KR20070028440A - 기체 투과성 중합체 필터 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 여과 장치는 이후 압축 및/또는 바인더 물질의 사용을 통해 단지 흡수성 물질을 함께 결합시키는 것과는 달리, 다른 흡수성 물질의 첨가를 수용할 수 있는 구조적 매트릭스의 형성을 달성하는 물질 및 방법에 의존한다. 본 발명의 필터 장치는 (i) 물질의 최대 밀도를 달성하기 위한 특유한 가공 방법, (ii) 독특한 형태를 갖는 중합성 물질, 및 (iii) 균일도를 생성시키기 위해 매우 작은 마이크로미터 직경의 중합성 물질에 의존한다. 예를 들어, 밀도를 증가시키기 위해 압축 대신에, 본 발명의 여과 장치를 구성하는 물질은 몰드 캐비티 내로 진동된다. 따라서, 본 발명의 방법은 여과 장치를 구성하는 모든 물질이 압축 없이 함께 맞도록 하는 방법을 최적화시킨다. 가공되는 물질은 몰드 내로 점차 부어질 때 진동된다. 일단 몰드 캐비티는 더 이상 물질을 보유하지 않을 지점까지 충전되면, 가열된 후 냉각된다. 외부 바인더 대신, 구조적 물질이 연화함에 따라 자체에 부착한다. 이는 절대 공극 장벽 대신 공극의 굽은 경로 매트릭스를 생성시킨다.

필터, 여과 장치, 활성탄, 중합체, 마이크로미터 직경, 입도 분포

Description

기체 투과성 중합체 필터 및 그의 제조 방법 {GAS POROUS POLYMER FILTER AND METHODS OF MAKING IT}

본 발명은 여과 장치, 이를 제조하기 위한 신규한 방법 및 사용 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 또한 각종 화합물을 액체 및 기체, 가장 특히 물 및 공기 내의 바람직하지 않은 오염물질의 제거, 감소 또는 흡착을 위해 사용하도록 할 수 있는, 구조적 여과 매트릭스를 달성하기 위해 독특한 형태를 갖는 중합체를 진동시킨 후 소결하는 방법에 관한 것이다.

유체의 여과는 다양한 기술을 통해 달성할 수 있고, 그의 선택은 종종 제거 또는 감소를 위해 표적 오염물질(들)에 의해 결정된다. 미립자는 심층 (depth) 여과로 공지된 공정을 통해 가장 잘 제거된다. 필터는 그의 매트릭스 내에 임의의 먼지 (dirt) 또는 침전물 (sediment)을 수집하여 보유한다. 분자 수준으로 나타나는 용존 유기 오염물질은 흡착을 통해 또는 광물 및 금속의 경우에 이온 교환을 통해 제거될 수 있다. 마이크로미터 미만의 크기로 작은 미생물을 포함한 매우 작은 오염물질은 종종 멤브레인 내 공극 (pore)이 표적 오염물질보다 더 작도록 구성된 형상인 특정 형태의 멤브레인 기술을 요구하거나; 몇몇 방식으로 실활될 수 있다. 음용수 내의 오염물질은 4가지 군으로 분류될 수 있다: (i) 탁도 및 미립자; (ii) 유기계 화학물 및 살충제; (iii) 무기 물질, 예를 들어 건강상 위험을 갖는 용존 중금속, 예를 들어 납; 및 광물; (iv) 미생물, 예를 들어 원생동물 기생충, 세균 및 바이러스. 각각의 군의 처리를 위한 특정한 기술이 존재하지만, 몇몇 필터는 몇가지 오염물질 군을 단일 여과 기술을 통해 처리하도록 설계된다. 유기 오염물질이 역사적으로 가장 일반적이었으므로, 활성탄이 액체, 가장 특히 음용수로부터 광범위한 오염물질을 제거하기 위해 사용되었다. 상기 및 다른 이유로, 대부분의 선행 기술의 유체 필터는 탄소 기재이고, 일반적으로 탄소 블록 (block)으로 공지되었다. 본 발명은 선행기술의 방법에 비해 탁월한 유체의 여과 및 다른 개선을 제공하는, 유체로부터 오염물질을 제거하는 대안적인 접근법에 관한 것이다.

유체를 여과하기 위해 플라스틱이 오랫동안 사용되었다. 상기 방법은 일반적으로 플라스틱 펠렛으로 제조하고 이들을 과립화 및/또는 분말화 형태로 극저온 연마하는 것을 포함한다. 상기 생성되는 물질은 생산되는 대로 사용될 수 있거나, 입자를 보다 치밀하게 제어된 메쉬 범위로 분리하기 위해 체를 통해 스크리닝될 수 있다. 이어서, 플라스틱 입자는 몰드 (mold) 내에서 소결된다. 보다 특히 다공성 플라스틱으로 공지된 공정은 플라스틱 물질로 충전된 몰드를 입자가 연화하지만 용융하지 않는 온도 이하로 처리하여 모든 입자가 서로 달라붙도록 하는 것을 포함한다. 이어서 몰드를 다시 주변 온도로 냉각시키고 물질을 몰드로부터 배출시킨다. 완성된 부품은 유체에 투과성이면서 동시에 고체이고 자가 지지성이다. 과립 형태로 연마될 수 있는 임의의 플라스틱이 사용될 수 있고; 일부 폴리에틸렌 중합체는 분말 형태로 제조된다. 보다 미세한 입자는 틈 (void) 또는 공극으로 공지된 플라 스틱 입자들 사이의 공간이 보다 작은 매트릭스를 생성시킨다. 특정한 오염물질의 여과를 향상시키기 위해 활성탄을 포함하지만 이로 제한되지 않는 여과 물질이 첨가될 수 있다. 중합성 물질의 매트릭스 내로 다른 여과 화합물을 배합하고 유지시키는 공정은 부착이 충분하도록 중합체의 총 표면적이 첨가된 물질이 차지하는 총 표면적보다 더 클 것을 요구한다. 따라서 제제화될 때, 생성되는 부품은 내구성이고 자가 지지성이다. 선택된 중합성 물질 및 여과 화합물이 일반적으로 유사한 벌크 밀도 및 입도를 공유하는 경우, 대부분의 여과 용도를 위해 바람직한 중량비는 필터의 적어도 50％ 내지 60 중량％가 중합성 입자인 것을 제공하는 것이다. 이 공정에서, 가공 전 또는 가공 동안 힘, 압축 또는 압력이 물질에 인가되지 않아서, 중합체 입자 및 여과 물질이 모두 본질적으로 무손상으로 유지된다 (즉, 이들은 원래 형태를 잃지 않는다). 여과되는 유체는 흡착제 또는 다른 여과 물질과 접촉하게 되는 다공성 매트릭스를 통해 유동한다. 굽은 경로 (tortuous path) 여과로 공지된 상기 여과 기술은 절대 (absolute) 여과로 공지된 것과 상이하다. 다공성 플라스틱 필터 내의 공극의 중앙 직경의 크기가 얼마나 많은 임의의 주어진 오염물질이 크기에 의해 필터 매트릭스를 통과하도록 허용될 것인지 결정한다. 이들 공극은 일관된 단일 크기로 제조될 수 없고, 일반적으로 큰 것에서 작은 것까지 분포하고, 필터는 수은 공극계 분석에 의해 결정된 그의 중앙 공극 직경 (MPD)에 의해 측정된다. 중앙 공극 직경은 그를 구성하는 입자의 크기를 조작함으로써 상기 설명한 바와 같이 보다 크거나 보다 작도록 조작될 수 있다. 이는 플라스틱 과립 또는 분말과 그에 배합되는 임의의 물질의 입도를 모두 포함한다.

대안적인 필터 제조 방법은 탄소 블록 기술로 공지된다. 탄소 블록은 성형된 과립형 활성탄 입자이다. 이는 로마 시대 이래로 물로부터 유기 오염물질을 제거하기 위해 사용된 루스 층 (loose bed) 탄소 입자의 사용에 대한 개선의 필요로부터 기원한다. 그러나, 루스 층 활성탄 필터는 특정 영역에서 성능이 결핍되고, 실제적인 문제로서, 많은 포인트어브유즈 (point-of-use) 용도를 위해 너무 많은 공간을 차지한다. 이들 단점으로 1980년대에 탄소 블록 기술이 개발되었다. 여기서, 탄소 입자는 바인더 (binder)로 공지된 소량의 열가소성 물질과 약 4부의 과립상 활성탄 대 1부의 열가소성 물질의 일반적인 비율로 배합된다. 물질은 함께 완전히 배합되고, 실린더 (cylinder) 형태의 몰드 내로 붓고, 배합된 물질이 가능한 한 많이 채워지도록 압축된다. 이어서 물질은 모든 탄소 입자가 서로 부착하도록 바인더가 연화하거나 용융되는 온도로 가열된다. 부착 과정은 활성탄 과립에 대한 비율에서 단지 소량의 바인더만을 사용하고, 이는 가공하는 동안 2가지 물질에 인가되는 압축에 의해 보조된다. 일단 냉각되면, 완성된 부품은 탄소 입자로 구성된 고체 실린더 블록 형태를 갖고, 이는 대부분의 유체에 대해 투과성이면서 자가 지지성이다. 실린더는 변함없이 튜브 형태여서, 코어 (core) 및 벽 두께가 있다. 물은 방사상으로 튜브의 외경 (OD) 표면으로부터 내경 (ID)으로, 이어서 코어의 한쪽 단부 밖으로 유동하도록 보내진다.

탄소 입자를 고정층 (fixed bed)으로 함께 결합시키는 능력으로 인해 탄소 필터에서는 루스 층 여과 방법에서 전통적으로 사용된 것보다 더 미세한 탄소 입자를 사용할 수 있다. 즉, 보다 미세한 입자를 사용하면 흡착 활성탄의 이용가능한 표면적의 양을 증가시키면서, 가공하는 동안 입자의 압축은 탄소 입자의 밀도를 증가시킨다. 상기 밀도는 또한 탄소 입자들 사이의 틈을 제거하므로 필터의 절대 마이크로미터 등급 (rating)을 증가시키는데, 미립자 통과에 대한 절대 장벽을 생성시킨다. 데겐 (Degen) 및 반더빌트 (Vanderbilt) 특허 (각각 미국 특허 4,664,683 및 4,753,728, 모두 1986에 출원됨)에서는 탄소 블록 기술에서 사용된 바인더의 사용을 교시한다. 반더빌트는 다른 바인더 대신 고밀도 폴리에틸렌 중합체의 사용, 예를 들어 GUR 212로서 명시된 초고분자량 폴리에틸렌 (UHMW) 중합체의 사용을 개시하였다. 1991년에 코슬로우 (Koslow)는 그의 미국 특허 5,019,311에서 흡착 활성탄을 초저융점 바인더의 배합물과 배합하고 오거 (auger)에 의해 압출관을 통해 보낼 수 있는 대안적인 탄소 블록 제조 방법을 개시하였다. 배합된 물질은 압출관 내로 운반될 때 압축된 다음, 가열되고 급속히 냉각되어 압출된 탄소 블록을 생산한다.

유체, 특히 물 및 공기의 여과에서, 탄소 블록 방법은 본 발명에서 극복한 특정 한계를 갖는다. 탄소 블록은 단지 하나의 일차 여과 물질인 활성탄 과립의 사용에 제한되고, 일차 여과 물질이 없으면 필터가 존재하지 않는다. 추가의 한계는 심층 여과 및 내구성의 결핍을 포함한다. 탄소 블록 필터는 가공하는 동안 사용된 압축의 결과로서 큰 압력 강하를 나타낸다. 특수한 중합체와 결합된 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 필터는 선행기술의 필터 제조 방법으로부터 주요한 발전을 나타낸다. 본 유체 필터 발명은 임의의 단일 물질에 의존하지 않으면서 임의의 여과 물질, 예를 들어 1 마이크로미터보다 작은 매우 미세한 분말을 포함할 수 있다. 생성되는 필터는 우수한 여과 성능, 뛰어난 심층 여과, 매우 낮은 압력 강하, 내구성을 나타내고, 임의의 형태 또는 치수로 성형될 수 있다는 점에서 선행기술의 방법과 구별된다.

따라서, 필터의 구조적 매트릭스가 여과 화합물로부터 독립적이고, 여과 화합물의 최소 입도가 무제한적이어서, 보다 미세한 분말의 보다 큰 표면적의 잇점을 취할 수 있는 여과 장치가 여전히 필요하다. 이는 다시 여과 장치가 특수한 과제(들)을 만족하도록 제제화될 수 있도록 하고, 동시에 다른 필터 조립체에 비해 많은 우수한 성능 특징 및 잇점을 나타낼 것이다. 내구성이고, 향상된 심층 여과를 나타내고, 최소의 압력 강하를 보이는 여과 장치가 추가로 필요하다.

<발명의 개요>

본 발명의 여과 장치는 이후 광범위한 여과 물질의 첨가를 수용할 수 있는 구조적 매트릭스의 형성을 달성하는 물질 및 방법에 의존한다. 본 발명의 필터는 (i) 물질의 최대 균일 밀도를 달성하기 위해 특유한 가공 방법, (ii) 처음부터 끝까지 보유되는 독특한 형태를 갖는, 입도가 예외적으로 작은 중합성 물질, 및 (iii) 필터의 일차적인 구조를 형성하는 중합성 매트릭스에 의존한다.

가공 방법은 주어진 공간, 예를 들어 몰드 캐비티 (cavity) 내로 확고하게 압축될 때까지 분말화 여과 물질 및 중합체의 격렬한 진동을 포함한다. 입자들 사이에 불필요한 틈을 생성시키는 공기의 포켓 (pocket)은 상기 방식으로 감소된다. 이는 외부 힘없이 물질의 밀도의 최대량을 달성한다. 힘이 없으므로 중합성 물질 및 여과 화합물은 모두 그들의 원래 형태 (morphology) 및 입도를 보유할 수 있다. 바람직한 실시태양의 2가지 중합체는 각각 생성되는 필터에 상이한 특징을 제공하는 뚜렷하게 상이한 형태를 갖는다.

따라서, 2가지 주요 중합성 물질의 형태는 하나의 특질을 다른 것보다 강조하도록 2가지 중합체들 사이의 비율을 조정함으로써 필터 매트릭스가 조작될 수 있도록 허용한다. 중합체의 평균 입도는 여과 화합물과 배합될 때 유사한 형태를 갖지만 평균 입도가 보다 큰 입자보다 더 많은 양의 표면적을 가지므로 필터의 결합 능력 및 밀도를 추가로 향상시킨다. 또한, 본 방법에서, 중합체 입자는 대개 평균 입도가 매우 거친 것부터 중합체 입자 크기의 약 1/2까지인 임의의 비-중합성 물질에 잘 결합할 것이다. 따라서, 중합체 입도가 보다 작으면 보다 넓은 범위의 여과 물질을 그와 함께 사용할 수 있다. 매우 미세한 분말 형태의 여과 물질은 보다 거친 과립보다 더 큰 표면적을 나타낸다. 유체 여과에서, 하나의 공통적인 목적은 완성된 필터에서 주어진 오염물 여과 물질의 최대량의 이용가능한 표면적을 제공하는 매트릭스를 생성하는 것이다.

소량의 열가소성 물질이 훨씬 많은 양의 주로 활성탄 입자에 함께 결합하는, 일반적인 여과 흡착제를 다른 물질과 함께 압축 성형하는 것을 포함하는 대안적인 방법과는 달리, 여기서 여과 물질은 총 표면적이 첨가되는 여과 물질과 동일하거나 더 큰 다공성 플라스틱 매트릭스 상에 결합된다. 유일한 기능이 활성탄 과립의 부착으로 제한되는 외부 바인더 대신에, 본 발명의 중합성 물질은 구조적 완전성, 필터 매트릭스의 중앙 공극 직경, 심층 여과의 양, 여과 물질의 밀도 및 압력 강하와 같은 특징을 결정하기 위해 제제화될 수 있다. 매우 미세한 분말 형태의 상기 중 합성 물질은 가공하는 동안 그 자체에 부착하고, 가열할 때 변형되지 않을 것이다.

흡착제 및/또는 다른 여과 화합물의 존재 또는 부재 하에 구조적 물질의 격렬한 진동의 상기 조합은 매우 복잡한 미로같은 매트릭스를 생성시킨다. 상기 매트릭스는 그를 통해 기체 또는 액체가 유동하는 굽은 경로를 생성시킨다. 굽은 경로 또는 비틀림은 절대 마이크로미터 여과 방법에 대한 대안이다. 비교하면, 성형된 탄소 입자 필터는 보다 큰 덩어리의 보다 거친 입자를 보다 치밀하게 충진된 매트릭스로 압축하고 이들을 접착제 물질, 예를 들어 열가소성 바인더와 함께 결합시킴으로써 생성된다. 필터의 매트릭스는 여과 물질 자체에 의해 형성된다. 공극은 가공의 압축기 동안 제거되기 때문에 상기 매트릭스 내의 공극은 매우 적다. 여기서, 이들 공극 중 최대의 것이 미립자 제거에서 절대 여과 능력을 결정한다. 굽은 경로 필터는 필터의 매트릭스 내의 중앙 공극 직경 (MPD)에 의해 등급매겨질 수 있다. 절대 마이크로미터 등급의 이론은 필터의 매트릭스 내의 최대 공극 크기보다 더 큰 임의의 입자는 물리적으로 거부될 것이라는 점이다. 굽은 경로 여과에서, 미립자는 공극 직경이 미립자보다 더 크거나 더 작을 수 있는 범위 내에서 변하는 다방향성 공극의 미로를 통해 통과한다. 무작위로, 미립자는 결국 보다 작은 공극 내에 포획되고 보유되는 반면, 여과되는 액체 또는 기체는 그를 통해 쉽게 통과한다. 하나의 입자가 미로같은 매트릭스를 통과하는 기회는 작다. 적절하게 발달된 굽은 경로 매트릭스에는 많은 잇점이 있고, 그 중 하나는 뛰어난 심층 여과이다. 절대 여과에 의존하는 필터는 필터의 외부 표면에서 미립자를 거부하고, 여기서 미립자는 축적되고 결국 필터를 막는다. 비틀림에 의존하는 필터는 미립자를 그의 표면이 아니라 필터 매트릭스 내에 유지한다.

물리적 오염물질은 보유되는 오염물질보다 중앙 공극 직경이 몇배 더 큰 경우에도 굽은 경로 여과를 통해 제거될 수 있는 한편, 기체 및 액체 중의 용존 오염물질도 또한 보다 효과적으로 제거될 수 있다. 이는 지금까지 너무 미세한 것으로 간주된 분말화 물질을 사용하는 본 발명의 능력으로 인한 것이다. 예를 들어, 1 g의 탄소는 총 표면적이 1500 m² 이하가 되도록 활성화될 수 있다. 탄소는 보다 많은 상기 표면적이 이용가능하도록 더 미세하게 연마된다. 이용가능한 표면적은 여과되는 유체에 물리적으로 노출되는 물질의 양으로서 정의할 수 있다. 미세한 분말을 사용하는 선행기술의 시도는 단지 보통의 진전을 이루었을 뿐, 여과 물질의 입도 하한이 없는 본 발명의 성취에는 이르지 못하였다.

본 발명의 추가의 목적, 잇점 및 신규한 특징은 부분적으로 하기 상세한 설명과 실시예에 설명될 것이고, 부분적으로 하기 내용의 검토시 당업계의 숙련인에게 명백해질 것이거나, 본 발명의 실행에 의해 알 수 있다. 발명의 목적 및 잇점은 특히 청구의 범위에서 지적된 수단 및 조합에 의해 실현하고 얻을 수 있다.

명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시태양을 예시하고, 상세한 설명과 함께 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 PMX CF-1로 칭한, 제1 베이스 중합성 물질의 형태를 나타내는 현미경사진이다.

도 2는 PMX CF-2로 칭한, 제2 중합성 물질의 형태를 나타내는 현미경사진이다.

도 3은 평균 마이크로미터 직경이 약 37 마이크로미터임을 나타내는, 도 1에 도시된 베이스 물질의 입자 분포 그래프이다.

도 4는 평균 마이크로미터 직경이 약 60 마이크로미터를 나타내는, 도 2에 도시된 물질의 입자 분포 그래프이다.

도 5는 본 발명의 하나의 바람직한 실시태양에서 사용된 여과 흡수성 물질의 입자 분포 밀도의 레이저 입자 분석 그래프이다.

본 발명의 여과 장치는 (i) 균일한 입자 분포를 갖는 물질의 최대 밀도를 달성하기 위한 특유한 가공 방법, (ii) 형성된 구조적 여과 매트릭스를 생성하기 위해 뚜렷하게 상이한 형태를 갖는 중합성 물질의 조합, 및 (iii) 미분된 여과 화합물의 사용을 향상시키는 매우 작은 마이크로미터 직경을 갖는 중합성 물질에 의존한다. 이들 화합물은 흡착제, 예를 들어 비제한적으로 과립상 및 분말화 활성탄, 금속 이온 교환 제올라이트 흡착제, 예를 들어 엥겔하드 (Engelhard)의 ATS, 활성 알루미나, 예를 들어 셀렉토 사이언티픽(Selecto Scientific)의 알루실 (Alusil), 이온 교환 수지, 은, 아연 및 할로겐 기반 항균 화합물, 산 기체 흡착제, 비소 감소 물질, 요오드화 수지, 직물 섬유, 및 다른 폴리에틸렌 중합체를 포함할 수 있다. 구조적 여과 매트릭스의 형성은 여과 화합물의 존재를 수용하고, 이는 특수한 과제를 위해, 예를 들어, 하나의 오염물질만 또는 한 군의 오염물질, 예를 들어 중금속을 표적화하기 위해 제제화될 수 있거나; 넓은 스펙트럼의 오염물질을 다양한 오염물질 군으로부터 여과해내기 위해 제제화될 수 있다. 임의의 입도의 임의의 여과 물질 또는 이들의 임의의 조합물을 중합성 매트릭스 내로 포함시킬 수 있는 능력 때문에 필터를 주어진 과제를 위해 제제화하는데 있어서 더 큰 유연성이 가능하다.

본 발명의 방법은 소결되는 물질의 압축보다는 진동을 이용한다. 진동은 힘 또는 입자의 변형 없이 모든 물질이 몰드를 완전히 충전하는 방법을 최적화한다. 따라서, 가공되는 물질을 수용하는 몰드는 배합된 물질이 몰드 내로 점차적으로 운반될 때 진동된다. 일단 몰드 캐비티(들)이 더이상 물질을 보유하지 않을 정도로 진동되면, 이는 모든 중합성 물질이 표면 상에서 연화하여 둘러싸는 입자에 달라붙는 온도로 가열되도록 자유 소결된 다음 다시 주변 온도로 된다. 본 발명의 필터 매트릭스를 구성하는 베이스 중합성 물질은 각각 30 내지 60 평균 입도 범위의 2가지의 매우 미세한 중합체 분말이고, 이들은 그들의 독특한 형태를 잃지 않으면서 승온에서 점착성으로 된다. 이는 소결하는 동안 입자들을 서로 영구적으로 부착시키고, 첨가된 임의의 여과 물질에 표면 결합을 형성한다. 이는 매우 고분자량 및 초고분자량 중합체의 특징이고, 이 중에서 초고분자량 중합체가 보다 바람직하다. 일단 물질이 냉각되면, 이제 자가 지지성인 완성된 부품은 유체 내에서 오염물질의 관통 유동에 대한 굽은 경로 장애물을 형성하는, 직경이 다양한 수백만의 미소한, 상호연결된 다방향성 공극으로 이루어진 복잡한 내부 매트릭스를 보인다. 필터는 단지 하나 또는 둘 모두의 중합체 분말을 사용하여 형성될 수 있고, 약 275℉ 내지 375℉의 가공 온도에서 안정하게 유지되는 임의의 여과 물질을 포함할 수 있다. 미분된 여과 화합물을 사용할 때, 플라스틱 매트릭스 통로의 내부 표면은 중합체 입자보다 더 작은 여과 물질의 보다 미세한 분말로 코팅된다. 여과 물질의 비교적 더 거친 입자는 미소한 빈 공간에 의해 생성된 공극 부피를 충전한다. 상기 조합은 훨씬 더 많은 비틀림을 생성시키고 필터 매트릭스의 중앙 공극 직경을 또한 감소시킨다.

이들 중합체는 본 발명의 목적 및 결과의 성공을 위해 다음과 같이 구체적으로 특성화된다: (i) 이들은 각각 필터의 매트릭스의 표면적, 내구성, 밀도 및 비틀림에 기여하는 개별적인 형태를 갖고; (ii) 임계 온도로 가열될 때 연화하고 서로 또는 다른 물질에 부착할 것이며; (iii) 가공하는 동안 그 각각의 형태를 보유하며; (iv) 그 각각의 마이크로미터 직경은 바람직한 실시태양에서 물질의 사용을 가능하게 하는데 중요하다. 예를 들어, PMX CF-1 (도 1)은 팝콘과 같은 특유한 형태를 갖고, 여기서 표면은 회선상이고 입자 자체는 천공되고, 벌크 밀도는 0.25 내지 0.30 g/cm³이다. 상기 특유한 형태는 전통적인 구형 형상이고 벌크 밀도가 0.40 내지 0.48 g/cm³인 PMX CF-2 (도 2)에 비해 입자의 표면적을 상당히 증가시킨다. 각각의 입자의 형태는 그의 벌크 밀도 및 평균 입도와 같이 상이한 특징을 제공한다. 예를 들어, PMX CF-1의 확장된 표면적 및 불규칙한 형태는 본원에 개시된 방법에 따라 가공될 때 매우 강하고, 다소 탄성인 내구성 부품을 생성시킨다. 중합체 자체는 유체가 그를 통해 및 그 둘레에 유동하도록 구멍이 있다. 이는 입도가 그와 유사하거나 더 작은 매우 미세한 분말에 쉽게 결합하지만; 필요한 경우 훨씬 더 큰 입자에도 또한 잘 결합할 것이다. PMX CF-1 물질은 현저한 강도를 제공하지만, PMX CF-2 물질의 주요 속성은 물질의 보다 큰 밀도 및 상승된 압력 강하이다. PMX CF-2는 표면적이 더 작기 때문에, PMX CF-2 및 여과 물질만으로 제조된 필터는 보다 큰 중합체-대-여과 물질의 비율, 일반적으로 약 3:2의 중량비를 필요로 한다. 보다 많은 물질이 첨가되므로, 생성되는 부품은 약해진다. PMX CF-1의 불규칙한 형태의 입자에 비해 구형은 부착을 위한 접촉점을 더 적게 제공하므로 상기 약함은 중합체의 구형 형태로 인한 것이다. 우수한 유체 필터를 개발하는 과정에서, 그 각각의 입도 및 반대되는 형태를 각각 갖는 2가지 PMX 물질을 상이한 비율로 서로 및 다른 여과 물질에 배합하여, 두 중합성 물질의 품질을 획득하는 완성된 필터 부품을 달성한다. 본 발명의 방법은 또한 그의 형태 및 크기에 의해 성능을 향상시키기 위해 보다 미세한 분말화된 흡수성 물질을 사용할 수 있는 2가지 PMX 중합체로부터 중합성 필터 매트릭스를 생성하는 잇점 및 우수성을 교시한다. PMX CF-1을 사용하여 얻어진 내구성 및 탄성은 PMX CF-2를 사용하여 생성된 증가된 밀도와 함께 액체 및 기체로부터 오염물질을 제거하는데 사용되는 보다 넓은 범위의 여과 화합물을 수용하는 다양한 제제의 제조를 허용한다. 바람직한 실시태양을 위해 선택된 것은 PMX CF-1 및 PMX CF-2 (티코나 (Ticona, 셀라니즈 (Celanese)의 자회사, 미국 뉴저지주 NJ 07901 섬밋 모리스 애브뉴 90) 제품)이다. 그러나, 입도, 벌크 밀도, 형태에서 유사하고 약 750,000 내지 3,000,000 분자량의 매우 큰 분자량 및 초고분자량 중합체의 다른 제조회사로부터 이용가능한 중합체가 또한 사용될 수 있다.

2가지 중합체는 동일한 용융 유동 특징을 갖지만, 2가지 PMX 중합체 입자는 형태, 벌크 밀도 및 평균 마이크로미터 크기에서 서로 상이하다. 형태는 도 1 및 2에 나타내는 한편, 입도 분포는 도 3 및 4에 나타낸다. 도 3에서, PMX CF-1은 평균 마이크로미터 직경이 약 30 내지 40 마이크로미터이고, 전체 범위는 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터인 것으로 나타난다. 도 4에서, PMX CF-2는 평균 마이크로미터 직경이 55 내지 65 마이크로미터이고, 입자 분포 범위는 10 내지 180 마이크로미터인 것으로 나타난다. 그러나, PMX CF-2 분말은 그의 평균 마이크로미터 직경이 약 30 내지 40 마이크로미터로 하향 조정되도록 체를 통해 스크리닝될 수 있다. 별법으로, 물질을 체질하는 대신, 목적하는 마이크로미터 크기 및 형태를 갖는 유사한 특징의 임의의 시판 중합체가 충분할 것이다. PMX CF-1은 보다 많은 양의 표면적, 매우 작은 마이크로미터 직경 및 불규칙한 형태를 나타내므로 형태가 중요하다. 전형적인 구형의 중합체 입자, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 PMX CF-2보다 접촉점이 더 많으므로, 특유하게 작은 마이크로미터 크기는 도 1에 도시한 바와 같은 입자의 특유한 형태와 함께 중합체 입자가 가공하는 동안 다른 입자에 보다 완전히 결합할 수 있도록 한다. 확장된 표면적으로 인해 입자는 가공하는 동안 그에 결합하는 보다 많은 미분된 여과 화합물을 수용할 수 있다. 마지막으로, 작은 마이크로미터 크기는 임의의 입도 또는 분포 범위의 다른 물질에 보다 쉽게 적응하지만, 유사한 크기 또는 더 작은 입자에 특히 잘 적응한다. 보다 작은 입자는 가공하는 동안 다른 흡수성 물질에 부착하는 그의 능력을 감소시키지 않으면서 PMX CF-1 중합체 입자의 불규칙한 표면 내에 포획된다. 상기 특징은 PMX CF-1에만 특유하다. 일반적으로, 흡수성 물질이 보다 미세하게 분말화될 수록, 보다 많은 그의 표면적이 통과하는 오염물질에 노출되므로 여과를 보다 잘 수행할 것이기 때문에 이는 유익하다. PMX CF-1 중합체의 하나의 특징은 과립상 또는 분말화 첨가제, 예를 들어 상기 언급된 화합물 및/또는 흡착제와 배합될 때, 보다 작은 밀도 및 최고량의 심층 여과 능력을 갖고 내구성이 크다는 점이다. 심층 여과는 유체 스트림으로부터 현탁된 미립자를 포획하고 보유하는 능력이다. PMX CF-2가 물질 내로 제제화될 때, 부품은 부품 중량이 증가하면서 밀도가 증가하는 한편, 압력 강하는 약간 증가한다. 증가된 압력 강하는 실제로 보다 작은 중앙 공극 크기를 나타내지 않고; 대신, 자체가 유체에 투과성인 CF-1 물질을 그의 구형 형태가 비-다공성인 CF-2 중합체로 교체한 것으로 인한 것이다. 유체가 필터 매트릭스를 통해 유동할 때, CF-2 물질은 매트릭스 내의 총 공극 부피를 감소시킨다. 2가지 중합체의 이들 반대되는 품질의 균형을 맞춤으로써, 필터는 매우 특수한 목표를 달성하도록 제제화될 수 있다. 예를 들어, 유체가 미립자를 함유하고 용존 유기물, 예를 들어, 허용불가능한 수준의 살충제 잔류물로 오염된 경우, 목적은 흡착제, 예를 들어 활성탄과 함께 심층 여과일 수 있다. 여기서, 해결책은 약 50％ PMX CF-1 및 50％ 미분된 활성탄 입자, 예를 들어 도 5에 도시된 것 또는 입도가 약 45 내지 180 마이크로미터인 보다 거친 과립상 활성탄을 포함하는 필터일 수 있다. 필터는 CF-1의 일부를 CF-2로 교체하여 보다 큰 밀도를 갖도록 제조될 수 있다. 이 경우, 총 필터 중량이 증가한다. 2가지 중합체들 사이의 실제비는 여과되는 유체의 목적하는 유속 및 성형될 때 필터 부품의 실제 기하구조에 의해 후속적으로 결정될 것이다. 그러나, 일단 방식이 확립되면, 첨가된 여과 물질이 특정 허용치 내에 유지되는 한, 예측가능한 필터 성능, 예를 들어 평균 입도, 입자 분포 밀도, 벌크 밀도 및 습기 함량을 가지면서 공정은 계속 반복될 수 있다. 이 중 가장 중요한 것은 평균 입도 및 분포 밀도이고, 이는 도 5에 도시된 것과 같은 레이저 입자 분석을 통해 가공 전에 신속하게 결정될 수 있다.

기체 또는 액체의 관통 유동으로부터 용존 오염물질을 여과하기 위한 임의의 화합물 또는 흡착제, 예를 들어 활성탄의 성능에서 중요 인자는 (i) 가공하는 동안 화합물 또는 흡수성 물질의 원래 표면적이 보유되는 (손실되지 않는) 정도, 및 (ii) 오염된 유체 스트림에 직접 노출되는 이용가능한 표면적의 양을 최대화하는 방법이다. 선행기술의 유체 여과 방법은 여과 화합물의 총 이용가능한 표면적의 일부를 차단하는 방법 및 물질에 기초하였다. 단순히 차단하는 것은 흡착제 또는 이온 교환 물질과 같은 여과 물질의 표면 상의 교환 자리가 유체 스트림과 접촉하지 않도록 바인더 입자에 의해 방해되는 것을 의미한다. 압축이 이용되는 경우, 여과 물질은 열 및 압력 하에 결합 물질 내로 강제로 묻힌다. 상기 바인더는 압력 하에 변형하고, 그들의 형태를 잃고, 여과 물질의 일부를 차단한다. 융점이 매우 낮은 바인더는 단순히 매우 미세한 분말을 액화하여 흡수하고 보다 큰 입자를 차단하여 이용가능한 표면적의 양을 감소시킨다. 본 발명의 방법에서, 매우 미세한 분말은 중합성 구조적 여과 매트릭스에 의해 생성된 대량 표면에 결합한다. 물과 같은 액체 내의 용존 유기물 및 금속의 예외적인 여과가 요망되는 경우, 상기 미분된 여과 화합물의 사용은 보다 많은 이용가능한 표면적을 나타내고, 이는 다시 여과 물질과 오염물질 사이의 접촉 시간을 증가시키기 때문에 중요한 성취이다.

본 발명의 필터의 신규성은 상기 언급된 진동/소결 방법을 이용하여 가공될 때 도 1 및 도 2에 도시된 2가지 중합체의 제제화, 상관성 및 사용에 의존한다. 각각의 중합체를 단독으로 사용할 때 서로 상이한 일정 특징을 갖는 필터를 생성시킨다. 여과 물질의 첨가와 함께 또는 그 없이 2가지 중합체를 주어진 제제에서 혼합시킴으로써, 완성된 필터는 두 중합체의 속성을 취한다. 제조 방법과 함께 상기 신규한 관계는 선행기술의 필터 제조 방법과 관련된 수많은 단점을 제거하면서 성능이 우수한 유체 필터를 생산할 수 있다. 각각의 이들 개선은 상세히 논의될 것이지만 다음과 같이 요약할 수 있다: (1) 적절한 여과 화합물과 혼합될 때 용존 유기 오염물질 및/또는 금속 이온 교환의 우수한 흡착; (2) 임의의 필터 물질 또는 1 마이크로미터 미만 범위의 임의의 입도의 여과 화합물의 조합물을 수용하는 능력; (3) 필터는 벽 두께가 0.100" 까지인 임의의 형태로 성형될 수 있고; (4) 완성된 필터가 충격시 갈라지거나, 쪼개지거나 깨지지 않도록 하는 예외적인 내구성을 갖고; (5) 필터 직전 및 필터 직후에 측정된 압력의 유의한 손실 없이 우수한 여과를 할 수 있다는 잇점을 가지면서 제제화에 따라 압력 강하가 감소하거나 증가할 수 있고; (6) 필터는 유체 스트림 내의 미립자의 존재로 인한 조기 막힘 없이 용존 유기 및 무기 오염물질을 계속 여과할 수 있게 하는 예외적인 심층 여과를 나타낸다.

유체를 여과하는 대부분의 용도에서는 특수한 여과 화합물의 사용을 요구한다. 활성탄이 가장 일반적이다. 흡착제로서 공지된 활성탄은 그의 표면 상에 용존 유기 오염물질, 예를 들어 살충제 잔류물, 유기 증기 등을 포획하고 보유할 것이다. 이는 또한 환원으로 공지된 과정으로 음용수 내의 염소를 제거할 것이다. 다른 여과 물질은 이온 교환의 원리로 작동한다. 예를 들어, 납과 같은 중금속은 금속 이온 교환 제올라이트 흡착제 또는 활성 알루미나를 사용하여 음용수로부터 제거될 수 있다. 또다른 여과 물질은 항균제를 포함한다. 이들은 대개 세균 및 다른 미생물의 성장을 방해하는 은 또는 할로겐 기반 제품이다. 기체 및 액체를 여과하는데 일반적으로 사용되는 여과 화합물은 분말 형태로 이용가능하고, 본 발명에서 사용할 수 있는 여과 화합물의 일부 목록을 하기 표 I에 나열한다.

물질	기능	제조회사
활성탄	유기물 제거/건조제	BARNEBY SUTCLIFF
활성탄	유기물 제거/건조제	CARBON RESOURCES
ATS (금속 이온 교환기)	중금속 환원	ENGELHARD MINERALS
ALUSIL (활성화 알루미나)	납 환원	Selecto Scientific
KDF	중금속 제거	KDF FLUID TREATMENT, INC.
AQUABIND	비소 제거	APYRON TECHNOLOGIES
AGION (은 제올라이트)	항균제	AGION TECHNOLOGIES
요오드화 수지	살균제	PENTAPURE, INC.
FLOCK	미립자 제거	CLAREMONT FLOCK
탄산칼륨	산 기체 흡착	IONEX C CHEM
탄산칼슘	산 기체 흡착	IONEX C CHEM
요오드화칼륨	산 기체 흡착	IONEX C CHEM
수산화칼륨	산 기체 흡착	IONEX C CHEM
이온 교환 수지	오염물질 감소	SYBRON CHEMICALS
PMX CF-1	필터 매트릭스	TICONA
PMX CF-2	필터 매트릭스	TICONA

유체의 우수한 여과를 생성하기 위해 상기 물질이 사용될 수 있는 방법은 다음 2가지를 달성하는 가공 방법에 의존한다: (1) 여과 물질의 평균 입도는 얼마나 많은 그의 이용가능한 표면적이 여과되는 유체와 접촉하는지를 결정하고, 입자가 보다 작을수록 이용가능한 표면적은 보다 크다. 예를 들어, 1 g의 활성탄은 표면적이 1500 m² 이하일 수 있음이 알려져 있다. 활성탄은 과립 형태로 이용가능하거나 분말화될 수 있다. 본 발명의 방법 및 물질을 사용하여, 평균 입자 직경이 단지 22 마이크로미터인 활성탄의 입자를 사용할 수 있다. 게다가, 하기 차트는 90％의 실제 입자 분포가 < 1 마이크로미터 내지 45 마이크로미터 범위임을 증명한다. 평균 단지 22 마이크로미터의 작은 입자의 사용 및 마이크로미터 미만 크기의 입자를 수용하는 능력이 증명된 한편, 이용가능한 표면적을 보존하는 것이 본 발명에 대한 중요한 속성이다. 선행기술에서 대부분의 필터 제조 기술은 물질의 밀도에 의존한다. 여과 물질의 양을 최대화하고 전형적으로 단지 비교적 소량의 열가소성 바인더인 물질을 보충하기 위해 압축이 이용된다. 상기 방법은 보다 큰 평균 입도를 갖는 여과 물질 및 그 미만에서는 입자가 간단히 사용될 수 없는 컷오프 (cut off) 포인트를 필요로 한다. 본 발명에서, 전형적인 필터는 50％ 이상의 중합성 물질을 PMX CF-1 및 PMX CF-2 중합체 중 하나 또는 둘 모두의 형태로 함유한다. 이 때문에, 결합을 위한 총 표면적은 보다 크고, CF-1 물질의 입도는 그의 특유한 형태와 함께 전통적인 형태보다 훨씬 더 큰 표면적을 생성시킨다. CF-2 중합체의 구형 형태는 보다 큰 표면적을 제공하는 단지 60 마이크로미터의 그의 평균 크기로 인해 특유하다.

하나의 바람직한 실시태양은 상기 참조하고 표 II에 나타낸 레이저 입자 분석으로 추가로 증명되는 분말화 활성탄을 요구하지만, 상이한 특징을 생성하기 위해 사용되는 다른 탄소 입자 분포가 존재한다. 용존 유기계 오염물질의 여과를 최적화하는 것을 목적하는 경우, 분말화 활성탄에서 발견된 보다 많은 양의 이용가능한 표면적이 우수한 결과를 생성시킨다. 그러나, 45 내지 180 마이크로미터의 보다 거친 메쉬 탄소는 보다 둥근 필터를 제공하고, 이는 보다 큰 심층 여과 및 단지 매우 적당한 압력 강하만을 갖는 보다 열린 공극 구조로 매우 잘 수행한다. 또한, 중금속 제거를 위한 가장 일반적인 여과 물질은 선택된 중합체의 다량의 표면적을 점령하는 매우 미세한 분말이다. 상기 점령을 보충하기 위해 및 활성탄이 또한 요구되는 경우, 보다 큰 입자의 활성탄은 중합체의 보다 작은 표면적을 점령하므로 45 내지 180 마이크로미터의 입도 범위가 바람직할 수 있어서, 필터가 중금속 및 용존 유기 오염물질을 모두 적절하게 제거하도록 방식의 균형을 맞춘다.

바람직한 실시태양에서 분말화 활성탄의 레이저 입자 분석

0.375 ㎛ 내지 948.3 ㎛으로부터 계산
부피:	100％
평균:	21.86 ㎛
중앙:	15.65 ㎛
D(3,2):	6.736 ㎛
모드:	19.76 ㎛
S.D.:	23.83 ㎛
C.V.:	109％
왜도 (Skewness):	3.472 우측 비틀림
첨도 (Kurtosis):	17.36 폭이 좁음 (Leptokurtic)

표 II로부터 입자 분포 밀도

％<	10	25	50	75	90
㎛	3.237	7.354	15.65	28.94	43.99

또다른 용도에서, 일부 여과 물질은 매우 거친 입도로만 이용가능하다. 예를 들어, 활성탄은 1000 마이크로미터 이하에서 시작하는 마이크로미터 크기 범위로 쉽게 이용가능하고, 이들은 PMX CF-1 및 PMX CF-2 중합체와 조합으로 예비-여과 용도에서와 같이 우수한 심층 여과 및 유기물의 중정도 감소를 갖는 많이 열린 공극 구조를 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 비탄소성 물질은 매우 종종 분말 형태로 이용가능하지 않다. 이러한 경우에, PMX CF-1 및 PMX CF-2 중합체는 1000 마이크로미터만큼 큰 입자를 수용할 것이다. 상기한 하나의 특정한 경우는 아연 및 구리로 구성된 유체 처리 화합물인 KDF가 중금속 및 염소의 제거를 위해 일반적으로 사용되는 경우이다. KDF는 비교적 거친 금속성 입자로 이루어지고, 이는 PMX CF-1 및 PMX CF-2 중합체에 매우 잘 결합하며, 전자는 그의 우수한 결합 능력 및 관통 유동 특징으로 인해 특히 잘 수행한다.

이들 2가지 중합체의 각각의 형태는 특유한 특징을 갖는 필터의 개발에 중요하지만, 이들의 마이크로미터 크기 및 입자 분포는 필터가 유사하거나 더 작은 중앙 입자 직경의 과립상 및 미분된 화합물을 모두 수용하도록 한다. 목적은 내구성이고, 우수한 심층 여과를 나타내고, 보다 큰 용량을 제공하는 물질의 알맞은 밀도, 및 허용가능한 압력 강하를 갖는 매우 큰 성능의 완성된 필터를 생성하는 것이다.

PMX CF-1 물질은 보다 큰 표면적, 우수한 결합 능력을 나타내고, 비교적 작은 압력 강하를 가지면서 고도로 내구성이다. PMX CF-1로 제조된 필터는 단독으로 또는 여과 물질과 함께 형성될 때 최대량의 심층 여과 및 비틀림을 제공한다. 그의 구형 형태를 갖는 PMX CF-2 물질은 보다 치밀한 매트릭스를 생성시켜, 보다 많은 물질이 동일한 양의 공간을 충전하도록 한다. 이는 PMX CF-1에 비해 보다 큰 압력 강하를 생성시킨다. 중합체 중 하나가 다른 것에 첨가될 때, 완성된 부품은 이상적인 방식이 달성될 수 있도록 둘 모두의 속성을 취한다.

방식의 개발에서 출발점은 일반적으로 대략 동일한 양의 각각의 중합체를 함유하는 필터이고, 이후 이는 약 0.025 중량％ 내지 55 중량％ 이하의 선택된 여과 물질과 배합된다. 특정 변수가 실제 방식을 제어한다. 예를 들어, 보다 미세한 여과 물질이 첨가되면, 보다 미세한 입자는 보다 큰 표면을 덮으므로 보다 큰 표면적의 중합체가 요구될 것이다. 부품의 기하구조는 연약할 수 있거나 강할 수 있다. 예를 들어, 벽 두께가 0.125"인 부품은 자가 지지성이 되기 위해 중합성 물질의 강도를 요구하지만, 벽 두께가 0.500"인 부품은 중합성 물질 함량이 더 적더라도 자가 지지성으로 된다. 또한, 섬세한 부품은 그의 내구성 때문에 보다 많은 양의 PMX CF-1을 선호하는 반면, 강한 부품은 단지 보다 적은 양의 PMX CF-1을 요구할 수 있고 주로 PMX CF-2로 이루어질 수 있다. 첨가된 여과 물질은 총 부품의 0.025 중량％ 내지 55 중량％일 수 있고, 이는 여과 목적에 의존할 것이다.

부품은 2가지 중합체 중 단지 하나 또는 2가지의 블렌드로 구성될 수 있고, 여기서 비율은 다른 하나에 대한 하나의 임의의 주어진 양일 수 있다. 제제화에서 상기 넓은 스펙트럼의 가능성으로 인해 필터가 물질의 특정 특징에 대해 제제화될 수 있다. 분말 형태로 이용가능한 다양한 여과 물질이 평균 입도, 입자 분포 밀도 및 벌크 밀도에서 변할 것이므로 이는 중요하다. 하나의 방식에만 의존하는 것은 여과 물질의 완전한 활용을 제한할 것이다. 보다 거친 입자 분포를 갖는 흡수성 물질, 예를 들어 활성탄의 사용은 용존 유기 오염물질의 제거에서 보다 덜 효과적이다. 상기 보다 거친 물질은 중앙 공극 직경을 완전히 개방시키고 더 적은 표면적이 필터의 매트릭스를 통해 유동하는 액체 또는 기체에 노출되도록 한다. 보다 거친 입자 분포가 유리할 수 있는 여과 용도도 또한 존재한다. 예를 들어, 그의 매트릭스가 상기 방식으로 형성된 필터는 매우 낮은 압력 강하 및 예외적인 심층 여과를 나타낸다. 상기 제제에서, 출발점은 1부의 중합체 대 3 또는 4부의 과립상 활성탄의 비율로 여과 물질에 대한 중합체의 블렌드일 수 있고, 여기서 중합체는 PMX CF-1 단독이다. 이 경우에 PMX CF-1은 그의 보다 큰 부착 특징의 결과로서 최종 부품에 자가 지지성이 되도록 충분한 강도 및 내구성을 제공한다. 여기서, 여과 물질의 감소된 표면적은 부품을 함께 성형하기 위해 감소된 양의 PMX CF-1이 사용되도록 허용한다. 그러나, 상기 완성된 부품은 최저로 자가 지지성이고 외부 용기의 구조로 보강되어야 하거나, 정확한 균형이 달성될 때까지 더 많은 PMX CF-1이 사용되어야 함을 알아야 한다. 많은 용도에서는 심층 여과 및 낮은 압력 강하가 중요하다. 한 예는 많은 라틴 아메리카 및 아시아 국가에서 옥탑 탱크 상에 저장된 물을 여과하기 위해 사용되는 물 필터일 것이다. 물은 물리적으로 불순하고, 중력 수압은 탱크와 배출구 사이의 수직 거리에 의해 인수분해된다. 이 경우에 이상적인 해결책은 막히지 않고 최소의 압력으로 쉽게 유동할 필터이다.

상기한 바와 같은 용도와는 별개로, 균등한 여과를 위해 완벽하게 균일한 매트릭스가 가장 바람직하고; 이는 가공되는 입자 크기의 균일도를 유지함으로써 최상으로 달성된다. 중합체 입자 자체가 미세한 분말인 경우 및 동일하게 미세한 분말과 균일하게 가공되는 경우, 완성된 필터는 최대량의 표면적을 노출시키면서 균일한 필터 매트릭스를 가질 것이다. 이는 PMX 중합체 입자의 유별나게 작은 입도가 본 발명의 신규성에 핵심 역할을 하는 이유를 설명한다. 유사한 형태를 갖는 보다 큰 중합체 입자는 표면적이 보다 작고 보다 미세한 분말과 불량하게 가공된다.

다음 단계는 정확한 가공 방법이다. 일단 완성된 필터에서 목적하는 특징을 나타내기 위한 방식이 확립되면, 특수한 방식으로 가공되어야 한다. 선택된 물질들은 최종 물질이 균질하고 덩어리가 없도록 함께 배합된다. 리본 (ribbon) 블렌더 등이 일반적으로 이를 달성할 수 있다. 이어서 배합된 물질은 블렌더로부터 몰드 내에 하나 이상의 캐비티를 가질 수 있는 몰드로 운반된다. 캐비티 기하구조는 완성된 부품의 최종 형태를 결정할 것이다. 상기 형태는 사각형 또는 직사각형 입방체 (cube), 원반 (disk), 평평한 패널, 컵 (cup), 막대, 또는 솔리드형인 실린더 또는 한 단부만 열리거나 두 단부가 열리는 코어를 갖는 실린더를 포함하는 임의의 주어진 형태일 수 있다. 물질은 또한 두께가 1 mm까지인 연속 시트 물질로 형성될 수 있다. 부품의 형태에 대한 유일한 제한은 가공 후 몰드로부터 제거될 수 있는 것이다.

기초 물질 블렌드가 몰드 캐비티 내로 운반될 때, 몰드는 이용가능한 임의의 표준 기계적 상업적 진동기를 사용하여 동시에 진동된다. 시판 진동기는 상하 운동으로 흔들거나, 물질을 진동할 때 소용돌이치게 하는 것이거나, 둘 모두 가능하다. 몰드의 전체 중량 질량, 완성된 필터 부품의 크기, 및 길이가 폭보다 더 큰 부품의 애스팩트비를 포함하는 임의의 수의 변수에 따라 진동 정도는 증가되거나 감소될 수 있다. 진동은 분말이 캐비티 내로 운반되기 전에 시작해야 하거나, 입자가 몰드 내에서 서로 멀리 이동하여 분리할 수 있는 경우, 진동은 캐비티가 물질로 충전되기 시작한 후 개시될 수 있다. 실험을 통해 알게 되는 일부 용도에서, 진동이 요구되지 않을 수 있다. 보다 짧은 및 보다 긴 진동 사이클은 상이한 결과를 생성시키고, 이는 캐비티 깊이 및 폭의 특징에 의해 더욱 더 구별된다. 진동은 (1) 진동되는 입자를 붕괴하거나 파괴하지 않으면서 분말화 물질에서 입자들 사이에 빈 공간을 유발하는 공기 포켓을 부드럽게 제거하기 위한 것과; (2) 이들을 다른 입자와 함께 맞을 때까지 이동하고 회전시킴으로써 힘 또는 압축 없이 몰드 캐비티 내로 채워질 총 분말의 양을 최대화하기 위한 이중의 목적을 위한 것이다. 보다 짧은 진동 사이클은 덜 채워지게 할 수 있는 반면, 보다 큰 진동은 보다 미세한 입자가 보다 큰 입자로부터 멀리 이동하는 원치 않는 입자 분리를 일으킬 수 있다. 상기 문제는 중합성 물질이 주로 구형인 경우 특히 중요하다. 첨가된 마지막 물질은 상이한 입자 밀도를 가질 수 있으므로 몰드를 완전히 충전하기 전에 물질의 진동을 포기하는 것은 권장되지 않고; 과진동은 궁극적으로 상이한 물질 입자들을 서로로부터 멀리 이동시킬 것이다. 물질의 최대 밀도를 갖는 것이 바람직하지 않은 경우, 또는 입도에서 유의한 차이가 있는 경우와 같은 예외가 있고, 이는 하기 설명할 것이다.

진동 사이클의 끝에, 몰드는 커버 플레이트로 덮어야 하고, 중합체가 다른 중합체 입자 또는 다른 중합체 입자 및 여과 화합물의 조합물에 부착하기에 충분한 점착성으로 되는 온도로 가열된다. 바람직한 실시태양에서 PMX CF-1 및 PMX CF-2는 분자량이 약 3,000,000이고 그들의 연화점을 넘어 가열될 때 그들의 원래 형태를 잃지 않는 한편, 유사한 형태를 갖는 750,000 이상 범위의 보다 저분자량 중합체는 연화점으로 가열되고 또한 사용될 수 있다. 상기 중합체가 사용되는 경우, 중합체를 변형시키거나 용융시키는 것을 피하기 위해 소결하는 동안 몰드의 온도에 대한 매우 치밀한 제어가 확립되어야 한다. 이러한 이유로 초고분자량 폴리에틸렌 중합체가 가공의 용이성 때문에 바람직하다. 중합체의 특정한 용융 유동 지수에 따라 필요한 온도, 보통 약 225℉ 내지 375℉ 또는 그 이상을 얻으면, 몰드는 주변 온도로 다시 냉각된다. 냉각 사이클은 자연적이거나 임의의 냉각 형태에 의해 보조될 수 있고, 냉각 시간은 완성된 부품의 품질과 무관하다. 몰드가 냉각되면, 분말화 물질은 자가 지지성 다공성 필터로 형성된다. 이는 임의의 기체 또는 액체가 그를 통해 쉽게 유동하도록 할 것이다. 필터가 전적으로 중합체로 제조되면, 물리적 오염물질을 걸러서 제거하는 필터 특징을 갖거나 또한 기체를 미소한 기포로 분산시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 또한 보다 큰 기생충, 예를 들어 지아디아 (Giardia) 및 다른 원생동물을 제거하기 위해 제제화될 수 있다. 예를 들어, 물 여과에서, 세균을 번식시키는 것으로 공지된 활성탄을 사용하지 않으면서 상기 미생물을 제거하는 것이 바람직한 특수한 용도가 존재한다.

상기 논의한 바와 같이, 특정 오염물질을 제거하는 필터의 성능은 선택된 여과 화합물에 따를 것이다. 활성탄은 용존 유기 물질부터 화학물 및 살충제까지 유기계 오염물질의 흡착제로서 인정된다. 액체, 예를 들어 음용수로부터 납 및 중금속을 제거하기 위해 특정 티타늄 금속 이온 교환 제올라이트, 예를 들어 엥겔하드 미네랄의 ATS™ 흡착제, 및 활성화 알루미나, 예를 들어 셀렉토 사이언티픽의 Alusil™이 개발되었다. 은 이온은 병원균, 예를 들어 이. 콜리 (E. coli) 세균의 성장을 억제하는 것으로 공지되어 있고, 나트륨 이온이 은 및 아연 이온에 대해 교환된 합성 제올라이트를 포함하는 다양한 형태로 이용가능하다. 상기 대중적인 합성 제올라이트의 하나는 Agion™ (시나넨 (Sinanen, 일본)에서 제조하고 아지온 테크놀로지스 (Agion Technologies)에 의해 유통됨)이다. 일정 규칙이 보다 바람직한 결과를 결정한다. 중합체 매트릭스의 총 표면적과 가공하는 동안 매트릭스에 결합하는 여과 화합물이 점령하는 표면적의 양의 관계가 가장 중요하다. 여과 화합물에 대해 중합체의 표면적이 항상 더 큰, 일관되게 내구성인 완성된 부품이 제제화될 것이다. 가공에 있어서, 성분들 사이의 관계는 중량에 의해 비례적일 수 있는 반면, 서로에 대한 표면적의 부피에 의해 먼저 관계식이 수립된 다음 편의상 중량으로 전환되어야 한다. 여과 화합물의 총 표면적이 중합체(들)의 총 표면적을 초과하면, 부품은 구조적 완전성 및 내구성의 손실을 나타내기 시작할 것이다. 따라서, 바람직한 실시태양에서 사용된 중합체는 항상 충분한 여유를 갖고 표면적이 더 커야 한다.

필터의 중합성 매트릭스는 물리적 구조, 비틀림, 및 그 위에 여과 물질이 결합할 수 있는 표면적을 제공한다. 이는 필터의 지지 골격이다. 첨가된 여과 물질이 이용가능한 것보다 더 많은 중합체 표면적을 점령하지 않으면, 완성된 부품은 자가 지지성이 될 것이다. 임의의 입도의 분말화 물질이 첨가될 수 있거나, 마이크로미터 미만 크기의 입자를 포함한 입자 분포 범위의 물질이 성공적으로 사용될 수 있다. 그러나, 5 마이크로미터 미만의 소량의 매우 미세한 분말은 중합체 매트릭스의 전체 표면을 신속하게 코팅할 것이고, 따라서 구조의 손실 없이 사용될 수 있는 총량을 제한할 것이다. 제제화 단계에서, 중합체의 입자와 동일한 크기 및 일반적인 벌크 밀도의 여과 화합물은 일반적으로 동일한 중량으로 배합될 수 있고, 여기서 총 중합성 물질의 적어도 10％ 이상이 PMX CF-1이다. 기본 중합체 물질보다 입도가 더 작은 여과 화합물은 중합체 크기 때문에 PMX CF-1의 보다 큰 표면적에 의해 수용될 뿐만 아니라, 특이한 형태에 의해 상기 개념을 훨씬 높은 수준의 성능까지 달성할 수 있다 (도 1 참조). PMX CF-1 물질의 다른 특징은 입자의 내부를 통해 진행하는 미시적인 채널을 갖는 구멍이 있다는 것이다. 상기 특징은 압력 강하의 감소를 포함하여, 필터의 관통 유동 특징을 추가로 향상시킨다. PMX CF-1의 특유한 형태는 여과 물질의 매우 미세한 입자가 보다 큰 중합체 입자의 표면에 결합하도록 허용하는 한편, 중합체와 동일하거나 더 큰 여과 화합물은 필터 매트릭스의 공극 또는 빈 공간 내에 포획된다. 상기 방식으로, 비-중합성 화합물은 구조가 아니라 여과재에 일체형으로 된다.

특수한 특징

선택된 구조적 물질, 예를 들어 PMX 중합체 CF-1 및 CF-2를 첨가된 화합물과 함께 소결하는 상기 언급된 공정에 의해 필터는 본 발명을 선행기술로부터 구별하는 많은 품질을 나타낼 수 있다. 이들은 다음과 같이 요약할 수 있다:

내충격성. 필터는 상기한 바와 같은 PMX 물질 제제로 이루어진 기초 물질 약 50％ 내지 100％로 이루어지므로, 이들은 내구성이고 충격시 갈라짐 또는 파괴에 저항한다. 야영 또는 군용 용도에서 휴대 용도와 같이 필터가 깨지지 않아야 하는 경우, 필터는 여전히 우수한 여과를 달성하면서 상기 특수한 목표를 달성하도록 제제화될 수 있다.

압력 강하, 또는 델타 P는 주어진 필터를 통한 통과 전과 통과 직후 수압의 변동이다. 강하는 통과 전 수압으로부터 통과 직후 수압을 공제하여 결정되고, 필터로 들어가는 압력이 60 psi이고 나오는 압력이 50 psi이면, 압력 강하는 10 psi이다. 압력 강하는 불가피하다. 그러나, 대응하는 성능 손실 없이 최소량의 압력 강하를 나타내는 필터가 바람직하다. 본 발명에서 상기 잇점은 압축된 필터보다 더 많은 관통 유동 채널을 포함하는 내부 필터 매트릭스로 인한 것이다. 보다 많은 수의 채널은 대안적인 가공 방법과 결합된 중합체 특징의 결과이다. 절대 마이크로미터 여과를 이용하는 필터는 공극의 직경이 감소함에 따라 압력 강하에서 상응하는 증가를 나타낸다. 따라서, 우수한 여과 방법은 비틀림을 통한 것이다. 주어진 필터 매트릭스를 통한 경로의 수는 특히 압축이 30％ 범위인 경우 입자들을 함께 압축하여 생성된 유사한 필터보다 더 많다. 이는 PMX CF-2를 갖거나 갖지 않는 PMX CF-1을 사용하는 필터를 비교함으로써 추가로 입증되었다. 100％ PMX CF-1을 사용하는 필터는 공기 투과도에 대해 PMX CF-2가 배합되는 필터에 비교하여 시험하였다. 제1 블렌드는 90％ PMX CF-1 대 10％ PMX CF-2였다. 압력 강하는 약간 증가하였다. 그러나, 80％ PMX CF-1 대 20％ PMX CF-2에서, 압력 강하가 명백하고 측정가능하게 증가하였다. 이는 비율이 후속적으로 70％ 대 30％ 내지 60％ 대 40％로 낮아짐에 따라 계속 증가하였다. 다른 변화 또는 변수는 없었으므로, 변화는 중합체 제제화로 역추적되어야 한다. 따라서, 압력 강하는 PMX CF-1과 CF-2 사이의 관계를 통해 용도에 따라 변형될 수 있다. 입도의 중요성은 필터의 특징에 영향을 미친다. CF-2 물질이 CF-1 물질의 입도 및 분포 밀도를 모방하도록 체질되는 경우, 완성된 부품은 보다 작은 밀도 및 보다 낮은 압력 강하를 나타냈다.

심층 여과. 절대 마이크로미터 등급의 필터는 특히 절대 마이크로미터 등급이 1 내지 10 마이크로미터 범위인 경우 심층 여과 능력이 작거나 없다. 예를 들어, 1 마이크로미터 절대 공극 직경을 달성하기 위해, 더 큰 모든 공극은 제거되었다. 이는 다시 필터가 1 마이크로미터보다 큰 임의의 입자 또는 미생물을 차단하게 한다. 관통 유동 패턴에서, 이들 입자는 필터의 표면에서 차단된다. 심층 여과는 실제로 절대 공극 크기에 의존하지 않으므로 굽은 경로 방법에 의해 향상된다. 본 발명의 필터는 중앙 공극 직경이 그가 여과할 수 있는 입자보다 유의하게 더 큰 상당히 더 많은 수의 공극을 나타낸다. 필터는 여과되지 않은 물 중에 존재할 수 있는 현탁된 고체의 양이 얼마인지 알면서 전국 또는 전세계로 유통되므로, 상업적으로는 심층 여과를 갖는 필터가 바람직하다. 대부분의 물은 그의 표면에 수집되어 필터를 조기에 막을 수 있는 미세 침전물을 갖는다. 필터가 절대 여과에서와 같이 주어진 크기 및 보다 큰 입자를 차단하도록 형성되는 경우, 필터의 표면은 x (여기서, x = 마이크로미터 등급)보다 큰 임의의 입자가 필터 매트릭스에 유입하도록 허용하지 않는다. 동반하는 심층 여과 능력을 갖는 굽은 경로 여과에 대한 잇점은 필터 표면보다는 매트릭스 내에서 여과하여 조기 막힘을 방지하는 것이다.

성형 능력은 본 발명의 다른 유용한 속성이다. 여기서, 내구성으로 인해 부품은 임의의 형태로 성형될 수 있다. 액체 여과에서, 선행기술에 의존하는 오늘날 대부분의 방법은 실린더 형태의 필터 형태로만 제조되고, 여기서 액체는 실린더의 외경으로부터 실린더의 내경으로 방사상 방향으로 유동하도록 보내져서, 결합된 탄소 입자의 벽 두께를 통해 통과한다. 부품의 실린더 형태는 제한적이고, 다른 제한적인 특징은 완성된 부품이 쉽게 쪼개지고 갈라질 것이라는 점이다. 여기서, 본 발명은 흡착제가 사용되는 경우 약 3000 마이크로미터까지의 모든 두께를 갖더라도 임의의 형태로 형성될 수 있는 내구성 플라스틱으로 제조되는 부품을 제공한다. 부품은 원반, 막대, 컵, 실린더 또는 단부가 닫힌 실린더로 형성될 수 있다. 형태의 이용가능성은 완성된 여과 장치가 원통형 필터 형태에 결합되지 않는 제품 개발 가능성을 확장시킨다. 양쪽 단부가 열린 튜브인 실린더는 단부 캡 (cap)으로 막아두는 대신에 가공하는 동안 한 단부에서 닫힐 수 있다. 이는 일부 용도에서 제조 비용을 감소시키고 완성된 장치 또는 하우징 내로 필터의 조립 속도를 증가시킨다. 공기 여과에서, 예를 들어 유기 증기 (OV) 흡착을 위한 대부분의 필터, 또는 OV 마스크는 250 마이크로미터 이상의 일반적인 범위의 루스 과립상 활성탄 입자로 구성된다. 이들은 캐니스터 (canister) 내로 치밀하게 충진되고, 공기는 유기 증기를 여과하기 위해 이들을 통해 통과한다. 선행기술의 용도는 압력 강하가 너무 크기 때문에 외부 압력원을 사용하지 않으면 공기 여과의 요구에 도달할 수 없었다. OV 마스크와 같은 방독마스크에서, 공기를 탄소를 통해 통과시키기 위해 단지 호흡이 이용된다.

상기 특수한 성형 능력에 의존하는 또다른 용도는 습도 조절과 함께 유기 증기의 흡착에서이다. 활성탄은 뛰어난 습도 조절제이다. 탄소의 활성이 높을수록, 기체, 예를 들어 공기로부터 습기를 더 잘 흡수할 것이다. 매우 큰 성능이 필수적인 경우에 고활성 활성탄, 예를 들어 4염화탄소 수 (CTC #)가 +95인 것이 가장 바람직하다. 그러나, CTC 수가 +65인 표준 탄소도 대부분의 여과 용도에 대해 알맞은 것 이상이다.

상대 습도 (RH) 40 미만의 낮은 습도 수준에서는 습기는 감소하지 않으면서 활성탄 층 위로 통과할 것이다. 습도가 40 RH를 초과하여 증가할 때, 통과하는 공기로부터 습기가 제거된다. 상기 품질의 활성탄은 섬세한 기구에서 RH를 조절하는데 채택되고 사용된다. 특히 한 용도는 유기 증기 및 RH 모두에 취약한 컴퓨터 디스크 드라이브 내에서 유기 증기 및 RH를 모두 제어하는 것이다. 따라서, 한 필터는 너무 높지 않거나 너무 낮지 않은 습도 수준을 유지하면서 유입 공기로부터 미량의 유기 기체를 제거할 수 있다. 예를 들어, 극미소량의 산 기체의 존재는 과도한 습도 수준을 가지므로 컴퓨터 디스크 드라이브 상에서 헤드를 부식시키는 것으로 증명되었다.

보다 높은 성능: 필터 구조체가 분말 형태의 흡착 화합물과 기체 또는 액체로부터 여과 제거되는 오염물질 사이의 계면을 최적화하므로, 본 발명에서 미분된 흡착제, 예를 들어 활성탄 분말, 제올라이트, 활성 알루미나, 항균제 등을 사용하는 것은 보다 고수준에서 수행된다. 이는 공기 및 물을 여과하는데 사용되는 선도 물질 중 하나인 활성탄의 경우 특히 그러하다. 평균 입자 직경이 22 마이크로미터인 분말화 활성탄 (도 5 참조)이 최대량의 이용가능한 표면적을 가지므로 적합하다. 그러나, 이는 대부분의 공정에서 취급하거나 형성하기에는 너무 미세하기 때문에 유체에 대한 일차적인 여과 물질로서 사용된 적이 없었다. 본 발명의 공정 및 물질에서, 미세한 분말이 보다 우수한 완성된 필터 매트릭스를 생성시키므로 실제로 바람직하다. 물 여과에서, 오염물질, 예를 들어 MTBE (오늘날 납 대신 사용되는 가솔린 첨가제) 및 휘발성 유기 화학물 (VOC)의 제거가 바람직하지만 통상적인 여과 방법으로는 쉽게 달성되지 않는다.

본 발명의 경제적인 잇점은 물 필터를 제조하기 위한 다른 가공 방법에 비해 비용 잇점을 제공한다. 표면적의 손실 없이 미세한 분말을 이용하는 능력으로 더 적은 물질을 사용하여 필터를 제조할 수 있다. 선행기술을 사용하는 필터와 동일한 성능을 달성하기 위해 보통 65％ 내지 50％ 미만의 물질이 사용된다. 상기 특징을 확립하기 위해, 하기 비교 시험을 수행하였다: 각각 음용수 중에서 납의 > 99％을 감소시키는 능력을 갖는 2가지 물 필터를 시험하였다. 필터 A는 시판회사로부터 입수하였다. 제조회사는 유동 및 용적 인자를 기초로 필터의 18 중량％가 엥겔하드의 ATS인 것으로 결정하였다. 필터는 150 g이었다. 필터 B는 동일한 치수의 길이, 외경 (OD) 및 내경 (ID)에 일치하도록 제조되었다. 필터 B는 112 g이고, 10 중량％의 ATS로 제제화되었다. 이어서 생성되는 2가지 필터는 각각 27 및 11.2 g의 ATS를 특징으로 하였다. 필터 A는 필터 B에 비해 약 2.5배의 ATS를 포함하였다. NSF 프로토콜 53을 이용하는 시험에서, 두 필터는 pH 8.5 및 6.5에서 >99％의 납을 제거하였다. 상기 시험 결과는 필터 A를 제제화하기 위해 사용된 공정이 필터 B에 비해 비효율적임을 나타낸다. 1 g당 미화 약 0.025 센트의 비용이 드는 ATS는 납 및 중금속의 제거를 위한 물 여과에 사용되는 단일 최고가 첨가제일 수 있다. 상기 시험에서, 필터 A는 필터 B보다 미화 0.40 달러의 ATS를 더 많이 필요로 하였다.

본 발명은 하기 비제한적인 실시예에 의해 추가로 설명된다. 모든 과학 및 기술 용어는 당업자가 이해하는 의미를 갖는다. 하기 구체적인 실시예는 본 발명의 여과 장치가 이용될 수 있는 방법을 설명하고, 본 발명의 분야 또는 범위를 제한하는 것으로서 생각하지 않아야 한다. 용도는, 구체적으로 개시되지 않았지만 본 발명에 포함되는 용도를 실행하기 위해 변경될 수 있다. 또한, 용도의 다소 상이한 방식으로의 변경은 당업자에게 명백할 것이다.

<실시예>

기체 또는 액체의 여과는 많은 산업에서 사용된다. 본 발명에 개시된 특징 및 잇점은 기존 기술을 대체하는 명백한 개선을 제공한다. 본원에서 실시예는 발명을 수행하는 다양한 측면을 예시하는 의미이고, 어떠한 식으로도 발명을 제한하려 의도하지 않는다.

실시예 1

중력 유동 여과 장치: 액체 여과에 대한 중력 유동은 본질적으로 액체를 필터를 통해 진행시키는 유일한 힘이 필터 바로 위의 헤드의 양임을 의미한다. 액체 중량은 힘을 생성한다. 상기 중량은 헤드 또는 액체의 최고 수준과 필터 사이의 거리를 증가시킴으로써 증가할 수 있다. 액체 저장물이 필터를 통해 유출함에 따라 헤드는 점차 감소할 것이다. 많은 용도에서, 중력 유동 여과를 위한 일차 용도인 휴대용 장치에서 필터 상에 매우 작은 헤드 압력이 생성될 수 있다. 헤드의 양은 필터 위로 약 70 mm로 제한된다. 허용가능한 유속을 달성하기 위한 해결책은 오염물질을 여전히 여과하면서 실제로 유동하는 필터의 개발에 있다. 예를 들어, 보다 빠른 유속에 대해, 최적 제제는 25％ 내지 35％ PMX CF-1 대 약 65％ 내지 75％의 50 내지 150 마이크로미터 범위의 활성탄 과립인 것으로 밝혀졌다. 거친 과립은 PMX CF-1 물질과 조합하여 필터 위에 최소 액체 헤드를 가지면서 쉽게 유동하는 열린 공극 매트릭스를 생성시킨다. 실제 제제는 필터의 목적하는 성능에 따라 추가로 변형될 수 있다. 예를 들어, 까라프 (carafe)식 피쳐 (pitcher)는 보통 필터 위에 단지 수인치의 헤드를 갖고, 따라서 매우 작은 압력 강하를 가지면서 뛰어난 관통 유동 특징을 가질 것이다. 바람직한 실시태양에서, 50 내지 150 마이크로미터 범위의 거친 과립상 활성탄 입자는 70％ 탄소 대 30％ PMX CF-1의 비율로 배합된다. 유속에 영향을 미치는 인자는 필터의 벽 두께 및 필터의 외부의 총 습윤 표면적을 포함할 것이다.

필터 위의 헤드가 보다 많거나, 유속이 빠를 필요가 없고 과제가 보다 많은 오염물질을 제거하기 위한 다른 중력 유동 장치에서, 필터의 공극 직경은 화합물 또는 흡착제의 중앙 입자 분포 크기를 감소시키면서 PMX CF-2 물질의 도입을 통해 감소할 수 있고, 이는 밀도를 증가시키고 중앙 공극 직경을 감소시키기 위해 앞서 설명한 바와 같다. 중력 유동 장치를 위한 바람직한 실시태양은 약 30％ 이상 PMX CF-1 대 70％ 흡착제/화합물 블렌드 범위로 시작한다. 이는 10 cm 길이 x 5 cm 직경 크기의 성형된 컵 형태 필터가 30％ PMX CF-1 및 70％의 50-150 마이크로미터 입자 분포 범위의 과립상 활성탄을 사용하여 생성되는 한 실시태양에서 나타났다.

중력 유동 필터를 제조하는데 사용된 공정은 보다 열린 공극 구조를 생성하기 위해 필요한 경우, 특히 보다 빠른 유속이 요망되는 경우 변형될 수 있다. 몰드 내에서 물질을 소결한 후, 필터, 바람직하게는 컵-형태의 필터는 몰드로부터 제거된다. 상기 방법 및 제제를 사용하는 한 실시태양에서, 컵을 수돗물로 가득 채우고 정치시켰다. 약 60초 후, 컵은 그의 측면을 따라 여과된 물방울을 흘리기 시작하였다. 액체가 단지 최소 저항 경로를 찾지 못하도록 하기 위해 컵 바닥은 약간 더 두꺼운 벽으로 제조되었다. 10분에 걸쳐, 컵은 계속 다시 채워지므로 점차 젖었다. 컵이 완전히 습윤되었을 때, 유속은 200 ml/분을 초과하여 증가하였다. 이후 실험에서 컵 가장자리 위로 보다 많은 양의 헤드가 액체 유동을 500 ml/분으로 증가시킨 것으로 밝혀졌다.

실시예 2

컴퓨터 디스크 드라이브: 오염물 제거 물질이 사용되는 어느 경우에나 본 발명을 이용하여 성능이 개선된다. 상기 잇점은 유기 증기 제거에 대한 시험에서 입증되었다. 활성탄 1 g 샘플을 밀봉된 용기 내에 넣었고, 여기서 용기는 트리메틸펜탄 (THP) 99％로 부분적으로 충전하였고, 트리메틸펜탄의 표면 상에 떠있는 알루미늄 트레이에는 루스 탄소를 넣었다. 제2 용기 내에, PMX CF-1을 갖는 동일한 배치로부터의 활성탄으로 이루어진 물질의 성형된 입방체를 사용하고, 동일한 중량의 활성탄이 입방체 내에 포함되도록 제제화하였다. 두 트레이의 내용물을 실험 개시시에, 이어서 3시간 후 다시 칭량하였다. 이어서, 각 트레이 내의 물질 중량의 증가가 루스 형태 및 성형된 형태의 두 활성탄의 흡착 능력을 결정할 것이다. 두 트레이는 매 실험에서 정확한 중량을 얻었고, 이는 성형된 형태가 비-성형된 활성탄 과립에 비해 흡착 능력을 잃지 않았음을 나타낸다. 다른 실험에서, 성형된 입방체를 활성탄에 관하여 동일한 치수 및 일반적인 부품 함량의 압축된 입방체에 대해 시험하였다. 여기서, PMX CF-1을 사용하는 성형된 입방체는 트리메틸펜탄의 흡착에서 200％ 더 효과적인 것으로 밝혀졌다.

한 경우에 상기 발전은 컴퓨터 디스크 드라이브에서 사용될 수 있고, 여기서 활성탄이 습도를 제어하고 유기 증기 및/또는 산 기체를 흡착하기 위해 사용된다. 탄소 입자를 폴리올레핀 매트릭스에 영구 결합시키는 능력으로 인해 필터 입방체 또는 작은 사각형, 직사각형 또는 원형 탭 (tab) 등이 성능을 200％ 초과하여 향상시키면서 탄소 미세물의 누출 없이 제조될 수 있다. 성형된 부품은 압력 강하가 매우 작으면서 고도 다공성이기 때문에 향상된 성능이 달성된다. 디스크 드라이브로 배출하는 공기는 그 둘레 대신 성형된 탄소 부품을 통해 통과한다. 예를 들어, 미국 특허 6,168,651에서는 흡착은 부품의 표면 상에서 일어나므로, 부품을 통해서가 아닌 둘레를 유동하도록 유도된 공기에 보다 많은 표면적을 노출시키기 위해 압축 성형된 탄소 부품에 돌출부를 첨가하는 기술을 교시한다. 이는 선행기술의 제한, 특히 여과 물질의 압축에 고유한 단점을 나타낸다. 활성탄이 제공할 수 있는 습도 조절이 디스크 드라이브에서 동일하게 중요하다. 예를 들어, 습도가 40 RH 미만인 경우, 활성탄은 습도에 영향을 미치지 않는다. 그러나, RH가 40을 초과하여 증가할 때, 활성탄은 통과하는 공기 스트림으로부터 습기를 흡수하기 시작하여, 디스크 드라이브를 과량의 습기로부터 보호하면서 동시에 최적량의 습도가 통과하도록 허용한다. 그의 CTC 수로 등급화되는 탄소의 활성이 더 높을수록, +65 및 +95의 CTC 수 사이의 차이가 습도 조절의 면에서 2배로 될 수 있도록 보다 많은 습기를 흡수할 수 있다. 활성탄과 함께 PMX CF-1 및/또는 PMX CF-1과 PMX CF-2의 블렌드를 사용하면 공기는 그 둘레보다는 필터 매트릭스를 직접 통과하여 유동할 수 있다. 이는 공기 스트림을 부품 표면 상의 탄소만이 아니라 모든 탄소에 노출시킨다. 컴퓨터는 초소형 장치로 제조되는 경향이 있으므로, 필터가 가능한 한 작을 것이 강조된다. 따라서, 성능의 200％ 증가는 바인더를 갖는 압축된 탄소 부품의 크기가 단지 1/2인 필터를 필요로 할 것이다.

디스크 드라이브에서, 성형된 탄소 부품은 보통 작은 바늘 구멍인 흡입 개구부와 미립자가 디스크 드라이브로 도입하는 것을 방지하기 위해 사용되는 PTFE 멤브레인 사이에 배치된다. 선행기술에서, 유입하는 공기는 그의 외부 표면에 노출되도록 탄소 부품 위 및 둘레로 유도된다. 본 발명에서, 관통 유동 능력의 탄소 부품이 제제화될 수 있어서, 유입하는 공기는 탄소 부품 둘레보다는 관통하여 유동할 것이다. 이는 디스크 드라이브를 환기시키기 위해 사용된 공기 중의 습기 및 바람직하지 않은 기체에 대한 탄소의 이용가능한 표면적을 증가시킨다. 예를 들어, 산 기체는 디스크 드라이브의 헤드를 부식시키고 고장을 일으킬 것이다. 너무 적거나 또한 임의의 과도한 습기는 또한 디스크 드라이브에 불리한 영향을 미칠 수 있다.

실시예 3

냉장: 냉장 음용수 및 얼음을 분배하는 가정용 냉장고에서는 수돗물의 맛, 냄새 및 색상을 개선하기 위해 활성탄 물 필터를 사용한다. 제조지점에서 장착될 때, 탄소 블록은 심층 여과의 결핍으로 인해 조기에 막힐 수 있으므로 필터는 과거에 전형적으로 루스 층 활성탄으로 이루어졌다. 수돗물로부터 크립토스포리듐 (Cryptosporidium)을 제거하는 것과 같은 증가된 여과에서는 원생동물 기생충을 물리적으로 차단할 탄소 블록 또는 그의 동등물을 필요로 한다. 문제는 필터가 막힘없이 최소 6개월 내지 1년 동안 기능해야 하는 점이다. 필터가 다른 용도로 사용되는 경우에는 유속의 점차적 손실이 필터가 막힌 것을 나타낸다. 냉장고에서는 상기한 예후가 이용가능하지 않다. 따라서, 물 공급 기구의 기한을 나타내는 필터의 조기 막힘의 위험 없이 장기간 동안 원생동물 기생충을 차단하는 필터를 갖는 것이 바람직할 것이다.

필터 매트릭스에서 내구성은 또한 필터가 파괴에 저항하는 것으로 해석된다. 상기한 하나의 용도는 필터가 냉장과 같은 보다 저온에서 사용되는 경우이다. 오늘날 대부분의 필터는 냉장고 캐비넷 내부에 소비자에 의한 교체 및 서비스의 용이함을 위해 눈 높이에서 장착된다. 이는 보다 시기적절하게 필터 교체를 권장하기 위해 이루어진다. 한가지 잠재적인 단점은 대부분의 고성능 필터, 예를 들어 탄소 블록은 매우 취약하고 깨지고 쉽다는 점이다. 정지하는 물이 약간 동결하거나 얼음으로 덮이기 쉬울 수 있는 극저온에서, 최소의 스트레스에도 필터가 깨질 수 있다. 그러나, 본 발명을 이용한 필터는 고체로 동결될 때 실제 유연하도록 제제화될 수 있다. 일반 냉장고 필터 용도에서, 바람직한 실시태양에서 필터는 그의 우수한 결합 능력 때문에 약 50 중량％의 PMX CF-1을 사용하여 제조되고, 나머지는 일반 수돗물에서 오염물질, 예를 들어 납 및 염소를 제거하기 위한 흡착제 및 화합물로 이루어진다. PMX CF-2와 조합하는 대신 PMX CF-1 물질을 단독으로 사용하면 추가로 뛰어난 심층 여과 및 최소의 압력 강하를 갖는 필터를 생성한다. 조기 막힘 문제는 제빙기 용도에 전형적인 매우 느린 유속에 의해 악화된다. 상기 느린 유속에서는 물 중의 미립자, 예를 들어 먼지 및 침전물이 쉽게 모이고 필터 매트릭스 내의 공극을 막을 것이다. 본 발명의 필터는 상기 기구를 위해 사용될 때 막힘 없이 동결 온도에 의해 영향을 받지 않으면서 고성능 수준으로 계속 여과할 것이므로 우수할 것이다. 여기서 물질의 이상적인 제제는 중량비로 50％의 PMX CF-1, 25％의 평균 입도 약 22 마이크로미터의 분말화 활성탄 및 25％의 50 내지 150 마이크로미터 범위의 과립화 활성탄일 것이다. 상기 방식은 필요한 경우 납 제거 물질을 포함하도록 변형될 수 있다. 상기한 경우에, 약 10％의 납 제거 물질, 예를 들어 엥겔하드의 ATS™을 수용하도록 활성탄은 비례적으로 40％로 감소된다. 생성되는 필터는 내구성이고, 뛰어난 심층 여과를 나타내고, 또한 일관된 성능을 제공하도록 충분한 여과 물질을 갖는다.

냉장 목적을 위한 필터의 물리적 특징은 상기한 바와 같지만, 저온 여과 용도에서 활성탄의 증가된 성능이 동등하게 중요한 개선점이다. 염소를 흡착하는 활성탄의 능력은 보다 고온에서 증가한다. 한 시험에서, 염소처리 수돗물을 블록 매트릭스 형태의 과립화 활성탄의 필터를 통해 통과시켰다. 수온을 70℉에서 110℉로 증가시켜 평가하였다. 온도가 증가함에 따라 성질상 기체인 염소는 점점 더 휘발성으로 되므로 보다 고온에서 뛰어난 개선이 달성되었다. 보다 저온에서는 반대 현상이 일어나고, 여기서 염소를 제거하는 활성탄의 능력은 온도가 하강함에 따라 감소된다. 냉장고 필터는 일차 목적이 매우 차가운 냉장고 문으로부터 분배되는 얼음 및 음용수로부터 염소 및 납의 제거이므로, 저하된 보다 저온에서 염소를 제거하는 필터의 능력이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시태양을 이용하여 제조된 필터는 보다 많은 이용가능한 탄소 표면적을 제공하고, 따라서 특히 활성탄의 이용가능한 표면적에 전적으로 의존하는 염소 제거에서 증가된 용적을 갖는다. 필터를 냉장고 캐비넷 내부에 장착하려는 경향이 계속되므로, 필터를 보다 작고 덜 침입적으로 만드는 것이 보다 더 강조될 것이다. 본 발명의 제제는 다른 필터의 총 질량의 단지 1/2인 필터를 사용하면서도 특히 염소 및 납의 제거에서 뛰어난 성능을 제공하는 것으로 나타났다. 상기 특징은 필터를 외부가 아니라 냉장고 캐비넷 내부에 장착하려는 경향에 따라 필터가 바람직하게는 가능한 한 작을 것임을 의도한다. 본 발명에 의해 필터가 보다 많은 특징 및 잇점을 가지면서 다른 필터의 입방 치수의 단지 1/2로 제제화될 수 있다. 냉장에서 유익한 것으로 밝혀진 다른 특징은 필터가 탄소 블록의 한계인 실린더 이외의 형태 또는 패널로 성형될 수 있는 능력이다. 여기서, 필터는 사용가능한 선반 공간 내로 돌출하지 않고 캐비넷 내의 보다 작은 사용가능한 공간 내에 맞을 수 있는 평평한 패널로 제조될 수 있다. 염소처리 수돗물은 패널을 통해 한 측면으로부터 다른 측면으로 유동하고, 패널의 두께가 필터 매트릭스로서 작용한다.

실시예 4

유기 증기 마스크: 유기 증기 마스크는 사용자가 공기로부터 유해한 화학 증기를 흡입하는 것을 막아준다. 선행기술에서는 산 기체 흡착을 향상시키도록 수산화칼륨 또는 요오드화칼륨으로 함침시킨 매우 거친 메쉬의 과립상 활성탄을 사용하는 것을 포함한다. 탄소는 마스크 내로 공기의 흡입을 위해 한 측면 상에 천공을 갖는 캐니스터 내로 치밀하게 압축된다. 공기가 활성탄의 거친 과립 위로 통과할 때 기체의 흡착이 일어난다. 본 발명에서, 다공성 부품은 외경 (OD) 면에서 캐니스터와 대략 동일한 크기로 성형된다. 부품은 닫힌 단부가 둥글도록 하는 반경을 갖는 약 6 mm의 동일한 두께의 연속 측벽 및 닫힌 단부를 갖는 얕은 실린더처럼 형성된다. 공기는 실린더 외부 닫힌 단부 및 측벽을 통해 얕은 코어로 방사상 방향으로 마스크 내로 유동한다. 부품의 제제화는 바람직한 실시태양에서 입자 분포가 75 내지 150 마이크로미터 범위인 과립상 활성탄 (60 중량％) 대 PMX CF-1 (40 중량％)을 사용하는 것을 포함한다. 부품은 입자 이동 및 공극 크기 감소를 피하기 위해 약간만 진동된다. 본 발명에서 루스 층 탄소를 보다 진보된 유기 증기 필터로 교체하는 능력은 부품의 성형 능력, 낮은 압력 강하 및 보다 큰 성능을 포함하는 특수한 특징에 의존한다. 상기 용도를 위한 과립상 탄소 층의 입자 분포가 500 내지 2000 마이크로미터 범위인 경우, 입자는 훨씬 더 미세하고 흡착을 위해 보다 큰 표면적을 제공한다.

실시예 5

공기 및 기체 여과: 압력 강하를 감소시키면서 여과 물질의 표면적을 보다 크게 하는 원리는 기체, 예를 들어 공기의 여과 성능을 향상시킨다. 선행기술의 방법은 거친 입자의 활성탄이 주어진 공간 내로 압축되는 평평한 패널의 생성을 포함하고; 별법으로, 공기 또는 기체용으로 설계된 일부 필터는 미세한 탄소 분말을 섬유상 물질에 결합시킨다. 공기 또는 기체는 섬유를 가로질러 유동하고 이렇게 하여 활성탄으로 제조되거나 활성탄을 포함하는 여과 물질에 노출된다. 본 발명에서, 평평한 패널은 길이, 폭 및 두께로 정의되는 기하학적 형태로 쉽게 성형될 수 있다. 패널은 자가 지지성이고 내부에 임의의 구조체를 함유할 필요가 없다. 관통 유동의 용이함은 거친 과립의 여과 물질, 예를 들어 과립상 활성탄 입자를 PMX CF-1과 함께 제공함으로써 달성된다.

기체 여과에서 또다른 용도는 담배 연기로부터 유독성 유기 오염물질의 제거이다. 고도 활성탄 입자는 PMX CF-1에 결합되고 타르 필터에 장착되는 필터 원반으로 형성될 수 있다. 연기가 탄소-중합체 매트릭스를 통해 통과할 때, 임의의 유독성 유기 증기가 탄소 입자의 표면에 즉시 흡수되어 보유된다.

실시예 6

물 필터: 물 필터에서 고성능에 대한 요구 증가는 음용수에서 발견되는 잔류 화학물, 금속 및 미생물의 계속적인 발견과 그에 따른 발표에 직접 관련된다. 물 중 오염물질은 4가지 군, 즉 (i) 현탁된 고체; (ii) 중금속; (iii) 유기계 화학물; 예를 들어 살충제 및 대부분의 화학물; 및 (iv) 미생물로 분류될 수 있다. 본 발명의 가공 방법 및 제제화를 이용하여 제조된 필터는 4가지 모든 종류의 오염물질의 제거에서 우수한 성능을 나타냈다.

물 필터는 뛰어난 밀도를 갖고 광범위한 중앙 공극 직경으로 이용가능하며 내구성이도록 제제화될 수 있다. 중앙 공극 직경은 가공되는 물질 및 필터 매트릭스를 생성하기 위해 사용된 중합체의 입자 분포 변화에 의해 조작될 수 있다. 가장 까다로운 오염물질, 예를 들어 VOC (휘발성 유기 화학물)를 제거하는 면에서 최고 성능의 필터를 생성하기 위해, 한 실시태양에서 빠른 유속의 필터가 다음과 같이 제제화될 수 있다. 이는 30 중량％의 PMX CF-1, 20 중량％의 PMX CF-2 및 50％의 20 마이크로미터 내지 45 마이크로미터 범위의 분말화 활성탄을 가질 수 있다. 중금속의 제거를 포함하기 위해서, 상기 방식은 약 7％ 내지 15％의 흡착제, 예를 들어 엥겔하드 미네랄의 ATS™ 제올라이트를 포함하도록 조정될 수 있다. 정확한 방식은 상세내용에 따라 결정될 것이다. 반대로, 필터가 압력 강하가 보다 작고 보다 개방되어야 하면, 방식은 분말화 활성탄 (PAC)을 50 마이크로미터 내지 150 마이크로미터 입자 분포 범위로 중간 정도로 거친 탄소의 블렌드를 사용하여 변형함으로써 조정될 수 있다. 첨가되는 정확한 양은 부품 기하구조 및 다른 인자, 예를 들어 목적하는 유속, 압력 강하 및 심층 여과 용적에 의존한다. 전형적인 물 필터 기하구조는 보통 양 단부가 열린 또는 한 단부만 열린 실린더이다. 실린더는 약 9.5 인치 길이 x 2.25 내지 3.0 인치 OD이고 내경 (ID)은 약 1 인치이다. 물은 방사상으로 OD로부터 ID로, 이어서 열린 단부 중 하나 밖으로 유동한다. 상기 종류의 전형적인 필터는 4 내지 6 리터/분으로 유동할 것이고, 염소, 살충제, MTBE (가솔린 첨가제), VOC, 린데인, 석면, 중금속, 예를 들어 납, 및 미생물, 예를 들어 크립토스포리듐을 제거하도록 제제화될 수 있다. 정확한 양은 필터에 대한 용적 및 성능 요건에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 기하구조 및 치수를 갖는 매우 큰 유동 필터는 15 중량％의 납 제거 흡착제를 요구할 수 있고, 여기서 성능은 6 LPM에서 >99％ 납 감소를 요구하는 한편, 4 LPM에서 단지 10％가 필요하다. 일부 경우에, 최소 NSF 53 프로토콜을 만족하기 위해, 단지 7％가 필요할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 절대 마이크로미터 여과가 아니라 비틀림을 통해 물 중의 오염물질을 제거하는 능력이다. 상기한 하나의 까다로운 오염물질은 이. 콜리 세균이다. 국제적으로, 대부분의 국가에서는 이. 콜리의 3 내지 4 로그 감소를 요구하고, 필터에 그러한 요구조건이 존재한다. 이는 본 발명에서 다음과 같은 2단계 공정으로 달성된다: 심지어 병원성 세균이 미로같은 필터 매트릭스 내부에 포획되도록 상기한 바와 같은 제제화에 따라 중앙 공극 직경이 감소된다. 병원성 세균은 물 필터 내부에서 콜로니를 형성할 것이므로, 포획된 미생물은 증식이 방지되어야 한다. 상기 증식은 바이오필름 (biofilm)으로 불리고, 이는 방지되어 야 한다. 제안된 화합물의 제조 및 배합 동안, 은 함침물 또는 은 이온 또는 은/아연 이온계 항균 분말이 먼저 CF-1 및 CF-2 중합체 내로 배합된다. 마이크로미터 직경 범위가 종종 0.2 마이크로미터 내지 5.0 마이크로미터인 미소한 항균 분말이 PMX 입자의 표면에 달라붙도록 2가지 화합물 사이에 일시적인 결합을 생성하는 정전기 인력이 존재한다. 다음 단계에서, 다른 물질이 배합된다. 가공하는 동안, 대다수의 미세한 항균 분말은 즉시 필터 구조체에 영구 결합을 형성하는 곳에 놓인다. 중량 기준의 필터 상의 전형적인 로딩은 1％ 내지 5％ 범위일 것이다. 물이 필터 매트릭스를 통해 통과할 때, 선택된 항균제의 특정 특징에 따라 상이한 은의 활성이 세균의 복제 능력을 실활시킨다. 24 내지 48시간 이내에, 세균은 자연사한다. 보통의 세균이 시간당 40회 복제하므로, 이 경우 복제가 일어나지 않고 따라서 바이오필름이 형성되지 않는다. 죽은 세균은 활성탄 분말에 의해 즉시 흡착되는 유기 물질로 분해된다. 냄새나 잔류물은 없다. 물로부터 병원성 세균을 제거하는 상기 공정은 세균을 제거하는 2가지 일반적인 방법인 살생물제, 예를 들어 요오드 또는 염소 또는 분말에 대한 전기, UV (자외선) 램프를 요구하지 않기 때문에 특유하다.

세균 제거 필터를 제조하는 본 발명의 방법의 이용은 매우 미세한 분말 (5 마이크로미터 미만)을 적절하게 취급하고 그들의 효능을 보유하는 능력에 의존한다. 그의 구조적 매트릭스가 압축된 탄소 입자 (즉, 탄소 블록)으로 형성되는 필터는 상기 미세한 분말을 효율적으로 유지할 수 없고, 이는 이들 미소한 입자의 상당한 부분이 탄소 자체의 균열에 머물러, 탄소가 첫번째 플러시 (flush)에서 필터에서 세척되어 그에 대해 영구 결합되어 있지 않기 때문이다.

유체, 특히 액체 내에 현탁된 입자의 여과는 본질적으로 여과에서 예비 단계이다. 전형적으로, 하류 필터가 미세한 침전물 입자에 의해 조기에 막히지 않도록 액체로부터 미립자를 물리적으로 제거하기 위해 예비-필터가 먼저 장착된다. PMX CF-1의 심층 여과 능력을 최대화하기 위해 의도된 웹형 매트릭스를 생성하기 위해, 상기 중합성 물질 및 플록 (flock)의 블렌드는 다량의 침전물을 포획하여 보유할 것이다. 플록은 잔여 실로 짜인 물질이 단지 수 마이크로미터 정도의 매우 짧은 길이로 절단되는 직물 제조의 부산물이다. 이들 짧은 실은 소결하는 동안 중합체에 쉽게 결합한 후 미립자를 포획하기 위한 그물로서 역할을 한다. 이는 물로부터 미립자 및 유기물, 예를 들어 염소를 예비여과하기 위해 거친 활성탄 입자와 조합될 수 있다.

물의 여과에서, 본 발명은 상기 실시예로 제한되는 것으로 간주되면 안되고, 대신 청구항에 설명된 바와 같이 다양한 필터 형상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 근소한 변형 및 동등한 기술은 필터 제조업의 숙련자에게 쉽게 명백해질 것이다.

상기 상세한 설명은 단지 발명의 원리의 설명으로 간주된다. 본 명세서와 하기 청구의 범위에서 사용되는 용어 "구성하다", "구성하는", "포함하다", "포함하는"은 하나 이상의 언급된 특징, 정수, 성분 또는 단계의 존재를 명시하도록 의도되지만, 이들은 하나 이상의 다른 특징, 정수, 성분, 단계 또는 이들의 군의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다. 더욱이, 당업계의 숙련인은 많은 변형 및 변화를 쉽게 유도할 것이므로, 본 발명을 상기 설명된 정확한 구조 및 공정으로 제한하려고 바라지는 않는다. 따라서, 모든 적합한 변형 및 동등물은 하기 청구의 범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위 내에 놓이도록 재분류될 수 있다.

Claims (48)

1. (i) 직경이 약 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이고 평균 직경은 약 30 마이크로미터 내지 40 마이크로미터이고, (ii) 불규칙한 회선상 (convoluted) 표면을 갖는 복수의 중합체 입자; 및 산 기체 흡착을 향상시키도록 요오드화칼륨으로 함침시킨 활성탄을 포함하는 필터를 포함하고, 여기서 상기 중합체 입자는 상기 활성탄과 약 20％ 이상의 중합체 입자 대 80％ 이하의 활성탄의 비율로 혼합되고, 상기 중합체 입자 및 상기 활성탄은 진동을 이용하여 치밀한 매트릭스로 형성되는 것인 여과 시스템.
2. (i) 직경이 약 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이고 평균 직경은 약 30 마이크로미터 내지 40 마이크로미터이고, (ii) 불규칙한 회선상 표면을 갖는 복수의 중합체 입자; 및 산 기체 흡착을 향상시키도록 수산화칼륨으로 함침시킨 활성탄을 포함하는 필터를 포함하고, 여기서 상기 중합체 입자는 상기 활성탄과 약 20％ 이상의 중합체 입자 대 80％ 이하의 활성탄의 비율로 혼합되고, 상기 중합체 입자 및 상기 활성탄은 진동을 이용하여 치밀한 매트릭스로 형성되는 것인 여과 시스템.
3. (I) (i) 직경이 약 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이고 평균 직경은 약 30 마이크로미터 내지 40 마이크로미터이고, (ii) 불규칙한 회선상 표면을 갖는 복수의 제1 중합체 입자;

   (II) (i) 평균 입자 분포 범위가 약 10 내지 160 마이크로미터이고 평균 입자 직경은 약 50 내지 70 마이크로미터이고; (ii) 구형 형태를 갖는 복수의 제2 중합체 입자; 및

   (III) 산 기체 흡착을 향상시키도록 요오드화칼륨으로 함침시킨 활성탄을 포함하는 필터를 포함하고,

   여기서 상기 제1 및 제2 중합체 입자는 진동을 이용하여 치밀한 매트릭스로 형성되고, 상기 중합체 입자는 상기 활성탄과 약 20％ 이상의 중합체 입자 대 80％ 이하의 활성탄의 비율로 혼합되는 것인 여과 시스템.
4. (I) (i) 직경이 약 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터이고 평균 직경은 약 30 마이크로미터 내지 40 마이크로미터이고, (ii) 불규칙한 회선상 표면을 갖는 복수의 제1 중합체 입자;

   (II) (i) 평균 입자 분포 범위가 약 10 내지 160 마이크로미터이고 평균 입자 직경은 약 50 내지 70 마이크로미터이고; (ii) 구형 형태를 갖는 복수의 제2 중합체 입자; 및

   (III) 산 기체 흡착을 향상시키도록 수산화칼륨으로 함침시킨 활성탄을 포함하는 필터를 포함하고,

   여기서 상기 제1 및 제2 중합체 입자는 진동을 이용하여 치밀한 매트릭스로 형성되고, 상기 중합체 입자는 상기 활성탄과 약 20％ 이상의 중합체 입자 대 80％ 이하의 활성탄의 비율로 혼합되는 것인 여과 시스템.
5. 회선상 구조를 갖고 평균 입도가 약 30 내지 약 40 마이크로미터인 복수의 제1 중합체 입자 약 10 중량％ 내지 약 90 중량％;

   전체적으로 구형 구조를 갖고 평균 입도가 약 30 내지 약 65 마이크로미터인 복수의 제2 중합체 입자 약 0 중량％ 내지 약 90 중량％; 및

   여과 물질 약 0.025 중량％ 내지 약 80 중량％를 포함하고,

   여기서, 제1 중합체 입자, 제2 중합체 입자 및 여과 물질은 구조적 매트릭스가 형성되도록 가공되는 것인 여과 매트릭스.
6. 회선상 구조를 갖고 입자 분포 범위가 약 10 내지 약 100 마이크로미터인 복수의 제1 중합체 입자 약 10 중량％ 내지 약 90 중량％;

   전체적으로 구형 구조를 갖고 입자 분포 범위가 약 10 내지 약 180 마이크로미터인 복수의 제2 중합체 입자 약 0 중량％ 내지 약 90 중량％; 및

   여과 물질 약 0.025 중량％ 내지 약 80 중량％를 포함하고,

   여기서, 제1 중합체 입자, 제2 중합체 입자 및 여과 물질은 구조적 매트릭스가 형성되도록 가공되는 것인 여과 매트릭스.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 복수의 제1 중합체 입자 중 하나 이상이 천공된 것인 여과 매트릭스.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 중합체 입자, 제2 중합체 입자 및 필터 물질이 배합되는 것인 여과 매트릭스.
9. 제8항에 있어서, 제1 중합체 입자, 제2 중합체 입자 및 필터 물질이 진동되는 것인 여과 매트릭스.
10. 제8항에 있어서, 제1 중합체 입자, 제2 중합체 입자 및 필터 물질이 소결되는 것인 여과 매트릭스.
11. 제8항에 있어서, 제1 중합체 입자, 제2 중합체 입자 및 필터 물질이 진동되고 소결되는 것인 여과 매트릭스.
12. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 중합체 입자가 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
13. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 중합체 입자가 분자량이 약 750,000 초과인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
14. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제2 중합체 입자가 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
15. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제2 중합체 입자가 분자량이 약 750,000 초과인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
16. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 제2 중합체 입자가 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
17. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 제2 중합체 입자가 분자량이 약 750,000 초과인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
18. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 중합체 입자가 분자량이 약 3,000,000인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
19. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제2 중합체 입자가 분자량이 약 3,000,000인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
20. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 제2 중합체 입자가 분자량이 약 3,000,000인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
21. 제5항 또는 제6항에 있어서, 여과 물질이 활성탄을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
22. 제5항 또는 제6항에 있어서, 여과 물질이 활성탄, 중금속 감소 매질, 비소 제거 매질, 항균 매질, 이온 교환 매질, 요오드화 수지, 섬유, 산 기체 흡착 매질 및 미립자 제거 매질을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 여과 매트릭스.
23. 제5항 또는 제6항에 있어서, 여과 물질이 평균 입도가 약 20 내지 약 180 마이크로미터인 활성탄을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
24. 제5항 또는 제6항에 있어서, 여과 물질이 약 90％의 실제 입자 분포가 1 마이크로미터 미만 내지 약 45 마이크로미터 범위인 활성탄을 포함하는 것인 여과 매트릭스.
25. 회선상 구조를 갖고 평균 입도가 약 30 내지 약 40 마이크로미터인 복수의 제1 중합체 입자를 제공하고;

    전체적으로 구형 구조를 갖고 평균 입도가 약 30 내지 약 65 마이크로미터인 복수의 제2 중합체 입자를 제공하고;

    여과 물질을 제공하고;

    약 10 중량％ 내지 약 90 중량％의 제1 중합체 입자, 약 0 중량％ 내지 약 90 중량％의 제2 중합체 입자 및 약 0.025 중량％ 내지 약 80 중량％의 여과 물질을 함께 배합하고;

    생성되는 블렌드를 구조적 매트릭스가 형성되도록 가공하는 단계를 포함하는, 여과 매트릭스의 제조 방법.
26. 회선상 구조를 갖고 입자 분포 범위가 약 10 내지 약 100 마이크로미터인 복수의 제1 중합체 입자를 제공하고;

    전체적으로 구형 구조를 갖고 입자 분포 범위가 약 10 내지 약 180 마이크로미터인 복수의 제2 중합체 입자를 제공하고;

    여과 물질을 제공하고;

    약 10 중량％ 내지 약 90 중량％의 제1 중합체 입자, 약 0 중량％ 내지 약 90 중량％의 제2 중합체 입자 및 약 0.025 중량％ 내지 약 80 중량％의 여과 물질을 함께 배합하고;

    생성되는 블렌드를 구조적 매트릭스가 형성되도록 가공하는 단계를 포함하는, 여과 매트릭스의 제조 방법.
27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 복수의 제1 중합체 입자 중 하나 이상이 천공되는 것인 방법.
28. 제27항에 있어서, 배합 단계 후, 생성되는 블렌드가 진동되는 단계를 추가로 포함하는 방법.
29. 제27항에 있어서, 배합 단계 후, 생성되는 블렌드가 소결되는 단계를 추가로 포함하는 방법.
30. 제27항에 있어서, 배합 단계 후, 생성되는 블렌드가 진동되고 소결되는 단계를 추가로 포함하는 방법.
31. 제27항에 있어서, 제1 중합체 입자가 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
32. 제27항에 있어서, 제1 중합체 입자가 분자량이 약 750,000 초과인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
33. 제27항에 있어서, 제2 중합체 입자가 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
34. 제27항에 있어서, 제2 중합체 입자가 분자량이 약 750,000 초과인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
35. 제27항에 있어서, 제2 중합체 입자가 분자량이 약 3,000,000인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
36. 제27항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 제2 중합체 입자가 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
37. 제27항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 제2 중합체 입자가 분자량이 약 750,000 초과인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
38. 제27항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 제2 중합체 입자가 분자량이 약 3,000,000인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
39. 제25항 또는 제26항에 있어서, 여과 물질이 활성탄을 포함하는 것인 방법.
40. 제25항 또는 제26항에 있어서, 여과 물질이 활성탄, 중금속 감소 매질, 비소 제거 매질, 항균 매질, 이온 교환 매질, 요오드화 수지, 섬유, 산 기체 흡착 매질 및 미립자 제거 매질을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 방법.
41. 제25항 또는 제26항에 있어서, 여과 물질이 평균 입도가 약 20 내지 약 180 마이크로미터인 활성탄을 포함하는 것인 방법.
42. 제25항 또는 제26항에 있어서, 여과 물질이 약 90％의 실제 입자 분포가 1 마이크로미터 미만 내지 약 45 마이크로미터 범위인 활성탄을 포함하는 것인 방법.
43. 제27항에 있어서, 제1 중합체 입자가 분자량이 약 3,000,000인 폴리에틸렌을 포함하는 것인 방법.
44. (i) 전형적인 입자 분포 범위가 약 90 마이크로미터이고 평균 입도는 약 30 마이크로미터 내지 40 마이크로미터이고; (ii) 불규칙한 회선상 표면을 갖는 복수의 제1 중합체 입자; 및 (a) 전형적인 입자 분포 범위가 약 170 마이크로미터이고 평균 입도는 약 55 마이크로미터 내지 65 마이크로미터이고; (b) 구형 형태를 갖는 복수의 제2 중합체 입자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 중합체 입자는 진동 및 소결을 이용하여 치밀화된 매트릭스로 형성되는 것인 다공성 플라스틱 필터.
45. (i) 전형적인 입자 분포 범위가 약 90 마이크로미터이고 평균 입도는 약 30 마이크로미터 내지 40 마이크로미터이고; (ii) 불규칙한 회선상 표면을 갖는 복수의 제1 중합체 입자; 및 활성탄을 적어도 포함하고, 여기서 필터의 활성탄 함량은 약 20 중량％ 내지 약 80 중량％이고 상기 중합체 입자 및 상기 활성탄은 진동 및 소결을 이용하여 치밀화된 매트릭스로 형성되는 것인 다공성 플라스틱 필터.
46. 제8항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 필터 물질이 진동되는 것인 여과 매트릭스.
47. 제8항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 필터 물질이 소결되는 것인 여과 매트릭스.
48. 제8항에 있어서, 제1 중합체 입자 및 필터 물질이 진동되고 소결되는 것인 여과 매트릭스.

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