JP2003517371A - 電荷を散逸させるための多孔質媒体 - Google Patents

電荷を散逸させるための多孔質媒体

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Abstract

(57)【要約】 無極性液体などの液体が多孔質媒体を通って移動するときに発生する電荷を散逸させるろ過材を含む、多孔質媒体が開示される。多孔質媒体は、非導電性ガラス、ポリマーもしくはセラミック繊維および導電性ポリマー繊維、非導電性ガラスもしくはセラミック繊維および導電性材料被覆繊維、非導電性ガラス繊維および金属含浸導電性繊維、非導電性合成ポリマー繊維および金属被覆繊維、非導電性天然ポリマー繊維および導電性材料含浸繊維、あるいは非導電性ガラス、セラミックもしくは合成ポリマー繊維および金属繊維を含む。複合ろ過材は、導電性基体に載置され、かつ結合されている導電性もしくは非導電性繊維層を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 関連出願への相互参照 本出願は、その内容すべてが本明細書に取り込まれる、1999年11月23
日出願の米国仮特許出願第60/166,990号の優先権を主張する。
【0002】 技術分野 本発明は、一般に液体処理に使用できる多孔質媒体、特に無極性液体などの液
体が媒体を通って移動するときに発生する電荷を散逸させるろ過材などの導電性
多孔質媒体に関する。
【0003】 発明の背景 非導電性液体、例えば、ガソリンなどの無極性炭化水素、のろ過材など多孔質
媒体の使用による処理は、既知である。そのような液体処理は、静電荷もしくは
摩擦電荷の蓄積の結果、困難もしくは挑発的となり得る。この問題は、例えば、
小麦粉など食品材料の加工、炭塵もしくはガソリンのポンピングおよびテキスタ
イルの被覆など、多くの分野で認識されている。
【0004】 経済的理由で高プロセス速度が所望されるので、蓄積される静電荷から生じる
問題は、高液体速度では、また小さいポアサイズの多孔質媒体がプロセス実施に
利用されるときには、重要となり得る。従来の多孔質媒体は一般に非導電性であ
るので、静電荷が媒体に蓄積する傾向がある。蓄積された電荷が適切に放電され
ないと、スパークが生じて、液体を点火し、作業者および所有物に危険を生じか
ねない。この状況は、ろ過業界で認識されている;例えば、米国特許第3,93
3,643号、第5,527,569号、および第5,229,200号を参照
【0005】 例えば、湿った環境、核イオナイザー、高圧イメージおよびワイヤもしくは金
属接地を与えることにより、そのような危険を減少させる試みがなされてきた。
金属布、繊維もしくは粉末から作られた多孔質媒体の使用も、電荷を散逸させる
助けをする。しかし、これらの媒体の多くのろ過効率およびポアサイズは、限ら
れている。これらの媒体は、また製造が高くつく。ガラスもしくはセラミック繊
維などの繊維、あるいはポリエステル、セルロース、レーヨンおよびポリプロピ
レンなどの有機繊維から作られた媒体は、ろ過材としてより有効である。しかし
、これらの媒体は、非導電性であり、蓄積された静電気を放電もしくは減少させ
ることでは有効でない。
【0006】 発明の簡単な要約 上記のことは、優れたろ過特性を有し、かつ電荷を散逸させる多孔質媒体もし
くはろ過材に対する需要が存在することを示す。上記需要の多くは、本発明によ
り達成された。本発明のろ過材を含む多孔質媒体は、非常に有効なろ過材であり
、無極性液体などの液体が移動するときに発生する摩擦電荷などの電荷を散逸さ
せる。
【0007】 本発明の1つの側面によれば、多孔質媒体は、非導電性ガラス、ポリマーもし
くはセラミック繊維および導電性ポリマー繊維を組合せで含む。本発明の別の側
面によれば、多孔質媒体は、非導電性ガラスもしくはセラミック繊維および導電
性材料被覆繊維を組合せで含む。本発明のさらに別の側面によれば、多孔質媒体
は、非導電性ガラス繊維および金属含浸導電性繊維を組合せで含む。本発明のさ
らに別の側面によれば、多孔質媒体は、非導電性合成ポリマー繊維および金属被
覆繊維を組合せで含む。本発明のさらなる側面によれば、多孔質媒体は、非導電
性天然ポリマー繊維および導電性材料含浸繊維を組合せで含む。本発明の別の側
面によれば、多孔質媒体は、本質的に非導電性ガラス、セラミックもしくは合成
ポリマー繊維および金属繊維からなる。
【0008】 本発明の別の側面によれば、多孔質媒体を製造する方法は、多孔質媒体を構成
する繊維を載置して繊維マトリックスを形成することを含む。 多孔質媒体の実施態様は、導電性繊維および非導電性繊維のスラリーを結合剤
と、もしくは結合剤なしで混合し、混合物から多孔質繊維マトリックスを形成す
ることにより、調製できる。繊維マトリックスは、導電性もしくは非導電性基体
により支持されていなくても、支持されていてもよい。本発明のこの側面の多孔
質媒体は、導電性繊維が電荷の蓄積する傾向がある非導電性繊維に非常に接近し
て、例えば、密に接触しているので、非導電性繊維に蓄積する電荷が容易に放電
できるという利点を有する。
【0009】 本発明の別の側面によれば、複合ろ過材は、導電性多孔質基体に載置され、か
つ結合されている繊維層を含む。 本発明の別の側面によれば、複合ろ過材を製造する方法は、繊維層もしくはマ
トリックスを導電性基体に載置し、繊維層を導電性基体に結合することを含む。
【0010】 複合ろ過材の実施態様は、フィラメントを含む導電性および/または非導電性
繊維を導電性基体に載置、例えば、乾燥載置もしくは湿式載置し、繊維層を導電
性基体に結合することにより調製できる。繊維層は、導電性基体に化学的結合(
例、接着結合もしくは溶媒結合)、熱結合、および/または機械的結合される。
本発明のこの側面の複合ろ過材は、これらの繊維が導電性基体に非常に接近して
、例えば、密に結合接触しているので、非導電性繊維に蓄積する電荷が容易に放
電できるという利点を有する。
【0011】 本発明の利点は、発明の追加的特徴とともに、本明細書に与えられる本発明の
説明から明らかとなろう。本発明をいくつかの実施態様および手順と関連して説
明および開示するが、本発明をこれら特定の実施態様および手順に限定するつも
りはない。それどころか、本発明の精神および範囲に入る代替的実施態様および
改変はすべて包含するものとする。
【0012】 実施態様の詳細な説明 本発明は、静電荷もしくは摩擦電荷などの電荷を散逸させるろ過材などの多孔
質媒体を提供する。本発明の媒体は、導電性材料および非導電性材料を取り込む
。導電性材料は、電荷の蓄積する傾向がある非導電性材料に非常に接近して、例
えば、密に接触して、載置される。好ましい実施態様において、導電性材料の載
置場所は、本発明の媒体の利点に貢献する。
【0013】 本発明の側面によれば、多孔質媒体は、本質的に非導電性ガラス、セラミック
もしくは合成ポリマー繊維および金属繊維からなる。好適な金属繊維は、いずれ
も用いることができる。本明細書における「金属」という語は、金属それ自体お
よび合金など金属のブレンドも指す。好適な金属の例には、鉄、銅、アルミニウ
ム、ニッケル、金、銀、および1種以上の金属もしくは炭素などの導電性材料を
含む合金が含まれる。合金の例には、ステンレススチール、青銅および黄銅が含
まれる。
【0014】 本発明の別の側面によれば、多孔質媒体は、非導電性合成ポリマー繊維および
金属被覆繊維を含む。金属被覆繊維には、金属被覆ガラス、セラミックおよびポ
リマー繊維などの繊維が含まれ、ガラス、セラミックもしくはポリマー繊維に当
業者に既知の方法により金属コーティングを与えることにより調製できる。例え
ば、金属コーティングは、熱噴霧、金属噴霧もしくは金属化プロセスにより与え
られる。これらのプロセスには、プラズマアーク噴霧、溶射、レーザー噴霧およ
び電気アーク噴霧が含まれる。一般に、これらのプロセスでは、コーティング材
料は溶融され、噴霧され、高速ガス流により繊維に強制的に当てられる。好まし
いプロセスにおいて、金属は、繊維もしくは繊維シートにレーザー噴霧される。
レーザー噴霧は、繊維シートの表面に焦点を当てるCO2レーザーなどの高パワ
ーレーザーを用いる。ヘリウムなどのキャリヤーガスは、金属粒をレーザー路中
および繊維上に吹き込む。別のプロセスにおいて、繊維のファブリックもしくは
ウェブを金属化し、結果として得られるファブリックもしくはウェブは引き裂か
れて、金属被覆もしくは金属化繊維を得ることができる。金属コーティングは、
繊維表面を部分的もしくは全体を覆うことができる。
【0015】 本発明の別の側面によれば、多孔質媒体は、非導電性ガラス繊維および金属含
浸繊維を含む。金属含浸繊維は、金属含浸ポリマー、セラミックもしくはガラス
繊維であり得る。例えば、種々の非導電性ポリマーを金属で含浸できる。含浸は
、好適ないずれかの方法により実施できる。例えば、金属粉末をポリマー粉末も
しくはペレットと組み合わせて、結果として得られる混合物を加工、例えば、押
し出して、金属含浸繊維を形成できる。代替的に、金属粉末をポリマー溶液と混
合し、結果として得られるスラリーを金属含浸繊維に紡ぐことができる。別の例
では、例えば、金属酸化物、ハロゲン化物、カーボネートもしくはアルコキシド
などの金属化合物をポリマーと組合せて、結果として得られる混合物を繊維に加
工できる。結果として得られる繊維を、適宜に処理、例えば、水素などの還元剤
で処理して、金属化合物を金属(ゼロ原子価)状態に転換できる。
【0016】 金属含浸ガラス繊維は、金属を含む溶融ガラス混合物から、例えば、溶融吹込
など既知のガラス繊維製造技術により調製することができる。金属含浸セラミッ
ク繊維は、例えば、金属もしくは金属化合物をシランポリマーなどのセラミック
材料の前駆体と組合せて調製し、例えば、溶融紡糸により繊維に造形することが
できる。結果として得られる繊維を、処理、例えば、適宜な雰囲気で加熱して、
金属含浸セラミック繊維を得ることができる。
【0017】 本発明の別の側面によれば、多孔質媒体は、非導電性ガラス、ポリマー(合成
もしくは天然であり得る)もしくはセラミック繊維および導電ポリマー繊維を含
む。フィラメントを含む適宜の導電ポリマー繊維を、非導電性繊維と混和できる
;例えば、共役ポリマー、例えば、ポリアセチレン、ポリアリーレン、ポリヘテ
ロサイクル、ポリ(アリーレンビニレン)およびポリアニリン、もしくはこれら
の組合せなどの導電ポリマー(すなわち、固有導電ポリマー)から作られた繊維
を混和することができる。導電ポリマーの追加例には、カルボキシル、スルホン
、ホスホン、アンモニウム、スルホニウムもしくはホスホニウム基などのイオン
もしくは電荷基を含む、あるいはそれらに改変されるポリマーが含まれる。
【0018】 本発明の別の側面によれば、多孔質媒体は、非導電性ガラスもしくはセラミッ
ク繊維および導電性材料被覆繊維を含む。導電性材料は、非導電性繊維に上に被
覆される。いずれかの好適な非導電性繊維を、好ましくはポリマー繊維を用いる
ことができる。ポリマー繊維は、天然でも合成でもあり得る。導電性材料は、金
属、金属化合物、例えば、金属酸化物、炭素、セラミックもしくは導電性ポリマ
ーであり得る。
【0019】 本発明の別の側面において、多孔質媒体は、非導電性天然ポリマー繊維および
導電性材料含浸繊維を含む。 さらに、種々の非導電性ポリマー、例えば、以下に検討される非導電性ポリマ
ーに、炭素もしくは金属などの導電性材料あるいはイオン物質を被覆もしくは含
浸できる。イオン物質の例には、陰イオンおよび/または陽イオン荷電ポリマー
などのイオンポリマーが含まれる。典型的なイオン荷電ポリマーは、カルボキシ
ル、スルホンもしくはホスホン基などの陰荷電基、アンモニウム、スルホニウム
もしくはホスホニウム基などの陽荷電基を含む。陽荷電基は、クウォタナイズド
(quaternized)基としても存在し得る。カルボキシメチルセルロースが、イオン
ポリマーの例である。
【0020】 本発明の種々の側面における非導電性繊維は、ガラス、ポリマー(例、合成ポ
リマー)、セラミックもしくはこれらの組合せから作られた短繊維、フィラメン
トもしくはヤーンを含み得る。ガラス繊維の例には、ボロシリケートが含まれる
。非導電性合成ポリマー繊維を含む種々の非導電性ポリマー繊維が、入手可能で
ある。セラミック繊維の例には、アルミナ、シリカ、シリケートおよび石英が含
まれる。ガラス繊維が好ましい。非導電性ガラス、ポリマーもしくはセラミック
繊維は、さらにコーティング、例えば、繊維の耐久性、耐磨耗性もしくは加工性
を向上させるコーティングを含み得る。好適なコーティングの例は、フルオロカ
ーボンコーティング、例えば、PTFEなどのフルオロポリマーである。
【0021】 繊維は、適宜の寸法を有し得る。例えば、導電性繊維もしくは非導電性繊維は
、約1μm以下〜約100μm以上、好ましくは約1μm〜約10μm、より好
ましくは約1μm〜約3μmの直径を有し得る。導電性繊維は、非導電性繊維マ
トリックス内に、多孔質媒体に所望の導電率を与える量で、例えば、多孔質媒体
の約50重量%未満、典型的には約25%重量以上、好ましくは約15〜約25
重量%、より好ましくは約22〜約25重量%の量で取り込まれ得る。
【0022】 多孔質媒体は、乾燥載置もしくは湿式載置を含む適宜の方法により調製できる
。例えば、導電性繊維(例、金属繊維)および非導電性繊維の混合物を含むスラ
リーを、調製できる。代替的に、導電性繊維のスラリーおよび非導電性繊維のス
ラリーを別々に調製し、両スラリーを、スラリーが混合される混合室に入れるこ
とができる。スラリーを、適宜のキャリヤー、例えば、水もしくはアルコール中
で調製できる。金属、金属被覆もしくは金属化繊維の密度は一般にほとんどの非
導電性繊維のそれよりも高いので、スラリーの粘度および/または流量は、多孔
質媒体において所望の金属含有量および金属分布の均一性を得るために適宜に調
整できる。スラリーは、また繊維の互いの結合を改善するために結合剤などの添
加剤を、および/またはスラリーを安定化するために界面活性剤もしくは増粘剤
などの懸濁助剤を、含むことができる。
【0023】 混合物は、加工されてマトリックスもしくはウェブを形成する。マトリックス
は、適宜の方法により、例えば、不織ファブリックもしくは紙などのウェブの製
造で既知の方法により形成できる。繊維スラリーの混合物を、スクリーンなどの
表面に載置することができ、その上でマトリックスを形成でき、それからこのよ
うに形成されたマトリックスを後に取り出すことができる。導電性および非導電
性繊維のマトリックスも、導電性もしくは非導電性基体などの多孔質支持体の上
に載置して複合ろ過材を形成できる。例えば、傾斜ワイヤ長綱抄紙機もしくはシ
リンダーフォーマーなどの二次成形機を、マトリックスを成形するために用いる
ことができる。マトリックス形成の間吸引もしくは真空を適用することにより、
キャリヤーを除去し、マトリックスの厚さ、多孔度および密度を調整できる。得
られたマトリックスを、結合プロセス、例えば、ステッチング(stitching)、ニ
ードルフェルティング(needle-felting)もしくはカレンダリング(calendaring)
に供して繊維のからみ合いを改善、あるいはマトリックスの強度、可撓性、多孔
度、密度、ロフトおよび/または厚さを調整することができる。代替的に、スラ
リー混合物をダイ、例えば、スロットダイを含む適宜の押出機中で押し出すこと
により、マトリックスを形成することができる。
【0024】 マトリックスの繊維は、種々の方法で結合できる。例えば、繊維を互いに結合
することは、適宜の手段、例えば、機械的、化学的、溶媒および/または熱手段
により実施できる。機械的結合において、繊維を単に載置することにより、およ
び/またはニードルフェルティング、ステッチボンディング(stitchbonding)お
よび/またはハイドロエンタングリング(hydroentangling)などの摩擦方法によ
り繊維をからみ合わせることができる。化学的結合は、樹脂、例えば、接着樹脂
を、飽和、浸漬、噴霧、印刷および/または発泡によりマトリックスに適用する
ことを含むことができる。代替的に、接着樹脂を、スラリー混合物中に含ませ、
樹脂を活性化させて繊維を互いに結合することができる。樹脂は、熱もしくは光
により活性化される。光は、適宜の波長のもの、例えば、マイクロ波、遠赤外線
、赤外線、可視光線、紫外線、遠紫外線、x‐線もしくはγ線であり得る。溶媒
も繊維を結合するために用いることができる。溶媒は、繊維の一部を溶解、膨潤
もしくは軟化することにより作用し、結果として得られる溶液中のポリマーある
いは膨潤もしくは軟化部分は結合剤として作用する。溶媒を、後に除去できる。
熱結合においては、熱を用いて繊維をいっしょに融解もしくは溶接できる。2種
以上の結合プロセスの組合せも、用いることができる。
【0025】 本発明の別の側面によれば、複合ろ過材は、導電性基体に載置され、かつ結合
されている繊維層を含む。繊維マトリックスは、適宜の手段により、例えば、化
学的、熱、溶媒の使用、および/または機械的もつれ合いもしくはからみ合いに
より、結合され得る。
【0026】 本発明の側面において、好適なポリマー繊維には、天然ポリマー繊維および合
成ポリマー繊維が含まれる。天然繊維の例には、ウール繊維およびセルロース繊
維が含まれる。セルロース繊維の例には、綿、ラミー、大麻、ジュート、亜麻、
バガス(bagasse)、ユーカリ(eucalyptus)およびエスパルト(esparto)が含まれる
。合成繊維の例には、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、コポリイミド
、ポリアリーレンオキシド、ポリアリーレンサルファイド、ポリエステル、ポリ
カーボネート、ポリスルホン、ポリケトン、セルロースのポリエーテルエーテル
ケトン誘導体、アクリル系誘導体、フェノール類、ポリアクリロニトリルおよび
アセテートが含まれる。ポリオレフィンの例には、ポリエチレン、ポリプロピレ
ンおよびPTFE、PVDF、PVCおよびポリクロロトリフルオロエチレンな
どのハロゲン化ポリオレフィン、ならびにハロゲン化オレフィンのハロゲン化も
しくは非ハロゲン化オレフィンとのコポリマーが含まれる。ポリアミドの例には
、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン612およびナイロン46などの脂肪族
ポリアミド、ARAMID(登録商標)もしくはKEVLAR(登録商標)など
の芳香族ポリアミド、ならびにナイロン6Tなどの脂肪族芳香族ポリアミドが含
まれる。フェノール系繊維の例には,NOVOLOID(登録商標)繊維が含ま
れる。ポリエステルの例には、PETおよびPBTが含まれる。セルロース誘導
体の例には、TENCEL(登録商標)など木から作られるレーヨンおよび繊維
が含まれる。
【0027】 繊維を、適宜のいずれかの方法により基体に載置できる;例えば、繊維を、乾
燥載置、もしくは好ましくは湿式載置できる。かくて、湿式載置については、繊
維は、水もしくはアルコールなどのキャリヤーと混合され、接着樹脂などの樹脂
および樹脂を含む繊維スラリーは、例えば、薄層として、導電性基体に載置され
る。結果として得られる繊維載置基体を、乾燥させてキャリヤーを除去できる。
さらに、樹脂を活性化して繊維マトリックスを基体に結合し、複合ろ過材を形成
できる。樹脂を、例えば、化学薬品、溶媒、光、放射線、もしくは好ましくは熱
の適用により活性化できる。かくて、樹脂が活性化すると、それは溶融、軟化、
膨潤、溶解および/または硬化し、かつ基体を繊維層に、および/または繊維を
互いに、結合する。別の実施態様において、導電性基体に、樹脂を被覆できる;
例えば、導電性基体の表面に樹脂を被覆でき、かつ繊維の混合物を樹脂被覆基体
に載置できる。繊維載置基体を乾燥させてキャリヤーを除去でき、かつ樹脂を活
性化して繊維マトリックスを導電性基体に、および/または繊維を互いに、結合
し、それにより複合ろ過材を形成できる。さらに別の実施態様において、樹脂を
繊維マトリックスおよび導電性基体に、例えば、飽和、浸漬もしくは噴霧により
、導入できる。
【0028】 改善した結合を与えるのに好適な樹脂は、いずれも用いることができる。樹脂
は、好ましくは接着剤である。接着剤は、例えば、加熱すると溶融もしくは軟化
する樹脂などの熱可塑性樹脂、例えば、ホットメルト接着剤、あるいは熱、酸素
、湿分もしくは放射線による活性化で硬化する樹脂などの熱硬化性樹脂、例えば
、エポキシ、アクリル系、ビニル系、シアノアクリレート、シリコーンもしくは
ウレタン樹脂であり得る。好適な樹脂の例は、ポリビニルアセテートである。
【0029】 多くの実施態様において、繊維層(もしくはマトリックス)および基体を、樹
脂の使用なしで結合できる。かくて、例えば、ポリマー繊維を、導電性基体に載
置し、繊維載置基体を加熱して基体を軟化もしくは溶融して繊維層に結合し、ま
た繊維を互いに結合し、それにより複合ろ過材を形成できる。非ポリマー繊維を
含む繊維も、機械的に基体に結合できる。例えば、繊維が基体に載置されると、
繊維は、機械的に基体にもつれ合い、かつからみ合って、それにより複合ろ過材
を形成する。代替的にもしくは追加的に、繊維を、導電性基体に載置し、続いて
適宜の加工、例えば、ニードルフェルティングによりさらに繊維と基体との間の
機械的結合を強化できる。
【0030】 基体は、繊維層もしくはマトリックスに物理的もしくは機械的支持を与える。
基体は多孔質であり、典型的にはろ過中の圧力低下を最小にする、もしくは減少
させるためにそれが支持する繊維マトリックスのそれよりも大きなポアサイズを
有する。例えば、基体は、約20μm以下〜約250μm以上の範囲、好ましく
は約50μm〜約100μmの範囲の公称ポアサイズを有する。
【0031】 導電性基体を、例えば、メッシュ、スクリーン、ネット、網状構造、あるいは
織もしくは不織シート、ファブリックあるいはウェブに仕上げ、適宜の導電性も
しくは非導電性基材で構成させることができる。例えば、基体は、金属、金属被
覆もしくは金属化メッシュ、ファブリックあるいはウェブを含むことができる。
導電性基体は、好ましくは非導電性ポリマーなどの非導電性基材の織もしくは不
織ファブリック、ウェブもしくはメッシュを含む。より好ましくは、導電性基体
は、非導電性ポリマーから作られる不織ファブリック、ウェブもしくはメッシュ
を含む。不織メッシュの例は、押出ポリマーメッシュである。好適な基材の好ま
しい例は、商標名REEMAYの下で入手可能なファブリックなどの不織ポリエ
ステルファブリックである。
【0032】 非導電性基材を、種々の方法で改変して基体を導電性にすることができる;例
えば、基材に、炭素、金属および/または金属化合物などの導電性材料を被覆も
しくは含浸することができる。かくて、例えば、基材に、炭素、例えば、黒鉛、
および結合剤を含む組成物で被覆できる。導電性材料被覆もしくは含浸は、適宜
の配合量で、例えば、基材の約20重量%以下〜約50重量%以上、好ましくは
約30重量%〜約50重量%、より好ましくは約40重量%〜約45重量%の範
囲で存在し得る。導電性材料は、例えば、非導電性基材ウェブ、ファブリックも
しくはメッシュのいずれか一方の側もしくは両側、好ましくは全体に、コーティ
ングとして存在し得る。有利には、接着樹脂は導電性材料とともに含まれて、導
電性材料の基材への結合を向上させることができる。
【0033】 非導電ポリマーの織もしくは不織ファブリック、ウェブもしくはメッシュに基
づく基体は、それらが柔軟性があり、かつ二次加工および/またはろ過材装置操
業の間機械的により安定および/または強健であるという利点を有する。代替的
に、あるいは追加として、そのような基体を含む媒体は、ある金属もしくは炭素
繊維に基づく基体を含む媒体に比べて、残留物もしくは破片などの物質をわずか
しか加工液体流れに浸出しないかもしれない。
【0034】 代替的に、導電性基体は、炭素などの導電性基材から作られるファブリック、
ウェブもしくはメッシュであり得る。炭素ファブリック、ウェブもしくはメッシ
ュを、黒鉛、ピッチ、あるいは炭化性ポリマー繊維、ウェブもしくはメッシュか
ら製造することができる。ピッチの例は、コールタールピッチである。炭化性ポ
リマーの例は、ポリアクリロニトリルである。炭化性ポリマーの別の例は、商標
名KAPTONの下で入手可能なポリイミドなどのポリイミドである。実施態様
において、炭素は、熱硬化性ポリエステルなどのポリエステルから製造できる。
炭化性ポリマーから作られるファブリック、ウェブもしくはメッシュを、好まし
くは酸素もしくは空気の不存在下、高温に加熱して水素、窒素および/または酸
素の損失、ならびに炭素ファブリック、ウェブもしくはメッシュの形成をもたら
すことができる。
【0035】 導電性基材を、共役ポリマー、例えば、ポリアセチレン、ポリアリーレン、ポ
リヘテロサイクル、ポリ(アリーレンビニレン)およびポリアニリン、もしくは
これらの組合せなどの導電ポリマーから製造することもできる。基体を、完全に
導電ポリマーで構成させることができるが、代替的に、非導電性基材、例えば、
ナイロンもしくはポリエステルに導電ポリマーを被覆して導電性基体を製造する
こともできる。
【0036】 本発明の多孔質媒体、マトリックスもしくは複合ろ過材は、適宜のポアサイズ
、例えば、約100μm未満、好ましくは約0.05μm〜約100μm、より
好ましくは約0.05μm〜約25μm、さらに好ましくは約1.0μm〜約2
5μmのポアサイズを有することができる。例えば、1μm未満のサブミクロン
ポアサイズの媒体も、多くのろ過材用途に好まれる。実施態様において、媒体は
、約50μm以下のポアサイズを有する。
【0037】 本発明の導電性ろ過材マトリックス、基体、多孔質媒体および複合ろ過材は、
好ましくは高導電率もしくは低抵抗率、例えば、約1012オーム/平方又はそれ
以下のオーダーで、典型的には約1010オーム/平方又はそれ以下のオーダーで
、好ましくは約106オーム/平方又はそれ以下のオーダーで、より好ましくは
約104オーム/平方又はそれ以下のオーダーで、例えば、約1x103オーム/
平方以下〜約7x103オーム/平方以上の表面抵抗率を有する。代替的にもし
くは追加的に、導電性ろ過材マトリックス、基体、多孔質媒体および複合ろ過材
は、好ましくは約1010オームcm又はそれ以下のオーダーの体積抵抗率を有す
る。表面および/または体積抵抗率は、当業者に既知の方法、例えば、ASTM
法D257および/またはD4496により測定できる。
【0038】 本発明の別の側面において、液体処理の間に発生する電荷を散逸させる方法は
、前述の導電性多孔質媒体もしくは複合ろ過材を液体と接触させることを含む。
方法は、液体を媒体の上流表面と接触させて置き、液体の少なくとも一部を媒体
に通過させることを含む。媒体は、電荷不均衡もしくは電荷蓄積を抑制する。本
発明を具体化する多孔質媒体および/または複合ろ過材を取り込み得るろ過材パ
ック、ろ過材要素およびろ過材アセンブリーは、1999年11月23日に出願
された米国仮出願第60/166,991号、および2000年11月22日に
出願されたJoseph G.Adiletta、Leonard E.Ben
sch、Kenneth M.WilliamsonおよびRonald D.
Hundleyによる“Fluid Treatment Packs,Flu
id Treatment Elements,and Methods fo
r Treating Fluids”と題するPCT国際出願に開示され、ど
ちらもその内容すべてが本明細書に取り込まれる。
【0039】 下記実施例は、本発明をさらに説明するが、もちろん本発明の範囲を限定する
と解釈すべきではない。 実施例1 この実施例は、本発明の実施態様によるろ過材の利点を説明する。
【0040】 水性繊維スラリーを、公称直径1.0μmのガラス繊維100ポンドおよび1
00ガロンの水中10ポンドのポリビニルアセテート樹脂を混合することにより
調製する。ついで、スラリーを、2デニールポリエステル繊維を含む1オンス/
平方ヤード基本重量の不織ファブリックに載置する。湿潤繊維を、6gの乾燥繊
維が最終的に基体1平方フィートにつき入手可能なように載置する。繊維を、熱
を当てて乾燥させ、樹脂を熱活性化して複合ろ過材を形成する。結果として得ら
れるろ過材は、6μmの平均ポアサイズを有する。
【0041】 複合ろ過材の表面抵抗率を、ASTM D4496に実質的に開示される方法
により測定する。かくて、表面抵抗率を、試料の一方の端にクリップされた4枚
の黄銅1x1インチシート1組を用いて、1x4インチ試料で測定する。このテ
スト配置は、表面抵抗率測定のために1x2インチ区分を与える。測定された抵
抗率に、試料の幅を掛け、ゲージ長さで割る。表面抵抗率は、106オーム/平
方よりも大きい。
【0042】 本発明によるやはり6μm級のろ過材4試料を、ガラス繊維とポリビニルアセ
テート樹脂とのスラリー混合物を、前もって導電性炭素で被覆したポリエステル
基材からなる不織基体上に湿式載置することにより同様に調製する。繊維層を乾
燥させ、樹脂を熱活性化する。結果として得られるろ過材を、表面抵抗率につい
て上記のようにテストする。試料の表面抵抗率は、1.8x103、1.5x1
3、3.9x103および6.3x103オーム/平方である。観察された導電
率(もしくは低抵抗率)は、主として導電性基体によると思われる。本発明のろ
過材は、導電性基体を含まないある媒体よりも高導電率を有する。
【0043】 実施例2 この実施例は、本発明の実施態様による多孔質媒体の利点を説明する。繊維混
合物の75重量%のガラス繊維および25重量%のステンレススチール繊維を含
む水性スラリー混合物を、2μmステンレススチール繊維25g、2μmガラス
繊維75gおよび水2000gを混合することにより調製する。結果として得ら
れたスラリーを、スクリーン上に載置して層を形成する。繊維中の残留水を、繊
維層を加熱することにより除去する。層の乾燥繊維を、ニードルフェルティング
によりもつれ合わせ、もしくはからみ合わせる。媒体の表面抵抗率を、実施例1
のようにして測定すると、106オーム/平方未満である。
【0044】 実施例3 この実施例は、本発明の別の実施態様による多孔質媒体の利点を説明する。多
孔質ガラス繊維媒体シートは、レーザーアーク噴霧被覆により被覆されたアルミ
ニウムである。アルミニウム化媒体シートを、シートを切り裂いて未金属化ガラ
ス繊維とブレンドすることにより再パルプ化する。金属化繊維の量を、繊維混合
物の約25重量%に保つ。結果として得られる混合物を、実施例2で検討される
ような多孔質媒体に二次加工する。媒体の表面抵抗率を、実施例1のようにして
測定すると、106オーム/平方未満であることがわかる。
【0045】 参照した全特許の内容すべてが、本明細書に取り込まれる。 本発明をいくつかの実施態様に重点を置いて説明したが、実施態様の変法を用
いてもよいこと、ならびに本発明を本明細書に具体的に記載されるものとは別の
方法で実施してもよいことは、当業者には自明であろう。したがって、本発明に
は、上記特許請求項で定義される本発明の精神および範囲内に包含される全改変
が含まれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) D21F 11/14 D21F 11/14 D21H 13/40 D21H 13/40 13/48 13/48 27/08 27/08 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ウィリアムソン,ケネス・エム アメリカ合衆国ニューヨーク州13078,ジ ェームズヴィル,ヘンネベリー・ロード 3139 (72)発明者 ハンドリー,ロナルド・ディー アメリカ合衆国ニューヨーク州13104,マ ンリウス,ターンストン・ドライブ 8222 Fターム(参考) 4D019 AA03 BA04 BA05 BA06 BA12 BA13 BA16 BA18 BB02 BB03 BC15 CB04 DA03 4L055 AA01 AA03 AA05 AA06 AA07 AF02 AF03 AF04 AF05 AF09 AF10 AF11 AF15 AF29 AF30 AF32 AF33 AF34 AF35 AF44 AF47 AG64 AH37 AJ01 BE14 BE20 EA04 EA15 EA16 FA11 GA31

Claims (74)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非導電性ガラス、ポリマーもしくはセラミック繊維および導
    電ポリマー繊維を組合せで含む多孔質媒体。
  2. 【請求項2】 非導電性ガラスもしくはセラミック繊維および導電性材料被
    覆繊維を組合せで含む多孔質媒体。
  3. 【請求項3】 非導電性ガラス繊維および導電性金属含浸繊維を組合せで含
    む多孔質媒体。
  4. 【請求項4】 非導電性合成ポリマー繊維および導電性金属被覆もしくは金
    属化繊維を組合せで含む多孔質媒体。
  5. 【請求項5】 非導電性天然ポリマー繊維および導電性材料含浸繊維を組合
    せで含む多孔質媒体。
  6. 【請求項6】 本質的に非導電性合成ガラス、セラミックもしくは合成ポリ
    マー繊維および導電性金属繊維からなる多孔質媒体。
  7. 【請求項7】 イオン物質を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の多孔質
    媒体。
  8. 【請求項8】 前記導電性繊維が、約1μm〜約100μmの直径を有する
    、請求項1〜7のいずれかに記載の多孔質媒体。
  9. 【請求項9】 前記導電性繊維が、多孔質媒体の約25重量%以下の量で取
    り込まれる、請求項1〜8のいずれかに記載の多孔質媒体。
  10. 【請求項10】 結合剤を含む、請求項1〜9のいずれかに記載の多孔質媒
    体。
  11. 【請求項11】 前記結合剤が、接着樹脂である、請求項10に記載の多孔
    質媒体。
  12. 【請求項12】 前記導電性繊維および前記非導電性繊維が、互いに機械的
    に結合されている、請求項1〜11のいずれかに記載の多孔質媒体。
  13. 【請求項13】 導電性基体に載置され、かつ結合されている繊維層を含む
    複合ろ過材。
  14. 【請求項14】 前記繊維層が、非導電性繊維を含む、請求項13に記載の
    複合ろ過材。
  15. 【請求項15】 前記繊維層が、導電性基体に化学的に結合されている、請
    求項13もしくは14に記載の複合ろ過材。
  16. 【請求項16】 前記繊維層が、接着樹脂を含む、請求項15に記載の複合
    ろ過材。
  17. 【請求項17】 前記接着樹脂が、前記繊維層と前記導電性基体との間の界
    面に存在する、請求項15に記載の複合ろ過材。
  18. 【請求項18】 前記繊維層が、溶媒の使用により導電性基体に結合されて
    いる、請求項13もしくは14に記載の複合ろ過材。
  19. 【請求項19】 前記繊維層が、導電性基体との機械的もつれ合いもしくは
    からみ合いにより結合されている、請求項13もしくは14に記載の複合ろ過材
  20. 【請求項20】 前記繊維層が、ガラスを含む、請求項13〜19のいずれ
    かに記載の複合ろ過材。
  21. 【請求項21】 前記繊維層が、ポリマーを含む、請求項13〜19のいず
    れかに記載の複合ろ過材。
  22. 【請求項22】 前記繊維層に含まれるポリマーが、天然ポリマーである、
    請求項21に記載の複合ろ過材。
  23. 【請求項23】 前記天然ポリマーが、ウール、綿、ラミー、大麻、ジュー
    ト、亜麻、バガス、ユーカリ、木およびエスパルトからなる群より選ばれる、請
    求項22に記載の複合ろ過材。
  24. 【請求項24】 前記繊維層に含まれるポリマーが、合成ポリマーである、
    請求項21に記載の複合ろ過材。
  25. 【請求項25】 前記合成ポリマーが、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリ
    イミド、コポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリアリーレンオキシド、ポリ
    アリーレンサルファイド、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール類、ポ
    リスルホン、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、セルロース誘導体、ア
    クリル系誘導体およびアセテートからなる群より選ばれる、請求項24に記載の
    複合ろ過材。
  26. 【請求項26】 前記繊維層が、セラミック繊維を含む、請求項13〜19
    のいずれかに記載の複合ろ過材。
  27. 【請求項27】 前記導電性基体が、導電ポリマーを含む、請求項13〜1
    9のいずれかに記載の複合ろ過材。
  28. 【請求項28】 前記導電性基体が、炭素繊維を含む、請求項13〜19の
    いずれかに記載の複合ろ過材。
  29. 【請求項29】 前記導電性基体が、金属メッシュもしくは金属線の網状構
    造を含む、請求項13〜19のいずれかに記載の複合ろ過材。
  30. 【請求項30】 前記導電性基体が、炭素化ポリマー繊維を含む、請求項1
    3〜19のいずれかに記載の複合ろ過材。
  31. 【請求項31】 前記炭素化ポリマー繊維が、炭素化ポリエステル繊維を含
    む、請求項30に記載の複合ろ過材。
  32. 【請求項32】 前記導電性基体が、導電性材料で被覆もしくは含浸された
    非導電ポリマーを含む、請求項13〜19のいずれかに記載の複合ろ過材。
  33. 【請求項33】 前記導電性基体が、イオン物質で被覆もしくは含浸された
    非導電ポリマーを含む、請求項13〜19のいずれかに記載の複合ろ過材。
  34. 【請求項34】 前記導電性材料が、炭素を含む、請求項32に記載の複合
    ろ過材。
  35. 【請求項35】 前記導電性材料が、金属もしくは金属化合物を含む、請求
    項32に記載の複合ろ過材。
  36. 【請求項36】 前記繊維層が、さらに導電性材料を含む、請求項13〜3
    5のいずれかに記載の複合ろ過材。
  37. 【請求項37】 前記導電性材料が、金属繊維を含む、請求項36に記載の
    複合ろ過材。
  38. 【請求項38】 前記導電性材料が、金属被覆繊維を含む、請求項36に記
    載の複合ろ過材。
  39. 【請求項39】 前記繊維層が、イオン物質を含む、請求項13〜35のい
    ずれかに記載の複合ろ過材。
  40. 【請求項40】 基体および基体に配置された請求項1〜12のいずれかに
    記載の多孔質媒体を含む複合ろ過材。
  41. 【請求項41】 前記基体が、導電性である、請求項40に記載の複合ろ過
    材。
  42. 【請求項42】 前記基体が、非導電性である、請求項40に記載の複合ろ
    過材。
  43. 【請求項43】 前記導電性基体が、導電性ポリマーを含む、請求項41に
    記載の複合ろ過材。
  44. 【請求項44】 前記導電性基体が、炭素繊維を含む、請求項41に記載の
    複合ろ過材。
  45. 【請求項45】 前記導電性基体が、導電性材料で被覆もしくは含浸された
    非導電ポリマーを含む、請求項41に記載の複合ろ過材。
  46. 【請求項46】 前記導電性基体が、不織布である、請求項45に記載の複
    合ろ過材。
  47. 【請求項47】 前記導電性材料が、炭素である、請求項45もしくは46
    に記載の複合ろ過材。
  48. 【請求項48】 前記導電性材料が、金属もしくは金属化合物である、請求
    項45もしくは49に記載の複合ろ過材。
  49. 【請求項49】 導電性基体に載置され、結合された約1μm以下のポアサ
    イズを有する繊維層を含む、複合ろ過材。
  50. 【請求項50】 導電性基体に載置され、結合された約50μm以下のポア
    サイズを有する繊維層を含む、複合ろ過材。
  51. 【請求項51】 約25μm以下のポアサイズを有する、請求項50に記載
    の複合ろ過材。
  52. 【請求項52】 前記導電性基体が、導電性ポリマーを含む、請求項49〜
    51のいずれかに記載の複合ろ過材。
  53. 【請求項53】 前記導電性基体が、炭素繊維を含む、請求項49〜51の
    いずれかに記載の複合ろ過材。
  54. 【請求項54】 前記導電性基体が、導電性材料で被覆もしくは含浸された
    非導電ポリマーを含む、請求項49〜51のいずれかに記載の複合ろ過材。
  55. 【請求項55】 前記導電性基体が、不織布である、請求項54に記載の複
    合ろ過材。
  56. 【請求項56】 前記導電性材料が、炭素である、請求項54もしくは55
    に記載の複合ろ過材。
  57. 【請求項57】 前記導電性材料が、金属もしくは金属化合物である、請求
    項54もしくは55に記載の複合ろ過材。
  58. 【請求項58】 前記繊維層が、接着樹脂を含む、請求項34〜57のいず
    れかに記載の複合ろ過材。
  59. 【請求項59】 前記繊維層と前記基体との間に接着樹脂が含まれる、請求
    項34〜58のいずれかに記載の複合ろ過材。
  60. 【請求項60】 非導電性ガラス、ポリマーもしくはセラミック繊維および
    導電ポリマー繊維を載置して多孔質媒体を形成することを含む、非導電性ガラス
    、ポリマーもしくはセラミック繊維および導電ポリマー繊維を含む多孔質媒体を
    調製する方法。
  61. 【請求項61】 非導電性ガラスもしくはセラミック繊維および導電性材料
    被覆繊維を載置して多孔質媒体を形成することを含む、非導電性ガラスもしくは
    セラミック繊維および導電性材料被覆繊維を含む多孔質媒体を調製する方法。
  62. 【請求項62】 非導電性ガラス繊維および導電性金属含浸繊維を載置して
    多孔質媒体を形成することを含む、非導電性ガラス繊維および導電性金属含浸繊
    維を含む多孔質媒体を調製する方法。
  63. 【請求項63】 非導電性合成ポリマー繊維および導電性金属被覆繊維を載
    置して多孔質媒体を形成することを含む、非導電性合成ポリマー繊維および導電
    性金属被覆繊維を含む多孔質媒体を調製する方法。
  64. 【請求項64】 非導電性天然ポリマー繊維および導電性材料含浸繊維を載
    置して多孔質媒体を形成することを含む、非導電性天然ポリマー繊維および導電
    性材料含浸繊維を含む多孔質媒体を調製する方法。
  65. 【請求項65】 非導電性ガラス、セラミックもしくは合成ポリマー繊維お
    よび導電性金属繊維を載置して多孔質媒体を形成することを含む、本質的に非導
    電性ガラス、セラミックもしくは合成ポリマー繊維および導電性金属繊維を含む
    多孔質媒体を調製する方法。
  66. 【請求項66】 繊維層を導電性基体に載置し、かつ繊維層を基体に結合す
    ることを含む、複合ろ過材を調製する方法。
  67. 【請求項67】 液体を請求項1〜12のいずれかに記載の多孔質媒体と接
    触させることを含む、前記液体の処理中に発生する電荷を散逸させる方法。
  68. 【請求項68】 液体を請求項13〜59のいずれかに記載の複合ろ過材と
    接触させることを含む、前記液体の処理中に発生する電荷を散逸させる方法。
  69. 【請求項69】 摩擦電荷を発生する液体を請求項1〜12のいずれかに記
    載の多孔質媒体と接触させることを含む、前記液体を処理する方法。
  70. 【請求項70】 摩擦電荷を発生する液体を請求項13〜59のいずれかに
    記載の複合ろ過材と接触させることを含む、前記液体を処理する方法。
  71. 【請求項71】 前記液体が、無極性液体である、請求項67〜70のいず
    れかに記載の方法。
  72. 【請求項72】 前記無極性液体が、炭化水素である、請求項71に記載の
    方法。
  73. 【請求項73】 請求項60〜65のいずれかに記載の方法により調製され
    る多孔質媒体。
  74. 【請求項74】 請求項66の方法により調製されるろ過材。
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