KR20100059839A - Liquid filtration systems - Google Patents

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KR20100059839A
KR20100059839A KR1020107004840A KR20107004840A KR20100059839A KR 20100059839 A KR20100059839 A KR 20100059839A KR 1020107004840 A KR1020107004840 A KR 1020107004840A KR 20107004840 A KR20107004840 A KR 20107004840A KR 20100059839 A KR20100059839 A KR 20100059839A
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브래들리 엠 이튼
윌리암 제이 페일 Iii
토렌스 비 스탈
툰드 와이 와트
마크 더블유 스킴멜
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

Provided are filter elements and methods of making and using the same where the filter elements are suitable for liquid filtration and contain a particle-loaded meltblown fiber web. A filter element comprises: a porous article comprising a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles enmeshed in the web, the article comprising a first surface and a second surface; a liquid-impermeable housing surrounding the porous article; an inlet in fluid communication with the first surface; and an outlet in fluid communication with the second surface. A plurality of layers of the web of self-supporting nonwoven polymeric fibers may be used to the porous article. Spiral-wound webs, web-covered blocks, and stacked disks of webs are also provided.

Description

액체 여과 시스템{LIQUID FILTRATION SYSTEMS}LIQUID FILTRATION SYSTEMS

본 발명은, 예를 들어 수착제(sorbent) 성분을 함유한 중합체 섬유질 웨브를 포함하는 필터 매체와 액체 여과 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to filter media and liquid filtration systems comprising, for example, polymeric fibrous webs containing sorbent components.

가정용 물 여과를 위한 것과 같은 많은 유형의 유체 여과 시스템이 구매가능하다. 전통적으로, 물로부터 금속 및/또는 유기 물질을 제거하는 데 성긴 탄소 입자 층이 사용되었다. 열과 압력의 조건 하에서 함께 소결되었고 물 필터 기술에 유용한 폴리에틸렌과 같은 중합체 결합제 및 흡착성 활성탄과 같은 수착제 재료의 조합으로 복합 블록이 제조될 수 있다. 예를 들어 탄소 블록 기술은 입자 탈락(shedding) 없이 또는 너무 많은 공간을 차지함이 없이 성긴 탄소 입자 층에 상당하는 기능을 제공한다. 탄소 블록 기술로, 활성탄과 같은 수착제 재료의 양을 증가시킨 결과로서 블록을 가로지른 압력 강하가 증가될 수 있다. 또한, 열과 압력에의 탄소 블록의 노출은 블록에 사용가능한 재료의 유형을 제한할 수 있다. 예를 들어, 탄소 블록 기술에는 일반적으로, 이온 교환 수지와 같은 열적 열화(thermal degradation)에 민감한 재료의 사용이 배제된다.Many types of fluid filtration systems are commercially available, such as for household water filtration. Traditionally, coarse layers of carbon particles have been used to remove metals and / or organics from water. Composite blocks can be made from a combination of sorbent materials such as adsorbent activated carbon and polymer binders such as polyethylene that are sintered together under conditions of heat and pressure and are useful in water filter technology. Carbon block technology, for example, provides a function equivalent to coarse carbon particle layers without particle shedding or taking up too much space. With carbon block technology, the pressure drop across the block can be increased as a result of increasing the amount of sorbent material such as activated carbon. In addition, exposure of the carbon block to heat and pressure may limit the type of material available for the block. For example, carbon block technology generally excludes the use of materials that are sensitive to thermal degradation, such as ion exchange resins.

가정에서 사용하기 위한 콤팩트한 물 여과 시스템을 제공할 지속적인 필요성이 존재한다. 시스템을 가로지른 압력 강하를 증가시키지 않고서 많은 로딩량(loading)의 활성 물질을 구비한 시스템을 제공할 필요성도 또한 존재한다. 처리 중 필터 매체의 열화를 최소화시키는 것이 또한 바람직할 것이다. 더욱이, 개선된 사용 수명을 갖는 시스템을 제공할 지속적인 필요성이 존재한다.There is a continuing need to provide compact water filtration systems for home use. There is also a need to provide a system with a high loading of active material without increasing the pressure drop across the system. It would also be desirable to minimize degradation of the filter media during processing. Moreover, there is a continuing need to provide a system with an improved service life.

액체 여과에 적합하고 입자 로딩된(particle-loaded) 멜트블로운 섬유 웨브를 함유하는 필터 요소와 이를 제조 및 사용하는 방법이 제공된다.Filter elements suitable for liquid filtration and containing particle-loaded meltblown fibrous webs and methods of making and using the same are provided.

일 태양에서, 자립형(self-supporting) 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된(enmeshed) 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소가 제공된다.In one aspect, a porous article comprising a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles enmeshed within the web and comprising a first surface and a second surface; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A filter element is provided that includes an outlet in fluid communication with the second surface.

다른 태양은, 유체 공급원과 필터 요소를 포함하고, 필터 요소는 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 유체 여과 시스템을 포함한다.Another aspect includes a porous article comprising a fluid source and a filter element, the filter element comprising a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web and comprising a first surface and a second surface; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; And a fluid filtration system comprising an outlet in fluid communication with the second surface.

다른 태양에서, 블록의 10 내지 90 중량% 범위의 양의 활성 매체 및 10 내지 90 중량% 범위의 양의 결합제를 포함하는 블록 복합물과; 탄소 블록 복합물을 둘러싸는 웨브를 포함하고, 웨브는 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유와, 웨브의 50 내지 97 중량% 범위의 양으로 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 필터 요소가 제공된다.In another aspect, a block composite comprising an active medium in an amount ranging from 10 to 90% by weight of the block and a binder in an amount ranging from 10 to 90% by weight; A web is provided that includes a web surrounding the carbon block composite, the web comprising a self-supporting nonwoven polypropylene fiber and a plurality of sorbent particles trapped within the web in an amount in the range of 50 to 97% by weight of the web.

다른 태양에서, 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유 및 섬유 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 서로 부착되는 복수의 디스크를 포함하는 필터 요소가 제공된다.In another aspect, a filter element is provided that includes a plurality of disks attached to each other comprising self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the fibers.

다른 태양은 유체 여과 방법을 포함한다. 본 방법은, 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소를 유체와 접촉시키는 단계를 포함한다.Another aspect includes a fluid filtration method. The method includes a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a porous article comprising a first sorbent particle and a plurality of sorbent particles trapped within the web; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; Contacting the fluid with a filter element comprising an outlet in fluid communication with the second surface.

추가 태양에서, 용융된 중합체를 복수의 오리피스를 통해 유동시켜 필라멘트를 형성하는 단계와; 필라멘트를 섬유로 가늘게 하는 단계와; 필라멘트 또는 섬유 사이로 수착제 입자의 스트림을 지향시키는 단계와; 섬유와 수착제 입자를 부직포 웨브로서 포집하여 다공성 용품을 형성하는 단계와; 다공성 용품을 액체 불투과성 하우징 내에 위치시키는 단계를 포함하는 필터 요소 형성 방법이 제공된다.In a further aspect, flowing the molten polymer through a plurality of orifices to form a filament; Thinning the filaments into fibers; Directing a stream of sorbent particles between the filaments or fibers; Collecting the fibers and sorbent particles as a nonwoven web to form a porous article; A method of forming a filter element is provided that includes positioning a porous article in a liquid impermeable housing.

또한, 입자 로딩된 멜트블로운 섬유 웨브 구조물을 사용하는 직접-형성된(directly-formed) 여과 용품과 유체 정수를 위해 이를 제조 및 사용하는 방법이 제공된다.Also provided are methods for making and using directly-formed filtration articles using particle loaded meltblown fiber web structures and for fluid purification.

일 태양에서, 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 복수의 다공성 층과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소가 제공된다.In one aspect, a plurality of porous layers comprising a web of self-supporting nonwoven polymer fibers and a plurality of sorbent particles captured within the web to form a porous article; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A filter element is provided that includes an outlet in fluid communication with the second surface.

다른 태양은, 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유의 제1 웨브 및 제1 웨브 내에 포획된 복수의 탄소 입자를 포함하는 제1 복수의 다공성 층과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소를 제공한다.Another aspect includes a first plurality of porous layers wound to form a porous article and comprising a first web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of carbon particles trapped within the first web; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A filter element is provided that includes an outlet in fluid communication with the second surface.

추가 태양은, 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 복수의 다공성 층과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소를 유체와 접촉시키는 단계를 포함하는 유체 여과 방법을 제공한다.Further aspects include a plurality of porous layers wound to form a porous article and comprising a web of freestanding nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A method of fluid filtration comprising contacting a fluid with a filter element comprising an outlet in fluid communication with a second surface.

다른 태양에서, 용융된 중합체를 복수의 오리피스를 통해 유동시켜 필라멘트를 형성하는 단계와; 필라멘트를 섬유로 가늘게 하는 단계와; 필라멘트 또는 섬유 사이로 수착제 입자의 스트림을 지향시키는 단계와; 섬유와 수착제 입자를 부직포 웨브로서 스핀들 상에 포집하여 다공성 용품을 형성하는 단계와; 다공성 용품을 액체 불투과성 하우징 내에 위치시키는 단계를 포함하는 필터 요소 형성 방법이 있다.In another aspect, flowing the molten polymer through a plurality of orifices to form a filament; Thinning the filaments into fibers; Directing a stream of sorbent particles between the filaments or fibers; Collecting the fibers and sorbent particles on the spindle as a nonwoven web to form a porous article; There is a method of forming a filter element comprising positioning a porous article in a liquid impermeable housing.

<도 1>
도 1은 다공성 용품의 개략적인 단면도.
<도 2>
도 2는 하우징 내에 위치된 다공성 용품의 단면도.
<도 3>
도 3은 하우징의 개략도.
<도 4>
도 4는 하우징 내에 위치된 나선형의 권취된 다공성 용품의 단면도.
<도 5>
도 5는 하우징 내에 위치된 적층된 디스크 필터의 단면도.
<도 6>
도 6은 직접-형성된 입자 로딩된 다공성 용품을 제조하기 위한 예시적인 구성요소의 개략도.
<도 7>
도 7은 다공성 용품의 개략도.
<도 8>
도 8은 다공성 용품의 단면도.
<도 9>
도 9는 다공성 용품의 단면도.
본 발명의 몇몇 예시적인 실시 형태들을 설명하기 전에, 본 발명은 하기의 설명에 언급된 구성 또는 공정 단계의 세부 사항에 한정되지 않는 것으로 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시 형태들로 가능하며 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다.
<Figure 1>
1 is a schematic cross-sectional view of a porous article.
<FIG. 2>
2 is a cross-sectional view of a porous article positioned within a housing.
3,
3 is a schematic view of the housing;
<Figure 4>
4 is a cross sectional view of a spiral wound porous article positioned within a housing;
<Figure 5>
5 is a cross-sectional view of the stacked disk filter located in the housing.
6,
6 is a schematic of an exemplary component for making a directly-formed particle loaded porous article.
<Figure 7>
7 is a schematic representation of a porous article.
<Figure 8>
8 is a cross-sectional view of a porous article.
<Figure 9>
9 is a cross-sectional view of the porous article.
Before describing some exemplary embodiments of the invention, it is to be understood that the invention is not limited to the details of construction or process steps set forth in the following description. The invention is capable of other embodiments and of being practiced or carried out in various ways.

액체 처리 유닛을 형성하기 위해 베이스와 함께 입자 로딩된 멜트블로운(또는 블로운 미세섬유 - BMF) 웨브를 사용하는 액체 정화용 여과 용품이 제공된다. 이들 입자 로딩된 BMF 웨브는 수착제 재료를 입자, 미립자 및/또는 응집체(agglomerate) 또는 이의 블렌드의 형태로, 중합체 멜트블로운 섬유를 가늘게 하고 이들 섬유를 포집기로 운반하는 기류(airstream)에 첨가함으로써 형성된다. 입자는 섬유가 혼합 기류 내의 입자와 접촉하여 웨브를 형성하도록 포집됨에 따라 멜트블로운 섬유질 매트릭스 내에 포획된다. 많은 로딩량의 (예를 들어 최대 약 97 중량%의) 입자가 가능하다. 수착제 재료는 흡수제 및 흡착제 재료와 표면 활성을 갖는 재료와 같은 유체의 물리적 또는 화학적 특성을 변화시키는 여러 유형의 재료를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 수착제의 예는 입상의 그리고 분말의 활성탄; 이온 교환 수지; 엔겔하트(Engelhard)의 ATS와 같은 금속 이온 교환 제올라이트 수착제; 셀렉토 사이언티픽(Selecto Scientific)의 알루실(Alusil)과 같은 활성 알루미나; 항미생물 화합물, 예를 들어 은, 아연 및 할로겐계 물질; 산성 가스 흡착제; 비소 환원 물질(arsenic reduction material); 요오드화 수지; 및 규조토를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.A filtration article for liquid clarification is provided that uses a meltblown (or blown microfiber-BMF) web loaded with particles to form a liquid processing unit. These particle loaded BMF webs are provided by adding a sorbent material in the form of particles, particulates and / or agglomerates or blends thereof to an airstream that thins the polymer meltblown fibers and delivers them to the collector. Is formed. The particles are trapped in the meltblown fibrous matrix as the fibers are collected to contact the particles in the mixed airflow to form a web. Large amounts of loading (eg up to about 97% by weight) of particles are possible. The sorbent material includes, but is not limited to, various types of materials that change the physical or chemical properties of the fluid, such as absorbent and adsorbent materials and materials with surface activity. Examples of sorbents include granular and powdered activated carbon; Ion exchange resins; Metal ion exchange zeolite sorbents such as ATS from Engelhard; Activated alumina, such as Alusil from Selecto Scientific; Antimicrobial compounds such as silver, zinc and halogen based materials; Acid gas adsorbents; Arsenic reduction material; Iodide resins; And diatomaceous earth, but are not limited thereto.

본 발명의 실시 형태에 따른 여과 매체는 입자 로딩된 웨브(캘린더링되지 않음)와 압밀화된/치밀화된 로딩된 웨브(캘린더링됨)를 포함한다. 이들 매체는 유체 유동에 낮은 저항을 보이며, 예를 들어 중력류(gravity flow)의 액체 여과 응용예 중에서 구매가능한 제품에 비해 상당한 개선점을 갖는다. 추가의 이점은 높은 유량을 필요로 하는 응용예에서 확인된다. 이들 로딩된 웨브의 성긴(open) 다공성 특성은 필터 및 하우징을 통한 유동에 대한 저항을 뚜렷하게 부가시키지 않는다. 매체를 가로지른 이러한 낮은 압력 강하는 전체 가정용 여과와 같은 고유량 응용예에서의 사용과 또한 중력류 여과를 필요로 하는 응용예를 위한 사용을 가능하게 한다. 90 중량%를 초과하는 활성탄 로딩량이 설명되었다. 적어도 40, 50, 60, 70, 또는 심지어 80%의 로딩량도 또한 가능하다. 로딩된 웨브는 몇몇 이온 교환 수지와 같은 감열성 미립자를 사용할 때 블록 기술에 비해 추가의 이점을 갖는다. 입자는 블록 성형 또는 압출 공정 중에 겪는 승온에 노출되지 않는다. 이는 미립자(이온 교환 수지) 열화와 관련된 열적 불안정성(thermal lability)에 관한 우려를 감소시킨다. 성긴 다공성 구조물은 또한 고도의 침전 상황에서 이점이 된다. 고도로 성긴 구조물은 유체가 입자와 접촉하도록 하는 많은 가능한 경로를 유지한다. 전체 가정용 여과에서, 원하는 것은, 큰 침전 입자가 매체 내에 포획되고 보다 작은 침전 입자는 매체를 통과하도록 하는 것이다. 이는 매체가 막혀져 압력 강하가 과도해지기 전의 보다 긴 사용 수명에 기여한다.Filtration media according to embodiments of the present invention include particle loaded webs (not calendared) and compacted / densified loaded webs (calendered). These media exhibit low resistance to fluid flow and have significant improvements over commercially available products, for example in liquid filtration applications of gravity flow. Further advantages are found in applications requiring high flow rates. The open porosity properties of these loaded webs do not significantly add resistance to flow through the filter and the housing. This low pressure drop across the media enables use in high flow applications such as whole household filtration and also for applications that require gravity flow filtration. Activated carbon loadings in excess of 90% by weight have been described. Loading amounts of at least 40, 50, 60, 70, or even 80% are also possible. Loaded webs have additional advantages over block technology when using thermosensitive particulates such as some ion exchange resins. The particles are not exposed to elevated temperatures experienced during the block molding or extrusion process. This reduces the concern about thermal lability associated with particulate (ion exchange resin) degradation. Coarse porous structures are also advantageous in high precipitation situations. Highly coarse structures maintain many possible pathways for fluid to come into contact with the particles. In whole household filtration, one wants to allow large precipitated particles to be trapped in the medium and smaller precipitated particles to pass through the medium. This contributes to a longer service life before the media is blocked and the pressure drop is excessive.

일 태양에서, 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소가 제공된다.In one aspect, a porous article comprising a web of freestanding nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web and comprising a first surface and a second surface; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A filter element is provided that includes an outlet in fluid communication with the second surface.

상세한 실시 형태에서, 수착제 입자는 활성탄, 규조토, 이온 교환 수지, 금속 이온 교환 수착제, 활성 알루미나, 항미생물 화합물, 산성 가스 흡착제, 비소 환원 물질, 요오드화 수지, 또는 이의 조합을 포함한다.In a specific embodiment, the sorbent particles comprise activated carbon, diatomaceous earth, ion exchange resins, metal ion exchange sorbents, activated alumina, antimicrobial compounds, acid gas adsorbents, arsenic reducing materials, iodide resins, or combinations thereof.

다른 실시 형태에서, 웨브는 2(또는 다른 실시 형태들에서는 1 또는 심지어 0.5)초 이하의 걸리 시간(Gurley time)을 갖는다. 다른 실시 형태는 필터가 주변 조건 하에서 초당 5.3 ㎝의 공기의 균일한 면 속도에서 150 (또는 다른 실시 형태에서는 75 또는 심지어 30) ㎜ 수주(water) 이하의 압력 강하를 갖는 것을 제공한다. 소정 실시 형태에서, 입자는 250 (또는 200, 150, 100, 또는 심지어 60) ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는다. 상세한 실시 형태는 필터가 38 Lpm(갤론당 10분) 미만의 평균 충전 속도를 갖는 것을 제공한다.In another embodiment, the web has a Gurley time of 2 (or in other embodiments 1 or even 0.5) seconds or less. Another embodiment provides that the filter has a pressure drop of less than 150 (or 75 or even 30) mm water at a uniform face velocity of 5.3 cm per second under ambient conditions. In certain embodiments, the particles have an average particle size of 250 (or 200, 150, 100, or even 60) μm or less. Detailed embodiments provide that the filter has an average fill rate of less than 38 Lpm (10 minutes per gallon).

일 실시 형태에서, 웨브는 용품을 형성하도록 권취된다. 다른 실시 형태에서, 용품은 서로 인접한 복수의 웨브로 형성된다. 상세한 실시 형태는 제1 웨브가 제1 수착제를 함유하고 제2 웨브가 제2 수착제를 함유하는 것을 제공한다. 다른 실시 형태는 제1 웨브가 제1 평균 크기의 입자를 포함하고 제2 웨브가 제2 평균 크기의 입자를 포함하는 것을 제공한다.In one embodiment, the web is wound to form an article. In another embodiment, the article is formed of a plurality of webs adjacent to each other. Detailed embodiments provide that the first web contains the first sorbent and the second web contains the second sorbent. Another embodiment provides that the first web comprises particles of a first average size and the second web comprises particles of a second average size.

다른 실시 형태에서, 웨브는 코어를 사실상 둘러싼다. 코어는 탄소 블록을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태는 제곱 미터당 10 내지 1000 (또는 20 내지 300 또는 심지어 25 내지 100) 그램 범위의 베이스 웨브 중량을 갖는 웨브를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 웨브는 0.20 내지 0.5 g/cc 범위의 수착제 입자 밀도를 갖는다.In another embodiment, the web substantially surrounds the core. The core may comprise a carbon block. Other embodiments include webs having a base web weight in the range of 10 to 1000 (or 20 to 300 or even 25 to 100) grams per square meter. In another embodiment, the web has a sorbent particle density in the range of 0.20 to 0.5 g / cc.

일 이상의 실시 형태에서, 중합체 섬유는 폴리프로필렌을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 중합체 섬유는 메탈로센-촉매화된(metallocene-catalyzed) 폴리올레핀을 포함한다. 상세한 실시 형태에서, 폴리프로필렌은 30 내지 1500 (또는 75 내지 750, 또는 심지어 200 내지 500) 범위의 중합체 용융 흐름 지수(melt flow index)를 갖는다.In one or more embodiments, the polymeric fiber comprises polypropylene. In some embodiments, the polymer fibers comprise metallocene-catalyzed polyolefins. In detailed embodiments, the polypropylene has a polymer melt flow index in the range of 30 to 1500 (or 75 to 750, or even 200 to 500).

추가 실시 형태는 웨브가 캘린더링, 가열, 또는 압력 인가에 의해 압착된 것을 제공한다. 다른 실시 형태는 수착제 밀도 구배를 갖는 필터 요소를 포함한다.Further embodiments provide that the web is compressed by calendering, heating, or applying pressure. Another embodiment includes a filter element having a sorbent density gradient.

다른 태양은, 유체 공급원과 필터 요소를 포함하고, 필터 요소는 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 유체 여과 시스템을 포함한다.Another aspect includes a porous article comprising a fluid source and a filter element, the filter element comprising a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web and comprising a first surface and a second surface; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; And a fluid filtration system comprising an outlet in fluid communication with the second surface.

일 실시 형태에서, 웨브는 다공성 용품을 형성하도록 감긴다. 다른 실시 형태에서, 다공성 용품은 서로 인접한 복수의 웨브로 형성된다. 다른 실시 형태에서, 웨브는 탄소 블록을 사실상 둘러싼다.In one embodiment, the web is wound to form a porous article. In another embodiment, the porous article is formed of a plurality of webs adjacent to each other. In another embodiment, the web substantially surrounds the carbon block.

다른 태양에서, 블록의 10 내지 90 중량% 범위의 양의 활성 매체 및 10 내지 90 중량% 범위의 양의 결합제를 포함하는 블록 복합물과; 탄소 블록 복합물을 둘러싸는 웨브를 포함하고, 웨브는 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유와, 웨브의 50 내지 97 중량% 범위의 양으로 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 필터 요소가 제공된다.In another aspect, a block composite comprising an active medium in an amount ranging from 10 to 90% by weight of the block and a binder in an amount ranging from 10 to 90% by weight; A web is provided that includes a web surrounding the carbon block composite, the web comprising a self-supporting nonwoven polypropylene fiber and a plurality of sorbent particles trapped within the web in an amount in the range of 50 to 97% by weight of the web.

다른 태양에서, 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유 및 섬유 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 서로 부착되는 복수의 디스크를 포함하는 필터 요소가 제공된다. 상세한 실시 형태는 제1 복수의 디스크가 활성탄의 제1 수착제 입자를 포함하고 제2 복수의 디스크가 이온 교환 수지의 제2 수착제 입자를 포함하는 것을 제공한다.In another aspect, a filter element is provided that includes a plurality of disks attached to each other comprising self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the fibers. Detailed embodiments provide that the first plurality of disks include first sorbent particles of activated carbon and the second plurality of disks include second sorbent particles of ion exchange resin.

다른 태양은 유체 여과 방법을 포함한다. 본 방법은, 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소를 유체와 접촉시키는 단계를 포함한다.Another aspect includes a fluid filtration method. The method includes a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a porous article comprising a first sorbent particle and a plurality of sorbent particles trapped within the web; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; Contacting the fluid with a filter element comprising an outlet in fluid communication with the second surface.

추가 태양에서, 용융된 중합체를 복수의 오리피스를 통해 유동시켜 필라멘트를 형성하는 단계와; 필라멘트를 섬유로 가늘게 하는 단계와; 필라멘트 또는 섬유 사이로 수착제 입자의 스트림을 지향시키는 단계와; 섬유와 수착제 입자를 부직포 웨브로서 포집하여 다공성 용품을 형성하는 단계와; 다공성 용품을 액체 불투과성 하우징 내에 위치시키는 단계를 포함하는 필터 요소 형성 방법이 제공된다. 일 실시 형태에서, 본 방법은 부직포 웨브를 캘린더링, 가열, 또는 압력 인가에 의해 압착시켜 2초 이하의 걸리 시간을 갖는 압착된 웨브를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 다른 태양에서, 본 방법은 서로 인접한 복수의 부직포 웨브를 부착시켜 다공성 용품을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시 형태는 본 방법이 부직포 웨브를 하우징 내에 배치시키기 전에 부직포 웨브를 권취하는 단계를 추가로 포함하는 것을 제공한다. 다른 실시 형태는 섬유의 리올로지(rheology)를 제어하는 단계를 포함한다.In a further aspect, flowing the molten polymer through a plurality of orifices to form a filament; Thinning the filaments into fibers; Directing a stream of sorbent particles between the filaments or fibers; Collecting the fibers and sorbent particles as a nonwoven web to form a porous article; A method of forming a filter element is provided that includes positioning a porous article in a liquid impermeable housing. In one embodiment, the method further includes compressing the nonwoven web by calendering, heating, or applying pressure to form a compressed web having a Gurley time of 2 seconds or less. In another aspect, the method further includes attaching a plurality of nonwoven webs adjacent to each other to form a porous article. Another embodiment provides that the method further includes winding the nonwoven web before placing the nonwoven web in a housing. Another embodiment includes controlling the rheology of the fibers.

또한, 수착제의 입자, 미립자 또는 응집체를 함유한 멜트블로운 또는 블로운 미세섬유(BMF) 필라멘트를 회전하는 맨드릴 포집기 상에 직접 포집함으로써 형성되는 액체 정화용 여과 용품이 제공된다. 이들 입자는 BMF 필라멘트 스트림이 다이로부터 나와 회전하는 맨드릴 포집기로 운반됨에 따라 스트림 내로 로딩된다. 수착제 재료의 첨가는 정화될 원수(source water) 또는 액체로부터 추가의 원하지 않는 화학물질 및 오염물질을 제거할 수 있다. 그러한 처리는 필터 요소가 형성됨에 따라 층에 필터 직경을 형성한다. 일부 실시 형태에서, 필터 요소는 측방향으로 횡단한다.Also provided is a filtration article for liquid clarification formed by directly collecting a meltblown or blown microfiber (BMF) filament containing particles, particulates or aggregates of a sorbent directly onto a rotating mandrel collector. These particles are loaded into the stream as the BMF filament stream is transported out of the die and into a rotating mandrel collector. The addition of sorbent material may remove additional unwanted chemicals and contaminants from the source water or liquid to be purified. Such treatment forms a filter diameter in the layer as the filter element is formed. In some embodiments, the filter elements traverse laterally.

어떠한 수착제 재료도 없는 일정 BMF 필라멘트 섬유가 물 공급원으로부터 미립자 및 침전물을 제거하도록 설계되었다. 이러한 공정의 대표적인 예가 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 공개 제2004/0245171호 및 제2007/0175819호(쉼멜(Schimmel))에 기재되어 있다.Certain BMF filament fibers without any sorbent material were designed to remove particulates and precipitates from the water source. Representative examples of such processes are described in US Patent Application Publication Nos. 2004/0245171 and 2007/0175819 (Schimmel), the disclosures of which are incorporated herein by reference.

수착제 재료를 입자, 미립자 및/또는 응집체 또는 이들의 블렌드의 형태로, 중합체 멜트블로운 섬유를 가늘게 하고 이들 섬유를 포집기로 운반하는 기류에 첨가함으로써 BMF 웨브가 형성될 때, 입자는 섬유가 혼합된 기류 내의 입자와 접촉하여 포집되어서 웨브를 형성함에 따라 멜트블로운 섬유질 매트릭스 내에 포획된다. 많은 로딩량의 (예를 들어 최대 약 97 중량%의) 입자가 가능하다. 수착제 재료는 흡수제 및 흡착제 재료와 같은 유체의 물리적 또는 화학적 특성을 변화시키는 여러 유형의 재료를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 흡착제의 예는 입상의 그리고 분말의 활성탄; 이온 교환 수지; 엔겔하트의 ATS와 같은 금속 이온 교환 제올라이트 수착제; 셀렉토 사이언티픽의 알루실과 같은 활성 알루미나; 항미생물 화합물, 예를 들어 은, 아연 및 할로겐계 물질; 산성 가스 흡착제; 비소 환원 물질; 및 요오드화 수지를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.When the BMF web is formed by adding the sorbent material in the form of particles, particulates and / or aggregates or blends thereof, to the airflow that thins the polymer meltblown fibers and transports them to the collector, the particles are mixed with the fibers. It is trapped in the meltblown fibrous matrix as it is collected in contact with the particles in the air stream to form a web. Large amounts of loading (eg up to about 97% by weight) of particles are possible. Sorbent materials include, but are not limited to, various types of materials that change the physical or chemical properties of the fluid, such as absorbent and adsorbent materials. Examples of adsorbents include granular and powdered activated carbon; Ion exchange resins; Metal ion exchange zeolite sorbents such as Engelhart's ATS; Activated alumina, such as aluminus of selector scientific; Antimicrobial compounds such as silver, zinc and halogen based materials; Acid gas adsorbents; Arsenic reducing materials; And iodide resins, but are not limited thereto.

직접-형성된 필터 요소는 멜트블로운 필라멘트, 로딩된 미립자 또는 둘 모두의 조절에 의해 달성되는 밀도 구배를 포함할 수 있다. 일 이상의 실시 형태에서, 멜트블로운 필라멘트 기류는 다양한 효과를 생성하도록 개질된다. 상이한 목표 유효 섬유 직경(Effective Fiber Diameter: EFD)에서 작동하는 2개 이상의 분리된 다이로부터 생성되는 섬유 기류를 혼합시킴으로써 여러 블렌드의 필라멘트 크기 분포가 형성될 수 있다. 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 제11/461,136호에 기재된 바와 같은 혼합된 블로운 또는 교번하는 섬유 다이 팁의 사용에 의해 유사한 효과가 얻어질 수 있다. 혼합된 블로운 접근법은 또한 상이한 크기의 섬유 또는 섬유 크기의 구배를 갖는 다이 면을 가로질러 구역들을 생성하는 데 또한 사용될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 필터 층의 구조가, 예를 들어 심층 필터(depth filter)에 사용되도록 맞추어질 수 있다. 이들 필라멘트 스트림의 하나 이상 내로 입자, 미립자, 응집체, 다른 규칙적, 불규칙적 또는 중공형 형체 또는 이들의 혼합물이 첨가되어 회전하는 맨드릴 또는 전진하는 포집 맨드릴 상에 포집되어 필터 요소를 형성할 수 있다.The directly-formed filter element may comprise a density gradient achieved by the control of meltblown filaments, loaded particulates or both. In one or more embodiments, the meltblown filament air stream is modified to produce various effects. Filament size distributions of different blends can be formed by mixing fiber airflows generated from two or more separate dies operating at different target effective fiber diameters (EFDs). Similar effects can be obtained by the use of mixed blown or alternating fiber die tips as disclosed in US patent application Ser. No. 11 / 461,136, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The mixed blown approach can also be used to create zones across die faces with different sized fibers or gradients of fiber sizes. By doing so, the structure of the filter layer can be tailored to be used, for example, in a depth filter. Into one or more of these filament streams, particles, particulates, aggregates, other regular, irregular or hollow shapes or mixtures thereof can be added and collected on a rotating mandrel or an advancing collecting mandrel to form a filter element.

다른 태양은 혼합된 필라멘트 기류를 구비하는 대신에 분리된 층에서 작동하는 2개 이상의 다이를 구비하는 것이다. 다이는 또한 요소가 회전하는 맨드릴 상에서 횡단함에 따라 뚜렷한 적층 효과를 생성하도록 병렬식(side-by-side)으로 작동할 수 있다. 상이한 중합체 또는 다성분 섬유를 다이 중 하나 이상에 사용함으로써 성능의 추가의 변화가 가능할 수 있다.Another aspect is to have two or more dies operating in separate layers instead of having a mixed filament air stream. The die may also be operated side-by-side to create a pronounced stacking effect as the elements traverse on the rotating mandrel. Further variations in performance may be possible by using different polymers or multicomponent fibers in one or more of the dies.

경사진 또는 평탄한 적층 필터 요소는, 입자 로더(loader)가 미립자를 단지 웨브의 표적화된 구역에만 첨가시키도록 함으로써, 전진하는 포집기 맨드릴을 사용하여 형성될 수 있다. 이는 보다 넓은 다이와 함께 좁은 입자 로더를 사용함으로써, 또는 입자 로더에 패턴화된 피드 롤(feed roll)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 피드 롤은 롤이 닥터 블레이드에 대항하여 선회함에 따라 용적 공급 속도(volumetric feed rate)를 제어하기 위해 기계가공된 캐비티를 사용한다. 피드 롤러의 면을 가로질러 (또는 그의 주위로) 캐비티의 부피를 변화시킴으로써, 미립자의 국부적-공급과 이에 따른 생성된 웨브 내에서의 미립자의 국부적-추가 중량이 제어될 수 있다.Inclined or flat stacked filter elements can be formed using an advancing collector mandrel by allowing the particle loader to add particulates only to the targeted area of the web. This can be accomplished by using a narrow particle loader with a wider die, or by using a patterned feed roll in the particle loader. The feed roll uses a machined cavity to control the volumetric feed rate as the roll pivots against the doctor blade. By varying the volume of the cavity across (or around) the face of the feed roller, the local-feed of the microparticles and thus the local-addition weight of the microparticles in the resulting web can be controlled.

다른 접근법은 입자 로더에 분절된 호퍼(segmented hopper)를 사용하는 것이다. 미립자는 단지 공급이 일어나기를 원하는 분절된 영역에만 첨가된다. 이러한 접근법은 또한 분절된 영역에서의 상이한 입자의 사용이 2가지 입자 크기의 사용을 허용할 것이고, 또는 처리된 수착제 또는 특별한 성능을 갖는 수착제의 첨가를 제어했을 것이다. 표적화된 영역 내로 로딩된 입자의 양 또는 유형을 변화시키기 위해 다수의 입자 로더가 사용될 수 있다.Another approach is to use segmented hoppers in the particle loader. Particulates are only added to the segmented areas where feeding is desired to occur. This approach would also allow the use of different particle sizes in the segmented area, or would have controlled the addition of treated sorbents or sorbents with special performance. Multiple particle loaders can be used to vary the amount or type of particles loaded into the targeted area.

이들 접근법을 사용함으로써, 특정 응용예에 맞추어진 직접-형성된 필터 요소가 형성될 수 있다. 예를 들어, 미세 폴리프로필렌 섬유의 내부 층은 탈피(sloughing) 및 탈락을 줄이는데 도움을 줄 맨드릴 코어에 바로 인접하게 형성될 수 있다. 내부 층 다음에, 일차 분리(primary separation)를 위한 입자 로딩된 웨브의 중간 층이 제공될 수 있다. 더욱이, 중간 층 상에, 원하는 기능의 외부 층이 형성될 수 있으며, 예를 들어 외부 층은 일차 분리 층에 도달하기 전에 보다 큰 오염물질을 제거하도록 보다 큰 기공 크기를 가질 수 있고 그리고/또는 추가의 전처리-필터 층으로서 작용하도록 보다 큰 직경의 섬유를 가질 수 있다. 많은 다른 가능한 구성이 또한 당업자에 의해 안출될 수 있으며, 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 생각된다.By using these approaches, direct-formed filter elements can be formed that are tailored to a particular application. For example, the inner layer of fine polypropylene fibers can be formed directly adjacent to the mandrel core that will help reduce sloughing and dropout. Following the inner layer, an intermediate layer of particle loaded web for primary separation can be provided. Moreover, on the intermediate layer, an outer layer of desired function can be formed, for example the outer layer can have a larger pore size and / or additionally to remove larger contaminants before reaching the primary separation layer. It can have fibers of larger diameter to act as a pretreatment-filter layer of. Many other possible configurations may also be devised by those skilled in the art and are considered to be within the scope of the present invention.

일 태양에서, 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 복수의 다공성 층과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소가 제공된다. 일 실시 형태에서, 복수의 다공성 층은 함께 융합된다. 다른 실시 형태에서, 복수의 다공성 층은 분리된 복합 층이다. 상세한 실시 형태에서, 수착제 입자는 활성탄, 규조토, 이온 교환 수지, 금속 이온 교환 수착제, 활성 알루미나, 항미생물 화합물, 산성 가스 흡착제, 비소 환원 물질, 요오드화 수지, 또는 이의 조합을 포함한다.In one aspect, a plurality of porous layers comprising a web of self-supporting nonwoven polymer fibers and a plurality of sorbent particles captured within the web to form a porous article; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A filter element is provided that includes an outlet in fluid communication with the second surface. In one embodiment, the plurality of porous layers are fused together. In another embodiment, the plurality of porous layers is a separate composite layer. In a specific embodiment, the sorbent particles comprise activated carbon, diatomaceous earth, ion exchange resins, metal ion exchange sorbents, activated alumina, antimicrobial compounds, acid gas adsorbents, arsenic reducing materials, iodide resins, or combinations thereof.

일부 실시 형태에서, 필터 요소는 웨브에 의해 둘러싸인 코어를 추가로 포함한다. 다른 실시 형태는 웨브가 0.20 내지 0.5 g/cc 범위의 수착제 입자 밀도를 갖는 것을 제공한다.In some embodiments, the filter element further comprises a core surrounded by the web. Another embodiment provides that the web has a sorbent particle density in the range of 0.20 to 0.5 g / cc.

일 이상의 실시 형태에서, 중합체 섬유는 폴리프로필렌을 포함한다. 일부 실시 형태는 중합체 섬유가 메탈로센-촉매화된 폴리올레핀을 포함하는 것을 제공한다. 일 실시 형태에서, 메탈로센-촉매화된 폴리올레핀은 폴리프로필렌을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 폴리프로필렌은 30 내지 1500 범위의 중합체 용융 흐름 지수를 갖는다.In one or more embodiments, the polymeric fiber comprises polypropylene. Some embodiments provide that the polymer fiber comprises a metallocene-catalyzed polyolefin. In one embodiment, the metallocene-catalyzed polyolefin comprises polypropylene. In another embodiment, the polypropylene has a polymer melt flow index in the range of 30-1500.

하나의 실시 형태에서, 제1 복수의 층은 제1 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함하고, 제2 복수의 층은 제2 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 중합체 섬유는 유효 섬유 직경의 혼합물을 포함한다.In one embodiment, the first plurality of layers comprises polymer fibers having a first effective fiber diameter and the second plurality of layers comprises polymer fibers having a second effective fiber diameter. In another embodiment, the polymeric fiber comprises a mixture of effective fiber diameters.

또 다른 실시 형태에서, 수착제 입자는 제1 복수의 층 내에 제1 밀도로 존재하고, 제2 복수의 층 내에 제2 밀도로 존재한다. 다른 실시 형태는 제1 복수의 층이 제1 수착제를 포함하고 제2 복수의 층이 제2 수착제를 포함하는 것을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 제1 복수의 층은 제1 평균 크기를 갖는 입자를 포함하고 제2 복수의 층은 제2 평균 크기를 갖는 입자를 포함한다.In yet another embodiment, the sorbent particles are present at a first density in the first plurality of layers and at a second density in the second plurality of layers. Another embodiment includes the first plurality of layers comprising a first sorbent and the second plurality of layers comprising a second sorbent. In another embodiment, the first plurality of layers comprises particles having a first average size and the second plurality of layers comprises particles having a second average size.

상세한 실시 형태는 필터 요소가 축방향 구성에서 수착제 밀도 구배를 갖는 것을 제공한다. 다른 상세한 실시 형태는 필터 요소가 반경방향 구성에서 수착제 밀도 구배를 갖는 것을 제공한다.Detailed embodiments provide that the filter element has a sorbent density gradient in the axial configuration. Another detailed embodiment provides that the filter element has a sorbent density gradient in the radial configuration.

일 실시 형태에서, 필터 요소는 사실상 수착제 입자가 없는 자립형 부직포 중합체 섬유의 제2 웨브의 복수의 층을 추가로 포함한다.In one embodiment, the filter element further comprises a plurality of layers of a second web of freestanding nonwoven polymeric fibers that are substantially free of sorbent particles.

다른 태양은, 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유의 제1 웨브 및 제1 웨브 내에 포획된 복수의 탄소 입자를 포함하는 제1 복수의 다공성 층과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소가 제공된다. 일 실시 형태에서, 다공성 용품은 제2 복수의 다공성 층을 추가로 포함하며, 다공성 층은 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유의 제2 웨브 및 제2 웨브 내에 포획된 이온 교환 수지를 포함한다.Another aspect includes a first plurality of porous layers wound to form a porous article and comprising a first web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of carbon particles trapped within the first web; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A filter element is provided that includes an outlet in fluid communication with the second surface. In one embodiment, the porous article further comprises a second plurality of porous layers, the porous layer comprising a second web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and an ion exchange resin trapped within the second web.

추가 태양은, 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 복수의 다공성 층과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소를 유체와 접촉시키는 단계를 포함하는 유체 여과 방법을 제공한다.Further aspects include a plurality of porous layers wound to form a porous article and comprising a web of freestanding nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; A method of fluid filtration comprising contacting a fluid with a filter element comprising an outlet in fluid communication with a second surface.

다른 태양에서는, 용융된 중합체를 복수의 오리피스를 통해 유동시켜 필라멘트를 형성하는 단계와; 필라멘트를 섬유로 가늘게 하는 단계와; 필라멘트 또는 섬유 사이로 수착제 입자의 스트림을 지향시키는 단계와; 섬유와 수착제 입자를 부직포 웨브로서 스핀들 상에 포집하여 다공성 용품을 형성하는 단계와; 다공성 용품을 액체 불투과성 하우징 내에 위치시키는 단계를 포함하는 필터 요소 형성 방법이 제공된다.In another aspect, flowing molten polymer through a plurality of orifices to form a filament; Thinning the filaments into fibers; Directing a stream of sorbent particles between the filaments or fibers; Collecting the fibers and sorbent particles on the spindle as a nonwoven web to form a porous article; A method of forming a filter element is provided that includes positioning a porous article in a liquid impermeable housing.

일 실시 형태에서, 본 방법은, 제1 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함하는 제1 복수의 층과 제2 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함하는 제2 복수의 층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시 형태는 본 방법이 수착제 입자를 제1 복수의 층 내에 제1 밀도로 그리고 제2 복수의 층 내에 제2 밀도로 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 제공한다. 다른 실시 형태에서, 본 방법은 제1 수착제를 구비한 제1 복수의 층과 제2 수착제를 구비한 제2 복수의 층을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 다른 실시 형태에서, 본 방법은 섬유의 리올로지를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.In one embodiment, the method further comprises forming a first plurality of layers comprising polymer fibers having a first effective fiber diameter and a second plurality of layers comprising polymer fibers having a second effective fiber diameter. It includes. Another embodiment provides that the method further comprises providing the sorbent particles at a first density in the first plurality of layers and at a second density in the second plurality of layers. In another embodiment, the method further comprises providing a first plurality of layers with a first sorbent and a second plurality of layers with a second sorbent. In another embodiment, the method further includes controlling the rheology of the fibers.

"입자 로딩된 멜트블로운 매체" 또는 "웨브"에 대한 언급은 섬유(섬유 사이에 포획된 입자를 함유함), 예를 들어 마이크로 섬유의 성긴-구조의 뒤얽힌 군체(mass)의 여과 매체를 포함하며, 입자는 물로부터 화학 오염물질, 염소 및 침전물과 같은 물질을 저감시키거나 제거하기 위한 수착제이다.Reference to “particle loaded meltblown media” or “web” includes filtration media of fibers (containing particles trapped between fibers), for example, a coarse-structured coarse mass of microfibers. And particles are sorbents for reducing or removing substances such as chemical contaminants, chlorine and precipitates from water.

"포획된"에 대한 언급은 입자가 웨브의 섬유 내에 분산되어 물리적으로 유지되는 것을 의미한다. 일반적으로, 입자의 거의 전체 표면적이 유체와의 상호작용에 유용할 수 있도록 섬유와 입자를 따른 점 접촉 및 선 접촉이 존재한다.Reference to "captured" means that the particles are dispersed and physically retained in the fibers of the web. In general, there are point and line contacts along the fiber and the particles such that the nearly entire surface area of the particles can be useful for interaction with the fluid.

"수착제 밀도 구배"에 대한 언급은, 평방 면적당 수착제 재료의 양이 필터 전체에 걸쳐 균일할 필요는 없고 필터의 일정 영역에서는 더욱 많은 재료를 제공하고 다른 영역에서는 더욱 적은 재료를 제공하도록 변할 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 축방향 구성에서의 수착제 밀도 구배는 필터의 중심 부분을 따를 때 필터의 일 단부에서의 평방 면적당 수착제의 양이 타 단부에서의 그리고 양 단부 사이에서의 양과 상이하지만 중심 부분으로부터 멀어지는 반경방향으로는 변하지 않는 것을 의미한다. 반면에, 반경방향 구성에서의 수착제 밀도 구배는 필터의 중심 부분으로부터 멀어지게 이동함에 따라 코어 영역이 필터의 외부 표면에 비해 상이한 양의 수착제를 갖는 것을 의미한다. 밀도의 변화는 선형일 필요는 없고 필요한 대로 변할 수 있다. 예를 들어, 밀도는 단일 단차 변화, 다중 단차 변화, 사인곡선형 변화 등으로 변할 수 있다.Reference to “sorbent density gradient” suggests that the amount of sorbent material per square area need not be uniform throughout the filter and may vary to provide more material in some areas of the filter and less material in other areas. It means to be. For example, the sorbent density gradient in the axial configuration is from the central portion, although the amount of sorbent per square area at one end of the filter, when along the central portion of the filter, is different from the amount at the other end and between the two ends. It means that it does not change in the radial direction away. On the other hand, the sorbent density gradient in the radial configuration means that the core region has a different amount of sorbent relative to the outer surface of the filter as it moves away from the central portion of the filter. The change in density need not be linear and can vary as needed. For example, the density may vary with a single step change, multiple step changes, a sinusoidal change, and the like.

"유체 처리 유닛" 또는 "유체 여과 시스템"에 대한 언급은 처리된 유체로부터 미처리된 물과 같은 미정화 유체(raw fluid)를 분리시키는 여과 매체를 포함한 시스템 및 방법을 포함한다. 이는 전형적으로 필터 요소를 위한 필터 하우징과, 처리된 유체를 적절한 방식으로 필터 하우징으로부터 멀리 보내기 위한 출구를 포함한다.Reference to "fluid processing unit" or "fluid filtration system" includes systems and methods including filtration media that separate raw fluid, such as untreated water, from the treated fluid. This typically includes a filter housing for the filter element and an outlet for directing the treated fluid away from the filter housing in a suitable manner.

용어 입자 및 미립자는 사실상 서로 바꿀 수 있게 사용된다. 일반적으로, 입자는 작은 조각 또는 개별 부분이다. 미립자는 입자들에 속하거나 그들로 형성된다. 본 발명의 실시 형태에 사용되는 입자는 분리되어 유지될 수 있거나, 또는 응집, 물리적 상호 맞물림, 정전식 회합, 또는 달리 회합되어 미립자를 형성할 수 있다. 소정의 경우에, 미국 특허 제5,332,426호(탕(Tang) 등)에 기재된 것과 같은 응집체가 의도적으로 형성될 수 있다.The terms particles and particulates are used interchangeably with each other. Generally, the particles are small pieces or individual parts. Particulates belong to or form particles. The particles used in embodiments of the present invention can be kept separate or can be aggregated, physically interlocked, electrostatically associated, or otherwise associated to form particulates. In certain cases, aggregates such as those described in US Pat. No. 5,332,426 (Tang et al.) May be intentionally formed.

"캘린더링"에 대한 언급은 중합체 흡수제 로딩된 웨브와 같은 제품을 롤러를 통과시켜 압착된 재료를 얻는 공정을 포함한다. 롤러는 선택적으로 가열될 수 있다.Reference to “calendering” includes the process of passing a product, such as a polymer absorbent loaded web, through a roller to obtain a compacted material. The roller may optionally be heated.

용어 "걸리 시간"은 50 cc의 공기가 1.2 ㎪(124 ㎜(4.88 인치) H2O)의 압력에서 대략 645 ㎟(1 제곱 인치)의 원형 단면적을 갖는 웨브의 샘플을 통과하는 데 소요되는 시간을 말한다. 일관된 측정을 위해 대략 23 내지 24℃(74 내지 76℉)의 온도 및 50% 상대 습도가 유지된다. "걸리" 시간은 미국 뉴욕주 트로이 소재 더블유. 앤드 엘. 이. 걸리(W. & L. E. Gurley)에 의해 상표명 "모델 4110" 덴소미터(densometer)로 판매되는 유형의, 걸리-텔레다인(Gurley-Teledyne) 감도 계측기(sensitivity meter)(카탈로그 번호 4134/4135)로 교정 및 작동되는 덴소미터로 측정될 수 있다. 걸리 시간은 입자 로딩된 웨브의 공극 부피(void volume)와 역의 관계에 있다. 걸리 시간은 또한 입자 로딩된 웨브의 평균 기공 크기와 역의 관계에 있다.The term "galling time" refers to the time it takes for 50 cc of air to pass through a sample of a web having a circular cross-sectional area of approximately 645 mm 2 (1 square inch) at a pressure of 1.2 kPa (4.88 inch) H 2 O). Say Temperatures of approximately 23-24 ° C. (74-76 ° F.) and 50% relative humidity are maintained for consistent measurements. "Gary" time is W. in Troy, NY, USA. And L. this. Calibrated with Gurley-Teledyne sensitivity meter (catalog number 4134/4135) of the type sold under the trade name "Model 4110" densometer by W. & LE Gurley. And an actuated densimeter. Gurley time is inversely related to the void volume of the particle loaded web. Gurley time is also inversely related to the average pore size of the particle loaded web.

MFR 또는 용융 유량(Melt Flow Rate)으로도 다양하게 지칭되는 용어 "용융 흐름 지수" 또는 "MFI"는 시험 방법 ASTM 1238에 의해 정의된다. 폴리프로필렌 중합체는 ASTM 1238 시험 방법의 "방법 B" 변형을 이용하여 측정하였다.The terms "melt flow index" or "MFI", which are also variously referred to as MFR or Melt Flow Rate, are defined by test method ASTM 1238. Polypropylene polymers were measured using the "Method B" variant of the ASTM 1238 test method.

용어 "멜트블로운 공정"은 열가소성 중합체를 하나 이상의 구멍으로 이루어진 다이를 통해 압출시킴으로써 미세 섬유를 제조하는 것을 말한다. 섬유가 다이로부터 나올 때, 섬유는 나오는 섬유에 대체로 평행하게 또는 접선으로 진행하는 기류에 의해 가늘어진다.The term “meltblown process” refers to the production of fine fibers by extruding a thermoplastic polymer through a die consisting of one or more holes. As the fiber emerges from the die, the fiber is tapered by a stream of air running generally parallel or tangential to the emerging fiber.

용어 "공극 부피"는 필터의 중량 및 부피를 측정한 다음, 필터 중량을 그 동일한 부피의 동일한 구성 재료의 고체 질량체의 이론적 중량과 비교함으로써 계산된 백분율을 말한다.The term "pore volume" refers to a percentage calculated by measuring the weight and volume of a filter and then comparing the filter weight with the theoretical weight of a solid mass of the same constituent material of that same volume.

용어 "열적 열화"는 재료에 가해지는 열의 영향을 말한다. 예를 들어, 복합 블록 또는 로딩된 웨브로 형성된 몇몇 수착제 입자는 소결 또는 캘린더링과 같은 처리 중에 물리적으로 불안정해지기 쉬울 수 있다. 폴리프로필렌과 같은 중합체에 대해서, 이 중합체를 기계적 작용과 함께 또는 단독으로 열로 처리하는 것은 중합체 사슬의 절단, 가교-결합, 및/또는 화학적 변화를 초래할 수 있다.The term "thermal deterioration" refers to the effect of heat applied to a material. For example, some sorbent particles formed from composite blocks or loaded webs can be physically unstable during processing such as sintering or calendering. For polymers such as polypropylene, treating the polymer with heat alone or with mechanical action can result in cleavage, cross-linking, and / or chemical change of the polymer chain.

용어 "제어된 열화"는, 제어가능한 수단에 의한, 예를 들어 비열 및/또는 전단 투입 속도(shear input rate)에 의한, 또는 중합체 사슬을 파괴하고 중합체의 양에 비례하여 열화 반응에 소모되는 작용제의 도입에 의한, 분자량의 저감 및 중합체의 분자량 분포의 협소화를 포함한다.The term "controlled degradation" refers to agents which are consumed in the degradation reaction by controllable means, for example by specific heat and / or shear input rate, or by breaking the polymer chain and in proportion to the amount of polymer Reduction of molecular weight and narrowing of the molecular weight distribution of a polymer by introduction of is included.

용어 "다공도(porosity)"는 재료 내의 공극 공간의 측정치이다. 기공 및 공극의 크기, 빈도, 개수 및/또는 상호연결성은 재료의 다공도에 기여한다.The term "porosity" is a measure of the void space in a material. The size, frequency, number and / or interconnectivity of the pores and pores contribute to the porosity of the material.

용어 "제어된 리올로지"는 폴리프로필렌과 같은 소정 폴리올레핀의 (점도 및 분자량 분포와 같은) 리올로지 특성을 열화에 의해 조절하기 위한 복사, 과산화물 또는 다른 자유 라디칼 작용제의 사용으로서 정의될 수 있다.The term “controlled rheology” can be defined as the use of radiation, peroxides or other free radical agents to control the rheological properties (such as viscosity and molecular weight distribution) of a given polyolefin, such as polypropylene, by deterioration.

용어 "치밀화"는 필터 권취 축 또는 맨드릴 상에 직접 또는 간접적으로 침착된 섬유가 그 침작 이전이나 이후에 압착되도록 하고, 설계에 의해서든 형성하는 또는 형성된 필터를 취급하는 몇몇 공정의 아티팩트(artifact)로서든, 전체적으로 또는 국부적으로 보다 작은 다공도의 영역을 형성하도록 제조되게 하는 공정을 말한다. 치밀화는 또한 웨브를 캘린더링하는 공정을 포함한다.The term “densification” allows fibers deposited directly or indirectly on a filter winding axis or mandrel to be pressed before or after its deposition, and as an artifact of some process by design or forming or handling the formed filter. , A process that is made to form a region of smaller porosity as a whole or locally. Densification also includes the process of calendering the web.

입자 로딩 공정Particle loading process

입자 로딩 공정은, 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함되고 공동으로 양도된 미국 특허 공개 제2006/0096911호에 개시된 바와 같이, 표준 멜트블로운 섬유 형성 공정에 추가적인 처리 단계이다. 블로운 미세섬유(BMF)는, 다이로 유입되고 이를 통해 유동되는 용융된 중합체에 의해 생성되며, 여기서 유동은 다이의 폭을 가로질러 다이 캐비티에 분배되고 중합체는 다이로부터 일련의 오리피스를 통해 필라멘트로서 빠져나온다. 일 실시 형태에서, 다이 출구(팁)를 형성하는 일련의 중합체 오리피스에 인접한 공기 나이프 조립체와 공기 매니폴드를 통해 가열된 기류가 통과한다. 이러한 가열된 기류는 중합체 필라멘트를 원하는 섬유 직경으로 가늘게 하도록(연신하도록) 온도 및 속도 둘 모두가 조절될 수 있다. 이러한 난류 기류에서 BMF 섬유는 웨브를 형성하도록 포집되는 회전하는 표면을 향해 운반된다.The particle loading process is an additional treatment step to the standard meltblown fiber forming process, as disclosed, for example, in US Patent Publication No. 2006/0096911, incorporated herein by reference and commonly assigned. Blown microfibers (BMF) are produced by molten polymer that enters and flows through a die, where flow is distributed to the die cavity across the width of the die and the polymer is filament from the die through a series of orifices. Come out. In one embodiment, heated airflow passes through an air manifold and an air knife assembly adjacent to a series of polymer orifices forming a die outlet (tip). This heated air stream can be controlled both in temperature and speed to taper (stretch) the polymer filament to the desired fiber diameter. In this turbulent air flow the BMF fibers are carried towards the rotating surface where they are collected to form a web.

예를 들어 활성탄 입자 또는 이온 교환 수지 비드의, 흡착제 입자와 같은 원하는 입자는 피드 롤 내의 요입된 캐비티를 중력에 의해 충전하는 입자 호퍼 내로 로딩된다. 분절된 조절 구역을 구비한 강성의 또는 반강성의 닥터 블레이드는 호퍼 외부로의 유동을 제한하기 위해 피드 롤에 대한 제어된 간극을 형성한다. 닥터 블레이드는 보통 미립자 유동을 피드 롤의 요입부에 존재하는 부피로 제한시키기 위해 피드 롤의 표면과 접촉하도록 조절된다. 그러면, 공급 속도는 피드 롤이 회전하는 속도를 조절함으로써 제어될 수 있다. 브러시 롤이 요입된 캐비티로부터 임의의 잔류 미립자를 제거하도록 피드 롤 후방에서 작동한다. 미립자는 가압 가스의 다른 공급원 또는 압축 공기로 가압될 수 있는 챔버 내로 낙하된다. 이러한 챔버는, 입자를 운반할 그리고 멜트블로운 다이로부터 빠져나오는 기류에 의해 가늘어져서 운반되는 멜트블로운 섬유와 입자가 혼합되도록 할 기류를 생성하도록 설계된다.Desired particles, such as adsorbent particles, for example activated carbon particles or ion exchange resin beads, are loaded into a particle hopper that gravitationally fills the concaved cavity in the feed roll. Rigid or semi-rigid doctor blades with segmented control zones form a controlled gap for the feed roll to limit flow out of the hopper. The doctor blade is usually adjusted to contact the surface of the feed roll to limit the particulate flow to the volume present in the recess of the feed roll. The feed rate can then be controlled by adjusting the speed at which the feed roll rotates. The brush roll operates behind the feed roll to remove any residual particulates from the recessed cavity. Particulates are dropped into another source of pressurized gas or into a chamber that can be pressurized with compressed air. Such chambers are designed to create an airflow that will transport particles and allow the particles to mix with the meltblown fibers carried thinned by the airflow exiting the meltblown die.

가압된 공기 미립자 스트림의 압력을 조절함으로써, 입자의 속도 분포가 변화된다. 매우 느린 입자 속도가 사용될 때, 입자는 다이 기류에 의해 전향되어 섬유와 혼합되지 않을 수 있다. 느린 입자 속도에서, 입자는 단지 웨브의 상부 표면 상에서만 포획될 수 있다. 입자 속도가 증가함에 따라, 입자는 멜트블로운 기류 내의 섬유와 더욱 완전히 혼합되기 시작하여 포집된 웨브에서 균일한 분포를 형성할 수 있다. 입자 속도가 계속 증가함에 따라, 입자는 부분적으로 멜트블로운 기류를 통해 통과하여 포집된 웨브의 보다 낮은 부분에 포획된다. 한층 더 빠른 입자 속도에서, 입자는 포집된 웨브에 포획되지 않고서 멜트블로운 기류를 완전히 통과할 수 있다.By adjusting the pressure of the pressurized air particulate stream, the velocity distribution of the particles is changed. When very slow particle speeds are used, the particles may be diverted by the die airflow and not mixed with the fibers. At slow particle speeds, particles can only be captured on the upper surface of the web. As the particle velocity increases, the particles may begin to more fully mix with the fibers in the meltblown air stream to form a uniform distribution in the collected web. As the particle velocity continues to increase, the particles are partially captured through the meltblown air stream and trapped in the lower portion of the captured web. At even higher particle velocities, the particles can pass completely through the meltblown airflow without being trapped in the captured web.

다른 실시 형태에서, 입자는 대체로 대향된 필라멘트 스트림들을 포집기를 향해 분사하는 2개의 대체로 수직인 경사지게-배치된 다이를 사용하여 두 필라멘트 기류 사이에 개재된다. 한편, 수착제 입자는 호퍼를 통과하여 제1 슈트(chute) 내로 들어간다. 입자는 필라멘트 스트림 내로 중력 공급된다. 입자와 섬유의 혼합물은 포집기에 맞대어져 놓이고, 자립형 부직포 입자 로딩된 부직포 웨브를 형성한다.In another embodiment, the particles are sandwiched between two filament airflows using two generally vertically sloped-dies that inject generally opposed filament streams toward the collector. On the other hand, the sorbent particles pass through the hopper and enter the first chute. The particles are gravity fed into the filament stream. The mixture of particles and fibers is opposed to the collector and forms a freestanding nonwoven particle loaded nonwoven web.

다른 실시 형태에서, 입자는 진동 공급기, 이덕터(eductor), 또는 당업자에게 알려진 다른 기술을 사용하여 제공된다.In other embodiments, the particles are provided using vibration feeders, eductors, or other techniques known to those skilled in the art.

많은 응용예에서, 웨브 전체에 걸친 입자의 사실상 균일한 분포가 요구된다. 불균일 분포가 유리할 수 있는 경우도 있을 수 있다. 웨브의 깊이를 통한 구배는 심층 여과에 사용될 수 있는 기공 크기 분포에 변화를 생성시킬 수 있다. 입자의 표면 로딩을 갖는 웨브는, 유체가 유동 경로에서 조기에 입자에 노출되고 웨브의 균형이 지지 구조물 및 입자의 탈락을 방지하는 수단을 제공하는 경우에 필터로 형성될 수 있다. 유동 경로는 또한 역전될 수도 있어서, 멜트블로운 웨브는 유체가 입자의 활성 표면에 도달하기 전에 몇몇 오염물질을 제거하는 전처리-필터로서 작용할 수 있다.In many applications, a substantially uniform distribution of particles throughout the web is required. In some cases, a non-uniform distribution may be advantageous. Gradients through the depth of the web can produce changes in the pore size distribution that can be used for deep filtration. A web with surface loading of particles may be formed into a filter if the fluid is exposed to the particles early in the flow path and the balance of the web provides a means to prevent the particles from falling off the support structure. The flow path may also be reversed so that the meltblown web can act as a pre-filter to remove some contaminants before the fluid reaches the active surface of the particles.

추가 실시 형태에서, 포집기는 개별 필터가 권취 맨드릴 상에, 또는 형성하는 필터 카트리지를 회전하는 샤프트로부터 사실상 연속적으로 잡아당기도록/밀도록 설계된 일종의 필터 카트리지 추출 장치를 구비한 회전하는 외팔보형 샤프트 상에 형성되게 하도록 작동하는 카트리지 권취 기구를 포함할 수 있다.In a further embodiment, the collector is placed on a winding mandrel, or on a rotating cantilever shaft with a sort of filter cartridge extraction device designed to substantially pull / push the forming filter cartridge out of the rotating shaft. And a cartridge winding mechanism operable to form.

중합체 리올로지 제어Polymer Rheology Control

멜트블로운 섬유에 사용되는 중합체의 제어된 리올로지는 웨브가 원하는 특성을 갖도록 맞출 수 있다. 이는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 공동으로 양도된 미국 특허 출원 공개 제2004/0245171호 및 제2007/0175819호(쉼멜)에 의해 논의된다. 예를 들면, 예컨대 폴리프로필렌의 점도를 조절하는 것은 웨브의 강도를 증가시킬 수 있다. 우수한 유동 특성 및 큰 공극 부피를 유지시킨 상태에서 필터가 홈형성된 실린더와 같은 유용한 형상으로 기계가공될 수 있도록 고도의 섬유간 접합(fiber to fiber bonding)이 바람직하다.The controlled rheology of the polymers used in the meltblown fibers can be tailored such that the web has the desired properties. This is discussed by US Patent Application Publication Nos. 2004/0245171 and 2007/0175819 (Summel), which are hereby incorporated by reference in their entirety and jointly assigned. For example, adjusting the viscosity of polypropylene, for example, can increase the strength of the web. High fiber to fiber bonding is desirable so that the filter can be machined into useful shapes such as grooved cylinders while maintaining good flow properties and large void volume.

폴리프로필렌에 대해서, 낮은 MFI(큰 분자량)에 의해 특성화된 폴리프로필렌 시작 물질의 제어된 열화는 입자 로딩된 멜트블로운 웨브를 제조하는 데 사용하기에 바람직한 특성을 보유한 개질된 폴리프로필렌을 형성한다.For polypropylene, controlled degradation of the polypropylene starting material characterized by low MFI (large molecular weight) results in modified polypropylene having desirable properties for use in making particle loaded meltblown webs.

일 실시 형태에서, 웨브는 약 30 내지 약 1500(또는 다른 실시 형태에서는 75 내지 750, 또는 심지어 200 내지 500)의 용융 흐름 지수를 보이는 재료를 제공하기 위해 제어된 열화를 사용하여 폴리프로필렌 중합체로 제조된다.In one embodiment, the web is made of polypropylene polymer using controlled degradation to provide a material that exhibits a melt flow index of about 30 to about 1500 (or in other embodiments 75 to 750, or even 200 to 500). do.

본 발명의 다른 예시적인 실시 형태에서, 약 35 내지 약 350의 용융 흐름 지수를 보이는 폴리프로필렌 중합체를 생성하기 위해, 제어된 열화가, 산소를 사용하거나 사용하지 않고서, 복사에 의해 열적으로 수행되거나, 또는 가열시 과산화물과 같은 다양한 반응물 중 하나 이상에 의해 생성된 자유 라디칼의 작용에 의해 수행된다. 따라서, 폴리프로필렌의 리올로지 및 물리적 특성의 유리한 변형은 중합체의 제어된 열화에 의해 실현된다.In another exemplary embodiment of the invention, controlled degradation is thermally performed by radiation, with or without oxygen, to produce a polypropylene polymer having a melt flow index of about 35 to about 350, or Or by the action of free radicals produced by one or more of various reactants such as peroxides upon heating. Thus, advantageous modifications of the rheology and physical properties of polypropylene are realized by controlled degradation of the polymer.

도 1을 참조하면, 다공성 용품(10)이 개략적으로 단면도로 도시된다. 용품(10)은 두께(T)를 갖고 임의의 원하는 치수의 길이 및 폭을 갖는다. 용품(10)은 부직포 웨브로서, 뒤얽힌 중합체 섬유(12)와 웨브 내에 포획된 수착제 입자(14)를 포함한다. 용품(10) 내의 작은 연결된 기공(도 1에서는 확인되지 않음)들은 물 또는 다른 유체가 용품(10)의 두께 치수에 걸쳐 통과(예컨대, 유동)하도록 한다. 입자(14)는 통과하는 유체를 개질시키는데, 예를 들어 그러한 유체에 존재하는 오염물질 및 미립자를 흡수, 흡착, 또는 달리 개질시킨다.Referring to FIG. 1, the porous article 10 is schematically shown in cross section. The article 10 has a thickness T and has a length and width of any desired dimension. The article 10 is a nonwoven web that includes intertwined polymeric fibers 12 and sorbent particles 14 trapped within the web. Small connected pores in the article 10 (not shown in FIG. 1) allow water or other fluid to pass (eg, flow) across the thickness dimension of the article 10. Particles 14 modify the fluid passing through, for example, to absorb, adsorb, or otherwise modify contaminants and particulates present in such fluids.

도 2는 다공성 코어(22) 상에 배치된 다공성 웨브형 용품(24)을 포함한 필터 요소를 포함하는 하우징(20)의 단면도이다. 단부 캡(26)이 예를 들어 접착제(미도시)로 웨브(24)에 부착된다. 하우징(20)으로의 입구(28)는 물과 같은 유체를 웨브(24)로 지향시키며, 여기서 유체는 웨브에 포획된 수착제 입자와 접촉하여, 처리된다. 처리된 유체는 코어(22)에 의해 형성된 채널(27) 내로 들어간다. 이어서, 처리된 유체는 출구(29)를 통해 하우징으로부터 나온다.2 is a cross-sectional view of a housing 20 including a filter element comprising a porous web-shaped article 24 disposed on a porous core 22. End cap 26 is attached to web 24, for example with an adhesive (not shown). The inlet 28 into the housing 20 directs a fluid, such as water, to the web 24, where the fluid contacts the sorbent particles trapped in the web and is processed. The treated fluid enters into the channel 27 formed by the core 22. The treated fluid then exits the housing through the outlet 29.

도 3은 입구(38) 및 출구(39)를 구비한 하우징(30)의 개략도를 보인다. 이러한 하우징은 본 발명에 의해 구현되는 필터 요소에 적합하다.3 shows a schematic view of a housing 30 with an inlet 38 and an outlet 39. Such a housing is suitable for the filter element implemented by the present invention.

도 4는 채널(47)을 구비한 나선형의 권취된 다공성 웨브형 용품(44)을 포함한 필터 요소를 구비한 벽(41)을 갖는 하우징(40)의 단면도를 보인다. 단부 캡(46)이 예를 들어 접착제(미도시)로 웨브(44)에 부착된다. 물과 같은 유체가 웨브(44)로 들어가 웨브에 포획된 수착제 입자와 접촉하여 처리된다. 처리된 유체는 코어(22)에 의해 형성된 채널(47) 내로 들어간다.4 shows a cross-sectional view of a housing 40 having a wall 41 with a filter element comprising a spiral wound porous web-shaped article 44 with a channel 47. End cap 46 is attached to web 44, for example with an adhesive (not shown). Fluid such as water enters the web 44 and is processed in contact with the sorbent particles trapped in the web. The treated fluid enters the channel 47 formed by the core 22.

도 5는 디스크로의 입구(58)를 구비한 하우징(50) 내에 위치된 웨브형 재료의 적층된 디스크(54)의 단면도를 보인다. 유체는 적층된 디스크(54)와 접촉하고, 저장소(59)가 처리된 유체를 수집한다.5 shows a cross-sectional view of a stacked disk 54 of web-like material located in a housing 50 with an inlet 58 into the disk. The fluid contacts the stacked disk 54 and the reservoir 59 collects the treated fluid.

도 6을 참조하면, 직접-형성된 입자 로딩된 다공성 용품을 제조하는 시스템의 예시적인 구성요소의 개략도가 제공된다. 종래에 베어링을 통해 지지부(미도시) 상에 회전가능하게 장착된 내부 단부(124)를 구비한 회전하는 맨드릴(122)을 포함하는 포집기 조립체(114)가 도시된다. 맨드릴(122)은 또한 개방된 말단부(116), 내부 표면(120) 및 외주면(126)을 구비한다. 멜트블로운 다이(112)가 직접-형성된 웨브 구조물을 형성하기 위해 부직포 입자 로딩된 섬유(110, 110a, 110b, 110c, 110d, 110e)를 포집기 조립체(114)를 향해 공급한다.With reference to FIG. 6, a schematic of exemplary components of a system for making a directly-formed particle loaded porous article is provided. A collector assembly 114 is shown that includes a rotating mandrel 122 having an inner end 124 rotatably mounted on a support (not shown) through a bearing. Mandrel 122 also has an open distal end 116, an inner surface 120, and an outer circumferential surface 126. Meltblown die 112 feeds non-woven particle loaded fibers 110, 110a, 110b, 110c, 110d, 110e toward collector assembly 114 to form a directly-formed web structure.

도 7 및 도 8에서, 입자(134)를 함유한 부직포 웨브(132)의 층(138)으로 형성된 다공성 용품(130)의 개략도 및 단면도가 각각 도시된다. 처리될 유체는 층(138)으로 유입되고 처리된 유체는 채널(136)을 통해 유동된다. 이러한 실시 형태에서, 용품 전체에 걸쳐 입자의 밀도는 사실상 균일하다. 도 9에서, 입자 밀도 구배가 예시되는 다공성 용품의 다른 단면도가 제공된다. 섹션(142)에는, 영역(144)에서보다 단위 면적당 많은 입자가 있으며, 이 영역은 다시 섹션(146)보다 단위 면적당 많은 입자를 구비한다.7 and 8, a schematic and cross-sectional view of a porous article 130 formed from a layer 138 of a nonwoven web 132 containing particles 134 is shown, respectively. Fluid to be treated enters layer 138 and the treated fluid flows through channel 136. In this embodiment, the density of the particles is substantially uniform throughout the article. In FIG. 9, another cross-sectional view of a porous article is provided, in which a particle density gradient is illustrated. In section 142, there are more particles per unit area than in area 144, which in turn has more particles per unit area than in section 146.

달리 표시되지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 성분의 양, 분자량과 같은 특성, 반응 조건 등을 표현하는 모든 수치는 모든 경우에서 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 표시되지 않는 한, 하기의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 언급되는 수치적 파라미터는 본 발명에 의해 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 최소한, 그리고 특허청구범위의 범주와 등가인 이론의 적용을 한정하려고 시도함이 없이, 각각의 파라미터 수치는 적어도 기록된 유효 자리수의 숫자 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법에 의해 해석되어야 한다. Unless otherwise indicated, all numbers expressing quantities of ingredients, properties such as molecular weight, reaction conditions, etc., used in this specification and claims are to be understood as being modified in all instances by the term "about." Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters recited in the following specification and the appended claims are approximations that may vary depending upon the desired properties sought to be obtained by the present invention. At the very least, and without attempting to limit the application of the theory equivalent to the scope of the claims, each parameter value should at least be interpreted in terms of the number of significant digits recorded and by ordinary rounding techniques.

본 발명의 넓은 범주를 나타내는 수치적 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에서 나타내어지는 수치 값은 가능한 한 정확하게 기록된다. 그러나, 모든 수치 값은 각각의 시험용 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 생기는 특정 오차를 본질적으로 포함한다.Notwithstanding that the numerical ranges and parameters setting forth the broad scope of the invention are approximations, the numerical values set forth in the specific examples are reported as precisely as possible. However, all numerical values inherently contain certain errors that inevitably arise from the standard deviation found in each experimental measurement.

[실시예]EXAMPLE

물 정수 응용예를 위한 입자 로딩된 멜트블로운 웨브의 성능을 특성화하기 위해 일련의 스크리닝(screening) 실험을 수행하였다. 2가지 유형의 베이스 수지, 즉 상품명 타입 3960(토탈 페트로케미칼즈(Total Petrochemicals)로부터 입수가능함)으로 판매되는 350 MFI 폴리프로필렌과, 상품명 비스타맥스(Vistamaxx) 2125(엑손모빌(ExxonMobil)로부터 입수가능함)로 판매되는 80 MFI 메탈로센-촉매화된 폴리프로필렌을 사용하였다. 상품명 NC506(피카(PICA)로부터 입수가능함)으로 판매되는 코코넛 껍질 활성탄의 몇몇 입자 크기 등급을 평가하였다. 상품명 누카 아쿠아가드(Nuchar Aquaguard)(메드 웨스트바코(Mead Westvaco)로부터 입수가능함)로 판매되는 목재-기반 탄소(wood-based carbon), 상품명 ATC N60260(칼곤(Calgon)으로부터 입수가능함)으로 판매되는 티타늄 실리케이트 코팅을 갖는 코코넛 껍질 탄소, 상품명 YPC 100MD(구라레이(Kuraray)로부터 입수가능함)로 판매되는 코코넛 껍질 탄소, 및 상품명 다우엑스(Dowex) HCR-S(다우 케미칼(Dow Chemical)로부터 입수가능함)로 판매되는 양이온 교환 수지를 사용하는 추가예의 웨브를 특정 시험을 위해 포함시켰다.A series of screening experiments was performed to characterize the performance of particle loaded meltblown webs for water purification applications. 350 MFI polypropylene sold under two types of base resin, trade name type 3960 (available from Total Petrochemicals), and trade name Vistamaxx 2125 (available from ExxonMobil). 80 MFI metallocene-catalyzed polypropylene sold as Several particle size grades of coconut shell activated carbon sold under the trade name NC506 (available from PICA) were evaluated. Titanium sold under the name Nuchar Aquaguard (available from Mad Westvaco) and wood-based carbon under the trade name ATC N60260 (available from Calgon). Coconut shell carbon with silicate coating, coconut shell carbon sold under the name YPC 100MD (available from Kuraray), and under the trade name Dowex HCR-S (available from Dow Chemical) Additional examples of webs using cation exchange resins sold were included for specific tests.

대략 25.4 ㎝(10 인치) 폭의 로딩된 웨브의 짧은 야드 단위 길이의 롤을 다음과 같은 조건 하에서 포집하였다. 중합체를 폴리프로필렌계 웨브를 위해 3.6 ㎏/hr(8 lb/hr)로, 그리고 메탈로센-촉매화된-폴리프로필렌계 웨브를 위해 3.0 ㎏/hr(6.5 lb/hr)로 25.4 ㎝(10 인치) 폭의 천공된 오리피스 다이(DOD)를 통해 압출하였다. 다이-포집기 간 거리는 31.0 ㎝(12 인치)였다. 베이스 웨브(로딩된 미립자 없음)의 샘플을 목표화된 평량으로 포집하여, 문헌[Davies, C. N., "The Separation of Airborne Dust and Particles," Institution of Mechanical Engineers, London Proceedings 1B, 1952]에 기재된 방법에 따라 유효 섬유 직경(EFD)을 평가하였다. 목표화된 유효 섬유 직경을 달성하기 위해 공기 온도 및 속도를 조절하였다. 다양한 샘플에 대해 용융 온도를 기록하였다.Short yard length rolls of the loaded web approximately 25.4 cm (10 inches) wide were collected under the following conditions. The polymer was 25.4 cm (3.6 kg / hr (8 lb / hr) for polypropylene-based webs and 3.0 kg / hr (6.5 lb / hr) for metallocene-catalyzed-polypropylene-based webs). Extruded through an inch wide width perforated orifice die (DOD). The distance between the die-collectors was 31.0 cm (12 inches). Samples of the base web (no loaded particulates) were collected at a targeted basis weight and subjected to the method described in Davies, CN, "The Separation of Airborne Dust and Particles," Institution of Mechanical Engineers, London Proceedings 1B, 1952. The effective fiber diameter (EFD) was evaluated accordingly. Air temperature and speed were adjusted to achieve the targeted effective fiber diameter. Melt temperatures were recorded for various samples.

베이스 웨브 조건을 목표화된 평량 및 유효 섬유 직경에 도달하도록 조절한 후에, 미립자를 입자 로더 호퍼에 첨가하였고, 원하는 로딩량의 흡착제(탄소 또는 이온 교환 수지)를 전달하도록 피드 롤 속도를 조절하였다. 입자 로더 챔버 내의 공기 압력을 3.4 내지 13.8 ㎪(0.5 내지 2 psig)로 설정하였다. 설정을 웨브 전체에 걸친 입자의 균일한 분포를 목표로 하여 조절하였다. 평량을 제곱 미터당 그램(gsm) 단위로 기록하였다. 베이스 웨브는 (로딩되지 않은) 멜트블로운 섬유 웨브의 제곱 미터당 중량으로 나타낸다. 로딩된 웨브는 매체 입자로 로딩된 멜트블로운 섬유 웨브의 제곱 미터당 중량으로 나타낸다.After adjusting the base web conditions to reach the targeted basis weight and effective fiber diameter, the particulates were added to the particle loader hopper and the feed roll speed was adjusted to deliver the desired loading of adsorbent (carbon or ion exchange resin). The air pressure in the particle loader chamber was set at 0.5 to 2 psig (3.4-13.8 kPa). The setting was adjusted with the aim of a uniform distribution of particles throughout the web. Basis weight was reported in grams per square meter (gsm). Base webs are expressed in weight per square meter of (unloaded) meltblown fiber webs. The loaded web is expressed as weight per square meter of meltblown fiber web loaded with media particles.

[표 1]TABLE 1

Figure pct00001
Figure pct00001

성능에 대한 캘린더링의 영향을 평가하기 위해 실시예 1로부터 소정 웨브를 선택하였다. 매끄러운 크롬도금된 강재 롤들 사이에 조절가능한 간극을 구비한 캘린더를 사용하였다. 샘플에 대한 캘린더 압력은 414 ㎪(60 psi)이었으며, 롤의 속도는 1.5 미터/분(분당 5 피트)이었다. 롤은 직경이 25.4 ㎝(10 인치)였으며 56 ㎝(22 인치) 폭의 롤 면을 가졌다. 각각의 롤은 스텔코(Sterlco) 시스템에 의해 온도를 제어하는 데 사용되는 오일로 충전될 때 약 272 ㎏(600 파운드) 중량이었다. 13 ㎝(5 인치) ID를 갖는 실린더를 닙 압력을 인가하는 데 사용하였다.Certain webs were selected from Example 1 to evaluate the impact of calendaring on performance. A calendar with an adjustable gap between smooth chrome plated steel rolls was used. The calendar pressure for the sample was 414 kPa (60 psi) and the roll speed was 1.5 meters / minute (5 feet per minute). The roll was 25.4 cm (10 inches) in diameter and had a roll face of 56 cm (22 inches) wide. Each roll weighed about 272 kg (600 pounds) when filled with the oil used to control the temperature by the Sterlco system. A cylinder with a 13 inch (5 inch) ID was used to apply the nip pressure.

입자 로딩된 웨브를 가로지른 공기 압력 강하를 캘린더링된 웨브 및 대응하는 투입 웨브 샘플에 대해 측정하였다. 공기 압력 강하를 공기 유동에 대해 5.3 ㎝/초의 균일한 면 속도로 1기압(101 ㎪)의 주변 압력에서 실온(대략 22℃)에서 측정하였다.The air pressure drop across the particle loaded web was measured for the calendered web and the corresponding input web sample. The air pressure drop was measured at room temperature (approximately 22 ° C.) at an ambient pressure of 1 atmosphere (101 kPa) at a uniform plane velocity of 5.3 cm / sec relative to the air flow.

[표 2]TABLE 2

Figure pct00002
Figure pct00002

웨브는 평가된 조건 하에서 캘린더 롤에 고착되지 않았다. 웨브는 특히 더욱 높은 온도에서 전체 폭 및 가능하게는 길이 증가되었다. 웨브 밀도는 캘린더링되지 않은 웨브에 비해 개선되었다. 웨브의 평량은 캘린더링 후 치수의 변화를 설명하기 위해 포함된다.The web did not adhere to the calender rolls under the conditions evaluated. The web has increased overall width and possibly length, especially at higher temperatures. Web density was improved over uncalendered webs. The basis weight of the web is included to account for the change in dimensions after calendaring.

실시예 1과 실시예 2의 몇몇 샘플을 다음과 같이 필터로 조립하였다. 각각의 샘플에 대해, 대략 100 그램의 매체를 포함한 필터를 얻는 데 필요한 웨브의 길이를 20 ㎝(8 인치) W × 30.5 ㎝(12 인치)의 대략적인 크기의 웨브의 일 섹션의 얻어진 중량으로부터 계산하였다. 3.7 ㎝(1.45 인치) OD 및 35.3 ㎝(13.9 인치) 길이의 대략적인 치수의 강성 튜브의 코어를 얻었다. 튜브는 튜브 전체에 걸쳐 대략 0.38 ㎝(0.15 인치) 정사각형의 개구를 포함하였다. 100 그램의 매체를 전달하기 위한 계산된 길이의 웨브를 전체 폭 - 보통 25 ㎝(10 인치) 샘플 롤 - 으로부터 절단하였다. (로딩량에 따라) 대략 91 ㎝ 내지 122 ㎝(3 내지 4 피트) 길이의 웨브는 일반적으로 20 ㎝(8 인치) 길이로 절단될 때 대략 100 그램 로딩량이 되었다. 웨브를 튜브의 OD에 접착하였다. 웨브를 적절한 길이로 튜브 주위로 권취하였다. 웨브의 외부 가장자리를 웨브의 내부 층에 접착시켰다. 우수한 로딩을 볼 수 있는 지점에서 튜브의 일 단부를 절단하였다. 길이가 대략 20.3 ㎝(8 인치)인 필터를 생성하도록 타 단부를 절단하였다. 필터의 단부들을 단부 캡 내에 넣었다.Some samples of Example 1 and Example 2 were assembled into filters as follows. For each sample, the length of the web needed to obtain a filter containing approximately 100 grams of media was calculated from the resulting weight of one section of a web of approximately size 20 cm (8 inches) W x 30.5 cm (12 inches). It was. Cores of rigid tubes of approximate dimensions of 3.7 cm (1.45 inch) OD and 35.3 cm (13.9 inch) length were obtained. The tube included an approximately 0.38 cm (0.15 inch) square opening throughout the tube. Calculated length webs for delivering 100 grams of media were cut from the full width—typically 10 inch sample rolls. Webs of approximately 91 cm to 122 cm (3 to 4 feet) long (depending on the amount of loading) generally resulted in approximately 100 gram loading when cut to 20 cm (8 inches) long. The web was adhered to the OD of the tube. The web was wound around the tube to the appropriate length. The outer edge of the web is bonded to the inner layer of the web. One end of the tube was cut at a point where good loading was seen. The other end was cut to produce a filter approximately 8 inches (20.3 cm) in length. The ends of the filter were placed in the end cap.

필터는 평균 6.9 ㎝(2.7 인치) OD였다. OD의 범위는 6.1 ㎝ 내지 7.3 ㎝(2.41 인치 내지 2.88 인치)였다. 이러한 OD는 99 내지 114 그램의 범위를 갖는 106 그램의 평균 매체 로딩량이 되었다. 캘린더링되지 않은 웨브를 사용한 웨브-기반 필터는 활성 매체의 0.20 g/cc의 평균 밀도를 가졌다.The filter averaged 2.7 cm (OD). The OD ranged from 6.1 cm to 7.3 cm (2.41 inches to 2.88 inches). This OD resulted in an average media load of 106 grams ranging from 99 to 114 grams. Web-based filters using uncalendered webs had an average density of 0.20 g / cc of active medium.

탄소 로딩된 웨브의 캘린더링은 보다 치밀한 필터 구조물을 형성하였다. 결과적으로, 캘린더링된 웨브의 사용은 필터에 필요한 재료의 부피를 감소시켜, 작은 필터 치수의 사용을 가능하게 하였다. 캘린더링된 웨브를 사용한 필터의 밀도는 0.37 g/cc 내지 0.50 g/cc의 범위였다. 캘린더링된 웨브(샘플 4)의 최고 밀도는 활성 매체의 0.45 g/cc이 되었다.Calendering of the carbon loaded web formed a more dense filter structure. As a result, the use of calendered webs reduced the volume of material required for the filter, allowing the use of small filter dimensions. The density of the filter using the calendered web ranged from 0.37 g / cc to 0.50 g / cc. The highest density of the calendered web (Sample 4) was 0.45 g / cc of active medium.

시험exam

실시예 3에 따라 형성된 몇몇 필터들을 초기 수세 탁도(initial flush turbidity), 순수 압력 강하(clean pressure drop), 염소 저감, 미립자 저감, 그램 수명 시험(gram life test), 및 걸리 값을 비롯한 여러 성능 시험에 따라 평가하였다.Several filters formed in accordance with Example 3 were subjected to various performance tests including initial flush turbidity, clean pressure drop, chlorine reduction, particulate reduction, gram life test, and Gurley values. Evaluated according to.

초기 수세 탁도에 대해서, 필터를 수돗물 급수부에 연결하였고, 필터를 통한 첫 번째 물을 수집하였다. 본 방법은 정의된 조건 하에서 샘플에 의해 산란되는 광의 세기와 동일한 조건 하에서 표준 기준물에 의해 산란되는 광의 세기의 비교에 기초한다. 보다 많은 양의 산란된 광은 물에서의 보다 높은 레벨의 탁도를 나타낸다. 데이터를 네펠로메트릭 탁도 단위(Nephelometric Turbidity Unit) 또는 NTU로 기록하였다. 0.5 NTU 미만의 레벨은 NSF/ANSI 음용수 표준을 충족한다. 유출수 스트림으로부터 첫 번째 리터를 수집하였다. 탁도를 측정하여 기록하였다. 이어서, 샘플이 2.8 L/분(0.75 gpm)으로 유동되도록 하였고, 추가의 샘플을 3.8 리터(1 갤론), 19 리터(5 갤론), 및 38 리터(10 갤론)에서 수집하였으며, 각각의 샘플점에서 탁도를 측정하였다. 55% 활성탄 매체 및 45% 중합체 결합제의 제형을 갖는 복합 탄소 블록인 비교예 1과 입상 활성탄(granular activated carbon: GAC)으로 형성된 탄소 필터인 비교예 2에 대한 데이터가 포함된다.For initial flush turbidity, a filter was connected to the tap water supply and the first water collected through the filter. The method is based on a comparison of the intensity of light scattered by a standard reference under the same conditions as the intensity of light scattered by the sample under defined conditions. Higher amounts of scattered light indicate higher levels of haze in water. Data was recorded in Nephelometric Turbidity Unit or NTU. Levels below 0.5 NTU meet the NSF / ANSI drinking water standard. The first liter was collected from the effluent stream. Turbidity was measured and recorded. The sample was then allowed to flow at 2.8 L / min (0.75 gpm) and additional samples were collected at 3.8 liters (1 gallon), 19 liters (5 gallons), and 38 liters (10 gallons), each sample point. Turbidity was measured at. Data for Comparative Example 1, a composite carbon block having a formulation of 55% activated carbon medium and 45% polymeric binder, and Comparative Example 2, a carbon filter formed from granular activated carbon (GAC), are included.

[표 3][Table 3]

Figure pct00003
Figure pct00003

표 3과 관련하여, 로딩된 웨브는 유동의 초기 0 내지 19 L(0 내지 5 갤론) 동안 탄소 미세입자를 탈락시켰다. 웨브 포획은 보다 작은 입자에 비해 보다 큰 탄소 입자의 경우에 더욱 우수하였다. 미세입자는 3.8 내지19 L(1 내지 5 갤론) 사이에서 감소되는 것으로 나타났다. 탈락량은 심지어 80 × 325 메시 크기의 입자의 경우에서도 표준 GAC 축방향 유동 필터 미만이었다(샘플 15 및 샘플 16 제외).In connection with Table 3, the loaded web dropped off the carbon microparticles during the initial 0-19 L (0-5 gallon) of flow. Web capture was better for larger carbon particles than for smaller particles. The microparticles were found to decrease between 3.8 and 19 L (1 to 5 gallons). The dropout amount was below the standard GAC axial flow filter, even for particles of 80 × 325 mesh size (except sample 15 and sample 16).

캘린더링은 초기 수세 탁도를 증가시키지 않았다. 또한, 캘린더링은 특히 80 × 325 탄소의 경우에 초기 탁도를 감소시킨 것으로 보인다.Calendering did not increase the initial flush turbidity. Calendering also appears to have reduced initial turbidity, especially in the case of 80 × 325 carbon.

순수 압력 강하에 대해서, 교정된 압력 게이지를 시스템 바로 전에 위치시킨 상태로 필터를 수돗물 급수부에 연결시켰다. 필터를 시스템의 출구에서 대기로 개방시켰다. 수돗물을 각각 0.9, 1.9, 2.8, 3.8, 7.6, 11.4, 15.1 L/분(분당 0.25, 0.50, 0.75, 1.0, 2.0, 3.0 및 4.0 갤론)에 해당하는 원하는 비율로 유량을 측정할 수 있는 회전측정기(rotometer)를 통해 공급하였다. 매체가 있는 그리고 매체가 없는 시스템의 압력 강하를 다양한 유량에서 평가하였다. 매체가 없는 시스템은 비교예 3으로 식별된다.For pure pressure drop, the filter was connected to the tap water supply with the calibrated pressure gauge positioned immediately before the system. The filter was opened to the atmosphere at the outlet of the system. A tachometer capable of measuring the flow rate at the desired rate corresponding to 0.9, 1.9, 2.8, 3.8, 7.6, 11.4 and 15.1 L / min (0.25, 0.50, 0.75, 1.0, 2.0, 3.0 and 4.0 gallons per minute), respectively through a rotometer. The pressure drop of the medium with and without medium was evaluated at various flow rates. A system without media is identified as Comparative Example 3.

[표 4][Table 4]

Figure pct00004
Figure pct00004

표 4와 관련하여, 모든 경우에서, 시스템과 로딩된 웨브 필터에 대한 관측된 압력 강하는 필터가 설치된/설치되지 않은 집수공(sump)에 대해 시스템 압력 강하의 41.4 ㎪(6 psi) 내에 있었다. 웨브 필터로부터 총 압력 강하에 대한 감지할만한 기여가 없었다. 이러한 시험 동안 필터 손상의 증거가 관측되지 않았다.In relation to Table 4, in all cases, the observed pressure drop for the system and loaded web filter was within 41.4 psi (6 psi) of the system pressure drop for the sump with and without filters. There was no appreciable contribution to the total pressure drop from the web filter. No evidence of filter damage was observed during this test.

캘린더링되지 않은 샘플 17 웨브 매체를 압력 강하 시험으로부터 유지된 필터로부터 제거하였다. 고압 시험 후 보유된 입자의 크기를 측정하기 위해 주사 전자 현미경을 사용하였다. 이러한 필터는 60 내지 65 마이크로미터 이상의 크기를 갖는 입자의 유지를 보였다. 웨브를 캘린더링하는 것, 보다 미세한 직경의 섬유의 사용, 또는 입자와 섬유 사이의 간극 공간(intersticial space)을 감소시키거나 그들 사이에 접착 또는 접합을 형성하는 다른 기술은 더욱 더 미세한 입자 크기의 유지를 증대시켜야 한다.Uncalendered sample 17 web media was removed from the retained filter from the pressure drop test. Scanning electron microscopy was used to measure the size of retained particles after the high pressure test. These filters showed retention of particles having a size of 60 to 65 micrometers or more. Calendaring webs, the use of finer diameter fibers, or other techniques to reduce the intersticial space between particles and fibers or to form bonds or bonds therebetween, maintain even finer particle sizes. Should be increased.

NSF/ANSI 42 염소 저감 시험에 대해서, 특정된 pH, 탁도, 총 유기 탄소 및 물 경도를 갖는 물로 2.0 ㎎/L 유리 잔류 염소(free available chlorine: FAC)의 유입 챌린지 농도(influent challenge concentration)를 가지고서 3.024 L/분(0.8 갤론/분)의 유량으로 필터를 챌린지하였다. 염소 저감 요구를 달성하기 위해, 필터는 유출수에서 최소 50% 저감 또는 최대 1.0 ㎎/L 유리 잔류 염소를 충족시켜야 한다. "비교예 4"로 지칭된 비교 블록은, 16.2 ㎝(6.395 인치) 길이, 3.8 ㎝(1.5 인치) OD, 0.95 ㎝(0.375 인치) ID의 치수를 갖고 미국 특허 제7,112,272호(휴즈(Hughes) 등)에 기재된 바와 같이 60 중량% 80×325 피카(PICA) NC506 탄소 및 40% 폴리에틸렌 결합제를 함유한 탄소 블록이었다. 단부 캡을 탄소 블록의 개방 단부에 직접 접착식으로 접합시켰다. 백분위 저감율(percent reduction)을 표 5에 기록하였다.For the NSF / ANSI 42 chlorine abatement test, with an influent challenge concentration of 2.0 mg / L free available chlorine (FAC) with water having a specified pH, turbidity, total organic carbon and water hardness The filter was challenged at a flow rate of 3.024 L / min (0.8 gallon / min). To meet chlorine abatement requirements, the filter must meet a minimum 50% reduction in effluent or a maximum of 1.0 mg / L free residual chlorine. The comparison block, referred to as “Comparative Example 4”, had dimensions of 16.2 cm (6.395 inches) long, 3.8 cm (1.5 inches) OD, 0.95 cm (0.375 inches) ID, and US Pat. No. 7,112,272 (Hughes et al. ) Was a carbon block containing 60% by weight 80 × 325 PICA NC506 carbon and 40% polyethylene binder. The end cap was adhesively bonded directly to the open end of the carbon block. Percent reductions are reported in Table 5.

[표 5]TABLE 5

Figure pct00005
Figure pct00005

표 5와 관련하여, 필터 샘플을 정해진 질량의 매체로 제조하였기 때문에, 염소 저감 시험에서 캘린더링된 샘플과 캘린더링되지 않은 샘플 사이에 유사한 결과가 얻어졌다.Regarding Table 5, because filter samples were made with a defined mass of medium, similar results were obtained between the calendared and uncalendered samples in the chlorine abatement test.

NSF/ANSI 42 미립자 저감 시험에 대해서, 클래스 III 시험을 위해 인라인 입자 계수기를 사용하여 약 1,000,000개 입자의 유입 챌린지 농도로 9.5 L/분(약 2.5 갤론/분)의 초기 유량으로 필터를 챌린지하였다. NSF/ANSI 42 표준에 따르면, 시스템은 특정 클래스 등급을 수용하기 위해 표준에 따라 시험될 때 시험 입자 크기 범위에서 입자의 개수를 적어도 85%만큼 감소시켜야 한다. 시스템의 등급은 시험에 의해 측정되는 바와 같이 효과적으로 제거되는 최소 입자 크기와 일관되어야 한다. 보다 큰 백분위 저감율의 요구는 만일 할 수 있다면 시험에 의해 구체화되어야 한다. 비교예 4도 또한 시험하였다.For the NSF / ANSI 42 particulate abatement test, the filter was challenged at an initial flow rate of 9.5 L / min (about 2.5 gallons / minute) with an inlet particle counter of about 1,000,000 particles for a Class III test. According to the NSF / ANSI 42 standard, the system must reduce the number of particles in the test particle size range by at least 85% when tested according to the standard to accommodate specific class grades. The rating of the system should be consistent with the minimum particle size that is effectively removed as measured by the test. The demand for larger percentile reductions should be specified by test if possible. Comparative Example 4 was also tested.

[표 6]TABLE 6

Figure pct00006
Figure pct00006

표 6과 관련하여, 캘린더링된 샘플 39 및 샘플 40은 비교 탄소 블록에 비해 개선된 미립자 제거를 보인다.With respect to Table 6, calendared Sample 39 and Sample 40 show improved particulate removal compared to comparative carbon blocks.

그램 수명 시험에 대해서, 필터를 리터(갤론)당 1그램의 시험용 분진(test dust)의 정해진 농도의 AC 조대 시험용 분진(AC Coarse Test Dust)의 수용액에 노출시켰다. 종점(end point)은 매체를 가로지른 압력 강하의 6.9 ㎪(20 psi) 변화에 의해 측정하였다. 필터를 통한 지정된 종점으로의 리터(갤론)의 수량을 기록하였다. 이러한 시험용 분진을 사용하여 측정시 더 큰 그램 수명은 보다 긴 사용 수명을 나타낸다. 비교예 4도 또한 시험하였다.For the gram life test, the filter was exposed to an aqueous solution of AC Coarse Test Dust at a defined concentration of 1 gram of test dust per gallon. The end point was measured by a 20 psi change in pressure drop across the medium. The quantity of liters (gallons) through the filter to the designated end point was recorded. Larger gram life when measured using these test dusts indicates longer service life. Comparative Example 4 was also tested.

[표 7]TABLE 7

Figure pct00007
Figure pct00007

표 7과 관련하여, 캘린더링되지 않은 샘플 20 및 샘플 24는 비교 블록의 2.5배 초과 내지 40배만큼 큰 최고 그램 수명을 보였다.In connection with Table 7, uncalendered samples 20 and 24 showed peak gram lifetimes greater than 2.5 to 40 times greater than the comparison block.

걸리 값 시험에 대해서, 미국 특허 제5,328,758호(마켈(Markell))에 기재된 바와 같이, 124 ㎜ 수압에서 50 cc의 공기가 실온(대략 23℃)에서 대략 645 제곱 ㎜(1 제곱 인치)의 면적을 갖는 웨브의 샘플을 통과하는 데 소요되는 시간을 측정하기 위해 걸리 모델 4110 덴소미터를 사용하였다. 표 4에 제시된 샘플은 표 2에 보인 압력 강하의 범위를 나타낸다.For Gurley value testing, as described in US Pat. No. 5,328,758 (Markell), 50 cc of air at 124 mm water pressure resulted in an area of approximately 645 square mm (1 square inch) at room temperature (approximately 23 ° C.). A Gurley model 4110 densimeter was used to measure the time it takes to pass a sample of the having web. The samples presented in Table 4 represent the range of pressure drops shown in Table 2.

[표 8][Table 8]

Figure pct00008
Figure pct00008

표 8과 관련하여, 걸리 값은 캘린더링된 웨브 및 캘린더링되지 않은 웨브 둘 모두를 사용한 다양한 필터에 대해 1초 미만이었다.Regarding Table 8, Gurley values were less than 1 second for various filters using both calendared and uncalendered webs.

실시예 1의 샘플 20(코코넛-기반 탄소 로딩된 웨브) 및 샘플 26(양이온 교환 로딩된 웨브)에 따른 웨브를 다음과 같이 필터로 조립하였다. 로딩된 웨브 매체의 100 ㎜ 직경 디스크를 94 ㎜ ID 개구를 구비한 100 ㎜ OD 플라스틱 링의 내부 가장자리를 따라 접착식으로 접합시킴으로써 이들 시험 샘플을 제조하였다. 고온 용융 접착제의 미세 비드를 로딩된 웨브 매체의 100 ㎜ 직경 디스크의 원주 주위에 추가시켰다. 다른 100 ㎜ 디스크를 이전 층의 바로 상부에 (접착제로) 적층시켰다. 이러한 적층을 탄소 로딩된 웨브의 7개 층에 이어, 이온 교환 로딩된 웨브의 표적화된 층 다음에, 탄소 로딩된 웨브의 3개의 추가 층에 대해 반복하였다. 다른 플라스틱 링을 매체 스택의 상부에 접착식으로 접합시켰다. 로딩된 웨브를 사용한 적층된 필터를 표 9에 따라 조립하였다.The webs according to sample 20 (coconut-based carbon loaded web) and sample 26 (cationic exchange loaded web) of Example 1 were assembled into filters as follows. These test samples were prepared by adhesively bonding 100 mm diameter disks of loaded web media along the inner edge of a 100 mm OD plastic ring with a 94 mm ID opening. Fine beads of hot melt adhesive were added around the circumference of the 100 mm diameter disk of the loaded web medium. Another 100 mm disk was stacked (as adhesive) directly on top of the previous layer. This stacking was repeated for seven layers of carbon loaded webs, followed by the targeted layers of ion exchange loaded webs, followed by three additional layers of carbon loaded webs. Another plastic ring was adhesively bonded to the top of the media stack. Stacked filters using the loaded web were assembled according to Table 9.

[표 9]TABLE 9

Figure pct00009
Figure pct00009

시험exam

실시예 5의 필터를 TTHM 저감 및 중력류 통과율(gravity flow through rate)에 대해 평가하였다.The filter of Example 5 was evaluated for TTHM reduction and gravity flow through rate.

NSF/ANSI 53 TTHM 저감 시험에 대해서, 우선 18.9 리터(5 갤론)의 적절한 NSF/ANSI 범용 시험수(test water)를 필터를 통과하도록 부어 필터를 컨디셔닝함으로써 필터의 총 트라이할로메탄 또는 TTHM 저감을 평가하였다. 필터를 중력류 조건 하에서 450 +/- 90 ppb인 클로로포름 챌린지 유입수를 사용하여 시험하였다. 아래에 기록된 데이터를 ANSI 53 표준에 기재된 바와 같이 주입 통과(pour through) 장치 조건(중력류)을 사용하여 수집하였다.For the NSF / ANSI 53 TTHM Reduction Test, first filter the filter by pouring 18.9 liters (5 gallons) of appropriate NSF / ANSI universal test water through the filter to condition the filter's total trihalomethane or TTHM reduction. Evaluated. The filter was tested using chloroform challenge influent with 450 +/- 90 ppb under gravity flow conditions. The data recorded below were collected using pour through device conditions (gravity flow) as described in the ANSI 53 standard.

[표 10]TABLE 10

Figure pct00010
Figure pct00010

표 10과 관련하여, 샘플 46과 샘플 47은 허용된 80 ppb 클로로포름의 최대 유출수 농도에 기초하여 각각 227 리터(60 갤론) 및 265 리터(70 갤론)에 대한 NSF 53 TTHM 기준을 충족시켰다. TTHM 제거에 대한 이들 결과는 처리된 갤론/탄소의 그램을 기준으로 중력 여과의 개선을 나타낸다. 비교용 브리타(Brita) OB01/OB03 클래식(Classic) 스타일 피처(pitcher)는 시험 중 최소 303 리터(80 갤론)를 충족시키기 위해 대략 150 그램의 활성 매체를 필요로 한다. 이는 68-77 그램의 활성 매체를 포함한 샘플 46 및 샘플 47과 비교된다. 더욱이, 유량은 샘플 46 및 샘플 47에 대해 브리타 제품에 비하여 대략 4배 빨랐다.In connection with Table 10, Sample 46 and Sample 47 met the NSF 53 TTHM criteria for 227 liters (60 gallons) and 265 liters (70 gallons), respectively, based on the maximum effluent concentration of 80 ppb chloroform allowed. These results for TTHM removal show an improvement in gravity filtration based on grams of gallons / carbon treated. The comparative Brita OB01 / OB03 Classic style pitcher requires approximately 150 grams of active medium to meet at least 303 liters (80 gallons) during the test. This is compared with Sample 46 and Sample 47 containing 68-77 grams of active medium. Moreover, the flow rate was approximately four times faster than the Brita product for Sample 46 and Sample 47.

중력류 통과율에 대해서, 각각의 리터(갤론)의 용액이 실시예 5의 필터를 통과하는 데 소요되는 증분 시간을 측정하였다.For gravity flow rate, the incremental time for each liter (gallon) of solution to pass through the filter of Example 5 was measured.

[표 11]TABLE 11

Figure pct00011
Figure pct00011

비교를 위해서, 브리타 OB01/OB03 클래식은 1.9 리터(0.5 갤론)를 통과시키는 데 전형적으로 15분을 필요로 하는 것으로 기록되어 있다. PUR 얼티메이트(Ultimate) 피처 필터는 1.9-2.3 L(8-10 컵) 유리 물병을 채우기에 충분한 물을 여과시키는 데 약 15분이 소요되는 것으로 기록되어 있다.For comparison, the Brita OB01 / OB03 Classic is reported to typically require 15 minutes to pass 1.9 liters (0.5 gallons). PUR Ultimate feature filters have been reported to take about 15 minutes to filter enough water to fill a 1.9-2.3 L (8-10 cup) glass bottle.

실시예 1 및 실시예 2의 몇몇 샘플을 다음과 같이 필터로 조립하였다. 20.3 ㎝ × 2.9 ㎝(8" L × 1.125") OD × 1.8 ㎝(0.7") ID의 치수를 갖는 탄소 블록을 미국 특허 제7,112,272호(휴즈 등)에 기재된 공정을 이용하여 제조하였다. 블록의 조성은 20% 아쿠아가드 80 × 325 활성탄 및 80% 폴리에틸렌 결합제였다. 입자 로딩된 웨브 재료를 생성된 구조물이 대략 7.6 ㎝(3 인치) OD일 때까지 탄소 블록 주위로 감았다. 20 ㎝(8 인치) 섹션을 시험을 위해 13 ㎝(5 인치)의 최종 길이로 절단하였다. 단부 캡을 복합 구조물의 양 단부에 접착식으로 접합시켰다.Some samples of Example 1 and Example 2 were assembled into filters as follows. Carbon blocks having dimensions of 20.3 cm by 2.9 cm (8 "L by 1.125") OD by 1.8 cm (0.7 ") ID were prepared using the process described in US Pat. No. 7,112,272 (Hugh et al.). Was 20% Aquagard 80 × 325 activated carbon and 80% polyethylene binder.The particle loaded web material was wound around a carbon block until the resulting structure was approximately 7.6 cm (3 inches) OD 20 cm (8 inches). Sections were cut for testing to a final length of 5 inches (13 cm) End caps were adhesively bonded to both ends of the composite structure.

"비교예 5"라 하는 비교 제품은 70% 활성 매체 및 30% 중합체 결합제를 포함한다. 단부 캡을 탄소 블록의 양 단부에 직접 접착식으로 접합시켰다.A comparative product called "Comparative Example 5" comprises 70% active medium and 30% polymer binder. The end caps were adhesively bonded directly to both ends of the carbon block.

시험exam

실시예 7에 따라 형성된 필터를 NSF/ANSI 42 클로라민 저감 시험에 따라 클로라민 저감에 대해 평가하였다. 이러한 표준에 따른 최대 유출수 농도는 0.5 ppm이다. 비교예 5도 또한 시험하였다.Filters formed according to Example 7 were evaluated for chloramine reduction according to the NSF / ANSI 42 chloramine reduction test. The maximum effluent concentration according to this standard is 0.5 ppm. Comparative Example 5 was also tested.

[표 12]TABLE 12

Figure pct00012
Figure pct00012

표 12와 관련하여, 캘린더링된 샘플 42 및 샘플 43은, 0.5 ppm 미만의 클로라민으로 유지되면서, 필터를 통한 시험 액체의 양이 비교예 5에 비해 2배를 초과하도록 하였다.Regarding Table 12, the calendered samples 42 and 43 were kept at less than 0.5 ppm chloramine while the amount of test liquid through the filter was greater than twice as compared to Comparative Example 5.

직접 형성된 원통형 필터를 멜트블로운 웨브로 형성하였다. 상품명 비스타맥스 2125(엑손모빌로부터 입수가능함)로 판매되는 메탈로센-촉매화된 폴리프로필렌을 2.9 ㎏/hr(6.5 lb/hr)로 2.5 ㎝(10 인치) 폭의 천공 오리피스 다이를 통해 압출하였다. 모든 샘플에 대해 용융 온도는 약 265℃였다. 다이-포집기 간 거리는 30.5 ㎝(12 인치)였다. 베이스 웨브 샘플(로딩된 미립자 없음)을 포집하고 조건 기록을 위해 특성화하였다. 베이스 웨브는 평량이 53 gsm이었다. 두께는 0.355 ㎜(0.014 인치)였다. 공기 유동에 대해 5.3 ㎝/초의 균일한 면 속도로 1기압 주변 압력 및 실온(대략 22℃)에서 5.4 ㎩(0.55 ㎜ H2O)의 압력 강하를 측정하였다. 이들 조건은 문헌[Davies, C. N., "The Separation of Airborne Dust and Particles," Institution of Mechanical Engineers, London Proceedings 1B, 1952]에 기재된 방법에 따라 19 마이크로미터의 유효 섬유 직경(EFD)에 상응한다.The directly formed cylindrical filter was formed into a meltblown web. Metallocene-catalyzed polypropylene sold under the Vistamax 2125 (available from ExxonMobil) was extruded through a 2.5 inch (10 inch) wide punched orifice die at 2.9 kg / hr (6.5 lb / hr). . The melting temperature was about 265 ° C. for all samples. The distance between the die-collectors was 30.5 cm (12 inches). Base web samples (no loaded particulates) were collected and characterized for condition recording. The base web had a basis weight of 53 gsm. The thickness was 0.355 mm (0.014 inches). The pressure drop of 5.4 kPa (0.55 mm H 2 O) at 1 atmosphere pressure and room temperature (approximately 22 ° C.) was measured at a uniform face velocity of 5.3 cm / sec relative to air flow. These conditions correspond to an effective fiber diameter (EFD) of 19 micrometers according to the method described in Davis, CN, "The Separation of Airborne Dust and Particles," Institution of Mechanical Engineers, London Proceedings 1B, 1952.

목표화된 유효 섬유 직경에 도달한 후에, 미립자를 입자 로더 호퍼에 추가하였고, 피드 롤 속도를 상품명 피카 NC506으로 판매되는 코코넛-기반 활성탄 60×140의 대략 90 중량%를 전달하도록 조절하였다. 입자 로더 호퍼 내의 공기 압력을 웨브 전체에 걸쳐 입자의 균일한 분포를 제공하도록 약 17.2 ㎪(2.5 psig)로 설정하였다.After reaching the targeted effective fiber diameter, the fines were added to the particle loader hopper and the feed roll speed was adjusted to deliver approximately 90% by weight of 60 × 140 of coconut-based activated carbon sold under the trade name Pica NC506. The air pressure in the particle loader hopper was set at about 2.5 psig to provide a uniform distribution of particles throughout the web.

조건의 확인 후에, 입자 로딩된 멜트블로운 또는 블로운 미세섬유(BMF) 필라멘트를 3.7 ㎝(1.45 인치) OD 및 35.2 ㎝(13.9 인치) 길이의 대략적인 치수를 갖는 강성 튜브 상에 포집하였다. 튜브는 튜브 전체에 걸쳐 대략 0.38 ㎝(0.15 인치) 정사각형의 개구를 포함하였다. 이러한 튜브를 샤프트 상에 장착하였고, 샤프트를 따라 활주하는 2개의 고무 스토퍼에 의해 적소에 유지시켰다. 이러한 샤프트를 850 rpm의 최대 세팅에서 작동하는 가변 속도 해머 드릴의 척 내에 장착하였다. 쌍을 이룬 스페이서들을 다이로부터 맨드릴까지의 재현가능한 거리를 제공하기 위해 포집기 표면으로부터 10 ㎝(4 인치) 연장시켰다. 샘플이 포집됨에 따라 맨드릴 샤프트가 (튜브의 각각의 단부 상의) 이들 스페이서에 가볍게 맞대어져 유지될 수 있었다. 튜브와 샤프트를 최대 회전 속도에 도달하도록 한 다음, 입자 로딩된 멜트블로운 또는 블로운 미세섬유(BMF) 필라멘트 기류 내로 도입시켰다. 튜브 상에 포집된 입자 로딩된 필라멘트의 중량을 조절하기 위해 포집 시간을 변경하였다. 코어는 전체 길이의 샘플에서 37 g의 중량을 가졌다. 입자 로딩된 필라멘트 기류와 맨드릴의 접촉에 관련된 변동을 밝히기 위해 포집 이전 및 이후에 각각의 코어의 중량을 측정하였다.After confirmation of the conditions, the particle loaded meltblown or blown microfiber (BMF) filaments were collected on a rigid tube with approximate dimensions of 3.7 cm (1.45 inch) OD and 35.2 cm (13.9 inch) length. The tube included an approximately 0.38 cm (0.15 inch) square opening throughout the tube. This tube was mounted on the shaft and held in place by two rubber stoppers sliding along the shaft. This shaft was mounted in the chuck of a variable speed hammer drill operating at a maximum setting of 850 rpm. The paired spacers were extended 10 cm (4 inches) from the collector surface to provide a reproducible distance from the die to the mandrel. As the sample was collected, the mandrel shaft could be held lightly against these spacers (on each end of the tube). The tube and shaft were allowed to reach a maximum rotational speed and then introduced into the particle loaded meltblown or blown microfiber (BMF) filament air stream. The collection time was varied to control the weight of the particle loaded filaments collected on the tube. The core weighed 37 g in the full length sample. The weight of each core was measured before and after collection to reveal the variation related to the contact of the particle loaded filament air stream with the mandrel.

[표 13]TABLE 13

Figure pct00013
Figure pct00013

시험exam

실시예 9에 따라 형성된 몇몇 필터들을 초기 수세 탁도, 압력 강하 및 염소 저감을 비롯한 여러 성능 시험에 따라 평가하였다.Several filters formed in accordance with Example 9 were evaluated according to several performance tests including initial water turbidity, pressure drop and chlorine reduction.

초기 수세 탁도에 대해서, 실시예 4에 기재된 바와 같이 시험을 수행하였다.For initial flush turbidity, the test was performed as described in Example 4.

[표 14][Table 14]

Figure pct00014
Figure pct00014

샘플 49, 샘플 51, 샘플 52 및 샘플 54의 초기 수세 탁도는 표 3에 보인 비교예 1보다 컸지만, 표 3의 비교예 2보다 작았다. 실린더의 OD가 증가됨에 따라 초기 수세 탁도가 개선되었다. 모든 경우에서, 탁도는 0.5 NTU 미만의 레벨로 감소되었다.The initial water turbidity of Sample 49, Sample 51, Sample 52, and Sample 54 was greater than Comparative Example 1 shown in Table 3, but smaller than Comparative Example 2 in Table 3. As the cylinder's OD increased, the initial water turbidity improved. In all cases, turbidity was reduced to levels below 0.5 NTU.

순수 압력 강하에 대해서, 실시예 4에 기재된 바와 같이 시험을 수행하였다. 로딩이 없는 실린더는 "비교예 6"이다.For pure pressure drop, the test was performed as described in Example 4. A cylinder without loading is "Comparative Example 6".

[표 15]TABLE 15

Figure pct00015
Figure pct00015

이들 필터의 순수 압력 강하는 작았으며, 그러한 필터는 전체 가정용 여과 응용예에 유리할 것이다.The net pressure drop of these filters was small and such filters would be advantageous for whole household filtration applications.

NSF/ANSI 42 염소 저감 시험에 대해서, 실시예 4에 기재된 바와 같이 시험을 수행하였다.For the NSF / ANSI 42 chlorine reduction test, the test was performed as described in Example 4.

[표 16]TABLE 16

Figure pct00016
Figure pct00016

표 16과 관련하여, 모든 샘플들은 표준에 의해 요구되는 50%의 최소 저감율에 기초하여 시험 중 적어도 8.7 kL(2300 갤론)에 대해 허용가능한 레벨의 염소를 제거시켰다. 처리된 물의 리터(갤론)를 활성 매체의 양의 질량에 직접 관련시켰다. 샘플 57은 가장 우수하게 실행되었으며, 30.2 kL(8000 갤론) 후에도 여전히 유입수 챌린지의 90%를 초과하여 감소시키고 있었다. 이는 사용된 탄소의 입자 크기와 구조물의 작은 압력 강하에 기인하여 의외의 일이다.In relation to Table 16, all samples removed acceptable levels of chlorine for at least 8.7 kL (2300 gallons) during the test based on the 50% minimum reduction required by the standard. Liters (gallons) of treated water were directly related to the mass of the amount of active medium. Sample 57 performed best and was still decreasing beyond 90% of the influent challenge after 30.2 kL (8000 gallons). This is surprising due to the particle size of the carbon used and the small pressure drop of the structure.

본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시 형태", "소정 실시 형태", "일 이상의 실시 형태" 또는 "하나의 실시 형태"에 대한 언급은 그 실시 형태와 관련하여 기재된 특정한 특징부, 구조, 재료, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 부분에서의 "일 이상의 실시 형태에서", "소정 실시 형태에서", "일 실시 형태에서" 또는 "하나의 실시 형태에서"와 같은 어구의 표현은 반드시 본 발명의 동일한 실시 형태를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징부, 구조, 재료, 또는 특성은 일 이상의 실시 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.Reference throughout this specification to “one embodiment”, “predetermined embodiment”, “one or more embodiments” or “an embodiment” refers to a particular feature, structure, material, or aspect described in connection with the embodiment. It means that the characteristic is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, expressions of phrases such as "in one or more embodiments", "in certain embodiments", "in one embodiment" or "in one embodiment" in various places throughout this specification are not necessarily set forth in the present invention. The same embodiments are not mentioned. In addition, certain features, structures, materials, or properties may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

본 발명이 본 명세서에서 특정 실시 형태들을 참조하여 기재되었지만, 이들 실시 형태는 단지 본 발명의 원리 및 응용을 예시하는 것으로 이해하여야 한다. 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 본 발명의 방법 및 장치가 다양하게 수정 및 변경될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물의 범주 내에 있는 수정 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.Although the invention has been described herein with reference to specific embodiments, it should be understood that these embodiments merely illustrate the principles and applications of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the methods and apparatus of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is intended to embrace modifications and variations that fall within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (58)

자립형(self-supporting) 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된(enmeshed) 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과;
다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과;
제1 표면과 유체 연통되는 입구와;
제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소.
A porous article comprising a web of self-supporting nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles enmeshed within the web and comprising a first surface and a second surface;
A liquid impermeable housing surrounding the porous article;
An inlet in fluid communication with the first surface;
A filter element comprising an outlet in fluid communication with the second surface.
제1항에 있어서, 수착제 입자는 활성탄, 규조토, 이온 교환 수지, 금속 이온 교환 수착제, 활성 알루미나, 항미생물 화합물, 산성 가스 흡착제, 비소 환원 물질, 요오드화 수지, 또는 이의 조합을 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the sorbent particles comprise activated carbon, diatomaceous earth, ion exchange resins, metal ion exchange sorbents, activated alumina, antimicrobial compounds, acid gas adsorbents, arsenic reducing materials, iodide resins, or combinations thereof. . 제1항에 있어서, 웨브는 2초 이하의 걸리 시간(Gurley time)을 갖는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the web has a Gurley time of 2 seconds or less. 제1항에 있어서, 주변 조건 하에서 초당 5.3 ㎝의 공기의 균일한 면 속도에서 150 ㎜ 수주(water) 이하의 압력 강하를 갖는 필터 요소.The filter element of claim 1 having a pressure drop of no more than 150 mm water at a uniform face velocity of air of 5.3 cm per second under ambient conditions. 제1항에 있어서, 입자는 250 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the particles have an average particle size of 250 μm or less. 제1항에 있어서, 리터당 38분(갤론당 10분) 미만의 평균 충전 속도를 갖는 필터 요소.The filter element of claim 1 having an average fill rate of less than 38 minutes per liter (10 minutes per gallon). 제1항에 있어서, 웨브는 용품을 형성하도록 권취되는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the web is wound to form an article. 제1항에 있어서, 용품은 서로 인접한 복수의 웨브로 형성되는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the article is formed from a plurality of webs adjacent to each other. 제8항에 있어서, 제1 웨브는 제1 수착제를 포함하고 제2 웨브는 제2 수착제를 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 8, wherein the first web comprises a first sorbent and the second web comprises a second sorbent. 제8항에 있어서, 제1 웨브는 제1 평균 크기의 입자를 포함하고 제2 웨브는 제2 평균 크기의 입자를 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 8, wherein the first web comprises particles of a first average size and the second web comprises particles of a second average size. 제1항에 있어서, 웨브는 코어를 사실상 둘러싸는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the web substantially surrounds the core. 제11항에 있어서, 코어는 탄소 블록을 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 11, wherein the core comprises a carbon block. 제1항에 있어서, 베이스 웨브 중량은 제곱 미터당 10 내지 1000 그램의 범위에 있는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the base web weight is in the range of 10 to 1000 grams per square meter. 제1항에 있어서, 웨브는 0.20 내지 0.5 g/cc 범위의 수착제 입자 밀도를 갖는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the web has a sorbent particle density in the range of 0.20 to 0.5 g / cc. 제1항에 있어서, 중합체 섬유는 폴리프로필렌을 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the polymer fiber comprises polypropylene. 제1항에 있어서, 중합체 섬유는 메탈로센-촉매화된 폴리올레핀을 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the polymer fiber comprises a metallocene-catalyzed polyolefin. 제13항에 있어서, 폴리프로필렌은 30 내지 1500 범위의 중합체 용융 흐름 지수를 갖는 필터 요소.The filter element of claim 13, wherein the polypropylene has a polymer melt flow index in the range of 30 to 1500. 제1항에 있어서, 웨브는 캘린더링, 가열, 또는 압력 인가에 의해 압착된 필터 요소.The filter element of claim 1, wherein the web is compressed by calendering, heating, or applying pressure. 제1항에 있어서, 수착제 입자 밀도 구배를 갖는 필터 요소.The filter element of claim 1 having a sorbent particle density gradient. 유체 공급원과 필터 요소를 포함하고,
필터 요소는,
자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과;
다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과;
제1 표면과 유체 연통되는 입구와;
제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 유체 여과 시스템.
A fluid source and a filter element,
The filter element is
A porous article comprising a web of freestanding nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web and comprising a first surface and a second surface;
A liquid impermeable housing surrounding the porous article;
An inlet in fluid communication with the first surface;
And an outlet in fluid communication with the second surface.
제20항에 있어서, 웨브는 다공성 용품을 형성하도록 감긴 필터 요소.The filter element of claim 20, wherein the web is wound to form a porous article. 제20항에 있어서, 다공성 용품은 서로 인접한 복수의 웨브로 형성되는 필터 요소.The filter element of claim 20, wherein the porous article is formed of a plurality of webs adjacent to each other. 제20항에 있어서, 웨브는 탄소 블록을 사실상 둘러싸는 필터 요소.The filter element of claim 20, wherein the web substantially surrounds the carbon block. 블록의 10 내지 90 중량% 범위의 양의 활성 매체 및 10 내지 90 중량% 범위의 양의 결합제를 포함하는 블록 복합물과;
탄소 블록 복합물을 둘러싸는 웨브를 포함하고,
웨브는 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유와, 웨브의 50 내지 97 중량% 범위의 양으로 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 필터 요소.
A block composite comprising an active medium in an amount ranging from 10 to 90% by weight of the block and a binder in an amount ranging from 10 to 90% by weight;
A web surrounding the carbon block composite,
The web includes a self-supporting nonwoven polypropylene fiber and a plurality of sorbent particles trapped within the web in an amount in the range of 50 to 97% by weight of the web.
자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유 및 섬유 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 서로 부착되는 복수의 디스크를 포함하는 필터 요소.A filter element comprising a plurality of disks attached to each other comprising self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the fibers. 제25항에 있어서, 제1 복수의 디스크는 활성탄의 제1 수착제 입자를 포함하고 제2 복수의 디스크는 이온 교환 수지의 제2 수착제 입자를 포함하는 필터 요소.27. The filter element of claim 25 wherein the first plurality of disks comprise first sorbent particles of activated carbon and the second plurality of disks comprise second sorbent particles of ion exchange resin. 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하고 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 다공성 용품과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소를 유체와 접촉시키는 단계를 포함하는 유체 여과 방법.A porous article comprising a web of freestanding nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web and comprising a first surface and a second surface; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; Contacting the fluid with a filter element comprising an outlet in fluid communication with the second surface. 용융된 중합체를 복수의 오리피스를 통해 유동시켜 필라멘트를 형성하는 단계와;
필라멘트를 섬유로 가늘게 하는 단계와;
필라멘트 또는 섬유 사이로 수착제 입자의 스트림을 지향시키는 단계와;
섬유와 수착제 입자를 부직포 웨브로서 포집하여 다공성 용품을 형성하는 단계와;
다공성 용품을 액체 불투과성 하우징 내에 위치시키는 단계를 포함하는 필터 요소 형성 방법.
Flowing the molten polymer through the plurality of orifices to form a filament;
Thinning the filaments into fibers;
Directing a stream of sorbent particles between the filaments or fibers;
Collecting the fibers and sorbent particles as a nonwoven web to form a porous article;
And positioning the porous article in a liquid impermeable housing.
제28항에 있어서, 부직포 웨브를 캘린더링, 가열, 또는 압력 인가에 의해 압착시켜 2초 이하의 걸리 시간을 갖는 압착된 웨브를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 28, further comprising pressing the nonwoven web by calendering, heating, or applying pressure to form a compressed web having a Gurley time of 2 seconds or less. 제28항에 있어서, 서로 인접한 복수의 부직포 웨브를 부착시켜 다공성 용품을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 28, further comprising attaching a plurality of nonwoven webs adjacent to each other to form a porous article. 제28항에 있어서, 부직포 웨브를 하우징 내에 배치시키기 전에 부직포 웨브를 권취하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 28, further comprising winding the nonwoven web prior to placing the nonwoven web in the housing. 제28항에 있어서, 섬유의 리올로지를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 28, further comprising controlling the rheology of the fibers. 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 복수의 다공성 층과;
다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과;
제1 표면과 유체 연통되는 입구와;
제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소.
A plurality of porous layers wound to form a porous article and comprising a web of freestanding nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web;
A liquid impermeable housing surrounding the porous article;
An inlet in fluid communication with the first surface;
A filter element comprising an outlet in fluid communication with the second surface.
제33항에 있어서, 복수의 다공성 층은 함께 융합되는 필터 요소.The filter element of claim 33, wherein the plurality of porous layers are fused together. 제33항에 있어서, 복수의 다공성 층은 분리된 복합 층인 필터 요소.The filter element of claim 33, wherein the plurality of porous layers are separate composite layers. 제33항에 있어서, 수착제 입자는 활성탄, 규조토, 이온 교환 수지, 금속 이온 교환 수착제, 활성 알루미나, 항미생물 화합물, 산성 가스 흡착제, 비소 환원 물질, 요오드화 수지, 또는 이의 조합을 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, wherein the sorbent particles comprise activated carbon, diatomaceous earth, ion exchange resins, metal ion exchange sorbents, activated alumina, antimicrobial compounds, acid gas adsorbents, arsenic reducing materials, iodide resins, or combinations thereof. . 제33항에 있어서, 웨브에 의해 둘러싸인 코어를 추가로 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, further comprising a core surrounded by the web. 제33항에 있어서, 웨브는 0.20 내지 0.5 g/cc 범위의 수착제 입자 밀도를 갖는 필터 요소.The filter element of claim 33, wherein the web has a sorbent particle density in the range of 0.20 to 0.5 g / cc. 제33항에 있어서, 중합체 섬유는 폴리프로필렌을 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, wherein the polymer fiber comprises polypropylene. 제33항에 있어서, 중합체 섬유는 메탈로센-촉매화된 폴리올레핀을 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 33, wherein the polymer fiber comprises a metallocene-catalyzed polyolefin. 제40항에 있어서, 폴리올레핀은 폴리프로필렌인 필터 요소.41. The filter element of claim 40, wherein the polyolefin is polypropylene. 제39항에 있어서, 폴리프로필렌은 30 내지 1500 범위의 중합체 용융 흐름 지수를 갖는 필터 요소.40. The filter element of claim 39, wherein the polypropylene has a polymer melt flow index in the range of 30-1500. 제33항에 있어서, 제1 복수의 층은 제1 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함하고 제2 복수의 층은 제2 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33 wherein the first plurality of layers comprise polymer fibers having a first effective fiber diameter and the second plurality of layers comprise polymer fibers having a second effective fiber diameter. 제33항에 있어서, 중합체 섬유는 유효 섬유 직경의 혼합물을 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, wherein the polymer fibers comprise a mixture of effective fiber diameters. 제33항에 있어서, 수착제 입자는 제1 복수의 층 내에 제1 밀도로 존재하고 제2 복수의 층 내에 제2 밀도로 존재하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, wherein the sorbent particles are present at a first density in the first plurality of layers and at a second density in the second plurality of layers. 제33항에 있어서, 제1 복수의 층은 제1 수착제를 포함하고 제2 복수의 층은 제2 수착제를 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33 wherein the first plurality of layers comprise a first sorbent and the second plurality of layers comprise a second sorbent. 제33항에 있어서, 제1 복수의 층은 제1 평균 크기를 갖는 입자를 포함하고 제2 복수의 층은 제2 평균 크기를 갖는 입자를 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33 wherein the first plurality of layers comprise particles having a first average size and the second plurality of layers comprise particles having a second average size. 제33항에 있어서, 축방향 구성에서 수착제 밀도 구배를 갖는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, wherein the filter element has a sorbent density gradient in the axial configuration. 제33항에 있어서, 반경방향 구성에서 수착제 밀도 구배를 갖는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, wherein the filter element has a sorbent density gradient in the radial configuration. 제33항에 있어서, 수착제 입자가 사실상 없는 자립형 부직포 중합체 섬유의 제2 웨브의 복수의 층을 추가로 포함하는 필터 요소.34. The filter element of claim 33, further comprising a plurality of layers of a second web of freestanding nonwoven polymer fibers substantially free of sorbent particles. 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유의 제1 웨브 및 제1 웨브 내에 포획된 복수의 탄소 입자를 포함하는 제1 복수의 다공성 층과;
다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과;
제1 표면과 유체 연통되는 입구와;
제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소.
A first plurality of porous layers wound to form a porous article and comprising a first web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and a plurality of carbon particles captured within the first web;
A liquid impermeable housing surrounding the porous article;
An inlet in fluid communication with the first surface;
A filter element comprising an outlet in fluid communication with the second surface.
제51항에 있어서, 다공성 용품은 제2 복수의 다공성 층을 추가로 포함하고, 다공성 층은 자립형 부직포 폴리프로필렌 섬유의 제2 웨브 및 제2 웨브 내에 포획된 이온 교환 수지를 포함하는 필터 요소.The filter element of claim 51, wherein the porous article further comprises a second plurality of porous layers, the porous layer comprising a second web of self-supporting nonwoven polypropylene fibers and an ion exchange resin trapped within the second web. 다공성 용품을 형성하도록 권취되고 자립형 부직포 중합체 섬유의 웨브 및 웨브 내에 포획된 복수의 수착제 입자를 포함하는 복수의 다공성 층과; 다공성 용품을 둘러싸는 액체 불투과성 하우징과; 제1 표면과 유체 연통되는 입구와; 제2 표면과 유체 연통되는 출구를 포함하는 필터 요소를 유체와 접촉시키는 단계를 포함하는 유체 여과 방법.A plurality of porous layers wound to form a porous article and comprising a web of freestanding nonwoven polymeric fibers and a plurality of sorbent particles trapped within the web; A liquid impermeable housing surrounding the porous article; An inlet in fluid communication with the first surface; Contacting the fluid with a filter element comprising an outlet in fluid communication with the second surface. 용융된 중합체를 복수의 오리피스를 통해 유동시켜 필라멘트를 형성하는 단계와;
필라멘트를 섬유로 가늘게 하는 단계와;
필라멘트 또는 섬유 사이로 수착제 입자의 스트림을 지향시키는 단계와;
섬유와 수착제 입자를 부직포 웨브로서 스핀들 상에 포집하여 다공성 용품을 형성하는 단계와;
다공성 용품을 액체 불투과성 하우징 내에 위치시키는 단계를 포함하는 필터 요소 형성 방법.
Flowing the molten polymer through the plurality of orifices to form a filament;
Thinning the filaments into fibers;
Directing a stream of sorbent particles between the filaments or fibers;
Collecting the fibers and sorbent particles on the spindle as a nonwoven web to form a porous article;
And positioning the porous article in a liquid impermeable housing.
제54항에 있어서, 제1 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함하는 제1 복수의 층과 제2 유효 섬유 직경을 갖는 중합체 섬유를 포함하는 제2 복수의 층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.55. The method of claim 54, further comprising forming a first plurality of layers comprising polymer fibers having a first effective fiber diameter and a second plurality of layers comprising polymer fibers having a second effective fiber diameter. Way. 제54항에 있어서, 수착제 입자를 제1 복수의 층 내에 제1 밀도로 제공하고 제2 복수의 층 내에 제2 밀도로 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.55. The method of claim 54, further comprising providing sorbent particles at a first density in the first plurality of layers and at a second density in the second plurality of layers. 제54항에 있어서, 제1 수착제를 구비한 제1 복수의 층과 제2 수착제를 구비한 제2 복수의 층을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.55. The method of claim 54, further comprising providing a first plurality of layers with a first sorbent and a second plurality of layers with a second sorbent. 제54항에 있어서, 섬유의 리올로지를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.55. The method of claim 54, further comprising controlling the rheology of the fibers.
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