KR20060124622A - 유체 처리용 미세구조면 빌딩 조립체 - Google Patents

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KR20060124622A
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KR1020067011475A
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레이몬드 피. 존스톤
스테파니 비. 카스틸리오네
그레고리 에이. 쉽
데이비드 에프. 살마
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 제1 측면 및 제2 측면을 포함하되 제1 측면은 제1 측면 상에 복수의 채널을 구비한 미세구조면을 포함하는 유체 제어막과, 주요면을 갖는 기판층을 포함하되 기판의 주요면은 유체 제어막과 결합된 외부 빌딩벽 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 조립체를 제공한다.
외부 빌딩벽, 미세구조면, 유체 제어막, 유체 제어 조립체, 방습부

Description

유체 처리용 미세구조면 빌딩 조립체{MICROSTRUCTURED SURFACE BUILDING ASSEMBLIES FOR FLUID DISPOSITION}
본 출원은 유체 관리를 이용한 빌딩 조립체에 관한 것이다.
벽과 외부 구조물에 물이 포획될 경우 곰팡이, 흰곰팡이 및 미생물이 성장함으로써 목재, 목재 제품 및 많은 건축재를 손상시킨다. 이러한 소위 "새집 증후군"에서 벽에 포획된 물은 벽 자체에 부패물과 곰팡이를 가져오는 것으로 알려졌으며, 이는 구조적 결함과 거주 주거성 악화를 가져온다. 이런 손상은 보수에 많은 비용을 지불하는 결과를 초래하며, 심할 경우 완전히 소실되는 결과가 될 수 있다.
이런 문제를 해결하기 위해 다양한 해법이 제시되었지만 이들 해법은 모두 심각한 단점을 갖고 있다. 많은 건축 해법에서는 불투수층 또는 내수층과 혼합된 코킹을 이용하여 창문 둘레를 실링함으로써 물 억제성을 개선하고자 한다. 새로운 건축 규준은 낮은 공기 침투를 가져오는 고에너지 효율을 필요로 한다. 실내 공기의 질을 개선하기 위한 공기 교환 장치가 사용된다 하더라도 물의 벽 침투 현상을 거의 개선하지 못한다. 개선된 실링 수단이 사용되었을 때, 특히 창문과 문 둘레에서 물에 의한 손상이 심각했음이 오늘날 알려지게 되었다. 이 문제는 물이 일단 실링재를 통과하면 벽 내에 계속해서 보유되기 때문에 넓은 범위에 걸친 실링 코크 와 종래의 테이프에 의해서 잠재적으로 악화되는 것으로 보인다. 넓은 범위에 걸친 실링으로 인해 물은 내벽 구조물을 빠져나갈 수 없다.
물 침투로 인한 손상을 해결하기 위해 이용된 다른 방법은 수증기를 통과시키지만 물의 통과에 저항하는 막피 장벽을 포함한다. 이 방식은 다년간 이용되었지만, 모든 벽층의 습기 운반에 제한된다. 내벽 구역은 주로 습증기 운반에 저항하는 폴리 막 층을 함유하며, 많은 외부 덮개와 외벽재도 아주 조악한 막피이다. 그 결과, 투습성 막피층을 추가하는 것은 아주 제한된다. 다시 액체가 일단 벽에 퍼지면, 액체는 계속해서 벽 구역에 보유된다.
통풍을 허용하기 위해 벽 내에 큰 공간을 형성하는 다른 일반적인 방식은 외벽재 및 인접한 벽층들 사이를 의미한다. 이 방법은 액체인 물 뿐만 아니라 수증기를 배출하는 유용한 수단을 제공하지만, 고가의 건축 비용과 상당한 노동을 들여야 한다. 또한, 목재 스트립이나 그 밖의 이격 재료의 사용은 이격층 사이에 상당한 전폭의 외벽재를 남기는 경향이 있다. 이들 전폭은 넓은 범위에 걸친 온도와 습도 변동으로 인해 외벽재 구역을 불균일하게 만들 수 있다.
다른 방식은 엠보싱된 막피와 부직포를 사용하는 것이다. 이들 재료는 배수와 증발을 위한 개방된 공간을 남기는 주름진 채널 또는 엠보싱된 돌기들을 제공한다. 그러나, 이들 재료는 그 성질로 인해 제한된다. 이들 재료는 개방되고 기복적인 특성으로 인해 양호한 실링을 제공할 수 없으며, 이들 재료는 압축 하중을 지지하는 능력도 제한된다. 이들 재료의 성질은 얇은 호흡형 재료의 성질과 같으며 통로를 제공하기 위해 Z 축으로 팽창된다. 이런 형태의 재료의 압축 강도는 막피 의 두께가 열악한 빔 강도를 가져오기 때문에 부족하다.
다른 방식은 비흘림(flashing) 테이프를 사용하는 것이다. 이들 테이프는 이들 벽 구역에 적용되어 기밀 밀봉하도록 창문과 도어 개구의 둘레를 감싼다. 이들 테이프는 일반적인 물 장벽 사용 방법을 제공하지만, 창문 또는 문과 인접한 외벽재 사이에 실링 수단을 제공하지 못한다. 또한, 물이 이들 영역 내로 스며들 때, 이들 테이프는 이들 개구로부터 유체를 제거하기 위한 해법을 제공하지 못한다.
제조자, 도급업자 및 최종 소비자가 받아들일 수 있는 비용과 용이한 방식으로 뛰어난 방습(wall wrap) 성능을 제공할 뿐만 아니라 창문과 문 구역을 효과적으로 실링할 수 있는 벽 구역이 계속해서 요구된다. 또한, 입증된 건축 방법을 크게 변경하지 않고도 건축 현장에서 사용될 수 있는 튼튼한 방법이 요구된다. 물 배출이 요구되는 주택, 상업용 건축물 및 외부 울타리와 같은 외부 구조물은 외부로부터의 물을 실링하기 위한 수단을 제공함과 동시에 벽 구역 내로 스며든 여하한 액체를 배수 및/또는 증발을 통해 제거하기 위한 안전 수단을 제공하는 재료와 구조물로 인해 이익을 얻게 될 것이다.
본 발명은 제1 측면 및 제2 측면을 포함하되 제1 측면은 제1 측면 상에 복수의 채널을 구비한 미세구조면을 포함하는 유체 제어막과, 주요면을 갖는 기판층을 포함하되 기판의 주요면은 유체 제어막과 결합되는 외부 빌딩벽 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 조립체를 제공한다. 기판의 주요면은 유체 제어막의 제1 측면 또는 유체 제어막의 제2 측면과 결합될 수 있다.
일정 실시예에서, 기판은, 예컨대 창문 문설주 또는 문설주와 같은 한정된 개구를 위한 프레임이다. 기판은 또한 창문 문지방, 벽덮개, 창문, 지붕, 외부 피복재, 또는 외부 돌출부일 수 있다.
도1a 및 도1b는 표면 상의 유체의 상호 작용을 도시하기 위해 사용된 개략도이다.
도2a 내지 도2k는 본 발명의 유체 제어막의 예시적인 실시예의 부분 절개 단면도이다.
도3a는 다량의 유체가 형성된 본 발명의 채널식 미세구조면의 개략도이다.
도3b는 도3a의 라인 3b-3b를 따라 취한 개략 단면도이다.
도4a는 지붕 구조물에서 유체 제어막의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도4b는 지붕 구조물에서 유체 제어막의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도4c는 지붕 구조물에서 유체 제어막의 일 실시예를 도시한 입면도이다.
도5는 절연 빌딩의 외벽 상에 유체 제어막을 구비한 벽 구조물의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도6은 창문 개구 조립체 내의 유체 제어막의 일 실시예를 도시한 입면도이다.
도7은 창문 개구 조립체 둘레의 표면 상의 유체 제어막의 일 실시예를 도시한 입면도이다.
도8은 창문 유닛 조립체 내의 유체 제어막의 일 실시예를 도시한 입면도이다.
도9a는 벽 조립체의 외부 돌출부 내의 유체 제어막의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도9b는 도9a의 유체 제어막의 일부를 도시한 확대도이다.
본 출원은 유체 제어막에 관한 것이다. 적절한 유체 제어막은 존슨(Johnson) 등의 미국 특허 제6,531,206호에 설명된 유체 제어막을 포함한다.
유체 제어막은 미세구조면을 포함한다. 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 접촉각 θ는 표면과 접촉하는 지점에서 표면 상의 유체 비드의 표면에 대한 접선과 표면 평면 사이의 각도이다. 그 접선이 표면 평면에 수직한 유체 비드는 90˚의 접촉각을 가질 것이다. 통상적으로, 접촉각이 도1a에 도시된 바와 같이 90˚ 이하인 경우, 고체면은 유체에 의해 젖어 있는 것으로 간주된다. 물방울 또는 수용액 방울이 90˚보다 작은 접촉각을 보이는 표면은 공통적으로 "친수성"으로 지칭된다. 여기에서, "친수성"은 재료의 표면 특성, 즉 수용액에 의해 젖게 되는 특성을 지칭하기 위해 사용되며, 재료가 수용액을 흡수하는지 여부는 표현하지 않는다. 따라서, 재료는 한 장의 재료가 수용액에 대해 불투과성이든 투과성이든 친수성으로 지칭될 수 있다. 따라서, 본 출원에서 사용되는 친수성 막은 예컨대, 폴리(비닐 알코올)과 같이 고유하게 친수성인 수지재로 마련된 막으로 형성될 수 있다. 표면 상에서 접촉각이 거의 0도인 유체는 표면을 완전히 적시는 것으로 간주된다. 그러 나, 폴리올레핀은 통상적으로 고유하게 소수성이며, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 막과 물의 접촉각은 도1b에 도시된 바와 같이 통상적으로 90˚보다 크다.
본 발명의 유체 제어막은 다양한 지형 구조를 가질 수 있다. 예시적인 유체 제어막은 채널 및 2차 채널, 즉 채널 내에 채널을 갖는 구조뿐만 아니라, V형 또는 직사각형 단면 및 이들의 조합 형상을 갖는 복수의 채널로 구성된다. 또한, 지형 구조는 미세구조의 기둥과 돌기들을 포함할 수 있다.
미세구조면 상의 채널은 채널 단부를 갖는다. 일정 실시예에서, 유체 제어막은 제어 수단을 가질 수 있다. 제거 수단은 일반적으로 채널 단부 중 어느 하나에 인접한 채널로부터 유체를 회수한다. 다른 실시예에서, 제거 수단은 양 채널 단부에 인접한 채널로부터 유체를 회수한다. 제거 수단은 채널과 연통되어 배치되는 흡수재를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제거 수단은 물방울 수집기를 포함한다.
일반적으로, 미세 구조 내의 채널은 제1 높이를 갖는 제1 리지 세트와, 제1 높이 보다 높은 제2 높이를 갖는 제2 리지 세트를 포함하는 일반적으로 평행한 리지들에 의해 한정된다. 제2 리지 세트의 각 리지의 상부는 하부보다 낮은 융점을 가질 수 있다. 채널은 선형, 곡선형, 방사형, 평행형, 비평행형, 무작위형 또는 교차형으로 구성된 그룹 중에서 선택된 패턴 기하 구조를 갖는다.
일 실시예는 채널들 사이의 유체 유동을 위해 복수의 채널 중 적어도 두 개의 인접한 채널을 연결하기 위해 고분자성 미세구조면 상에 적어도 하나의 교차 채 널을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 돌기들은 리지이고 그리고/또는 채널을 따라 불연속적일 수 있다. 미세구조면은 유체를 제거하기 위한 표면 영역을 증가시키기 위해 고분자성 미세구조면 상에 추가적인 표면 질감 특징물을 한정하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고분자성 미세구조면은 제1 및 제2 단부 사이에서 연장되는 일반적으로 평행한 채널을 갖는다.
본 발명의 유체 제어막의 채널은 바람직한 유체 운반을 제공하는 임의의 기하 구조일 수 있으며, 일반적으로 용이하게 복제되는 것이다. 개방된 채널을 따라 자연적인 위킹(wicking) 또는 운반을 위해, V형 채널 유체 제어막의 미세구조면/유체 계면의 바람직한 접촉각은 θ ≤ (90˚ - α/2)가 되며, 이때 θ는 유체와 유체 제어막의 접촉각이고 α는 2차 V형 채널 노치의 평균 협각이다(예컨대, 도2g 참조).
본 발명의 유체 제어막의 채널은 바람직한 유체 운반을 제공하는 임의의 기하 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 제어막은 도2a 내지 도2i에 도시된 바와 같이 단지 하나의 주요면 상에 1차 채널을 갖게 될 것이다. 그러나, 다른 실시예에서, 유체 제어막은 도2j 내지 도2k에 도시된 바와 같이 양측 주요면 상에 1차 채널을 갖게 될 것이다.
도2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유체 제어막(20)은 두 주요면 중 하나의 주요면 상에 구조면(24)을 갖는 고분자성 재료로 된 층(22)을 포함한다. 층(22)은 본체층(26)을 포함하며 구조면(24)은 본체층으로부터 돌출한다. 본체 층(26)은 층(22) 내에 개별 구조 특징물을 보유하기 위해 구조면(24)을 지지하는 역할을 한다.
도2a에 도시된 바와 같이, 채널(30)은 도시된 실시예에 따른 층(22) 내에 일련의 V형 측벽(34)과 피크(36)에 의해 한정될 수 있다. 각각의 피크 또는 돌기들은 각각의 채널을 따라 이어지는 연속적인 리지를 한정할 수 있거나, 피크들은 불연속적인 요소(예컨대, 핀, 막대 등)로서 형성될 수 있으며, 이때 불연속적인 요소들은 기능적으로 여전히 그 사이에 채널들을 한정하는 역할을 한다. 일부 경우-비록 일부 적용에서, 측벽(34)을 단축하고 이로써 단지 구조면(24)의 일부를 따라 피크(36)를 연장시키는 것이 바람직할 수 있지만-, 측벽(34)과 피크(36)는 전체적으로 층(22)의 일 모서리로부터 다른 모서리까지 변화없이 연장될 수 있다. 즉, 피크(36) 사이에 한정된 채널(30)은 전체적으로 층(22)의 일 모서리로부터 다른 모서리까지 연장될 수 있거나, 이런 채널(30)은 단지 층(22)의 일부에 걸쳐 연장되도록 한정될 수 있다. 단지 일부에 걸쳐서만 연장되는 채널(30)은 층(22)의 모서리에서 시작될 수 있거나 층(22)의 구조면(24) 내에서 시작되어 중간에 끝날 수 있다. 채널(30)은 고분자성 재료로 된 연속 표면 위에서 소정의 배열로 한정된다. 배열은 규칙적이거나 무작위적일 수 있다.
다른 채널 구성도 가능하다. 예컨대, 도2b에 도시된 바와 같이, 유체 제어막(20')은 조금 편평한 피크(36') 사이에 넓은 편평 곡부(valley)를 갖는 채널(30')을 갖는다. 도2a의 실시예와 같이, 캡층(비도시)이 불연속적인 채널(30')을 한정하기 위해 하나 이상의 피크(36')를 따라 고정될 수 있다. 이 경우, 바닥 면(38)이 채널 측벽(40)을 사이에서 연장되는 반면, 도2a의 실시예에서 측벽(34)은 라인(41)을 따라 서로 연결된다.
도2c는 채널 측벽(40) 사이에 편평면을 제공하는 대신 광폭 채널(42)이 피크(36") 사이에 한정되고 복수의 소형 피크(44)가 피크(36")의 측벽(40') 사이에 위치되는 다른 유체 제어막(20")을 도시한다. 따라서, 이들 소형 피크(44)는 그 사이에 2차 채널(46)을 한정한다. 피크(44)는 피크(36")와 동일한 수준까지 융기되거나 융기되지 않을 수 있으며, 도시된 바와 같이 내부에 소형 채널(46)이 분포된 제1 광폭 채널(42)을 형성한다. 피크(36", 44)들은 자신에 대해 그리고 서로에 대해 균일하게 분포될 필요가 없다.
도2d 내지 도2k는 본 발명의 유체 제어막의 다양한 대안적인 실시예를 도시한다. 비록 도2a 내지 도2k는 긴 모양의 선형 구조로 된 채널을 도시하고 있지만, 채널은 다른 구성으로 마련될 수 있다. 예컨대, 채널은 채널 길이를 따라 가변적인 단면폭을 가질 수 있다. 즉, 채널은 채널의 길이를 따라 발산 및/또는 수렴할 수 있다. 채널 측벽은 채널의 확장 방향 또는 채널 높이 방향으로 직선이 아닌 등고선 형상일 수 있다. 일반적으로, 유체 운반 장치 내에서 제1 지점으로부터 제2 지점까지 연장되는 적어도 복수의 불연속 채널부를 제공할 수 있는 여하한 채널 구성이 가능하다. 채널은 원할 경우 전체 길이를 따라 불연속적인 상태로 남도록 구성될 수 있다.
도2g를 참조하면, 하나의 기하 구조는 편평막(50) 내에 직선으로 둘러싸인 1차 채널(48)이다. 1차 채널(48)은 복수의 노치(54)를 형성하는 2차 채널(52)을 포 함한다. 노치(54)[또는 2차 채널(52), 이때 2차 채널(52)은 V형이고 사실상 직선형의 측벽을 가짐)는 약 10˚ 내지 약 120˚로서, 예컨대 약 10˚ 내지 약 100˚ 그리고 일부 실시예에서 약 20˚ 내지 약 95˚인 노치 협각(즉, 각도 α)을 갖는다. 노치 협각은 일반적으로 노치로부터 노치를 형성하는 측벽 상의 노치에서 2 내지 1000 미크론 이격된 지점까지의 할각(secant angle)이며, 예컨대 노치 협각은 2차 채널 측벽 위로 중간 지점에서 취한 할각이다. 노치가 갖는 협각폭이 좁을수록 일반적으로 수직 방향 위킹 거리는 커진다. 그러나, α가 너무 좁다면 유속은 크게 저하될 수 있다. α가 너무 넓다면, 노치 또는 2차 채널은 원하는 위킹 동작을 제공하지 못할 수 있다. α가 좁아질수록 유체의 접촉각은 접촉각이 더 높은 각도 폭을 갖는 노치 또는 채널에 대한 좁아지는 것만큼 유사한 유체 전달을 얻기 위해 낮아질 필요는 없다.
일반적으로, 1차 채널의 최대 폭은 3000 미크론으로서, 예컨대 1500 미크론보다 작다. V-채널 형상의 1차 채널의 협각은 일반적으로 대략 10도 내지 120도로서, 예컨대 30도 내지 110도일 것이다. 1차 V형 채널의 협각이 너무 좁은 경우, 1차 채널은 적절한 수의 2차 채널을 수용할 수 있도록 그 기부에서 충분한 폭을 갖지 못할 수 있다. 일반적으로, 1차 채널의 협각은 1차 채널의 기부에서 둘 이상의 2차 채널을 수용하도록 2차 채널의 협각보다 크다. 일반적으로, 2차 채널은 (V형 1차 채널의 경우) 1차 채널의 협각보다 적어도 20 % 작은 협각을 갖는다.
도2g 내지 도2j를 참조하면, 1차 채널(48, 56)의 깊이(최하부 채널 노치 위로 피크 또는 상부의 높이) "d"는 사실상 균일하다. 높이 "d"는 약 5 내지 약 3000 미크론 범위, 예컨대 약 25 내지 약 1500 미크론 범위이고, 일부 실시예에서 약 50 내지 약 1000 미크론 범위, 예컨대 약 50 내지 약 3500 미크론 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 지시된 범위보다 큰 깊이를 갖는 채널(48, 56)을 갖는 막이 사용될 수 있다. 채널이 과도하게 깊은 경우, 유체 제어막의 전체 두께는 불필요하게 높을 수 있으며 막은 기대하는 것보다 딱딱할 수 있다. 기부에서 1차 채널의 폭은 둘 이상의 2차 채널을 수용하기에 충분할 수 있다.
도2j와 도2k는 양측 주요면 상에 1차 채널을 갖는 유체 제어막을 도시한다. 도2j에 도시된 바와 같이, 1차 채널(56)은 한 면으로부터 다른 면까지 측방으로 오프셋될 수 있거나 도2k에 도시된 바와 같이 서로 직접 대향되게 정렬될 수 있다. 도2j에 도시된 바와 같이 오프셋된 채널을 구비한 유체 제어막은 위킹을 위한 최대의 표면 영역을 제공함과 동시에 최소량의 재료를 사용한다. 또한, 오프셋된 채널을 구비한 채널은 판의 두께 및 넓이 감소로 인해 도2k에 도시된 바와 같은 정렬된 채널을 구비한 유체 제어막보다 부드럽게 느껴지도록 제조될 수 있다. 도2k에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유체 제어막은 내부에 하나 이상의 구멍 또는 개구(58)를 가질 수 있으며, 이들 구멍 또는 개구는 유체 제어막의 전방면과 접촉하는 유체의 일부가 막의 이면으로 운반될 수 있도록 함으로써 유체 제어를 개선한다. 개구는 채널의 노치와 정렬될 필요가 없으며 채널과 대략적으로 동일한 폭을 가질 필요가 없다. 개구 내의 유체 제어막의 표면은 친수성일 수 있다.
도2g와 도2j에 도시된 바와 같이, 각각의 1차 채널(48, 56) 내에는 적어도 두 개의 2차 채널(52, 60)과 적어도 두 개의 노치(54, 62)가 있으며, 각 2차 채 널(52, 60)의 노치 또는 노치들은 2차 피크(64, 66)에 의해 분리된다. 일반적으로, 각각의 2차 채널은 일반적으로 단지 하나의 노치만을 갖게 되지만, 2채 채널이 직사각형인 경우 2차 채널은 두 개의 노치를 갖는다. 각각의 2차 채널을 형성하는 두 개의 측벽이 대칭적이고 곡면이 아니라고 가정할 때, V채널형 2차 채널을 위한 2차 피크(64, 66)는 일반적으로 (α1 + α2)/2와 동일한 협각(β)에 의해 특징지워지며, 이때 α1과 α2는 두 개의 인접한 V채널형 2차 채널(52, 60)의 협각이다. 일반적으로, 협각(β)은 약 10˚ 내지 약 120˚로서, 예컨대 약 10˚ 내지 약 110˚ 그리고 일부 실시예에서 약 20˚ 내지 약 100˚일 수 있다. 2차 피크는 편평하거나(이 경우, 협각은 이론적으로 0˚일 수 있다), 심지어 뚜렷한 상부 또는 협각이 없는 예컨대 볼록형 또는 오목형의 곡선일 수 있다. 일반적으로, 각각의 1차 채널(48, 56)에 대하여는 [도2g에 도시된 노치(68 또는 70)와 같이 마지막 채널들과 연결된 임의의 노치(54, 62)들을 포함하는] 적어도 세 개의 2차 채널(52, 60) 및/또는 적어도 세 개의 노치가 있다.
2차 채널(52, 60) 중 하나의 깊이[노치(54) 위에서 2차 피크(64)의 상부의 높이]는 유체 제어막의 길이에 걸쳐 균일하며 통상적으로 적어도 5 미크론이다. 2차 채널(52, 60)의 깊이는 일반적으로 1차 채널의 깊이의 0.5 내지 80 %, 예컨대 5 내지 50 %이다. 피크의 양 측면 상에서 노치(54, 62)의 간격은 유체 제어막의 전체 길이에 걸쳐 균일할 수 있다. 1차 및/또는 2차 채널의 깊이와 폭은 유체 제어막의 소정 길이에 걸쳐 각 채널에 대해 20 %보다 적게, 예컨대 10 %보다 적게 변경 될 수 있다. 2차 채널 깊이와 형상을 이 범위보다 크게 변경하는 것은 유체 제어막을 따르는 유체 운반의 속도와 균일성에 사실상의 역효과를 준다. 일반적으로, 1차 및 2차 채널은 연속적이고 가라앉아 있다
본 발명의 미세구조면의 개개의 유동 채널은 사실상 불연속적일 수 있다. 즉, 유체는 인접한 채널 내의 유체에 독립해서 채널을 통해 이동할 수 있다. 채널은 인접한 채널에 독립해서 특별한 채널을 따라 또는 이를 통해 유체가 나아가도록 하기 위해 서로에 대한 잠재성을 독립적으로 수용한다. 일반적으로, 비록 인접 채널들 사이에 일부 확산이 있을 수 있지만 하나의 채널로 진입한 유체는 인접 채널 내로 상당한 정도까지 진입하지 않는다. 유체를 효과적으로 운반하고 이런 채널이 제공하는 장점을 유지하기 위해서는 채널의 불연속성을 효과적으로 유지하는 것이 중요하다. 그러나, 모든 실시예에 있어서 모든 채널이 불연속적일 필요는 없다. 일부 채널은 불연속적이고 다른 채널은 불연속적이 아닐 수 있다.
일정한 미세구조면은 채널을 갖는다. 이런 채널은 10:1의 최소 종횡비(채널에 대해 길이/유압 반경으로서 정의됨), 일부 실시예의 경우 대략 100:1을 넘는 최소 종횡비, 다른 실시예에서 적어도 약 1000:1의 최소 종횡비를 갖는다. 상단부에서, 종횡비는 무한대로 높을 수 있지만 일반적으로 약 1,000,000:1보다 작을 수 있다. 채널의 유압 반경은 약 300 마이크로미터보다 크지 않다. 많은 실시예에서, 이는 100 마이크로미터보다 작을 수 있고 10 마이크로미터보다 작을 수 있다. 비록 많은 적용예에서 작을수록 (그리고 유압 반경이 서브미크론 크기일수록) 바람직하지만, 대부분의 실시예에서 유압 반경은 통상적으로 1 마이크로미터보다 작지 않 다. 이하 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 이들 매개 변수 내에서 한정된 채널은 능동형 유체 운반 장치를 통해 효율적인 대용적 유체 운반을 제공한다.
구조면에는 아주 낮은 프로파일이 마련될 수 있다. 따라서, 구조화된 중합층이 5000 마이크로미터, 예컨대 약 3500 마이크로미터보다 작은 두께를 갖는 유체 운반 장치가 가능하다. 일부 실시예에서, 두께는 약 1500 마이크로미터보다 작고, 예컨대 700 마이크로미터보다 작으며, 특정 실시예에서 650 마이크로미터보다 작다. 이를 위해, 미세구조 특징물은 약 5 마이크로미터보다 큰 높이, 예컨대 50 마이크로미터보다 큰 높이, 일부 실시예에서 약 100 마이크로미터보다 큰 높이를 갖는 피크에 의해 한정될 수 있다. 피크는 일반적으로 1200 마이크로미터보다 낮은 높이, 예컨대 1000 마이크로미터보다 낮은 높이, 일부 실시예에서 700 마이크로미터보다 낮은 높이를 갖는다. 미세구조 특징물은 약 10 마이크로미터보다 큰 피크간 거리, 예컨대 100 마이크로미터보다 큰 피크간 거리, 일부 실시예에서 약 200 마이크로미터보다 큰 피크간 거리를 갖는 피크들에 의해 한정될 수 있다. 요소들은 일반적으로 4500 마이크로미터보다 작은 거리, 예컨대 2000 마이크로미터보다 작은 거리, 일부 실시예에서 1500 마이크로미터보다 작은 거리를 갖는다.
본 발명에서 사용하기 위한 유체 채널의 일부 실시예는 임의의 적절한 기하 구조를 가질 수 있지만, 일반적으로 (통상적으로 50 내지 3000 미크론의 깊이와 50 내지 3000 미크론의 폭을 갖는) 직사각형 또는 협각이 일반적으로 20 내지 120도, 예컨대 약 45도인 (통상적으로 50 내지 3000 마이크로미터의 깊이, 예컨대 500 마이크로미터의 깊이와 50 내지 3000 미크론의 폭, 예컨대 500 마이크로미터의 폭을 갖는) "V" 채널 패턴이다.
도2i에는 본 발명의 유체 운반막의 일 실시예가 대안적인 유체 제어막(138)으로서 도시되어 있다. 막(138)은 피크(140) 사이에 한정된 광폭 채널(139)을 갖는다. 복수의 소형 피크(141)가 피크(140)의 측벽(142) 사이에 위치된다. 따라서, 소형 피크(141)는 그 사이에 2차 채널(143)을 한정한다. 소형 피크(141)는 피크(140)만큼 높지 않으며, 도시된 바와 같이 내부에 분포된 소형 채널(143)을 포함하는 제1 광폭 채널(139)을 형성한다.
본 발명의 적절한 유체 제어막은, 예컨대 압출, 사출 성형, 엠보싱, 고온 스탬핑 등과 같은 공정을 통해 제조될 수 있다. 엠보싱시, 기판(예컨대, 열가소성 재료)은 변형 가공되거나 성형된다. 이 공정은 일반적으로 고온에서 가능하다면 가압을 하며 수행된다. 기판 또는 재료는 마스터 툴의 표면 구조를 복제 또는 대략적으로 복제하도록 제조될 수 있다. 이 공정은 비교적 소형의 구조를 생성하고 때로는 여러 번에 걸쳐 반복되기 때문에, 이 공정은 미세 복제술로 지칭된다. 미세 복제술을 위한 적절한 공정이 미국 특허 제5,514,120호에 설명되어 있다.
다시 설명을 위해 도2a를 참조하면, 층(22)은 구조면(24)과 하부 본체층(26)을 포함한다. 층(22)은 구조면(24)에 대향하는 그 측면 상에 [층(26a 또는 26b)과 같은] 하나 이상의 추가적인 재료의 층을 포함하거나, 이런 추가적인 층 또는 다른 재료들은 본체층(26) 내에 내장될 수 있다. 본체층(26)(그리고 가능한 추가적인 층 또는 내부의 재료)은 구조면(24)을 위한 이면체(backing)를 구성한다. 본 발명의 유체 제어 물품에 사용하기 위한 적절한 이면체는 부직포 및 직포 웨브, 니트, 막, 발포체, 미세 다공재 및 다공재, 그 밖의 친숙한 이면체 재료를 포함하는 기술 분야에서 공지된 종래의 이면체를 포함한다. 일부 이면체는 얇고(예컨대, 약 1.25 ㎜보다 작고, 예컨대 약 0.05 ㎜보다 작음) 탄성 고분자성인 이면체를 포함한다. 이런 유형의 이면체는 기판 표면의 요철들에 대한 본 발명의 유체 운반층의 정합성과 고밀착성을 보장하도록 돕는다. 이면체는 폴리올레핀(예컨대, 저밀도 폴리에틸렌), 섬유소 재료 뿐만 아니라, 예컨대 폴리우레탄, 폴리에테르 폴리에스테르, 폴리에테르 아미드를 포함한다. 다른 유용한 이면체도 난연재를 포함할 수도 있다. [콜라자(Kollaja) 등의 PCT 국제 공보 WO 99/28128호에 개시된 것과 같이] 하나 이상의 층이 난연성이고 표면 친수성을 유지하는 복수 층을 공압출함으로써 미세 복제막을 제공하기 위한 다층 방식이 사용될 수 있다.
본 발명의 유체 운반 물품에 사용하기 위한 적절한 접착제는 변종 또는 극성 및 비극성 기판에 허용 가능한 부착력을 제공하는 여하한 접착제를 포함한다. 접착제는 감압성(pressure sensitive)일 수 있으며 일정 실시예에서 수성 물질에 대한 내흡수성을 지님으로서 부식을 일으키지 않을 수 있다. 적절한 감압성 접착제는 아크릴레이트, 폴리우레탄, 블록형 공중합체, 실리콘, (천연 고무, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 부틸 고무 등을 포함하는) 고무계 접착제 뿐만 아니라 이들 접착제의 조합을 포함한다. 접착제 성분은 택키파이어(tackifier), 가소제, 유동 개질제 뿐만 아니라 빌딩 조립체에서 곰팡이 및 흰곰팡이의 억제를 위한 항균제와 같은 활성 성분을 포함할 수 있다. 제거 가능한 라이너(liner)가 접착면을 사용에 앞서 보호하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 접착 복합물에 사용될 수 있는 예시적인 감압성 접착제는 미국 특허 제(RE)24,906호에 설명된 아크릴레이트 공중합체, 특히 97:3 이소-옥틸 아크릴레이트:아크릴아미드 공중합체와 같은, 다양한 기판에 도포되는 일반적인 접착제이다. 다른 예는 65:35 2-에틸헥실 아크릴레이트:이소보닐 아크릴레이트 공중합체이며, 이런 목적을 위한 유용한 접착제가 미국 특허 제5,804,610호 및 제5,932,298호에 개시되어 있다. 다른 유용한 접착제는 난연성 접착제이다. 접착제에 항균제를 포함시키는 것도 가능하며, 이는 미국 특허 제4,310,509호와 제4,323,557호에 설명되어 있다.
구조면은 접착층에 합체될 수도 있다. 이 경우, 접착제는 유체 위킹 패턴의 거울 영상을 갖는 미세 복제 라이너에 의해 지지되어야 하거나 저장 동안 패턴의 유동과 소실을 방지하기 위해 충분한 항복 응력 및/또는 내크립성을 가져야만 한다. 항복 응력의 증가는 접착제를 (예컨대 공유 및/또는 이온 가교 결합을 이용하거나 충분한 수소 결합을 이용하여) 약간 가교 결합시킴으로써 가장 편리하게 달성될 수 있다. 또한, 용이한 기포없는 도포를 허용하기 위해 접착층이 동일한 방식으로 불연속적이 될 수 있다. 본 발명의 접착성 복합물에 사용하기에 적절한 라이너는 크라프트지(kraft paper), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 이들 재료의 복합재로 제조될 수 있다.
라이너는 일반적으로 불소 화합물 또는 실리콘과 같은 이형제로 피복될 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제4,472,480호는 표면 에너지가 낮은 포화 불소 화합물 라이너를 설명한다. 라이너의 예로는 실리콘 이형제로 피복된 폴리에스테르막, 폴 리올레핀 막 또는 종이이다. 상업상 구입 가능한 실리콘 피복 이형지의 예는 (일리노이주, 버포드 파크 소재) 제임스 리버사(James River Co.), 에이치.피. 스미스 디비젼(H.P. Smith Division)에서 구입 가능한 폴리슬리크(POLYSLIK™)(상표명) 실리콘 이형지와 (일리노이주 딕손 소재) 다우버트 케미컬사(Daubert Chemical Co.)에서 제공하는 실리콘 이형지이다. 특수 라이너는 수계 실리콘 이형면을 구비한 강광택 크라프트지인 다우버트사의 1-60BKG-157이다.
도3a 및 도3b는 복수의 평행한 채널을 구비한 구조면의 표면을 가로지르는 유체 유동 효과, 구체적으로 유체가 본 발명의 구조면 상에 배치될 때 얻어지는 노출되는 유체 표면 영역의 증가를 도시한 도면이다. 복수의 채널(252)이 형성된 구조면(250) 위에는 유체가 도입되어 있다. 본 예시적인 설명에서, 구조면은 피크(254)와 곡부(256)가 교호하는 도2a에 유사한 지형 구조를 갖는다. 유체(260)는 구조면(250) 상으로 도입된다. 채널(252)은 유체의 x-방향 공간 분포를 증가시키기 위해 내부에 유체를 수용한 각각의 채널(252)을 따라 유체를 자연스럽게 위킹하도록 형성된다. 유체(260)가 각각의 채널을 채울 때, 유체의 공간 분포는 각 채널(252)의 리지 사이에서 y-방향으로도 증가되며, 유체(260)의 메니스커스 높이는 도3b에 도시된 바와 같이 각각의 채널(252) 내에서 z-방향으로 변경된다. 각각의 리지에 인접한 유체의 노출면(262)이 더 높다. 이와 같은 입체적 효과는 유체(260)의 노출된 증발 활성면 영역을 증가시키는 작용을 하며, 이는 다시 구조면(250)으로부터 유체(260)의 증발율을 개선하는 효과를 갖는다.
유체 제어 조립체는 테이프를 형성하기 위해 미세구조면에 대향하는 유체 제 어막에 결합된 접착제를 포함할 수 있다. 접착제는 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 접착제는 바람직한 유체 유동과 일치하는 방식으로 구조에 테이프를 장착하기 위한 수단을 제공한다. 테이프는, 예컨대 테이프를 난연성, 친수성, 살균성, 소수성으로 만들거나 산성, 염기성 또는 유성 물질을 위킹할 수 있게 만드는 다양한 첨가물로 제조될 수 있다. 테이프는 빌딩이나 건축 설계에서 최적의 유체 유동을 위해 기대되는 방사상 교차 패턴, 선형 패턴 또는 임의의 다른 맞춤형 또는 무작위형 패턴으로 정렬된 "V"형 또는 "U"형 또는 직사각형 미세구조(또는 이들의 조합)를 이용할 수 있다. 테이프는 증발 기구를 통해 유체를 분산시킬 수도 있다.
본 발명의 테이프는 습기 진입을 최소화하면서 복잡한 구조를 극복할 수 있는 부착 수단을 제공한다. 부착 수단은 접착식, 기계식, 정전식, 자성식 또는 약력 부착 수단과 같이 부착을 위한 여하한 수단일 수 있다. 부착 수단이 접착제인 경우, 접착제는 구조적인 것이거나 감응형인 것일 수 있으며, 넓은 종류의 아크릴레이트, 비극성 아크릴레이트, 합성 고무, 폴리올레핀 또는 천연 고무를 포함한다. 기계식 부착 수단은 플라스티폼(plastiform), 고정 테이퍼(locking taper) 또는 고리형(hook) 및 환형(loop) 이면체를 포함할 수 있다. 또한, 테이프는 예컨대 못으로 건축물에 합체될 수 있다. 본 발명의 유체 제어막은 습기 및 습기에 관련된 문제들을 제어하기 위해 다양한 빌딩 조립체에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 다공성 캡 층이 유체 제어막 위에 배치될 수 있다. 구체적으로, 캡 층은 미세구조면 위에 배치될 수 있다. 캡 층은 목재, 콘크리트, 금속으로 구성된 그룹 중에서 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 캡 층은 다공성이며, 부직물의 형태를 취할 수 있다. 일반적으로, 캡 층의 바닥측이 감압성 접착제 또는 용접에 의해 유체 제어막의 상측에 부착된다.
본 발명에 사용하기에 적절한 유체 제어막이 미국 특허 제6,290,685호, 제6,525,488호, 제6,514,412호, 제6,431,695호, 제6,375,871호, 제5,514,120호, 제5,728,446호 및 제6,080,243호와, 미국 특허 출원 제2002-0011330호에 설명되어 있다. 본 발명의 일정 유체 제어막은 섬유 덩어리가 아닌 판재 또는 막 형태이다. 본 발명의 유체 제어막의 채널은 섬유로 형성된 밧줄, 발포제 또는 웨브를 이용하여 얻어지는 것보다 효율적인 유체 유동을 제공할 수 있다. 섬유에 형성된 채널의 벽은 채널을 통해 유동하는 유체와 충돌하는 복잡한 표면과 비교적 무작위적인 기복을 나타낼 수 있다. 대조적으로, 본 발명의 채널은 소정의 패턴으로 정밀 복제되며 주요면을 따라 연장되는 일련의 개별적인 개방형 모세관 채널을 형성한다. 판이나 막에 형성된 이들 미세복제 채널은 일반적으로, 예컨대 채널로부터 채널까지 사실상 각각의 채널 길이를 따라 균일하고 규칙적이다. 막 또는 판은 얇고 가요성이 있으며 생산하기가 비용 효율적일 수 있으며, 의도한 적용을 위해 바람직한 재료적 성질을 소유하도록 형성될 수 있으며, 원할 경우, 사용시 다양한 표면에 용이하게 도포될 수 있도록 하기 위해 그 일 측면 상에 (접착제와 같은) 부착 수단을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 막은 단단한 것일 수 있다.
본 발명의 일정한 유체 제어막은 막 채널을 따라서 유체를 자연스럽고 균일하게 운반할 수 있다. 유체를 자연스럽게 운반할 수 있는 유체 제어막의 성능에 영향을 주는 두 개의 일반적인 인자는 (ⅰ) 표면의 기하 구조 또는 지형 구조(채널 의 모세관 현상, 크기 및 형상)와 (ⅱ) 막 표면의 성질(예컨대, 표면 에너지)이다. 바람직한 정도의 유체 운반 성능을 얻기 위해 설계자는 유체 제어막의 구조 또는 지형 구조 및/또는 유체 제어막 표면의 표면 에너지를 조절할 수 있다. 유체 제어막으로 제조된 폐쇄된 채널 심지부가 기능하기 위해서는 일반적으로 원하는 유체가 표면을 적실 수 있도록 충분히 친수성이다. 일반적으로, 개방형 채널에서 자연스러운 위킹을 용이하게 만들기 위해서, 유체는 유체 제어막의 표면을 적셔야 하며, 접촉각은 90도에서 노치각의 반을 뺀 값 이하이어야 한다.
본 발명의 유체 제어막은 주조 또는 엠보싱에 적절한 것으로, 예컨대 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리에테르 에스테르, 폴리이미드, 폴리에스테르아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐아세테이트의 수화 유도체 등을 포함하는 고분자성 재료로부터 형성될 수 있다. 특수한 실시예는 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌, 이들의 혼합물 및/또는 공중합체, 메틸 및 부틸아크릴레이트와 같은 아크릴레이트 또는 비닐 아세테이트와 같이 다른 단량체를 소량 비율로 갖는 프로필렌 및/또는 에틸렌의 공중합체를 사용한다. 폴리올레핀은 주조 및 엠보싱 롤의 표면을 용이하게 복제한다. 폴리올레핀은 인성과 내구성이 있으며 그 형상을 잘 유지함으로써, 이런 막이 주조 또는 엠보싱 공정 이후에도 용이하게 조작될 수 있도록 만든다. 친수성 폴리우레탄은 물리적 특성과 고유하게 높은 표면 에너지를 갖는다. 다르게는, 유체 제어막은, 예컨대 폴리우레탄, 아크릴레이트, 에폭시, 실리콘과 같은 열경화성 수지로 주조될 수 있고, 노출 방사(예컨대,열, UV 또는 E-빔 방사 등) 또는 습기에 의해 경 화될 수 있다. 이들 재료는 (계면활성제 및 친수성 고분자와 같은) 표면 에너지 개질제, 가교제, 항산화제, 안료, 이형제, 대전 방지제 등을 포함하는 다양한 첨가물을 함유할 수 있다. 적절한 유체 제어막은 감압성 접착재를 이용하여 제조될 수도 있다. 일부 경우, 채널은 (예컨대, 유리, 세라믹 또는 금속과 같은) 무기물을 이용하여 형성될 수 있다. 일반적으로, 유체 제어막은 유체에 대한 노출시 사실상 그 기하 구조와 표면 특성을 보유한다.
일부 실시예에서, 유체 제어막은 특성 변경 첨가물 또는 표면 피복재를 포함할 수 있다. 첨가물의 예는 난연성 물질, 소수성 물질, 친수성 물질, 항균제, 무기물, 부식 억제제, 금속 입자, 유리 섬유, 충전제, 클레이 및 나노입자를 포함한다.
막의 표면은 충분한 모세관 힘을 보장하도록 개질될 수 있다. 예컨대, 미세구조면은 이것이 충분한 친수성을 갖도록 보장하기 위해 개질될 수 있다. 막은 일반적으로 막 표면이 수성 유체와 90˚ 이하의 접촉각을 나타내기 위해 친수성이 부여되도록 (예컨대, 표면 처리, 표면 피복재 또는 약제의 도포에 의해) 개질되거나 선택된 약제를 포함할 수 있다.
본 발명의 유체 제어막 상에 친수성 표면을 얻기 위해 임의의 공지된 방법이 이용될 수 있다. 계면 활성제의 국부적 도포, 플라즈마 처리, 진공 증착, 친수성 단량체의 중합 처리, 막 표면 상으로의 친수성 표적 물질 융합, 코로나 또는 화염 처리 등과 같은 표면 처리가 이용될 수 있다. 다르게는, 계면 활성제 또는 그 밖의 적절한 약제가 막 압출시 내부 특성 변경 첨가물로서 수지와 혼합될 수 있다. 통상적으로, 국부적으로 도포된 피복은 채널의 노치에 채워짐으로써(즉, 무뎌짐으로써) 본 발명이 추구하는 바람직한 유체 유동을 방해하기 때문에, 계면 활성제 피복의 국부적 도포에 의존하기 보다 계면 활성제는 고분자성 조성물에 합체되고 이로부터 유체 제어막이 제조된다. 피복은 도포될 경우 일반적으로 구조면 상에 얇은 층을 균일하고 용이하게 형성하도록 얇다. 폴리에틸렌 유체 제어막에 합체될 수 있는 계면 활성제의 예는 [코네티컷주 댄버리 소재, 유니온 카바이드사(Union Carbide Corp.)로부터 구입 가능한] 트리톤(상표명)(TRITON™) X-100으로서, 예컨대 대략 0.1 내지 0.5 중량% 사이에서 사용되는 옥틸페녹시폴리에톡시에탄올(octylphenoxypolyethoxyethanol) 비이온성 계면활성제이다. 본 발명에 따르는 막의 표면 개질을 위한 예시적인 방법은 아래의 다른 계면활성 물질 90 중량 % 이상을 포함하는 반응 제품의 1 % 수용액을 국부적으로 도포하는 것이다.
다른 계면 활성 물질은 본 발명의 빌딩 및 건축 용도를 위한 증가된 내구 조건에 적절한 것으로서 [일리노이주 노스필드 소재, 스테판 콤패니(Stepan Company)로부터 구입 가능한] 폴리스텝(등록상표)(Polystep®) B22와 [코네티컷주 댄버리 소재, 유니온 카바이드사로부터 구입 가능한] 트리톤(상표명)(TRITON™) X-35를 포함한다.
계면 활성제 또는 계면 활성제의 혼합물은 유체 제어막 또는 물품의 성질을 조절하기 위해 유체 제어막의 표면에 도포되거나 물품 내로 주입될 수 있다. 예컨대, 유체 제어막의 표면을 더 친수성으로 만드는 것이 막에 이런 성분이 없는 것보 다 바람직하다.
본 발명의 실시예는 유체 제어막이 합체된 제품의 수명 동안 바람직한 유체 운반 성질을 보유한다. 일반적으로, 계면 활성제는 물품의 수명 동안 물품 내에 충분한 양으로 남아 있거나 유체 제어막의 표면에 고정되어 있다. 예컨대, 수산화 기능 계면 활성제는 디(이중, di) 또는 트라이(삼중, tri)-알콕시 실란 기능기를 이용하여 계면 활성제를 기능화시킴으로써 유체 제어막에 고정될 수 있다. 그 후, 계면 활성제는 유체 제어막의 표면에 도포되거나 물품 내로 주입될 수 있으며, 뒤이어 물품은 습기에 노출된다. 습기는 가수 분해되고 뒤이어 폴리실록산으로 축합된다. 수산화 기능 계면 활성제(특히 1,2 디올 계면 활성제)는 또한 붕산 이온과 결합되어 고정될 수 있다. 적절한 계면 활성제는 음이온성, 양이온성 및 비이온성 계면 활성제를 포함하지만, 비이온성 계면 활성제가 비교적 적은 자극 잠재능으로 인해 사용될 수 있다. 예로는 폴리에톡실레이트화 알킬, 아랄킬(aralkyl) 및 알케닐 알코올과 같은 폴리에톡실레이트화 및 폴리글루코시드 계면 활성제, 산화 에틸렌 및 산화 프로필렌 공중합체, 알킬폴리글루코시드, 폴리글리세릴 에스테르 등을 포함한다. 다른 적절한 계면 활성제는 미국 특허 출원 제08/576,255호에 개시되어 있다.
상술한 바와 같이, 친수성 고분자 또는 고분자의 혼합물과 같은 계면 활성제가 유체 제어막 또는 물품의 성질을 조절하기 위해 유체 제어막의 표면에 도포되거나 물품 내로 주입될 수 있다. 다르게는, 친수성 단량체가 물품에 첨가되어 상호 침투성 고분자 망을 형성하도록 적소에서 중합될 수 있다. 예컨대, 친수성 아크릴 레이트와 억제제가 첨가되어 열 또는 화학선 복사에 의해 중합화될 수 있다.
적절한 친수성 중합체는 산화 에틸렌의 단일 및 공중합체와; 비닐파이롤리돈과 같은 비닐 불포화 단량체, 카르복실산, 술폰산, 또는 아크릴산과 같은 포스폰산 기능성 아킬레이트, 하이드록시에틸아크릴레이트와 같은 수산화 기능 아크릴레이트, 비닐 아세테이트와 그 수산화 유도체(예컨대, 폴리비닐알코올), 아크릴아미드, 폴리에톡실레이트화 아크릴레이트 등을 합체한 친수성 고분자와; 전분 및 변성 전분, 덱스트란 등과 같은 폴리사카라이드 뿐만 아니라 친수성 변성 셀룰로오즈를 포함한다.
상술한 바와 같이, 친수성 살린 또는 살린 혼합물은 유체 제어막 또는 물품의 성질을 조절하기 위해 유체 제어막의 표면에 도포되거나 물품 내로 주입될 수 있다. 적절한 살린은 비이온성 또는 양이온성 친수 살린 뿐만 아니라 미국 특허 제5,585,186호에 개시된 음이온성 살린을 포함한다. 양이온성 살린은 소정 상황에서 사용될 수 있으며 이들 살린 중 일부도 항균 성질을 갖는 장점이 있다.
일반적으로, 유체에 의해 적셔지는 고체 표면의 허용도는 유체가 수평 배치된 표면 상에 배치되어 그 위에서 안정화되도록 허용된 후 고체 표면과 이루는 접촉각에 의해 특징지워 진다. 이는 때로 "정적 평형 접촉각"으로 지칭되고, 때로는 단지 "접촉각"으로 지칭된다.
유체 제어막은 외부 빌딩 벽 조립체의 기판과 결합된다. 본 출원의 목적을 위해, 한정된 표면과 동일 측면 상의 결합 수단은 직접적으로 또는 다른 층에 의해 표면과도 접촉한다. 외부 빌딩 벽 조립체는 기판을 포함한다. 기판의 예는 벽 프 레임과, 한장된 개구를 위한 프레임(예컨대, 창문 문설주 또는 문설주)을 포함한다. 또다른 예는 벽덮개, 창문, 지붕, 외부 피복재(외벽재, 치장 벽토, 벽돌 등) 및 외부 돌출부(예컨대, 전기 출구)를 포함한다. 일부 실시예에서, 주택 전체는 유체 제어막("방습부")으로 에워싸인다.
도4a에는 수렴하는 지붕 경사부(402a, 402b)가 곡부(404)에서 만나는 지붕 구조(400)가 도시되어 있다. 아연 도금 철 조각 또는 그 밖의 방수재가 지붕 곡부 시일(405)로서 사용되어 지붕 곡부(404)를 덮는다. 지붕 경사부(402a, 402b)는 지붕 널(406)들이 부착되는 외면(403a, 403b)을 갖는다. 지붕 널(406)은 널(408)의 바닥 열을 포함한다. 유체 제어막(410)은 지붕 곡부(404)의 표면(403)에 부착된다. 유체 제어막(410)은 널(408)의 바닥 열의 하부에 적어도 부분적으로 위치된다. 유체 제어막(410)은 지붕 표면(403)과 널(408)들 사이에 시일(412)을 형성함으로써, 물이 널(408)의 위와 아래로 유입되는 것을 방지하면서 물이 중력과 모세관 작용의 영향으로 널(408)의 마지막 열 아래로부터 배출될 수 있도록 한다.
도4b에는 지붕 모서리(414)가 도시된다. 지붕 모서리는 전통적으로 차가운 기후에서 잠재적인 아이스 댐(ice dam) 형성으로 인한 문제를 겪는 지붕의 부분이다. 여기에서도, 유체 제어막(410)은 상술한 바와 같이 시일(412)로서 작용하며, 아이스 댐 형성 잠재력을 감소시킨다.
도4c에 도시된 바와 같이, 유체 제어막(410)의 채널(416)은 도4c에 도시된 바와 같이 긴 모양의 대각선 방향으로 배향되어서 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이 시일(412)을 형성한다. 홈(416)의 대안적인 배향은 널의 바닥열 하부로 진입하 는 물에 대한 장벽 시일을 제공하기 위해 널(408)의 바닥 열에 평행한 유체 제어막의 가공 방향일 수 있다.
도5에는 외벽 조립체의 단면이 도시되어 있다. 이와 같은 벽은 전통적인 목재 맞추기(2×4, 2×6, 비도시)나 구조 절연 패널(SIP)에 의해 예시된 바와 같은 모듈 방식으로 축조될 수 있다. 도5는 내향 벽 구역(420a)을 나타내는 시트록(sheetrock) 구역 또는 방향 줄판자(OSB)를 포함한다. 선택적인 절연층(422)은 스티로폼, 발포 절연체, 파이버글래스 및 그 밖의 공지된 절연물 발포체로 구성될 수 있다. 외향 벽 구역(420b)은 방향 줄판자, 합판 또는 건축 조립체에서 공지된 다른 재료로 구성될 수 있다. 벽 프레임 성분(421)은 모듈형 SIPS 패널에 사용되는 목재 캡과 기부로서 맞는 크기로 된 목재 프레임 치수화 조각 또는 전통적인 프레임형 벽 구조의 수평 프레임 조각을 나타낸다. 유체 제어막(423)은 외향 벽(420b)에 접착식으로 또는 구조적으로 부착된다. 유체 제어막의 채널은 대량의 습기를 중력 하에서 가두거나 배출하거나 아래로 향하게 하도록 수직 배향될 것이다. 유체 제어막은 막의 최하부가 습기를 배출하는 방식으로 인접한 층들과 겹쳐 이어진 첫 번째 층과 후속 층에 부착된 상태에서 널 이음 방식으로 이어질 수 있다. 다르게는, 유체 제어막은 하나의 대형 판재일 수 있다. 주택 또는 빌딩의 외부 피복재 또는 외벽재(434)는 비닐 외벽재, 시다 싱글(cedar shingle), 벽돌, 치장 벽토 및 건축 산업에서 공지된 그 밖의 재료로 구성될 수 있다. 유체 제어막(423)은 유체 제어막의 채널이 외부 피복재, 외벽재 또는 치장 벽토(434)쪽으로 외향하도록 위치되거나 채널이 내향 벽(420a)쪽으로 내향하도록 위치될 수 있다. 선택 사항으로서, 부직 또는 면포형 재료(435)가 도5에 도시된 바와 같이 유체 제어막(423)과 외부 피복재(434) 사이에 배치되고 그리고/또는 부착될 수 있거나, 면포재(435)가 유체 제어막(423)과 외향 벽 구역(420b) 사이에 배치될 수 있다(비도시). 벽 조립체는 유체 제어막 채널이 기본적으로 수직 배향된 상태로 기초로부터 지붕까지 이어지는 유체 제어막을 갖도록 계획될 수도 있다. 벽 구조물을 덮는 유체 제어막의 분리된 구역들을 덮고 실링하기 위해 접착제 이면 도포 유체 제어막이 사용될 수도 있다.
도6에 도시된 창문틀 개구(421)는 창문 유닛을 설치하기 전의 골조 창문 개구를 나타낸다. 수직벽 스터드 또는 창문 측면 문설주(425)와, 수평벽 스터드 또는 본관 문설주(426a)와, 창문 문지방(426b)은 창문 개구의 틀을 만든다. 창문 문지방(426b)은 습기가 개구로부터 용이하게 빠져나갈 수 있도록 경사질 수 있다. 또한, 도6에 도시된 본 발명의 일 실시예에서, 유체 제어막(423)은 물이 창문 개구로부터 벗어나기 위한 수단을 제공하는 방향으로 홈이 배향된 상태에서 문지방(426b) 위로 적용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 유체 제어막(423)은 습기가 채널 내로 진입하도록 적극 조장하기 위해 사용될 수 있는 소수성 부분(423a)을 포함할 수 있다. 선택 사항으로서, 창문의 모서리로부터 습기를 제거하기 위해 모서리부(428)가 사용될 수 있다.
기판은 주요면을 갖는다. 일부 실시예에서, 주요면은 외벽 빌딩 조립체의 평면에 평행한 평면을 갖는다. 다른 실시예에서, 주요면은 외벽 빌딩 조립체의 평면에 평행하지 않은 평면을 갖는다. 예컨대, 외벽 조립체는 두께를 가지며 기판 주요면의 평면은 두께를 관통할 수 있다. 이런 배향의 하나의 특수한 예가 도6에 예시된 바와 같이 문설주 또는 창문 문설주의 바닥 상에 마련된다. 유체 운반막 상의 채널은 서로 평행하고 유체 유동 방향으로 배향될 수 있다.
도7은 외부 창문 개구를 도시하며 그 둘레에는 유체 제어막이 다양한 중첩된 위치에서 이용된다. 본 발명의 일 실시예는 물이 모세관 작용 및 중력을 거쳐 벽과 창문 영역으로부터 배출될 수 있도록 하는 수단을 제공하기 위해, 헤드부 비흘림판(431)과 중첩된 상부 구역(430)을 제공하며, 이때 헤드부 비흘림판은 측면 문설주(432)와 중첩되고 측면 문설주는 문지방 비흘림판(433)과 중첩되고 문지방 비흘림판은 방습부(434)와 중첩되고 유체 제어막의 창문 구역(435) 하부에 위치된다. 방습부(434)는 유체 배수시의 접속 가능성을 제공하는 불연속적인 막의 조각 또는 연속적인 방습재일 수 있다. 창문 문지방 비흘림판(433)은 434까지 연장될 수 있으며, 선택 사항으로서 완전 배수를 위해 벽 구조물의 바닥까지 연장된 상하 역전된 "U" 형상(비도시)으로 각 측면 상에서 계속 연장되어 90도 각도로 하향하여 재배향될 수 있다.
도8에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에서, 창문 유닛 조립체(440)는 창문 유닛 몰딩(442)에 의해 적소에 유지되는 창틀(441)을 포함한다. 유체 제어막(443)은 창문 유닛 몰딩(442)의 상부 및 측면에 부착되며, 선택 사항으로서 모세관 작용에 의한 물 배출을 위한 연속적인 유체 관리를 제공하기 위해 창문 모서리 둘레에 일치할 수 있다. 공기 유동을 허용하도록 설계된 다른 홈 구조(444)를 갖는 유체 제어막이 선택적으로 창틀(441) 아래에 위치될 수 있다. 유체 제어 막(443)은 도7에 도시된 바와 같이 방습 유체 제어막(434)에 연결될 수 있다.
도9a에는 벽 조립체(451)의 외부 돌출부(450)가 도시되어 있다. 외벽 돌출부(450)는 외부 피복재(454)의 표면으로부터 돌출하고 외부 피복재(454)의 물 배출 작용을 방해할 수 있는 여닫이형 창문 또는 임의의 다른 구조를 위한 창문 처리물일 수 있다. 외벽 돌출부(450)는 창문 또는 그 밖의 벽 개구(452)로부터 연장될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 외벽 돌출부(450)의 상부(450a), 측면(450b) 및 선택적으로 바닥(450c) 모서리는 유체 제어막(453)으로 덮힌다. 다르게는, 외벽 돌출부(450) 자체를 형성하는 재료가 미세구조 유체 제어면을 합체하도록 형성될 수 있다. 외벽 돌출부의 측면(450b)의 모서리 상의 유체 제어막(453)(또는 유체 제어면)은, 도9b에 확대 도시된 바와 같이, 중력과 모세관 작용을 거쳐 물(457)과 습기가 외부 피복재(454)로부터 떨어지게 할 목적으로 외부 피복재(454)로부터 하향하여 멀어지는 대각선 방향으로 이어지는 채널을 제공하도록 배치된다. 외벽 돌출부(450)의 유체 제어막(453) 또는 상부(450a)와 바닥부(450c) 모서리의 유체 제어면은 외벽 돌출부(450)의 측면(450c) 모서리까지 그리고 측면으로부터의 연속적인 유체 관리를 제공하는 채널을 갖는다.
기술 분야의 당업자에게는 본 발명의 범위와 정신에서 벗어나지 않은 본 발명의 다양한 개조와 변경이 자명할 것이다. 다음의 예들은 본 발명의 실시예를 추가로 개시한다.
예
6.35 ㎜ 폭 스트립의 유체 제어막이 창문과 문 실험 고정구에 접착되어 도포 되었으며, 물 제거 효율이 세 개의 서로 다른 막 설계에 대해 측정되었다. 실험 고정구는 도8에 의해 표현된 바와 같이, 모조 창문 또는 문 비흘림판을 제공하기 위해 사용된 투명 플라스틱 판재와, 모조 외벽을 제공하기 위해 사용된 수직 플라스틱 스탠드를 포함한다. 직사각형 구멍이 모조 창문 또는 문 개구를 제공하기 위해 수직한 투명 플라스틱 판재에 절개되었다.
막은 우선 후술하는 바와 같이 미세구조 이면체 상에 테이프를 형성하도록 3M 콤패니에서 구입한 합성 고무 계열 접착제 50.8 마이크로미터를 적층함으로써 도포되었다. 그 후, 유체 제어막 테이프는 서로 6.35 ㎜만큼 이격된 두 개의 직선형 면도날을 구비한 면도칼 절단기를 사용하여 6.35 ㎜ 폭으로 가늘게 쪼개졌다. 막은 테이프의 장축이 채널과 평행하도록 절개되었다. 그 후, 유체 제어막 테이프는 플라스틱 판재에 한 조각의 테이프로서 도포되었다. 테이프는 플라스틱 판재의 측면을 따라 곧바르게 손으로 도포되었으며, 그 후 유체 제어막 테이프는 도8에 도시된 바와 같이 상부 코너 둘레에 테이프를 중단하거나 절개하지 않고 반원부로서 도포되었다. 그 후, 테이프는 유체 제어막 테이프가 도8과 같이 보일 때까지 이들 제1 단계에 따라 완전히 도포되었다.
유체 제어막 테이프가 도포된 후, 플라스틱 판재가 여섯 개의 기계식 나사를 이용하여 수직 스탠드에 체결되었다. 기계식 나사는 수직 스탠드에 대해 플라스틱 판재를 고정되고 단단히 부착하기 위해 손으로 체결되었다.
플라스틱 판재의 상부에 5 그램의 물을 도포하고 유체 제어막 테이프를 따라 위킹을 통해 운반된 물의 양과 비교함으로써 물 운반 효율이 측정되었다. 물은 창 문 또는 문 비흘림판 둘레에서의 물 누출을 모의하여 수직 스탠드 표면과 플라스틱 판재의 내면 사이로 유입되도록 도포되었다. 물이 실험 고정구에 도포된 후, 물은 15분 동안 배출되도록 허용되었다. 15분 후, 물은 유체 제어막 테이프의 양 단부에서 유리병 내로 수집되어 그 무게가 측정되었다. 이런 과정은 각각의 테이프에 대해 두 번씩 반복되었다. 그 후, 물 운반 효율은 도포된 물의 무게에 대한 수집된 물의 무게의 비율로서 계산되었다. 따라서, 이 효율은 창문 또는 문 비흘림판을 실링하는 유체 제어막 테이프의 능력과, 창문 또는 문과 벽 사이로 들어온 유체를 제거하는 유체 제어막 테이프의 능력에 대한 측정치이다.
유체 제어막이 없는 경우의 물 운반 효율은 측정되지 않았지만, 그 효율은 0일 것으로 이해된다. 창문 또는 문 뒤로 들어온 물은 제어되지 않은 방식으로 침입하게 될 것이며 제어가 아주 어려울 것이다. 이 문제는 창문과 문에 관련된 물 손상이라는 공지된 문제이다.
테이프 A는 유체 제어막 테이프가 대형 채널 사이에 소형 채널이 포개진 상태의 8 mil 깊이의 직사각형 채널을 갖는 미국 특허 제6,531,206호의 예 15에 개시된 테이프이다.
테이프 B는 유체 제어막 테이프가 10 mil 깊이 80도 V형 홈을 갖는 미국 특허 제6,531,206호의 예 14에 개시된 테이프이다.
테이프 C는 유체 제어막 테이프가 20 mil 깊이 45도 V형 홈을 갖는 미국 특허 제6,531,206호의 예 13에 개시된 테이프이다.
샘플 테이프 A 테이프 B 테이프 C
실험 1 2.54 g 3.66 g 4.63 g
실험 2 3.48 g 3.64 g 4.66 g
평균 효율(%) 60.2 % 70.3 % 92.9 %
비록 본 명세서에서는 구성 요소의 특수한 조합이 실시예로서 개시될 수 있지만, 다양한 실시예의 개시된 특징들이 본 발명의 목적을 달성하기 위해 조합될 수 있다. 기술 분야의 당업자에게는 본 발명의 다양한 변경과 대안이 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않고 자명하게 될 것이다.

Claims (23)

  1. 유체 제어 조립체이며,
    제1 측면 및 제2 측면을 포함하는 유체 제어막과,
    주요면을 갖는 기판층을 포함하는 외부 빌딩벽 조립체를 포함하고,
    상기 제1 측면은 제1 측면 상에 복수의 채널을 구비한 미세구조면을 포함하고, 상기 기판의 주요면은 유체 제어막과 결합되는 유체 제어 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 기판의 주요면은 유체 제어막의 제1 측면과 결합되는 유체 제어 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 기판의 주요면은 유체 제어막의 제2 측면과 결합되는 유체 제어 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 유체 제어막은 투습성인 유체 제어 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 유체 제어막의 제1 측면과 결합된 부직포 층을 더 포함하는 유체 제어 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 기판은 실링된 절연 패널인 유체 제어 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 유체 제어막의 제2 측면 상에 접착제를 더 포함하는 유체 제어 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 접착제는 연속층인 유체 제어 조립체.
  9. 제7항에 있어서, 접착제는 불연속적인 유체 제어 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 기판은 한정된 개구를 위한 프레임인 유체 제어 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 프레임은 창문 문설주인 유체 제어 조립체.
  12. 제10항에 있어서, 프레임은 문설주인 유체 제어 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 기판은 창문 문지방인 유체 제어 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 기판은 벽덮개인 유체 제어 조립체.
  15. 제1항에 있어서, 기판은 창문인 유체 제어 조립체.
  16. 제1항에 있어서, 기판은 지붕인 유체 제어 조립체.
  17. 제1항에 있어서, 기판은 외부 피복재인 유체 제어 조립체.
  18. 제1항에 있어서, 기판은 외부 돌출부인 유체 제어 조립체.
  19. 제1항에 있어서, 기판은 내측면과 외측면을 갖는 유체 제어 조립체.
  20. 제1항에 있어서, 유체 제어막은 항균성 첨가물을 포함하는 유체 제어 조립체.
  21. 제1항에 있어서, 기판의 주요면은 벽 조립체의 평면에 평행한 평면에 있는 유체 제어 조립체.
  22. 제1항에 있어서, 기판의 주요면은 벽 조립체의 평면에 평행하지 않은 평면에 있는 유체 제어 조립체.
  23. 벽 조립체 내의 유체 제어 방법이며,
    외부 빌딩벽 조립체를 제공하는 단계와,
    유체 제어막을 제공하는 단계와,
    벽 조립체의 표면에 유체 제어막을 부착하는 단계를 포함하고,
    상기 유체 제어막은 제1 측면 및 제2 측면을 포함하고, 상기 제1 측면은 제1 측면 상에 복수의 채널을 구비한 미세구조면을 포함하는 벽 조립체 내의 유체 제어 방법.
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