(57)【要約】  水ろ過用媒体はフィルタ材の製造に用いられる結合剤材料に直接付着された帯電物質を有する。微生物学的遮断強化剤は結合剤に直接加えられる。共に結合剤材料に直接付着された帯電物質および微生物学的遮断強化剤を有するフィルタ材は次いでコアフィルタ材と結合され、ろ過用媒体として用意される。フィルタは処理されたフィルタ材から用意される。
2013520314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電物質を結合剤材料に直接結合して帯電結合剤材料を形成し、
コアフィルタ材を前記帯電結合剤材料と結合し、そして
前記結合されたコアフィルタ材と前記帯電結合剤材料を有するフィルタ材を形成する、
微生物学的遮断能力を有するフィルタ材の作成方法。
【請求項２】
前記フィルタ材を形成する工程は、前記結合されたコアフィルタ材および帯電結合剤を固体合成物またはブロックに押出または圧縮成形することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コアフィルタ材は、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化マグネシウム、パーライト、滑石、高分子微粒子状物質、粘土、ヨウ素酸化樹脂、イオン交換樹脂、セラミック、高吸水性ポリマ（ＳＡＰｓ）、およびこれらの合成物から構成される、粉状または微粒子状形体の吸収剤または吸収活性粒子の列を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コアフィルタ材材料は、ポリマ、ポリアミド、アクリル、アクリロニトリル、液晶高分子、イオン交換樹脂、エンジニアード樹脂（engineered resin）、セルロース、レーヨン、リヨセル、ラミー、羊毛、絹、ガラス、金属、セラミック、有機および無機繊維またはウィスカ（whisker）、またはそれらの合成物から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コアフィルタ材は、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化マグネシウム、パーライト、滑石、高分子微粒子状物質、粘土、ヨウ素酸化樹脂、イオン交換樹脂、セラミック、高吸水性ポリマ（ＳＡＰｓ）、またはこれらの合成物を含む微粒子媒体と繊維との合成物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フィルタ材を形成する工程は平坦なシート媒体を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記平坦なシート媒体を圧延、層状化、またはプリーツ付けすることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記結合剤材料は粉状、微粒子状または繊維状形体からなり、そしてポリオレフィン、ハロゲン化ポリビニル、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニル硫酸、ポリビニルリン酸、ポリビニルアミン、ポリアミド、ポリイミド、ポリオキシジアゾール、ポリトリアゾール、ポリカーボジイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリアリーレンオキシド、ポリエステル、ポリアリレート、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ホルムアルデヒド−尿素、エチル−ビニルアセテート共重合体、それらの共重合体およびブロック共重合体、およびそれらの合成物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
結合剤材料の変化はヒドロキシル基、ハロゲン、低級アルキル基、低級アルコキシ基、および単環アリール基を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポリマはポリスチレンおよびアクリロニトリル−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、およびその他の非晶質またはアモルファスポリマおよび構造物を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記結合剤材料は、
ポリ（オキシメチレン）またはポリホルムアルデヒド、ポリ（トリクロロアセトアルデヒド）、ポリ（ｎ−バレルアルデヒド）、ポリ（アセトアルデヒド）、およびポリ（プロピオンアルデヒド）を含む、エンドキャップされたポリアセタール；
ポリアクリルアミド、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（アクリル酸エチル）、およびポリ（メタクリル酸メチル）を含むアクリルポリマ；
ポリ（テトラフルオロエチレン）、全フッ素置換エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリ（フッ化ビニリデン）、およびポリ（フッ化ビニル）を含むフルオロカーボンポリマ；
ポリ（６−アミノカプロン酸）またはポリ（ｅ−カプロラクタム）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（poly(hexamethylene adipamide)）、ポリ（ヘキサメチレンセバシアミド）（poly(hexamethylene sebacamide)）、およびポリ（１１−アミノウンデカン酸）を含むポリアミド；
ポリ（イミノ−１，３−フェニレンイミノイソフタロイル）またはポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）を含むポリアラミド；
ポリ−２−キシリレン、およびポリ（クロロ−１−キシリレン）を含むパリレン；
ポリ（オキシ−２，６−ジメチル−１，４−フェニレン）またはポリ（ｐ−フェニレンオキシド）を含むポリアリールエーテル；
ポリ（オキシ−１，４−フェニレンスルホニル−１，４−フェニレンオキシ−１，４−フェニレンイソプロピリデン−１，４−フェニレン）、およびポリ（スルホニル−１，４−フェニレンオキシ−１，４−フェニレンスルホニル−４，４’−ビフェニレン）を含むポリアリールスルホン；
ポリ（ビスフェノールＡ）またはポリ（カルボニルジオキシ−１，４−フェニレンイソプロピリデン−１，４−フェニレン）を含むポリカーボネート；
ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（テトラメチレンテレフタレート）、およびポリ（シクロヘキシレン−１，４−ジメチレンテレフタレート）またはポリ（オキシメチレン−１，４−シクロヘキシレンメチレンオキシテレフタロイル）を含むポリエステル；
ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）またはポリ（チオ−１，４−フェニレン）を含むポリアリールスルフィド；
ポリ（ピロメリトイミド−１，４−フェニレン）を含むポリイミド；
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（１−ブテン）、ポリ（２−ブテン）、ポリ（１−ペンテン）、ポリ（２−ペンテン）、ポリ（３−メチル−１−ペンテン）、およびポリ（４−メチル−１−ペンテン）を含むポリオレフィン；
ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニリデンクロライド）、およびポリ（ビニルクロライド）を含むビニルポリマ；または
１，２―ポリ−１，３−ブタジエン、１，４−ポリ−１，３−ブタジエン、ポリイソプレン、およびポリクロロプレンを含むジエンポリマ；ポリスチレン；
並びにそれらの合成物、およびそれらの共重合体
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記帯電物質は、
コロイド；
小帯電分子、或いは
それと協働する対イオンを有するポリマ鎖の長さに沿って正電荷帯電原子を有する直線状または分岐状ポリマ
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記帯電物質がポリマからなるとき、電荷密度は約１０オングストローム、１２オングストローム、または２０オングストローム毎に約１帯電原子以上またはそれに等しい、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記帯電物質は、四級化アミン、四級化アミド、第四級アンモニウム塩、四級化イミド、ベンザルコニウム化合物、ビグアニド、カチオン性アミノシリコン化合物、カチオン性セルロース誘導体、カチオン性澱粉、四級化ポリグリコールアミン縮合物、四級化コラーゲンポリペプチド、カチオン性キチン誘導体、カチオン性グアーガム、カチオン性メラミン−ホルムアルデビド酸コロイドを含むコロイド、無機的に処理されたシリカコロイド、ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂、カチオン性アクリルアミド、それらのポリマおよび共重合体および合成物を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記アミンは、ピロール、エピクロロヒドリン誘導アミン、およびそれらのポリマを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第四級アンモニウム塩は、ジアリルジメチルハロゲン化アンモニウムのホモポリマ、エピクロロヒドリン誘導ポリ第四級（polyquaternary）アミンポリマ、ジアミンおよびジハロゲン化物から誘導された第四級アンモニウム塩、またはポリヘキサメチレンジメチル臭化アンモニウムを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記帯電物質は、それ自体に、或いは繊維または薄膜に、化学的に結合、吸収、または架橋された材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記帯電物質は、臭化ナトリウムおよびジアリルジメチル塩化アンモニウムまたはポリＤＡＤＭＡＣ（ＰＤＡＤＭＡＣ）のホモポリマの溶液を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記帯電物質との不溶性高分子電解質錯体を形成するようにポリアクリル酸（ＰＡＡ）を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
水溶液中の帯電物質を目的として、コアフィルタ材の重量の約１％から４％の量の帯電物質を約４０％水溶液に調合すること、或いは
その純粋な状態の帯電物質を目的として、コアフィルタ材の重量の約０．２％から２％の量の帯電物質を調合すること
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
前記帯電物質を脱イオン（ＤＩ）された水溶液に溶解し、
前記帯電物質をコアフィルタ材の重量の約１５％から４０％で結合剤材料と混合して、帯電結合剤を形成し、そして
前記帯電結合剤を乾燥する
ことを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記帯電結合剤をコアフィルタ材の重量の約０．０５％から３％で結合非晶質二酸化ケイ素と混合し、そして
篩にかける
ことを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
水溶液中の帯電物質を目的として、約４０％水溶液にコアフィルタ材の重量の２％から３５％の量の帯電物質を調合すること、或いは
その純粋な状態の帯電物質を目的として、コアフィルタ材の重量の約１％から１５％の量の帯電物質を調合すること
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項２４】
前記帯電物質を脱イオン水の水成溶液に溶解し、
結合剤材料の全重量の３０−７０％の間の量の帯電物質を、コアフィルタ材の重量の約２％から３５％の量の結合剤材料と混合して、帯電結合剤を形成し、そして
前記帯電結合剤を乾燥する
ことを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記帯電物質を結合剤材料に直接結合する工程は、結合剤材料およびコアフィルタ材の不活性部分に帯電物質を直接結合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
強化結合剤を形成するように、帯電物質、微生物学的遮断強化剤、および都合剤材料を結合し、そして
前記強化結合剤にコアフィルタ材を結合して、コアフィルタ材および強化結合剤を有するフィルタ材を形成する
ことから構成される、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材を作成する方法。
【請求項２７】
前記微生物学的遮断強化剤は、生物学的活性金属を含む生物学的活性金属塩溶液から構成される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
生物学的活性金属は銀、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、アンチモン、金、アルミニウム、プラチナ、またはパラジウム、およびそれらの合成物を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記帯電物質はカチオン性帯電ポリマから構成される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記帯電物質はポリＤＡＤＭＡＣを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
水溶液中の帯電物質を目的として、約４０％水溶液にコアフィルタ材の重量の約１％から４％の量の帯電物質を調合すること、或いは
その純粋な状態の帯電物質を目的として、コアフィルタ材の重量の約０．２％から２％の量の帯電物質を調合すること
を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記帯電物質を脱イオン（ＤＩ）水の水溶液に溶解し、そして
帯電物質をコアフィルタ材の重量の約１５％から４０％で結合剤材料と混合して、帯電結合剤を形成する
ことを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
臭化銀を帯電結合剤に直接加えることを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記コアフィルタ材が強化結合剤と結合されるときにコアフィルタ材の重量の０．１％から１％の量の臭化銀がコアフィルタ材内に配置されるように、約１．７２％硝酸銀および臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）溶液から臭化銀粉状体（ＡｇＢｒ）を調合し、
前記溶液を乾燥しそして臭化銀を磨り潰しまたは粉砕し、
前記臭化銀を帯電結合剤と結合する
ことを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
水溶液中の帯電物質を目的として、約４０％水溶液にコアフィルタ材の重量の約０．０５％から２％の量の帯電物質を調合すること、或いは
その純粋な状態の帯電物質を目的として、コアフィルタ材の重量の約０．１％から１％の量の帯電物質を調合すること
を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記帯電物質を脱イオン（ＤＩ）水の水溶液に溶解し、そして
帯電物質をコアフィルタ材の重量の約１５％から４０％で結合剤材料と混合して、帯電結合剤を形成する
ことを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
臭化銀を帯電結合剤に直接加えることを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記溶液を湿潤臭化銀（ＡｇＢｒ）と混合し、
脱イオン水に溶解させ、
結合剤材料の重量の０．５から２倍の溶液と結合し、
前記溶液を乾燥し、
前記帯電結合剤と結合することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記コアフィルタ材が強化結合剤と結合されるときにコアフィルタ材の重量の０．１％から０．５％の量の臭化銀がコアフィルタ材内に配置されるように、約１．７２％硝酸銀溶液および臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）溶液から臭化銀粉状体（ＡｇＢｒ）を調合し、
強化結合剤を形成するように前記臭化銀を帯電結合剤と結合し、そして
前記強化結合剤を加熱する
ことを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
約４０％水溶液にコアフィルタ材の重量の約０．３％から４％の量の帯電物質を調合し、
前記帯電物質を脱イオン水に溶解し、
前記帯電物質を湿潤臭化銀とコアフィルタ材の重量の約０．１％から０．４％で結合し、
脱イオン水を加え、
その重量の約１５％から４０％の前記結合された帯電物質を結合剤材料に混合し、
強化結合剤を形成するように前記結合された帯電物質および結合剤材料を乾燥し、
該強化結合剤をコアフィルタ材と結合する
ことを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項４１】
前記帯電物質はカチオン性帯電ポリマから構成される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
結合剤−ポリアクリル酸（ＰＡＡ）合成物を作成するように結合剤材料を結合剤材料の重量の約０．１％から１０％の量の３５％水溶液のポリアクリル酸（ＰＡＡ）と結合すること、
結合剤−ＰＡＡ合成物を脱イオン水に希釈すること、
結合剤−ＰＡＡ合成物を乾燥し、そして粉状に破砕すること、
結合剤材料の重量に対して約１％から５％の帯電物質をコアフィルタ材の重量の約０．０５から０．５％の量のＡｇＢｒと混合すること、
帯電物質−ＡｇＢｒ溶液を形成するように脱イオン水を前記帯電物質およびＡｇＢｒと混合すること、
帯電物質−ＡｇＢｒ溶液を結合剤−ＰＡＡ合成物と結合しそして強化結合剤を作成するように得られた合成物を乾燥すること、
コアフィルタ材を強化結合剤と結合すること、そして
コアフィルタ材および強化結合剤を有するフィルタ材を作成すること
から構成される、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材の作成方法。
【請求項４３】
強化結合剤を作成するように帯電物質、微生物学的遮断強化剤、および結合剤材料を結合する工程であって、
前記結合剤材料を結合剤材料の重量の約０．１％から１０％の量の３５％水溶液のポリアクリル酸（ＰＡＡ）と結合することと、
結合剤−ＰＡＡ合成物を作成するようにＰＡＡおよび結合剤材料の合成物を脱イオン水に希釈することと、
結合剤材料の重量の約１％から５％の量の前記帯電物質と、コアフィルタ材の重量の約０．０５％から０．５％の量のＡｇＢｒを結合することと、
前記帯電物質、ＡｇＢｒおよび結合剤−ＰＡＡ号生物を脱イオン水と混合することと、
得られた帯電物質、ＡｇＢｒ、結合剤−ＰＡＡ号生物を乾燥することと、
コアフィルタ材を前記強化結合剤と結合することと、そして
コアフィルタ材および前記強化結合剤を有するフィルタ材を作成すること
を含むことから構成される、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材の作成方法。
【請求項４４】
コロイド、
小荷電分子、または
それと協働する対イオンを有するポリマ鎖の長さに沿って正電荷帯電原子を有する直線状または分岐状ポリマ
を含む帯電物質と結合された、粉状、粒子状、または繊維状の結合剤材料から構成される、帯電結合剤。
【請求項４５】
前記結合剤材料は、
ポリオレフィン、ポリビニルハライド、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニル硫酸、ポリビニルリン酸、ポリビニルアミン、ポリアミド、ポリイミド、ポリオキシジアゾール、ポリトリアゾール、ポリカーボジイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリアリーレンオキシド、ポリエステル、ポリアリレート、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ホルムアルデヒド−尿素、エチル−ビニルアセテート共重合体、それらの共重合体およびブロック共重合体、およびそれらの合成物
を含む、請求項４４に記載の帯電結合剤。
【請求項４６】
前記帯電物質は約１０オングストローム、１２オングストローム、または２０オングストローム毎に約１帯電原子以上またはそれに等しい電荷密度を有するポリマを含む、請求項４４に記載の帯電結合剤。
【請求項４７】
前記帯電物質は四級化アミン、四級化アミド、第四級アンモニウム塩、四級化イミド、ベンザルコニウム化合物、ビグアニド、カチオン性アミノシリコン化合物、カチオン性セルロース誘導体、カチオン性澱粉、四級化ポリグリコールアミン縮合物、四級化コラーゲンポリペプチド、カチオン性キチン誘導体、カチオン性グアーガム、カチオン性メラミン−ホルムアルデビド酸コロイドを含むコロイド、無機的に処理されたシリカコロイド、ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂、カチオン性アクリルアミド、それらのポリマ、および共重合体および合成物を含む、請求項４６に記載の帯電結合剤。
【請求項４８】
コアフィルタ材と結合される前でかつ加熱される前に結合剤材料に直接付着された帯電物質を含む帯電結合剤から構成され、
前記コアフィルタ材が帯電結合剤材料と結合される、
微生物学的遮断能力を有する中間フィルタ材合成物。
【請求項４９】
コアフィルタ材と結合される前でかつ加熱される前に少なくとも１つの微生物学的遮断強化剤を帯電結合剤に結合することにより強化された帯電結合剤を有することを含む、請求項４８に記載の中間フィルタ材合成物。
【請求項５０】
コアフィルタ材と帯電結合剤を有し、該帯電結合剤がコアフィルタ材と結合される前にそこに直接付着された帯電物質を有する結合剤材料を含み、そして加熱された後にコアフィルタ材全体に分散される帯電結合剤を有するフィルタ材と、
前記フィルタ材を内包するハウジングと、
フィルタ材をハウジング内に密封するための端部キャップと
から構成される、微生物学的遮断能力を有するフィルタ。
【請求項５１】
コアフィルタ材と結合される前でかつ加熱される前に少なくとも１つの微生物学的遮断強化剤を帯電結合剤に結合することにより強化された帯電結合剤を有することを含む、請求項５０に記載のフィルタ。
【請求項５２】
合成ブロック構造、スパイラル巻きシート、またはひだ状シートに形成されたフィルタ材を有することを含む、請求項５１に記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ材のろ過作用に用いられる、係合剤材料に直接添えられた帯電物質を有する水フィルタ材に関する。微生物学的遮断強化剤もまた結合剤に直接加えられる。一実施形態において、本発明は、共に係合剤材料に直接添えられた帯電物質および微生物学的遮断強化剤を有するフィルタ材を作成する方法に関する。得られた強化結合剤は次いでコアフィルタ材と組み合わされてフィルタ材として作成される。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ろ過システムにおけるコアフィルタ材を形成する炭素または活性炭繊維または構造は、帯電物質および／または、微生物学的活性金属を有するかまたは有してない相溶性の微生物学的遮断強化剤で化学的に処理される。粉状、微粒子状または繊維状の結合剤または熱可塑性材料が、そのとき増強された強度を提供するよう組み合わされる。いくつかの例では、活性化された炭素／結合剤が帯電物質および相溶性の微生物学的遮断強化剤で化学的に処理される。
【０００３】
従来技術は、帯電物質を結合剤に直接結合することも、帯電物質を加えるまたは加えることなしに、微生物学的遮断能力を結合剤に直接結合することも教示していない。
【０００４】
カチオン性銀錯体からなる微生物学的遮断強化剤は知られている。一般的に、これらの剤は、水質浄化のために、カーボンブロックかカーボン繊維のいずれかに付着され、そして優れたウイルスおよびバクテリア遮断を証明している。これらの適用例における剤の付着方法は、少々複雑であることが知られている。カチオン性銀錯体（帯電物質）は、通常、２段階処理工程において、活性炭に直接形成される。活性炭はカチオン性材料により処理され、そして、銀−アミン−ハロゲン化物錯体を形成するように銀アンモニア錯体と反応される。この工程は、Ｋｏｓｌａｗに発行されそしてケイエクス・テクノロジーズ・エルエルシーに譲渡されたアメリカ特許第６６３００１６号、同第６８３５３１１号、同第６９５３６０４号、同第６９５９８２０号、同第６９９８０５８号、同第７００８５３７号、同第７０１１７５３号および同第７１４４５３３号により部分的に教示されている。
【０００５】
銀アンモニア錯体は、塩化銀を沈殿させるように硝酸銀溶液を塩化ナトリウムと反応することにより調合される。塩化銀は硝酸イオンを完全に取り除くように徹底的に洗浄される。硝酸イオンの濃度はリンス中監視される。塩化銀を溶解して銀アンモニウム錯体溶液を作成するように、大量のアンモニア溶液がそのとき用いられる。次いで活性炭が処理されそして一定期間、典型的に、一晩、約１４９℃（約３００°Ｆ）で乾燥される。
【０００６】
このような帯電物質または微生物学的遮断強化剤、或いは両者の程度の周知の方法から外れる本発明は、活性炭のために構造的整合性を与える結合剤材料に直接加えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】アメリカ特許第６６３００１６号明細書
【特許文献２】アメリカ特許第６８３５３１１号明細書
【特許文献３】アメリカ特許第６９５３６０４号明細書
【特許文献４】アメリカ特許第６９５９８２０号明細書
【特許文献５】アメリカ特許第６９９８０５８号明細書
【特許文献６】アメリカ特許第７００８５３７号明細書
【特許文献７】アメリカ特許第７０１１７５３号明細書
【特許文献８】アメリカ特許第７１４４５３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術の問題および欠点を踏まえ、本発明の目的は、フィルタ材内の微生物学的遮断のためにより効果的な化学的性質を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、フィルタ材製造工程において結合剤材料をコアフィルタ材材料と結合する前に帯電物質を結合剤材料に直接結合する方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、フィルタ材製造工程において結合剤材料に微生物学的遮断強化剤を直接結合する方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、結合剤材料またはそこに付着された帯電物質を有する結合剤材料に微生物学的遮断強化剤を加えることにより、そして臭化ナトリウムおよび、別な方法でコアフィルタ材自体内に直接組み合わされる帯電物質の量を減少し、さらに塩化ナトリウムおよびアンモニアの使用を排除することにより、工程の化学的作用の単純化と同様に、コアフィルタ材内に微生物学的遮断強化剤を組み込む工程を単純化することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、帯電物質を結合剤材料に加えそして、もはや活性炭の利用可能な表面領域を減少することのないように、結合剤の微生物学的遮断強化剤と帯電物質を結合することによりカーボンブロックフィルタの微生物学的遮断を従来技術以上に増強することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、より広範な変化の活性炭メッシュ寸法に適合する炭素フィルタに微生物学的遮断を結合する方法を提供することにある。
【００１４】
本発明のまた別の目的は、カーボンブロックフィルタ材内への帯電物質および微生物学的遮断強化剤の分布を制御するように結合剤材料を使用する方法を提供することにある。
【００１５】
本発明のその他の目的は、本明細書から部分的に自明となりかつ部分的に明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述および当業者にとって明らかなその他の目的は、本発明において達成され、そして第１の態様において、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材を作成する方法を指向しており、それは、帯電物質を結合剤材料に直接結合し、帯電結合剤材料を形成することと、コアフィルタ材を帯電結合剤材料と結合することと、結合コアフィルタ材および帯電結合剤材料を有するフィルタ材を形成することとから構成される。フィルタ材を作成する工程は、結合コアフィルタ材と帯電結合剤を固体合成物またはブロックに押出または圧縮成形することを含み得る。帯電物質は、コロイド、小帯電分子、或いはそれと協働する対イオンを有するポリマ鎖の長さに沿って正電荷帯電原子を有する直線状または分岐状ポリマを含み得る。より具体的には帯電物質は、臭化ナトリウムおよびジアリルジメチルアンモニウムクロリドまたはポリＤＡＤＭＡＣのホモポリマの溶液を含み得る。
【００１７】
第２の態様において、本発明は、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材を作成する方法を指向しており、それは、強化結合剤を作成するように帯電物質と微生物学的遮断強化剤と結合剤材料とを結合することと、コアフィルタ材を強化結合剤と結合することと、コアフィルタ材と強化結合剤とを有するフィルタ材を作成することとから構成される。微生物学的遮断強化剤は、微生物学的活性金属を含む微生物学的活性金属塩溶液からなることもできる。臭化銀を帯電結合剤に直接加えてもよい。
【００１８】
第３の態様において、本発明は、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材を作成する方法を指向しており、それは、結合剤−ポリアクリル酸（ＰＡＡ）合成物を作成するように結合剤材料を結合剤材料の重量の約０．１％から１０％の量の３５％水溶液のポリアクリル酸（ＰＡＡ）と結合することと、結合剤材料の重量の１８％から７２％の量の脱イオン水に結合剤−ＰＡＡ合成物を希釈することと、結合剤−ＰＡＡ合成物を乾燥しそして粉状に破砕することと、結合剤材料の重量に対して約１％から５％の帯電物質をコアフィルタ材の重量の約０．０５％から０．５％の量のＡｇＢｒと混合することと、帯電物質−ＡｇＢｒ溶液を作成するように、脱イオン水を帯電物質および結合剤−ＰＡＡ合成物の重量の１８％から５４％の量のＡｇＢｒと混合することと、帯電物質−ＡｇＢｒ溶液を結合剤−ＰＡＡ合成物と化合しそして強化結合剤を作成するように、得られた合成物を乾燥することと、コアフィルタ材を強化結合剤と結合することと、コアフィルタ材および強化結合剤を有するフィルタ材を作成することとから構成される。
【００１９】
第４の態様において、本発明は、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材を作成する方法を指向しており、それは、強化結合剤を作成するように帯電物質、微生物学的遮断強化剤、および結合剤材料を結合することからなり、結合剤材料を結合剤材料の重量の約０．１％から１０％の量の３５％水溶液のポリアクリル酸（ＰＡＡ）と化合することと、結合剤−ＰＡＡ合成物を作成するように結合剤材料の重量の１８％から７２％の量の脱イオン水にＰＡＡおよび結合剤料合成物を希釈することと、結合剤材料の重量の約１％から５％の量の帯電物質とコアフィルタ材の重量の約０．０５％から０．５％の量のＡｇＢｒとを結合することと、帯電物質とＡｇＢｒと結合剤−ＰＡＡ合成物を脱イオン水に結合剤−ＰＡＡ合成物の重量の１８％から５４％の量で混合することと、得られた帯電物質、ＡｇＢｒ、結合剤−ＰＡＡ合成物を乾燥することと、コアフィルタ材を強化結合剤と結合することと、コアフィルタ材および強化結合剤を有するフィルタ材を作成することとを含む。
【００２０】
第５の態様において、本発明は、コロイド、小帯電分子、或いはそれと協働する対イオンを有するポリマ鎖の長さに沿って正電荷帯電原子を有する直線状または分岐状ポリマを含む、帯電物質と結合された粉状、粒状または繊維状の結合剤材料から構成される帯電結合剤を指向する。
【００２１】
第６の態様において、本発明は、微生物学的遮断能力を有する中間フィルタ材組成物を指向しており、それは、コアフィルタ材と結合される前でかつ加熱前に結合剤材料に直接付着された帯電物質を含む帯電結合剤と、帯電結合剤材料と結合されるコアフィルタ材とから構成される。中間フィルタ材は、コアフィルタ材と結合される前でかつ加熱前に少なくとも１つの微生物学的遮断強化剤を帯電結合剤に結合することにより強化された帯電結合剤を有することを含むこともできる。
【００２２】
第７の態様において、本発明は、微生物学的遮断能力を有するフィルタを指向しており、それは、コアフィルタ材および帯電結合剤を有するフィルタ材であって、帯電結合剤がコアフィルタ材と結合される前にそこに直接付着された帯電物質を有する結合剤材料を含み、かつ、フィルタ材が加熱後にコアフィルタ材全体に分散された帯電結合剤を有するフィルタ材と、フィルタ材を包囲するハウジングと、フィルタ材をハウジング内に密封するための端部キャップとから構成される。フィルタは、コアフィルタ材と結合される前でかつ加熱前に少なくとも１つの微生物学的遮断強化剤を帯電結合剤に結合することにより強化された帯電結合剤を有することを含むこともできる。
【００２３】
フィルタはまた、合成ブロック構造、スパイラル巻きシート、またはひだ状シートに形成されたフィルタ材を有することを含んでいてもよい。
【００２４】
本発明の新規と考えられる特徴および本発明を特徴づける要件は本願請求の範囲において特異点で説明される。図面は例示目的のものであり、実寸に即して描かれたものではない。しかしながら、本発明自体は、組織および動作方法とも、添付の図面と共に説明される以下の詳細な説明を参照することによりもっとも良好に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、帯電物質で覆われた結合剤材料および、結合剤がコアフィルタ材に加えられて加熱される前の微生物学的遮断強化剤を示す図である。
【図２】図２は、融解工程後の図１の結合剤を示す図である。
【図３】図３は、カーボンブロックの種々の層において本発明に従って結合剤材料に付着される帯電粒子の分布および圧力降下時におけるその効果を示すダイアグラムである。
【図４】図４の（Ａ）は、合成ブロック構造に形成された本発明のフィルタ材を有するフィルタの等角図であり、図４の（Ｂ）は、ひだ状シートに形成された本発明のフィルタ材を有するフィルタの等角図であり、図４の（Ｃ）は、スパイラル巻きシートに形成された本発明のフィルタ材を有するフィルタの等角図であり、図４の（Ｄ）は、図４の（Ｃ）の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好適な実施形態において、図１〜４の図面における参照符号は、同様な符号が本発明の同様な特色に付されている。
【００２７】
本発明の少なくとも１つの実施形態のフィルタ材作成方法において、コアフィルタ材材料は、前もって帯電物質で処理された結合剤材料と結合される。一実施形態において、コアフィルタ材は、前もって帯電物質および微生物学的遮断強化剤で処理された結合剤材料と結合される。
【００２８】
フィルタ材は一般的に、適当な細孔構造、帯電物質、化学的処理、またはそれらの組合せを用いる微生物学的遮断能力を提供する微細孔構造を含んでいる。微細孔構造は、吸収性または吸収特性と同様に、特有の細孔構造を有する活性粒子の列から構成される。この列は固体合成ブロック、モノリス、セラミックキャンドル、或いは密着した媒体に形成される結合または固定された粒子の平坦なシートであることができ、そのすべては結合剤または支持結合材料を用いることもできる。これらの粒子列は、例えば、押出加工、鋳型成形、または鋳込成形のような周知技術の方法で作成し得る。好ましい成果のために、微細孔材料は、２ミクロン程度の平均流路を有することができるが、特定の平均流路は本発明を実施するための条件ではない。
【００２９】
本説明において参照資料として組み込まれる前述のＫｏｓｌａｗの従来技術において、化学的処理工程は、生物学的活性金属のように、コアフィルタ材と結合されたときに接触時に微生物学的汚染物質の広域抗菌スペクトル低減を提供する、帯電またはカチオン性材料と微生物学的遮断強化剤の間の相乗的相互作用を用いてコアフィルタ材の表面を処理するように用いられる。コアフィルタ材と結合されたカチオン性材料により提供される帯電は、微生物学的汚染物質の動電学的遮断に役立つ一方、目の詰まった細孔構造は短い拡散経路を、そしてそれ故、流体中の微生物学的汚染物質の微細孔構造表面への迅速な拡散動力学を提供する。
【００３０】
本発明の少なくとも１つの実施形態の実施のために、コアフィルタ材は、最終的にろ過システムで用いるための完成されたフィルタ材を形成するように、帯電物質、微生物学的遮断強化剤、または両者と前もって結合された結合剤材料と結合される。図１は、帯電物質１２および微生物学的遮断強化剤１４で覆われた結合剤１０を表している。これらの構成要素は複数種類でもよく、以下に特定される。しかし、そこに記載されていなくとも、特定される材料の分類に入る材料もまた使用でき、そして提示されるリストはそのような材料のすべてを含むものではなく、むしろ、本発明の作業を満たす代表的な材料の例や材料の一族である。
【００３１】
微生物学的遮断強化剤付きまたはなしの帯電物質で直接処理された結合剤を有する微細孔フィルタ材は、適用形態やフィルタハウジング設計によって、合成ブロック、平坦なシート、ひだ状媒体、またはスパイラル巻き媒体として用いられ得る。工業用、商業用および家庭用の、水や空気を含むほとんどすべてのろ過に使用し得る。
【００３２】
〔コアフィルタ材〕
用いられるコアフィルタ材は、吸収性または吸収活性粒子の列から構成され得る。活性材料は、湿潤付着または乾燥付着媒体工程を用いて、微粒子状、粉状、または粒状形状であり得、そして、これに限定されるものではないが、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、ケイ藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムハイドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化マグネシウム、パーライト、滑石、高分子微粒子状物質、粘土、ヨウ素酸化（iodated）樹脂、イオン交換樹脂、セラミック、高吸水性ポリマ（ＳＡＰｓ）、およびこれらの合成物を含み得る。この活性化材料は、押出加工、鋳型成形、または当業者にとって周知のその他の方法により固体合成物に変更され得る。典型的な工程はアメリカ特許第５,０１９,３１１号および第５,１８９,０９２号に述べられている。
【００３３】
繊維もまたコアフィルタ材として使用し得る。これらの繊維はフィブリル化可能な有機ポリマ繊維から構成され得る。フィブリル化繊維は、一般的に、それらの並外れた微細寸法および低コストの可能性の故に有益である。このようなフィブリル化繊維は、これらに限定するものではないが、ポリアミド、アクリル、アクリロニトリルのようなポリマ；日本の株式会社クラレから販売されているＶＥＣＴＲＡＮ（登録商標）、日本の東洋紡績株式会社から販売されているＺＹＬＯＮ（登録商標）、およびその類似物のような液晶ポリマ、イオン交換樹脂、エンジニアード樹脂（engineered resin）、セルロース、レーヨン、ラミー、羊毛、絹、ガラス、金属、セラミック、その他の繊維材料、またはそれらの合成物、或いは、これらに限定されるものではないが、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、マグネシア、パーライト、滑石、高分子微粒子、粘土、ヨウ素酸化樹脂、イオン交換樹脂、セラミック、高吸水性ポリマ（ＳＡＰｓ）、およびそれらの合成物のような微粒子媒体を有する繊維の合成物を含む。有機と無機の繊維の合成物および／または、フィブリル化されているかまたはいないウィスカ（whisker）が予期され、そして本発明の範囲内にある。例えば、ガラス、セラミック、金属繊維、または重合体繊維が個別にまたはともに用いられ得る。一実施形態において、オーストリアのLenzing Aktiengesellschaft 社から販売されているLYOCELL BY LENZING（登録商標）のような、フィブリル化リヨセル繊維が、それらの並外れた微細寸法および低コストの可能性の故に用いられる。
【００３４】
コアフィルタ材はまた繊維、または繊維と微粒子媒体の合成物から作成可能な平坦なシート媒体の形態であってもよく、それは強化されたろ過使用のために最終的に巻回、積層、および／またはプリーツ付けされる。
【００３５】
〔結合剤材料〕
熱可塑性または熱硬化性材料を粉状、微粒子状または繊維状の形態で加えることが、コアフィルタ材の活性粒子の結合を助けることは知られている。この結合剤材料は以下のタイプのいずれをも含み得る：ポリオレフィン、ポリビニルハライド、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニル硫酸、ポリビニルリン酸、ポリビニルアミン、ポリアミド、ポリイミド、ポリオキシジアゾール、ポリトリアゾール、ポリカーボジイミド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリアリーレンオキシド、ポリエステル、ポリアリレート、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ホルムアルデヒド−尿素、エチル−ビニルアセテート共重合体、それらの共重合体およびブロック共重合体、およびそれらの合成物。上述の材料の変異およぴその他の利用可能なポリマは、ヒドロキシル基、ハロゲン、低級アルキル基、低級アルコキシ基、単環アリール基、およびその類似物のような基の代替物を含む。その他の潜在的に使用可能な材料は、ポリスチレンおよびアクリロニトリル−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、およびその他の非晶質またはアモルファスポリマおよび構造物のようなポリマを含む。
【００３６】
有用な材料のより詳細な一覧は、ポリ（オキシメチレン）またはポリホルムアルデヒド、ポリ（トリクロロアセトアルデヒド）、ポリ（ｎ−バレルアルデヒド）、ポリ（アセトアルデヒド）、およびポリ（プロピオンアルデヒド）のような、エンドキャップされたポリアセタール；ポリアクリルアミド、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（アクリル酸エチル）、およびポリ（メタクリル酸メチル）のようなアクリルポリマ；ポリ（テトラフルオロエチレン）、全フッ素置換エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリ（フッ化ビニリデン）、およびポリ（フッ化ビニル）のようなフルオロカーボンポリマ；ポリ（６−アミノカプロン酸）またはポリ（ｅ−カプロラクタム）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（poly(hexamethylene adipamide)）、ポリ（ヘキサメチレンセバシアミド）（poly(hexamethylene sebacamide)）、およびポリ（１１−アミノウンデカン酸）のようなポリアミド；ポリ（イミノ−１，３−フェニレンイミノイソフタロイル）またはポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）のようなポリアラミド；ポリ−２−キシリレン、およびポリ（クロロ−１−キシリレン）のようなパリレン；ポリ（オキシ−２，６−ジメチル−１，４−フェニレン）またはポリ（ｐ−フェニレンオキシド）のようなポリアリールエーテル；ポリ（オキシ−１，４−フェニレンスルホニル−１，４−フェニレンオキシ−１，４−フェニレンイソプロピリデン−１，４−フェニレン）、およびポリ（スルホニル−１，４−フェニレンオキシ−１，４−フェニレンスルホニル−４，４’−ビフェニレン）のようなポリアリールスルホン；ポリ（ビスフェノールＡ）またはポリ（カルボニルジオキシ−１，４−フェニレンイソプロピリデン−１，４−フェニレン）のようなポリカーボネート；ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（テトラメチレンテレフタレート）、およびポリ（シクロヘキシレン−１，４−ジメチレンテレフタレート）またはポリ（オキシメチレン−１，４−シクロヘキシレンメチレンオキシテレフタロイル）のようなポリエステル；ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）またはポリ（チオ−１，４−フェニレン）のようなポリアリールスルフィド；ポリ（ピロメリトイミド−１，４−フェニレン）のようなポリイミド；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（１−ブテン）、ポリ（２−ブテン）、ポリ（１−ペンテン）、ポリ（２−ペンテン）、ポリ（３−メチル−１−ペンテン）、およびポリ（４−メチル−１−ペンテン）のようなポリオレフィン；ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニリデンクロライド）、およびポリ（ビニルクロライド）のようなビニルポリマ；１，２―ポリ−１，３−ブタジエン、１，４−ポリ−１，３−ブタジエン、ポリイソプレン、およびポリクロロプレンのようなジエンポリマ；並びにアクリロニトリルブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）のような上述のものの共重合体を含む。
【００３７】
ポリオレフィンベースの材料は有効である。例えば、適切に処理されたとき、所定のタイプの処理済ポリエチレンまたはポリエステル繊維は最適であり、そして、適度の量で用いられたとき、作成されたフィルタ材の親水性を大きく阻害することのない追加の利点を有する。
【００３８】
テキサス州ヒューストンのEquistar Chemicals, LP社のMICROTHENE（登録商標）Fのような、ポリオレフィンの粉状体が好適に用いられ得る。この粉状体は、広範囲な特殊な適用形態で用いるのに適した狭い寸法分布を有する超微細な、球状微粒子からなる。ポリオレフィン粉状体はポリオレフィン樹脂の特有な特性を超微粒子寸法と組み合わせている。ポリオレフィン粉状体は、典型的に、外観、寸法安定性、押し出し性、または収縮特性を改善するように、所定の熱可塑性および熱硬化性樹脂に追加される。一般的に、ポリオレフィン粉状体を１重量パーセントから６重量パーセント加えることにより、樹脂充填分布、型流れ、および耐湿性が改善される一方、強度特性は十分に確保される。
【００３９】
結合剤材料はカーボンブロックフィルタ材を重量比で約１０％から４０％、より好ましくは約１５％から２５％、そして最も具体的には約１８％の量で与えられる。結合剤材料を平坦なシート媒体に与える場合、有効な量は重量比で５％から３０％、より好ましくは８％から１５％、そして最も具体的には１０％である。結合剤材料にとって望ましいことは、結合剤材料を活性化する一方、微細孔構造が溶融して多孔性を喪失することなくコアフィルタ材／結合剤の合成物を加熱できるように、コアフィルタ材の軟化点よりもかなり低い軟化点を有することである。
【００４０】
〔結合剤を強化するための帯電またはカチオン性材料〕
この適用形態に有用な帯電分子は、単一帯電ユニットを有し、そして結合剤に付着可能であり、そして加熱処理後に、微細孔構造の少なくとも一部に付着可能な小分子であり得る。カチオン性材料は、生物学的活性金属塩溶液に曝されたとき、カチオン性金属沈殿物を形成するようにカチオン性表面に近接して金属の優先的な沈殿を発生させる、それと協働する１つ以上の対イオンを有し得る。
【００４１】
帯電またはカチオン性材料は、コロイド、小分子、或いはそれと協働する対イオンを有するポリマ鎖の長さに沿って正電荷を帯びた原子を有する直鎖または分岐ポリマであり得る。
【００４２】
カチオン性材料がポリマである場合、電荷密度は分子長の約２０オングストローム毎に約１帯電原子以上、特に約１２オングストローム毎に約１帯電原子以上、より特定すると約１０オングストローム毎に約１帯電原子以上であり得る。カチオン性材料の電荷密度をより高くすると、それと協働する対イオンの濃度をより高くする。適当な対イオンの濃度を高くすることはカチオン性金属錯体の沈殿を推進するように用いることができる。カチオン性材料は高または低ｐＨ環境において微細孔構造に流動またはゼータ電位アナライザにより決定されるような高い正帯電表面を一貫して与える。高分子重帯電ポリマで処理されたのちの微細孔構造のゼータまたは流動電位は、一般的に実質的に中性ｐＨで、約＋１０ミリボルトより大きく、そしてときには約＋２３ミリボルトまでである。
【００４３】
使用するのに適当なカチオン性材料は、一般的に、これに限定されるものではないが、四級化アミン、四級化アミド、第四級アンモニウム塩、四級化イミド、ベンザルコニウム化合物、ビグアニド、カチオン性アミノシリコン化合物、カチオン性セルロース誘導体、カチオン性澱粉、四級化ポリグリコールアミン縮合物、四級化コラーゲンポリペプチド、カチオン性キチン誘導体、カチオン性グアーガム、カチオン性メラミン−ホルムアルデビド酸コロイドのようなコロイド、無機的に処理されたシリカコロイド、ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂、カチオン性アクリルアミド、それらのポリマおよび共重合体、それらの合成物、および類似物を含む。
【００４４】
典型的なアミンとしては、ピロール、エピクロロヒドリン誘導アミン、それらのポリマ、および類似物である。典型的なアミドとしては、「Microorganism Filter and Method for Removing Microorganism from Water」（国際特許出願公開番号第ＷＯ０１／０７０９０号）においてＨｅｕ他により開示されたポリアミド、およびその類似物である。典型的な四級化アンモニウム塩としては、そのすべてが本説明に参照事項として組み込まれるアメリカ特許第２,２６１,００２号、第２,２７１,３７８号、第２,３８８,６１４号および第２,４５４,５４７号、並びに、本説明に参照事項としてまた組み込まれる国際特許出願公開番号第ＷＯ９７／２３５９４号開示されているような、ジアリルジメチルハロゲン化アンモニウムのホモポリマ、エピクロロヒドリン誘導ポリ第四級アミンポリマ、ジアミンおよび二ハロゲン化物から誘導された第四級アンモニウム塩、ポリヘキサメチレンジメチル臭化アンモニウム、及び類似物である。カチオン性材料は、その自身或いは繊維または膜に化学的に結合、吸収または架橋され得る。
【００４５】
カチオン性または帯電物質は、臭化ナトリウムおよびジアリルジメチル塩化アンモニウムまたはポリＤＡＤＭＡＣ（ＰＤＡＤＭＡＣ）のホモポリマの溶液であり得る。ＰＤＡＤＭＡＣは高−モル−質量のカチオン性ポリマであり、アニオン性物質の固着に使用できる。これは水に完全に溶解できるカチオン性ポリマである。ポリマ本体は、電気的中和および架橋吸収を介して排水中の浮遊固体および負帯電水溶性物質を不安定化して凝集できる、強いカチオン性グループ基および活性化吸収剤グループ基を含む。凝集、脱色、殺藻類、および有機物の除去においてこれは非常に有効である。０．５と１．４の間の広い範囲のｐＨ値を適応できる。使用するＰＤＡＤＭＡＣの一つは、イリノイ州ネーパービルのNaclo Companyから販売されているMERQUAT（登録商標）である。
【００４６】
帯電またはカチオン性材料として使用するのに適したその他の材料は、ジョージア州ノークロスのBioShield Technologies, Inc.から入手可能なBIOSHIELD（登録商標）を含む。BIOSHIELDは、重量比で約５％のオクタデシルアミノジメチルトリメトキシシリルプロピル塩化アンモニウムと３%以下のクロロプロピルトリメトキシシランを含むオルガノシラン製品である。使用し得る別の材料は、マサチューセッツ州ティングスボローのSurfacine Development Company LLCから入手可能なSURFACINE（登録商標）である。SURFACINEは、ポリ（ヘキサメチレンビグアニド）（ＰＨＭＢ）を重合体表面に共有結合的に接着するように、ＰＨＭＢを４，４’−メチレン−ビス−Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリン（ＭＢＧＤＡ）および架橋剤と反応させることにより得られた三次元高分子網目を構成する。ヨウ化銀の形態の銀が網目内に導入され、そしてサブミクロンサイズの粒子として捕捉される。この合成物は、使用されたときに有効な殺生物剤である。繊維および膜材料によって、ＭＢＧＤＡは繊維または膜に架橋してもしなくてもよい。
【００４７】
〔接着剤強化のための微生物学的遮断強化剤〕
本発明の少なくとも一つの実施形態に従って、カチオン性材料が結合剤に直接付着される。カチオン性材料はさらに、生物学的活性金属塩溶液のような微生物学的遮断強化剤に曝される。この目的のために、生物学的に活性な金属はこの応用性に優れている。このような生物学的活性金属は、これに限定されるものではないが、銀、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、アンチモン、金、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、およびそれらの合成物を含む。特に、銀および銅が適している。生物学的活性金属塩溶液は、金属およびカチオン性材料の対イオンが実質的にカチオン性金属錯体の沈殿を進めるために、水性環境では不溶性であるように選定され得る。
【００４８】
上述したように、特に有用な帯電物質、微生物学的遮断強化剤合成物はカチオン性銀−アミン−ハロゲン化錯体である。カチオン性アミンは、約４０,００００ダルトンの分子質量を有するジアリルジメチルハロゲン化アンモニウム、或いは同様な電荷密度および分子質量を有するその他の第四級アンモニウム塩のホモポリマでもよい。塩化物対イオンは臭化物またはヨウ化物対イオンと置き換えることもできる。一実施形態において、本方法は、硝酸銀を使用して臭化銀を沈殿する代わりに、臭化銀とＰＤＡＤＭＡＣのような帯電物質とを直接混合することを含む。
【００４９】
一定した自然流下式水ろ過システムに用いられるとき、微生物学的遮断強化フィルタ材は、良好な自発的水和性を提供するように親水性材料で作成されるかまたは湿潤剤で処理される。互換的に、ほかの適用形態において、微生物学的遮断強化フィルタ材は、必要に応じて親水性または疎水性特性を呈するように処理される。
【００５０】
〔接着剤材料の帯電方法〕
第１実施形態において、コアフィルタ材と結合する前に、前述のものと同じタイプの結合剤材料が、前述のものと同じタイプの帯電物質、例えば、ポリオレフィン族から作成されたカチオン性材料と結合される。この実施形態は、結合剤−帯電物質合成物に不活性量のコアフィルタ材を有し得るが、しかしながら、コアフィルタ材のいかなる不活性量も、結合剤特性または帯電物質特性に不十分な効果を有する量であり、そしてフィルタ材を形成するには不十分な量である。カチオン性材料を適用する方法は知られており、そして、これに限定されるものではないが、結合剤材料にカチオン性材料を吸収、化学反応、または架橋させるように、吹付け、浸漬、または沈降（submergence）被覆することを含む。次いで、得られた合成物は乾燥される。周知の異なった方式の乾燥方法が用いられる。この乾燥方法は乾燥を吹き付けるが、しかしながら、この乾燥工程はいかなる特定の乾燥方法にも限定されない。乾燥工程は約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）の温度範囲で遂行されるが、乾燥方法によってはその他の温度範囲がより適しており、そして受入れ可能であると考えられる。結合剤材料はまた処理および取扱いのために流動増強剤を含む。
【００５１】
帯電物質は、一般的に、帯電物質のポリオレフィン族に認められるもののように、相対的に長さの長い（マイクロメーターの規模）分子である。カチオン性材料／結合剤の比は０．５、より具体的には０．０５以下に維持される。加熱処理後、カチオン性分子のいくつかのセグメントは、溶融した結合剤に埋め込まれて結合剤の表面に固定されることにより、結合剤に直接付着される。結合剤に帯電物質をより強固に固定するために、カチオン性材料との不溶性高分子電解質錯体を形成するようにポリアクリル酸（ＰＡＡ）が導入される。この方法の実施は、より低い材料および労働コスト、カーボンブロックの特性強化、およびより安全な作業環境を提供する。次いで帯電結合剤はコアフィルタ材の活性化材料と結合される。
【００５２】
別の実施形態において、上述のように結合された結合剤および帯電物質は、微生物学的遮断強化剤とさらに結合されて強化される。微生物学的遮断強化剤をまず帯電物質と結合し、次いで、得られた強化を結合剤に結合することもまた受入れ可能である。結合剤材料、帯電物質および微生物学的遮断強化剤の合成物からなる、十分に強化された結合剤は次いでコアフィルタ材の活性炭粒子と結合される。
【００５３】
一例として、臭化銀の微生物学的遮断強化剤は、得られた結合剤／帯電物質合成物に直接加えられる。本発明の少なくとも一つの実施形態において、得られた帯電結合剤材料合成物に直接加えられる臭化銀は、湿潤または乾燥形態のいずれかで用いられる。強化結合剤は次いで活性粒子コアフィルタ材に加えられる。次いで熱が加えられる。図２は強化合成物に熱を加えたのちの、帯電物質１２および微生物学的遮断強化剤１４で強化された結合剤１０を示す。溶融する前に、帯電物質１２および微生物学的遮断強化剤１４は主として静電力を介して結合剤１０に直接添えられる。溶融後、帯電物質１２および微生物学的遮断強化剤１４は、結合剤１０またはその合成物の内側または外側に付着、固着、埋設、包被される。例示的な例として、押し出されるカーボンブロックが所望の結果である場合、押出工程中に熱が加えられ、強化結合剤が溶融してブロック全体にわたって分散する。結合剤材料の溶融と同時に、結合剤上の帯電物質も同時に分散されて、結合剤に沿って移動される。微生物学的遮断強化剤（臭化銀）の１マイクロメータ規模の大きな粒子寸法、および帯電物質の綿状特性により、結合剤材料、帯電物質、および微生物学的遮断強化剤はカーボンブロック内に確実に保持される。
【００５４】
本発明の少なくとも一つの実施形態による方法はカーボンブロックで実行され、そして前述したアメリカ特許でＫｏｓｌｏｗにより提示された独創的形式および手順のような従来技術の方法によりカーボンブロックが作成される制御ユニットと比較される。制御ユニットは、共に直接および最初にコアフィルタ材に付着される帯電物質および微生物学的遮断強化剤を有する。対照的に、本発明の少なくとも一つの実施形態において、帯電物質および微生物学的遮断強化剤は結合剤に最初に直接付着され、次いで強化結合剤はコアフィルタ材と結合される。カーボンブロックおよび活性炭材料は最適な材料を示すが、本方法はこれらの材料のみに限定されるものではなく、その他のフィルタ材料および、化学的吸収を同様に利用できそして平坦なシートフィルタ材のように、汚染物質に対してフィルタ材を最も露呈させることのできる大きな断面表面領域を提供する同様な材料のその他の形態を用い得る。本発明の少なくとも一つの実施形態は、粉状、粒子状および繊維状形態の活性化材に等しく適用可能であり、そして粉状、粒子状および繊維状形態の結合剤材料にもまた等しく適用可能である。
【００５５】
典型的な処方について以下に説明する。
【００５６】
〔配合処方Ｉ〕
本発明の一実施形態において、結合剤は合成物を形成するように帯電物質で処理される。この帯電結合剤は次いでコアフィルタ材に加えられる。コアフィルタ材は粒状または粉状活性炭から作成されたカーボンブロックか、典型的に繊維から作成された平坦なシート状合成物のいずれでもよい。
【００５７】
結合剤材料に加えられるべき帯電物質の量は、処理を要するコアフィルタ材、例えば、活性炭粒または平坦シート材の種類および量に基づいて算出される。帯電物質はポリオレフィン族、より具体的にはＰＤＡＤＭＡＣから作成され得る。しかしながら、本発明は特定の帯電物質に限定されるものではなく、前述のリストから知られているいかなる帯電物質も当業者が決定できるような数量の小さな変更で十分に機能する。
【００５８】
コアフィルタ材がカーボンブロックであるとき、約４０％水溶液で調合された帯電物質はコアフィルタ材の重量の１％から４％の量で結合剤を帯電するように用いられ、具体的には、コアフィルタ材の重量の約３％の帯電物質が用いられる。その純粋状態の帯電物質に関して、コアフィルタ材の重量の約０．２％から２％、具体的には、コアフィルタ材の重量の約１％が結合剤を帯電するように用いられる。
【００５９】
水溶液の帯電物質はコアフィルタ材の重量の少なくとも４％の量、例示的な例としては約１６％の量で脱イオン（ＤＩ）水に溶解される。溶液は次いでコアフィルタ材の重量の約１５％から４０％、具体的には、コアフィルタ材の重量の約２３％の結合剤材料と混合される。帯電結合剤は約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥され、次いでコアフィルタ材の重量の約０．０５％から３％、具体的には、コアフィルタ材の重量の約０．０９％から０．５％で非晶質二酸化ケイ素と混合され、次いで篩にかけられる。
【００６０】
シート形状のコアフィルタ材の場合、約４０％水溶液で調合された帯電物質を用いて、コアフィルタ材の重量の約２％から３５％の量の帯電物質が結合剤を帯電するように用いられ、そしてより具体的にはコアフィルタ材の重量の約２８％の帯電物質が用いられる。この純粋上位の帯電物質に関して、シート形態におけるコアフィルタ材の重量の約１．０％から１５％が結合剤を帯電するように用いられ、そしてより具体的には、コアフィルタ材の重量の約１％の帯電物質である。
【００６１】
シート材に関して、水溶液の帯電物質はＤＩ水と共に重量比で３％と３０％の間の溶液、より具体的には２５％溶液に溶解される。この溶液は次いで、処理される結合剤材料の総重量の３０〜７０％で繊維に処理される。帯電物質は約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥される。結合剤繊維は次いで平坦なシート材を製造するのに典型的な方法でコアフィルタ材と結合される。
【００６２】
〔配合処方II〕
本発明の別の実施形態において、結合剤は合成物を形成するように帯電物質で処理され、次いで合成物は微生物学的遮断強化剤で強化される。
【００６３】
配合処方Ｉと同様な方法で、結合剤材料に加えられる帯電物質の量は、処理を要するコアフィルタ材の種類および量に基づいて算出される。帯電物質はポリオレフィン族、より具体的にはＰＤＡＤＭＡＣから形成されるが、本発明は特定の帯電物質に限定されるものではなく、前述のリストから指定されるいかなる帯電物質も、当業者によって決定できるような数量の小さな変更で十分に機能する。
【００６４】
カーボンブロック状態のコアフィルタ材に関して、帯電物質は、上述したように、約４０%水溶液で調合され、そこにおいて、コアフィルタ材の重量の約１％から４％の帯電物質が結合剤を帯電するように用いられ、より具体的には、コアフィルタ材の重量の約３％の帯電物質が結合剤を帯電するように用いられる。その純粋状態の帯電物質に関して、コアフィルタ材の重量の約０．２％から２％、より具体的には、コアフィルタ材の重量の約１％の帯電物質が結合剤を帯電するように用いられる。
【００６５】
水溶液中の帯電物質は少なくともコアフィルタ材の重量の４％の量、例示的な実施例では約１６％の量で脱イオン（ＤＩ）水に溶解される。この溶液は次いでコアフィルタ材の重量の約１５％から４０％、より具体的にはコアフィルタ材の重量の約２３％の結合剤材料と混合される。帯電物質は約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥され、次いでコアフィルタ材の重量の約０．０５％から３％、具体的には、コアフィルタ材の重量の約０．０９％から０．５％の非晶質二酸化ケイ素と混合され、次いで篩にかけられる。
【００６６】
帯電物質への微生物学的遮断強化剤の付加に関して、一つの方法は、約１．７２％硝酸銀溶液および臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）溶液から臭化銀（ＡｇＢｒ）粉状体を調合することである。この１．７２％硝酸銀溶液は、３４．４ｇの硝酸銀を２０００ｍｌの逆浸透脱イオン（ＲＯ／ＤＩ）水に溶解することにより調合される。臭化ナトリウム溶液は、１００ｇのＮａＢｒを２０００ｍｌのＲＯ／ＤＩ水に溶解することにより調合される。硝酸銀および臭化ナトリウムは、黄色がかった沈殿物、臭化銀（ＡｇＢｒ）を形成するように、容器内で化合される。上澄みはデカントされ、次いで容器は、ＡｇＢｒから実質的にすべての硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3）を取り除くために、複数回、より具体的には少なくとも３回、精製水を再充填されてデカント（decant）される。ＡｇＢｒは次いで８０℃の温度で乾燥される。乾燥されたＡｇＢｒは次いで磨り潰しまたは粉砕される。臭化銀の量は、コアフィルタ材が強化結合剤と結合されたとき、コアフィルタ材内に最終的に配置されることになるコアフィルタ材の重量の少なくとも０．１％から１％のＡｇＢｒ、より具体的にはコアフィルタ材の重量の約０．４％のＡｇＢｒを有する望ましい条件に基づいて決定される。乾燥ＡｇＢｒは帯電結合剤と結合され、得られた強化合成物はコアフィルタ材と混合されて熱処理される。
【００６７】
一実施形態において、臭化銀は、硝酸銀を使用して臭化銀を沈殿する代わりに、帯電物質に直接混合される。
【００６８】
例示的な例として、押出成形されたカーボンブロックは強化結合剤を注入される。カーボンブロックは１０％から２５％の帯電結合剤、より具体的には１５％から２０％の帯電結合剤、特に２０％の帯電結合剤、０％から１０％の水酸化マグネシウム、より具体的には３％から７％の水酸化マグネシウム、および５０％から９０％の活性炭、より具体的には７５％から８５％の活性炭の配合処方によって調合される。活性炭は炭素粉の形態であり得る。臭化銀粉は乾燥形態で結合剤を強化するように分散される。ブロックは、強化結合剤全体を溶融するように熱が加えられている間に押出成形される。
【００６９】
〔配合処方IIによって調合されるカーボンブロック〕
表ＩＡに示すように、３つのブロックがＭＳ−２および大腸菌試験による短期特性について試験された。
【００７０】
【表１】
2013520314.tif 000003
【００７１】
表ＩＢに示すように、従来の配合処方の代表的なコントロールウォーターフィルタとの対照比較は、約１．９リットル／分（０．５ガロン／分）の流率で行われた。コントロールフィルタは、コアフィルタ材の重量の約４％の帯電物質と、コアフィルタ材の重量の０．４％の量の微生物学的遮断強化剤、例えば、臭化銀、とを有し、両者はコアフィルタ材に直接かつ最初に付着される。対照的に、この試験例の被験物質は結合剤に付着された帯電物質および微生物学的遮断強化剤で構成され、次いでこの強化結合剤はコアフィルタ材と結合されている。
【００７２】
【表２】
2013520314.tif 000004
【００７３】
並行型コントロールフィルタの特性を表ＩＣに示す。カーボンブロックは実質的にコントロールフィルタと同様な有効性を有して行われたが、流率を増加したとき、ろ過された全容量により測定された。この結果は、より少ない帯電物質およびより少ない微生物学的遮断強化剤を用いた完全に強化された結合剤で配合処方IIのカーボンブロックが処理されているにもかかわらず、実現されたものである。
【００７４】
【表３】
2013520314.tif 000005
【００７５】
〔配合処方III〕
別の実施形態において、帯電物質および微生物学的遮断強化剤の量は、共に、上述の配合処方IIで用いられた量から減少されている。追加として、臭化銀の形態の微生物学的遮断強化剤が結合剤への湿式成形に適用される。
【００７６】
帯電物質の調合において、帯電物質の量は、この実施形態においてコアフィルタ材の重量の約０．０５％から２％、より具体的には１％の帯電物質（〜４０％水溶液）が使用されるか、或いは純帯電物質と見るとき、コアフィルタ材の重量の約０．１％から１％、より具体的には０．５％が用いられるので、配合処方IIで用いられたものの約１０％から５０％が減少される。帯電物質はポリオレフィン族、より具体的にはＰＤＡＤＭＡＣから作成され得るが、本発明は特定な帯電物質に限定されるものではなく、前述のリストから特定されるいかなる帯電物質も、当業者によって決定できるような数量の小さな変更で十分に機能する。
【００７７】
水溶液中の帯電物質は脱イオン（ＤＩ）水に溶解される。次いでこの溶液は臭化銀（ＡｇＢｒ）と混合される。追加の脱イオン水が加えられ、その合成物は乳状溶液を得るようにしっかりと混ぜられる。溶液は次いで結合剤材料にその重量の０．５から２倍、より具体的には、結合剤材料にその重量の１．３倍を混合される。得られた混合物は約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥される。結合剤は約０．１％から０．７％の非晶質二酸化ケイ素と混合され、磨り潰されて篩にかけられる。
【００７８】
臭化銀（ＡｇＢｒ）粉状体の調合は前述と同様に調合され得るが、より少ない量である。それは最初に１．７２％硝酸銀溶液および臭化ナトリウム溶液を用いて始まる。１．７２％硝酸銀溶液は２０００ｍｌのＲＯ／ＤＩ水に３４．４ｇの硝酸銀を溶解することにより調合される。臭化ナトリウム溶液は２０００ｍｌのＲＯ／ＤＩ水に１００ｇのＮａＢｒを溶解することにより調合される。硝酸銀および臭化ナトリウムは、黄色がかった沈殿物、臭化銀（ＡｇＢｒ）を形成するように、容器内で化合される。上澄みはデカントされ、次いで容器は、ＡｇＢｒから実質的にすべての硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3）を取り除くために、約３回、精製水を再充填されてデカントされる。ＡｇＢｒは次いで乾燥される。乾燥されたＡｇＢｒは次いで磨り潰しまたは粉砕される。臭化銀の量は、コアフィルタ材が帯電結合剤と結合されたとき、コアフィルタ材内に最終的に配置されることになるコアフィルタ材の重量の少なくとも０．１％から０．５％のＡｇＢｒを４０％溶液中に有する望ましい条件に基づいて決定され、コアフィルタ材の重量の約０．２％のＡｇＢｒが配置される。ＡｇＢｒは帯電結合剤と結合され、得られた強化合成物はコアフィルタ材と混合されて熱処理される。この方法において、コアフィルタ材の重量比によるＡｇＢｒの量は配合処方IIのときの値の約６０％に減少される。
【００７９】
〔配合処方IIIによって調合されたカーボンブロック〕
カーボンブロックに関する長期の微生物学的試験結果が表IIに示されている。それらは実質的により低い開始圧力降下、約６９ｋＰａ（約１０ｐｓｉ）を有している。約１８９２リットル（５００ガロン）処理後でも圧力降下は約１１０ｋＰａ（約１６ｐｓｉ）であった。
【００８０】
【表４】
2013520314.tif 000006
【００８１】
〔配合処方IV〕
別の実施形態において、配合処方は、２つの相違点：１）より粗い活性炭粉状体が用いられ、そして、２）結合剤に加えられる帯電物質の量が減少されることを除き、配合処方IIIと同様である。臭化銀粉状体の調合は上述と同様である。帯電結合剤の調合は以下のように行われる。
【００８２】
前述と同様、帯電物質はポリオレフィン族、より具体的にはＰＤＡＤＭＡＣから作成されるが、本発明は特定の帯電物質に限定されるものではなく、前述のリストから指定されるいかなる帯電物質も、当業者によって決定できるような数量の小さな変更で十分に機能する。コアフィルタ材の重量の０．３％から４％、より具体的には０．４％から０．７％の帯電物質（〜４０％水溶液）が、コアフィルタ材の重量の少なくとも２％の量のＤＩ水、例示的な例としては、コアフィルタ材の重量の４％のＤＩ水に溶解される。溶液は次いで、コアフィルタ材の約０．１％から０．４％の湿潤臭化銀と混合される。コアフィルタ材の重量の少なくとも４％のＤＩ水が加えられ、そして一例として、コアフィルタ材の重量の１２％のＤＩ水が加えられ、その合成物は乳状溶液を得るようにしっかりと混ぜ合わされる。溶液は次いで結合剤材料にその重量の約１５％から４０％、より具体的にはコアフィルタ材の重量の２３％と混合される。混合物は約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥される。結合剤はコアフィルタ材の重量の０．０３％から０．５％を非晶質二酸化ケイ素と混合され、磨り潰されて篩にかけられる。
【００８３】
〔配合処方Ｖ〕
この配合処方は、より低いｐＨ、すなわち、酸性領域で微生物の除去を容易にするためにポリアクリル酸（ＰＡＡ）が使用されることを除き、配合処方IVと同様である。
【００８４】
臭化銀粉状体の調合は配合処方IVと同様に行われる。
【００８５】
二段階調合において、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）溶液はポリアクリル酸を精製水と化合することにより調合され、次いでＰＡＡ溶液は結合剤材料を注入される。次いでＰＡＡ−結合剤合成物は乾燥され、粉状に破砕され、次いで、帯電物質および微生物学的遮断強化剤と結合される。
【００８６】
詳述すると、結合剤材料の重量の約０．１％から１０％のポリアクリル酸（ＰＡＡ、３５％水溶液）、より具体的には０．４％から０．７％のＰＡＡが、結合剤材料の重量の少なくとも２％の量、例示的な例として、結合剤材料の重量の５４％の量のＤＩ水に希釈され、そして結合剤材料と混合される。この合成物は次いで約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥され、粉状に粗く破砕される。次いで、結合剤材料の重量に対する割合として約１％から５％、より具体的には結合剤材料の３％の帯電物質が、コアフィルタ材に対する割合として０．０５％から０．５％、より具体的には０．１５％の前述のＡｇＢｒと共にＤＩ水に混合され、前記の結合剤−ＰＡＡ被覆粉状体と結合され、そして約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥される。強化された結合剤は次いで結合剤材料の重量の約０．１％から０．７％の非晶質二酸化ケイ素と混合され、磨り潰されて篩にかけられる。次いで、そこで得られたものがコアフィルタ材と結合される。
【００８７】
一段階調合において、ポリアクリル酸溶液は、強化結合剤混合物を作成するように、結合剤材料、帯電物質溶液、および微生物学的遮断強化剤を注入される。強化結合剤混合物は次いで乾燥され、フィルタ材を製造するようにコアフィルタ材と混合され、そして得られたものは加熱される。
【００８８】
具体的には、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）が結合剤材料の重量の約０．１％から１０％のＰＡＡ（３５％水溶液）の量で、結合剤材料の重量の少なくとも２％の量、例示的な例として、結合剤材料の重量の５４％の量のＤＩ水に希釈され、そして結合剤材料と混合される。加えて、結合剤材料の重量に対する割合として約１％から５％の帯電物資、より具体的には、３％の帯電物質が、コアフィルタ材に対する割合として０．０５％から０．５％、より具体的には０．１５％のＡｇＢｒと共に、例えば、結合剤材料の重量の３６％の量のＤＩ水にそのとき混合され、そして上述のＰＡＡ被覆粉状体と結合されて、約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）で乾燥される。強化結合剤は次いで結合剤材料の重量の約０．１％から０．７％の非晶質二酸化ケイ素と混合され、磨り潰されて篩にかけられる。得られた生成物は次いでコアフィルタ材と結合されるか、または将来使用できるように密封される。
【００８９】
〔配合処方IVおよびＶによって調合されたカーボンブロック〕
後述の試験結果によって示唆されるように、処理されたブロックのすべてはウイルスおよびバクテリア減少に関する３つの微生物学的減少試験が行われた。そのデータはこれらのフィルタがコントロールフィルタより優れていることを実証している。表IIIに示すように、滴定法により決定されるような溶解試験における帯電物質の浸出濃度は、コントロールフィルタの場合よりも大幅に低い。
【００９０】
【表５】
2013520314.tif 000007
【００９１】
【表６】
2013520314.tif 000008
【００９２】
【表７】
2013520314.tif 000009
【００９３】
上述と同様な方法を用いて、フィルタ材を包含する処理済フィルタの初期の圧力降下は、従来技術のフィルタよりも大幅に低い約６９ｋＰａ（約１０ｐｓｉ）である。このことは、活性炭に直接被覆されているときは帯電物質が流路を遮るせいであると考えられる。本発明の少なくとも一つの実施形態による方法は、帯電物質を結合剤に直接被覆させているので、活性炭が完全なまま残されて、初動圧力降下が減少される。圧力降下の増加率もまた減少される。帯電物質は、カーボン内に分布された結合剤上に集中される。塵埃、フミン酸、およびバクテリアのような負帯電物質は流路を遮断する代わりに陽帯電物質に引き付けられる。これに関するメカニズムが図３に示されている。流入２２は流出２４を生み出すようにカーボンフィルタ層２０'、２０''、２０'''を通過する。格子部１２は流路を示している。交差部の、ＰＤＡＤＭＡＣのような帯電物質１４は負帯電物質１６を捕獲する。第１層の帯電物質１４が過剰な量である場合、負帯電物質１６のかなりの量が保持されて、非常に迅速に流路を塞ぐ一方、第２および第３層の帯電物質１４および活性炭は十分に活用されないままになる。帯電物質を結合剤に直接付着する方法は、帯電結合剤が活性炭と結合されるとき、帯電物質の位置を効果的に隔離する。第１層の隔離領域に帯電物質１４を集中させることにより、かなりの負帯電物質は第１層に吸い付けされ、そしていくらかは通過して第２または第３層に吸い付けられる。それ故、流路の遮断はより遅くなりそしてこれ故に圧力降下の増加はより遅くなる。
【００９４】
この方法はより粗い活性炭の使用を可能にし、またフィルタの圧力降下を減少する。
【００９５】
本発明の少なくとも一つの実施形態の方法は、ＧＵＲ結合剤（高分子重量ポリエチレン）、シリカ、ゼオライト、およびそれらの類似物を含む無機フィルタのようなその他の基材にも適用し得るものである。
【００９６】
上述した方法は、コアフィルタ材内に微生物学的遮断剤を沈着する工程を簡略化する。この方法はまた、臭化ナトリウム、硝酸銀、および帯電物質の量を減少し、そしてフィルタ製造工程において塩化ナトリウムおよびアンモニアの使用を排除する。
【００９７】
さらに、結合剤に対するカーボンの割合はおよそ４対１であり、処理はどちらかというと活性炭よりも結合剤に対して行われるので、より少ない材料取扱いを必要とするだけである。加えて、従来のフィルタと比較すると、気化させるべき水の必要量は約５分の１から６分の１であり、従って熱エネルギを節約する。帯電物質はもはや活性炭の利用可能な表面積を減少することはないので、カーボンブロックフィルタの性能は従来技術以上に増強される。このことはまた、流率の増加および圧力降下の減少をもたらす。
【００９８】
少なくとも一つの実施形態による方法は、より多くの種類のメッシュ寸法の活性炭を使用することを可能にする。対照的に、従来技術の方法は、カーボンの大きな表面積および高い乾燥温度のせいで、微粒子カーボンに用いたときに凝集してしまう。この凝集物を微粒子カーボンに磨り潰して戻すことは困難である。
【００９９】
従来技術における約１４９℃（３００°Ｆ）と比較してより低い乾燥温度、約６５℃から７１℃（約１５０°Ｆから１６０°Ｆ）のために帯電物質の分解を減少し、このことは帯電物質の量をより少なくすることができる。ブロックの結合剤と活性炭の間の界面にＰＤＡＤＭＡＣのような帯電物質が存在することは、より高い水の流れおよびより低い圧力降下をもたらす一方、本来の制御製剤の性能を維持またはそれ以上にする。カーボンブロックの気密度を特徴付けるのに用いられるそれらのエアー値はコントロールフィルタと等しいが、それらの圧力降下ははるかに低い。４つの要因がこの特徴に寄与しており、それは、１）帯電物質の膨潤が流路を広げること、２）帯電物質の親水性が水の流れを増大すること、３）ＰＤＡＭＡＣがブロック全体ではなく所定位置に集まることによりバクテリアまたはウイルスがこれらの位置に引き込まれてそこに不活性化されること、そして、４）初期洗浄中に、かなりの帯電物質および／または臭化銀が洗い流されて非占有空間を開放状態にすることである。
【０１００】
ＰＤＡＤＭＡＣのような帯電物質の集結により、その量をさらに減少できる。さらに、帯電物質の量および乾燥温度の低減により分解副生成物を減少でき、押出成形のためのより大きな適応性、例えば、より高い温度、を提示する。加えて、帯電物質の溶脱は標準的滴定法の検出限界までまたはそれ以下に大きく減少できる。高分子電解質錯体を形成するようにポリアクリル酸を加えることは、より低いｐＨ、すなわち、酸性領域で微生物を除去できる。
【０１０１】
さらに、強化結合剤は機能材料の分配をより大きく制御することで車両用として使用できる。
【０１０２】
図４の（Ａ）−（Ｄ）は、本発明の帯電または強化結合剤を有するフィルタを示す。図４の（Ａ）は、端部キャップ４４間に複合ブロックフィルタ材４２を有するフィルタ４０の等角図である。図４の（Ｂ）は、プリーツ付けされたフィルタシート４８の形体のフィルタ材を有するフィルタ４６の等角図を示す。図４の（Ｃ）は、渦巻き状巻回シート５２の形体のフィルタ材を有するフィルタ５０の等角図を示す。図４の（Ｄ）は、単一の渦巻き部５４を示す渦巻き状巻回シート５２の詳細である。各実施形態において、フィルタ材４２、４８および５２は本発明の帯電または強化結合剤を用いて作成されている。
【０１０３】
フィルタ材の製造中、結合剤が意図的に軟化される場合、熱を加える前に中間段階があり、そこにおいて、フィルタ材は、そこに直接付着された帯電物質を有し、帯電物質およびそこに直接付着された微生物学的遮断強化剤を有し、そしてコアフィルタ材と結合された帯電結語剤を含む。この中間結合は、このことがフィルタ材製造における事例であると同様に帯電物質および微生物学的遮断強化剤がコアフィルタ材に意図的に付着されないという特異性を有する。
【０１０４】
中間フィルタ材に熱が加えられた後、結合剤材料は軟化され、そして帯電物質および微生物学的遮断強化剤は軟化された結合剤と共にコアフィルタ材全体に分散される。このことは、本発明が従来の製造工程よりも少ない帯電物質および少ない微生物学的遮断強化剤材料を使用することを教示しているにもかかわらず達成される。フィルタ材は次いで形作られて、図４の等角図に示されるように、フィルタに組み込まれる。
【０１０５】
本発明は特定の実施形態と関連して具体的に述べられたが、上述の説明を踏まえると、当業者にとって多くの代替、変更および変化が容易に行えることは明らかである。それ故、添付の請求の範囲は本発明の範囲および主旨内にあるこのようないかなる代替、変更および変化も包含するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【０１０６】
１０    結合剤
１２    帯電物質（図１）
１４    微生物学的遮断強化剤（図１）
１２    格子部（図３）
１４    帯電物質（図３）
１６    負帯電物質
２０'、２０''、２０'''    カーボンフィルタ層
２２    流入
２４    流出
４０、４６、５０    フィルタ
４２    複合ブロックフィルタ材
４４    端部キャップ
４８    プリーツ付けされたフィルタシート
５２    渦巻き状巻回シート
５４    渦巻き部
【図１】
2013520314.tif 000010
【図２】
2013520314.tif 000011
【図３】
2013520314.tif 000012
【図４】
2013520314.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電物質を結合剤材料に直接結合して帯電結合剤材料を形成し、
コアフィルタ材を前記帯電結合剤材料と結合し、そして
前記結合されたコアフィルタ材と前記帯電結合剤材料を有するフィルタ材を形成する、
微生物学的遮断能力を有するフィルタ材の作成方法。
【請求項２】
前記フィルタ材を形成する工程は、前記結合されたコアフィルタ材および帯電結合剤を固体合成物またはブロックに押出または圧縮成形することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コアフィルタ材は、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化マグネシウム、パーライト、滑石、高分子微粒子状物質、粘土、ヨウ素酸化樹脂、イオン交換樹脂、セラミック、高吸水性ポリマ（ＳＡＰｓ）、およびこれらの合成物から構成される、粉状または微粒子状形体の吸収剤または吸収活性粒子の列を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コアフィルタ材材料は、ポリマ、ポリアミド、アクリル、アクリロニトリル、液晶高分子、イオン交換樹脂、エンジニアード樹脂（engineered resin）、セルロース、レーヨン、リヨセル、ラミー、羊毛、絹、ガラス、金属、セラミック、有機および無機繊維またはウィスカ（whisker）、またはそれらの合成物から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コアフィルタ材は、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト、珪藻土、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、チタン酸塩、骨炭、カルシウムヒドロキシアパタイト、酸化マンガン、酸化鉄、酸化マグネシウム、パーライト、滑石、高分子微粒子状物質、粘土、ヨウ素酸化樹脂、イオン交換樹脂、セラミック、高吸水性ポリマ（ＳＡＰｓ）、またはこれらの合成物を含む微粒子媒体と繊維との合成物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記フィルタ材を形成する工程は平坦なシート媒体を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記平坦なシート媒体を圧延、層状化、またはプリーツ付けすることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記帯電物質は、
コロイド；
小帯電分子、或いは
それと協働する対イオンを有するポリマ鎖の長さに沿って正電荷帯電原子を有する直線状または分岐状ポリマ
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記帯電物質は、臭化ナトリウムおよびジアリルジメチル塩化アンモニウムまたはポリＤＡＤＭＡＣ（ＰＤＡＤＭＡＣ）のホモポリマの溶液を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記帯電物質との不溶性高分子電解質錯体を形成するようにポリアクリル酸（ＰＡＡ）を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
水溶液中の帯電物質を目的として、コアフィルタ材の重量の約１％から４％の量の帯電物質を約４０％水溶液に調合すること、或いは
その純粋な状態の帯電物質を目的として、コアフィルタ材の重量の約０．２％から２％の量の帯電物質を調合すること
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記帯電物質を脱イオン（ＤＩ）された水溶液に溶解し、
前記帯電物質をコアフィルタ材の重量の約１５％から４０％で結合剤材料と混合して、帯電結合剤を形成し、そして
前記帯電結合剤を乾燥する
ことを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
強化結合剤を形成するように、帯電物質、微生物学的遮断強化剤、および都合剤材料を結合し、そして
前記強化結合剤にコアフィルタ材を結合して、コアフィルタ材および強化結合剤を有するフィルタ材を形成する
ことから構成される、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材を作成する方法。
【請求項１４】
前記微生物学的遮断強化剤は、生物学的活性金属を含む生物学的活性金属塩溶液から構成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
生物学的活性金属は銀、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、アンチモン、金、アルミニウム、プラチナ、またはパラジウム、およびそれらの合成物を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
結合剤−ポリアクリル酸（ＰＡＡ）合成物を作成するように結合剤材料を結合剤材料の重量の約０．１％から１０％の量の３５％水溶液のポリアクリル酸（ＰＡＡ）と結合すること、
結合剤−ＰＡＡ合成物を脱イオン水に希釈すること、
結合剤−ＰＡＡ合成物を乾燥し、そして粉状に破砕すること、
結合剤材料の重量に対して約１％から５％の帯電物質をコアフィルタ材の重量の約０．０５から０．５％の量のＡｇＢｒと混合すること、
帯電物質−ＡｇＢｒ溶液を形成するように脱イオン水を前記帯電物質およびＡｇＢｒと混合すること、
帯電物質−ＡｇＢｒ溶液を結合剤−ＰＡＡ合成物と結合しそして強化結合剤を作成するように得られた合成物を乾燥すること、
コアフィルタ材を強化結合剤と結合すること、そして
コアフィルタ材および強化結合剤を有するフィルタ材を作成すること
から構成される、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材の作成方法。
【請求項１７】
強化結合剤を作成するように帯電物質、微生物学的遮断強化剤、および結合剤材料を結合する工程であって、
前記結合剤材料を結合剤材料の重量の約０．１％から１０％の量の３５％水溶液のポリアクリル酸（ＰＡＡ）と結合することと、
結合剤−ＰＡＡ合成物を作成するようにＰＡＡおよび結合剤材料の合成物を脱イオン水に希釈することと、
結合剤材料の重量の約１％から５％の量の前記帯電物質と、コアフィルタ材の重量の約０．０５％から０．５％の量のＡｇＢｒを結合することと、
前記帯電物質、ＡｇＢｒおよび結合剤−ＰＡＡ号生物を脱イオン水と混合することと、
得られた帯電物質、ＡｇＢｒ、結合剤−ＰＡＡ号生物を乾燥することと、
コアフィルタ材を前記強化結合剤と結合することと、そして
コアフィルタ材および前記強化結合剤を有するフィルタ材を作成すること
を含むことから構成される、微生物学的遮断能力を有するフィルタ材の作成方法。
【請求項１８】
コロイド、
小荷電分子、または
それと協働する対イオンを有するポリマ鎖の長さに沿って正電荷帯電原子を有する直線状または分岐状ポリマ
を含む帯電物質と結合された、粉状、粒子状、または繊維状の結合剤材料から構成される、帯電結合剤。
【国際調査報告】
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