(57)【要約】支持体へのパウダーの静電含浸。結合剤や香料などの材料を、ファイバーや医療装置などの支持体に添加するために静電含浸を用いることを開示する。静電含浸によって結合剤や香料などが添加された支持体を開示する。
2004502051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理方法であって、
フィルム、不織布、モノフィラメントファイバー、マルチフィラメントファイバー、医療装置、髪、縫合糸、及び金属装置からなる群から選択される支持体を用意するステップと、
少なくとも１つのコーティング材料で前記支持体を静電コーティングするステップとを含むことを特徴とする処理方法。
【請求項２】
前記支持体が少なくとも１つのファイバーを含むことを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記ファイバーが、セルロース系材料、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ（エーテルアミド）、ポリ（エーテルエステル）、フッ化ポリマー、それらのコポリマー、及びそれらの混合物からなる群から選択される材料を含むことを特徴とする請求項２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記ポリアミドが、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、及びナイロン６，６からなる群から選択され、
前記ポリエステルが、ポリカプロラクトン、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、及びベクトラン（Ｖｅｃｔｒａｎ）からなる群から選択され、
前記ポリオレフィンが、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる群から選択される、
前記ポリ（エーテルアミド）が、Ｐｅｂａｘ（登録商標）４０３３ ＳＡポリマー及びＰｅｂａｘ（登録商標）７２３３ ＳＡ ポリマーからなる群から選択され、
前記ポリ（エーテルエステル）が、Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）４０５６ポリマー及びＲｉｔｅｆｌｅｘ（登録商標）ポリマーからなる群から選択され、
前記フッ化ポリマーがポリ（フッ化ビニリデン）であることを特徴とする請求項３に記載の処理方法。
【請求項５】
前記コーティングが、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレン、ワックス、エラストマー、ポリカプロラクトン、及びそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の処理方法。
【請求項６】
第２のコーティングが前記支持体に静電気的に被着されることを特徴とする請求項５に記載の処理方法。
【請求項７】
前記第２のコーティングが、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレン、ワックス、エラストマー、ポリカプロラクトン、及びそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項６に記載の処理方法。
【請求項８】
物品であって、
不織布、モノフィラメントファイバー、マルチフィラメントファイバー、フィルム、医療装置、髪、縫合糸、及び金属装置からなる群から選択される支持体を含み、
前記支持体が請求項１に記載の処理方法によってコーティングされることを特徴とする物品。
【請求項９】
前記支持体が少なくとも１つのファイバーを含むことを特徴とする請求項８に記載の物品。
【請求項１０】
前記ファイバーが、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ（エーテルアミド）、ポリ（エーテルエステル）、フッ化ポリマー、それらのコポリマー、及びそれらの混合物からなる群から選択される材料から形成されることを特徴とする請求項９に記載の物品。
【請求項１１】
前記ポリアミドが、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、及びナイロン６，６からなる群から選択され、
前記ポリエステルが、ポリカプロラクトン、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、及びベクトラン（Ｖｅｃｔｒａｎ）からなる群から選択され、
前記ポリオレフィンが、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる群から選択され、
前記ポリ（エーテルアミド）が、Ｐｅｂａｘ（登録商標）４０３３ ＳＡポリマー及びＰｅｂａｘ（登録商標）７２３３ ＳＡポリマーからなる群から選択され、
前記ポリ（エーテルエステル）が、Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）４０５６ポリマー及びＲｉｔｅｆｌｅｘ（登録商標）ポリマーからなる群から選択され、
前記フッ化ポリマーがポリ（フッ化ビニリデン）であることを特徴とする請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
前記ファイバーが第２のコーティングを含むことを特徴とする請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
前記第１のコーティングが、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレン、ワックス、エラストマー、ポリカプロラクトン、及びそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の物品。
【請求項１４】
前記第２のコーティングが、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレン、ワックス、エラストマー、ポリカプロラクトン、及びそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、セラミック、合金、及びポリマーなどから形成される医療装置及びファイバーなどの支持体に結合剤や香料などの材料を加えるために静電含浸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ）を用いることに関する。本発明はまた、静電含浸により結合剤や香料などの材料が加えられた支持体に関する。
【０００２】
多くの支持体は、ポリマー、ポリマー結合剤、ワックス結合剤、及び香料などの材料でコーティングされる。例えば、人体に用いられるステントなどの医療装置は金属合金から形成されることが多い。ステントは、人体で使用する前にポリマーやワックスでコーティングする必要がある。一般にポリマーやワックスなどでコーティングされる支持体には、別の例としてデンタルフロスがある。
【０００３】
現在、デンタルフロスには、如何なる製品も達成していない主な消費者の要望が３つある。これらの要望とは、（１）使用時のほつれや寸断の予防／最小化、（２）密接している歯間に容易に挿入及びスライドができること、（３）歯肉に優しいことである。本明細書で用いる「ほつれ」は、歯間で使用する時にフロスにかかる応力によりファイバーが分離することを意味する。本明細書で用いる「寸断」は、歯間で使用する時にフロスにかかる応力によりファイバーが切断されることを意味する。ほつれ及び寸断がデンタルフロスについての最も多い消費者の不満であるため、デンタルフロスのほつれや寸断を最小にすることが極めて重要である。
【０００４】
従来から、デンタルフロスは、香料、甘味剤、及び１或いは複数の有効成分などの添加剤を含むワックスでコーティングされた連続したファイバーからなる。現在用いられているマイクロクリスタリンワックスは、ファイバーを一まとめに保持すると共にそのフロスが歯間を繰返しスライドするのを容易にする。使用時にフロスに加わる剪断力により、ファイバーのほつれや寸断が起こる。このようなほつれや寸断の主な原因は、使用時にフロスにかかる剪断力が、ファイバー同士の結合を助けているワックスの接着力を超えるためである。
【０００５】
フロスの寸断を防止する２つの方法が考えられる。これらの方法には、好適な大きさのフィラメントから、或いは「偽モノフィラメント」、即ち互いに結合してモノフィラメントのように機能する複数のフィラメントが結合したマルチフィラメント構造からフロスを形成することが含まれる。偽モノフィラメントデンタルフロスの性状は、熱硬化性及び熱可塑性であり得るポリマーマトリックスが含浸したファイバー補強複合体に極めて類似している。
【０００６】
複合体は、例えば、別の材料で補強されたポリマー樹脂を含むマトリックスである。ファイバー複合体の場合、補強材はファイバーである。この複合体をデンタルフロスとして用いることができる。利用可能な複合体製造技術の調査により、このような製造技術には２つの段階が含まれることが分かった。第１の段階では、ファイバーと結合剤ポリマーを互いに接触させる。第２の段階で、熱及び圧力を加えてポリマーを浸透させて圧密化する。第１の段階は、マトリックスポリマーとファイバーを互いに近接させて圧密化に必要なフロー長さを最小にするため極めて重要である。この第１の段階において、粘度が高いため熱可塑性複合材に用いる加工技術が熱硬化性複合材に用いる加工技術と異なる。
【０００７】
この問題は、ファイバーを補強する迅速な含浸を達成するべく樹脂の粘度を低下させることで解決できることが分かっている。これは予備含浸処理と呼ばれている。
【０００８】
溶媒或いは可塑剤を用いてポリマーを溶媒に溶解させて高粘度のマトリックス材の粘度を下げる溶媒含浸、即ち溶液含浸が主に用いられる。次にファイバーを、マトリックス材溶液で満たされた槽をくぐらせてファイバーをコーティングする。次に、コーティングしたファイバーを一連のドライヤを通して溶液を除去し、複合材を仕上げる。このような処理の最大の問題点は、溶媒を用いることにより生じる環境汚染である。更に、製造速度が極めて遅く、結果として製造コストが増大する。
【０００９】
上記した処理方法では、支持体をコーティングする前に溶媒にコーティング材を溶解する必要がある。揮発性有機化合物に対する環境問題の点から、コーティング材を溶解するのは望ましくない。従って、溶媒にコーティング材を溶解する必要のない支持体をコーティングする処理方法が要望されている。
【００１０】
パウダー含浸は融通性が高い処理方法であり、パウダーの形態で入手できれば低粘度樹脂及び高粘度樹脂の何れも処理することができ、しかもその処理が比較的単純である。
【００１１】
Ｇｅｏｒｇｉａ Ｔｅｃｈ社の研究者らが、まずグラスファイバーを最大８個のテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ（Ｒ））コーティングされたローラで広げ、次にＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ＥＴＩ）が開発した堆積装置によりその広げられたファイバーにパウダーを堆積させるシステムを開発した。このシステムでは、パウダー粒子が荷電されてから、パウダー粒子がグラスファイバー上に静電気的に堆積される。しかしながら、上記したローラはファイバーに損傷を与えることが判明したため、ファイバーを広げる処理は、空気式ベンチュリ拡散（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｖｅｎｔｕｒｉ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）と呼ばれる別のファイバーを広げる技術で行われることとなった。この技術に、米国特許第５，０９４，８８３号が付与された。この特許には、ブレーディング（ｂｒａｉｄｉｎｇ）及びウィービング（ｗｅａｖｉｎｇ）などの適用において、柔軟なファイバー含浸製造の重要性が記載されている。
【００１２】
本発明者の知る限り、デンタルフロスの支持体ファイバーにポリマーをコーティングするためにパウダー技術を適用したデンタルフロス特許は存在しない。溶媒にコーティングを溶解させる必要のないファイバーや医療装置などの支持体をコーティングする処理方法が待ち望まれている。
【００１３】
本発明は、支持体を用意するステップと、少なくとも１種類のコーティング材で前記支持体を静電気的にコーティングするステップとを含む方法を提供する。別の実施形態では、本発明は、静電含浸によりコーティングされた支持体を提供する。本発明は、静電パウダーコーティング技術を用いて、ワックス、熱可塑性ポリマー、噴霧乾燥香料や甘味料などの添加物、フッ化ナトリウムなどの有効成分、及び研磨剤などの材料で支持体をコーティングする。コーティング材がパウダーの形態であればこの方法を用いて、限定するものではないがフィルム、不織布、モノフィラメントファイバー、マルチフィラメントファイバー、医療装置、髪、縫合糸、及び金属装置などを含むあらゆる支持体をコーティングすることができる。好適な支持体は、モノフィラメントファイバー、マルチフィラメントファイバー、及び医療装置である。コーティングされたファイバーは、限定するものではないがデンタルテープ及びデンタルフロスなどへの適用に有用であろう。医療装置は、セラミック、金属合金、またはポリマーから形成され得る。このような医療装置は、限定するものではないがステントや、カテーテルのようなポリマーチューブなどへの適用に有用であろう。
【００１４】
本発明に採用されるフロスを静電気的にコーティングする方法では、ワックス、熱可塑性ポリマー、香料、及び他の添加物を含み得る所望のコーティング材で偽モノフィラメントをコーティングする前に、ワックスや熱可塑性ポリマーを用いてファイバーを互いに接着して偽モノフィラメントを形成する。コーティング材としてワックスや熱可塑性ポリマーを使用する利点は、処理のし易さ、靭性、耐久性、貯蔵寿命、架橋化学反応しないこと、及び製造速度を改善できることである。しかしながら、溶解粘度が極めて高い（１０４ ポイズの範囲）ため、ファイバー全体への浸潤、境界制御、及び大量生産において問題がある。
【００１５】
本発明では、ワックスまたはポリマーパウダーの含浸を選択して、静電気堆積チャンバーを用いてファイバーとマトリックスの接触を達成している。この技術を用いれば、ファイバー状の支持体を連続して製造することができる。このファイバー状の支持体は次に、フロス製品を製造するべく、ホットガン加熱、フィラメントワインディング（ｆｉｌａｍｅｎｔ ｗｉｎｄｉｎｇ）、及びハンド・レイアップ（ｈａｎｄ ｌａｙ−ｕｐ）などの方法で圧力及び熱が加えられて１本のラインにされる。ファイバーが互いに結合したら、ワックス及び他の添加物をその結合支持体に添加することができる。
【００１６】
ポリマー粒子を荷電する物理学は、理解するのが容易ではなく、ポリマーパウダーの化学からかけ離れている。しかしながら、塗装及びコーティングの分野における静電スプレーガンについて相当な調査を行った。
【００１７】
パウダーは、摩擦帯電及びコロナ帯電の２つの方法で電荷を得る。コロナ帯電では、粒子が帯電した空気から電荷を受け取る。摩擦帯電では、貯留部からスプレーガン或いはコーティング装置のベッドに移送中にパウダーが非対称な面と接触して摩擦を受ける。この非対称は、速度、温度、または化学組成からなり得る。摩擦帯電の極性及び程度は、パウダーの性状、移動速度、及び接触するチューブの性状による。ポリマーの調合化学により、獲得する電荷の特性、即ち正或いは負が決定され得る。帯電は通常、移動速度が低いと大きく、移動速度が増大すると減少する。一方、コロナ帯電は、コロナグロー（ｃｏｒｏｎａ ｇｌｏｗ）と支持体との間の領域で起こる。一定の大きさ（０．５μｍ）を超える粒子の場合は電界帯電が占める。しかしながら、粒子の大きさが０．２μｍ未満の場合は電荷が空気中に拡散してしまう。
【００１８】
理論的には、ボール状粒子１個当たりの飽和電荷は、粒子の半径の二乗に正比例し、その重量に反比例する。粒子の形状は、大抵の場合は球状から外れないことが分かったため、理論計算による粒子の球状特性の近似は相当正確である。電荷の符号（即ち、正または負）及び大きさに関連して、炭素原子に結合している元素或いは官能基の電子親和力及び巨大分子における立体構造が決定できることが分かった。
【００１９】
比較により、電子の仕事関数の増大に従って負に帯電する傾向が増大し（例えば、ポリメチル（メタクリル）、ポリエチレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（テトラフルオロエチレン））、仕事関数が最も低い材料は正に帯電する傾向がある（例えば、ポリアミド）。スプレーガンの適用例では、ファイバーの周りに好適にコーティングするためには、パウダーが物体に向かって移動する際には空力力が重要であり、パウダーが支持体に近づくと静電気力が重要である。
【００２０】
本発明に用いられる好適なファイバーは、限定するものではないがセルロース、セルロース系繊維、及びレーヨンなどの天然繊維や、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィンや、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（ブチレンテレフタレート）（ＰＢＴ）、及びベクトラン（Ｖｅｃｔｒａｎ）（Ｈｏｅｃｈｓｔ−Ｃｅｌａｎｅｓｅの登録商標）などのポリエステルや、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、及びナイロン６，６などのポリアミドや、限定するものではないがＰｅｂａｘ（登録商標）４０３３ ＳＡ及びＰｅｂａｘ（登録商標）７２３３ ＳＡ（ＥＬＦ Ａｔｏｃｈｅｍの登録商標）などのポリ（エーテルアミド）や、限定するものではないがＨｙｔｒｅｌ（登録商標）４０５６及びＲｉｔｅｆｌｅｘ（登録商標）（Ｈｏｅｃｈｓｔ−Ｃｅｌａｎｅｓｅの登録商標）などのポリ（エーテルエステル）や、ポリ（フッ化ビニリデン）及びポリ（テトラフルオロエチレン）などのフッ化ポリマー、及びそれらの組合せを含み、芯と鞘とからなるファイバーなどの複合繊維も含む。また、加工繊維を用いてもよい。
【００２１】
複合繊維は、円形、三葉形、十字形、及び当分野で周知の他の形状などの断面形状を有し得る。芯／鞘複合繊維は通常、繊維の鞘が芯のポリマーよりも融点が低いポリマーで形成される。芯に好適なポリマーとしては、限定するものではないがナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、及びナイロン６，６などのポリアミドや、限定するものではないがＰＥＴ及びＰＢＴなどのポリエステルや、限定するものではないがＰｅｂａｘ（登録商標）４０３３ ＳＡ及びＰｅｂａｘ（登録商標）７２３３ ＳＡ（ＥＬＦ Ａｔｏｃｈｅｍの登録商標）などのポリ（エーテルアミド）や、限定するものではないがＨｙｔｒｅｌ（登録商標）４０５６（ＤｕＰｏｎｔの登録商標）及びＲｉｔｅｆｌｅｘ（登録商標）（Ｈｏｅｃｈｓｔ−Ｃｅｌａｎｅｓｅの登録商標）などのポリ（エーテルエステル）や、限定するものではないがポリプロピレン及びポリエチレンなどのポリオレフィンや、限定するものではないがポリ（フッ化ビニリデン）などのフッ化ポリマー、及びそれらの組合せが挙げられる。ナイロン６及びポリプロピレンが好ましい。
【００２２】
鞘に好適なポリマーには、限定するものではないがポリエチレン（ＰＥ）及びポリプロピレンなどのポリオレフィンや、限定するものではないがＰＣＬなどのポリエステルや、限定するものではないがＰｅｂａｘ（登録商標）４０３３ ＳＡ 及びＰｅｂａｘ（登録商標）７２３３ ＳＡ（ＥＬＦ Ａｔｏｃｈｅｍの登録商標）などのポリ（エーテルアミド）や、限定するものではないがＨｙｔｒｅｌ（登録商標）４０５６（ＤｕＰｏｎｔの登録商標）及びＲｉｔｅｆｌｅｘ（登録商標）（Ｈｏｅｃｈｓｔ−Ｃｅｌａｎｅｓｅの登録商標）などのポリ（エーテルエステル）や、例えばＥｎｇａｇｅ（登録商標）エラストマー（ＤｕＰｏｎｔ−Ｄｏｗの登録商標）などのポリオレフィンから形成されるエラストマーや、限定するものではないがＥｓｔａｎｅ（登録商標）（ＢＦ Ｇｏｏｄｒｉｃｈの登録商標）などのポリ（エステルウレタン）や、限定するものではないがポリ（スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン）などのＫｒａｔｏｎ（登録商標）ポリマー（Ｓｈｅｌｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標）や、限定するものではないがＫｙｎａｒＦｌｅｘ（登録商標）２８００（Ｅｌｆ Ａｔｏｃｈｅｍの登録商標）などのポリ（フッ化ビニリデン）コポリマーが含まれる。Ｐｅｂａｘ（登録商標）ポリマー、ポリエチレン、及びＰＣＬが好ましい。
【００２３】
芯繊維と鞘繊維の２つの成分の割合を変えることができる。本明細書で用いる割合は容量パーセントである。この割合は、芯が約１０％で鞘が約９０％乃至芯が約９０％で鞘が約１０％の範囲、好ましくは芯が約２０％で鞘が約８０％乃至芯が約８０％で鞘が約２０％の範囲、より好ましくは芯が約３０％で鞘が約７０％乃至芯が約７０％で鞘が約３０％の範囲である。複合繊維の鞘を、静電コーティングの前に融合することができる。
【００２４】
支持体は、少なくとも１種類のコーティング材で静電コーティングされる。本発明に用いられる好適な好適な第１のコーティング材には、限定するものではないがポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレン、マイクロクリスタリンワックスなどのワックス、ポリフッ化ビニリデン、及びポリカプロラクトンが含まれる。
【００２５】
本発明に用いられる好適な好適な第２のコーティングには、限定するものではないがポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレングリコール）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリエチレン、マイクロクリスタリンワックスなどのワックス、及びポリカプロラクトンが含まれる。コーティング材には、限定するものではないがミントやシナモンなどの天然或いは合成のフレーバーオイルなどの香料を含めることができる。フレーバーオイルは、デンプンや加工デンプンなどのキャリヤーの中に含めたり、そのキャリヤーに支持されるようにして用いることができる。
【００２６】
本発明の処理方法はまた、短寸の複合繊維を支持体の軸に対して垂直に向け、次に短寸の複合繊維を支持体に融合させるのに有用である。短寸の複合繊維の長さは１ｍｍ乃至５ｍｍの範囲とすることができる。短寸の複合繊維を静電含浸により支持体に向かわせてから、複合繊維にその外面が溶融する好適な温度に熱を加えて、複合繊維を支持体に融着する。
【００２７】
コーティング材に含めることができる追加の材料には、限定するものではないが、欧州特許出願第９１９，２０８号に開示されているようなアスパルテーム及びナトリウムサッカリンを含む強い甘味料や、ソルビトールやマンニトールなどの嵩高甘味料（ｂｕｌｋ ｓｗｅｅｔｅｎｅｒｓ）が挙げられる。また、ワックスや甘味料、シリカなどの研磨剤、ｄｅｎｔｒｉｆｉｃｅｓ、化学療法薬、洗浄剤、及び白色剤に関連する開示に言及することを以って、これらを本明細書の一部とする。好適な添加剤の例は、米国特許第５，９０８，０３９号に開示されており、言及することを以って本明細書の一部とする。前記した材料は何れも、カプセルの形態で用いることができる。
【００２８】
フロスを形成するために通常、ファイバーにコーティングするワックス、香料、及び他の添加剤の量は当分野で周知である。一般に、添加されるコーティングの割合は、ファイバーの重量によって２ｗｔ％乃至６０ｗｔ％の範囲である。
【００２９】
本発明に用いられる好適な医療装置には、限定するものではないがセラミック、金属合金、及びポリマーから形成されるステントや、カテーテルなどのポリマーチューブなどの医療装置が含まれる。このような医療装置は、上記した方法と同様の方法で同様のワックスを用いてコーティングすることができる。
【００３０】
多くの因子が、本発明の例をどのように準備するかの決定に重要であった。材料の選択は、ポリマー及びファイバーの幾つかの化学的及び物理的パラメータに基づいて行った。融点Ｔｍ 及び劣化温度Ｔｄ （ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）により材料の選択及び処理条件が決まるため、これらは上記パラメータの中で重要である。ポリマーの化学構造は、支持体ファイバーに堆積された材料の接着に影響を与える。
【００３１】
処理条件には更に、炉の運転温度、炉での滞留時間（ラインの速度に影響を与える）、及びパウダーの密度が含まれる。パウダーの粒子の大きさ（平均及び分布）、密度、溶融粘度、及び導電性などの物理的なパラメータが、堆積の特性を決定する重要なパラメータである。また、結合剤ポリマーの結晶化速度も、一体化過程の溶融状態から冷却される際にポリマーの形態／構造に影響を与えるものとして考慮しなければならない。全てのパラメータを考慮して、例のためにコーティング用ポリマー及びファイバーを選択し、表１Ａ及び表１Ｂにそれらの性状と共に一覧にした。
【表１Ａ】
2004502051.tif 000003
【表１Ｂ】
2004502051.tif 000004
【００３２】
パウダーコーティング処理が図１に模式的に示されている。図のコーティングラインは、送りスプール、接地ユニット、静電コーティング装置、炉／窯、及び巻取り機からなる。送りスプールは、運転中にファイバーを巻戻し易くする金属ポスト上に設けられている。ファイバーが、接地源に接続されたアイレットを通過し、ファイバーが接地可能となる。次にファイバーが、ファイバーマトリックスのパウダーのパッキング状態を所望に調節可能なセラミックロッドから形成された張力装置内を通過する。次にファイバーが、コーティング装置の端部に設けられた開口を通過する。
【００３３】
Ｂ−６０コーティング装置（Ｎｏｒｄｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ （Ｂｒａｎｆｏｒｄ， ＣＴ）の子会社であるＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社が販売）を用いて、上記した例における処理を実行した。コーティング装置は、その装置に接続されたパウダー送り部を含む。この送り部により、ポッパーに保持されているパウダーがベッドの後端部内に送られる。ベッドに設けられたフォトへリック計（ｐｈｏｔｏｈｅｌｉｃ ｇｕａｇｅ）が、ベッドのパウダーのレベルを測定して、コーティング処理中のパウダーのレベルが一定に維持される。冷却機ユニットにより、クリーンで水分や油分のない空気がコーティング装置のプレナム内に送られ、パウダー収集器が処理中にベッドから除去されるパウダーを収集する。コーティング装置はまた、火災探知器、並びにパウダー雲の生成を助ける渦の管を含む。
【００３４】
パウダーがコーティングされたファイバーが、堆積チャンバーから出ると、次に炉内を通過する。好適な炉は、Ｌｉｎｄｂｅｒｇ及びＧｌｅｎｒｏによって製造されたものである。この炉は、空気作動式アームによって開閉される逃がし蓋を有する。次にファイバーは、Ｌｅｅｓｏｎａ巻取り機によりアイレットを通ってコアスプールに送られる。ラインの速度は、Ｌｅｅｓｏｎａ巻取り機により制御され、デジタル回転速度計で測定される。
【００３５】
ポリマーパウダーの層が、プラスチック材で形成されたベッドで流動化される。パウダーは、コーティング装置のプレナム内で負に帯電した空気により流動化される。この空気は冷却器を通り、水分や油分が除去されクリーンな状態に維持されている。次にこの空気が、エアプレナムを通過する際に負の直流電流により負に帯電したメッシュ状の電極に当たる。
【００３６】
パウダー粒子を負に帯電させる負のコロナは、正に帯電させるコロナよりも均一かつ効率的に堆積する傾向にある。これは、絶縁破壊に対する耐性の違いによる。負のコロナのグロー領域で生成された電子が、空気中の酸素などの陰性気体分子に迅速に付着してマイナスイオンを形成する。次に負に帯電した空気が、セラミックまたはプラスチックの多孔性のベッドを通りパウダーに接触する。次に、フィールド帯電即ちイオン衝撃により、一部のイオンがパウダー粒子に転移し、空気で膨らんだ負に帯電したパウダーの雲がベッドに生成される。帯電メッシュからのパウダーの分離を伴うこの空気による間接的なパウダーの帯電により、流動化ベッド処理が、パウダースプレーガンや摩擦電気帯電ガンなどの他のパウダー技術とは異なっている。次に、本例の場合はファイバーである支持体が、静電コーティングを容易にするべく十分な電位差を生成するために接地される。
【００３７】
ファイバーに加えるポリマー結合剤の量が、計画実験の主な従属変数である。含浸に影響を与え得るパウダーコーティング変数は、ベッド流動化流速（ｍ３ ／秒）、静電気電圧（ｋＶ）、及びラインの速度（ｍ／分）である。コーティング装置で制御できる他の変数にはベッド空気圧、渦の流速、及び渦の空気圧があるが、これらの変数は何れも含浸に大きな影響を与えるものではない。
【００３８】
パウダー雲を生成するべく渦の管の設定を変更し、一旦パウダー雲が生成されたら、実験の間その設定を一定に保った。必要に応じてベッド攪拌器を駆動してもよいが、パウダー雲に別の気流が生成され含浸率が低下すると考えられるため、最小限に止めた。一般に、可能であれば、２つのパラメータを３つのレベルで実験計画を実施した。変数は、下記の制限内で変動させた。
【００３９】
ベッド流動化流速（ｍ３ ／秒）：低（０．００６）、中（０．０１０）、高（０．０１４）
静電気電圧（Ｋｖ）：低（０即ち電圧無し）、中（２０．２）、高（４０．４）
【００４０】
ポリマーのファイバーにおける融合及び結合を最適化するべく炉の温度を決定することが重要である。ナイロン６ファイバー及びポリエチレンオキシド結合剤についての視覚的検査を行った。ライン速度が１０ｍ／分の場合の炉内での滞留時間が、炉の長さ（約１ｍ）から計算して約６．３秒であることが分かった。
【００４１】
ファイバーを、ベッドの流速が０．０１４ｍ３ ／秒、静電気電圧が４０．２ｋＶでコーティングし、次にそのファイバーを選択した温度の炉に６．３秒間入れた。光学顕微鏡を用いて、ファイバー上のポリマーの溶融状態を調べた。次に炉の温度を上げて、新たにコーティングした試料をその温度に曝した。溶融に達する温度までこれを行った。２６５℃でファイバーに好適なコーティングが形成されることが観察された。
【００４２】
この方法を用いて、一群の材料に対する炉の温度及び処理条件を決定した。炉での滞留時間は、長寸の炉を用いたり、或いは短寸の炉の加熱部のプーリーに取付けられた金属ローラの溝にコーティングしたヤーンを巻付けたりして長くすることができる。
【００４３】
例１−ポリアミドマルチフィラメント／水溶性ポリマーコーティング方法
（ａ）ナイロン６マルチフィラメント／ポリ（エチレンオキシド）：
ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）Ｎ−８０グレードを用いて、それぞれが３デニールである４６７本のフィラメントを含むナイロン６マルチフィラメント構造をコーティングする。表２及び表３はそれぞれ、炉内の温度が２６０℃、ラインの速度が１６ｍ／分における静電気電圧及びベッド流速の関数であるＰＥＯの含浸率（％）を示す。含浸率は電圧を上げると上昇するが、４０ｋＶを超えると低下する。一方、ベッドの流速についての傾向は、流速の上昇で含浸率が上昇する強い単調な従属を示す。ＰＥＯパウダーがナイロン６ファイバー上に均一に分散して融合したのが電子顕微鏡検査により確認された。
【００４４】
【表２】
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【表３】
2004502051.tif 000006
【００４５】
（ｂ）ナイロン６，６マルチフィラメント／ポリ（エチレンオキシド）：
ＥＰＯ Ｎ−８０を用いて、それぞれが３デニールのフィラメント２１０本を含むナイロン６，６マルチフィラメント構造を炉内の温度２３７℃でコーティングした。表４及び表５はそれぞれ、ライン速度が１１ｍ／分及び１７ｍ／分における電圧及び流速の関数としてＰＥＯの含浸率を示す。表から分かるように、ラインの速度に関係なく含浸率はベッドの流速に極めて敏感であり、流速が上昇すると含浸率が上昇する。ただし、この場合も前述の場合と同様に、ある電圧を超えると電圧が上昇しても含浸率が低下する飽和電圧が存在した。この場合の飽和電圧は４０ｋＶと考えられる。含浸率はまた、１１ｍ／分よりも１７ｍ／分の方が高いようであるが、更に速度を高くすれば含浸率が更に高くなるとは限らない。電子顕微鏡検査から、ＰＥＯがナイロン６，６ファイバーに均一にコーティグされているのが分かった。
【００４６】
【表４】
2004502051.tif 000007
【表５】
2004502051.tif 000008
【００４７】
ナイロン６，６を、２０％のＰＥＯ、炉の温度２３５℃、電圧３０ｋＶ、流速０．０１３ｍ３／秒、ベッド圧力約３１０．３ｋＰａ（４５ｐｓｉ）、渦圧力約１３７．９ｋＰａ（２０ｐｓｉ）、及びラインの速度１１ｍ／秒の条件でコーティングした後に実験を行った。表６は、ＰＥＯコーティングされたナイロン６，６フロスの消費者試験の結果の要約を示す。データ（各試験でフロスが合格であるとした人の割合（％））から、特に、歯間のスライドが容易であり歯肉に優しいという点でＰＥＯコーティングされたフロスが十分な性能であることが分かる。
【表６】
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【００４８】
（ｃ）ナイロン６，６マルチフィラメント／ヒドロキシプロピルセルロース：
ナイロン６，６をヒドロキシプロピルセルロースでコーティングした。表７（ライン速度１１ｍ／秒、炉の温度２３５℃）及び表８（ライン速度１６ｍ／秒、炉の温度２５５℃）は、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）の含浸率がベッドの流速に依存し、これが主な因子であることを示している。ＨＰＣパウダーは、供給業者から受け取った時から大量の電荷を有している。このパウダーは、一旦堆積されると浮いてファイバー上で溶融する傾向がある。
【００４９】
【表７】
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【表８】
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【００５０】
例２−ポリエステルマルチフィラメント／水不溶性ポリマーコーティング方法
（ａ）Ｖｅｃｔｒａｎマルチフィラメント／高密度ポリエチレン：
ベクトラン（Ｖｅｃｔｒａｎ）は、液晶ポリエステルから形成される高性能／高温ファイバーであり、Ｈｏｅｃｈｓｔ−Ｃｅｌａｎｅｓｅから入手することができる。炉の温度を３１０℃にして、ライン速度１７ｍ／秒で、水不溶性ポリエチレンコーティング材をＶｅｃｔｒａｎ（登録商標）上で溶融させる。表９は、ポリエチレンの高い含浸率を達成するためには高い流速及び高電圧が必須であることを示している。
【表９】
2004502051.tif 000012
【００５１】
上記の含浸率を達成するために必要な流速は０．０１４ｍ３ ／秒であった。
【００５２】
例３−フルオロポリマーモノフィラメント／水溶性ポリマーコーティング方法
（ａ）ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）モノフィラメント／ポリ（エチレンオキシド）：
ＰＴＦＥモノフィラメントを、非ワックス水溶性ポリマー、即ちポリ（エチレンオキシド）でコーティングして摩擦係数を上昇させた。ＰＴＦＥモノフィラメントは通常、幅が約２ｍｍ乃至３ｍｍで厚みが約０．０８ｍｍ乃至０．１３ｍｍの矩形の断面形状を有する。温度を３２０℃、ラインの速度を２７ｍ／分とした。表１０は、ＰＴＦＥモノフィラメントテープに対するＰＥＯの含浸率を示し、前記した例と同様に電圧が２０ｋＶを超えると含浸率が低下するのが観察された。このことは、含浸率に対する電圧のトレンドが支持体のジオメトリ、即ち柱状ファイバーであるか或いは平坦ファイバーであるかに左右されないことを示している。ＰＴＦＥはまた、ＰＥＯ、噴霧乾燥させたペパーミントフレーバーおよびサッカリンナトリウムなどの多種のパウダーの混合物でうまくコーティングしてもよい。
【表１０】
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【００５３】
表１１Ａ及び表１１Ｂは、様々なポリマーコーティング方法を用いて、それぞれの材料群に対して好適な条件で様々なファイバーのクラスに対して実施した全てのコーティング実験の要約を示す。主な変数は、ベッドの圧力（０．００６ｍ３ ／秒乃至０．０１４ｍ３ ／秒）、電圧（０ｋＶ乃至８０ｋＶ）、及びライン速度（ナイロン６／ＰＥＯ Ｎ８０に対しては６ｍ／分乃至６４ｍ／分、その他の試験材料に対しては１１ｍ／分乃至１７ｍ／分）である。炉の温度は、ファイバー／ポリマーの組合せによって変えた。必要に応じて、完全に含浸した製品を製造するためにパウダーコートしたファイバーに圧密（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）を実施することもできる。熱と圧力を加えてファイバーの内部にポリマーを含浸させ、空隙のない製品を製造する。ファイバー網内へポリマーの粘性流を通し、ファイバー網の弾性変形を利用して、圧密モデルを作成できる。
【００５４】
【表１１Ａ】
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【表１１Ｂ】
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【００５５】
例４−エアレーションに基づいたポリマーパウダーの選択過程
ポリマーパウダーのコーティング性能を推測するためにパウダーのアエレーションを理解する必要がある。これを量的に理解するために、数種類のパウダーに対して実験を行って嵩高及びタップ密度を調べた。この実験では、きれいな目盛り付きシリンダを用意し、その重量（Ｗ１ ）を測った。次に５０ｃｃのパウダーをシリンダ内に導入し、再び重量（Ｗ２ ）を測定した。重量は、小数点以下５位まで記録した。次に、以下の式を用いて空気を含んだ／嵩密度を求めた。
【００５６】
ρｂ ＝（Ｗ２ −Ｗ１ ）／５０　　　　・・・（１）
ここで、ρｂ は嵩密度（グラム／ｃｃ）である。
【００５７】
タップ密度を調べるために多少の変更を加えたが、類似の方法で測定した。パウダーをシリンダの中に入れた後、密にするために５０回たたき、５０ｍｌの体積を維持するようにパウダーを追加した。次にそのシリンダの重さ（Ｗ３ ）を測定した。式（１）のＷ２ にＷ３ を代入して、タップ密度（グラム／ｃｃ）を求めた。表１２は、様々なポリマーの嵩密度及びタップ密度を示す。表の融合密度は、材料のブロックの密度を表す。
【表１２】
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【００５８】
ポリマー粒子の密度の差（融合密度−タップ密度）を、粒子の平均サイズ（μｍ）の関数としてプロットした（ｌｏｇ−ｌｏｇ）。これらのポリマー特性の関係は、空気混和率（ａｅｒａｔａｂｉｌｉｔｙ）、粘着性、さらさら度（砂状特性）、及び噴出度（ｓｐｏｕｔａｂｉｌｉｔｙ）などのポリマーの流動化特性に大きな影響を与える。上記データは、流動化ベッドコーティングにおけるポリマー選択のガイドとして用いることができる。例えば、ＰＥＯ及びＨＰＣは、ポリエチレングリコールやポリエチレンＧＨＲ８１１０（高密度ポリエチレン）よりも空気を含み易い。従って、ＰＥＯ及びＨＰＣは流動化し易い。
【図面の簡単な説明】
【図１】
パウダーコーティング処理を模式的に示す図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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