KR20060021835A

KR20060021835A - 개량된 여과 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20060021835A
Application number: KR1020057020609A
Authority: KR
Inventors: 다비드 에스. 손; 크리스토퍼 디. 태제
Original assignee: 이노버티브 콘스트락션 앤드 빌딩 머티어리얼즈
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2006-03-08
Also published as: WO2005023390A3; CA2524015A1; WO2005023390A2; EP1628726A2; JP2006524569A; CN101678252A

Abstract

본 발명의 여과매체는 유해한 물질들의 포획 및 중성화 매체를 포함한다. 유해한 물질들을 포획하기 위한 저압, 고효율의 여과매체를 제조하는 방법은, 모노형태로 분산될 수도 있고 균일하게 배열될 수도 있는 엔지니어링화된 유출(pour) 크기를 지니는 엔지니어링화된(engineered) 기공들을 지니는 여과매체를 제조한다. 중성화성분이 여과매체에 코팅될 수도 있으며, 유해한 병원균, 에어로졸, 미립자들, VOC들, 가스 및 증기들과 같은 유해한 물질들중 적어도 하나의 증가된 포획효율과 중성화를 제공한다.

여과매체, 포획, 중성화, 저압, 고효율.

Description

개량된 여과 장치 및 방법{ADVANCED FITRATION DEVICES AND METHODS}

본 출원은, 그 전문이 참조로 되는 "개량된 여과 장치 및 방법"의 명칭하에 2004.02.05자로 출원된 데이비드 에스. 손 및 크르스토퍼 디. 타게의 미국 가출원 제60/542,409호 및 "직접 캐스팅 및 임프린팅함으로써 시트상의 여과매체의 급속제조법"이라는 명칭하에 2003.04.28자로 출원된 데이비드 에스. 손의 제60/466,160호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 여과분야, 특히 유해한 입자들, 에어로졸, 증기 및 가스들의 중성화 내지 개선과 함께 여과분야에 관한 것이다.

고농도하에서 질병을 일으킬수 있는 공기중에 존재하는 다양한 독극물이나 병원균들이 존재한다. 이들 유해물질은 만성 폐질환을 야기하면서 실내환경내에 존재할수 있는 여러 가지 종류가 존재한다. 예를 들면, 독성 곰팡이류는 자가 주택 소유자 및 사업자에게 점점 관심을 모으고 있다. 덧붙여서, 최근의 사건들은 병원균과 독극물을 테러무기로 이용될수 있다는 것으로 지대한 관심을 모으고 있다. 유해물질이란 용어는 먼지나 곰팡이 독성물 및 꽃가루, 연기나 휘발성유기화합물과 같은 인공물질, VX, 사린, 리신 및 안트락스와 같은 테러물질을 포함한다. 유해물질에 대한 화학적 구조는 도 1A-1D에 도시하고있다.

몇가지 독성화학물질은 극성화합물과 높은 반응성을 갖는다. 예를 들면 잘알려진 화학무기의 4가지 범위는 호흡마비제, 발포제, 혈액제 및 신경작용제로 구성된다. 염소와 인과 같은 호흡마비제는 폐를 공격한다. 머스타드 기체와 같은 발포제는 눈이나 폐와같은 피부에 흡수될 때 유기체이 표피에 발포를 일으키는 휘발성 액체이다. 시안화수소와 같은 혈액제는 혈액을 통하여 폐에 흡수되며, 수성 HCN의 경우에는 조직을 통하여 흡수되며, 이곳에서 헤모글로빈을 비가역적으로 차단하여 산소흡수를 차단한다. 사린이나 소만, VX와 같은 신경제는 피부나 폐를 통하여 흡수되는 경우 맹독성을 갖게 된다. 염소, 인, 그리고 시안화 수소는 기체이다. GB, GD, VX, 및 HD는 에어로솔 혹은 기체와 에어로졸의 혼합형태로 분산되는 반 휘발성의 액체이다.

독성물질에 노출된 후 표피의 해독에 대하여 연구되어왔다. 가장 우수한 해독방법은 흡착법(이후 소각처리함)이며, 화학반응에 의하여 중화시킨다. 이들 독성물질의 구조와 기능은 매우 광범위하며(도 1A-1D) 모두가 적절한 약제의 처리고 급속하게 반응하는 높은 반응성을 갖는 물질이다. 예를들면, 독성화합물은 알카리 용액, 산화제 혹은 이들 두가지와 급속하게 반응한다.

신경제는 강산화제의 존재하에 인산과 급속한 산화반응을 한다. HD는 덜 유독하지만 그래도 위험스러운 술폰 유도체로 부분적인 산화가 되는 것을 피하기만 하면 산화반응을 받을 수 있다.

시안화수소, 염소, 포스겐, B, 사린, 소만 그리고 VX는 모두 알카리용액과 반응하여 비교적 덜 유해한 물질을 만든다.

휘발성 유기화합물(VOC)은 주거용 및 상업용빌딩에 널리 퍼져 있으며, 거주자에게 심각한 건강악화 물질로 알려져 있다.

국내 및 국제적인 건강 관련 약제들이 광범위하게 분류되어져 있으나, voc들은 기체 형태의 화합물이거나 혹은 실온에서 휘발성이 뚜렷한 것으로 알려져 있다.

예를 들면, 파티클보드, 합판, 섬유, 코팅제, 단열재와 같은 제품은 일반적인 voc로 기체형태의 포름알데이드를 다량 갖고 있다.

주거지와 작업장내 포름알데히드 최고 허용치는 0.04-0.4PPM이다. 0.06PPM보다 높은 농도로 지속적으로 노출되면 점막자극, 발진, 심각한 알레르기 반응, 피로감, 두통, 불안, 초조 그리고 심각한 만성 적인 폐질환을 갖는 설암등을 유발하게 된다.

거주지에 존재하는 일반적인 voc로는 벤젠, 톨루엔, 스티렌 아세톤, 파라 디 클로로벤젠, 클로로폰, 테트라클로로에티렌, 아크릴산 에스테르 및 지방족 케톤류 그리고 알콜들이다. 이와 함께 빌딩 거주자는 황화합물 과 암모니아 기체 와 같은 또다른 독성 기체에 저농도로 가끔 노출되어진다.

대부분의 VOC는 산화제, 알카리 수용액 혹은 이들 두 개로 쉽게 중화처리가능하다.

빌딩내 공조처리장치의 공기여과 시스템, 자동차 및 개인용 보호장치들은 우리가 숨쉬는 공기의 질과 안정성을 개선하고자 노력하고 있다.

그러나 이같은 에어콘디숀이나 순환장치, 히팅에 사용되는 여과시스템은 미생물, 미립자, 구주물로부터 나오는 미립자 및 기체류의 유해농도치 이하로 낮추는 것이 불가능하다.

표1에 일반적인 유해물질의 크기를 비교하고 있다.

자동차내의 에어 여과장치는 주변 자동차에 있는 유독물질의 예상치 못한 방출을 안전수준으로 낮추지 못하고 자신의 차량에서 배출된 유독물질만 낮추고 있다.

유해물질에 대한 노출을 억제하도록 구성된 개인용 보호장치조차도 여과엘레멘트를 보호수준을 유지하기위하여 지속적으로 교체하지않는한 심각한 한계성을 드러내고 있다.

한가지 예로, 포름알데히드의 농도는 자연과 인공 발생원 모두로부터 인간에 해를 주는 수준이상으로 높아져 있다.

HV AC 시스템은 이같은 물질의 중화에 거의 제공되지 못하고 있다.

사실, HV AC 시스템은 거주자에게 어떤 보호도 제공하지 못하면서 일면 의도적으로 독성물질을 빌딩내에 확산시키는 역할을 하고 있다.

고효율 미립자 필터(HEPA)는 공기중의 병원균과 입자를 잡는데 효율적이다.

만일 사용만 되며,이 필터는 안트락스와 같은 유해물질에 대한 제한적이면서 수동적인 방어수단이 될수 있다.

헤파필터는 VOC를 위시하여 다른 많은 휘발성, 에어로졸 혹은 가스폰형태의 유해물질에는 효과적이지 못하다.

또한 헤파필터는 미립자를 잡는 데는 효과적이지만 작동시에 공기저항이 심하기 때문에 작동시 많은 동작비용이 든다.

공기저항은 압력감소를 야기하게 되어 공기를 순환시키기 위하여 많은 동작비용이 소모될 수밖에 없다.

더나아가서 헤파필터의 압력감소로 고압반발압력을 야기하게 되며, 이 HV AC시스템의 포집효율을 급속하게 감소시켜버린다.

일반적인 가스마스크에 사용되는 입자형 활성탄필터는 유해가스에 단기간 효과를 갖는 것으로 사용되는 것으로 알려져 있다.

활성탄 필터는 HV장치내에 넓게 적용되어질 수 있는 것을 방해하며, 또한 개인용 마스크에서 처럼 개인용 보호장비로 효용성을 낮추는 몇가지 단점을 가지고 있다.

구체적으로 가스 흡착의 메커니즘이 비가역적이라는 점이다.

따라서 흡착된 가스는 실온 습도 혹은 공기의 화학조성분의 변화로 쉽게 방출되어버린다.

예를 들면, 활성탄에 고흡착성을 갖는 두 번째 가스는 먼저 흡착된 기체의 방출을 유도하게 된다.

더나아가서 비극성인 활성탄은 극성의 독가스에 비교적 낮은 흡착력을 보이고 있다.

이러한 단점들로 인하여 고효율농도의 활성탄이 필터의 생명을 늘리는데 필수불가결인 것으로 알려져 있다.

위 언급한 헤파필터와 같이 고농도의 경우에는 커다란 압력감소를 필터내에서 일으켜 필터시스템에 좋지않은 영향을 준다.

마지막으로 입상의 활성탄은 필터층에 느슨하게 배치되어져있어, 개방첸널을 형성하는데 적합하지만 필터의 효율을 급속하게 낮추게 된다.

미 특허제6435184호가 일반적인 개인용 보호 마스크의 구성을 보여주기 위하여 첨부되었다.

1962년에 나온 미 특허제3017329호는 통상적인 부직포형태의 필터를 사용한 겔형태이면서 항균성을 갖는 것을 개발하였다.

필터 배지는 필터배지를 활성성분을 사용하여 분무 혹은 침지와 같은 방식으로 처리하여 코팅처리된다.

활성성분은포유동물에게 유해하면서 중성 pH를 갖는 이온유기형태의 은화합물 혹은 유기주석화합물에서 선택되어진다.

처리된 필터는 코팅공정에서 용매로 사용된 수분을 없애기위하여 열처리되며, 필터배지에 활성 성분이 고정되도록 양생처리되어진다.

미특허3116969호는 흡습제, 부피제 및 필름형성제를 포함한 점성조성물에 의하여 일반적인 필터섬유층에 고정되어진 알킬 아릴 사차암모늄 염화 방부제를 갖고 있는 필터를 설명하고 있다.

미특허제3820308호는 4차암모늄염을 멸균제로 포함한 습유성 코팅처리된 것을 설명하고 있다.

타피(Tappi) 저널 1977, 80(3)의 엠. 데버(M. Dever)등은 용융블로운 폴리프로필렌 필터층내에 포함된 한균제의 항균 효율성에 대한 연구결과를 발표하고 있다. 3개의 서로다른 약제 각각을 필터배지를 형성하기 위하여 사용된 폴리프로필렌 과 혼합하여 주었다.

약제중 단 2개가 가공처리후 FTIR,에 의하여 추적가능하였으며, 이 두가지 약제는 항균 특성을 갖는 것으로 입중되었다.

그러나 폴리프로필렌의 물리적 특성에 부정적 영향을 주는 것은 필터의 섬유두께를 두껍게 하였으며, 처리되지 않은 것에 비하여 포집효율이 낮아졌다.

K. K. Foard 과 J.T. Hanley, ASHRA Trans. 2001 , v. 107, p.156 에서는 3개의 다른 항균제로 처리된 필터를 사용한 필드 시험결과를 보여주고 있다.

알려진 항균 필터처리시험결과 처리군과 무처리군 모두에 성장성을 보여주는 시험결과를 보여주었다.

A. Kanazawa 등. J. Applied Polymer Sci. 1994, v., p.1305에서는 셀룰로스 기질위에 공유적으로 고정화된 항균 포스포늄 염화물을 사용한 항균필터를 설명하고 있다. 긴 알킬사슬을 갖는 포스포늄 염은 박테리아를 잡아내는 좋은 성능을 보여주었다.

엠 오카모토(M. Okamoto) Proceedings of the Institute of Environmental Sciences and Technology(환경 과학과 기술 인스티튜드), 1998, p.122 에서는 공기 처리 필터로 항균필터를 은제오라이트를 사용한 것을 설명하고 있다. 은 제오라이트는 바인더로 필터의 한면에 부착하였다.

미 특허공개2001/0045398호는 그 조직자체내에 고정화된 입자를 갖는 부직형태의 매질로 처리하는 방법을 개발하고 있다.기질을 입자의 현탁액에 접촉하고 현탁액이 기질을 통과하도록 하여 기공형태의 기질내 조직속에 입자가 포집토록하여 항균층을 형성하는 방법을 제공하고 이TEk.

국제공개WO 00/64264의 영어요약본에서는 백본을 폴리머베이스로 구성하고 이 백본에 폴리머형태로 매달리게 구성한 살균성 유기 폴리머 기질을 개방하고 있다. 기질은 폴리머 기질에 고정되어진 N-알킬-N-비닐알킬아미드와 트리오다이드이온으로부터 유도된 단위체로 구성된다.

국제공개WO 02/058812에서는 항균제의 서방성 필터기질을 공개하고 있다. 이 마이크로 캡슐은 마이크로 캡슐의 다공성 쉘내로부터 천천히 확산하는 점성용매에 현탁상태로 있는 약제로 구성된다. 이 마이크로 캡슐은 접착제로 아라비아 검과 같은 것을 사용한 일반적인 필터배지에 고정한다.

공기중의 병원균을 없애는 다른 방법은 액상, 전자기적인 침전을 통하여 공기를 걸러내는 법, UV광선을 이용한 것등이 있으나, 이들 각각은 상당한 에너지를 소모하며, 대용량 HV AC 장치에 적합하다.

모든 상기한 예들은 광범위한 공기 여과장치에 사용하는데 단점을 보여주고 있다. 즉, 높은 운영비용을 갖거나 제작비용이 높거나 필터 유지비용이 높은 그리고 유해한 폐기물을 생산하는 등의 단점이 있다.

즉, 저비용이면서 효율이 좋은 필터의 실질적인 개발 필요성이 절실한 상황이다. 저에너지 소비가 유해한 입자, 병원성 에어로졸, 증기체 및 가스의 중화와 포집에 특히 필요로 하고 있다.

반도체 장치기술에 알려진 예를 들면 미특허 제5110697호에 공개된 것같은 서브 마이크론 패턴을 생성하는 것이 사진석판 공법을 사용하여 개발되었다.1-50마 아크론 패턴의 생성은 사진석판과 칼라인쇄 및 엠보싱 쉬트인쇄법과 같은 방법을 사용하여 손쉽게 이룰 수 있다. 칼라인쇄에서 다층의 레지스트링 소묘포지셔닝방법도 잘 알려져 있다.

또한 엠보싱 쉬트 형성도 점성 유체면 혹은 연화된 고체면 가공하여 내구성을 갖는 패턴이 형성된 롤러표면을 제공하는 방식이 알려져 있다.

예를 들면, 엠보싱된 쉬트를 형성하기 위하여 폴리머 기질이 엠보싱처리된 표면을 갖는 캘린더 롤의 세트사이의 좁은 간극사이를 통과하면서 압착되어져 형성되는 것이다.

이 방법은 일반적인 필터 배지 형성과는 관계가 없지만 이후 통상적인 기질 인쇄법으로 참고하고자 한다.

필터는 유해한 물질들의 포획 및 중성화 매체를 포함한다. 저압, 고효율의 프리필터가 여과매체로 유입되기 앞서 입자들을 포획하는 데에 이용될 수 있다. 그 개량된 여과매체는, 여과 요소와 중성화 요소를 포함한다. 그 중성화 요소는 기질(substrate)상에 얇은 필름으로 코팅된 점성 유기 성분들과 반응성 성분들의 필름이며, 저압 드럽(drop) 및 고처리량의 유해물질들의 개선을 제공한다. 한 실시예에서 중성화 요소는 중성화 요소를 지니하는 파이버(섬유)들과 같은 여과 요소에 의해 지지된다. 그 파이버들은, 파이버를 통과한 공기가 파이버 주위의 비틀린 채널들을 통과하도록 여과체에 분산된다. 이와 같이 하여, 공기중의 유해물질들은 중성화 요소에 접촉하여 그 유해물질들중 하나이상이 중성화된다.

도 1A-1D는 여러 가지 독성 물질들의 화학구조식을 나타낸다.

도 2는 개선층으로 코팅된 파이버들을 지니는 본 발명의 일실시예를 나타낸다.

도 3은 다수의 독성 또는 유해한 물질들의 개선을 위한 광범위 스펙트럼 필터의 한 실시예를 도시한다.

도 4는 개선층없는 여과 파이버를 도시한다.

도 5는 곰팡이 배양 내지 성장(mold growth)을 위한 적합한 온도와 습도의 인큐베이터내에 배치된 후, 몰드 스포어(곰팡이 포자)들을 함유한 용액으로 분무된 개선층으로 코팅된 파이버들을 도시한다.

도 6은 도 5에 도시된 실시예와 비교하여 상당한 곰팡이배양을 나타내는, 도 5와 유사하게 코팅되고 배양된 도 4의 파이버들을 도시한다.

도 7은 종래기술에 따른 필터의 실제 파이버들을 나타낸다.

도 8은 거친 프리필터, 그 거친 프리필터를 코팅하는 중성화 요소, 및 시트상 여과매체를 포함하는 필터를 나타낸다.

도 9는 개선층을 제공하기 위해 파이버의 표면에 하나 또는 다수의 기능성 폴리머층을 배치하는 것을 의미하는 파이버 랩핑(wrapping)의 개념을 나타낸다.

도 10은 시트상 여과매체의 하나의 실시예를 도시한다.

도 11은 시트상 여과매체를 준비하는 방법을 도시한다.

일실시예에 있어서, 필터는 여과 요소와 중성화 요소를 포함한다. 그 여과 요소는 다수의 구별되는 여과매체층으로 구성될 수도 있으며, 연속적으로 구성될 수도 있다. 이에 관계없이 중성화 요소는 단일의 반응제, 그 반응제들의 조합일 수도 있으며, 여과 요소에서 분리된 영역속으로 줄무늬로 된 다수의 반응제일 수도 있다.

예를 들면, 중성화 요소는 도 2에서와 같이 중성화 요소의 지지체인 기질로서 작용하는 여과 요소에 의해 지지된다. 종래의 여과매체는, 필터를 통과하는 공기가 파이버들사이의 비틀린 공기통로를 통과하게 하는, 임의로 엉키거나 및/또는 앤탱글링(entangling)된 파이버들을 이용한다. 파이버들은, 필터를 통과한 공기가 그 파이버들주위의 비틀린 채널들을 통과하도록 필터내에 분산된다. 이와 같이 하여 공기중의 유해물질들은 중성화 요소에 접촉하여 그 유해물질들중의 하나이상이 중성화된다.

일실시예에서, 유해물질들의 중성화를 위한 필터는 개선층으로 코팅된 폴리머 파이버들과 같은 종래의 비반응성 여과매체를 포함한다. 그 개선층은 산성, 염기성 또는 산화하는 물질들과 같은 하나이상의 중성화 물질들을 지니는 호스트 물질을 포함한다. 그 호스트 물질은 점착성 표면상에 충돌하는 동반(entrain)된 입자들을 점착시키는 점착성 표면을 지님으로써 입자포획효율을 향상시킬 수 있으며, 병원균과 같은 입자들의 중성화를 위한 부가적인 시간을 허용할 수 있다.

점성의 유기 성분들의 얇은 층을 개선층으로 하여 파이버 필터들을 코팅하는 것은 유기 가스와 에어로졸을 흡수시키는 것을 발견하였다. 높은 처리량의 여과매 체에는, 병원체, 휘발성 유기 성분(VOC)들, 기타 화학물질들과 같은 독성의 유해물질들을 효율적으로 포획하고 중성화시키도록 조종된 반응성 코팅층이 제공된다. 그 반응성 코팅층은 독성의 유해물질들에 대한 반응성 성분들과 여과매체까지의 반응성분사이에 응집을 제공하는 코팅매트릭스를 포함한다.

그 반응성분들의 예로는, 소디움 하포클로라이트(sodium hypochlorite: 나트륨 차아염소산염), 칼슘 하포클로라이트(calcium hypochlorite) 및 과망산산칼륨과 같은 산화제, 아크릴산 유도체 및 설폰산 유도체 등과 같은 산성 복합물, 그리고, 소디움 알콕사이드(sodium alkoxides), 제3의 아민(tertiary amines), 및 피리딘(pyridines)과 같은 염기성 복합물과 그 모순없는 혼합물을 들 수 있다.

매트릭스 성분은 전형적으로 폴리(비닐 피로라돈)(poly(viyl pyrrolidone)), 폴리(비닐피리딘)(poly(vinyl pyridine)), 폴리(아크릴에시드)(프리 에시드 또는 솔트)(poly(acrylic acid) (free acid or salt)), 폴리(스티렌 설폰산)(프리 에시드 또는 솔트)(poly(styrene sulfonic acid) (free acid or salt)), 폴리(에칠렌 글리콜)(poly( ethylene glycol)), 폴리(비닐 알콜)(poly(vinyl alcohol)), 폴리실록산(polysiloxanes), 폴리아크릴레이트 유도체(polyacrylate derivatives), 카복실메틸 셀루로우즈(carboxymethyl cellulose), 및 그 혼합물과 공중합체를 들 수 있다. 어떤 경우에는, 폴리(스티렌 설폰산)(poly(styrene sulfonic acid))과 같은 매트릭스 성분이 반응제로서도 작용할 수 있으며, 매트릭스 성분은, 또, 타게트 독성 유해물질들에 친화력을 촉진시키도록 글리세롤(glycerol) 및 에틸렌글리콜 올리머(ethylene glycol oligomers)와 같은 비휘발성 저분자량의 복합체로 구성될 수도 있다.

또, 폴리머성분들은 극도의 조건들하에 필터 파이버로부터 반응성 코팅물의 제거를 방지하도록 가교화될 수도 있다. 그 반응성 코팅물의 코팅기술은 폴리에스터와 셀루로우즈 유도체와 같은 유리 및 합성 폴리머 파이벋르을 포함하는 어떠한 파이버 여과매체에도 적용될 수 있다.

위와 같은 고효율 필터들의 하나의 장점은 독성 또는 유해 물질(들)의 높은 개선실현성이 있다는 점이다. 이것은 바람직하게 독성 또는 유해물질들과 여과매체사이에 수많은 충돌을 야기시키는 필터구조의 함수이며, 여과매체와의 각각의 충졸이 흡수 또는 중성화를 초래하게 될 확률이다. 하나의 세트의 조건들이 범용으로 모들 물질들에 적용될 수는 없다. 따라서, 다면적(multiphasic) 여과를 위해 도 3에 일예로 도시된 바와 같은 다수의 환경, 넓은 스펙트럼의 필터가 바람직하다.

다음의 중성화 요소들의 예들은 각각 보고된 바와 같이 특정의 유해물질들에 대한 보호를 제공하지만, 시험되지 아니한 다른 유해물질들도 중성화될 수 있다.

예1

산화 겔 코팅의 구성

수용액은 다음과 같이 만들어진다. 즉, 20 wt.%의 테트라에톡시실레인(tetraethoxysilane), 20 wt. %의 비스(트레톡시실릴)메탄(bis(trethoxysilyl)methane), 10 wt.%의 글리세롤(glycerol), 및 0.05 wt. % 시트린산(citrc acid). 파이버 글래스 패드가 상기 용액에 디핑되고나서, 6시간동안 스 팀열로 경화된다. 그 뒤, 그 패드는 %의 소디움 하포클로라이트(sodium hypochlorite)와 0.5 %의 시안우릭 산(cyanuric acid)의 수용액에 디핑되고 건조된다. 그 결과 필터는 디에틸설파이드의 중성화에 효과적이었다.

예2

산화 코팅의 구성

수용액은 10 wt% 폴리(비닐 피롤리돈)(poly(vinyl pyrrolidone)으로 만들어진다. 파이버 글래스 패드를 그 용액에 디핑하여 베여 들게 하고 폴리머를 가교화하기 위해 6시간동안 UV램프로 조사한다. 그 뒤, 그 패드는 2 wt% 칼슘 하포클로라이트(calcium hypochlorite)의 수용액에 디핑되고, 공기중에 건조된다. 그 결과의 필터는 포름알데히드의 중성화에 효과적이었다.

예3

산화 코팅의 구성

수용액인 10 wt%의 폴리(비닐 피로리돈)(poly(vinyl pyrrolidone) 및 2 wt%의 과망간산 칼륨으로 만들어진다. 그 용액속에 파이버 글래스패드를 디핑시키고 대기중에 건조시킨다. 그 결과의 필터도 포름알데히드의 중성화에 효과적이었다.

예4

산화 코팅의 구성

10 wt% 폴리(비닐피로리돈)으로 수용액이 만들어진다. 파이버 글래스 패드가 그 용액에 디핑되고 폴리머를 가교화하기 위해 6시간동안 UV 램프하에 조사된다. 그 뒤, 그 패드는 2% 과망간산칼륨의 수용액에 디핑되고 공기중에서 건조된다. 그 결과의 필터는 포름알데히드의 중성화에 효과적이었다.

예5

산화 코팅의 구성

수용액은 10 wt% 폴리(에틸 글리콜) 및 2 wt% 칼슘 하포클로라이트로 만들어진다. 파이버 글래스 패드가 그 용액에 디핑되고 공기중에서 건조된다. 그 결과의 필터는 포름알데히드의 중성화에 효과적이었다.

예6

산화 코팅의 구성

수용액이 10 wt% 폴리(아크릴산)소디움 솔트(poly(acrylic acid) sodium salt)와 2 wt% 칼슘 하포클로라이트로 만들어진다. 파이버 글래스 패드가 그 용액에 디핑되고 공기주에서 건조된다. 그 결과 필터도 포름알데히드의 중성화에 효과적이었다.

예7

알카리성 코팅의 구성

수용액이 30 wt% 글리세롤, 5 wt% 폴리에틸에니민(polyethylenimine) 및 25 wt% 글리세롤 프로폭실레이트 트리글리시딜 에테르(glycerol propoxylate triglycidyl ether)를 함유한다. 글래스 패드가 그 용액에 담가 베게 하고, 건조시킨 후, 100℃에서 6시간동안 경화시킨다. 그 뒤, 그 글래스 패드는, 30 wt% 글리세롤을 함유하고, pH 12 또는 그 이상인 수용성 소디움 하이드록사이드 용액(aqueous sodium hydroxide solution)에 담가 베어 들게 한 후, 그 용액에서 제거하여 50℃에서 2시간동안 건조시킨다. 그 결과 필터는, 하드로겐 시안나이드 가스(hydrogen cyanide gas)의 중성화에 효과적이었다.

예8

산성 코팅의 구성

수용액이 다음의 성분들로 만들어진다. 즉, 30 wt% 글리세롤(glycerol), 5 wt% 스티렌 설폰산(styrene sulfonic acid), 0.1 wt% 디비닐벤젠(divinylbenzene), 0.13 wt% 2,2'-아조비스이소부티로니드릴(azobisisobutyronitrile), 0.02 wt% 과황산칼륨(potassium persulfate), 및 0.5 wt% 소디움 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate). 파이버 글래스 패드가 그 용액에 디핑되고, 건조된 후, 85℃에서 2시간동안 경화된다. 그 결과 필터는, 암모늄 가스의 중성화에 효과적이었다.

시트상 여과매체의 급속제조방법

도 10에는 균일한 사각 메쉬상의 모노분산(monodisperse)된 미세공을 지니는 시트상 여과매체를 세워서 그린 부분 도면이다. 그 모노분산은 미세공 크기가 시트상 여과매체의 적어도 상당한 부분에서 거의 같다는 것을 의미한다. 보다 일반적으로, 그 방법은 소망의 미세공들의 분포는 어떤 것도 지니는 여과매체를 제조할 수 있다. 예를 들면, 도 8은 허니컴구조를 지니는 또다른 여과매체를 도시한다. 그러나, 어떤 구조라도 시트상 여과매체의 급속제조방법에 의해 형성될 수 있다.

미세공들의 엔지니어링된 분포를 지니는 필터를 제조하는 한 방법은, 직접 캐스팅(casting) 및 임플린팅(implinting)에 의한 시트상 여과매체의 급속제조법을 제공한다. 종래의 기판프린팅(substrate printing)법이 2 또는 3 차원 다공성 시트상 여과매체를 형성하는 데에 이용된다. 그 "직접 캐스팅 및 임플린팅"에 의해 2차원 또는 3차원 여과매체의 파이버들이 프린팅 방법에 의한 여과매체의 소망 구조의 생성중 프리커서(precursor)들로부터 원 위치(in situ)에 있다는 것을 의미한다. 그 공정은, 예를 들면, 인시튜(in situ) 파이버 패턴 생성법에 의해 형성된 서브마이크론 이상의 다공성 구조물의 형성에 의한 종래의 엠보싱과 제지법과는 구별된다. 그 결과 여과매체의 구조는 조직화되고 상호연결된 패턴의 파이버들이다. 그 파이버들의 상호연결패턴은 종래의 여과매체로부터 얻어질 수 없는 강도와 가요성(굴절성)을 나타내는 시트상 여과매체으로 형성될 수 있다.

예를 들어 한 리지(ridge)부가 한 표면장력을 지니며, 그루브(groove)가 다른 한 표면장력을 지니는 기판(질)상에 폴리머 프리커서들과 솔벤트의 2개의 상의 용액이나 에멀션을 임의로 분리시키는 것이 표면장력에 의한 것으로 어떤 제한없이 믿어진다. 따라서, 석판술, 칼라 프린팅 유사공정 또는 엠보싱된 시트 프린팅과 같 은 종래의 기판 프린팅법을 이용하여 패턴이 형성되는 프린팅기판상에 상술한 분리에 의해 파이버 여과매체의 패턴이 구성될 수 있다.

예를 들면, 수용성 프리커서 에멀젼이, 피지부와 그루브들의 패턴을 표면에 지니는, 석판술로 준비된 프린팅 기판을 이용하여 준비되는 것이다. 그 에멀젼은 적어도 하나의 프리커서 상이 리지부들을 에워싸고 그루브에는 물이 충만하도록 준비된다. 선택적으로, 대향배향의 프리커서 상과 수용성 상, 또는 프리커서 상을 포함하는 다른 솔벤트가 다상 에멀젼 또는 용액의 오일속의 물 또는 물속의 오일의 성질을 조절함으로써 선택될 수 있다. 프린팅 기판의 표면으로부터 리지부들과 그루브들의 패턴에 의해 제공된 배향을 유지하는, 폴리머화, 고체화(응결), 결정화, 증기로부터의 촉매작용에 의한 성장법, 또는 다른 병합(consolidation) 공법에 의해 파이버들을 형성하는 물질들을 상기 프리커서 상이 함유할 수 있다.

예를 들면, 프리커서 상은 기판 표면의 리지부들상에서의 상분리중 제자리(in situ)에서 폴리머 파이버들을 형성하는 폴리머 프리커서들을 포함한다. 그 뒤, 리지부들의 패턴에서 상호 연결된 폴리머의 스트랜드(strand)들사이에 특정 크기, 형상 및 분포의 윤곽이 뚜렷한 공간들을 남기는 것과 같은 증발 내지 휘발에 의해 수용성 상이나 솔벤트가 제거될 수 있다. 파이버들은 포획상태에서 유해물질의 중성화를 보조하기 위해 중성화 요소으로 코팅될 수 있다. 일예로, 파이버들은, 효율적인 입자 포획과 휘발성 유기화합물(VOC)들과 같은 유해가스들의 적당한 중성화를 제공하는 중성화 요소(원소)으로 대부분 코팅된다.

다른 일예에서는, 프리커서 상이 수용액에 용해되거나 소화된 셀루로스 화합 물(cellulosics)나 프로테인과 같은 폴리머(proteinaceous polymer)이고, 그 수용액은 솔벤트와 에멀젼으로 혼합되어 프린팅 기판의 표면상에서 리지부들로 분리된다. 이 예에서는 프리커서 상이그루브들에서 그 자리에 형성된다. 그 결과 파이버들은 어떤 패턴일 수도 있는 그루브들의 패턴을 유지한다. 예를 들어, 패턴은 메시, 허니컴 또는 다른 2차원이나 2차원의 기하학적 형상일 수 있다.

한 실시예에서 프리커서 상의 수용성 상이나 솔벤트 상으로부터의 분리는, 프린팅 기판의 표면상의 리지부들과 그루브들에서 비유사한 재료에 의한 것이 아니다. 이러한 특정한 예에서, 프리커서 공급은 멀티페이스 시스템일 필요는 없다. 예를 들면, 솔벤트를 풍부하게 하고 안정된 용액을 비교적 따뜻한 지점에 남게하는 준 안정적(metastable) 용액으로부터 비교적 차가운 특징을 형성하도록 프리 폴리머들 또는 폴리머들이 선택될 수 있다. 이와 같이 하여 시트상 여과매체가 비수용성 폴리머 용액으로부터 형성될 수 있다.

다른 예에서, 프린팅 기판의 표면은 리지부들과 그루브들을 지니지 아니한다. 대신, 표면이 대략 평편하고 프린팅 기판의 표면상에 프린팅된 패턴과 같이 비유사 재료들의 패턴으로 구성된다. 그 비유사 재료들은 프리커서 상과 수용성 또는 솔벤트 상의 분리를 야기시키는 에멀젼 또는 용액으로 상이한 표면장력을 지닌다. 이러한 방식으로, 파이버들의 패턴이 전술한 바과 같이 프린팅 기판으로부터 형성될 수 있다.

또다른 예에서, 프리커서 상은, 벤질 아크릴레이트 및 비스페놀-에이-디아크릴레이트(benzyl acrylate and bisphenol-A-diacrylate) 혼합물에 의해 가소화된 폴리에틸렌에테르아프탈레이트(polyethyleneteraphthalate)와 같은 아크릴화된 모노머(acrylated monomer)/가교결합제(crosslinker)/포토이니시에이터(photo- initiator)의 포뮬레이션(formulation)에 용해된 폴리에스테르를 포함한다.

롤러 표면은 종래의 기판프린팅에 의해 패턴화되고, 롤러는 롤러 표면의 패턴에 따라 상전이와 셀프 어셈블리(self-assembly)를 임의로 개시하는 데에 이용된다. 그 뒤, 강한 UV 광원에 노출된 패턴화된 시트가 형성되고, 그 위에 폴리에스터 파이버들내에서 상호침투된 분자상 네트워크를 형성하도록 그 아크릴레이트 포뮬레이션이 폴리머화한다. 잔류 물 또는 다른 솔벤트가 현존한다면, 증발되고, 유기 파이버들이 강한 가교화된 가요성 시트상 여과매체로 남는다.

폴리에스터 파이버들은, 롤러에 의해 형성된 다공 패턴이 안정적이고 영구적이도록 보장하는 상호 침투의 아크릴 네트워크에 의해 견고하게 형성된다. 이와 같이 하여, 유기 폴리머들의 스트랜드들의 두께와 그 롤러의 표면상에 제공된 패턴에만 의존하여, 시트상 여과매체는 일정한 크기, 분포 및 간격의 패턴을 지닌다. 그 롤러의 패턴은 여과용도로 서브마이크론 크기로부터 50 미크론까지의 어떤 패턴도 지닐 수 있다. 그 스트랜드의 두께는 프리커서 성분의 양과 희석액 또는 솔벤트에서의 농도에 의해 조절될 수 있다.

또 다른 예에서, 부분적으로 폴리머화한 탄화불소의 웨이스터(waster)에의 서스펜션은 폴리(테트라플루오로에틸렌)(poly(tetra- fluoroehtylene))의 엠보싱된 패턴과 강제로 접촉하게 된다. 플루오로카본 재료가 폴리(테트라플루오로에틸렌) 패턴 주위에 축적되고, 롤러표면의 금속산화영역에 물을 남기게 된다. 그 패턴화된 플루오로카본은 UV 광 등의 열이나 빛을 가하는 것과 같이 폴리머화 반응에 의해 폴리머화된다. 플루오로카본 여과매체와 같은 매우 고운 레이스가 그 공정에 의해 형성된다.

선택적으로 폴리에스터 또는 나일론 시트가, 폴리에스터 또는 나일론을 형성하는 데에 부분적으로 폴리머화된 프리커서(또는 다른 프리커서들 예를 들어 데드(DEAD) 폴리머들과 아직 미반응되거나 부분적으로 반응된 프리커서들의 혼합물과 같은 것)을 제외하고는 같은 공정에 의해 형성된다. 폴리에스터 및 나일론 시트들도 역시 여과매체와 같은 레이스를 형성한다. 레이스와 같은 구성이 형성되고 폴리머화가 완성된 후, 기계적으로 시트상 여과매체가 동시에 직각의 양방향으로 스트레칭된다. 그 스트레칭은 파이버를 잡아당겨 균일하게 파이버 직경을 감소시키고 미세공의 크기를 증가시킨다. 이 기술은 다른 프리커서들에도 마찬가지로 적용될 수 있으며, 서브마이크론 직경의 파이버를 지니는 여과매체의 제조를 가능하게 하며, 파이버의 큰 직경에 비해 압력강하 특성대 포획효율을 향상시킨다.

또다른 선택적 실시예에서, 하이브리드 공법이 여과매체의 형성에 직접 캐스팅 및 임프린팅법과 함께 미리 꼰 파이버들을 이용한다. 예를 들면, 미리 꼰 파이버들은 평행한 파이버의 이송방향과 수직으로 엠보싱된 라인들을 지니는 캘린더(CALENDER)속으로 공급될 수 있다. 그 프리커서-함유 공급은 엠보싱된 표면에 접촉하여 평행한 파이버들위로 프리커서재료에 패턴을 형성한다. 그 프리커서가, 미리 꼰 파이버들과 결합하여 시트상 여과매체를 형성하도록 반응한다. 일예에서 충분한 공간이 날실과 필(fill) 실들, 즉, 제자리에 형성된 파이버들과 미리 꼰 파이버들 사이에 존재한다. 그 새로운 파이버들은 미리 꼰 파이버들에 고착되어 하이브리드 여과매체에 강도를 전달한다. 또한, 포커싱된 중첩 지점들에서 파이버들이 피봇되고 재료에 충분한 가요성 내지 굴절성을 제공한다. 전술한 바와 같이 신규의 파이버들이 다공성이거나 또는 고체, 합성이거나 또는 천연일 수 있고, 구조 또는 복합구조면에서 단순할 수 있다. 그 신규의 파이버들은 적어도 2가지 상들을 지니는 유기 수용성 시스템들을 이용함으로써 코아쉘의 기하학적 형상을 지닐 수 있으며, 그 양 상들이 폴리머들 또는 프리커서들을 함유한다. 또한, 파이버들의 패턴은 미리 꼰 파이버들상에 침전된 웨이브지거나 커브 또는 굴절된 라인들을 포함할 수 있으며, 캐스팅 및 임프린팅없이 종래의 미리 꼰 파이버들을 이용할 수는 없다.

또다른 실시예에서, 수용성-유기-수용성 복합체 에멀젼이 다공성 스트랜드의 처리에 이용될 수 있다. 그 다공성 스트랜드는 공간들을 에워싸지만, 또, 예를 들어 화학적 친화력 내지 표면장력에 의해 스트랜드내에 형성된 물의 증발중에 형성된, 스트랜드들내의 공간들을 지닌다. 일예에서 친수성 및 소수성 절반들(moieties)이 그와 같은 다공성 스트랜드들을 제조하는 에에 이용된다.

패턴들은 본 발명의 공정을 이용하여 생성될 수 있지만, 달리 저비용, 대량생간으로 여과매체를 재생산하는 것은 불가능하다. 예를 들면, 시트상 여과매체는 모노분산된 미세공 크기와 함께 적어도 하나의 영역을 지니도록 제조된다. 더욱 바람직한 것은, 모노분산된 미세공의 크기, 형상 및 분포가 시트상 여과매체의 큰 표면적에 걸쳐 균일하다. 미세공의 크기의 균일성은 종래의 이질적 여과매체에 비해 파이버 볼륨당 여과매체의 입자의 포획효율을 크게 증가시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 종래의 여과매체와 비교할 때, 본 발명의 시트상 여과매체는 어떤 소정의 입자 포획효율에 대한 압력강하가 낮으며, 또는, 소정의 압력강하에서는 포획효율이 높게 된다.

또다른 실시예에서, 친수성과 소수성 특성들을 지니는 많은 폴리머 혼합이, 2개의 상 또는 다수의 상을 지니는 시스템들로 시트상 여과매체를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 그 폴리머들의 혼합은 비결정질이나 결정체의 폴리머들, 호모폴리머들 또는 코폴리머들, 반응성 성분들(예를 들어 모노머, 저중합체들, 가교결합제들 등)이 혼합된 데드 폴리머들의 혼합일 수 있다. 예를 들어 파이버 네트워크의 형성을 위한 반응은 프리래디칼(free radical) 또는 축합성질일 수 있다. 또한, 폴리머들 또는 폴리머 프리커서들은 합성이거나 천연의 것일 수 있으며, 합성 폴리머들은 폴리올레핀 폴리에스터, 아세테이트, 아크릴 및 나이론과 같은 하이드로카본들뿐만 아니라, 플루오로카본 및 실리콘들까지 포함한다.

얇은 다공성 시트상 여과매체 포뮬레이션을 위해 기계적 수단들이 채용되는 때에, 폴리머/프리커서 시스템들과 롤러사이 계면의 성질은 솜털같은 구조를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 강하지만 일시적인 부착력이 피딩 재료와 형상제조 기판 표면사이에 존재하면, 그때는 재료의 점탄성이 기판표면과 공급 재료사이에 얇아지는 사슬(tethers)들을 단절시킬 때까지 고운 실이나 털이 시트상 여과매체로부터 당겨질 수 있다. 그와 같이 하여 제조된 수많은 실이나 털들은 솜털과 같은 구조로 될 수 있다. 또한, 매우 높게 직물조직화된 시트상 여과매체는, 나노적 또는 마이크로적 결함들을 지니는, 임의로 마멸된(즉, 거칠게 된) 기판 표면을 개재하여 실형성을 촉진함으로써 제조된다. 선택적으로, 매우 규칙적이고, 깨끗한 시트상 여과매체은, 결함이 없는 표면을 만들고, 그 기판과 공급 재료의 표면사이의 표면장력을 감소시키는 곰팡이제거제(mold release agent)를 이용함으로써 보장된다.

또다른 예에서, 2개의 매칭되는 롤러들은 평행한 홈들을 지니며, 그 한 세트는 제1롤러의 폭을 가로질러 형성되고, 다른 한 세트는 제2롤러의 원주에 걸쳐 형성된다. 프리커서성분을 포함하는 공급이 물리는 영역을 통해 압착되는 때에 십자형으로 된 파이버 패턴이 형성된다. 일예로, 라인들이 제1롤러의 폭을 가로질러 또는 제2롤러의 원주를 따라 연속적이지 아니하다. 이와 같이 하여 패턴들은 가요성을 증가시키도록 형성된다. 또, 롤러표면들에 의도된 점들이 홈으로 제공될 수 있으며, 그 결과, 시트상 여과매체가 융기된 점들을 지니게 되고, 향상된 질감성 내지 촉각적 성질을 제공한다.

다른 실시예에서는 용해가능한 필름과 같은 희생적인 층 또는 캐리어 필름이 이용된다. 패턴들은 그 희생적인 층 또는 캐리어 필름의 일측 또는 양측상에 본 발명의 방법중 하나에 의해 침전, 형성될 수 있다. 예를 들어, 그와 같은 패턴들은 다층일 수 있으며, 연결들이, 그 안에 미리 존재하는 구멍들을 형성하는 것과 같이, 희생층을 통해 형성된 비어스(vias)를 통해 희생층의 양측상의 패턴사이에 형성된다. 시트상 여과매체가 형성된 후, 희생층은 용해될 수 있고, 비어스의 위치에 해당하는 특정의 상호 연결지점들에서만 시트상 여과매체사이에 상호 연결되게 된다. 이와 같이 하여, 복합 3차원 기하학적 형상이 형성될 수 있게 되며, 종래의 여과매체는 이용될 수 없게 된다. 선택적으로, 캐리어 필름이 단순히 여과매체로부터 벗겨지고 재사용될 수 있으며, 이에 따라 제조원가는 감소되게 된다.

또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 프리커서(전구물질)를 포함하는 반고체상의 필름은 표면에 엠보싱된 패턴을 지니는 한 세트의 엠보싱된 롤러를 통해 압착된다. 예를 들면, 라인들과 구멍들과 같이 패턴들은 반고체 필름을 통해 펀칭되어 반고체 필름의 주의깊은 스트레칭에 의해 향상될 수 있는 개구를 형성한다. 그 뒤, 반고체 필름의 프리커서들은, 개구들이 유지되고 충분한 고체의 시트상 여과매체를 얻기 위해 폴리머화, 경화, 결정화, 또는 고체화되는 것과 같이 처리된다. 예를 들어, 반고체 필름은, 반고체의 필름과 충분히 반응하여 고체의 시트상 여과매체를 형성하도록 UV 광, X-선, 마이크로웨이브, 전자비임 또는 감마선 등에 노출되거나 가열될 수 있다.

반고체 필름이라는 용어는 전단력이 없거나 낮은 전단력하에 필름의 성질을 지니지만, 높은 전단력하에 항복하는 필름을 말한다. 따라서, 반고체 필름은 고체 필름과 같이 취급될 수 있지만, 롤러(들)의 융기된 표면에 의해 쉽게 펀칭될 수 있다. 일예에서, 반고체 필름은 10⁶ dynes/㎠ to 10⁷ dynes/㎠의 탄성계수를 지닌다. 또다른 예에서는, 롤러들이 큰 힘을 가할 수 있으며, 그 탄성계수의 상한이 10¹⁰ dynes/㎠보다 크지 아니하도록 증가될 수 있다. 예를 들어, 반고체 필름의 탄성계수는 높은 분자량의 폴리머들과 저분자량의 폴리머들 및 선택적인 희석제, 가소화된 폴리머들, 부분적으로 부푼(솔벤트에 의해) 폴리머들을 혼합함으로써 변경될 수 있다. 하나이상의 이러한 구성들이 가교결합된 성분이나 시약에 의해 가교결합될 수 있는 늘어진 기능적 그룹들을 지니는 데드 폴리머들과 같이 서로 반응적일 수 있다. 또한, 희석제 및/또는 가소제들은 상호 침투된 폴리머 네트워크(IPNs: interpenetrating polymer networks)를 형성하도록 완전히 또는 부분적으로 폴리머화되거나, 가교결합될 수 있다. 그 반고체의 필름은 또, 반응성의 올리고머 또는 매크로머들이나 그 혼합물과, 산화방지제, 연소저지제, 곰팡이제거제, 유동보조제, 대생물작용(활성)제, 활성화된 목탄, 마이크로 소섬유, 및/또는 기존의 천연 및/또는 합성의 파이버들과 같은 다른 첨가물들을 포함할 수 있다.

또다른 실시예로 반고체 필름은 롤러에 의하여 기계적으로 펀칭처리될 필요가 없다. 대신에 필름을 UV광에 노출하여 경화되록 하는 필름전처리공정 이전에 반경화필름의 표면 한면 혹은 양면에 불투지역을 배치토록한다.그러면 경화되지 않은 불투지역은 쉬트 필터배지내에서 구멍을 형성하도록 그부분만이 용해한다. 마스크층은 표준적인 사진 석판 공법에서 처럼 불투지역을 제공하는데 사용되어진다.

마스크층은 패턴히 새겨진 금속층을 마이라필름으로 코팅하여서 형성된다. 패턴이 새겨진 마이라필름은 광조사에 반경화필름을 노출시켜주어 반경화필름상에 음영을 형성하게 한다.

예를 들면, 광조사로 이송물질을 통과하게하는 동안 반경화 필름의 마스크처리안된 부분을 경화하도록 한다.

다른 방법으로 급격한 레이져 스캐닝이 반경화필름에 패턴을 형성하는 다른 방법이 된다.

또다른 대안적인 실시예로, 반경화 필름이 독립적으로 인화되록 하거나 혹은 반경화필름이 다층필터배지에 하나 혹은 그 이상의 층으로 되도록 하는것이다.

예를 들면, 다층필름은 반대면을 동시에 혹은 연속적으로 노출되어지도록 한다. 만일 한층이 반경화 필름이라면 다른 층은 그 자체에 기질로서 배치되도록한다. 예를 들면, 중앙 반경화 필름은 각각의 층이 독립적으로 형성되어지는 것보다 적은 단계로 라미네이트 된 개방된 필터구조를 형성하도록 액상의 전구물질과 함께 한쪽 혹은 양면을 동시에 코팅처리할 수 있다.

한가지 실시예로, 기공 형성이 다층 필름의 한쪽면에서 다른 쪽으로 점점 진행되어진다. 그러면, 다층 필터의 첫 번층에 있는 층이 가장 큰 기공을 크기를 갖게 되고, 반대면에 있는 것은 가장 작은 크기를 갖게 된다.

중간 층은 첫 번층에서부터 반대층까지 가장 큰 것에서부터 가장 작은 것까지 연속적으로 변화하게 되며, 이것은 가장 큰 입자를 처음에 걸러내는 점진적인 마이크로 망체로서 이용될 수 있는 것이다.

이같은 다층 필터구조는 정렬이 일률적으로 구성되게 할수 있으며, 혹은 첫 번층에서부터 다음층까지 WO 2005/023390 PCT/US2004/013070의 에어플로우 경로의 왜곡도를 증가하면서 기공이 반대적으로 형성토록 할수 있다.왜곡경로는 입차포집의 효율을 높이게 한다. 그러나 필터층 통과시 압력감소도 증하게 한다.따라서 이러한 입자별 적용을 위한 배열을 결정하는 것은 당업계의 통상의 지식에 따라 얼마든지 변경가능하다.

다른 방법으로 잉크제크방식 인쇄법은 플랫표면 혹은 경화된 표면과 같은 표면에 섬유상 전구물질의 패턴을 위치하도록 하는데 이용되어진다.

한가지 예로, 멀티 노즐이 표면에 전구물질을 급속하게 배치??록 동시에 이용되어질 수 있다. 어떠한 인식가능한 패턴도 이 방법에 의하여 인쇄가능하며, 다른 여러 가지 노즐로 다른 여러 가지 패턴을 배치할 수 있는 것이다. 이 패턴은 반응성 혹은 불반응성 어떤 것도 가능하다. 덧붙여서, 이 방법은 열, 광선, 혹은 촉매와 같은 것을 사용하므로서 전구물질을 경화시키거나, 용해, 중합처리 혹은 잉크제트 인쇄중 혹은 인쇄완료후에 중합을 더 진행 시킬수 있는 것이다.

다른 구체적인 예로서, 표면이 점착성 없게 하고, 경화된 쉬트 배치가 표면에서 쉬트배지를 단순히 벗겨내는 것만으로 제거되도록 하는 것이다.예를 들면, 테프론 표면, 즉, 폴리테트라플루오르에틸렌 혹은 점착성없는 코팅제로 코팅된 기질이 사용되어지는 것이다.

다른 구체적 예로서, 노즐이 오실레이션되거나 혹은 방출노즐로부터 나온 섬유상 물질이 패턴의 표면에 배치되도록 작동시킬 수 도 있는 것이다. 예를 들면, 패턴이 섬유사가 다른 섬유사에 크로싱되도록 용융하면서 서로 크로싱 되도록 하는 것이다. 다른 방식으로, 섬유사가 라인상 배치토록 하며 그래서 섬유사 밑의 테이블이 회전될수 있도록 하는 것으로, 라인의 두 번째 패턴이 라인의 첫 번째 패턴위를 크로스 하도록 배치하여 두 번째 경로 를 형성하도록 할 수 있다. 섬유사는 열 혹은 다른 방법(예를 들면 광중합같은 교차결합법)에 의하여 용융처리될수 있다. 다른 방식으로, 컨베이어벨트를 사용하여 노즐 한세트로부터 다른 세트의 노즐로 이동하도록 하여 연속적인 가공이 될수 있다. 서로 다른 전구물질이 서로 용융된 층(그리고 접근하지 않은 층)에서 다른 노즐에 의하여 배치될수 있도록 할 수 있 다. 예를 들면, 가위 처럼 크로스된 매듭부분이 2차원적 쉬트 필터에 3차원적인 구조를 형성할 수 있도록 결합된 몇가닥 매듭부분이 다른 매듭지지 않은 다른 곳과 교차토록 하는 것이다.

매우 섬세한 2, 3차원적인 패턴이 이 방식을 사용한 노즐에 의하여 배치되어진 다층의 필터 배지상에 서로 교차하면서 선택적으로 용융처리되어져 형성되어 질수 있다. 테프론은 듀퐁사의 등록상표이다.

또다른 방법으로 레이져 인쇄방법이 경화되어질 표면의 전구물질을 배치하는데 이용되어질수 있다. 전구물질은 전이표면에 전이되어질 패턴을 형성하는 토너에 정전하를 부여하는 롤러 혹은 판을 이용하여 배치되어진다. 토너 패턴은 전구물질을 포함할 수 있으며, 미리 연관되도록 된 패턴내 전구물질을 전이할수 있도록 한다.

다른 구체적 예로서, 원료공급물질이 블로잉 혹은 발포제를 포함하고 있는 것이다. 다양한 블로잉제 혹은 발포제가 섬유자체내에 포함될수 있다. 레이스형태의 구조가 형성되고나면, 섬유사는 중공형태의 섬유, 다공성 섬유 혹은 이것들의 혼합형태로 팽창되어진다.

본 발명에서 언급한 방법이나 필터들은 압력감소를 낮추어주면서 포집효율이 기존의 것에 비하여 보다 무작위적으로 배향된 섬유사를 제공하도록 기계적인 마이크로 필터구조의 섬유사 및 섭마이크론 필터구조물을 제공하게 된다. 또한 섬유들이 무작위로 배치된 통상적인 필터들이 동일 수준의 여과효율과 여과 비용을 증가하기위하여 보다 많은 원료가 필요로 하였다.

하나 혹은 그이상의 필터배지들이 유해입자들, 에어로졸, 가스류, 기체류 및 병원성균류와 같은 유해물질을 중화처리할 수 있도록 중화물질을 코팅처리될 수 있다.

본 발명의 필터는 HV AC, 수술마스크, 보호마스크, 진공클리너 백, 의료용망체구조물, 클린롬, 공업분야등과 같은 다양한 필터 시스템에 적용이 될수 있다.

이러한 모든 필터 배지로의 사용분야를 모두 나열하기는 불가능하다. 그러나 본 발명은 구체적 실시예와 예시들로부터 설명하듯이, 다양한 응용과 변형이 가능하며, 당업계의 통상의 지식을 가진자는 모두 다양한 응용이 가능하다.따라서 이들 모든 분야와 응용기술도 본발명의 범주에 속하며, 본발명은 이들 청구항에 한정되지 아니함은 명백하다.

테이블 1: 유해물질들의 상대적 크기

유해물질들; 크기(미크론); 포획메커니즘:

탄저병(Anthrax); 1-10; 차단(interception)

바이러스(Virus); 서브미크론; 확산/상호작용(interaction);

화학제품; Aerosol: 1-10; 차단; 가스: 0.005; 확산/흡수.

Claims

교차결합된 섬유사의 망체, 기공크기가 50미크론보다 크지않은 무작위적이 아닌 기계적인 기공크기 분포를 갖는 기공이 배치되어져 있는 섬유상 망체로 구성되는 유해물질 여과용 필터배지(여과매체).
제 1 항에 있어서, 기공크기 분포가 단분상구조인 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 1 항에 있어서, 교차결합된 섬유상 망체가 벌집패턴의 기공패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 1 항에 있어서, 교차결합된 섬유상 망체가 다각구조 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
교차결합된 섬유상 망체, 중화제 코팅이 적어도 교차결합된 섬유상 망체의 어느 한 부분을 코팅하도록 하는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 5 항에 있어서, 교차결합된 섬유상 망체가 중화제로 전부 코팅처리된 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 5 항에 있어서, 중화제가 주제, 하나이상의 중화제로 구성되는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 5항에 있어서, 하나이상의 중화제가 산성물질, 염기성물질 및 산화제로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 7항에 있어서, 주제가 점성표면을 갖는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
주제가 점성 유기성분의 박막층인 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 7항에 있어서, 하나이상의 중화제가 적어도 하나의 산화제로 구성되는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 11항에 있어서, 산화제가 소디움하이포크롤라이트, 칼슘하이포클로라이트, 포타슘퍼망가네이트 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제 7항에 있어서, 하나이상의 중화제가 아크릴산 유도체, 술폰산 유도체 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제7항에 있어서, 하나이상의 중화제가 소디움 알콕사이드, 4급아민류, 피리딘류 및 이것들의 상호호환가능한 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
제5항에 있어서, 섬유사가 폴리(비닐 피롤리딘), 폴리(비닐 피리딘), 폴리(아크릴산)(유리한 혹은 명), 폴리(스티렌 술폰산)(유리산 혹은 염), 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(비닐알콜), 폴리실록산류, 폴리아크릴산염유도체, 카르복시메틸셀룰로스, 혹은 그 혼합물, 및 이들의 공중합체와 같은 중합제로 구성되는 것을 특징으로 하는 유해물질 여과용 필터배지.
전구물질 에멀젼 혹은 용액을 준비하는 단계,

패턴이 기질의 표면상에 형성토록 기질을 패턴화하는 단계,

기질이 전구물질 에멀젼 혹은 용액과 접촉하는 단계,

기질의 표면에서 적어도 하나의 전구물질을 에멀젼 혹은 용액으로부터 분리하는 단계,

쉬트필터배지를 형성하도록 에멀젼 혹은 용액으로부터 분리한 전구물질을 반 응하는 단계,

쉬트 필터배지를 기질로부터 제거하는 단계로 구성되는 섬유상 필터배지의 제조방법.
제 16항에 있어서, 패턴형성단계가 기질의 표면에 요철을 형성하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유상 필터배지의 제조방법.
제 17항에 있어서, 분리가 온도차이로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 섬유상 필터배지의 제조방법.
제 16항에 있어서, 기질의 표면이 전체적으로 평명이며, 패턴화 단계가 기질의 표면에 비균일화된 물질을 배치토록하여 형성하는 것을 특징으로 하는 섬유상 필터배지의 제조방법.
제 16항에 있어서, 반응단계가 UV광을 전구물질 중합이 되도록 조사하는 것을 특징으로 하는 섬유상 필터배지의 제조방법.