KR20210063252A - 초순수로부터 실리카를 제거하기 위한 필터 및 사용 방법 - Google Patents

초순수로부터 실리카를 제거하기 위한 필터 및 사용 방법 Download PDF

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Abstract

초순수로부터 실리카를 제거하기 위한 필터 및 필터 장치, 및 상기 필터 및 상기 필터 장치를 사용하는 방법이 개시된다.

Description

초순수로부터 실리카를 제거하기 위한 필터 및 사용 방법{FILTER FOR REMOVING SILICA FROM ULTRA PURE WATER AND METHOD OF USE}
다수의 반도체의 제조 동안, 제조 단계에서 사용되는 화학물질은 초순수 (ultra pure water; UPW)로 반도체 웨이퍼 표면으로부터 헹구어져야 한다. 그러나, 세척수 중에 존재하는 불순물, 특히 다양한 형태 (용해된 형태, 콜로이드 형태 및 미립자 형태)의 실리카는 물이 증발한 후에 웨이퍼 표면 상에 남아, 생성되는 반도체 장치에 결함을 일으킬 수 있다. UPW로부터 실리카를 제거하기 위한 상업적으로 입수가능한 매체는 낮은 유량 및/또는 콜로이드 실리카 및/또는 미립자 실리카의 바람직하지 않은 보유 수준을 나타낸다.
본 발명은 선행기술의 단점 중 적어도 일부를 개선하는 것을 제공한다. 본 발명의 이들 및 다른 이점은 하기에 제시된 바와 같은 설명으로부터 명백해질 것이다
본 발명의 일 구현예는 초순수 (UPW)로부터 바람직하지 않은 물질을 제거하기 위한 필터를 제공하며, 상기 필터는 (a) 상류 표면 및 하류 표면을 갖는 미세다공성 양이온 하전된 막; 및 (b) 다공성 비대칭 막으로서, 제1 표면 및 상류 부분 및 하류 부분 및 제2 표면, 및 상기 상류 부분 및 상기 하류 부분을 포함하는, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크(bulk)를 갖는 다공성 비대칭 막을 포함하고, 상기 다공성 비대칭 막은 상기 제1 표면 및 상기 상류 부분으로부터 상기 하류 부분 및 상기 제2 표면으로의 방향으로 감소하는 기공 크기를 갖고, 상기 제2 표면은 나노다공성 평균 기공 크기를 갖는 외피(skin)를 포함하고, 상기 다공성 비대칭 막의 상기 제1 표면은 상기 미세다공성 양이온 하전된 막의 상기 하류 표면과 접촉한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, UPW의 여과 방법은 상기 UPW를 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 필터는 (a) 상류 표면 및 하류 표면을 갖는 미세다공성 양이온 하전된 막; 및 (b) 다공성 비대칭 막으로서, 제1 표면 및 상류 부분 및 하류 부분 및 제2 표면, 및 상기 상류 부분 및 상기 하류 부분을 포함하는, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크를 갖는 다공성 비대칭 막을 포함하고, 상기 다공성 비대칭 막은 상기 제1 표면 및 상기 상류 부분으로부터 상기 하류 부분 및 상기 제2 표면으로의 방향으로 감소하는 기공 크기를 갖고, 상기 제2 표면은 나노다공성 평균 기공 크기를 갖는 외피를 포함하고, 상기 다공성 비대칭 막의 상기 제1 표면은 상기 미세다공성 양이온 하전된 막의 상기 하류 표면과 접촉하며, 상기 방법은 상기 UPW를 상기 미세다공성 양이온 하전된 막을 통해 통과시킨 후 상기 UPW를 상기 다공성 비대칭 막을 통해 통과시키는 단계를 포함한다.
도 1은, 본 발명의 일 구현예에 따른 상류 미세다공성 양이온 하전된 막 및 하류 다공성 비대칭 막을 갖는 필터에 대한, 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 로그 보유 값 (log retention value; LRV)을 나타내는 그래프이다.
도 2는, 단일 다공성 비대칭 막을 갖는 필터에 대한, 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 로그 보유 값 (LRV)을 나타내는 그래프이다.
도 3은, 단일 미세다공성 양이온 하전된 막을 갖는 필터에 대한, 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 로그 보유 값 (LRV)을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 일 구현예에 따른 필터를 포함하는, 본 발명의 일 구현예에 따른 예시적인 필터 장치의 부분 절단 사시도를 예시한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, UPW로부터 바람직하지 않은 물질을 제거하기 위한 필터는 (a) 상류 표면 및 하류 표면을 갖는 미세다공성 양이온 하전된 막; 및 (b) 다공성 비대칭 막으로서, 제1 표면 및 상류 부분 및 하류 부분 및 제2 표면, 및 상기 상류 부분 및 상기 하류 부분을 포함하는, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크를 갖는 다공성 비대칭 막을 포함하며, 상기 다공성 비대칭 막은 상기 제1 표면 및 상기 상류 부분으로부터 상기 하류 부분 및 상기 제2 표면으로의 방향으로 감소하는 기공 크기를 갖고, 상기 제2 표면은 나노다공성 평균 기공 크기를 갖는 외피를 포함하며, 상기 다공성 비대칭 막의 상기 제1 표면은 상기 미세다공성 양이온 하전된 막의 상기 하류 표면과 접촉한다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, UPW의 여과 방법은 상기 UPW를 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 필터는 (a) 상류 표면 및 하류 표면을 갖는 미세다공성 양이온 하전된 막; 및 (b) 다공성 비대칭 막으로서, 제1 표면 및 상류 부분 및 하류 부분 및 제2 표면, 및 상기 상류 부분 및 상기 하류 부분을 포함하는, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크를 갖는 다공성 비대칭 막을 포함하고, 상기 다공성 비대칭 막은 상기 제1 표면 및 상기 상류 부분으로부터 상기 하류 부분 및 상기 제2 표면으로의 방향으로 감소하는 기공 크기를 갖고, 상기 제2 표면은 나노다공성 평균 기공 크기를 갖는 외피를 포함하고, 상기 다공성 비대칭 막의 상기 제1 표면은 상기 미세다공성 양이온 하전된 막의 상기 하류 표면과 접촉하며, 상기 방법은 상기 UPW를 상기 미세다공성 양이온 하전된 막을 통해 통과시킨 후 상기 UPW를 상기 다공성 비대칭 막을 통해 통과시키는 단계를 포함한다.
바람직한 구현예에서, 필터는 적어도 약 log 2 (약 99%)의, 약 10 나노미터 (nm) 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 로그 보유 값 (LRV)을 갖는다.
콜로이드 실리카 LRV는 당업계에 공지되어 있는 바와 같이 특성화될 수 있다. 바람직하게는, 콜로이드 실리카 LRV는 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자에 대해, SEMI C79-0113, "Guide to Evaluate the Efficacy of Sub-15 nm Filters used in Ultrapure Water (UPW) Distribution System" (2013)를 기초로 적어도 약 log 2 (약 99%)로 특성화된다.
바람직하게는, 여과된 UPW의 순도의 목표 수준은 10 nm에서 적어도 약 1.3 LRV이다.
유리하게는, 바람직한 유량을 유지하면서 실리카 및 경질 입자는 효율적으로 제거될 수 있다.
임의의 특정한 메커니즘에 제한되지 않으면서, 용해된, 콜로이드 및 미립자 실리카는 체질(sieving)과 다른 메커니즘의 조합에 의해 제거되는 것으로 믿어진다.
필터는, 상이한 구조 및/또는 기능, 예를 들어 예비여과, 지지, 배수, 간격두기(spacing) 및 완충(cushioning) 중 임의의 하나 이상 중 적어도 하나를 가질 수 있는 추가적인 요소, 층 또는 성분을 포함할 수 있다. 예시적으로, 필터는 또한 메쉬(mesh) 및/또는 스크린과 같은 적어도 하나의 추가적인 요소를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 필터는 미세다공성 양이온 하전된 막의 상류 표면과 접촉하는 상류 지지체, 및 다공성 비대칭 막의 하류 부분과 접촉하는 하류 지지체를 추가로 포함한다. 예를 들어, 상류 지지체 및 하류 지지체는 각각 메탈로센 메쉬 또는 스크린을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 필터는 중공 원통형 필터, 전형적으로 주름형 필터를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 필터 장치의 구현예는, 외부 케이지 및 내부 코어를 갖는 하우징에 배열된, 중공 원통형 구성을 갖는 필터의 일 구현예를 포함한다. 일부 구현예에서, 필터는 주름형 필터이다.
막은 임의의 적합한 기공 구조, 예를 들어 기공 크기 (예를 들어, 버블 포인트(bubble point)에 의해 또는 예를 들어 미국 특허 4,340,479에 기술된 바와 같은 KL에 의해 입증되거나, 또는 모세관 응축 유동 기공측정기(capillary condensation flow porometry)에 의해 입증된 바와 같음), 평균 유동 기공 (mean flow pore; MFP) 크기 (예를 들어, 기공분석기(porometer), 예를 들어 Porvair 기공분석기 (Porvair plc, Norfolk, UK), 또는 상표명 POROLUX (Porometer.com; Belgium) 하에 입수가능한 기공분석기를 사용하여 특성화되는 경우), 기공 등급(pore rating), 기공 직경 (예를 들어, 개질된 OSU F2 시험 (예를 들어, 미국 특허 4,925,572에 기술된 바와 같음)을 사용하여 특성화되는 경우), 또는 제거 등급(removal rating) 매체를 가질 수 있다. 사용되는 기공 구조는 이용되는 입자의 크기, 처리되는 유체의 조성 및 처리된 유체의 목적하는 유출 수준에 따라 달라진다.
전형적으로, 하전된 막은 약 0.01 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터 범위, 바람직하게는 약 50 nm 내지 약 100 nm 범위의 기공 크기를 갖는다.
다공성 비대칭 막의 제2 (또는 하류) 표면은, 전형적으로 약 3 나노미터 내지 약 1 나노미터 범위, 바람직하게는 약 2 나노미터의 나노다공성 평균 기공 크기를 갖는 외피를 포함한다.
전형적으로, 다공성 비대칭 막은 외피에서의 나노다공성 평균 기공 크기의 직경의 약 5배 내지 약 100배의 평균 직경을 갖는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 벌크 내 기공 크기를 갖는다.
본 발명의 성분 각각은 이제 하기에서 보다 상세히 기술될 것이다.
예시적인 하전된 막은, 예를 들어 미국 특허 6,565,748에 개시되어 있으며, 예시적인 비대칭 막은, 예를 들어 미국 특허 6,045,899; 6,110,369; 6,440,306; 6,565,782; 6,939,468; 및 7,125,493에 개시되어 있다.
예시적인 막은 하기에서 보다 상세히 논의된다.
하전된 막
바람직하게는, 형성된 초기 소수성 막의 양이온 전하 개질을 위해, 본 발명의 개선된 중합체 습윤제 중 임의의 것을 사용하여 상기 막이 친수성이 되게 하고, 그 후 상기 막을 짧은 기간 동안 수용액 중 제1 및 제2 전하 개질제와 동시에 간단히 접촉시키고, 그 후, 상기 막으로부터의 상기 제1 및 제2 전하 개질제의 침출을 감소시키는 가교를 유도하도록 설계된 열 조건 하에 상기 막을 건조시킨다. 제1 양이온 전하 개질제는 폴리아민, 예컨대 히드록시에틸화 폴리에틸렌이민 (HEPEI) 또는 아지리딘-에틸렌 옥시드 공중합체일 수 있다. 제2 양이온 전하 개질제는 고분자량 또는 저분자량 에피클로로히드린-개질된 고분지형 폴리아민일 수 있다. 이러한 폴리아민은 고분자량 KYMENE 736 및 KYMENE 450 수지 및 RETEN 201 (50,000 달톤) 저분자량 수지를 포함할 수 있다. 폴리아민의 분자량은 전형적으로, 형성되는 막의 "개방도"를 기초로 선택된다. 예를 들어, 고분자량 폴리아민은 바람직하게는 상대적으로 큰 기공 시트 또는 막과 관련하여 이용되는 반면, 저분자량 화합물은 0.02 μm 미만의 기공 크기를 갖는 막과 같은 "더 조밀한(tighter)" 기공 막과 관련하여 이용된다.
중합체 습윤제 중 임의의 것을 사용하여 친수성이 된, 형성된 초기 소수성 막은 또한 수용액 중 단독의 제1 또는 제2 전하 개질제와 잠시 접촉될 수 있으며, 그 후 가교를 유도하기 위한 열 조건 하에 상기 막을 건조시켜, 양이온 전하 개질된 막을 제조한다.
술폰 중합체와 양이온성 중합체 사이 및 양이온성 중합체 내의 가교의 형성을 보장하기 위해 에폭시드 가교제 또는 에피클로로히드린 개질된 폴리아민을 사용하지 않으면서, 술폰 중합체와 함께 비닐피롤리돈 및 양이온성 이미다졸리늄 화합물의 공중합체를 함유하는 중합체 블렌드를 캐스팅하여 막을 제조함으로써 막의 충분한 양이온 전하 개질을 달성할 수 있다. 중합체 블렌드를 캐스팅함으로써 제조된 막의 충분한 비가역성 양이온 전하 개질은 화학적으로 유도된 가교 공정이 전혀 없이 충분히 달성될 수 있다.
양이온 전하 개질 중합체와 그 자체 및 중합체 블렌드의 다른 성분과의 간단한 열-유도된 가교를 이용하여, 비가역적으로 양이온 하전된 막을 제조할 수 있다. 중합체 블렌드를 캐스팅하여 제조된 이러한 막은 또한 제1 및 제2 양이온 전하 개질제를 이용하는 상술한 방법으로 후처리될 수 있다.
습윤화 및 전하 개질에 적합한 형성된 막은 사실상, 습윤제들 및 양이온 전하 개질제들, 또는 습윤제 및 양이온 전하 개질제로의 처리를 가능하게 하도록 충분한 다공도를 갖는 임의의 형성된 초기 소수성 중합체 막을 포함한다. 형성된 막은 초기에 소수성이며, 유효량의 중합체 습윤제로의 표면 처리를 통해 친수성이 된다. 1종 초과의 중합체 습윤제가 또한 동시에 이용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 습윤제는 표면이 물에 의해 증가된 습윤성을 갖도록 하는 능력을 갖는다. 일반적으로, 적합한 습윤제는 친수성 화학 작용기, 예컨대 히드록실 기, 카복실산 기 등을 함유할 것이다. 중합체 습윤제는 HPC, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, Methocell™ 및 친수성 작용기를 갖는 다른 셀룰로오스 중합체 및 PVA로 이루어지는 군으로부터 선택되며, HPC가 특히 바람직하다.
막으로 형성될 수 있는 다양한 소수성 중합체는 상술한 습윤제로의 처리를 통해 친수성이 될 수 있다. 바람직한 중합체는 술폰 중합체, 예컨대 폴리술폰, 폴리아릴술폰 및 폴리에테르술폰, 플루오르화 중합체, 예컨대 폴리비닐리덴 디플루오 라이드 (PVDF) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리프로필렌 및 기타, 예컨대 폴리에틸렌을 포함한다.
바람직하게는, 제1 양이온 전하 개질제는 폴리아민 또는 아지리딘-에틸렌 옥시드 공중합체이다. 폴리아민 및 아지리딘-에틸렌 옥시드 공중합체는, 다른 작용기 또는 치환기와의 화학적 가교를 개시할 수 있는 임의의 에폭시드 또는 에피클로로히드린 또는 유사 치환기를 함유하지 않는다. 폴리아민은 바람직하게는 폴리에틸렌이민 및 유사 폴리아민으로부터 선택된다. 폴리아민은 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 2차 아민 및 카복실 또는 히드록실 치환기를 갖는 지방족 폴리아민이다.
아지리딘-에틸렌 옥시드 공중합체는 미국 특허 4,797,187에 개시되어 있는 바와 같은 적어도 하나의 양이온성 아지리디늄 치환기를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 제1 양이온 전하 개질제는 하기의 일반 구조를 갖는 히드록시에틸화 폴리에틸렌이민 (HEPEI)이다:
Figure pat00001
상기 식에서, R은 H 또는 중합체 사슬의 연속일 수 있다. 바람직한 HEPEI는 약 40,000 내지 80,000 달톤, 예를 들어 60,000 달톤의 분자량을 갖는다. 저분자량 폴리에틸렌이민 화합물이 또한 이용될 수 있다. 후자의 화합물의 하나의 예는 저분자량 폴리에틸렌이민인 폴리 G-20이다.
바람직하게는 HEPEI는 제2 양이온 전하 개질제와 함께 적합한 수용액 중에 용해되며, 상기 수용액은 선택적으로(optionally) 완충제 및 다른 작용제, 예컨대 등장화제(tonicity agent) 또는 전해질을 함유한다.
제2 양이온 전하 개질제는 일반적으로 약 1000 달톤 초과의 분자량을 갖는 수용성 유기 중합체로서 특성화될 수 있으며, 상기 중합체는, 제1 양이온 전하 개질제에 또는 습윤제 개질된 막의 표면에 결합할 수 있는 적어도 하나의 에폭시드 또는 에피클로로히드린 치환기를 갖고, 상기 중합체는 또한 양이온 전하 부위를 제공할 수 있는 적어도 하나의 3차 아민 또는 4차 암모늄 기를 갖는다. 예를 들어, 제2 양이온 전하 개질제는 에피클로로히드린-개질된 폴리아민, 예컨대 폴리아민 에피클로로히드린 수지, 폴리아미도-폴리아민 에피클로로히드린 수지, 또는 에피클로로히드린과 반응하는 디알릴질소-함유 재료를 기반으로 하는 수지일 수 있다. 이러한 수지는 전형적으로 폴리아민과 에피클로로히드린의 반응 생성물이며, (i) 3차 아민 또는 4차 암모늄 기, 및 (ii) 제1 양이온 전하 개질제에 또는 습윤제 개질된 막의 표면에 결합할 수 있는, 폴리아민 사슬을 따른 에폭시드 또는 에피클로로히드린 기를 갖는다. 미국 특허 4,673,504는 사용하기에 또한 적합한 양이온성 폴리아민 에피클로로히드린 수지를 개시한다. 처리되는 막의 기공 크기에 따라, 고분자량 또는 저분자량의 제2 양이온 전하 개질제가 사용될 수 있다. 적합한 에피클로로히드린-개질된 폴리아민의 예는 고분자량 KYMENE 736 및 KYMENE 450 수지 및 RETEN 201 (50 K MW) 저분자량 수지를 포함한다. KYMENE 736이 바람직하다. 이 수지의 화학 구조는 에피클로로히드린-개질된 4차 암모늄 기를 포함한다.
목적하는 경우, HEPEI를 KYMENE 736과 동시에 사용할 수 있다. 대안적으로, 양이온 전하 개질을 위해 HEPEI 또는 KYMENE 736이 단독으로 사용될 수 있다.
바람직하게는, 형성된 소수성 막은 (i) 중합체 습윤제, 예컨대 HPC (Krucel; Hercules Co. (Wilmington, Del.)로부터 입수가능함) 또는 Methocell™ (Dow Chemical Co. (Midland, Mich.)로부터 입수가능함)로 처리되어 친수성이 되고, (ii) 건조되고, (iii) 제1 및 제2 전하 개질제로 또는 어느 하나의 상기 개질제 단독으로 처리되고, (iv) 바람직하게는 열로 건조되며, 이는 추가적으로 가교를 유도하여 전하 개질제들 또는 전하 개질제의 침출을 최소화한다.
캐스트 막(cast membrane)의 경우, HPC로의 처리는 캐스팅 즉시 또는 캐스팅 직후 켄칭조(quench bath) 또는 헹굼조에서 편리하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 폴리술폰계 래시들로(Wrasidlo)-유형의 불안정한 분산상 반전 제형(dispersion phase inversion formulation)이 불활성 지지체 상에 캐스팅되고, HPC (약 0.01 w/v% 내지 약 0.5 w/v%)를 포함하는 수조를 사용하여 켄칭되어, 고도 이방성 미세여과 막(highly anisotropic microfiltration membrane)을 형성할 수 있다. 생성되는 막은, 건조 후, HPC 처리로 인하여 본질적으로 친수성이다.
형성된 막은 또한, 당업계에 공지되어 있는 다양한 절차에 의해 습윤제 (예를 들어, HPC)로 후처리되어 친수성 막을 얻을 수 있다. 예시적인 수용액은 일반적으로 대략 0.01 w/v% 내지 약 0.5% w/v%의 습윤제를 포함한다. 또한, 습윤제에 의한 막의 초기 수성 습윤화를 돕기 위해 저농도의 계면 활성제, 예컨대 조닐(Zonyl)이 이용될 수 있다. 다른 비이온성 또는 음이온성 계면 활성제가 또한 이용될 수 있다. 소량의 이소프로필 알콜 (약 0.6 w/v%)을 또한 사용하여 막의 습윤제 처리를 촉진할 수 있다. 다른 저분자량 용매가 또한 이용될 수 있다. 전형적으로, 처리는 습윤제를 함유하는 조(bath)에서 수행된다. 이어서, 막을 약 30초 동안 원심분리하여 과량의 유체를 제거한 다음, 적합한 온도 및 시간, 예를 들어 100℃에서 4시간 동안 오븐 건조시킬 수 있다.
막이 형성되고, 친수성이 되고, 바람직하게는 건조되면, 막은 전하 개질을 위한 준비상태가 된다. 바람직한 구현예에서, 막은 유효량의 수용액 중 제1 및 제2 전하 개질제와 동시에 또는 단독의 어느 하나의 상기 개질제와 접촉된다. 막을 전하 개질제들 또는 개질제와 접촉시키기 위한 다양한 절차가 적합하고, 당업계에 공지되어 있다.
양이온 전하 개질제의 유효량은 일반적으로, 약 0.1 w/v% 내지 약 5.0 w/v%, 바람직하게는 약 1.0 w/v% 내지 약 3.0 w/v%의, 제1 및 제2 전하 개질제 또는 단독의 어느 하나의 상기 개질제의 농도이다. 예를 들어, HEPEI 및 KYMENE 736이 각각 제1 및 제2 전하 개질제로서 사용되는 바람직한 구현예에서, 막은 1 w/v%의 HEPEI 및 1.2 w/v%의 KYMENE 736을 함유하는 수용액과 접촉된다. 막은 전형적으로 1초 내지 60초 동안 전하 개질제와 접촉된다. 전하 개질제들 또는 전하 개질제를 함유하는 수용액의 pH는 전형적으로 전하 개질제와 막의 상호작용을 최적화하도록 조정된다. HEPEI 및 KYMENE 736이 각각 제1 및 제2 전하 개질제로서 사용되는 구현예에서, 막은 약 8 내지 약 8.5의 pH를 갖는 수용액과 접촉될 수 있다.
술폰 중합체, 비닐피롤리돈 및 양이온성 이미다졸리늄 화합물의 공중합체, 저분자량 유기산 및 용매를 함유하는 혼합된 중합체 용액을 필름에 캐스팅하고, 생성된 필름을 수조에서 켄칭시키고, 응집된 막을 세척 및 건조시킴으로써 양이온 전하 개질된 막이 제조될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 술폰 중합체는 폴리술폰, 폴리아릴술폰 및 폴리에테르술폰으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 폴리에테르술폰이 바람직하다. 미국 특허 5,531,893에 기술된 바와 같은 화학 구조 및 분자량 범위를 갖는 폴리에테르술폰이 이용될 수 있다. 일반적으로, 약 5 내지 약 50 중량% (예를 들어, 약 10 내지 약 25 중량%) 농도의 술폰 중합체가 중합체 용액에 이용될 수 있다. 비닐피롤리돈 및 양이온성 이미다졸리늄 화합물의 공중합체는, 임의의 수의 반복 비닐피롤리돈 기 및 이미다졸리늄 기를 함유하는 임의의 공중합체일 수 있다. 일반적으로, 약 0.5 내지 약 10 중량% 농도의 공중합체가 중합체 용액에 이용될 수 있다.
비대칭 막
비대칭 막은 바람직하게는 상대적으로 소수성인 중합체를 이용하여 제조된다. 소수성 중합체는 술폰 중합체이며, 이는 술폰 모이어티를 함유하는 임의의 중합체를 포함한다. 적합한 술폰 중합체의 예는 폴리술폰, 폴리에테르술폰 및 폴리아릴술폰이다. 소수성 중합체에 더하여 친수성 제2 중합체가 이용된다. 바람직하게는, 제2 중합체는 폴리비닐피롤리돈이다. 이는 또한 폴리비닐피롤리돈의 공중합체 유도체, 예컨대 폴리비닐피롤리돈/폴리비닐아세테이트 공중합체일 수 있다.
캐스팅 용액은 전형적으로, 중합체를 위한 용매 및 중합체를 위한 비용매(non-solvent) 둘 모두를 포함한다. 중합체를 위한 비용매는 바람직하게는, 제2 중합체가 존재하는 경우, 제2 중합체를 위한 용매이다. 또한, 도프(dope) 용액이 제조될 때, 친수성인 제2 중합체는 그 자체로 중합체를 위한 추가적인 비용매로서 작용할 수 있다. 따라서, 비용매는 중합체의 용해도에 기여하지 않는 도프 혼합물의 임의의 부분을 포함할 수 있다. 비용매의 집합 군은 참조의 편의를 위해 "중합체 비용매" 및 "비중합체(nonpolymer) 비용매" 또는 "다른 비용매"로 세분화될 수 있다. 전형적인 중합체 비용매는 폴리비닐피롤리돈이고, 전형적인 비중합체 비용매는 물이다.
캐스팅 용액은 바람직하게는 균질하며, 안정하다. 예시적으로, 캐스팅 제형은 하기 비를 이용하여 제조될 수 있다.
Figure pat00002
이 제형에서, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐피롤리돈 및 물은 모두 도프 혼합물 중 비용매로서 작용한다. 따라서, 이 제형에서, 총 비용매는 도프 혼합물의 약 18.5% 내지 45%를 구성할 수 있다.
비대칭 막은 통상적으로, 당업계에 공지되어 있는 절차를 사용하여 캐스팅된다. 막을 켄칭시키기에 앞서 캐스트 막을 습한 공기에 노출시키는 것이 바람직하다. 노출 시간은 막 기공에 대해 목적하는 개방도의 정도에 따라 달라질 수 있다. 습한 공기 노출은 형성되는 막의 기공을 개방시키도록 작용한다. 바람직한 노출 시간은 2 내지 20초 범위, 바람직하게는 2 내지 15초 범위, 가장 바람직하게는 3 내지 10초 범위이다. 상대 습도는 바람직하게는 약 50% 내지 90%의 상대 습도, 보다 바람직하게는 55% 내지 80%의 상대 습도, 가장 바람직하게는 60% 내지 75%의 상대 습도 범위를 갖는다.
비대칭 중합체 막은 상대적으로 큰 미세다공성 외피 기공을 가지면서 상당한 정도의 비대칭을 보유한다. 일반적으로, 본 발명의 막의 미세다공성 외피 기공의 평균 미세다공성 외피 기공 크기 또는 직경은 약 0.1 μm 초과, 전형적으로 0.5 μm 또는 1.0 μm 초과이다.
본원에 사용된 "실질적으로 비대칭"은 미국 특허 4,629,563; 4,774,039; 5,188,734; 및 5,171,445에 따라 제조된 막에 개시된 것 및 상기 막이 갖는 것과 유사한 비대칭 정도를 의미한다. 이에 관하여, 막은 전형적으로 약 0.1 μm 초과의 평균 미세다공성 외피 기공 크기를 갖는 반면, 캐스팅 동안 지지 종이 또는 벨트에 인접한 측인 반대 측 상에서 SEMS는 평균 기공 크기가 평균 미세다공성 외피 기공 크기의 적어도 5배임을 나타낸다. 따라서, 미세다공성 외피 기공 크기 대 캐스트 표면 기공 크기의 비는 약 5:1이고, 일부 구현예에서 10:1, 50:1, 100:1, 또는 심지어 1000:1이다.
비대칭 막은 균질한 용액뿐만 아니라 분산액으로부터 제조될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 본 발명의 막은 균질한 용액으로부터 제조된다. 균질한 용액은 용매의 단독 사용 또는 비용매와 조합한 사용을 통해 제조될 수 있다. 분산액으로부터 제조된 막은 균질한 용액으로부터 제조된 것과 동일한 일반적인 범위의 버블 포인트를 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 막은 일반적으로 켄칭 전에 공기에 대한 더 긴 기간의 노출을 요구한다.
비대칭 막은 바람직하게는, 소수성 중합체, 예컨대 예를 들어 술폰 중합체; 친수성 중합체, 예컨대 예를 들어 폴리비닐피롤리돈; 및 소수성 중합체 및 친수성 중합체를 위한 적합한 용매를 함유하는 균질한 용액으로부터 제조된다. 폴리술폰이 이용되는 경우, 중합체 농도는 일반적으로 약 8 내지 17%, 보다 바람직하게는 약 9 내지 15%, 가장 바람직하게는 약 10 내지 12%이다.
친수성 중합체는 소수성 중합체와 상용성인 임의의 중합체일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 친수성 중합체는 폴리비닐피롤리돈이다. 또 다른 바람직한 구현예에서, 친수성 중합체는 폴리비닐피롤리돈 및 폴리비닐아세테이트의 공중합체이다. 친수성 중합체는 약 3 내지 15%, 보다 바람직하게는 약 3 내지 12%, 가장 바람직하게는 4 내지 10%로 포함된다.
용매는 소수성 중합체 및 친수성 중합체 각각에 대해 우수한 용매이도록 선택된다. 소수성 중합체가 폴리술폰이고, 친수성 중합체가 폴리비닐피롤리돈인 경우, N-메틸 피롤리딘, 디메틸 포름아미드 및 디메틸 아세트아미드가 용매로서 효과적으로 작용한다. 매우 바람직한 구현예에서, 디메틸 포름아미드가 용매로서 이용된다.
부분 또는 완전 분산 제형은 적어도 소수성 중합체를 위한 비용매의 포함을 통해 제조될 수 있다. 예를 들어, 분산 캐스팅 도프(dispersion casting dope)를 생성하기에 충분한 양으로 물이 제형에 첨가될 수 있다. 대안적으로, 더 적은 양의 비용매 또는 물보다 더 약한 비용매를 이용하여 균질한 용액을 형성할 수 있다. 완전 분산이 목적되는 경우, 또 다른 비용매, 예를 들어 비용매로서 물을 대체하거나 또는 보충하기에 충분한 양의 3차 아밀 알콜과 같은 알콜을 첨가할 수 있다. 따라서, 비용매의 조합 또는 단일 종의 비용매를 이용하여 특정한 품질을 갖는 캐스팅 도프를 제조할 수 있다. 높은 비용매 농도를 사용하여 분산 제형을 생성할 수 있는 반면, 더 낮은 비용매 농도를 사용하여 균질한 용액을 형성할 수 있다. 비중합체 비용매의 양은 약 0.1% 내지 약 10% 변할 수 있다. 바람직하게는, 물은 균질한 캐스팅 도프를 제조하기에 효과적인 양으로 비중합체 비용매로서 이용된다. 예를 들어, 물이 비용매로서 이용되는 경우, 물은 바람직하게는 약 0.1% 내지 약 3.0%, 매우 바람직한 구현예에서 약 1% 내지 2%로 캐스팅 도프 중에 포함된다.
중합체 용액은 전형적으로 얇은 필름으로 캐스팅되고, 사전결정된 기간 동안 기체 환경에 노출된 다음, 비용매 중에서 켄칭된다. 본 발명의 막은 당업계에 공지되어 있는 다양한 절차를 사용하여 캐스팅될 수 있다. 캐스팅 후, 캐스팅 분산액 또는 용액은 당업계에 공지되어 있는 절차를 사용하여 켄칭된다. 전형적으로, 켄칭은 이동하는 벨트 상의 캐스트 막을 켄칭 액체, 예컨대 수조 내로 이동시킴으로써 달성된다. 켄칭 액체는 가장 흔하게 물이다. 수조에서, 켄칭 작업은 중합체를 침전시키거나 또는 응집시키고, 필요한 기공 크기를 갖는 미세다공성 외피 및 특징적인 구조를 갖는 지지 영역을 생성할 수 있다. 생성된 막은 통상적으로, 혼입된 용매를 세척 제거하고, 건조되어 추가 증분의 용매, 희석제 및 켄칭 액체를 배출하여, 막을 회수할 수 있다.
일반적으로, 비대칭 막의 제조 시, 켄칭에 앞서, 캐스트 필름은 앞서 논의된 바와 같이 큰 표면 기공의 형성을 유도하기에 충분히 오랫동안 공기에 노출되어야 한다. 노출이 짧을수록 습도가 높아야 하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 더 높은 주변 공기 온도에서, 동일한 효과를 위해 상대 습도는 낮아질 수 있다. 일반적으로, 켄칭이 더 따뜻할수록, 막은 더 많이 개방될 것이다.
일반적으로, 약 20℃ 내지 35℃의 캐스팅 용액 또는 분산액 온도, 및 약 20℃ 내지 70℃, 바람직하게는 30℃ 내지 약 60℃의 켄칭조 온도가 이용된다. 켄칭조의 온도는 막의 미세다공성 외피의 기공 크기 및 또한 이의 비대칭성에서 현저한 변화를 일으키는 것으로 보인다. 더 높은 켄칭 온도가 이용되는 경우, 막은 더 큰 외피 기공 및 향상된 비대칭성 둘 모두를 갖는다. 반대로, 더 낮은 온도가 이용되는 경우, 더 작은 기공이 형성되고, 비대칭성이 감소될 수 있다.
바람직하게는, 캐스팅 용액 또는 분산액은 캐스팅 후에 그러나 켄칭 전에 습한 공기에 노출된다. 상대 공기 습도는 바람직하게는 약 60% 초과이다. 또한, 공기는 바람직하게는 캐스팅 용액 또는 분산액과의 접촉을 향상시키기 위해 순환된다. 순환은, 예를 들어 팬(fan)을 사용하여 달성될 수 있다.
노출 시간은 일반적으로 약 2초 내지 약 20초이다. 이 범위에 걸쳐 노출 시간을 증가시키는 것은 생성되는 막의 투과도를 증가시키는 경향이 있다.
일부 구현예에서, 비대칭 막은 15개 기공/1000 μm2 초과의 기공 밀도를 갖는다. 예를 들어, 기공 밀도는 25개 기공/1000 μm2 이상, 예를 들어 30개 기공/1000 μm2 초과일 수 있다.
하전된 막 및 비대칭 막은 임의의 목적하는 임계 습윤 표면 장력 (critical wetting surface tension (CWST); 예를 들어 미국 특허 4,925,572에 정의된 바와 같음)을 가질 수 있으며, 당업계에 공지되어 있는 바와 같이, 예를 들어 미국 특허 5,152,905, 5,443,743, 5,472,621 및 6,074,869에 또한 개시되어 있는 바와 같이 선택된다. 전형적으로, 상기 막은 각각 약 50 dyn/cm (약 50 x 10-5 N/cm) 이상, 일부 구현예에서 약 60 dyn/cm (약 60 x 10-5 N/cm) 이상의 CWST를 갖는다.
본 발명의 구현예에 따르면, 막, 필터 및/또는 필터 요소는 평면형, 주름형 및 중공 원통형을 포함하는 다양한 구성을 가질 수 있다. 본 발명의 구현예는 "펴진 주름(laid-over-pleat)" (LOP) 필터 및 필터 장치 구성 (예를 들어, 미국 특허 5,543,047에 기술되어 있는 바와 같음)에 특히 적합하다.
필터는, 상이한 구조 및/또는 기능, 예를 들어 예비여과, 지지, 배수, 간격두기 및 완충 중 임의의 하나 이상 중 적어도 하나를 가질 수 있는 추가적인 요소, 층 또는 성분을 포함할 수 있다. 예시적으로, 필터는 또한 메쉬 및/또는 스크린 또는 직물 또는 부직포와 같은 적어도 하나의 추가적인 지지체 및/또는 배수 요소를 포함할 수 있다.
상업적으로 입수가능한 매체를 포함하는 다양한 매체가 지지 및/또는 배수를 제공하는 데 적합하다. 지지체 및/또는 배수 재료 (메쉬 및 직물)는, 여과되는 유체 (UPW) 및 온도와 같은 적용가능한 여과 파라미터에 적합한 임의의 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
중합체인 메쉬를 포함하는 이들 구현예에서, 중합체 메쉬는 직조 메쉬 및 압출된 메쉬의 형태로 제공된다. 어느 유형이든 이용될 수 있지만, 압출된 메쉬가, 더 평활하며 따라서 필터 매체의 인접한 층의 더 적은 마모를 생성하기 때문에 바람직할 수 있다. 압출된 메쉬는 평행한 가닥들의 제1 세트 및 제1 세트의 가닥들과 비스듬히 교차하는 평행한 가닥들의 제2 세트를 가질 수 있다. 압출된 메쉬는 대칭 또는 비대칭으로서 분류될 수 있다. 대칭 메쉬에서, 가닥들의 제1 또는 제2 세트 중 어떠한 것도, 메쉬가 메쉬 제조 기계로부터 나오는 방향인, 메쉬의 소위 "기계 방향"으로 연장되지 않는다. 비대칭 메쉬에서, 가닥들의 상기 세트 중 하나는 기계 방향에 평행하게 연장된다. 대칭 또는 비대칭 메쉬가 본 발명의 구현예에 따라 사용될 수 있다.
다양한 메쉬가 본 발명의 구현예에 따라 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 적합한 압출된 중합체 메쉬는 상표명 DELNET 하에 Schweiter-Mauduit International Inc. (Alpharetta, GA)로부터 입수가능한 것을 포함한다.
메쉬는 이들의 두께 및 인치당 가닥 수에 의해 특성화될 수 있다. 이들 치수는 임의의 특정한 값으로 제한되지 않으며, 메쉬의 목적하는 가장자리 유동(edgewise flow) 특성 및 목적하는 강도에 따라 선택될 수 있다. 전형적으로, 메쉬는 인치당 적어도 약 5개 가닥의 메쉬 카운트(mesh count)를 갖는다.
중합체인 부직포를 포함하는 이들 구현예에서, 부직포는, 여과되는 유체 및 온도와 같은 적용가능한 여과 파라미터에 적합한 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 (예를 들어, 나일론)를 포함하는 임의의 중합체 재료로부터 제조될 수 있다.
다양한 부직포가 본 발명의 구현예에 따라 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 적합한 부직포는 상표명 REEMAY (예를 들어, REEMAY 2011 및 REEMAY 2250) 및 TYPAR 하에 Avintiv Technical Nonwovens (Old Hickory, TN)로부터 입수가능한 폴리에스테르 스펀본디드(spunbonded) 부직포를 포함한다.
일부 구현예에서, 지지 및/또는 배수 매체는 메탈로센 매체, 예를 들어 메탈로센 폴리에틸렌 매체, 예컨대 중밀도 폴리에틸렌 (mMDPE) 매체를 포함한다. 적합한 메탈로센 매체는, 예를 들어 Chevron Phillips Chemical Company, Univation Technologies, Exxon Mobil Corporation, Tricon Energy Inc., INEOS Olefins and Polymers, The Dow Chemical Company, R. POLYMERS PVT. LTD., B LyondellBasell Industries Holdings. V, ChemChina, Repsol, Total Petrochemical & Refining USA Inc., Reliance Industries Limited, Borealis AG, Braskem 및 Prime Polymer Co. Ltd.로부터 입수가능하다.
복수의 필터 요소를 포함하는 일부 구현예에서, 필터는 전형적으로, 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 포함하며 입구와 출구 사이에 적어도 하나의 유체 유동 경로를 획정하는 하우징에 배치되어 (여기서, 필터는 유체 유동 경로를 가로지름), 필터 장치를 제공한다. 바람직하게는, 필터 장치는 살균가능하다. 적합한 형상을 가지며 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 제공하는 임의의 하우징이 이용될 수 있다.
예를 들어, 도 4는 하우징(100)에 배열된 하전된 막(501) 및 비대칭 막(502)을 포함하는 필터(500) (주름형 필터로서 예시됨)를 포함하는 예시적인 필터 장치(1000)를 도시하며, 여기서 필터는 일반적으로 원통형 형태를 갖고, 하우징은 필터의 단부를 밀봉하는 2개의 단부 캡(101, 102)을 포함한다. 필터의 내부를 나타내기 위해 상부 단부 캡(101) (이는 출구(10)를 포함함) 및 필터(500)의 일부가 부분적으로 절단되어 있다. 이러한 예시된 구현예에서, 외부 케이지(110) (이는 입구를 제공하는 개구(111)를 포함함)가 필터의 외주를 따라 배치되고, 단부 캡이 케이지에 (목적하는 경우, 필터의 단부에) 밀봉된다. 필터는 복수의 종방향 곡선 주름 또는 방사상 주름 (미도시)을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 구현예에서, 원통형 코어(120)는 필터의 내주를 따라 동축으로 배치된다. 상기 코어는 전형적으로, 필터가 방사상 내부로 (외측에서 내측으로)의 유체 유동을 겪는 경우 사용된다. 대안적으로, 필터가 방사상 외부로 (내측에서 외측으로)의 유체 유동을 겪는 경우, 원통형 코어는 필요하지 않을 수 있다.
예시된 필터는, 적어도 하나의 측, 바람직하게는 상류 측 상에, 보다 바람직하게는 필터의 상류 및 하류 측 둘 모두에 배치된 지지 및/또는 배수 매체를 추가로 포함한다 (도 4는 상류 및 하류 매체(511, 512)를 예시함). 지지 및/또는 배수 매체는 필터의 대향 표면이 서로 접촉하게 되는 것을 방지하고, 유체가 필터 표면의 실질적으로 모든 부분으로 또는 실질적으로 모든 부분으로부터 균일하게 유동하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 사실상 필터의 전체 표면적이 여과에 효과적으로 사용될 수 있다.
지지 및/또는 배수 매체를 포함하는 필터는 주름형성에 앞서 또는 주름형성과 동시에 종래의 필터 제조 기술에 의해 복합물로 형성될 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 예시하지만, 물론, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
실시예
본 실시예는 개별 막을 갖는 필터와 비교하여 본 발명의 구현예에 따른 2개의 막을 갖는 필터의 놀라운 상승작용적 효과를 입증한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 필터는, 미국 특허 6,565,748에 일반적으로 기술된 바와 같이 제조된 미세다공성 양이온 (아민) 하전된 막, 및 미국 특허 6,045,899에 일반적으로 기술된 바와 같이 제조된 다공성 비대칭 막을 갖도록 제조된다. 필터는, 여과 동안, 하전된 막이 비대칭 막의 상류에 있도록 배열된다.
미세다공성 양이온 하전된 막은 약 50 나노미터 (nm) 내지 약 100 nm 범위의 평균 기공 크기를 갖는다. 다공성 비대칭 막은 평균 기공 크기가 약 2 nm인 기공을 갖는 외피 (막의 하류 또는 제2 표면)를 갖는다.
각각의 막은 약 60 dyn/cm (약 60 x 10-5 N/cm)의 CWST를 갖는다.
단일 미세다공성 양이온 하전된 막 및 단일 다공성 비대칭 막을 갖는 필터가 또한 제조된다.
필터는 주름형이며, 상부 및 하부 메쉬 부직포 지지 및/또는 배수 매체 사이에 위치되고, 도 4에 일반적으로 도시된 바와 같이 케이지 및 코어를 갖는 하우징에 위치된다.
상기 3개의 필터를 SEMI C79-0113, "Guide to Evaluate the Efficacy of Sub-15 nm Filters used in Ultrapure Water (UPW) Distribution System" (2013)에 따라 시험하였다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 단일 다공성 비대칭 막을 갖는 필터는 약 log 0.15 내지 약 0.2 (약 20% 미만)의, 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 LRV를 갖는다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 단일 미세다공성 양이온 하전된 막을 갖는 필터는 약 log 1.1 (약 90%)의, 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 LRV를 갖는다.
놀랍게도, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 구현예에 따른 필터는 약 log 2 (약 99%)의, 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 LRV를 갖는다.
본원에 인용된 간행물, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참조문헌은, 마치 각각의 참조문헌이 참조에 의해 통합되는 것으로 개별적으로 그리고 구체적으로 표시되며 그 전문이 본원에 제시되어 있는 것과 같은 동일한 정도로, 본원에 참조로 통합된다.
본 발명을 기술하는 문맥에서 (특히 하기 청구범위의 문맥에서) 단수 용어 및 용어 "상기" 및 "적어도 하나" 및 유사한 지시대상의 사용은 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 명확히 모순되지 않는 한, 단수형 및 복수형 둘 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목의 열거에 이어지는 용어 "적어도 하나" (예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나")의 사용은 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 명확히 모순되지 않는 한, 열거된 항목으로부터 선택된 하나의 항목 (A 또는 B) 또는 열거된 항목 중 둘 이상의 임의의 조합 (A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "포함하여" 및 "함유하는"은 달리 언급되지 않는 한 개방형 용어 (즉, "포함하나 이에 제한되지 않음"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본원에서 달리 명시되지 않는 한, 본원에 열거된 수치의 범위는 단지 상기 범위 내에 속하는 각각의 개별 수치를 개별적으로 지칭하는 것의 약칭 방법(shorthand method)으로서의 역할을 하는 것이며, 마치 본원에서 수치가 개별적으로 열거되어 있는 것과 같이 각각의 개별 수치가 본 명세서에 포함된다. 본원에 기술된 모든 방법은 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 달리 명확히 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 예 및 모든 예, 또는 예시적인 언어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 보다 이해하기 쉽게 하기 위한 것이며, 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위에 제한을 두기 위한 것은 아니다. 본 명세서의 어떠한 언어도 임의의 청구되지 않은 요소가 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
본 발명을 수행하는 데 있어서 발명자들에게 알려진 최적의 방식을 포함하여, 본 발명의 바람직한 구현예가 본원에 기술되어 있다. 상기 설명을 읽어나감에 따라, 이러한 바람직한 구현예의 변형은 당업계의 통상의 기술자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 숙련된 기술자가 이러한 변형을 적절하게 이용할 것을 예상하며, 본 발명자들은 본 발명이 본원에 구체적으로 기술된 것과 다르게 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 준거법에 의해 허용되는 것과 같이 본원에 첨부된 청구범위에 열거된 발명대상의 모든 수정사항 및 균등물을 포함한다. 또한, 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 달리 명확히 모순되지 않는 한, 본 발명의 모든 가능한 변형에 있어서의 상술한 요소들의 임의의 조합도 본 발명에 포함된다.

Claims (11)

  1. 하기를 포함하는, 초순수 (ultra pure water; UPW)로부터 바람직하지 않은 물질을 제거하기 위한 필터:
    (a) 상류 표면 및 하류 표면을 갖는 미세다공성 양이온 하전된 막; 및
    (b) 다공성 비대칭 막으로서, 제1 표면 및 상류 부분 및 하류 부분 및 제2 표면, 및 상기 상류 부분 및 상기 하류 부분을 포함하는, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크(bulk)를 가지며, 상기 다공성 비대칭 막은 상기 제1 표면 및 상기 상류 부분으로부터 상기 하류 부분 및 상기 제2 표면으로의 방향으로 감소하는 기공 크기를 갖고, 상기 제2 표면은 나노다공성 평균 기공 크기를 갖는 외피(skin)를 포함하며, 상기 다공성 비대칭 막의 상기 제1 표면은 상기 미세다공성 양이온 하전된 막의 상기 하류 표면과 접촉하는, 다공성 비대칭 막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노다공성 평균 기공 크기가 약 3 나노미터 이하인 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공성 비대칭 막이, 상기 외피에서의 상기 나노다공성 평균 기공 크기의 직경의 약 5배 내지 약 100배의 평균 직경을 갖는 기공 크기를 갖는, 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 비대칭 막이 술폰 막을 포함하는, 필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 술폰 막이 폴리아릴술폰 막 또는 폴리에테르술폰 막 또는 폴리술폰 막을 포함하는, 필터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 약 log 2 (약 99%)의, 약 10 nm 내지 약 12 nm 범위의 평균 직경 크기를 갖는 입자의 콜로이드 실리카 로그 보유 값 (log retention value; LRV)을 갖는 필터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세다공성 양이온 하전된 막의 상기 상류 표면과 접촉하는 상류 지지 및/또는 배수 매체, 및 상기 다공성 비대칭 막의 상기 하류 부분과 접촉하는 하류 지지 및/또는 배수 매체를 추가로 포함하는 필터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 원통형 필터를 포함하는 필터.
  9. 제8항에 있어서, 주름형 필터를 포함하는 필터.
  10. 외부 케이지 및 내부 코어를 갖는 하우징에 배열된, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 필터를 포함하는 필터 장치.
  11. 초순수 (UPW)의 여과 방법으로서, 상기 초순수를 필터를 통해 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 필터는
    (a) 상류 표면 및 하류 표면을 갖는 미세다공성 양이온 하전된 막; 및
    (b) 다공성 비대칭 막으로서, 제1 표면 및 상류 부분 및 하류 부분 및 제2 표면, 및 상기 상류 부분 및 상기 하류 부분을 포함하는, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크를 가지며, 상기 다공성 비대칭 막은 상기 제1 표면 및 상기 상류 부분으로부터 상기 하류 부분 및 상기 제2 표면으로의 방향으로 감소하는 기공 크기를 갖고, 상기 제2 표면은 나노다공성 평균 기공 크기를 갖는 외피를 포함하고, 상기 다공성 비대칭 막의 상기 제1 표면은 상기 미세다공성 양이온 하전된 막의 상기 하류 표면과 접촉하는, 다공성 비대칭 막
    을 포함하고,
    상기 여과 방법은 상기 UPW를 상기 미세다공성 양이온 하전된 막을 통해 통과시킨 후 상기 UPW를 상기 다공성 비대칭 막을 통해 통과시키는 단계를 포함하는, 여과 방법.
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