JP2001526737A - 金属繊維シート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明により、湿式堆積金属繊維不繊シートの製造方法が提供される。この方法は、第一に、分散された金属繊維を含む調合流体の粘度が、湿式堆積技術に適するような量の非カルボキシル基含有水溶性高分子を含む水性調合流体中に金属繊維を分散することを含む。一般に、水溶性高分子の量は、水性調合流体の約１〜約５重量％を含有する。より好ましい実施例においては、澱粉が前記水溶性高分子として使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 金属繊維シート及びその製造方法 発明の背景 本発明は、湿式堆積金属繊維不繊シートの製造方法に関する。特に、本発明は 金属繊維シートの製造において、独特な分散剤を使用する方法に関する。 主として金属を含有する紙は、長年に渡り工業界から求められていた。種々の 方法が、金属繊維シートの製造のために開発されている。製紙製造において、金 属繊維不繊布に似た紙構造を製造することもまた、その商業的魅力のため、活発 に行われている。そのような技術についての重要性は、例えば、Hanns F.Arledt er著Synthetic Fibers in Paermaking，Editor O.Balestra，chapter 6，の１１ ８〜１８４頁の金属繊維の章に説明されている。また、米国特許第2,971,877号 も参照。 伝統的な製紙技術を用いた金属繊維シートの製造における問題は、金属繊維が 集合する傾向があることである。紙が製造され得る前に、個々の繊維を得るため に繊維の束を開裂し、液体中に繊維を均一に分散することが重要である。ほとん どの木材パルプでは、開裂は通常は難しい仕事ではない。パルプ、即ち繊維原料 は、水中に置かれ、そして混合物は束が開裂するまで剪断される。 金属繊維では、繊維を引き離した状態に保つための、束の開裂と繊維の分散は ともに困難である。単純な通常のタイプの混合または剪断装置は、金属繊維に簡 単にダメージを与え得る。金属繊維が湾曲しているときは、それらは曲がったま まで、結局は相互に作用し合って、もつれた繊維のボールを形成する。この形態 の繊維から作った紙は、好ましくない。 製紙における種々の添加剤は、形成に重要な改良をもたらす。これらの化学製 品は、ZhaoとKerekes著“The Effect of Suspending Liquid Viscosity in Fibe r Flocculation”，Paper Formation，Vol．26，No.2，Tppi Journalにおいて議 論されているように、一般に“形成助剤(formation aids)”と呼ばれている。 ガム及びゴム糊は、一種の形成助剤を構成する。例には、ローカストビーンガ ム（locust bean gums)、グアールガム(guar gums)、及びデアタリル化（deacly lated）カラヤガム（karaya gums）が含まれる。一般には、この形成改良の仕組 みについて、ガムが繊維表面に吸着し、それにより繊維間の摩擦係数を減少させ ると考えられている。繊維間の滑りが容易なほど、分散及び引き離しの維持は容 易になる。 他の種類の形成助剤は、イオン性鎖を持つ、又は持たない合成及び天然高分子 である。このような形成助剤の使用は、表面摩擦の削減を伴わず、むしろ高分子 は懸濁媒体のレオロジー特性に変化を引き起こし、それによってこの手段による 形成改良を引き起こすと理論付けられる。 ガム及び長鎖高分子に加えて、いわゆる第３の部類の形成助剤が存在し、それ は高い剪断粘度に関する。検討は、水単独では強いフロック（floc）が形成され る流動条件下において、水への高濃度のサッカロースの添加は、懸濁したナイロ ン繊維の凝集性フロックの形成を抑制したことを示した。フロックの形成は、懸 濁液中の不均一化を引き起こすので、サッカロースは形成助剤であると考え得る 。 伝統的な製紙技術、すなわち湿式堆積技術を用いた金属繊維シートの製造方法 が使用され得るならば、工業界にとって大きな利点がある。形成助剤は使用され 得るが、しかし、使用される形成助剤の量には限界があり、さもなければ金属繊 維製品は多量の助剤を含み、多くの焼き取り（burn-off）が必要となる。この方 法は、費用に関して、効率化と商業的可能性を提供する。 それゆえ、本発明の目的は、有効かつ効果的な湿式堆積金属繊維不繊シートの 製造方法を提供することである。 なお、本発明のもう１つの目的は、良好なシートの形成を可能にする金属繊維 のための特定の分散剤を用いた金属繊維不繊シートの製造方法を提供することで ある。 さらに、本発明のもう１つの目的は、少量の水溶性高分子が水性調合流体（aq ueous dispensing fluid）に添加される金属繊維不繊シートの製造方法を提供す ることである。 本発明の、これら及び他の目的は、以下の明細書、図面及び請求の範囲を検討 することで明らかになるであろう。 発明の概要 前述の目的に従って、本発明によって湿式堆積金属繊維不繊シートの製造方法 が提供される。この方法は、第一に、分散された金属繊維を含む調合流体の粘度 が湿式堆積技術に適するような量の非カルボキシル基含有水溶性高分子を含む水 性調合流体中に金属繊維を分散させることを含む。一般に、水溶性高分子は、水 性調合流体の約１〜５重量％を含有し、調合流体、形成助剤および繊維の粘度は 、７５cps未満、好ましくは２５cps未満である。好ましい具体例において、澱粉 は上記水溶性高分子であり、約３重量％の量が使用され得る。 金属繊維が調合流体中に分散された後に、水性調合流体はスクリーン上に塗布 され、水性調合流体が除去されるとともに、その結果金属繊維状のシートが形成 される。スタリーンはフォードリニアーマシーン（foudrinier machine）のよう な、伝統的な製紙装置の一部であり得る。 他の要因の中で、本発明は少なくとも一部は、少量の、例えば水性調合流体の 重量基準で５重量％未満の、澱粉のような、非カルボキシル基含有水溶性高分子 の使用によって、湿式堆積金属繊維不繊シートが、伝統的な製紙技術を用いて製 造され得るという認識に基づく。実際に、使用される水溶性高分子が少量なため に、抄紙法の後に得られる金属繊維シートは、少なくとも約９５重量％の金属を 一般に含有する。金属シート中の有機物がこのように少量であることは、次の焼 結過程中に除去されなければならない有機物の量を、結果的に大幅に減少させる ため、大きな利点である。 図面の詳細な説明 図面は、湿式堆積技術によって、金属繊維シートを製造する際に有効な、本発 明の方法を概略的に描いている。 好ましい具体例の詳細な説明 本発明の方法は、金属繊維の水性調合流体中への分散を助けるために非カルボ キシル基含有水溶性高分子を使用する。乾燥した金属繊維は、水性調合流体中に 添加され、非カルボキシル基含有水溶性高分子もまた添加される。混合によって 、金属繊維は分散される。 水溶性高分子の中で、本発明に有用なものはポリビニルアルコール、澱粉又は メチル、エチル又はプロピルエステルのようなセルロースエステルである。一般 に、いずれの水溶性高分子も使用可能であり、それらは水溶性にするために要す る官能基を持ち得るものである。一般には、水溶性高分子は水性調合流体の１〜 ５重量％を含有する。好ましい具体例としては、澱粉は分散助剤として使用され る水溶性高分子であって、通常は水性調合流体の重量に基づいて３〜４重量％の 範囲で使用される。 水溶性高分子は、一般には金属繊維が添加される前に、水性調合流体に直接添 加され得る。これは、水性調合流体中に溶解された水溶性高分子が、一度添加さ れた乾燥金属繊維と直ちに相互作用し始めることを可能にする。水溶性高分子が 乾燥繊維を分散させている間に、それは、金属繊維の引き離しを維持することに よって、金属繊維の網の形成において助剤としても働く。そのように少量の、澱 粉のような水溶性高分子が分散を効果的に維持するために使用され得るという事 実は、非常に驚くべきことである。 シートを製造する際に用いられる溶液の粘度は、一般に７５cps未満であり、 それは抄紙法の目的のために必要なことである。しかし、より好ましくは、粘度 は１０〜５０cpsの範囲であり、最も好ましくは１５〜３５cpsの範囲である。 使用される攪拌器は、金属繊維の分散を可能にする、適したいずれの攪拌器で もあり得る。一般に、当分野で知られている非選別攪拌器の使用が準備される。 このような攪拌器は、繊維が攪拌器の刃の周りに巻きつくのを防ぐために、前縁 （leading edge）の直径が繊維の長さよりも長くなっている。 本方法は１００％の金属繊維にとって有効であると同時に、様々な量のセルロ ース繊維もまた、混合物を作り出すための金属繊維とともに添加され得る。必要 であれば、数種の合成繊維もまた、添加され得る。 金属繊維は、いずれの有用な金属繊維であることができ、ニッケル及びステン レス鋼繊維が最も好ましい。ステンレス鋼繊維は、ステンレス鋼３０４繊維、ス テンレス鋼１６繊維及びステンレス鋼ハステロイX繊維が使用できる。ニッケル 及びステンレス鋼繊維は、それらの潜在的利用法が格別であるので、最も好まし い。 伝統的な添加剤も、水性調合流体に添加され得る。このような添加剤は例えば 、調合流体中で微生物の成長を抑制する殺生物剤を含む。他の伝統的な添加剤も また添加され得る。 金属繊維が水性調合流体中で分散された後、抄紙法において伝統的なように、 調合流体はスクリーン上に塗布される。スクリーンは適する、又は伝統的な材料 のいずれからも成り得る。水性調合流体は、その後金属繊維シートを形成するた めに除去される。一般に、これはスクリーンを通した流体の真空吸引を通して行 われる。好ましい具体例において、本発明の方法は、金属繊維から除去された調 合流体が再循環及び再使用される閉鎖系において行われる。 ところで、図面を見ると、混合器１は澱粉のような非カルボキシル基含有水溶 性高分子とともに水性調合流体を含有する。乾燥金属繊維は、２を経て調合流体 に添加される。混合は攪拌器３によって行われる。一般に、混合器３は、当分野 で知られている、繊維を選別しない攪拌器である。この混合は、繊維が所望の状 態に引き離されるまで続く。 好ましい具体例において、分散された金属繊維を含む水性調合流体は、第２混 合槽４へと送られる。さらなる混合は任意に行われるが、その後のシートへの良 好な形成を保証するものである。それゆえ、良好な分散及び金属シートの形成を 保証するためにこのような混合槽を複数使用することが好ましい。 次いで、水性調合流体は、金属繊維を含む水性調合流体を連続スクリーン６に 塗布するための、ヘッドボックス（headbox）５に送られる。真空装置７は、ス クリーン上に金属繊維シートを形成する目的で水性調合流体を除去するために一 般に用いられる。好ましい具体例においては、除去された水性調合流体は、次い でライン８を経て、混合槽１へ再循環される。 形成された金属繊維シートは、次いで圧縮ロール９を通して送られ、製紙業に おいて伝統的なように、その後カレンダー処理（calendared）され、乾燥され得 る。このような少量の水溶性高分子の使用にもかかわらず、残留物は金属繊維シ ートに十分な強度を提供するのに十分であり、その結果、偶発事故なしに後続の 加工を行い得る。 最終過程は、最適温度で、不活性又は還元雰囲気中で行われ得る焼結過程であ る。最終過程は、金属繊維紙に含まれる種々の有機物を焼き取るのと同時に、金 属繊維紙に強度をもたらす。最終過程は、一般に、有機物を焼き取るのに必要な 時間中、８１６〜６４９℃（１５００〜１２００°F）でこの紙を燃焼すること を含む。最終過程は好ましくは水素雰囲気中で行われる。必要であれば、その前 に熱分解過程を、初期に有機物を焼き取るために、より低温で行うことができる 。しかし、この熱分解過程は、必要な強度を紙に与えず、かつ残留しているいず れの有機物をも焼き取り、求められる強度を紙に提供するために、８１６〜１０ ９３℃（１５００〜２０００°F）というより高温での焼結過程を引き続いて行 うべきである。その結果得られた繊維紙は、少なくとも約９５重量％の金属を含 有し、より好ましくは少なくとも９９重量％の金属を含有する。 得られた金属繊維紙は、様々な異なる用途において有用である。例えば、金属 繊維シートはバッテリー電極に使用することができる。ニッケル繊維はそのよう な用途が好ましい。金属繊維シートはまた、流体フィルターに使用することがで きる。このフィルターは圧媒流体、水又は油のために使用することができる。金 属繊維シートはまた、例えば、空気又は排気ガス用のガスフィルターとして使用 することもできる。用途は様々であり、金属繊維シートの製造における本発明の 使用とともに、このようなシートの実用上の利用可能性は、増加するであろう。 本発明は、以下の特定の実施例によってより詳細に説明され得る。この実施例 は実例として与えられ、後述の請求の範囲の開示を制限するものではない。実施 例中の全てのパーセンテージは、明示がない限り重量によるものである。 実施例 澱粉溶液はコーンスターチの水性スラリーを煮沸(cooking)することによって 製造された。澱粉は固体が小麦粉と呼ばれる粉の状態である特異な材料である。 これは、冷水中でスラリーになり得る。１００℃に加熱すると、粒子は膨張し、 その後澱粉水溶液の状態で破裂する。澱粉鎖が澱粉の微粒が破裂することによっ て外されるときに液体の粘度は増加する。この方法は、水、小麦粉及び肉汁から グレービーソースを作る方法に非常によく似ている。澱粉溶液は１．５重量％の 澱粉を含んでいた。 本実施例における金属繊維は、ニッケル金属製であった。繊維は８μｍ及び０ ．２５インチの長さであった。繊維は１．５％の煮沸された８Lの澱粉溶液に添 加された。添加された繊維を含む澱粉溶液の粘度は、１６．８センチポイズであ った。２０ｇの繊維は非選別攪拌器を用いて澱粉溶液中に分散された。攪拌器は 繊維の長さよりも長い直径の前縁を有した。 混合室は、４つのバッフル（baffles）を有した５ガロンの煮沸容器であった 。バッフルは、幅１インチ、長さ１０インチであった。繊維の長さが攪拌器の前 縁の直径よりも短いので、攪拌器の刃の周りで選別できなかった。この攪拌器は 、１０９０RPMで回転した。私は、繊維の分散は非常に早く起こることを見出し た。１分以上繊維を混合することは必要ではなかった。 ８Lの澱粉溶液が、２０ｇの金属繊維を分散するために用いられた。ハンドシ ート（handsheet）型に追加の水又は澱粉溶液は添加されなかった。繊維は０． ２５％の濃度で分散され、ハンドシートは同濃度で作られた。 ハンドシートは、フォーミングワイヤー（forming wire）を通して澱粉溶液を 排出することによって形成された。ハンドシートは、４２pliで湿ったフェルト の間で湿った状態で圧縮され、過剰の溶液を除去した。この紙は、表面温度が約 １０４℃（２２０°F）の蒸気加熱ドライヤー上で乾燥された。オレイン酸及び レシチンのエマルジョンは、詰まりを防ぐために加熱された表面の表面上にコー トされた。シートは乾燥された後、繊維に添着された澱粉の量を決定するために 秤量された。約１ｇの澱粉が、繊維によって保持されることがわかった。シート を乾燥するときに、この材料は結合剤として作用した。この紙は約９５％の金属 および約５％の澱粉を含有していた。 本発明は好ましい具体例を用いて説明されたが、当業者にとって理解できるよ うに変化、及び修正することもできると理解されている。このような変化及び修 正は、本明細書に付随する請求の範囲の範囲内で考えられるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項 【提出日】平成１０年７月２２日（１９９８．７．２２） 【補正内容】 請求の範囲 １．(a)分散された金属繊維を含む調合流体の粘度が、湿式堆積技術に適するよ うな量の非カルボキシル基含有水溶性高分子を含む水性調合流体中に金属繊維を 分散し、 (b)分散された金属繊維とともに、スクリーン上に水性調合流体を塗布し、そ して (c)水性調合流体を除去し、それにより繊維金属シートを形成する、 湿式堆積金属繊維不繊シートの製造方法。 ２．水性調合流体中に含有される水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、澱粉 又はセルロースエステルを含む請求項１に記載の方法。 ３．水溶性高分子は１〜５重量％の水性調合流体を含有する請求項２に記載の方 法。 ４．水性調合流体中に含有される水溶性高分子の量が、約３〜４重量％の範囲で ある請求項２に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．(a)分散された金属繊維を含む調合流体の粘度が、湿式堆積技術に適するよ うな量の非カルボキシル基含有水溶性高分子及び金属繊維を水性調合流体中に分 散し、 (b)分散された金属繊維とともに、スタリーン上に水性調合流体を塗布し、そ して (c)水性調合流体を除去し、それにより繊維金属シートを形成する、 湿式堆積金属繊維不繊シートの製造方法。 ２．水性調合流体中に含有される水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、澱粉 又はセルロースエステルを含む請求項１に記載の方法。 ３．水溶性高分子は１〜５重量％の水性調合流体を含有する請求項２に記載の方 法。 ４．水性調合流体中に含有される水溶性高分子の量が、約３〜４重量％の範囲で ある請求項２に記載の方法。 ５．水性調合流体中に含有される水溶性高分子が澱粉を含有する請求項２に記載 の方法。 ６．水性調合流体が水性調合流体中での微生物の成長を抑制するための殺生物剤 をさらに含有する請求項５に記載の方法。 ７．金属繊維がニッケル又はステンレス鋼繊維を含有する、請求項１に記載の方 法。 ８．金属繊維がニッケル繊維を含有する請求項７に記載の方法。 ９．金属繊維がステンレス鋼繊維を含有する請求項７に記載の方法。 １０．水性調合流体が再循環される請求項１に記載の方法。 １１．金属繊維シートが少なくとも金属の９５重量％含有される請求項１に記載 の方法。 １２．カレンダー処理又は焼結のような、後続の加工工程において完全に十分に ハンドリングできるシートを提供するような量で、非カルボキシル基含有水溶性 高分子を金属繊維の隙間に含有する湿式堆積不繊の金属繊維布。 １３．金属繊維がステンレス鋼又はニッケル繊維を含む請求項１２に記載の金属 繊維シート。 １４．金属繊維がステンレス鋼繊維を含む請求項１２に記載の金属繊維シート。 １５．金属繊維がニッケル繊維を含む請求項１２に記載の金属繊維シート。 １６．水溶性高分子はポリビニルアルコール又は澱粉又はカルボキシメチルセル ロースからなる請求項１２に記載の金属繊維シート。 １７．金属繊維の隙間にある水溶性高分子が澱粉を含む請求項１２に記載の金属 繊維シート。 １８．請求項１に記載の方法により製造された湿式堆積不繊金属繊維シート。 １９．シートは少なくとも９５％の金属からなる請求項１８に記載の金属繊維シ ート。 ２０．請求項５に記載の方法により製造された湿式堆積不繊金属繊維シート。 ２１．シートは少なくとも９５％の金属を含む請求項２０に記載の金属繊維シー ト。 ２２．請求項７に記載の方法により製造された湿式堆積不繊金属繊維シート。 ２３．シートは少なくとも９５％の金属を含有する請求項２２に記載の金属繊維 シート。 ２４．焼結され、焼結工程からの炭素残留物である残部とともに、少なくとも９ ９重量％の金属を含有する湿式堆積不繊金属繊維シート。 ２５．少なくとも９９重量％の金属を含有する湿式堆積不繊金属繊維シート。 ２６．請求項２４に記載の湿式堆積不繊金属繊維シートを用いて製造されたバッ テリー電極。 ２７．請求項２５に記載の湿式堆積不繊金属繊維シートを用いて製造されたバッ テリー電極。 ２８．請求項２４に記載の湿式堆積不繊金属繊維シートを用いて製造された流体 フィルター。 ２９．請求項２５に記載の湿式堆積不繊金属繊維シートを用いて製造された流体 フィルター。 ３０．請求項２５に記載の湿式堆積不繊金属繊維シートを用いて製造されたガス フィルター。