KR20110037976A

KR20110037976A - 여과 매체

Info

Publication number: KR20110037976A
Application number: KR1020107029452A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 콜슨; 스티븐 러셀; 매튜 티퍼
Original assignee: 피2아이 리미티드
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2011-04-13
Also published as: KR20160119869A; CA2724894A1; GB0810326D0; EP2296779A2; AU2009254992A1; CN102046261A; GB2462159A; GB0909286D0; TW201000198A; NZ589637A; ZA201008614B; GB2462159B; TWI462772B; WO2009147422A3; CN102046261B; WO2009147422A2; US20110114555A1; JP2011524799A; IL209478A0

Abstract

정전기 여과 매체와 같은 섬유성 여과 매체로, 섬유 표면에 중합성 코팅 층을 증착하기 위하여 플라즈마 증착 공정에 노출시킴으로써 섬유 표면을 개질하는, 섬유성 여과 매체.

Description

여과 매체{FILTRATION MEDIA}

본 발명은 섬유성 여과 매체, 특히 재사용 가능하거나 또는 장기간으로 사용될 목적의, 또는 특히 정전기 여과(electrostatic filtration)와 같은 환경에서 사용되는 부직포 또는 직물 여과 매체(nonwoven or woven filtration media), 및 특히 이들의 여과 효능(filtration efficiency) 및 안티-케이킹 성질(anti-caking properties)을 증진시키기 위하여 이들을 처리하는 방법에 관한 것이다.

액체 또는 가스로부터의 고체의 여과는, 바이오사이언스(biosciences), 산업 공정(industrial processing), 실험실 테스트(laboratory testing), 식&음료(food & beverage), 전기 및 물 처리(electronics and water treatment)를 포함하는 다양한 분야에서 사용된다. 다공성 멤브레인 또는 다른 유형의 매체를 포함하는 공정을 수행함에 있어서 다양한 물질이 사용될 수 있다.

멤브레인 필터(Membrane filters)는 이러한 작동 유형을 수행하는 데 사용되는 다공성 또는 미세다공성 필름(porous or microporous films)이다. 멤브레인 필터는 스핀 캐스팅(spin casting), 딥 캐스팅(dip casting) 및 닥터 블레이드 캐스팅(doctor blade casting)과 같은 캐스팅 방법을 포함하는, 다양한 방법에 의해 제조된다.

그러나, 다른 유형의 물질 및 특히 섬유성 물질이 특정 상황, 특히 공기로부터 예컨대 먼지 입자의 제거에 사용된다. 공기에서 발생된 먼지 입자, 특히 체액에 불용성인 입자들은 주요한 건강상 위해를 일으키거나, 호흡기 질환을 악화시킬 수 있다. 따라서 이들은 예컨대 에어 컨디셔닝 시스템 및 특히 호흡기 질환이 있는 환자의 치료에 사용되는 인공호흡기에서 자주 제거된다.

섬유성 여과 매체(Fibrous filtration media)는 통상적인 직물 물질(a conventional woven material)일 수 있으며, 기공 사이즈는 물질의 날실 및 씨실의 상대적인 배열(the relative arrangement of the warp and weft of the material)에 따라 다르다. 그러나, 많은 경우에서 부직포 물질(nonwoven materials)이 사용된다. 이들은 상대적으로 불규칙적으로 배열된 섬유의 시트 또는 층을 제공함으로써, 예컨대, 통상적인 카딩 과정(a conventional carding procedure)을 사용하고, 이어서 목적하는 사이즈의 포인트 또는 가시가 있는 니들을 사용하여 기계적 본딩 또는 랩핑함으로써(followed by lapping and mechanical bonding using barbed needles or points of a desired size) 제조할 수 있다. 매스된 섬유를 통과하는 니들의 작동(The action of the needles passing through the massed fibres)은 이들을 함께 바인딩하는 효과를 가짐과 동시에 섬유에 있어서 미리 결정된 사이즈 분포의 기공 구조(pore structure)를 형성하는 효과를 갖는다.

이들 매체는 일반적으로 중합성 물질(a polymeric material)이고, 특히 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene (PTFE)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌(polypropylene), 셀룰로오스 디아세테이트(cellulose diacetate), 모다크릴 및 아크릴(modacrylic and acrylic)과 같은 탄탄한 중합성 물질(a robust polymeric material)이나, 이들은 또한, 울(wool), 코튼(cotton) 또는 실크(silk), 또는 수지(resins)와 같은 천연 섬유를 포함할 수 있다. 이들은 다양한 적용이 가능한 탄탄하고 유용한 여과 매체이다.

그러나, 이들은 먼지로 막혀버리지 않도록 일정 간격으로 클리닝(cleaning)이 필요하다. 클리닝은 에어 블라스팅(air blasting) 등과 같은 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나, 입자의 고체 덩어리 또는 케이크가 매체 상에 형성되면 문제가 발생될 수 있다. 이들 케이크는 통상적인 에어 블라스팅 공정 동안 완전히 또는 쉽게 제거되지 않을 정도로 부착될 수 있다.

지금까지, 이러한 문제점은 액체 화학 처리를 함으로써 처리되어 왔고, 특히 플루오로카본 화학적 처리(fluorocarbon chemical treatments)가 적용되어 왔다. 그러나, 얻어지는 결과는 제한적이었다.

또한, 이들 섬유성 매체는 정전기 여과(electrostatic filtration) 분야에 특히 적용되어 왔다. 정전기 여과 매체의 사용은 특히 미립자 인공 호흡기(particulate respirators)에서 일반적이다. 일렉트릿(Electrets)은 반영구적인 전기장(semi-permanent electric field)을 갖고(영구 자기장을 갖는 마그넷과 마찬가지로), 일렉트렛 섬유 상에 정전기 전하(electrostatic charge on the electret fibre)는 순수하게 기계적인 필터에 비해 여과 효율(filtration efficiency)을 향상시킨다. 부가적인 장점은 유사한 성능을 갖는 기계적 필터 매체에 비하여 정전기 매체의 기공 사이즈가 더 크다는 점이다. 정전기 여과 매체를 사용하는 여과 장치는, 따라서, 기계적 여과 매체로부터의 등가물에 대해서 중량이 더 가볍고 더 컴팩트하게 만들 수 있다.

이들 필터의 제조에 사용되는 섬유는 전하를 보유할 수 있는 것이어야 하고(트라이보차지된, tribocharged), 특정 중합체, 예컨대 폴리프로필렌(polypropylene), 셀룰로오스 디아세테이트(cellulose diacetate), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(poly(ethylene terephthalate)), 나일론(nylon), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 모다크릴 및 아크릴(modacrylic and acrylic) 뿐만 아니라, 코튼, 실크 또는 울(이들은 클로르화 또는 적합한 경우에는, 나일론으로 코팅 등의 다른 처리가 가능함)이다.

특히, 양으로 하전 및 음으로 하전된 섬유 모두의 혼합물은 정전기 섬유의 우수한 기본을 형성한다. 적합한 혼합물의 예시가 스미스 등의 연구[Smith et al., Journal of Electrostatics, 21, (1988) 81-98]에 기재되어 있으며, 이 내용은 본 발명에 참고로서 포함된다.

그러나, 정전기 필터 매체의 효율은 기계적 필터보다 큰 정도로 특정 에어로졸에 노출시킴으로써 감소될 수 있다. 필터 효율에 있어서 이러한 잠재적인 감소는 문제가 되며, 특히 성능의 유지가 중요한, 인공호흡기 등에 있어서 문제가 된다.

일련의 메커니즘이 이러한 현상을 설명하는데 제시되고 있다. 예컨대, 포획된 에어로졸 입자의 반대 전하에 의한 섬유 상의 전하의 중화가 인자가 될 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 포획된 입자의 층이 하전된 섬유를 쉴딩(shielding)할 수 있다. 액체 에어로졸의 경우, 이온성 전도(ionic conduction)가 섬유 상에서 액체 필름을 통하여 발생할 수 있고, 그 결과 일렉트렛의 방출(discharge)을 유발할 수 있다. 최종적으로, 섬유 및 에어로졸의 성질에 따라, 화학적 반응(chemical reaction) 또는 용해(dissolution)에 의해 에어로졸이 일렉트렛 섬유 그 자체를 개질할 가능성이 있다.

플라즈마 증착 기술은 다양한 표면, 특히 패브릭 표면에 대하여 중합성 코팅을 증착시키는데 폭넓게 사용되어 왔다. 이 기술은 통상적인 습윤 화학적 방법(conventional wet chemical methods)과 비교하여 폐기물(waste)을 거의 발생하지 않는, 깨끗하고 건조한 기술로 알려져 있다. 이러한 방법을 사용하여, 플라즈마가 전기장에 가해지는 유기 분자로부터 생성된다. 기질의 존재 하에 이루어지는 경우, 플라즈마 중의 화합물의 라디칼이 기질 상에 중합된다. 통상적인 중합체 합성은 모노머 종(monomer species)과 강한 유사점(a strong resemblance)을 나타내는 반복 단위를 포함하는 구조를 생성하는 경향이 있고, 반면 플라즈마를 사용하여 생성된 중합체 네트워크는 매우 복잡화될 수 있다. 생성된 코팅의 성질은 기질의 성질 뿐만 아니라 사용된 모노머의 성질 및 증착되는 조건에 따라서 달라질 수 있다.

표면 상에 시약의 보유(the retention of reagents)를 방지하기 위하여 플라즈마 중합 공정(a plasma polymerisation process)을 사용한 여과 멤브레인의 처리가 WO2007/0813121에 개시되어 있다. 그러나, 이 경우의 멤브레인은 일반적으로 셀룰로오스 또는 니트로셀룰로오스와 같은 값싼 물질들이고, 이들은 단일로 사용되거나 따라서 '실험실에서 소모되는' 것으로 간주된다.

그러나, 섬유성 여과 매체, 특히 정전기 여과에 사용되는 섬유성 매체의 유형에서 이러한 처리의 효과가 아직 알려진 바가 없다. 따라서, 이와 같은 매체의 성능 및 가능성에 대한 이러한 처리의 효과가 알려지지 않았다.

본 출원인은 이와 같은 공정에 사용되는 섬유성 여과 매체를 처리함으로써, 매체의 성능을 현저히 향상시킬 수 있음을 발견하였다.

본 발명에 따르면, 중합성 코팅을 증착시키기 위하여 플라즈마 증착 공정에 노출시킴으로써 표면을 개질하는 섬유성 여과 매체를 제공한다.

이러한 방법으로의 처리는 매체의 공기 투과성(air permeability)에 현저한 효과를 나타내지 않음이 확인되었다. 이는, 그 위에 증착된 중합성 코팅 층이 오직 분자 두께 정도이기 때문인 것으로 보인다. 그러나, 증착된 물질의 성질에 따라서, 섬유성 여과 매체의 성질, 예컨대 매체의 안티-케이킹 성질이다. 정전기 여과 매체의 경우, 에어로졸 테트스에 의해 예시된 성능은 현저히 증가될 수 있다.

더우기, 중합성 코팅 물질은 표면에 분자적으로 결합될 수 있고, 여과물(leachables)이 없으며; 개질은 매체의 부분이 된다.

매체는 미리 형성될 수 있고, 적절한 플라즈마 증착 공정에 도입되거나, 또는 매체를 형성하는데 사용된 섬유가 통상적인 방법을 사용하여 매체로 형성되기 전에 처리될 수 있다. 플라즈마 처리의 높은 투과성(The highly penetrating nature of the plasma treatment)이라 함은, 처리된 물질의 형상이 엄격하지 않다는 것을 의미하며, 기공(pores) 또는 덩어리진 섬유(massed fibres)로 깊게 투과할 수 있다. 섬유가 패브릭의 어샘블리에 앞서 플라즈마 처리되는 경우, 생성된 패브릭에 이루어지는 정전기적 전하의 수준을 조절하기 위하여 다양한 비율로 미처리된 섬유와 혼합할 수 있다.

중합성 코팅은 소수성 코팅을 포함할 수 있다. 소수성 코팅은, 가스 또는 공기가 매체를 통과하게 하는 반면, 액체 유입(liquid ingress)은 방지한다. 이는, 특히 통풍 적용(venting applications), 예컨대 의학적, 전기적 및 자동차용 적용, 예컨대 센서, 헤드램프(headlamps), 청취 보조품(hearing aids), 모바일 폰(mobile phones), 변환기(transducers), 실험실 장치(laboratory equipment) 등에 유용하다.

본 발명에 따라 처리된 매체는, 액체 및 가스 필터, 유리 섬유 여과 매체 및 의학적 및 헬스케어 적용, 예컨대 투석(haemodialysis), 상처 드레싱(wound dressings) 및 외과적 스모크 필터(surgical smoke filters)에 사용될 수 있다. 이는 특히 정전기적 필터 매체, 예컨대 공기 중에서 생성되는 먼지 입자의 제고ㅓ에 적합하다. 따라서, 공기가 이들을 계속 통과할 수 있으면서, 입자 및 특히 먼지 입자가 매체에 포획될 것이다.

모노머 및 공정 조건(예컨대, 펄스 사이클, 압력 및 파워)은, 프리 라디칼 개시제의 존재가 중합을 개시하는데 요구되지 않도록 선택된다. 사용된 조건은 '강한 이온화(hard ionisation)'를 유도하는데, 이는 플라즈마 공정에서 모노머의 적어도 일부 단편화(fragmentation)이다. 이러한 단편화는 중합화(polymerisation)에 대해 활성 종(active species)을 생성한다.

게다가, 모노머 및 공정 조건은, 섬유성 여과 매체 또는 섬유가 후속의 플라즈마 증착 공정에서 이들 표면 경도에 변화를 일으키지 않도록 선택된다. 부가적으로, 모노머 및 공정 조건은 섬유성 여과 매체의 기공 크기가 후속적인 플라즈마 증착 공정에서 변화되지 않고 남아 있어야 한다.

여과 매체의 표면에 표면 개질 또는 적합한 중합 코팅층을 형성하는 표면 개질 또는 플라즈마 중합을 일으키는 모노머라면 적합하게 사용될 수 있다. 상기 모노머의 예로는, 플라즈마 중합에 의해 기질 상에 소수성 중합성 코팅을 형성할 수 있는 공지의 것을 포함하고, 예컨대, 반응성 작용기를 갖는 탄소질 화합물(carbonaceous compounds having reactive functional groups), 특히 실질적으로 -CF₃ 도미네이트 퍼플루오로 화합물(-CF₃ dominated perfluoro compounds) (WO 97/38801 참조), 퍼플루오르화 알켄(perfluorinated alkenes) (Wang et al., Chem Mater 1996, 2212-2214), 할로겐 원자를 함유하는 수소 함유 불포화 화합물 또는 적어도 10 개 탄소 원자를 갖는 퍼할로겐화 유기 화합물(hydrogen containing unsaturated compounds optionally containing halogen atoms or perhalogenated organic compounds of at least 10 carbon atoms) (WO 98/58117 참조), 두 개의 이중 결합을 포함하는 유기 화합물(WO 99/64662 참조), 선택적으로 헤테로원자가 끼워진 적어도 5 개의 탄소 원자의 선택적 치환 알킬 사슬을 갖는 포화 유기 화합물(saturated organic compounds having an optionally substituted alky chain of at least 5 carbon atoms optionally interposed with a heteroatom) (WO 00/05000), 선택적으로 치환된 알켄(optionally substituted alkynes) (WO 00/20130), 폴리에테르 치환 알켄(polyether substituted alkenes) (US 6,482,531B) 및 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 마크로사이클(macrocycles containing at least one heteroatom) (US 6,329,024B), 상기의 전부는 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명의 매체를 생성하는 데 사용될 수 있는 모노머의 특정 기는 하기 식 (I)의 화합물을 포함한다:

(I)

상기 식에서,

R¹, R² 및 R³ 은 독립적으로 수소, 할로(halo), 알킬, 할로알킬 또는 할로로 선택적으로 치환된 아릴이고; R⁴ 는 X-R⁵ 기이며, 상기 R⁵ 는 알킬 또는 할로알킬기이고, X는 결합(bond); 식 -C(O)O(CH₂)_nY- 의 기, 상기 n은 1 내지 10의 정수, Y는 결합 또는 설폰아마이드; 또는 -(O)_pR⁶(O)_q(CH₂)_t- 기, 상기 R⁶ 은 할로로 선택적으로 치환된 아릴, p는 0 또는 1, q는 0 또는 1 및 t는 0 또는 1 내지 10 사이의 정수이며, 단, q 가 1일 때 t 는 0 이외의 수이고; 표면 상에 형성되는 중합성 층이 형성되기에 충분한 시간 동안이다.

본 명세서에서 "할로(halo)" 또는 "할로겐(halogen)"은 플루오르(fluorine), 염소(chlorine), 브롬(bromine) 및 요오드(iodine)를 의미한다. 특히 바람직한 할로기는 플루오로(fluoro)이다. "아릴(aryl)"이라 함은, 페닐 또는 나프틸과 같은 방향족 시클릭기를 의미하며, 특히 페닐이다. "알킬(alkyl)"이라 함은, 적합하게는 20 이하의 탄소 원자 길이의, 직선형 또는 가지형의 탄소 원자 사슬을 의미한다. "알케닐(alkenyl)"이라 함은, 적합하게는 탄소 원자 2 내지 20을 갖는 직선형 또는 가지형의 불포화 사슬을 의미한다. "할로알킬(haloalkyl)"이라 함은, 적어도 하나의 할로 치환체(halo substituent)를 포함하는 상기 정의된 알킬 사슬을 의미한다.

R¹, R², R³ 및 R⁵ 에 대한 적합한 할로알킬기는, 플루오로알킬기이다. 알킬 사슬은 직선형 또는 가지형일 수 있고, 시클릭 모이어티(cyclic moieties)를 포함할 수 있다.

R⁵에 있어서, 알킬 사슬은 2 이상의 탄소 원자를 적합하게 포함하며, 적합하게는 2 내지 20 개의 탄소 원자를 포함하고, 바람직하게는 4 내지 12 개의 탄소 원자를 포함한다.

R¹, R² 및 R³ 에 있어서, 알킬 사슬은 1 내지 6 개의 탄소 원자를 갖는 것이 일반적으로 바람직하다.

바람직하게는 R⁵ 는 할로알킬, 더욱 바람직하게는 퍼할로알킬기, 특히 식 C_mF_2m+1 의 퍼플루오로알킬기이고, 상기 식에서, m은 1 이상의 정수, 적합하게는 1 내지 20의 정수, 바람직하게는 4 내지 12의 정수이며, 예컨대 4,6 또는 8이다.

R¹, R² 및 R³ 에 있어서 적합한 알킬기는 1 내지 6 의 탄소원자이다.

일 실시예에서, R¹, R² 및 R³ 의 적어도 하나는 수소이다. 특히 일 실시예에서 R¹, R², R³ 모두가 수소이다. 다른 실시예에서, R³ 는 메틸 또는 프로필과 같은 알킬기이다.

X가 -C(O)O(CH₂)_nY-의 기이고, n은 적합한 스페이서 기(spacer group)를 제공하는 정수이다. 특히 n은 1 내지 5, 바람직하게는 약 2이다.

Y에 대해서 적합한 설폰아마이드기는, 식 -N(R⁷)SO₂ ^- 을 포함하며, 상기 식에서, R⁷ 은 수소 또는 알킬, 예컨대 C₁ _-4 알킬, 특히 메틸 또는 에틸이다.

일 실시예에서, 식 (I)의 화합물은 하기 식 (II)의 화합물이다.

(II)

상기 식에서,

R⁵ 은 상기 식 (I)에서의 정의와 동일하다.

식 (II)의 화합물에서, 식 (I)에서 X-R⁵ 기 사이의 'X'는 결합이다.

그러나 일 실시예에서, 식 (I)의 화합물은 식 (III)의 아크릴레이트이다.

(III)

상기 식에서,

n 및 R⁵ 은 상기 식(I)에서의 정의와 동일하고, R^7a 는 수소, C₁ _-10알킬, 또는 C_1-10할로알킬이다. 특히 R^7a 은 수소 또는 C₁ _-6 알킬, 예컨대 메틸이다. 식 (III)의 화합물의 특정 예는 하기 식 (IV)의 화합물이다.

(IV)

상기 식에서,

R^7a 은 상기 정의와 동일하고, 특히 수소이며, x 는 1 내지 9 사이의 정수, 예컨대 4 내지 9, 바람직하게는 7이다. 이 경우, 식 (IV)의 화합물은 1H,1H,2H,2H-헵타데카플루오로데실아크릴레이트(1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecylacylate)이다.

일 실시예에 따르면, 중합성 코팅은, 적어도 하나는 두 개의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 하나 이상의 유기 모노머 화합물을 포함하는 플라즈마에, 표면 상에 중합성 층을 형성하기에 충분한 시간 동안 여과 매체를 노출시킴으로써 형성된다.

적합하게는 하나 이상의 이중 결합을 갖는 화합물은 하기 식 (V)의 화합물을 포함한다.

(V)

상기 식에서,

R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², 및 R¹³ 은 모두 독립적으로, 수소, 할로, 알킬, 할로알킬 또는 할로로 선택적으로 치환된 아릴로부터 선택되고; Z 는 브릿지 기(bridging group)이다.

식 (V)의 화합물에서 사용된 브릿지 기 Z 에 적합한 예로는 공지된 것을 사용한다. 특히 이들은 산소 원자로 인터포즈(interposed)될 수 있는 선택적으로 치환된 아릴기를 포함한다. 브릿지 기 Z 로 적합한 선택적인 치환체는, 퍼할로알킬기를 포함하며, 특히 퍼플루오로알킬기이다.

특히 바람직한 실시예에서, 브릿지 기 Z는 하나 이상의 아실옥시 또는 에스테르기를 포함한다. 특히 식 Z 의 브릿지기는 서브-식 (VI)의 기이다.

(VI)

상기 식에서,

n 은 1 내지 10 사이의 정수, 적합하게는 1 내지 3 사이의 정수이고,

R¹⁴ 및 R¹⁵ 각각은 수소, 할로, 알킬 또는 할로알킬로부터 선택된다.

적합하게는 R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², 및 R¹³ 은 할로알킬, 예컨대 플루오로알킬, 또는 수소이다. 특히 이들은 모두 수소이다.

적합하게는 식 (V)의 화합물은 적어도 하나의 할로알킬기, 바람직하게는 퍼할로알킬기를 포함한다.

식 (V)의 화합물의 특정 예로는 하기를 포함한다:

A

상기 식에서,

R¹⁴ 및 R¹⁵ 은 상기 정의와 동일하고, R¹⁴ 또는 R¹⁵ 적어도 하나는 수소가 아니다. 상기 화합물의 특정 예는 식 B의 화합물이다.

B

일 실시예에서, 중합성 코팅은 여과 매체를 모노머릭 포화 유기 화합물(monomeric saturated organic compound)을 포함하는 플라즈마에, 표면 상에 중합성 층이 형성되기에 충분한 시간 동안 노출시킴으로써 형성되며, 상기 화합물은 헤테로원자로 선택적으로 인터포즈된 적어도 5 개의 탄소 원자의 선택적 치환 알킬 사슬을 포함한다.

본 명세서에서 "포화(saturated)"라 함은, 방향족 고리의 일부가 아닌 두 개의 탄소 원자 사이에 다중 결합(즉, 이중 또는 삼중 결합)을 포함하지 않는 것을 의미한다. "헤테로원자(heteroatom)"라 함은, 산소, 황, 실리콘 또는 질소 원자를 포함한다. 알킬 사슬이 질소 원자로 인터포즈되는 경우에는, 2차 또는 3차 아민을 형성할 수 있도록 치환될 것이다. 유사하게, 실리콘은 예컨대 두 개의 알콕시 기로 적합하게 치환될 것이다.

특히 적합한 모노머릭 유기 화합물은 식 (VII)의 화합물이다.

(VII)

상기 식에서,

R¹⁶, R¹⁷, R¹⁸ ^,R¹⁹ 및 R²⁰ 은 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬, 할로알킬 또는 할로로 선택적으로 치환된 아릴이고; R²¹ 은 X-R²² 의 기이고, 상기 R²² 은 알킬 또는 할로알킬기이며, X 는 결합 또는 식 -C(O)O(CH₂)_xY- 의 기로, x 는 1 내지 10 사이의 정수이고, Y 는 결합 또는 설폰아마이드기이며; 또는 -C(O)_PR²³(O)_s(CH₂)_t- 의 기로, R²³ 는 할로로 선택적으로 치환된 아릴, p 는 0 또는 1, s 는 0 또는 1, t 는 0 또는 1 내지 10 사이의 정수, 단 s 가 1일 때, t 는 0 이 아니다.

R¹⁶, R¹⁷, R¹⁸, R¹⁹, 및 R²⁰ 에 있어서 적합한 할로알킬기는, 플루오로알킬기이다. 알킬 사슬은 직선형 또는 가지형일 수 있고, 시클릭 모이어티를 포함할 수 있으며, 예컨대 1 내지 6 개의 탄소 원자를 포함할 수 있다.

R²² 에 대해서, 알킬 사슬은 적합하게는 1 이상의 탄소 원자를 포함하고, 적합하게는 1 내지 20 개의 탄소 원자를 포함하며, 바람직하게는 6 내지 12 개의 탄소 원자를 포함한다.

바람직하게는 R²² 는 할로알킬, 더욱 바람직하게는 퍼할로알킬기, 특히 식 C_zF_2z+1 의 퍼플루오로알킬기이며, 상기 식에서, z 는 1 이상의 정수, 적합하게는 1 내지 20 사이의 정수, 바람직하게는 6 내지 12, 예컨대 8 또는 10이다.

X 가 -C(O)O(CH₂)_yY-의 기일 때, y 는 적합한 스페이서 기를 제공하는 정수이다. 특히 y는 1 내지 5, 바람직하게는 약 2이다.

Y 에 대한 적합한 설폰아마이드기는, -N(R²³)SO₂ ^- 식을 포함하며, 상기 식에서, R²³ 는 수소, 알킬 또는 할로알킬, 예컨대 C₁ _-4 알킬, 특히 메틸 또는 에틸이다.

사용된 모노머릭 화합물은 바람직하게는 할로겐으로 선택적으로 치환된 C₆ _-25알칸, 특히 퍼할로알칸, 및 특히 퍼플루오로알칸을 포함한다.

다른 관점에 따르면, 중합성 코팅은 구성 섬유(constituent fibres) 또는 여과 매체를 선택적으로 치환된 알킨을 포함하는 플라즈마에, 그 표면에 중합성 층이 형성되기에 충분한 시간 동안 노출시킴으로써 형성된다.

적합하게는 사용된 알킨 화합물은, 하나 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는, 탄소 원자의 사슬을 포함한다. 상기 사슬은 헤테로원자로 선택적으로 인터포즈될 수 있고, 고리 및 다른 작용기를 포함하는 치환체를 운반할 수 있다. 직선형 또는 가지형일 수 있는, 적합한 사슬은 2 내지 50 개의 탄소 원자를 포함할 수 있고, 더욱 적합하게는 6 내지 18 개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 이들은 출발 물질로서 사용되는 모노머에 존재할 수 있거나, 예컨대 개환에 의해 플라즈마에 적용되는 모노머 중에 생성될 수 있다.

특히 적합한 모노머릭 유기 화합물은 식 (VIII)의 화합물이다.

(VIII)

상기 식에서,

R²⁴ 은 수소, 알킬, 시클로알킬, 할로알킬 또는 할로로 선택적으로 치환된 아릴이고 ; X¹ 은 결합 또는 브릿지 기이며; R²⁵ 은 알킬, 시클로알킬 또는 할로겐으로 선택적으로 치환된 아릴기이다.

적합한 브릿지 기 X¹ 는 식 -(CH₂)_s-, -CO₂(CH₂)_p-, -(CH₂)_pO(CH₂)_q-, -(CH₂)_pN(R²⁶)CH₂)_q-, -(CH₂)_pN(R²⁶)SO₂-의 기를 포함하고, 상기 식에서, s 는 0 또는 1 내지 20 사이의 정수이고, p 및 q 는 독립적으로 1 내지 20 사이의 정수에서 선택되며; R²⁶ 는 수소, 알킬, 시클로알킬 또는 아릴이다. R²⁶ 에 있어서 특정 알킬기는 C₁ _-6 알킬, 특히 메틸 또는 에틸을 포함한다.

R²⁴ 가 알킬 또는 할로알킬일 때, 1 내지 6 사이의 탄소 원자가 일반적으로 바람직하다.

R²⁴ 에 대한 적합한 할로알킬기는, 플루오로알킬기를 포함한다. 알킬 사슬은 직선형 또는 가지형일 수 있고, 시클릭 모이어티를 포함할 수 있다. 바람직하게는 R²⁴ 은 수소이다.

바람직하게는 R²⁵ 은 할로알킬, 더욱 바람직하게는 퍼할로알킬기, 특히 식 C_rF_2r+1 의 퍼플루오로알킬기이며, 상기 식에서, r 은 1 이상의 정수, 적합하게는 1 내지 20, 바람직하게는 6 내지 12 사이의 정수, 예컨대 8 또는 10 이다.

일 실시예에서, 식 (VIII)의 화합물은 하기 식 (IX)의 화합물이다.

(IX)

상기 식에서,

s 는 상기 정의한 바와 동일하고, R²⁷ 은 할로알킬, 특히 퍼할로알킬이며, 예컨대 C₆F₁₃ 와 같은 C₆ _-12 퍼플루오로기이다.

다른 실시예에서, 식 (VIII)의 화합물은 식 (X)의 화합물이다.

(X)

상기 식에서,

p 은 1 내지 20 사이의 정수이고, R²⁷ 은 상기 식 (IX)에서 정의한 바와 동일하며, 특히 C₈F₁₇ 기이다. 바람직하게는 이 경우, p 는 1 내지 6 사이의 정수, 가장 바람직하게는 약 2이다.

식 (I)의 다른 예는, 식 (XI)의 화합물

(XI)

상기 식에서,

p 는 상기 정의한 바와 동일하나, 특히 1 이고, q 는 상기 정의한 바와 동일하나, 특히 1 이고, R²⁷ 은 상기 식 (IX)에서의 정의와 동일하고 특히 C₆F₁₃ 기;

또는 식 (XII)의 화합물

(XII)

상기 식에서,

p 는 상기 정의한 바와 동일하나, 특히 1 이고, q 는 상기 정의한 바와 동일하나, 특히 1 이고, R²⁶ 은 상기 정의한 바와 동일하나, 특히 수소이고, R²⁷ 는 상기 식 (IX) 에서의 정의와 동일하고 특히 C₇F₁₅ 기;

또는 식 (XIII) 의 화합물

(XIII)

상기 식에서,

p 는 상기 정의한 바와 동일하나, 특히 1 이고, R²⁶ 은 상기 정의한 바와 동일하고 특히 에틸, R²⁷ 는 상기 식 (IX) 에서의 정의와 동일하고 특히 C₈F₁₇ 기이다.

다른 실시예에서, 상기 공정에서 사용되는 알킨 모노머는 식 (XIV)의 화합물이다.

(XIV)

상기 식에서,

R²⁸ 은 수소, 알킬, 시클로알킬, 할로알킬 또는 할로로 선택적으로 치환된 아릴이고, R²⁹, R³⁰ 및 R³¹ 은 독립적으로 알킬 또는 알콕시로부터 선택되며, 특히 C_1-6 알킬 또는 알콕시이다.

바람직한 기 R²⁸ 는 수소 또는 알킬이고, 특히 C₁ _-6 알킬이다.

바람직한 기 R²⁹, R³⁰ 및 R³¹ 은 C₁ _-6 알콕시이고, 특히 에톡시이다.

일반적으로, 처리될 여과 매체는 가스 상으로 증착될 물질과 함께 플라즈마 챔버에 놓여지고, 글로우 방전(a glow discharge)이 챔버에 가해지고 적합한 전압이 인가되며, 펄스될 수 있다.

중합성 코팅은 펄스 및 연속-파장 플라즈마 증착 조건 모두의 하에서 이루어질 수 있으며, 다만 펄스 플라즈마가 바람직한데, 이는 코팅의 클로저 컨트롤을 가능하게 하고, 보다 균일한 중합성 구조의 형성이 가능하기 때문이다.

본 명세서에서, "가스 상(in a gaseous state)"라 함은, 가스 또는 증기, 단독 또는 혼합, 뿐만 아니라 에어로졸을 의미한다.

플라즈마 중합이 효과적인 방법으로 발생하는 정밀한 조건은 중합체의 성질, 만들어질 물질 및 기공 사이즈 등을 포함하는 처리될 여과 매체 등의 인자에 따라 달라질 수 있으며, 통상적인 방법 및/또는 기술을 사용하여 결정될 수 있다.

본 발명의 방법에서 사용할 수 있는 적합한 플라즈마는, 비평형 플라즈마(non-equilibrium plasmas)를 포함하며, 예컨대 라디오프리퀀시(radiofrequencies (RF)), 마이크로웨이브(microwaves) 또는 디렉트 커런트(direct current (DC))를 포함한다. 이들은 당업계에서 공지되어 있는 대기압 (atmospheric pressures) 또는 서브-대기압(sub-atmospheric pressures)에서 작동될 수 있다. 특히 이들은 라디오프리퀀시에서 생성된다.

장치의 다양한 유형이 가스상 플라즈마를 생성하는 데 사용될 수 있다. 일반적으로, 이들은 컨테이너 또는 플라즈마 챔버를 포함하며, 이 안에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 이러한 장치의 특정 예는 WO2005/089961 및 WO02/28548 에 예시로 기재되어 있으며, 그러나 이 외에 다른 통상적인 플라즈마 생성 장치가 가능하다.

플라즈마 챔버 내에 존재하는 가스는 모노머 단독의 증기를 포함할 수 있으나, 캐리어 가스, 특히 불활성 가스, 예컨대 헬륨 또는 아르론과, 필요하다면 결합할 수 있다. 특히 헬륨이 바람직한 캐리어 가스인데, 이는 모노머의 단편을 최소화할 수 있기 때문이다.

혼합물로 사용되면, 캐리어 가스에 대한 모노머 증기의 상대량이 적합하게는 통상적인 방법에 따라 결정된다. 첨가되는 모노머의 양은 사용되는 특정 모노머의 특성, 처리될 기재의 성질, 플라즈마 챔버의 크기 등에 따라 달라진다. 일반적으로, 통상적인 챔버의 경우, 모노머는 50-250mg/minute 의 양으로 운반되며, 예컨대 100-150mg/minute의 속도로 운반된다. 그러나, 선택된 반응기 및 한 번에 처리되어야 하는데 요구되는 기질의 수에 따라 속도가 달라질 것이며; 연간 시스템 효율 및 자본과 같은 고려 사항에 따라 달라질 수 있다.

헬륨과 같은 캐리어 가스는, 예컨대 5 내지 90 sccm (standard cubic centimetres per minute), 예컨대 15 내지 30sccm 의 속도로 일정하게 주입된다. 일 실시예에서, 캐리어 가스에 대한 모노머의 비율은 100:0 내지 1:100, 예컨대 10:0 내지 1:100, 특히 약 1:0 내지 1:10 일 수 있다. 선택된 정밀한 비율은 공정에 의해 요구되는 유속으로 달성된다.

어떤 경우에는, 예비적이고 연속적인 파워 플라즈마가 예컨대 15 초 내지 10 분, 예컨대 2 내지 10 분 간 가해질 수 있다. 이는 표면 예비-처리 단계(a surface pre-treatment step)로, 모노머가 표면에 부탁하여, 중합이 일어나고, 코틴이 표면 상에 "성장"한다. 상기 예비-처리 단계는 모노머가 챔버에 도입되기 전에, 불활성 가스 만이 존재할 때 수행될 수 있다.

플라즈마는, 적어도 모노머가 존재할 때, 적합하게는 펄스 플라즈마로 전환되어 중합이 진행될 수 있도록 할 수 있다.

모든 경우에서, 글로우 방전은 예컨대 13.56MHz 의 높은 프리퀀시 전압을 인가함으로써 점화된다. 이는 전극을 사용하여 적용되는데, 이는 챔버의 내부 또는 외부일 수 있으나, 더 큰 챔버인 경우에는 일반적으로 내부이다.

적합하게는 가스, 증기 또는 가스 혼합물이 적어도 1 sccm 의 속도로 공급되며, 바람직하게는 1 내지 100 sccm 의 속도로 공급된다.

모노머 증기의 경우, 모노머의 성질, 챔버의 크기 및 펄스 전압이 인가되는 동안 특정 진행이 이루어지는 제품의 표면 면적에 따라, 80 내지 300mg/minute의 속도, 예컨대 약 120mg/minute 의 속도로 공급되는 것이 적합하다. 그러나, 산업적인 스케일에서는 정의된 공정 시간의 관점에서 달라지고 모노머의 성질 및 요구되는 기술적 효과에 따라 달라질 수 있는 고정 총 모노머 딜리버리(fixed total monomer delivery)를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

가스 또는 증기는 다른 통상적인 방법을 사용하여 플라즈마 챔버에 도입될 수 있다. 예컨대, 이들은 플라즈마 구역(plasma region)으로 끌려지겨나, 주입되거나, 펌프될 수 있다. 특히, 플라즈마 챔버가 사용될 때, 액체 취급에서 통상적으로 일어나는 바와 같이, 가스 또는 증기가 챔버에 도입되어 챔버에서 압력이 줄어들고, 이베큐에이팅 펌프를 사용하게 되거나 또는 펌프, 스프레이, 드립, 정전기적 이온화 또는 챔버로 주입될 수 있다.

중합은 예컨대 식 (I)의 증기를 사용하여 적합하게 이루어질 수 있고, 0.1 내지 400 mtorr, 적합하게는 약 10 내지 100 mtorr 에서 유지된다.

인가되는 필드는 적합하게는 5 내지 500W 의 파워, 예컨대 20 내지 500 W, 적합하게는 약 100W 피크 파워이며, 연속적 또는 펄스된 필드로 인가된다. 사용될 때, 펄스는 매우 낮은 평균 파워를 생성하는, 예컨대 타임 온:타임 오프의 비율이 1:100 내지 1:1500, 예컨대 약 1:650 비율에서 연속적으로 적합하게 인가된다. 이와 같은 시퀀스의 특정 예는, 파워가 20 내지 50 μs, 예컨대 약 30 μs 에서 온, 1000μs 내지 30000 μs, 특히 약 20000 μs에서 오프인 시퀀스이다. 이러한 방법으로 수득되는 전형적인 평균 파워는 0.1 내지 0.2 W이다.

필드는 30 초 내지 90 분 동안 적합하게 인가되고, 바람직하게는 5 내지 60 분이며, 식 (I)의 화합물의 성질 및 섬유성 여과 매체 또는 처리될 섬유 덩어리에 따라 달라진다.

적합하게는 사용된 플라즈마 챔버는 수행될 때 여럿의 매체를 수용하기에 충분한 부피이어야 한다.

본 발명에 따른 여과 매체를 제조하기에 특히 적합한 장치 및 방법은 WO2005/089961에 기재되어 있으며, 본 발명에 참고로서 포함된다.

특히, 이러한 유형의 큰 부피의 챔버를 사용하는 경우에는, 플라즈마가 펄스 필드로 전압을 생성하며, 평균 파워는 0.001 내지 500W/m³, 예컨대 0.001 내지 100W/m³ 이며, 적합하게는 0.005 내지 0.5W/m³이다.

이러한 조건은 특히 큰 챔버, 예컨대 플라즈마 구역(plasma zone)이 500cm³ 초과의 부피를 갖는, 예컨대 0.1m³ 이상, 예컨대 0.5m³ 내지 10m³ , 적합하게는 약 1m³ 인 챔버에서, 우수한 품질의 균일한 코팅을 증착하는데 특히 적합하다. 이러한 방법으로 형성된 층은 우수한 기계적 강도를 갖는다.

챔버의 모양은 처리될 섬유의 배치 또는 특정 여과 매체 시트에 적합하도록 선택될 것이다. 예컨대, 일반적으로 육면체 챔버가 범용적으로는 적합하나, 필요한 경우에는 연장되거나 직사각형의 챔버가 제조될 수 있고, 실린더형, 또는 다른 적합한 모양으로 제작될 수 있다.

챔버는 배치 공정에 적합하도록 봉인가능한 용기(sealable container)일 수 있으며, 또는 인-라인 시스템(in-line system)으로서 연속적인 공정에서 사용될 수 있도록 여과 매체에 대해 인렛 및 아웃렛을 포함할 수 있다. 특히 후자의 경우, 챔버에서 플라즈마 방전을 생성하는데 필요한 압력 조건은 큰 부피의 펌프를 사용하여 유지할 수 있고, 이는 예컨대 "휘슬링 리크(whistling leak)"를 갖는 장치에서 통상적이다. 그러나, 대기압에서 또는 "휘슬링 리크"가 필요하지 않도록 가까이에서 여과 매체의 시트 또는 섬유의 배치를 프로세스할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 상기 섬유성 여과 매체의 제조 방법을 포함하며, 상기 방법은 제조될 상기 매체 또는 섬유를 상기 플라즈마 중합 공정에 노출시켜, 그 위에 중합성 코팅을 형성하고, 만약 그 후에 필요하다면 섬유로부터 섬유성 여과 매체를 형성하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점은 상기 청구항 중 어느 하나에 따른 섬유성 여과 매체의 제조 방법을 포함하며, 상기 방법은 표면 상에 중합성 층을 형성시키기 위하여 (i) 섬유성 여과 매체 또는 (ii) 섬유를, 프리 라디칼 개시제의 존재 없이 플라즈마 공정 중에 하이드로카본 또는 플루오로카본 모노머를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하고, (ii)의 경우 상기 섬유로부터 섬유성 여과 매체를 형성하며, 플라즈마는 펄스이다.

표면에 형성된 중합성 층은 소수성일 수 있다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 가스 또는 액체와 같은 유체의 여과 방법을 제공하며, 상기 방법은 유체를 상기 여과 매체에 통과시키는 것을 포함한다. 특히 상기 유체는 공기이고, 상기 매체는 공기로부터 먼지 입자와 같은 고체 입자를 제고하는 정전기 매체이다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 섬유성 여과 매체의 안티-케이킹 성질을 향상시키기 위한, 플라즈마 중합 공정에 의해 증착된, 중합 플루오로카본 또는 하이드로카본 코팅의 용도를 제공한다.

또한, 본 발명은 섬유성 정전기 여과 매체의 성능을 향상시키기 위한, 플라즈마 중합 공정에 의해 증착된, 중합 플루오로카본 또는 하이드로카본 코팅의 용도를 제공한다.

적합한 플루오로카본 및 하이드로카본 코팅은 상기 방법에 의해 수득할 수 있다.

본 발명은 하기 첨부된 도면 및 실시예에 의해 더욱 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 관련하여 처리되고, 처리되지 않은 섬유성 여과 매체에 행해지는 투기도 테스트(air permeability test)의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 여과 테스트(filtration test)에 사용되는 먼지의 측정된 입도분포(particle size distribution)를 나타낸다(이하 참조).
도 3은 여과 케이크 해리 효율(filtration cake release efficiency)의 결정에 사용되는 테스트 리그(test rig)를 설명한 개략도이다.
도 4는 처리된 및 처리되지 않은 여과매체에 대한 케이크 해리 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 소듐 클로라이드 에어로졸 테스트에 사용되는 장치의 개략도이다.

실시예 1

투기도 테스트

일련의 테스트는 그들을 플라즈마 절차로 행하거나 행하지 않은 섬유성 여과 매체에 행해진다. 상기 매체는 이하와 같은 특성이 있다:

No .	설명
FM1	니들펀칭된 폴리 (에틸렌 테레프탈레이트 ) 여과 매체, 평균 면적 밀도 550 gm ^-2
FM2	소수성( PTFE ) 섬유로 이루어진, 스크림으로 지지된 니들펀칭된 여과 매체, 평균 면적 밀도 750 gm ^-2
FM3	물, 기름 및 먼지에 해리 특성을 주기 위해 플루오로카본 화학 처리하여 제조자에 사용되는 니들펀칭된 폴리 (에틸렌 테레프탈레이트 ) 여과 매체, 평균 면적 밀도 550 gm ^-2
FM4	PTFE 멤브레인으로 니들펀칭된 폴리 (에틸렌 테레프탈레이트 ) 여과 매체, 평균 면적 밀도 500 gm ^-2

각 매체의 시료를 가공 체적 ~ 300리터인 플라즈마 챔버에 넣었다. 상기 챔버를 질량 유량 제어계 및/또는 액체 질량 유량계를 통해 요구된 가스 및/또는 증기의 공급원을 연결하고 적당하게 인젝터 또는 모노머 저장소를 혼합했다.

챔버에 헬륨을 20sccm으로 가하기 전에 베이스 압력이 3 내지 10mtorr인 챔버를 압력이 80mtorr에 달할 때까지 가압했다. 연속 출력 플라즈마를 13.56 MHz, 300W의 RF를 사용하여 4분 동안 고착했다.

이 기간 후, 일반식의 1H,1H,2H,2H-헵타데카플루오로데실아크릴레이트(CAS # 27905-45-9)

를

분당 120밀리그램의 비율로 챔버에 넣고, 플라즈마를 100W의 피크 전력에서 40분 동안 30마이크로초 온-타임 및 20밀리초 오프-타임으로 펄스 플라즈마로 바꾸었다. 40분이 완료되었을 때 플라즈마 출력을 가공 가스 및 증기와 함께 끄고, 챔버를 베이스 압력으로 다시 감압했다. 챔버를 대기 압력으로 벤트(vent)하고 매체 시료를 제거했다.

균일한, 이방성, 다공성 부직포 구조를 통해 유체 유동(fluid flow)은 다시의 법칙(Darcy's law)으로 기재될 수 있다.

q는 유체 유동의 체적 유량이고, h는 유체의 점도이고, Δp는 유체 유동의 도관 길이에 따른 압력 강하(pressure drop)이고, k와 t는 각각 부직포 여과 매체의 투과성 및 두께이다.

구체적인 투과성의 값은 다른 두께의 부직포 구조가 비교될 수 있는 것을 의미하는 직물 두께 및 유체 형태의 영향이 배제된 직물의 본질적인 투수성을 나타낸다.

부직포 직물의 구체적인 투과성은 공기 투과성 및 물질의 재료가 측정되면 계산될 수 있다.

각 여과 매체 FM1-FM5의 공기 투과성은 "Shirley" 공기 투과성 테스터를 사용하여 BS EN ISO 9237:1995에 따라 측정된다. 이 장치를 사용하여, 직물의 주어진 영역을 통해 수직으로 통과하는 공기의 유량이 직물 테스트 영역을 통과하여 주어진 압력에서 측정된다.

조건은 이하와 같다.

테스트 영역: 5cm²

공기 압력: 50 Pa/100 Pa

처리된 및 처리되지 않은 각 매체는 10 테스트를 했다. 상기 테스트 결과를 이하 도 1 및 표 2에 나타냈다.

매체	FM1		FM2		FM3		FM4
No.테스트	U	T	U	T	U	T	U	T
1	65.2	68.4	52.4	54.0	66.0	69.6	16.5	37.0
2	65.4	70.2	56.4	48.0	68.6	64.8	16.8	23.0
3	64.0	70.2	46.0	64.0	63.0	58.0	16.5	24.0
4	69.0	70.2	72.0	55.0	57.0	50.0	18.5	25.6
5	68.4	67.0	65.4	65.2	58.0	68.2	16.0	19.5
6	68.4	64.2	75.0	55.5	66.2	66.0	17.0	32.0
7	65.2	69.6	70.0	73.0	68.4	65.0	17.2	26.4
8	64.0	69.6	57.5	63.8	60.0	57.8	16.7	21.0
9	70.0	68.6	77.8	62.5	68.0	67.4	18.3	25.8
10	65.2	68.4	58.0	65.0	57.6	57.6	16.6	19.3
평균	66.5	68.6	63.0	60.6	63.3	63.4	17.0	25.4
SD	2.2	1.9	10.5	7.3	4.8	4.6	0.8	5.6
CoV	3.3%	2.7%	16.7%	12.0%	7.5%	7.3%	4.7%	21.9%

여기서, U=처리되지 않음

T= 처리됨

SD = 표준 편차

CoV = 변동 계수

여과 매체의 평균 두께는 직물 두께가 2.00g cm^-2의 로딩하에서 측정될 때 Fast-1 (Fabric Assurance by Simple Testing) 압축 시험기를 사용하여 떨어진 영역을 5번 읽음으로써 측정된다.

다시의 법칙을 사용하여, 구체적인 투과성 K를 이하 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.

매체에 대해 계산된 구체적 투과성 값은 표 3에 나타냈다.

표 3 매체에 대해 측정된 두께 및 계산된 구체적 투과성

매체	FM1		FM2		FM3		FM4
	U	T	U	T	U	T	U	T
평균 직물 두께 (mm)	2.23	2.23	1.59	1.59	2.15	2.12	1.96	2.11
구체적 투과성 (10^-11 m²)	5.29	5.45	3.65	3.51	4.96	4.90	1.22	1.95

상기 결과는 처리가 PTFE 멤브레인 함유 매체(FM4)을 제외한 테스트된 여과 매체의 공기 투과성에 어떤 상당한 영향을 미치지 않는다는 것을 보여준다. 이 매체는 2개의 분리된 A4-사이즈 시트로 공급되고, 상기한 바와 같이 그들 중 하나는 처리되었고 하나는 처리되지 않았다. 이 경우의 매체는 최소 세공 사이즈를 갖는다(<7mm).

실시예 2

여과 케이크 테스트

실리콘 디옥사이드의 미립자로 이루어진 테스트 먼지가 제조되었다. 테스트 먼지의 입자 사이즈는 레이저 회절 기술을 사용하여 측정되었다. 입자는 사이즈에 반비례하는 앵글에 집중적인 레이저 빔 및 산란광을 통과시켰다. 제조된 산란광의 앵글 강도는 감광 검출기로 측정했다. 먼지의 입자 사이즈 분산은 도 2에 나타냈다.

각 직물(실시예 1에서의 FM1-FM4)을 여과 테스트 리그로 3번 테스트했다(도 3). 여과 매체의 칭량된 시료를 유도관(2)의 입구와 (3)벤트 사이에 차례로 삽입된 필터 하우징(1)에 클램프를 물렸다. 공기 공급기(4)를 먼지 공급 챔버(6)를 통해 공기 유동을 생성하는 노즐을 통해 유도관(2)으로 공급했다. 1.00g의 테스트 먼지를 먼지 공급기(7)로부터 공급 챔버(6)에 30초에 걸쳐 공급했다. 이 리그를 30초 더 수행했다. 필터 및 하우징(1)을 제거한 후 칭량하고 반대 방향으로 다시 놓았다. 필터를 공기의 제 2 분출을 30초 행하여 케이크 먼지를 제거했다. 필터 및 하우징(1)을 칭량하고 케이크 탈리 퍼센트를 계산했다.

결과를 도 4에 나타냈다. 이들은 처리가 FM1, FM2 및 FM3에서 필터 먼지 케이크 탈리에 대한 유용한 효과를 갖는다는 것을 보여준다. 이 경우에, 처리된 여과 매체는 동등한 처리되지 않은 여과 매체에 비해 케이크 탈리 특성이 우수하다는 것을 보여준다. FM3의 결과는 화학적 처리가 본 발명의 처리에 비해 많이 비효과적이라는 것을 보여준다.

FM4의 시료를 이 결과에 나타내지 않지만, 이것은 시료의 문제에 기인한다(상기 투과성 결과 설명 참조)

실시예 3

트라이보차지 ( Tribocharged ) 여과 매체 테스트

소듐 클로라이드 에어로졸은 공기 여과 테스트에 보통 사용된다. 실시예 1에 기재된 플라즈마 처리가 되거나 되지 않은 아크릴 스테이플 섬유의 시료를 폴리프로필렌과 혼합하고, 정전하를 유도하도록 카드되고(carded), 크로스 랩핑(cross-lapped) 및 니들펀칭(needlepunched)되어 부직포 여과 매체를 제조했다.

이들 시료를 도 5에 설명한 장치를 사용하여 BS EN 13274-7:2002 소듐 클로라이드 에어로졸 테스트에 근거한 방법을 사용하여 테스트했다.

압축 공기의 흐름을 공기 필터(8)에서 화살표 방향으로 에어로졸 발생기(9)로 여과했다. 발생기에서, 중간 입자 직경이 약 0.6㎛인 입자의 복잡 분산 입자 분포(polydisperse distribution of particles) 형태의 소듐 클로라이드 에어로졸이 제조되었다. 이것은 테스트 필터를 함유하는 테스트 챔버, 이 챔버의 우회도로인 병렬 흐름(11)을 통과한다. 테스트 필터를 통과하기 전후의 에어로졸에서 입자의 농도는 불꽃 광도법에 의해 측정된다. 불꽃 광도계(12)는 흐름을 분석할 에어로졸을 통해 수직의 불꽃 튜브를 하우징하는 수소 버너를 포함한다. 불꽃 튜브를 통과하는 공기 중의 소듐 클로라이드 입자는 589㎚로 특징적 소듐 방출을 제공하면서 증기화된다. 이 방출의 강도는 공기 흐름 중 소듐의 농도에 직접적으로 비례한다. 정확한 측정은 필터 투과의 <0.001% 내지 100% 범위내에서 가능하다.

최초와 7일 후에 얻어진 결과를 표 4에 나타냈다.

테스트 섬유	투과 (%)
테스트 섬유	최초 측정	7일 후
처리되지 않은	0.5	0.7
처리됨	0.405	0.304
처리됨	0.428	0.331

이 결과는 처리된 정전기의(tribocharged) 여과 매체는 성능에서 현저한 개선을 제공한다는 것을 나타낸다. 에어로졸에 의해 발생된 여과 성능의 감소는 확립된 문제이고, 처리는 이 문제를 완화하는 명백한 방법을 제공한다.

Claims

섬유 표면에 중합성 코팅을 증착하기 위하여 플라즈마 증착 공정에 노출시킴으로써 섬유 표면을 개질하는, 섬유성 여과 매체.
제1항에 있어서,
여과 매체에 어셈블리 되기 전에 섬유를 상기 플라즈마 증착 공정에 노출시키는, 섬유성 여과 매체.
제1항에 있어서,
형성된 매체를 상기 플라즈마 증착 공정에 노출시키는, 섬유성 여과 매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
정전기(트라이보차지된) 여과 매체인, 섬유성 여과 매체.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유성 매체는 폴리프로필렌, 셀룰로스 디아세테이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 모다크릴, 아크릴, 선택적으로 클로르화 및/또는 나일론으로 코팅될 수 있는 코튼, 실크 또는 울, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 섬유성 여과 매체.
표면 상에 중합성 층을 형성시키기 위하여 (i) 섬유성 여과 매체 또는 (ii) 섬유를 하이드로카본 또는 플루오로카본 모노머를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하고, (ii)의 경우 상기 섬유로부터 섬유성 여과 매체를 형성하는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 섬유성 여과 매체의 제조방법.
제6항에 있어서,
플라즈마가 펄스된, 섬유성 여과 매체의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 모노머는 하기 식 (I)의 화합물인, 방법.

(I)
(상기 식에서,
R¹, R² 및 R³ 은 독립적으로 수소, 할로, 알킬, 할로알킬 또는 할로로 선택적으로 치환된 아릴이고; R⁴ 는 X-R⁵ 기, 상기 R⁵ 는 알킬 또는 할로알킬기이고, X는 결합(bond); 식 -C(O)O(CH₂)_nY- 의 기, 상기 n은 1 내지 10의 정수, Y는 결합 또는 설폰아마이드 기; 또는 -(O)_pR⁶(O)_q(CH₂)_t- 기, 상기 R⁶ 은 할로로 선택적으로 치환된 아릴, p는 0 또는 1, q는 0 또는 1 및 t는 0 또는 1 내지 10 사이의 정수이고, 단, q 가 1일 때 t 는 0 이외의 수)
제8항에 있어서,
상기 식 (I)의 화합물이 하기 식 (II)의 화합물인, 방법.

(II)
(상기 식에서,
R⁵ 은 제8항에서의 정의와 동일하거나, 하기 식 (III)의 화합물

(III)
(상기 식에서,
n 및 R⁵ 은 제1항에서의 정의와 동일하고,
R^7a 은 수소, C₁ _-10알킬, 또는 C₁ _- ₁₀할로알킬이다))
제9항에 있어서,
상기 식 (I) 의 화합물이 식 (III)의 화합물인, 방법.
제10항에 있어서,
상기 식 (III)의 화합물이 하기 식 (IV)의 화합물인, 방법.

(IV)
(상기 식에서,
R^7a 는 제8항에서의 정의와 동일하고,
x는 1 내지 9 사이의 정수이다)
제11항에 있어서,
상기 식 (IV)의 화합물이 1H,1H,2H,2H-헵타데카플루오로데실아실레이트(1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecylacylate)인, 방법.
제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 여과 매체 또는 섬유를 플라즈마 증착 챔버 안에 두고, 글로우 방전(a glow discharge)을 상기 챔버에 점화하며, 펄스 필드(a pulsed field)로 전압을 가하는, 방법.
제13항에 있어서,
가해진 전압이 40 내지 500 W의 파워인, 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 전압이 타임 온: 타임 오프의 비율이 1:100 내지 1:1500 의 범위로 연속적으로(in a sequence) 펄스되는, 방법.
제6항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
예비 단계에서, 계속적인 파워 플라즈마(continuous power plasma)를 섬유성 매체 또는 섬유에 가하는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 예비 단계는 불활성 가스의 존재 하에 수행되는, 방법.
제6항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅이 소수성 코팅인, 방법.
제6항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유성 여과 매체 또는 섬유가 프리 라디칼 개시제의 존재 없이 플라즈마에 노출되는, 방법.
표면 상에 중합성 층을 형성시키기 위하여 (i) 섬유성 여과 매체 또는 (ii) 섬유를 프리 라디칼 개시제의 존재 없이 플라즈마 공정에서 하이드로카본 또는 플루오로카본 모노머를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하고, (ii)의 경우 상기 섬유로부터 섬유성 여과 매체를 형성하고, 상기 플라즈마는 펄스된 것인, 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 섬유성 여과 매체의 제조방법.
제20항에 있어서,
상기 중합성 층은 소수성인, 방법.
가스 또는 액체와 같은 유체를 상기 여과 매체에 통과시키는 것을 포함하는, 유체의 여과 방법
제22항에 있어서,
상기 유체는 공기이고, 상기 매체는 공기로부터 고체 입자를 제거하는 정전기 매체인, 방법.
섬유성 여과 매체의 안티-케이킹 성질을 증진시키기 위한, 플라즈마 중합 공정에 의해 증착된, 중합화 플루오로카본 또는 하이드로카본 코팅의 용도.
섬유성 정전기 여과 매체의 성능을 증진시키기 위한, 플라즈마 중합 공정에 의해 증착된, 중합화 플루오로카본 또는 하이드로카본 코팅의 용도.
중합성 코팅을 증착시키기 위하여 제6항 내지 제21항 중 어느 한 항의 방법에 따른 플라즈마 증착 공정에 노출시킴으로써 섬유 표면이 개질되는, 섬유성 여과 매체.