KR20170117566A - 복합 멤브레인 - Google Patents

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KR20170117566A
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reservoir
barrier layer
volatile composition
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KR1020177026090A
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Inventor
마이클 제이. 맥그레이드
니틴 샤르마
Original Assignee
에스.씨. 존슨 앤 선 인코포레이티드
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Abstract

휘발성 조성물용 재충전 카트리지는 저장소, 저장소 내의 휘발성 조성물, 및 저장소와 유체 연통하는 복합 멤브레인을 포함한다. 상기 복합 멤브레인은 약 10㎛ 미만의 두께를 갖는 배리어층 및 배리어층과 접촉하는 하나 이상의 지지층을 포함하고, 상기 지지층은 적어도 약 10 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 휘발성 조성물은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 저장소로부터 복합 멤브레인을 통해 1 내지 100 g/(m2·hr)의 유량으로 수송된다.

Description

복합 멤브레인
관련 출원 상호 참조
본 출원은 2015년 3월 19일 출원된 "복합 멤브레인" 명칭의 미국 가 특허출원 제62/135,359호, 및 2015년 5월 21일에 출원된 "복합 멤브레인" 명칭의 제62/165,039호의 우선권의 이익을 주장하고, 가 특허출원은 전체 참조로 본원에 포함되어 있다.
연방 정부 후원 연구 또는 개발에 대한 참조
적용사항 없음
서열 목록
적용 사항 없음
기술분야
본 발명은 일반적으로 휘발성 조성물의 수송용 멤브레인, 구체적으로 배리어층 및 지지층을 갖는 복합 멤브레인에 관한 것이다.
곤충 또는 그 외의 유사한 해충을 죽이거나 저지하기 위해, 해충 방제 재료를 분배하는 것과 마찬가지로 냄새의 차폐 또는 제거에 의해 다양한 환경(예를 들면, 주택 및 밀폐된 공공 건물)에서 공기 중의 악취를 효과적으로 제거할 요건이 잘 확립되어 있다. 이러한 목적을 위해 다양한 종류의 분배 장치 또는 시스템이 사용되고 있었다. 일반적인 증기 분배 장치는 휘발성 조성물 또는 물질을 대기로 수동 방출하거나 능동 방출한다. 수동 분배기의 예로는 겔 카트리지, 포푸리(potpourri), 디퓨저(diffuser) 시스템, 에어로졸 등을 포함한다. 비교로, 능동 증기 분배 장치는, 일반적으로 전달 속도를 증가하거나, 특정한 방향으로 직접 전달하거나, 요청시 증기 분배하거나 이들의 조합으로 설계된 팬, 히터, 또는 그 외의 구동 분배 메카니즘을 포함할 수 있다.
기존의 수동 및 능동 시스템은, 방향제, 해충방제제, 또는 그 외의 휘발성 조성물을 전달하는 증기 분배 장치의 효능이 많은 인자에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 많은 문제가 있을 수 있다. 예를 들면, 처리될 공간의 전체 부피, 처리 반경(즉, 증기 분배 장치로부터의 선형 거리), 온도, 습도, 기류, 대기압, 지질학적 위치, 전기 콘센트의 이용가능성, 안전성 고려사항(예를 들면, 소아 또는 펫의 존재) 등과 같은 인자가 증기 분배 장치의 효능에 영향을 미칠 수 있다.
종종, 증기 분배 장치의 제조자는, 상이한 조건, 환경, 및 이러한 장치 사용자에 의한 요구에 대처하는 장치를 제공하기 위해, 광범위한 증기 분배 장치를 제공할 수 있다. 따라서, 증기 분배 장치의 다양하고 잠재적으로 다른 기술의 연구개발에 투자하는 것은 제조자에게 부담이 된다. 제조자는 멤브레인, 저장소, 하우징, 전자기기 등을 제조하여 설계된 장치를 제조하기 위한 다양한 기술, 원료, 및 장비에 의존할 수 있다.
증기 분배 장치의 제조자가 직면하는 상기 문제를 고려하면, 이러한 장치의 개발 및 제조를 크로스플랫폼(cross-platform) 표준화하거나 합리화하는 방법을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 대안으로 (또는 부가적으로) 방향제, 해충방제제 등을 환경으로 전달하는 경우에 다목적이거나 널리 유효한 증기 분배 장치를 제공하는 것이 유용할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 휘발성 조성물의 재충전 카트리지는 저장소, 저장소 내의 휘발성 조성물, 및 저장소와 유체 연통하는 복합 멤브레인을 포함한다. 복합 멤브레인은 약 10㎛ 미만의 두께를 갖는 배리어층 및 배리어층과 접촉하는 하나 이상의 지지층을 포함하고, 지지층은 적어도 약 10 ㎛의 두께를 갖는다. 휘발성 조성물은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 저장소로부터 복합 멤브레인을 통해 1 내지 100 g/(m2·hr)의 유량으로 수송된다.
또 다른 실시형태에 따르면, 휘발성 조성물의 재충전 카트리지는 저장소, 저장소 내의 휘발성 조성물, 및 저장소와 유체 연통하는 복합 멤브레인을 포함한다. 복합 멤브레인은 적어도 약 10㎛의 두께를 갖는 제1 지지층, 적어도 약 10㎛ 의 두께를 갖는 제2 지지층, 및 제1 지지층과 제2 지지층 사이의 배리어층을 포함하고, 배리어층은 약 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 휘발성 조성물은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 저장소로부터 복합 멤브레인을 통해 1 내지 100 g/(m2·hr)의 유량으로 수송되고 복수의 방향제 분자를 포함한다. 각각의 방향제 분자는 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 저장소로부터 복합 멤브레인을 통해 적어도 약 0.006 g/(m2·hr)의 유량으로 수송된다.
상이한 실시형태에 따르면, 증기 분배 장치는 하우징, 하우징에 배치된 복합 멤브레인, 및 하우징에 배치되고 복합 멤브레인과 유체 연통하는 저장소를 포함한다. 복합 멤브레인은 약 10㎛ 미만의 두께를 갖는 배리어층 및 배리어층과 접촉하는 하나 이상의 지지층을 포함하고, 지지층은 적어도 약 10 ㎛의 두께를 갖는다. 휘발성 조성물은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 저장소로부터 복합 멤브레인을 통해 1 내지 100 g/(m2·hr)의 유량으로 수송된다. 또한, 배리어층은 휘발성 조성물의 수송에 대한 낮은 선택도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 그 외의 형태 및 이점은 도면을 참조하면서 다음의 상세한 설명을 읽을 때에 명확하게 될 것이다.
도 1은 복합 멤브레인을 포함하는 분배기의 정면 사시도이고;
도 2는 도 1의 분배기의 후면 사시도이고;
도 3은 제1 조건에서 도 1의 라인 3-3을 따른 도 1의 분배기의 단면도이고;
도 4a는 도 3과 마찬가지로 도 1의 분배기의 일 실시형태의 단면도이고, 제2 조건에서 저장소에 공기가 진입할 수 있는 분배기를 도시하고;
도 4b는 도 3과 마찬가지로 도 1의 분배기의 단면도이고, 제2 조건에서 저장소에 공기가 진입할 수 없는 분배기를 도시한다.
도 5는 배리어층 및 지지층을 포함하는 복합 멤브레인의 일 실시형태의 부분 단면도이고;
도 6은 2개의 지지층 사이에 위치한 배리어층을 포함하는 복합 멤브레인의 또 다른 실시형태의 부분 단면도이고;
도 7은 복합 멤브레인, 휘발성 조성물 저장소 및 저울을 포함하는 시험 셀의 개략 대표도이고;
도 8은, 멤브레인 없음, 제1 복합 멤브레인 A, 제2 복합 멤브레인 B, 및 대조 멤브레인을 포함하는 시스템에 대해 도시된 데이터를 이용한 시간에 따른 중량 손실 속도의 플롯이고;
도 9는 PDMS 복합 멤브레인을 포함하는 시스템에 대해 도시된 데이터를 이용한 시간에 따른 중량 손실 속도의 플롯이고;
도 10은 C5로 표시된 성분 및 C6로 표시된 성분을 포함하는 휘발성 조성물에 대해 나타낸 데이터를 이용한 대표적인 PISO 시스템에 대해 시간에 따른 중량손실 속도의 플롯이고;
도 11은 C9로 표시된 성분 및 C10로 표시된 성분을 포함하는 휘발성 조성물에 대해 나타낸 데이터를 이용한 대표적인 PISO 시스템에 대해 시간에 따른 중량손실 속도의 플롯이고;
도 12은 C13로 표시된 성분 및 C14로 표시된 성분을 포함하는 휘발성 조성물에 대해 나타낸 데이터를 이용한 대표적인 PISO 시스템에 대해 시간에 따른 중량손실 속도의 플롯이고;
도 13은 C1로 표시된 성분 및 C2로 표시된 성분을 포함하는 휘발성 조성물에 대해 나타낸 데이터를 이용한 대표적인 PISO 시스템에 대해 시간에 따른 중량손실 속도의 플롯이다.
많은 상황에서, 휘발성 물질을 대기로 수동 또는 능동 방출하기 위한 증기 분배 장치를 제공하는 것이 유용할 수 있다. 일례에서, 기분 좋은 향을 제공하기 위해 방 또는 집안과 같은 공간에 방향제를 방출하는 것이 유용할 수 있다. 또 다른 예에서, 모기 또는 그 외의 곤충과 같은 해충을 퇴치하거나 제거하기 위해 해충방제제를 대기로 방출하는 것이 유용할 수 있다. 또 다른 예에서, 악취 등을 중화하기 위해 탈취제를 환경으로 방출하는 것이 유용할 수 있다. 따라서, 다양한 증기 분배 장치는 휘발성 조성물을 함유하는 저장소를 포함한다. 그러나, 저장소로부터 대기로 휘발성 조성물의 전달은 하나 이상의 인자에 의해서 복잡하게 된다. 예를 들면, 플러그 인 향유(plug-in scented oil, PISO) 분배기와 같은 능동 분배기는, 일반적으로 휘발성 물질을 전달하기 위해서 불꽃 또는 전기와 같은 에너지원을 필요로 한다. 비교로, 겔 기반 분배기와 같은 수동 분배기는 능동 분배기와 동등하게 높은 속도로 전달할 수 없다. 또한, 선택된 증기 분배 장치의 형태 또는 증기 분배 장치가 배치될 환경에 따라 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 다양한 장치의 연구, 개발 및 제조에 있어서 증기 분배 장치의 제조업자의 투자가 요구될 수 있다. 이러한 투자는 경제적 및 논리적으로 문제가 될 수 있다.
복합 멤브레인 또는 복합 멤브레인을 포함하는 증기 분배 장치의 개시된 예의 사용은 이들 및 그 외의 문제에 대처할 수 있다. 일 형태에서, 본 개시내용은 다양한 증기 분배 시스템에서 사용하기 위해 다목적 복합 멤브레인을 제공할 수 있다. 따라서, 개시된 복합 멤브레인의 사용은 더 집중적인 연구 및 개발로 이어지고 제조 공정이 더 합리화될 수 있다. 복합 멤브레인의 실시형태는 지지층에 배치된 배리어층을 포함할 수 있다. 배리어층은 약 10㎛ (0.00001 m) 미만의 두께를 갖는 비교적 얇은 반 투과성 멤브레인일 수 있다. 배리어층은 적어도 약 10㎛의 두께를 갖는 비교적 두꺼운 다공성 지지층 상에 배치될 수 있다. 그 외의 실시형태에서 배리어층은 10㎛ 미만일 수 있고 지지층은 적어도 10㎛ 또는 10㎛ 초과일 수 있다.
일반적으로, 종래의 멤브레인 기반 휘발성 전달 시스템은 적어도 10㎛의 두께를 갖는 멤브레인을 포함할 수 있다. 박형 멤브레인은 너무 쉽게 부서지거나 너무 쉽게 손상될 수 있기 때문에 멤브레인의 기계적 내성을 유지하기 위해서 적어도 10㎛의 멤브레인 두께를 유지할 필요가 있다. 그러나, 비교적 두꺼운 지지층 상에 배치된 약 10 ㎛ 미만의 두께를 갖는 배리어층을 갖는 복합 멤브레인을 다양한 조건에서 휘발성 조성물의 전달에 사용할 수 있는 것이 놀랍게 발견되었고, 다양한 조건으로는 멤브레인을 통한 상승된 온도 또는 압력 강하뿐 아니라 그 외의 유사한 조건을 나타내는 것을 포함한다. 또한, 종래의 멤브레인 기반 증기 분배 장치에 비해 투과도가 증가하고 선택도를 감소시킨 복합 멤브레인이 형성될 수 있다. 또한, 시간 경과에 따라 휘발성 조성물에 포함된 개별 종의 비율을 실질적으로 변경하지 않고 휘발성 물질이 멤브레인을 통해 환경으로 전달될 수 있다.
일부 실시형태에서, 복합 멤브레인은, 복합 멤브레인을 통해 질량을 수송하기 위한 속도 제한층으로서 구성된 배리어층을 포함할 수 있다. 즉, 배리어층 및 지지층을 갖는 2개의 층의 복합 멤브레인에 대해, 배리어층(및 지지층은 아님)은 복합 멤브레인을 통한 질량 수송의 속도 제한층일 수 있다. 그러나, 복합 멤브레인의 실시형태는 본원에 검토된 바와 같이 3개 이상의 층을 가질 수 있는 것으로 이해될 것이다. 비교로, 지지층은, 비-속도제한층이고, 복합 멤브레인, 또는 이들의 조합에 기계적 강도를 부여하도록 구성될 수 있다. 배리어층은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 또는 폴리디메틸실록산 (PDMS)과 같은 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있다. 마찬가지로 지지층은, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 또는 또 다른 폴리머 또는 비-폴리머 다공성 물질과 같은 (배리어층에 대해) 임의의 비교적 다공성인 물질로부터 형성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 복합 멤브레인이 증기 분배 장치에 통합될 수 있다. 예시의 증기 분배 장치는 복합 멤브레인 및 저장소를 포함할 수 있다. 저장소는 방향제 조성물, 해충 방제 조성물, 분자당 탄소수 1-15(즉 C1-C15)인 알데히드, 알코올 및 케톤과 같은 휘발성 유기 화합물 등의 휘발성 조성물을 함유할 수 있다. 2 층의 복합 멤브레인에 대해, 다공성 지지층이 저장소를 향해 배향될 수 있고 배리어층이 휘발성 조성물이 전달될 환경을 향해 배향될 수 있다. 일부 실시형태에서, 지지층은 배리어층을 향해 휘발성 물질을 위킹(WICK)하기 위해 저장소 근방에 또는 저장소와 연통될 수 있다. 비교로, 3개 이상의 층의 멤브레인이 또한 사용될 수 있다. 비-다공성 배리어층은 2개 이상의 지지층 사이에 개재될 수 있다.
일부 실시형태에서, 분배기는 능동 분배기 또는 수동 분배기일 수 있다. 증기 분배 장치는 휘발성 조성물을 복합 멤브레인을 통해 비교적 높은 속도 또는 유량으로 환경으로 전달하기 위해 구성될 수 있다. 수동 분배기의 예시의 경우, 복합 멤브레인은 하나 이상의 휘발성 화합물을 6 g/(hr-m2) 이상까지의 유량 또는 속도로 멤브레인을 통해 수송하도록 구성될 수 있다.
증기 분배 장치의 일 실시형태는 함유된(예를 들면, 누설 방지의) 휴대 장치일 수 있다. 이러한 장치는, 하나 이상의 복합 멤브레인과, 하나 이상의 휘발성 조성물을 함유하는 저장소의 사이에 액밀 밀봉(liquid-tight seal)을 형성함으로써 제조될 수 있다. 휘발성 조성물은 시간 경과에 따라 멤브레인을 통해 환경으로 전달될 수 있다. 일 형태에서, 멤브레인은 저장소와 함께 열 밀봉될 수 있다. 예를 들면, 비-다공성 LDPE 층을 포함하는 복합 멤브레인은 PET 저장소와 함께 열 밀봉될 수 있다.
일부 실시형태에서, 복합 멤브레인을 통한 목적 전달 속도 또는 유량은 적어도 약 5 g/(m2-hr)일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 목적 전달 속도는 적어도 약 10 g/(m2-hr) 이상까지일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 목적 전달 속도는 적어도 약 20 g/(m2-hr) 이상까지일 수 있다. 증기 분배 장치가 수동 장치인 실시형태에서, 목적 전달 속도는 활성 온도 또는 압력 조절(예를 들면, 열 또는 진공 적용) 의 필요없이 주위 조건에서 달성될 수 있다. 또한, 복합 멤브레인은 (예를 들면, 멤브레인의 기공을 막는 휘발성 화합물에 의해) 성능이 실질적으로 감소하지 않고 적어도 약 30일 동안 작용할 수 있다. 비교로, 능동 증기 분배 장치는, 팬, 히터, 또는 또 다른 활성 분배 방법의 사용에 의해 목적 전달 속도를 충족하거나 초과할 수 있다.
일 형태에서, 증기 분배 장치에 사용하기 위한 복합 멤브레인은 임의의 적합한 형태로 제조될 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인은, 산업적 분리 시스템 및 공정에서 사용되는 복합 멤브레인을 제조하기 위해 사용되는 방법에 기초하여 제조될 수 있다. 복합 멤브레인은 일반적으로 분리 공정에 적용되지만, 놀랍게도 본 발명자들은 또한 능동 및 수동 증기 분배 장치에 사용하기 위한 복합 멤브레인을 제조할 수 있다는 것을 발견했다. 일 형태에서, 복합 멤브레인의 실시형태가 광범위한 화합물을 분배하거나 전달하는 데에 적합할 수 있다는 것을 발견했다. 또한, 다양한 환경이나 다양한 조건 하에서 사용하기 위한 증기 분배 장치의 제조에 복합 멤브레인이 사용될 수 있다.
분리 공정의 복합 멤브레인은, 일반적으로 혼합물 중 하나 이상의 종을 분리하기 위해 선택적인 것으로 이해될 것이다. 비교로, 본 개시내용에 따른 복합 멤브레인은, 휘발성 조성물의 환경으로의 전달에서 일반적으로 비-선택적이도록 구성될 수 있다. 일례에서, 시간 경과에 따라 조성물의 성분의 농도를 변화시키지 않고 멤브레인을 통해 조성물을 전달하는 것이 유용할 수 있다. 또 다른 예에서, 조성물의 성분을 필수적으로 배제하지 않고 멤브레인을 통해 광범위한 화합물(예를 들면, 다양한 분자량, 소수성, 극성 등)을 전달하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 복합 멤브레인은 다양한 조건 하에서 작동할 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인을 포함하는 수동 증기 분배 장치는 분리 공정에 사용되는 멤브레인에 비해 주위 온도 및 압력에서 작동될 수 있고, 이러한 분리 공정은 일반적으로 멤브레인을 통한 압력 강하 또는 상승한 온도에서 사용된다. 그러나, 복합 멤브레인의 그 외의 실시형태에 대해, 조성물을 능동적으로 전달하기 위해(즉, 능동 증기 분배 장치에 의해) 열, 광, 전기 에너지, 압력, 진공 또는 화학적, 물리적, 또는 기계적 에너지의 형태를 적용하는 것이 유용할 수 있다.
상기 검토된 바와 같이, 복합 멤브레인은 일반적으로 나노여과, 한외여과, 역삼투, 투과 증발과 같은 분리 공정에 사용되었다. 그러나, 이들 공정은 각각 본 개시내용에 따른 공정과 상이할 수 있다. 일 형태에서, 멤브레인 기반 분리는 일반적으로 목적 종을 멤브레인에 투과시키면서 공급 조성물의 일부를 배제시키는 선택적인 멤브레인에 의존한다. 선택도는 하나 이상의 성분을 통과하도록 조절하고 흐르도록 하는 멤브레인의 능력이고, 소정의 성분이 멤브레인을 통과하는 속도에 관련된다. 일 형태에서, 이러한 흐름은, 유량(단위시간당 단위면적당 멤브레인을 통한 질량 수송), 질량 손실 속도(단위시간당 증기 분배 장치의 질량의 변화) 또는 투과 속도(단위시간당 멤브레인을 통한 질량 수송)의 문맥에서 참조할 수 있다. 또 다른 형태에서, 흐름은 단위면적당 단위시간당 멤브레인을 통해 흐르는 액체의 부피의 유닛을 가질 수 있다. 일부 경우에, 투과도는 적용된 압력으로 정규화될 수 있다.
또 다른 형태에서, 분리 공정은 종종 비-주위 조건에서 작동된다. 예를 들면, 투과증발 공정은 멤브레인 통해 적용되는 상당한 압력 강하 또는 상승한 온도에서 작동될 수 있다. 일부 유사성이 존재할 수 있지만, 이들 사이의 차이를 이해하기 위해 본 개시내용에 따른 멤브레인을 상기 분리 공정과 비교하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 분리 공정에 복합 멤브레인을 제공하기 위한 공지된 시스템 및 방법을 이해함으로써 본 개시내용에 따른 복합 멤브레인을 선택하는 것이 알려져 있다.
투과증발은 폴리머 또는 제올라이트 멤브레인과 같은 멤브레인의 사용을 통해 2개 이상의 액체 성분을 분리하기 위한 연속적인 공정의 클래스를 나타낸다. 또한, 이는 일반적으로 비-선택적 방법으로 복합 멤브레인을 통해 조성물을 수송하는 것이 유용할 수 있는 본 개시내용에 따른 복합 멤브레인의 실시형태와 대조적이다. 투과 증발에 대해, 액체 혼합물이 멤브레인과 접촉하는 경우, 분자량, 소수성, 전하 등과 같은 인자에 기초해서 혼합물로부터의 성분 중 하나의 성분이 선택적으로 제거될 수 있다. 일반적으로, 투과증발 공정은, 멤브레인을 통한 압력 강하(예를 들면, 진공 하의 작동)를 멤브레인의 하류측에 수행함으로써 작동될 수 있다. 또한, 열을 시스템에 공급하여 증발 공정을 촉진하거나 스윕 기체(sweep gas)를 멤브레인의 하류측에 제공하여 질량 수송 공정을 더 촉진할 수 있다.
비점 분리(즉 증류)로 제한될 수 있는 공정과 비교하면, 멤브레인 기반 분리 시스템은 예를 들면, 공비 혼합물과 같은 더 복잡한 분리를 달성할 수 있다. 그러나, 이러한 시스템은, 일반적으로 분리될 성분의 농도가 혼합물 중 그 외의 성분에 비해 작은 것에 사용하기 위해 수행된다. 또한, 분리 멤브레인은 당연히 분리될 성분에 대해 선택적이도록 선택된다. 멤브레인 기반 분리가 적용되는 시스템의 예로는, 유기 용매의 탈수, 물 또는 그 외의 수성 스트림에서 낮은 농도(예를 들면, 약 10% 미만)로 존재하는 유기화합물의 회수, 및 유기 화합물의 혼합물의 분리를 포함한다.
또 다른 형태에서, 나노여과, 역삼투 및 한외여과와 같은 멤브레인 기반 분리 공정은, 일반적으로 멤브레인을 통해 유지되는 상당한 압력 강하에 의해서 수행된다. 예를 들면, 한외여과는 일반적으로 약 100 kPa 내지 약 500 kPa의 압력에서 발생할 수 있고, 나노여과는 약 500 kPa 내지 약 2000 kPa의 압력에서 발생할 수 있고, 역삼투는 일반적으로 적어도 약 1000 kPa의 압력에서 발생할 수 있다. 또한, 상기 분리 공정은 멤브레인의 분자량 컷 오프에 기초해서 분류될 수 있다. 일 형태에서, 역삼투는 임의의 용질 분자의 통과를 방지하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 형태에서, 나노 여과 멤브레인에 의해서 약 2 nm 미만의 입자가 배제될 수 있다. 추가의 형태에서 한외여과 멤브레인에 의해 약 2 nm 내지 약 0.1 mm의 입자가 배제될 수 있다. 투과증발의 경우와 같이, 이들 여과 멤브레인의 각각의 1차 목표는 선택도에 의한 분리이다.
대조로, 본 개시내용에 따른 복합 멤브레인은 다양한 조건하에서 작동될 수 있다. 일 형태에서, 복합 멤브레인은 주위 조건에서 작동될 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인은 약 25℃ 및 약 100 kPa에서 작동될 수 있다. 또한, 멤브레인을 통한 압력 강하는 최소일 수 있다. 따라서, 복합 멤브레인은 주위 조건에서 작동하기 위해서 조절될 수 있다. 대안으로(또는 부가적으로), 본 개시내용에 따른 복합 멤브레인은 상승 온도, 멤브레인을 통한 압력 강하 또는 이들의 조합에서 작동될 수 있다.
또한, 일부 실시형태에서, 복합 멤브레인은 소정의 휘발성 조성물의 수송에 대해 비-선택적일 수 있다. 복합 멤브레인은 알데히드, 알코올, 및 케톤과 같은 광범위한 C1-C15 탄소 함유 분자를 수송시킬 수 있다. 분자는 저장소 내의 휘발성 조성물의 개별 종의 비율이 일반적으로 장치의 수명 내내 변화하지 않고 유지되고, 즉 복합 멤브레인은 이하에 기재된 바와 같이 낮은 선택도를 갖는다.
분리 공정을 위한 복합 멤브레인을 연속적으로 참조하면, 일부 멤브레인-기반 공정은 열의 추가 또는 추출, 압력의 적용 또는 진공의 사용에 의존할 수 있다. 따라서, 열, 화학적, 및 기계적 작용으로 인해 시스템에 더 큰 마모가 발생할 가능성이 있다. 또한, 선택적인 멤브레인은 제한된 분자가 멤브레인의 기공 내에 유지되면 파울링(fouling)되기 쉽다.
이와 비교해서, 본 시스템은 주위 조건(또는 비-주위)에서 휘발성 조성물을 환경으로 일반적으로 비-선택적인(즉, 낮은 선택도) 전달을 위해 작동될 수 있다. 따라서, 본 개시내용에 따른 멤브레인은, 휘발성 조성물의 전달을 위한 종래기술의 멤브레인의 이점과 함께, 분리에 사용된 선택적 멤브레인에 관련된 하나 이상의 문제를 해결할 수 있다. 일 형태에서, 본 개시내용에 따른 복합 멤브레인은 멤브레인의 비-선택적 구조 때문에 오염될 가능성이 작을 수 있다. 또 다른 형태에서, 복합 멤브레인의 실시형태는 주위 온도 또는 압력에서 작동되는 경우 마모될 가능성이 작을 수 있다. 또 다른 이점이 달성될 수 있다.
일 형태에서, 멤브레인에 포함된 하나 이상의 물질의 선택은 화학적 특성, 기계적 특성, 열적 안정성, 제조 비용, 선택도 또는 쓰로우풋과 같은 고려사항에 기초할 수 있다. 예를 들면, 세라믹 물질은 가압 또는 팽창시 변형에 덜 민감할 수 있기 때문에 복합 멤브레인 내에 세라믹 물질을 포함하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 세라믹 성분은 세정에 대한 내성이 작을 수 있다. 그러나, 일부 세라믹 성분은, 폴리머와 같은 그 외의 물질보다 기계적 유연성이 작거나 더 비쌀 수 있다.
멤브레인 또는 멤브레인 층의 조합을 선택하여 복합 멤브레인을 형성하기 위해, 질량 수송 및 확산의 바탕의 이론을 이해하는 것이 유용할 수도 있다. 비-다공성 또는 반투과성 멤브레인(즉, 배리어층)을 통한 질량 수송을 모델링하기 위해 이용될 수 있는 하나의 제안된 메카니즘은 용액-확산 이론이다. 이러한 이론은 멤브레인 내에 상류 흡수, 멤브레인을 통한 확산, 및 멤브레인으로부터 하류 탈착 또는 증발을 포함하는 공정을 설명한다. 용액 확산 이론의 일 형태는 분배계수를 포함하고, 이는 식 1로 정의된다.
Figure pct00001
(식 1)
여기서, [A]멤브레인은 멤브레인 중 A 종의 농도이고, [A]피드는 피드 중 A종의 농도이고, k는 분배계수이고 이는 문제의 시스템(즉, 종 및 멤브레인의 특성)에 의존한다.
분배계수를 비교하면, 혼합물 중 하나 이상의 성분의 흐름을 제한하는 멤브레인의 능력 또는 선택도에 의해, 배제% 또는 분자량 컷오프를 특정할 수 있다. 일 형태에서, 식 2는 소정의 멤브레인의 배제%를 기재한다.
Figure pct00002
(식 2)
[A]투과는 투과물 중 A종의 농도이다.
이와 비교하면, 약 90%의 기준 화합물이 유지되거나 배제되는 분자량 컷오프를 기재할 수 있다. 이들 파라미터는 각각 실험으로 결정될 수 있다. 반면, 다양한 멤브레인에 대해 문헌에서 찾은 값은 일반적으로 소정의 실험 조건 세트에 제공된다. 이와 같이, 기재된 것으로부터 조건이 변화되는 경우, 멤브레인의 성능 특성을 예측하는 것은 곤란할 수 있다. 연장해서, 소정의 공정에 대해 적합한 멤브레인을 식별하는 것은 곤란하거나 예측 불가능하고 많은 멤브레인의 스크리닝을 필요로 할 수 있다.
선택도 및 질량 수송에 대해, 픽(Fick)의 제1 법칙을 사용하여 멤브레인을 통한 수송 속도를 기재할 수 있다.
Figure pct00003
(식 3)
F는 멤브레인을 통한 A 종의 투과 유량이고, D는 멤브레인 중 A 종의 확산계수이고, x는 멤브레인 중 A 종의 위치이다. 식 4에 기재된 바와 같이 수송 공정의 상류 및 하류 형태를 기재하기 위해 식 1 및 3을 조합할 수 있다.
Figure pct00004
(식 4)
ΔA는 트랜스멤브레인 농도이고, D 및 k는 상수이다. 식 4를 재정렬하면, 투과도 (P)는 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure pct00005
(식 5)
조성물의 2개의 상이한 성분의 투과도를 고려하면, 2개의 성분의 멤브레인의 선택도는 식 6에 따라 산출될 수 있다.
Figure pct00006
(식 6)
αAB는 성분 A 및 B에 대한 소정의 멤브레인의 선택도이고, PA는 소정의 멤브레인에 대한 성분 A의 투과도이고, PB는 소정의 멤브레인에 대한 성분 B의 투과도이다. 일반적으로, αAB ≥ 1이도록, 2개의 투과도(예를 들면, PA, PB) 중 더 큰 값은 식 6의 분자로서 선택될 수 있고, 더 작은 값은 분모로서 선택될 수 있다. 일 형태에서, 실험 결과는, 소정의 멤브레인 또는 복합 멤브레인의 층의 실제 선택도를 산출하기 위해 필요로 될 수 있다.
이상적인 분리 시스템에 대해, 혼합물의 성분 A은 소정의 멤브레인을 통해 쉽게 수송되는 반면, 혼합물의 성분 B가 전체 유지되거나 멤브레인을 통과하는 것이 방지될 수 있다. 이 시스템 중 성분 A의 투과도는 큰 양수(즉, PA >> 0)일 수 있는 반면, 이상적인 시스템 중의 성분 B의 투과도는 0에 접근한다(즉, PB ≒ 0). PB가 0에 접근함에 따라 얻어진 선택도(αAB)는 무한으로 접근한다. 따라서, 분리가 요구될 수 있는 시스템에 대해, 분리될 2개 이상의 성분에 대한 큰 선택도를 특징으로 하는 멤브레인을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 비교하면, 동일한 속도로 멤브레인을 통한 조성물의 성분을 각각 수송하도록 구성된 시스템에 대해, 1에 접근하는 선택도(즉, αAB≒1)를 특징으로 하는 멤브레인을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 일 형태에서, 1에 접근하는 선택도는 시간 경과에 따라 조성물 내에 각 성분의 농도 변화가 최소한으로 될 수 있다.
용액 확산 이론은 멤브레인 팽창 또는 가소화와 같은 시스템의 그 외의 형태를 고려하여 더 변경될 수 있다. 일 형태에서, 용매 분자와 멤브레인의 폴리머 사슬 사이의 상호작용은, 자유 부피(free volume)를 증가시키고, 이어서 소정의 종 또는 다수의 종의 확산 계수를 증가시킬 수 있다. 이들 및 그 외의 멤브레인-종 상호작용에 따라, 추가의 인자가 고려될 수 있다. 질량 수송에 영향을 미칠 수 있는 멤브레인의 그 외의 형태는 멤브레인 매트릭스 중의 극성기, 멤브레인 친수성, 멤브레인 모폴로지, 소정의 작용기의 존재 또는 부재, 멤브레인의 이온 교환 능력, 화학적 잠재성, 운동 수송 및 열역학적 수송 결합 등을 포함한다. 예를 들면, 열역학적 결합의 경우, 임의의 종의 깁스 자유에너지는 주위 시스템에 의해서 영향을 받고, 멤브레인 중의 수송 거동을 변화시킬 수 있다.
일 형태에서, 화학적 적합성, 질량 수송 능력, 및 기계적 완전성과 같은 인자에 기초해서 복합 멤브레인의 물질을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 복합 멤브레인 중 하나 이상의 층은 피드 용액 중 하나 이상의 성분에 적합해야 한다. 따라서, 멤브레인의 극성 또는 피드 용액 중 멤브레인의 용해성과 같은 멤브레인의 특성을 고려하는 것이 유용할 수 있다. 소정의 휘발성 혼합물 또는 조성물에 대한 멤브레인의 선택도 정도를 평가하는 것은 Hansen 용해성 파라미터에 의존할 수 있다. 그러나, Hansen 용해성 파라미터를 결정하기 위해 멤브레인의 원자 또는 마이크로스케일 구조의 지식이 필요로 될 수 있다.
복합 멤브레인 중 성분의 극성(또는 그 결핍)이 멤브레인의 성능 파라미터에 더 기여할 수 있다. 피드 조성물 중 소정의 성분을 복합 멤브레인을 통해 수송하기 위해서, 성분들 중 하나의 극성은, 멤브레인의 층 중 하나 이상의 층의 극성과 적합하도록 선택될 수 있다. 일 형태에서, 멤브레인을 통해 수송되는 조성물 중 성분(i)의 멤브레인 중 폴리머 성분과의 적합성은 식 7로 나타낼 수 있다.
Figure pct00007
(식 7)
Δ는 Hansen 용해성 파라미터이고, δd 는 분산 기여이고, δp 는 극성 기여이고, δh 는 수소 결합의 기여이다. 또한, i는 피드 조성물 중 성분을 나타내고, 이러한 성분은 복합 멤브레인 중 하나 이상의 층과 연관된 폴리머와 상호작용할 수 있다. 임의의 2개 성분 사이의 적합성이 클수록 Δ값의 크기는 작아질 것이다.
또 다른 형태에서, 소정의 피드 조성물과의 적합성을 결정하는 경우, 소정의 멤브레인의 Flory-Huggins 상호작용 파라미터를 고려하는 것이 유용할 수 있다. 식 8을 참조하면, Flory-Huggins 상호작용 파라미터는 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure pct00008
(식 8)
여기서 χ 는 Flory-Huggins 상호작용 파라미터이고, v폴리머 는 폴리머의 부피 분율이고, i는 피드 용액의 성분을 나타낸다. 작은 χ 값에 대해 (0.5에 접근하지만 작지 않다), 성분 (i)과 폴리머 사이의 상호작용이 일반적으로 커진다.
일 형태에서, 이들 복잡한 수송 현상을 설명하기 위해 식이 유도될 수 있다. 종의 수가 증가하면서 시스템이 더 복잡하게 됨에 따라 혼합물의 존재하에서 소정의 멤브레인의 거동을 결정하는 것을 예상하는 것이 불가능한 것은 아니라도 점점 어렵게 될 수 있다.
소정의 종 또는 조성물의 존재하에서 소정의 멤브레인의 거동을 예상하는 것에 연관된 문제의 점에서, 본 발명자들은, 놀랍게도 본 발명의 개시내용에 따른 복합 멤브레인이 수동 또는 능동 증기 분배 장치로 사용하는 데에 적합할 수 있다는 것을 실험에 의해 결정했다. 또한, 복합 멤브레인의 실시형태는 일반적으로 비-선택적인 방법으로 조성물의 전달에 사용될 수 있다. 그러나, 복합 멤브레인의 일부 실시형태는 본원에 기재된 바와 같이 하나 이상의 선택적인 층을 더 포함할 수 있다.
선택도는 2개의 상이한 분자의 투과도의 비에 관한 것이다. 따라서, 선택도가 식 6의 분자 및 분모에 대해 선택된 값에 따라 1을 초과, 미만 또는 동일한 것으로 정의될 수 있다. 하나의 예시의 접근방법에서, 2개의 성분 A 및 B에 대한 멤브레인의 선택도는 1 이상인 것으로 정의될 수 있다(즉 αAB≤ 1). 이 경우, 투과도에 비해 더 큰 값을 갖는 성분(A 또는 B)은 항상 분자로서 선택될 것이다. 예를 들면, 제1 분자는 소정의 멤브레인에 대해 10의 투과도를 갖고, 제2 분자는 소정의 멤브레인에 대해 5의 투과도를 갖는다. 2개의 분자에 대한 소정의 멤브레인의 선택도는 10을 5로 나눠서 산출될 수 있고, 이는 2이다(반대로 5를 10으로 나누면 0.5인 것으로, 1 미만이다). 복합 멤브레인(또는 그 층)의 선택도에 대해, "비-선택적인" 멤브레인은 약 1의 선택도를 갖는다(즉 αAB≒1). 일반적으로 비-선택적인 멤브레인 또는 낮은 선택도를 특징으로 하는 멤브레인은 선택도가 약 1 내지 1,000 (즉, αAB ≤ 1,000)일 수 있다. 또 다른 형태에서, 낮은 선택도를 특징으로 하는 멤브레인의 경우 αAB ≤ 100이다. 더욱 다른 형태에서, 낮은 선택도를 특징으로 하는 멤브레인의 경우 αAB ≤ 50이다. 추가의 형태에서, 낮은 선택도를 특징으로 하는 멤브레인의 경우 αAB ≤ 10이다.
일부 실시형태에서, 높은 선택도를 특징으로 하는 일반적으로 선택적인 멤브레인 또는 멤브레인은, 선택도가 적어도 약 1,000일 수 있다 (즉, αAB ≥ 1,000). 또 다른 형태에서, 선택적인 멤브레인에 대해 αAB≥ 5,000이다. 또 다른 형태에서 선택적인 멤브레인에 대해 αAB ≥ 10,000이다.
특정한 형태에서, 증기 분배 장치는, 휘발성 조성물 및 복합 멤브레인을 대기에 노출하는 한 시간 내에 측정된 초기 전달 속도로, 휘발성 조성물을 복합 멤브레인을 통해 전달할 수 있다. 증기 분배 장치는 휘발성 조성물 및 복합 멤브레인을 대기에 노출한 후, 고정된 시간에 측정된 다음의 전달 속도로 휘발성 조성물을 복합 멤브레인을 통해 전달할 수 있다. 고정된 시간은 증기 전달 장치가 휘발성 조성물을 전달하는 데에 요구되는 임의의 시간의 길이일 수 있다. 예를 들면, 고정된 시간은 6 시간, 12 시간, 1일, 2일, 3 일, 4 일, 5 일, 6 일, 1주, 10일, 2 주, 15 일, 20 일, 3 주, 25 일, 4 주, 30 일, 5 주, 40 일, 6 주, 45 일, 7 주, 50 일, 55 일, 8 주, 등일 수 있다.
식 9 및 10에 따라 계산하기 위해, 전달 속도는 중량 손실 속도 또는 유량으로서 포함하는 당업자에게 공지된 임의 수단에 의해서 산출되는 것이 이해되어야 하는데, 산출은 모두 분자에 하나의 전달 속도를, 분모에 또 다른 전달 속도를 넣어, 유닛의 중지로 이어지기 때문이다. 전달 속도가 일관하게 계산되는 한, 다음 계산이 성립된다.
단일 성분의 휘발성 조성물(즉, 완전 휘발성 조성물)을 갖는 실시형태에서, 증기 분배 장치의 전달 속도를 측정하는 방법은 우선 증기 분배 장치의 중량을 측정하는 단계, 그 다음 증기 분배 장치의 질량을 측정하는 단계, 선택적으로 제3, 제4, 등, n 시기까지에 증기 분배 장치의 질량을 측정하는 단계, 및 최소 제곱법과 같은 공지된 피팅법을 사용하여 데이터를 피팅하는 단계를 포함한다.
적어도 2개의 성분을 갖는 비균질한 휘발성 조성물을 갖는 실시형태에서, 증기 분배 장치의 전달 속도를 측정하는 방법은, 단일 성분의 휘발성 조성물로 사용하는 상기 기재된 방법을 포함하고 성분을 구별하는 추가의 단계를 포함한다. 질량을 측정하는 것과 함께, 도 7에 대해 하기 기재된 바와 같이 증기 분배 장치를 탈출하는 기체를 수집할 수 있고, 포집된 기체는 예를 들면, 질량 분석 또는 화염 이온화 검출을 결합한 기체 크로마토그래피에 의해서 개개 성분의 상대적인 함유 백분율에 대해 분석될 수 있다. 또한, 저장소에 남은 액체는 제1 질량 측정 직전에 및 제2 질량 측정 직후에 샘플링되고(이러한 샘플링은 증기 분배 장치의 전달 속도를 변경할 수 있기 때문에 긴 스트링 측정 중에 단일 측정에 사용하지 않아야 하는 것을 주의한다), 기체 크로마토그래피-질량 분석 또는 액체 크로마토그래피-질량 분석을 통해 처리되어 성분의 상대적인 농도를 결정할 수 있다. 질량 측정 전후에 액체 중 성분의 상대적인 농도가 공지되면, 액체 중 성분의 상대적인 농도의 역수를 취함으로써 탈출한 기체의 상대적인 농도가 결정될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 특이적인 시간에서의 속도는 이 시점에서 상기 질량 데이터를 피팅한 선의 기울기를 의미한다. 또한, 특이적인 시간에서의 속도는 이 시점의 150초 전의 시스템 질량으로부터 150초 후의 시스템 질량을 빼고 300초로 나눈 것을 의미한다. 또한, 다수 성분 조성물에 대해, 성분의 상대적인 농도는 상기 기재된 바와 같이 결정될 수 있다.
초기 전달 속도는 대기에 노출한 1 시간 내에 측정된 속도를 의미한다. 시간 t에서의 전달 속도는 대기에 노출한 시간 t 후 측정된 전달 속도를 의미한다.
증기 분배 장치는 기존의 전달 시스템에 비해 더 많은 휘발성 조성물의 연속적인 전달을 제공할 수 있다. 이러한 더 많은 휘발성 조성물의 연속적인 전달은, 측정되고 산출될 수 있는 전달 연속성 인자에 의해서 측정될 수 있다. 전달 연속성 인자는 시간 t에서의 전달속도를 초기 전달 속도로 나눈 것으로 정의된다. 따라서, 전달 연속성 인자는 시간-의존적이다. 전체의 전달 연속성 인자는 휘발성 조성물의 모든 성분에 관한 측정값이다. 성분의 전달 연속성 인자는 휘발성 조성물의 단일 성분에 관한 측정값이다. 전달 연속성 인자가 높을 수록 시간 경과에 따라 휘발성 조성물의 방출이 더 일관된 것을 나타낸다.
T DCF t 로 나타낸 시간 t에서의 전체(T)의 전달 연속성 인자는 식 9로 산출된다.
Figure pct00009
(식 9)
여기서, T R t 는 시간 t에서의 전체의 전달 속도이고 T R i 는 전체의 초기 전달 속도이다.
i DCF t 로 나타낸 시간 t에서의 개별 성분(i)의 전달 연속성 인자는 식 10으로 산출된다:
Figure pct00010
(식 10)
i R t 는 개별 성분(i)의 시간 t에서의 전달속도이고, i R i 은 개별 성분(i)의 초기 전달 속도이다.
예를 들면, 1일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자( T DCF 1 일 )는 1일에서의 전체 전달속도( T R 1 일 )를 전체의 초기 전달 속도( i R i )로 나눈 것이다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 1일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 적어도 0.70, 적어도 0.75, 적어도 0.80, 적어도 0.85, 적어도 0.90, 또는 적어도 0.95일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 5 일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 적어도 0.70, 또는 적어도 0.75일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 10일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 적어도 0.70, 또는 적어도 0.75일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 15 일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 또는 적어도 0.70일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 20 일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 또는 적어도 0.60일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 25 일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.15, 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 또는 적어도 0.55일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 30 일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.10, 적어도 0.15, 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 또는 적어도 0.50일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 50 일의 시간에 전체의 전달 연속성 인자가 적어도 0.05, 적어도 0.10, 적어도 0.15, 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 또는 적어도 0.50일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 1일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 적어도 0.70, 적어도 0.75, 적어도 0.80, 적어도 0.85, 적어도 0.90, 또는 적어도 0.95일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 5 일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 적어도 0.70, 또는 적어도 0.75일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 10일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 적어도 0.70, 또는 적어도 0.75일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 15 일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 적어도 0.60, 적어도 0.65, 또는 적어도 0.70일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 20 일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 적어도 0.55, 또는 적어도 0.60일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 25 일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.15, 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 적어도 0.50, 또는 적어도 0.55일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 30 일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.10, 적어도 0.15, 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 또는 적어도 0.50일 수 있다.
특정한 형태에서, 본원에 기재된 증기 전달 시스템은 50 일의 시간에 개별 성분의 전달 연속성 인자가 적어도 0.05, 적어도 0.10, 적어도 0.15, 적어도 0.20, 적어도 0.25, 적어도 0.30, 적어도 0.35, 적어도 0.40, 적어도 0.45, 또는 적어도 0.50일 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 균질한 멤브레인, 복합 멤브레인, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 멤브레인은 배리어층 또는 지지층과 같은 멤브레인 중 한 층을 의미할 수 있다. 일 형태에서, 균질한 멤브레인은 전달 시스템 내에 쉽게 통합되거나 제조될 수 있다. 또 다른 형태에서, 복합 멤브레인은, 박형의 균질한 멤브레인, 활성층, 또는 다공성 기판 또는 지지층 상에 지지된 배리어층을 갖는 복합 멤브레인의 예시의 경우에서와 같이, 멤브레인의 구조에 따라 전체 유량을 크게 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 질량 수송에 대한 무시할만한 내성을 나타내는 다공성 기판을 갖는 복합 멤브레인을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 그러나, 멤브레인 생산성 또는 선택도를 감소시키기 위해 증가한 내성을 갖는 다공성 기판이 유용할 수 있다 (Pinnau, et al. 1991, Ind. Eng. Chem., Res. 30, 1837-1840). 따라서, 복합 멤브레인을 설계하는 경우 배리어층과 지지층의 적합성을 고려하는 것이 유용할 수 있다.
복합 멤브레인의 실시형태는 하나 이상의 선택된 층을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 복합 멤브레인 또는 복합 멤브레인을 포함하는 증기 분배 장치의 구조에 기초해서 상이한 분자 또는 조성물의 전달을 조절하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인은 제거 가능한 선택적인 층을 가질 수 있다. 복합 멤브레인과 연관된 경우, 선택적인 층은 조성물 내에서 소정의 분자 하위세트의 수송을 제한하거나 방지할 수 있다. 따라서, 조성물의 적어도 일부를 환경으로 전달하기 위해 조성물의 적어도 일부가 복합 멤브레인을 통해서 수송되지 않을 수 있다. 그러나, 선택적인 층은 조성물의 적어도 일부를 환경으로 전달하기 위해 복합 멤브레인을 통해 선택적으로 수송되도록 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 선택적인 층은 복합 멤브레인으로부터 적어도 부분적으로 제거될 수 있다. 예를 들면, 선택적인 멤브레인은 복합 멤브레인의 외부층일 수 있고, 이는 복합 멤브레인으로부터 박리되도록 구성될 수 있다. 선택적인 층의 적어도 일부를 제거할 때에, 선택적인 층의 제거에 의해 조성물의 많은 부분이 복합 멤브레인을 통해 수송될 수 있다.
전체 구조에 대해, 본 발명의 개시내용에 따른 복합 멤브레인은 일반적으로 평면 배리어층을 포함하고, 이 배리어층의 일면 또는 양면이 다공성 지지층과 접촉한다. 일례에서, 10㎛ 미만의 두께 치수를 갖는 배리어층은 더 두꺼운(예를 들면, 적어도 약 10㎛) 다공성 지지층 상에 적층될 수 있다. 또 다른 예에서, 배리어층은 약 5㎛ 미만의 두께 치수를 가질 수 있다. 더욱 다른 예에서, 배리어층은 약 2㎛ 미만의 두께 치수를 가질 수 있다. 배리어층은 캐스팅되고, 접착, 융착, 클램핑되거나 또는 달리 지지층에 적용, 실장 또는 결합될 수 있다.
지지층은 두께가 일반적으로 약 10㎛ 내지 약 10 mm의 범위로, 배리어층보다 두꺼울 수 있다. 일례에서, 지지층은 약 50 μm 내지 약 1000 μm의 두께를 갖는다. 또 다른 예에서, 지지층은 약 100 μm 내지 약 400 μm의 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서 지지층은 다공성일 수 있다. 지지층은, 복합 멤브레인에 기계적 완전성을 제공하는 배리어층에 대한 백킹(backing)일 수 있다. 지지층은 예를 들면, 추가의 기계적 지지를 제공하기 위한 미세다공성층과 부직포층의 복합체일 수 있다. 그 외의 층이 존재할 수 있고, 예를 들면, 배리어층의 손상을 막거나 파울링 특성을 변경하기 위한 배리어층 상의 보호 탑코트; 층들 사이의 적합성 또는 접착성을 촉진하거나 복합 멤브레인의 질량 전달 특성을 개선하기 위한 배리어층과 다공성 지지층 사이의 중간층; 또는 이들의 조합을 포함한다.
일 형태에서, 멤브레인은 신규 또는 해당 기술분야에 공지된 하나 이상의 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 하나의 예시의 기술은 상 전이를 포함한다. 상 전이는, 액상에서 고상으로의 캐스트 폴리머 필름의 상 전이가 조절된 방법으로 행해지는 기술이다. 상 전이는 액침 석출, 열 석출, 조절된 증발 및 기상으로부터의 석출과 같은 방법을 통해 달성될 수 있다. 일 형태에서, 상 전이는 통합 비대칭 멤브레인을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
일 형태에서, 액침 석출 기술은 분리 적용에 바람직하지 않을 것으로 여겨지는 약 10 μm 내지 50 μm의 큰 눈물 액적 기공(tear-drop pore) 또는 매크로보이드가 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 매크로보이드는 멤브레인의 기계적 완전성을 감소시킬 수 있기 때문에 매크로보이드의 형성을 최소화하는 것이 유용할 수 있다. 또 다른 실시형태에서 멤브레인의 질량 수송 또는 선택도 특성을 구성하는 수단으로서 의도적으로 매크로보이드를 포함하는 것이 유용할 수 있다. 대안으로(또는 부가적으로), 멤브레인의 질량 수송 특성을 조절하기 위해 멤브레인 중의 마이크로스케일의 천공을 형성하는 것이 유용할 수 있다.
액침 석출을 통해 멤브레인을 제조하기 위해 적합한 폴리머의 예로는 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리이미드 (e.g., MATRIMID, LENSING P84), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리아미드 히드라지드, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르 에테르 케톤, 설폰화 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리프탈라지논 에테르 설폰 케톤, 설폰화 폴리프탈라지논 에테르 설폰 케톤, 셀룰로오스 아세테이트, 및 폴리벤즈이미다졸을 포함한다.
복합 멤브레인을 제조하기 위해 또 다른 기술이 사용될 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인은 박형 필름 또는 초박형 필름 공정을 사용하여 형성할 수 있다 (예를 들면, Petersen, et al. 1993, J. Membr. Sci., 83, 81 참조). 박형 필름 복합 멤브레인은 화학적으로 상이한 다공성 지지체 상에 초박형(서브마이크론) 분리 배리어를 포함할 수 있다. 박형 필름 복합 멤브레인은 딥 코팅 또는 계면 중합과 같은 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 후자의 방법의 경우, 우선, 상전이 후 배리어층에 지지층을 결합하여 지지층을 제조할 수 있다. 일 형태에서, 지지층 및 배리어층이 각각 적용에 기초하여 개별적으로 선택되는 복합 멤브레인을 형성하는 것이 유용할 수 있다.
일 형태에서, 멤브레인은 방향족 기, 이미드 결합 또는 할로겐 기와 같은 구조적 요소를 포함할 수 있다. 이러한 구조적 요소를 사용하는 것은, 멤브레인의 용매 안정성을 조절하기 위해서 사용될 수 있다. 또 다른 형태에서, 용매 내성을 부여하기 위해서 강성 멤브레인을 형성할 수 있는 공중합을 실시할 수 있다.
일 형태에서, 멤브레인은 용매 및 하나 이상의 첨가제를 포함하는 조성물로부터 형성될 수 있다. 일 형태에서, 얻어진 멤브레인의 선택도를 조작하기 위해 멤브레인의 캐스팅 용액에 테트라히드로푸란 또는 1,4-디옥산과 같은 휘발성 용매 또는 비-용매 첨가제가 포함될 수 있다. 또한, 매크로보이드의 형성을 조절하기 위해 비-용매 첨가제가 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인 내에 기공을 형성을 조절하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인 중 하나 이상의 층의 기공의 수, 분포, 농도, 또는 치수를 조절하는 것이 유용할 수 있다. 기공의 형성을 제조하거나 조절하기 위해 사용될 수 있는 물질(즉, 기공 형성 첨가제)의 예로는 LiCl 및 LiNO3, Mg(ClO4)2과 같은 무기염 및 폴리(에틸렌 글리콜) 및 폴리비닐피롤리돈과 같은 유기 물질을 포함한다. 유기 기공 형성 첨가제의 경우, 첨가제의 분자량은 기공률의 정도와 같은 멤브레인의 구조적 성질에 영향을 미칠 수도 있다. 캐스팅 중에 멤브레인의 특성에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있는 그 외의 기술은 화학-유도, 플라즈마-유도, 또는 광-유도 가교 단계의 포함 또는 용매 증발 속도의 조절을 포함한다.
일부 실시형태에서, 복합 멤브레인의 배리어층을 제조하기 위해 계면 중합이 사용될 수 있다. 계면 중합은 2층 사이의 계면에서 중합 반응을 통해서 다공성 지지층과 배리어층의 결합을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 용매 캐스팅에 의해서 제조될 수 있고, 폴리머 용액의 코팅을 지지체 물질에 적용한다. 일 형태에서, 지지체 물질의 기공에 소정량의 캐스팅 물질을 침입시키기 위해서 캐스팅 용액의 점도를 조절할 수 있다.
일부 실시형태에서, 본 개시내용에 따른 멤브레인의 질량 수송 특성을 조절하기 위해 하나 이상의 폴리머 성분을 변경할 수 있다. 일 형태에서, 폴리머의 가교는 폴리머 중 피드 조성물의 용해성을 감소시킬 수 있다. 또 다른 형태에서, 가교는 멤브레인의 사용 중에 팽창을 감소시켜서 멤브레인의 선택도에 영향을 미칠 수 있다. 가교의 예로는 화학적 반응 또는 조사를 통한 공유 결합의 형성, 및 물리적 가교의 형성(예를 들면, 물리적 상호작용 또는 엉킴(entanglement)의 형성)을 포함한다. 그러나, 가교 정도는 폴리머의 기계적 특성 (예를 들면, 취약성 대 탄성)에 영향을 미칠 수 있다.
그 외의 실시형태 복합 멤브레인을 제조하는 하나 이상의 그래프팅 기술을 사용하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 유기 측쇄는 화학적 반응 또는 조사와 같은 공정에 의해 규칙적 또는 불규칙적 간격으로 폴리머 주쇄에 공유 그래프팅 될 수 있다. 일 형태에서, 하나 이상의 반응 작용기를 갖는 1차 폴리머쇄의 사용은 그래프팅이 발생할 위치를 제공할 수 있다. 그래프팅 절차의 출발점으로서 사용될 수 있는 1차 폴리머는 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 및 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함한다. 그래프팅 될 수 있는 올리고머 및 그 외의 물질은 N-비닐피롤리돈, 4-비닐피리딘, 비닐 아세테이트, 아크릴산, 및 N-비닐이미다졸을 포함할 수 있다.
폴리머 멤브레인을 제조하는 그 외의 기술은 배합을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 얻어진 폴리머 배합물의 소수성 정도 또는 또 다른 특성을 조절하기 위해 2개 이상의 폴리머 물질을 배합하는 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 친수성 폴리머는 다양한 비율로 소수성 폴리머와 배합될 수 있다. 이어서 얻어진 조성물(배합물)을 분석하여 투과도 또는 선택도와 같은 특성을 결정할 수 있다. 균질한 배합물 또는 불균질한 배합물을 제공하기 위해 배합물에 포함될 폴리머의 선택이 변경될 수 있다. 예를 들면, 균질한 배합물은, 분자 수준으로 서로 혼합할 수 있는 2개의 폴리머를 포함할 수 있다. 불균질한 배합물은 분자 수준으로 적어도 부분적으로 혼합되지 않을 수 있는 2개 이상의 폴리머를 포함할 수 있다. 불균질한 배합물의 예로는 블록 코폴리머와 유사점이 있고, 이는 이하에 기재된다. 그래프팅 및 그 외의 폴리머 형성 기술에 비해, 배합은 폴리머 멤브레인 또는 구성 층의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있다.
배합과 비교하면, 2개 이상의 폴리머 사이에 공유 결합이 형성될 수 있다. 일 형태에서, 2개 이상의 폴리머 사이의 공유 결합을 형성하는 것은, 멤브레인의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 공유 결합된 폴리머의 예로는, 그래프트, 블록 및 랜덤 코폴리머를 포함한다. 일반적으로, 그래프트 코폴리머는 일반적으로 본래 결정질일 수 있다. 투과 증발 또는 그 외의 분리 지향 공정에 사용되는 멤브레인과 대조적으로, 랜덤 코폴리머를 포함하는 멤브레인은, 비-선택적 멤브레인이 유용할 수 있는 실시형태에서 최소량의 결정화도가 필요로 되지 않고 사용될 수 있다. 상기 기술의 사용은 서로 배타적인 것은 아닌 것으로 이해될 것이다. 따라서, 폴리머 조성물의 형성은 상기 기술을 2개 이상 사용하는 것을 포함할 수 있다.
일반적으로, 멤브레인은 폴리머, 세라믹, 직포, 부직포, 제올라이트 등 및 이들의 조합으로부터 형성될 수 있다. 또한, 멤브레인은 균질한, 불균질한, 대칭, 비대칭 또는 복합 멤브레인일 수 있다. 비대칭 멤브레인은 동일한 물질의 다공성 지지층의 상에 얇고 치밀한 층을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 비대칭 멤브레인은 상 전이와 같은 기술을 사용하여 제조될 수 있다 (예를 들면, 미국 특허 제 5,708,040호 (Hong et al.에 할당) 참조). 비교하면, 복합 멤브레인은 지지층 및 지지층 상에 배치된 배리어층을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 배리어층은 지지층과 다른 물질로부터 형성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 하나 이상의 세라믹 물질 또는 층을 포함할 수 있다. 세라믹 멤브레인은, 세라믹 섬유(또는 그 외의 물질)가 열 열화 또는 변질에 영향을 미치기 쉬운 그 외의 물질에 비해 멤브레인에 대한 큰 열 안정성을 부여할 수 있기 때문에 유용할 수 있다. 예시의 세라믹 물질은 알루미늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 및 지르코늄 옥사이드를 포함할 수 있다. 세라믹 멤브레인으로 사용하기 위한 배리어층은 졸겔 합성법을 통해서 제조될 수 있다.
일부 실시형태에서, 배리어층은 폴리머, 코폴리머, 또는 폴리머의 배합물일 수 있다. 또한, 배리어층은 혼합된 매트릭스 조성물을 가질 수 있고, 작은 고체 입자는 연속된 폴리머 매트릭스 내에 임베딩된다. 배리어층은 또한 멤브레인의 선택도, 투과도, 물리적 특성을 개질하거나 그 형성을 돕기 위해 그 외의 첨가제를 함유할 수 있다. 첨가제는 이들로 제한되지 않지만 제올라이트 (예를 들면, ZSM-5 및 USY)와 같은 흡착제 또는 그 외의 분자체, 충진제 입자(예를 들면, 흄드 실리카, 탄소블랙), 가소제, 계면활성제 및 안정제를 포함할 수 있다. 배리어층의 두께는 또한 800-5000 g/m2 hr의 높은 유량 속도를 달성하기 위해서 최소화될 수 있고, 배리어층 두께는 약 1 μm 내지 약 10 μm이다.
배리어층은 선택적으로 소수성 충진제, 예를 들면, 용액과 분리될 휘발성 유기 화합물을 흡수시킬 수 있는 흡수제를 포함할 수 있다. 소수성 충진제는 선택적인 층의 총 중량에 기초해서 1 wt % 내지 25 wt %의 양으로 선택적인 층에 존재할 수 있다. 대안으로(또는 부가적으로), 활성탄, 실리카라이트 또는 그 외의 소수성 흡착제와 같은 분자체가 사용될 수 있다. 흡수제의 예로는 폴리머 열분해에 의해서 제조된 탄소계 흡착제와 같은 소수성 흡착제, 소수성 제올라이트계 흡착제와 같은 높은 표면적을 갖는 소수성 무기 흡착제, 소수성 분자체, 소수성 폴리머 수지 흡착제 등, 또한 상기 중 하나 이상을 포함한 조합을 포함할 수 있다. 일부 예시 소수성 흡수제는 미국 특허 제 6,117,328호 (Sikdar et al.에 할당) 및 미국 특허 제 5,755,967호 (Meagher et al.에 할당)에 개시되어 있다.
일부 실시형태에서, 지지층은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 지지층은 균질하거나(즉, 단일층을 가짐) 2개 이상의 층을 포함하는 복합 멤브레인 그 자체일 수 있다. 대안으로(또는 부가적으로), 복합 멤브레인은 2개 이상의 개별 지지층을 포함할 수 있다. 또한, 복합 멤브레인의 요구된 또는 필요한 구조적 완전성에 기초해서 지지층을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 지지층은 기계적 안정성을 제공하거나 달리 배리어층을 지지하도록 선택될 수 있다. 또 다른 형태에서, 지지층은 위킹 층으로서 작용하거나 달리 배리어층을 향해 또는 배리어층으로부터 멀리 피드 조성물을 수송하는 것을 개선할 수 있다. 배리어층과 비교하면, 지지층의 선택에 영향을 미칠 수 있는 인자는 지지층 물질의 기계적, 화학적 또는 열적 특성을 포함할 수 있다. 표면 특성은 또한 배리어층과 결합하는 지지층의 능력에 기여할 수 있다. 예를 들면, 지지층의 표면의 강성 또는 극성은 배리어층에 접착하거나, 접합하거나 달리 결합하도록 하는 배리어층의 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐스트 물질의 접착을 향상시킬 수 있는 지지층의 특성은 표면 강성, 기공률, 및 친수성을 포함한다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌/폴리에틸렌 백킹과 같은 지지층을 포함할 수 있다. 지지층은, 예를 들면, 제조 중 또는 후에 멤브레인을 조작하는 능력 또는 기계적 강도를 개선하기 위해 포함될 수 있다. 그 외의 적합한 지지층 물질은 비대칭 미세다공성 폴리설폰, 폴리에테르 설폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 무기 물질 또는 이들의 조합을 포함한다. 또한, 지지층의 예로는, 미국 특허 제 6,986,844호(Barss et al.에 할당) 및 미국 특허 제5,266,207호 (Boye et al.에 할당)에 기재되어 있다.
일부 실시형태에서, 지지층은 배리어층에 비해 비교적 작은 흐름 내성을 가질 수 있다. 예를 들면, 지지층은 상대적으로 열린 다공성 기판으로서 구성될 수 있다. 그러나, 그 외의 실시형태에서, 지지층은 배리어층의 흐름 내성과 비교적 같거나 큰 흐름 내성을 가질 수 있다. 지지층은 비활성 물질일 수 있다. 또한, 멤브레인은 압력 강하가 부과된 경우 휘발성 조성물을 전달하기 위해 주위 조건에서 작동될 수 있지만, 지지층은 부과된 압력 구배의 응력 하에서 멤브레인 중 하나 이상의 다른 층을 지지하기 위해서 충분한 구조적 완전성을 갖도록 구성될 수 있다. 또한 지지층에 포함될 수 있는 물질은 금속, 유리, 그래파이트, 폴리머 물질, 세라믹 물질 및 이들의 조합을 포함한다.
지지층을 제조하기 위해 적합한 폴리머 물질의 더욱 다른 예는 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리프로필렌, 플루오르화 폴리올레핀, 폴리트리메틸펜탄, 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 및 이들의 조합을 포함한다. 지지층을 제조하기 위해 적합한 세라믹 물질의 예로는 실리카, 지르코니아, 알루미나, 무기 옥사이드 지지체, 작용화된 무기 옥사이드 지지체 및 이들의 조합물을 포함한다. 지지층을 제조하기 위해 적합한 금속의 예로는 아연, 티타늄 및 이들의 조합을 포함한다. 지지층을 제조하기 위해 적합한 금속 합금의 예로는 청동, 스텐레스 스틸 등을 포함한다. 또한, 적합한 지지체 물질은 미국 특허 제 6,440,309호 (Cohen에 할당) 및 미국 특허 제 5,334,314호 (Neel et al.에 할당)에 개시되어 있다.
일 형태에서, 복합 멤브레인은 작동 중에 팽창하는 양에 노출될 수 있다. 또 다른 형태에서, 복합 멤브레인은 작동 중에 가열 또는 냉각 온도에 노출될 수 있다. 배리어층 및 지지층이 협조해서 팽창하지 않는 경우, 복합 멤브레인 성분 사이의 계면에 큰 응력이 생성될 수 있다. 따라서, 지지층, 배리어층, 또는 그 외의 층과 같은 복합 멤브레인의 층의 적합성을 조절하는 것이 유용할 수 있다.
복합 멤브레인의 구조 안정성을 개선하는 것은, 다층 구조(예를 들면, 미국 특허 제 4,602,922호 (Cabasso et al.에 할당) 또는 미국 특허 제 5,286,280호 (Chiou et al.에 할당) 참조) 또는 비대칭 멤브레인 구조를 사용하여 가교와 같은 다수의 가능한 접근방법 중의 하나 이상을 통해서 달성될 수 있다. 또한, 방법은 Shao 및 그 동료에 의해서 기재되어 있다 (Shao, et al. 2007, J. Membrane Sci., 287, 162-179). 또한, 피드 용액과 접촉하면서 멤브레인의 팽창을 수용할 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인의 소정의 층 내의 또는 복합 멤브레인의 층 사이의 가교 정도를 조절하는 것이 유용할 수 있다. 물리적 가교의 예로는 미국 특허 제4,929,358호 (Koenitzer에 할당)에 기재되어 있다.
일부 실시형태에서, 폴리머 멤브레인 가교 정도는, 다양한 휘발성 화합물의 낮은 선택도에 의한 높은 쓰로우풋을 제공하기 위해서 최적화될 수 있다. 또 다른 형태에서, 가교는, 복합 멤브레인의 하나 이상의 층이 휘발성 물질과 접촉하는 경우 팽창하는 정도를 조절하기 위해 변화될 수 있다. 또 다른 예에서, PDMS와 같은 팽창성 폴리머는 지지층의 기공 벽의 표면에 코팅될 수 있다. 멤브레인을 통해 수송하는 화합물과 접촉하는 경우, PDMS가 팽창하여 기공을 막고 확산 멤브레인으로서 작용하면서 누설을 방지할 수 있다.
또 다른 형태에서, 방향제 또는 살충제와 같은 휘발성 유기 화합물의 존재하에서 쉽게 용해하지 않을 수 있는 높은 결정성 폴리머를 제공하는 것이 유용할 수 있다. 팽창하는 정도를 제한할 수 있는 그 외의 폴리머 조성물은 본래 비정질인 폴리머에 비해 투과도를 저하시키는 것이 유용할 수 있다. 결정화도는 또한 멤브레인 중의 피드 혼합물의 용해에 영향을 미치고 팽창을 제한하거나 멤브레인을 통한 수송을 조절한다. 결정성 폴리머의 예로는 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 저밀도 또는 고밀도의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리스티렌를 포함한다. 일 형태에서 극성기의 부재에 의해서 폴리머가 피드 조성물에 존재하는 휘발성 유기 화합물을 흡수할 수 있다. 그러나, 이러한 폴리머는 물과 같은 친수성 또는 수성 물질 상의 이러한 유기 화합물, 또는 메탄올 또는 벤젠과 같은 유기 화합물을 선택적으로 흡수할 수 있다. 니트릴 고무 멤브레인과 같은 엘라스토머를 또한 복합 멤브레인의 설계에 포함하는 것이 유용할 수 있다.
일 형태에서, 지지층의 기공을 갖는 배리어층의 상호투과층을 형성하는 것이 유용할 수 있다. 그러나 상호투과 정도가 멤브레인의 질량 수송 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상호 투과 정도를 최적화하는 것이 유용할 수 있다.
일 형태에서, 멤브레인 조절 단계는 멤브레인의 합성 또는 제조 후이지만, 선택된 공정 중의 멤브레인의 사용 전에 수행될 수 있다. 예를 들면, 멤브레인은 사용 전에 저장 용액에 유지될 수 있다. 그 후, 멤브레인은 세정에 의해서 저장 용액을 제거하여 사용하기 전에 조절될 수 있다. 특히, 조절 단계가 사용하기 위한 멤브레인을 제조하는 데에 충분하지 않은 경우, 멤브레인의 성능이 저하할 수 있다. 적합한 저장 및 세정 조건은 실험적으로 결정될 필요가 있고 멤브레인, 저장 조건, 사용조건 또는 이들의 조합에 따라 변화할 수 있는 것이 이해될 것이다.
저장 조건의 예로는 멤브레인의 기공을 저장 조성물로 충진하기 위해 멤브레인을 용액 중에 저장하는 것을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 멤브레인의 기공을 건조시키는 경우 모세관력 때문에 붕괴할 수 있다. 멤브레인의 기공의 특성이 쓰로우풋 및 선택도와 같은 멤브레인의 특성에 기여할 수 있기 때문에, 멤브레인의 저장 및 제조를 고려하는 것이 유용할 수 있다. 일 형태에서, 저장 용액은 조절제를 포함할 수 있다. 적합한 조절제의 예로는 오일 및 글리세롤과 같은 윤활제를 포함한다. 저장 용액은 유기 용액 또는 수용액과 같은 용매를 더 포함할 수 있다. 일 형태에서, 용매는 멤브레인의 최종 사용에 기초해서 선택될 수 있다. 예를 들면, 멤브레인은 유기 용액을 전달하기 위해서 사용되는 것인 경우, 유기 성분을 포함하는 저장 용액 중에 멤브레인을 저장하는 것이 유용할 수 있다.
또 다른 형태에서, 멤브레인에 조절제를 적용하는 것에 의해 저장 용액 또는 그 외의 액체 물질이 없는 멤브레인의 저장을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 멤브레인을 건조 또는 반건조 상태로 저장할 수 있다. 일례에서, 멤브레인의 기공에 윤활제를 적용하는 것에 의해 액체 매질의 부재시에도 기공이 붕괴하는 것을 방지할 수 있다. 기공 막힘 및 그에 따라서 유량의 감소를 피하기 위해, 적용 전에 조절제를 적합한 용매로 조심스럽게 제거해야 한다. 조절제가 제거되면, 멤브레인은 조절제를 다시 도입하는 일 없이 건조시켜서는 안 된다. 일반적으로, 충분히 큰 표면 기공을 갖는 층에 의해 지지되는 치밀한 고무 상부층을 갖는 멤브레인은 많은 사전 조치 없이 건조 상태로 저장될 수 있다. 또한, 기공 보호에 관한 세부사항은 미국 특허 제 5,265,734호 (Linder et al.에 할당)에서 찾을 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 후처리 단계를 수행할 수 있다. 적합한 후 처리의 예로는 그래프팅, 경화, 플라즈마, UV 및 화학 처리를 포함한다. 이러한 후처리 단계는, 예를 들면, 멤브레인의 질량 수송 특성을 변경하기 위해서 사용될 수 있다. 대안으로(또는 부가적으로), 후처리 단계로서 코팅이 적용될 수 있다. 복합 멤브레인을 제조하기 위한 적합한 코팅 물질은 PDMS, 폴리에테르 이미드, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 옥사이드), 폴리비닐 알코올, 키토산 및 그 외의 셀룰로오스 유도체, 폴리에테르-b-아미드, 폴리아크릴산, 폴리포스파젠, 폴리지방족 테르펜, 폴리[1-(트리메틸실릴)-1-프로핀], 폴리우레탄, 및 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 모듈에 통합될 수 있다. 모듈의 일례로는 멤브레인 및 멤브레인을 지지하거나 포함하기 위한 하우징을 포함한다. 멤브레인은 평판 시트 또는 원통형 형상과 같은 특정한 구성을 취할 수 있다. 따라서, 모듈의 전체 기하는 멤브레인의 구조에 의해서 적어도 부분적으로 영향을 받을 수 있다. 일 형태에서 모듈의 멤브레인 기하의 선택은 시스템의 컴팩트에 영향을 미칠 수 있다. 증기 분배 장치는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 모듈은 평판 시트 구성을 갖는 멤브레인을 포함할 수 있다. 모듈은 저장소를 더 포함하거나 멤브레인으로 저장소를 한정할 수 있다. 모듈은 하우징 내에 더 삽입될 수 있다. 또한, 모듈은 하우징을 포함하거나 한정할 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 관상 모듈로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 관상 멤브레인은 일반적으로 원통형 형상이고 지지체 또는 기계적인 층이 원통형 멤브레인의 외측에 형성된다. 일 형태에서, 관상 멤브레인은 지지 튜브와 멤브레인 사이에 위치된 다공성 층을 포함할 수 있다. 또 다른 형태에서 관상 모듈은 2개 이상의 동심 멤브레인층을 포함할 수 있다. 다수 멤브레인을 포함하는 모듈의 경우, 다공성 층은 층들 사이에 위치될 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 모세관 모듈로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 모세관 모듈은 모세관 섬유의 정렬 또는 번들을 포함할 수 있다. 섬유는 평행한 형태 또는 꼬아진 형태로 위치될 수 있다. 또한, 각 섬유 말단의 하나 또는 둘 다는 헤드 플레이트에 결합될 수 있다. 일 형태에서, 모세관 모듈의 높은 팩킹 밀도는 질량 수송에 대한 내성을 증가시키고, 그 외의 모듈 설계에 비해 질량 손실 속도 또는 유량을 감소시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 중공 섬유 모듈로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 중공 섬유 모듈은 중공 중심을 갖는 하나 이상의 원통형 섬유를 포함한다. 섬유는 용기 또는 하우징 내에 위치될 수 있다. 또한, 모세관 모듈과 마찬가지로, 각 섬유의 말단의 하나 또는 둘 다는 헤드 플레이스에 결합될 수 있다. 피드 조성물은 하우징의 일단에 제공되고 피드 조성물은 중공 섬유에 팽행하거나 방사상으로 흐를 수 있도록 한다. 일 형태에서, 중공 섬유 모듈은 그 외의 모듈 설계에 비해 팩킹 밀도를 높일 수 있다.
일부 실시형태에서, 멤브레인은 미국 특허 공개 제2002/0038782호 (Kim et al.에 할당)에 기재된 바와 같은 플레이트 및 프레임 시스템으로서 형성될 수 있다. 그 외의 실시형태에서, 멤브레인은 나선형으로 감긴 모듈로서 형성될 수 있다(예를 들면, 미국 특허 제 4,033,878호 (Foreman et al.에 할당) 참조). 나선형 멤브레인의 경우, 피드 조성물은 멤브레인을 축 방향 유로를 따라 진입시킬 수 있다. 이후, 투과물은 멤브레인을 방사상 방향으로 방출시킬 수 있다.
일 형태에서, 소정의 목적을 달성하기 위해서 멤브레인 또는 증기 분배 장치의 구조가 변화될 수 있다. 예를 들면, 구조를 사용하여 전달 속도, 증기 분배 장치의 포맷 또는 폼 인자, 또는 그 외의 인자를 조절할 수 있다. 특정한 구조의 선택은, 멤브레인의 수 및 기하, 자산 및 제조 비용, 멤브레인 또는 멤브레인을 포함하는 카트리지 또는 모듈을 세정하거나 대체하는 능력 등과 같은 인자에 의존할 수 있다.
일 형태에서, 소정의 속도로 휘발성 화합물을 전달하기 위해 복합 멤브레인을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 놀랍게도 복합 멤브레인의 실시형태는 휘발성 조성물을 적어도 약 30 g/(m2 hr)의 속도로 환경으로 전달할 수 있는 것을 발견했다. 그러나, 휘발성 조성물을 더 크거나 작은 속도로 환경으로 전달할 수 있는 멤브레인을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 휘발성 조성물의 전달 속도를 조절하기 위해, 다수 접근방법 중 하나를 취할 수 있다.
복합 멤브레인의 배리어층에 대해, 전달 속도를 조절하기 위해 조작할 수 있는 특성은 기공 크기, 비틀림, 두께, 소수성 등을 포함할 수 있다. 일례에서, 기공크기는 전달 속도를 감소하기 위해 감소하거나, 전달 속도를 증가하기 위해 증가할 수 있다. 또 다른 예에서, 배리어층의 비틀림 또는 배리어층의 두께는 전달 속도를 감소하기 위해 증가할 수 있다. 또 다른 예에서, 전달 속도를 변경하기 위해서 휘발성 조성물의 화학적 특성에 기초해서 배리어층의 소수성 또는 다른 화학적 특성이 선택될 수 있다. 폴리에틸렌 배리어층의 예시의 경우, 소수성 조성물은 비교적 많은 친수성 조성물보다 더 쉽게 배리어층을 통과할 수 있다. 알칸, 알켄, 알킨 등과 같은 탄화수소 종 또는 이들의 조합을 포함하는 비수성 휘발성 조성물은 일반적으로 소수성 조성물인 것으로 고려될 수 있다. 비교하면, 알코올, 에스테르, 카르복실산 등과 같은 탄화수소 종 또는 이들의 조합을 포함하는 수성 조성물 또는 휘발성 조성물은 비교적 더 친수성인 조성물일 수 있다. 따라서, 배리어층의 소수성은 배리어층을 통해 전달되는 조성물의 소수성에 기초해서 선택될 수 있다. 배리어층의 소수성의 미세한 조절은 배리어층의 조성물 변화, 배리어층의 작용화 또는 그 외의 공지된 기술에 의해 달성될 수 있다.
대안으로(또는 부가적으로) 특정한 배리어층에 제공된 휘발성 조성물의 특성을 변경시킬 수 있다. 예를 들면, 소정의 배리어층 및 목적의 성능에 기초해서 조성물을 형성할 수 있다. 조성물이 소수성 멤브레인을 통해 전달되는 속도를 증가시키기 위해, 소수성 성분을 갖는 휘발성 조성물을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 분자량 또는 소수성과 같은 특성을 변경시켜서 멤브레인을 통하는 성분의 수송 속도를 증가시키거나 감소시키기 위해 소정의 성분의 화학구조를 개질할 수 있다. 또 다른 형태에서, 성분의 상대적인 농도가 변화될 수 있다. 소정의 휘발성 조성물에 대한 그 외의 개질은 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있다.
일부 실시형태에서, 소정의 휘발성 조성물의 전체 멤브레인의 전달속도를 조작하기 위해 복합 멤브레인의 지지층이 개질될 수 있다. 배리어층의 경우에서와 같이, 전달 속도를 조절하기 위해 조작될 수 있는 지지층의 형태는 기공 크기, 비틀림, 두께, 소수성 등을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 배리어층의 특성을 변경하기 위해 상기 기재된 기술이 각각 복합 멤브레인의 지지층에 적용될 수 있다. 지지층의 특성은 배리어층의 특성과 매칭시키기 위해 더 개질될 수 있다. 따라서, 지지층 및 배리어층은 소정의 전달 속도를 달성하기 위해 함께 개질되거나 구성될 수 있다.
또 다른 형태에서, 지지층은 복합 멤브레인을 통한 수송의 속도가 제한되지 않고 개선된 기계적 강도를 제공할 수 있다. 비교하면, 단층 또는 비-복합 멤브레인은 더 큰 기계적 강도를 달성하기 위해 더 두껍게 될 수 있고, 단층 멤브레인의 유량이 감소될 수 있다.
휘발성 물질(22)을 방출하기 위한 증기 분배 장치 또는 분배기(20)의 하나의 실시형태는 도 1-4b에 도시된다. 도 1 및 2을 참조하여, 분배기(20) 또는 카트리지는 블리스터(24), 주위 플랜지(26), 및 블리스터(24) 및 플랜지(32)에 방출 가능하게 접착된 불투과성 라미네이트(28)를 포함한다. 블리스터(24)는 복합 멤브레인(30) 및 컵 형상 구조(32) 또는 저장소를 포함한다. 컵 형상 구조(32)는 바닥 벽(34) 및 4개의 측벽(36)을 포함하고, 이는 복합 멤브레인(30)과 함께 휘발성 물질(22)을 함유하는 밀봉된 저장소로서 작용한다 (도 1 및 도 2에 도시됨). 예시적으로, 컵 형상 구조(32) 및 복합 멤브레인(30)은 투명한 및/또는 반투명한 물질로부터 형성되고 휘발성 물질(22)을 볼 수 있다. 주위 플랜지(26)는 평면이고, 컵 형상 구조(32)의 상부 에지에 결합되거나 이로부터 외부로 연장된다. 일 실시형태에서 주위 플랜지(26)는 측벽(36)의 상부 에지로부터 외부로 연장되고 일체로 형성된다.
도 1은 제 1 조건에서 분배기(20)를 도시한다. 분배기(20)는 제1 조건에서 완전히 또는 실질적으로 전체이고, 즉 휘발성 물질(22)은 복합 멤브레인(30)을 통해 거의 또는 전혀 확산되지 않는데, 불투과성 라미네이트(26)가 블리스터(24)로부터 제거되지 않았기 때문이다. 분배기(20)가 충진되고 불투과성 라미네이트(28)가 복합 멤브레인(30)을 덮은 경우 휘발성 물질(22)이 실질적으로 확산되지 않는다. 예시적으로, 불투과성 라미네이트(28)의 말단을 파지하고 블리스터(24)를 박리하여 불투과성 라미네이트(28)를 블리스터(24)로부터 제거한다. 탭, 연장부, 또는 그 외의 파지 수단은 이를 제거하는 것을 돕기 위한 불투과성 라미네이트(28)의 연장부로서 포함될 수 있다. 연장부는 불투과성 라미네이트(28)의 각부, 단부 및/또는 표면에 있어도 좋다.
불투과성 라미네이트(28)의 제거 후, 분배기(20)는 전체 또는 제1 조건(도 3)으로부터 빈 또는 제2 조건(도 4a 또는 4b)으로 전이하기 시작한다. 블리스터(24) 및 분배기(20) 내에 소량의 휘발성 물질(22)이 존재할 수 있고, 이는 분배기(20)가 제2 조건에 도달한 것으로 고려될 것이다. 도 4a의 분배기(20a)를 참조하면, 복합 멤브레인(30)을 통한 휘발성 물질(22)의 확산 후, 분배기(20) 내에 함유된 휘발성 물질(22)이 적다. 평형을 유지하기 위해 휘발성 물질(22)의 확산에 이어서 공기가 분배기(20)에 진입할 수 있다(즉 멤브레인을 통해 무시할 만한 압력 강하가 존재한다). 일 형태에서, 압력 구배의 결핍으로 인해 분배기(20a) 및 복합 멤브레인(30)은 도 3에 도시된 분배기(20)의 제1 조건에서 일반적인 형상을 유지할 수 있다.
휘발성 물질(22)의 특성에 따라, 분배기(20a)의 배향은 휘발성 물질(22)과 복합 멤브레인(30) 사이의 접촉 정도에 적어도 부분적으로 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 도 4a에 도시된 배향으로, 분배기(20a)는 일반적으로 복합 멤브레인(30)이 하방으로 향한 상태에서 수평을 이룬다. 따라서, 휘발성 물질(22)은 흐를 수 있는 경우, 휘발성 물질(22)은 복합 멤브레인(30) 상에 배치된 층으로서 형성할 수 있다. 연장해서, 분배기(20a)가 90도 회전되어 복합 멤브레인(30)이 일측을 향하게 되면, 휘발성 물질(22)은 분배기(20a)의 측벽(36)을 향해 흐를 수 있다. 따라서, 복합 멤브레인(30)의 일부만 휘발성 물질(22)과 접촉할 수 있다. 일 형태에서, 분배기(20a)(또는 또 다른 분배기)의 배향은 복합 멤브레인(30)과 휘발성 물질(22) 사이의 접촉 정도에 영향을 미칠 수 있고, 복합 멤브레인(30)을 통한 휘발성 물질(22)의 유량에 영향을 미칠 가능성이 있다.
도 4b을 참조하면, 제2 실시형태에서, 휘발성 물질(34)은 복합 멤브레인(26)을 통해 확산하기 때문에, 복합 멤브레인(26)은 바닥 벽(30) 상에서 서서히 붕괴한다. 복합 멤브레인(30)을 통해 휘발성 물질(22)의 확산 후, 분배기(20) 내에 함유된 휘발성 물질(22)이 적다. 휘발성 물질(22)의 확산에 이어 분배기(20)에 새로운 공기가 실질적으로 진입하지 않는다. 이의 결과로 복합 멤브레인(30)을 통한 압력 구배가 있고, 분배기(20) 내의 압력보다 주위 공기에 높은 압력이 존재한다. 압력 구배는 주위 공기가 분배기(20)에 순 양(net positive)의 압력을 발휘하고, 복합 멤브레인(30)을 남은 휘발성 물질(22) 및 궁극적으로 바닥 벽(34)으로 가압한다.
휘발성 물질(22)은 담체액 (예를 들면, 오일 기반 및/또는 물 기반 담체) 중에 배치된 방향제, 살충제, 탈취제, 살진균제(fungicide), 살세균제(bacteriocide), 소독제, 펫 배리어, 또는 그 외의 활성 휘발성 또는 그 외의 화합물을 포함할 수 있다. 가능한 살충제의 예로는 메타플루트린 및 트랜스플루트린를 포함한다. 휘발성 물질(22)의 추가의 예로는 가정용, 상업용 및 시설용의 공기 및 카펫 소독제인 OUST™, 또는 Racine, Wisconsin의 S. C. Johnson and Son, Inc.에 의해서 판매되고 있는 가정용 탈취제인 GLADE®을 포함한다. 휘발성 물질(22)은 소독제, 공기 및/또는 패브릭 청정제, 세정제, 냄새 제거제, 곰팡이 억제제(mold inhibitor) 또는 흰곰팡이 억제제(mildew inhibitor), 방충제, 등 또는 아로마테라피 특성을 갖는 기타를 포함할 수 있다. 휘발성 물질(22)은 기체 내에 현탁되고 및/또는 추진제에 의해서 추진되는 입자 또는 액적의 형태로 분산액에 적합한 것과 같은, 용기로부터 분산될 수 있는, 당업자에게 공지된 임의의 유체를 포함한다. 일례에서, 증기가 형성되거나, (예를 들면, 추진제)로 분배되거나, 달리 복합 멤브레인과 유체 연통하는 저장소 또는 챔버에 제공될 수 있다. 이후, 증기 내의 하나 이상의 종은 복합 멤브레인을 통해 환경으로 수송될 수 있다. 또 다른 예에서, 기체 내에서 현탁되고 및/또는 추진제에 의해서 추진되는 입자 또는 액적은 멤브레인을 통해 환경으로 수송하는 복합 멤브레인의 하나 이상의 표면에 적용될 수 있다. 분배기(20)는 임의 수의 상이한 유체 또는 생성물 제제를 분배하기 위해 적응시킨다.
일 형태에서, 휘발성 물질은 하나 이상의 천연 또는 합성 방향제 분자를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서 휘발성 물질은 10개 이상의 방향제 분자를 포함하는 조성물일 수 있다. 그러나, 휘발성 물질에 포함된 방향제 분자의 범위는 변화할 수 있다. 일부 실시형태에서, 방향제 분자의 분자량은 약 150 내지 300일 수 있지만, 크거나 작은 분자량을 갖는 방향제 분자가 방향제 조성물에 적합하게 통합될 수 있다.
일반적으로 방향제 분자는 천연 또는 합성 알데히드, 케톤, 에스테르, 알코올, 테르펜, 천연 식물 추출물, 에센스, 방향제 오일 등을 포함할 수 있다. 식물로부터 유도될 수 있는 오일 및 추출물의 예로는 아몬드, 아미리스(amyris), 아니스(anise), 아라모이스(armoise), 베르가모트(bergamot), 비터 오렌지(bitter orange), 카브로바(cabreuva), 카렌듈라(calendula), 카나가(canaga), 캐러웨이(caraway), 시더(cedar), 카모마일(chamomile), 클로브(clove), 코코넛, 유칼립투스, 회향(fennel), 제라늄, 자스민, 주니퍼(juniper), 라반딘(lavandin), 라벤더, 레몬, 만다린 오렌지(mandarin orange), 네롤리(neroli), 오렌지, 오리가늄(origanum), 팜(palm), 파촐리(patchouli), 페퍼민트, 페티트그레인(petitgrain), 쿠아시아(quassia), 로즈 앱솔루트(rose absolute), 로즈마리, 타임(thyme), 등을 포함한다. 또한, 꽃 물질 및 과일로부터 유도될 수 있는 방향제 분자는 디미르세톨, 페닐에틸 알코올 및 테트라하이드로무구올, 데실 알데히드, 운데실 알데히드, 운데실렌 알데히드, 라우르 알데히드, 아밀 신남 알데히드, 에틸메틸 페닐 글리시데이트, 메틸 노닐 아세트알데히드, 미리스트 알데히드, 노나락톤, 노닐 알데히드, 옥틸 알데히드, 운데카락톤, 헥실 신남 알데히드, 벤즈알데히드, 바닐린, 헬리오트로핀, 캄포, 파라히드록시페놀부타논, 6-아세틸-1,1,3,4,4,6-헥사메틸 테트라하이드로나프탈렌, 알파-메틸 이오논, 감마-메틸 이오논, 및 아밀-시클로헥사논 및 이들의 혼합물을 포함한다. 대안으로(또는 부가적으로), 휘발성 물질은 휘발성 살충제 또는 치료제(예를 들면, 멘톨)과 같은 그 외의 분자 및 조성물과 배합되거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 휘발성 물질을 제공하기 위한 적합한 방향제 분자는 미국 특허 제 8,778,860호 (Saint Victor에 할당됨), 미국 특허 제 8,662,409호 (Tasz et al.에 할당됨), 유럽 특허 제 912,200호 (Martin et al.에 할당됨), 및 국제 공개 제1998/026809호 (Martin et al.에 할당됨)에서 찾을 수 있다.
일부 실시형태에서, 휘발성 물질은 향 오일일 수 있다. 일반적으로, 향 오일은 샌달우드 오일, 시베트, 파촐리 오일 등과 같은 목질 또는 토양 기반을 포함할 수 있다. 그 외의 향 오일은 로즈 추출물 또는 바이올렛 추출물과 같은 가벼운 꽃향을 가질 수 있다. 향 오일은 또한, 라임, 레몬, 또는 오렌지와 같은 목적의 과일향을 제공하도록 형성될 수 있다. 합성 방향제 조성물을 단독으로 또는 천연 오일과 함께 조합한 것의 예로는 미국 특허 제 4,314,915 (Wiegers et al.에 할당됨), 미국 특허 제4,411,829호 (Schulte-Elte et al.에 할당됨), 및 미국 특허 제4,434,306호 (Kobayashi et al.에 할당됨)에 기재되어 있다. 그 외의 인공 액체 방향제는 제라니올, 제라닐 아세테이트, 유게놀, 이소유게놀, 리날로올, 리날릴 아세테이트, 페네틸 알코올, 메틸 에틸 케톤, 메틸이오논, 이소보르닐 아세테이트, 등을 포함한다.
일부 실시형태에서 휘발성 물질은 결정성 고체로서 제공될 수 있다. 일 형태에서, 결정성 고체는 주위 온도에서 기상으로 승화되도록 형성될 수 있다. 결정성 방향제 시작 물질은 바닐린, 에틸바닐린, 코우마린, 토날리드(tonalid), 카론(calone), 헬리오트로펜(heliotropene), 머스크 크실롤, 세드롤, 머스크 케톤, 벤조페논, 라스베리 케톤, 메틸 나프틸 케톤 베타, 페닐 에틸 살리실레이트, 벨톨(veltol), 말톨(maltol), 메이플 락톤, 프로유게놀 아세테이트, 에베르닐(evernyl), 등을 포함하는 유기 화합물로부터 선택될 수 있다.
휘발성 물질은 고체, 액체, 겔, 또는 이들의 조합과 같은 담체 조성물과 배합되거나 포함할 수 있다. 담체 조성물은 방향제 분자 및 비-방향제 분자를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 담체 조성물은 카라기난 겔, 구아 기반 겔, 폴리아크릴레이트 겔, 등 또는 이들의 조합과 같은 겔로서 제공될 수 있다. 겔의 예로는 미국 특허 제 2,927,055호 (Lanzet에 할당), 미국 특허 제 5,741,482호 (Modi에 할당), 미국 특허 제 7,138,367호 (Hurry et al.에 할당), 및 국제 공개 제1998/019717호 (Modi에 할당)에 기재되어 있다. 또 다른 예시의 담체로는 액체 담체를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 액체 담체는 방향제 조성물 또는 또 다른 담체 조성물과 혼합되지 않도록 밀도 또는 소수성을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 담체 조성물은 다공성 고체 물질 또는 스폰지와 같은 고체 담체 매트릭스를 포함할 수 있다. 또한, 단일 분배 장치 내의 상이한 형태의 담체의 조합도 고려된다.
도 5을 참조하면, 복합 멤브레인(30)의 일 실시형태는 지지층(42) 상에 배치된 배리어층(40)을 포함한다. 상기 기재된 바와 같이, 지지층(42)은 저장소(44)를 향해 이와 함께 연통하도록 배향될 수 있다. 일 형태에서 지지층(42)은 배리어층(40)을 향해 휘발성 물질을 위킹하도록 구성될 수 있다. 또 다른 형태에서, 지지층은 도 4b에 도시된 바와 같이 내방으로 가압되고 저장소 내에 배치된 휘발성 물질과의 접촉을 유지할 수 있다. 또 다른 형태에서, 3개 이상의 층 멤브레인(30')은 상기 기재된 바와 같이 지지층(42 및 26) 사이에 개재된 배리어층(40)과 함께 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 개시내용에 따른 증기 분배 장치와 적합할 수 있는 복합 멤브레인의 예는 미국 특허 제 5,032,282호 (Linder et al.에 할당), 미국 특허 제 5,039,421호 (Linder et al.에 할당), 미국 특허 제 5,024,765호 (Linder et al.에 할당), 미국 특허 제 8,597,518호 (Parnas et al.에 할당), 미국 특허 제 8,617,395호 (Offerman et al.에 할당) 및 미국 특허 제 7,297,277호 (Radomyselski에 할당)에 기재되어 있다.
도 7은 멤브레인(30)과 같은 복합 멤브레인의 특징에 대한 시험 셀을 도시한다. 일 형태에서, 멤브레인(30)은 휘발성 조성물을 함유하는 저장소와 연통될 수 있다. 멤브레인(30) 및 저장소는 시험 셀(50)을 형성하기 위해 프레임(48)에 의해 지지될 수 있다. 시험 셀(50)은 시험 챔버 내에서 저울(52) 또는 질량 밸런스 상에 위치할 수 있다.
일 실험에서, 시험 셀(50)은 PERVATECH PDMS 복합 멤브레인(하기 멤브레인 A 참조)와 피팅되고 표면적이 0.0036 m2 이다. 멤브레인은 두께가 적어도 약 10μm인 지지층 상에 두께가 약 5μm 미만인 배리어층을 포함했다. 방향제 저장소는 휘발성 조성물로 충진되었다. 시험 장치는 헤드스페이스 분석 기구를 포함했다. 시험 셀을 포함하는 이 분석 기구의 인클로저는 20 리터/분 공기 흐름으로 작동되었다. 시스템 중량은 300초 마다 자동적으로 기록되었다. 방출된 방향제를 샘플링하기 위해 고체 상 마이크로추출 (carboxen/PDMS)을 수행한 후 화염 이온화 검출기를 장착한 기체 크로마토그래피로 분석했다. 샘플링은 제1의 수일 동안 약 26분의 간격으로 수행했다. 이후, 약 10개 샘플을 매일 수집했다. 얻어진 데이터를 사용하여 시간에 따른 중량 손실 속도를 결정했다.
도 7에 도시된 시험셀로 수집된 데이터는 도 8 및 9에 도시된다. 상이한 복합 멤브레인 A 및 B에 대해 수집된 데이터는 멤브레인 없이 시험 셀에 대해 수집된 데이터와 동등한 시간에 따른 중량 손실 속도를 나타냈다. 멤브레인 A는 지지되어 있지 않은 4 천분의 1의 PDMS 멤브레인이다. 멤브레인 B는 2개의 Entek 고밀도 폴리에틸렌층 사이에 개재된 PDMS 층을 포함하는 멤브레인이다. 도 8에 도시된 절대 유량 값은 반드시 서로 대체될 수 있는 것은 아닌데, 실험은 상이한 조건 하에서 수행될 수 있기 때문이다. 그러나, 도 8에 도시된 데이터에 따르면, 멤브레인 A 및 B의 상대적인 유량 변화의 속도는 멤브레인이 없는 경우와 비교해서 동등한 것을 확립한다. 멤브레인 A 및 B와 비교하면, 성능 특징이 유사하다. 그러나, 멤브레인 A (지지체 없는 PDMS)는 실험 내내 현저히 팽창하는 반면, 멤브레인 B는 향상된 기계적 특성을 나타내고 팽창하지 않았다.
대체의 방향제 조성물 및 멤브레인 C에 대해 도 8에 도시된 것과 유사한 데이터가 도 9에 도시된다. 멤브레인 C는 PERVATECH PDMS 평판 시트 멤브레인이고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 지지층의 두께는 130 μm이고, 제1 중간의 폴리이소프렌층의 두께는 약 100 μm이고, PDMS 배리어층의 두께는 약 3μm 내지 약 5μm이다. PDMS층은 완전히 가교되어 있고 유리 전이 온도는 -130℃, 접촉각 105° (±8), 밀도 1.15이다. 일 형태에서, 도 9의 데이터는 약 30일 동안 거동한 복합 멤브레인의 중량손실속도를 도시한다. 피크 중량 손실 속도는 0.0036 m2 멤브레인에 대해 약 0.07 g/hr로 관찰되었다. 최대 관찰된 유량 값의 점에서, 0.07 g/hr 는 약 19.5 g/(m2-hr)의 유량에 상응한다. 30일 동안, 중량손실속도는 감소가 관찰되지만, 약 0.01 g/hr 를 초과해서 유지되었다. 또한, 복합 멤브레인은 유량 속도를 최대 19.5 g/(m2-hr)까지 상승시킬 수 있고, 주위 조건에서 적어도 30일 동안 평균 유량은 약 8 g/(m2-hr)이다. 비교하면, 멤브레인이 없는 종래 기술의 PISO 시스템의 독자적인 방향제에 대한 데이터가 도 10-13에 도시되어 있다. 이 데이터는 C1, C2, C5, C6, C9, C10, C13, 및 C14로 지정된다. C1 및 C2는 동일한 방향제이고, C5 및 C6는 동일한 방향제이고, C9 및 C10는 동일한 방향제이고, C13 및 C14는 동일한 방향제이다. C1, C5, C9, 및 C13는 PISO 시스템에 대해 낮은 열을 설정하고, C2, C6, C10, 및 C14는 PISO 시스템에 대해 높은 열을 설정한다.
도 8-13에 도시된 데이터를 참조하면, 주위 조건에서 작동된 복합 멤브레인은, 멤브레인-부재 시스템(즉, 대기에 열려 있는 저장소; 도8)과 동등한 유량의 변화 속도로 그리고 높은 열 하에서 PISO 시스템과 동일한 유량으로 (도 10-13) 휘발성 조성물을 수송시킬 수 있고, 상승 온도에서 작동된다. 따라서, 본 발명의 개시내용에 따른 복합 멤브레인은 증기 분배 장치에 사용하기 위한 많은 휘발성 멤브레인일 수 있다. 일 형태에서, 증기 분배 장치의 사용자는 여러 방법 중 하나의 방법에서 장치를 사용할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 평평한 표면 상에 장치를 배치하거나 장치를 차량의 대시보드, 선반, 벽 등에 부착할 수 있다. 장치의 버튼을 누르거나, 장치의 적어도 일부를 언랩핑(unwrapping)하거나, 장치를 풀어서 개방하거나, 멤브레인의 일부를 노출하는 등과 같이 하여 사용시에 장치가 활성화될 수 있다. 또 다른 예에서, 호일층 또는 그 외의 방해층은, 예를 들면, 방해층을 박리하여 멤브레인의 표면으로부터 제거할 수 있다. 방해층은 배리어일 수 있다. 그러나, 방해층은 복합 멤브레인의 배리어층과 구별될 수 있다. 또 다른 예에서, 방해층은 복합 멤브레인과 연통되는 저장소 내에 배치된 휘발성 조성물에 대해 실질적으로 관통 불가능하거나 투과 불가능할 수 있다.
일부 실시형태에서, 사용자는 증기 분배 장치에 대해 사용되는 물질 또는 휘발성 조성물을 보충할 수 있다. 예를 들면, 분배기는 재충전 가능한 저장소, 또는 하나 이상의 대체 가능한 성분, 예를 들면, 대체가능한 저장소, 대체 가능한 복합 멤브레인, 대체 가능한 분배기 하우징 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일례에서, 분배기의 재충전 카트리지는 휘발성 조성물을 포함하는 저장소 및 저장소에 결합된 멤브레인을 포함할 수 있다. 사용된 카트리지(예를 들면, 휘발성 조성물을 포함하는 저장소 및 저장소에 결합된 멤브레인)가 증기 분배 장치로부터 제거될 수 있다. 이후, 사용된 카트리지가 제거된 위치에 재충전 카트리지가 배치할 수 있다.
일부 실시형태에서, 분배기(예를 들면, 분배기(20))는 캔들, 전기적 (예를 들면, 저항) 가열 소자, 화학적 가열 소자 (예를 들면, 발열 조성물), 또는 또 다른 유사한 가열 소자와 같은 가열 소자를 포함할 수 있다. 가열 소자는 분배기의 하나 이상의 성분의 온도를 활성화할 수 있다. 따라서, 휘발성 물질은 복합 멤브레인을 통해 가열되지 않은 분배기에 비해 더 높은 속도로 수송될 수 있다. 일부 실시형태에서, 분배기는 가열 소자를 활성화하기 위해 전기 콘센트에 플러그를 꽂을 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 복합 멤브레인은 미국 특허 제 4,849,606호, 및 제 5,937,140호 (Racine, Wisconsin의 S. C. Johnson & Son, Inc., 에 할당됨)에 기재된 것과 같은 전기 가열 장치에 통합될 수 있다.
본 개시내용에 따른 복합 멤브레인은 휘발성 조성물(예를 들면, 비-복합물 또는 단층 멤브레인)의 전달을 위해 종래에 사용되는 그 외의 형태의 멤브레인 또는 이러한 멤브레인을 통합한 증기 분배 장치에 대한 많은 이점을 제공할 수 있다. 일 형태에서, 개시된 복합 멤브레인의 사용에 의해 증기 분배 장치의 설계에서 전체 유연성을 더 크게 할 수 있다. 2개의 동일한 크기의 전달 시스템에 대해, 복합 멤브레인을 갖는 시스템은 단층 멤브레인에 비해 전체 유량을 더 크게 할 수 있다. 예를 들면, 복합 멤브레인의 방향제 분자의 유량은 단층 멤브레인에 비해 약 3배 내지 약 20배 클 수 있다. 따라서, 단층 멤브레인과 동일한 크기의 복합 멤브레인에 의해 더 큰 유량을 달성할 수 있다.
또한, 복합 멤브레인은, 비교적 더 작은 복합 멤브레인을 비교적 더 큰 단층 멤브레인과 비교하면, 비교적 더 작은 복합 멤브레인이 비교적 더 큰 단층 멤브레인과 동일한 속도로 소정의 휘발성 조성물을 전달할 수 있기 때문에 더 작은 형태의 인자의 증기 분배 장치의 설계를 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 0.001 m2 표면적의 복합 멤브레인은 0.002 m2 표면적을 갖는 단층 멤브레인과 동일한 전달 속도를 달성할 수 있다. 일례에서, 분자량 약 240의 순환 방향제 분자(예를 들면, 메틸 세드릴 에테르)는 동일한 크기의 단층 멤브레인보다 복합 멤브레인의 경우 약 5배 더 큰 유량을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 분자량 약 155의 분지된 방향제 분자(예를 들면, 리날로올)는 동일한 크기의 단층 멤브레인보다 복합 멤브레인의 경우 약 15배 더 큰 유량을 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 단층 멤브레인에 비해 높은 전체 유량을 갖는 복합 멤브레인은 휘발성 조성물을 환경으로 전달할 수 있는 범위를 크게 할 수 있다. 따라서, 증기 분배 장치는 전달 속도(즉, 단위시간당 복합 멤브레인을 통해 수송된 물질의 양)가 복합 멤브레인의 전달의 최대 속도에 대해 조절되거나 감소하도록 설계될 수 있다. 일 형태에서, 전달 속도로의 조절은 복합 멤브레인의 일부를 덮거나 복합 멤브레인의 전체 표면적을 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 전달 속도를 조절하는 방법은 복합 멤브레인을 통합하는 증기 분배 장치 상의 패널 또는 개구를 조절하는 단계를 포함하는 것이 가능할 수 있다.
일부 실시형태에서, 복합 멤브레인은 단층 멤브레인보다 덜 선택적일 수 있다. 낮은 선택도를 갖는 복합 멤브레인은 따라서 단층 멤브레인에 비해 광범위한 분자를 수송할 수 있다. 따라서, 일 형태에서, 복합 멤브레인은 분자량 약100 내지 약 200의 분자를 수송할 수 있다. 또 다른 형태에서, 복합 멤브레인은 분자량 약125 내지 약 175의 분자를 수송할 수 있다. 더욱 다른 형태에서, 복합 멤브레인은 분자량 약140 내지 약 160의 분자를 수송할 수 있다.
또 다른 형태에서, 감소한 선택도는 휘발성 조성물에 포함될 수 있는 광범위한 또는 팔레트의 분자와 상관할 수 있다. 예를 들면, 방향제 조성물의 경우, 향수는 더 다양한 방향제 분자를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 해충 방제 조성물의 경우, 단층 멤브레인과 적합하지 않을 수 있는 살충제 또는 그 외의 해충 방제 분자와 함께 작용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 복합 멤브레인 또는 복합 멤브레인을 포함하는 증기 분배 장치는 휘발성 조성물에의 누출, 유출, 노출 또는 접근을 방지하도록 구성될 수 있다.
실시예
단층 멤브레인과 비교하기 위해 많은 복합 멤브레인을 선택했다. 각각의 멤브레인에 대해, 멤브레인을 통한 5개의 상이한 방향제 분자의 유량을 결정했다. 방향제 분자는 분자량(MW)를 변경하고 헥실 아세테이트 (MW = 144.2), 리날로올 (MW = 154.3), 리날릴 아세테이트 (MW = 196.3), jasmacyclene (MW = 192.3), 및 세드릴 메틸 에테르 (MW = 236.4)을 포함했다. 각각의 방향제 분자에 대한 유량 데이터는 표 1-5에 제공된다. 선택된 멤브레인을 나타낸 PERVATEVCH 또는 POLYMER PLUS에 의해 제조했다.
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
표 1-5에 제공된 유량 값에 기초해서, 단층 멤브레인에 대한 각각의 복합 멤브레인의 향상 인자(enhancement factor)를 계산할 수 있다. 일 형태에서, 향상 인자는, 소정의 복합 멤브레인 중 소정의 종의 유량 값을, 참조 단층 멤브레인 중 동일한 종의 유량값으로 나눈 것으로 정의될 수 있다. 따라서, 1일에 헥실 아세테이트에 대한 PDMS 복합 멤브레인의 향상 인자는 3.401/0.309 = 11.0(표 1 참조). 향상 인자는, 복합 멤브레인을 통한 소정의 분자의 유량이 동등한 조건하에서 참조 단층 멤브레인에 비해 개선되는(즉, 증가되는) 정도로 나타낼 수 있다.
일부 실시형태에서, 단층 멤브레인에 대한 소정의 복합 멤브레인의 향상 펙터는 약 1.5 내지 약 20일 수 있다. 일례에서, 복합 멤브레인의 향상 인자는 적어도 약 3일 수 있다. 또 다른 예에서, 복합 멤브레인의 향상 인자는 적어도 약 5일 수 있다. 더욱 다른 예에서, 복합 멤브레인의 향상 인자는 적어도 약 10일 수 있다. 또 다른 예에서, 복합 멤브레인의 향상 인자는 적어도 약 12일 수 있다. 더욱 다른 예에서, 복합 멤브레인의 향상 인자는 적어도 약 15일 수 있다.
또 다른 형태에서, 표 1-5에 제공된 유량 값에 기초해서 각각의 복합 멤브레인에 대한 선택도 인자를 산출할 수 있다. 일 형태에서, 선택도 인자는 소정의 멤브레인중 제1 종의 유량 값을 동일한 멤브레인 중 제2 종의 유량 값으로 나눈 것으로 정의될 수 있다. 따라서, 1일에 PDMS 복합 멤브레인의 리날로올에 대한 헥실 아세테이트의 선택도 인자는 3.401/0.322 = 10.6로서 산출될 수 있다(표 1 및 2 참조). 비교하면, 1일에 단층 멤브레인의 리날로올에 대한 헥실 아세테이트의 선택도 인자는 0.309/0.020 = 15.1이다(표 1 및 2 참조). 선택도 인자는 복합 멤브레인을 통한 2개의 상이한 분자의 유량이 동등한 조건 하에서 유사하게 나타날 수 있다. 일 형태에서, 1에 접근하는 선택도 인자 (즉, 선택도 인자≒1)는 소정의 멤브레인에 대한 2개의 상이한 분자의 유량 거동이 유사한 것을 나타낼 수 있다. 또한, 1에 접근하는 선택도 인자는 멤브레인이 일반적으로 비선택적이거나 2개의 명확한 분자에 대해 낮은 선택도를 갖는 것을 나타낼 수 있다.
또 다른 형태에서, 2개의 상이한 멤브레인의 선택도 인자를 비교하여 선택도 향상 인자를 결정할 수 있다. 일 형태에서, 선택도 향상 인자는 제1 멤브레인의 제1 선택도 인자 및 제2 멤브레인의 제2 선택도 인자의 비로 정의될 수 있고, 각각의 제1 및 제2 선택도 인자는 동일한 2개의 명백한 분자에 대해 산출된다. 따라서, 1일에 단층 멤브레인에 대한 PDMS 복합 멤브레인의, 리날로올에 대한 헥실 아세테이트의 선택도 향상 인자는 10.6/15.1 = 0.7로 산출될 수 있다 (표 1 및 2 및 선택도 인자의 고찰 참조)
선택도 향상 인자는 2개의 상이한 분자에 대한 제1 멤브레인의 선택도가 유사한 시험 조건 하에서 제2 멤브레인의 선택도와 동등한 정도를 나타낼 수 있다. 일 형태에서, 1에 접근하는 선택도 향상 인자 (즉 선택도 향상 인자≒ 1)는 2개의 상이한 멤브레인의 선택도가 유사한 것을 나타낼 수 있다. 그러나, 1 미만의 선택도 향상 인자는, 제1 멤브레인이 2개의 명확한 종에 대해 제2 멤브레인보다 덜 선택적인 것을 나타낼 수 있다. 따라서, (제2) 단층 멤브레인에 대한 (제1) 복합 멤브레인의 선택도 향상 인자가 1 미만인 것을 제공하는 것이 유용할 수 있다.
선택도 인자 또는 선택도 향상 인자는 선택도 또는 선택도의 비와 동등하지 않을 수 있는 것이 이해될 것이다. 주목할 만하게 식 6으로 정의된 선택도는 소정의 멤브레인의 2개의 상이한 분자의 투과도의 비와 같다. 투과도는 유량에 비례하지만, 투과도는 상기 식 5에 기재된 트랜스멤브레인 농도 및 멤브레인 중 분자(종)의 위치에 의존한다. 그러나, 선택도 향상 인자는 멤브레인의 상대 선택도에 대한 추정치 또는 지표를 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 복합 멤브레인 또는 그 층은 강도 인자를 특징으로 할 수 있다. 강도 인자는 굽힘 모멘트, 탄성계수, 두께, 표면적, 또는 또 다른 치수 또는 물질 특성과 같은 복합 멤브레인의 층의 특성에 기초할 수 있다. 또 다른 형태에서, 강도 비를 사용하여 2층의 멤브레인을 비교할 수 있다. 예를 들면, 강도 비는 2층의 복합 멤브레인에 대한 강도 인자의 비로서 정의될 수 있다. 일부 실시형태에서 복합 멤브레인의 최소 강도 비를 특정하는 것이 유용할 수 있다.
당업자는 본 개시내용에 대해 많은 변형이 행해질 수 있고 본원에 포함되는 것으로 의도된다. 그 외의 실시형태는 본원에 기재된 각각의 실시형태의 개별 특성들의 다양한 모든 조합을 포함한다.
본 발명의 상세한 설명에 인용한 모든 문헌은, 관련 부분에서 본원에 참조로 포함되고, 임의 문헌의 인용이 본 발명에 대해 선행기술인 것을 인정하는 것으로 해석되는 것은 아니다.
산업 이용가능성
본원에 기재된 복합 멤브레인 및 증기 분배 시스템의 실시형태는, 복합 멤브레인을 통한 수송 속도를 제한하지 않고 기계적 강도를 제공하는 지지층과, 비교적 높은 유량으로 광범위한 분자를 수송하는 낮은 선택도의 배리어층의 특성을 조합하는 이점이 있다. 따라서, 개시된 복합 멤브레인 및 증기 분배 시스템은 광범위한 적용을 통해 사용될 수 있다.
상기 설명을 고려하여 당업자에게 많은 변경이 명백할 것이다. 따라서, 이러한 설명은 단지 예시적으로 것으로 고려되고 당업자에게 본 발명을 제조하고 이용할 수 있게 하고 이를 수행할 수 있는 최상의 모드를 교시할 수 있는 것으로 해석된다. 첨부된 청구범위 내에 있는 모든 변경에 대한 배타적인 권리가 유보된다.

Claims (16)

  1. 휘발성 조성물의 재충전 카트리지로서,
    저장소(reservoir);
    상기 저장소 내의 휘발성 조성물; 및
    상기 저장소와 유체 연통하는 복합 멤브레인을 포함하고,
    상기 복합 멤브레인은 약 10㎛ 미만의 두께를 갖는 배리어층 및 상기 배리어층과 접촉하는 하나 이상의 지지층을 포함하고, 상기 지지층은 적어도 약 10 ㎛의 두께를 갖고,
    상기 휘발성 조성물은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 상기 저장소로부터 상기 복합 멤브레인을 통해 1 내지 100 g/(m2·hr)의 유량으로 수송되는, 재충전 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휘발성 조성물은, 방향제, 소독제, 공기청정제, 패브릭 청정제, 세정제, 냄새 제거제, 곰팡이 억제제(mold inhibitor), 흰곰팡이 억제제(mildew inhibitor), 방충제, 살충제, 아로마테라피 분자, 또는 C1-C20 알데히드, C3-C20 케톤 및 C1-C20 알코올로 이루어진 군으로부터 선택되는 분자인, 재충전 카트리지.
  3. 제1항에 있어서,
    상부 에지를 갖는 컵 형상 구조를 한정하는 블리스터; 및
    상기 컵 형상 구조의 상부 에지에 결합하여 상기 상부 에지로부터 외부로 연장하는 주위 플랜지를 더 포함하고, 상기 복합 멤브레인은 상기 블리스터 및 상기 주위 플랜지의 적어도 하나에 결합되어 상기 저장소를 한정하는, 재충전 카트리지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컵 형상 구조는 직사각형 바닥 벽 및 4개의 측벽을 더 포함하고, 상기 상부 에지는 상기 4개의 측벽의 주위로 연장하고, 상기 복합 멤브레인은 열 밀봉에 의해 상기 블리스터 및 상기 주위 플랜지의 적어도 하나에 결합되는, 재충전 카트리지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인을 통한 세드릴 메틸 에테르의 유량은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 적어도 약 0.006 g/(m2·hr)인, 재충전 카트리지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 휘발성 조성물의 제2 분자에 대한 상기 휘발성 조성물의 제1 분자의 상기 복합 멤브레인의 선택도는 약 1000 미만이고, 상기 제2 분자는 상기 제1 분자와 상이한, 재충전 카트리지.
  7. 제1항에 있어서,
    단층 멤브레인에 대한 상기 복합 멤브레인의 향상 인자는 적어도 약 3인, 재충전 카트리지.
  8. 제1항에 있어서,
    단층 멤브레인에 대한 상기 복합 멤브레인의 선택도 향상 인자는 약 1 미만인, 재충전 카트리지.
  9. 휘발성 조성물의 재충전 카트리지로서,
    저장소;
    상기 저장소 내의 휘발성 조성물; 및
    상기 저장소와 유체 연통하는 복합 멤브레인을 포함하고, 상기 복합 멤브레인은 적어도 약 10㎛ 의 두께를 갖는 제1 지지층, 적어도 약 10㎛의 두께를 갖는 제2 지지층 및 제1 지지층과 제2 지지층 사이의 배리어층을 포함하고, 상기 배리어층은 약 10㎛ 미만의 두께를 갖고,
    상기 휘발성 조성물은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 상기 저장소로부터 상기 복합 멤브레인을 통해 1 내지 100 g/(m2·hr)의 유량으로 수송되고,
    상기 휘발성 조성물은 복수의 방향제 분자를 포함하고,
    상기 방향제 분자는 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 상기 저장소로부터 상기 복합 멤브레인을 통해 적어도 약 0.006 g/(m2·hr)의 유량으로 수송되는, 재충전 카트리지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 휘발성 조성물은, 방향제, 소독제, 공기청정제, 패브릭 청정제, 세정제, 냄새 제거제, 곰팡이 억제제(mold inhibitor), 흰곰팡이 억제제(mildew inhibitor), 방충제, 살충제, 아로마테라피 분자, 또는 C1-C20 알데히드, C3-C20 케톤 및 C1-C20 알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 분자인, 재충전 카트리지.
  11. 제9항에 있어서,
    직사각형 바닥 벽, 4개의 측벽 및 상기 4개의 측벽 주위로 연장되는 상부 에지를 갖는 컵 형상 구조를 한정하는 블리스터; 및
    상기 컵 형상의 구조의 상부 에지에 결합되어 상기 상부 에지로부터 외부로 연장하는 주위 플랜지를 더 포함하고, 상기 복합 멤브레인은 상기 블리스터 및 상기 주위 플랜지의 적어도 하나에 열 밀봉되어 저장소를 한정하는, 재충전 카트리지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 멤브레인을 통한 헥실 아세테이트 유량은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 적어도 약 1.462 g/(m2·hr)인, 재충전 카트리지.
  13. 하우징;
    상기 하우징에 배치된 복합 멤브레인으로서, 약 10㎛ 미만의 두께를 갖는 배리어층 및 상기 배리어층과 접촉하는 하나 이상의 지지층을 포함하고, 상기 지지층은 적어도 약 10 ㎛의 두께를 갖는 복합 멤브레인;
    상기 하우징에 배치되고 상기 복합 멤브레인과 유체 연통하는 저장소; 및
    상기 저장소 내의 휘발성 조성물; 을 포함하고,
    상기 휘발성 조성물은 약 25℃ 및 약 101 kPa에서 상기 저장소로부터 상기 복합 멤브레인을 통해 1 내지 100 g/(m2·hr)의 유량으로 수송되고,
    상기 배리어층은 상기 휘발성 조성물의 수송에 대해 낮은 선택도를 갖는 것을 특징으로 하는, 증기 분배 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하우징 내의 팬을 더 포함하는, 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하우징 내에 가열 소자를 더 포함하는, 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 복합 멤브레인의 표면의 적어도 일부분에 배치된 조절가능한 커버를 더 포함하고, 상기 커버는 상기 하우징의 외부와 연통하는 표면의 분획을 변화시키도록 작동될 수 있는, 장치.
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