(57)【要約】放射線源（１０、１２）（特に、パルス加速電子ビーム）は、照射チャンバ（１４、５０）中に放射線のビームを当てる。照射チャンバは、酸素および酸素含有ガスを枯渇され、これらは、真空ポンプ（２０、５２）によって１０−１トル以上の真空を引かれている。粒子状のフルオロポリマー材料を、酸素を実質的に含まないガス中に流入させ（３６）、そして照射チャンバ中に運ぶ。加速された電子は、フルオロポリマー粒子中の化学結合を切断し、そしてこれらの粒子を荷電する。異なる極性の磁場（４２、６０）は、荷電された粒子を回転させ、その結果、これらは、異なる側から照射される。照射されたフルオロポリマー粒子は、冷却され（２４）、そしてこの形態から分離される（２６）。流入ガスは、連続サイクル中に、空気導管ライン（３４）中を再循環する。
2004504185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フルオロポリマー材料を照射する方法であって、以下：
照射ゾーン（１４、５０）から酸素および酸素含有ガスを除去する工程であって、酸素および酸素含有ガスが枯渇された環境を作製する、工程；
フルオロポリマー材料を該照射ゾーン中に通過させる工程；
磁場および電磁場の少なくとも１つを該照射ゾーンにわたって適用する工程；および
該照射ゾーン中に加速電子ビームを断続的にパルスする工程であって、それによって、該フルオロポリマーに交互の照射および冷却期間を提供する、工程、
によって特徴付けられる、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記パルスする工程によってさらに特徴付けられ、該パルスする工程が、以下：
電子を加速すること；および
前記照射ゾーン中に該加速された電子を当てて、前記フルオロポリマー材料中の化学結合を切断し、そして該フルオロポリマー材料を荷電すること
を包含し、前記磁場および電磁場の少なくとも１つが、該荷電されたフルオロポリマー材料と相互作用し、該照射ゾーン中の該材料を攪拌する、
方法。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか１項に記載の方法であって、前記除去する工程によってさらに特徴付けられ、該除去する工程が、以下：
前記照射ゾーンから空気および水蒸気を除去すること
を包含する、方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、前記除去する工程によってさらに特徴付けられ、該除去する工程が、前記照射ゾーン中に真空を引くことを包含する、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記真空が少なくとも１０−１トルであることによってさらに特徴付けられる、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、前記真空が少なくとも１０−４トルであることによってさらに特徴付けられる、方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、前記照射されたポリマー材料を冷却する工程によってさらに特徴付けられる、方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、以下：
酸素および酸素含有ガスが枯渇されているガス中に前記フルオロポリマー材料を流入させる工程、および該ガスおよび流入させたフルオロポリマー材料を前記照射ゾーン中に通過させる工程；
該流入させたフルオロポリマー材料を該照射ゾーン中に通過させた後、該ガスから該フルオロポリマー材料を分離する工程；および
該ガスを再循環して、さらなるフルオロポリマー材料を流入させる工程
によってさらに特徴付けられる、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、以下：
加速電子ビームをパルスする工程であって、前記フルオロポリマー材料を帯電させる、工程；
前記磁場および電磁場の少なくとも１つが、該帯電させた材料を磁気または静電気によって回転させること；および
該方法が、該帯電させた回転している材料にさらなる電子パルスを照射する工程をさらに包含すること
によってさらに特徴付けられる、方法。
【請求項１０】
フルオロポリマー材料を照射するための装置であって、以下：
照射ゾーンを通してパルス電子ビームを生成するためのパルス電子加速器（１０、５８）であって、該照射ゾーン中にフルオロポリマー材料が位置付けられる、パルス電子加速器；
該照射ゾーンから酸素および酸素含有ガスを吸引するための、真空ポンプ（２０、５２）；
該フルオロポリマー材料を再び方向付けるための、該照射ゾーンに隣接して配置された、磁石（４２）および電磁コイルの少なくとも１つ、
によって特徴付けられる、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、以下：
前記照射ゾーンにフルオロポリマー材料を供給するための、フルオロポリマー材料の供給源（２２）
によってさらに特徴付けられる、装置。
【請求項１２】
請求項１０および１１のいずれか１項に記載の装置であって、以下：
前記照射ゾーン中で照射された前記材料を冷却するための、冷却器（２４、６２）
によってさらに特徴付けられる、装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の装置であって、以下：
前記電子を、前記照射ゾーンに当てられる電子ビームへと広げる、走査ホーン（１２、５６）
によってさらに特徴付けられる、装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の装置であって、
粒子状のフルオロポリマー材料を酸素枯渇ガスの流れの中に流入させるための、流入機構（３６）；
該流入させたフルオロポリマー材料を該流入機構から前記照射ゾーンへ運ぶための、空気導管；
該フルオロポリマー材料を該流入ガスから分離するための、該照射ゾーンの下流に配置された、分離器（２６）；
該分離器から該流入機構にガスを運び戻す、別の空気導管（３４）；および
該ガスを循環させるための、ポンプ（２０）
によってさらに特徴付けられる、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、
前記照射ゾーンと前記分離器との間に配置された、冷却器（２４）
によってさらに特徴付けられる、装置。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の装置であって、以下：
前記照射ゾーンに対して少なくとも１０−１トルの真空を引く、真空ポンプ（２０）
によってさらに特徴付けられる、装置。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の装置であって、以下：
前記照射ゾーンを前記電子ビーム中に移動させるための、コンベア（５４）
によってさらに特徴付けられる、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、フルオロポリマー材料を照射するための方法および装置に関する。本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）およびクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）の照射と組み合わせた、それらの機械的特性を低下させるための特定の適用を見出す。しかし、本願はまた、化学的耐性、電気的特性、熱安定性、表面特性および他の特性を変更するための他のポリマー材料の放射線処理に適用可能であることが理解される。
【０００２】
最終的に、粉砕されたＰＴＦＥは、インクおよび潤滑剤への一般的な添加剤として使用される。しかし、ＰＴＦＥは、非常に強力な結合を有する、極めて強い材料である。微細な粉末に粉砕することは、極めて困難である。
【０００３】
粉砕プロセスを容易にするために、放射線が、ＰＴＥＦポリマー鎖中の化学結合を切断するために使用されてきた。ある技術では、テフロン（登録商標）材料を、コバルト６０（６０Ｃｏ）ボールト中の開口容器中に配置した。コバルト６０からのγ線は、結合を十分に弱める一定期間（通常は、数時間オーダー）の間、ＰＴＦＥを照射した。
【０００４】
別の技術では、ＰＴＦＥ材料を、顆粒、焼結シェービング（削り屑）、または他の薄い小片で、開口トレーに配置した。このトレーを、加速電子ビーム中にゆっくりと通過させ、このビームが、ＰＴＦＥ材料を照射する。生成物を掻き集めるかまたは攪拌し、再度電子ビーム中を通過させた。
【０００５】
これらの技術は、いくつかの欠点を有する。第１に、有意な量のフッ化水素（ＨＦ）ガスが、大気中に放出される。フッ化水素は、非常に腐食性であり、かつその環境下の作業者に毒性である。フルオレンを含む、他の毒性および腐食性のガスもまた、放出される。さらに、開口容器中でのＰＴＦＥの処理は、ＰＴＦＥの粉塵を環境中に放出し、これが、通路および他の表面上に落ちる。ＰＴＦＥは、極めて滑りやすい潤滑剤であり、これは、作業者に対して転倒および他の損傷の危険を生じる。さらに、環境中のＰＴＦＥの粉塵は、作業者に吸い込まれ得る。本発明は、上記の問題等を克服する、新規でかつ改善されたフルオロポリマー材料照射装置および方法を意図する。
【０００６】
（発明の要旨）
本発明の１つの局面に従って、フルオロポリマー材料を照射する方法が提供される。この方法は、照射ゾーンから酸素および酸素含有ガスを除去する工程であって、酸素および酸素含有ガスが枯渇された環境を作製する、工程、およびフルオロポリマー材料をこの照射ゾーン中に通過させる工程、を包含する。磁場および電磁場の少なくとも１つを、この照射ゾーンにわたって適用する。加速電子ビームを、この照射ゾーン中に断続的にパルスし、それによって、フルオロポリマーに交互の照射および冷却期間を提供する。
【０００７】
本発明の別の局面に従って、フルオロポリマー材料を照射するための装置を提供する。パルス電子加速器が、照射ゾーン中にパルス電子ビームを生成し、この照射ゾーンに、フルオロポリマー材料を位置付ける。真空ポンプが、照射ゾーンから酸素および酸素含有ガスを吸引する。磁場コイルおよび電磁場コイルの少なくとも１つを照射ゾーンに隣接して配置して、フルオロポリマー材料を再び方向付ける。
【０００８】
本発明の１つの利点は、これが、毒性および腐食性のガスの生成を減少することである。
【０００９】
本発明の別の利点は、これが、環境中への粉塵および毒性物質の拡散を、減少および実質的に排除することである。
【００１０】
本発明の別の利点は、作業者の安全性の改善にある。
【００１１】
本発明のなおさらなる利点および利益は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読んで理解することによって当業者に明らかとなる。
【００１２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
粒子加速器１０は、電子を、好ましくは、１〜１５ＭｅＶの範囲で加速する。電子のビームは、走査ホーン１２へと運ばれ、これは、電子ビームを細長い領域に広げる。照射処理チャンバ１４を、走査ホーンに直に隣接して取り付け、電子ビームを受けるようにする。好ましくは、その照射チャンバは、走査ホーンから散開された電子ビームの高さおよび幅と釣り合った高さと幅を有する。電子ビーム損失を最小にするために、その走査ホーンおよび照射チャンバを、薄い箔層（好ましくは、アルミ箔）によってのみ分離する。
【００１３】
その照射チャンバ１４を、照射チャンバから空気を排除する真空ポンプ２０と相互に連結する。好ましくは、その真空ポンプは、１０−１〜１０−３トルのオーダーで真空を引く。その照射チャンバもまた、フルオロポリマー材料の供給源２２と連結する。好ましくは、そのフルオロポリマー材料は、粒子、削りくず、またはフレークの形態である。そのフルオロポリマー材料は、排気した処理チャンバ１４を通して制御された速度で移動する。好ましくは、その材料は、その照射チャンバ中で約１分の滞在時間を有する。衝突の際、その荷電した電子は、化学結合を壊すだけでなく、誘電フルオロポリマー粒子に電荷の衝撃を与える。
【００１４】
フルオロポリマー材料が照射チャンバを通過した後、それは照射プロセスの間に蓄積した熱を除去する冷却器２４を通過する。冷却は、生成されるガスの量を減少させる。すなわち、より高い温度、特に約１１０℃より上で、毒ガスが生成される割合は増大する。冷却し、かつ照射された材料は、分離器２６（例えば、サイクロン分離器）へと通り、そこでそれが堆積する。その分離器は、真空密閉バルブ（例えば、ロータリーポケットバルブ２８）を含み、これを通して、蓄積した照射されたフルオロポリマー材料が通過して、受けられ、そして適切にパッケージングされる。
【００１５】
好ましい実施形態に対してより詳細には、１つの位置にあるバルブ３０は、真空ポンプ２０の出口ポートを、フィルターおよび毒ガス回収システム３２を通して、大気に連結し、その間そのシステムは、好ましい圧力レベルへと下げられる。そのシステムが好ましい圧力レベルにまで引き下げられた後、バルブ３０は、ポンプ２０と、フルオロポリマー材料供給源２２へと伸びる空気戻し路３４とを連結して、閉鎖したループ空気路をなす。バルブ３０は、空気路において真空を維持するために断続的に作動され得る。流入機構３６は、その材料を低レベルの再循環ガスへと流入させる。流入機構は、例えば、フルオロポリマー材料を計量された割合でそのシステムの真空側に通過させる、回転ポケット真空バルブ３８を備え得る。ノズルまたはベンチュリ型配置４０は、その材料粒子を移動するガス中へと流入することを補助する。
【００１６】
その材料粒子が反応チャンバを通過する際にその材料粒子を攪拌（ａｇｉｔａｔｅ　ｏｒ　ｓｔｉｒ）するために、交互に極性が変わる一連の磁石４２が、照射チャンバの壁に並んでいる。各々の荷電したフルオロポリマー粒子が反対の極性領域に移動する場合、その電磁力は、その方向を反転させる。その磁石は、好ましくは、サマリウムコバルト永久磁石またはバリウム永久磁石のような強力な磁石である。あるいは、電気コイルが照射チャンバの側面に配置され、帯電した粒子を電場の変化により曲げ得る。攪拌はまた、チャンバ１４中のバフルにより機械的に提供され得る。
【００１７】
種々の代替の技術もまた、材料を処理チャンバ１４を通して移動するために意図される。例えば、その材料は、機械的コンベア（例えば、ベルトまたはオーガー）でそのチャンバを通して移動され得る。別の例として、その粒子は、重力により落下し得る。さらに別の例として、その材料は、リボンまたはチューブへと成形され得、これらは、排気したチャンバを通して引かれる。多数の他の運搬技術が、当業者に明らかである。
【００１８】
図２を参照して、バッチ処理の実施形態において、粒子またはフレーク形態のフルオロポリマー材料を、環境に対して密閉された比較的平らな幅の広い容器５０中に置く。その容器は、真空をそこに引く真空ポンプ５２に連結される（これもまた好ましくは、１０−１トル以下のオーダーである）。排気した後、容器５０を、好ましくは、その真空ポンプから切断する。その排気した容器を、天井に取り付けられた走査ホーン５６の下に、コンベアを運ぶための平らなベルトまたは他のコンベアシステム５４上に配置する。その容器は、選択された線量が達成されるまで、そのビームを一回以上通過する。パルス粒子加速器５８は、再び、走査ホーンにより照準を当て目標にされた粒子を、容器５０内の材料を通して、加速する。極性が交互に変わる電気巻線または磁石６０を、容器５０中の粒子の攪拌のために走査ホーンに隣接して配置する。
【００１９】
必要に応じて、冷却システム６２をベルトの下に配置して、電子ビームによって加熱された材料を冷却する。好ましくは、その電子ビームは、１〜５ＭｅＶの範囲のエネルギーを有する。その容器を、Ｔｅｆｌｏｎ粒子が約３０〜１５０Ｍｒａｄの照射、より好ましくは、１００〜１２０Ｍｒａｄの照射を受けるまで前後に動かす。これは、代表的には、約１分の総累積照射時間で達成され得る。
【００２０】
フルオロポリマー材料は、電子の酸化作用によってより小さい鎖および鎖セグメント（いくつかの短いＣ２Ｆ４鎖セグメントを含む）へと破壊される長いフルオロカーボン鎖を有する。照射チャンバの電離環境において、短い鎖のいくつかは、遊離のまたは反応性の炭素およびフッ素分子へと分解する。
【００２１】
Ｃ２Ｆ２＞＞＞２Ｃ＋２Ｆ
同様に、周囲大気内の水蒸気もまた、電離される：
Ｈ２Ｏ＋ｅ−＝ＯＨ＋Ｈ
遊離の水素およびフッ素は、反応してフッ化水素を形成する：
Ｆ＋Ｈ＝ＨＦ
残りの炭素およびヒドロキシドラジカルは、反応して二酸化炭素および水素ガスを形成する。同様に、他のＣ２Ｆ４ラジカルは、空気からの酸素、および電離した水蒸気からの遊離の水素と直接反応し、−ＣＦ２ＣＯＯＨ＋ＨＦを形成する。有意な真空を引くことにより酸素および水蒸気を除去することにより、フッ化水素を形成する反応に関与するのに利用可能な酸素および水蒸気の量は、大きく減少し、フッ化水素の生成を大きく減少させる。
【００２２】
たとえ、少量のフッ化水素およびフッ素ガスがなお生成されたとしても、このようなガスは、システムを通して循環し続ける。これらのガスに起因する圧力の上昇は、酸素および水蒸気がそのシステムに導入されない限り、フッ化水素またはフッ素の生成を増大させない。あるいは、真空を維持する代わりに、そのシステムは、酸素および水蒸気を排気し、そして不活性ガスまたはフルオロポリマー材料と有害な相互作用をしてフッ化水素もしくは他の毒ガスを形成しない他のガスと交換され得る。
【００２３】
必要に応じて、照射の他の形態（ガンマ線およびより高エネルギーのＸ線を含む）が利用され得る。しかし、エネルギーが電子ビームよりも低いので、ガンマ照射およびＸ線照射は、同程度の処理を達成するためにはより長い照射時間を必要とする。
【００２４】
電子ビームは、好ましくは、パルス化される。電子ビームをパルス化することは、処理される粒子に対して交互の照射と冷却期間を提供する。代表的には、その電子ビームは、走査ホーンを横切って前後に走査される。その走査はまた、間欠性の照射または交互の照射および冷却期間を提供する。代表的なｅビーム照射設定には、１〜５ｋＡのパルス化ビーム電流および１０〜５００ｎ秒のパルス時間を有する１．０〜５．０ＭｅＶの電子ビームが含まれる。
【００２５】
１０−１〜１０−３トルの真空が好ましいが、より高い真空は、さらに低減した割合のフッ化水素およびフッ素ガス生成を達成する。
【００２６】
図３を参照して、曲線７０は、大気圧および種々の真空レベルでの、空気中ＭＧｙの照射線量当たりのミリグラムでのフッ素ガス生成の割合を例示する。曲線７２は、１０−１トルの真空レベルについて；曲線７４は、１０−２トルについて；曲線７６は１０−４トルについて；そして曲線７８は１０−５トルについて、フッ化水素の生成率対線量を例示する。１０−１トルが満足のいく結果をもたらすが、１０−２トルでの結果は、再び、有意に改善され、１０−４トル以下でのガス生成は、大きく改善されることに留意する。
【００２７】
本発明は、種々の要素および要素の配列、ならびに種々の工程および工程の順序の形態をとり得る。図面は、好ましい実施形態を例示する目的のためのみであり、本発明を限定すると解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従うフルオロポリマー材料照射システムの略図である。
【図２】図２は、フルオロポリマー照射システムの代替的実施形態である。
【図３】図３は、大気圧下および１０−１〜１０−５トルの真空下での、空気中のフッ素ガス発生率　対　放射線量のグラフである。
【図１】
2004504185.tif 000003
【図２】
2004504185.tif 000004
【図３】
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【国際公開パンフレット】
2004504185.tif 000006
2004504185.tif 000007
2004504185.tif 000008
2004504185.tif 000009
2004504185.tif 000010
2004504185.tif 000011
2004504185.tif 000012
2004504185.tif 000013
2004504185.tif 000014
2004504185.tif 000015
2004504185.tif 000016
2004504185.tif 000017
2004504185.tif 000018
2004504185.tif 000019
2004504185.tif 000020
2004504185.tif 000021
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004504185.tif 000022
【国際調査報告】
2004504185.tif 000023
2004504185.tif 000024
2004504185.tif 000025