KR20080060263A - 액체 여과용 여과 매체 - Google Patents

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Abstract

임의적 스크림 층(들)이 있는, 1000 나노미터 미만의 평균 직경을 갖는 나노섬유의 층을 1개 이상 포함하는, 액체 중의 미립자 물질을 여과하기 위한 여과 매체를 개시한다. 매체는 비교적 높은 수준의 고형도에서 0.055 L/분/cm2 이상의 흐름 속도를 달성한다. 또한, 매체는 유리하게는 차동 압력이 2 psi (14 kPa) 내지 15 psi (100 kPa)로 증가할 때 흐름 속도가 점감하지 않음을 발견하였다.
여과 매체, 고형도, 나노섬유, 차동 압력, 흐름 속도

Description

액체 여과용 여과 매체{FILTRATION MEDIA FOR LIQUID FILTRATION}
본 발명은 1개 이상의 나노섬유 층을 포함하는 여과 매체에 관한 것이다. 여과 매체는 액체로부터 오염물을 여과하기에 특히 적합하다.
일반적으로, 액체 여과 매체는 2가지 유형 중 하나로 분류된다. 하나의 유형은, 이에 제한되지는 않지만, 연속 섬유로부터 형성된 스펀본드, 멜트블로운 또는 스펀레이스 부직포 매체; 카딩된 스테이플 섬유로부터 형성된 수얽힘 부직포 매체; 및 상기 기술의 조합으로부터 제조된 매체를 포함한 섬유질 부직포 매체이다. 액체 여과용 부직포 매체는 1 ㎛를 초과하는 공극 크기를 갖는다. 또다른 유형의 액체 여과 매체는, 비지지된 채 사용되거나 지지체 층과 함께 사용될 수 있는 다공성 필름 막이다. 여과 막은 0.01 ㎛ 미만의 공극 크기를 갖고, 전형적으로 미세 여과 임무, 예컨대 액체로부터 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위의 미립자를 여과하는 정밀여과, 약 50 nm 내지 약 0.5 ㎛ 범위의 미립자를 여과하는 한외여과, 약 1 Å 내지 약 1 nm 범위의 물질을 여과하는 역삼투를 수행하는데 사용된다. 부직포 매체 및 막은 모두 정밀여과에 사용하기에 적합하다.
부직포 매체를 사용하여 1 ㎛ 미만의 공극 크기의 입자 체류를 달성하기 위해, 섬유질 물질의 층 수를 증가시켜 깊이가 증가된 부직포 매체를 제조하여 왔다. 이는 바람직하게는, 오염물 입자가 매체에 의한 포획을 피하기 위해선 통과해야할 결함 경로의 비틀림을 증가시키고, 매체의 오염물-보유 용량을 증가시킨다. 또한, 부직포 매체 중의 섬유질 층 수의 증가는 바람직스럽지 못하게, 사용시 매체를 가로지르는 차동 압력 또는 압력 강하를 증가시키는데, 이는 여과기 사용자의 수고를 증가시키고 여과기 수명이 단축됨을 의미한다. 다른 한편으로는, 막은 우수한 입자 체류, 압력 강하 및 플럭스의 조합을 제공할 수 있으나, 값이 비싼 경향이 있고, 압력 강하의 전체 범위에 걸쳐 우수한 오염물-보유 용량을 제공하지 못하여 막을 사용하는 여과기의 수명이 제한된다.
미국 특허 공개 제20040038014 A호에는, 미세 섬유의 단일 층 또는 다중 층을 포함하는, 공기 또는 액체로부터 오염물을 여과하기 위한 부직포 여과 매체가 개시되어 있다. 미세 섬유는, 그 사이에 높은 전압의 전기장이 유지되는 방출 소자와 그리드를 포함하는 장치를 사용하는 정전 방사 공정에 의해 형성된다. 용매 중의 중합체의 용액은, 용액의 점적이 전기장에 의해 그리드를 향해 가속되는 방출 소자로 전달되며, 이 때 용매는 증발되고, 중합체는 미세 섬유로 인장되고 방출 소자와 그리드 사이에 위치한 수집 기질 상에 건조 섬유로서 수집된다.
합성 중합체는, 멜트블로잉, 정전 방사 및 전기블로잉을 포함한 다양한 공정을 사용하여 매우 작은 (즉, 대략 수 마이크로미터 또는 1 ㎛ 미만의) 직경의 섬유의 웹으로 형성되어 왔다. 이러한 웹은 액체 차단 물질 및 여과기로서 유용하다. 종종 이들은, 최종 여과기 제품의 필요조건을 충족시키는 강도를 제공하는 더 강한 시트와 배합되어 복합물을 형성한다.
압력 강하 및 흐름 속도가 함께 향상되는, 액체로부터 오염물을 여과하기에 적합한 부직포 여과 매체를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 매체는 여과기 수명을 증가시킬 것으로 생각된다.
발명의 개요
제 1 실시양태에서, 본 발명은, 약 1 ㎛ 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 중합체 나노섬유의 나노섬유 층을 1개 이상 포함하고, 평균 흐름 공극 크기가 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛이고, 고형도가 약 15 부피% 내지 약 90 부피%이며, 10 psi (69 kPa)의 차동 압력에서 매체를 통한 물의 흐름 속도가 약 0.055 L/분/cm2를 초과하는 여과 매체에 관한 것이다.
본 발명의 제 2 실시양태는, 방사 노즐, 블로잉 기체 주입 노즐 및 수집기를 포함하는 방사 빔을 1개 이상 포함하는 방사 빔을 포함하고, 방사 빔과 수집기 사이에 높은 전압의 전기장이 유지되는 미세 섬유 방사 장치를 제공하는 단계; 방사 노즐에 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액을 공급하는 단계; 방사 노즐로부터 중합체 용액을 압축 배출시키고 상기 용액을 상기 기체 주입 노즐로부터 배출되는 블로잉 기체와 함께 블로잉시켜 나노섬유의 섬유질 웹을 형성하는 단계; 및 건조 중량 기준으로 측정한 기초 중량이 약 2 g/m2 내지 약 100 g/m2인 섬유질 웹을 단일 방사 빔 아래의 단일 통과로 이동 수집 장치 상에 수집하는 단계를 포함하는, 여과 매체의 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 약 1 ㎛ 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 중합 체 나노섬유의 나노섬유 층을 1개 이상 갖고, 평균 흐름 공극 크기가 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛이고, 고형도가 약 15 부피% 내지 약 90 부피%이며, 10 psi (69 kPa)의 차동 압력에서 매체를 통한 물의 흐름 속도가 약 0.055 L/분/cm2를 초과하는 여과 매체를 포함하는 여과기에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 실시양태는, 약 1 ㎛ 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 중합체 나노섬유의 나노섬유 층을 1개 이상 포함하고, 평균 흐름 공극 크기가 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛이고, 고형도가 약 15 부피% 내지 약 90 부피%이며, 10 psi (69 kPa)의 차동 압력에서 매체를 통한 물의 흐름 속도가 약 0.055 L/분/cm2를 초과하는 여과 매체에 미립자를 함유하는 액체를 통과시키는 것을 포함하는, 액체로부터 미립자를 제거하는 방법에 관한 것이다.
본 명세서에 혼입되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 현재 의도된 본 발명의 실시양태를 설명과 함께 예시하고, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명에 따른 여과 매체를 제조하기 위한 종래 기술의 나노섬유 웹 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 여과기 매체를 가로지르는 차동 압력에 대한 비(specific) 흐름 속도의 그래프이다.
본 발명은, 1개 이상의 나노섬유 층을 포함하고, 액체로부터 오염제 또는 오염물을 제거하기 위한 여과 매체, 여과 매체의 형성 방법, 및 액체로부터 미립자를 제거하는 방법에 관한 것이다.
용어 "나노섬유"는 수십 나노미터에서 수백 나노미터까지 다양한, 그러나 일반적으로 1 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 섬유를 지칭한다.
용어 "여과기 매체들" 또는 "여과기 매체"는 물질 내 또는 상에 미립자 물질이 동시적이고 적어도 임시적으로 침착되는, 미립자-담지 유체가 통과하는 물질 또는 물질의 집합을 지칭한다.
용어 "플럭스" 및 "흐름 속도"는 일정 부피의 유체가 소정 영역의 여과 매체를 통과하는 속도를 지칭하기 위해 교체가능하게 사용된다.
본 발명의 여과 매체는 중합체 나노섬유의 나노섬유 층을 1개 이상 포함한다. 나노섬유는 약 1 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 0.1 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 평균 섬유 직경을 갖는다. 여과 매체는 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛의 평균 흐름 공극 크기를 갖는다. 여과 매체는 약 15 부피% 이상, 심지어는 약 15 부피% 내지 약 90 부피%, 심지어는 약 30 부피% 내지 약 75 부피%의 고형도를 갖는다. 여과 매체는 매체를 통한 물의 흐름 속도가 10 psi (69 kPa)의 차동 압력에서 약 0.055 L/분/cm2를 초과한다. 여과 매체는 약 10 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 심지어는 약 30 ㎛ 내지 약 130 ㎛의 두께를 갖는다. 여과 매체는 약 2 g/m2 내지 약 100 g/m2, 심지어는 약 15 g/m2 내지 약 90 g/m2의 기초 중량을 갖는다.
여과 매체는 단지 나노섬유만으로 이루어질 수 있거나, 구조 지지를 위한 다공성 기질 (본원에서 "스크림"이라고도 지칭함)이 있는 나노섬유 층의 조합일 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 중합체로는 열가소성 중합체 및 열경화성 중합체가 포함된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 중합체로는, 이에 제한되지는 않지만, 폴리이미드, 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리술폰, 셀룰로스 아세테이트, 폴리에테르 술폰, 폴리우레탄, 폴리(우레아 우레탄), 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리프로필렌, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 부틸렌), 이들의 공중합체 또는 유도체, 및 이들의 조합이 포함된다.
여과 매체의 나노섬유 층(들)을 제조하기 위한 방법은, 본원에 참고로 혼입된 국제 공개 제WO2003/080905호 (미국 출원 제10/822,325호)에 개시되어 있다. 도 1은, 국제 공개 제WO2003/080905호에 기술된 전기블로잉 (또는 "일렉트로-블로운 방사")을 사용하여 본 발명의 공정을 수행하는데 유용한 전기블로잉 장치의 개략도이다. 종래 기술의 전기블로잉 방법은, 용매 중의 중합체의 용액을 혼합 챔버 (100)로부터 방사 빔 (102)을 통해 높은 전압이 인가되는 방사 노즐 (104)로 공급하고 (이때 압축 기체는 노즐을 떠나 나노섬유를 형성할 때 블로잉 기체 스트림 (106) 중의 중합체 용액을 향함), 접지된 수집기 (110) 상에서 진공 챔버 (114) 및 송풍기 (112)에 의해 생성되는 진공 하에 나노섬유를 웹으로 수집하는 것을 포함한다.
본 발명의 하나의 실시양태에서, 여과 매체는 공정을 통해 방사 빔과 수집기 사이에 위치하는 이동 수집 장치를 1회 통과시켜 제조한 단일 나노섬유 층을 포함한다. 상기 동일한 이동 수집 장치 상에서 동시에 가동되는 1개 이상의 방사 빔에 의해 섬유질 웹이 형성될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 하나의 실시양태에서, 건조 중량 기준으로, 즉 잔여 용매를 증발 또는 제거한 후 측정한 기초 중량이 약 2 g/m2 내지 약 100 g/m2, 심지어는 약 10 g/m2 내지 약 90 g/m2, 심지어는 약 20 g/m2 내지 약 70 g/m2인 단일 나노섬유 층은 이동 수집 장치를 1회 통과시켜 단일 방사 빔으로부터 나노섬유를 침착시킴으로써 제조한다.
이동 수집 장치는 바람직하게는 방사 빔 (102)과 수집기 (110) 사이의 전기장 내에 위치하는 이동 수집 벨트이다. 수집된 후 단일 나노섬유 층은 방사 빔 하류 쪽에 있는 권취 롤을 향하고 권취 롤 상에 감긴다.
본 발명의 하나의 실시양태에서, 생성된 나노섬유 층 및 다공성 기질의 복합물이 본 발명의 여과 매체로서 사용될 수 있도록 기질 상에 방사된 나노섬유 웹을 수집하고 합하기 위해 임의의 다양한 다공성 기질을 이동 수집 벨트 상에 배치할 수 있다. 다공성 기질의 예로는 스펀본드 부직포, 멜트블로운 부직포, 니들 펀칭 부직포, 스펀레이스 부직포, 습식 적층 부직포, 수지-결합 부직포, 직포 직물, 니트 직물, 천공 필름, 종이 및 이들의 조합이 포함된다.
유리하게는, 수집된 나노섬유 층(들)을 결합시킨다. 결합은, 이에 제한되지는 않지만, 평활한 가열 닙 롤간의 열적 캘린더링, 초음파 결합 및 통기 결합을 포함한 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다. 취급, 유용한 여과기로의 형성 및 여과기에서의 사용과 관련한 힘을 매체가 견딜 수 있도록, 결합은 매체의 강도 및 내압축성을 증가시키고, 사용되는 결합 방법에 따라 두께, 밀도, 및 공극의 크기 및 형상과 같은 물리적 성질을 조절한다. 예를 들면, 매체의 두께를 감소시키고 밀도 및 고형도는 증가시키며 공극의 크기를 감소시키기 위해 열적 캘린더링을 사용할 수 있다. 또한, 이로 인해 인가되는 소정의 차동 압력에서 매체를 통한 흐름 속도가 감소한다. 일반적으로, 초음파 결합은 열적 캘린더링보다 더 작은 영역의 매체를 결합시키기 때문에, 두께, 밀도 및 공극 크기에 더 적은 영향을 미친다. 통기 결합은 일반적으로 두께, 밀도 및 공극 크기에 최소한의 영향을 미치기 때문에, 이 결합 방법은, 높은 흐름 속도를 유지하는 것이 가장 중요한 적용에서 바람직할 수 있다.
열적 캘린더링을 사용할 경우, 나노섬유가 용융되고 더 이상 개별 섬유로서 그의 구조를 유지하지 못하는 정도로 물질이 과다 결합되지 않도록 주의하여야 한다. 극단적으로, 과다 결합은 필름이 형성될 정도로 나노섬유를 완전히 용융시킨다. 사용되는 닙 롤 중 1개 또는 둘 모두를 주위 온도 (예를 들어, 약 25 ℃) 내지 약 300 ℃, 심지어는 약 5O ℃ 내지 약 200 ℃의 온도로 가열한다. 나노섬유 층(들)을 약 0 lb/in 내지 약 1000 lb/in (178 kg/cm), 심지어는 약 50 lb/in (8.9 kg/cm) 내지 약 550 lb/in (98 kg/cm)의 압력에서 닙 롤 사이에서 압축시킨다. 나노섬유 층(들)을 유리하게는 약 10 ft/분 (3 m/분) 이상, 심지어는 약 30 ft/분 (9 m/분) 이상의 선 속도로 압축시킨다. 목적하는 고형도를 달성하기 위해, 캘린더링 조건 (예를 들어, 롤 온도, 닙 압력 및 선 속도)를 조절할 수 있다. 일반적으로, 승온 및/또는 승압 하에서 더 높은 온도, 압력 및/또는 체류 시간의 적용은 고형도를 증가시킨다. 어떤 경우에는, 수집한 나노섬유 층(들)을 약 65℃ 이하의 온도, 약 100 lb/in (17.8 kg/cm) 미만의 닙 압력, 약 30 ft/분 (9 m/분) 초과의 선 속도 또는 상기 조건들의 조합에서 온화하게 캘린더링하여 약 15 부피% 내지 약 30 부피%의 고형도를 갖는 여과기 매체를 생성하는 것이 바람직하다.
시험 방법
기초 중량은 본원에서 참고로 혼입된 ASTM D-3776에 의해 결정하고, g/m2으로 기록하였다.
고형도는 샘플의 기초 중량 (g/m2)을 중합체 밀도 (g/cm3) 및 샘플 두께 (마이크로미터)로 나누고 100을 곱하여 계산하였다 (즉, 고형도 = 기초 중량/(밀도 x 두께) x 100).
섬유 직경은 다음과 같이 결정하였다. 각각의 나노섬유 층 샘플의 10개의 5,000배 확대 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 찍었다. 명확하게 구별가능한 11개의 나노섬유의 직경을 각각의 SEM 이미지로부터 측정하고 기록하였다. 결함 (즉, 나노섬유 덩어리, 중합체 점적, 나노섬유 교차)이 포함되어 있지 않았다. 각 샘플의 평균 섬유 직경을 계산하였다.
두께는 본원에서 참고로 혼입된 ASTM D-1777-64에 의해 결정하고, 마이크로미터로 기록하였다.
최소 공극 크기는, 모세관 흐름 기공측정기 (모델 번호 CFP-34RTF8A-3-6-L4, 포러스 머티리얼스 사(Porous Materials, Inc., PMI) (미국 뉴욕주 이타카 소재))를 사용하는 ASTM 지정 F 316의 자동화 기포점 방법을 사용함으로써 공극 크기 직경이 0.05 ㎛ 내지 300 ㎛인 막의 공극 크기 특성을 대략적으로 측정하는 ASTM 지정 E 1294-89 ("Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter")에 따라 측정하였다. 상이한 크기 (직경 8, 20 또는 30 mm)의 개별 샘플을 표면 장력이 낮은 유체 (표면 장력이 16 dyne/cm인 "갈윅(Galwick)" 또는 1,1,2,3,3,3-헥사플루오로프로펜)로 습윤시켰다. 각각의 샘플을 홀더에 두고, 공기의 차동 압력을 인가하여 샘플로부터 유체를 제거하였다. 최소 공극 크기는, 샘플 시트에 압축 압력이 인가된 후 개방되는 최후 공극이고, 판매사로부터 공급되는 소프트웨어를 사용하여 계산하였다.
평균 흐름 공극 크기는 ASTM 지정 E 1294-89 ("Standard Test Method for Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using Automated Liquid Porosimeter")에 따라 측정하였다. 또한, 상이한 크기 (직경 8, 20 또는 30 mm)의 개별 샘플을 상기 기술된 표면 장력이 낮은 유체로 습윤시키고, 홀더에 두고, 공기의 차동 압력을 인가하여 샘플로부터 유체를 제거하였다. 공급된 소프트웨어를 사 용하여 평균 흐름 공극 크기를 계산하기 위해, 습윤 흐름이 건조 흐름 (습윤성 용매가 없는 흐름)의 반이 되는 차동 압력을 사용하였다.
기포점은 ASTM 지정 F316 ("Standard Test Methods for Pore Size Characteristics of Membrane Filters by Bubble Point and Mean Flow Pore Test")에 따라 측정하였다. 개별 샘플 (직경 8, 20 또는 30 mm)을 상기 기술된 표면 장력이 낮은 유체로 습윤시켰다. 샘플을 홀더에 둔 후, 차동 압력 (공기)을 인가하여 샘플로부터 유체를 제거하였다. 기포점은 샘플 시트에 압축 공기 압력이 인가된 후의 최초 개방 공극이고, 판매사 공급 소프트웨어를 사용하여 계산하였다.
흐름 속도 (플럭스라고도 지칭함)는, 유체가 소정 영역의 샘플을 통과하는 속도이고, 탈이온수를 8 mm의 직경을 갖는 여과기 매체 샘플에 통과시킴으로써 측정하였다. 유압 (수압) 또는 공압 (물 위의 공기 압력)을 사용하여 샘플을 통해 물에 힘을 가했다. 시험에는 자기 부유물을 함유하는 유체 충전 칼럼이 사용되었고, 칼럼에 부착된 센서는 자기 부유물의 위치를 판독하고, 디지털 정보를 컴퓨터에 제공하였다. 흐름 속도는, PMI에 의해 공급되는 데이타 분석 소프트웨어를 사용하여 계산하였다.
실시예
이후 하기 실시예에서 본 발명을 보다 상세히 기술할 것이다. PCT 공개 제WO 2003/080905호에 개시된 바와 같은, 본원의 도 1에 예시된 본 발명의 나노섬유 웹을 형성하기 위한 일렉트로-블로운 방사 또는 전기블로잉 방법 및 장치를 사용하여 하기 실시예의 나노섬유 층 및 웹을 제조하였다.
99% 순도의 포름산 (케미라 오이지(Kemira Oyj)(핀란드 헬싱키 소재)로부터 입수가능함) 중의 24 중량%의 나일론 6,6 중합체 (밀도: 1.14 g/cc) (이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니(E.I.du Pont de Nemours and Company) (미국 델라웨어주 윌밍톤 소재)로부터 입수가능함)의 용액을 전기블로잉시킴으로써 나노섬유 층을 제조하였다. 중합체 및 용매를 용액 믹스 탱크로 공급하고, 용액을 저장고로 옮기고 계량하여 기어 펌프를 통해 일련의 방사 노즐 및 기체 주입 노즐을 갖는 전기블로잉 방사 팩으로 보냈다. 방사 팩은 약 13 ℃ 내지 약 26 ℃의 온도에서 약 9 bar 내지 약 13 bar의 방사 노즐 내 용액의 압력으로 유지하였다. 방사구를 전기적으로 절연시키고, 65 kV의 전압을 인가하였다. 온도가 약 34 ℃ 내지 약 79 ℃인 압축 공기를 약 4.7 m3/분 내지 약 6 m3/분의 속도 및 240 mm H2O 내지 약 410 mm H2O의 압력으로 방사 팩으로부터 기체 주입 노즐을 통해 주입하였다. 섬유는 대기압, 약 50% 내지 약 72%의 상대 습도 및 약 13 ℃ 내지 약 24 ℃의 온도에서 방사 노즐에서 공기로 나왔다. 약 2.0 m/분 내지 약 15 m/분의 속도로 이동하는 다공성 벨트 상으로 팩의 출구 아래 약 300 mm 내지 약 360 mm에 섬유를 적층시켰다. 다공성 벨트 아래의 진공 챔버는 섬유의 적층에 조력하였다.
실시예 1
나노섬유 층을 제조하였다. 방사팩은 21 ℃의 온도에 있었고, 방사 노즐 내 용액의 압력은 10 bar (1000 kPa)이었다. 온도가 70 ℃인 압축 공기를, 5 m3/분의 속도 및 400 mm H2O의 압력으로 방사 팩으로부터 기체 주입 노즐을 통해 주입하였다. 15 m/분으로 이동하는 다공성 수집기 벨트 상으로 팩의 출구 아래 330 mm에 섬유를 적층시켰다. 방사 팩 아래의 이동 벨트를 5회 통과시켜 이동 수집 벨트 상에 섬유를 직접 침착시킴으로써 스크림 없이 나노섬유 층 샘플을 제조하였다. 각각의 나노섬유 층의 목표 기초 중량은 약 5 g/m2이었다. 나노섬유 층 샘플을 표 1에 나타낸 조건에 따라 결합시켰다.
실시예 2 내지 4
방사 팩이 26 ℃의 온도에 있고 방사 노즐 내 용액의 압력이 12 bar (1200 kPa)이며 압축 공기를 54 ℃의 온도에서 5.7 m3/분의 속도 및 320 mm H2O의 압력으로 공급하는 것을 제외하고는, 실질적으로 실시예 1에 기재된 바와 같이 나노섬유 층을 제조하였다. 7.4 m/분으로 이동하는 다공성 수집기 벨트 상으로 팩의 출구 아래 330 mm에 섬유를 적층시켰다. 방사 팩 아래의 이동 벨트를 4회 통과시켜 이동 수집 벨트 상에 섬유를 직접 침착시킴으로써 스크림 없이 나노섬유 층 샘플을 제조하였다. 각각의 나노섬유 층의 목표 기초 중량은 약 10 g/m2이었다. 나노섬유 층 샘플을 표 1에 나타낸 조건에 따라 결합시켰다.
실시예 5 내지 7
방사 팩이 20 ℃의 온도에 있고 방사 노즐 내 용액의 압력이 12 bar (1200 kPa)이며 압축 공기를 35 ℃의 온도에서 5 m3/분의 속도 및 280 mm H2O의 압력으로 공급하는 것을 제외하고는, 실질적으로 실시예 1에 기재된 바와 같이 나노섬유 층을 제조하였다. 11.3 m/분으로 이동하는 다공성 수집기 벨트 상으로 팩의 출구 아래 300 mm에 섬유를 적층시켰다. 방사 팩 아래의 이동 벨트를 5회 통과시켜 이동 수집 벨트 상에 섬유를 직접 침착시킴으로써 스크림 없이 나노섬유 층 샘플을 제조하였다. 각각의 나노섬유 층의 목표 기초 중량은 약 5 g/m2이었다. 나노섬유 층 샘플을 표 1에 나타낸 조건에 따라 결합시켰다.
실시예 8
방사 팩이 24 ℃의 온도에 있고 방사 노즐 내 용액의 압력이 11 bar (1100 kPa)이며 압축 공기를 59 ℃의 온도에서 5.5 m3/분의 속도 및 330 mm H2O의 압력으로 공급하는 것을 제외하고는, 실질적으로 실시예 1에 기재된 바와 같이 나노섬유 층을 제조하였다. 14.7 m/분으로 이동하는 다공성 수집기 벨트 상으로 팩의 출구 아래 330 mm에 섬유를 적층시켰다. 방사 팩 아래의 이동 벨트를 13회 통과시켜 이동 수집 벨트 상에 섬유를 직접 침착시킴으로써 스크림 없이 나노섬유 층 샘플을 제조하였다. 각각의 나노섬유 층의 목표 기초 중량은 약 5 g/m2이었다. 나노섬유 층 샘플을 표 1에 나타낸 조건에 따라 결합시켰다.
<표 1>
Figure 112008030760367-PCT00001
각각의 실시예에서, 단일 나노섬유 층은 통상적인 방식에 의해 1개를 초과하는 나노섬유 층으로 끊어질 수 없었다.
30 부피%를 초과하는 고형도 수준에 대해 액체 흐름 속도가 놀랍게 높음을 발견하였다. 실시예 4 및 8의 차동 압력에 대한 2 psi (14 kPa) 내지 15 psi (100 kPa)의 인가 차동 압력에서의 비 흐름 속도를 플롯팅하였다. 도 2의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 매체를 통한 흐름 속도의 변화 대 매체를 가로지르는 대응하는 차동 압력의 변화의 비율은 상기 차동 압력 범위 전체에 걸쳐 양이다. 즉, 차동 압력이 상기 범위 내에서 증가할 경우 흐름 속도 또한 증가한다. 이는 본 발명의 매체의 이점인데, 이는 본 발명의 매체를 포함한 여과기를 통한 흐름 및 이에 따른 여과기 수명이 상기 범위 내에서 압력 강하에 의해 제한되지 않기 때문이다.
본 발명의 여과기 매체는, 바람직하지 않은 압력 강하에 도달하기 전에 높은 질량의 미립자를 체류시키기 위해 필요한 로프트를 제공할 수 있다고 생각된다. 여과기 매체는 공지된 막과 비교해서 미립자의 소정의 보류에서 더 높은 흐름 속도 및/또는 더 낮은 압력 강하를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 매체는 식료품 및 음료, 제약, 생명공학, 마이크로전자공학, 화학적 가공, 수 처리 및 기타 액체 처리 산업에 유용하다.

Claims (13)

  1. 약 1 ㎛ 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 중합체 나노섬유의 나노섬유 층을 1개 이상 포함하고, 평균 흐름 공극 크기가 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛이고, 고형도가 약 15 부피% 내지 약 90 부피%이며, 10 psi (69 kPa)의 차동 압력에서 매체를 통한 물의 흐름 속도가 약 0.055 L/분/cm2를 초과하는 여과 매체.
  2. 제1항에 있어서, 고형도가 약 30 부피% 내지 약 70 부피%인 여과 매체.
  3. 제1항에 있어서, 약 10 ㎛ 내지 약 600 ㎛의 두께를 갖는 여과 매체.
  4. 제1항에 있어서, 약 2 g/m2 내지 약 100 g/m2의 기초 중량을 갖는 여과 매체.
  5. 제1항에 있어서, 매체를 통한 흐름 속도의 변화 대 매체를 가로지르는 대응하는 차동 압력의 변화의 비율이 2 psi (14 kPa) 내지 15 psi (100 kPa) 범위의 차동 압력에서 양인 것인 여과 매체.
  6. 제1항에 있어서, 지지 스크림 층을 더 포함하는 여과 매체.
  7. 제6항에 있어서, 지지 스크림 층이 스펀본드 부직포, 멜트블로운 부직포, 니들 펀칭 부직포, 스펀레이스 부직포, 습식 적층 부직포, 수지-결합 부직포, 직포 직물, 니트 직물, 천공 필름, 종이 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 여과 매체.
  8. 제1항에 있어서, 나노섬유가 약 0.10 ㎛ 내지 약 1 ㎛의 평균 섬유 직경을 갖는 것인 여과 매체.
  9. 제1항에 있어서, 중합체 나노섬유가 폴리이미드, 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리술폰, 셀룰로스 아세테이트, 폴리에테르 술폰, 폴리우레탄, 폴리(우레아 우레탄), 폴리벤즈이미다졸, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리프로필렌, 폴리아닐린, 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 부틸렌) 및 이들의 공중합체 또는 유도체 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 중합체를 포함하는 것인 여과 매체.
  10. 방사 노즐, 블로잉 기체 주입 노즐 및 수집기를 포함하는 방사 빔을 1개 이상 포함하는 방사 빔을 포함하고, 방사 빔과 수집기 사이에 높은 전압의 전기장이 유지되는 미세 섬유 방사 장치를 제공하는 단계;
    방사 노즐에 중합체 및 용매를 포함하는 중합체 용액을 공급하는 단계;
    방사 노즐로부터 중합체 용액을 압축 배출시키고 상기 용액을 상기 기체 주입 노즐로부터 배출되는 블로잉 기체와 함께 블로잉시켜 나노섬유의 섬유질 웹을 형성하는 단계; 및
    건조 중량 기준으로 측정한 기초 중량이 약 2 g/m2 내지 약 100 g/m2인 섬유질 웹을 단일 방사 빔 아래의 단일 통과로 이동 수집 장치 상에 수집하는 단계
    를 포함하는, 여과 매체의 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 섬유질 웹을 평활한 닙 롤 사이에서 약 25 ℃ 내지 약 300 ℃의 온도 및 약 0 lb/in 내지 약 1000 lb/in (178 kg/cm)의 압력에서 캘린더링하는 것을 더 포함하는 방법.
  12. 약 1 ㎛ 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 중합체 나노섬유의 나노섬유 층을 1개 이상 갖고, 평균 흐름 공극 크기가 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛이고, 고형도가 약 15 부피% 내지 약 90 부피%이며, 10 psi (69 kPa)의 차동 압력에서 매체를 통한 물의 흐름 속도가 약 0.055 L/분/cm2를 초과하는 여과 매체를 포함하는 여과기.
  13. 약 1 ㎛ 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 중합체 나노섬유의 나노섬유 층을 1 개 이상 포함하고, 평균 흐름 공극 크기가 약 0.5 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛이고, 고형도가 약 15 부피% 내지 약 90 부피%이며, 10 psi (69 kPa)의 차동 압력에서 매체를 통한 물의 흐름 속도가 약 0.055 L/분/cm2를 초과하는 여과 매체에 미립자를 함유하는 액체를 통과시키는 것을 포함하는, 액체로부터 미립자를 제거하는 방법.
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