JP2009526137A - 加湿器及びそれに含まれる蒸発マット - Google Patents

加湿器及びそれに含まれる蒸発マット Download PDF

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Abstract

本発明は、液体の蒸発のための装置であって、液体によって湿らされている蒸発マットを有し、前記マットから液体が蒸発する装置に関する。かかる装置において、蒸発マットは、
(1)繊維表面がコーティングで被覆されている繊維から成り、
(2)ポリアミンと、構造X-CH2[CH2CH(OR)]wCH2- (式中、wは0〜1の整数であり、wが0である場合、Xはハロゲンを意味し、wが1である場合、Xはハロゲンであり、Rは水素を示し、あるいは、X及びRは合わせて-O-を意味する)の末端基でエーテル化されたポリアルキレングリコールの硬化反応生成物を含む、
布帛を含むことにより特徴付けられている。

Description

本発明は、加湿器及びそれに含まれる蒸発マットに関する。
加湿器は、特に暖房のため室内の空気が著しく乾燥している冬の間に、閉め切った室内の空気を加湿するために使用される。加湿器内では、加湿される乾燥した室内の空気が湿った表面を越えて運ばれ、その表面から水が蒸発し、空気を水蒸気で部分的に飽和する。この蒸発プロセスを助けるために、加湿器は一般に、できるだけ大きな湿った構造表面を持つ少なくとも1つのいわゆる蒸発マットを含んでおり、加湿される空気はそれを越えて運ばれる。蒸発マットは通常、セルロース繊維、ガラス繊維、合成繊維、又はアルミニウムのような金属線からなる。適切な形に、特に波形に成形された数枚の蒸発マットは、しばしば並置され、 そのように並置された二つの蒸発マットの層の間に経路(又はチャンネル)が形作られ、それによって加湿される空気の流れの通行が改良される。
国際公開(WO)第99/32845号において、そのようなマットは"湿潤剤(又はウェッティング剤)"をしみ込ませてあり、又はそのようなマットは"吸湿性の表面層"と共に提供されると言及されている。しかし、"湿潤剤"または"吸湿性の表面層"の例は与えられていない。
一方、ポリアルキレングリコールのジグリシジルエーテルとポリアミンの硬化反応生成物は、布帛の静電気防止コーティングとして繊維産業において数十年間にわたって使用されている。参考文献の例として米国特許3347803号が挙げられる。
本発明によって解決するべき課題は、空気を加湿するための改良された装置を提供することである。
本発明によれば、課題は液体を蒸発させるための装置によって解決され、この装置は液体で湿らされている蒸発マットを有しており、そのマットから液体が蒸発する。この装置は、蒸発マットが、表面がX-CH2[CH(OR)]wCH2-の構造を持つ末端基によりエーテル化されたポリアルキレングリコールとポリアミンの硬化反応生成物を含むコーティングで覆われている繊維を有する布帛を含んでいることにより特徴付けられており、この構造においてWは0または1の整数であり、Wが0である場合、Xはハロゲンを意味し、Wが1である場合、Xはハロゲンを意味し、Rは水素を意味し、あるいはXとRは合わせて-O-を意味する。
好ましい実施形態は従属請求項に記載される。
驚くべきことに、これらの硬化反応生成物は、液体、特に水の蒸発を助ける蒸発マットの吸湿性コーティングとして適切であることがわかった。さらに、そのようなコーティングは非常に強く布帛に接着するため、徐々に洗い落とされることに対して(又は洗濯に対して)安定していることもわかった。ここでは蒸発マットは連続的にまたは断続的に水で湿らされており、十分強く接着していなければコーティングが洗い落とされる危険性があるため、このことは加湿器にとって重要である。耐洗濯性は、そのようにコーティングされた蒸発マットを、温められた水、即ち約40℃から80℃の水で湿らせた時にも観察された。この安定性は架橋が原因であると推測されるが、この架橋は反応生成物の硬化に付随するものである。
本発明の装置は第一に、上で定義したような1枚またはそれより多い数の蒸発マットを含む。これらは好ましくは、蒸発させる液体が取り込まれる環境に、マットの出来るだけ多くの幾何学的表面をさらすために、ステンレス鋼またはアルミニウム製のような骨組(又はフレーム)に締金(又はクランプ)で締め付けられる。蒸発させる液体を吸収する環境は一般にガスで満たされており、特に、このような環境は空気で満たされている。
更に、本発明の装置は好ましくは、蒸発させる液体を蒸発マットに断続的または連続的に供給するための供給ラインを含んでもよい。そのような供給ラインの第一の例はノズルで、そのノズルは締金(又はクランプ)で締め付けた蒸発マットに液体を噴霧することが出来る。そのような供給ラインの別の例はチューブで、そのチューブは好ましくは蒸発マットの上端に据え付けられ、複数の開口部を有し、それによって蒸発させる液体が上端から蒸発マットへ滴り落ち、そこから液体は重力の働きでマット上を流れ落ちる。
液体の蒸発を向上させるため、本発明の装置は好ましくはガスを循環させるための手段もまた含んでよく、その手段により蒸発マットのガス環境は循環し、従って、蒸発マットの表面付近のガスで満たされた空間は連続的に交換される。そのような手段の例として、ファンやプロペラが挙げられる。
蒸発させる液体は、一般におよそ装置周辺の温度である装置の作動温度において、相当な(又は著しい)蒸気圧を有するが、その温度ではまだ沸騰しない液体でよい。そのような液体の好ましい例として、不揮発性物質が水、有機溶媒、水/有機溶媒混合溶媒または純水に溶解した、あらゆる種類の溶液が挙げられる。
本発明の装置は、繊維を含む蒸発マットを含んでいる。本発明の文脈において、長さ方向に対して垂直に測定される最大の可能な横断面の寸法よりも遙かに大きい長さを有する、長尺のあらゆる種類の粒子(又は分子)は、"繊維"として理解される。この断面積は一定であることが好ましい。繊維の例としては、一般的にはほぼ一定の円形の横断面(これらが好まれる)を有するあらゆる真の繊維、又は箔から切り離された、従って方形に近い横断面を有するストリップ(又は帯状物)が挙げられる。
繊維は布帛を支える骨組を形成する。繊維を構成する材料は重要ではない。それは一方では天然の繊維(例えば木綿、亜麻、麻、黄麻、未漂白糸(grey)、苧麻、絹、サイザル又は羊毛)であってよく、無機繊維(例えばガラス繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、カーボン繊維、金属繊維、石英繊維、又はミネラルウール)であってもよく、合成繊維(例えばポリエステル、ビスコース、Ryton(登録商標)のようなPPS、ポリアクリロニトリル、Nomex(登録商標)、Kevlar(登録商標)若しくはKynol(登録商標)のようなアラミド、PVC、又はナイロンのようなポリアミド)であってもよい。熱可塑性合成物質の繊維が好ましい。熱可塑性合成物質の例は:
i)ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート
ii)ポリオレフィン、特にポリエチレン、ポリプロピレン、及びエチレン/α-オレフィン共重合体であってα-オレフィンとしてはC3〜C8のα-オレフィンが好ましく、プロピレンが特に好ましい
iii)ポリアミド、特にナイロン-6またはナイロン-66
iv)熱可塑性ポリウレタン
本発明において、ポリエチレンテレフタレート及びポリプロピレンが好ましい。
布帛の構造は重要ではない。布帛は、編物、織物、又は不織布(fleece)であってよい。織られていない、編まれていない、そして組まれていない(又は、ひものように編まれていない) 布帛は、本発明の文脈において"不織布"であると理解される。好ましくは、布帛は、空気動力学的に、流体力学的に、静電的に形作られた不織布、又は押出し成形により形作られた不織布(後者はスパンボンド(spunbond)と呼ばれている)である。布帛は、より好ましくは、空気動力学的に製造された不織布である。
布帛は一定の多孔率を有することが好ましい。この多孔率は、布帛の幾何学的表面の単位面積あたりの総構造表面の比率Astructural/Ageometricで定義され得る。この比率Astructural/Ageometricは下記のように計算してよく:
Figure 2009526137
 この式においてG は布帛の幾何学的表面の単位面積あたりの質量(その幾何学的表面の1平方メートル当たりのグラムで表される)で、総和は布帛に存在するiタイプの繊維の全てにわたって足し合わされており、xiは、布帛に含まれる全ての繊維の総質量に対するi番目の繊維の質量分率で、Tiはi番目の繊維の線密度(繊維長1000 mあたりのgで表される)、そしてdiはi番目の繊維の直径である(メートルで表される)。該比率Astructural/Ageometricの値は好ましくは10〜50の範囲内にあり(全ての工程の前に測定される)、より好ましくは約20である。
布帛が不織布の場合、骨組を形成する繊維の平均長さは好ましくは約30〜90 mmの範囲内にあり、より好ましくは約40〜約60 mmであり、特に好ましくは約50 mmである。繊維の直径は好ましくは10〜100 μmの範囲内にあり、より好ましくは15〜30 μmの範囲内にあり、特に好ましくは約20 μmである。骨組を形成する繊維の線密度の範囲は好ましくは約1〜約17 dtexであり、より好ましくは約3〜約10 dtexであり、特に好ましくは約5 dtexである(1 dtexは10 kmの繊維が1 gの質量を有することを意味する)。
不織布の形をした好ましい布帛は、より好ましくは硬化された不織布である。これを達成するため、不織布は、適切なバインダーを用いて、あるいは本発明に従って好ましくは、熱可塑性ホットメルト接着剤及び熱溶融(thermofusion)を用いて、骨組を形成している繊維が交差している所で互いに接着させてよい。ポリアクリレート及び/又はポリスチレンの共重合体、エチレン-ビニルアセテート共重合体、ポリビニルアセテート、又はビニルクロライド-エチレン-メチルメタクリレート共重合体の水性分散液をベースとする、熱可塑性バインダー、並びにアクリレートポリマーの水性分散液又はアクリレート/オレフィン共重合体の水性分散液をベースとする、デュロプラスティックバインダーであって、加熱中に硬化剤(例えばメチロール基を含む化合物、例えばトリメチロールプロパンまたはN-メチロールカルボン酸アミド)の影響の下、付随する架橋と共に硬化するものが、バインダーとしてふさわしい。熱可塑性ホットメルト接着剤は共重合体であってよい。好ましくは、それはコポリエステルである。そのようなコポリエステルの例としては、一方では軟らかいセグメントのブロックコポリエステルで、それはポリアルキレンエーテルジオール及び/又は長鎖の(例えばC5〜C12)脂肪族ジカルボン酸と一部結晶化したポリブチレンテレフタレートセグメントのエステルから得られる。そして他方では、脂肪族(C2〜C10)ジオール (好ましくは(C2〜C4の)ジオールで、例えばエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,2-ブタンジオール又はそれらの混合)、及びフタル酸/イソフタル酸のコポリエステルで、イソフタル酸に対するフタル酸のモル比は好ましくは7:3から9:1の範囲であってよい。
硬化された不織布を作製するのに用いられる熱可塑性ホットメルト接着剤は好ましくは、不織布に含まれている骨組を形成する繊維の原料の融点または融解範囲よりも低い融点または融解範囲を有している。骨組を形成する繊維の原料が熱可塑性合成物質である場合、その融点または融解範囲は一般に約130℃から約270℃の範囲内にあり得る。それとは対照的に、ホットメルト接着剤の融点または融解範囲は一般に約100℃から約150℃の範囲内にあり得る。"融解範囲がある範囲内にある"ことは、融解範囲の下限温度値と上限温度値は両方とも該範囲内に含まれていることを示していると理解されるべきである。ある融解範囲が別の融解範囲と比較して"より低い"ということは、より低い方の融解範囲の上限温度値が、より高温域にある融解範囲の下限温度値と等しいか又はより低いことを意味している。
蒸発マット中の繊維は、硬化され、そしておそらく架橋された、ポリアミン及びエーテル化されたポリアルキレングリコールの反応生成物を含むコーティングにより被覆されている。
反応生成物自体の調製法、即ち硬化の前の反応生成物について下記に記す。
少なくとも2つのアミノ基(それらは第一級または第2級である)を持つ全ての有機化合物は、ポリアミンに適している。好ましくは、ポリアミンは2個またはそれよりも多い数の第1級または第2級アミノ基で置換された炭化水素であって、その炭化水素残基は直鎖または有枝鎖で、好ましくは直鎖であって、その残基は好ましくは主鎖に2〜8個の炭素分子を有していて、その主鎖は-NH-、-O-、-NHCO-、-NHCONH-、及び-OCONH-の中から選択される1〜3個の官能基により任意にさえぎられてよく、但し、主鎖において互いに最も近接した2つのそのような官能基は、任意に置換された少なくとも炭素原子2個の長さのアルキレンスペーサーを越えて互いに結合する。前述した炭化水素残基が"有枝鎖"であってよいということは、メチル基及びエチル基から選択される側鎖が炭化水素鎖に置換されてよいということを好ましくは意味する。同様に、アルキレンスペーサーが"任意に置換"されてよいという表現は、メチル基及びエチル基から選択される置換基がアルキレンスペーサーと結合することを意味することが好ましい。
本発明において使用できるポリアミン類の例として:

a) 直鎖の1,ω-ジアミノアルカン、H2N-(CH2)m-NH2、ここでmは好ましくは2〜8、より好ましくは2〜4であって、例として1,2-ジアミノエタン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,5-ジアミノペンタン、又は1,6-ジアミノヘキサンが挙げられる。

b) a)に記載の、特により好ましくはmが2〜4である、1,ω-ジアミノアルカンをアクリロニトリルと反応させること、及びそれに続いて起こる接触水素添加により得られるポリアミン; これらのポリアミンは、アミノ基に対して等モルより少ない量のアクリロニトリルが使用された場合は、主にH2N-(CH2)3-NH-(CH2)m-NH2の構造を有し、等モルまたは過剰量のアクリロニトリルを使用した場合、ポリアミンは主にH2N-(CH2)3-NH-(CH2)m-NH-(CH2)3-NH2の構造を有する。

c) a)に記載の、特により好ましくはmが2〜4である、1,ω-ジアミノアルカンをアジリジンと反応させることにより得られるポリアミン; これらのポリアミンは、アミノ基に対して等モルより少ない量のアジリジンが使用された場合は、主にH2N-(CH2)2-NH-(CH2)m-NH2の構造を有し、等モルまたは過剰量のアクリロニトリルを使用した場合、ポリアミンは主にH2N-(CH2)2-NH-(CH2)m-NH-(CH2)2-NH2の構造を有する。

d) 直鎖脂肪族の1,ω-ジイソシアネート OCN-(CH2)k-NCO (ここでkは好ましくは2〜4) をa)に記載の1,ω-ジアミンと反応させることにより得られるポリアミン;これらのポリアミンは、イソシアネート基に対して等モルより少ない量のジアミンが使用された場合は、主にH2N-(CH2)m-NHCONH-(CH2)k-NH2の構造を有し、等モルまたは過剰量のジアミンを使用した場合、ポリアミンは主にH2N-(CH2)m-NHCONH-(CH2)k-NHCONH-(CH2)m-NH2の構造を有する。

e) 直鎖脂肪族の1,ω-ビスカルボン酸ハロゲン化物XCO-(CH2)p -OCX (Pは好ましくは2〜6)と、ハロゲン化アシル基に対して過剰量のa)に記載の1,ω-ジアミンとの反応により得られるポリアミン; これらのポリアミンは主にH2N-(CH2)m-NHCO-(CH2)p-CONH-(CH2)m-NH2の構造を有する。

f) ポリアミン類の別の具体例はグリコールまたはポリエーテルジオールを出発物質として得られる。グリコール(一般的な構造式はHO-(CH2)s-OHで、式中のsは好ましくは2または3) またはポリエーテルジオール(一般的な構造式はHO-(CHYCHZO)q-Hで、式中のY及びZは水素またはメチル基、qは好ましくは2〜4) はまず、ヒドロキシル基より過剰量の1,ω-ジハロゲン化アルキル(即ち、ヒドロキシル基1モル当たり1モルよりも多いジハロゲン化アルキル)と反応させ、その後、過剰量のアンモニアと反応させてよい。1,ω-ジハロゲン化アルキルはX-(CH2)t-Xの構造を有し、式中のXは塩素、臭素及びヨウ素から選択され、tは好ましくは、2〜4である。例として、1,2-ジブロモエタン、1,3-ジブロモプロパン、及び1,3-ジクロロプロパンがある。グリコールを出発物質とする場合、得られるポリアミンはH2N-(CH2)t-O-(CH2)s-O-(CH2)t-NH2の構造を有し、ポリエーテルジオールを出発物質とする場合、H2N-(CH2)t-O-(CHYCHZO)q-(CH2)t-NH2の構造を有する。
ポリアミンはビス(2-アミノエチル)アミン(=ジエチレントリアミン)であることが好ましい。
布帛をコーティングするための反応生成物を調製するため、前述したポリアミンはエーテル化したポリアルキレングリコールと反応させられる。ポリアルキレングリコールが"エーテル化される"とは、ポリアルキレングリコールの2個の末端ヒドロキシル基がエーテル化されることを意味する。エーテル化する基は、ポリアミンとの反応に付される前はX-CH2[CH(OR)]wCH2-の構造を有し、式中w、X及びRは前述の意味をもつ。ポリアルキレングリコール自体は式HO-(CHYCHZO)v-Hで表される純物質であってよく、式中vは好ましくは1〜4の整数、Y及びZはそれぞれ独立してメチル基または水素である。多くの場合、ポリアルキレングリコールは式HO-(CHYCHZO)v-H (式中、Y及びZもまた水素及びメチル基から選択される)で表され、繰り返し単位の数vが互いに異なっている同族化合物の混合物である。このポリアルキレングリコールの混合物はvではなく、その質量平均分子量Mwで記述される。
Figure 2009526137
 式中、iは存在する全てのポリアルキレングリコールの同族にわたって続いている添え字であり、N1及びMiは各々、i番目の同族体の分子数及び分子量である。この平均分子量Mwは、当該技術分野において通常そうであるように、化合物の希釈溶液について、レーザー光を用いた"多角度光散乱"(MALLS)の原理により測定される光散乱によって決定される。同族体の混合物の場合、Mwは好ましくは200〜1000 g/molの範囲内にあり、より好ましくは400〜800 g/molの範囲内にあり、特に好ましくは約600 g/molである。
式HO-(CHYCHZO)v-Hにおいて、好ましくはY及びZの内少なくとも1つは水素で、より好ましくはY及びZの両方が水素である。従って、後者の場合ポリアルキレングリコールはポリエチレングリコールである。
X-CH2CH2-(即ちwが0の場合)でエーテル化されたポリエチレングリコールは、当該技術分野において通常そうであるように、X-CH2CH2-OH(Xは前述の意味を有する)を下記式のアルキレンオキシドと共に出発物質として直接調製することによって得てよい。
Figure 2009526137
式中、Y及びZは前述の意味を有し、アルキレンオキシドは(X-CH2CH2-OHに対して)所望の複数倍のモル量となるように大過剰量使用される。その後、(X-CH2CH2-OHに対して(Xは上述の意味を有する))1当量のX-CH2CH2-Xと、助剤となる塩基の存在下で反応させる。
X-CH2CH(OR)CH2-(即ちwが1の場合)でエーテル化されたポリアルキレングリコールは、Xがハロゲンを意味し、Rが水素を意味する場合、式HO-(CHYCHZO)v-OHのポリアルキレングリコールまたはそのようなポリアルキレングリコールの混合物と、下記の構造を有するエピハロヒドリンの反応により、得てよい。
Figure 2009526137
 式中のXは前述の意味を有する。この反応は、米国特許3347803号の第5〜16行に記載の例IXと類似した方法で行ってよい。
X-CH2CH(OR)CH2-(即ちwが1の場合)でエーテル化されたポリアルキレングリコールは、XとRが合わせて-O-を意味する場合、対応する前述の、XがハロゲンでRが水素であるエーテル化されたポリアルキレングリコールから、後者を例えばアルミン酸ナトリウムと反応させることにより得られる(米国特許3347803号の例Vの第63〜66行を参照)。
ポリアミンとエーテル化されたポリアルキレングリコールの反応は、NaOHのような助剤となる塩基の存在下での水溶液中における既知の反応プロセスと類似の方法で行ってよい。ポリアミンに対するエーテル化されたポリアルキレングリコールの割合は、アミノ基に結合している反応性水素原子に対する反応性ハロゲン化物及び/又はエポキシ基のモル比が約4:7〜約7:5の範囲内になるように、好ましくは選択してよい。水溶液の濃度は約50〜約75 質量パーセントの反応物を含むようなものであることが好ましい。反応温度は好ましくは約80℃〜約150℃であって、その場合、加熱は還流の下で行われるのが好ましい。反応の継続時間は好ましくは約1〜約4時間でよい。
ポリアミン及びエーテル化されたポリアルキレングリコールから得られた反応生成物は濃縮水溶液として直接用いてよい。保存時の安定性を改善するために、溶液はpHを約5.0〜約6.0に調節してよい。
本発明における定義に該当するような反応生成物である商業的に入手可能な製品、及び、序論で述べたように布帛の静電気防止コーティング用として衣服の分野で用いられてきた反応生成物もまた、使用してよい。本発明において好ましいものとして、例えばHenkel製のNonax 1166、Nonax 975及びKatax 570が挙げられる。
所望の場合には、反応生成物を溶液として布帛に噴霧して布帛を反応生成物によって湿らせることは、溶液に界面活性剤を混ぜることによって改善させてよい。加える界面活性剤の量は一般的に、反応生成物の乾燥した固体成分に対して約0.01〜約0.5質量パーセントの範囲内でよく、好ましくは、布帛に供給するために使用する準備の際に、反応生成物の溶液が最大で40 mN/mの表面張力を有するような量の界面活性剤を加える。界面活性剤は重要ではない。適切な界面活性剤の好ましい例として、非イオン性界面活性剤(例えばアルキルフェノールエトキシレート、脂肪族アルコールのエタノールアミン、脂肪族アルコールのジエタノールアミン及びアルキルフルオロエトキシレート)又は陰イオン性界面活性剤(例えば硫酸アルキル、炭酸パーフルオロアルキル及びスルホン酸パーフルオロアルキル)がある。
好ましい硬化された不織布を作製するため、繊維の接着は、一般に水性分散液の形態である、件のバインダーを吹き付けることによって、及び加熱して架橋させることによって(そして望むならば同時に波形にし得る、下記も参照のこと)達成され得る。不織布を硬化させるためにホットメルト接着剤を用いた場合、本発明において好ましいように、このホットメルト接着剤は、空気動力学的に、機械的に、又は流体力学的に不織布を作製する間に、粉体の形で又は繊維の形で、骨組を形成している繊維と既に混ぜられていてよい。しかし、好ましくは、ホットメルト接着剤は骨組を形成している繊維へのコーティングの形態で用いられ、そのコーティングにより骨組を形成する繊維は完全に又は部分的に被覆される。ホットメルト接着剤で被覆されたこのような繊維は、当該技術分野において異相構造繊維(bicomponent fibres)として知られている。ホットメルト接着剤が骨組を形成している繊維を完全にコーティングしている異相構造繊維はまた、"芯鞘(core-sheath)"繊維として知られている。ホットメルト接着剤が骨組を形成している繊維と平行に、別のストランドとして通っており、従って、部分的にのみ骨組を形成している繊維をコーティングしている繊維について、"サイドバイサイド"繊維という用語もまた、ドイツ語を話す国々では用いられている。ホットメルト繊維によって部分的に又は完全にコーティングされている繊維の作製方法は知られており、当技術分野において対応する文献を参照すればよい。本発明で用いることの出来る商業的に入手可能な"芯鞘"繊維の例としては、ポリエステル(特にポリエチレンテレフタレート)の芯及び前述のポリエステル共重合体の鞘を有するものがあり、これらの商標はHoechstのTrevira(登録商標)及びEms ChemieのGrilene(登録商標)である。別の例としては、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートが芯で、ポリエチレンが鞘である繊維があり、対応する商標はChisso CorporationのES(登録商標)繊維である。商業的に入手可能な"サイドバイサイド"繊維の1例として、Chisso CorporationのES(登録商標)繊維があり、これは、骨組を形成する繊維としてポリプロピレンを、ホットメルト接着剤としてポリエチレンを有している。
硬化された不織布を用いた布帛に関する本発明の好ましい第一の実施形態において、"芯鞘"繊維は、必要に応じて、均質な合成材料から成る通常の骨組を形成する繊維を加えて用いられる。"芯鞘"繊維に対する通常の骨組を形成する繊維の質量比は一般に、0:100から上限は約80:20の範囲内であってよい。"芯鞘"繊維の線密度は、通常の骨組を形成する繊維の線密度と等しいことが好ましい。
硬化された不織布を有する布帛に関する別のより好ましい実施形態において、単一の合成材料から成る、通常の骨組を形成する繊維が、ホットメルト接着剤から成る繊維と混合されて、使用される。ホットメルト接着剤繊維に対する通常の骨組を形成する繊維の質量比は一般的に、40:60から約80:20の範囲内であってよく、好ましくは少なくとも約50:50である。ホットメルト接着剤繊維の線密度は通常の骨組を形成する繊維の線密度と等しいことが好ましい。
前述した反応生成物の布帛への塗布は、好ましくは反応生成物の水溶液を噴霧するか、又は布帛をその溶液中に浸積させることによって行われる。好ましくは、溶液は噴霧される。反応生成物の水溶液の濃度は好ましくは、溶液の質量に対して乾燥した固体が約0.1〜約10質量パーセントであって、より好ましくは約0.5〜約5質量パーセントである。噴霧または浸積する溶液は、好ましくは炭酸ナトリウムのようなアルカリ性薬剤を用いて、pHが6〜7の範囲内に調節される。溶液の噴霧による布帛の湿潤は、布帛に対して乾燥固体が1〜10質量パーセントとなる量で反応生成物が塗布されるようなものであることが好ましい。
耐炎性の向上が望まれる場合、溶液に対して約20パーセントまでの量の、又は反応生成物の乾燥固体の質量に対して20質量部までの量の、通常の、しかし水に不溶である難燃剤を、噴霧する水溶液に混合してよく、加える難燃剤の量はその効力及び溶解度から与えられてよい。用いることの出来る難燃剤の例として、アルミニウム3水和物、赤リン、ポリリン酸塩、ペンタクロロフェノール誘導体、3酸化アンチモン、メラミン、リン酸メラミン、並びに水に不溶の難燃性ホスホン酸及びそのエステルが挙げられる。難燃剤の好ましい一例として、下記の式で表されるホスホン酸エステルが挙げられる。
Figure 2009526137
 式中のxは0または1である。このタイプの難燃剤は、例えばAlbright & Wilson によって商標Amgard(登録商標)のもとで商品化されている。
反応生成物の硬化の前に、溶液を噴霧した塗布部は乾燥させられ、好ましくは通常の圧力及び80℃〜150℃の範囲内の温度で、通常1〜3分間、乾燥させられる。
布帛上での反応生成物の硬化は、通常、約100℃〜約180℃の温度にて5秒から約3分までの時間で、衣服産業において対応する硬化プロセスと同様にして達成されてよく、特定の反応生成物の硬化速度もまた考慮に入れてよい。硬化反応の温度及び持続時間は、ポリアルキレングリコールのエーテル化残基の反応基、即ち有機的に結合したハロゲン原子またはエポキシ基がポリアミンのアミン基と反応するように、また、蒸発させる液体にもはや溶解しない硬化した物質が形成されるように、都合よく選択される。
布帛が硬化された不織布である場合は、前述の反応生成物の硬化は、前述の骨組を形成する繊維の熱溶融と共に同時に一工程で実行されるのが好ましく、必要に応じて、それと同時に、加熱したポジティブ型/ネガティブ型成形機械を用いた不織布の機械的変形と共に実行されるのが好ましい。このため、熱溶融による繊維同士の接着と反応生成物の硬化が同時に行われ、更に、蒸発させる水を運ぶガスのストリームの流れに関して有利な効果を有する形を不織布に与えることもまた、同時に行われる。再び冷却され、硬化された不織布は成形機械によって押し付けられた形を保持する。
不織布において前述のプロセスが実行される場合、その不織布の繊維が本質的に"芯鞘"繊維である場合、反応生成物は架橋によって硬化するだけでなく、サーモゾル法(thermosolisation)により繊維の鞘を形成するホットメルト接着剤に部分的に組み込まれ、そのことが硬化反応生成物の不織布への接着を更に高めるという更なる利点が得られる。
蒸発マットの好ましい形状、特に、本発明の蒸発マットの好ましい形状は、正方形または長方形の形状である。好ましくは、その蒸発マットは、およそ正方形または長方形の波形鉄板(corrugated iron)のように見えるような波形をしている。ホットメルト接着剤によって硬化された不織布を布帛として用いるのもまた好ましい。前述の波形の方向は、正方形または長方形の蒸発マットの対角線方向に直線状に走っていることが好ましく、一般には水平の辺に対して20〜60°、好ましくは約30〜約45°の角度αとなっており、長方形の蒸発マットの場合、より長い辺が横方向の辺であると考えるのが好ましい。波形の方向は不織布表面全体にわたって一定であってよいが、好ましくは、全ての波形の方向は、所定の位置において180°-αの角度へと、それぞれの波形が、単独で上端または下端に開いたV字に似た形となるような折り目(crease)を形成して変化する。波形の方向はまた、一定の間隔でジグザグに変化してよく(例えば、蒸発マットの利用される領域に応じて10〜50 cmの間隔で)、この方向の変化は前述の角度αから前述の角度180°-αへ、そしてその反対もまた同じく交互に起こる。
本発明の装置に用いられる蒸発マットのうちのいくつかはそれ自体新規であり、従って、本発明の対象でもある。これらは、繊維が熱可塑性合成物質からなる硬化された不織布を含む蒸発マットで、これらの繊維は繊維が交差している位置で互いに接触しており、これらの繊維が交差している位置において熱可塑性バインダー、デュロプラスティックバインダー、又は熱可塑性ホットメルト接着剤によって互いに接着しており、その繊維の表面はポリアミンとX-CH2[CH(OR)]wCH2-の構造を有する末端基でエーテル化されたポリアルキレングリコールとの硬化反応生成物を含むコーティングで覆われており、この末端基の構造において、wは0〜1の整数であり、wが0である場合、Xはハロゲンを意味し、wが1である場合、xはハロゲンを意味し、Rは水素を意味し、あるいはX及びRが合わせて-O-を意味する。
本発明による液体を蒸発するための装置は空気の加湿、溶液の濃縮、又は冷却のために用いてもよい。空気の加湿のために蒸発させる液体は、主として水、例えば通常の水道水または脱塩水のような水である。溶液を濃縮する目的では、液体は水、有機溶媒、又は水/有機溶媒混合液に不揮発性物質が溶解した任意の溶液であってよい。不揮発性物質の具体例としては、無機又は有機塩、若しくは砂糖、廃糖又は色素のような有機化合物が挙げられる。濃縮される溶液の具体的な例としては、海水、失活した亜鉛めっき浴、失活した写真処理薬品、埋め立て地(又は埋め立てゴミ)の浸出液、化学工業からの下水、及び貴金属の電気化学的ラフィネーション(raffination)のような電気化学的工程に由来する失活した電解質溶液、又は貴金属自体の塩の濃縮するべき失活した電解質溶液が挙げられる。冷却目的では、湿式冷却器のような装置において、水は蒸発される液体として一般に用いられる。フレオン又はアンモニアのような冷却剤もまた、可能である。それに対応する工程もまた、本発明の対象である。
従来技術の蒸発プロセスの場合と同様に、湿った蒸発マットが、蒸発される液体の分圧がその液体と熱力学的に平衡状態になっている場合のガスのストリームにおけるその液体の分圧より低いガスの流れで強く吹き付けられていることは、本発明が機能するのに重要である。さもなければ、液体の蒸発は起こらない。
本発明は、図を参照して、具体的な実施形態によって説明される。
図1に、本発明の長方形(又は方形)の蒸発マットを示す。布帛1は、空気力学的に作製された、骨組を形成する"芯鞘"型(芯がポリエチレンテレフタレートで鞘がコポリエステルであり、繊維の断面が円形であり、線密度が2.2 dtexであり、繊維長が50 mmである、Trevira GmBHのTrevira 245)の異相構造繊維による不織布であり、ニードルによって機械的に予め硬化された不織布である。ポリアミンとエーテル化されたポリアルキレングリコールの硬化反応生成物は、不織布上の表面コーティング2として示されている。蒸発マットは波形に変形され、ほぼ波形鉄板(corrugated iron)の形状を有する。波の、谷(又はトラフ)の谷間の線(これらのうち2本のみが線B、B'として示されている)及び波頂(又はクレスト)の頂上の線(これらのうち2本のみが線C、C'として示されている)は、互いに平行に走っており、全ての谷の谷間の線(B、B')は、第一の仮想平面(図には示されていない)上に存在しており、全ての波頂の頂上の線は第二の仮想平面(図には示されていない)上に存在しており、第一及び第二の仮想平面は互いに平行に存在している。波の方向は、蒸発マットの所定の位置で角度が約30°及び150°のV字型を有する折り目となって変化し、その位置は、その波の波頂の頂上の線(C,C')と仮想上の直線Aの交点によって決定される。仮想上の直線Aは全ての波頂に接線として接しており、方向の変化は全ての波において同一である。これらの交差点は黒丸で示している。この場合、蒸発マットの作製は下記の通り行われた。商業的に入手可能な反応生成物(Henkel製のNonax 1166)を、溶液に対して5質量パーセント(乾燥した固体で)の反応生成物及び5質量パーセントの難燃剤(Flameguard HCA PW)を含み、10 %炭酸ナトリウム水溶液でpHを6〜7に調節した水溶液として用いた。溶液は、エアスプレー、エアミックス又はエアレスシステムを用いて、不織布1平方メートル当たり120 gの量で、硬化される前の不織布に噴霧された。溶液を噴霧された不織布は130℃で1.5分(又は150℃で1分)乾燥させた。乾燥した不織布は、加熱可能な波型の支持物と共に深絞り成形機内に置かれ、100℃で10秒間プレスされて所望の波形にされ、支持物の形状に合った加熱可能なパンチを用いて硬化され、それと同時にポリアミンとエーテル化されたポリアルキレングリコールの反応生成物は硬化され、同時に、サーモゾル法によってホットメルト接着剤と部分的に結合した。
図2は図1の蒸発マットの複数の複合体(14枚が示されている)を示している。最初の3枚のみが参照記号31、32、及び33で示されている。よりよい理解のために、一番上の蒸発マット31は部分的に切り開かれた形で示されている。蒸発マットは、波のV字型が交互に上方または下方を向くような様式で並置されており、波の折り目はその波の波頂と仮想上の直線A(マット31)及びA'(マット32)の交差点上を走っており、直線A、A'は互いに平行であるが互いにずれている。液体のストリームは好ましくは、(黒色の矢印で示されるように)上端から複合体の中へ供給される。蒸発する液体を引きとるガスのストリーム(即ち、一般的に空気のストリーム)は好ましくは、(白色の矢印で示されるように)側面から複合体の中へ運ばれ、そのため、液体とガスの流れはお互いに横切るような形で流れ去る。
図3は本発明の、水を蒸発させるための、一般的に加湿器として用いられるであろう装置を示している。この装置は、換気装置によって必要な空気の循環を供給する、建物の換気シャフトの中に取り付けるために設計されており、この空気を加湿する。図示する例の装置は、本発明の4つの蒸発マットの複合体301、302、303及び304を有し、これらの複合体は図2の複合体に類似しており、骨組4の中に垂直に取り付けられている。複合体303において、個々の蒸発マットの波形及び方向を示す。加湿される空気のストリームは、背面から複合体内へ運ばれることが好ましく、そのストリームは複合体の正面から出て行く。それぞれの複合体において、一般に約10〜100の蒸発マットが、一のマットが他の後ろになって並置されている。水は導管51、52を通って分配器ケーシング61、62内へ導かれる。これらの分配器ケーシングにおいて、複合体301、302の上側に単一のチューブまたは複数のそのようなチューブ(図には示されていない)があり、そのチューブは複数の開口部を有しており、それらは二つの複合体301、302の上に水を流し込こみ、それによってそれらの複合体上に水が滴り落ちる。従って、加湿される空気の流れ及び液体のストリームは、複合体内を交差した流れとなって運ばれる。蒸発マット上のコーティングは、複合体である全ての蒸発マットを湿らせる必要がない程度まで親水性であることが見出された。2、3の蒸発マットのみを湿らせることによって、結局、複合体に含まれる全ての蒸発マットは十分に吸水する。複合体301、302上に供給される水はこれらの上に滴り落ち、その後、下方の複合体303、304上に滴り落ち、蒸発させられない過剰な水は、収集管7内に集められる。チューブ51及び52には、ウォーターポンプ8によって水が供給される。供給する水は、任意でUV滅菌ユニット9を用いてバクテリアを除去してよい。
上端から水を複合体301、302、303、304上に滴らせるチューブを設ける代わりに、ノズルを配列したものもまた用いることが出来る。これらのノズルは垂直のラックまたは格子に好都合に設置され、複合体301、302、303、304から適度な距離をおいて垂直に設置される。
図１は、本発明の単一の蒸発マットを示している。 図２は、図1に記載の蒸発マット数枚から成る複合体を示している。 図３は、加湿器の形態の本発明の蒸発装置を示しており、この装置において水の供給はチューブによって行われ、そのチューブは上端から蒸発マット上へ水を滴らせる。

Claims (27)

  1. 液体の蒸発のための装置であって、液体によって湿らされている蒸発マットを有し、前記マットから液体が蒸発する装置であって、蒸発マットが、
    (1)繊維表面がコーティングで被覆されている繊維から成り、
    (2)ポリアミンと、構造X-CH2[CH2CH(OR)]wCH2- (式中、wは0〜1の整数であり、wが0である場合、Xはハロゲンを意味し、wが1である場合、Xはハロゲンであり、Rは水素を示し、あるいは、X及びRは合わせて-O-を意味する)の末端基でエーテル化されたポリアルキレングリコールの硬化反応生成物を含む、
    布帛を含むことにより特徴付けられている、装置。
  2. 繊維が熱可塑性合成物質である、請求項1に記載の装置。
  3. 繊維が、130℃〜270℃の範囲内にある融点または融解範囲を有する熱可塑性合成物質、特にポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンから成る、請求項2に記載の装置。
  4. 布帛(1)が不織布である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
  5. 不織布が、繊維同士が互いに接触している繊維の交差点を有し、当該交差点において、繊維が、熱可塑性バインダー、デュロプラスティックバインダー、又は熱可塑性ホットメルト接着剤によって共に接着されている、請求項4に記載の装置。
  6. 蒸発マットが波形を有しており、その波形の谷及び波頂は直線状で、互いに平行に走っており、全ての谷の谷間の線(B、B')は第一の仮想平面上にあり、全ての波頂の頂上の線(C、C')は第二の仮想平面上にあり、その第一及び第二の仮想平面が互いに平行である、請求項5に記載の装置。
  7. 各々の波の方向が蒸発マットの所定の位置において折り目を形成して変化し、その位置は波の波頂の頂上の線(C)と、全ての波頂の頂上の線(C、C')を横切る仮想直線(A)の交点で決定され、方向の変化が全ての波において同一である、請求項6に記載の装置。
  8. 一の蒸発マット、又は互いの頂上に位置し共に接着されている複数の蒸発マット(31、32、33)を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置。
  9. 蒸発させられる液体を、断続的または連続的に、一または複数の蒸発マットに供給するための、一または複数の供給ラインを含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置。
  10. 供給ラインがノズルで、当該ノズルは、一または複数の蒸発マット上に液体を噴霧する、請求項9に記載の装置。
  11. 供給ラインが複数の開口部を有するチューブであって、当該チューブは、液体を一または複数の蒸発マット上に供給する、請求項9に記載の装置。
  12. コーティングが難燃剤を含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置。
  13. 難燃剤が下記の化学式で表されるホスホン酸エステルであり、式中、xは0または1を意味する、請求項12に記載の装置。
    Figure 2009526137
  14. 布帛が、10〜50の範囲内にある単位幾何学的表面当たりの総構造表面の比率として算出される多孔率を有する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の装置。
  15. 繊維が交差している位置で繊維が互いに接触しており、当該繊維が交差している位置で、繊維が熱可塑性バインダー、デュロプラスティックバインダー、又は熱可塑性ホットメルト接着剤によって接着している熱可塑性合成物質の繊維を有する硬化された不織布を含んでおり、当該繊維の表面はポリアミンと構造X-CH2[CH2CH(OR)]wCH2- (式中、wは0〜1の整数であり、wが0である場合、Xはハロゲンを意味し、wが1である場合、Xはハロゲンであり、Rは水素を示し、あるいは、X及びRは合わせて-O-を意味する)の末端基でエーテル化されたポリアルキレングリコールとの硬化反応生成物を含むコーティングによって被覆されている、蒸発マット。
  16. 繊維が、190℃〜270℃の範囲内にある融点または融解範囲を有する合成物質から成る、特にポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンから成る、請求項15に記載の蒸発マット。
  17. コーティングが難燃剤を含む、請求項15または16に記載の蒸発マット。
  18. 難燃剤が下記の構造のホスホン酸エステルであって、式中、xは0または1を意味する、請求項17に記載の蒸発マット。
    Figure 2009526137
  19. 波形を有し、波の谷及び波頂が直線状で互いに平行に走っており、全ての谷の谷間の線(B、B')は一番目の仮想平面上にあり、全ての波頂の頂上の線(C、C')は第二の仮想平面上にあり、第一及び第二の仮想平面は互いに平行である、請求項15〜18のいずれか一項に記載の蒸発マット。
  20. それぞれの波の方向が蒸発マットの所定の位置において折り目を形成して変化し、当該位置は波の波頂の頂上の線(C)と、全ての波頂の頂上の線(C、C')と交差する仮想直線(A)の交点で決定され、方向の変化が全ての波において同一である、請求項19に記載の蒸発マット。
  21. 請求項1または15で定義した蒸発マットが液体で湿らされ、湿らされた蒸発マットには、蒸発させる液体の分圧が、当該液体と平衡状態になっている場合のガスのストリームにおける当該液体の分圧よりも低いガスのストリームが吹き付けられる、液体を蒸発させる方法。
  22. 液体が水で、水の蒸発により蒸発マット近傍のガスで満たされた空間が加湿される、請求項21に記載の方法。
  23. ガスで満たされた空間が空気を含む、請求項22に記載の方法。
  24. 液体は、不揮発性物質が水、有機溶媒、又は水/有機溶媒混合溶媒に溶解した溶液であって、液体の蒸発により液体中の不揮発性物質を濃縮する、請求項21に記載の方法。
  25. 水溶液が塩の溶液、糖の溶液、又は埋め立て地の浸出液である、請求項24に記載の方法。
  26. 液体が水、有機溶媒、又は水/有機溶媒混合溶媒であって、蒸発により液体を冷却する、請求項21に記載の方法。
  27. 水溶液が発電所の冷却塔または化学工程からの冷却剤である、請求項26に記載の方法。
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