KR20230098726A - 다공성 폴리파라크실릴렌 막 또는 다공성 폴리파라크실릴렌/폴리테트라플루오로에틸렌복합막을 포함하는 고유량 액체 여과 장치 - Google Patents
다공성 폴리파라크실릴렌 막 또는 다공성 폴리파라크실릴렌/폴리테트라플루오로에틸렌복합막을 포함하는 고유량 액체 여과 장치 Download PDFInfo
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Abstract
다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 여과 물품을 포함하는 여과 장치가 제공된다. PPX 여과 물품은 적어도 하나의 PPX 폴리머 막 층 및 하나 이상의 기재를 포함한다. 임의로, PPX 여과 물품은 하나 이상의 지지층(들)을 포함할 수 있다. PPX 폴리머 막은 약 1 nm 내지 약 100 nm의 공극 크기를 갖는다. 여과 물품은 약 0.6 cm3/m2 미만의 PVA_20 및/또는 약 30 g/m2 미만의 질량/면적(MPA)을 갖는다. PPX 여과 물품은 높은 투과도로, 공급물 유체로부터 나노입자를 분리하고 보유한다. 사용시, PPX 여과 물품은, 나노입자가 분리되고 공급물 유체로부터 제거되는 여과 물품 내의 적어도 하나의 PPX 폴리머 막에 공급물 유체를 통과시킴으로써, 공급물 흐름으로부터 나노입자를 여과한다. PPX 폴리머 막은 화학 침식, 감마선에 대한 내성이 있을 수 있고, 열적으로 안정하고 생체 적합성이며 강인하다.
Description
본 발명은 일반적으로는 폴리파라크실릴렌에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 적어도 하나의 PPX 폴리머 막 층을 내부에 갖는 적어도 하나의 다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 여과 물품을 함유하는 액체 여과 장치에 관한 것이다. 다공성 PPX 여과 물품을 제조하는 방법 및 PPX 여과 장치를 사용하는 방법이 또한 제공된다.
다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 액체 매질로부터 비교적 큰 나노입자(예컨대, 약 20 나노미터(nm) 내지 100 nm)를 분리하기 위한, 예를 들어 반도체 및 제약 산업에서 사용하기 위한 초순수를 제조하기 위한 필터 매체로서 사용되어 왔다. 다공성 PTFE는 흔히 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)이라고 지칭되는 팽창된 형태일 수 있으며, 이것은 상대적으로 큰 나노입자 여과를 위해 매우 작은 평균 공극 크기로 제조될 수 있는 고다공성 망을 제공하는 노드 및 피브릴 미세 구조를 갖는다.
그러나, 비교적 작은 나노입자(예컨대, 약 5 nm 내지 약 25 nm 미만)의 보유를 위한 ePTFE 막의 여과 성능에는 한계가 있다. 보다 구체적으로, ePTFE 막으로 달성할 수 있는 보유율 및 플럭스에는 한계가 있다.
따라서, 이상적으로는 액체 매체가 고유량으로 이동하는 경우에, 액체 매체로부터, 비교적 큰 나노입자 및 비교적 작은 나노입자를 포함하는 나노입자(예컨대, 약 5 nm 내지 약 100 nm)와 같은 다양한 유형 및 크기의 입자들을 분리하고 보유할 수 있는 여과막에 대한 여구가 당업계에 있다. 적합한 입자의 비제한적인 예는 단백질, 거대 분자, 바이러스, 콜로이드 입자, 미셀, 소낭 및 내독소/피로겐을 포함한다. 여과막은 또한 화학 침식에 대해 내성이고, 감마선에 대해 내성이며, 열적으로 안정하고, 생체 적합성이며, 강인해야 한다.
한 예("실시예 1")에 따르면, 공급물 유체를 여과하는 방법은, 입자 집단을 갖는 공급물 유체를 적어도 하나의 PPX 폴리머 막에 통과시킴으로써, 입자 집단의 적어도 일부가 공급물 유체로부터 분리되도록 하는 것을 포함한다.
다른 예("실시예 2")에 따르면, 실시예 1에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 50 마이크론 이하의 두께를 갖는다.
다른 예("실시예 3")에 따르면, 실시예 2에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.05 마이크론 내지 약 3 마이크론의 두께를 갖는다.
다른 예("실시예 4")에 따르면, 앞선 실시예들 중 어느 하나에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 PPX-N, PPX-AF4, PPX-VT4, 또는 이들의 조합을 포함한다.
다른 예("실시예 5")에 따르면, 앞선 실시예들 중 어느 하나에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 다공성 기재의 적어도 한 면에 결합된다.
다른 예("실시예 6")에 따르면, 실시예 5에 더하여, 다공성 기재는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE), 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 실리콘, 유리 및 아연으로부터 선택된 재료를 포함한다.
다른 예("실시예 7")에 따르면, 실시예 5에 더하여, 다공성 기재는 적어도 하나의 PPX 폴리머 막보다 큰 두께를 갖는다.
다른 예("실시예 8")에 따르면, 실시예 5에 더하여, 다공성 기재는 적어도 하나의 PPX 폴리머 막의 다공도보다 큰 다공도를 갖는다.
다른 예("실시예 9")에 따르면, 앞선 실시예들 중 어느 하나에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 적어도 약 0.003 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는다.
다른 예("실시예 10")에 따르면, 앞선 실시예들 중 어느 하나에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.01 g/cm2/분/psi 내지 약 0.3 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는다.
다른 예("실시예 11")에 따르면, 앞선 실시예들 중 어느 하나에 더하여, 공급물 유체는 수성 액체, 비수성 액체, 또는 이들의 혼합물이다.
다른 예("실시예 12")에 따르면, 앞선 실시예들 중 어느 하나에 더하여, 공급물 유체는 생물학적 액체이다.
다른 예("실시예 13")에 따르면, 여과 장치는 다공성 기재 및 다공성 기재의 적어도 한 면에 결합된 적어도 하나의 PPX 폴리머 막을 포함하는 적어도 하나의 PPX 여과 물품을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 1 nm 내지 약 100 nm의 공극 크기를 갖고, PPX 여과 물품은 약 0.6 cm3/m2 미만의 PVA_20 및 약 30 g/m2 미만의 질량/면적(MPA) 중 적어도 하나를 갖는다.
또 다른 예("실시예 14")에 따르면, 실시예 13에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.05 마이크론 내지 약 3 마이크론의 두께를 갖는다.
다른 예("실시예 15")에 따르면, 실시예 13에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 적어도 약 0.003 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는다.
다른 예("실시예 16")에 따르면, 실시예 13에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 5 nm 내지 약 50 nm의 공극 크기를 갖는다.
다른 예("실시예 17")에 따르면, 실시예 13에 더하여, PPX 여과 물품은 약 0.1 cm3/m2 내지 약 2.0 cm3/m2의 PVA_20을 갖는다.
다른 예("실시예 18")에 따르면, 실시예 13에 더하여, PPX 여과 물품은 약 5 g/m2 내지 약 30 g/m2의 질량/면적을 갖는다.
다른 예("실시예 19")에 따르면, 실시예 13에 더하여, PPX 여과 물품은 약 0.1 cm3/m2 내지 약 2.0 cm3/m2의 PVA_20 및 약 5 g/m2 내지 약 30 g/m2의 질량/면적을 갖는다.
다른 예("실시예 20")에 따르면, 실시예 13 내지 19 중 어느 하나에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 PPX-AF4 막을 포함한다.
다른 예("실시예 21")에 따르면, 실시예 13 내지 19 중 어느 하나에 더하여, 여과 물품은 다공성 기재의 반대면에 결합된 제2 PPX 폴리머 막을 추가로 포함한다.
다른 예("실시예 22")에 따르면, 여과 장치는 (1) 입자 집단을 함유하는 공급물 유체를 여과 하우징으로 유도하도록 구성된 유체 유입구, 및 여과 하우징으로부터 여과액을 유도하도록 구성된 유체 유출구를 포함하는 여과 하우징, 및 (2) 여과 하우징 내에서 유체 유입구와 유체 유출구 사이에 배치되고, 공급물 유체로부터 입자 집단의 적어도 일부를 분리하도록 구성된 적어도 하나의 다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 폴리머 막을 포함한다.
다른 예("실시예 23")에 따르면, 실시예 22에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 (1) 다공성 기재의 제1 면에 결합되고 유체 유입구와 유체 연통된 제1 PPX 폴리머 막, 및 (2) 다공성 기재의 제2 면에 결합되고 유체 유출구와 유체 연통된 제2 PPX 폴리머 막을 포함한다.
다른 예("실시예 24")에 따르면, 실시예 22 및 23 중 어느 하나에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 적어도 약 0.003 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는다.
다른 예("실시예 25")에 따르면, 실시예 22, 23 및 24 중 어느 하나에 더하여, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.01 g/cm2/분/psi 내지 약 0.3 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는다.
첨부의 도면은 본 개시내용의 추가적 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서의 일부에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하며, 실시양태를 예시하고, 발명의 설명과 함께 본 개시내용의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 일부 실시양태에 따른 다공성 폴리파라크실릴렌 여과 물품을 갖는 여과 장치의 개략도이고;
도 2a는 일부 실시양태에 따른 다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 여과 물품을 구성하는 방법의 제1 실시양태의 흐름도이며;
도 2b는 일부 실시양태에 따른, 도 2에 도시된 방법의 적용의 개략도이고;
도 2c는 일부 실시양태에 따라, 도 2의 방법에 따른 하나의 PPX 폴리머 막을 갖는 다공성 PPX 여과 물품의 개략도이며;
도 2d는 일부 실시양태에 따른, 하나의 PPX 폴리머 막을 함유하는 다른 다공성 PPX 여과 물품의 개략도이고;
도 3은 다공성 PPX 여과 물품을 구성하는 다른 방법의 개략도이며;
도 4는 일부 실시양태에 따른 다공성 PPX 여과 물품을 구성하는 또 다른 방법의 흐름도이고;
도 5는 일부 실시예에 따른, 도 4에 도시된 방법의 적용의 개략도이며;
도 6은 일부 실시예에 따른 다른 다공성 PPX 여과막의 개략도이고;
도 7은 일부 실시양태에 따른 또 다른 다공성 PPX 여과막의 개략도이며;
도 8은 일부 실시예에 따른 또 다른 다공성 PPX 여과막의 개략도이고;
도 9는 일부 실시양태에 따른 여러 코팅 공정에 대한 나노입자 보유율 대 여과액 투과도의 그래프도이며;
도 10은 일부 실시양태에 따른 PPX 여과 물품에 대한 선질 계수 대 PVA_20(cm3/m2)의 그래프도이고;
도 11은 일부 실시양태에 따른 PPX 여과 물품에 대한 선질 계수 대 질량/면적(MPA)의 그래프도이다.
도 1은 일부 실시양태에 따른 다공성 폴리파라크실릴렌 여과 물품을 갖는 여과 장치의 개략도이고;
도 2a는 일부 실시양태에 따른 다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 여과 물품을 구성하는 방법의 제1 실시양태의 흐름도이며;
도 2b는 일부 실시양태에 따른, 도 2에 도시된 방법의 적용의 개략도이고;
도 2c는 일부 실시양태에 따라, 도 2의 방법에 따른 하나의 PPX 폴리머 막을 갖는 다공성 PPX 여과 물품의 개략도이며;
도 2d는 일부 실시양태에 따른, 하나의 PPX 폴리머 막을 함유하는 다른 다공성 PPX 여과 물품의 개략도이고;
도 3은 다공성 PPX 여과 물품을 구성하는 다른 방법의 개략도이며;
도 4는 일부 실시양태에 따른 다공성 PPX 여과 물품을 구성하는 또 다른 방법의 흐름도이고;
도 5는 일부 실시예에 따른, 도 4에 도시된 방법의 적용의 개략도이며;
도 6은 일부 실시예에 따른 다른 다공성 PPX 여과막의 개략도이고;
도 7은 일부 실시양태에 따른 또 다른 다공성 PPX 여과막의 개략도이며;
도 8은 일부 실시예에 따른 또 다른 다공성 PPX 여과막의 개략도이고;
도 9는 일부 실시양태에 따른 여러 코팅 공정에 대한 나노입자 보유율 대 여과액 투과도의 그래프도이며;
도 10은 일부 실시양태에 따른 PPX 여과 물품에 대한 선질 계수 대 PVA_20(cm3/m2)의 그래프도이고;
도 11은 일부 실시양태에 따른 PPX 여과 물품에 대한 선질 계수 대 질량/면적(MPA)의 그래프도이다.
용어 해설
용어 "PPX"는 폴리파라크실릴렌 또는 파릴렌을 지칭한다.
용어 "PPX 폴리머"는 하기 표 1에 제시된 것들 및 이들의 조합을 포함 하나 이들로 제한되지 않는 모든 형태의 PPX를 포함하고자 하는 것이다.
본원에 사용될 때 용어 "PPX 폴리머 필름"은 하부 기재가 없는 독립형 구성, 또는 기재의 하나 이상의 면 상의 복합 구성(예컨대, PPX 폴리머 필름/기재, PPX 폴리머 필름/기재/PPX 폴리머 필름)인 비팽창 PPX 폴리머를 나타내고자 하는 것이다.
본원에서 사용될 때 용어 "PPX 폴리머 막"은 하나 이상의 방향으로 팽창된 PPX 폴리머 필름을 나타내고자 하는 것이다.
용어 "1축 팽창비"는 팽창된 구성 요소(예컨대, PPX 폴리머 막)의 최종 길이를, 축을 따르는 비팽창된 구성 요소(예컨대, PPX 폴리머 필름)의 원래 길이로 나눈 것으로서의 변형을 정의하고자 하는 것이다.
용어 "면적 팽창비"는 팽창된 구성 요소(예컨대, PPX 폴리머 막)의 최종 면적을, 비팽창된 구성 요소(예컨대, PPX 폴리머 필름)의 원래 면적으로 나눈 것, 또는 하나 이상의 1축 팽창비의 곱으로서의 변형을 정의하고자 하는 것이다.
용어 "피브릴 축"은 피브릴의 긴 치수에 평행한 방향을 설명하고자 하는 것이다.
용어 "실질적인 변형"은 파단 없이 하나 이상의 방향으로 신장할 수 있는 기재를 설명하고자 하는 것이다.
상세한 설명
당업자는 본 개시내용의 다양한 양태가, 의도된 기능을 수행하도록 구성된 임의의 수의 방법 및 장치에 의해 구현될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 또한, 본원에서 참조되는 첨부의 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니며, 본 개시내용의 다양한 양태를 예시하기 위해 과장될 수 있고, 이 점에서 도면은 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다는 점을 주지해야 한다.
본원에 기술된 다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 폴리머 막은 또한 PPX 폴리머 막 층으로 지칭될 수 있으며, 이들 용어는 본원에서 상호 교환 가능함을 이해해야 한다. 마찬가지로, 본원에서 PPX 폴리머 필름은, 본원에서 상호 교환적으로 사용되는 PPX 폴리머 필름 층으로도 지칭된다. 용어 "PPX 여과 물품", "다공성 PPX 여과 물품" 및 "여과 물품"이 본원에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다는 것도 이해되어야 한다. 또한, 용어 "지지체", "지지층" 및 "다공성 지지층"은 본원에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
본 발명은, 노드 및 피브릴 미세 구조를 갖는 적어도 하나의 폴리파라크실릴렌(PPX) 막을 함유하는 다공성 PPX 여과 물품(본원에서 PPX 여과 물품 또는 여과 물품으로도 지칭됨)에 관한 것이다. 적어도 하나의 실시양태에서, 피브릴은 피브릴 축으로 배향된 PPX 폴리머 사슬을 함유한다. 임의로, PPX 막을 형성하는 PPX 폴리머는 하나 이상의 코모노머를 함유할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "PPX 폴리머"는 PPX-N, PPX-AF4, PPX-VT4, 및 이들의 조합을 포함하는 모든 형태의 PPX를 포함하고자 하는 것이다. 본원에 기재된 여과 장치는 유체가 수성, 비수성 또는 이들의 혼합물일 수 있는 유체 여과 장치라는 것을 이해해야 한다.
먼저 도 1을 참조하면, 여과 하우징(104)의 내부 용적 내에 배치된 PPX 여과 물품(102)을 갖는 여과 장치(100)의 실시양태가 도시되어 있다. PPX 여과 물품(102)은 적어도 하나의 다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 폴리머 막을 포함한다. 일부 실시양태에서, 여과 물품(102)은 복합 구성을 가지며, PPX 폴리머 막 층(110), PPX 폴리머 막 층(112)(PPX 폴리머 막 층(110)과 동일하거나 상이할 수 있음) 및 이들 사이에 배치된 다공성 기재(114)를 포함한다. PPX 여과 물품(102)은 원판형일 수 있지만, 여과 물품(102)의 크기 및 형상은 원하는 여과 하우징(104) 내에 적합하도록, 및/또는 의도된 여과 적용을 수용하도록 다양할 수 있다. 예를 들어, 여과 물품(102)은 원통형 형상, 주름진 카트리지 형상, 나선형으로 감긴 형상, 또는 다른 적절한 형상을 가질 수 있다.
여과 하우징(104)은, PPX 폴리머 막 층(110)과 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 유입구 포트(120), 및 PPX 폴리머 막 층(112)과 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 유출구 포트(122)를 갖는다. 일반적으로, 유체 유입구 포트(120) 및 유체 유출구 포트(122)는, PPX 폴리머 막(들) 또는 지지층(들)일 수 있는 PPX 여과 물품의 상류 및 하류 표면과 유체 연통한다. 여과 하우징(104)은 또한, 유체 유입구 포트(120)와 유체 유출구 포트(122) 사이의 여과 하우징(104)에서 여과 물품(102)을지지하도록 구성된 하나 이상의 지지 구조, 예컨대 환형 선반(106)을 포함한다.
여과 장치(100)의 작동 동안에, 입자 집단(도시되지 않음)을 함유하는 공급물 유체(124)는 화살표(A1)로 표시된 방향으로 유체 유입 포트(120)를 통해 여과 하우징(104) 내로 공급된다. 공급물 유체(124)는 수성, 비수성 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 공급물 유체(124)는 제약, 마이크로 일렉트로닉스, 화학 또는 식품 산업에서 이용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 공급물 유체(124)는 농축되거나 희석된 생물학적 유체일 수 있다. 공급물 유체(124) 내의 입자는 단백질, 거대 분자, 바이러스, 콜로이드 입자, 미셀, 소낭, 내독소/피로겐, 및 이들의 조합일 수 있다. 공급물 유체(124)는 화살표(A2)로 표시된 방향으로 하우징(104)을 통해 PPX 여과 물품(102)을 향해 이동한다. 여과 물품(102)은 공급물 유체(124)로부터 입자를 분리하고, 여과액(126)은 화살표(A3)로 표시된 방향으로 하우징(104)을 통해 이동한다. 여과액(126)은 화살표(A4)로 표시된 방향으로 유체 유출구 포트(122)를 통해 여과 하우징(104)으로부터 제거된다. 특정 실시양태에서, 여과 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 화살표(A5)로 표시된 방향으로, 또는 잔류물(129)(즉, PPX 폴리머 막 층(들)(110, 112)을 통과하지 않고, PPX 폴리머 막(들)(110, 112)에 의해 거부된 입자가 농축될 수 있는 공급물 스트림의 일부)을 제거하는 제2 유체 배출 포트(128)를 포함한다. 다른 실시양태에서, 여과 장치(100)는 제2 유체 유출구 포트(128)가 없으며, 입자는 PPX 여과 물품(102) 상에 또는 그 내에 잔류한다.
PPX 여과 물품(102)의 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 노드 및 피브릴 미세 구조를 갖는다. 적어도 하나의 실시양태에서, PPX 폴리머 막 층(110, 112) 중 하나 또는 둘 모두의 피브릴은 피브릴 축을 따라 배향된 PPX 폴리머 사슬을 함유한다.
도시된 바와 같이, 도 1의 PPX 여과 물품(102)은 기재(114)의 반대면 상에 2 개의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)을 갖지만, 여과 물품(102)이, 기재(114)의 한 면상의 단일 PPX 폴리머 막 층(예컨대, PPX 폴리머 막 층(110) 또는 PPX 폴리머 막 층(112))을 포함하는 것도 본 개시내용의 범위 내에 속한다. PPX 여과 물품(102)이 둘 초과의 PPX 폴리머 막 층이상을 포함하는 것도 본 개시내용의 범위 내에 속한다.
여과 물품(102)의 다공성 기재(114)는, 기재(114)가 치수적으로 안정된 한 특별히 제한되지 않는다. 기재(114)는, 공급물 유체(124)가 기재(114)의 공극을 통과할 수 있도록 다공성이어야 한다. 적합한 다공성 기재(114)의 비제한적인 예는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)(예컨대, 1축 팽창된 ePTFE 테이프, 또는 2축 팽창된 ePTFE 막), 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 실리콘, 유리, 아연, 초고분자량 폴리에틸렌, 또는 팽창 온도를 견딜 수 있는 임의의 재료를 포함한다. 일부 실시양태에서, 기재(114)는 하나 이상의 방향으로 실질적인 변형이 가능하고, 비팽창된 PTFE 필름 또는 부분적으로 팽창된 ePTFE 테이프 또는 막으로 형성될 수 있다. 도 1의 PPX 여과 물품(102)은 단일 기재(114)를 갖지만, 여과 물품(102)이 다중 기재를 포함하는 것도 본 개시내용의 범위 내에 속한다. 여전히 도 1을 보면, PPX 여과 물품(102)은 하나 이상의 임의의 다공성 지지층(116)을 포함할 수 있다. 지지층(116)은 기재(114)와 동일하거나 상이할 수 있고 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 적합한 지지층(116)의 비제한적인 예는 직조 재료, 부직포 재료, 스크림(scrim) 및 메쉬를 포함한다.
여과 물품(102)의 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112) 및/또는 기재(114)의 다양한 특성은, 공급물 유체(124)로부터 분리되는 특정 입자에 대해 원하는 투과도를 갖는 원하는 여과 성능을 달성하도록 최적화될 수 있다. 최적화될 수 있는 특성은, 예를 들어 이하의 단락에서 논하는 PPX 폴리머 막 층(110, 112) 및/또는 기재(114)의 두께, 공극 크기 및 다공도 백분율을 포함한다. PPX 폴리머 막 층(110, 112)에서 최적화될 수 있는 다른 특성은, 예를 들어 노드 및/또는 피브릴 형상 또는 크기 및 밀도를 포함한다. 다른 한편으로, 최적화될 수 있는 PPX 여과 물품(102)의 특성은, 예를 들어 이하에 논하는 선질 계수, 질량/면적(MPA) 및 PVA_20을 포함한다.
위에서 논한 바와 같이, PPX 폴리머 막 층(110, 112) 및 기재(114)의 두께는 최적화될 수 있다. 여과 물품(102)의 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 약 50 마이크론 미만, 약 40 마이크론 미만, 약 30 마이크론 미만, 약 20 마이크론 미만, 약 10 마이크론 미만, 약 5 마이크론 미만, 약 3 마이크론 미만, 약 2 마이크론 미만, 또는 약 1 마이크론 미만의 공칭 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 약 0.05 마이크론 내지 약 50 마이크론, 약 0.05 마이크론 내지 약 40 마이크론, 약 0.05 마이크론 내지 약 30 마이크론, 약 0.05 마이크론 내지 약 20 마이크론, 약 0.05 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 0.05 마이크론 내지 약 5 마이크론, 약 0.05 마이크론 내지 약 3 마이크론, 약 0.05 마이크론 내지 약 2 마이크론, 또는 약 0.05 마이크론 내지 약 1 마이크론의 두께를 갖는다. 이에 비해, PPX 여과 물품(102)의 기재(114)는 상대적으로 두꺼울 수 있다(예를 들어, 약 50 마이크론보다 두꺼움).
또한, PPX 폴리머막 층(110, 112) 및 기재(114)의 다공도가 최적화될 수 있다. PPX 여과 물품(102)의 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 평균 공극 크기가 약 100 나노미터(nm) 미만, 약 60 나노미터(nm) 미만, 약 40 nm 미만, 약 20nm 미만 또는 약 10nm 미만인 비교적 작은 공극을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 60 nm, 약 1 nm 내지 약 40 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 5 nm 내지 100 nm, 약 5 nm 내지 60 nm, 또는 약 5 nm 내지 50 nm의 평균 공극 크기를 갖는 공극을 가질 수 있다. 또한, 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 적어도 약 5%, 적어도 약 10%, 적어도 약 15%, 적어도 약 20%, 적어도 약 25%, 적어도 약 30%, 적어도 약 35%, 적어도 약 40%, 적어도 약 45%, 적어도 약 50%, 적어도 약 55%, 적어도 약 60%, 적어도 약 65%, 적어도 약 70%, 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 또는 약 95%(이를 포함)까지의 다공도 백분율을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 각각의 PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 약 5% 내지 약 95%, 약 5% 내지 약 75%, 약 10% 내지 약 50%, 또는 약 10% 내지 약 25%의 다공도 백분율을 가질 수 있다. 이에 비해, PPX 여과 물품(102)의 기재(114)는 PPX 폴리머 막 층(110, 112)보다 더 다공성일 수 있다.
본원에 기재된 PPX 폴리머 막 층은 하나 이상의 상이한 미세 구조를 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시양태에서, PPX 폴리머 막 층(110, 112)은 미세 구조가 서로 구별될 수 없도록 동일한 미세 구조 또는 실질적으로 동일한 미세 구조를 공유한다. 다른 실시양태에서, PPX 폴리머 막 층(110)은 제1 미세 구조를 갖고, PPX 폴리머 층(112)은 제1 미세 구조와 상이한 제2 미세 구조를 갖는다. PPX 폴리머 막 층(110, 112)의 다양한 미세 구조 사이의 차이는, 예를 들어 다공도의 차이, 노드 및/또는 피브릴 형상 또는 크기의 차이, 및/또는 밀도의 차이에 의해 측정될 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, PPX 폴리머 막 층(110, 112)의 작은 공극은, PPX 여과 물품(102)이 공급물 유체(124)로부터 다양한 유형 및 크기의 입자, 예를 들어 비교적 큰 나노입자(예컨대, 약 20 nm 내지 약 100 nm) 및 비교적 작은 나노입자(예컨대, 약 5 nm 내지 약 20nm 미만)를 포함하는 나노입자(예를 들어, 약 5 nm 내지 약 100 nm)를 분리하고 보유하도록 할 수 있다. 특정 실시양태에서, 예를 들어 공급물 유체(124)로부터 비교적 큰 나노입자를 분리하는 경우, 여과 물품(102)은 각각의 통과당 약 40% 이상, 약 60% 이상, 약 80% 이상 또는 약 90% 이상의 나노입자 보유율을 달성할 수 있다. 다른 실시양태에서, 예를 들어 공급물 유체(124)로부터 비교적 작은 나노입자를 분리하는 경우, PPX 여과 물품(102)은 각각의 통과당 약 40% 이하, 약 30% 이하, 약 20% 이하, 또는 약 10%의 나노입자 보유율을 달성할 수 있다. 여과 물품(102)은 PPX 폴리머 막 층(110, 112) 내의 공극의 크기에 따라 다양한 정도의 여과를 달성할 수 있다. 예를 들어, PPX 여과 물품(102)은 약 100 nm(0.1 마이크론) 이하의 평균 공극 크기로 미세 여과(MF)를 달성하거나, 약 10 nm(0.01 마이크론) 이하의 평균 공극 크기로 한외 여과(UF)를 달성할 수 있다.
또한, PPX 폴리머 막 층(110, 112)의 얇은 구조 및/또는 기재(114)의 비교적 큰 공극은 주어진 압력에서 공급물 유체(124)의 고유량을 허용하는 높은 투과성(즉, 낮은 흐름 저항성) PPX 여과 물품(102)을 생성한다. 예를 들어, 여과 물품(102)은 적어도 약 0.003 g/cm2/분/psi, 적어도 약 0.01 g/cm2/분/psi, 적어도 약 0.05 g/cm2/분/psi, 적어도 약 0.1 g/cm2/분/psi, 적어도 약 0.3 g/cm2/분/psi, 및 적어도 약 0.5 g/cm2/분/psi의 투과도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 여과 물품(102)은 약 0.01 g/cm2/분/psi 내지 약 0.5 g/cm2/분/psi, 약 0.01 g/cm2/분/psi 내지 약 0.3 g/cm2/분/psi, 또는 약 0.05 g/cm2/분/psi 내지 약 0.1 g/cm2/분/psi의 투과도를 가질 수 있다. PPX 여과 물품(102)의 투과도는 여과 적용에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, PPX 여과 물품(102)의 투과도는 공급물 유체(124)로부터 상대적으로 작은 나노입자를 분리하는 경우 감소할 수 있고 공급물 유체(124)로부터 상대적으로 큰 나노입자를 분리하는 경우 증가할 수 있다. 여과 물품(102)은 또한 화학 침식에 내성, 감마 방사선에 내성을 가질 수 있고, 열적으로 안정되고, 생체 적합성이며, 강인하거나, 이들의 조합을 가질 수 있다.
이제 도 2a 및 2b를 참조하면, 여과 물품을 구성하는 예시적인 방법(200)이 도시되어 있다. 도 2a 및 2b에 도시된 실시양태에서. PPX 폴리머 필름 층(210, 212)은 단계(202)에서 비팽창이거나 일부 팽창된 기재(214) 상에 증착된다. 기재(214)는 팽창 가능하고 치수 안정성이 있는 한 특별히 제한되지 않으며, 그 위에 형성된 PPX 폴리머 필름은 원하는 경우 제거될 수 있다. 적합한 기재의 한 비제한적인 예는 팽창된(또는 부분적으로 팽창된) 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 기재이다. 단계(204)에서, PPX 폴리머 필름(210, 212) 및 기재(214)는, 예를 들어 화살표(205) 방향으로, 공동 팽창되어 PPX 폴리머 막 층(220, 222) 및 그 사이의 팽창된 기재(224)를 포함하는 다공성 PPX 여과 물품(230)을 형성한다. 일부 실시양태에서, PPX 여과 물품(230)은 도 1에 도시된 PPX 여과 물품(102)과 동등하다.
임의로, PPX 폴리머 막 층은 팽창된 PPX 여과 물품(230)으로부터 제거될 수 있으며, 그 결과 PPX 막 층(220, 222) 중 하나를 그 위에 갖는 팽창된 기재(224)가 생성될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 다공성 PPX 여과 물품(240)은 팽창된 기재(224) 및 PPX 폴리머 막 층(220)을 갖는다. 도 2d에 도시된 물품(250)은 팽창된 기재(224) 및 PPX 폴리머 막 층(222)을 갖는다. 각각의 PPX 여과 물품(240, 250)은 도 1에 도시된 여과 장치(100)에서 다공성 PPX 여과 물품(102)으로서 사용될 수 있다.
방법(200)의 증착 단계(202)는, PPX 폴리머 필름 층(210, 212)을 예를 들어 종래의 기상 증착 방법에 의해 기재(214)의 한 면 또는 양면 상에 순차적으로 또는 동시에 증착하는 것을 포함할 수 있다. 증착 단계(202) 동안에, 기재(214)는 약 40% 미만, 약 30% 미만, 약 20% 미만, 또는 약 10% 미만의 상대적으로 낮은 다공도 백분율을 가질 수 있어, PPX 폴리머 필름 층(210, 212)은 기재(214)의 공극에 침투하거나 진입하기 보다는 기재(214)의 외부 표면에 주로 증착된다. 따라서, 기재(214)는 증착 단계(202) 전에 부분적으로 팽창될 수 있으나, 기재(214)와 PPX 폴리머 필름(210, 212) 둘 다의 팽창의 대부분(또는 전부)는 팽창 단계(204) 동안에 일어난다.
도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 팽창 단계(204)는, PPX 폴리머 필름 층(210, 212)을 다공성의 팽창된 PPX 폴리머 막 층(220, 222)으로 변환하기 위해 하나 이상의 방향으로 단계(202)로부터의 PPX 폴리머 필름 층(210, 212) 및 기재(214)를 함께 연신하면서, 기재(114)를 팽창된 기재(224)로 공동-팽창하는 것을 포함할 수 있다. 기재(214)이 증착 단계(202) 전에 부분적으로 팽창된 경우, 기재(214)는 팽창 단계(204) 동안에 더 팽창되어 팽창된 기재(224)로 변환될 수 있다. 팽창은 약 80℃ 내지 약 220℃(예를 들어, 약 130℃), 약 100℃ 내지 약 220℃, 약 220℃ 내지 약 340℃, 또는 약 290℃ 내지 약 340℃의 온도에서 일어날 수 있다. 일부 실시양태에서, 팽창은 기재의 용융 온도 초과에서 일어날 수 있다. 추가로, 팽창 단계(204)는 10,000%/초 이하, 1%/초 내지 10,000%/초, 또는 10%/초 내지 5000%/초(이들 사이의 모든 범위를 포함)의 엔지니어링 변형률(ESR)로 수행될 수 있다.
임의로, PPX 폴리머 막 층(220, 222) 중 하나는 다공성 PPX 여과 물품(230)의 기재(224)로부터 제거될 수 있다. 일부 실시양태에서, 기재(214)는 상응하는 PPX 폴리머 막 층(220)을 용융시키지 않으면서 적어도 부분적으로 용융된다. 이어서, PPX 폴리머 막 층(220, 222) 중 하나가 연화되거나 용융된 기재(214)로부터 분리되어, 도 2c 및 2d에 도시된 바와 같이 단일 PPX 폴리머 막 층 및 기재(224)를 갖는 다공성 물품을 생성한다. 다른 실시양태에서, PPX 폴리머 막 층(220 또는 222)은, 예를 들어 접착 재료(예컨대, 접착 테이프)를 사용함으로써, 또는 PPX 폴리머 막을 화학적으로 분해하거나 연마함으로써 기재(224)로부터 PPX 폴리머 막 층(220 또는 222)를 잡아 당기는 것에 의해, 기재(224)로부터 제거될 수 있다. 그 결과로 생성된, 하나의 PPX 폴리머 막 층(210 또는 212) 및 기재(214)를 함유하는 다공성 PPX 여과 물품(240, 250)이 각각 도 2c 및 2d에 도시되어 있다. 또 다른 실시양태에서, PPX 여과 물품(240, 250)은 팽창 단계(204) 이전에 단계(202)에서 기재(214)로부터 PPX 폴리머 필름 층(210 또는 212)을 제거함으로써 형성될 수 있다. 특히, PPX 폴리머 필름 층(210 또는 212) 앞서 기술한 바와 같이 제거되고 폐기될 수 있다. 이어서, 나머지 PPX 폴리머 필름 층(210 또는 212) 및 기재(214)는 단계(204)에서 교시된 바와 같이 공동 팽창되어 PPX 여과 물품(240, 250)을 형성한다.
일부 실시양태에서, 지지층(216)은 여과 물품(230, 240, 250)의 PPX 폴리머 필름(들) 상에, 기재(224) 상에, 또는 PPX 폴리머 필름(들)과 기재 모두 상에 배치될 수 있다. 도 2a 및 2b의 방법(200)은 임의의 지지 단계(208)를 예시한다. 지지 단계(208)는, 도 2b, 2c 및 2d에 도시된 바와 같이 PPX 여과 물품(240, 250)에 하나 이상의 지지층을 층 형성, 접합, 적층 또는 접착하는 것을 포함할 수 있다. 다른 지지층은 도 1, 7 및 8에서 볼 수 있다.
도 3으로 돌아가서, 단일 PPX 폴리머 막 층을 갖는 PPX 여과 물품을 형성하는 두 번째 방법이 도시되어 있다. 단계(302)에서, PPX 폴리머 필름 층(310, 312)은 비팽창되거나 일부 팽창된 기재(314) 상에 증착되고, 다음으로 PPX 폴리머 필름 층(310, 312) 중 하나가 제거된다. 단계(304)에 도시된 바와 같이, 이 실시양태에서, PPX 폴리머 필름 층(312)은 제거되고 폐기되어, PPX 폴리머 필름 층(310) 및 기재(314)를 남긴다. PPX 폴리머 필름 층(310)은 제거되고 폐기될 수 있으며, PPX 폴리머 필름 층(312)(도시되지 않음)을 남기며, 이는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주됨을 이해해야 한다. 대안적으로, PPX 폴리머 필름 층(310)은 제거되고 폐기되어, PPX 폴리머 필름 층(312)(도시되지 않음)을 기재(314) 상에 남길 수 있으며, 이러한 실시양태도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주된다. 단계(306)에서, PPX 폴리머 필름 층(310) 및 기재(314)는, 예를 들어 화살표(305)로 나타낸 방향으로 공동 팽창된다. 팽창 단계(306)는 PPX 폴리머 막 층(320) 및 팽창된 기재(324)를 갖는 PPX 여과 물품(350)을 생성한다. 전술한 바와 같이, PPX 여과 물품(350)은, 지지층(도시되지 않음)의 추가가 있거나 없으면서 PPX 여과 물품(102)으로서 사용될 수 있다.
임의의 개수의 기재 및/또는 지지층이 PPX 폴리머 막 층 사이에 또는 그 위에 배치될 수 있으며, 이러한 실시양태는 본 개시 내용의 범위에 속하는 것으로 간주된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 여과막(600)은 4개의 PPX 폴리머 막 층(610a, 610b, 612a, 612b)을 포함한다. 도 6에 도시된 여과막(600)은 2개의 기재(614a, 614b)를 포함하며, 여기서 기재(614a)는 각각의 PPX 폴리머 막 층(610a, 612a) 사이에 샌드위치되고, 기재(614b)는 각각의 PPX 폴리머 막 층(610b, 612b) 사이에 샌드위치된다. 일부 실시양태에서, 인접한 PPX 폴리머 막 층(610b, 612a)은 함께 접합될 수 있다. 2개의 지지층(716a, 716b)을 갖는 여과막(700)을 보여주는 다른 실시예가 도 7에 도시되어 있으며, 여기서 지지층(716a)은 상부 PPX 폴리머 막 층(710)에 접합되고 지지층(716b)은 하부 PPX 폴리머 막 층(712)에 접합된다.
다른 비제한적인 예로서, 도 8에 도시된 여과막(800)은 3 개의 지지층(816a, 816b, 816c)을 포함하며, 여기서 지지층(816a)은 상부 PPX 폴리머막 층(810a)에 접합되고, 지지층(816b)은 내부 PPX 폴리머 막 층(812a, 810b)에 접합되며, 지지층(816c)은 하부 PPX 폴리머 막 층(812b)에 접합된다. 본 명세서에 기재된 기재는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 본 명세서에 기재된 PPX 폴리머 막 층은 서로 동일 및/또는 상이할 수 있음을 이해해야 한다. 또한 임의의 수의 지지층 및/또는 PPX 폴리머 막 층이 PPX 여과 물품에 존재할 수 있음을 이해해야 한다. 지지층(들)은 PPX 여과 물품 내의 임의의 위치에 위치할 수 있으며, 예를 들어 이들은 서로 인접하게 위치할 수 있고/있거나, 이들은 하나 이상의 PPX 폴리머 막 층에 의해 분리될 수 있고/있거나, 이들은 여과액이 통과하는 PPX 여과 물품의 첫 번째 층 또는 마지막 층을 제공할 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, PPX 여과 물품을 구성하는 다른 방법(400)이 도시되어 있다. 방법(400)은 단계(402)에서 윤활화된 PPX 폴리머 혼합물을 형성하는 것, 단계(403)에서 윤활화된 PPX 폴리머 혼합물을 PPX 폴리머 필름으로 형성하는 것, 단계(404)에서 PPX 폴리머 필름을 비팽창되거나 일부 팽창된 기재에 부착하는 것, 및 단계(405)에서 PPX 폴리머 필름 및 기재를 팽창시켜 PPX 폴리머 물품을 형성하는 것을 포함한다. 방법(400)은 또한 단계(406)에서 PPX 폴리머 막을 지지층(들)으로 지지하는 선택적인 단계를 포함한다. 이하, 각각의 단계를 상세히 논한다.
방법(400)의 혼합물 형성 단계(402)는 분말 형태의 PPX 폴리머를 가공 보조제, 예컨대 활제와 조합하는 것을 포함할 수 있다. 활제는 방법(400) 동안에 PPX 폴리머를 위한 용매가 아닌 비압축성 유체일 수 있다. 활제 선택은 특별히 제한되지 않으며 가연성, 증발 속도 및 경제적 고려 사항에 따라 달라질 수 있다. 적합한 활제는, 예를 들어 경질 광유, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 및 이들의 조합을 포함한다.
일단 조합되면, PPX 폴리머와 활제는 함께 혼합되어 혼합물에 활제를 균일하게 또는 실질적으로 균일하게 분배하고 균질한 혼합물을 생성할 수 있다. 다양한 혼합 시간 및 혼합 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, PPX-AF4의 경우, 혼합물 형성 단계(402)는 약 80℃ 내지 약 220℃, 약 100℃ 내지 약 290℃, 또는 약 220℃ 내지 약 290℃, 또는 약 290℃ 내지 약 450℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열분해 및 산화되는 PPX-N 및 PPX-VT4의 경우, 혼합물 형성 단계(402)는 분해 온도 미만, 즉, 약 220℃ 내지 약 250℃ 및/또는 불활성 분위기에서 수행될 수 있다.
방법(400)의 필름 형성 단계(403)는 입자간 연결을 형성하고 일관된 PPX 폴리머 필름(410)을 생성하기에 충분한 양의 열, 압력 및/또는 전단을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 적합한 형성 방법은, 예를 들어 램 압출(즉, 활제가 존재하는 경우에 페이스트 압출 또는 페이스트 처리) 및 캘린더링을 포함한다. 막 형성 단계(403)는 혼합물 형성 단계(402)와 동일하거나 유사한 온도에서 수행될 수 있다. PPX 폴리머 막은 독립 구조(도시되지 않음)이다. 또한, PPX 폴리머 필름은 후속의 적층 단계(404) 및 팽창 단계(405)에 대해 충분히 강해야 한다. 이어서, 필름 형성 단계(403)에서 얻은 PPX 폴리머 필름(들)은 단계(404)에서 기재 또는 일부 팽창된 기재(414)에 접착되거나, 적층되거나 또는 부착된다. PPX 폴리머 필름(들)이 기재에 부착되면, PPX 폴리머 필름(들) 및 기재는 단계(405)에서 하나 이상의 방향으로 공동 팽창되어, PPX 여과 물품(팽창된 기재 상에 적어도 하나의 PPX 폴리머 막 층을 함유함)을 형성한다. 지지층(416)은 단계(406)에서 PPX 폴리머 막 층(들)에 임의로 부착될 수 있다.
도 5에서, 2개의 PPX 폴리머 필름(410, 412)은 기재(414)의 반대면에 부착된다. 방법(400)의 팽창 단계(405)는, PPX 폴리머 필름(들) 및 기재(414)를 하나 이상의 방향으로(예를 들어, 화살표(425)의 방향으로) 연신하여 다공성 PPX 여과 물품(450)을 형성하는 것을 포함한다. 방법(400)의 팽창 단계(405)는 방법(200)의 팽창 단계(204)와 유사하거나 동일할 수 있다. 그러나, 팽창 단계(204, 405)는 상이한 미세 구조를 갖는 PPX 폴리머 막 층(110, 112)을 생성할 수 있음을 주지한다.
본원에 기재된 방법은 유리하게는 원하는 PPX 여과 물품을 달성하도록 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 기재는 두께, 공극 크기 및 다공도 백분율과 같은, 그러나 이들로 한정되지 않는 바람직한 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 추가로, 특정 특성을 성취하기 위해 PPX 폴리머 필름 및 기재의 하나 이상의 방향에서의 팽창 속도, 팽창 온도 및 팽창비를 제어할 수 있다. 예를 들어, 팽창 단계(204, 306)의 단축 또는 면적 팽창비를 증가시키는 것은 PPX 폴리머 막 층 및 기재의 다공도를 증가시킬 수 있고, 따라서 생성된 PPX 여과 물품의 투과도를 증가시킬 수 있다. 각각의 실시양태에서, PPX 여과 물품의 PPX 폴리머 막 층 및/또는 기재는 원하는 투과도 및 성능으로 원하는 여과 성능을 달성하도록 최적화될 수 있다.
추가로, 본원에 기재된 방법은 또한 임의의 표면 개질 단계(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 여기서 PPX 폴리머 막 층들 중 하나 또는 둘 모두의 표면 에너지가, 의도된 여과 적용을 수용하도록 개질될 수 있다. 예를 들어, 수용액으로 습윤할 수 있도록 하거나 수용액으로부터의 탈습윤화를 방지하기 위해, PPX 폴리머 막 층들 중 하나 또는 둘 모두의 PPX 폴리머(표 1 참조)에서 벤젠 고리 구조를 코팅하거나 에틸렌 비닐 알코올, 폴리비닐 알코올, 아민 또는 다른 적절한 작용기로 변형할 수 있다. PPX 여과 물품 또는 여과 장치에 존재하는 지지층에, 동일하거나 상이한 표면 개질 단계(들)이 적용될 수도 있다.
시험 방법
특정 방법 및 장비를 이하에 설명하나, 당업자에 의해 적절하다고 판단된 다른 방법 또는 장비가 대안적으로 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
ATEQ 기류
ATEQ 기류 시험은 막 샘플을 통한 공기의 층류 체적 유량을 측정한다. 각각의 막 샘플은 유동 경로를 가로 질러 2.99 cm2 면적을 밀봉하는 방식으로 2개의 플레이트 사이에 고정하였다. ATEQ®(ATEQ Corp., Livonia, MI) Premier D Compact Flow Tester를 사용하여, 막을 통과하는 1.2 kPa(12 mbar)의 차등 기압에 노출시킴으로써 각각의 막 샘플을 통과하는 기류 속도(L/hr)를 측정하였다.
걸리(Gurley) 기류
걸리 기류 시험은 0.177 psi(∼ 1.22 kPa)의 차압에서 1 in2(∼ 6.45 cm2) 막 샘플을 통해 100 cm3의 공기가 흐르는 시간을 초 단위로 측정한다. 샘플은 걸리(GURLEY)TM 밀도계 및 평활도 테스터 모델 4340(Gurley Precision Instruments, Troy, NY)에서 시험하였다.
두께
샘플 두께는 Keyence LS-7010M 디지털 마이크로미터(Keyence Corporation, Mechelen, Belgium)를 사용하여 측정하였다.
면적당 질량(질량/면적)
막의 질량/면적은, 눈금을 사용하여 막 샘플의 양호하게 구획된 영역의 질량을 측정함으로써 계산하였다. 샘플은 다이 또는 정밀 절단 도구를 사용하여 구획된 면적으로 절단하였다.
밀도
밀도는 면적당 질량을 두께로 나누어 계산하였다.
비드 시험에 의한 투과도 및 보유율의 결정
비드 시험은 막 샘플의 투과도 및 비드 보유율을 측정한다. 막 샘플을 25 mm 필터 홀더에 고정하였다. 그 막을 먼저 이소프로필 알코올(IPA)-탈이온수 용액(70:30 v/v IPA:물)으로 습윤화하였다. 이 용액을 막에 통과시키기 위해 공기압을 사용하였다. 7 g의 용액을 샘플에 유동시킨 다음, 탈이온수 중 1 부피%의 비이온성 계면 활성제 TRITONTM X-100(CAS 9002-93-1; Sigma Aldrich, St. Louis, MO)으로 제조된 10 g의 수용액을 유동시켰다. 이어서, 그 막을 탈이온수 중 1 부피%의 TRITONTM X-100으로 제조된 수용액에 분산된 0.025 μm 직경의 폴리스티렌 라텍스 비드(Fluoro-Max R25 적색 형광 폴리머 마이크로스피어; Thermo Fisher Scientific, MA, Waltham)의 용액에 노출시킴으로써, 그 막을 단일의 비드 단층으로 막 표면적을 덮기에 충분한 양의 비드에 노출시켰다. 노출 용액 및 여과액 중 비드의 농도는, 공지된 농도의 비드 용액을 사용하여 설정된 검량선 및 "Agilent Technologies Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer"(Agilent Technologies, Santa Clara, CA)로 측정된 용액 형광의 측정치를 이용하여 결정하였다.
막의 투과도는 하기 수학식 1을 사용하여 계산 하였다.
상기 식 (1)에서, k는 막의 투과도이고, g는 여과액의 분취액의 질량이며, A는 필터 홀더에 있는 막 샘플의 물리적 면적이고, t는 여과액의 분취액을 수집하는 데 필요한 시간이며, P는 막을 가로 지르는 압력차이다. 식 (1)에서 g/t는 막을 통과하는 질량 유량이고, g/At는 막을 통과하는 질량 플럭스이다.
막에 의해 보유된 용액 중 비드의 백분율은 하기 수학식 (2)를 사용하여 계산하였다.
상기 식 (2)에서, C 노출 은 노출 용액 중 비드의 농도이고, C 여과액 은 여과액 중 비드의 농도이다.
선질 계수
여과 물품 선질 계수는 하기 식 (3)을 사용하여, 비드 시험의 메트릭을 이용하여 계산하였다.
선질 계수 = -ln(P)*투과도 (3)
식 중, P는 하기 식 (4)에 의해 정의된 필터 침투율이다.
P =(1-%보유율/100) (4)
가스 수착을 결정하는 방법
87K에서 아르곤을 사용하여 Quantachrome Instruments(Boynton Beach, FL, USA)의 AutoSorb iQ MP-XR 가스 수착 기기에서 가스 수착을 수행하였다. 130℃까지 단계 가열 프로파일을 사용하여 약 0.1 g의 샘플을 고진공에서 3시간 동안 탈기하였다. p/p0의 낮은 초기 값을, 미세 공극 체제(<2 nm)까지 샘플의 공극 구조를 평가하기 위해 사용하였다. 흡착된 가스의 양을, 표준 온도 및 압력(273.15 K(0℃) 및 760 torr(∼101.33 kPa))에서 부피로 변환하고, 탈기된 샘플의 질량으로 나누어 특정 부피를 산출하였다. 아르곤의 증기압(p0)은 각각의 등온선 지점에서 측정되었으며, 투입된 압력에서 부분 압력(즉, p/p0)을 계산하는 데 사용하였다. 이어서, 각각의 분압에서 측정된 특정 부피에서 등온선을 생성하였다.
샘플의 공극 크기 분포는 Quantachrome의 VersaWin 소프트웨어 및 포함된 계산 모델("탄소 상의 87K에서의 아르곤(슬릿 공극, NLDFT 평형 모델)"으로 지칭됨)을 사용하여 등온선으로부터 계산하였다. 이러한 DFT 계산의 출력은 0.35 nm ∼ 40 nm의 공극 직경 범위에서 유효한 공극 크기 분포와 cm2/g 단위의 동일한 범위에 대한 누적 공극 부피이다. 20.056 nm 미만의 공극 크기에 대한 단위 질량당 누적 공극 부피 공극 부피의 값에, 샘플의 단위 면적당 질량을 곱하여 PVA_20으로 표시되는 단위 막 면적당 20 nm 미만의 공극 부피를 산출하였으며, 여기서 PVA_20은 단위 막 면적(cm3/m2)당 20 nm보다 작은 공극의 부피이다. PVA_20은 하기 수학식 (5)에 의해 정의된다.
PVA_20 = 누적 공극 부피[cm3/g, 20.065 nm] * MPA[g/m2] (5).
실시예
본 출원의 발명을, 일반적으로 그리고 특정 실시양태와 관련지어, 상기에서 설명하였다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 실시양태에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 실시양태는 이들이 첨부의 청구범위 및 그의 균등 내용의 범위 내에 있는 한, 본 발명의 수정 및 변형을 포괄하는 것으로 의도된다.
비교예 1
Baillie의 미국 특허 제6,541,589호의 교시에 따라 제조된 폴리테트라플루오로에틸렌 폴리머의 미세 분말을, 0.184 lb/lb의 이소파라핀계 탄화수소 활제(ISOPARTM K, Exxon, Houston, Texas)와 조합하였다. 생성된 혼합물을 블렌딩하고, 원통형 펠릿으로 압축하고, 49℃의 온도에서 적어도 8시간 동안 열 컨디셔닝하였다. 이어서, 원통형 펠릿을 직사각형 오리피스 다이를 통해 72:1의 축소율로 압출하여 테이프를 형성하였다. 이어서, 그 테이프를 3:1의 캘린더링 비율로 롤 사이에서 캘린더링하였다. 캘린더링된 테이프를 3.6:1의 비율로 가로로 연신하고 200℃의 온도에서 건조하였다.
이어서, 건조된 테이프를 기계 방향으로 330℃에서 7:1의 1축 팽창비로 팽창시켰다. 그 후, 생성된 물질을 약 310℃의 온도에서 12:1의 면적 팽창비로 가로 방향으로 팽창시켰다.
이 2축 팽창된 막을 1 m/분의 속도와 10 N/mm의 압축력으로 롤러 사이에서(25℃에서) 압축하였다.
비교예 2
Baillie의 미국 특허 제6,541,589호의 교시에 따라 제조된 폴리테트라플루오로에틸렌 폴리머의 미세 분말을, 0.151 lb/lb의 활제(ISOPARTM K, Exxon, Houston, Texas)와 조합하였다. 그 다음, 생성된 혼합물을 블렌딩하고, 원통형 펠릿으로 압축하고, 49℃의 온도에서 적어도 8시간 동안 열 컨디셔닝하였다. 이어서, 원통형 펠릿을 직사각형 오리피스 다이를 통해 72:1의 축소율로 압출하여 테이프를 형성하였다. 이어서, 테이프를 3:1의 캘린더링 비율로 롤 사이에서 캘린더링하였다. 캘린더링된 테이프를 3.6:1의 비율로 가로로 연신하고 200℃의 온도에서 건조하였다.
이어서, 건조된 테이프를 기계 방향으로 330℃에서 5:1의 1축 팽창비로 팽창시켰다. 그 후, 생성된 물질을 약 310℃의 온도에서 10.8:1의 면적 팽창비로 가로 방향으로 팽창시켰다. 이어서 막을 약 380℃의 온도에서 25초 동안 소결하였다.
이 2축 팽창된 막을 1 m/분의 속도와 20 N/mm의 압축력으로 롤러 사이에서(25℃에서) 압축하였다.
비교예 3
Baillie의 미국 특허 제6,541,589호의 교시에 따라 제조된 폴리테트라플루오로에틸렌 폴리머의 미세 분말을 0.145 lb/lb의 활제(ISOPARTM K, Exxon, Houston, Texas)와 조합하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 블렌딩하고, 원통형 펠릿으로 압축하고, 49℃의 온도에서 적어도 8시간 동안 열 컨디셔닝하였다. 이어서, 원통형 펠릿을 직사각형 오리피스 다이를 통해 72:1의 축소율로 압출하여 테이프를 형성하였다. 이어서, 테이프를 3:1의 캘린더링 비율로 롤 사이에서 캘린더링하였다. 캘린더링된 테이프를 3.6:1의 비율로 가로로 연신하고 230℃의 온도에서 건조하였다.
이어서, 건조된 테이프를 기계 방향으로 325℃에서 5:1의 1축 팽창비로 팽창시켰다. 생성된 물질을 약 300℃의 온도에서 12.3:1의 면적 팽창비로 가로 방향으로 팽창시켰다.
이 2축 팽창된 막을 5 m/분의 속도와 80 N/mm의 압축력으로 롤러 사이에서(90℃에서) 압축하였다.
실시예 1
파트 1: 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 기재 테이프
Malhotra 등의 미국 특허 제4,576,869호의 교시에 따라 제조된 폴리테트라플루오로에틸렌 폴리머의 미세 분말을, 0.176 lb/lb의 이소파라핀계 탄화수소 활제(ISOPARTM K, Exxon, Houston, Texas)와 조합하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 블렌딩하고, 원통형 펠릿으로 압축하고, 70℃의 온도에서 적어도 8시간 동안 열 컨디셔닝하였다. 이어서, 원통형 펠릿을 직사각형 오리피스 다이를 통해 72:1의 축소율로 압출하여 테이프를 형성하였다. 이어서, 테이프를 3:1의 캘린더링 비율로 롤 사이에서 캘린더링하였다. 캘린더링된 테이프를 3.6:1의 비율로 가로로 연신하고, 240℃의 온도에서 건조하였다. 그 결과, PTFE 테이프가 생성되었으며, 이를 PARYLENE HT®를 사용한 후속 코팅 및 팽창을 위한 기재로서 사용하였다.
파트 2: PPX 코팅
PTFE 기재를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, Specialty Coating Systems의 상업적으로 이용 가능한 기본 코팅 공정을 이용하여 PARYLENE HT® 필름으로 대략 1 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였고, 이 공정은 본원에서 "표준 공정"으로 지칭되며 상응하는 "표준 코팅"을 형성한다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 335℃로 3.22의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 2
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정(실시예 1)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 1 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 335℃로 12.1의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 3
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정(실시예 1)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 5 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 335℃로 2.71의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 4
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정(실시예 1)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 5 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 335℃로 11.3의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 5
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정(실시예 1)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 2 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 300℃로 16.6의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 6
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정의 변형을 이용하여 PARYLENE HT® 필름으로 대략 2 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였고, 이 변형 공정은 "공정 A"로 지칭되며 상응하는 "코팅 A"를 형성한다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 335℃로 14.0의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 7
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정의 변형을 이용하여 PARYLENE HT® 필름으로 대략 2 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였고, 이 변형 공정은 "공정 B"로 지칭되며 상응하는 "코팅 B"를 형성한다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 335℃로 14.3의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 8
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 공정 B(실시예 7)를 이용하여 PARYLENE HT® 필름으로 대략 1 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 300℃로 45.9의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 접착 테이프(ULINE S-1893, Pleasant Prairie, WI)의 층을 PPX 여과 물품의 표면에 적용하고 신속하게 제거하여, PPX 여과 물품의 그 면으로부터 PARYLENE HT® 층을 제거하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 9
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정(실시예 1)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 1 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 320℃로 42.3의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 접착 테이프(ULINE S-1893, Pleasant Prairie, WI)의 층을 막의 표면에 적용하고 신속하게 제거하여, PPX 여과 물품의 그 면으로부터 PARYLENE HT® 층을 제거하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 10
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 공정 B(실시예 7)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 2 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 320℃로 38.4의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 그 후, 그 샘플을 오븐에 380℃의 온도로 30초 동안 넣었다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 접착 테이프(ULINE S-1893, Pleasant Prairie, WI)의 층을 PPX 막의 표면에 적용하고 신속하게 제거하여, PPX 여과 물품의 그 면으로부터 PARYLENE HT® 층을 제거하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 11
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정(실시예 1)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 2 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 150℃로 7.04의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 10%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
실시예 12
PTFE 기재 테이프(실시예 1, 파트 1)를 Specialty Coating Systems(Indianapolis, IN)에 보냈다. 테이프의 샘플을, 표준 공정(실시예 1)에 따라 PARYLENE HT® 필름으로 대략 2 마이크론의 두께로 양면에 코팅하였다. 이 샘플을 2축 팬터그래프 기계에서 200℃로 15.6의 면적 팽창비로 2축(즉, 두 방향으로) 팽창시켰다. 팽창은 기계 및 가로 방향으로, 두 방향 각각에서 25%/초의 속도로 동시에 수행하였다. 이는 PPX 여과 물품을 생성하였다. 그 PPX 여과 물품의 특성을 표 2에 제시한다.
각각의 PPX 여과 물품을 또한, 전술한 시험 절차를 이용하여 기류(ATEQ 및/또는 걸리), 평균 여과액 투과도(상기 식 (1) 참조) 및 비드 보유율(상기 식(2) 참조)에 대해 평가하였다. 그 결과를 하기 표 3에 제공한다.
다양한 PPX 여과 물품에 대해, 나노입자 비드 보유율에 대한 평균 여과액 투과도를 플롯하였으며, 이를 도 9로서 제공한다. 일반적으로, PPX 폴리머 막은 비교 ePTFE 막보다 우수한, 나노입자의 투과도 및 보유율을 나타냈다. 또한, 표준 코팅(실시예 1-5, 9, 11 및 12) 및 코팅 B(실시예 7-8, 10)를 갖는 PPX 여과 물품은 코팅 A(실시예 6)를 갖는 PPX 여과 물품보다 우수한 보유율을 나타냈다.
도 10 및 11은, 각각 PVA_20 및 질량/면적(MPA)으로 순위를 매긴, 실시예 1-12의 PPX 여과 물품의 선질 계수를 도시한다. PPX 여과 물품의 선질 계수는 PPX 여과 물품의 상대적 보유율 및 투과도 성능에 상응한다. PVA_20 및 질량/면적(MPA)은 둘 다 PPX 여과 물품의 선질 계수와 강한 상관 관계가 있는 특성이다. 일반적으로는, PVA_20 값이 낮을수록 선질 계수가 높다. 여과 물품의 선질 계수는 질량/면적(MPA) 및/또는 PVA_20을 감소시킴으로써 최적화할 수 있다. 데이터는, 흐름과 보유율 사이의 균형을 최대화하기 위해서 PVA_20 값 및/또는 질량/면적(MPA) 값을 최소화하는 것이 바람직함을 시사한다. 도 10에 도시된 바와 같이, PVA_20을 감소시킴으로써 선질 계수를 최적화할 수 있다. 일부 실시양태에서, PVA_20은 약 2.0 cm3/m2 미만, 약 1.5 cm3/m2 미만, 약 1.0 cm3/m2 미만, 약 0.75 cm3/m2 미만, 약 0.6 cm3/m2 미만, 약 0.5 cm3/m2 미만, 약 0.4 cm3/m2 미만, 약 0.3 cm3/m2 미만, 약 0.2 cm3/m2 미만, 또는 약 0.1 cm3/m2 미만이다. 일부 실시양태에서, PVA_20은 약 0.1 cm3/m2 내지 약 2.0 cm3/m2, 약 0.1 cm3/m2 내지 약 1.5 cm3/m2, 약 0.1 cm3/m2 내지 약 1.0 cm3/m2, 약 0.1 cm3/m2 내지 약 0.75 cm3/m2, 약 0.1 cm3/m2 내지 약 0.6 cm3/m2, 약 0.1 cm3/m2 내지 약 0.5 cm3/m2, 약 0.1 cm3/m2 내지 약 0.4 cm3/m2, 약 0.1 cm3/m2 내지 약 0.3 cm3/m2, 또는 약 0.1 cm3/m2 내지 약 0.2 cm3/m2 이다. 도 11은, PPX 여과 물품의 질량/면적(MPA)을 감소시킴으로써 선질 계수를 최적화할 수 있음을 예시한다. 일부 실시양태에서, 질량/면적(MPA)은 30g/m2 미만이다. 질량/면적(MPA)은 약 5g/m2 내지 약 30g/m2, 약 5g/m2 내지 약 25g/m2, 약 5g/m2 내지 약 20g/m2, 약 5 g/m2 내지 약 15 g/m2, 또는 약 5 g/m2 내지 약 10 g/m2 범위일 수 있다.
본 출원의 발명을, 일반적으로 그리고 특정 실시양태와 관련지어, 상기에서 설명하였다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 실시양태에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 실시양태는 이들이 첨부의 청구범위 및 그의 균등 내용의 범위 내에 있는 한, 본 발명의 수정 및 변형을 포괄하는 것으로 의도된다.
Claims (25)
- 입자 집단을 포함하는 공급물 유체를 적어도 하나의 PPX 폴리머 막에 통과시킴으로써, 입자 집단의 적어도 일부가 공급물 유체로부터 분리되도록 하는 것을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 50 마이크론 이하의 두께를 갖는 것인 방법.
- 제2항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.05 마이크론 내지 약 3 마이크론의 두께를 갖는 것인 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 PPX-N, PPX-AF4, PPX-VT4, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 다공성 기재의 적어도 한 면에 결합되는 것인 방법.
- 제5항에 있어서, 다공성 기재는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE), 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 실리콘, 유리 및 아연으로부터 선택된 재료를 포함하는 것인 방법.
- 제5항에 있어서, 다공성 기재는 적어도 하나의 PPX 폴리머 막보다 큰 두께를 갖는 것인 방법.
- 제5항에 있어서, 다공성 기재는 적어도 하나의 PPX 폴리머 막보다 큰 다공도를 갖는 것인 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 적어도 약 0.003 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는 것인 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.01 g/cm2/분/psi 내지 약 0.3 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는 것인 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 공급물 유체는 수성 액체, 비수성 액체, 또는 이들의 혼합물인 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 공급물 유체는 생물학적 액체인 방법.
- 여과 장치로서,
다공성 기재; 및
다공성 기재의 적어도 한 면에 결합된 적어도 하나의 PPX 폴리머 막
을 포함하는 적어도 하나의 PPX 여과 물품을 포함하며,
적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 1 nm 내지 약 100 nm의 공극 크기를 갖고,
여과 물품은 약 0.6 cm3/m2 미만의 PVA_20 및 약 30 g/m2 미만의 질량/면적(MPA) 중 적어도 하나를 갖는 것인 여과 장치. - 제13항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.05 마이크론 내지 약 3 마이크론의 두께를 갖는 것인 여과 장치.
- 제13항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 적어도 약 0.003 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는 것인 여과 장치.
- 제13항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 5 nm 내지 약 50 nm의 공극 크기를 갖는 것인 여과 장치.
- 제13항에 있어서, PPX 여과 물품은 약 0.1 cm3/m2 내지 약 2.0 cm3/m2의 PVA_20을 갖는 것인 여과 장치.
- 제13항에 있어서, PPX 여과 물품은 약 5 g/m2 내지 약 30 g/m2의 질량/면적을 갖는 것인 여과 장치.
- 제13항에 있어서, PPX 여과 물품은 약 0.1 cm3/m2 내지 약 2.0 cm3/m2의 PVA_20 및 약 5 g/m2 내지 약 30 g/m2의 질량/면적을 갖는 것인 여과 장치.
- 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, PPX 폴리머 막은 PPX-AF4 막인 여과 장치.
- 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 다공성 기재의 반대면에 결합된 제2 PPX 폴리머 막을 추가로 포함하는 여과 장치.
- 여과 장치로서,
입자 집단을 함유하는 공급물 유체를 여과 하우징으로 유도하도록 구성된 유체 유입구, 및
여과 하우징으로부터 여과액을 유도하도록 구성된 유체 유출구
를 포함하는 여과 하우징; 및
여과 하우징 내에서 유체 유입구와 유체 유출구 사이에 배치되고, 공급물 유체로부터 입자 집단의 적어도 일부를 분리하도록 구성된 적어도 하나의 다공성 폴리파라크실릴렌(PPX) 폴리머 막
을 포함하는 여과 장치. - 제22항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은
다공성 기재의 제1 면에 결합되고 유체 유입구와 유체 연통된 제1 PPX 폴리머 막; 및
다공성 기재의 제2 면에 결합되고 유체 유출구와 유체 연통된 제2 PPX 폴리머 막
을 포함하는 것인 여과 장치. - 제22항 또는 제23항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 적어도 약 0.003 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는 것인 여과 장치.
- 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 PPX 폴리머 막은 약 0.01 g/cm2/분/psi 내지 약 0.3 g/cm2/분/psi의 투과도를 갖는 것인 여과 장치.
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