KR20140129004A

KR20140129004A - 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 연료 여과 매질 및 연료 필터들과, 이들의 이용 방법들

Info

Publication number: KR20140129004A
Application number: KR1020147022333A
Authority: KR
Inventors: 인나 파커
Original assignee: 알스트롬 코포레이션
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-11-06
Also published as: US20170319994A1; BR112014022222B1; US10363505B2; EP2822670A2; CN104144735B; CN104144735A; US20130233789A1; KR101739746B1; CA2873830A1; EP2822670B1; WO2013132161A3; EP3725387B1; CA2873830C; US9662600B2; EP3725387A1; WO2013132161A2

Abstract

높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질은 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들의 혼합을 포함하고, 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 95% 이상의 4 미크론에서의 전체 여과 효율 및 0.5 mg/in²/mils 이상의 매질 캘리퍼에 대한 여과 용량의 비율을 달성하는 양으로 상기 매질에 존재한다. 여과 매질은 합성 비 섬유화된 스테이플 섬유들 및 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들의 섬유성 슬러리 혼합으로부터 습식 눕혀진 시트를 형성하여, 뒤이어 여과 매질을 얻기 위해 시트를 건조함으로써 만들어진다. 선택적으로, 여과 매질은 수지 결합제를 구비할 수 있고, 그루브형 및/또는 주름질 수 있다.

Description

높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 연료 여과 매질 및 연료 필터들과, 이들의 이용 방법들{HIGH EFFICIENCY AND HIGH CAPACITY GLASS-FREE FUEL FILTRATION MEDIA AND FUEL FILTERS AND METHODS EMPLOYING THE SAME}

본 명세서에 개시된 실시예들은 일반적으로 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 연료 여과 매질, 연료 필터들, 및 이와 동일한 것을 이용하는 연료를 여과하는 방법들에 관한 것이다.

작은 크기의 미립자들의 높은 여과 효율을 갖는 여과 매질은 일반적으로, 여과될 미립자들이 매질을 통과할 수 없도록 매질에 작은 기공들(pores)을 요구한다. 하지만, 매질에서의 작은 기공들은 일반적으로 낮은 침투율을 초래하므로, 매질을 통해 높은 유체 압력의 강하를 야기한다. 미립자들이 매질의 상류에서 물리적으로 포착될 때, 이들 미립자들은 시간이 지남에 따라 매질의 기공들을 점차 차단하고, 이것은 다시 매질 양단의 유체 압력 강하가 점차 증가하도록 한다. 임의의 여과 매질의 품질은 이에 따라 포착될 수 있는 미립자들의 양(또한, "매질 용량"으로서 알려짐)을 특징으로 하며, 이것은 특정한 미리 결정된 압력 강하에서 발생한다. 특정한 미리 결정된 압력이 너무 빨리 도달되면, 결과적인 매질 용량은 이에 따라 낮아질 것이다. 여과 산업에서 일반적인 규칙은 여과 매질에 의해 소유된 효율이 더 높아질수록, 그 용량은 더 낮아진다는 것이다. 그러므로, 흔히, 승낙할 수 있는 여과 매질 매질의 효율과 용량을 달성하기 위하여 절충이 필요하다.

연료 여과에 요구되는 것과 같은 높은 효율의 여과 매질은 종종 스테이플 유리 마이크로 섬유들을 포함한다. 유리 마이크로 섬유들은 바늘-형 섬유 형태, 강성도(rigidity) 및 작은 크기로 인해 고유한 여과 특성들을 소유한다. 그러므로, 유리 마이크로 섬유들은 높은 효율 및 높은 용량 모두를 제공하기 위해 종래의 여과 매질에 광범위하게 사용되고 있다.

예를 들어 헤비-듀티(heavy-duty) 디젤 연료 여과 동안, 증가하는 프로세스 압력을 통해, 유리 마이크로 섬유들이 여과된 연료를 갖는 여과 매질로부터 세척될 수 있어서, 내연 엔진에 들어가고 이 내연 엔진에 손상을 줄 수 있다는 고려사항들이 나타났다. 여과 매질로부터 걸러지는 유리 마이크로 섬유들로부터 초래될 수 있는 문제들을 방지하기 위해, 유리 마이크로섬유 함유 매질에 대한 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 대안들을 전개하려는 노력들이 이루어졌다. 하류 여과액으로의 유리 마이크로 섬유들의 걸러짐은 내연 엔진 연료 여과뿐 아니라, 예를 들어, 음식물 섭취를 통해, 인체와 접촉하게 되는 예를 들어 임의의 유형의 여과에서 고려 사항이다.

종래의 상업적으로 이용가능한 무-유리 여과 매질은 종종 예를 들어 100% 나무 펄프로부터 요구된 여과 효율을 제공하는 베이스-매질과, 요구된 여과 용량을 제공하는 미세한 스테이플 섬유들의 적층된 층을 포함한다. 여과 매질의 이들 종래의 형태들의 제조는 매질의 높은 압력의 니핑(nipping) 뿐 아니라, 효율 및 용량 층들의 적층을 포함하는 다중-스테이지 제조 프로세스를 요구하며, 이것은 전체적으로 높은 생산비를 초래한다. 종래의 매질의 다중-층 구조는 종종 또한 비교적 더 높은 두께를 초래하여, 이것은 결과적인 필터의 주름진 기하학적 구조에 대한 단점이다.

그러므로, 무-유리(즉, 어떠한 유리 섬유들도 포함하지 않음)이고 높은 여과 용량 및 효율을 나타내지 않는 여과 매질이 제공될 수 있는 경우 매우 바람직하다. 그러한 여과 매질은 또한 추가로 처리되고 및/또는 주름질 수 있을 정도로(예를 들어, 그러한 매질을 포함하는 필터 유닛들의 형성을 허용하도록) 충분한 최소의 강도를 소유해야 한다. 그러므로, 본 발명이 향하는 그러한 바람직한 속성들을 만족시키기 위한 것이다.

하나의 양상에 따라, 본 명세서에 개시된 실시예들은 스테이플 합성 섬유들 및 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들의 혼합으로 구성되는 무-유리 부직포 여과 매질을 제공한다. 특정 실시예들에 따라, 스테이플 합성 섬유들은 가장 바람직하게 합성 마이크로 섬유들을 포함하거나 구성된다. 선택적으로, 특정한 다른 실시예들의 여과 매질은 매질의 여과 효율 및/또는 용량에 상당한 악영향을 주지 않는 양으로 비-섬유화된 셀룰로오즈 섬유들을 포함할 수 있다.

특정한 실시예들은 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들 및 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들의 혼합을 포함하는 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 부직포 여과 매질의 형태일 것이고, 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 95% 이상의 4 미크론에서의 전체 여과 효율, 및 0.5 mg/in²/mils 이상의 매질 캘리퍼에 대한 여과 용량의 비율을 달성하는 양으로 매질에 존재한다.

합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들은 폴리에스테르들, 폴리알킬렌들, 폴리아크릴로니트릴들, 및 폴리아미드들로 구성된 그룹으로부터 선택된 열가소성 폴리머로 형성될 수 있다. 폴리에스테르들, 특히 폴리알킬렌 테레프탈레이트들은 특히 바람직하다. 몇몇 실시예들은 약 10 미크론 미만의 평균 섬유 직경과 약 25mm 미만의 평균 길이를 갖는 비-섬유화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 스테이플 마이크로 섬유들을 포함할 것이다. 합성 스테이플 섬유들은 약 50 중량% 내지 약 99.5 중량%의 ODW의 양으로 존재할 수 있다.

섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 섬유화된 리요셀 나노 섬유들을 포함할 수 있다. 특정한 실시예들은 약 0.5 내지 약 50 중량%의 ODW의 양으로 섬유화된 리요셀 나노 섬유들을 포함할 것이다. 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 약 300 ml 이하의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 소유할 수 있다.

특정한 실시예들은 약 50 중량% 내지 약 99.5 주양의 ODW의 양으로 존재하는 약 25 mm 미만의 평균 길이와 약 10 미크론 미만의 평균 섬유 직경을 갖는 스테이플 폴리에틸렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들과, 약 0.5 내지 약 50 중량%의 ODW의 양으로 존재하는 약 300 ml 이하의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 갖는 섬유화된 리요셀 스테이플 섬유들의 혼합을 포함할 것이다. 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 1000 나노미터 이하의 평균 직경과 약 1mm 내지 약 8mm의 평균 길이를 가질 수 있다.

다른 구성요소들 및/또는 첨가제들은 여과 매질에 병합될 수 있다. 예로서, 몇몇 실시예들은 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들로 혼합된 천연 나무 펄프를 포함할 수 있다. 이용되는 경우, 천연 나무 펄프는 약 25 중량% 이하의 ODW의 양으로 존재할 수 있다. 습식 강도 첨가제들, 광학 증백제들(brighteners), 섬유 유지제들(fiber retention agents), 착색재들, 연료-물 분리 보조제들(예를 들어, 실리콘 첨가제들 및 연관된 촉매들), 물 또는 오일 방수제들(예를 들어, 플루오로카본들), 방화제 또는 방열제들 등이 또한 이용되는 것이 바람직할 수 있다.

수지 결합제들은 또한 바람직한 물리적 특성들을 달성하기 위해 여과 매질에 첨가될 수 있다. 이용되는 경우, 그러한 결합제 수지들은 약 2 내지 약 50 중량%의 SDC의 양으로 존재할 수 있다.

여과 매질은 습식-눕혀진 슬러르 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 예로서, 여과 매질은 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들의 혼합으로 구성된 섬유 슬러리로부터 습식 눕혀진 시트를 형성함으로써, 그리고 여과 매질을 얻기 위해 시트를 건조시킴으로써 만들어질 수 있다. 여과 매질은 여과 디바이스들(예를 들어, 온-보드 연료 여과 시스템들과 연관된 필터 유닛들)에서의 사용을 용이하게 하도록 그루브형 및/또는 주름질 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들의 하나의 유리한 특징은 연료로부터 물을 분리시킬 수 있는 능력이다. 본 발명에 따른 여과 매질은 실리콘의 첨가 없이 물을 분리하는데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 다양한 실시예들의 이들 및 다른 속성들은 다음의 상세한 설명들을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 여과 매질에 존재하는 섬유화된 리요셀 나노 섬유들의 함량(중량%)에 대한 4 미크론에서의 다중 통과(MP) 효율(%)의 플롯을 도시한 도면.
도 2는 물 제거 용량을 테스트하기 위한 장치의 개략도.
도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b는 기준 여과 매질에 비해 본 발명의 2개의 실시예들의 테스트 결과들을 도시한 도면.

첨부된 청구항들과 본 명세서에 사용된 바와 같이, 아래의 용어들은 다음과 같은 정의들을 갖도록 의도된다.

"섬유"는 직경에 대한 길이의 높은 종횡비를 갖는 섬유성 또는 섬유 모양의 구조이다.

"스테이플 섬유"는, 자연적으로 소유되거나, 한정된, 비교적 짧은, 세그먼트들 또는 개별적인 길이들로 절단되거나 추가로 처리된 섬유를 의미한다.

"나노 섬유들"은 약 1000 미만의 나노미터의 평균 직경을 갖는 섬유들을 의미한다.

"섬유성(fibrous)"은 주로 섬유 및/또는 스테이플 섬유로 구성되는 물질을 의미한다.

"부직포"는 자가-지지 구조 요소를 형성하도록 서로 무작위로 상호 연동되고(interlocked), 연류되고(entangled) 및/또는 경계짓는 웹 또는 매트에서 섬유들 및/또는 스테이플 섬유들의 집합을 의미한다.

"합성 섬유" 및/또는 "인공(man-made) 섬유"는 화학 화합물들 및/ 수정되거나 변형된 천연 폴리머로부터 합성된 폴리머들을 포함하는 섬유-형성 요소들로부터 만들어진 화학적으로 생성된 섬유를 나타낸다. 그러한 섬유들은 종래의 용융-스피닝, 용액- 또는 용매-스피닝 등의 필라멘트 생성 기술들에 의해 생성될 수 있다.

"셀룰로오즈 섬유"는 셀룰로오즈로 구성되거나 이로부터 도출되는 섬유이다.

"여수도"는, 그 전체가 본 명세서에서 참고용으로 명백히 병합되는 TAPPI 캐나다 표준 방법 T 227 om-94(1994)(이후부터 종종 "캐나다 표준 여수도" 또는 "CSF"로 지칭됨)에 기재된 바와 같이 스테이플 섬유의 희석 현탁액이 배수될 수 있는 비율의 ml 단위의 측정치이다.

"소섬유들(fibrils)"은 스테이플 섬유와 연관된 작고, 미소한 불규칙한 나사산 형태의 요소들이다.

"섬유화"는 약 300 ml 이하, 바람직하게 약 200 ml 이하, 일반적으로 약 10 내지 약 200 ml의 캐나다 표준 여수도를 나타내는 다수의 소섬유들을 형성하도록 추가로 작용된 스테이플 섬유들을 의미한다.

"비-섬유화"는 본질적으로 어떠한 소섬유들도 갖지 않고 약 500 ml보다 큰 캐나다 표준 여수도를 나타내는 처리되지 않은 스테이플 섬유들을 의미한다.

"섬유화 가능(fibrillatable)"은 종이-제작 산업에서 이용된 표준 기계 회전 날들(beaters), 정제기들 등을 이용하여 섬유화될 능력을 고유하게 소유하는 비-섬유화된 스테이플 섬유들을 의미한다.

"오븐 건조 무게" 또는 "ODW"는 5분 동안 350℉(177℃)로 고온 공기 오븐에서 건조시킨 후에 섬유들 또는 직물의 총 중량을 의미한다.

"포화된 건식 경화" 또는 "SDC"는, 수지로부터 용매를 증발시킬 정도로 충분한 시간 동안 공기-건조되거나 낮은 열로 건조되고, 5분 동안 350℉(177℃)로 고온 공기 오븐에서 경화되고, 수지로 포화된 매질을 의미한다.

비-섬유화된 스테이플 합성 섬유들

사실상 임의의 종래의 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들은 본 발명의 여과 매질에 이용될 수 있다. 특히 바람직한 실시예들은 폴리에스테르들{예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등과 같은 폴리알킬렌 테레프탈레이트들}, 폴리알킬렌들(예를 들어, 폴리에틸렌들, 폴리프로필렌들 등), 포이아크릴로니트릴들(PAN), 및 폴리아미드들(나일론들, 예를 들어, 나일론-6, 나일론 6.6, 나일론-6,12, 등)과 같은 열가소성 폴리머로 형성된 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들을 포함할 것이다.

스테이플 PET 섬유들이 바람직하다.

합성 스테이플 섬유들은 가장 바람직하게 마이크로 섬유들인데, 이것은 약 10 미크론 미만, 종종 약 8 미크론 미만 또는 심지어 약 5 미크론 미만의 평균 섬유 직경들과, 약 25 mm 미만, 종종 약 6.5 mm 미만과 같은(예를 들어, 약 3.5mm 미만의) 약 10 mm 미만의 길이들을 소유하는 스테이플 섬유들이다.

특히 바람직한 합성 스테이플 마이크로 섬유들은 물 산란 가능한 폴리알킬렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들이다. 스테이플 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 마이크로 섬유들이 바람직하다. 특정한 바람직한 실시예들에서, 스테이플 PET 마이크로 섬유들은 적어도 25℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 물의 비-산란가능 설포폴리에스테르 섬유들의 물 세척의 결과이며, 설포폴리에스테르는 (i) 이소프탈릭 산 또는 테레프탈릭 산의 하나 이상의 잔여물들의 약 50 내지 약 96 몰%와; (ii) 총 산의 잔여물들을 주원료로 한, 소디오설포이소프탈릭 산의 잔여물의 약 4 내지 약 30 몰%와; (iii) 하나 이상의 디올 잔여물들로서, 적어도 25 몰%는 총 디올 잔여물들을 주원료로 한, 구조 H-(OCH₂-CH₂)n-OH를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)이고, 여기서 n은 2 내지 약 500의 범위에 있는 정수인, 디올 잔여물들과; (iv) 총 반복 유닛들을 주원료로 한, 3 이상의 히드록실 및/또는 카르복실 작용 기들을 갖는 분기 단량체의 잔여물들의 0 내지 약 20 몰%를 포함한다. 이들 바람직한 합성 스테이플 PET 마이크로 섬유들 및 그 생성 방법들은 공개된 미국 특허 출원 번호 2008/031 1815 및 2011/0168625(각각의 전체 내용은 본 명세서에 참고용으로 명백히 병합된다)에 더 완전히 설명되고, TN, 킹스포트, Eastman Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능하다.

합성 스테이플 섬유들은 약 50 중량% 내지 약 99.5 중량%의 ODW, 바람직하게 75 중량% 내지 약 97.5 중량%의 ODW의 양으로 여과 매질에서 이용될 것이다. 특히 바람직한 실시예들은 약 80 중량% 내지 약 90 중량%의 ODW의 양으로 합성 스테이플 섬유들을 포함할 것이다.

B. 셀룰로오즈 섬유들

여과매질은 약 300 ml 이하, 바람직하게 약 200 ml 이하, 일반적으로 약 10 내지 약 200 ml의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 소유하는 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들을 반드시 포함할 것이다.

바람직한 섬유화가능 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은, 산화 아민과 같은 유기 용매에서 나무 펄프의 직접적인 분해 및 스피닝에 의해 만들어지고 리요셀 스테이플 섬유들로서 알려진 섬유들이다. 섬유화 가능 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 이에 따라 종이-제작 산업에서 이용되는, 표준 기계 회전 날들, 정제기들 등을 겪음으로써 섬유화될 수 있다.

섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 약 0.5 내지 약 50 중량%의 ODW, 바람직하게 2.5 내지 약 25 중량%의 ODW의 양으로 여과 매질에서 이용될 것이다. 특히 바람직한 실시예들은 약 10 내지 약 20 중량%의 ODW의 양으로 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들을 포함할 것이다.

특히 바람직한 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 리요셀 스테이플 섬유들을 포함한다. 리요셀 스테이플 섬유들은 가장 바람직하게 나노 섬유들인데, 이 나노 섬유들은 약 1000 나노미터 이하, 종종 약 400 나노미터 이하, 예를 들어 약 100 나노미터의 평균 직경을 갖는 스테이플 섬유들이다. 몇몇 특히 바람직한 실시예들은 약 250 나노미터의 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들을 포함할 것이다. 리요셀 스테이플 나노 섬유들의 평균 길이는 일반적으로 약 1 mm 내지 약 8 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 6 mm, 또는 약 3 mm 내지 약 4 mm이다.

바람직한 섬유화된 리요셀 나노 섬유들은 EFTec^TM 나노 섬유화된 섬유들의 상표명 하에 Engineered Fibers Technology, LLC로부터 상업적으로 이용가능하다. 섬유화된 리요셀 나노 섬유들의 바람직하게 상업적으로 이용가능한 형태들은 각각 ≤ 10 CSF, 40 CSF 및 200 CSF의 4 mm 또는 6 mm 섬유 길이에서 섬유화 정도를 갖는 EFTec^TM L010-4, L040-4 및 L200-6 나노 섬유화된 섬유들을 포함한다.

다른 비-섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 추가 단단함(stiffness)을 여과 매질에 부과하도록 선택적으로 비-섬유화된 합성 스테이플 섬유들 및 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들과 혼합될 수 있다. 그러므로, 몇몇 실시예들에 따라, 0으로부터 약 25 중량%까지의 ODW, 예를 들어 0 중량%로부터 약 20 중량%의 ODW 또는 약 15 중량%의 ODW의 천연 나무 펄프(비-리요셀) 스테이플 섬유들의 첨가를 원할 수 있다. 다양한 비-리요셀 비-섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유는 상업적으로 시중에서 구할 수 있으며 원할 수 있는 바에 따라 본 명세서에 개시된 여과 매질의 다른 구성요소들과 혼합될 수 있다.

C. 다른 구성요소들

특정 실시예들에 따른 여과 매질은 바람직한 물리적 특성들을 달성하기 위해 수지 결합제를 포함할 수 있다. 임의의 적합한 수지 결합제들은 그러한 목적을 위해 여과 매질에 첨가될 수 있다. 선택적으로 이용될 수 있는 결합제 수지들의 적합한 예들은 스티렌 아크릴, 아크릴, 폴리에틸렌 비닐 클로라이드, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌 아크릴레이트, 폴리아크릴레이트들, 폴리비닐 클로라이드, 폴리니트릴들, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올 유도체들, 전분 폴리머들, 에폭시, 페놀들 및 이들의 조합들과 같은 폴리머들을 포함하고, 이들은 수인성 또는 용매 버전들 모두를 포함한다. 몇몇 경우들에서, 결합제 수지는 물-주원료의 에멀젼과 같은 라텍스 형태일 수 있다.

이용되는 경우, 수지 결합제는 약 2 내지 약 50 중량%의 SDC, 바람직하게 10 내지 약 30 중량%의 SDC의 양으로 존재할 수 있다. 특히 바람직한 실시예들은 약 12 내지 약 25 중량%의 SDC의 양으로 수지 결합제를 포함할 것이다.

바람직한 수지 결합제들은 페놀 수지들, 아크릴 수지들(예를 들어, 비닐 아크릴 라텍스 수지들), 멜라민 수지들, 실리콘 수지들, 에폭시 수지들 등을 포함한다. 이용될 수 있는 하나의 페놀(페놀포름알데히드) 수지는 KY, 루이스빌 소재의 Momentive Specialty Chemicals Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 DURITE(등록상표) SL161A를 포함한다. 이용될 수 있는 하나의 적합한 라텍스 주원료의 수지 결합제는 MN, 세이트 폴 소재의 HB Fuller로부터 상업적으로 이용가능한 PD 0458 M1(포름알데히드에서 분산된 폴리옥시메틸렌 노닐페놀 분기된 에테르 포스페이트)이다. 적합한 멜라민 결합제 수지는 KY, 루이스빌 소재의 Momentive Specialty Chemicals Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 ASTRO(등록상표) Celrez PA-70 메틸화된 멜라민 수지 시스템일 수 있다. 적합한 아크릴 수지들은 BASF Corporation으로부터 상업적으로 이용가능한 ACRODUR(등록상표) 무-포름알데히드 물-주원료의 아크릴 수지들을 포함한다.

여과 매질은 또한 예를 들어, 습식 강도 첨가제들, 광학 증백제들, 섬유 유지제들, 착색재들, 연료-물 분리 보조제들(예를 들어, 실리콘 첨가제들 및 연관된 촉매들), 물 또는 오일 방수제들(예를 들어, 플루오로카본들), 방화제 또는 방열제들 등과 같은 습식-눕혀진 여과 매질에서 종래에 이용된 첨가제들을 포함할 수 있다. 존재시, 이들 첨가제들은 최대 약 20 중량%의 ODW, 바람직하게 최대 약 10 중량%의 ODW, 예를 들어 약 1 내지 약 10 중량%의 ODW의 양으로 포함될 수 있다.

D. 제조 방법들

본 명세서에 기재된 여과 매질은 임의의 종래의 "습식-눕혀진" 종이-제작 기술에 의해 만들어질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 비-섬유화된 합성 스테이플 섬유들 및 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들(천연 나무 펄프 섬유들 및/또는 첨가제들과 같은 임의의 선택적 구성요소들과 함께)과 물의 미리 결정된 양들은 펄퍼(pulper) 또는 비터(beater)에 위치될 수 있다. 섬유들은 슬러리 배치(slurry batch)를 형성하기 위해 펄퍼 또는 비터에 의해 물에서 균일하게 혼합되고 분산된다. 몇몇 기계적 작용은 또한 침투율, 표면 특성들 및 섬유 구조와 같은 물리적 파라미터들에 영향을 미치기 위해 섬유들 상에서 수행될 수 있다. 그 후에 슬러리 배치는, 추가 물이 첨가되고 섬유들이 균일하게 혼합되는 혼합 체스트(mixing chest)로 전달될 수 있다. 혼합된 슬러리는 이 후, 하나 이상의 슬러리 배치들이 조합될 수 있는 기계 체스트(machine chest)로 전달될 수 있어서, 배치로부터 연속적인 프로세스로의 전달을 허용한다. 슬러리 일관성은 심지어 섬유들의 분산을 보장하기 위해 진동에 의해 한정되고 유지된다. 이러한 관점에서, 슬러리는 물리적 파라미터들을 조정하기 위해 정제기에 선택적으로 통과될 수 있다.

슬러리는 이 후, 물이 중력 및 흡입에 의해 제거되는 이동 와이어 스크린으로 전달된다. 물이 제거될 때, 섬유들은, 예를 들어 슬러리 흐름율, 기계 속도 및 배출 파라미터들을 포함하는 다수의 프로세스 변수들에 의해 결정된 특성들을 갖는 섬유성의 부직포 매트 또는 시트로 형성된다. 형성된 시트는 종이를 컴팩트하게 하고(compact) 및/또는 그 표면 특성들을 수정하도록 여전히 습식인 동안 선택적으로 압축될 수 있다. 습식 종이 매트는 이 후, 나머지 수반된 대부분의 물이 제거되는 가열된 롤러들{또는 종래 기술 용어로 "캔들(cans)"}로 구성된 건조 섹션을 통해 이동된다. 건조된 웹은 이 후 디핑(dipping), 스프레이 코팅, 롤러(그라비어) 도포 등과 같은 임의의 종래의 수단에 의해 도포된 결합제를 가질 수 있다. 열은 이 후 후속적으로 웹을 건조하도록 가해질 수 있다.

주름진 여과 매질로서 이용되는 경우, 건조된 웹은 유리하게 메이팅된(mated) 수/암의 롤러들을 이용하여 기계-방향(길이 방향) 그루빙을 겪을 수 있다. 이용되는 경우, 매질은 200 mm의 매질 폭당 약 50개의 길이 방향으로 연장하는 그루브들을 가질 수 있다. 각 그루브는 이에 따라 바람직하게 약 4 mm의 공칭 폭을 가질 것이다. 일반적인 그루브형 유리-함유 높은 효율의 연료 그레이드(grade)는 약 38 mil의 전체(포화된 및 건조될 뿐 아니라, 경화된) 캘리퍼, 약 13 mil의 SD 그루브 깊이, 및 약 28 mil의 SD 광학 캘리퍼 A(하나의 그루브에서의 매질 두께의 광학 측정치, 이에 따라 대응하는 평평한 두께를 나타냄)와 같은 치수들을 갖는다.

마무리된(선택적으로 그루브형) 여과 매질은 이 후 마무리된 필터 제품들로의 추가 처리를 위해 롤 상에서 감겨질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 마무리된 여과 매질 시트들은 바람직한 물리적 및 성능 특성들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 물질의 시트들(예를 들어, 적어도 하나의 추가 여과 매질 층, 지지 층 등)과 적층될 수 있다. 여과 매질은 또한 원통형 필터 카트리지에 주름지고 형성될 수 있으며, 이러한 원통형 필터 카트리지는 이때 여과 유닛(예를 들어, 온-보드 연료 필터 유닛)의 구성요소 부분으로서 제공될 수 있다. 지지 와이어 메시 층과의 여과 매질의 공동-주름짐(co-pleating)은 특정한 최종 사용 응용들에서 바람직할 수 있다.

마무리된 여과 매질의 기본 중량은 중요하지 않다. 따라서, 마무리된 여과 매질은 정사각형 미터당 적어도 약 15 그램(gsm), 더 바람직하게 약 35 gsm 내지 최대 약 300 gsm의 기본 중량을 가질 수 있다. 여과 매질의 몇몇 실시예들은 약 50 내지 최대 약 200 gsm의 기본 중량을 소유할 수 있다.

본 발명은 다음의 비-제한적인 예들에 의해 추가로 예시될 것이다.

예 1

아래에 설명된 예들에서, 다음의 구성요소들이 이용되었다:

PET 마이크로 섬유들: Eastman Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능한 2.5 미크론의 평균 직경을 갖는 비-섬유화된 PET 스테이플 마이크로 섬유들,

섬유화된 리요셀: ≤ 10 ml의 CSF를 갖는 리요셀 L010; 40 mL의 CSF를 갖는 리요셀 L040; 및 200 mL의 CSF를 갖는 리요셀 L200을 갖는 상표명 EFTec^TM 섬유들 하에 Engineered Fibers Technology LLC로부터 상업적으로 이용가능한 섬유화된 리요셀 나노 섬유들.

소드라 레드(Sodra Red): 스웨덴, Sodra에 의해 제조된 600-700 ml의 여수도 및 15의 SR과, 7.5의 pH를 갖는 CTM(Chemi-Thermal-Mechanical) 소프트우드 펄프. 부피는 4 cm³/g이다.

알라바마 소나무 또는 알라바마 리버 소프트우드: 300 내지 740 ml 범위의 CSF와 1.48 - 2.1 cm³/g의 부피를 가지고, 미국, Georgia-Pacific에 의해 제조된 남부 소프트우드 ECF(elemental chlorine free) 크래프트 펄프.

HPZIII: 1.8 mm의 평균 섬유 길이 및 7.3 cm³/g의 부피를 갖는, Buckeye Technologies, Inc.로부터의 광택 가공된 남부 소프트우드.

그랜드 프레이어(GRAND PRAIRIE): 2.3 mm의 평균 섬유 길이와, 648-300의 범위의 CSF와, 1.52 - 1.24 cm³/g의 부피를 갖는, Weyerhaeuser Co.로부터의 남부 소프트우드.

피브리아(FIBRIA): 22-55 SR의 배출율 및 약 0.70mm의 섬유 길이를 갖는 Cellulose(USA) Incorporated로부터의 피브리아 ECF 표백된 유칼립투스 펄프.

카이멘(KYMENE) : 양이온 아민 폴리머의 수용성 용액의 12-13% 고체들로 구성된 습식 강도의 첨가제 - 에피클로로히드린 부가물은 1.03의 비중을 갖고, pH는 3.5 - 4.5이고, 용액은 12 - 13% 고체들을 함유한다.

MOMENTIVE 161A: EPON 수지 161, Momentive Specialty Chemicals, Inc.로부터 상업적으로 이용가능하고, 169-178 g/eq(ASTM D1652)의 에폭시드 등가 질량, 18,000 - 28,000 쳬(ASTM D2196)의 점도(25℃), 및 10.0 lb/gal의 밀도(25℃)를 갖는 다기능 에폭시화된 페놀 노볼락 수지 결합제.

절차:

샘플들은 실험실 습식 눕혀진 핸드 시트 몰드를 이용하여 생성되었다. 방법에 기재된 퍼니쉬(furnish)는 2 리터의 탭 물(tap water)과 혼합되었고, 1500 회전수로 표준 실험 분쇄기(Noram)로 분쇄되었다. 퍼니쉬는 습식 눕혀진 몰드에 부어졌고, 대략 25 리터의 탭 물로 희석되었고, 페달 스터(pedal stir)를 통해 3회 저어졌고, 표준 종이 기계 와이어를 통해 배출되었다.

핸드 시트들은 이후 3회 롤링된 카우칭(couching) 롤러를 통해 건조 스퀴징(squeezed dry)되었고, 350℉에서 5분 동안 플랫 베드 속도 오븐(flat bed speed oven)에서 사전 건조되었고, 후속하여 350℉에서 5분 동안 오븐에서 건조되었다. 원료 기반 중량(raw basis weight), 캘리퍼, 공기 침투율과 같은 원료의 물리적 데이터는 오븐 건조 바로 이후에 취해졌다.

샘플들은 이 후 6%의 함량(수지 배스의 배스 고체들은 용매로서 메탄올에서 18%였다)에서 표준 페놀 수지(Momentive Specialty Chemicals, Inc.로부터의 161 A)로 포화되었다. 샘플들은 이 후 주변 상태들에서 24시간 동안 공기 건조되었고, 5분 동안 350℉에서 SDC(포화된 건조 경화) 레벨에 도달하도록 경화되었다. SDC 기반의 중량은 경화 바로 이후에 리코딩되었고, SDC 캘리퍼 및 SDC 공기 침투율과 같은 다른 SDC 데이터는 후속하여 측정되었다. 특히, 이들 물리적 파라미터들은 다음과 같이 측정되었다:

SDC 캘리퍼: SDC 매질의 캘리퍼(두께)는 TAPPI 표준 T411, "Thickness (caliper) of paper, paperboard and combined board"(참고용으로 본 명세서에서 완전히 병합됨)에 따라 Thwing-Albert Instrument Company로부터의 89-100 두께 테스터를 이용하여 측정되었다.

SDC 공기 투과도: SDC의 공기 투과도는 ASTM D737, "Standard Test Method for Air Permeability of Textile Fabrics (직물의 공기 투과도에 대한 표준 시험 방법)"에 따라 TexTest사의 FX3300 LabAir IV 공기 투과도 시험기로 시험하였으며, ASTM D737은 참조함으로써 그 전문이 본 명세서에 포함된다. 측정치들은 1 평방 피트 면적당 분당 입방 피트 풍량(cfm) 125 Pa에서 기록되었다.

여과 성능은 ISO 19438:2003, "내연 엔진들을 위한 디젤 연료 및 가솔린 필터들 - 입자 계수 및 오염물 유지 용량을 이용한 여과 효율"(본 명세서에 참고용으로 병합됨)에 따라 다중 통과(MP) 테스트를 이용하여 측정되었다. ISO 19438:2003은 테스트 액체의 일정한 흐름율에 따르는 내연 엔진들을 위한 연료 필터들의 성능을 평가하기 위해 온라인 입자 계수 방법을 이용한 연속적인 오염물 주입을 통해 다중 통과 여과 테스트를 규정한다. 테스트 절차는 필터의 오염물 용량, 미립자 제거 특성들 및 차동 압력을 결정한다. ISO 19438:2003은 50 l/h 내지 800 l/h의 등급화된 흐름(rated flow)을 갖는 필터 요소들에 적용가능하다; 하지만, 필터 제조업자와 소비자 사이의 합의에 의해, 그리고 몇몇 수정을 통해, 절차는 더 높은 흐름율들로 연료 필터들에 대한 적용에 대해 허용된다. MP 테스트에서 이용된 파라미터들은 다음과 같다:

사용된 테스트 먼지 : ISO 미세함

흐름율: 1.89 리터/분

기름 점도: 15mm²/s @ 43℃ = 109℉ 주입 중량 측정: 75.7 mg/리터

BUGL(Basic Upstream Gravimetric Level) : 10 mg/리터

핸드 시트들은 2.5 미크론 PET 마이크로 섬유(Eastman Chemical Company), 섬유화된 리요셀의 상이한 등급들(Engineered Fibers Technology, LLC로부터의 등급들 L010, L040, L200), 및 3가지 상이한 유형들의 나무 펄프를 이용하여 만들어졌다. 대부분의 핸드 시트들은 또한 아래의 표들에 주지된 양들로 생산 상태들을 모방하기 위해 카이멘, 습식 강도 첨가제를 포함하였다.

"용량/캘리퍼 비율"은 상이한 시트 캘리퍼 두께를 설명하도록 용량 데이터를 공식화하기 위해 매질 용량(mg/in²)을 매질 캘리퍼(mils)로 나눔으로써 계산되었다. "4 미크론에서의 전체 효율"은 이전에 설명된 다중 통과(MP) 여과 테스트를 이용하여 결정되었다.

[표 1]

위의 표 1에서의 데이터는, PET 마이크로 섬유들 및 여과된 리요셀 마이크로 섬유들로 형성된 여과 매질이 0.5 mg/in²/mils 이상의 유리한 용량/캘리퍼 비율과, 4 미크론 이상에서 대략 98% 효율을 나타내었음을 나타낸다.

예 2

예 1은, 여과 매질이 표준 포드리니어(Fourdrinier) 습식-눕혀진 종이 라인 상에 형성되었다는 것을 제외하고 반복되었다. 이들 시험들의 결과들은 아래의 표 2에 도시된다.

[표 2]

위의 표 2에서의 데이터는, 용량/캘리퍼 비율이 모든 기반 중량에 대해 0.5 mg/in²/mils 이상이지만, 그 비율이 기반 중량에서의 증가에 따라 감소하는 경향이 있다는 것을 확인한다. 데이터는 또한, 매질이 4 미크론에서 95% 이상의, 일반적으로 4 미크론에서 97% 이상의 허용가능한 여과 효율을 가졌음을 보여준다.

예 3

예 1은 변하는 양들로 PET 마이크로 섬유들 및 섬유화된 리요셀 마이크로 섬유들로 혼합된 천연 나무 펄프의 상이한 양들로 반복되었다. 데이터는 아래의 표 3에 나타난다.

[표 3]

위의 데이터는, PET 나노 섬유들 및 섬유화된 리요셀의 혼합에 대한 천연 나무 펄프의 첨가가 여과 매질의 용량 특성들을 저하시킨다는 것을 나타낸다. 약 20 - 25 중량%보다 높은 레벨들에서, 나무 펄프는, 용량/캘리퍼 비율이 0.5 mg/in²/mils보다 아래로 감소하도록 할 수 있어서, 회피되어야 한다.

예 4

예 1은 섬유화된 리요셀의 상이한 양들로 반복되었다. 데이터는 아래의 표 4에 나타난다.

[표 4]

위의 표 4에서의 데이터는, PET 마이크로 섬유들에 대한 비교적 적은 양(예를 들어, 약 2.5 중량% 이상)으로 첨가될 때 섬유화된 리요셀 스테이플 섬유들이 매질의 여과 효율을 증가시킨다는 것을 보여준다. 이것은 도 1의 그래프에 추가로 도시된다. 특히, 도 1은, 2.5 중량%의 섬유화된 리요셀, 여과 매질의 모든 기반 중량들 양단의 증가된 여과 효율들이 일어나는 것을 도시한다. 따라서, 더 높은 기반 중량 매질에 대해, 2.5 중량% 미만의 섬유화된 리요셀의 양들이 약 98% 이상의 여과 효율을 달성하기 위해 존재할 수 있다.

데이터는 또한, PET 나노 섬유들 및 섬유화된 리요셀 나노 섬유들의 상대적인 양들이 변할 수 있지만, 일반적으로 섬유화된 리요셀 나노 섬유들이 증가된 효율에 기여하는 한편, PET 나노 섬유들이 증가된 여과 용량에 기여한다는 것을 보여준다. 더 높은 기반 중량을 통해, 여과 매질은 일반적으로 캘리퍼에서의 증가로 인해 더 높은 용량을 나타내고, 기공 구조가 더 깊은 여과 깊이로 인해 점점 더 작아지고, 더 컴팩트하게 된다. 그러므로, 매우 동일한 2개의 구성요소들을 이용하여, 섬유화된 리요셀 나노 섬유 함량은 동일한 효율 레벨(이 경우에, 용량이 증가하는 것을 의미한다)을 유지하기 위해 기반 중량에서의 증가에 따라 감소되어야 한다. 섬유화된 리요셀 나노 섬유들의 상이한 등급들(즉, 상이한 CSF 특성들)을 통해, 섬유들의 절대량은 크게 변할 것이다. 예를 들어, 데이터는, EFTec^TM L200 리요셀 나노 섬유들의 양을 실질적으로 2배로 한 것이 EFTec^TM L010 리요셀 나노 섬유들에 비해 동일한 효율 레벨을 산출한다는 것을 보여준다. 데이터는 일반적으로, 약 2.5 중량%의 EFTec^TM L010 섬유화된 리요셀 나노 섬유들의 최소량이 요구되는 한편, 50 중량%의 EFTec^TM L200 섬유화된 리요셀 나노 섬유들의 최대치가 허용가능한 효율 성능 특성들을 달성하는데 요구된다는 것을 보여준다.

예 5

본 발명의 실험 무-유리 매질은 달성되는 다음의 치수들을 통해 그루브형이 되었다:

위의 표는, 실험 매질의 실제 "평평한" 캘리퍼가 상업적 유리 매질의 "평평한" 캘리퍼보다 훨씬 더 작지만, 동일한 전체 그루브형 캘리퍼가 훨씬 더 큰 그루브를 제공함으로써 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 이것은 추가의 3차원 여과 영역이 생성되어, 변환된 필터에서의 추가 여과 성능을 초래한다는 것을 의미한다. 또한, 본 발명을 구현하는 다른 핸드 시트들이 최대 29 mils의 SD 그루브 깊이들에서 균열 없이 그루브형이 될 수 있다는 것이 관찰되었다.

예 6

본 발명에 따른 여과 매질의 물 분리 성능은 다음의 방식으로 테스트되었다.

테스트 방법들의 설명:

연료/물 분리 평가를 위해 이용가능한 다수의 표준들이 있다. SAE J1839는 거친 물(coarse water)(방울 크기 180 - 260 ㎛)의 제거의 평가에 적용된다. 물 방수 매질은 그러한 큰 방울들을 효율적으로 제거할 수 있다. ISO 16332는 300㎛의 방울 크기, 더 큰 방울 크기를 요구한다. 더욱이 규정된 계면 응력은 SAE J1839보다 낮은 10 -15mN/M이다.

SAE J1488 및 ISO4020은 연료들로부터 유화되거나 미세하게 분산된 물을 분리시키기 위해 연료/물 분리기의 능력을 결정하는 표준들이다. SAE J1488은, ISO 4020이 방울 크기를 한정하지 않기 때문에 ISO 4020과 유사한 것으로 고려될 수 없다. 더욱이, ISO 4020은 일반적으로 낮은 연료 흐름 테스트들에 사용되는 반면, SAE J1488은 최대 100 L/min까지 높은 연료 흐름율에 사용될 수 있다. 주요한 차이들은 연료 펌프 및 테스트 물 농도를 포함한다. SAE J1488은 낮은 전단(shear) 격막 펌프를 통해 2% 물 주입을 권고하는 ISO 4020에 비해, 강한 기계적 전단 및 0.25% 물 농도(더 미세하고, 더 양호한 분산된 물을 생성)를 갖는 원심력 펌프를 요구하여, 방울 덩어리의 더 높은 방울들 및 높은 확률을 초래한다. 따라서, SAE J1488이 더 설득력있는 테스트라는 것이 추론될 수 있다.

디젤 연료로부터의 유화된 물의 분리는 연료의 계면 활성 효과(surfactancy)가 높을 때 더 어려워지고, 이것의 하나의 예는 초저유 황경유(ULSD: ultralow sulfur diesel fuel)의 이용이다. 증가된 계면 활성 효과는 연료/물 계면 응력(IFT) 및 마이크로세퍼로미터 등급(MSEP: microseparometer rating)에서의 감소로서 자체적으로 나타난다. 그 결과는 연료-물 에멀젼의 증가된 안정성이다. 엔진들 상의 거친 및 유화된 물의 충격은 잘 알려져 있고, 문헌 및 SAE 테스트 표준들 SAE J1488 및 SAE J1839 모두에서 잘 문서화된다. 연료들로부터의 거친 물의 제거는 일반적으로 기술적 어려움들을 나타내지 않는다. 하지만, 연료-물 에멀전의 안정성이 증가함에 따라, 이러한 물의 제거의 용이함은 감소하여, 도전이 시작된다.

언급된 테스트 방법들을 통해, 방울들의 생성의 회로 및 방법의 정확한 세부사항들은 일반적이지 않아서, 설치된 기기 및 정확한 프로토콜의 변경이 가능성 있다. 따라서, 디젤의 IFT 및 물 방울 크기가 테스트 프로토콜 및 산업 내에서 모두 크게 변한다고 말할 수 있다. SAE 표준 이용이 자발적이라는 사실로 인해, 개별적인 회사들은 그 제품들을 평가하기 위해 표준을 변하는 정도들로 적용하도록 선택할 수 있다.

본 명세서에 기재된 테스트에 대해, 방법은 전술한 테스트 방법들에 기초한다. 초저유 황경유(ULSD)는, 연동 펌프(3)를 통해 물이 첨가되는 지점에서 펌프(2)를 통해 기름통(sump)(1)으로부터 순환된다. 연료 공급은 이 후 기름통(1)으로 되돌아가기 전에 일련의 연료 물 분리 카트리지들(4)을 통과한다. 펌프(2) 뒤에 그리고 연료 물 분리 카트리지들(4) 앞에, 흐름의 부분은 테스트 셀(5)을 통과할 수 있어, 테스트 매질의 평평한 시트를 포함하고, 후속하여 메인 회로(6)로 되돌아가고, 연료 물 분리 카트리지들(4)을 통해 기름통(1)으로 다시 흐른다.(도 2).

샘플들은 다양한 간격들에서 각 테스트 셀(5)의 상류 및 하류에서 기름통으로부터 제거된다. 카알 피셔 적정(Karl Fischer titration)에 의한 분석은 샘플들의 물 함량이 결정되도록 한다. 수집된 데이터는 각 테스트 셀(5)에서의 샘플에 의해 용이하게 된 물 제거의 평가를 허용하고, 하나의 셀은, 다른 셀들이 비교되는 제어 매질을 포함할 것이다. 이것은 샘플 간 연료 변경의 최소화에 도움을 준다.

카알 피셔 적정 셀은 양극 용액에 분석 물질을 더한 것을 포함한다. 양극 용액은 알코올(ROH), 염기(Base), 설퍼 다이옥시드(SO₂) 및 이오딘(I₂)으로 구성된다. 사용될 수 있는 기존의 알코올은 메탄올 또는 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르이고, 공통 염기는 이미다졸이다.

적정 셀은 또한 메인 구획(compartment)의 양극 용액에 침수된 음극을 갖는 더 작은 구획으로 구성된다. 2개의 구획들은 이온-침투성 막에 의해 분리된다.

Pt 양극은, 전류가 전기 회로를 통해 제공될 때 I₂를 생성한다. 아래에 도시된 순수 반응은 I₂에 의한 SO₂의 산화이다. I₂의 하나의 몰은 H₂O의 각 몰에 대해 소비된다. 즉, 물의 몰당 전자들의 2 몰들이 소비된다.

염기*l₂+ 염기*SO₂+ 염기 + H₂O -> 2염기H+l- + 염기SO₃

염기SO₃+ ROH -> 염기H+ROSO₃-

종점(end point)은 두 전위차(bipotentiometric) 방법에 의해 가장 일반적으로 검출된다. Pt 전극들의 제 2 쌍은 양극 용액에 침수된다. 검출기회로는 적정 동안 2개의 검출기 전극들 사이에 일정한 전류를 유지한다. 등가점 이전에, 용액은 I를 함유하지만, I₂는 거의 없다. 등가점에서, 과도한 I₂는 나타나고, 갑작스러운 전압 강하는 종점을 표시한다. I₂를 생성하고 종점에 도달하는데 필요한 전류의 양은 이 후 원래 샘플에서 물의 양을 계산하는데 사용될 수 있다.

샘플들의 설명:

본 발명에 의한 기계 시험 샘플(A):

기본 중량: 84.8 lbs/Ream (그루브형); 94.6 lbs/Ream (평평함)

섬유 퍼니쉬: 폴리에스테르 및 섬유화된 셀룰로오즈

수지: 실리콘 첨가제를 갖지 않는 페놀 수지

기준(R):

SD 기본 중량: 130 lbs/Ream

섬유 퍼니쉬: 나무 펄프들의 유리 및 혼합

수지: 실리콘 첨가제를 갖는 페놀 수지

실험 및 데이터 결과들:

버전들 A1 내지 A4로 식별된 본 발명에 따른 실험 샘플들은 전술한 내부 테스트 방법을 통해 연료-물 분리 매질, 기준 R에 대해 테스트되었다. 결과들은, 본 발명에 따른 샘플들이 심지어 실리콘 처리 없이도, 표준의 기준 상업적 연료-물 분리 등급보다 더 높은 물 제거 효율을 제공한다는 것을 나타낸다. 실리콘은 물 방수를 개선하기 위해 셀룰로오즈-주원료의 연료-물 분리 매질에서 수지에 대한 첨가제로서 일반적으로 사용되어, 셀룰로오즈-주원료의 매질에서 연료-물 분리 효율을 증가하는 것으로 알려져 있다. 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b에 제공된 테스트 결과들은 실리콘 첨가제를 갖는 기준 매질보다 동작 동안 더 양호하거나 동일한 물 분리 능력 및 개선된 압력 강하를 보여준다.

본 발명이 가장 실제적이고 바람직한 실시예인 것으로 현재 고려되는 것과 연계하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 실시예에 한정되지 않고, 이에 대조적으로 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함된 다양한 변형들 및 동등한 장치들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.

Claims

합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들의 혼합을 포함하는 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리(glass-free) 여과 매질로서,
상기 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 95% 이상의 4 미크론에서의 전체 여과 효율 및 0.5 mg/in²/mils 이상의 매질 캘리퍼(media caliper)에 대한 여과 용량의 비율을 달성하는 양으로 상기 매질에 존재하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들은 폴리에스테르들, 폴리알킬렌들, 폴리아크릴로니트릴들 및 폴리아미드들로 구성된 그룹으로부터 선택된 열가소성 폴리머로 형성되는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 10 미크론 미만의 평균 섬유 직경과 약 25 mm 미만의 평균 길이를 갖는 마이크로 섬유들인, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 3항에 있어서, 상기 마이크로 섬유들은 약 8 미크론 미만의 평균 섬유 직경을 갖는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 3항에 있어서, 상기 마이크로 섬유들은 약 5 미크론 미만의 평균 섬유 직경을 갖는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 3항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들인, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 6항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들은 적어도 25℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 물의 비-산란가능 설포폴리에스테르 섬유들의 물-세척된 잔여물이며, 상기 설포폴리에스테르는 (i) 이소프탈릭 산 또는 테레프탈릭 산의 하나 이상의 잔여물들의 약 50 내지 약 96 몰%와; (ii) 총 산의 잔여물들을 주원료로 한, 소디오설포이소프탈릭 산의 잔여물의 약 4 내지 약 30 몰%와; (iii) 하나 이상의 디올 잔여물들로서, 적어도 25 몰%는 총 디올 잔여물들을 주원료로 한, 구조 H-(OCH₂-CH₂)n-OH를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)이고, 여기서 n은 2 내지 약 500의 범위에 있는 정수인, 디올 잔여물들과; (iv) 총 반복 유닛들을 주 원료로 한, 3 이상의 히드록실 및/또는 카르복실 작용 기들을 갖는 분기 단량체의 잔여물들의 0 내지 약 20 몰%를 포함하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 50 중량% 내지 약 99.5 중량%의 ODW의 양으로 존재하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 섬유화된 리요셀(lyocell) 나노 섬유들을 포함하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 9항에 있어서, 상기 섬유화된 리요셀 나노 섬유들은 약 0.5 내지 약 50 중량%의 ODW의 양으로 존재하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 10항에 있어서, 상기 매질은 약 15 gsm 내지 약 300 gsm의 기본 중량(basis weight)을 갖는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 약 300 mL 이하의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 소유하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 10 미크론 미만의 평균 섬유 직경과 약 25mm 미만의 평균 길이를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들이고, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 50 중량% 내지 약 99.5 중량%의 ODW의 양으로 존재하고, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 약 0.5 내지 약 50 중량%의 ODW의 양으로 존재하는 약 300 mL 이하의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 갖는 섬유화된 리요셀 섬유들인, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 1000 nm 이하의 평균 직경과, 약 1 mm 내지 약 8 mm의 평균 길이를 갖는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들과 혼합된 천연 나무 펄프를 더 포함하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 15항에 있어서, 상기 천연 나무 펄프는 약 25 중량% 이하의 ODW의 양으로 존재하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 16항에 있어서, 상기 천연 나무 펄프는 약 20 중량% 이하의 ODW의 양으로 존재하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 수지 결합제를 더 포함하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 18항에 있어서, 상기 수지 결합제는 스티렌 아크릴, 아크릴, 폴리에틸렌 비닐 클로라이드, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌 아크릴레이트, 폴리아크릴레이트들, 폴리비닐 클로라이드, 폴리니트릴들, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올 유도체들, 전분 폴리머들, 에폭시, 페놀들 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 18항에 있어서, 상기 수지 결합제는 약 2 내지 약 50 중량%의 SDC의 양으로 존재하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 습식 강도 첨가제들, 광학 증백제들(brighteners), 섬유 유지제들(fiber retention agents), 착색재들, 연료-물 분리 보조제들, 및 방화제 또는 방열제들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 길이 방향으로 연장하고 위도로 분리된 그루브들을 포함하는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항에 있어서, 상기 여과 매질은 주름지는, 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 여과 매질.
제 1항의 여과 매질로 구성된 여과 층과, 적어도 하나의 추가 물질 층을 포함하는, 다중 층 필터.
제 24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 층은 상기 여과 층에 적층되는 제 2 여과 매질 층을 포함하는, 다중 층 필터.
제 24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 물질 층은 상기 여과 층을 지지하는 지지 층인, 다중 층 필터.
제 24항에 있어서, 주름지고, 상기 여과 매질로 공동-주름진(co-pleated) 와이어 메시 지지 층을 포함하는, 다중 층 필터.
제 1항에 따른 여과 매질을 포함하는 필터 유닛.
여과 매질 제작 방법으로서,
합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들의 혼합으로 구성된 섬유성 슬러리(fibrous slurry)로부터 습식 눕혀진(wet laid) 시트를 형성하는 단계와,
상기 여과 매질을 얻기 위해 상기 시트를 건조하는 단계를 포함하고,
상기 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 95% 이상의 4 미크론에서의 전체 여과 효율과, 0.5 mg/in²/mils 이상의 매질 캘리퍼에 대한 여과 용량의 비율을 달성하는 양으로 상기 여과 매질에 존재하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들은 폴리에스테르들, 폴리알킬렌들, 폴리아크릴로니트릴들, 및 폴리아미드들로 구성된 그룹으로부터 선택된 열가소성 폴리머로 형성되는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 10 미크론 미만의 평균 섬유 직경과, 약 25 mm 미만의 평균 길이를 갖는 마이크로 섬유들인, 여과 매질 제작 방법.
제 31항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들인, 여과 매질 제작 방법.
제 32항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들은 적어도 25℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 물의 비-산란가능 설포폴리에스테르 섬유들의 물-세척된 잔여물이며, 상기 설포폴리에스테르는 (i) 이소프탈릭 산 또는 테레프탈릭 산의 하나 이상의 잔여물들의 약 50 내지 약 96 몰%와; (ii) 총 산의 잔여물들을 주원료로 한, 소디오설포이소프탈릭 산의 잔여물의 약 4 내지 약 30 몰%와; (iii) 하나 이상의 디올 잔여물들로서, 적어도 25 몰%는 총 디올 잔여물들을 주원료로 한, 구조 H-(OCH₂-CH₂)n-OH를 갖는 폴리(에틸렌 글리콜)이고, 여기서 n은 2 내지 약 500의 범위에 있는 정수인, 디올 잔여물들과; (iv) 총 반복 유닛들을 주 원료로 한, 3 이상의 히드록실 및/또는 카르복실 작용 기들을 갖는 분기 단량체의 잔여물들의 0 내지 약 20 몰%를 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 50 중량% 내지 약 99.5 중량%의 ODW의 양으로 존재하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 섬유화된 리요셀 나노 섬유들을 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 35항에 있어서, 상기 섬유화된 리요셀 나노 섬유들은 약 0.5 내지 약 50 중량%의 ODW의 양으로 존재하는, 여과 매질 제작 방법.
제 36항에 있어서, 상기 매질은 약 15 gsm 내지 약 300 gsm의 기본 중량을 갖는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 약 300 mL 이하의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 소유하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 10 미크론 미만의 평균 섬유 직경과 약 25mm 미만의 평균 길이를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 마이크로 섬유들이고, 상기 합성 스테이플 섬유들은 약 50 중량% 내지 약 99.5 중량%의 ODW의 양으로 존재하고, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들은 약 0.5 내지 약 50 중량%의 ODW의 양으로 존재하는 약 300 mL 이하의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 갖는 섬유화된 리요셀 섬유들인, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 1000 nm 이하의 평균 직경과, 약 1 mm 내지 약 8 mm의 평균 길이를 갖는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 상기 섬유성 슬러리의 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들과 천연 나무 펄프를 혼합하는 단계를 더 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 41항에 있어서, 상기 천연 나무 펄프는 약 25 중량% 이하의 ODW의 양으로 존재하는, 여과 매질 제작 방법.
제 42항에 있어서, 상기 천연 나무 펄프는 약 20 중량% 이하의 ODW의 양으로 존재하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 적어도 하나의 수지 결합제를 상기 여과 매질에 도포하는 단계를 더 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 44항에 있어서, 상기 수지 결합제는 스티렌 아크릴, 아크릴, 폴리에틸렌 비닐 클로라이드, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리스티렌 아크릴레이트, 폴리아크릴레이트들, 폴리비닐 클로라이드, 폴리니트릴들, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올 유도체들, 전분 폴리머들, 에폭시, 페놀들 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인, 여과 매질 제작 방법.
제 44항에 있어서, 상기 수지 결합제는 약 2 내지 약 50 중량%의 SDC의 양으로 존재하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 습식 강도 첨가제들, 광학 증백제들, 섬유 유지제들, 착색재들, 연료-물 분리 보조제들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 상기 섬유성 슬러리와 혼합하는 단계를 더 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 길이 방향으로 연장하고 위도로 분리된 그루브들을 상기 여과 매질에 형성하는 단계를 더 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 적어도 하나의 추가 여과 매질 층을 상기 여과 매질에 적층하는 단계를 더 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 29항에 있어서, 상기 여과 매질을 주름지게 하는 단계를 더 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 50항에 있어서, 적어도 하나의 지지 층을 상기 여과 매질에 공동-주름지게 하는 단계를 더 포함하는, 여과 매질 제작 방법.
제 51항에 있어서, 상기 지지 층은 와이어 메시 층인, 여과 매질 제작 방법.
연료로부터 물을 분리하기 위한 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 및 무-실리콘(silicon free) 여과 매질로서,
합성 비-섬유화된 스테이플 섬유들과 섬유화된 셀룰로오즈 스테이플 섬유들의 혼합을 포함하고,
상기 섬유화된 셀룰로오즈 섬유들은 약 95% 이상의 4 미크론에서의 고체 입자들의 전체 여과 효율 및 0.5 mg/in²/mils 이상의 매질 캘리퍼에 대한 여과 용량의 비율을 달성하는 양으로 상기 매질에 존재하는, 연료로부터 물을 분리하기 위한 높은 효율 및 높은 용량의 무-유리 및 무-실리콘 여과 매질.
연료로부터 물을 분리하기 위핸 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 따른 여과 매질의 이용 방법.
초저유 황경유(ULSD)로부터 물을 분리하기 위한 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 따른 여과 매질의 이용 방법.