KR20140127235A - 탄성 중합체 뎁스 필터 - Google Patents

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KR20140127235A
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nonwoven web
structural support
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베넘 포어데이히미
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노쓰 캐롤라이나 스테이트 유니버시티
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Abstract

본 발명은 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들과의 결합에 의해 강화되는 적어도 하나의 탄성 중합체 부직포 웹을 포함하는 뎁스 필터 매체를 제공한다. 결과 물질은 특히 여과의 분야에 유용하며, 여기서 상기 탄성 중합체 부직포 웹 내에 포집된 미립자들은 역세정을 통해 상기 웹에 압력을 인가함에 의하는 것과 같이 신속하게 방출될 수 있다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 유리하게는 이러한 압력 하에서 신장될 수 있고, 상기 압력의 제거에 따라 상기 필터를 재사용 가능하게 하고 실질적으로 그 최초 구조 및 형상으로 돌아갈 수 있다.

Description

탄성 중합체 뎁스 필터{ELASTOMERIC DEPTH FILTER}
본 발명은 대체로 어느 정도의 탄성을 나타내는 부직포 구성 요소를 포함하는 필터들에 관한 것이다.
물의 여과와 특히, 폐수 여과를 위한 필터들은 통상적으로 필라멘트들이 와프(warp)와 웨프트(weft)(즉, 세로의/기계 방향 및 십자형의/폭의 방향) 내에 정확하게 이격되어, 본질적으로 정확한 기공의 기하학적 구조를 갖는 단일층 체를 형성하는 직물 구조들을 포함한다. 이들 구조들은 통상적으로 요구되는 개방도의 정도와 원하는 최종 기공 크기에 따라 직경이 적어도 20미크론 내지 100미크론 또는 그 이상인 필라멘트들로 만들어진다. 이러한 구조들의 기공 크기는 기계 내에서 가로결들로 필라멘트들을 이격시켜 조절된다. 이러한 형태들의 필터들의 구성의 균일성으로 인해, 상기 필터들은 상기 고정된 구멍들의 크기에 기초하여 평가된다. 이러한 물질들은 상기 구조 내의 심층이 아니라 상기 필터의 표면상에 미립자들을 유지하는 표면 필터들로 작용한다. 상기 기공 크기보다 큰 입자들은 상기 필터의 표면상에 유지되고 상기 기공 크기보다 작은 입자들은 통과한다. 예를 들면, "20미크론 필터"는 직경이 20미크론 또는 그 이상인 입자들을 유지할 것인 반면, 보다 작은 입자들은 통과하게 될 것이다. 공통적인 필터들은 20미크론 또는 그 이상, 10미크론 또는 그 이상, 5미크론 또는 그 이상 및 1미크론 또는 그 이상의 직경들을 갖는 입자들을 각기 포집할 수 있는 "20미크론 필터들", "10미크론 필터들", "5미크론 필터들" 및 "1미크론 필터들"이다.
이들 직물 구조들이 표면 필터들이기 때문에, 상기 기공들은 사용 도중에 종종 포집된 입자들로 더러워진다. 표면 필터가 더러워졌을 때, 상기 표면은 수집된 미립자들을 제거하고 상기 필터를 재사용되게 하도록 세척되어야 한다. 예를 들면, 상기 표면 필터는 유지된 미립자들을 방출하도록 워터 제트(water jet)를 이용하여 역세정(backwash)될 수 있다. 때때로, 상기 역세정은 상기 필터 표면상에 증착되는 액체 스트림(stream) 내에 존재하는 단백질들과 다른 물질들과 같은 직물 필터의 표면상의 다른 물질의 증착을 제거하도록 화학적 세척에 수반된다.
직물 표면 필터들에 대조적으로, 부직포들은 통상적으로 정확한 기공의 기하학적 구조들 및 크기들을 가지지 않으며, 통상적으로 상기 구조 전체적으로 기공 모세관들의 범위를 포함한다. 부직포 물질의 구멍들은 평면형이지 않으며, 미립자들이 효과적으로 상기 구조 내에 함유되게(표면 보다는 심층 여과를 통해) 할 수 있는 상기 물질 내에 길고 복잡한 경로를 생성한다. 이에 따라, 뎁스 필터(depth filter)들이 표면 필터들보다 많은 양의 미립자들을 함유할 수 있기 때문에 뎁스 필터들은 일반적으로 보다 긴 기간의 사용을 제공한다. 그러나, 부직포 물질들 내의 구불구불한 경로들과 부직포 물질들의 치수적인 안정성의 통상적인 결핍은 부직포 뎁스 필터들 내에 포집되는 함유된 미립자들을 제거하기 어렵게 한다. 부직포 필터들은 이에 따라 통상적으로 수영장 내에서와 스파(spa) 필터들과 같은 기공 크기의 요구들이 보다 큰 응용에 사용된다. 일반적으로, 이러한 필터들은 재사용을 위해 세척되기 보다는 오손 및/또는 포집 효율의 감소에 따라 대체된다.
표면 여과의 장점들(예를 들면, 세정 및 치수 강화의 용이성)과 심층 여과의 장점들(예를 들면, 장기간의 사용)을 결합하는 필터 물질을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 탄성 중합체 부직포(elastomeric nonwoven web)를 포함하는 필터 매체를 제공한다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 대체로 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들에 라미네이트되거나, 그렇지 않으면 부착된다. 유리하게는, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 심층 여과 능력들을 나타낼 수 있고 또한 포집된 미립자들을 제거하도록 상기 웹이 역세정되게 하는 충분한 유연성을 가질 수 있으므로 상기 부직포 웹이 여과를 위해 재사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 제1 다공성 물질을 포함하는 제1 구조 지지층; 및 상기 제1 구조 지지층에 부착되는 탄성 중합체 부직포 웹을 포함하는 뎁스 필터 매체(depth filter medium)가 제공되며, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 탄성 중합체 섬유들(elastomeric fibers)을 포함하고 약 15미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)를 가지며, 상기 제1 구조 지지층은 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 가진다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 뎁스 필터 매체는 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 갖는 제2 다공성 물질을 포함하는 제2 구조 지지층을 더 구비할 수 있으며, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 상기 제1 및 제2 구조 지지층들 사이에 위치한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 다공성 물질은 상기 제1 다공성 물질의 평균 유동 기공 크기보다 작은 평균 유동 기공 크기를 가진다.
상기 탄성 중합체 섬유들은, 일부 실시예들에서, 멜트블로운(meltblown) 또는 스펀본디드(spunbonded) 섬유들이 될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 섬유들은 블록 공중합체들(block copolymers)을 포함할 수 있다. 유용한 탄성 중합체의 특정한 예는 프로필렌계(propylene-based) 탄성 중합체이다. 상기 탄성 중합체 섬유들 이외에도, 하나 또는 그 이상의 추가적인(비탄성 중합체의) 섬유들이 상기 탄성 중합체 부직포 웹에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 약 10미크론 또는 그 이하 혹은 약 5미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기를 가진다.
특정 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 함께 라미네이트된(laminated) 둘 또는 그 이상의 탄성 중합체 부직포 시트들을 포함한다. 예시적인 탄성 중합체 부직포 웹들은 약 500g/㎡ 또는 그 이하 혹은 약 200g/㎡ 또는 그 이하의 평량(basis weight)을 가진다.
상기 구조 지지층들의 임의의 것은, 예를 들면, 직조 물질 또는 균일한 기공 크기를 갖는 메쉬(mesh)가 될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 하나의 구조 지지층의 평균 유동 기공 크기는 약 삼십 미크론 또는 그 이하이다.
특정한 일 실시예에 있어서, 본 발명은 직조 물질 또는 약 30미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기를 갖는 메쉬를 포함하는 제1 구조 지지층을 구비하는 뎁스 필터 물질 및, 탄성 중합체 부직포 물질의 단일 층 또는 탄성 중합체 부직포 물질의 다층들의 라미네이트를 포함하는 탄성 중합체 부직포 웹을 제공하며, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 약 10미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기 및 약 200g/㎡ 또는 그 이하의 평량을 가진다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 여기에 개시되는 실시예들의 어느 하나에 따른 뎁스 필터 매체 및 상기 뎁스 필터 매체에 부착되는 구조 프레임(structural frame)을 포함하는 뎁스 필터가 제공된다. 상기 뎁스 필터는, 예를 들면, 물 여과를 위해 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 탄성 뎁스 필터 매체를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 탄성 중합체 섬유들을 포함하고 약 15미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기를 가지는 탄성 중합체 부직포 웹을 제공하는 단계; 및 뎁스 필터 매체를 형성하도록 상기 탄성 중합체 부직포 웹을 제1 구조 지지층에 부착하는 단계를 구비하며, 여기서 상기 제1 구조 지지층은 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 갖는 다공성 물질이다. 이러한 방법에 따르면, 상기 제공하는 단계는, 특정 실시예들에서, 섬유들을 멜트블로우닝(meltblowing) 또는 스펀본딩(spunbonding)하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 부착하는 단계는 스티칭(stitching), 화학적 결합, 열적 결합, 초음파 결합, 프린트 접착 결합, 압력의 인가, 하이드로인탱글링(hydroentangling), 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 방법은 제2 구조 지지층을 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 상기 제1 구조 지지층에 대향하는 측면 상에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 구조 지지층은 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 갖는 제2 다공성 물질을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 탄성 중합체 부직포 웹을 형성하도록 탄성 중합체 부직포 물질의 둘 또는 그 이상의 층들을 함께 라미네이팅하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 뎁스 필터 매체에 구조 프레임을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 미립자 물질을 제거하기 위해 액체를 여과하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 심층 여과(depth filtration) 또는 심층 여과와 표면 여과의 결합에 의해 상기 액체로부터 상기 미립자 물질의 적어도 일부를 제거하도록 상기 미립자 물질을 포함하는 액체를 여기에 기술되는 임의의 실시예에 따른 뎁스 필터 매체와 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 특정 실시예들에서, 상기 뎁스 필터 매체 내의 상기 미립자 물질의 적어도 일부가 상기 뎁스 필터 매체로부터 제거되고 여과에 재사용이 가능하도록 상기 뎁스 필터 매체를 역세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 뎁스 필터 매체가 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 가지고 상기 제1 다공성 물질의 평균 유동 기공 크기보다 작은 평균 유동 기공 크기를 갖는 제2 다공성 물질을 포함하는 제2 구조 지지층을 포함하는 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 상기 제1 및 제2 구조 지지층들 사이에 위치하고, 사용 동안에 상기 제1 구조 지지층이 상류가 되고 상기 제2 구조 지지층이 하류가 되도록 상기 액체가 상기 뎁스 필터 매체에 유리하게 접촉된다.
본 발명의 실시예들에 대한 이해를 제공하기 위하여, 필수적으로 일정한 비율로 그려진 것은 아니며 참조 부호들이 본 발명의 예시적인 실시예들의 구성 요소들을 언급하는 첨부된 도면들을 참조한다. 첨부된 도면들은 단지 예시적이며, 본 발명을 제한하는 의도로 간주되지는 않아야 한다.
도 1a 및 도 1b는 예를 들면, 폐수처리에 현재 사용되는 예시적인 종래의 직물 필터 매체의 두 가지 배율들(A＝375×배율, B＝1000×배율)의 주사 전자 현미경(SEM) 사진들이다.
도 2는 탄성 중합체 부직포 웹 및 하나의 구조 지지층을 포함하는 본 발명에 따른 탄성 중합체 필터 매체의 실시예의 분해 사시도이다.
도 3은 두 구조 지지층들 사이에 끼워진 탄성 중합체 부직포 웹을 포함하는 본 발명에 따른 탄성 중합체 필터 매체의 다른 실시예의 분해 사시도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 특정 실시예들에 사용될 수 있는 섬유들의 세 가지 예시적인 섬유 단면들을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 60g/㎡의 평량을 갖는 부직포 탄성 멜트블로운 웹의 두 가지 배율들(A＝395×배율 및 B＝1000×배율)의 주사 전자 현미경(SEM) 사진들이다.
도 6은 평균 유동 기공 측정으로부터 얻어진 데이터로 본 발명에 따른 예시적인 탄성 중합체 필터를 위한 유량에 대한 압력의 도표이다.
도 7은 평균 유동 기공 측정으로부터 얻어진 데이터로 예시적인 종래의 직물 필터 매체를 위한 유량에 대한 압력의 비교되는 도표이다.
도 8은 필터 매체와 접촉하게 되는 입자들을 효과적으로 여과하는 본 발명에 따른 탄성 중합체 부직포 필터 매체를 나타낸다.
도 9는 함유된 입자들을 제거하도록 역세정되는 본 발명에 따른 탄성 중합체 부직포 필터 매체를 나타낸다.
도 10은 프레임으로 지지되는 탄성 중합체 부직포 웹 및 구조 지지층을 포함하는 본 발명에 따른 필터를 나타낸다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 기술한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태들로 구현될 수 있고 여기에 설시되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 실시예들은 본 발명을 철저하고 완전하게 하며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 전달하도록 제공되는 것이다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 바에 있어서, "하나", "일" 및 "상기"의 단수적인 표현들은 본문에서 명백하게 다르게 표현하지 않는 한 복수의 대상들을 포함한다. "전방", "후방", "전면", "후면", "우측", "좌측", "상방으로", "하방으로" 및 이와 유사한 방향 용어들은 편의를 위한 단어들이며 제한적인 용어들로 해석되는 것은 아니다.
본 발명은 대체로 적어도 하나의 탄성 중합체 구성 요소를 포함하는 탄성 중합체 부직포 웹(elastomeric nonwoven web)을 제공한다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 이를 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들(structural support layers)과 결합시킴에 의해 강화된다. 유리하게는, 상기 구조 지지층(들)은, 일부 실시예들에서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 섬유들을 파손으로부터 보호 및/또는 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 신장을 제한하는 데 기여할 수 있다. 이들 지지된 탄성 중합체 웹들은, 특정 실시예들에서, 여과의 분야에 특히 유용할 수 있으며, 여기서 상기 웹 내에 포집된 미립자들은 용이하게 방출될 수 있다(예를 들면, 상기 웹에 압력을 인가함에 의해). 상기 탄성 중합체 섬유들은 유리하게는 이러한 압력 하에서 늘어날 수 있고, 상기 필터들이 재사용 가능하게 되도록 상기 압력의 제거에 따라 이들의 최초의 구조 및 형상으로 실질적으로 복귀할 수 있다.
유리하게는, 특정 실시예들에서, 여기에 기재되는 방법에 따라 제조되는 지지된 탄성 중합체 부직포 웹들은 종래의 여과에 사용되는 직물 물질들에 비하여 향상된 여과 특성들을 나타낼 수 있다. 도 1a 및 도 1b에는 폐수 처리를 위해 사용되는, 10미크론의 평균 기공 크기(mean pore size)를 갖는 종래의 예시적인 직물 주사의 전자 현미경(SEM) 사진들(다른 배율들로)이 제공된다. 이러한 종래의 직물 섬유들은 노출된 표면 전체적으로 균일한 기공 크기들을 한정하는 균일한 패턴으로 배열되고, 여기서 상기 기공 크기들은 섬유 직경과 직조 패턴에 의해 정해진다. 상기 직물은 대체로 평탄한 기공 구조를 가지며, 입자들은 상기 필터 매체의 표면상의 분급 메커니즘(sieving mechanism)에 의해(즉, 표면 여과에 의해) 수집된다.
대조적으로, 여기에 기재되는 탄성 중합체 부직포 웹들은, 일부 실시예들에서, 표면 및 심층 여과의 결합을 나타낼 수 있다. 특정 실시예들에서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹에 접촉하게 되는 입자들의 적어도 일부 퍼센티지는 상기 웹 내에 구현되는 구불구불한 경로들 내에 심층 여과 메커니즘들(depth filtration mechanisms)에 의해 포집된다. 본 발명의 예시적인 실시예들의 대표적인 개략적인 도면들이 도 2 및 도 3에 제공된다. 도 2는 탄성 중합체 부직포 웹(10) 및 구조 지지층(12)을 포함하는 물질을 예시한다. 도 2는 탄성 중합체 부직포 웹(10), 제1 구조 지지층(12) 및 제2 구조 지지층(14)을 포함하는 물질을 예시한다. 이들 구성 요소들은 다음에 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따라 제공되는 상기 탄성 중합체 부직포 웹들의 구성은 변화될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 본질적으로 또는 전체적으로 탄성 중합체 섬유들로 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 부직포 웹은 적어도 하나의 탄성 중합체 섬유 형태 및 적어도 하나의 비탄성 중합체 섬유 형태를 포함하며, 상기 비탄성 중합체 섬유 형태에 대한 상기 탄성 중합체 섬유 형태의 비율은 변화될 수 있다. 상기 부직포 웹 내의 탄성 중합체 섬유 형태의 퍼센티지는 대체로 이러한 실시예들에서 상기 웹에 소정 정도의 탄성을 제공하는 데 필수적인 양이 된다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "탄성 중합체" 및 "탄성 중합체 구성 요소"는 탄성의 정도(예를 들면, 신장되거나 변형된 후에 실질적으로 그 초기 형상이나 형태로 복귀할 수 있는)를 나타내는 임의의 중합체를 언급한다. 탄성 중합체 성분을 포함하는 본 발명에 따른 부직포 웹은 상기 부직포 웹이 심층 여과 매체로서 기능할 수 있게 하고 상기 필터 매체의 재사용이 가능하도록 세척에 따라 상기 웹의 충분한 여과 능력을 회복하게 하는 충분한 탄성을 나타내어야 한다.
특정 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 웹의 탄성은 상기 탄성 중합체 웹의 파단 신장률(elongation to break)에 의해 특징지어질 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 탄성 중합체 부직포 웹의 대표적인 실시예들은 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 100%, 적어도 약 120%, 적어도 약 150%, 적어도 약 200%, 또는 심지어는 적어도 약 250%의 파단 신장률을 나타낸다. 파단 신장률의 대표적인 범위는 약 80% 내지 약 300%이다. 파단 신장률은, 예를 들면, 다음의 ASTMD 5034에 의해 인스트론(Instron)에서 제조된 것들과 같은 인장 강도 시험기를 이용하여 측정될 수 있다. 파단 신장률을 측정하기 위한 다른 방법은, 예를 들면, 제임스 힐TM(James HealTM)에 의해 제조된 트루버스트 강도 테스터(Truburst Strength Tester)를 이용하는 2축 신장 및 회복을 테스트하는 것이다.
비록 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에 사용되는 탄성 중합체들은 통상적으로 일반적으로 소정의 정도의 탄성을 나타내고 열가소성 처리 방법들에 의해 처리될 수 있는(예를 들면, 쉽게 재처리되거나 재성형될 수 있는) 열가소성 탄성 중합체(TPE)들이다. 열가소성 탄성 중합체들은 결정형(즉, "경질(hard)") 및 비정형(즉, "연질(soft)") 도메인들 모두를 포함할 수 있으며, 종종 둘 또는 그 이상의 중합체 유형들의 혼합이나 공중합체를 포함한다. 상기 열가소성 탄성 중합체가 공중합체를 포함하는 경우, 이는, 예를 들면, 블록(block) 또는 그래프트(graft) 중합 기술에 의해 제조될 수 있다. 열가소성 탄성 중합 공중합체들은, 예를 들면, 열가소성 성분 및 탄성 성분을 포함할 수 있다. 특정한 공중합 열가소성 탄성 중합체들에 있어서, 상기 물질의 물리적 성질들은 모노머들의 비율 및/또는 세그먼트들(segments)의 길이들을 변화시킴에 의해 조절될 수 있다.
특정한 예시적인 열가소성 공중합체들은 스티렌성(styrenic) 탄성 중합체들(예를 들면, 스티렌(styrene) 블록 공중합체들), 코폴리에스테르(copolyester) 탄성 중합체들, 폴리우레탄(polyurethane) 탄성 중합체들, 폴리아미드(polyamide) 탄성 중합체들, 폴리올레핀(polyolefin) 혼합물들(TPOs), 폴리올레핀들(합금들, 플라스토머들(plastomers) 및 탄성 중합체들), 그리고 열가소성 가황물들(vulcanizates)로 분류될 수 있다. 본 발명에 따라 유용한 어떤 특정한 탄성 중합체들은, 예를 들면, 폴리이소프렌(polyisoprene), 부타디엔(butadiene) 러버, 스티렌-부타디엔 러버, 폴리(스티렌-b-부타디엔-b-스티렌)(SBS), 폴리(스티렌-b-에텐(ethene)-코(co)-부탄(butane)-b-스티렌 (SEBS), 폴리(스티렌-b-이소프렌-b-스티렌), 에틸렌 프로필렌 다이엔 모노머(ethylene propylene diene monomer rubber; EPDM 러버), EPDM 러버/폴리프로필렌(polypropylene)(EPDM/PP), 폴리클로로프렌(polychloroprene), 아크릴로니트릴-부타디엔(acrylonitrile-butadiene) 러버, 수소화 니트릴(hydrogenated nitrile) 러버, 부틸(butyl) 러버, 에틸렌-프로필렌 러버(EPM), 실리콘 러버, 클로로술폰화 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene), 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 러버, 플루로오카본(fluorocarbon) 러버, 염소화 폴리에틸렌(chlorinated polyethylene) 러버, 에피클로로하이드린(epichlorohydrin) 러버, 에틸렌-비닐아세테이트(ethylene-vinylacetate) 공중합체, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체, 우레탄 러버 및 이들의 공중합체들, 이들의 혼합물들, 그리고 이들의 유도체들을 포함한다.
예시적인 상업적으로 입수 가능한 열가소성 탄성 중합체들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리원 코포레이션(PolyOne Corporation)(아본 레이크, 오하이오)에세 제조한 온플렉스TM(OnFlexTM), 베르사플렉스TM(VersaflexTM), 디나플렉스TM(DynaflexTM), 디날로이TM(DynalloyTM), 베르살로이TM(VersalloyTM) 및 베르솔란TM(VersollanTM); RTP 캄퍼니(위노나, 미네소타)에서 제조한 RTP 1200, 1500, 2700, 2800, 2900 및 6000 시리즈 탄성 중합체들; 엘라스토콘(Elastocon)(로체스터, 일리노이)에서 제조한 엘라스토콘(Elastocon) 2800, 8000, STK, SMR, CLR 및 OF 시리즈 TPE들; 엔플라스트(Enplast)(터키)에서 제조한 엔플렉스®(Enflex®) 및 엔소프트®(Ensoft®); BASF(플로햄 파크, 뉴저지)에서 제조한 스티로플렉스®(Styroflex®) SBS, 엘라스톨란®(Elastollan®) 및 엘라스투란®(Elasturan®); 크라톤 펄포먼스 폴리머즈(Kraton Performance Polymers)사(휴스턴, 텍사스)에서 제조한 크라톤(Kraton) MD6705, G1643, MD6717, MD6705, G1643; 도우 케미컬(Dow Chemical)(미들랜드, 미시간)에서 제조한 아피니티TM(AffinityTM), 암플리파이TM(AmplifyTM), 엔게이지TM(EngageTM), 인퓨즈TM(InfuseTM), 노르델TM(NordelTM) 및 베르시피TM(VersifyTM); 엑손모빌 케미컬 캄퍼니(ExxonMobil Chemical Company)(휴스턴, 텍사스)에서 제조한 비스타맥스TM(VistamaxxTM), 산토프렌TM(SantopreneTM) 및 이그젝트TM(ExactTM); 듀퐁 케미컬즈(DuPont Chemicals)(윌밍턴, 델라웨어)에서 제조한 칼레즈®(Kalrez®), 네오프렌(Neoprene), 술린®(Surlyn®), 바막®(Vamac®) 및 비톤®(Viton®); 아르케마(Arkema)(프랑스)에서 제조한 페박스®(Pebax®); 엘라스토(Elasto)(스웨덴)에서 제조한 메디프렌®(Mediprene®) 및 드리플렉스®(Dryflex®); 루브리졸 코포레이션(Lubrizol Corporation)(위클리프, 오하이오)에서 제조한 에스타그립®(Estagrip®) 및 에스탄®(Estane®); 알파게리(AlphaGary)(레민스터, 메사추세츠)에서 제조한 가라플렉스TM(GaraflexTM), 가라탄TM(GarathaneTM), 비트렌TM(VythreneTM) 및 에보프렌TM(EvopreneTM); 그리고 어드밴스드 엘라스토머 시스템즈(Advanced Elastomer Systems)(뉴포트, 캘리포니아)에서 제조한 산토프렌®(Santoprene®)을 포함한다. 다른 예시적인 탄성 중합체 물질들은, 예를 들면, 여기에 참조로 포함된 Pourdeyhimi의 미국 특허 출원 공개 제2010/0029161호에 기재되어 있으며, 또한, 여기에 참조로 포함된 Shawver 등의 미국 특허 제5,540,976호를 참조하기 바란다.
상기 탄성 부직포 웹을 포함하는 섬유들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 원형, 직사각형, 정사각형, 타원형, 삼각형 및 멀티로벌(multilobal)을 포함하는 임의의 단면 형태를 가질 수 있다. 상기 섬유들은, 일부 실시예들에서, 단일-성분(즉, 상기 섬유 전체에 걸쳐 조성이 균일한)이 될 수 있다. 원형 단면을 갖는 단일-성분 섬유는 균일한 조성(25)으로 도 4a에 예시되어 있다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 섬유들은 하나 또는 그 이상의 간극 공간들(void spaces)을 가질 수 있으며, 여기서 상기 간극 공간들은, 예를 들면, 원형, 직사각형, 정사각형, 타원형, 삼각형, 또는 멀티로벌 단면들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄성 부직포 웹을 포함하는 상기 섬유들은 다중-성분이 될 수 있다. 다중-성분 삼유 유형들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 도 4b에 도시한 바와 같은 시스(sheath)/코어(core) 단면 구조(여기서 상기 시스는 하나의 조성(25)을 포함하고, 상기 코어는 다른 조성(30)을 포함한다)를 갖는 섬유들 및 도 4c에 도시한 바와 같은 바다 속의 섬들의 단면 구조(여기서 상기 바다는 하나의 조성(25)을 포함하고, 다른 조성(30)을 갖는 임의의 숫자의 섬들이 상기 바다 성분 내에 존재할 수 있다)를 갖는 섬유들뿐만 아니라, 나란히 있는 분절된 파이, 분절된 십자가, 분절된 리본 또는 가늘어진 멀티로벌 단면을 갖는 섬유들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 섬유들은 중앙 영역을 갖는 단면을 가지며, 상기 중앙 영역은 상기 중앙 영역으로부터 연장되고 상기 중앙 영역의 주변을 따르는 복수의 돌기들을 가지며, 여기서 상기 복수의 돌기들은 균일하게 이격된 채널들을 한정한다.
본 발명의 특정 실시예들에 따라 유용한 다중 성분 섬유들에 있어서, 상기 섬유의 하나 또는 그 이상의 성분들은 탄성 중합체 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 시스/코어 섬유가 사용될 수 있으며, 여기서 상기 시스, 상기 코어 또는 상기 시스 및 상기 코어 모두는 탄성 중합성 폴리머를 포함한다. 특정 실시예들에서, 다중 성분 섬유의 하나 또는 그 이상의 성분들은 원하는 경우에 제거될 수 있는(예를 들면, 용해되는) 희생 성분이다. 예를 들면, 일 실시예에서, 바다 속의 섬들의 섬유가 사용되고, 여기서 상기 바다가 용해 가능하여, 보다 작은 직경의 섬유들 또는 피브릴들(fibrils)(즉, 상기 섬들)이 적절한 용매로 상기 다중 성분 섬유들을 처리한 후에 생성되며, 상기 섬들은 통상적으로 상기 탄성 중합체 성분을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 다중 성분 섬유의 둘 또는 그 이상의 성분들은 서로 분리(예를 들면, 피브릴화(fibrillation) 또는 분해(splitting)에 의해)될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 바다 속의 섬들의 섬유가 사용되며, 여기서 상기 섬유가 상기 섬들과 바다 성분을 분리시키도록 피브릴화될 수 있다. 예를 들면, 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된 Pourdeyhimi 등의 미국 특허 제7,883,772호 및 제7,981,226호를 참조하기 바란다.
유리하게는, 상기 탄성 중합체 부직포 웹을 형성하는 상기 섬유들은 약 20미크론 이하, 약 10미크론 이하, 약 8미크론 이하, 약 5미크론 이하, 또는 약 2미크론 이하의 평균 직경을 가진다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 섬유들은 약 2미크론 내지 약 20미크론, 약 2미크론 내지 약 10미크론, 약 2미크론 내지 약 8미크론, 또는 약 2미크론 내지 약 5미크론 범위의 직경을 가진다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 필라멘트들(filaments)은 약 0.5미크론 내지 약 10미크론, 예를 들면, 약 0.5미크론 내지 약 5미크론 또는 약 0.5미크론 내지 약 2미크론의 범위 내의 직경을 가진다. 상기 부직포 웹을 포함하는 섬유들은 변화하는 길이들을 가질 수 있으며, 실질적으로 연속하는 섬유들, 스테이플(staple) 섬유들, 필라멘트들, 피브릴들, 그리고 이들의 조합들이 될 수 있다.
상기 탄성 중합체 부직포 웹(탄성 중합체 섬유들 및 선택적으로는 하나 또는 그 이상의 비탄성 중합체 섬유들을 포함하는)의 섬유들은 임의의 배열이 될 수 있다. 일반적으로, 상기 섬유들은 임의의 부직포 배열로 제공된다. 비록 본 발명이 부직포 탄성 중합체 웹들에 중점을 두지만, 여기에 기술되는 탄성체 섬유들이 또한 탄성 중합체 부직포 웹을 대신하여 또는 추가적으로 사용될 수 있는 종래의 직물 섬유들을 제조하는 데 이용될 수 있는 점에 유의한다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹 내의 섬유들은 통상적으로 약 0.2미크론 내지 약 15미크론, 약 0.2미크론 내지 약 10미크론, 또는 약 0.2미크론 내지 약 5미크론 범위 내의 평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)를 제공하기 위해 배열된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 평균 유동 기공 크기는 약 15미크론 또는 그 이하, 약 10미크론 또는 그 이하, 약 8미크론 또는 그 이하, 혹은 약 5미크론 또는 그 이하이다. 평균 유동 기공 크기를 측정하기 위한 방법은 다음의 실험예 부분과 도 6 및 도 7을 참조하여 기술된다. 평균 유동 기공 크기의 기재는 또한 여기에 참조로 포함되는 Jones 등의 미국 특허출원 공개 제2011/0198280호에서 찾아 볼 수 있다.
상기 부직포 탄성 중합체 웹을 생산하는 수단들은 변화될 수 있다. 일반적으로, 부직포 웹들은 통상적으로 웹 형성, 결합(bonding) 및 마감(finishing) 처리의 세 단계들로 생산된다. 웹 형성은 해당 기술 분야에서 알려진 임의의 수단들에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들면, 특정 실시예들에서, 상기 웹은 드라이레이드(drylaid) 공정, 스펀레이드(spunlaid) 공정, 또는 웨트레이드(wetlaid) 공정에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은멜트블로우닝(meltblowing) 또는 스펀본딩(spunbonding) 공정에 의해 만들어진다.
멜트블로우닝은 중합체(또는 중합체들)가 액체 상태로 용해되고 수많은(예를 들면, 몇 백 또는 그 이상의) 작은 구멍들을 함유하는 선형 다이를 통해 압출되는 공정이다. 상기 중합체가 압출됨에 따라, 뜨거운 공기의 스트림들이 상기 중합체에 신속하게 불어지고, 극히 미세한 필라멘트들을 형성하도록 상기 압출된 중합체 스트림들을 신속하게 신장시키고 및/또는 감쇠시킨다. 상기 공기 스트림들은 통상적으로 수십 배 이상으로 상기 녹은 중합체를 신장시키거나 감쇠시킨다. 상기 신장된 중합체 섬유들은 랜덤하게 얽힌 자기 결합된 부직포 웹으로 수집된다. 멜트블로우닝은, 예를 들면, 여기에 참조로 포함되는 Butin의 미국 특허 제3,849,241호에 일반적으로 기재되어 있다.
예시적인 멜트블로운 탄성 중합체 부직포 웹의 SEM 사진들이 두 가지 배율들로 도 5a 및 도 5b에 도시된다. 이러한 웹은 폴리프로필렌계(polypropylene-based) 탄성 중합체를 포함한다(노스캐롤라이나 주립 대학에 위치한 부직포 연구소(Nonwovens Institute) 내의 파트너들의 랩(Partner's Lab)에서 멜트블로운). 상기 멜트블로운 섬유들은 상기 웹을 형성하도록 함께 자기 결합된다. 도 5a 및 도 5b의 SEM 사진들에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 특정한 부직포 탄성 중합체 웹은 상대적으로 큰 섬유 크기 분포를 갖는 섬유들을 포함하며, 큰 기공 크기 분포를 갖는 기공들을 형성한다.
멜트블로우닝은 일반적으로 상대적으로 작은 직경들을 갖는 섬유들을 제공할 수 있다. 멜트블로운 섬유들의 직경과 다른 성질들은 다양한 공정 변수들(예를 들면, 다이 설계, 중합체 산출량, 공기 특성들, 수집기 배치 및 웹 핸들링)을 변화시킴에 의해 조정될 수 있다. 공기 압력을 감쇠시키는 것은 높은 압력들이 통상적으로 미세한 섬유들(예를 들면, 약 1-5미크론과 같이 약 5미크론까지)을 산출하고 낮은 압력들이 거친 섬유들(예를 들면, 약 20-50미크론과 같이 약 20미크론까지)을 산출하는 바와 같이 섬유 크기에 영향을 미친다. 본 발명의 특정 실시예들에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 약 1미크론 내지 약 10미크론, 예를 들면, 약 2미크론 내지 약 5미크론의 범위 내의 평균 직경들을 갖는 멜트블로운 섬유들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 멜트블로운 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기는 약 20미크론 또는 그 이하, 약 10미크론 또는 그 이하, 약 8미크론 또는 그 이하, 약 5미크론 또는 그 이하, 약 2미크론 또는 그 이하, 혹은 약 1미크론 또는 그 이하가 될 수 있다.
스펀본딩은 다양한 형태의 섬유 스피닝(spinning) 공정들(예를 들면, 습식, 건식, 멜트 또는 에멀전(emulsion))을 채용할 수 있다. 멜트 스피닝이 가장 통상적으로 이용되며, 여기서 중합체는 액체 상태로 용융되고 작은 구멍들을 통해 차가운 공기 내로 가압되어, 상기 중합체가 상기 구멍들의 형상에 따라 고체화된 상태가 된다. 상기 섬유 다발들은 이에 따라 이후에 상기 섬유들을 배향하도록 인출, 즉 기계적으로 신장(예를 들면, 3-5의 인자에 의해)된다. 부직포 웹은 이후에 이동하는 벨트 상으로 상기 인출된 섬유들을 증착하여 형성된다. 일반적인 스펀본딩 공정들은, 예를 들면, Appel 등의 미국 특허 제4,340,563호, Dorschner 등의 미국 특허 제3,692,618호, Matsuki 등의 미국 특허 제3,802,817호, Kinney의 제3,338,992호 및 제3,341,394호, Hartmann의 미국 특허 제3,502,763호, 그리고 Dobo 등의 미국 특허 제3,542,615호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 여기에 참조로 포함된다. 스펀본딩은 통상적으로 보다 큰 직경의 필라멘트를 생산한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 스펀본딩은 약 20미크론 또는 그 이상의 평균 직경을 갖는 섬유들을 생성한다.
다양한 방법들이 보다 작은 직경들(예를 들면, 약 5미크론 이하, 약 2미크론 이하, 약 1미크론 이하, 약 0.5미크론 이하, 혹은 심지어는 그 이하)을 갖는 섬유들을 수득하도록 다중 성분 섬유들을 처리하는 데 유용하다. 그 결과, 보다 작은 평균 유동 기공 크기를 갖는 부직포 웹들이 생산될 수 있다. 비록 이들 방법들이 통상적으로 보다 큰 직경들을 가지는 스펀본드된 물질들에 공통적으로 적용되지만, 이들이 멜트블로운 물질들뿐만 아니라 다른 수단들에 의해 제조되는 섬유상의 물질들에도 적용될 수 있는 점에 유의한다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 분열 가능한 다중 성분의 섬유들이 생산되며(예를 들면, 이에 제한되는 것은 아니지만, 분절된 파이, 리본, 바다 속의 섬들, 또는 멀티로벌을 포함하여), 이후에 보다 작은 직경들을 갖는 둘 또는 그 이상의 섬유들을 제공하도록 분열되거나 피브릴화된다. 분열될 수 있는 이러한 섬유들에 의한 수단들은 변화될 수 있으며, 하이드로인탱글링(hydroentangling)과 같은 상기 섬유들에 기계적인 에너지를 부여하는 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 이러한 공정을 위한 예시적인 방법들이, 예를 들면, 여기에 참조로 포함되는 Pourdeyhimi 등의 미국 특허 제7,981,226호에 기재되어 있다.
일부 실시예들에 있어서, 다중성분 섬유들이 생산되고 이후에 상기 성분들의 하나 또는 그 이상을 제거하도록 처리(예를 들면, 상기 섬유들을 용제에 접촉시킴에 의해)된다. 예를 들면, 특정 실시예들에서, 바다 속의 섬들의 섬유가 생산될 수 있고, 상기 섬들을 보다 작은 직경들을 갖는 섬유들로 남기면서 상기 바다 성분을 용해시키도록 처리될 수 있다. 이러한 형태의 공정을 위한 예시적인 방법들은, 예를 들면, 여기에 참조로 포함되는 Kato 등의 미국 특허 제4,612,228호에 기재되어 있다.
상기 섬유들의 생산과 표면상으로 상기 섬유들의 증착 후에, 상기 부직포 웹에, 비록 일부 실시예들에서 상기 웹 제조 공정 자체가 필수적인 결합을 제공하고 더 이상의 처리가 사용되지 않을 수 있지만, 일부 실시예들에서, 일부 형태의 결합(이에 한정되는 것은 아니지만, 열 융합 또는 결합, 기계적인 뒤엉킴(entanglement), 화학적인 접착, 혹은 이들의 조합을 포함하여)이 수행될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 부직포 웹은 캘린더(calendar) 또는 쓰루-에어 오븐(thru-air oven)을 이용하여 열적으로 결합된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 부직포 웹에 동유체력을 이용하여 섬유들을 뒤엉키게 하고 결합하는 데 이용되는 메커니즘인 하이드로인탱글링이 수행된다. 예를 들면, 상기 섬유들은 약 10bar 내지 약 1,000bar의 범위 내의 수압에서 하나 또는 그 이상의 하이드로인탱글링 매니폴드들(manifolds)로부터의 수압에 상기 부직포 웹을 노출시킴에 의해 하이드로인탱글될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 니들 천공(needle punching)이 활용되며, 여기서 니들들은 섬유들 사이에 물리적인 뒤엉킴을 제공하는 데 이용된다.
상기 결합 기술(또는 기술들)의 선택은 일부 실시예들에서 상기 부직포 탄성 중합체 웹의 궁극적인 응용에 따를 수 있다. 예를 들면, 상기 부직포 웹이 큰 입자들을 여과하기 위해 사용되는 경우, 이는 일부 실시예들에서 랜덤하게 편직되는 스펀본드된 섬유들을 사용하여 만들어 질 수 있다. 상기 부직포가 보다 작은 입자들을 여과할 필요가 있는 경우, 그러면 이는 일부 실시예들에서 상기 멜트블로우닝 공정 동안에 통상적으로 결합되는 멜트블로운 섬유들로부터 만들어 질 수 있다.
생산되는 상기 섬유상의 웹들은 이에 따라 변화하는 두께들을 가질 수 있다. 상기 공정 변수들이 상기 두께를 변화시키도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 그 상부로 상기 섬유들이 증착되는 상기 이동하는 벨트의 속도를 증가시키는 것은 보다 얇은 웹의 결과로 된다. 상기 부직포 탄성 중합체 웹들의 평균 두께는 변화될 수 있으며, 일부 실시예들에서, 상기 웹은 약 1㎜ 또는 그 이하의 평균 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평량(basis weight)은 약 500g/㎡ 또는 그 이하, 약 400g/㎡ 또는 그 이하, 약 300g/㎡, 약 200g/㎡ 또는 그 이하, 약 100g/㎡ 또는 그 이하, 혹은 약 50g/㎡ 또는 그 이하이다. 여기서 사용되는 바와 같이, 웹의 평량은 단위 면적 당의 섬유상 물질의 질량을 언급하는 것이며, ASTM D3776에 따라 측정될 수 있다.
부직포 탄성 중합체 웹 형성을 위한 선택적인 수단들로서, 섬유들이 압출될 수 있고, 클림프(crimp)될 수 있으며, 그로부터 웹이 형성될 수 있고 이후에 상술한 방법들의 하나 또는 그 이상에 의해 결합될 수 있는 스테이플 섬유들로 절단될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 스테이플 또는 필라멘트 섬유들이 직조되거나, 니트(knit)되거나, 브레이드(braid)된 구조들도 형성하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 스테이플 부직포들은 섬유들을 스피닝하고, 이들을 짧은 세그먼트들로 절단하며, 이들을 베일들(bales)로 조립함에 의해 구성될 수 있다. 상기 베일들은 이후에 웨트레이드(wetlaid) 공정, 에어레이드(airlaid) 공정 또는 소면(carding) 공정에 의해 균일한 웹으로 펼쳐질 수 있고 전술한 바와 같이 결합될 수 있다.
도 6은 본 발명에 유용한 탄성 중합체 멜트블로운 웹의 예시적인 웨트-업(wet-up)/드라이-업(dry-up) 곡선들을 나타내며, 도 7은 비교되는 종래 기술의 직물(도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같은)의 예시적인 웨트-업/드라이-업 곡선들을 나타낸다. 상기 웨트-업/드라이-업 곡선들은 모세관 유동 포로미터(porometer)를 이용하여 얻어진 데이터에 기초하며, 평균 유동 기공 크기에 관한 정보를 제공한다. 습윤 액체(wetting liquid)(여기서는, 15.9Dynes/㎝의 표면 장력을 갖는 갈윅(Galwick))가 상기 필터 물질에 적용되고, 상기 기공들을 채우게 된다. 비반응성 가스 또는 공기가 이후에 상기 물질을 통과하고 상기 기공들로부터 상기 액체를 대신하게 된다. 습윤 및 건조 샘플들을 통해 드라이 가스 압력 및 유량들이 측정되고 그래프로 표시되며, "하프 드라이-업(half dry-up)" 곡선이 상기 드라이-업 곡선에 기초하여 인출(상기 드라이-업 곡선 상의 각 데이터 점을 2개로 분할함에 의해)된다.
평균 유동 기공 직경은 상기 웨트 곡선이 상기 하프 드라이-업 곡선을 만나는 지점인 상기 평균 유동 압력에서 계산되는 직경이다. 상기 평균 유동 기공 직경은 D=(4γcosθ)/p의 식에 근거하여 계산될 수 있으며, 여기서 D는 기공 직경이고, γ는 상기 액체의 표면 장력이며, θ는 상기 액체의 접촉각이고, p는 가스 차압이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 탄성 중합체 멜트블로운 부직포 웹은 대략 10L/min의 유량에서 약 1PSI의 평균 유동 압력을 나타내었다. 시험된 상기 멜트블로운 물질은 층을 이룬 섬유 구조와 상대적으로 큰 섬유 직경 분포를 포함하며, 그 결과 상기 부직포 탄성 중합체 웹이 큰 기공 크기 분포를 가진다. 대조적으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 직물 필터 매체는 대략 20L/min의 유량에서 약 0.65PSI의 평균 유동 압력을 나타내었다. 상기 직물 필터 매체들은 일반적으로 좁은 기공 크기 분포를 가진다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 이용되는 통상적인 탄성 중합체 부직포 웹과 종래의 직물 필터 구조의 유동 특성들 사이에는 차이들이 존재한다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 압력이 증가함에 따라 보다 점차적인 유량의 증가를 제공하는 반면, 상기 직물 구조는 어떤 압력에 도달하기 전까지는 사실상 흐름을 나타내지 않는다.
상기 탄성 중합체 부직포 웹을 강화하는 데 사용되는 상기 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들은 상기 웹을 강화하기에 충분한 임의의 유형의 물질이 될 수 있다. 바람직하게는, 상기 구조 지지층은 치수적으로 안정한 기재를 포함한다. 이는, 특정 실시예들에서 메쉬(mesh), 직물 웹(예를 들면, 스크림(scrim) 또는 거즈), 혹은 부직포 웹을 포함할 수 있다. 둘 또는 그 이상의 구조 지지층들이 상기 부직포 탄성 중합체 웹과 관련되는 경우, 상기 다중 구조 지지층들은 바람직하게는 상기 부직포 웹의 양 측면들 상에 존재하여, 이들 구조 지지층들이 상기 탄성 중합체 웹을 이들 사이에 효과적으로 끼운다. 둘 또는 그 이상의 구조 지지층들이 사용되는 경우, 이들은 동일한 유형 또는 상이한 유형들의 구조 지지체들(예를 들면, 화학 조성, 평균 유동 기공 크기, 섬유 직경 등의 측면에서)이 될 수 있다.
상기 구조 지지층(들)의 조성은 변화될 수 있으며, 상기 구조 지지층(들)은, 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 폴리머들, 금속들(예를 들면, 와이어), 세라믹들, 또는 천연 물질들(예를 들면, 천연 섬유들)을 포함할 수 있다. 상기 구조 지지층이 섬유들을 포함하는 경우, 비록 보다 크고 보다 작은 직경들을 갖는 섬유들이 배제되는 것으로 의도되는 것은 아니지만, 상기 섬유들은, 예를 들면, 약 20미크론 내지 약 100미크론의 범위 내의 평균 직경들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 구조 지지층들 포함하는 상기 섬유들의 평균 직경은 상기 부직포 탄성 중합체 웹을 포함하는 섬유들의 평균 직경 보다 크다. 사용될 수 있는 특정한 예시적인 물질들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 큰 섬유의 부직 물질들, 예를 들면, 프로이덴베르그(Freudenberg), 콜본드(Colbond), 존스 만빌레(Johns Manville), 파이버웹(Fiberweb) 및 다른 회사들로부터 입수할 수 있는 것들을 포함한다. 특히, 특정 실시예들에서 리메이®(Reemay®)(파이버웹에서 제조), 루트라두르®(Lutradur®)(프로이덴베르그에서 제조) 또는 콜백®(Colback®)(콜본드에서 제조)이 구조 지지층들로 사용된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 구조 지지층이 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 경우 보다 큰 평균 유동 기공 크기를 가지는 것이 유리하다. 이는 특히 상기 탄성 중합체 웹과 구조 지지층이 여과 동안에 여과되는 물질들이 상기 탄성 중합체 부직포 웹과 접촉하게 되기 이전에 구조 지지층과 접촉하게 되도록 구성되는 것이 사실이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 구조 지지층은 상기 탄성 중합체 부직포 웹 필터 성분에 도달하기 이전에 미립자들을 걸러 내는 표면 필터로 작용할 수 있다. 예를 들면, 특정 실시예들에서, 상기 구조 지지층은 약 5미크론 내지 약 50미크론, 예를 들면, 약 10미크론 내지 약 30미크론의 평균 유동 기공 크기를 가질 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 2개의 구조 지지층들이 제공되며, 여기서 상기 구조 지지층들은 상기 부직포 탄성 중합체 웹의 외측 표면들 상에 있다(즉, 여기서 상기 구조 지지층들이 상기 부직포 탄성 중합체 웹을 효과적으로 사이에 끼운다). 이러한 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 구조 지지층들 모두는 다른 구성들을 가질 수 있거나 유사할 수 있다(예를 들면, 여기서 상기 제1 및 제2 구조 지지층들 모두가 직조/메쉬 구성을 포함한다). 바람직하게는, 상기 제2 구조 지지층(즉, 상기 여과되는 물질이 마지막에 통과하는 지지층, 즉, 상기 필터의 사용 동안의 하류 부분)의 평균 유동 기공 크기는 상기 제1 구조 지지층(즉, 상기 여과되는 물질이 처음에, 즉 상기 부직포 탄성 중합체 웹에 접촉되기 이전에 통과하는 지지층)의 평균 유동 기공 크기보다 작다. 상기 제1 구조 지지층의 경부 보다 작은 평균 유동 기공 크기를 갖는 제1 구조 지지층을 제공함에 의해, 상기 부직포 탄성 중합체 웹은, 일부 실시예들에서, 여과에 사용되는 동안에 함유된 미립자들이 바람직하지 않게 방출되지 않게 상기 탄성 중합체 웹 내부의 기공 크기들이 연장되고 확장되는 것이 방지될 수 있다.
상기 탄성 중합체 부직포 웹들 및 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들은 해당 기술 분야에서 알려진 임의의 방법으로 결합되거나 부착될 수 있다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹 및 상기 하나 또는 그 이상의 지지층들은 상기 층들이 함께 통합된 여과 구조로 사용될 수 있는 다층 구성을 형성하도록 부착된다. 상기 구성 요소들은 유리하게는 복합 물질을 제공하도록 라미네이트된다. 예를 들면, 특정 실시예들에서, 상기 구성 요소들은 스티칭(stitching), 화학적 결합, 열적 결합(예를 들면, 에어 결합 또는 포인트 결합/캘린더링(calendering))을 통해), 초음파 결합, 프린트 접착 결합, 압력(예를 들면, 그라비아 롤(gravure roll)을 이용하여), 하이드로인탱글링 또는 이들의 조합을 통해 연결될 수 있다. 상기 결합 또는 부착은 또한 도 10에 예시한 프레임과 같은 프레임 내에 상기 둘(또는 그 이상의) 시트 물질들을 단지 결합함에 의해 수행될 수 있다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹 및 구조 지지층은 하나의 층을 다른 하나 상에 직접 증착하고, 라미네이션(또는 다른 형태의 부착)을 수행함에 의해 결합된 수 있다. 선택적으로는, 상기 층들은 별도로 제조될 수 있고, 결합될 수 있으며, 함께 라미네이트(또는 부착)될 수 있다. 통상적으로, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 상기 라미네이션 공정 동안에 신장되지 않는다(즉, 상기 웹은 상기 라미네이트를 제조하는 대 이용되는 임의의 메커니즘에 의해 통상적으로 제공되는 바를 넘는 어떠한 추가적인 신장력을 받지 않는다). 바람직하게는, 상기 층들은 상기 탄성 중합체 성분을 위한 어느 정도의 이동을 유지하면서 드문드문하게 부착되거나 결합된다.
비록 본 발명이, 여기서 설명하는 바와 같이, 하나의 탄성 중합체 부직포 웹이 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들과 결합되는 실시예들에 중점들 두지만, 일부 실시예들에서, 상기 구조가 하나 또는 그 이상의 추가적인 층들을 포함할 수 있는 점에 유의한다. 예를 들면, 특정 실시예들에서, 하나 이상의 탄성 중합체 부직포 웹(여기서 상기 탄성 중합체 웹들은 동일하거나 다를 수 있다)이 서로 라미네이트될 수 있거나, 하나 또는 양 탄성 중합체 부직포 웹들이 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들에 더 부착된다. 다중 탄성 중합체 부직포 웹들의 결합의 사용은 결과물인 필터 매체의 여과 특성들을 원하는 평균 유동 기공 크기와 같은 원하는 값으로 조절하는 편리한 방법이 될 수 있다. 이와 같이, 단일의 부직포 탄성 중합체 웹을 포함하는 양 실시예들 및 하나 이상의 부직포 탄성 중합체 웹을 포함하는 실시예들은 본 발명의 범주에 속한다. 일부 실시예들에 있어서, 둘 또는 그 이상의 부직포 탄성 중합체 웹들을 함께 라미네이팅하는 것은 상기 결과물인 필터 매체의 유효 기공 크기를 감소시키기 위한 수단들을 제공한다.
특정 실시예들에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 부직포 탄성 중합체 웹들 및 상기 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들을 포함하는 구조는 다른 형태의 유체(예를 들면, 공기 또는 액체)를 위한 필터로 기능할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 이들 구조들은 액체들로부터 미립자 물질의 제거를 위한(예를 들면, 폐수와 같은 물의 처리/정화를 위한) 필터들로 유용하다.
도 8은 입자들(16)을 포집하는 뎁스 필터로 작용하는 상기 부직포 탄성 중합체 웹(10)을 개략적으로 예시한다. 비록 이러한 도면이 상기 부직포 탄성 중합체 웹만을 도시하지만, 본 발명에 따르면, 상기 웹이 통상적으로 여기에 기재되는 바와 같은 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들과 결합되어 제공되는 점이 이해될 것이다. 도시한 바와 같이, 상기 부직포 필터 매체는 큰 입자들뿐만 아니라 작은 입자들도 함유할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 큰 입자들은 특정 입자들과 상기 탄성 중합체 웹의 기공 크기 사이의 크기 차이로 인하여 상기 탄성 중합체 웹의 표면상에 유지될 수 있다. 상기 여과되는 물질이 구조 지지층에 처음으로 접촉하게 되도록 상기 구조가 위치하는 실시예들에 있어서, 일부 입자들은 상기 구조 지지층에 의해 유지될 수 있으며, 이에 따라 상기 탄성 중합체 웹을 통과하지 못할 수 있다. 다시 말하면, 상기 입자들의 유지는 상기 구조 지지층의 기공 크기와 비교할 경우에 상기 미립자 물질의 직경에 좌우된다. 한편, 도시한 바와 같이, 보다 작은 입자들은 상기 탄성 중합체 부직포 웹을 어느 정도까지 투과할 수 있다. 일부 입자들은 상기 탄성 중합체 부직포 웹 내에 구현되는 길고 복합한 경로로 인하여 심층 필터 메커니즘에 의해 포집된다. 특정 실시예들에 있어서, 여기에 기술되는 단독으로 또는 다른 유형의 필터들과 결합되어 사용되는 상기 필터 매체는 EPA 및/또는 ANSI/NSF 식수 기준들을 만족하거나 초과하는 여과된 물을 제공할 수 있다.
유리하게는, 여기에 기재되는 물질들은 효과적으로 세척되고 재사용될 수 있다. 여과에의 사용 동안, 상기 필터 매체를 통한 유동 저항은 상기 필터 매체 상이나 내에 증착되는 입자들의 숫자와 함께 증가할 것이다. 이에 따라, 상기 필터 매체에 의해 처리될 수 있는 물의 부피가 상기 필터 매체 상이나 내의 입자들의 함유와 함께 상당히 감소된다. 따라서, 계속적인 사용들 위해 상기 필터를 주기적으로 세척하는 것이 유리하다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 탄성 중합체 특성은 상기 웹이 함유된 미립자 물질의 적어도 실질적인 부분을 상기 웹의 외부로 세척하기에 충분한 압력을 견디게 한다. 역세정(backwashing) 공정은, 일부 실시예들에서, 여과 흐름으로부터 상기 필터를 제거하는 단계 및 상기 필터를 통해 가압된 물을 역방향으로(즉, 상기 여과 흐름에 대향하는 방향으로) 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 역세정 공정은, 일부 실시예들에서 상기 웹의 표면이나 구조 지지층 모두로부터와 상기 웹의 내부 물질로부터 미립자 물질의 제거를 담보하도록 표면 세척 단계와 함께 이용될 수 있다.
상기 부직포 웹의 탄성 중합체 특성으로 인하여, 상기 웹은 파열 전에 상당히 신장되며, 이에 따라 상기 뎁스 필터를 역세정하고 그 내부에 함유된 상기 미립자들을 제거하는 데 요구되는 압력에 의해 영구적으로 변형되지 않는다. 상기 탄성 중합체 부직포 웹 내의 기공 치수들은 이에 따라 상기 역세정 동안에 증가하여 물이 그 내부에 포함된 입자들을 효과적으로 제거하게 한다. 특정 실시예들에 있어서, 상기 구조 지지층 또는 층들은 상기 탄성 중합체 부직포 웹을 보호하고 상기 웹의 연장을 어느 정도로 제한(즉, 상기 탄성 중합체 섬유들의 변형을 제한함에 의해)하는 데 기여하며, 상기 웹이 상기 역세정 공정의 압력으로 인해 파열되지 않는 점을 확보하는 데 기여한다. 상기 필터가 견딜 수 있는 절대 압력은 상기 부직포 웹과 이와 관련된 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들의 특정한 화학적 구성과 물리적 구조에 의존할 것이다.
도 9는 예시적인 역세정 공정을 개략적으로 나타내며, 여기서 상기 부직포 웹(10)이 노즐(20)에 의해 발생되는 고압의 워터 제트(18)에 의해 역세정된다. 상기 역세정 공정은 일반적으로 상기 부직포 웹의 표면상에 또는 상기 구조 지지체(도시되지 않음) 상에 증착된 보다 큰 입자들과 상기 필터 매체 내에 함유된 보다 작은 입자들을 포함하는 입자들(16)을 제거함에 의해 상기 필터 매체(즉, 상기 부직포 탄성 중합체 웹)(10)를 재생시킨다. 원하는 수질 및 필터 매체의 특성들에 따라, 상기 역세정 공정은 일반적으로 초기에 적용된 압력 강하에서 상기 필터의 초기 투수성(water permeability)을 회복시키기 위해 수행된다.
특정 실시예들에 있어서, 상기 필터 매체(즉, 부직포 탄성 중합체 웹 및 하나 또는 그 이상의 구조 지지층들)는 어떤 형태의 하우징 내부에 포함된다. 상기 하우징의 유형은 변화될 수 있으며, 특정 실시예들에서, 상기 필터는 도 10에 도시한 바와 같이 프레임 형의 하우징 내에 포함될 수 있다. 이러한 개략적인 구조에 한정하려는 의도는 아니며, 필터 물질은 임의의 유형의 방식으로 임의의 형태의 하우징 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 필터 물질은 변화하는 크기들과 형상들의 프레임 형태의 하우징(예를 들면, 원형, 정사각형, 직사각형 등) 내에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 필터는 평면의(즉, 평탄한) 형상으로 사용될 수 있지만, 선택적으로는 둥글게 말리거나 나선형으로 권취되거나 주름진 형태로 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 필터는 카트리지 내에 또는 회전 디스크 필터 내에 포함될 수 있다. 상기 필터는 소규모 또는 대규모로, 예를 들면, 휴대용 정수기, 수도꼭지 정수기, 가정 전체의 정수기 내에, 또는 수 처리 플랜트 내에 사용될 수 있다. 상기 필터는 중력 유동, 진공 유동 또는 가압 유동 조건들 사에서 사용될 수 있다. 여기에 기술하는 물질들이 포함될 수 있는 예시적인 필터 디자인들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 여기에 참조로 포함된 Danielsson 등의 미국 특허 제7,972,508호, Brockmann 등의 미국 특허 제7,695,624호, 그리고 Manic 등의 미국 특허출원 공개 제2011/0180487호에 기재된 유형들의 필터들을 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 여기에 기재되는 여과 매체는 하나 또는 그 이상의 추가적인 필터 매체들과 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 여기에 기재되는 바와 같은 둘 또는 그 이상의 구조들이 인라인(in-line)으로 채용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 다른 형태들의 필터들이, 예를 들면, 여과되는 액체로부터 추가저인 불순물들을 제거하도록 여기에 기재되는 구조와 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 수 처리 플랜트 내에서, 물은 일반적으로 큰 찌꺼기를 제거하도록 하나 또는 그 이상의 스크린 필터들을 먼저 통과한다. 일부 실시예들에 있어서, 물은 예를 들면, pH를 조절하기 위해, 다양한 오염물들의 응고/응집을 증진시키는 화학 약품들을 첨가하기 위해, 물을 소독하기 위해, 물을 연화시키기 위해 및/또는 침전이 일어나게 하기 위해 여기에 기재되는 필터 매체들과 접촉하게 되기 이전이나 이후에 처리될 수 있다.
실험예
본 발명의 측면들은 다음의 실험예에 의해 보다 상세하게 예시될 것이며, 이는 본 발명의 특정 측면들을 설시하도록 기재되며 제한하는 의미로 해석되는 것은 아니다.
290의 용융 유량(melt flow rate; MFR)을 갖는 프로필렌계 탄성 중합체인 비스타맥스TM(VistamaxxTM) 2330(엑손모빌 케미컬 캄퍼니(ExxonMobil Chemical Company)(휴스턴, 텍사스))이 섬유들을 형성하도록 멜트블로운되었다(노스캐롤라이나 주립 대학(롤리, 노스캐롤라이나)에 위치한 부직포 연구소에서). 상기 섬유들을 형성하기 위하여, 다이 및 압출기 온도는 420ㅀF였으며, 수집기에 대한 다이의 간격(DCD)은 7인치였다. 중합체 산출량은 0.3g/hole/min 및 0.6g/hole/min이었고, 웹의 평량은 벨트 속도에 의해 조절되었다. 이에 따라 직경이 약 1미크론 내지 약 10미크론의 범위(약 3미크론의 평균) 내의 섬유들을 갖는 탄성 중합체 멜트블로운 웹의 평량은 20g/㎡ 내지 300g/㎡의 범위 내로 제조되었다.
이들 탄성 중합체 멜트블로운 웹들은 60g/㎡, 200g/㎡ 및d 300g/㎡의 다른 평량들에서 이들의 평균 유동 기공 크기와 투수성을 위해 평가되었다. 각 웹의 평균 유동 기공 크기는 웨트-업/드라이-업 시험 모드로 모세관 유동 포로미터(포러스 머티어리얼즈(Porous Materials) 사(이타카, 뉴욕)로부터 입수 가능)를 이용하여 측정되었다. 15.9dyne/㎝의 표면 장력을 갖는 갈윅(Galwick)이 습윤 유체로 사용되었다. 모세관 유동 포로메트리(porometry)를 이용하는 평균 유동 기공 크기를 측정하기 위한 일반적인 과정은, 예를 들면, 여기에 참조로 포함되는 웹 페이지인 입수할 수 있는 Jena 및 Gupta의 "복합 기공 구조의 평가를 위한 다중 시험 기술들의 이용(Use of multiple test techniques for Evaluation of Complex Pore Structure)"과 웹 페이지인 http://www.pmiapp.com/publications/docs/Characterization_of_pore_2002.pdf에서 입수할 수 있는 Jena 및 Gupta의 "필터 매체들의 기공 구조의 특성(Characterization of Pore Structure of Filtration Media)"에 기재되어 있다.
위에서 간략하게 기술한 바와 같이, 증가하는 압력이 습윤된 필터 매체에 적용되며, 기공들이 개방되게 한다(결국 건조 샘플이 주어지도록). 상기 습윤된 필터 매체를 통한 유량이 상기 인가된 압력에 대해 도표로 되며, 웨트-업 곡선이 주어진다. 제2의 진행이 이후에 동일한 변수들을 갖는 건조 필터 매체에 수행되며, 상기 웨트-업 곡선과 함께 도표로 될 수 있는 드라이-업 곡선이 주어진다. 하프 드라이-업 곡선은 상기 드라이-업 곡선으로부터의 데이터 지점들을 둘로 나누어 계산될 수 있고, 평균 유동 기공 크기는 D＝(4γcosθ)/p의 식을 이용하여 상기 웨트-업 곡선 및 상기 하프 드라이-업 곡선이 교차되는 압력에서 계산되며, D는 기공 직경이고, γ는 상기 액체의 표면 장력이며, θ는 상기 액체의 접촉각이고, p는 가스 차압이다.
이들 탄성 중합체 멜트블로운 웹들의 투수성은 데드-엔드 필터 테스터(dead-end filter tester)에 의해 측정되었다. 데드-엔드 여과 기술에 있어서, 하나의 유입(즉, 공급 유체)이 상기 필터 매체에 접촉하게 되고, 상기 필터 매체의 기공 크기보다 큰 상기 유입 유체 스트림 내에 현탁된 모든 입자들은 그 표면에 유지된다. 상기 필터 매체를 통한 유입의 흐름이 측정될 수 있고, 투과성을 계산하는 데 이용될 수 있다. 이러한 형태의 측정을 위해 사용되는 일반적인 과정은 여기에 참조로 포함되는 웹 페이지인 입수할 수 있는 미국 환경 보호국(United States Environmental Protection Agency)의 멤브레인 여과 가이드 메뉴얼(Membrane Filtration Guidance Manual)에서 찾을 수 있다. 이러한 테스트에 있어서, 유효 웹 면적은 13.3㎠이었다. 질소 가스가 상기 웹에 압력을 인가하는 데 사용되었고, 증류수가 실온에서 사용되었다. 상기 샘플을 통한 물의 흐름은 컴퓨터에 의해 계속적으로 기록되었고, 투수성은 인가된 압력 하의 특정한 시험 시간에서 상기 웹을 통과하는 물의 양으로 계산되었다. 예시적인 멜트블로운 프로필렌계 웹들의 평균 유동 기공 크기들을 표 1에 나타낸다.
탄성 중합체 멜트블로운 웹의 기공 크기와 투수성
평량(g/㎡) 평균 유동 기공 크기
(미크론)		 투수성
(m/h/250㎜ H2O)
60 11.7 70.0
200 8.2 33.1
300 7.4 10.4
기공 크기 및 투수성에 대한 영향을 평가하기 위하여, 멜트블로운 웹들의 2개의 층들이 함께 라미네이트되었다. 상기 층들은 110℃의 롤러 온도, 롤러와 벨트 사이의 2bar의 인가 압력 및 10m/min의 벨트 속도에서 라미네이트되었다. 상기 웹 결합들 및 이들의 기공 크기들과 투수성들을 표 2에 나타낸다.
라미네이트된 탄성 중합체 멜트블로운 웹들의 기공 크기 및 투수성
웹 결합 평균 유동 기공 크기
(미크론)		 투수성
(m/h/250㎜ H2O)
20 & 40g/㎡
(전체 60g/㎡) 		9.3 13.2
30 & 50g/㎡
(전체 80g/㎡) 		7.8 26.9
40 & 60g/㎡
(전체 100g/㎡) 		7.7 23.4
각 필터(단일 층 및 2층 필터들)가 여과 효율을 위해 테스트되었다. 상기 필터들은 초음파로 구조 지지층(30미크론 기공 크기의 PET 직물)에 대해 라미네이트되었다. 상기 필터 매체는 이후에 5미크론의 평균 직경을 갖는 폴리스티렌 비드들(beads)의 용액 50ppm과 접촉되었다. 상기 용액 내의 폴리스티렌 비드들의 농도는 탁도(turbidity)에 대해 입자 농도를 연관시키는 교정 곡선으로 비탁계(turbidimeter)에 의해 측정되었다. 상기 용액은 상기 데드-엔드 필터 테스터 내의 13.3㎠의 유효 필터 면적을 갖는 필터 홀더 내로 부어졌고, 압력이 인가되었으며 1bar의 압력에서 에어 실린더에 의해 조절되었다. 표 3은 라미네이트된 필터들의 여과 효율뿐만 아니라 십미크론의 평균 유동 기공 크기(도 1의 SEM에 도시한 바와 같이)를 갖는 직물의 여과 효율 및 기준의 탄성 중합체 멜트블로운 웹(즉, 구조 지지층에 라미네이트되지 않은)의 여과 효율을 나타낸다. 상기 탄성 중합체 멜트블로운 웹들은 폐수 처리 장비에 사용되는 현재의 직물들 보다 높은 여과 효율을 나타낸다.
5미크론의 폴리스티렌 비드에 대한 필터 매체들의 여과 효율들
필터 매체 여과 효율(%)
비교되는 직물(도 1에 도시한바와 같은) ＜30.0
기준의 60g/㎡의 탄성 멜트블로운 웹 82.6
30미크론의 PET 직물에 라미네이트된 60g/㎡의 탄성 멜트블로운 웹 89.2
30미크론의 PET 직물에 라미네이트된 20 & 40g/㎡(전체 60g/㎡)의 탄성 멜트블로운 웹들 ＞95.0
30미크론의 PET 직물에 라미네이트된 20 & 60g/㎡(전체 80g/㎡)의 탄성 멜트블로운 웹들 ＞95.0
30미크론의 PET 직물에 라미네이트된 40 & 60g/㎡(전체 100g/㎡)의 탄성 멜트블로운 웹들 ＞95.0
30미크론 PET 직물에 라미네이트된 60g/㎡의 탄성 멜트블로운 웹에 상술한 바와 같이 5미크론의 입자들로 24시간의 처리를 수행하였다. 역세정 후에, 상기 웹은 상기 역세정이 상기 웹의 여과 능력을 재생시키는 데 효과적이었던 점을 나타내는 최초의 유량으로 회복되었다.

Claims (25)

  1. 제1 다공성 물질을 포함하는 제1 구조 지지층; 및
    상기 제1 구조 지지층에 부착되는 탄성 중합체 부직포 웹(elastomeric nonwoven web)을 포함하며, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 탄성 중합체 섬유들을 포함하고, 약 15미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기(mean flow pore size)를 가지며,
    상기 제1 구조 지지층은 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체(depth filter medium).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 갖는 제2 다공성 물질을 포함하는 제2 구조 지지층을 더 포함하며, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 상기 제1 및 제2 구조 지지층들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 다공성 물질은 상기 제1 다공성 물질의 평균 유동 기공 크기보다 작은 평균 유동 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 구조 지지층은 직물 물질 또는 균일한 기공 크기를 갖는 메쉬(mesh)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 구조 지지층의 평균 유동 기공 크기는 약 30미크론 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 구조 지지층은 직물 물질 또는 균일한 기공 크기를 갖는 메쉬로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 구조 지지층의 평균 유동 기공 크기는 약 30미크론 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 중합체 섬유들은 멜트블로운(meltblown) 또는 스펀본디드(spunbonded) 섬유들인 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 약 5미크론 이하의 평균 유동 기공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 중합체 섬유들은 프로필렌계 탄성 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 함께 라미네이트된 둘 또는 그 이상의 탄성 중합체 부직포 시트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 약 500g/㎡ 또는 그 이하의 평량(basis weight)을 가지는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 약 200g/㎡ 또는 그 이하의 평량을 가지는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 구조 지지층은 직물 물질 또는 약 30미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기를 갖는 메쉬를 포함하고, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 탄성 중합체 부직포 물질의 단일 층 또는 탄성 중합체 부직포 물질의 다중 층들의 라미네이트를 포함하며, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 약 10미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기 및 약 200g/㎡ 또는 그 이하의 평량을 가지는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터 매체.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 상기 뎁스 필터 매체를 포함하며, 상기 뎁스 필터 매체에 부착되는 구조 프레임을 더 포함하는 뎁스 필터.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 뎁스 필터는 물 여과를 위해 적용되는 것을 특징으로 하는 뎁스 필터.
  17. 탄성 중합체 섬유들을 포함하고 약 15미크론 또는 그 이하의 평균 유동 기공 크기를 갖는 탄성 중합체 부직포 웹을 제공하는 단계; 및
    뎁스 필터 매체를 형성하도록 상기 탄성 중합체 부직포 웹을 제1 구조 지지층에 부착하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 구조 지지층은 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 갖는 다공성 물질인 것을 특징으로 하는 뎁스 필터의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제공하는 단계는 상기 탄성 중합체 섬유들을 멜트블로우닝 또는 스펀본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 부착하는 단계는 스티칭(stitching), 화학적 결합, 열적 결합, 초음파 결합, 프린트 접착 결합, 압력의 인가, 하이드로인탱글링(hydroentangling) 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 제2 구조 지지층을 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 상기 제1 구조 지지층과 대향하는 측면 상에 부착하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 구조 지지층은 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 갖는 제2 다공성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 제공하는 단계는 상기 탄성 중합체 부직포 웹을 형성하도록 탄성 중합체 부직포 물질의 둘 또는 그 이상의 층들을 함께 라미네이팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 뎁스 필터 매체에 구조 프레임을 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 심층 여과(depth filtration) 또는 심층 여과와 표면 여과의 결합에 의해 액체로부터 미립자 물질의 일부를 제거하도록 상기 미립자 물질을 포함하는 상기 액체를 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 상기 뎁스 필터 매체와 접촉시키는 단계를 포함하는 미립자 물질을 제거하기 위해 액체를 여과하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 뎁스 필터 매체에 의해 포집된 상기 미립자 물질의 적어도 일부가 상기 뎁스 필터 매체로부터 제거되고, 여과에의 재사용이 가능하도록 상기 뎁스 필터를 역세정(backwashing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 뎁스 필터 매체는 상기 탄성 중합체 부직포 웹의 평균 유동 기공 크기보다 큰 평균 유동 기공 크기를 가지고 상기 제1 다공성 물질의 평균 유동 기공 크기보다 작은 평균 유동 기공 크기를 갖는 제2 다공성 물질을 포함하는 제2 구조 지지층을 더 포함하며, 상기 탄성 중합체 부직포 웹은 상기 제1 및 제2 구조 지지층들 사이에 위치하고,
    사용 동안에 상기 제1 구조 지지층이 상류이고 상기 제1 구조 지지층이 하류가 되도록 상기 액체가 상기 뎁스 필터 매체에 접촉되는 것을 특징으로 하는 방법.
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