KR20180028470A

KR20180028470A - 블렌딩된 포팅 수지 및 그것의 용도

Info

Publication number: KR20180028470A
Application number: KR1020187003589A
Authority: KR
Inventors: 가나파시서브라마니안 아이어; 차 도
Original assignee: 엔테그리스, 아이엔씨.
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-03-16
Also published as: CN107847870B; EP3319713A1; JP2018522110A; KR102110950B1; TWI725040B; JP6894424B2; US20180200676A1; US10981117B2; TW201707775A; WO2017007683A1; JP2021102768A; CN107847870A

Abstract

열가소성의 블렌딩된 포팅 수지, 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인, 멤브레인 분리 모듈, 유체 분리 장치, 멤브레인 분리 모듈 및 유체 분리 장치의 제조 방법 및 사용 방법이 본원에서 기술된다. 블렌딩된 열가소성 포팅 수지는, 두 개의 단부 영역 및 중간 영역을 갖는 적어도 하나의 극성 멤브레인; 및 비극성 열가소성 중합체 및 극성 열가소성 중합체를 포함하는 블렌딩된 수지를 포함하고, 여기서 두 개의 단부 영역 중 적어도 하나는 블렌딩된 포팅 수지로 코팅되어 단부 영역과 개방 중간 영역 사이에 액밀 밀봉이 형성되고, 극성 열가소성 중합체는 블렌딩된 수지의 1 중량% 이상이다.

Description

블렌딩된 포팅 수지 및 그것의 용도

<관련 출원>

본 출원은 2015년 7월 9일에 출원된 미국 가출원 제62/190,617호의 이익을 주장한다. 상기 출원(들)의 전체 교시 내용은 본원에 참조로 포함된다.

가장 통상적인 응용분야에서 사용되는 멤브레인은, 섬유에 도포될 때는 액체 상태 (저점도 상태)로 있다가 이어서 경화 후에 섬유 주위에서 응고되는 열경화성 접착제 또는 밀봉제를 사용하여 포팅된다. 일부 예는 에폭시 및 아크릴이다. 그것은 초기에 섬유들 사이에 및 섬유의 표면 세공 내로 스며들고 일단 응고되고 나면 강한 결합을 형성할 수 있는 저점도 액체 형태를 갖기 때문에 효과를 발휘한다. 밀봉제 중 일부는 또한 섬유 물질과 화학 결합을 형성한다. 그러나 밀봉제 또는 접착제에 기반을 둔 포팅은, 매우 더러워지며 흔히 도포 용매에 입자가 빠지거나 불순물이 침출되는 경향이 있다. 따라서 그것은 "클린(clean)" 응용분야 (제조 환경에서 높은 수준의 순도를 요구하는 응용분야), 예컨대 반도체 산업에서 사용되는 유체의 경우 바람직하지 않다.

열경화성 접착제 및 밀봉제의 단점을 극복하기 위해 열가소성 물질이 중공 섬유의 포팅에 사용되었다. 반도체 등의 클린 응용분야에서 사용되는 멤브레인은 달리 포팅 수지라고도 지칭되는 열가소성 중합체를 사용하여 포팅된다. 열가소성 수지는 용융된 액체 상태에서 나선 라미네이션 또는 원심 포팅 등의 특수한 기술을 사용하여 멤브레인에 도포되고 후속적으로 냉각 시에 멤브레인 주위에서 응고됨으로써 액밀(fluid-tight) 밀봉을 형성한다. 일반적으로, 열가소성 수지는 멤브레인에의 포팅 수지의 결합을 촉진하고 결합의 일체성을 보장하기 위해 멤브레인 물질과 물리적 및/또는 화학적으로 상용적이다. 일단 멤브레인이 함께 포팅되고 나면, 그것은 필터 장치의 부품이 될 하우징 내에 결합된다. 포팅 물질은 또한 충분히 강한 결합을 형성하기 위해 하우징 물질과 물리적 및/또는 화학적으로 상용적이어야 한다.

하우징, 포팅 수지 및 멤브레인이 물리적 및/또는 화학적으로 서로 비상용적인 경우에, 필터 장치 내의 구조적 결함 및 멤브레인과 포팅 사이의 밀봉 실패가 일어날 수 있다. 따라서, 물리적 및/또는 화학적으로 서로 비상용적인 하우징과 멤브레인을 함께 접합하는 것이 바람직한 응용분야에서 사용될 수 있는 포팅 물질을 개발할 필요가 있다.

<발명의 요약>

본 발명은 유사한 물리적 및/또는 화학적 특성을 공유하지 않는 물질로부터 구성된 멤브레인 및 하우징 (예를 들어, 하나는 극성이고 다른 하나는 비극성임)을 블렌딩된 포팅 수지를 사용하여 유체 밀봉 및 결합시킬 수 있다는 발견에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 본원에서 기술된 블렌딩된 열가소성 포팅 수지를 사용하는, 블렌딩된 열가소성 수지, 포팅된 멤브레인, 멤브레인 분리 모듈, 멤브레인 분리 모듈의 제조 방법, 및 멤브레인 분리 모듈의 사용 방법에 관한 것이다. 블렌딩된 포팅 수지는 여과 산업의 높은 구조적 일체성 요구에 맞춰주면서도 상이한 물질로부터 구성된 멤브레인 및 하우징 (예를 들어, 하나는 극성이고 다른 하나는 비극성임)을 갖는 멤브레인 분리 모듈의 디자인에 있어서 더 우수한 융통성을 허용한다.

상기 내용은 첨부된 도면에 나타내어진 바와 같은 본 발명의 예시적 실시양태에 대한 하기 더 상세한 설명을 통해 명백해질 것이며, 도면에서 상이한 도면들에 걸쳐 같은 도면 부호는 동일한 부분을 가리킨다. 도면은 반드시 정확한 비율로 나타내어진 것은 아니며, 그보다는 본 발명의 실시양태를 나타내는 데 역점이 두어진다.
도 1a 및 1b는 본 발명에 유용한 극성 멤브레인 및 포팅 수지를 보유하는 하우징의 예시적 실시양태를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 중공 섬유 멤브레인의 어레이의 제조 공정에서 사용되는 장치의 투시도이다.
도 2b는 도 2a의 공정을 수행하는 데 사용되는 중공 섬유 멤브레인의 완성된 어레이의 상면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시양태에 따른 중공 섬유 멤브레인 모듈의 제조 공정에서 사용되는 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시양태에 따른 용융된 열가소성 물질의 도포에 의한 중공 섬유 멤브레인의 나선으로 감긴 밀봉 양태를 도시하는 상세 투시도이다.
도 5는 본 발명의 예시적 실시양태에서 유용한 원심 밀봉을 위한 예시적 하우징을 나타낸다.
도 6은 포팅 수지로부터 당겨진 중공 섬유 멤브레인의 사진이다.
도 7은 표 4의 인장 시험 결과를 나타내는 사진이다.

본 발명은 특히 그것의 예시적 실시양태와 관련하여 명시되고 기술되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 첨부된 청구범위에 의해 망라된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않게 형식 및 세부 사항을 다양하게 바꿀 수 있다는 것을 이해할 것이다.

다양한 조성물 및 방법이 기술되지만, 본 발명은 기술된 특정한 분자, 조성물, 디자인, 방법론 또는 프로토콜로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 하는데, 왜냐하면 그것들은 다양하게 변할 수 있기 때문이다. 또한 설명에서 사용된 용어는 특정한 변형양태 또는 변형양태들을 단지 기술하기 위한 것이며, 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되는 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.

본원에서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같은 단수 형태는, 달리 문맥상 명확하게 드러나지 않는 한, 복수의 언급 대상을 포함한다는 것을 또한 유념해야 한다. 따라서, 예를 들어, "멤브레인"이라는 언급은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 하나 이상의 멤브레인 및 그것의 균등물 등을 언급하는 것이다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 관련 기술분야의 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 기술된 것과 유사하거나 균등한 방법 및 물질이 본 발명의 변형양태의 실시 또는 시험에서 사용될 수 있다. 본원에서 거론된 모든 간행물은 그 전문이 참조로 포함된다. 본원에서는 그 어떤 것도 본 발명이 종래의 발명에 의해 이러한 개시 내용보다 선행할 자격을 갖지 않음을 시인하는 것으로 해석되어서는 안 된다. "임의적" 또는 "임의로"는 후속적으로 기술되는 사건 또는 상황이 일어날 수 있거나 일어나지 않을 수 있다는 것, 및 설명이 사건이 일어나는 경우 및 사건이 일어나지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다. 본원에서 모든 숫값은, 분명하게 기재되든 기재되지 않든, 용어 "약"에 의해 수식될 수 있다. 용어 "약"은 일반적으로 관련 기술분야의 통상의 기술자가 언급된 값과 균등한 (즉, 동일한 기능 또는 결과를 갖는) 것으로 간주하는 수의 범위를 가리킨다. 일부 변형양태에서, 용어 "약"은 언급된 값의 ±10%를 가리키고, 다른 변형양태에서 용어 "약"은 언급된 값의 ±2%를 가리킨다. 조성물 및 방법은 다양한 성분 또는 단계를 "포함하는" 것으로서 기술되지만 ("포함하지만 이로 제한되지 않는"을 의미하는 것으로 해석됨), 조성물 및 방법은 또한 다양한 성분 및 단계"로 본질적으로 이루어진" 것 또는 "이루어진" 것일 수 있고, 이러한 용어는 본질적으로 제한된 그룹(closed-member group)을 정의하는 것으로 해석되어야 한다.

여과 장치, 멤브레인 물질, 및 멤브레인 모듈의 제조 방법

본 발명은 유사한 물리적 및/또는 화학적 특성을 공유하지 않는 물질로부터 구성된 멤브레인 및 하우징 (예를 들어, 하나는 극성이고 다른 하나는 비극성이거나, 하나는 친수성이고 다른 하나는 소수성임)을 멤브레인의 구조적 일체성을 손상시키지 않으면서도 극성 열가소성 중합체 및 비극성 열가소성 중합체를 포함하는 블렌딩된 열가소성 포팅 수지를 사용함으로써 함께 밀봉 접합할 수 있다는 발견에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 물리적 및/또는 화학적으로 비상용적인 중합체성 성분을 함께 밀봉 접합하기 위해 본원에서 기술된 블렌딩된 포팅 수지를 사용하는, 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지, 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인, 멤브레인 분리 모듈, 유체 분리 장치, 멤브레인 분리 모듈 및 유체 분리 장치의 제조 방법 및 멤브레인 분리 모듈 및 유체 분리 장치의 사용 방법에 관한 것이다.

본원에는 비극성 열가소성 포팅 수지에 혼입된 단지 소량의 극성 열가소성 중합체가 비극성 열가소성 중합체 성분 (예를 들어, 하우징)과 극성 열가소성 성분 (예를 들어, 하나 이상의 멤브레인) 사이에 가교를 충분히 형성할 수 있는 것으로 명시되어 있다. 이러한 가교는 두 개의 물리적 및/또는 화학적으로 비상용적인 물질을 밀봉 접합하여, 분리/여과 응용분야를 위한, 특히 반도체 제조 산업에서의 사용을 위한, 적합한 구조적 일체성을 갖는 하우징 내에 액밀 밀봉을 형성하는 것을 허용한다.

본 발명은 종래 기술에 비해, 하기를 포함하는 수많은 이점을 나타낸다: (1) 멤브레인이 포팅 수지에 강하게 접착됨; (2) 포팅 수지가 멤브레인과 하우징 둘 다에 이음매 없이 결합됨; (3) 멤브레인의 질 저하가 최소화됨; (4) 포팅을 더 낮은 온도에서 달성할 수 있음; (5) 포팅을 더 높은 온도에서도 달성할 수 있음; (6) 멤브레인 형상이 약간 변동해도 포팅에 영향이 미쳐지지 않음; 및 (7) 패킹 밀도가 더 높음.

한 예시적 실시양태에서, 본 발명은 (1) 비극성 열가소성 중합체 및 극성 열가소성 중합체; 또는 (2) 극성 기를 포함하는 개질된 열가소성 중합체를 포함하는 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지를 포함하는 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지이며, 여기서 극성 열가소성 중합체는 블렌딩된 수지의 총 중량 퍼센트의 약 1 중량% 초과이고, 극성 기는 개질된 열가소성 중합체의 총 중량의 약 0.1 중량% 이상이다.

또 다른 예시적 실시양태에서, 극성 열가소성 중합체는 블렌딩된 수지의 총 중량 퍼센트의 약 5 중량% 초과 (예를 들어, 블렌딩된 수지의 총 중량 퍼센트의 약 5 중량% 내지 약 100 중량%)이다. 또 다른 예시적 실시양태에서, 극성 열가소성 중합체는 블렌딩된 수지의 총 중량의 약 5 중량% 내지 약 50 중량%이다. 또 다른 예시적 실시양태에서, 극성 열가소성 중합체는 블렌딩된 수지의 총 중량 퍼센트의 약 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 또는 50 중량%이다.

또 다른 예시적 실시양태에서, 개질된 열가소성 중합체는 개질된 열가소성 중합체의 총 중량의 약 0.1 중량% 내지 약 75 중량%의 극성 기를 포함한다. 또 다른 예시적 실시양태에서, 블렌딩된 수지는 비극성 열가소성 중합체 및 개질된 열가소성 중합체를 포함하고, 여기서 개질된 열가소성 중합체는 블렌딩된 수지의 총 중량의 약 1 중량% 내지 약 100 중량%이다.

이들 수준에서, 본원에서 기술되는 바와 같이, 블렌딩된 수지는 극성 성분과 비극성 성분을 밀봉 접합하여, 동일한 물질로부터 구성된 성분을 갖는 멤브레인 분리 모듈에 필적할 만한 구조적 일체성을 갖는 멤브레인 분리 모듈 및 멤브레인 분리 모듈을 포함하는 장치를 형성할 수 있다. 본 발명의 블렌딩된 수지로 포팅된 멤브레인 모듈 또는 포팅된 멤브레인을 포함하는 장치의 구조적 일체성을, 예를 들어, 하기 시험중 적어도 하나를 수행함으로써 평가할 수 있다: 하기에 더 자세히 기술되는 바와 같은, 당김 시험, 에어로졸 시험, 및 공기 기포 시험. 포팅된 멤브레인은 블렌딩된 수지에의 멤브레인의 우수한 접착을 가질 것이고 장치 고장을 일으킬 수 있는 결함을 갖지 않을 것이다.

블렌딩된 수지의 비극성 열가소성 중합체 성분은 전형적으로 하우징의 중합체와 동일한 중합체이도록 선택된다. 예를 들어, 하우징이 폴리에틸렌으로 구성된 경우에, 비극성 열가소성 중합체는 또한 폴리에틸렌일 것이다.

본 발명의 블렌딩된 수지는 극성 성분과 비극성 성분, 즉 멤브레인과 수지, 및 포팅된 멤브레인과 장치 하우징을 밀봉 접합하는 것을 허용한다. 하기에, 단순성을 위해 블렌딩된 수지를 사용하여 극성 멤브레인을 비극성 하우징에 접합하는 것에 대해 언급된다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면 하기에 기술되는 물질 및 방법을 용이하게 사용하여 비극성 멤브레인을 극성 하우징에 접합할 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "극성 열가소성 중합체"는 극성 반복 단위체 (예를 들어, 폴리아미드를 형성하는 아미드 단위체) 또는 극성 화학기로 개질된 비극성 중합체 수지 (예를 들어, 무수물로 개질된 폴리에틸렌)로 구성된 중합체 수지 또는 비극성 반복 단위체와 극성 반복 단위체의 공중합에 의해 제조된 중합체 수지 (예를 들어, 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트) 및 폴리(에틸렌-코-비닐 알콜))로서 정의된다. 본 발명에서 유용한, 극성 기로 개질되거나 극성 기와 공중합된 비극성 열가소성 중합체 (예를 들어, 무수물로 개질된 폴리에틸렌)에 있어서, 극성 기는 극성 열가소성 중합체의 총 중량의 약 0.1 중량% 내지 극성 열가소성 중합체의 총 중량의 약 75 중량%이다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "개질된 열가소성 중합체"는 극성 기로 개질되거나 극성 기와 공중합되거나 반복 단위체에 의해 형성된 열가소성 중합체를 가리킨다. 또 다른 예시적 실시양태에서, 블렌딩된 수지는 블렌딩된 수지의 총 중량의 약 1 중량% 내지 약 100 중량%의 극성 열가소성 중합체를 포함한다.

블렌딩된 포팅 수지를 형성하도록 비극성 열가소성 중합체 수지에 혼입될 수 있는 적합한 극성 열가소성 중합체의 예는 폴리에틸렌 말레산 무수물, 에틸렌 비닐 알콜, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 아크릴산 및 폴리부타디엔 말레산 무수물을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "비극성 열가소성 중합체"는 임의의 극성 기 또는 반복 단위체를 함유하지 않거나 달리 소수성인 중합체 수지로서 정의된다. 블렌드에서 사용되는 비극성 수지의 예는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)), 테플론(TEFLON)® 퍼플루오로알콕시알칸 (PFA), 또는 퍼플루오로메틸알콕시 (MFA)를 포함한다.

블렌드를 포팅에 있어서 균일하게 또는 불균일하게 사용할 수 있다. 특정한 경우에 극성 및 비극성 수지의 펠렛 또는 분말을 균일하게 혼합하고 그것을 압출기 또는 원심 포팅기에서 용융시킴으로써 균일 블렌드를 제조할 수 있다. 이어서 균일한 용융물을 포팅을 위해 사용할 수 있다. 다른 경우에 비극성 수지를 개별적으로 용융시키고 이어서 적당한 다이를 사용하여 예를 들어 불균일 블렌드 중 극성 멤브레인과 비극성 수지 용융물 사이의 "연결(tie)" 층으로서 멤브레인에 도포할 수 있다.

멤브레인은 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 식별 가능한 수많은 다양한 중합체성 물질로부터 구성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,695,702호, 미국 특허 제7,308,932호, 및 미국 특허 제8,091,618호에 기술되는 바와 같이 (상기 특허는 모두 본원에 참조로 포함됨), 중공 섬유 멤브레인은 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 구성될 수 있다. 적합한 극성 멤브레인의 예는 폴리아미드 (예를 들어, 나일론(NYLON) 6, 나일론 66), 폴리이미드아미드 (예를 들어, 토를론(TORLON)®), 폴리이미드, 폴리술폰, 셀룰로스 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴레이트와 같은 극성 중합체로부터 구성된 멤브레인, 또는 아미드, 아크릴레이트, 술파미드, 티올, 아민과 같은 극성 기를 함유하거나 술폰산 기, 4급 암모늄 기, 술페이트 기, 카르복실산 기와 같은 하전된 또는 이온화 가능한 기를 함유하는 멤브레인 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

추가로, 멤브레인은 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 중공 섬유, 편평 시트 또는 주름진 시트일 수 있다. 멤브레인이 복수의 멤브레인, 예컨대 복수의 중공 섬유인 경우에, 상기에 기술된 블렌딩된 수지를 사용하여 복수의 멤브레인들을 함께 다발 지을 수 있다. 복수의 중공 섬유 멤브레인을 실질적으로 평행한 어레이로 배열할 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같은 "블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인"은 블렌딩된 수지로 포팅된 단일 멤브레인 또는 복수의 멤브레인 다발 (예컨대 실질적으로 평행한 어레이로 배열된 복수의 중공 섬유 멤브레인)을 지칭한다. 추가로, 동일한 블렌딩된 수지가 또한 멤브레인 또는 복수의 멤브레인을 하우징에 밀봉하는 데 사용될 수 있다.

블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인 및 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인을 포함하는 멤브레인 분리 모듈의 제조 방법이 본원에서 기술되고 도 2 내지 4에서 예시적 실시양태에 의해 도시되어 있다.

도 2a에서, 연속 길이의 중공 섬유 멤브레인(11)을 원형 단면을 갖는 회전 맨드렐(12) 상에 감음으로써 어레이(21)를 제작한다. 맨드렐의 원주는 완성된 어레이를 구성할 중공 섬유 멤브레인 요소의 요망되는 길이의 정수 배이도록 선택된다. 맨드렐은 맨드렐의 회전 속도와 중공 섬유 멤브레인에 가해지는 인장 둘 다를 제어할 수 있는 제어기(13)에 의해 구동된다. 제어기는 맨드렐의 중심축에 평행하게 도르래(15)을 움직이고 중공 섬유 멤브레인이 감기는 동안에 인접한 섬유 세그먼트들 사이의 간격을 제어하도록 중공 섬유 멤브레인을 인도하는 섬유 공급 수단(14)을 포함한다. 감긴 중공 섬유 멤브레인은 단일 층으로 배열되는데, 이때 감긴 것들은 서로 밀접하거나 서로 균일하게 이격되도록 서로 실질적으로 평행하다.

적당한 길이의 중공 섬유 멤브레인(11)이 맨드렐(12) 상에 축적되면, 제어기(13)의 감기 작업을 중단하고, 맨드렐의 회전축에 평행하고 개별 중공 섬유 세그먼트의 충심축에 직교하는 방향으로 맨드렐의 길이를 따라 배치된 중공 섬유 멤브레인 세그먼트의 외부 표면에 하나 이상의 접착 테이프(22) 스트립을 덧댄다. 하나 초과의 테이프 스트립을 사용할 수 있는데, 이때 스트립들 사이의 원주 방향 간격은 어레이(21) 내의 멤브레인 섬유의 요망되는 축방향 길이와 동일하다. 테이프는 맨드렐 상에 감긴 제1 중공 섬유 멤브레인 세그먼트로부터 마지막 중공 섬유 멤브레인 세그먼트로 연장되고 바람직하게는 섬유 어레이의 각각의 단부 너머로 약 1 ㎝ 연장된다.

절단자 (도시되지 않음)를 사용하여, 테이프(22)의 전체 길이의 중간을 따라 중공 섬유 멤브레인 세그먼트를 째서 중공 섬유 멤브레인(11)이 이제 절반이 된 테이프 스트립에 의해 함께 접합된 상태를 유지하게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 중공 섬유 멤브레인 어레이를 제조하는데, 이때 섬유 요소를 그것의 단부에서 테이프로 서로 고정함으로써, 맨드렐(12)로부터 용이하게 제거할 수 있다. 이러한 논의에 있어서, 직사각형 중공 섬유 멤브레인 어레이(21)의 가장자리(23)는 어레이를 구성하는 개별 중공 섬유 멤브레인 요소의 단부 부분에 의해 형성된 두 개의 표면으로서 정의되고, 그래서 어레이의 단부(24)는 어레이 내의 제1 및 마지막 중공 섬유 멤브레인 요소의 최외부 표면에 의해 정해진다는 것을 유념해야 한다. 도 2b는 상기 절차에 따라 형성된 어레이를 평면도로서 도시한다. 하나의 섬유 어레이가 요망되는 멤브레인 면적을 갖는 중공 섬유 멤브레인 모듈을 제작하기에 충분한 개수의 중공 섬유를 함유하지 않는 경우에, 어레이를 접착제 또는 다른 결합 수단을 사용하여 단부끼리 함께 겹쳐 이음으로써 더 큰 어레이를 형성할 수 있다. 따라서 임의의 개수의 어레이를 상기에 기술된 방식으로 함께 겹쳐 이음으로써 어레이의 양쪽 단부의 가장자리에 테이프 연장부를 갖는 더 큰 어레이를 형성할 수 있다.

중공 섬유 멤브레인을 도 2b에 나타난 바와 같이 실질적으로 평행한 어레이로 배열할 수 있다. 일단 도 2의 실질적으로 평행한 어레이로 만들고 나면, 중공 섬유 멤브레인 모듈의 제작에서의 이후의 작업은 섬유 어레이를 감아서 다발로 만들고 어레이(21)의 가장자리(23) 중 하나 이상에서 한 쌍의 튜브시트(43)를 상응하게 형성하는 것이다. 이러한 공정은 도 3 및 4에 개략적으로 도시되어 있고 "나선 라미네이션"으로서 공지되어 있다. 일축 압출기(31)를 사용하여 열가소성 밀봉 중합체를 이중 슬롯 압출 다이(32)에 공급하여 리본 형태의 두 개의 중합체 압출물(35)을 제조한다. 적합한 길이의 열가소성 튜브(41)를 압출 다이 아래에 배치된 제거 가능한 감기 맨드렐(42) 상에 적재하는데, 이때 맨드렐의 회전축은 압출 다이의 두 개의 출구들을 연결하는 선에 평행하다. 스테퍼 모터 (도시되지 않음)를 사용하여 회전 속도 및 맨드렐과 다이 사이의 거리를 조절한다. 튜브시트를 제작하기 전에, 후퇴 가능한 슬라이드 (도시되지 않음) 상에 적재된 한 벌의 가스 가열기(33)를 사용하여 튜브(41)를 예열한다. 상기에 기술된 다양한 요소의 기능을 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서-기반의 제어기(34)를 사용하여 조정한다.

다이로부터의 용융된 열가소성 중합체 압출물(35)을 균일한 온도에서 유지하기 위해, 압출기(31)를 일정한 속도로 작동하는 것이 바람직하다. 균일한 섬유 간격 및 튜브시트 너비를 유지하기 위해서는 섬유 공급 속도를 일정하게 유지하고 압출 다이와 중합체 압출물과 튜브시트(43)의 접촉점 사이의 거리를 일정하게 유지할 것이 요구된다. 상기에 논의된 장치와 연계하여 이전에 기술된 제어기(34)는 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 피드백 제어 수단을 사용하여 이러한 결과를 달성한다.

어레이(21)를 감고 튜브시트(43)를 형성하기 전에, 튜브(41)를 가열기(33)를 사용하여 예열해야 한다. 이러한 단계는 튜브시트와 튜브 사이의 우수한 결합을 수득하는 데 필요하다. 감기 맨드렐(42) 및 튜브의 회전을 시작하고 가스 가열기를 활성화시켜 튜브시트가 형성될 튜브 부분 상에 뜨거운 가스 스트림이 닿게 한다. 적합한 시간 후에, 가열기를 제거하고 중합체 압출물(35)을 튜브에 덧댄다.

중합체 압출물(35)의 대략 반 바퀴가 튜브(41) 상에 축적된 후에, 중공 섬유 멤브레인 어레이(21)의 선행 가장자리를 튜브 아래에서 튜브에 평행하게 배치하는데, 이때 테이프(22)의 연장된 스트립의 접착제 면이 튜브를 향하게 한다. 이어서 테이프를 튜브시트(43)의 외부에서 튜브와 접촉시키고 감기 맨드릴(42) 및 튜브의 회전 속도 및 위치를 공정 제어기(34)를 통해 조절하면서 테이프를 튜브 상에 감아 올린다. 섬유와 중합체 압출물의 접촉을 유지하기 위해 약간의 인장을 중공 섬유 어레이 상에서 유지한다. 어레이의 후행 가장자리를 감아 올리면서 테이프 연장부를 이전의 섬유 층에 고정시켜 섬유 다발(44)을 형성한다. 전체 어레이가 맨드릴 주위에 감긴 후에, 중합체 압출물을 덧대는 것을 끝낼 수 있다. 또 다르게는, 모듈 조립 공정의 나머지의 요건에 따라서는 튜브시트를 더 큰 직경으로 만들 수 있다. 이러한 경우에, 용융된 튜브시트를 냉각시키면서 감기 맨드릴의 회전을 계속한다. 섬유 루멘을 노출시키기 위해 밀봉된 섬유 다발의 단부 부분을 다듬을 수 있고, 적합한 하우징 내로 섬유 다발을 밀봉하기 위해 추가의 기계가공을 수행할 수 있거나, 중공 섬유 모듈을 제조하기 위해 동일하거나 유사한 수지 물질의 압력 하우징의 성분에 섬유 다발을 열가소성 결합시키기에 적합한 세부를 제공하도록 섬유 다발에 윤곽을 부여할 수 있다.

멤브레인 분리 모듈을 또한 원심 방법을 통해 제조할 수 있다. 원심 방법에 의한 포팅은 (멤브레인이 중공 섬유인 경우에 실질적으로 평행한 어레이로 배열된) 멤브레인을 도 5에 도시된 것과 같은 홀딩 하우징(1) 내에 배치하는 단계를 포함한다. 홀딩 하우징(1)은 회전 샤프트(2) 상에 실질적으로 중심 위치에 장착된다. 하우징은 두 개의 단부(5 및 5')를 가지며, 이것은 홀딩 하우징(1)이 회전 샤프트(2)의 축 중심으로 회전할 때 용융된 포팅 수지를 수집한다. 포팅 수지가 단부(5 및 5')에 도달하기 전에 경화 또는 응고하는 것을 방지하기 위해 홀딩 하우징을 가열할 수 있다. 이어서 홀딩 하우징을 냉각시키고 포팅 수지를 응고시켜, 포팅 수지를 갖는 멤브레인 다발을 형성한다.

본 발명은 또한 본 발명의 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인의 제조 방법에 관한 것이다. 한 양태에서, 방법은, 우선, (a) 제1 단부 영역, 제2 단부 영역 및 개방 중간 영역을 갖는 적어도 하나의 극성 멤브레인을 제공하고; (b) 적어도 하나의 극성 멤브레인의 제1 단부 영역 또는 제2 단부 영역 중 적어도 하나를 비극성 열가소성 중합체 및 극성 열가소성 중합체를 포함하는 용융된 블렌딩된 수지의 압출물과 접촉시키고; (c) 용융된 블렌딩된 수지를 냉각시켜 적어도 하나의 극성 멤브레인의 단부 영역과 중간 영역 사이에 액밀 밀봉을 형성하는 것을 포함하고, 여기서, 단계 (b)에서, 용융된 블렌딩된 수지를 그것의 융점보다 높은 온도로 충분히 가열하여 용융된 블렌딩된 수지가 적어도 하나의 극성 멤브레인 주위에서 유동하게 하고, 극성 열가소성 중합체는 용융된 블렌딩된 수지의 총 중량 퍼센트의 5 중량% 이상이다.

또 다른 예시적 실시양태에서, 단계 (b) 전에, 적어도 하나의 극성 멤브레인은, 중공 섬유 멤브레인 다발을 형성하는, 중공 섬유 멤브레인의 평행한 어레이에 실질적으로 평행한 축 상에 감긴 중공 섬유 멤브레인의 실질적으로 평행한 어레이로 배열된 복수의 중공 섬유이다.

또 다른 예시적 실시양태에서, 용융된 블렌딩된 수지는 중공 섬유 멤브레인 다발의 양쪽 단부 영역 상으로 지향된다.

그 밖의 또 다른 예시적 실시양태에서, 적어도 하나의 극성 멤브레인의 제1 단부 영역 또는 제2 단부 영역 중 적어도 하나를 접촉시키는 것은, 용융된 블렌딩된 수지와 조합된 적어도 하나의 극성 멤브레인을 밀봉된 용기 내에 배치하고 밀봉된 용기를 중공 섬유 멤브레인의 평행한 어레이에 실질적으로 수직인 축 중심으로 회전시켜, 용융된 블렌딩된 수지가 양 단부 영역으로 가압되는 것을 포함한다.

그 밖의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 극성 멤브레인은 제1 단부 영역 및 제2 단부 영역을 갖고, 여기서 적어도 하나의 극성 멤브레인의 제1 단부 영역 및 제2 단부 영역 둘 다는 상기 방법에 따라 개별적으로 포팅된다.

멤브레인 및 블렌딩된 수지 다발을 하우징 내에 밀봉하는 예시적 방법은 하기와 같다. 우선, 하우징의 양쪽 단부 상의 내부 표면을 그것의 융점에 가까운 온도 또는 융점과 똑같은 온도로 가열하고 즉시 용융된 블렌딩된 수지 한 컵에 침지시킨다. 튜브의 각각의 단부를 이러한 전처리를 사용하여 적어도 두 번 처리하는 것이 바람직하다. 이어서 멤브레인 및 블렌딩된 수지 다발을 하우징 내에 삽입한다. 이어서 하우징의 한쪽 단부 및 다발을 함께 용기 내에 보유된 용융된 블렌딩된 수지에 배치한다. 중공 튜브는, 블렌딩된 수지를 용융된 상태로 유지하는, 정해진 수직 위치로 보유됨으로써, 블렌딩된 수지는 멤브레인 주위의 공간 내로 유입되고 섬유로 수직 상향 유동하여 다발과 하우징 사이의 틈새 공간을 완전히 채운다.

일단 장치의 제1 단부가 포팅되고 멤브레인, 하우징 및 블렌딩된 수지를 포함하는 통합된 말단 단부 블록으로 융합되고 나면, 장치의 제2 단부를 포팅한다. 상기 공정은 포팅 수지를 외부 가열 블록 또는 다른 열원을 갖는 가열 컵 내에서 용융물이 투명해지고 갇힌 기포를 갖지 않게 될 때까지 (약 150℃ 내지 약 265℃) 가열하는 것을 포함한다. 포팅된 단부를 냉각시킨 후에, 이어서 그것을 절단하고 중공 튜브의 루멘을 노출시킨다. 이어서 포팅된 표면을 열선총을 사용하여 추가로 폴리싱하여, 임의의 더럽거나 거친 포팅된 표면을 용융 제거한다. 다수의, 예컨대 2000개 이상의 중공 튜브를 갖는 모듈의 경우에, 모듈은 포팅 결함을 가질 수 있는데, 상기 포팅 결함은 클린 납땜 인두를 사용하여 손상된 부위를 녹여서 닫음으로써 보수될 수 있다.

멤브레인을 포팅하는 데 유용한 또 다른 방법은 다발을 하우징 내에 밀봉하기 전에 제1 단계에서 금형 내에서 다발을 포팅하는 것을 포함한다. 금형은 궁극적으로 다발이 배치될 열가소성 하우징의 내경보다 약간 더 작고, 알루미늄 또는 니켈 또는 유사한 합금으로부터 제조될 수 있다. 포팅 및 냉각 후에, 금형을 제거한다. 통합된 말단 단부 블록 내의 중공 튜브의 단부를 상기에 기술된 바와 같이 절단함으로써 개방한다. 멤브레인의 양쪽 단부를 포팅한 후에, 형성된 통합된 말단 단부 블록 구조체를 전처리된 쉘 하우징 튜브 또는 단부 캡 내에 삽입하고, 통합된 말단 단부 블록을 짧은 가열 공정에서 하우징 튜브 또는 단부 캡에 융합시킨다.

마지막으로, 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인을 열가소성 하우징 내로 결합시킨다. 본원에 기술된 블렌딩된 수지는 극성의 차이로 인해 물리적 및/또는 화학적으로 서로 상이하거나 서로 비상용적인 하우징과 멤브레인 사이에 상용적 가교를 형성할 수 있기 때문에 임의의 열가소성 하우징이 본 발명에서의 사용을 위해 고려된다는 것을 이해해야 한다. 하우징은 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)), 테플론® 퍼플루오로알콕시알칸 (PFA), 또는 퍼플루오로메틸알콕시 (MFA), 및 나일론과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 열가소성 중합체로부터 구성될 수 있다. 본 발명에서 유용한 하우징에 대한 추가의 설명을 미국 특허 출원 제7,308,932호 및 미국 특허 출원 제8,091,618호에서 찾을 수 있고, 상기 출원은 그 전문이 참조로 포함된다.

멤브레인 분리 모듈이 유체 분리 장치 내에 포함되는 경우에, 그것은 분리될 액체 공급물의 도입을 허용하고 투과물 및 잔류물의 추출을 허용하는 복수의 커넥터를 가질 수 있다.

유체 분리 장치의 한 예를 도 1a 및 1b에서 볼 수 있다. 도 1a는 유체 분리 장치의 외관이다. 도 1b는 멤브레인, 및 유체 분리 장치로 들어가고 빠져나가는, 분리될 액체의 유동을 나타낸다. 유체 분리 장치는 멤브레인(112)을 포함하는 하우징(110)을 포함한다. 멤브레인(112)은 양쪽 단부 영역(108a 및 108b)에서 포팅된다. 이들 단부 영역(108a 및 108b)은 단부 영역들(108a 및 108b)과 개방 중간 영역(107) 사이에 액밀 밀봉을 형성한다. 개방 중간 영역(107)은, 하기에 논의되는 바와 같이 투과물(106)이 멤브레인(102)를 통해 이동할 수 있도록, 포팅되지 않고 개방된 상태를 유지해야 한다. 단부 영역(108a 및 108b)은 액체의 통과를 허용하지 않고, 그러므로 "액밀"이다.

액체 공급물은 능동 커넥터(active connector)(101)에서 하우징에 들어가고, 하우징 내부의 멤브레인(102)에 도입된다. 멤브레인(102)은 하우징 내의 공간을 제1 용적부(103a) 및 제2 용적부(103b)로 분리한다. 액체 공급물이 멤브레인(102)에 노출될 때, 멤브레인(102)의 미세다공성 구조를 통과한 물질인 투과물은 제2 용적부(103b)에 들어가고, 멤브레인(102)을 통과하지 않은 물질인 잔류물은 제1 용적부에 들어간다. 이어서 잔류물은 커넥터(105)를 통해 하우징으로부터 추출될 때 수집되거나 추가로 여과될 수 있다. 투과물은 상이한 커넥터(106)를 통해 빠져나가서, 농축되거나 폐기되거나 다시 시스템 내로 재순환될 수 있다. 여과 모듈의 추가의 예뿐만 아니라 상기 하우징의 형성 공정을 미국 특허 제5,762,789호에서 찾을 수 있고, 상기 특허는 본원에 참조로 포함된다.

포팅된 멤브레인의 구조적 일체성을 하기 시험 중 하나 또는 하기 시험의 조합을 사용하여 평가할 수 있다:

(1) 당김 시험 - 중공 섬유 형상의 멤브레인을 포팅하고 포팅 물질로부터 수동으로 당긴다. 섬유가 포팅된 다발로부터 떨어져 나와서 그 자리에 깔끔한 공극이 남겨지면, 포팅은 실패한 것으로 간주된다. 섬유가 포팅의 가장자리로부터 파단되어 포팅 내에 섬유가 남겨지면, 그것은 우수한 포팅 또는 우수한 접착인 것으로 간주된다. 당김 시험에서 실패한 포팅된 멤브레인의 한 예를 도 6에서 볼 수 있다. 구멍(601)은 섬유(602)가 원래 멤브레인에 포팅되었지만 당겨져 나온 곳이다.

(2) 에어로졸 시험 - 중공 섬유 형상의 멤브레인을 포팅하고 고정체(fixture) (예를 들어, 시험에 사용되는 임시 하우징)에 장착하고 섬유 외부로부터의 에어로졸 입자를 사용하여 시도한다. 다발의 루멘을 통해 나온 에어로졸 입자의 개수를 입자 탐지기를 사용하여 측정할 수 있다. 포팅이 일체형인 경우에, 시도 후 다발을 통과하는 입자의 개수는 바탕값(background)과 유사하였다. 포팅이 불량한 경우에, 에어로졸로 시도할 때 더 많은 개수의 입자를 볼 수 있다. 섬유 결함이 또한 이러한 실패에 기여할 수 있기 때문에, 하기에 기술되는 공기 기포 시험을 사용하여 결함이 섬유 결함인지 포팅 결함인지를 결정할 필요가 있다.

(3) 공기 기포 시험 - 중공 섬유 형상의 멤브레인을 포팅하고 고정체에 장착하고 이어서 물 또는 이소프로필 알콜 (IPA)로 습윤시켰다. 다발의 개방 루멘 단부 중 하나를 막고 다른 개방 루멘 단부에 물 또는 IPA를 채운다. 다발은 섬유 외부로부터 나온 공기에 의해 가압된다. 공기 기포가 섬유를 통해 나오는 것이 관찰된다. 현미경으로 관찰할 때, 이들 공기 기포가 섬유 벽과 포팅 물질 사이에서 섬유의 내부 또는 섬유의 외부로부터 나오는 것을 볼 수 있다. 공기 기포가 섬유의 내부로부터 나오면, 그것은 공기 확산 또는 섬유 결함인 것으로 간주된다. 그러나 기포가 섬유 외부로부터 나오면, 그것은 포팅 결함인 것으로 간주된다.

실시예 1 - HDPE 수지를 사용하는 폴리아미드 (나일론) 중공 섬유의 나선 라미네이션

평행한 나일론 중공 섬유 (NHF)로 이루어진 매트를 상기에 기술된 바와 같이 제조하였다. 매트를 다양한 온도에서 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 수지 (다우(Dow) DMDA8965NT, 용융 지수 - 66 g/10mlin (ASTM 1238))를 사용하여 상기에 기술된 나선 라미네이션 공정을 통해 포팅하였다. 포팅 물질이 응고될 때까지 포팅된 섬유를 냉각시켰다. 포팅의 양쪽 면 상의 과량의 섬유를 블레이드로 절단하고 섬유의 루멘을 노출시키기 위해 포팅을 기계가공하였다. 이어서 섬유를 당김 시험, 에어로졸 일체성 시험 및 공기 기포 시험을 사용하여 시험함으로써 접착 및 일체성을 결정하였다.

표 1은 다양한 온도에서 섬유의 포팅 성능을 보여준다.

<표 1>

* 통과/실패는 불규칙 거동을 암시함

상기 실험을 통해, NHF는 HDPE에서 260℃까지는 포팅이 불량하게 되고 265℃에서는 포팅에 있어서 약간 개선된다는 것을 관찰할 수 있다. 그러나, 상기 결과에 기반을 두어, 나일론과 HDPE 사이의 계면은 다발의 일체성에서 관찰되는 흔한 실패 때문에 상용적이 아닐 수 있다고 결론지어졌다. 265℃ 초과의 온도가 상기 문제를 해결할 수 있다고 생각되었다. 그러나, 나일론이 265℃보다 높은 온도에서 포팅될 때 유사한 불규칙 거동이 관찰되었다 (예를 들어, 이러한 온도에서 포팅된 다발은 때때로 시험을 통과하였고, 때때로 실패함). 이는 섬유의 심각한 질 저하 및 포팅 물질 내의 큰 공극을 수반하였다.

실시예 2 - HDPE, AHDPE 및 HDPE와 AHDPE의 블렌드를 사용하는 폴리아미드 (나일론) 중공 섬유의 원심 포팅

NHF의 포팅된 모듈을 하기 절차를 사용하는 원심 포팅을 사용하여 제조하였다. 각각의 모듈은 길이 4 인치, 외경 750 마이크로미터 및 내경 450 마이크로미터인 나일론 중공 섬유 루프 20개로 이루어졌다. 섬유를 길이 5 인치 및 내경 0.5 인치의 폴리플루오로알콕시 (PFA) 튜브 내에 배치하였다. 이어서 튜브를 원심 블록 내에 배치하였다. 원심 고정체 내에는 각각의 단부에 하나씩 두 개의 블록이 있었다. 포팅 물질을 각각의 블록 상의 원통형 수지 저장기에 부었다.

이어서 원심 고정체를 가열된 회전 장치 내에 배치하였다. 장치를 175℃에서 2시간 동안 가열하였다. 이어서 고정체를 500 rpm에서 회전시키고 15분 후에 가열을 중단하였다. 온도가 50℃에 도달할 때, 회전을 중단하였다. 이어서 고정체를 회전 장치에서 꺼내어 포팅된 모듈을 수득하였다. 이어서 포팅된 모듈을 당김 시험에 적용하였다. 상기 공정을 표 2에 나타난 바와 같이 HDPE, 무수물 고밀도 폴리에틸렌 (AHDPE) 및 HDPE와 AHDPE의 다양한 블렌드를 사용하여 반복하였다.

<표 2>

표 2로부터의 결과는 HDPE가 나일론 섬유에 적합한 포팅 물질이 아니라는 것을 시사한다. AHDPE 단독 또는 AHDPE와 HDPE의 블렌드 (각각 5 중량%:95 중량% 정도로 낮음)는, 섬유가 포팅된 수지로부터 당겨지지 않은 것으로 나타난 바와 같이, 포팅 물질과 나일론 중공 섬유 사이의 현저하게 개선된 결합을 제공할 수 있다.

실시예 3 - HDPE와 AHDPE의 블렌드를 사용하는 폴리아미드 (나일론) 중공 섬유의 나선 라미네이션

평행한 나일론 중공 섬유의 매트를 상기에 기술된 바와 같이 제조하였다. 매트를 다양한 온도에서 90 중량%의 HDPE 수지 (다우 DMDA8965NT, 용융 지수-66 g/10mlin) 및 10 중량%의 AHDPE (투 에이치 케미칼즈(TWO H Chemicals), 용융 지수- 20 g/10min (ASTM-1238))의 블렌드를 사용하여 상기에 기술된 나선 라미네이션 공정을 통해 포팅하였다. 포팅 물질이 응고될 때까지 포팅된 섬유를 냉각시켰다. 포팅의 양쪽 면 상의 과량의 섬유를 블레이드로 절단하고 섬유의 루멘을 노출시키기 위해 포팅을 기계가공하였다. 이어서 섬유를 당김 시험, 에어로졸 일체성 시험 및 공기 기포 시험을 사용하여 시험함으로써 접착 및 일체성을 결정하였다.

표 3은 다양한 온도에서 섬유의 포팅 성능을 보여준다.

<표 3>

표 3의 결과는, AHDPE를 HDPE에 첨가하면, 표 1에 나타난 바와 같이 HDPE 단독으로만 포팅한 것에 비해, 포팅 물질과 섬유의 표면 상호작용이 증진됨으로써 다발의 일체성이 개선된다는 것을 보여준다.

실시예 4 - 원심 포팅 및 포팅된 섬유의 인장 시험

NHF를 실시예 2에 기술된 방법을 사용하여 포팅하였다. 섬유의 포팅을 0.1 인치의 동일한 길이로 다듬었다 (도 3을 참조). 이어서 포팅으로부터의 섬유를 인스트론(Instron) 시험기를 사용하여 포팅으로부터 당겼다. 포팅으로부터 섬유를 당기거나 파단시키는 최대 응력 및 변형률을 측정하여 나일론 섬유에 대한 포팅의 강도를 결정하였다. 섬유를 포팅으로부터 당기는데 요구되는 응력 및 변형률이 더 클수록, 포팅은 강하다.

표 4는 인장 시험을 사용하여 측정된 나일론 중공 섬유와 포팅 물질 사이의 결합 강도를 나타낸다. 도 7은 표 4에 열거된 포팅된 섬유에 대한 인장 시험 결과를 나타낸다.

<표 4>

표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, AHDPE 또는 HDPE/AHDPE 블렌드를 사용하여 포팅된 NHF에 대한 최대 로드에서의 인장 변형률 및 최대 로드에서의 인장 응력은 나일론 중공 섬유의 것과 매우 유사하다. 그 이유는, 임의의 특정한 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 이들 조건 둘 다에 있어서 최대 응력 및 변형률이 섬유 파단에 상응하기 때문이라고 가정된다. 그러므로, 심지어 HDPE 중 AHDPE의 5% 블렌드에서 조차도, 섬유의 포팅은 강하다. HDPE를 사용하여 포팅된 NHF의 경우에, 최대 응력 및 변형률은 ADPE 또는 HDPE/AHDPE 블렌드보다 훨씬 더 낮은데, 왜냐하면 섬유가 포팅 물질로부터 미끄러지기 때문이다. 그러므로, NHF에 대한 HDPE의 포팅은 약하다. 상기 결과는 놀라운데, 왜냐하면 블렌드 중 0.05% 정도로 낮은 무수물 기 함량에 상응하는 HDPE 중 (FTIR에 의해 단지 1%의 무수물 기를 함유하는) AHDPE의 단지 5% (wt%) 블렌드는 포팅으로부터의 섬유 미끄러짐이 없는 정도의 포팅 강도의 현저한 증가를 성취하기 때문이다.

본 발명은 하나 이상의 실행에 대해 명시되고 기술되었지만, 관련 기술분야의 다른 통상의 기술자가 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해함으로써 균등한 변경 및 개질을 할 것이다. 본 발명은 모든 이러한 개질 및 변경을 포함하고 후속되는 청구범위에 의해서만 제한된다. 추가로, 본 발명의 특정한 특징 또는 양태는 여러 실행 중 단지 하나에 대해서만 개시되었을 수 있고, 이러한 특징 또는 양태는 임의의 주어진 또는 특정한 응용분야를 위해 요망되고 유리할 수 있는 다른 실행의 하나 이상의 다른 특징 또는 양태와 조합될 수 있다. 더욱이, 용어 "포함하다", "갖는", "갖다", "함께" 또는 그것의 변이형이 상술된 설명 또는 청구범위에서 사용될 때, 이러한 용어는 용어 "포함하는"과 유사한 방식으로 포함적이려는 것이다. 또한, 용어 "예시적"은 최적의 것이 아닌 단지 예를 의미할 뿐이다. 본원에 나타내어진 특징 및/또는 요소는 단순성 및 이해의 용이성을 위해 특정한 치수 및/또는 서로에 대한 방향을 갖도록 나타내어지고 실제 치수 및/또는 방향은 본원에 나타난 것과 상당히 상이할 수 있다는 것을 또한 알아야 한다.

본원에서 인용된 모든 특허, 공개된 출원 및 참조문헌의 교시 내용은 그 전문이 참조로 포함된다.

Claims

(1) 비극성 열가소성 중합체 및 극성 열가소성 중합체; 또는 (2) 극성 기를 포함하는 개질된 열가소성 중합체를 포함하는, 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지(thermoplastic blended potting resin)이며, 여기서 상기 극성 열가소성 중합체는 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지의 총 중량 퍼센트의 약 0.05 중량% 초과이고, 상기 극성 기는 개질된 열가소성 중합체의 총 중량의 약 0.1 중량% 초과인, 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지.
제1항에 있어서, 개질된 열가소성 중합체가, 개질된 열가소성 중합체의 총 중량의 약 0.05 중량% 내지 약 75 중량%의 극성 기를 포함하는 것인 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지.
제2항에 있어서, 극성 기가 아미드, 알콜, 산 무수물, 시아나이드, 술페이트, 술포네이트, 카르복실산, 알데히드, 아민 또는 암모늄 기인 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지.
제1항에 있어서, 극성 열가소성 중합체가 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지의 총 중량 퍼센트의 약 5 중량% 내지 약 100 중량%인 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지.
제1항에 있어서, 극성 열가소성 중합체가 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지의 총 중량 퍼센트의 약 5 중량% 내지 약 50 중량%인 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지.
제1항에 있어서, 비극성 열가소성 중합체가 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리(테트라플루오로에틸렌-코-퍼플루오로(알킬비닐에테르)), 퍼플루오로알콕시알칸 또는 퍼플루오로메틸알콕시인 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지.
제1항에 있어서, 극성 열가소성 중합체가 고밀도 폴리에틸렌 말레산 무수물, 에틸렌 비닐 알콜, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 아크릴산 또는 폴리부타디엔 말레산 무수물인 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지.
제1 단부 영역, 제2 단부 영역 및 중간 영역을 갖는 적어도 하나의 멤브레인; 및
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지
를 포함하며, 여기서 제1 단부 영역 및 제2 단부 영역 중 적어도 하나가 상기 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지로 캡슐화된 것인
블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인.
제8항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인이 중공 섬유, 편평 시트 또는 주름진 시트인 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인.
제9항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인이 중공 섬유인 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인.
제8항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인이 복수의 멤브레인인 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인.
제8항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인이 폴리아미드, 폴리이미드아미드, 폴리이미드, 폴리술폰, 셀룰로스 아세테이트, 폴리비닐 알콜 또는 폴리아크릴레이트인 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인.
멤브레인 분리 모듈이며,
제1 물질로 구성된 적어도 하나의 멤브레인으로서,
여기서 상기 적어도 하나의 멤브레인은 제1의 포팅된 단부 영역, 제2의 포팅된 단부 영역 및 개방 중간 영역을 가지며,
여기서 제1의 포팅된 영역 및 제2의 포팅된 영역은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지 내에 캡슐화된 것인, 적어도 하나의 멤브레인, 및
상기 블렌딩된 수지에 의해 멤브레인에 밀봉 접합된 제2 물질로 구성된 하우징
을 포함하고,
여기서 상기 두 포팅된 단부 영역은 열가소성의 블렌딩된 포팅 수지로 캡슐화되어 상기 두 포팅된 단부 영역과 개방 중간 영역 사이에 액밀 밀봉이 형성된 것인,
멤브레인 분리 모듈.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인이 중공 섬유, 편평 시트 또는 주름진 시트인 멤브레인 분리 모듈.
제13항에 있어서, (1) 제1 물질이 극성 물질이고, 제2 물질이 비극성 물질이거나; 또는 (2) 제1 물질이 비극성 물질이고, 제2 물질이 극성 물질인 멤브레인 분리 모듈.
하우징을 포함하는 유체 분리 장치이며,
여기서 상기 하우징은
제1 단부 및 제2 단부;
하우징 내에 수용되어 하우징의 내부를 제1 용적부 및 제2 용적부로 분할하는 분리 요소로서, 상기 분리 요소는 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 멤브레인 분리 모듈 및 상기 멤브레인 모듈의 상류 및 하류의 일련의 유동 통로를 포함하고, 상기 멤브레인 모듈은 블렌딩된 수지에 의해 하우징에 결합된 것인, 분리 요소;
유체 공급물을 하우징의 내부에 도입시키기 위한, 제1 단부에서의 제1 커넥터;
하우징의 내부로부터의 투과물을 제거하기 위한 제2 커넥터; 및
제1 커넥터에 부착되고 하우징 내에서 제2 단부로 종방향으로 연장됨으로써 제1 커넥터와 제2 단부 사이의 모든 유동을 지향시키는 중심 도관
을 가지며,
여기서 제2 단부는 제1 용적부와 유체 소통하고;
여기서 제2 용적부는 제2 커넥터와 유체 소통하고;
여기서 제1 커넥터에 공급된 유체가 분리 요소에 의해 처리되어, 투과물이 형성되고, 상기 투과물은 수집되어 제2 커넥터에 의해 제거되는 것인,
유체 분리 장치.
제16항의 유체 분리 장치 내에서의 액체의 여과 방법이며,
(a) 여과할 액체를 하우징의 제1 능동 커넥터에 도입시키는 단계;
(b) 여과할 액체를 분리 요소에 통과시켜 액체를 제1 용적부 및 제2 용적부로 분리하는 단계로서, 여기서 투과물이 제2 용적부에서 수집되는 것인 단계; 및
(c) 제2 용적부로부터의 투과물을 제2 능동 커넥터를 사용하여 제거하는 단계
를 포함하는 방법.
블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인의 제조 방법이며,
(a) 제1 물질로 구성되고, 제1 단부 영역, 제2 단부 영역 및 중간 영역을 갖는 적어도 하나의 멤브레인을 제공하는 단계;
(b) 상기 적어도 하나의 멤브레인의 제1 단부 영역 또는 제2 단부 영역 중 적어도 하나를 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 블렌딩된 포팅 수지의 용융된 압출물과 접촉시키는 단계로서,
여기서, 블렌딩된 포팅 수지는, 블렌딩된 포팅 수지가 적어도 하나의 극성 멤브레인 주위에서 유동하도록, 그의 융점보다 높은 온도로 충분히 가열되고,
여기서 극성 열가소성 중합체가, 용융된 블렌딩된 수지의 총 중량 퍼센트의 1 중량% 이상인, 단계,
(c) 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 용융된 블렌딩된 포팅 수지를 냉각시켜 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인을 형성하는 단계
를 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 단계 (b) 전에, 적어도 하나의 멤브레인은, 두 개의 단부를 갖는 중공 섬유 멤브레인 다발을 형성하는, 중공 섬유 멤브레인의 평행한 어레이에 실질적으로 평행한 축 상에 감긴 중공 섬유 멤브레인의 실질적으로 평행한 어레이로 배열된 복수의 중공 섬유인 방법.
제19항에 있어서, 블렌딩된 포팅 수지의 용융된 압출물이 중공 섬유 멤브레인 다발의 두 단부 각각으로 지향되는 것인 방법.
제20항에 있어서, 단계 (c) 전에, 블렌딩된 포팅 수지와 조합된 적어도 하나의 멤브레인을 밀봉된 용기 내에 배치하고, 중공 섬유 멤브레인의 평행한 어레이에 실질적으로 수직인 축 중심으로 회전시켜, 용융된 블렌딩된 수지가 두 단부 각각으로 가압되는 것인 방법.
유체 분리 장치의 제조 방법이며,
(a) 제1 단부 영역, 제2 단부 영역 및 중간 영역을 갖는 적어도 하나의 극성 멤브레인을 제공하는 단계;
(b) 상기 적어도 하나의 극성 멤브레인의 두 단부 영역 중 적어도 하나를 비극성 열가소성 중합체 및 극성 열가소성 중합체를 포함하는 용융된 블렌딩된 수지의 압출물과 접촉시키는 단계로서,
여기서, 용융된 블렌딩된 수지는, 용융된 블렌딩된 수지가 적어도 하나의 극성 멤브레인 주위에서 유동하도록 그의 융점보다 높은 온도로 충분히 가열되고,
여기서 극성 열가소성 중합체는 용융된 블렌딩된 수지의 1 중량% 이상인, 단계;
(c) 용융된 블렌딩된 수지를 냉각시켜, 두 개의 포팅된 단부를 포함하는 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인을 형성하는 단계;
(d) 두 개의 포팅된 단부를 포함하는 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인을 하우징 내에 삽입하는 단계;
(e) 두 개의 포팅된 단부를 하우징에 밀봉하기에 충분한 열을 하우징에 가하는 단계로서,
여기서, 블렌딩된 포팅된 멤브레인과 하우징 사이의 밀봉은 또한 블렌딩된 수지 포팅된 멤브레인의 두 단부 영역과 중간 영역 사이의 액밀 밀봉인, 단계
를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 하우징이 비극성 하우징이고, 멤브레인이 극성 멤브레인이거나; 또는 하우징이 극성 하우징이고, 멤브레인이 비극성 멤브레인인 유체 분리 장치.