KR20200087227A - 기재로부터의 프로세스 가스의 저장 및 전달을 위한 방법, 시스템, 및 디바이스 - Google Patents

기재로부터의 프로세스 가스의 저장 및 전달을 위한 방법, 시스템, 및 디바이스 Download PDF

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러셀 제이 홈즈
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지안 양
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Abstract

마이크로-전자기기들 제작 프로세스들 및 다른 중요 프로세스 애플리케이션들에 대한 프로세스 가스들을 저장하고, 출하하고, 전달하기 위한 재료들의 이용을 편입시키는 방법들, 시스템들, 및 디바이스들이 본원에서 제공된다.

Description

기재로부터의 프로세스 가스의 저장 및 전달을 위한 방법, 시스템, 및 디바이스
관련 출원(들)에 대한 상호 참조
이 출원은 2017 년 11 월 17 일자로 출원된 미국 출원 제 62/587,759 호, 2018 년 4 월 2 일자로 출원된 미국 출원 제 62/651,589 호, 및 2018 년 5 월 1 일자로 출원된 미국 출원 제 62/665,168 호의 35 U.S.C. § 119(e) 하의 우선권의 이익을 주장한다. 그 각각의 전체적인 내용은 참조로 본원에 편입된다.
발명은 일반적으로 프로세스 가스 (process gas) 들에 관한 것으로, 더 구체적으로, 마이크로-전자기기들 제작 및 다른 중요 프로세스 애플리케이션들에 대한 프로세스 가스들을 저장하고, 출하 (ship) 하고, 전달하기 위한 재료들의 이용에 관한 것이다.
다양한 프로세스 가스들은 마이크로-전자기기들의 제조 및 프로세싱에서 이용될 수도 있다. 게다가, 다양한 화학물들은 고순도 가스들을 요구하는 다른 환경들, 예컨대, 마이크로전자기기 애플리케이션들, 웨이퍼 세정 (wafer cleaning), 웨이퍼 본딩 (wafer bonding), 포토레지스트 박리 (photoresist stripping), 실리콘 산화 (silicon oxidation), 표면 패시베이션 (surface passivation), 표면 질화 (surface nitridation), 포토리소그래피 마스크 세정 (photolithography mask cleaning), 원자 층 증착 (atomic layer deposition), 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition), 평판 패널 디스플레이들, 박테리아, 바이러스들, DNA, 및 다른 생물학적 제제 (biological agent) 들로 오염된 표면들의 소독 (disinfection), 산업적 부품들 세정, 제약적 제조 (pharmaceutical manufacturing), 나노-재료 (nano-material) 들의 생산, 전력 생성 및 제어 디바이스들, 연료 전지 (fuel cell) 들, 전력 송신 디바이스들, 및 프로세스 제어 및 순도가 중요 고려사항들인 다른 애플리케이션들을 제한 없이 포함하는 중요 프로세스들 또는 애플리케이션들에서 이용될 수도 있다. 그 프로세스들 및 애플리케이션들에서는, 제어된 동작 조건들, 예컨대, 온도, 압력, 및 유량 (flow rate) 하에서 어떤 프로세스 가스들의 특정 양들을 전달하는 것이 필요하다.
다양한 이유들로, 프로세스 화학물들의 가스 상 전달 (gas phase delivery) 가 액체 상 전달보다 선호된다. 프로세스 화학물들을 위한 낮은 질량 유동 (mass flow) 을 요구하는 애플리케이션들에 대하여, 프로세스 화학물들의 액체 전달은 충분히 정확하거나 청정하지 않다. 가스 전달 (gaseous delivery) 은 전달의 용이함, 정확도, 및 순도의 관점으로부터 희망될 것이다. 가스 유동 디바이스들은 액체 전달 디바이스들보다 정밀한 제어에 더 양호하게 맞추어진다. 추가적으로, 마이크로-전자기기들 애플리케이션들 및 다른 중요 프로세스들은 전형적으로, 가스 전달을 액체 전달보다 상당히 더 용이하게 하는 대규모 가스 취급 시스템 (gas handling system) 들을 가진다. 하나의 접근법은 이용의 지점에서 또는 그 근처에서 프로세스 화학적 성분을 직접적으로 증기화 (vaporize) 하기 위한 것이다. 액체들을 증기화하는 것은, 무거운 오염물들을 남겨 두고, 이에 따라, 프로세스 화학물을 정제하는 프로세스를 제공한다. 그러나, 안전성, 취급, 안정성, 및/또는 순도의 이유들로, 많은 프로세스 가스들은 직접적인 증기화를 따르지 않는다.
오존 (ozone) 은 반도체들의 표면을 세정하기 위하여(예컨대, 포토레지스트 박리) 전형적으로 이용되는 (예컨대, 옥사이드 또는 하이드록사이드 층들을 형성하는) 산화제 (oxidizing agent) 로서의 가스이다. 더 최근에는, 과산화수소 (hydrogen peroxide) 가 어떤 애플리케이션들에서 오존에 대한 대체물로서 탐구되었다. 그러나, 고도로 농축된 과산화수소 용액들은 심각한 안전성 및 취급 우려들을 제시하고 가스 상에서 과산화수소의 높은 농도들을 획득하는 것은 현존하는 기술을 이용하여 가능하지 않았으므로, 과산화수소는 유용성이 제한되었다. 과산화수소는 전형적으로 수성 용액 (aqueous solution) 으로서 이용가능하다. 게다가, 과산화수소는 상대적으로 낮은 증기 압력 (비등점 (boiling point) 은 대략 150 ℃임) 을 가지므로, 과산화수소를 전달하기 위한 이용가능한 방법들 및 디바이스들은 일반적으로, 과산화수소의 충분한 농도를 갖는 과산화수소 함유 가스 스트림들을 제공하지 않는다.
하이드라진 (hydrazine) 은 로켓 연료서 널리 이용되었고, 고도로 폭발성, 고도로 반응성, 그리고 고도로 유독성인 그 성질들은 잘 알려져 있다 (Eckart Walter Schmidt, Hydrazine and Its Derivatives: Preparation, Properties, Applications, 2nd Edition, Wiley-Interscience, 2001). 초기 연구들은 화학 기상 증착 (chemistry vapor deposition; CVD) 및 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 에서의 저온 질소 소스로서의 하이드라진 (N2H4) 및 그 유도체들의 잠재적인 실행가능성을 보여주었다. 이에 따라, 하이드라진은 더 낮은 증착 온도들 및 나이트라이드 (nitride) 들을 형성하기 위한 자발적인 반응으로 귀착되는 하이드라진의 호의적인 열역학 때문에 더 낮은 온도들을 부분적으로 탐구하기 위한 기회를 제시한다. 문헌 (Burton 등. J. Electrochem. Soc., 155(7) 0508-0516 (2008)) 에서 보고되었지만, 하이드라진 사용은 하이드라진을 이용하는 것에서의 상당한 안전성 우려들로 인해 상업적으로 채택되지 않았다.
본원에 참조에 의해 편입되는, Rasirc, Inc. 에 의한 국제 공보 번호 WO2016/065132 및 WO2017/181013, 및 PCT 출원 번호 PCT/US2018/022686 에서 설명되었지만, 프로세스 화학물들의 가스 상 이용은 안전성, 취급, 및 순도 우려들에 의해 제한되었다. 많은 이러한 프로세스 화학물들의 가스 상은 낮은 인화점 (flash point) 들을 가지고 폭발성일 수 있으므로, 이 재료들의 안전한 취급을 위한 반도체 산업 프로토콜들은 매우 제한된다. 이에 따라, 프로세스 가스들의 안전한 팩킹 (packing), 출하, 저장, 및 이용을 위한 필요성이 존재한다.
발명은 일반적으로 프로세스 가스들에 관한 것으로, 더 구체적으로, 마이크로-전자기기들 제작 및 다른 중요 프로세스 애플리케이션들에 대한 프로세스 가스들을 저장하고, 출하하고, 전달하기 위한, 다공성 재료들과 같은 재료들의 이용에 관한 것이다. 따라서, 하나의 양태에서, 발명은 프로세스 용액을 위한 고체 저장 디바이스를 제공한다. 저장 디바이스는 기재가 그 안에 배치된 하우징; 하우징 내에서 포함되고, 용액이 기재 상으로 흡착 (adsorb) 됨으로써 기재 내에서 용액을 희석시키도록 기재와 유체 접촉하는 프로세스 용액; 및 하우징 내에서 포함되고, 기재에 의해 프로세스 용액으로부터 분리된 헤드 공간 (head space) 을 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 하우징은 캐리어 가스 (carrier gas) 가 헤드 공간을 통해 유동되는 것을 허용하도록 구성되거나, 프로세스 용액의 가스 상을 포함하는 가스 스트림을 생성하여 가스 스트림을 중요 프로세스, 애플리케이션, 또는 저장 용기로 전달하기 위하여 진공이 헤드 공간을 통해 인출되는 것을 허용하도록 구성된다. 어떤 실시형태들에서, 디바이스에서의 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물 (process solution/substrate complex) 의 약 30 내지 1900 중량 퍼센트 (weight percent) 이다. 어떤 실시형태들에서, 디바이스에서의 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 800 중량 퍼센트이다. 어떤 실시형태들에서, 디바이스에서의 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 100 중량 퍼센트이다.
다양한 실시형태들에서, 프로세스 용액은 과산화수소, 하이드라진, 모노-메틸 하이드라진 (mono-methyl hydrazine), 삼차 부틸 하이드라진 (tertiary butyl hydrazine), 디메틸하이드라진 (dimethylhydrazine), 및 그 임의의 유도체로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 다양한 실시형태들에서, 프로세스 용액은 수성 과산화수소 용액 (aqueous hydrogen peroxide solution), 무수성 과산화수소 용액 (anhydrous hydrogen peroxide solution), 수성 하이드라진 용액, 또는 무수성 하이드라진 용액과 같은 액체 용액 또는 가스 용액이다. 다양한 실시형태들에서, 무수성 과산화수소 용액 또는 무수성 하이드라진 용액은 2 %, 0.5 %, 0.1 %, 0.01 %, 0.001 %, 0.0001 %, 또는 0.00001 % 미만의 물을 함유한다.
다양한 실시형태들에서, 기재는 100 으로부터 1000 m2/g 까지의 범위인 표면적을 갖는 다공성 구조체이다. 다양한 실시형태들에서, 기재는 42 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성된다. 다양한 실시형태들에서, 기재는 50 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성된다. 다양한 실시형태들에서, 과산화수소 용액의 농도는 100 % w/w 초과이다. 다양한 실시형태들에서, 과산화수소 용액의 농도는 200 % w/w 초과이다. 다양한 실시형태들에서, 과산화수소의 농도는 100 % w/w 초과이다. 다양한 실시형태들에서, 과산화수소의 농도는 1000 % w/w 초과이다. 다양한 실시형태들에서, 과산화수소의 농도는 1900 % w/w 초과이다. 다양한 실시형태들에서, 과산화수소 용액의 농도는 30 % w/w 미만이다. 다양한 실시형태들에서, 과산화수소 용액의 농도는 대략 100 시간 이상과 같은 알려진 시간의 주기의 과정에 걸쳐 안정적이다.
어떤 실시형태들에서, 여기서, 기재는 패브릭 (fabric), 분말 (powder), 하나 이상의 브릭 (brick) 들, 하나 이상의 블록들, 하나 이상의 비드 (bead) 들, 하나 이상의 입자들, 하나 이상의 압출물 (extrudate) 들, 또는 하나 이상의 펠릿 (pellet) 들로서 형성된다. 어떤 실시형태들에서, 기재는 스펀 본딩 (spun bonding), 니들 본딩 (needle bonding), 천공 본딩 (perforation bonding), 카딩 (carding), 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기계적 마감 프로세스로 처리되었던 부직 패브릭 (non-woven fabric) 이다. 어떤 실시형태들에서, 부직 패브릭은 PTFE 패브릭이다. 어떤 실시형태들에서, 기재는 메쉬 (mesh) 로서 형성된다.
어떤 실시형태들에서, 기재는 알루미나 (alumina), 알루미늄 옥사이드 (aluminum oxide), 티타늄 디옥사이드 (titanium dioxide), 실리카 (silica), 실리콘 디옥사이드 (silicon dioxide), 석영 (quartz), 활성 탄소 (activated carbon), 탄소 분자체 (carbon molecular sieve), 탄소 피롤리제이트 (carbon pyrolyzate), 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리에스터 (polyester; PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머(polyethylene/polyethylene terephthalate co-polymer), 폴리프로필렌 (polypropylene; PP), 레이온 (rayon), 지르코늄 옥사이드 (zirconium oxide), 지올라이트 (zeolite), 고 실리카 지올라이트 (high silica zeolite), 폴리메틸펜텐 (polymethylpentene; PMP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybutylene terephthalate; PBT), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머 (polyethylene/polypropylene co-polymer) 들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (Hydrophilic High Density Polyethylene; HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (Hydrophobic High Density Polyethylene; HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌 (Hydrophilic UHMW Polyethylene), 소수성 UHMW 폴리에틸렌 (Hydrophobic UHMW Polyethlyene), 퍼플루오로알콕시 알칸 (perfluoroalkoxy alkane; PFA), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride; PVF), 실크 (silk), 텐셀 (tencel), 스폰지 재료들, 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycol; PEG), 폴리비닐 알콜 (polyvinyl alcohol; PVA), 및/또는 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone; PVP), 폴리피리딘 (polypyridine), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate) 들, 폴리아크릴산 (polyacrylic acid), 폴리아크릴산/아크릴레이트 코-폴리머들, 폴리카보네이트 (polycarbonate) 들, 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide) 들, 폴리아크릴레이트/아크릴아미드 코-폴리머들, 셀룰로우스 재료들, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성된다. 다양한 실시형태들에서, 메쉬 기재는 하우징 내에서 나선형-권선 (spiral-wound) 된다.
다양한 실시형태들에서, 저장 디바이스는 메쉬에 인접하게 배치된 분리기를 포함하고, 여기서, 분리기는 나선형-권선된 메쉬의 층들을 지지하고 분리하도록 구성된다. 어떤 실시형태들에서, 분리기는 PTFE 로 형성된다.
다양한 실시형태들에서, 기재는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리피리딘, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하이드로겔 (hydrogel) 이다. 다양한 실시형태들에서, 하이드로겔은 20 % PEG 하이드로겔 또는 40 % PEG 하이드로겔이다. 어떤 실시형태들에서, 하이드로겔은 PTFE 메쉬에서 포장되고 및/또는 메쉬에 인접하게 배치된 분리기를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 양태에서, 발명은 가스를 전달하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 용액이 기재 상으로 흡착됨으로써 기재 내에서 프로세스 용액을 희석시키도록, 프로세스 용액을 밀폐된 하우징 내의 기재와 접촉시키는 단계; 기재를 캐리어 가스 또는 진공에 노출시키는 단계로서, 이 노출시키는 단계에 의해, 프로세스 용액의 가스 상을 포함하는 가스 스트림을 형성하는, 상기 노출시키는 단계; 및 가스 스트림을 중요 프로세스, 애플리케이션, 또는 저장 용기로 전달하는 단계를 포함한다. 하우징은 캐리어 가스가 하우징 내에 포함된 헤드 공간을 통해 유동되는 것을 허용하도록 구성될 수도 있거나, 진공이 헤드 공간을 통해 인출되는 것을 허용하도록 구성되고, 헤드 공간은 기재에 의해 프로세스 용액으로부터 분리될 수도 있다.
또 다른 양태에서, 발명은 화학적 전달 시스템을 제공한다. 시스템은 시스템 내에서 제공된 프로세스 용액을 포함할 수도 있고, 여기서, 프로세스 용액은 용액이 기재 상으로 흡착됨으로써 기재 내에서 프로세스 용액을 희석시키도록, 하우징 내에서 배치된 기재와 접촉한다. 화학적 전달 시스템은 또한, 프로세스 용액의 헤드 공간에서의 가스 상과 유체 접촉함으로써 헤드 공간 내에서 수송가능한 가스 스트림을 형성하는 캐리어 가스 또는 진공을 포함할 수도 있다. 화학적 전달 시스템은, 하우징과 유체 연통하고 가스 스트림을 중요 프로세스, 애플리케이션, 또는 저장 용기로 전달하기 위하여 이용된 장치를 더 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 하우징은 캐리어 가스가 하우징 내에 포함된 헤드 공간을 통해 유동되는 것을 허용하거나, 진공이 헤드 공간을 통해 인출되는 것을 허용한다.
본원에서 제공된 방법들 및 시스템들은 그 안에서 이용된 가스들 및 액체들의 유동을 포함하고 제어하기 위한 다양한 컴포넌트들의 이용을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 방법들 및 시스템들은 하나 이상의 질량 유동 제어기들, 밸브들, 체크 밸브들, 필터들, 압력 게이지 (pressure gauge) 들, 가스 센서들, 레귤레이터들, 로터미터 (rotameter) 들, 및 펌프들을 포함할 수도 있다. 본원에서 제공된 방법들 및 시스템들은 또한, 시스템들의 다양한 컴포넌트들 및 방법들의 단계들의 온도를 제어하기 위하여 다양한 히터들, 열전대 (thermocouple) 들, 온도 제어기들을 포함할 수도 있다.
발명의 추가적인 목적들 및 장점들은 뒤따르는 설명에서 부분적으로 기재될 것이고, 설명으로부터 부분적으로 자명할 것이거나, 발명의 실시에 의해 학습될 수도 있다. 발명의 목적들 및 장점들은 실시형태들 및 청구항들에서 특히 지적된 엘리먼트들 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.
상기한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명의 양자는 오직 예시적이며 설명적이고, 발명에 한정적이지 않다는 것이 이해되어야 한다.
이 명세서 내에 편입되어 이 명세서의 일부를 구성하는 동반 도면들은 발명의 몇몇 실시형태들을 예시하고, 설명과 함께, 발명의 원리들을 설명하도록 작용한다.
도 1 은 본 발명에 따른 저장 디바이스의 예시적인 실시형태의 사시 단면도를 도시하는 그림 도면이다.
도 2 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 저장 디바이스의 나선형-권선된 기재의 사시도를 도시하는 그림 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 저장 디바이스의 예시적인 실시형태의 사시도를 도시하는 그림 도면이다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 심지 기재 (wick substrate) 를 포함하는 예시적인 저장 디바이스를 도시하는 그림 도면들이다.
도 4c 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 하이드로겔 기재를 포함하는 저장 디바이스의 단면도를 도시하는 그림 도면이다.
도 4d 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른, 도 14c 의 라인 D-D 를 따라 취해진 하이드로겔 기재를 포함하는 저장 디바이스의 단면도를 도시하는 그림 도면이다.
도 4e 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 저장 디바이스의 사시도를 도시하는 그림 도면이다.
도 5 는 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 테스팅을 위하여 이용된 P&ID 의 그림 도면이다.
도 6 은 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 테스팅을 위하여 이용된 P&ID 의 그림 도면이다.
도 7 내지 도 18 은 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 저장 디바이스에서 포함된 다양한 기재들의 증기 농도 출력들을 도시하는 그래픽 도면들이다.
도 19 는 본 개시내용의 어떤 실시형태들에 따른 증기 압력 테스트들 동안의 온도에 대한 증기 압력 상승을 도시하는 그래픽 도면이다.
도 20 은 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 저장 디바이스에서 포함된 부직 심지 기재 (non-woven wick substrate) 의 결과들을 도시하는 그래픽 도면이다.
도 21 내지 도 23 은 개시내용의 어떤 실시형태들에 따른 저장 디바이스에서 포함된 하이드로겔 기재들을 이용하는 과산화수소 증기 출력을 도시하는 그래픽 도면들이다.
본 개시내용의 실시형태들 및 그 장점들은 뒤따르는 상세한 설명을 참조함으로써 최상으로 이해된다. 유사한 참조 번호들은 도면들 중의 하나 이상에서 예시된 유사한 엘리먼트들을 식별하기 위하여 이용된다는 것이 인식되어야 한다.
차세대 반도체 재료들 및 아키텍처들은 원자 층 증착 (ALD), 원자 층 에치 (atomic layer etch; ALE), 및 화학적 기상 증착 (CVD) 프로세스들을 위한 새로운 전구체 (precursor) 들 및 산화제 (oxidant) 들을 요구한다. 이 프로세스들에서 이용된 많은 액체 프로세스 화학적 용액들은 용액을 포함하는 전형적인 저장 컨테이너가 파열되거나 다른 시스템 컴포넌트들이 압력, 충격, 또는 열 하에서 고장날 때에 누설의 가능성을 가진다. 예를 들어, 환경으로 누설된 하이드라진은 폭발, 화재, 또는 물리적 위험을 노출된 것들에게 제시할 수 있다. 본 발명은 그러므로, 예를 들어, 다공성 재료들과 같은 재료들이 전형적인 저장 컨테이너들에 의해 제기된 위험들을 배제하면서 마이크로-전자기기들 제작 및 다른 중요 프로세스 애플리케이션들을 위한 프로세스 가스들을 저장하고, 출하하고, 전달하기 위하여 이용될 수도 있다는 관찰에 기초한다.
본 조성들 및 방법들이 설명되기 전에, 이러한 조성들, 구성들, 방법들, 및 조건들이 변동될 수도 있으므로, 이 발명은 설명된 특정한 조성들, 구성들, 방법들, 및 실험적 조건들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에서 오직 제한될 것이므로, 본원에서 이용된 용어는 오직 특정한 실시형태들들을 설명하는 목적들을 위한 것이고 제한하도록 의도된 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다.
이 명세서 및 첨부된 청구항들에서 이용된 바와 같이, 단수 형태들은 문맥이 이와 다르게 명확하게 기술하지 않으면, 복수의 참조들을 포함한다. 이에 따라, 예를 들어, "방법"에 대한 참조들은 하나 이상의 방법들, 및/또는 이 개시내용을 판독할 시에 당해 분야의 당업자들에게 명백해질 본원에서 설명된 유형의 단계들 등을 포함한다.
"포함하는 (including)", "포함하는 (containing)", 또는 "~에 의해 특징된 (characterized by)" 과 상호 교환가능하게 이용되는 용어 "포함하는 (comprising)" 은 포괄적 또는 개방-종결형 언어이고, 추가적인, 비인용된 엘리먼트들 또는 방법 단계들을 제외하지 않는다. 어구 "~로 구성되는 (consisting of)" 은 청구항에서 특정되지 않은 임의의 엘리먼트, 단계, 또는 구성요소를 제외한다. 어구 "~로 필수적으로 구성되는 (consisting essentially of)" 은 청구항의 범위를 특정된 재료들 또는 단계들, 및 청구된 발명의 기본적인 그리고 신규한 특성들에 실질적으로 영향을 주지 않는 것들로 제한한다. 본 개시내용은 이 어구들의 각각의 범위에 대응하는 발명 조성들 및 방법들의 실시형태들을 고려한다. 이에 따라, 인용된 엘리먼트들 또는 단계들을 포함하는 디바이스, 조성, 또는 방법은 조성 또는 방법이 그 엘리먼트들 또는 단계들로 필수적으로 구성되거나 그 엘리먼트들 또는 방법들로 구성되는 특정한 실시형태들을 고려한다.
본원에서 이용된 바와 같은 "약 (About)" 은 "약" 으로서 지칭된 수가 인용된 수 플러스 (plus) 또는 마이너스 (minus) 그 인용된 수의 1 내지 10 % 를 포함한다는 것을 의미한다. 예를 들어, "약" 100 도 (degree) 는 문맥에 따라, 95 내지 105 도, 또는 99 내지 101 도만큼 적은 것을 의미할 수 있다. 수치 범위가 본원에서 나타날 때마다, "1 내지 20" 과 같은 수치 범위는 주어진 범위에서의 각각의 정수를 지칭하고; 즉, 최대 20 및 오직 20 을 포함하는 오직 1, 오직 2, 오직 3 등을 포함하는 것을 의미한다.
이와 다르게 정의되지 않으면, 본원에서 이용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 이 발명이 속하는 당해 분야의 당업자에 의해 보편적으로 이해된 것과 동일한 의미를 가진다. 본원에서 설명된 것들과 유사하거나 동등한 임의의 방법들 및 재료들은 발명의 실시 또는 테스팅에서 이용될 수 있지만, 바람직한 방법들 및 재료들이 이제 설명된다.
본원에서 이용된 바와 같은 용어 "프로세스 가스" 는 폭넓은 용어이고, 그 평범한 그리고 관례적인 의미가 당해 분야의 당업자에게 주어지도록 하기 위한 것이고 (그리고 특수한 또는 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 함), 애플리케이션 또는 프로세스, 예컨대, 마이크로-전자기기들의 제조 또는 프로세싱 및 다른 중요 프로세스들에서의 단계에서 이용되는 가스를 제한 없이 지칭한다. 예시적인 프로세스 가스들은 환원제 (reducing agent) 들, 산화제들, 무기 산 (inorganic acid) 들, 유기 산 (organic acid) 들, 무기 염기 (inorganic base) 들, 유기 염기 (organic base) 들, 및 무기 및 유기 용매 (solvent) 들이다. 프로세스 가스들의 특정 예들은 하이드라진 및 과산화수소를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
본원에서 이용된 바와 같은 용어 "반응성 프로세스 가스" 는 폭넓은 용어이고, 그 평범한 그리고 관례적인 의미가 당해 분야의 당업자에게 주어지도록 하기 위한 것이고 (그리고 특수한 또는 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 함), 예컨대, 표면, 액체 프로세스 화학물, 또는 또 다른 프로세스 가스와 반응함으로써, 가스가 채용되는 특정한 애플리케이션 또는 프로세스에서 화학적으로 반응하는 프로세스 가스를 제한 없이 지칭한다.
본원에서 이용된 바와 같은 용어 "비-반응성 프로세스 가스" 는 폭넓은 용어이고, 그 평범한 그리고 관례적인 의미가 당해 분야의 당업자에게 주어지도록 하기 위한 것이고 (그리고 특수한 또는 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 함), 가스가 채용되는 특정한 애플리케이션 또는 프로세스에서 화학적으로 반응하지 않지만, "비-반응성 프로세스 가스" 의 성질들이 특정한 애플리케이션 또는 프로세스에서의 유용성을 제공하는 가스를 제한 없이 지칭한다.
본원에서 이용된 바와 같은 용어 "캐리어 가스" 는 폭넓은 용어이고, 그 평범한 그리고 관례적인 의미가 당해 분야의 당업자에게 주어지도록 하기 위한 것이고 (그리고 특수한 또는 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 함), 전형적으로 관의 트레인 (a train of piping) 인 프로세스 트레인 (process train) 을 통해 또 다른 가스를 운반하기 위하여 이용되는 가스를 제한 없이 지칭한다. 예시적인 캐리어 가스들은 질소, 아르곤, 수소, 산소, CO2, 청정 건조 공기 (clean dry air), 헬륨, 암모니아, 또는 실온 및 대기 압력에서 안정적인 다른 가스들이다. 다양한 실시형태들에서, 캐리어 가스는 실질적으로 건조 캐리어 가스일 수도 있다.
본원에서 이용된 바와 같은 용어 "헤드 공간" 은 폭넓은 용어이고, 그 평범한 그리고 관례적인 의미가 당해 분야의 당업자에게 주어지도록 하기 위한 것이고 (그리고 특수한 또는 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 함), 헤드 공간 내에 포함된 증기 상 (vapor phase) (즉, 프로세스 가스) 의 적어도 부분을 제공하는 프로세스 화학적 용액 (예컨대, 하이드라진) 과 유체 접촉하는 가스의 체적을 제한 없이 지칭한다. 프로세스 화학적 용액과 임의적으로 직접 접촉하는 헤드 공간을 전적으로 또는 부분적으로 분리하는 투과성 또는 선택적 투과성 장벽이 있을 수도 있다. 멤브레인이 프로세스 화학적 용액과 직접 접촉하지 않는 그러한 실시형태들에서, 하나를 초과하는 헤드 공간, 즉, 용액의 증기 상을 포함하는 용액 바로 위의 제 1 헤드 공간, 및 멤브레인을 침투할 수 있는 제 1 헤드 공간의 성분들, 예컨대, 하이드라진을 오직 포함하는, 멤브레인에 의해 제 1 헤드 공간으로부터 분리된 제 2 헤드 공간이 존재할 수도 있다. 하이드라진 용액 및 실질적 가스-불투과성 멤브레인에 의해 분리된 헤드 공간을 갖는 그러한 실시형태들에서, 헤드 공간은 화학적 용액의 위, 아래, 또는 임의의 측부 상에 위치될 수도 있거나, 헤드 공간은 하이드라진 용액을 둘러쌀 수도 있거나, 하이드라진 용액에 의해 둘러싸일 수도 있다. 예를 들어, 헤드 공간은 하이드라진 용액을 흐르게 하는 실질적 가스-불투과성 튜브 내부의 공간일 수도 있거나, 하이드라진 용액은 튜브의 외부를 둘러싸는 헤드 공간을 갖는 실질적 가스-불투과성 튜브 내부에 위치될 수도 있다. 헤드 공간은 또한, 캐리어 가스 또는 진공을 통해 중요 프로세스들로의 수송을 허용하는 방식으로, 화학적 용액이 가스 상으로 존재하는 기재를 둘러싸는 공간이다.
본원에서 제공된 바와 같이, 본 발명의 저장 디바이스는 마이크로-전자기기들 애플리케이션들과 같은 다양한 애플리케이션들에서의 이용을 위한 제어된 고순도 증기로서 분배될 수도 있는 프로세스 가스들 및 용액들을 위한 저장, 출하, 및 분배 메커니즘으로서 작동하도록 구현될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 기재는 비활성 화학 성질들, 큰 표면적들 및 높은 표면 대 체적 비율들을 갖는 다공성 구조체들, 및 고체 또는 반-고체 형태 (morphology) 를 가질 수도 있다. 이와 같이, 기재는 팩킹, 출하, 저장, 및 이용 동안에 무수성 (anhydrous) 하이드라진 또는 과산화수소와 같은 프로세스 가스들의 안전성을 상당히 개선시키고, 높은 순도를 갖는 프로세스 가스 증기의 높고 안정적인 출력을 생성한다.
무수성 하이드라진 가스 및 다른 용매들을 함유하는 액체 하이드라진 용액들을 위하여 이용된 알려진 저장 용기들과 비교하여, 본 발명은 프로세스 화학적 용액을 흡착하도록 구성된 기재를 편입시키는 저장 디바이스를 제공함으로써, 다음의 장점들을 제공한다: (1) 예컨대, 하이드라진의 형태를 액체로부터 "고체" 로 변환함으로써, 합성물은 저장 디바이스가 파열되고 및/또는 다른 시스템 컴포넌트들이 고장 (예를 들어, 밸브들, 조인트들 등의 고장) 날 경우에 누설의 위험한 레벨을 최소화하고; (2) 휘발성 또는 작은 분자들이 그 저장 및 사용 동안에 생성되지 않도록, 기재를 형성하기 위하여 이용된 비활성 흡수제/흡착제 재료들은 무수성 하이드라진과의 양호한 양립가능성을 가지고 (이것은 또한, 하이드라진 증기 상에서의 오염물들의 양을 최소화하면서 안전성을 개선시킴); (3) 액체 용매를 이용하지 않음으로써, 저장 디바이스로부터의 무수성 하이드라진의 출력은 하이드라진의 농도에서의 변경들로 인해 용기에서의 다른 휘발성 성분들에 의해 영향받지 않고, 이것은 라울 (Raoult) 의 법칙을 따르고 (이에 의하여, 하이드라진 증기 출력의 안정성을 개선시킴); 그리고 (4) 하이드라진/흡착제는 액체 하이드라진과 비교하여, 무수성 하이드라진을 증기화하기 위한 큰 표면적을 가져서, 안정적인 높은 하이드라진 증기 출력으로 귀착된다. 참조로 본원에 편입된 미국 특허 제 9,610,550 호 및 제 9,410,191 호는 다수 성분들 용액으로부터의 청정하고 건조한 가스를 전달하는 방법들을 설명한다.
도시들이 오직 실시형태들을 예시하고 본 발명의 실험적인 값들을 제시하는 목적을 위한 것이고, 동일한 사항을 제한하는 목적들을 위한 것이 아닌 도면들을 이제 참조하면, 도 1 은 본 개시내용의 하나 이상의 실시형태들에 따라, 기재 (102) 가 배치된 예시적인 저장 디바이스 (100) 의 사시 단면도를 도시한다.
도 1 에서 도시된 바와 같이, 저장 디바이스 (100) 는 본원에서 정의된 헤드 공간 (103) 을 갖는 하우징 (101) 을 포함할 수 있다. 기재 (102) (또한, "심지 재료" 및 "심지 저장소" 로서 본원에서 지칭됨) 는 저장 디바이스 (100) 의 하우징 (101) 내에 배치될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 하우징 내에서 제공된 프로세스 용액 (예컨대, 하이드라진 용액 또는 과산화수소 용액) 의 증기 상은 저장 디바이스 (100) 의 헤드 공간 (103) 에서 생성될 것이어서, 증기 상은 그 다음으로, 기재 내에서 프로세스 용액을 희석시키기 위하여 기재 (102) 의 표면 상으로 흡착될 수도 있다. 하우징 (101) 은 실질적으로 축 A 를 따라 가스 상을 포함하는 가스 스트림을 생성하기 위하여, 캐리어 가스 (예컨대, 건조 캐리어 가스) 가 헤드 공간 (103) 을 통해 유동되는 것을 허용하거나, 진공이 헤드 공간 (103) 을 통해, 예를 들어, 하우징 (101) 의 유입구 포트 (104a) 및 유출구 포트 (104b) 를 통해 인출되는 것을 허용하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 하우징 (101) 내에 포함된 헤드 공간 (103) 은 기재 (102) 에 의해 프로세스 용액 (예컨대, 하이드라진 용액 또는 과산화수소 용액) 으로부터 분리될 수도 있다. 예시적인 하우징 (101) 은 대향하는 유입구/유출구 포트들 (104a/104b) 을 가지는 튜브형 하우징으로서 도시되지만, 하우징 (101) 은 중요 프로세스, 애플리케이션, 또는 다른 저장 용기로의 가스 스트림의 저장 및/또는 전달을 위하여 적당한 임의의 형상으로 형성될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시내용의 다양한 실시형태들에서, 기재는 나선형-권선될 수도 있다 (예컨대, 도 2 에서 도시된 바와 같이, 하나 이상의 층들과 연속적인 나선 형태). 다른 실시형태들에서, 기재는 하우징 내에서 실질적으로 동심 원통들로서 배열될 수도 있는 개별적인 층들로 절단될 수도 있다. 도 2 에서 도시된 바와 같이, 기재 (102) 는 하나 이상의 층들 (예컨대, 층들 (105, 107, 및 109)) 을 가질 수도 있다. 층들 (105, 107, 109) 은 하우징 (101) 에서 나선으로서 배치될 수도 있거나, 하우징 (101) 의 축 A 주위로 실질적으로 원통형 층들로 배치될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 기재 (102) 는 메쉬, 직조 패브릭, 또는 부직 패브릭으로서 형성될 수도 있고, 스펀 본딩, 니들 본딩, 천공 본딩, 카딩, 또는 그 임의의 조합과 같은 기계적 마감 프로세스로 처리되었을 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 기재는 표면을 친수성으로 만들고 및/또는 모세관 효과 (capillary effect) 를 증대시키기 위하여 표면 처리될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 표면 처리는 오존, 플라즈마, 산호 처리들, 및/또는 다른 화학적 개질 처리들에 대한 노출을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
다른 실시형태들에서, 기재 (예컨대, 흡착제 또는 흡수제 다공성 재료) 의 형태는 모놀리식 (monolithic) 일 수 있거나, 하나 이상의 브릭들, 하나 이상의 블록들, 분말, 하나 이상의 비드들, 하나 이상의 입자들, 하나 이상의 펠릿들, 하나 이상의 압출물들 등과 같은 분할된 형태들일 수 있고, 프로세스 용액의 증가된 흡수/흡착을 위한 큰 표면적을 가짐으로써 기재 내에서 프로세스 용액을 희석시키기 위한 다공성 흡수제/흡착제 재료로 형성될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 기재는 약 100 m2/g 로부터 약 1000 m2/g 까지의 범위인 표면적을 갖는 다공성 구조체이어서, 기재는 50 % w/w 초과의 과산화수소, 100 % w/w 초과의 과산화수소, 200 % w/w 초과의 과산화수소, 800 % w/w 초과의 과산화수소, 1000 % w/w 과산화수소, 또는 1900 % w/w 과산화수소와 같은 30 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성된다.
예시적인 기재들은 활성 탄소, 및 알루미늄 옥사이드, 티타늄 디옥사이드, 실리카, 지르코늄 옥사이드, 및 지올라이트와 같은 다공성 금속 옥사이드들을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 추가적인 기재들은 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 및 폴리메틸펜텐 (PMP) 와 같은 폴리올레핀 (polyolefin) 들을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 추가적인 기재들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT) 와 같은 폴리에스터들, 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머 (PE/PET), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌, 및 소수성 UHMW 폴리에틸렌을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 추가적인 예시적인 기재들은 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 퍼플루오로알콕시 알칸 (PFA), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVF) 와 같은 폴리카보네이트 (polycarbonate) 및 폴리술폰 (polysulfone) 플루오로폴리머들을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 추가적인 예시적인 기재들은 레이온, 실크, 텐셀, 및 스폰지 재료들과 같은 천연 폴리머 재료들을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 추가적인 예시적인 기재들은 알루미나, 실리콘 디옥사이드, 석영, 탄소 분자체, 탄소 피롤리제이트, 고 실리카 지올라이트, 폴리피리딘, 폴리아크릴레이트들, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산/아크릴레이트 코-폴리머들, 폴리아크릴아미드들, 폴리아크릴레이트/아크릴아미드 코-폴리머들, 셀룰로우스 재료들 등을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 다양한 실시형태들에서, 기재 (102) 는 PTFE 패브릭과 같은 부직 패브릭으로서 형성된다.
다른 실시형태들에서, 기재 (102) 는 도 3 에서 도시된 바와 같이, 그 상에서 프로세스 용액을 흡수/흡착하도록 구성된 하이드로겔일 수도 있다. 본원에서 이용된 바와 같이, 용어 "하이드로겔" 은 큰 양의 물 또는 다른 수성 용액들을 흡수할 수 있는 친수성 폴리머 재료들의 3 차원 (three-dimensional; 3D) 네트워크로 구성된 매크로분자 폴리머 겔을 지칭하기 위하여 폭넓게 이용된다. 하이드로겔 재료들의 대부분은 가교-결합된 (cross-linked) 구조체를 가지므로, 하이드로겔 재료들은 심지어 건조할 때에도, 그 3D 네트워크를 유지할 수 있다. 이론에 의해 구속되지 않으면서, 하이드로겔들은 전형적으로, 네트워크 형성을 촉진시키기 위한 기능적인 가교제 (crosslinker) 와 함께, 체인 또는 스텝 성장의 어느 하나에 의해 소수성 모노머 (monomer) 들로부터 합성된다. 본원에서 제공된 저장 디바이스 (100) 의 기재 (102) 로서 유용한 예시적인 하이드로겔들은 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리피리딘, 또는 그 임의의 조합을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 하나 이상의 실시형태들에서, 기재 (102) 는 20 % 또는 40 % PEG 하이드로겔일 수도 있다. 예를 들어, PEG 하이드로겔은, 무수성 과산화수소를 보유할 수 있고 35 ℃ 에서의 500 sccm 질소 유동으로 1500 ppm 초과의 무수성 과산화수소 증기의 출력을 제공할 수 있는 비활성인, 고도로 친수성 흡수제 재료이다. 중요하게도, 24 시간 동안 무수성 과산화수소로 PEG 하이드로겔을 처리할 때, 분해 (decomposition) 가 관찰되지 않았다.
이러한 폴리머 재료들을 프로세스 가스의 저장소 (reservoir) 로서 이용하는 것은 전달되는 가스 스트림에서 비말동반된 액적 (entrained liquid droplet) 들을 가질 가능성을 최소화한다. 이와 같이, 건조 PEG 하이드로겔은 다양한 프로세스 용액들과의 양립가능성, 흡수력 (absorbance), 및 보유력 (retention) 에 기초한 기재로서의 이용을 위하여 적당하다. PEG 는 친수성 체인들을 가지고, 수소 결합 (hydrogen bond) 들을 갖는 물 및 예컨대, 과산화수소와 결합할 수 있다. 이와 같이, 이론에 의해 구속되지 않으면서, 예컨대, 과산화수소의 보유 레이트는 건조 전에 물에서의 PEG 분자들의 농도를 조절함으로써 용인가능한 그 3D 네트워크에서의 PEG 체인들의 밀도 (즉, 건조 겔의 질량 및 체적의 비율) 에 종속적이다. 이에 따라, 건조 겔의 질량 및 체적의 비율은 저장 디바이스에 의해 저장/전달되어야 할 무수성 과산화수소의 함량 (content) 에 따라 변동될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 하이드로겔 기재 (102) 는 PTFE 메쉬와 같은 직조 또는 부직 메쉬에서 포장될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 기재는 표면을 친수성으로 만들고 및/또는 모세관 효과를 증대시키기 위하여 표면 처리될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 표면 처리는 오존, 플라즈마, 산호 처리들, 및/또는 다른 화학적 개질 처리들에 대한 노출을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 분리기들 (예컨대, 분리기들 (106, 108)) 은 하우징 (101) 내에서 기재 (102) 에 인접하게 배치될 수도 있다. 예를 들어, 분리기 (106, 108) 가 기재 (102) 의 층들 (105, 107, 109) 을 지지하고 분리하도록, 각각의 분리기 (106, 108) 는 기재 (102) (예컨대, 나선형-권선된 메쉬) 의 각각의 층 (105, 107, 109) 사이에서 배치될 수도 있다. 이와 같이, 분리기 (106, 108) 는 나선형-권선될 수도 있거나, 개별적인 동심 원통형 층들로 형성될 수도 있거나, 기재 (102) 의 개별적인 층들을 지지하고 및/또는 분리하기 위하여 필요한 바와 같은 임의의 다른 형상들/크기들로 형성될 수도 있다. 분리기 (106, 108) 는 기재 (102) 가 형성될 수 있는 재료들 중의 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 분리기 (106, 108) 는 기재 (102) 와 동일한 재료로, 또는 기재 (102) 와는 상이한 재료로 형성된다. 다양한 실시형태들에서, 분리기 (106, 108) 는 PTFE 로 형성될 수도 있다.
도 2 로 이제 돌아가면, 축 A 주위로 나선으로 권선된 기재 (102) 의 부분의 사시도가 도시되어 있다. 도 2 에서 도시되지 않았지만, 기재 (102) (105, 107, 109) 의 각각의 층이 롤링된 분리기 (202) 에 의해 분리되도록, 기재 (102) 는 기재 (102) 와 나선으로 롤링된 분리기 (106, 108; 점선-파선 라인 (202) 에 의해 지시됨) 를 더 포함할 수도 있다.
도 4a 내지 도 4e 는 개시내용의 하나 이상의 실시형태들에 따라, 저장 디바이스 (100) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 4c 및 도 4d 는 각각 (도 4c 의 라인 D-D 을 따라 취해진) 측단면도 및 상단면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 기재 (102) (즉, 심지 재료) 는 (도 2 에서 도시된 바와 같이) 나선 형태로 롤링되었고, 하우징 (101) 으로 삽입되었다. 하우징 (101) 은 그러므로, 캐리어 가스 (예컨대, 질소) 가 기재 (102) 의 헤드 공간 (103) 을 통해 유동하여 입력 포트 (104a) 및 출력 포트 (104b) 를 통해 하우징 (101) 을 횡단하는 것을 허용하도록 구성된다. 도 4d 및 도 4e 에서 도시된 바와 같이, 캡들 (160) 은 입력 포트 (104a) 및 출력 포트 (104b) 를 폐쇄하기 위하여 이용될 수도 있다. 기재 (302) 는 흡착된 프로세스 용액 (170) 을 포함할 수도 있고, (방향 화살표에 의해 표시된) 캐리어 가스 (180) 의 유동은 프로세스 용액으로부터 헤드 공간 (103) 및 출력 포트 (104b) 를 통해 애플리케이션 프로세스로의 증기의 상대적으로 병렬 유동을 허용할 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 저장 디바이스에서 제공된 프로세스 용액은 액체 또는 가스 용액일 수도 있다. 예를 들어, 프로세스 용액은 과산화수소 (예컨대, 수성 과산화수소 용액 또는 무수성 과산화수소 용액), 하이드라진 (예컨대, 수송 하이드라진 용액, 무수성 하이드라진, 또는 예를 들어, 모노-메틸 하이드라진, 삼차 부틸 하이드라진, 메틸하이드라진, 디메틸하이드라진 등과 같은 하이드라진의 임의의 무수성 유도체), 및 그 임의의 유도체일 수도 있다.
이에 따라, 기재는 예컨대, 무수성 하이드라진을 저장하고 하이드라진 증기를 중요 프로세스, 애플리케이션, 또는 저장 용기로 분배하기 위하여 이용될 수도 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 액체 또는 가스 무수성 하이드라진은 물리적 흡수에 의해 다공성 재료들로 흡수될 수도 있다. 저장 디바이스로 적재된 무수성 하이드라진의 양 및/또는 농도는 그러므로, 기재와의 접촉 시간을 변동시킴으로써 또는 기재를 형성하기 위하여 이용된 재료들의 유형 및 다공성을 변동시킴으로써 제어될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 저장 디바이스는 프로세스 용액/기재 복합물의 약 30 내지 1900 중량 퍼센트, 예를 들어, 약 30 내지 800 중량 퍼센트, 또는 프로세스 용액/기재 복합물의 약 30 내지 100 중량 퍼센트를 저장하도록 구성된다. 이에 따라, 다양한 실시형태들에서, 저장 디바이스는 프로세스 용액/기재 복합물의 약 100 중량 퍼센트, 약 200 중량 퍼센트, 약 300 중량 퍼센트, 약 400 중량 퍼센트, 약 500 중량 퍼센트, 약 600 중량 퍼센트, 약 700 중량 퍼센트, 약 800 중량 퍼센트, 약 900 중량 퍼센트, 약 1000 중량 퍼센트, 약 1100 중량 퍼센트, 약 1200 중량 퍼센트, 약 1300 중량 퍼센트, 약 1400 중량 퍼센트, 약 1500 중량 퍼센트, 약 1600 중량 퍼센트, 약 1700 중량 퍼센트, 약 1800 중량 퍼센트, 또는 약 1900 중량 퍼센트를 저장하도록 구성된다. 저장 디바이스가 프로세스 가스 (예컨대, 하이드라진 증기) 를 전달하기 위하여 이용 중일 때, 가스는 저장 디바이스의 하류에서 낮은 압력 (즉, 진공) 을 생성함으로써 또는 비활성 캐리어 가스를 저장 디바이스를 통해 유동시킴으로써 전달된다. 다양한 실시형태들에서, 하이드라진 증기의 출력은 비활성 캐리어 가스의 압력 또는 유량 중의 하나 이상을 변동시킴으로써 제어될 수 있다.
다음의 예들은 발명을 예시하도록 의도되지만, 발명을 제한하지는 않는다.
예 1
무수성 과산화수소를 위한 PTFE 심지
이 예의 목적은 무수성 과산화수소와의 친수성 PTFE 의 양립가능성 및 흡수도를 결정하기 위한 것이다. 친수성 PTFE PWP-100-100 샘플들은 30 wt%, 45 wt%, 및 무수성 페록사이드 (anhydrous peroxide) 와 반응하지 않는다. 재료는 그 자신의 질량의 적어도 4 배만큼 과산화수소를 흡수하도록 도시되었다. 테스트 결과들은 표 1 에서 요약된다.
표 1: 24 시간 동안 친수성 PTFE 재료들에 의한 30, 70, & >90wt.% 페록사이드 흡수 및 보유의 샘플 비교.
Figure pct00001
그 후에, 무수성 과산화수소 증기의 출력은 35 ℃/500 sccm 질소에서 시간 경과에 따라, 친수성 PTFE 샘플들, 각각 PTFE WPW-100-100 및 PTFE WPW-0450-80 에 대하여 테스팅되었고, 여기서, 평균 출력은 20 내지 100 분 사이에서 계산되었다. 이 실험을 위한 파라미터들은 표 2 에서 도시된다. PTFE 시트들은 4-층화된 스트립들로 접혀졌고, 소수성 PTFE 메쉬로 원통들로 롤링된다.
표 2: PTFE 재료를 위한 테스트 파라미터들
Figure pct00002
WPW-0450-80 샘플은 WPM-100-100 샘플보다 더 높은 최대 증기 출력을 가졌지만, 그 출력은 이 피크에 도달한 후에 감소하였고 결코 안정화되지 않았다. 표 3 은 테스팅된 PTFE 샘플들을 위한 무수성 과산화수소 증기 출력의 개요를 제공한다.
표 3: PTFE 재료를 위한 무수성 페록사이드 증기 출력
Figure pct00003
예 2
무수성 페록사이드 증기 출력을 위한 마이크로-다공성, 부직 패브릭
이 예는 카트리지가 유사한 온도 및 캐리어 가스 유동 조건들 하에서 BRUTE® 페록사이드 증기화기 (peroxide vaporizer) (BPV) 인, 용매-기반 BRUTE® 페록사이드 120E (BP) 로의 필적하는 출력 농도를 가졌는지 여부의 결정과 함께, 무수성 과산화수소와의 이용을 위한 저장 디바이스의 기재로서의 마이크로-다공성, 합성, 부직, 심지화 패브릭 (wicking fabric) 의 이용을 위한 테스트 정보를 제공한다. 심지 증기화기 (저장 디바이스) 는 초기에, 안전성 우려들로 인해 무수성 HP 에 의한 테스팅 전에 50 % w/w 과산화수소로 유효성 검사되었다.
테스트 저장 디바이스 (무수성 과산화수소 증기화기 (anhydrous hydrogen peroxide vaporizer; APV) 카트리지) 는 일체적 메쉬 PTFE 층 분리기를 갖는 나선형-권선된, 중공-코어, 친수성, 부직 폴리머, 심지 저장소 엘리먼트 (기재) 를 이용하였다. 실험은 또한, 심지의 코어에서의 상류 가스 보유 시간을 증가시키기 위한 내부 오리피스 (orifice), 및 무수성 과산화수소의 특정 양을 위한 고체 희석 질량으로서 기능하는 심지 재료의 편입을 테스팅하였다.
과산화수소 (HP) 증기 출력 테스트는 다양한 심지 재료들로 수행되었고, 나선형-권선된 심지 코어는 250 mL BPV 내부에 끼워지도록 크기가 정해졌다. 브루트 페록사이드 (Brute Peroxide) 테스트/충전 스테이션은 기재/심지 상에서 적재된 H2O2 로부터의 증기 압력을 결정하기 위하여 이용되었다. 구성된 APV 테스트 카트리지는 기재/심지 재료 상으로의 무수성 과산화수소 용액의 30 % w/w 과산화수소 액체 적재를 이용하여 다양한 조건들에서, 테스트의 출력 농도 응답을 체크하기 위하여 이용되었다. 수학식 (1.1) 은 적재 요건을 위하여 이용되었다:
AP(g) / (심지 (g)+ AP(g)) x 100 % = 무수성 과산화수소의 30 % w/w (1.1)
이 테스트는 다양한 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PE/PET) 재료들을 이용하는 미리 결정된 1 그램 양의 무수성 과산화수소를 이용하였다. 심지/기재 재료가 이 테스트에 대하여 적합하도록 하기 위하여, 심지/기재 재료는 심지 재료가 30 % w/w H2O2 시스템을 만들기 위한 충분한 액체를 흡착할 것이라는 것을 보장하기 위하여 42.9 % 의 최소 흡착도를 가져야 한다. 여기서, 추가된 액체는 1 g 의 무수성 H2O2 (100 % w/w H2O2 인 것으로 가정됨) 이다. 30 % w/w H2O2 시스템을 생성하기 위하여, 심지는 2.33 g 으로 중량 계측되어야 하고, 이것은 다음과 같이 계산되었다:
%흡착도,min = 100 % * (액체 흡착된 질량 / 패브릭 질량) = 100 % * (1 g / (2.33 g)) = 42.9 %
게다가, 심지는 드립핑 (dripping) 없이 적재된 액체를 보유할 수 있어야 한다. 보유가 흡착된 액체와 선형적으로 스케일링하는 것으로 가정하면, 다음의 관계가 최소 보유를 결정한다:
%보유,min = 100 % * (추가된 액체 / 액체 용량)
액체 용량 = %흡착도,측정됨 * 패브릭 질량 / 100 %
%흡수도,측정됨은 250 % (예를 들어) 이고 2.33 g 의 심지 재료를 이용하는 것으로 가정하면
액체 용량 = 250 % * 1.33 g / 100 % = 3.33 g
%보유,min = 100 % * (1 g / 3.33 g) = 30 % 이고, 여기서, 적재하는 1 g 의 액체는 무수성 페록사이드로부터의 것임
7 개의 부직 폴리머들이 선택되었고, 축약된 표 4 에서 요약되는 이전의 흡수력 및 보유력 테스트들에 기초한 실험을 위하여 적당한 것으로 고려되었다. 이러한 결과들은 시트, 부직 심지화 패브릭의 2 제곱 인치 샘플들에 기초하였다.
표 4: 24 시간 동안 부직 재료에 의한 30, 70 % w/w HP 및 무수성 HP 흡수 및 보유. 흡수가 수량화되지 않은, 그리고 심지 출력 테스팅을 위하여 이용되지 않았던 재료들에 대한 데이터가 생략되었다.
Figure pct00004
심지화 패브릭의 총 질량에 따라, HP 질량의 순 중량은 극적으로 영향받을 수 있는 것으로 결정되었다. 심지가 더 무거울수록, HP 질량은 카트리지 체적 당 더 많이 수용될 수 있고, 30 % w/w 를 여전히 유지할 수 있다. 분리기/지지체 재료 중량은 이하에서 설명된 실험, 오직 기재/심지 및 용액 중량들에 대한 30 % w/w 를 계산하는 것에 포함되지 않았다. 심지화 패브릭의 장점은 핸들링 동안에 고체 구조체에서의 무수성 HP 의 실제적인 양을 안전하게 제약하기 위한 것이다. 심지는 액체 용매들에서 발생할 수 있는 분리 문제를 제거하고, 농도의 정확한 정의에 따라, 농축된 과산화수소 증기의 더 높은 전달가능한 체적들을 제공한다.
도 5 에서 도시된 바와 같이, 매니폴드 (manifold) (1000) 는 유동 테스트 실험을 위하여 무수성 과산화수소로 충전하기 전에, 심지 재료의 사전-건조 (pre-dry down) 를 위하여 구성되었다. 정제된 질소 (1005) 는 순방향 압력 레귤레이터 (즉, PR-1) 를 이용하여 25 psig 에서 500 sccm 공기 로터미터 (즉, R-1) 로 공급되었다. R-1 은 기재 (1020) (즉, 분리기를 갖는 심지 재료) 를 포함하는 조립된 APV (저장 디바이스 (100)) 로 유동하기 위하여 500 sccm 으로 설정되었다. APV 는 B-M-A 환경적 챔버 (1010) 에서 배치되었고, 챔버 (1010) 는 45 ℃ 로 설정되었다. APV 의 유출구는 심지 재료에서의 수분 함량을 수량화하기 위하여 상대 습도 (relative humidity; RH) 프로브로 보내졌다. RH 프로브 (1025) 에서의 수분이 5 % RF 미만일 때까지, APV 는 500 sccm 의 질소 유동을 갖는 가열된 환경적 챔버 (1010) 에서 유지되었다. 심지가 충분히 건조된 후에, 2 개의 PTFE 3-방향 (three-way) 밸브들 (즉, V-1 및 V-2) 은 무수성 과산화수소로 충전하기 위한 글로브 박스 (glove box) 로의 수송을 위해 APV 를 격리하기 위하여 이용되었다.
도 6 에서 도시된 바와 같이, 매니폴드 (1100) 는 이 예에서 증기 유동 테스트/실험을 위하여 사용되었다. 정제된 질소 (1105) 는 순방향 압력 레귤레이터 (PR-1) 를 이용하여 25 psig 에서 MFC-1 및 MFC-2 로 공급되었다. 5 SLM Brooks MFC (MFC-1) (Brooks SLA5850 S-시리즈 질량 유동 제어기) 는, 기재 (102) 및 분리기 스티립들 (106, 108; 도 1 및 도 2) 및 7/64" 직경 오리피스 감소기 (도시되지 않음) 를 포함하는 (저장 디바이스) 로의 캐리어 가스 (1105) 의 유량을 제어하였다. 1/3 PSI 체크 밸브 (CV-1) 는 화학적 노출을 방지하기 위하여 MFC 의 하류에 설치되었다. 0-30 PSIG 압력 트랜스듀서 (PT-1) 는 테스트 증기화기 (1015) 의 상류에서 압력을 모니터링하기 위하여 이용되었다. APV 카트리지는 H2O2 증기를 캐리어 가스에 추가하기 위하여 1 그램의 무수성 HP 로 충전되었다. 수학식 (1.1) 을 이용하면, 심지 샘플의 총 질량은 2.33 g 이었다. APV 는 환경적 챔버 (1110) (B-M-A Inc. 환경적 챔버 (모델 TC-4)) 내부에 배치되었고, 그 온도는 각각의 테스트 동안에 일정하게 유지되었다. 희석 및 캐리어 가스 온도들은 TC-1 및 TC-3 을 이용하여 환경적 챔버 (1110) 와 동일한 온도로 제어되었다. PTFE 밸브들 (V-1 및 V-2) 은 가스 유동을 직접적으로 분석기 (1120) (제로 가스) 로 또는 APV (1015) 를 통해 보내기 위하여 이용되었다. PSI 체크 밸브 (CV-2) 는 MFC-2 의 하류에 설치되었고, 화학적 노출을 방지하였다. 분석기 (1120) 는 테스트 동안에 H2O2 증기 출력을 측정하기 위하여 이용되었다. 프로그래밍가능 로직 제어기 (PLC; Programmable Logic Controller) 는 PT-1 로부터의 오존 분석기 판독 및 압력 판독을 레코딩하기 위하여 이용되었다. H2O2 스크러버 (scrubber) 들은 프로세스 가스로부터의 H2O2 를 O2 및 H2O 로 분해한다. APV 유출구와 스크러버 사이의 가스 라인들은 열 추적되었고, 인라인 유출구 가스 온도 (TC-2) 가 환경적 챔버 온도를 초과하여 체류하도록, 외피 상에서 가열되어 유지되었다. 환경적 챔버 (1110) 를 제외한 셋업 (setup) 은 퓸 후드 (fume hood) 내부에 배치되었다.
환경적 챔버 온도 및 유입구 가스 온도는 표 5 에서 열거된 온도로 설정되었다. 초기에, 밸브들은 가스가 분석기로 유동되는 것을 허용하도록 위치결정되었다. 이 실험에 대하여, 캐리어 가스 유량은 BPV 의 최대 유동에 대응하는 500 sccm 이었다. APV 출력은 500 sccm 의 N2 로 희석되었다. 희석 가스 라인 온도는 표 5 에서 열거된 온도로 설정되었다. 일단 온도들이 이 조건들 하에서 안정화되었으면, 분석기 (1120) 는 제로 (zero) 로 되었다. 일단 안정적인 제로 판독이 획득되었으면, 분석기 (1120) 로부터의 데이터 수집이 시작되었다. APV (1015) 의 용기는 테스트가 용기가 온도로 되는 것을 허용하는 것을 착수하기 전에, 30 분 동안 환경적 챔버 (1110) 에서 배치되었다. 30 분 후에, 밸브들은 가스가 APV (1015) 를 통해 그리고 분석기 (1120) 로 유동되는 것을 허용하도록 위치결정되었다. 출력이 최대치에 도달하였고 하락하기 시작한 후에, 밸브들은 가스가 분석기 (1120) 로 직접적으로 유동하고 APV (1015) 를 격리하는 것을 허용하도록 위치결정되었다. 이 데이터는 제로 드리프트 (zero drift) 를 결정하기 위하여 이용되었다. 15 분 후에, 데이터 수집은 중단되었다. 온도 제어기들은 정지되었고, 라인들 및 분석기 (1120) 는 가스 유동이 정지되기 전에, 실온으로 복귀하는 것이 허용되었다.
표 5: 테스트 파라미터들
Figure pct00005
예 3 의 APV 카트리지에서의 테스트 심지들의 구조체는 도 2 에서 도시된 중공-코어 설계를 편입하였고, 여기서, APV 는 나선형-권선을 포함하였고 중공 코어 기재를 가졌다. 더 구체적으로, APV 는 나선형-권선, 중공-코어, 4-층, 부직, 메쉬 분리기들을 갖지 않는 친수성 심지 엘리먼트이었다. 부직 심지 재료 및 테플론 (Teflon) 분리기는 도 4a 내지 도 4e 에서 도시된 바와 같이, 중공 원통형 팩킹으로 롤링되었고 APV 카트리지 튜브로 느슨하게 끼워졌다.
표 6 은 획득된 결과들을 요약한다. 앙투안 (Antoine) 의 수학식을 이용하면, 35 ℃에서의 100 wt% 과산화수소 용액으로부터의 이론적인 증기 농도들은 과산화수소에 대하여 5063 ppm 이다. 50PV 테스트들에서와 같이, 절차는 피크 값에 도달한 후의 30 분에서 정지하는 것이 아니라, 실행 (run) 들을 제로 ppm 출력 근처로 연장하기 위하여 이탈되었다. 이 실행 확장은 시스템이 7 개의 테스트들 중의 5 개에서 2 일 동안에 동작될 것을 요구하였다. 도 7 내지 도 18 에서 도시된 각각의 그래프는 그것이 단일 실행 또는 연속이든지 간에, 제로 분 (zero minute) 으로부터 시작하는 그 일자의 실행 출력에 대한 결과이다. 그러나, 그 격리 밸브 블록을 갖는 APV 카트리지들의 더 큰 대형의 크기로 인해, 미세한 잠정적인 질량 손실들을 측정하는 것은 가능하지 않았다. 그 결과, 표 6 은 취해지지 않은 것에 대하여 "nt" 로서 표기된 일부 누락 평균 유량 데이터를 도시한다.
모든 개별적인 실행들의 공통적인 관찰은 50 % 용액과 비교하여, 피크 과산화수소 증기 농도로의 더 신속한 상승이 있었다는 것이었다. 그러나, AP 피크 농도 값들은 눈에 띄게 상승하지 않았다.
피크 무수성 페록사이드 농도에 대한 상위 3 개의 부직 심지들은: 샘플 11 (3243 ppm), 샘플 8 (3171 ppm), 및 샘플 5 (2978 ppm) 이었다. 50PV 테스트들과 비교하여, 둘째 날의 APV 피크 출력 실행 값들은 첫째 날의 실행에 훨씬 더 근접하였다 (6 내지 12 %). 샘플 12 는 예외였고; 둘째 날의 실행 피크 값은 첫째 날보다 35 % 더 높았다. 공교롭게도, 레이온계 샘플 12 는 건조시키기 위하여 2 배의 시간의 양이 걸렸다.
출력의 장수명 (longevity) 에 대하여, 상위 3 개의 재료들은: 평균적으로 샘플 5 (2750 ppm), 샘플 11 (2213 ppm), 및 샘플 9 (2134 ppm) 이었다. 급속한 산화를 표시하는 컬러 변경 또는 임의의 측정가능한 발열 (exotherm) 이 없었다.
표 7 은 증기 압력 상승 테스트들의 결과들의 개요를 도시한다. 샘플 9 는 충전 동안의 심지 롤로부터의 무수성 H2O2 누설로 인해 테스팅되지 않았다. 샘플 12 는 무수성 H2O2 유동 테스팅 동안의 패브릭의 스캐링 (scarring) 으로 인해 테스팅되지 않았다. 샘플 5 는 60 분 동안에 가장 큰 평균 압력 상승을 가졌다. 그러나, 그 압력 상승 테스트들은 모든 다른 압력 상승 테스트들보다 더 높은 평균 온도에서 행해졌다. 도 19 에서 도시된 바와 같이, 샘플 8 은 60 분 후의 평균 온도와 증기 압력 사이의 강한 상관을 보여주었다. 이 추세는 일관적이고, 라울의 법칙 (Raoult's law) 에 의해 지원된다. 그러나, 라울의 법칙은 31.83 ℃ 에서의 수용액에서 90 % w/w H2O2 로부터의 5.3 torr 의 증기 압력을 예측한다. 60 분 후에, 무수성 페록사이드로 충전된 모든 재료는 이 값을 초과하는 증기 압력을 가졌다. 추가적으로, 증가 압력은 테스팅된 모든 재료에 대하여 60 분에 여전히 증가하고 있었다.
표 6: 무수성 페록사이드 증기 출력 개요
Figure pct00006
표 7: 증기 압력 상승 테스트 결과 개요
Figure pct00007
모든 부직 샘플들은 과산화수소 증기를 투과시켰다. 피크 페록사이드 증기 분산 농도 (peak peroxide vapor dispersion concentration) 에 대한 액체 페록사이드 퍼센트 흡수도의 전반적으로 역 관계 (inverse relationship) 는 APV 유동 테스트들과 함께 나타났다. 샘플 12 를 제외하고, 표 8 은 AP 의 가장 낮은 퍼센트 흡수도를 갖는 이 테스트 그룹에서의 부직 패브릭들이 이에 대응하여, ppm 으로 측정된 가장 큰 피크 증기 분산 농도를 가졌다는 것을 일관되게 도시한다.
ppm 인 평균 증기 출력 농도는 또한, 샘플 12 를 다시 제외하고, 퍼센트 흡수도에 대한 유사한 역 관계를 따른다. 극성, 친수성, 레이온계 패브릭들인 샘플 11 및 샘플 12 는 가장 낮은 피크 증기 농도 값들을 제공하고, APV 의 존재 시에 물리적으로 열화되었다.
표 8: 퍼센트 흡수도와의 최대 및 평균 증기 [C] 의 비교
Figure pct00008
소수성 폴리머들 PP 또는 PE/PET 는 비-극성, 흡착제 폴리머 구조체로 인해 가장 큰 피크 및 장수명 농도 값들을 명백하게 생성하였다. 친수성을 증가시키기 위하여, PP 및 PET 는 물리적으로 변경될 수도 있어서 섬유 단면적을 증가시킬 수 있거나, 섬유 직경을 감소시킬 수도 있거나, 수송의 방향에서 섬유 배향을 증가시킬 수도 있다. 분자적으로 소수성인 PP 및 PET 패브릭들은 흡착제가 되도록 하기 위하여 다양한 직물 프로세스 (textile process) 들로 기계적으로 마감될 수 있다.
흡착제 폴리머들의 제곱 인치 당 표면적을 증가시키기 위한 물리적 방법들은 분자의 다공성을 증가시키지 않는다. 증가된 표면적은 액체 페록사이드와 고체 폴리머 사이의 반 데어 발 상호작용 (Van der Waal interaction; VdW) 에 의해 약한 물리적 흡착을 허용한다. AP와 비-극성, 소수성의 긴 체인 폴리머들 사이의 VdW 상호작용들의 정확한 본질은 이 보고의 범위를 넘어선다. 특정 테스트 환경에서의 AP 증기 분산의 측정가능한 차이들은 액체 저장 매트릭스로서 역할을 하는 극성 및 비-극성 흡착제 패브릭 폴리머들의 존재에 기인할 수도 있다.
부직 재료들의 상이한 표면 마감 프로세스들에 관하여, 샘플 11 의 니들-펀칭된 패브릭은 카딩된, 용해된, 또는 캘린더 가압 (calendared pressed) 된 것보다 제곱 인치 당 더 높은 3D 표면적의 장점을 제공하는 것으로 보였다. 샘플 2 및 샘플 5 는 60 분에서의 온도와 증기 압력 사이의 상관으로 인해 가장 높은 측정된 증기 압력을 입증하였다.
예 3
50 wt. % 과산화수소 증기 출력을 위한 마이크로-다공성, 부직 패브릭
이 예의 목적은 마이크로-다공성, 합성, 부직, 심지화 패브릭, 50 wt% 과산화수소 증기화기인 50PV 카트리지에 관한 정보를 제시하고, 카트리지가 유사한 온도 및 캐리어 가스 유동 조건들 하에서, Brute® 페록사이드 증기화기 (BPV), 용매-기반, 3 wt% 물 함량, BRUTE® 페록사이드 용액 (BP) 으로의 필적하는 증기 출력 농도를 가지는지 여부를 결정하기 위한 것이다.
이 실험은 예 2 에서 이용된 것들과 유사한 방법들 및 테스트 샘플들을 이용하여 실행되었다. 이 실험에 대하여, 심지 재료가 이 테스트에 대하여 적합하도록 하기 위하여, 심지 재료는 심지 재료가 30 wt% H2O2 시스템을 만들기 위한 충분한 액체를 흡착할 것이라는 것을 보장하기 위하여 150% 의 최소 흡수도를 가져야 한다. 여기서, 추가된 액체는 2 g 의 50 wt% H2O2 이다. 30 wt% H2O2 시스템을 생성하기 위하여, 심지는 중량이 1.33 g 이어야 한다:
%흡수도,min = 100% * (액체 흡수된 질량 / 패브릭 질량) = 100 % * (2 g/(1.33 g)) = 150 %
환경적 챔버 온도 및 유입구 가스 온도는 표 8 에서 열거된 온도로 설정되었다. 페록사이드 증기 출력 테스트가 각각의 심지 재료로 수행된 후에, 나선형-권선된 심지 코어는 250 mL BPV 내부에 끼워지도록 크기가 정해졌다. BRUTE 페록사이드 테스트 장치 (도 6) 는 심지 상에 적재된 H2O2/물로부터의 증기 압력 상승 레이트를 결정하기 위하여 이용되었다. 500 sccm N2 캐리어 유동에 의한 35 ℃ 에서의 25 wt% BP 농도에 기초한 3400 ppm 의 평균 측정된 BP 출력이 예상될 수도 있다. 수학식 (1.2) 는 적재 요건을 표현한다:
HP(g) / (심지(g)+ HP(g) + 물(g)) x 100 % = 과산화수소의 30 wt% (1.2)
이용된 7 개의 부직 패브릭들의 결과들은 개개의 시트들의 2 제곱 인치 샘플들에 기초하였다. 오직 PET/레이온 및 리오셀 (Lyocel)/PET 부직 패브릭들은 수소 결합에 부분적으로 기인하여 그 물리적 성질들을 잠재적으로 변경하는 그 전체의 고체 내부를 통해 액체 체적을 균일하게 분포시키고 보유하기 위한 능력에 의해 특징된 분자적으로 친수성인 흡수제들이다. 표 9 는 획득된 결과들을 요약한다. 액체가 적재 동안에 심지 재료 상에 완전히 유지되지 않았으므로, 실행 7 인 샘플 8 테스트는 수행되지 않았다.
라울의 법칙을 이용하면, 35 ℃ 에서의 50 wt% 과산화수소 용액으로부터의 이론적인 증기 농도들은 과산화수소에 대하여 1100 ppm, 그리고 물에 대하여 31000 ppm 이었다. 그러므로, 물 농도는 이러한 조건들 하에서 과산화수소 증기보다 29 배 더 컸다. 물이 테스트 조건들 하에서 더 높은 증기 압력을 가졌다면, 과산화수소 용액 농도가 물 함량의 증발로 인해 심지 재료 상에서 증가하였을 때, 과산화수소 증기 농도는 증가하였다. 이것은 도 20 에서의 심지 증기 출력 곡선들의 형상을 부분적으로 설명한다. 6 개의 테스트들 중의 4 개로부터의 초기 증기 출력은 이 이론적인 농도 근처에 있다.
35 ℃ 에서의 50 % 과산화수소 용액으로부터의 이론적인 과산화수소 증기 농도는 도 20 에서 표현된다. 샘플 11a 는 가장 높은 페록사이드 증기 농도를 생성하였고, 샘플 11b 가 뒤따랐다. 샘플 2 는 가장 긴 출력 곡선을 생성하였다. 라울의 법칙을 이용하면, 샘플 11b 로부터의 결과들은 82 wt% 페록사이드 용액 농도와 동등한 3319 ppm 과산화수소 증기 출력을 표시한다. 이 증기 출력은 35 ℃ 에서의 브루트 페록사이드 120E 로부터 보여진 3400 ppm 오직 약간 미만이다. 35 ℃ 에서의 80% 과산화수소 용액으로부터의 이론적인 과산화수소 증기 농도는 도 20 에서 표현된다.
표 10 은 테스트 재료들 중의 3 개: 각각 샘플 5, 샘플 12, 및 샘플 11b 로부터의 추가적인 결과들을 요약한다. 다른 샘플들은 재료의 결핍으로 인해 이 샘플에 대하여 테스팅될 수 없었다. 라울의 법칙을 이용하면, 실온 (25 ℃) 에서의 50 wt% 과산화수소 용액에 대한 이론적인 과산화수소 및 물 증기 압력들은 각각 0.41 torr 및 13.03 torr 이다. 그러므로, 총 증기 압력은 13.44 torr 일 것이다. 모든 3 개의 재료들 증기 압력들은 60 분 후에 이 이론적인 값 근처에 있었다.
35 ℃ 에서, 50 % 과산화수소 용액인 샘플 11a (3025 ppm), 샘플 2 (3020), 및 샘플 11b (3319 ppm) 로 습윤된 심지 재료들의 일부로부터의 과산화수소 증기 농도들은 브루트 페록사이드 증기 농도 출력 (3400 ppm) 에 필적하였다.
결과들은 물 함량이 심지 내부에서 감소하였을 때, 과산화수소 증기 출력이 증가하였다는 것을 표시하였다. 그러므로, 무수성 과산화수소는 과산화수소 출력에 대한 물의 효과들을 제거하기 위하여 이 심지 재료들 상에서 이용될 수도 있다. 재료들의 전부가 동일한 증기 출력 특성들을 제공하지는 않았으므로, 이것은 라울의 법칙이 본원에서 개시된 바와 같이, 심지 재료들을 위한 증기 출력을 결정할 시의 유일한 인자가 아니라는 것을 표시한다. 테스팅되었던 3 개의 재료들, 샘플 5, 샘플 12, 및 샘플 11b 에 대한 총 증기 압력은 라울의 법칙에 의해 예측된 13.4 torr 의 이론적인 증기 압력 근처에 있었다.
예 4
무수성 과산화수소를 위한 하이드로겔 심지
이 예의 목적은 무수성 과산화수소 (HP) 저장 및 출하를 위한 저장소로서 기능하기 위한 하이드로겔의 양립가능성 및 흡수도를 결정하기 위한 것이다. 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 하이드로겔은 사진 가교결합 방법 (photo crosslinking method) 으로 선형 PEG 디아크릴레이트 (Mn:700) 를 3D 네트워크로 가교결합함으로써 합성되었다. 무수성 HP 를 건조 합성된 PEG 네트워크와 접촉시킨 후에, 단일 조각, 매크로-다공성, 소수성인 폴리머 저장소 엘리먼트가 형성되었다. 액체 과산화수소를 하이드로겔의 3D 폴리머 구조체로 편입함으로써, 하이드로겔 구조체의 고정된 표면적으로 인해, HP 용액이 안정화되었고 상류 가스 보유 시간이 증가하였다는 것이 관찰되었다.
이 실험에서, 20 % 및 40 % 의 PEG 함량을 갖는 PEG 하이드로겔 샘플들은 양립가능성 및 흡수도를 테스팅하기 위하여 이용되었다. 테스트 절차는 다음과 같이 설명된다: (1) 건조 PEG 하이드로겔의 조각은 30 초 동안 무수성 과산화수소 내로 침지되었고; (2) 침지 전 및 후의 하이드로겔의 질량은 레코딩되었고; (3) HP-소킹된 (HP-soaked) 하이드로겔은 24 시간 동안 투명한 플라스틱 비알에서 밀봉되었고; (4) 테스트의 과정 전반에 걸쳐, 재료는 반응 또는 열화의 임의의 증거에 대하여 검사되었고; (5) 24 시간 후에, 하이드로겔은 다시 중량 계측되었다.
건조 하이드로겔이 무수성 과산화수소와 혼합되었을 때, 반응이 관찰되지 않았고, 글로브 박스 (즉, 환경적 챔버) 에서의 안착의 24 시간 후에, 컬러 또는 형태학적 변경이 발견되지 않았다. 이러한 결과들은 하이드로겔 구조체가 화학적으로 비활성이고, 그러므로, 본원에서 제공된 저장 디바이스에서의 기재로서의 이용을 위하여 적당하다는 것을 표시한다. 모든 테스팅된 PEG 샘플들은 과산화수소를 신속하게 그리고 높은 흡수도 용량으로 흡수하였다. 하이드로겔이 페록사이드를 흡수한 후에, 하이드로겔은 부풀었지만, 그 원래의 형상을 유지하였다. 테스트 결과들은 표 11 에서 요약된다.
그 후에, PEG 하이드로겔 기재/심지로부터의 무수성 과산화수소 증기 출력이 분석되었다. 이 실험에 대하여, 투명한 플라스틱 비알에는 유입구 포트 및 유출구 포트가 제공되었고, 유입구 포트 및 유출구 포트를 통해, 질소 가스가 특정된 온도 범위 하에서 하이드로겔 카트리지를 통해 유동하는 것이 허용되었다. 구성된 각각의 과산화수소 증기화기 (HPV) 카트리지 엘리먼트는 미리 결정된 양의 무수성 HP 에 기초하였다.
PTFE 메쉬 분리기 (202) 에서 포장된 PEG 하이드로겔 기재 (102) (예컨대, 90PV 충전된 PEG 겔) 를 포함하는 예시적인 테스트 HPV (저장 디바이스 (100)) 가 이 테스트를 위하여 준비되었다. PTFE 메쉬 분리기 (202) 는 하이드로겔 기재 (102) 의 형상을 유지하였고, 과산화수소가 저장 디바이스 (100) 로부터 방출되었을 때, 하이드로겔 기재가 갈라지고 붕괴하는 것을 방지하였다는 것이 관찰되었다.
표 8: 테스트 파라미터들
Figure pct00009
표 9: 과산화수소 증기 출력 개요
Figure pct00010
표 10: 증기 압력 상승 테스트 결과 개요
Figure pct00011
표 11: 24 시간 동안 PEG 하이드로겔에 의한 과산화수소 흡수 및 보유의 샘플 비교
Figure pct00012
표 12: 테스트 파라미터들
Figure pct00013
테스트 1 에 대하여, 20 % 하이드로겔이 작은 조각들로 되었다. 샘플의 형태가 펠릿들과 유사하도록, 샘플이 테플론 백 (Teflon bag) 으로 적재되었다. 테스트 2 에 대하여, 40 % PEG 하이드로겔은 그 원래의 형상으로 유지되었고, 하나의 고체 조각으로서 테플론 백으로 적재되었다. 테스트 3 에 대하여, 40 % PEG 하이드로겔은 약 3 mm 의 직경을 갖는 작은 펠릿들로 절단되었고, 그 다음으로, 테플론 백으로 적재되었다. 각각의 테스트 실행에서, 환경적 챔버 온도 및 유입구 가스 온도는 표 12 에서 열거된 온도로 각각 설정되었다. 캐리어 가스 유량은 500 sccm 이었다. 출력 데이터는 과산화수소 레벨이 제로에 근접할 때까지 레코딩되었다.
테스트들 1 내지 3 에 대하여, 과산화수소 출력 테스트에 대한 절차는 다음과 같았다: (1) PEG 하이드로겔은 증기화기에 끼우기 위한 원통형 카트리지 엘리먼트를 형성하기 위하여 테플론 메쉬로 포장되었고; (2) 질소는 재료가 건조되었을 때까지, 40 ℃ 에서 증기화기를 통해 유동하는 것이 허용되었고; (3) 하이드로겔에는 무수성 페록사이드가 적재되었다. 하이드로겔의 질량은 적재 전 및 후에 레코딩되었고; (4) 증기화기는 테스트 챔버 내로 설치되었고; (5) 테스트는 표 12 에서의 파라미터들 하에서 실행되었다. 과산화수소 출력 농도는 측정이 제로에 근접할 때까지 레코딩되었고; (6) 하이드로겔은 증기화기로부터 제거되었고, 중량 재계측되었다.
테스트들은 도 8 에서 도시된 예시적인 P&ID 를 이용하여 수행되었다. HPV (저장 디바이스 (100)) 는 HP-적재된 하이드로겔로 충전되었고, 각각의 테스트 동안에 일정한 온도를 유지하기 위하여 환경적 챔버 내부에 배치되었다. 분석기 (1120) 는 각각의 테스트 동안에 HP 증기 출력을 측정하기 위하여 이용되었다.
표 13 은 각각 테스트들 1, 2, 및 3 에 대응하는 도 21, 도 22, 및 도 23 에서 도시된 출력 테스트들의 결과들을 요약한다. 모든 샘플들에서의 과산화수소의 출력은 신속하게 높은 레벨에 도달하였고 느리게 감소하였다. 도 23 에서 도시된 바와 같이, 20 % PEG 하이드로겔 펠릿들은, 테스트가 시작된 후의 6.6 시간에 발생하였던, 35 ℃ 에서의 849 ppm 의 최대 HP 증기 출력을 가졌다. 도 22 에서 도시된 바와 같이, 40 % PEG 겔은, 20 % 하이드로겔 및 40 % 하이드로겔 펠릿들보다 더 빠른 약 210 분 후에 1300 pm 미만으로 하락하였던, 35 ℃ 에서의 1582 ppm 의 최대 HP 증기 출력을 가졌다. 도 23 에서 도시된 바와 같이, 40 % PEG 펠릿들 샘플은 35 ℃에서 897 ppm 의 최대 HP 증기 출력을 가졌다. 출력의 평균은 30 내지 300 분 사이의 출력으로부터 계산되었다.
테스트들 후에, PEG 겔들은 다시 중량 계측되었다. 과산화수소의 대략 20 % 가 20 % 하이드로겔에서 보유되었지만, 오직 2 % 가 40 % PEG 샘플에서 보유되었다는 것이 관찰되었다.
표 13: 무수성 페록사이드 증기 출력 개요
Figure pct00014
예 5
무수성 하이드라진에 의한 심지 재료들의 테스팅
이 예의 목적은 무수성 액체 하이드라진과의 선택된 심지 재료들의 양립가능성을 결정하기 위한 것이다. 4 개의 후보 다공성 흡착제 심지 재료들: 알루미늄 옥사이드, 활성 탄소, 친수성 PTFE, 및 탄소 피롤리제이트가 선택되었다.
모든 샘플 심지 재료들이 세척 및 건조되었다. 샘플들은 50 mL 유리 비알들 내로 배치되었고, 하이드라진 내에 잠수되었다. J-유형 열전대는 무수성 하이드라진의 온도 변경을 측정하기 위하여 이용되었다. 심지 재료 및/또는 하이드라진에 대한 임의의 가시적 변경들은 이 테스트 동안에 주목되었다.
도 6 에서 도시된 것과 유사한 테스트 장치는 하이드라진 양립가능성 테스트들을 위하여 이용되었다. 알루미늄 옥사이드 및 활성 탄소는 일자 1 에 테스팅되었고, PTFE 시트는 일자 2 에 테스팅되었고, 탄소 피롤리제이트 재료는 일자 3 에 테스팅되었다. 글로브 박스에서의 하이드라진의 노출을 최소화하기 위하여, 테스트 비알들에서의 하이드라진은 일자 4 에 액체 폐기물 캔으로 함께 부어졌고, 유리 피펫 (glass pipette) 은 비알들의 하단으로부터 하이드라진의 나머지를 제거하기 위하여 이용되었다. 테스트들에 후속하여, 재료들을 갖는 비알들은 고체 폐기물 캔으로 배치되기 전에, 하이드라진을 증기화하기 위하여 뚜껑들을 갖는 글로브 박스에서 남겨졌다.
활성 탄소 테스팅 동안에, 온도는 짧은 시간에 약 3 ℃ 증가하였고, 열 방출은 지속되지 않았다. 기포들이 관찰되었지만, 약 30 분 후에 정지되었다. 샘플은 24 시간, 48 시간, 및 72 시간 후에 검사되었고, 하이드라진의 컬러 변경은 관찰되지 않았다. 하이드라진이 부어진 후에, 활성 탄소의 관찰가능한 컬러 또는 구조적 변경들이 없었다.
알루미늄 옥사이드 테스팅 동안에, 온도는 짧은 시간에 약 2.5℃ 증가하였고, 열 방출은 지속되지 않았다. 기포들이 관찰되었지만, 약 25 분 후에 정지되었다. 샘플은 24 시간, 48 시간, 및 72 시간 후에 검사되었고, 하이드라진의 컬러 변경은 관찰되지 않았다. 하이드라진이 부어진 후에, 알루미늄 옥사이드의 관찰가능한 컬러 또는 구조적 변경들이 없었다.
탄소 피롤리제이트 테스팅 동안에, 온도는 추가적인 15 ml 의 하이드라진의 추가에 기인하여 급격한 하강을 갖는 하이드라진의 추가 후에 약 2.5 ℃ 증가하였다. 기포들은 존재하였지만, 1 시간 후에 정지되었다. 24 시간 후에, 하이드라진의 컬러 변경이 발견되지 않았다. 하이드라진이 부어진 후에, 탄소 피롤리제이트 재료의 관찰가능한 컬러 또는 구조적 변경들이 없었다.
PTFE 시트 테스팅 동안에, 온도는 하이드라진의 추가 후에 약 0.5℃ 증가하였다. 기포들이 관찰되지 않았다. 24 시간 및 48 시간 후에, 하이드라진의 컬러 변경이 발견되지 않았다. 하이드라진이 부어진 후에, PTFE 시트의 관찰가능한 컬러 또는 구조적 변경들이 없었다.
발명은 위의 예들을 참조하여 설명되었지만, 수정들 및 변동들은 발명의 사상 및 범위 내에서 망라된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 발명은 다음의 청구항들에 의해 오직 제한된다.

Claims (102)

  1. 프로세스 용액을 위한 저장 디바이스로서,
    (a) 기재가 안에 배치된 하우징;
    (b) 상기 하우징 내에 포함된 프로세스 용액으로서, 상기 프로세스 용액이 상기 기재 상으로 흡착 (adsorb) 됨으로써 상기 기재 내에서 상기 프로세스 용액을 희석시키도록 상기 기재와 유체 접촉하는, 상기 프로세스 용액; 및
    (c) 상기 하우징 내에 포함되고, 상기 기재에 의해 상기 프로세스 용액으로부터 분리된 헤드 공간을 포함하고,
    상기 하우징은 캐리어 가스 (carrier gas) 가 상기 헤드 공간을 통해 유동하는 것을 허용하도록 구성되거나, 상기 프로세스 용액의 가스 상 (gas phase) 을 포함하는 가스 스트림을 생성하여 상기 가스 스트림을 중요 (critical) 프로세스, 애플리케이션, 또는 저장 용기로 전달하기 위하여 상기 헤드 공간을 통해 진공이 형성되는 것을 허용하도록 구성되는, 저장 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 액체 용액 또는 가스 용액인, 저장 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 과산화수소 (hydrogen peroxide), 하이드라진 (hydrazine), 모노-메틸 하이드라진 (mono-methyl hydrazine), 삼차 부틸 하이드라진 (tertiary butyl hydrazine), 디메틸하이드라진 (dimethylhydrazine), 및 그 임의의 유도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 저장 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 무수성 (anhydrous) 과산화수소 용액 또는 무수성 하이드라진 용액인, 저장 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 무수성 과산화수소 용액 또는 무수성 하이드라진 용액은 2 %, 0.5 %, 0.1 %, 0.01 %, 0.001 %, 0.0001 %, 또는 0.00001 % 미만의 물을 함유하는, 저장 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 알루미나 (alumina), 알루미늄 옥사이드 (aluminum oxide), 티타늄 디옥사이드 (titanium dioxide), 실리카 (silica), 실리콘 디옥사이드 (silicon dioxide), 석영 (quartz), 활성 탄소 (activated carbon), 탄소 분자체 (carbon molecular sieve), 탄소 피롤리제이트 (carbon pyrolyzate), 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리에스터 (polyester; PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머(polyethylene/polyethylene terephthalate co-polymer; PE/PET), 폴리프로필렌 (polypropylene; PP), 레이온 (rayon), 지르코늄 옥사이드 (zirconium oxide), 지올라이트 (zeolite), 고 실리카 지올라이트 (high silica zeolite), 폴리메틸펜텐 (polymethylpentene; PMP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybutylene terephthalate; PBT), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머 (polyethylene/polypropylene co-polymer) 들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (Hydrophilic High Density Polyethylene; HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (Hydrophobic High Density Polyethylene; HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌 (Hydrophilic UHMW Polyethylene), 소수성 UHMW 폴리에틸렌 (Hydrophobic UHMW Polyethlyene), 퍼플루오로알콕시 알칸 (perfluoroalkoxy alkane; PFA), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride; PVF), 실크 (silk), 텐셀 (tencel), 스폰지 재료들, 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycol; PEG), 폴리비닐 알콜 (polyvinyl alcohol; PVA), 및/또는 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone; PVP), 폴리피리딘 (polypyridine), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate) 들, 폴리아크릴산 (polyacrylic acid), 폴리아크릴산/아크릴레이트 코-폴리머들, 폴리카보네이트 (polycarbonate) 들, 폴리아크릴아미드 (polyacrylamide) 들, 폴리아크릴레이트/아크릴아미드 코-폴리머들, 셀룰로우스 재료들, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 저장 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 실리콘 디옥사이드, 석영, 활성 탄소, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리에스터 (PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머 (PE/PET), 폴리프로필렌 (PP), 폴리메틸펜텐 (PMP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌, 소수성 UHMW 폴리에틸렌, 퍼플루오로알콕시 알칸 (PFA), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVF), 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 저장 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 PTFE 인, 저장 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머인, 저장 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 약 100 m2/g 로부터 1000 m2/g 까지의 범위인 표면적을 갖는 다공성 구조체인, 저장 디바이스.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 기재는 30 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 저장 디바이스.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 기재는 100 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 저장 디바이스.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 기재는 1000 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 저장 디바이스.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 기재는 1900 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 저장 디바이스.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 과산화수소 용액의 농도는 30 % w/w 미만인, 저장 디바이스.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 과산화수소 용액의 농도는 알려진 시간의 주기의 과정 동안에 안정적인, 저장 디바이스.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 기재는 패브릭 (fabric), 분말 (powder), 하나 이상의 브릭 (brick) 들, 하나 이상의 블록들, 하나 이상의 비드 (bead) 들, 하나 이상의 입자들, 하나 이상의 압출물 (extrudate) 들, 또는 하나 이상의 펠릿 (pellet) 들로서 형성되는, 저장 디바이스.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 기재는 메쉬 (mesh) 로서 형성되는, 저장 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 메쉬 기재는 상기 하우징 내에서 나선형-권선되는, 저장 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 메쉬에 인접하게 배치된 분리기를 더 포함하고, 상기 분리기는 나선형-권선된 메쉬의 층들을 지지하고 분리하도록 구성되는, 저장 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 분리기는 PTFE 로 형성되는, 저장 디바이스.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리피리딘, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하이드로겔 (hydrogel) 인, 저장 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 20 % PEG 하이드로겔인, 저장 디바이스.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 40 % PEG 하이드로겔인, 저장 디바이스.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 PTFE 메쉬에서 포장되는, 저장 디바이스.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물 (process solution/substrate complex) 의 약 30 내지 1900 중량 퍼센트 (weight percent) 인, 저장 디바이스.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 디바이스에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 800 중량 퍼센트인, 저장 디바이스.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 디바이스에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 100 중량 퍼센트인, 저장 디바이스.
  29. 가스 전달 방법으로서,
    (a) 용액이 기재 상으로 흡착됨으로써 상기 기재 내에서 프로세스 용액을 희석시키도록, 상기 프로세스 용액을 밀폐된 하우징 내의 기재와 접촉시키는 단계;
    (b) 상기 기재를 캐리어 가스 또는 진공에 노출시켜서, 상기 프로세스 용액의 가스 상을 포함하는 가스 스트림을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 가스 스트림을 중요 프로세스, 애플리케이션, 또는 저장 용기로 전달하는 단계를 포함하고,
    상기 하우징은 상기 캐리어 가스가 상기 하우징 내에 포함된 헤드 공간을 통해 유동되는 것을 허용하도록 구성되거나, 진공이 상기 헤드 공간을 통해 인출되는 것을 허용하도록 구성되고, 상기 헤드 공간은 상기 기재에 의해 상기 프로세스 용액으로부터 분리되는, 가스 전달 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 액체 용액 또는 가스 용액인, 가스 전달 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 과산화수소, 하이드라진, 모노-메틸 하이드라진, 삼차 부틸 하이드라진, 디메틸하이드라진, 및 그 임의의 유도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 가스 전달 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 무수성 과산화수소 용액 또는 무수성 하이드라진 용액인, 가스 전달 방법.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 무수성 과산화수소 용액 또는 무수성 하이드라진 용액은 2 %, 0.5 %, 0.1 %, 0.01 %, 0.001 %, 0.0001 %, 또는 0.00001 % 미만의 물을 함유하는, 가스 전달 방법.
  34. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 알루미나, 알루미늄 옥사이드, 티타늄 디옥사이드, 실리카, 실리콘 디옥사이드, 석영, 활성 탄소, 탄소 분자체, 탄소 피롤리제이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리에스터 (PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머(PE/PET), 폴리프로필렌 (PP), 레이온, 지르코늄 옥사이드, 지올라이트, 고 실리카 지올라이트, 폴리메틸펜텐 (PMP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌, 소수성 UHMW 폴리에틸렌, 퍼플루오로알콕시 알칸 (PFA), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVF), 실크, 텐셀, 스폰지 재료들, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리비닐 알콜 (PVA), 및/또는 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리피리딘, 폴리아크릴레이트들, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산/아크릴레이트 코-폴리머들, 폴리카보네이트들, 폴리아크릴아미드들, 폴리아크릴레이트/아크릴아미드 코-폴리머들, 셀룰로우스 재료들, 및 그 임의의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 가스 전달 방법.
  35. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 실리콘 디옥사이드, 석영, 활성 탄소, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리에스터 (PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머 (PE/PET), 폴리프로필렌 (PP), 폴리메틸펜텐 (PMP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌, 소수성 UHMW 폴리에틸렌, 퍼플루오로알콕시 알칸 (PFA), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVF), 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 가스 전달 방법.
  36. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 PTFE 인, 가스 전달 방법.
  37. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머인, 가스 전달 방법.
  38. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 약 100 m2/g 로부터 1000 m2/g 까지의 범위인 표면적을 갖는 다공성 구조체인, 가스 전달 방법.
  39. 제 31 항에 있어서,
    상기 기재는 30 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 가스 전달 방법.
  40. 제 31 항에 있어서,
    상기 기재는 100 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 가스 전달 방법.
  41. 제 31 항에 있어서,
    상기 기재는 1000 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 가스 전달 방법.
  42. 제 31 항에 있어서,
    상기 기재는 1900 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 가스 전달 방법.
  43. 제 31 항에 있어서,
    상기 과산화수소 용액의 농도는 30 % w/w 미만인, 가스 전달 방법.
  44. 제 29 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액의 상기 가스 상 농도는 적어도 100 시간 동안 안정적인, 가스 전달 방법.
  45. 제 29 항에 있어서,
    상기 하우징은 0 ℃ 내지 약 100 ℃ 의 온도에서 제공되는, 가스 전달 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 하우징은 약 25 ℃ 내지 85 ℃ 에서 제공되는, 가스 전달 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 하우징은 약 35 ℃ 내지 50 ℃ 에서 제공되는, 가스 전달 방법.
  48. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 패브릭, 분말, 하나 이상의 브릭들, 하나 이상의 블록들, 하나 이상의 비드들, 하나 이상의 입자들, 하나 이상의 압출물들, 또는 하나 이상의 펠릿들로서 형성되는, 가스 전달 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 기재는 스펀 본딩 (spun bonding), 니들 본딩 (needle bonding), 천공 본딩 (perforation bonding), 카딩 (carding), 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기계적 마감 프로세스로 처리되었던 부직 패브릭 (non-woven fabric) 인, 가스 전달 방법.
  50. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 PTFE 인, 가스 전달 방법.
  51. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머인, 가스 전달 방법.
  52. 제 48 항에 있어서,
    상기 기재는 메쉬로서 형성되는, 가스 전달 방법.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 메쉬는 상기 하우징 내에서 나선형-권선되는, 가스 전달 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 메쉬에 인접하게 배치된 분리기를 포함하고, 상기 분리기는 나선형-권선된 메쉬의 층들을 지지하고 분리하도록 구성되는, 가스 전달 방법.
  55. 제 29 항에 있어서,
    상기 분리기는 PTFE 로 형성되는, 가스 전달 방법.
  56. 제 29 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리피리딘, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하이드로겔인, 가스 전달 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 20 % PEG 하이드로겔인, 가스 전달 방법.
  58. 제 56 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 40 % PEG 하이드로겔인, 가스 전달 방법.
  59. 제 56 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 PTFE 메쉬에서 포장되는, 가스 전달 방법.
  60. 제 29 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 실질적으로 건조 캐리어 가스인, 가스 전달 방법.
  61. 제 29 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 질소, 아르곤, 산소, 수소, 청정 건조 공기, 헬륨, 암모니아, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 가스 전달 방법.
  62. 제 29 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 중요 프로세스, 애플리케이션, 및/또는 저장 용기로 전달된 상기 가스 스트림의 연속 유동을 허용하도록 구성되는, 가스 전달 방법.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 가스 스트림은 상기 프로세스 용액의 상기 가스 상의 약 0.10 mg/min 내지 10 gm/min 을 전달하는, 가스 전달 방법.
  64. 제 29 항에 있어서,
    상기 하우징에서의 상기 프로세스 용액의 총 질량은 약 1 gm 내지 5000 kg 인, 가스 전달 방법.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 밀폐된 챔버에서의 상기 프로세스 용액의 총 질량은 약 300 gm 내지 1.2 kg 인, 가스 전달 방법.
  66. 제 29 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 1900 중량 퍼센트인, 가스 전달 방법.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 디바이스에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 800 중량 퍼센트인, 가스 전달 방법.
  68. 제 66 항에 있어서,
    상기 디바이스에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 100 중량 퍼센트인, 가스 전달 방법.
  69. 화학적 전달 시스템으로서,
    (a) 하우징 내에 제공된 프로세스 용액으로서, 상기 프로세스 용액은 용액이 기재 상으로 흡착됨으로써 상기 기재 내에서 상기 프로세스 용액을 희석시키도록, 상기 하우징 내에서 배치된 기재와 접촉하는, 상기 프로세스 용액;
    (b) 상기 프로세스 용액의 가스 상과 유체 접촉함으로써, 상기 하우징 내에서 가스 스트림을 형성하는 캐리어 가스 또는 진공; 및
    (c) 상기 하우징과 유체 연통하고, 상기 가스 스트림을 중요 프로세스, 애플리케이션, 또는 저장 용기로 전달하도록 구성된 장치를 포함하고,
    상기 하우징은 상기 캐리어 가스가 상기 하우징 내에 포함된 헤드 공간을 통해 유동되는 것을 허용하도록 구성되거나, 진공이 상기 헤드 공간을 통해 인출되는 것을 허용하도록 구성되는, 화학적 전달 시스템.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 액체 용액 또는 가스 용액인, 화학적 전달 시스템.
  71. 제 70 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 과산화수소, 하이드라진, 모노-메틸 하이드라진, 삼차 부틸 하이드라진, 디메틸하이드라진, 및 그 임의의 유도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 화학적 전달 시스템.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 프로세스 용액은 무수성 과산화수소 용액 또는 무수성 하이드라진 용액인, 화학적 전달 시스템.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 무수성 과산화수소 용액 또는 무수성 하이드라진 용액은 2 %, 0.5 %, 0.1 %, 0.01 %, 0.001 %, 0.0001 %, 또는 0.00001 % 미만의 물을 함유하는, 화학적 전달 시스템.
  74. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 알루미나, 알루미늄 옥사이드, 티타늄 디옥사이드, 실리카, 실리콘 디옥사이드, 석영, 활성 탄소, 탄소 분자체, 탄소 피롤리제이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리에스터 (PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머(PE/PET), 폴리프로필렌 (PP), 레이온, 지르코늄 옥사이드, 지올라이트, 고 실리카 지올라이트, 폴리메틸펜텐 (PMP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌, 소수성 UHMW 폴리에틸렌, 퍼플루오로알콕시 알칸 (PFA), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVF), 실크, 텐셀, 스폰지 재료들, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리비닐 알콜 (PVA), 및/또는 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리피리딘, 폴리아크릴레이트들, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산/아크릴레이트 코-폴리머들, 폴리카보네이트들, 폴리아크릴아미드들, 폴리아크릴레이트/아크릴아미드 코-폴리머들, 셀룰로우스 재료들, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는, 화학적 전달 시스템.
  75. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 실리콘 디옥사이드, 석영, 활성 탄소, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리에스터 (PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머 (PE/PET), 폴리프로필렌 (PP), 폴리메틸펜텐 (PMP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리에틸렌/폴리프로필렌 코-폴리머들, 친수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 소수성 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 친수성 UHMW 폴리에틸렌, 소수성 UHMW 폴리에틸렌, 퍼플루오로알콕시 알칸 (PFA), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVF), 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로 이루어진 재료로 형성되는, 화학적 전달 시스템.
  76. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 PTFE 인, 화학적 전달 시스템.
  77. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 코-폴리머인, 화학적 전달 시스템.
  78. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 100 m2/g 로부터 1000 m2/g 까지의 범위인 표면적을 갖는 다공성 구조체인, 화학적 전달 시스템.
  79. 제 78 항에 있어서,
    상기 기재는 30 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 화학적 전달 시스템.
  80. 제 78 항에 있어서,
    상기 기재는 100 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 화학적 전달 시스템.
  81. 제 78 항에 있어서,
    상기 기재는 1000 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 화학적 전달 시스템.
  82. 제 78 항에 있어서,
    상기 기재는 1900 % w/w 초과의 과산화수소를 흡착하도록 구성되는, 화학적 전달 시스템.
  83. 제 71 항에 있어서,
    상기 과산화수소 용액의 농도는 30 % w/w 미만인, 화학적 전달 시스템.
  84. 제 71 항에 있어서,
    가스 상 과산화수소 용액의 농도는 적어도 100 시간 동안 안정적인, 화학적 전달 시스템.
  85. 제 69 항에 있어서,
    상기 하우징은 0 ℃ 내지 약 100 ℃ 의 온도에서 제공되는, 화학적 전달 시스템.
  86. 제 85 항에 있어서,
    상기 하우징은 약 25 ℃ 내지 85 ℃ 에서 제공되는, 화학적 전달 시스템.
  87. 제 86 항에 있어서,
    상기 하우징은 약 35 ℃ 내지 50 ℃ 에서 제공되는, 화학적 전달 시스템.
  88. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 패브릭, 분말, 하나 이상의 브릭들, 하나 이상의 블록들, 하나 이상의 비드들, 하나 이상의 입자들, 하나 이상의 압출물들, 또는 하나 이상의 펠릿들로서 형성되는, 화학적 전달 시스템.
  89. 제 88 항에 있어서,
    상기 기재는 스펀 본딩, 니들 본딩, 천공 본딩, 카딩, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 기계적 마감 프로세스로 처리되었던 부직 패브릭인, 화학적 전달 시스템.
  90. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 메쉬로서 형성되는, 화학적 전달 시스템.
  91. 제 90 항에 있어서,
    상기 메쉬는 상기 하우징 내에서 나선형-권선되는, 화학적 전달 시스템.
  92. 제 91 항에 있어서,
    상기 메쉬에 인접하게 배치된 분리기를 더 포함하고, 상기 분리기는 상기 하우징 내의 상기 메시의 층들을 지지하고 분리하도록 구성되는, 화학적 전달 시스템.
  93. 제 92 항에 있어서,
    상기 분리기는 PTFE 로 형성되는, 화학적 전달 시스템.
  94. 제 69 항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리비닐 알콜 (PVA), 폴리비닐피롤리돈 (PVP), 폴리피리딘, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하이드로겔인, 화학적 전달 시스템.
  95. 제 94 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 20 % PEG 하이드로겔인, 화학적 전달 시스템.
  96. 제 94 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 40 % PEG 하이드로겔인, 화학적 전달 시스템.
  97. 제 94 항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 PTFE 메쉬에서 포장되는, 화학적 전달 시스템.
  98. 제 69 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 실질적으로 건조 캐리어 가스인, 화학적 전달 시스템.
  99. 제 98 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 질소, 아르곤, 수소, 청정 건조 공기, 헬륨, 암모니아, 및 그 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 화학적 전달 시스템.
  100. 제 69 항 내지 제 99 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 1900 중량 퍼센트인, 화학적 전달 시스템.
  101. 제 100 항에 있어서,
    상기 디바이스에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 800 중량 퍼센트인, 화학적 전달 시스템.
  102. 제 100 항에 있어서,
    상기 디바이스에서의 상기 프로세스 용액의 양은 프로세스 용액/기재 합성물의 약 30 내지 100 중량 퍼센트인, 화학적 전달 시스템.
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