 수집하는 단계를 포함한다. 다음, 친유성 유체 증기를 응축시켜 응축된 친유성 유체 증기를 형성한다. 응축시킨 친유성 유체 증기를 제1 에멀젼과 합하여 제2 에멀젼을 형성한다. 이어서 제2 에멀젼을 상기와 같이 예비 처리할 수 있다. 예비 처리 후, 친유성 유체와 응축된 친유성 유체 증기를 상기와 동일한 방법으로 제2 에멀젼으로부터 회수할 수 있다. 에멀젼으로부터의 회수 후, 친유성 유체와 응축된 친유성 유체 증기를 상기 방법에 따라 정제한다. 첫번째 실시 형태에서와 같이, 본 공정도 직물을 먼저 친유성 유체와 물에 노출시키는 단계, 이어서 친유성 유체와 물을 제1 에멀젼의 형태로 수집하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 본 공정은 직물에 대한 노출 이전에 친유성 유체의 일부 또는 전부와 물의 일부 또는 전부를 혼합하여 제1 에멀젼을 형성하는 혼합 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 유화제가 혼합 단계 동안 첨가될 수도 있다.
상기에서 논의된 조성물 또는 에멀젼은, 상기 "보조 성분" 설명 부분에 기재된 바와 같이, 이에 한정되는 것은 아니지만, 효소, 표백제, 계면활성제, 직물 유연제, 방향제, 항균제, 정전기 방지제, 증백제, 염료 고정제, 염료 마모 억제제, 항마찰제, 주름 감소제, 주름 방지제, 오물 제거 중합체, 일광차단제, 탈색 방지제, 빌더, 비누 거품 발생제, 조성물 악취 제거제, 조성물 착색제, pH 완충제, 방수제, 발오제 및 상기 보조제의 혼합물을 포함하는 선택되는 보조 성분을 추가로 함유할 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템은, 서비스, 예를 들어 드라이 클리닝 서비스, 기저귀 서비스, 유니폼 세탁 서비스 또는 상업적 사업, 예를 들어 호텔, 식당, 컨벤션 센터, 공항, 크루즈 선박, 항만 시설, 카지노의 일부인 동전 세탁기, 드라이 클리닝 기계, 리넨 서비스에 사용될 수도 있고, 가정에서 사용될 수도 있다.
본 발명의 방법은 변형된 기존 장치로서 물 세탁과 같은 종래의 공정 뿐만아니라 본 발명의 공정도 행하도록 하는 방식으로 개조된 장치에서 수행될 수 있다.
본 발명의 방법은 변형된 기존의 장치가 아니라 본 발명을 행하도록 하는 방식으로 특수하게 조립되거나 친유성 유체 프로세싱 시스템의 일부로 다른 장치에 부가될 수 있는 장치에서 또한 수행될 수 있다. 이는, 모든 관련 배관, 예를 들어 화학 물질 및 물 공급원으로의 연결부 및 폐기 세척 유체용 하수 시설을 포함한다.
본 발명의 시스템은 변형된 기존의 장치가 아니라 본 발명, 혹은 물 세탁과 같은 통상의 공정을 행하도록 하는 방식으로 특수하게 조립된 장치에서 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 "이중 모드"(dual mode)로 기능할 수 있는 장치에서 수행될 수 있다. "이중 모드" 장치는 동일한 드럼 내에서 직물을 세척 및 건조시킬 수 있는 것이다. 상기 장치는 특히 유럽에서 광범위하게 입수가능하다.
본 발명의 실시에 사용되는 장치는 일반적으로 소정 종류의 제어 시스템을 포함한다. 이는 전기 시스템, 예를 들어 소위 지능형 제어 시스템과, 더욱 전통적인 전자-기계적 시스템을 포함한다. 이러한 제어 시스템은 사용자로 하여금 세정할 직물 세탁물의 크기, 오물의 유형, 오염 정도, 세정 사이클 시간을 선택할 수 있게 한다. 대안적으로는, 사용자는 미리 설정된 세정 및/또는 재충전 사이클을 사용할 수도 있고, 본 장치는 확인가능한 파라미터에 기초하여 상기 사이클의 길이를 조절할 수도 있다. 이는 전기적 제어 시스템의 경우 특히 그러하다. 예를 들어, 친유성 유체의 수집 속도가 정상 속도에 도달하는 경우, 장치는 정해진 시간후 자동으로 꺼지거나, 친유성 유체에 대한 다른 공정을 개시할 수 있다.
전기적 제어 시스템의 경우에, 하나의 선택 사항은 제어 장치를 소위 "지능형 장치"로 만드는 것이다. 이는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자가 진단 시스템, 세탁물 유형 및 사이클 선택, 기계를 인터넷에 연결하여 소비자가 상기 장치를 원격 시동할 수 있게 하고 상기 장치가 직물 제품을 세정하면 알려 주게 하거나 또는 장치가 고장난 경우 공급자가 문제점을 원격 진단할 수 있게 하는 것을 포함하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템이 단지 세탁 시스템의 일부일 경우, 소위 "지능형 시스템"은 세정 공정의 나머지를 완료하는 데에 사용되는 기타 세정 장치, 예를 들어 세척 기계 및 건조기와 통신할 수 있다.

Claims (14)

  1. 물과 친유성 유체를 포함하는 에멀젼을 예비 처리하는 단계(a),
    에멀젼으로부터 친유성 유체를 회수하는 단계(b) 및
    친유성 유체를 정제하는 단계(c)를 포함함을 특징으로 하는, 물과 친유성 유체를 포함하는 에멀젼에 함유된 친유성 유체의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    직물을 친유성 유체와 물에 노출시키는 단계(a) 및
    친유성 유체와 물을 에멀젼의 형태로 수집하는 단계(b)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 노출 단계 이전에 친유성 유체의 일부 또는 전부와 물의 일부 또는 전부를 혼합하여 에멀젼을 형성하는 혼합 단계도 포함하며, 바람직하게는 이러한 혼합 단계 동안 친유성 유체와 물에 유화제를 추가로 첨가하여 에멀젼을 형성시킴을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 수집 단계가 직물, 친유성 유체 및 물을 회전시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 수집 단계가 직물을 짜는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 수집 단계가 친유성 유체의 일부 또는 전부와 물의 일부 또는 전부를 증발시키는 공정 및 친유성 유체의 일부 또는 전부와 물의 일부 또는 전부를 응축시키는 공정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 예비 처리 단계가 침강법, 원심 분리법, 사이클론 작용 노출법, 경사여과법, 여과법, 온도 변화법, 화학 물질 첨가법 및 이들 방법의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 예비 처리 단계가 에멀젼을 필터에 통과시켜 약 1㎛ 이상의 입자 및 입자 응집체를 제거하는 공정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 회수 단계가 기계적 응집법, 전기적 응집법, 화학 물질 첨가법, 막 여과법, 온도 변화법, 공기 탈기법, 미생물 첨가법, 흡수재 노출법, 원심 분리법, 증류법, 흡착법, 흡수법, 결정화법, 침전법, 온도 변화법, 정용여과법(diafiltration), 전기 분해법, 추출법, pH 변화법, 이온 강도 변화법 및 이들 방법의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되며, 바람직하게는 흡착법이 에멀젼을 활성탄에 노출시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 정제 단계가 막 여과법, 증류법, 추출법, 스트립핑, 효소 첨가법, 이온 교환법, 탈수 건조법, 흡착법 및 이들 방법의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 에멀젼이 에멀젼의 약 10중량% 이하의 유화제를 함유하며, 바람직하게는 에멀젼이 물/친유성 유체와 응축된 친유성 유체 증기와의 합/유화제를, 에멀젼의 중량을 기준으로 하여, 약 1/98.9/0.1 내지 약 40/55/5의 비로 포함하고/하거나, 유화제가 계면활성제를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 친유성 유체가 선형 실록산, 사이클릭 실록산 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 바람직하게는 친유성 유체가 옥타메틸사이클로테트라실록산, 데카메틸사이클로펜타실록산, 도데카메틸사이클로헥사실록산 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 친유성 유체를 포함하고, 보다 바람직하게는 친유성 유체가 데카메틸사이클로펜타실록산을 포함하며, 보다 더 바람직하게는 친유성 유체가 데카메틸사이클로펜타실록산을 포함하고, 실질적으로 옥타메틸사이클로테트라실록산을 함유하지 않음을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 에멀젼이 효소, 표백제, 계면활성제, 직물 유연제, 방향제, 항균제, 정전기 방지제, 증백제, 염료 고정제, 염료 마모 억제제,항마찰제(anti-crocking agent), 주름 감소제, 주름 방지제, 오물 제거 중합체, 일광차단제, 탈색방지제, 빌더, 비누 거품 발생제, 조성물 악취 제거제, 조성물 착색제, pH 완충제, 방수제, 발오제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 보조 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 막 여과법이 폴리비닐리덴 플루오라이드 막 및/또는 폴리설폰 중공 섬유막 및/또는 실란화 셀룰로오스 막을 포함함을 특징으로 하는 방법.
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