KR20180086420A

KR20180086420A - 여과재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20180086420A
Application number: KR1020187014112A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 스펜서 베비스
Original assignee: 포르바이르 필트레이션 그룹 리미티드
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2018-07-31
Also published as: JP2018536532A; EP3603768A1; EP3380213A1; EP3380213B1; CN108290096A; DK3380213T3; US20180318742A1; WO2017089789A1; GB201520964D0

Abstract

적어도 하나의 표면이 개질되고, 표면 개질을 정의하는 원자가 규소, 탄소 및 수소를 포함하는 여과재가 제공된다. 화학적 증착에 의해 표면 개질된 여과재를 제조하는 방법, 및 여과 소자, 유닛 및 이를 사용하는 방법이 또한 제공된다.

Description

여과재 및 이의 제조방법

본 발명은 여과재에 관한 것이다. 본 발명은 또한 여과재를 제조하는 방법, 여과재를 포함하는 필터 소자 및 필터 유닛, 및 여과재를 사용한 여과 방법에 관한 것이다.

여과재, 및 이러한 재료를 포함하는 필터 소자 및 필터 유닛(이 섹션에서는 일반적으로 "필터"라고 함)은 공정 작업을 손상 또는 억제시키거나 공정으로부터 허용되지 않는 방출을 야기할 공정 시스템으로의 고체 및 젤라틴성 오염물의 진행을 막는데 사용된다. 오염물을 포획하는데 있어서, 필터는 몸체 또는 필터의 표면에 있는 오염물이 필터를 가로지르는 차압의 증가 또는 대안적으로 유체의 흐름을 통과시키는 필터의 능력의 감소를 초래하는 변화를 겪을 것이다. 이것은 필터가 교체 또는 세정을 필요로 할 때까지 진행할 수 있다.

많은 공정 응용에서, 필터는 공정이 허용 가능한 수준에서 계속 동작할 수 있는 정도로 차압 또는 유량이 회복될 수 있도록 축적된 오염물을 필터로부터 제거하고 방출/안정된 저장을 위한 필터 용기의 또 다른 (일반적으로 대기(quiescent)) 영역으로 수송하는 유체공학 방법을 사용하여 현장(in situ)에서 세정된다. 이는 존재하는 오염물의 농도가 현장에서의 세정 없이 필터가 수 시간 또는 심지어 수 분 내에 사용할 수 없게 되는 그런 경우의 응용에서 가장 흔하다. 이러한 세정은 전형적으로, 제어된 백 플러싱(backflushing), 펄스 고강도/고속 흐름 또는 다상 유체의 적용에 의한 유체 흐름의 역전을 통해 달성될 수 있다.

전형적으로, 필터가 세정되는 경우 필터 안의 또는 상의 잔류 오염물의 체류 정도로 인해 차압 또는 유량은 단지 부분적으로 회복된다. 이것은 일반적으로 작동 한계로서 받아들여지며, 공정 제어는 차압 또는 유량에 영향을 미치는 잔류 오염물이, 현장 회복이 지금 작업을 계속하기에 불충분한 위치에 도달할 때까지의 시간 경과에 따른 차압의 점진적인 증가 또는 유동 감소의 상태를 야기하는 이러한 조건하에서 작동하도록 설정된다.

일단 작동이 중단되면 필터는 이의 용기 내에서 세정될 수 있거나 보다 통상적으로는 현장 외(ex situ)에서 세정 될 용기로부터 제거된다. 외부 세정은 사용을 위한 필터의 재설치가 가능해지도록 필터 상태의 적절한 수준의 회복(일반적으로 투과성에 의해 측정됨)을 달성하는데 적합하면서 이용 가능한 기계적 및 화학적 방법을 사용하여 수행된다.

필터 소자의 현장 세정을 위한 당업계에 공지된 한 가지 방법은 펄스 제트 블로우다운(pulse jet blowdown)이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 펄스제트 블로우다운은 전형적으로 공정 의무에 맞게 특정한 사이징 및 모델링을 통해 결정된 노즐 크기 및 위치 설정을 가진, 필터 소자(12) 위에 위치한 노즐(10)에서 제트가 발생하도록 하는 고압 가스 공급(전형적으로 두 배의 최소 공정 압력)의 방출을 포함한다. 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 제트 펄스는 노즐(10)로부터 필터 소자(12)의 내경으로 수송되며: 이는 일시적으로 필터 소자로부터 가스의 흐름을 효과적으로 중단시키고, 역방향 압력파를 유발한다. 유일한 출구가 필터 매체(filter media)를 통과하기 때문에, 이것은 필터 소자 상의 축적된 고체 중의 적어도 일부를 그것들이 응집되어 가라앉는 거리까지 (14, 14') 방향으로 필터 소자로부터 멀어지게 한다.

현장 세정과 현장 외 세정 둘 다가 가지는 한계 중의 하나는 필터가 세정될 수 있는 정도이다. 이것은 다수의 인자들의 결과, 예를 들면 상당한 접착 및 응집 특성을 가지는 일부 오염물, 및 또한 적용되는 세정 에너지의 효율을 감소시키는 필터 자체의 복잡성으로 인한 것일 수 있다.

따라서, 오염물이 덜 강하게 부착되고 이에 따라 오염물이 세정에 의해 보다 쉽게 제거될 수 있는 여과재를 제공하는 것이 바람직하다.

화학적 증착(CVD)은 다양한 고체 재료의 표면을 개질시키는데 사용되는 화학적 공정이다. 전형적인 CVD에서, 표면 개질시키고자 하는 재료는 표면 개질을 형성하고자 하는 원자 또는 분자 단편을 함유하는 하나 이상의 휘발성 전구체에 노출되며, 이는 재료의 표면상에서 반응 및/또는 분해하여 목적하는 표면 개질을 생성한다.

유기 실란 출발 물질에 기반하는 화학적 증착법은 WO　2011/056550 및 WO　2012/047945에 기술되어 있다. 특히, WO　2012/047945는 이관능성 유기 실란에 이어 삼관능성 유기 실란을 사용하는 CVD 방법을 기술한다. 그러나, 이러한 문헌들 둘 다에서, 표면 개질의 목적은 그 위에 유기 실란 단편이 증착되는 재료의 내마모성을 개선시키는 것이다. WO　2011/056550과 WO　2012/047945 어디에도 이러한 방법을 여과재에 적용하는 것이 여과재의 세정능 또는 오염 저항성(resistance to fouling)을 개선시킬 수 있음을 개시하거나 시사하고 있지 않다.

GB 2394428A는 화학적 증착을 통해 이에 적용된 표면 개질(여기서는 "보호 코팅"이라고 함)을 가지는 금속성 여과재를 기술한다. 특히, 상기 문헌은 구체적으로 금속성 여과재에 대한 실리카 코팅의 적용을 기술한다. 그 안에 명백히 언급되어 있지는 않지만, 상기 공보에 예시된 CVD 방법은 규소 원자의 공급원을 포함하는 휘발성 전구체로서 실란(SiH₄)을 사용하며: 이것은 그 후 공기의 존재하에서 (전체적으로 또는 부분적으로) 분해되어 표면 개질을 형성하는 실리카를 형성한다. 그러나, 상기 문헌은 표면 개질을 형성하는 원자가 규소에 더하여 탄소 및 수소를 포함하는 여과재도, 휘발성 전구체로서 실란의 유기 유도체를 사용하는 CVD 공정도 기재하고 있지 않다.

더욱이, GB 2394428A에 기술된 표면 개질은, 극성이며 이에 따라 높은 표면 에너지를 가지는 산화된 표면을 생성한다. 이것은 단지 산성 pH의 수성 조건에서 여과재만을 보호할 수 있다.

US 2015/0306549는 액체 유기 실록산 단량체로부터 플라스마 증착된 박막 반투성 가스 분리 막을 기술한다. 본 발명의 여과재와는 달리, CVD 공정에서 유기 실록산 단량체의 사용은 규소와 수소는 포함하지만 탄소는 포함하지 않는 재료의 표면 개질을 야기한다. 게다가, 이러한 반투성 가스 분리 막은 분리를 수행하기 위해 확산 또는 분자체에 의존하기 때문에, 일차 표면 층의 기공 크기가 전형적으로 1 내지 10 nm 또는 0.2 내지 2 nm의 범위일 것이다.

US 5789024는 또한 메조다공성 붕규산염 유리 또는 다른 금속 산화물 조성물의 벽 내에, 화학적 증착을 통해 증착된 이산화규소를 주로 포함하는 필름을 가지는 가스의 분리를 위한 복합 막을 기술하고 있다. 증착된 필름 영역에서 평균 기공 크기는 0.8 nm 미만, 및 바람직하게는 0.3 내지 0.5 nm의 범위이다.

JP 61-149210A는 글로우 방전 하에 플라스마 중합에 의해 중합체 지지체의 표면에 적용된 에틸렌 또는 아세틸렌 및 포화 탄화수소 그룹을 가지는 유기 실란을 갖는 가스 선택투과성 복합 막을 기술한다.

유체로부터 고체를 분리하기 위한 것인 본 발명의 여과재와는 달리, 상기한 문헌에 기술된 막의 목적은 하나의 가스를 다른 가스로부터 분리하기 위한 것이다. 이러한 막을 통해 일어나는 분리는 전형적으로 확산에 의해 발생한다. 그 결과, 이러한 가스 분리 막에서 기공 직경은 전형적으로 대략 0.1 내지 10 nm이며 - 전형적으로 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위인 아래 정의된 바와 같은 본 발명의 표면 개질된 여과재보다 훨씬 작다.

상기 문헌에 기술된 화학적 증착 공정은 선행 기술의 가스 분리 막을 분자 수준으로 형성하며 막의 분리 특성을 개질시킨다. 그러나, 가스 분리 막이 막힘을 일으키지 않거나 이로부터 미립자 물질을 제거하는데 세정을 필요로 하지 않기 때문에, 본 발명의 표면 개질된 여과재가 다루는 문제는 이러한 막에는 해당되지 않는다.

본 발명의 하나의 측면에서, 적어도 하나의 표면이 개질되는 여과재가 제공되며, 여기서 표면 개질을 정의하는 원자는 규소, 탄소 및 수소를 포함한다. 본 발명의 또 다른 측면에서, 적어도 하나의 표면이 개질되는 여과재가 제공되며, 여기서 표면 개질을 정의하는 원자는 규소, 탄소, 수소 및 산소를 포함한다.

하나의 측면에서, 하나 이상의 표면 개질을 가지는 여과재가 제공되며, 하나 이상의 표면 개질은 하나 이상의 분해된 유기 실란의 구성 성분을 포함한다. 하나의 양태에서, 상기 표면 개질을 가지는 여과재가 제공되며, 여기서 개질된 표면은 산화의 대상이 된다.

하나의 측면에서, 제1 및 제2 표면 개질을 가지는 여과재가 제공되며, 제1 표면 개질은 분해된 이관능성 유기 실란의 구성 성분을 포함하고 제2 표면 개질은 분해된 삼관능성 유기 실란의 구성 성분을 포함한다.

하나의 양태에서, 상기 표면 개질을 가지는 여과재가 제공되며, 여기서 개질된 표면은 산화의 대상이 된다. 하나의 양태에서 산화는 제1 표면 개질 이후이지만 제2 표면 개질 이전에 일어난다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 화학적 증착에 의해 여과재의 적어도 하나의 표면을 개질시키는 방법이 제공되며, 화학적 증착은 표면 개질을 정의하는 원자가 규소, 탄소, 및 수소를 포함하도록, 표면 개질이 분해된 유기 실란의 성분을 포함하도록, 하나 이상의 유기 실란의 분해를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 여과재의 적어도 하나의 표면을 개질시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음을 포함한다:

(a) 이관능성 유기 실란의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의한 여과재의 적어도 하나의 표면의 1차 개질; 및

(b) 삼관능성 유기 실란의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의한, 단계 (a)에서 개질된 여과재의 적어도 하나의 표면의 2차 개질.

하나의 양태에서 상기 방법은 다음을 추가로 포함한다:

(a1) 단계 (a)에서 개질된 여과재의 적어도 하나의 표면을 산화시키는 단계.

본 발명의 추가의 측면에서, 표면 개질을 정의하는 원자가 규소, 탄소 및 수소를 포함하는, 표면 개질된 여과재를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음을 포함한다:

(a) 여과재를 형성하는 단계; 및

(b) 본원에 정의된 방법에 따라 여과재의 표면을 개질시키는 단계.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기한 방법들 중의 어느 것에 의해 수득되고/되거나 수득될 수 있는 여과재가 제공된다.

본 발명의 여전히 추가의 측면에서, 본원에 정의된 바와 같은 여과재를 포함하는 필터 소자가 제공된다. 전형적인 필터 소자는 카트리지, 스크린, 시트, 프릿 또는 디스크를 포함한다.

본 발명의 여전히 추가의 측면에서, 본원에 정의된 바와 같은 필터 소자 및 지지 구조를 포함하는 필터 유닛이 제공된다.

본 발명의 여전히 추가의 측면에서, 유체를 본원에 정의된 바와 같은 여과재, 필터 소자 또는 필터 유닛을 통해 통과시킴을 포함하여, 유체를 여과하는 방법이 제공된다.

본 발명의 여전히 추가의 측면에서, 여과에 있어서 본원에 정의된 바와 같은 여과재의 용도가 제공된다.

도 1은 일반적으로 필터 소자의 펄스 제트 세정의 공정을 나타낸다;
도 2는 필터 소자로부터 오염물을 제거하는데 있어서 펄스 제트의 효과를 나타낸다;
도 3은 현장 세정 후, 미처리된 필터 소자와 비교하여 본 발명에 따라 개질된 표면을 가지는 필터 소자에 대한 시간의 함수(작동 시간으로)로서 차압/단위 유량을 나타낸다;
도 4는 미처리된 필터 소자 및 미사용된 필터 소자와 비교하여 본 발명에 따라 개질된 표면을 가지는 오염된 필터 소자에 대한 공기 유속의 함수로서 차압을 나타낸다;
도 5는 현장외 세정 후 미처리된 필터 소자 및 미사용된 필터 소자와 비교하여 본 발명에 따라 개질된 표면을 가지는 필터 소자에 대한 공기 유속의 함수로서 차압을 나타낸다;
도 6은 12,000 작동 시간까지의 시간 함수로서 차압/단위 유량을 예시하는, 도 3에 나타낸 데이터의 연속이다.

여과재

본 발명의 하나의 측면에서, 적어도 하나의 표면이 개질된 여과재가 제공되며, 여기서 표면 개질을 정의하는 원자는 규소, 탄소 및 수소를 포함한다.

이 명세서에서 용어 "여과재"(또는 "여과 매체")는 유체로부터 고체를 분리할 수 있는 재료를 의미한다. 당업계의 숙련가에게 공지된 바와 같이, 여과재를 통해 고체 오염물을 함유하는 유체를 통과시키는 것은 유체(여액)가 여과재를 통해 통과하는 동안 고체 입자가 여과재 상에 보유되도록 할 수 있다. 이와 달리, 선행 기술 문헌의 가스 분리 막의 목적은 하나의 가스를 다른 가스로부터 분리하기 위한 것이다.

여과재의 기공 직경은 의도되는 적용에 따라 달라질 수 있다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 적어도 100 nm이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 적어도 200 nm이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 적어도 500 nm이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 적어도 1 ㎛이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 최대 100 ㎛이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 최대 50 ㎛이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 최대 20 ㎛이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 최대 10 ㎛이다.

하나의 양태에서, 기공 직경은 100 nm 내지 100 ㎛이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 200 nm 내지 50 ㎛이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 500 nm 내지 20 ㎛이다. 하나의 양태에서, 기공 직경은 1 ㎛ 내지 10 ㎛이다. 여과재의 기공 직경은 ISO4003에 따라 버블 포인트 테스트(bubble point test)를 사용하여 측정된다.

놀랍게도, 본 발명자들에 의해, 규소에 더하여 탄소 및 수소 원자를 포함하는 표면 개질이 여과재, 특히 금속성 여과재의 적어도 하나의 표면에 적용되는 경우, 이의 표면 에너지는 오염물과 여과재의 표면 간의 부착력이 또한 크게 감소되는 정도로 감소되는 것으로 밝혀졌다. 이것은 오염물이 여과재에 결합하는 정도를 줄이고, 그것으로부터 오염물을 제거하기 위해 여과재 또는 이를 함유하는 필터 소자 또는 필터 유닛의 현장 또는 현장 외 세정을 훨씬 쉽고 더욱 효율적으로 만든다. 본 발명에 따르는 여과재의 표면 개질에 의해 달성된 표면 에너지의 감소는 이러한 낮은 부착성을 광범위한 오염물 화학에 적용 가능하게 한다.

본 발명의 표면 개질은 비-극성이며, 놀랍게도, GB 2394428A에 기재된 여과재보다 훨씬 더 낮은 표면 에너지를 갖는다. 예상치 못하게도, 본 발명의 여과재는 GB 2394428A에 기재된 재료에 비해 상당히 개선된 오염 저항을 가짐으로써, 여과재가 상기 기술된 재료에 비해 현장 외 또는 현장에서 세정하기가 훨씬 쉽게 만든다. 또한, 놀랍게도, 본 발명의 표면 개질은 모든 범위의 수성계 pH에서 여과재를 보호할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 재료는 산 및 알칼리 둘 다에 내성이다.

특히, 놀랍게도 본 발명의 여과재는 가스화 플랜트가 전형적으로 작동하는 고온(대략 350℃)에서뿐만 아니라, 여과재가 세정되는 전형적인 조건(수성 알칼리, 전형적으로 대략 60℃)에서 오염에 저항할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

표면 개질에 의해 부여되는 감소된 표면 에너지가 고체 입자의 부착에 미치는 정도는, 이러한 입자가 작동 환경에서 매우 연마성인 것으로 기록되어 있고 또한 여러 타입의 필터 소자, 스크린 및 시트와 같은 얇은 필터 매체 및 카트리지 및 프릿과 같은 보다 복잡한 매트릭스 필터 매체 둘 다에 대해 높은 부착도를 갖기 때문에, 당업계에서 예측할 수 없었다. 특히, 여과재가 고온에 노출된 숯 및 촉매 분진의 여과에 사용되는 경우, 필터 매체에 의해 보유될 오염물의 능력은 본원에 기재된 바와 같이 현장 세정의 존재하에서도 차압의 지속적인 발달에서 입증된다.

선행 기술에 기재된 유기 실란-개질된 가스 분리 막과는 달리, 본 발명의 여과재에 적용된 유기 실란 표면 개질은 여과재의 내부 기공 구조의 실질적인 개질 없이 및 여과재의 분리 특성의 실질적인 개질 없이 재료의 오염 저항 및 세정능을 개선시킨다.

특히 개질이 복합 필터의 표면에 적용되는 경우, 전형적으로 외부 및 내부 표면 둘 다가 개질되는 것으로 또한 밝혀졌다. 표면 개질 요소와 원래의 여과재 간에 메카니컬 키(mechanical key)가 형성된다. 또한, 여과재의 표면 개질은 표면 마감재가 보다 오랫동안 유지되도록 재료에 향상된 부식 방지를 제공한다.

이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 오염물 고체 입자와 필터 매체 표면(특히 필터 매체가 금속성 여과 매체인 경우) 사이의 부착력은, 특히 여과재가 와이어 및 섬유 또는 드로잉 기법에 의해 제조된 유사한 재료의 형태인 경우에 분자 수준일 수 있는 것으로 믿어진다. 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 부착력은 또한 분자 수준에서 오염물 입자와 여과재 사이의 계면에 존재하는 다른 요소들, 산화물 및 화합물과 여전히 반응성이고 잠재적으로 이동성인 오염물의 표면 특성의 기능일 수 있는 것으로 또한 믿어진다.

여과재는 본원에 기재된 바와 같이 표면 개질을 겪을 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 여과재의 전형적인 부류는 금속, 세라믹 및 유기 중합체를 포함한다.

하나의 양태에서, 여과재는 금속성이다. 본 발명에 따르는 여과재의 표면 개질은 매우 높은 표면 에너지를 가지며, 표면 에너지의 감소 및 이에 의해 부여되는 감소된 부착성과 관련한 이점이 가장 큰 금속성 필터에 특히 적합하다.

여과 매체를 형성하는데 사용되는 금속은 이것이 유기 실란의 분해 산물과 반응하여 표면 상에 안정한 화학 결합을 생성할 수 있는 표면을 가지는 한 특별히 제한되지 않는다. 금속은 순 금속 또는 합금일 수 있다.

하나의 양태에서, 금속은 순 금속이다. 순 금속의 예는 전이 금속, 예를 들면, 스칸듐, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 카드뮴, 하프늄, 탄탈, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금; 란타나이드, 예를 들면, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 루테튬; 또는 p-블록(block) 금속, 예를 들면, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 또는 주석을 포함한다.

하나의 양태에서, 금속은 합금이다. 하나의 양태에서 합금은 철 및 크롬을 포함한다. 하나의 양태에서 합금은 철, 크롬 및 니켈을 포함한다. 하나의 양태에서 합금은 철, 크롬 및 알루미늄을 포함한다. 하나의 양태에서 합금은 철, 크롬, 니켈 및 알루미늄을 포함한다. 하나의 양태에서 합금은 철, 크롬, 니켈 및 망간을 포함한다. 하나의 양태에서 합금은 철, 크롬, 니켈 및 몰리브덴을 포함한다. 하나의 양태에서 합금은 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴 및 코발트를 포함한다.

합금이 철을 함유하는 경우, 철은 전형적으로 합금의 적어도 0.5%, 예를 들면, 적어도 1%, 예를 들면, 적어도 1.5%, 예를 들면, 적어도 2%, 예를 들면, 적어도 3%, 예를 들면, 적어도 5%, 예를 들면, 적어도 10%, 예를 들면, 적어도 15%, 예를 들면, 적어도 20%, 예를 들면, 적어도 25%, 예를 들면, 적어도 30%, 예를 들면, 적어도 35%, 예를 들면, 적어도 40%, 예를 들면, 적어도 45%, 예를 들면, 적어도 50%, 예를 들면, 적어도 55%, 예를 들면, 적어도 60%, 예를 들면, 적어도 65%, 예를 들면, 적어도 70%를 차지한다. 철은 전형적으로 합금의 95% 이하, 예를 들면, 90% 이하, 예를 들면, 80% 이하, 예를 들면, 75% 이하, 예를 들면, 70% 이하, 예를 들면, 65% 이하, 예를 들면, 60% 이하, 예를 들면, 55% 이하, 예를 들면, 50% 이하, 예를 들면, 45% 이하, 예를 들면, 40% 이하, 예를 들면, 35% 이하, 예를 들면, 30% 이하, 예를 들면, 25% 이하, 예를 들면, 20% 이하, 예를 들면, 15% 이하, 예를 들면, 10% 이하, 예를 들면, 5% 이하, 예를 들면, 3% 이하, 예를 들면, 2% 이하를 차지한다. 이러한 백분율은 합금의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.

합금이 니켈을 함유하는 경우, 니켈은 전형적으로 합금의 적어도 20%, 예를 들면, 적어도 25%, 예를 들면, 적어도 30%, 예를 들면, 적어도 35%, 예를 들면, 적어도 40%, 예를 들면, 적어도 45%, 예를 들면, 적어도 50%, 예를 들면, 적어도 55%, 예를 들면, 적어도 60%, 예를 들면, 적어도 65%, 예를 들면, 적어도 70%를 차지한다. 니켈은 전형적으로 합금의 75% 이하, 예를 들면, 70% 이하, 예를 들면, 65% 이하, 예를 들면, 60% 이하, 예를 들면, 55% 이하, 예를 들면, 50% 이하, 예를 들면, 45% 이하, 예를 들면, 40% 이하, 예를 들면, 35% 이하를 차지한다. 이러한 백분율은 합금의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.

합금이 크롬을 함유하는 경우, 크롬은 전형적으로 합금의 적어도 15%, 예를 들면, 적어도 20%, 예를 들면, 적어도 25%를 차지한다. 크롬은 전형적으로 합금의 35% 이하, 예를 들면, 30% 이하, 예를 들면, 25% 이하를 차지한다. 이러한 백분율은 합금의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.

합금이 몰리브덴을 함유하는 경우, 몰리브덴은 전형적으로 합금의 적어도 0.5%, 예를 들면, 적어도 1%, 예를 들면, 적어도 1.5%, 예를 들면, 적어도 2%, 예를 들면, 적어도 3%, 예를 들면, 적어도 5%, 예를 들면, 적어도 10%를 차지한다. 몰리브덴은 전형적으로 합금의 20% 이하, 예를 들면, 15% 이하, 예를 들면, 10% 이하, 예를 들면, 5% 이하, 예를 들면, 3% 이하, 예를 들면, 2% 이하를 차지한다. 이러한 백분율은 합금의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.

합금이 코발트를 함유하는 경우, 코발트는 전형적으로 합금의 적어도 0.5%, 예를 들면, 적어도 1%, 예를 들면, 적어도 1.5%, 예를 들면, 적어도 2%, 예를 들면, 적어도 3%, 예를 들면, 적어도 5%, 예를 들면, 적어도 10%, 예를 들면, 적어도 15%, 예를 들면, 적어도 20%, 예를 들면, 적어도 25%를 차지한다. 코발트는 전형적으로 합금의 30% 이하, 예를 들면, 25% 이하, 예를 들면, 20% 이하, 예를 들면, 15% 이하, 예를 들면, 10% 이하, 예를 들면, 5% 이하, 예를 들면, 3% 이하, 예를 들면, 2% 이하를 차지한다. 이러한 백분율은 합금의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.

합금이 알루미늄을 함유하는 경우, 알루미늄은 전형적으로 합금의 적어도 0.5%, 예를 들면, 적어도 1%, 예를 들면, 적어도 1.5%, 예를 들면, 적어도 2%, 예를 들면, 적어도 3%, 예를 들면, 적어도 5%를 차지한다. 알루미늄은 전형적으로 합금의 10% 이하, 예를 들면, 5% 이하, 예를 들면, 3% 이하, 예를 들면, 2% 이하를 차지한다. 이러한 백분율은 합금의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.

합금이 망간을 함유하는 경우, 망간은 전형적으로 합금의 적어도 0.5%, 예를 들면, 적어도 1%를 차지한다. 망간은 전형적으로 합금의 3% 이하, 예를 들면, 2% 이하를 차지한다. 이러한 백분율은 합금의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.

필터의 제조에 사용되는 구체적인 금속성 합금의 예는 다음을 포함하며, 화학적 조성은 일반적으로 최고치로서 합금의 총 중량의 중량%로 표현된다.

Haynes Hastelloy® X (Ni 47%/Cr 22%/Fe 18%/Mo 9%/Co 1.5%);

Haynes Hastelloy® C276 (Ni 57%/Cr 16%/Fe 5%/Mo 16%/Co 16%/W 4%);

Haynes Hastelloy® C22 (Ni 56%/Cr 22%/Fe 3%/Mo 13%/Co 2.5%/W 3%);

Haynes Alloy HR160^TM (Ni 37%/Cr 28%/Fe 2%/Mo 1%/Co 29%/W 1%/Si 2.75%);

Alloy 59^TM (Ni 56.5%/Cr 24%/Fe 1.5%/Mo 16.5%/Co+Mn+Al 1.2%);

Special Metals Inconel^TM 600 (Ni 72%/Cr 17%/Fe 10%/Mn 1%);

Special Metals Inconel^TM 601 (Ni 63%/Cr 25%/Fe 10%/Mn 1%/Al 1.7%/Cu 1%);

Special Metals Inconel^TM 625 (Ni 58%/Cr 23%/Fe 5%/Mo 10%/Co 1%/Nb+Ta 4.15%);

Special Metals Inconel^TM 800 (Ni 35%/Cr 23%/Fe 39.5%/Al+Ti 1.2%);

Fecralloy^TM (Cr 22%/Fe 72.8%/Al 5%, 또한 란타나이드 및/또는 Y를 포함함); 또는

Fecral(Cr 22%/Fe 70%/Al 6.5%, 또한 란타나이드 , 및/또는 Y+Hf를 포함함).

금속성 여과재는 임의의 금속성의 물리적 형태로 존재할 수 있다. 예를 들면, 금속성 여과 매체는 금속 섬유, 금속성 직물 메쉬, 금속 분말 또는 이의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 금속 섬유는 적합하게는 1-40 ㎛ 범위의 평균 섬유 직경, 및 단면이 원형일 수 있지만 불규칙적인 단면일 수도 있는 형태를 갖는다. 직물 메쉬는 적합하게는 10 - 300 ㎛ 범위의 평균 와이어 직경을 가지며 복합 Dutch 능직에서 평직에 이르는 여러 다양한 직조 패턴을 갖는다. 금속 분말은 적합하게는 50 내지 600 ㎛ 범위의 그레인(grain) 직경을 가지고 광범위하게는 구형에서 타원형에 이르는 형태를 갖는다.

또 다른 하나의 양태에서, 여과재는 세라믹 재료를 포함한다. 세라믹 필터 소자의 제작에 사용되는 전형적인 세라믹 재료는 이산화규소(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화지르코늄(ZrO₂), 산화철(Fe₂O₃), 이산화티탄(TiO₂), 산화칼슘(CaO), 및 산화마그네슘(MgO) 또는 이들 재료 중의 둘 이상의 조합(특히 산화철과 산화티탄의 조합)을 포함한다. 세라믹 재료는 임의의 적합한 물리적 형태로 존재할 수 있으며, 이의 예는 섬유, 분말 및 과립 형태를 포함한다.

적합하게는, 표면 개질은 가시적인지의 여부와 상관없이, 여과재(예를 들면, 섬유, 와이어 또는 분말 그레인)의 물리적 표면적에 걸쳐 실질적으로 균일한 깊이를 갖는다. 코팅의 두께는 코팅의 존재가 여과 매체의 여과 특성에 상당한 또는 부정적인 영향을 미치지 않도록 적절하게 조절된다. 코팅의 두께는 코팅의 존재가 여과 매체의 투과성에 상당한 또는 부정적인 영향을 미치지 않도록 적절하게 조절된다.

적합하게는, 표면 개질은 적어도 5 nm, 바람직하게는 적어도 10 nm 및 보다 바람직하게는 적어도 20 nm로 확장된다. 표면 개질은 1 ㎛ 미만, 적합하게는 500 nm 미만, 바람직하게는 150 nm 미만, 및 보다 바람직하게는 100 nm 미만으로 확장될 수 있다. 여과재가 금속 섬유를 포함하는 경우 표면 개질은 전형적으로 200 내지 350 nm로 확장된다. 여과재가 와이어 메쉬를 포함하는 경우, 표면 개질은 전형적으로 250 내지 300nm로 확장된다. 여과재가 "하드웨어"(즉, 말단 캡, 지지 코어 및 외부 장막과 같이 필터 소자를 생성하기 위해 여과재를 함께 결합시키는 부품)를 포함하는 경우 표면 개질은 전형적으로 400 nm로 확장된다.

본 발명에 따르는 여과재에 적용되는 코팅은 재료의 표면 에너지를 크게 감소시킨다. 전형적으로 이것은 접촉각을 통해 측정된다. 주어진 온도 및 압력에서 고체, 액체 및 증기의 소정의 시스템은 독특한 평형 접촉각을 갖는다. 접촉각 측정은 표면 에너지 값이 도출될 수 있는 액체와 고체 간의 관계의 결정을 가능케 한다.

접촉각은 액체(각 θ) 및 액체/증기 계면(γ^lv)이 고체 표면(γ^sl)과 만나는 곳을 통해 측정되는 각도이다. 이것은 고체 표면이 액체에 의해 젖게 되는 능력, 소위 "습윤성"을 영의 방정식(Young's equation)을 통해 정량한다:

γ^sv = γ^sl + γ^lv cosθ

여기서:

θ는 접촉각이고;

γ^sv는 고체/액체 계면 자유 에너지이고;

γ^sl는 고체 표면 계면 자유 에너지이고; 및

γ^lv는 액체 표면 자유 에너지이다.

접촉각은 정적 정적법(static sessile drop method)을 사용하여 측정된다. 정적 접촉각은 고체 기재 상의 액체의 프로파일을 캡처하기 위해 광학 서브시스템을 사용하여 접촉각 각도계에 의해 측정된다. 액체/고체 계면과 액체/증기 계면 사이에 형성된 각도가 접촉각이다. 이것은 접촉각을 캡처하고 분석하는 고해상 카메라 및 소프트웨어를 이용하는 시스템으로 수행된다. 이러한 방식으로 측정된 각도는 종종 전진(advancing) 접촉각이라고 하는 것에 매우 가깝다.

본 발명에 따르는 여과재의 개질된 표면은 적어도 규소, 탄소 및 수소의 원자를 함유한다. 하나의 양태에서 본 발명에 따르는 여과재의 개질된 표면은 산소를 추가로 함유한다. 아래에 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 이러한 원소들은 전형적으로 화학적 증착에 의해, 규소, 탄소 및 수소를 함유하는 휘발성 전구체 화합물을 도입함으로써 필터재에 도입된다. 휘발성 전구체는 Si, C 및 H 원자(단일 원자, 분자 단편, 또는 이의 혼합물로서)가 여과재의 표면 상에 증착 또는 형성되어 개질된 표면을 형성하도록 여과재의 표면에서 또는 위에서 분해된다. 규소, 탄소 및 수소 원자를 함유하는 개질된 표면을 본 명세서에서는 "카보실란 개질된 표면"이라고도 한다.

선택적 추가 단계에서, 산소의 공급원(전형적으로 공기)을 이용하는 산화는 산소 원자를 개질된 표면에 도입하여 최종 표면 개질된 제품을 생성한다. 규소, 탄소, 수소 및 산소 원자를 함유하는 개질된 표면을 본 명세서에서는 "옥시카보실란 개질된 표면"이라고도 한다.

하나의 양태에서, 개질된 표면은 분해된 유기 실란의 구성 성분을 포함한다. 본 명세서에서 용어 "유기 실란"은 가장 넓은 의미로 규소 원자가 탄소 원자와 수소 원자 둘 다에 결합되어 있는 임의의 화합물을 포괄한다. CVD 조건하에서 유기 실란의 분해는 규소, 수소 및 탄소 원자(단일 원자, 분자 단편 또는 이의 혼합물로서)가 여과재의 표면에 증착되어 카보실란 개질된 표면을 형성하도록 한다. 카보실란 개질된 표면을 형성하도록 분해될 수 있는 적합한 유기 실란의 예는 아래에 기술되어 있다.

하나의 양태에서 개질된 표면은 분해된 이관능성 유기 실란의 구성 성분을 포함한다. 이관능성 유기 실란을 열적으로 분해시킴으로써, 여과재의 표면은 규소, 탄소, 및 수소 원자를 포함하는 분자를 포함하도록 개질될 수 있다. 이관능성 유기 실란은 화학식 R(R')SiH₂를 가지며, 여기서 R 및 R'는 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 유기 그룹이다. 전형적인 유기 그룹은 하이드로카빌(즉, 탄소 및 수소 원자 만을 포함하는 1가 라디칼, 예를 들면, 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴 또는 아릴알킬) 카복실, 에스테르(알콕시카보닐), 아미노, 아미드, 설폰산, 유기 금속 착물, 및/또는 에폭사이드를 포함한다. 바람직하게는, R 및 R' 중의 적어도 하나(보다 바람직하게는 둘 다)는 하이드로카빌 그룹이다. 보다 바람직하게는 R 및 R' 중의 적어도 하나(보다 더 바람직하게는 둘 다)는 알킬 그룹, 특히 C_1-4 알킬, 예를 들면, 메틸 또는 에틸 그룹이다.

바람직하게는 이관능성 유기 실란은 디칼일실란, 즉 R 및 R' 둘 다가 알킬 그룹인 이관능성 유기 실란이다. 디알킬실란에서 알킬 그룹 R 및 R'는 동일하거나 상이할 수 있고 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 가장 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는다. 디알킬실란의 예는 디메틸실란, 디에틸실란, 디프로필실란 및 디부틸실란을 포함한다. 보다 바람직하게는, 디알킬실란은 디메틸실란이다.

하나의 양태에서 개질된 표면은 분해된 삼관능성 유기 실란의 구성 성분을 포함한다. 삼관능성 유기 실란은 화학식 R(R')(R")SiH를 가지며, 여기서 R, R' 및 R"는 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 유기 그룹이다(위에 정의되고 예시된 바와 같음). 바람직하게는 R, R' 및 R" 중의 적어도 하나(보다 바람직하게는 세 개 전부)는 하이드로카빌 그룹이다. 보다 바람직하게는 R, R' 및 R" 중의 적어도 하나(보다 더 바람직하게는 세 개 전부)는 알킬 그룹, 특히 C_1-4 알킬 그룹, 예를 들면, 메틸 또는 에틸 그룹이다.

바람직하게는 삼관능성 유기 실란은 트리알킬실란, 즉, R, R' 및 R"가 모두 알킬 그룹인 삼관능성 유기 실란이다. 트리알킬실란에서 알킬 그룹 R, R' 및 R"는 동일하거나 상이할 수 있고, 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 가장 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는다. 트리알킬실란의 예는 트리메틸실란, 트리에틸실란, 트리프로필실란 및 트리부틸실란을 포함한다. 보다 바람직하게는, 트리알킬실란은 트리메틸실란이다.

하나의 양태에서, 여과재는 제1 및 제2 표면 개질로 제공되며, 제1 표면 개질은 제1 유기 실란의 분해된 구성 성분을 포함하고 제2 표면 개질은 제2의 상이한 유기 실란의 분해된 구성 성분을 포함한다. 하나의 양태에서 제1 표면 개질은 분해된 이관능성 유기 실란(바람직하게는 디알킬실란, 예를 들면, 디메틸실란)의 구성 성분을 포함한다. 하나의 양태에서, 제2 표면 개질은 분해된 삼관능성 유기 실란(바람직하게는 트리알킬실란, 예를 들면, 트리메틸실란)의 구성 성분을 포함한다. CVD 공정은 확산-기반 공정이기 때문에, 제1 및 제2 표면 개질은 제2 표면 개질의 성분들이 제1 표면 개질로 확산됨을 의미한다: 제2 표면 개질이 제1 표면 개질의 표면 상에 층을 포함할 필요가 없다.

바람직한 양태에서, 여과재는 제1 및 제2 표면 개질로 제공되며, 제1 표면 개질은 분해된 디메틸실란의 분해된 구성 성분을 포함하고, 제2 표면 개질은 분해된 트리메틸실란의 구성 성분을 포함한다. 본원에 기재된 바와 같이, 놀랍게도 본 발명자들에 의해, 이러한 두 개의 상이한 실란 전구체를 사용하여 제1 및 제2 표면 개질 둘 다로 제공된 여과재(특히 금속성 여과재)는 특히 감소된 표면 에너지를 나타내며, 그 결과 오염물이 이러한 여과재의 표면에 훨씬 약하게 부착되어, 여과재가 당업계에서 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 쉽게 세정될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따르는 여과재에 적용된 표면 개질은 여과재를 관능화시키기 위해 규소, 탄소 및 수소에 더하여 추가의 원자를 함유할 수 있다. 추가의 원자는 생성되는 표면 화학이 표면 에너지를 감소시키고 여과재의 작동 조건을 견딜 수 있는 한 특별히 제한되지 않으며, 또한 존재할 수 있는 전형적인 원자의 예는 질소, 인, 황, 할로겐(불소, 염소, 브롬 또는 요오드), 또는 금속 원자(위에 정의되고 예시된 바와 같음 - 금속 원자는 바람직하게는 여과재의 본체를 형성하는 금속 원자와는 상이하다)를 포함한다. 본 발명의 하나의 측면에서 표면 개질을 형성하는 요소는 산소를 추가로 포함한다.

방법

본 발명은 또한 상기 표면 개질을 여과재의 적어도 하나의 표면에 제공하는 방법을 제공한다. 전형적으로, 이것은 화학적 증착에 의해 수행되며, 상기 방법은 적어도 규소, 탄소 및 수소를 함유하는 것 또는 휘발성 전구체 분자의 분해를 포함한다. 상기한 바와 같이, 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, CVD에 의한 표면 개질은 여과재(특히 금속성 여과재)의 표면 에너지를 감소시키면서, 또한 메카니컬 키를 제공하고 필터 상에 조절된 두께의 외부 코팅을 형성하는 것으로 믿어진다.

본 발명은 또한 개질된 표면을 가지는 여과재의 제조방법을 제공하며, 개질된 표면을 정의하는 원자는 규소, 탄소, 및 수소를 포함하고, 상기 방법은 :

(a) 여과재를 형성하는 단계; 및

(b) 본 발명의 화학적 증착법에 따라 여과재의 표면을 개질시키는 단계를 포함한다.

하나의 양태에서 본 발명의 화학적 증착법은 개질된 표면을 정의하는 원자가 규소, 탄소 및 수소를 포함하도록 유기 실란(위에 정의되고 예시된 바와 같음)의 분해를 포함한다. 상기 방법은 유기 실란을 H, C 및 Si, 및 이의 조합을 포함하는 분자 단편으로 열적으로 해리되도록 하며, 구성 성분들은 여과재의 표면 상에 증착되거나 형성되어 유기 실란의 분해로부터 야기된 규소, 탄소 및 수소를 포함하는 개질된 표면을 형성한다. 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 유기 실란은 열적으로 분해되어 카보실릴 단편을 형성하고, 이것이 재조합되고 결합되어 여과재의 표면을 개질시키는 것으로 믿어진다.

하나의 양태에서, 유기 실란은 순수한 가스로서, 즉, 희석되지 않은 형태로 본 발명의 화학적 증착법에서 사용될 수 있다. 또 다른 양태에서, 유기 실란은 질소, 헬륨, 및/또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 분압 희석제로 하여 본 발명의 화학적 증착법에서 사용될 수 있다.

하나의 양태에서, 화학적 증착법은 약 5 kPa 내지 약 800 kPa의 압력에서 수행된다. 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 25 kPa 내지 약 300 kPa의 압력에서 수행된다. 보다 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 50 kPa 내지 약 225 kPa의 압력에서 수행된다. 가장 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 25 kPa 내지 약 175 kPa의 압력에서 수행된다.

하나의 양태에서, 화학적 증착법은 약 300℃ 내지 약 600℃의 온도에서 수행된다. 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 400℃ 내지 약 500℃의 온도에서 수행된다. 보다 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 425℃ 내지 약 475℃의 온도에서 수행된다.

하나의 양태에서, 화학적 증착법은 약 30분 내지 약 120시간의 시간 동안 수행된다. 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 48시간 내지 약 96시간의 시간 동안 수행된다. 보다 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 54시간 내지 약 84시간의 시간 동안 수행된다. 가장 바람직한 양태에서, 화학적 증착법은 약 60시간 내지 약 72시간의 시간 동안 수행된다.

하나의 양태에서, 본 발명의 화학적 증착 표면 개질 방법에서 사용되는 유기 실란은 이관능성 유기 실란(위에 정의되고 예시된 바와 같음), 삼관능성 유기 실란(위에 정의되고 예시된 바와 같음), 또는 이의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

바람직하게는, 유기 실란은 디알킬실란, 트리알킬실란, 또는 이의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 하나의 양태에서, 유기 실란은 디메틸실란이다. 하나의 양태에서, 유기 실란은 트리메틸실란이다.

본 발명의 화학적 증착 표면 개질 방법은 이관능성 유기 실란에 이어 삼관능성 유기 실란을 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 디알킬실란에 이어 트리알킬실란을 사용하며, 디메틸실란에 이어 트리메틸실란을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이론에 얽매이지 않는 범위에서, 제2 단계에서 사용되는 삼관능성 유기 실란이 표면을 관능화시키며, 추가의 관능 그룹(예를 들면, 메틸 그룹과 같은 알킬 그룹)이 이관능성 유기 실란을 사용하여 제1 표면 개질에서 형성된 기존의 관능 그룹을 "캡핑"시키는 것으로 믿어진다. 제2 단계에서 삼관능성 유기 실란의 첨가에 의해 제공된 추가의 관능 그룹(예를 들면, 메틸 그룹과 같은 알킬 그룹)은 보다 낮은 표면 에너지를 여과재의 표면 상에서 달성하도록 하여, 임의의 오염물의 부착을 약화시키고 여과재의 표면을 보다 쉽게 세정하도록 할 수 있다.

하나의 양태에서, 여과재는 약 5 kPa 내지 약 800 kPa의 압력에서 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 바람직한 양태에서, 여과재는 약 25 kPa 내지 약 300 kPa의 압력에서 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 보다 바람직한 양태에서, 여과재는 약 50 kPa 내지 약 225 kPa의 압력에서 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 가장 바람직한 양태에서, 여과재는 약 25 kPa 내지 약 175 kPa의 압력에서 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다.

하나의 양태에서, 여과재는 약 300℃ 내지 약 600℃의 온도에서 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 바람직한 양태에서, 여과재는 약 400℃ 내지 약 500℃의 온도에서 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 보다 바람직한 양태에서, 여과재는 약 425℃ 내지 약 475℃의 온도에서 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다.

하나의 양태에서, 여과재는 약 30분 내지 약 120시간의 시간 동안 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 바람직한 양태에서, 여과재는 약 48시간 내지 약 96시간의 시간 동안 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 보다 바람직한 양태에서, 여과재는 약 54시간 내지 약 84시간의 시간 동안 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다. 가장 바람직한 양태에서, 여과재는 약 60시간 내지 약 72시간의 시간 동안 디알킬실란 및/또는 트리알킬실란(바람직하게는 디메틸실란 및/또는 트리메틸실란) 가스에 노출된다.

여과재의 표면을 개질시키는데 사용되는 화학적 증착법은 일반적으로 당업계에 공지되어 있으며, 적어도 규소, 탄소, 수소 및 산소 원자를 포함하도록 재료의 표면을 개질시킬 수 있는 한 어떠한 공지된 방법도 사용될 수 있다. 전형적인 화학적 증착법은 다음을 포함한다:

대기압 화학적 증착(Atmospheric pressure chemical vapour deposition, APCVD), 여기서 CVD는 대기압에서 수행된다;

저압 화학적 증착(Low pressure chemical vapour deposition, LPCVD), 여기서 CVD는 대기압보다 낮은 압력(전형적으로 10 내지 1000 Pa 절대 압력)에서 수행된다;

초고진공 화학적 증착(Ultra high vaccum chemical vapour deposition, UHVCVD), 여기서 CVD는 매우 낮은 압력에서, 전형적으로 10^-6 Pa 아래에서 수행된다;

스타브드 반응 화학적 증착 (Starved reaction chemical vapour depostion, SRCVD) - 스타브드 반응 CVD 공정에서, 유출(output)이 유입(input)보다 적어서 반응이 진행됨에 따라 화합물의 농도 구배가 변하며: 즉, F_r(반응물 유출/반응물 유입)이 << 1인 경우, 스타브드 반응이다;

원자층 에피택시(epitaxy)로도 알려진 원자 층 화학적 증착(Atomic layer chemical vapour deposition, ALCVD), 여기서 두 원소의 교차 단일층이 전형적으로 여과재 상에 증착된다;

플라스마 강화 화학적 증착(Plasma enhanced chemical vapour deposition, PECVD), 이것은 휘발성 전구체의 화학 반응 속도를 증진시키기 위해 플라스마를 사용하는 CVD 방법이다.

이관능성 유기 실란(예를 들면, 디알킬실란, 예를 들면, 디메틸실란)에 이어 삼관능성 유기 실란(예를 들면, 트리알킬실란, 예를 들면. 트리메틸실란)을 사용하는 CVD를 포함하는 본 발명에 따르는 바람직한 방법에서 이관능성 유기 실란을 사용하는 초기 CVD 단계가 "스타브드 반응" CVD 공정인 것이 바람직하다.

적합한 화학적 증착법의 예가 WO　2011/056550(또한 US2012/0251797로서 공개됨) 및 WO　2012/047945(또한 US2013/0244025로서 공개됨)에 기술되어 있으며, 이들의 내용은 본원에 참고로 포함된다. 이관능성 유기 실란(예를 들면, 디알킬실란, 예를 들면, 디메틸실란)에 이어 삼관능성 유기 실란(예를 들면, 트리알킬실란, 예를 들면, 트리메틸실란)을 사용하는 CVD를 포함하는 본 발명에 따르는 바람직한 방법에서, US2012/0251797에 기술된 공정에 이어 US2013/0244025에 기술된 공정이 특히 바람직하다.

하나의 양태에서 본 발명의 화학적 증착 표면 개질 방법은 (a) 제1 표면 개질을 제1 유기 실란의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의해 여과재의 적어도 하나의 표면에 적용하는 단계; 및 (b) 제2 표면 개질을 제2의 상이한 유기 실란의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의해 여과재의 적어도 하나의 표면에 적용하는 단계를 포함한다.

이러한 양태에서, 바람직하게는 제1 유기 실란은 이관능성 유기 실란이고, 제2 유기 실란은 삼관능성 유기 실란이다. 보다 바람직하게는, 제1 유기 실란은 디알킬실란이고, 제2 유기 실란은 트리알킬실란이다. 가장 바람직하게는, 제1 유기 실란은 디메틸실란이고, 제2 유기 실란은 트리메틸실란이다.

이론에 얽매이지 않는 범위에서, 제2 단계에서 사용되는 삼관능성 유기 실란은 표면을 관능화시키며, 추가의 관능 그룹(예를 들면, 메틸 그룹과 같은 알킬 그룹)이 이관능성 유기 실란을 사용하여 제1 표면 개질에서 형성된 기존의 관능 그룹을 "캡핑"시키는 것으로 믿어진다. 제2 단계에서 삼관능성 유기 실란의 첨가에 의해 제공된 추가의 관능 그룹(예를 들면, 메틸 그룹과 같은 알킬 그룹)은 보다 낮은 표면 에너지를 여과재의 표면 상에서 달성되도록 하여, 임의의 오염물의 부착을 약화시키고 여과재의 표면을 보다 쉽게 세정되도록 할 수 있다.

디메틸실란을 사용한 화학적 증착에 의한 표면 개질에 이은 트리메틸실란을 사용한 화학적 증착에 의한 관능화를 포함하는 2단계 공정이 US2012/0251797(제1 단계) 및 US2013/0244025(제2 단계)에 기술되어 있으며, 이들의 내용은 본원에 참고로 포함된다.

하나의 양태에서, 본 발명의 방법은 여과재의 표면 상의 카보실란 표면 개질(즉, 분해된 유기 실란)을 산화제로 산화시키는 것을 추가로 포함한다. 이것은 전형적으로 산소 원자가 또한 규소, 수소 및 탄소에 더하여 표면 개질의 일부로서 존재하도록 카보실란 표면 개질을 산화시킨다. 규소, 탄소, 수소 및 산소 원자를 함유하는 개질된 표면을 본 명세서에서는 "옥시카보실란 개질된 표면"이라고도 한다.

산화 단계가 공정의 일부를 형성하는 경우, 산화 시약은 특별히 제한되지 않는다. 전형적인 시약은 산소 분자(공기 또는 보다 정제된 형태로), 오존, 산화 산(예를 들면. 황산 또는 질산), 전이 금속 산화제(예를 들면. 크롬 (VI) 화합물 또는 망간 (VII) 화합물)를 포함한다. 바람직하게는 산화 시약은 공기 중의 산소 분자이다.

하나의 양태에서, 본 발명의 표면 개질 방법은

(a) 제1 유기 실란(바람직하게는 이관능화된 유기 실란, 보다 바람직하게는 디알킬실란 및 가장 바람직하게는 디메틸실란)의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의한 여과재의 적어도 하나의 표면에 대한 제1 카보실란 표면 개질;

(b) 제2의 상이한 유기 실란(바람직하게는 삼관능화된 유기 실란, 보다 바람직하게는 트리알킬실란 및 가장 바람직하게는 트리메틸실란)의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의한 여과재의 카복시실란 표면에 대한 제2 카보실란 표면 개질을 포함한다.

전형적으로, 본 발명의 방법은 본원에 정의된 바와 같은 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 적어도 100 nm의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 적어도 200 nm의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 적어도 500 nm의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 적어도 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 최대 100 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 최대 50 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 최대 20 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 최대 10㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 100 nm 내지 100 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 200 nm 내지 50 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 500 nm 내지 20 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 하나의 양태에서, 방법은 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재에 적용된다. 여과재의 기공 직경은 ISO4003에 따라 버블 포인트 테스트를 사용하여 측정된다.

필터 소자, 필터 유닛 및 여과 방법

본 발명은 또한 본 발명의 여과재를 포함하는 필터 소자를 포함한다. 적합한 필터 소자의 예는 스크린 및 시트와 같은 가요성 여과 소자, 및 프릿, 디스크, 실린더 및 주름잡힌 카트리지와 같은 보다 강성의 여과 소자 뿐만 아니라 다중 소자 및 카트리지 구성의 여과 구조를 포함한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 또한 상기 정의된 바와 같은 여과재 및/또는 필터 소자(일반적으로 아래에서 "여과 매체"로 기술됨) 및 지지 구조를 포함하는 필터 유닛을 포함한다.

본 발명의 여과재는 현장 및 현장 외 세정 둘 다와 관련하여 이점을 나타낸다. 본 명세서에서 "현장(in situ) 세정"은 오염물이 필터에 적용되었던 것과 동일한 공정 환경에서 수행된 세정 공정을 의미한다. 이와 달리, "현장 외(ex situ) 세정"은 오염물이 필터에 적용되었던 공정 환경으로부터 필터가 제거된 후 수행된 세정 공정을 의미한다.

특히, 본원에 기재된 바와 같이, 본 발명의 여과재의 현장 및 현장 외 세정 모두가 상당히 개선된 투과성 회복을 가져왔으며, 이는 필터 회복의 주요 척도이다. 이것은 다음과 같이 측정될 수 있다. 현장 세정이 수행되는 경우, 여과 매체의 동적 작동 조건은 즉각적인 "이전" 및 "이후" 결과를 제공한다: 이러한 결과는 "블라인딩 곡선(blinding curve)"이 조사될 수 있고, 선행 기술에 비해 개선됨을 나타내는 경향이 결정되도록 (수 분 내지 수 천 시간일 수 있는) 일정 기간에 걸쳐 검토될 수 있다. 현장 외 세정이 수행되는 경우, 세정 후 필터를 제어되고 측정 가능한 조건하에서 공지된 유체로 유량 테스트를 하고, 다양한 유량에 대한 차압을 기록한다. 이것은 세정 전 및 후에 수행된다.

놀랍게도 본 발명에 따라, 코팅된 여과재를 함유하는 필터 소자 및/또는 필터 유닛은 오염물의 부착에 훨씬 덜 민감하고, 따라서 당업계에 공지된 것들보다 훨씬 적은 빈도의 및/또는 에너지-집약적인 세정을 필요로 하는 것으로 밝혀졌다. 특히, 본 발명의 여과재를 포함하는 필터 유닛은 현장 세정이 요구되기 전에, 미처리된 필터 및 GB 2394428A에 기재된 실란(SiH₄)-기반 공정을 사용하여 개질된 표면을 가지는 필터 둘 다와 비교하여, 크게 증가된 작동 수명(대략 3배만큼)을 가지는 것으로 추정된다.

또한, 놀랍게도, 본 발명의 여과 매체는 표면 개질이 필터 매체에 적용된 후 다수의 현장 세정 사이클을 겪을 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이것은 오염물의 존재가 다음 사이클 동안 이전의 현장 세정의 이점을 은폐시킬 것으로 예상되기 때문에, 어느 정도의 오염물이 전형적으로 각 세정 사이클 후에도 남아 있는 선행 기술에서 예상되는 것과는 상반된다.

필터 소자가 오염물 없이 새것으로부터 작동을 시작하는 경우, 챌린지(challenge)는 필터 매체 매트릭스 안에 및 상에 오염물이 포획되도록 한다. 펄스제트가 현장 세정을 수행하는데 적용되는 경우, 외부 표면 케이크는 표면 근처 오염물의 일부가 그러한 바와 같이 제거되지만, 여과 매체의 매트릭스에 보다 깊숙이 매립된 오염물은 거의 세정되지 않는다. 그 결과 각 펄스 후 여과 매체의 표면 케이크가 제거되고 매체가 케이크가 재발생하기 전에 직접적인 챌린지에 일시적으로 노출됨에 따라 차압이 점진적으로 증가한다. 따라서, 여과 매체상에 및/또는 내에 존재하는 고체의 양은 점진적으로 증가한다.

여과 매체상에 및/또는 내에 존재하는 고체의 양은 전형적으로, 세정시 0에서 출발하여, g/m²로 측정된다. 고체로의 챌린지 후 여과 매체를 칭량하고, 이를 원래의 중량과 비교함으로써, 얼마나 많은 추가의 중량이 질량/단위 면적에 대해 존재하는지를 평가할 수 있다. 일단 여과 매체가 세정되면, 그 후 다시 칭량하여 세정 전의 값과 비교할 수 있다.

필터 매체 차압이 차압으로 인해 더 이상 작동을 하지 않는 상태에 도달하여, 현장 외 세정을 위해 이들을 제거할 필요가 있는 시점에서, 고체 수준은 전형적으로 250 내지 450 g/m²이다. 전형적으로 현장 외 세정 후의 중량은 150 내지 350 g/m²이다. 공정 자체 내에 변동성이 존재할 수 있기 때문에 값들 사이에 겹침이 있다.

또한, 현장 외 세정에 적용되는 경우 본 발명의 여과재를 함유하는 필터 소자의 세정도(cleanliness)는 (투과성에 의해 측정되는 바와 같이) 원래의 미사용 성능의 90% 이내로 되돌아 갔다. 이것은 미처리 필터 및 GB 2394428A에 기재된 바와 같은 실란(SiH₄)-기반 공정을 사용하여 개질된 표면을 가지는 필터 둘 다와 비교하여 이전에 회복된 성능에 비교하였을 때 특히 놀라운 결과이며, 상기 필터들은 다수의 경우에 단지 원래의 미사용 성능의 50% 이내로 세정 될 수 있다.

필터 매체 상에 보유될 수 있고 이에 따라 필터 매체로부터 세정을 필요로 할 수 있는 미립자의 유형에 대한 특별한 제한은 없다. 크기 분포는 크기에 있어서 1 ㎛ 미만 내지 2 mm 초과에 이르며: 전형적으로, 미립자는 크기에서 약 100 ㎛ 미만이다.

필터 매체 상에 보유될 수 있고 이에 따라 필터 매체로부터 세정을 필요로 할 수 있는 미립자의 화학적 조성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 석탄 가스화 공정으로부터 탄소, 황 및/또는 금속 산화물이 여과재를 까맣게 태워서 제거를 필요로 할 수 있다. 유사하게는, 촉매 공정의 경우, 필터가 높은 비율의 금속(특히 전이 금속, 예를 들면, 철, 팔라듐, 백금, 니켈 및/또는 망간)을 가지는 미립자 물질로 막히거나 오염될 수 있다.

전형적으로, 필터 소자는 당업계의 숙련가들에게 일반적으로 공지되어 있는 펄스제트 방법에 따라 세정될 수 있다. 펄스제트 조건은 전형적으로 플랜트의 작동 파라미터에 적합하게 맞춘다. 전형적으로 펄스 제트 세정은 약 50 내지 약 100 barg(바 게이지 압력)의 압력에서 수행된다. 전형적으로 펄스 제트 세정은 약 200 내지 250℃의 온도에서 수행된다.

지지 구조는 여과 매체를 지지하도록 정렬된 표면, 코어, 프레임워크, 또는 이들 다수를 포함할 수 있다. 지지 구조는 임의의 적합한 배열을 가질 수 있다.

지지 구조는 적합하게는 메쉬, 바람직하게는 와이어 메쉬를 포함할 수 있으며, 이것은 직조될 수 있다. 메쉬는 적합하게는 여과 매체의 범위에 실질적으로 평행하게 정렬된다. 메쉬는 사용시 가스/액체의 방향에 대해 여과 매체의 업스트림 및/또는 다운스트림에 정렬될 수 있다.

대안적으로, 또는 추가로, 지지 구조는 코어를 포함할 수 있으며, 코어 주위에 여과 매체가 지지된다.

여과 매체는 지지 구조로부터 분리될 수 있다. 대안적으로, 여과 매체는 지지 구조에 직접 또는 간접적으로 부착될 수 있다. 여과 매체 및 지지 구조는, 예를 들면, 소결 또는 용접에 의해 연결될 수 있다.

필터 유닛은 임의의 적합한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 필터 유닛은 원통형, 주름형 또는 평면형일 수 있다. 여과 매체는 필터 유닛 내에 임의의 적합한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 여과 매체는 주름잡힌 구조를 가질 수 있으며, 이것은 이후 실질적으로 원통형인 필터 유닛을 형성하는데 사용될 수 있다.

지지 구조가 필터 유닛의 형태를 결정할 수 있다. 대안적으로, 지지 구조 및 여과 매체는 요구되는 형태의 필터 유닛을 제공하도록 정렬될 수 있다.

필터 유닛이 원통 형태 등을 갖는다면, 지지 구조는 하나 이상의 말단 캡을 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 말단 캡은 적합하게는 원통형 몸체의 말단에 정렬되며, 개방형 또는 폐쇄형 배열을 가질 수 있다.

적합하게는, 지지 구조의 일부 또는 전부는 또한 이에 적용된 코팅을 갖는다. 코팅은 본원에 정의된 바와 같은 본 발명의 여과재에 대해 본원에 정의된 바와 동일할 수 있거나, 당업계에 공지된 임의의 다른 통상의 코팅일 수 있다. 바람직하게는, 필터 유닛의 전체가 이에 적용된 코팅을 갖는다.

적합하게는, 여과 매체 및 지지 구조는 코팅이 적용되기 전에 요구되는 형태로 조립된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 또한 본 발명에 따르는 여과재, 필터 소자 또는 필터 유닛을 통해 유체를 통과시키는 것을 포함하는, 유체를 여과하는 방법을 포함한다. 이러한 방법은 당업계의 숙련가들에게 널리 공지되어 있다.

실시예

본 발명은 이제 하기 실시예에 의해 기술될 것이다. 이들 실시예는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 1 - 원 위치 펄스 제트 세정으로의 풀 스케일 플랜트의 작동

아래에 나타낸 데이터는 아래의 공정 조건하에서 작동된 25 ㎛의 평균 기공 직경(ISO 4003에 따라 측정됨)을 가지는 필터 소자에 관한 것이다:

압력

25 barg (즉, 25 bar, 게이지 압력)

온도

330℃

가스 유속

150,000 kg 시간^-1

가스 점도

2.5 x 10^-5 Pa.s

가스 밀도

12 kg m^-3

고체 챌린지

2,000 kg 시간^-1

필터는 완전 제작된 조립체로서 표면 개질시켰지만 구성 부품의 부분들로서 동일하게 표면 개질시키고 그 뒤에 조립할 수 있다. 필터는 필터의 위치결정 및 배치를 유지하기 위해 적합한 내부 고정물을 가지는 특별히 설계된 가공 압력 용기(직경 750mm; 압력 tan/tan 높이 1600mm)에 설치하였다.

필터 소자를 US2012/0251797에 기재된 방법에 따라 디메틸실란을 사용한 화학적 증착에 의한 표면 개질을 시킨 후, US2013/0244025에 기재된 방법에 따라 트리메틸실란을 사용한 화학적 증착에 의해 관능화시켰다. 450℃의 항온 및 1.7 barg의 정압에서 총 70시간 동안 반응을 수행하였다. 가공 용기는 필요한 공정 조건 및 요구되는 지속시간 하에서 필요한 순서로 디메틸- 및 트리메틸실란을 제공하는 가스 공급 분포 시스템에 연결된 오븐 내에 배치하였다.

제공된 데이터는 필터 시스템에 수백 개의 작동 중인 필터 소자가 장착된 실물 크기 작동 플랜트로부터의 것이며, 상이한 필터 소자 설계의 표준 작동 시간에 걸쳐 차압을 비교하였다. 두 가지 설계가 비교되어 있다: 하나는 표면 개질을 받지 않았으며 두 가지 별도의 작업 수행을 나타내고, 두번째는 설치된 필터가 이러한 표면 개질의 대상이 된 다른 설계이다.

이들의 차압을 꾸준히 모니터링하여 차압 변화(상승) 속도의 분석을 계속해서 진행하면서 필터를 작동시켰으며, 이것이 필터 작동 성능의 직접적인 측정법이다. 이러한 차압을 측정값의 정확도를 보장하기 위해 각 필터 시스템의 입구 및 출구 파이프라인에 연결된 네 개의 차압 기기(Honeywell ST3000 Smart DP Transmitter Series 900)에 의해 모니터링하였다.

결과를 도 3에 나타내었다. 명백히 입증되는 바와 같이, 본 발명에 따르는 표면 개질은 필터가 오염물이 필터에 부착하는 작용에 저항하기 때문에 차압 상승 속도가 상당히 감소되도록 하여, 펄스 제트 블로우다운에 의한 현장 세정 효율을 훨씬 개선시킨다. 보여진 차압 상승은 발생하는 임의의 유량 변화에 대해 합리화하였다.

차압의 추가 모니터링을 필터의 작동 동안 총 12,000 작동 시간까지 수행하였다. 결과를 도 6에 나타내었다. 명백히 입증되는 바와 같이, 본 발명에 따르는 표면 개질은 필터가 오염물이 필터에 부착하는 작용에 저항하기 때문에 차압 상승 속도가 상당히 감소되는 것을 지속시킴으로써 현장 세정을 계속 가능하게 한다.

실시예 2 - 현장 외 필터 세정의 작동

이 데이터는, 역류에서 증기 및 응축수를 포함하는 세정 과정을 겪고, 그 다음 회복 정도를 결정하기 위해 건조 후 확인된 필터 클러스터의 현장 외 세정에 관한 것이다.

필터 소자는, 실시예 1과 동일한 조건하에서, US2012/0251797에 기재된 방법에 따라 디메틸실란을 사용한 화학적 증착에 의한 표면 개질을 겪은 다음 US2013/0244025에 기재된 방법에 따라 트리메틸실란을 사용한 화학적 증착에 의한 관능화를 겪었다.

사용되는 세정 조건은 다음과 같다;

단계 1 - 최대 10분까지 5 barg 급수를 사용하여 30℃에서 물로 헹굼

단계 2 - 침지욕(immersion bath)을 사용하여 80℃에서 용액을 중화시키고 30분 동안 유지시킴

단계 3 - 단계 1을 반복하되 30분 동안 수행함

단계 4 - 최소 130℃ 온도로 120분 동안 과열된 증기를 사용하여 증기화함

단계 5 - 2 barg 및 최소 100℃ 온도에서 공기 공급으로 최소 12시간 동안 건조시킴

필터를 필터 그룹으로서 시험하였고, 세정 전 및 후에 유량을 시험하였다. 공기 시험은 최대 5분 동안 10 내지 30℃ 및 1 내지 2 barg의 압력에서 수행하였다.

이 실시예에서 비교된 모든 필터는 동일한 시간 동안 작동시켰으며, 동일한 가스 및 숯 농도 및 실시예 1에서와 동일한 입자 크기 분포를 갖는 숯을 사용하여 챌린지하였다.

필터는 완전한 캠페인(campaign)을 위해 작동시켰으며 허용되는 정상적인 작동 한계 내에서 500 mbar를 초과하는 차압을 작동 중에 경험하였다.

현장 외에서 세정된 필터를 잔류 조건의 투과성을 평가할 수 있는 오염된 차압 조건을 결정하기 위해 여러 상이한 맑은 공기 흐름에 노출시켰다. 현장 외 세정 및 건조 후 필터를 여러 상이한 맑은 공기 흐름에 반복해서 노출시키고, 이어서 유사한 조건을 제공하였다. 최대한의 비교를 제공하기 위해, 사용되지 않은 필터의 차압을 제공하였다.

네 가지 그룹의 필터 소자를 관판(tubeplate)에 조립하였으며, 여기서 모든 경우에 필터 소자의 수 및 이들의 치수는 동일하였다.

결과를 도 4 및 5에 나타내었다. 도 4 및 5에 언급된 바와 같은 명칭 "7A" 및 "8A"는 표준 처리되지 않은 상태의 필터 소자의 그룹에 관한 것이다. 명칭 "19"의 경우에 이것은 본 발명에 따라 표면 개질된 상태의 필터 소자의 그룹에 관한 것이다. "새 필터-미사용(New Filter-unused)"으로 지정된 데이터는 작동된 적이 없고 "새 것 같은(as-new)" 상태를 나타내는 필터 소자의 그룹에 관한 것이다.

이러한 특정 작업 수행에서, 표면 개질된 필터 소자를 표면 개질되지 않은 필터와 동일한 오염물을 공유하는 방식으로 작동시켰다. 그 결과, 표면 개질된 필터 소자가 미개질된 필터 소자보다 더 우수한 현장 세정 특성을 나타내는 것으로 입증되었기 때문에, 차압이 평형 상태를 유지하여야 하므로 더 많은 유량(가스 및 고체 둘 다)이 이러한 필터에서 발생되면서 고유의 개선된 투과성으로 인해 증가된 챌린지를 경험하게 될 것으로 생각된다.

결과는 본 발명에 따른 표면 개질된 필터 소자가 (도 4에 나타낸 바와 같이) 오염된 상태에서 더 낮은 평균 차압을 나타내고, 이것은 오염물 부착에 저항하는데 있어서 표면 개질의 영향의 추가 증거이며, 도 5에 나타낸 바와 같이 필터 소자가 세정된 경우 이들은 더 낮은 차압으로 되돌아 가고 이것은 원래의 새 것 상태에 매우 가까우며, 이는 선행 기술에서는 이전에 전혀 달성되지 못했던 것임을 입증한다.

본 발명에 따르는 필터의 표면 개질은 필터 시스템의 작동이 현장외 세정을 수행하는 것을 필요로 하기 전에 더 오랜 캠페인 시간 동안 작동할 수 있게 하여 작동 플랜트의 효율을 상당히 개선시키는 것으로 결론지을 수 있다. 더욱이, 필터의 이러한 표면 개질은 현장 외 세정이 필터의 투과성과 관련하여 훨씬 더 큰 회복도로 수행될 수 있게 하며, 결과적으로 또한 필터의 작동 시간을 연장시키고, 그렇게 함으로써 출발 차압이 새 필터의 경우보다 더 컸기 때문에 선행 기술에서 있음직한 감소된 캠페인 시간의 문제를 해결하였다.

실시예 3 - 접촉각 비교

고체 기재 상의 액체의 프로파일을 캡처하기 위한 광학 서브시스템 및 DROP이미지 소프트웨어를 포함하는 접촉각 각도계(Rame-Hart Model 250)를 사용한 정적 정적법을 사용하여 다수의 처리된 표면의 접촉각을 평가하였다.

관련 표면의 측정된 접촉각은 다음과 같다:

다음의 표면 개질을 가지는 스테인리스 강의 접촉각은 다음과 같았다:

미처리 스테인리스 강 = 36.0°

실란계 표면(GB 2394428A의 방법에 따라 처리됨) = 53.6°

SilcoNert(또 다른 SiH₄-기반 방법에 따라 처리됨) = 87.3°

본 발명의 방법에 따라 처리된 표면 = 105.5°

상기 접촉각 측정이 입증하는 바와 같이, 본 발명에 따르는 표면 개질은 GB 2394428A의 방법에 따라 처리된 실란-기반 표면 및 다른 공지된 SiH₄-기반 방법에 따라 처리된 표면 둘 다와 비교하여 크게 감소된 표면 에너지를 나타낸다.

상기 명세서에 언급된 모든 공보들은 본원에 참고로 포함된다. 본 발명의 기술된 방법 및 시스템의 다양한 개질 및 변화는 본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않으면서 당업계의 숙련가들에게 자명할 것이다. 본 발명이 특정의 바람직한 양태들과 관련하여 기술되었지만, 청구된 바와 같은 발명은 이러한 특정한 양태에 과도하게 제한되어서는 안되는 것으로 이해해야 한다. 사실상, 화학, 재료 과학 또는 관련 분야의 숙련가들에게 자명한 본 발명을 실행하기 위한 기술된 방식의 다양한 개질은 하기 청구항의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

적어도 하나의 표면이 개질된 여과재로서,
여기서 표면 개질을 정의하는 원자가 규소, 탄소 및 수소를 포함하며, 상기 여과재가 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛의 기공 직경을 가지는, 여과재.
제1항에 있어서, 표면 개질을 정의하는 원자가 산소를 추가로 포함하는 여과재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 여과재가 금속 또는 세라믹인 여과재.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 표면 개질을 가지고, 제1 표면 개질이 분해된 이관능성 유기 실란의 구성 성분을 포함하고 제2 표면 개질이 분해된 삼관능성 유기 실란의 구성 성분을 포함하는 여과재.
제1항에 있어서, 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 기공 직경을 가지는 여과재.
(a) 이관능성 유기 실란의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의한 여과재의 적어도 하나의 표면의 1차 개질; 및
(b) 삼관능성 유기 실란의 분해를 포함하는 화학적 증착에 의한, 단계 (a)에서 개질된 여과재의 적어도 하나의 표면의 2차 개질을 포함하는, 여과재의 적어도 하나의 표면을 개질시키는 방법.
제6항에 있어서, 단계 (a)에서 사용되는 이관능성 유기 실란이 디알킬실란 또는 이의 혼합물인 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 단계 (b)에서 사용되는 삼관능성 유기 실란이 트리알킬실란 또는 이의 혼합물인 방법.
제7항에 있어서, 단계 (a)에서 사용되는 디알킬실란이 디메틸실란인 방법.
제8항에 있어서, 단계 (b)에서 사용되는 트리알킬실란이 트리메틸실란인 방법.
제6항에 있어서, 단계(a) 이후이지만, 단계(b) 이전에
(a1) 단계 (a)에서 개질된 여과재의 적어도 하나의 표면을 산화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제6항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 화학적 증착이 대기압 화학적 증착(APCVD), 저압 화학적 증착(LPCVD), 초고진공 화학적 증착(UHVCVD), 스타브드 반응(starved reaction) 화학적 증착(SRCVD), 원자층 화학적 증착(ALCVD) 및 플라스마 강화 화학적 증착(PECVD)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
제6항에 있어서, 단계 (a)에서 사용되는 방법이 스타브드 반응 화학적 증착(SRCVD)인 방법.
표면 개질을 정의하는 원자가 규소, 탄소 및 수소를 포함하는, 표면 개질된 여과재를 제조하는 방법으로서,
상기 방법은
(a) 여과재를 형성하는 단계; 및
(b) 제6항 내지 제13항 중의 어느 한 항의 방법에 따라 여과재의 표면을 개질시키는 단계를 포함하는, 방법.
제6항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 따르는 방법에 의해 수득될 수 있거나 수득되는 여과재.
제1항 내지 제5항 또는 제15항 중의 어느 한 항에 정의된 바와 같은 여과재를 포함하는 필터 소자.
제16항에 있어서, 카트리지, 스크린, 실린더, 시트, 디스크 및 프릿으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 필터 소자.
제17항 또는 제18항에 따르는 필터 소자 및 지지 구조를 포함하는 필터 유닛.
제1항 내지 제5항 또는 제15항 중의 어느 한 항의 여과재, 제16항 또는 제17항에 따르는 필터 소자, 또는 제18항에 따르는 필터 유닛을 통해 유체를 통과시키는 것을 포함하는, 유체를 여과하는 방법.
여과에 있어서 제1항 내지 제5항 또는 제15항 중의 어느 한 항에 따르는 재료의 용도.
가스화 플랜트에서 여과에 있어서 제1항 내지 제5항 또는 제15항 중의 어느 한 항에 따르는 재료의 용도.