KR20110055576A - 활성화제가 혼입된 정전기적으로 하전된 필터 매질 - Google Patents

활성화제가 혼입된 정전기적으로 하전된 필터 매질 Download PDF

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Abstract

보호 매질 및 그것을 제조하는 방법이 제공된다. 한 측면에서, 보호 매질은 다공성 유전체 캐리어, 다공성 유전체 캐리어에 혼입된 활성화제; 그리고 다공성 유전체 캐리어의 적어도 일부분을 가로지르는 정전기적 전하를 포함한다. 이 혁신적인 매질은 선행기술의 해결책보다 효과적으로 미생물 및/또는 독소를 박멸할 수 있으며 또한 자가-멸균된다.

Description

활성화제가 혼입된 정전기적으로 하전된 필터 매질{Electrostatically Charged Filter Media Incorporating An Active Agent}
<관련 출원 정보>
본 출원은 각각 2002년 9월 16일, 2002년 12월 19일, 그리고 2003년 3월 28일에 출원된 US 가출원 제 60/411,006호, 제 60/434,526 및 제 60/458,800호의 우선권의 이익을 주장하며, 각각의 내용은 여기에 그 전체가 참조문헌으로서 수록된다.
<기술분야>
본 발명은 정전기적으로 하전된 필터 매질, 특히 활성화제가 혼입된 정전기적으로 하전된 매질, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
선행 기술의 여과 방법은, 예를 들면, 기계적 여과 - 필터 매질의 구멍보다 큰 입자의 물리적 보류; 정전기적 여과 - 입자의 사멸/불활성화 없이 필터 내의 섬유에 입자를 부착시키는 것; 그리고 1999년 11월 9일에 본 발명자의 이름으로 공개된 "요오드/수지 소독제를 사용하는 공기의 소독(Disinfection Of Air Using An Iodine/Resin Disinfectant)"이라는 제목의 미국 특허 제 5,980, 827호에 개시되고 청구된 여과를 포함한다. 회선형 경로(convoluted pathway)를 가지면서 생성물이 매질에 혼입되는 경우, 얇은 매질에서 개선된 요오드 수지 여과가 일어나는 것으로 측정되었다. 미생물/독소가 회전 통로(circuitous route)를 통과하도록 강제함으로써, 미생물/독소는 결국 사멸/불활성화된다. 회전 통로를 제공하는 한 방법은 부직포(nonwoven) 매질을 적용하는 것이다.
공개된 미국 특허 출원 제 20010045398호 "3차원 매트릭스 구조에 입자를 고정하는 공정(Process For The Immobilisation of Particles in a Three Dimensional Matrix Structure)"에서, 부직포(non-woven) 물질이 먼저 제조되고, 그 후 미국 특허 제5,639,452호(이하 '452 특허라 함)에 개시된 것과 같은 요오드 수지가 알코올 또는 부분 용매(partial solvent)를 사용하여 고 진동 진공 펌프에 의해 첨가되며, 상기 요오드 수지는 필터의 구멍을 개방시켜 그에 따라 활성화제가 그것("트리오신(Triosyn)"수지)을 통과하게 될 것이다. '452 특허의 내용은 여기 그 전체가 참조문헌으로서 수록된다.
미국 특허 제6,346,125호(이하 '125 특허라 함)는 정전기적으로 하전되지 않은 부직포 물질(non-electrostatically charged non-woven material)에 수성 항균제를 혼입(incorporate)하는 것을 개시한다. 특히 '125 특허는 정전기적으로 하전되지 않은 부직포에 수성 항균제를 혼입시키는 특정 공정을 개시한다. 그러나 정전기적 성질이 없으므로, 부직포는 오염물 제거를 위하여 미생물이 항균제와 충분한 접촉시간을 갖도록 더욱 두꺼워야 한다.
미국 특허 제 5,952, 092호는 화학적 활성 입자를 갖는 부직포를 개시한다. 그러나 이 특허는 본 발명에서와 같이 정전기적 담체를 사용하는 것을 시사하지 않는다.
부직포 일렉트렛(electrets) 및 그것을 제조하는 방법은 이 분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제5,409,766호는 뜨겁고 습한 조건에서 장기간 동안 먼지(dust)의 수집이 가능한 중합체 조성물로 형성된 모노 필라멘트로 된 일렉트렛 상태의 부직포를 개시한다. 또한, 이 부직포 및 그 부직포 물질로 구성된 여과 공기 차단 물질을 제조하는 공정을 개시한다. 그러나 이 선행 기술의 시스템은 항균제/항독소 성질을 제공하지 않는다. 따라서 미생물/독소는 부직포 내에 머물러 있으며, 멸균되거나 불활성화되지 않는다. 부직포의 정전기적 성질이 고갈되거나 물질이 포화되면, 미생물/독소는 다시 대기로 방출될 것이다.
정전기적으로 하전된 필터는 예를 들면 안면 마스크에 사용되는 것으로 알려져 있다. 이와 관련하여, 안면 밀폐 문제 중 하나는 잘 알려져 있으며 이 산업이 해결하고자 하는 한계를 나타낸다. 이러한 문제는 임의 한 사람과 다른 사람 사이의 형태학적 물리적 구조의 차이가 광범위한 기하학적 편차를 발생시켜 100% 기밀(airtight) 밀봉을 형성하는 것이 어려웠다는 사실에 기인한다. 안면 마스크에 있어서 안면 크기와 형태로 인하여 피부와 마스크 사이에서 밀봉을 형성하기 어렵다. 예를 들면 접착성 밀봉, 납작하고 넓은 밀봉 및 회복성 물질 밀봉을 사용하는 다양한 다른 기술적 수단이 시도되었다. 이 산업은 기밀 밀봉을 형성하는 작업을 지향하고 있다. 그러나 생성된 압력 격차는 실질적으로 밀봉과 피부 사이의 간극으로 공기를 도입시켜 공기가 공기 필터 물질을 우회하도록 한다. 본 발명의 정전기적 필터는 스펀지 또는 다른 통기성 부직포 물질로 제조되어 압력 격차를 최소화시켜, 간극을 통하여 공기가 도입되는 것을 방지한다. 또한 이에 따라, 안면 마스크와 사용자 사이의 폐쇄부(closure)를 형성하는 데 사용되는 개스킷(gasket)을 얇은 필터로 효과적으로 만들어서, 정전기적 필터와 같이 낮은-압력 강하를 가지며 혼입된 활성화제의 시너지 효과를 갖도록 한다.
높은 압력 강하 매질의 사용을 시사하는 다른 공지 기술은 HEPA 필터의 기계적 여과를 포함한다. 그러나 본 발명의 압력 강하는 HEPA 필터 단독의 것보다 대략 50% ~ 90% 낮다. 이 필터는 또한 통로 서식 박테리아, 포자 및 바이러스를 사멸하는 물질을 포함한다. 그들은 공기 유동으로부터 여과되고 사멸된다. 또한, 본 발명은 자가-멸균성이다. 즉 그것을 통과하는 공기를 여과할 뿐 아니라, 필터에 포획된 박테리아를 사멸한다. 그러므로 이 매질은 사용자와 외부 공기를 모두 보호한다.
선행기술의 단점으로부터, 공지된 해결책에 비하여 개선된 일렉트렛을 얻는 것이 바람직하다. 본 발명의 특징은 활성화제를 지지하며 그리고 유전체인 담체를 포함한다.
<발명의 요약>
본 발명은 전술한 선행기술의 문제점을 극복한다. 특히 본 발명의 일 측면에 의하면, 활성화제가 혼입된(incorporated) 정전기적으로 하전된 부직포 매질이 제공된다. 이 혁신적 매질은 선행기술의 해결책에 보다 효과적으로 미생물 및/또는 독소를 박멸할 수 있으며 또한 자가-멸균된다.
본 발명은 또한 활성화제가 혼입된 정전기적으로 하전된 필터 매질의 제조 방법을 제공한다. 담체(substrate)는 다양한 방법에 따라 제조될 것이고; 활성화제(active agent)는 다양한 방법에 따라 혼입될 것이며; 그리고 정전기적 전하가 다양한 방법에 따라 제공될 것이다. 이들 모두는 본 출원에서 설명되거나 또는 이 분야에 공지되어 있다.
각 필터에 대하여 실질적으로 더 적은 활성화제가 사용되므로, 효율성은 유지되면서도 비용은 절감된다. 또한, 본 발명의 개선된 정전기적 필터는 활성화제와 정전기적 성질의 시너지 효과를 제공한다. 본 발명의 전술한 측면 이외에도, 또 다른 측면, 특성 및 장점이 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명에 의하여 더욱더 잘 이해될 것이다.
도 1은 여기서 제공되는 본 발명의 예시적 실시예의 일 측면을 도시한다.
도 2 및 3은 정전기적으로 하전된 담체의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 4는 활성화제가 혼입된 부직포 매질을 제공하기 위한 예시적 실시예를 도시한다.
<상세한 설명>
이하의 부분은 본 발명의 예시적 실시예를 설명한다. 이 분야의 당업자에게 여기서 단지 예시의 방법으로서 제공되고 설명된 본 발명의 실시예가 단지 상세한 설명을 위한 것이며 발명을 제한하고자 하는 것이 아님이 명백할 것이다. 상세한 설명에서 개시된 모든 특징들은 다른 언급이 없는 한 동일하거나 유사한 목적으로 작용하는 대체적인 특징으로 대체될 수 있을 것이다. 그러므로 그들의 변형의 다른 수많은 실시예는 여기서 정의된 본 발명 및 그의 균등물의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
본 발명은 활성화제가 혼입된 담체를 포함하는 정전기적으로 하전된 필터 매질을 제공한다.
필터 매질( Filter Media )
본 발명의 필터 매질은 (1) 담체(substrate), (2) 담체에 혼입된 활성화제 그리고 (3) 정전기적 전하를 포함한다.
담체( Substrate )
담체는 유전성(dielectric property)을 갖는 물질 또는 유전성을 갖도록 변화될 수 있으며 그 내부에 활성화제를 혼입시킬 수 있는 물질을 포함한다.
특정 실시예에서, 담체는 섬유성 매트릭스 구조를 갖는 섬유계 물질이다; 이것은 개방 셀 매트릭스 구조를 갖는 스펀지 유사 물질일 수 있다; 이것은 가요성 또는 비가요성(inflexible)이다.
전술한 바와 같이, 일 실시예에서, 담체는 부직포이다. 부직포는 천으로 직조(spun and woven) 된 것이 아니라 서로 결합된 타입의 섬유이다. 이것은 마찰 또는 접착에 의하여 일정 방향 또는 무작위 방향으로 결합된 섬유로 제조된 시트, 매트, 망(web) 또는 바트(batt)일 수 있다; 이것은 직물의 형태를 취할 수 있다. 도 1은 부직포의 예시적 실시예를 제공한다.
다른 실시예에서, 담체는 중합체 섬유를 포함하는 다양한 솜털 같은(fluffiness) 부직포 피륙(textile)일 수 있다. 중합체는 예를 들면, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등 또는 필터 담체에 적합한 다른 중합체이다. 또한, 담체는 중합체 섬유 이외의 물질로 제조될 수 있다.
부직포 물질은 고효율 미립자 공기 필터(High Efficiency Particulate Air Filter, HEPA 필터)에 적합한 타입일 수도 있다. 적합한 부직포 물질은 Technol Aix en Provence Cedex 03 France (캐나다 특허 제 1,243, 801호 참조)로부터 얻을 수 있으며; 다른 적합한 물질은 또한 Minnesota Mining & Manufacturing Co. (3M)으로부터 얻을 수 있다. 부직포 물질은 3차원 구조를 가지며, 이것은 바람직한 활성화제를 포획(즉, 물리적으로)할 수 있는 매트릭스를 제공하는 방식으로 배열되어야 한다. 예를 들면, 만약 부직포 물질이 섬유계인 경우, 부직포 물질의 구조 섬유는 바람직한 활성화제를 포획할 수 있는 섬유성 매트릭스 구조를 제공하는 방식으로 제공되고 분포될 것이다. 부직포 물질은 미세 구조를 가질 것이다. 특정 실시예에서, 활성화제는 바람직한 부직포 물질의 3차원 [예를 들면, 망(web)] 매트릭스 구조에 의하여 포획되기에 적합한 크기를 갖는다.
대체 가능한 또 다른 담체는 최종적으로 종이계 필터 매질을 형성하는 유리 섬유 및 섬유, 예를 들면 셀룰로오스를 더욱 포함할 수 있다. 활성화제의 캐리어로서 작용할 수 있으며 유전성을 갖거나 또는 유전성이 부과될 수 있는 담체가 본 발명에 적합한 담체이다. 유리 섬유와 같이 강한 유전성을 갖지 않는 담체가 사용되는 경우, 담체의 유전성을 개선하기 위하여 첨가제가 제공될 수 있다. 본 발명은 부직포 물질에 한정되지 않는다. 스펀지 물질 또는 폼(foam)을 비롯한 다른 적절한 담체가 포함될 수 있다.
활성화제( Active agent )
본 발명의 활성화제는 예를 들면, 항균제, 항독소 등일 수 있다. 항균제는 정균제 및/또는 살균제일 수 있다. 정균제는 박테리아 포자, 바이러스, 진균 등의 전부 또는 일부의 성장을 억제하는 물질이며(생활성 입자를 갖는), 살균제는 박테리아 포자, 바이러스, 진균 등의 전부 또는 일부를 사멸하는 물질이다. 바람직하게는, 살균제는 전술한 바와 같이 '452 특허에 개시된 것과 같은 요오드 수지 입자를 포함한다. 다른 적합한 활성화제에는 은, 구리, 항균제가 부착된 제올라이트, 할로겐화 수지, 그리고 예를 들면 활성탄, 다른 금속 및 다른 화합물을 포함하는 공지된 미생물/독소 활성화제거/불활성화제가 포함된다. 예를 들면, 적절한 금속 및/또는 화합물의 비-제한적 예는 다음과 같다:
예시적인 금속
알루미늄(Aluminum)
바륨(Barium)
붕소(Boron)
칼슘(Calcium)
크롬(Chromium)
구리(Copper)
철(Iron)
마그네슘(Magnesium)
망간(Manganese)
몰리브덴(Molybdenum)
니켈(Nickel)
납(Lead)
칼륨(Potassium)
실리콘(Silicon)
나트륨(Sodium)
스트론튬(Strontium)
아연(Zinc)
예시적인 화합물
N-메틸 피페라진
수산화칼륨(Potassium Hydroxide)
염화아연(Zinc Chloride)
염화칼슘(Calcium chloride)
탄산나트륨과 중탄산나트륨의 혼합물
상세한 설명에서 항균제를 언급한 것은 편의를 위한 것이며 제한을 하는 것은 아니다.
정전기적 전하
활성화제가 혼입된 필터 매질은 또한 정전기적으로 하전 된다. 따라서, 전기장을 생성하는 매질 표면 전반에서 전위가 존재하며, 상기 전기장은 매질에 도입되는 하전된 입자를 잡아당기거나 및/또는 밀어내어서 그 결과 어떤 경우에는 하전된 입자의 통과 경로를 변경시킨다.
도 2-3은 정전기적으로 하전된 매질의 대표적인 예를 제공한다. 본 발명의 정전기적으로 하전된 필터 매질은 예를 들면, 단일-층 또는 다중-층이다. 각 층은 개별적으로 하전 된다. 단일 층 매질은 한 측면에는 양성 전하를 그리고 다른 측면에는 음성 전하를 가질 수 있다. 다중-층 매질의 예시는 이중-층 매질이다. 바람직하게는, 이중 층 매질이 사용되며, 여기서 이중-층 매질은 두 층을 포함하며, 각각은 한 측면은 양성으로 하전 되고 다른 측면은 음성으로 하전 되며, 여기서 두 층은 공극(airspace)로 분리되고 두 층 중 하나의 음성 측면이 다른 층의 양성 측면에 가장 가깝게 배향된다. 상기 이중-층의 실시예에서, 공극(air space)은 정전기적으로 하전된 필터 매질의 총 유전상수(net dielectric constant)를 증가시킨다.
바람직하게는, 장기간 동안 전하를 유지하기 위하여 고 유전 상수가 제공된다: 예를 들면, 공기는 우수한 유전 상수를 제공하여, 전술한 바와 같이 공극으로 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 젖거나 습한 환경에서도 효과적이다.
결과물인 매질은 부착되거나 혼입된 활성화제를 갖는 절연체 캐리어(insulating carrier)이며 정전기적 전하를 갖는다. 본 발명에 따라 상이한 두께, 밀도 및 압력 강하의 매질이 제조될 수 있다. 본 출원에서 설명된 매질은 예를 들면: 옷감, 상처 드레싱, 공기 필터, 방공호(shelters), 라이너(liners) 그리고 일반적으로 필터 물질에 사용될 수 있다.
제조방법
본 발명은 또한 활성화제가 혼입된 정전기적으로 하전된 필터 매질의 제조 방법을 제공한다. 담체 자체는 멜트 블로운(melt blown), 스펀 블로운(spun blown), 에어 레이(air laid), 카티드(carted), 등과 같은 다양한 공지된 방법으로 제조될 것이다.
활성화제의 혼입 방법
폴리프로필렌을 사용하는 선행 기술의 혼입 방법은, 미립자가 섬유로부터 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 섬유에 대한 점착성을 유지시켜 더욱 오랜 시간 동안 고체 미립자를 보유하도록, 폴리에틸렌 사용을 필요로 한다. 본 발명에서, '452 특허에 개시된 요오드 수지와 같은 활성화제는 섬유 내에 물리적으로 포획될 수 있다. 따라서 활성화제는 매질에 혼입되기 위하여 섬유에 부착될 필요가 없다.
본 발명에서, 활성화제는 다양한 방법에 따라 담체에 혼입된다. 예를 들면, 혼합 및 용융 공정을 위하여 증가된 온도 및 증가된 압력에서 활성화제를 멜트(melt:용해물) 내에서 액체 유화시키는 것, 또는 가공하는 동안에 부직포 섬유의 압출 후 활성화제를 분사함으로써 혼입시키는 것.
도 4에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예에서, 폴리프로필렌 과립과 같은 중합체 과립이 압출기를 통하여 압출되는데; 압출된 섬유는 다양한 두께 및 길이이다. 섬유는 압출됨에 따라 수집 망(collecting web)을 향해 떨어진다. 바람직한 활성화제는 산출된 섬유의 압출 지점에 가장 가까운 위치에서 연무(cloud)로 제공된다. 이 연무(cloud)는 냉각 섬유를 감싸고, 섬유는 여전히 준-액체 준-고체 상태이다. 일 실시예에서, 활성화제 미립자는 0.2 마이크론 내지 0.5 밀리미터 범위이다. 그러나 이 분야의 당업자는 보다 작은 그리고 보다 큰 미립자 크기를 갖는 활성화제를 사용할 수 있다. 활성화제 미립자는 응결하고 수집되어 수집 망 상의 섬유와 엮이거나 포획된다. 활성화제가 혼입된 섬유가 수집망으로 떨어진 후 산출된 매질은 공지된 방법으로 메쉬로 성형 된다. 또한, 연무(cloud)는 증기, 미세 건조 분말(dust), 또는 세분화된 또는 에어로졸화된 미립자를 포함하는 다양한 물리적 상태일 수 있다. 유익하게는, 연무(cloud) 혼입은 실온에서 일어나며 미립자 또한 실온이다. 더욱이, 두께, 길이, 압력은 생성되는 매질의 물리적 성질을 결정한다.
위의 실시예에 적합한 멜트 블로운 시스템(melt blown system)은 Hillside, NJ.에 위치한 Accurate Products Co. 사에서 공급되는 Accuweb 이다.
활성화제를 필터 매질에 혼입시키는 다음과 같은 다양한 다른 방법이 본 발명에 적합하다: 모발-유사 압출 섬유의 베일(bail)을 활성화제에 담그고(담그기 위하여 알코올을 사용) 그 후 압력 및 온도를 사용하여 펠트(felt)를 생성하는 방법, 및 압출기 호퍼 내에서 혼합된 활성화제로 제조된 고체 중합체 과립을 취하여 혼합물을 형성하고, 그 후 미세 모발-유사 베일로 압출하는 방법. 펠트는 그 후 온도 및 압력 공정을 통하여 성형 된다. 넷째, 중합체와 같은 담체를 모발-유사 물질로 압출하고, 압출 후 고체 상태에서 활성화제가 상기 모발-유사 물질 상부에 분사된다. 활성화제는 에어로졸과 같이 증기화될 수 있다. 다섯째, 직물이 가압될 때 활성화제는 부직포에 주입되거나 분사될 수 있다. 여섯째, 필라멘트의 베일을 카팅(carting)하고 생성된 매질을 활성화제와 혼합하여 활성화제가 혼입된 시트를 생성하는 것. 일곱째, 활성화제를 부직포 매질 상에 증착시킨 후 활성화제가 매질을 통과하도록 매질을 니들-펀칭(needle-punching) 처리하는 것. 다른 방법도 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 중합체 과립은 압출 전에 분말(dust) 형태로 활성화제와 압출기의 호퍼 내에 배치된다. 따라서, 활성화제는 용융 전에 호퍼 내에서 활성화제와 혼합된다. 두 성분은 혼합되고, 가열되고 그 후 압출되어 펠트를 제조하기 위하여 사용되는 얇은 "모발(hair)"섬유가 형성된다. 위의 실시예의 활성화제가 혼입된 결과물인 모발 섬유는 베일-유사 모직(wool)이다. 담체는 사용되는 중합체에 따라 투명할 수 있다. 또한, 활성화제가 혼입된 결과물인 중합체 섬유는 펠트를 형성하기 위하여 물로 처리되고, 가압되고 그 후 열처리 될 수 있다. 다른 실시예에서, 활성화제가 혼입되어 생성된 중합체 섬유는 에어 레이(air laid), 진공 레이(vacuum laid), 습식 레이(water laid), 등으로 처리될 수 있다.
비록 여기서 특별히 설명하지는 않았지만, 활성화제를 담체에 혼입시키는 다른 전통적인 또는 공지된 방법이 본 발명에 적합하다. 따라서, 이 시점에서 담체는 혼입된 활성화제를 갖는다.
정전기적으로 하전 시키는 방법
활성화제가 혼입된 담체에 정전기적 전하가 제공된다. 전하는 코로나(corona), 니들 펀칭(needle punching), 화학물질 보강(chemical enhancement), 다른 공지된 전하 유도 시스템 또는 방법, 또는 전술한 것의 조합을 사용하여 유도될 것이다. 니들 펀칭은 고도의 마찰을 생성하므로 전하를 부가한다.
특정 실시예에서, 정전기적으로 하전된 부직포를 제조하기 위하여 펠트와 같은 성형된 매질은 완전히 하전 될 때까지 약 25Kv의, 느린 패스(pass)의 코로나 시스템 속에 놓이게 된다. 생성된 물질은 약 6개월 내지 2년 동안 전하를 보유한다.
정전기적 필터 매질의 작동
작동시, 오염된 공기 또는 유체 유동은 본 발명의 정전기적으로 하전된 필터 매질을 사용하는 필터에 도입된다. 공기/유체 유동은 압력 기울기에 의하여 필터 매질을 통하여 도입 또는 끌려들어 간다. 이 유동은 필터 요소에 의해 제거되어야할 또는 처리되어야 할 다양한 크기의 오염물 입자를 함유할 것이다. 유동이 필터 매질에 접근할 때, 필터 매질을 통하도록 안내되고, 오염물 입자는 필터 매질과 접촉하게 되고 본 명세서에서 설명한 바와 같이 유동으로부터 제거되거나 또는 활성화제로 처리된다. 이러한 과정은, 입자가 필터 요소를 통과하여 회선형 경로 를 따르도록 하여 오염물이 활성화제와 접촉하는 시간을 증가시키는 필터의 특성을 통하여 이루어진다. 이 증가된 접촉 시간은 유동 내의 입자를 처리하는 활성화제의 효율성을 증가시킨다.
입자가 통과하는 회선형 경로는 필터 요소 중 담체의 부직포 성질 및 부가된 정전기적 성질에 의한 결과이다. 필터 요소의 정전기적 성질과 관련하여, 오염물 입자의 회선형 경로는 입자의 극성 성질로 인한 것이다. 극성 분자는 중성으로 하전 되며 또한 크기가 크다. 큰 크기로 인하여, 오염물은 자기 모멘트를 가지므로 전기장에 도입되는 경우 오염물 입자를 그것의 경로로부터 벗어나게 한다.
또한, 오염물 입자의 회선형 경로는 필터 담체의 부직포 성질에 의한 것일 수 있다. 이것은 유동이 통과할 직접적이고 연속적인 경로를 부직포 담체가 갖지 않기 때문에 구현된다. 대신, 부직포 성질로 인하여, 담체는 다공성 물질로 이루어지며, 여기서 물질의 기공들은 담체를 통하는 연속적인 경로를 전혀 형성하지 않는다. 그러므로 유동 및 유동에 의하여 운반되는 입자는 연속적으로 담체를 통하여 이탈된다. 따라서, 필터를 통한 이동 시간은 연장되며 활성화제에 대한 노출이 증가된다.
그 밖의 다른 용도
본 발명은 또한 현존하는 부직포와 일치된 방식으로 사용될 수 있다. 다양한 상품에서의 용도들에는 내구성 상품 및 일회용 상품을 모두 포함한다. 예를 들면, 부직포는 기저귀, 여성 위생용품, 성인용 기저귀, 손수건, 침대 라이닝, 자동차 제품, 안면 마스크, 공기 여과, 물의 여과, 생물학적 유체 여과, 가정용 비품 및 지오텍스타일(geotextiles)과 같은 제품에 사용될 수 있다. 여기서 설명된 매질은 또한 예를 들면: 옷감, 상처 드레싱, 공기 필터, 방공호(shelters), 및 라이너(liners)에 사용될 수 있다. 공지된 추가적 용도에는 정전기적 필터 및 항균제 또는 항독소 필터가 포함된다.
특정 실시예에서, 활성화제가 있는 또는 없는 본 발명에 따른 필터 매질은 안면 마스크 및 HVAC와 같은 제품을 위한 공기 필터용 폐쇄부로서 또는 필터 폐쇄부를 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 정전기적 성질을 갖는 담체 및 활성화제가 혼입된 정전기적 물질로 제조된 폐쇄부 물질이 제공된다.
여기서 물질은 삼차원 구조의 높은 로프트(loft)(일 실시예의 경우, 대략 1" 두께)의 통기성 물질이며, 기밀(airtight) 접합을 형성하지 않으나 그 대신에 여과 성질을 갖는 투과성 폐쇄부를 제공하기 위하여 실질적으로 다른 기하학적 표면의 모든 윤곽을 커버하는 통기성 폐쇄부를 생성하기 위하여 마스크 또는 공기 필터의 가장자리에 배치된다. 이러한 접근 방법은 폐쇄부(closure)를 필터로 만듦으로써 불완전한 맞춤에 의하여 생기는 간극을 통하여 마스크를 우회하는 공기가 여전히 폐쇄부를 통하여 통과하며 여과된다. 또한, "원상 회복성(resilient)" 폐쇄부와는 반대로 기밀 접근방식에 유해한 압력 격차는, 우리의 접근 방식에서는 저항이 가장 적은 경로를 따라가는 공기가 대신 마스크의 필터 물질을 통하여 통과할 것이므로 역전된다. 안면 마스크 또는 다른 필터 타입을 폐쇄하는 이 방법은 또한 부직포 필터 요소를 동일한 성질을 갖는 통기성 폼(foam)으로 치환함으로써 성취될 수 있을 것이다. 따라서, 선행 기술의 안면 마스크가 폐쇄부에서 공기의 흐름을 차단하려고 시도한 반면, 본 발명의 안면 마스크는 공기가 통하도록 하는 개스킷(gasket)으로 작용하며, 전술한 '452 특허에 개시된 요오드 수지와 같은 효과적인 활성화제로 공기 유동을 통하여 떠도는 포자, 바이러스, 박테리아 등을 사멸한다. 또한, 마스크를 제자리에 유지하도록 하는 끈의 사용은 모든 얼굴에 맞도록 본 발명의 개스킷을 압박한다.
실험 데이터
실험은 본 발명의 필터 매질의 특정 실시예를 기존의 정전기적 필터와 비교하여 수행하였다. 각 테스트는 동일한 환경에서 다른 오염물을 갖는 공기를 처리하도록 실행되었다. 이들 테스트 동안 얻은 실험 데이터가 제공된다. 각 테스트에서 오염물이 제어된 용량으로 챔버에 도입되었고 4라인으로 공급되었다. 2라인에는 '452 특허에 따른 요오드 수지가 혼입된 정전기적으로 하전된 필터를 포함하는 본 발명에 따른 필터가 포함되었다. 세 번째 라인에는 Transweb으로 알려진 정전기적으로 하전된 필터가 포함되었다. 이 필터는 항균제 성질 또는 혼입된 다른 타입의 활성화제를 갖지 않는다. 네 번째 라인은 필터를 갖지 않는 대조군으로서 제공되었으며, 대조군 챔버에 유입되는 오염물의 용량이 대조군 챔버에 존재하는 오염물의 용량과 동일함을 확인하기 위하여 사용되었다.
참조 A는 본 발명의 예시적 실시예의 일부 특징을 도시하는 실험 데이터를 제공한다. 실험 No. AF276는 BG 포자에 대한 30, 60, 120, 180, 240, 300, 및 360분의 여과 동안 서로 다른 여과막의 성능을 설명한다. BG 포자는 평균적 인간에서 질병을 일으키기 위하여 약 8,000 내지 30,000포자의 용량으로 존재하여야 한다. 참조 A에 도시된 바와 같이, 각각의 30, 60, 120, 180, 240, 300 및 360-분 테스트 동안, 본 발명의 필터는 공기 유동으로부터 BG 포자 100% 감소를 달성하였다.
참조 A에 도시된 바와 같이, 본 발명의 정전기적 필터는 Transweb와 본질적으로 동일하거나 또는 유사한 총 효과를 달성한다. 그러나 본 발명은 포자를 필터에 보유하지 않고 멸균시킨다는 중요한 장점이 제공된다. 따라서, 본 발명과 달리, 만약 Transweb이 사용자에 의하여 취급되거나 또는 피부에 접촉되는 경우, 오염이 일어날 것이다. 본 발명은 필터의 위생을 유지한다.
참조 B에서, 30, 60, 120, 180, 240, 300, 및 360분의 여과 동안 MS2 바이러스에 대한 다른 여과막들의 성능에 대한 실험 AF270의 결과가 도시된다. 1 내지 1000 바이러스의 바이러스 용량이 평균 인간에서 질병을 일으킨다. 따라서, 심지어 한 개의 바이러스의 존재도 인간에서 질병을 일으킬 수 있다. 참조 B에 도시된 바와 같이, 각각의 30, 60, 120, 180, 240, 300 및 360-분 동안의 테스트에서, 본 발명의 필터는 공기 유동으로부터 MS2 바이러스의 100% 감소를 달성하였다. 그러나 Transweb은 MS2 바이러스의 100% 감소를 달성하지 못하며 1000 ~ 10000 바이러스 단위(viral units)가 유출되는 공기 유동에서 발견되도록 한다. Transweb를 MS2 바이러스로 오염된 공기에 사용하는 것은 바람직한 결과를 주지 못할 것이다. 따라서, 참조 B에 도시된 바와 같이, 참조 A와 관련하여 위에서 설명된 멸균성질의 이익 이외에도, 본 발명은 장기간 동안 MS2와 같은 바이러스에 대하여 보다 효과적으로 보호한다. 소량의 바이러스만으로도 인간을 오염시키므로(1 ~ 1000 바이러스), 본 발명과 달리, Transweb은 이들 바이러스로부터 효과적으로 보호하지 못한다.
<결론>
본 발명의 하나 또는 그 이상의 예시적인 실시예가 설명되었으나, 전술한 것은 예시적인 목적으로 제공된 것이며, 발명을 한정하고자 한 것이 아님이 당업자에게 명백할 것이다. 상세한 설명(참조, 요약 및 도면 포함)에서 개시된 모든 특징들은 다른 언급이 없는 한 동일한 목적, 균등 또는 유사한 목적으로 작용하는 대체적인 특징으로 치환될 것이다. 그러므로 첨가 및 변형의 수많은 다른 실시예는 첨부된 청구항 및 그 균등물에 의하여 정의되는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005

Claims (15)

  1. 다음을 포함하는 보호 매질:
    제 1 다공성 유전체 캐리어;
    상기 제 1 다공성 유전체 캐리어에 혼입된 제 1 활성화제, 여기서 상기 제 1 활성화제는 요오드 수지임;
    상기 제 1 다공성 유전체 캐리어의 적어도 일부분에 존재하는 정전기적 전하;
    제 2 다공성 유전체 캐리어 ;
    상기 제 2 다공성 유전체 캐리어에 혼입된 제 2 활성화제; 및
    상기 제 2 다공성 유전체 캐리어의 적어도 일부분에 존재하는 정전기적 전하, 여기서 상기 다공성 유전체 캐리어는 부직포 물질임.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 활성화제 및 상기 제 2 활성화제는 동일한 물질임을 특징으로 하는 보호 매질.
  3. 제 1항에 있어서, 공극(air gap)이 상기 제 1 및 상기 제 2 다공성 유전체 캐리어를 분리함을 특징으로 하는 보호 매질.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 다공성 유전체 캐리어는 섬유성 매트릭스 구조를 갖는 섬유계 물질임을 특징으로 하는 보호 매질.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 다공성 유전체 캐리어는 개방 셀 매트릭스 구조를 갖는 스펀지 유사 물질임을 특징으로 하는 보호 매질.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 부직포 물질은 상기 활성화제를 물리적으로 포획할 수 있는 매트릭스를 제공하도록 구성된 3차원 구조임을 특징을 하는 보호 매질.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 활성화제는 상기 매트릭스에 의하여 포획됨을 특징으로 하는 보호 매질.
  8. 다음을 포함하는 부직포 물질의 제조 방법:
    출구를 갖는 압출기를 제공하는 단계;
    상기 압출기의 출구 하단에 수집 망(collecting web)을 제공하는 단계;
    압출 가능한 물질의 핫 멜트(hot melt)를 제공하는 단계;
    상기 수집 망을 향한 압출된 섬유의 냉각 유동을 제공하기 위하여 상기 압출 가능한 물질을 상기 압출기로 압출하는 단계; 및
    상기 압출기의 상기 출구에 인접한 부위에 활성화제의 연무(cloud)를 제공함으로써, 상기 연무는 냉각 섬유를 감싸고, 상기 섬유는 여전히 준-액체 준-고체 상태로 되어, 상기 활성화제가 응결되고 수집되어 수집 망의 상기 섬유와 엮이거나(intermesh) 포획되어 매질을 형성하도록 하는 단계, 여기서 상기 활성화제는 요오드 수지임.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 매질을 메쉬로 형성하는 단계를 더 포함하는 부직포 물질의 제조 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 연무(cloud)는 증기, 미세 건조 분말(dust), 세분화된 미립자 및 에어로졸화된 미립자로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물리적 상태인 부직포 물질의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 메쉬 전반에 대하여 전기적 전하를 인가하는 단계를 더 포함하는 부직포 물질의 제조 방법.
  12. 다음을 포함하는 부직포 물질의 제조 방법;
    출구를 갖는 압출기를 제공하는 단계;
    상기 압출기의 출구 아래 수집 망을 제공하는 단계;
    압출 가능한 물질의 저장소를 제공하는 단계 ;
    상기 수집 망을 향하여 떨어지는 압출된 섬유의 유동을 제공하도록 상기 압출 가능한 물질을 상기 압출기로 압출하는 단계; 및
    상기 압출된 섬유의 유동의 인접 부위에 활성화제의 연무(cloud)를 제공함으로써, 상기 연무는 섬유를 감싸고 상기 섬유는 떨어져서, 상기 활성화제가 응결되고 수집되어 수집 망의 상기 섬유와 엮이거나(intermesh) 포획되어 매질을 형성하도록 하는 단계, 여기서 상기 활성화제는 요오드 수지임.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 매질을 메쉬로 형성하는 단계를 더 포함하는 부직포 물질의 제조 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 연무는 증기, 미세 건조 분말(dust), 세분화된 미립자 그리고 에어로졸화된 미립자로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물리적 상태인 부직포 물질의 제조 방법.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 메쉬 전반에 대하여 전기적 전하를 인가하는 단계를 더 포함하는 부직포 물질의 제조 방법.
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