JP2011519268A - フィルター材をプラズマ加工する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
低圧非平衡コールドプラズマ(即ち数千度の熱プラズマではなく室温プラズマ)は、材料の表面組成および特徴を材料のバルク特性を変えずに変性するためのツールとして有効である。プラズマ加工は、マイクロエレクトロニクス、半導体、食品および薬品のパッキング、自動車、腐食防止および生体材料などの多くの異なる産業で知られている。プラズマ加工の3つの主要な分類として、材料とプラズマで発生する活性種とが相互に作用した後、揮発物の生成によって材料をアブレーションするプラズマエッチング、薄い(5−1000nm)有機または無機コーティングを堆積させるプラズマ化学気相堆積(PE−CVD)およびグロー放電を利用して材料に官能基をグラフトするプラズマ処理に分けられる。グラフト化された官能基は、処理された表面の一定の度合いの架橋に部分的に関連する。
カーボン粒子を図3に示すような酸/塩基表面特性を付与することを目的に種々の表面加工を使用して図1に示したようなプラズマリアクターで処理した。
このPE−CVD工程は、AA蒸気およびArによって供給される放電において実行される。AR/AA流量比、RFパワー、圧力、リアクターの回転および処理時間は、CHxOyの組成による架橋されたコーティングがカーボン粒子の表面に密に結合して成長して、その平均の厚さが5−50nmの範囲の値に調整できるような方法で制御される。
この工程は、酸素、場合によってはアルゴンとの混合物によって供給される放電で実行される。この工程のパラメーターは、酸素含有化学基(カルボキシル、ヒドロキシルおよびカルボニル)の酸化層がカーボンの表面に形成され、その極性(親水性、酸性)を向上させるように制御することができる。酸素原子は、炭素質材料との反応性が極めて高いフラグメント化された酸素分子からのプラズマに形成される。カーボンは一酸化炭素および二酸化炭素分子を発生させ、カーボン上に酸化された層を残すエッチング(アッシング)反応により消費される。変性された層の平均的な厚さは、非常に薄く、エッチング速度は、プラズマ条件によって調整可能である。一般的にプラズマ中の酸素原子の密度が高くなるにつれて、エッチング速度は速くなり、酸化されたカーボンの粗さおよび表面積も増加する。
この処理(グラフト化)工程は、NH3、場合によってはアルゴンとの混合物による放電中で実行される。この処理のパラメーターは、窒素を含む化学基(アミノ、イミノなどの)の層がフラグメント化された窒素含有ラディカルとの相互反応によってカーボンの表面にグラフト化されるように制御される。O2によるプラズマ処理に対して、NH3放電は、より滑らかな変性過程を誘発し、エッチング速度は、極めて遅い。変性された層の平均的な厚さは、極めて薄く、NH3−プラズマ処理されたカーボンの粗さおよび表面積は、ほんの僅かながら変化する。
カーボン:煙の化学的性質
6つの標準的なココナッツカーボンサンプル(それぞれ10グラム)を表1に示すガスを供給し、作業パラメーターで図1に略式に示したような回転リアクター中でプラズマ加工した。
Claims (21)
- 喫煙品に好適なフィルター材であって、このフィルター材は、フィルターの選択的なろ過特性を変性するために表面がプラズマ加工によって変質されているカーボンを含むことを特徴とするフィルター材。
- カーボンが粒状であることを特徴とする請求項1記載のフィルター材。
- 粒状カーボンがキャリアーに組み込まれることを特徴とする請求項2記載のフィルター材。
- キャリアーがセルロースアセテートトウであることを特徴とする請求項3記載のフィルター材。
- キャリアーが紙であることを特徴とする請求項3記載のフィルター材。
- カーボンの第1の部分の表面が第1のプラズマ加工処理によって変質され、カーボンの第2の部分の表面が第2のプラズマ加工処理によって変質されていることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項記載のフィルター材。
- 請求項1乃至6いずれか1項記載のフィルターを含む喫煙品。
- 喫煙品に適したカーボンを含むフィルター材の製造方法であって、この方法はフィルター材の表面を変質することによってフィルター材のろ過特性を選択的に変性することを含み、表面の変質はプラズマ加工によって行われることを特徴とする方法。
- 前記フィルター材のろ過特性の選択的な変性が酸性物質の吸着を増加させることを含むことを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記フィルター材のろ過特性の選択的な変性がアルカリ性物質の吸着を増加させることを含むことを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記フィルター材のろ過特性の選択的な変性がフィルター材の表面の親水性を増加させることを含むことを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記プラズマ加工がアクリル酸によるプラズマ化学気相堆積法を含むことを特徴とする請求項8乃至11いずれか1項記載の方法。
- 前記プラズマ加工がO2および/またはNH3によるエッチングを含むことを特徴とする請求項8乃至11いずれか1項記載の方法。
- 前記フィルター材が2つの異なるプラズマ加工処理に付されることを特徴とする請求項8乃至11いずれか1項記載の方法。
- 前記フィルター材が第1のプラズマ加工処理に付される第1の材料と、第2のプラズマ加工処理に付される第2の材料とを含むことを特徴とする請求項8乃至13いずれか1項記載の方法。
- 前記フィルター材が粒状のカーボンであることを特徴とする請求項8乃至15いずれか1項記載の方法。
- 前記フィルター材が糸状材またはシート状材を含むことを特徴とする請求項8乃至15いずれか1項記載の方法。
- 前記糸状材またはシート状材が粒状のカーボンを含むことを特徴とする請求項17記載の方法。
- 前記プラズマ加工がフィルター材がプラズマ加工チャンバーを介して供給されるように糸状材またはシート状材のためのロールトゥーロール構造を利用することを含むことを特徴とする請求項17または18記載の方法。
- 添付の図面を参照して本明細書中で実質的に説明されたフィルター材。
- 添付の図面を参照して本明細書中で実質的に説明されたフィルター材の製造方法。
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