(57)【要約】  複合材的多孔性固形物品を製造するための製造システムが提供されるが、そこでは、そのような物品の色をモニターして、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体（たとえば、Ｋｙｂｌｏｃｋ（登録商標）樹脂、Ａｒｋｅｍａ製）と活性炭粉体との混合物を加熱および圧縮することによって製造されたその物品が完全に硬化されていることを確認する。物品の一部の領域が青色（不完全硬化の指標）を示したときには、加工条件に修正を加える。
2018513039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材的多孔性固形物品を作成するための製造システムであって、前記製造システムが、
ａ）加工条件の第一のセットの下で、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物の第一の部分を加熱し、そして場合によっては圧縮して、第一の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；
ｂ）前記第一の複合材的多孔性固形物品を点検して、前記第一の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるかどうかを調べる工程；および
ｃ−１）前記第一の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるならば、前記加工条件の第一のセットの下で、前記混合物の第二の部分を加熱および圧縮して、第二の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；または
ｃ−２）前記第一の複合材的多孔性固形物品の色が、完全な黒色でなかったら、前記加工条件の第一のセットとは異なる加工条件の第二のセットを選択して、前記加工条件の第二のセットの下で前記混合物の第二の部分を加熱および圧縮して、第二の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；
の工程を含む、製造システム。
【請求項２】
前記混合物の第一の部分および第二の部分の加熱および圧縮を、前記混合物を圧縮成形することによって実施する、請求項１に記載の製造システム。
【請求項３】
前記配合物の加熱を、圧縮を加えることなく実施する、請求項１に記載の製造システム。
【請求項４】
前記混合物の前記第一の部分および前記第二の部分の加熱および圧縮を、前記混合物を押出成形することによって実施する、請求項１に記載の製造システム。
【請求項５】
工程ｃ−２）を実施するが、前記加工条件の第二のセットが、前記加工条件の第一のセットとは異なっていて、前記混合物の第二の部分の加熱および圧縮が、より高い温度で実施される、請求項１に記載の製造システム。
【請求項６】
前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品が、それぞれ、中実または中空の円筒の形状である、請求項１に記載の製造システム。
【請求項７】
前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品が、それぞれ、シートの形状である、請求項１に記載の製造システム。
【請求項８】
前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉末が、２０マイクロメートル未満の平均粒径を有する、請求項１に記載の製造システム。
【請求項９】
前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーが、前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品の約３〜約３０重量パーセントを構成している、請求項１に記載の製造システム。
【請求項１０】
ＰＶＤＦ粉体と活性炭との前記混合物が、活性な官能性粒子をさらに含む、請求項１に記載の製造システム。
【請求項１１】
前記活性炭粉体が、２０マイクロメートル以上の平均粒径を有する、請求項１に記載の製造システム。
【請求項１２】
工程ｃ−２）が実施され、そして前記製造システムには、前記第二の複合材的多孔性固形物品を点検して、前記第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるかどうかを調べる追加の工程が含まれ、そして、前記第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるならば、前記加工条件の第二のセットの下で、前記混合物の第三の部分を加熱および圧縮して、第三の複合材的多孔性固形物品を成形するか、または、前記第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色でない場合には、前記加工条件の第一のセットおよび第二のセットとは異なる加工条件の第三のセットを選択して、前記加工条件の第三のセットの下で、前記混合物の第三の部分を加熱および成形して、第三の複合材的多孔性固形物品を形成させる、請求項１に記載の製造システム。
【請求項１３】
前記第一の複合材的多孔性物品が、色が青色である少なくとも一つの領域を示す、請求項１に記載の製造システム。
【請求項１４】
ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との前記混合物の色が、熱と圧縮に曝露される前には青色である、請求項１に記載の製造システム。
【請求項１５】
第一の複合材的多孔性固形物品および第二の複合材的多孔性固形物品を含む、複合材的多孔性固形物品のセットであって、前記第一の複合材的多孔性固形物品と前記第二の複合材的多孔性固形物品とが成分的には同一であって、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーおよび活性炭からなり、前記第一の複合材的固形物品が、色が青色である少なくとも一つの領域を含んでいて、そして未完成物品であり、そして前記第二の複合材的固形物品が、色が完全に黒色であり、そして完成物品である、セット。
【請求項１６】
前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーが、前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品の約３〜約３０重量パーセントを構成している、請求項１５に記載のセット。
【請求項１７】
ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー対活性炭の比率が、０．５〜３５重量パーセントのポリ（フッ化ビニリデン）バインダー対６５〜９９．５重量パーセントの活性炭であり、合計したものが１００％に等しい、請求項１５に記載のセット。
【請求項１８】
前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーが、ＡＳＴＭ  Ｄ３８３５に従い、２３２℃、１００ｓ-1で測定して、４〜５５キロポワズの間の溶融粘度を有する、請求項１５に記載のセット。
【請求項１９】
ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体を使用して前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品を調製し、前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体が、３〜２０ミクロンの粒径を有する、請求項１５に記載のセット。
【請求項２０】
前記活性炭が、０．１〜３０００マイクロメートルの粒径を有する、請求項１５に記載のセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）バインダー粉体と活性炭粉体とその他の可能性のある加工添加剤との混合物から、複合材的多孔性固形物品、たとえばブロック状活性炭および分離用物品を製造するための、品質改良および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔性分離用物品およびブロック状活性炭のような複合材的多孔性固形物品は当業者には公知であり、そのような物品は、熱可塑性プラスチックバインダーと、相互作用性の粉状もしくは繊維状物質たとえば活性炭粉体との混合物を使用して製造される。それらの物品は、一般的には、熱可塑性プラスチックバインダーが、相互作用性の粉状もしくは繊維状物質を、完全にコーティングするというよりは、離ればなれの点でつなぎ合わせるのに有効な条件下で形成される。このように配置させることによって、その相互作用性の粉状もしくは繊維状物質が、流体またはガスと直接に接触して、相互作用を及ぼすことが可能となる。そのようにして得られた複合材的多孔性固形物品は、多孔性であり、そのために、流体またはガスが、その中に浸透したり、さらにはその物品を通過したりすることが可能となる。そのような物品は、水の浄化や、さらには工業的用途において水系、非水系のいずれでも、その中に溶解したり懸濁したりしている物質を分離させるのに有用である。そのような複合材的多孔性固形物品、さらにはそれらの製造方法の例は、たとえば国際公開第２０１４／０５５４７３号パンフレットおよび国際公開第２０１４／１８２８６１号パンフレットに記載されている（それらそれぞれのすべての開示を、参考として引用し本明細書にすべての目的で組み入れたものとする）。
【０００３】
そのような複合材的多孔性固形物品を製造する場合、その物品が、完全に「硬化されて（ｃｕｒｅｄ）」いて、その相互作用性の粉状もしくは繊維状物質の実質的に全部が、熱可塑性プラスチックバインダーによってその物品の中に確実につなぎ合わされていることを確保するのが重要である。熱可塑性プラスチックバインダーは、その熱可塑性プラスチックバインダーが十分に軟化する温度にまで加熱され、冷却すると、その混合物の成分が、多孔性の単一体の中に溶融されて一体化している。その物品の完全な「硬化（ｃｕｒｉｎｇ）」が達成されると、その物品が通常の取扱いおよび通常の使用をされたときに、その相互作用性の粉状もしくは繊維状物質の幾分かが、その複合材的多孔性固形物品から剥がれ落ちる可能性を有したままで残っている可能性を最小限とするであろう。たとえば、その物品を水の浄化に使用しようとするとき、その物品が完全に硬化されていれば、その物品の中にある量の水を通しても、その相互作用性の粉状もしくは繊維状物質から、粒子が洗い出されるということは一切ないであろう。また別の例としては、完全硬化させることが、その物品の機械的結着性の改良に役立ち、それによって、（たとえば、濾過装置の中のブロック状活性炭を手動で置きかえるように）その物品を扱っているときに、相互作用性の粉状もしくは繊維状物質の粒子がその物品の表面から分離するという傾向が抑制される。一般的には、熱可塑性プラスチックバインダーと相互作用性の粉状もしくは繊維状物質との混合物を成形して複合材的多孔性固形物品とするときの温度を高くすることによって、硬化のレベルが上げることができるが、過度の温度や加熱条件が、その物品の多孔度や、その粉状もしくは繊維状物質が流体と相互作用を及ぼす性能を損なう、望ましくない原因となる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、そのような混合物を成形して複合材的多孔性固形物品とするのに最適な加工条件のセットを確立することが、挑戦課題であることが明らかとなった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
予想もしなかったことであるが、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物を加熱し、場合によっては圧縮して複合材的多孔性固形物品を成形するときに、そのような物品の不完全硬化の領域が、外観的に青色となるであろうということが今や発見された。それとは対照的に、完全硬化した領域は、黒色に見えるであろう。すなわち、黒色が完全硬化の指標であり、青色が不完全硬化の指標である。したがって、製造している物品の色をモニターすることが、そこで使用した加工条件が、その混合物を完全硬化させるのに有効であったかどうかを判断するための、信頼のおける、便利な方法であることが見出された。その物品の一部または複数の部分の色が青色であれば、必要に応じて、その物品が完全に黒色になるまで、その加工条件を（たとえば、その混合物を加熱する温度を高くしたりして）調節すればよい。
【０００６】
この色の変化は、ポリフッ化ビニリデンバインダーを用いて作成した物品に特有のものであり、現在使用されているバインダーを用いて作成したブロック状活性炭物品では、認められない。典型的なバインダー（たとえば、ポリオレフィン）を用いて作成したブロック状活性炭物品では色の変化が存在しないので、リアルタイムで視覚的にそのブロック物品の完全硬化を点検するための指標は存在しない。本発明は、ブロック状活性炭物品の製造にＰＶＤＦバインダーを用いることで、完全硬化についての色の変化の指標を与えることにより、この問題を解決する。
【０００７】
本発明の態様においては、「黒色（ｂｌａｃｋ）」とは、ＡＳＴＭ  Ｄ  ２２４４により測定して以下のＨｕｎｔｅｒ値を満たす色を意味している：
Ｈｕｎｔｅｒ  Ｌ値：≦２５、好ましくは≦２２、より好ましくは≦２０、最も好ましくは≦１８；
Ｈｕｎｔｅｒ  ａ値：＞０、好ましくは＞０．５、より好ましくは＞１；
Ｈｕｎｔｅｒ  ｂ値：＞０、好ましくは＞０．５、より好ましくは＞１。
【０００８】
本発明の態様においては、「青色（ｂｌｕｅ）」とは、ＡＳＴＭ  Ｄ  ２２４４により測定して以下のＨｕｎｔｅｒ値を満たす色を意味している：
Ｈｕｎｔｅｒ  Ｌ値：≧１８、好ましくは≧２０、より好ましくは≧２５、最も好ましくは≧３０；
Ｈｕｎｔｅｒ  ａ値：＜０、好ましくは＜−０．５、より好ましくは＜−１；
Ｈｕｎｔｅｒ  ｂ値：＜−０．５、好ましくは＜−５、より好ましくは＜−８。
【０００９】
したがって、本発明は、複合材的多孔性固形物品を製造するための製造ラインの始動を容易にするために使用することが可能であり、ここで、高品質の完全硬化物品を得るために最初に選択された加工条件の有効性は、容易に検証することができる。そのような最初に選択される加工条件が不十分であることが見出されたら、そのようにして次いで製造される物品の色を点検することによって、完全硬化物品が得られるまでそのような条件の修正を行うことができる。それに加えて、本発明はさらに、そのような製造ラインの品質管理を維持するのにも有用であって、そのようにして製造された物品が継続的に完全に硬化されていることが保証される。
【００１０】
したがって、本発明の一つの態様は、複合材的多孔性固形物品を作成するための製造システムを提供するが、その製造システムには以下の工程が含まれる：
ａ）加工条件の第一のセットの下で、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物の第一の部分を加熱し、そして場合によっては圧縮して、第一の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；
ｂ）その第一の複合材的多孔性固形物品を点検して、その第一の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるかどうかを調べる工程；および
ｃ−１）その第一の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるならば、その加工条件の第一のセットの下で、その混合物の第二の部分を加熱および圧縮して、第二の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；または
ｃ−２）その第一の複合材的多孔性固形物品の色が、完全な黒色でなかったら、その加工条件の第一のセットとは異なる加工条件の第二のセットを選択して、その加工条件の第二のセットの下でその混合物の第二の部分を加熱および圧縮して、第二の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程。
【００１１】
そのような製造システムの一つの実施形態においては、その混合物の第一の部分および第二の部分の加熱および場合によっては圧縮を、その混合物を圧縮成形することによって実施する。また別の実施形態においては、その混合物の第一の部分および第二の部分の加熱および圧縮を、混合物を押出成形することによって実施する。加熱および圧縮は、同時に実施してもよいが、順次に実施することも可能である（たとえば、混合物を、圧縮なしで加熱し、次いで（典型的にはさらに熱をかけながら）圧縮にかける）。また別の実施形態においては、追加の圧縮をまったくかけない。
【００１２】
その製造システムの一つの変法においては、工程ｃ−２）を実施するが、その加工条件の第二のセットが、加工条件の第一のセットとは異なっていて、混合物の第二の部分の加熱および圧縮を、より高い温度で実施する。それら第一の複合材的多孔性固形物品および第二の複合材的多孔性固形物品はそれぞれ、中実または中空の円筒の形状であってよい。別な方法として、それらが、シートの形状であってもよい。
【００１３】
そのポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体は、２０マイクロメートル未満の平均粒径を有しているのがよく、そして、約３〜約３０重量パーセントの間、好ましくは５〜２５重量パーセントの間、より好ましくは７〜２０重量パーセントの間、最も好ましくは９〜１５重量パーセントの間の量で、第一の複合材的多孔性固形物品および第二の複合材的多孔性固形物品を構成しているのがよい。
【００１４】
本発明の一つの実施形態においては、工程ｃ−２）を実施し、その製造システムには、その第二の複合材的多孔性固形物品を点検して、その第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるかどうかを調べる追加の工程が含まれ、そして、その第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるならば、加工条件の第二のセットの下で、その混合物の第三の部分を加熱および圧縮して、第三の複合材的多孔性固形物品を成形するか、または、その第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色でない（たとえば、色が青色である少なくとも一つの領域を示す）場合には、加工条件の第一のセットおよび第二のセットとは異なる加工条件の第三のセットを選択して、その加工条件の第三のセットの下で、その混合物の第三の部分を加熱および成形して、第三の複合材的多孔性固形物品を成形する。色が完全に黒色である複合材的多孔性固形物品が得られるまで、これらの工程の反復をさらに実施してもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様においては、その第一の複合材的多孔性物品が、色が青色である少なくとも一つの領域を示す。そのような青色に着色した領域が観察されたら、次の複合材的多孔性物品を作成するときに、その第一の複合材的多孔性物品を製造するために使用した加工条件を変化させて、色が完全に黒色である複合材的多孔性物品が得られるようにする。完全に黒色の複合材的多孔性物品が製造できる加工条件（温度、圧力）が見いだせたら、それを維持して、さらなる複合材的多孔性物品を継続的に製造する。
【００１６】
本発明の他の態様においては、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物が、熱および圧縮にかける前から、色が青色である。それを加熱、圧縮すると、その混合物が二次加工されて、固形（ただし、多孔性）で、自立性の完全硬化された黒色の構造物となる。
【００１７】
本発明によって、複合材的多孔性固形物品のセットがさらに提供される。そのセットは、第一の複合材的多孔性固形物品および第二の複合材的多孔性固形物品からなっているが、その第一の複合材的多孔性固形物品およびその第二の複合材的多孔性固形物品は、成分的には同一であって、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーと活性炭とからなっているが、その第一の複合材的固形物品には、色が青色である少なくとも一つの領域が含まれていて未完成物品であり、そしてその第二の複合材的固形物品は、色が完全に黒色で完成物品である。本発明の文脈においては、「完成物品」とは、それが意図した目的（たとえば、水の浄化、または水系および／または非水系での溶解もしくは懸濁した物質の分離）で既に使用可能となっている物品であり、その一方で、「未完成物品」とは、そのような用途に適合させるには、追加の加熱および／または圧縮、またはその他の加工が必要となる物品である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】Ｋｙｂｌｏｃｋ（登録商標）ＰＶＤＦ粉体（白色）を示す図である。
【図２】活性炭（黒色）を示す図である。
【図３】Ｋｙｂｌｏｃｋ（登録商標）ＰＶＤＦ粉体と活性炭との物理的ブレンド物を示し、このブレンド物は青色である。
【図４】チューブの形態にある、完全には硬化されていない複合材的多孔性固形物品の一例を示す。Ｋｙｂｌｏｃｋ（登録商標）バインダー技術を使用した、２種の部分硬化されたブロック状活性炭。（１）青色を有するブロックの未硬化の領域であって、バインダーが硬化していなくて、配合物に恒久的に結合されていないことを示している。（２）黒色を有するブロックの硬化した領域であって、バインダーが硬化していなくて、配合物に恒久的に結合されていないことを示している。（３）内側表面、Ｋｙｂｌｏｃｋ（登録商標）技術を含むブロック状活性炭の、未硬化の青色領域。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体
本発明による複合材的多孔性固形物品を調製するのに使用されるバインダーには、ポリ（フッ化ビニリデン）が含まれる。本明細書で使用するとき、「ポリ（フッ化ビニリデン）」という用語は、その鎖の中に、フッ化ビニリデン（時には、フッ化ビニリデンまたはＶＤＦとも呼ばれる）である少なくとも１種のモノマーを有する各種のポリマーを表している。フッ化ビニリデンは、ホモ重合されていてもよいし、あるいは以下に例を挙げる１種または複数のその他のフルオロモノマー（それらに限定される訳ではない）と共重合されていてもよい：フッ化ビニル；トリフルオロエチレン（ＶＦ３）；クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）；１，２−ジフルオロエチレン；テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）；ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）；ペルフルオロ（アルキルビニル）エーテル、たとえばペルフルオロ（メチルビニル）エーテル（ＰＭＶＥ）、ペルフルオロ（エチルビニル）エーテル（ＰＥＶＥ）およびペルフルオロ（プロピルビニル）エーテル（ＰＰＶＥ）；ペルフルオロ（１，３−ジオキソール）；ならびにペルフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）（ＰＤＤ）。
【００２０】
そのバインダーは、ＰＶＤＦのホモポリマーまたはコポリマーと、ＰＶＤＦ（コ）ポリマーと相溶性のある１種または複数の他のポリマーとのブレンド物であってもよい。たとえば、そのバインダーが、ポリ（フッ化ビニリデン）と、（メタ）アクリレートのホモポリマーまたはコポリマーとのブレンド物であってもよい（たとえば、そのバインダーが、５〜４９重量パーセントのポリメチルメタクリレートのポリマーまたはコポリマーと、５１〜９５重量パーセントのポリ（フッ化ビニリデン）とのブレンド物であってもよい）。
【００２１】
本発明において有用なＰＶＤＦのコポリマーおよびターポリマーとしては、その中でフッ化ビニリデン単位が、ポリマーの全部のモノマー単位を合計した重量の４０パーセントを超える量で、より好ましくは、それらの単位の全重量の７０パーセントを超える量で含まれているようなものが挙げられる。フッ化ビニリデンのコポリマー、ターポリマー、およびさらに高級なポリマーは、フッ化ビニリデンを、以下のものからなる群よりの１種または複数のモノマーと反応させることによって作成することができる：フッ化ビニル、トリフルオロエテン、テトラフルオロエテン、部分的または全面的にフッ素化されたアルファ−オレフィンたとえば、３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、３，３，３，４，４−ペンタフルオロ−１−ブテン、およびヘキサフルオロプロペンの１種または複数、部分的にフッ素化されたオレフィン、ヘキサフルオロイソブチレン、ペルフルオロ化ビニルエーテルたとえば、ペルフルオロメチルビニルエーテル、ペルフルオロエチルビニルエーテル、ペルフルオロ−ｎ−プロピルビニルエーテル、およびペルフルオロ−２−プロポキシプロピルビニルエーテル、フッ素化ジオキソールたとえば、ペルフルオロ（１，３−ジオキソール）およびペルフルオロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）、アリル型、部分フッ素化アリル型、もしくはフッ素化アリル型モノマーたとえば、２−ヒドロキシエチルアリルエーテルもしくは３−アリルオキシプロパンジオール、ならびにエテンまたはプロペン。
【００２２】
一つの実施形態においては、そのポリ（フッ化ビニリデン）の中には、重量で３０％まで、好ましくは２５％まで、より好ましくは１５％までのヘキサフルオロプロペン（ＨＦＰ）単位と、重量で７０％、好ましくは７５％、より好ましくは８５％以上のＶＤＦ単位とが存在する。
【００２３】
本発明の一つの態様においては、本発明において使用されるポリ（フッ化ビニリデン）が高分子量を有している。「高分子量」という用語は、本明細書で使用するとき、ＡＳＴＭ法Ｄ−３８３５に従い、４５０゜Ｆ（２３２℃）、１００ｓｅｃ-1で測定して、１．０キロポワズより大、好ましくは５Ｋｐより大、より好ましくは１５〜５０Ｋｐ、最も好ましくは１５〜２５Ｋｐの溶融粘度を有するポリ（フッ化ビニリデン）を意味している。高分子量のポリ（フッ化ビニリデン）またはポリアミドは相互連結性を与えるが、その理由は、より高い粘度、およびより低い流動性を有しており、そのために活性炭粒子を完全に被覆することはないからである。
【００２４】
本明細書で使用するとき、「相互連結性（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）」という用語は、バインダーが、活性炭粒子を完全に被覆することなく、活性炭の粒子を相互に恒久的に接合していることを意味している。それらのバインダーが、特定の離散した点で活性炭粒子を付着させて、組織化された多孔質の構造を作りだしている。その多孔質の構造は、流体が、それら相互連結された粒子の間を通過することができるようになっていて、その流体組成物が、活性炭の（複数の）表面に直接曝露され、それらの粒子と流体組成物の成分とが容易に相互作用して、その結果、それらの流体の成分が分離されるようになっている。ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーが、離散した点でのみ活性炭粒子に付着しているので、完全な接合のためにも、コーティングの場合よりは少ない量のバインダーが使用される。
【００２５】
いくつかの実施形態においては、その複合材的多孔性固形物品を調製するために使用されるポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体が、２０マイクロメートル未満、１５マイクロメートル未満、１２マイクロメートル未満、１０マイクロメートル未満、さらには、ほぼ５マイクロメートル（またはそれ以下）の平均粒径を有している。平均粒径は、ポリマーの懸濁液について、Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ（登録商標）３０００（Ｍａｌｖｅｒｎ製）レーザー粒径分析計を使用して測定する。
【００２６】
本発明において使用されるポリ（フッ化ビニリデン）は、一般的には、水系フリーラジカル乳化重合を使用した、当業界公知の手段により調製されるが、懸濁重合、溶液重合および超臨界ＣＯ2重合プロセスを使用してもよい。一般的なエマルション重合プロセスにおいては、脱イオン水、重合の際に反応物質を乳化させることが可能な水溶性界面活性剤、および任意成分のパラフィンワックス防汚剤を反応器に仕込む。その混合物を撹拌し、脱気させる。次いで、所定の量の連鎖移動剤（ＣＴＡ）を反応器の中に導入し、反応器の温度を所望のレベルにまで上げ、フッ化ビニリデン（および、場合によっては１種または複数のコモノマー）をその反応器にフィードする。フッ化ビニリデンおよび任意成分の他のモノマーの最初の仕込みを導入し、反応器の中の圧力が所望のレベルに達したら、重合開始剤エマルションまたは溶液を導入して重合反応を開始させる。反応の温度は、使用する重合開始剤の特性に合わせて変化させることができるが、当業者ならば、その方法は知っているであろう。その温度は、典型的には約３０℃〜１５０℃、好ましくは約６０℃〜１２０℃である。反応器の中で所望のモノマー量に到達したら、モノマーのフィードを停止するが、場合によっては、重合開始剤のフィードは継続して、残存モノマーを反応し尽くさせる。残存している（未反応モノマーを含む）ガスを放出し、その反応器からラテックスを回収する。
【００２７】
重合において使用する界面活性剤は、当業界では公知の、ＰＶＤＦのエマルション重合において有用な各種の界面活性剤を使用することが可能であり、ペルフルオロ化、部分フルオロ化、および非フルオロ化界面活性剤が挙げられる。そのＰＶＤＦエマルションは、重合のいかなる工程においてもフルオロ界面活性剤を用いない、フルオロ界面活性剤フリーであるのが好ましい。ＰＶＤＦ重合において有用な非フルオロ化界面活性剤は、本来的にイオン性、ノニオン性のいずれであってもよいが、たとえば以下のものが挙げられる（これらに限定される訳ではない）：３−アリルオキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸塩、ポリビニルホスホン酸、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸、およびそれらの塩、ポリエチレングリコールおよび／またはポリプロピレングリコール、およびそれらのブロックコポリマー、アルキルホスホン酸塩、ならびにシロキサンベースの界面活性剤。
【００２８】
重合させると、一般的には、重量で１０〜６０パーセント、好ましくは１０〜５０パーセントの固形分レベルを有し、５００ｎｍ未満、好ましくは４００ｎｍ未満、より好ましくは３００ｎｍ未満のラテックス重量平均粒径を有する、ラテックスが得られる。その重量平均粒径は、一般的には少なくとも２０ｎｍ、好ましくは少なくとも５０ｎｍである。凍結−融解安定性を改良するために、少量の１種または複数の、その他の水−混和性溶媒たとえばエチレングリコールを、そのラテックスの中に混ぜ込んでもよい。
【００２９】
ＰＶＤＦラテックスは、当業界公知の手段、たとえば噴霧乾燥、凍結乾燥、凝結、およびドラム乾燥（これらに限定される訳ではない）によって乾燥させて粉体とすることができる。その乾燥させたＰＶＤＦ粉体は、０．５〜２００ミクロン、好ましくは１〜１００ミクロン、より好ましくは２〜５０ミクロン、最も好ましくは３〜２０ミクロンの平均粒径を有していてよい。より小さいサイズの粒子が好ましいが、その理由は、それによって、活性炭粒子の間の間隔が短く（密度が高く）なるからである。押出加工プロセスにおいては、ポリマー樹脂粒子が非結晶質領域で軟化して、離散した点で粒子に付着するが、溶融して粒子を完全に被覆するようなことはない。活性炭粉体との混合物を調製するのに、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーを、初期の乾燥工程無しで、ラテックスの形態で使用することもまた可能である。
【００３０】
特に有用なポリ（フッ化ビニリデン）樹脂としては、Ａｒｋｅｍａ  Ｉｎｃ．製のホモポリマーおよびコポリマーのＫｙｂｌｏｃｋ（登録商標）樹脂、特に粒径範囲が３〜２０ミクロン、そして溶融粘度が４〜５５キロポワズの間のＫｙｂｌｏｃｋ（登録商標）ＰＶＤＦ樹脂が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。溶融粘度は、ＡＳＴＭ  Ｄ３８３５に従い、２３２℃、１００ｓ-1で測定する。
【００３１】
一つの実施形態においては、ＶＤＦとＨＦＰとのコポリマーを使用して、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体を調製する。それらのコポリマーは、より低い表面エネルギーを有している。ＰＶＤＦは一般的に、他のポリマーたとえばポリオレフィンなどよりも、低い表面エネルギーを有していることに注目されたい。表面エネルギーが低いと、活性炭粒子の濡れがよくなり、より均質な分散体となる。その結果、より高い表面エネルギーを有するポリマーバインダーに比較して、この複合材的多孔性固形物品の均質性が改良され、バインダーの必要レベルがより低くなる筈である。さらに、ＰＶＤＦ／ＨＦＰコポリマーは、結晶化度がより低く、ガラス転移温度（Ｔｇ）もより低いので、溶融プロセスにおいてより低い温度で加工することができる。
【００３２】
本発明の一つの変法においては、そのポリ（フッ化ビニリデン）が、官能性ＰＶＤＦ、たとえばＡｒｋｅｍａ製の無水マレイン酸グラフトＰＶＤＦである。その官能性ＰＶＤＦによって、活性炭粒子に対する結合性が改良され、それにより、配合におけるＰＶＤＦの使用量をより低いレベルとすることが可能となる。この、より低い使用量と優れた結合性の組合せが、複合材的多孔性固形物品の総合的な透過性の改良をもたらすであろう。
【００３３】
本発明において複合材的多孔性固形物品を形成させるのに使用される混合物には、ポリ（フッ化ビニリデン）以外の１種または複数のタイプのポリマーが含まれていてもよい。しかしながら、一つの実施形態においては、その混合物には、モノマーとしてフッ化ビニリデンを含むポリマー以外には、いかなるタイプのポリマーも含まない。
【００３４】
活性炭粉体
活性炭（ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ、場合によっては、ａｃｔｉｖｅ  ｃａｒｂｏｎまたはａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃｈａｒｃｏａｌとも呼ばれる）は、一般的には、炭素質の原料物質、たとえば、果実殻、竹、ボーン、ヤシ殻、木材、または石炭から製造される。活性炭は、活性化／酸化と組み合わせた炭化によって製造することができる。炭化の過程において、原料の炭素質物質が、典型的には、空気の非存在下に（たとえば、窒素またはアルゴン雰囲気中で）、６００〜９００℃の範囲の温度で熱分解される。活性化／酸化の工程で、原料の炭素質物質または炭化物質が、２５０℃より高い温度、通常は６００〜１２００℃の温度範囲で、酸化性の雰囲気（たとえば、二酸化炭素、酸素、または水蒸気）に曝露される。いくつかの場合においては、炭化の後に、４５０〜９００℃の範囲の温度で、たとえば酸（たとえば、リン酸）または塩基（たとえば、水酸化カリウム）または金属塩（たとえば、塩化亜鉛）のような化学物質を用いた含浸または処理を実施する。
【００３５】
活性炭は、一般的に、吸着によって物質と結合する。製造した後、活性炭は、各種好適な技術（たとえば、破砕および／またはミリング）によって微細化して、所望の粒径分布とし、典型的には、そのようにして得られた粉体を（たとえば、空気分級または篩別）によって分級して、特定の粒径分布を得る。たとえば、活性炭の粒径（直径）は、０．１〜３０００マイクロメートルとすることができる。そのカーボン粉体が、２０ミクロン以上の重量平均粒径を有しているのが好ましい。本発明のある種の実施形態においては、その活性炭粉体が、少なくとも５００ｍ2／ｇの表面積を有していてよい。活性炭粉体の商業的供給業者は多数あり、たとえば、Ｃａｌｇｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｏｒｐ．（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐａ．）、ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ  Ｃｏｒｐ．（Ｇｌｅｎ  Ａｌｌｅｎ，Ｖａ．）、および株式会社クラレ（日本国、岡山県）などが挙げられる。異なった活性炭粉体のブレンド物および混合物を使用することもまた可能である。そのような場合においては、それぞれが、異なった粒径分布、および／またはその他の特性たとえば異なった表面積を有していてもよい。
【００３６】
触媒用活性炭は、典型的には、活性炭を製造する場合のプロセスと類似の炭化プロセスにより製造されるが、そのプロセスのいずれかの時点で、窒素含有物質（たとえば、アンモニア、尿素など）が添加される。そのようにして得られた触媒用活性炭は、水中のクロラミンを、触媒作用で効果的に分解する。触媒用活性炭は、たとえば米国特許第６，３４２，１２９号明細書（Ｖａｕｇｈｎら）および米国特許第５，３３８，４５８号明細書（Ｃａｒｒｕｂｂａ）に記載の手順に従って、調製することができる。この方法で製造されたと考えられている（ビチューメンベースの）触媒用活性炭が、Ｃａｌｇｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｏｒｐ．から「Ｃｅｎｔａｕｒ」の商品名で市販されている。触媒用活性炭はさらに、たとえば米国特許第６，７０６，１９４Ｂ２号明細書（Ｂａｋｅｒら）に開示されている方法でも調製することができるが、この特許では、さらに米国特許第４，６２４，９３７号明細書（Ｃｈｏｕ）が引用されている。この方法では、活性化／酸化工程の際に、窒素源たとえばアンモニアを、酸化性のガスと共に加える。このタイプの触媒用活性炭の商業的入手先としては、たとえば、ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ  Ｃｏｒｐ．により商品名「Ｎｕｃｈａｒ  ＡｑｕａＧｕａｒｄ」として市販されている触媒用活性炭が挙げられると考えられる。
【００３７】
市販の活性炭粒子の粒径分布が、所望の粒径分布とは異なっているような場合には、その活性炭粒子（たとえば、粒状体または粉体）の粉砕および／または分級を、たとえば、破砕および／またはミリング、および／または空気分級および／または篩別のような周知の技術を使用して、実施してもよい。
【００３８】
活性炭粉体に加えて、その混合物には、活性炭の重量を基準にして、０．０１〜３０重量パーセント、好ましくは１．０〜２０重量パーセントの、１種または複数の、さらなるタイプの相互作用性粒子が含まれていてもよい。一つの実施形態においては、しかしながら、その混合物が、活性炭以外のいかなるタイプの相互作用性粒子も含まない。
【００３９】
それらの相互作用性粒子には、流体（液体または気体）組成物中に溶解されるかまたは懸濁された物質が近傍に来るかまたはそれらと接触したときに、物理的、電気的、または化学的相互作用を有する粒子または繊維が含まれる。それら相互作用性粒子の活性のタイプに応じて、それらの粒子は、化学反応、物理的捕捉、物理的付着、電気的（電荷的もしくはイオン的）誘引、または類似の手段によって、溶解されるかまたは懸濁された物質を分離することができる。本発明によって予想される相互作用としては、以下のものが挙げられるが、それらに限定される訳ではない：流体からの化合物の物理的捕捉、たとえばナノクレーまたはゼオライト粒子；イオン交換樹脂；触媒；電磁性粒子；中和のための酸性もしくは塩基性粒子；など。
【００４０】
さらなる相互作用性粒子または繊維の例としては以下のものが挙げられるが、それらに限定される訳ではない：４１０、３０４、および３１６ステンレス鋼、銅、アルミニウムおよびニッケル粉体の金属粒子、強磁性物質、活性アルミナ、カーボンナノチューブ、シリカゲル、アクリル系粉体および繊維、セルロース繊維、ガラスビーズ、各種の研磨材、一般的な鉱物質たとえばシリカ、木材チップ、イオン交換樹脂、セラミックス、ゼオライト、珪藻土、ポリエステル粒子および繊維、ならびに、エンジニアリング樹脂たとえばポリカーボネートの粒子。
【００４１】
一般的に使用可能な本発明の相互作用性粒子は、直径０．１〜３，０００マイクロメートルのサイズ範囲であり、長さ対幅の比率が実質的に無制限の直径０．１〜２５０マイクロメートルの繊維である。繊維は、長さ５ｍｍ以下に切断されているのが好ましい。繊維または粉体は、その粉体混合物を十分に加熱できるだけの熱伝導率を有しているべきである。さらに、押出加工プロセスにおいては、それらの粒子および繊維が、そのフルオルポリマーバインダー樹脂の融点よりも十分に高い融点を有していて、通常は望まれている多相系ではなく、両方の物質が溶融して、連続した溶融相を作ることを防ぐようにしなければならない。
【００４２】
活性炭粉体の量に対して、複合材的多孔性固形物品の中の活性炭の粒子が相互連結性を示すのに十分な量のポリ（フッ化ビニリデン）バインダーを使用する。ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー対活性炭の比率は、以下のようにすればよい：０．５〜３５重量パーセントのポリ（フッ化ビニリデン）対６５〜９９．５重量パーセントの活性炭（合計して１００％）、好ましくは０．５〜１５重量パーセントのポリ（フッ化ビニリデン）バインダー対８５〜９９．５重量パーセントの活性炭、より好ましくは１〜１０重量パーセントのポリ（フッ化ビニリデン）対９０〜９９重量パーセントの活性炭、そして一つの実施形態においては０．５〜８重量パーセントのポリ（フッ化ビニリデン）対９２〜９９．５重量パーセントの活性炭。ポリ（フッ化ビニリデン）の使用量が少なすぎると、完全な相互連結性が達成されない可能性があるし、ポリ（フッ化ビニリデン）の使用量が多すぎると、活性炭粒子と、その複合材的多孔性固形物品を通過する流体との間の接触が減少する可能性がある。
【００４３】
本発明により製造される複合材的多孔性固形物品には、各種の実施形態において、活性炭に対して、たとえば（重量で）わずか３〜１４％のバインダー、（重量で）１２％以下のバインダー、（重量で）１０％以下のバインダー、または（重量で）５〜８％のバインダーの相対的に低い比率のバインダーを含んでいるのがよい（残りの量は、活性炭および他の成分（そのような他の成分が存在しているならば）である）。
【００４４】
複合材的多孔性固形物品を形成させるための方法
本発明の製造システムでは、熱可塑性樹脂（たとえば、熱可塑性樹脂のバインダー粉体）と相互作用性粉状物質（たとえば、活性炭粉体）との混合物から固形の複合材的多孔性物品（たとえば、多孔性分離用物品、ブロック製品）を調製するのに適した、当業者に公知の各種の方法および技術を使用してよい。そのような方法としては、たとえば、押出成形法、さらには圧縮成形プロセスを挙げることができる。
【００４５】
本発明の製造システムにおいては、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物を使用する。そのような混合物は、当業者に公知の各種の好適な手順で調製することができるが、これには、極微細な粒子状物質からなる少なくとも１種のタイプの熱可塑性プラスチック「バインダー」粒子（本発明においてはこれがポリ（フッ化ビニリデン）樹脂からなっている）を、１種または複数のタイプの相互作用性粒子または繊維（本発明においてはこれが、微細な粒子形状にある活性炭からなっている）と組み合わせるプロセスが含まれる。この混合物に対して、所望であれば、各種の添加剤および加工助剤を加えることもできる（本発明のある種の実施形態においては、しかしながら、その混合物が、ポリ（フッ化ビニリデン）樹脂と活性炭から実質的になるか、またはなっている）。「添加剤」とは、最終製品の性質を望ましい方向に変化させる物質と定義され、たとえば、より弾性の高いゴム状の粘稠性を与える可塑剤や、強度があり、脆く、よりセラミック様の最終製品を与える剛化剤などである。「加工助剤」とは、混合物をより容易に加工できるようにする物質と定義され、たとえば成形のための潤滑剤である。バインダーが、混合物全体の約３〜約３０重量％、一つの実施形態においては約４〜約８％を占めていてよい。
【００４６】
バインダーと活性炭とを混合するために典型的に使用される混合プロセスは、可能な限り均質な最終製品が製造できるように設計される。その混合装置で製造される混合物の品質が、プロセスにおいては重要である。その混合に、冷時混合プロセスの使用が含まれているのなら、最終加工の際に強力な複合材料に転換させることが可能な、安定して密接な混合物を製造するには、かなりのレベルの剪断が必要となる可能性がある。たとえば、ボールミル加工は多くの場合、剪断力を上げるための物品を備えた改良ボールミルの中で実施するのがよい。プローミキサー（ｐｌｏｗ  ｍｉｘｅｒ）もまた、それらの物質を「スミア（ｓｍｅａｒ）」する物品を用いて改良するのがよい。
【００４７】
一つの実施形態においては、混合プロセスを使用して、その混合物の中での特別な粒子分布を達成するが、その場合、バインダー粒子は、活性炭粒子の間および周辺空間に、個別かまたは小さなクラスターとして分散させる。それらのバインダー粒子が活性炭粒子に粘着して、粉立ちが少なく、流動性の低いマトリックスが得られるようにするのがよい。バインダーおよび／または活性炭粒子に微量の界面活性剤または類似の物質を用いてコーティングすることが、この粘着性を補う目的で役立つ可能性もある。カーボン粒子とＰＶＤＦバインダーとの間で密接なブレンド物を形成させる一つの方法として、活性炭をＰＶＤＦラテックスの中に分散させ、その混合物を噴霧乾燥させることが挙げられる。
【００４８】
すべての粒子および成分が実質的に均質に分散されたら、次いでそのようにして得られた混合物を、本発明に従って、プラスチックに適用されることが多い慣用されるプロセスのいずれかを含む手順により加工する。そのようなものとしては、二次元的に均質な形状を有する目的物を製造するための押出成形法、物質の薄いシートまたは厚いスラブを製造するための高温ロール圧密成形法、またはシートもしくは複雑なバルク形状を得るための圧縮成形法もしくは射出成形法などが挙げられる。
【００４９】
一つの実施形態においては、活性炭粉体に対して適切な比率で、所望の量のポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体を秤量し、高速ミキサー、たとえばＨｅｎｓｃｈｅｌミキサーまたはＷａｒｉｎｇベンチトップブレンドミルを使用して混合する。混合速度は、８００〜１５００ｒｐｍの範囲とすることができる。混合時間は、ブレンドする粉体の量によるが、１〜３分の範囲であってよい。
【００５０】
また別の実施形態においては、フルオロポリマーと活性炭との密接なブレンド物を、それらの成分を共噴霧乾燥させることによって調製する。有効量のＰＶＤＦラテックスを粉体状の活性炭と共に混合し、それらを共噴霧して、ナノスケールで十分に混合されている乾燥粉体を得ることができる。この共噴霧乾燥させた複合体は、各種所望の形状および多孔度に成形するための混合物として使用することができる。小さい粒径のラテックス（一般的には２０〜４００ｎｍ）が、活性炭粒子との極端に均質なブレンド物を与え、必要とされるバインダーのレベルを下げることが可能であるが、それでもなお、分離のために利用可能な活性炭粒子の表面の量を最も高くしている。共噴霧乾燥させた複合体には、ブレンド物の噴霧乾燥によって活性炭粒子と物理的に組み合わされた、それらの極めて小さいエマルション粒子が含まれている。
【００５１】
また別の実施形態においては、低剪断リボンブレンダーを使用して、ＰＶＤＦフルオロポリマーバインダーと活性炭との密接なブレンド物を混合する。
【００５２】
成形方法
本発明の製造システムにおいては、固形の複合材的多孔性物品を成形するために、当業者に公知の各種の押出成形、圧縮成形、およびその他のプロセスを採用することができるが、そのようなものは、たとえば以下の特許文献に見出すことができる：米国特許第５，０１９，３１１号明細書；米国特許第５，１４７，７２２号明細書；米国特許第５，３３１，０３７号明細書；国際公開第２０１４／０５５４７３号パンフレット；および国際公開第２０１４／１８２８６１号パンフレット（それらそれぞれのすべてを、参考として引用し本明細書にすべての目的のために組み入れたものとする）。
【００５３】
ブロック物品を成形するための押出加工プロセスは、Ｅ．Ｋｏｓｌｏｗによる特許、たとえば米国特許第５，３３１，０３７号明細書に見いだすことができる（参考として引用し本明細書に組み入れたものとする）。そのプロセスには、極微細な粒子状物質からなる少なくとも１種のフルオロポリマー「バインダー」粒子を、１種または複数のタイプの相互作用性粒子または繊維と混合して組み合わせる工程が含まれる。それらの相互作用性粒子および繊維は、ほとんどすべての粒状の、粉体、または極微細な物質、または微細または粗大の範囲の繊維からなっていてよい。それらの粒子および繊維は、そのフルオロポリマーバインダー粒子よりも顕著に高い溶融点または軟化点を有しているべきである。この混合物には、各種の添加剤および加工助剤を添加することもできる。「添加剤」とは、最終製品の性質を望ましい方向に変化させる物質と定義され、たとえば、より弾性の高いゴム状の粘稠性を与える可塑剤や、強度があり、脆く、よりセラミック様の最終製品を与える剛化剤などである。「加工助剤」とは、混合物をより容易に加工できるようにする物質と定義され、たとえば射出成形のための潤滑剤である。バインダーは、混合物全体の約３〜約３０重量％、好ましくは約４〜約８％を占めるようにするべきである。
【００５４】
ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー樹脂のユニークで連続のウェブの成形および、活性炭粒子の固定化（ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）または強制的点結合（ｆｏｒｃｅｄ  ｐｏｉｎｔ−ｂｏｎｄｉｎｇ）を達成させるためには、プラスチックの注型成形、押出成形、ロール圧密成形その他の成形装置を、必要とされるタイムシーケンスの中で、適用する圧力、温度、および剪断力の厳密な組合せが得られるように操作する。ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粒子を、それらの元々の通常は粉体または球状の粒状物の形態から、最終的な構造の中の薄い連続のウェブマトリックスに転換させるために必要な条件は、使用した樹脂の特定のタイプに従って、変化する。しかしながら、本発明の一つの実施形態における基本的な手順には、以下の工程が含まれる：
１．  最初に、顕著な圧力または剪断力を一切かけることなく、混合物を、バインダーの軟化点よりは十分に高い（好ましくは少なくとも約２０℃、最も好ましくは約４０℃上の）温度ではあるが、通常は、その混合物の中の活性炭の軟化点よりも低い温度に加熱する。
２．  少なくとも工程１の温度にまで加熱した後で、その混合物を、一般的には少なくとも約５０ｐｓｉ（３．５ｋｇ／ｃｍ2）、好ましくは少なくとも約１０００ｐｓｉ（７０．３１ｋｇ／ｃｍ2）、最も好ましくは少なくとも約６，０００ｐｓｉ（４２１．８６ｋｇ／ｃｍ2）の十分に高い圧力下に置いて、密ではない物質を実質的に直ちに圧密化し、周囲の活性炭粒子によって、バインダー樹脂に作用させて、前記バインダー物質の粒子の少なくとも一部を活性炭粒子の間の連続ウェブに転換させる。そこで加える圧力は、バインダーを「活性化させる」かまたは軟化させるには十分に高くなければならず、工程１で述べた必要とされる温度に達してはじめて、加える。
３．  その混合物は、その剪断が単に、その元々の密ではない形態から、より圧縮された形態にまでその物質を圧密化するのに必要とされる、粒子の移行であったとしても、圧力を加えている際に、少なくとも幾分かの最小の（限定された）剪断力は受けなければならない。このことが、バインダーの粒子を「スミアして」、互いに合着して、連続のウェブマトリックスを形成するする薄いフィルムにするのに役立つと考えられる。押出加工の際に、粒子は、ダイの中で加熱されている間に予備的に圧密化されてはいるが、その物質は、温度、圧力低下、および剪断力がバインダーの転化を達成するには十分である、ダイの最終成形の部分で剪断力と圧力の組合せを受けている。
４．  熱と圧力の加え方は，十分に短い時間として、そのプロセスの間に形成された連続ウェブが、個々の液滴または粒子となる溶融および再圧密化の結果として、非連続状態に戻らないようにしなければならない。
５．  そのプロセスは、高速で実施され、次いでそのようにして得られた固定化された物質をバインダーの融点より低い温度にまで比較的急速に冷却して、一旦形成された不安定な構造を「凍結」させる。
【００５５】
本発明のまた別な実施形態においては、工程２において加えた圧力が、より低い範囲にあって、連続ウェブの形成が低下または停止し、活性炭粒子の間の強制的点結合によって複合構造が形成されるようになっている。このプロセスにおける熱および圧力の加え方は、同様に短い時間であって、その冷却も比較的急速で、そのプロセスの間に形成された強制的点結合が保持される。
【００５６】
その構造物に、引張、切断、または応力を加えることによって、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーの微細なウェブを、極めて微細な繊維へと転換させる。そのようにして得られた繊維は、時として、極めて微細とすることが可能であり、またフィブリル化して、サブミクロンサイズにさえすることができる。
【００５７】
そのプロセスの速度は、熱が粒子の混合物の中に移行する速度によって主として制限されるように思われる。連続のポリマー性ウェブまたは強制的点結合の形成では、高い圧力および剪断力をほんの瞬間的に加えることが必要であるように思われる。その生成物を高温で長時間保持すると、その製品が急速に劣化し、連続ウェブまたは結合点が失われる恐れがある。したがって、物質中で連続のバインダー樹脂構造が生成したら、望ましくはその物質を急速に、好ましくは可能な限り急速に冷却するべきである。その生成物の冷却が完了するまでは、その構造物は柔軟性を維持していて、容易に変形させることができる。したがって、その生成物は通常、型からの抜き出しまたは押出成形用具からの押出しのいくぶんか前に、部分的に冷却させることができる。この暖かい条件下で、その生成物を扱って、微細な表面仕上げや平滑化されたシートを製造することが可能である。冷却を促進させるために、水スプレーまたは空気ブラストを使用してもよい。加熱ロールコンパクターで製造された平滑シートは、それらがロールから数フィート移動している間に冷却され、その後で処理される。いくつかの場合においては、まだ暖かくて柔軟である間に、その物質のシートに平滑化のための加工をさらにする。
【００５８】
そのプロセスの生成物は、ゴム状またはプラスチック状の物質であってよく、その性質は、より高いかまたはより低い圧力および剪断力、より高いかまたはより低い温度の使用、および少量でその生成物の性質を実質的に変化させる各種の添加剤の使用により、広く変化させることが可能である。
【００５９】
混合物に加える圧力と剪断力とを増大させると、その生成物の構造内において、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー樹脂の連続性の程度が実質的に高くなる結果がえられるということが観察された。温度を最小温度から最大温度にまで上げると、応力を加えることによって製造されたウェブの厚みが薄くなるということが観察される。ある温度よりも高くなると、その結果得られるマトリックスの生成が、低下することが観察される。臨界的な温度より上では、そのプロセスによって形成された連続の構造を「メルトフロー」温度より十分下には急速に冷却することができず、次いで球状の形状に逆流するために、その連続ウェブが失われると考えられる。
【００６０】
したがってそのプロセスは、通常、好まし操作温度範囲の内で実施される。この範囲は、製造される目的物のサイズおよび形状に合わせて、変化させるのがよい。たとえば、極めて急速に加熱および冷却が可能な薄いシートは、より大きいスラブやバルクの形状物よりは低い温度で形成させることができる。したがって、許容される温度範囲は、成形される目的物のサイズが大きくなるほど、より制限されるようになる。実際のところ、厚みが２インチ（５．１ｃｍ）までの目的物は、実用的な温度範囲内で成形することができる。しかしながら、その生成物の厚みが増すほど、必要とされる温度が高くなり、急速に冷却する能力が失われるために、そのプロセスを実施する能力が低下する。
【００６１】
このプロセスを「活性化させる」ためには、最小限の加圧と顕著な剪断力とが必要とされることが見いだされた。臨界圧力未満では、連続的なバインダー構造の発生は観察されない。しかしながら、それでも活性炭粒子の強制的点結合は起こすことができる。
【００６２】
圧縮成形プロセスにおいては、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物を圧縮成形フレームの中に充填して、その粉体が、金型フレームの上側面まで、完全かつ均等に充填されるようにする。そのフレームは、その金型フレームの下のプレート領域を被覆するポリイミドフィルム片を備えた、大表面積の鋼板の上にプリセットするのがよい。上側面よりもわずかに過剰の混合物を充填すると、圧縮プロセスには役立つ。衝撃充填法や振動充填法を採用してもよい。その金型フレームの上を、もう１枚のポリイミドフィルム片を用いて覆い、次いで硬質の鋼板を上にのせるのがよい。
【００６３】
次いで、その充填した金型のセットを、プレスの加熱した熱盤の上に置き、圧縮をかけて、上側熱盤と下側熱盤が金型セットに接触して、所望の初期圧力（たとえば、１０００〜３０００ｐｓｉ）を与えるようにする。それらの熱盤は、たとえば４３０゜Ｆ〜４７０゜Ｆの温度であってよい。これが、予熱工程であり、この条件下で金型をたとえば３〜５分間放置して加熱するのがよい。次いで、圧縮圧を（たとえば８０００〜１２，０００ｐｓｉに）上げ、金型をその温度でさらに３〜５分間保持する。次いで圧力を下げ、直ちに熱い金型を冷プレスに移し、そこで、１〜５分間の再圧縮（たとえば８０００〜１２，０００ｐｓｉ）にかけて冷却させる。次いで、金型をプレスから取り出し、開いて、固化された成形品のプラック（すなわち、複合材的多孔性固形物品）を単離する。
【００６４】
製造システム
複合材的多孔性固形物品の成形に使用するために選択された加工方法の種類とは関係なく、本発明の製造システムは、製造された個々の物品についてその色が完全に黒色であるかどうかを確認するための点検をする、少なくとも一つの工程を含んでいることを特徴としている。先にも説明したように、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物を完全に硬化させると、それは黒色となる。その複合材的多孔性固形物品のいくつかの領域で完全硬化が達成されていないと、そのような領域の色は、青色となるであろう。そのような点検が、最も効率的かつ便利に実施できるような方法は、使用された特定の成形手順、さらには製造された物品の形状やその他の特性に依存するであろう。一般的に言えば、その物品の内部において混合物の完全硬化が達成されたかどうかを確認するためには、その物品の一つの代表的な断面（または複数の代表的な断面）を調べるのが好都合となるであろう。その理由は、成形工程において、典型的には、その混合物と接触状態にある加熱表面によって、混合物に熱が移行するからである。加熱された表面に近い領域にある混合物は、その加熱された表面から遠い領域よりも速やかに、所定の温度に達するであろう。混合物の完全硬化は、少なくとも部分的には、その混合物が、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体が活性炭粉体を固定化または強制的点結合させるウェブマトリックスを形成するのに十分な程度にまで軟化させるのに有効な最低の温度に達するかどうかに依存するので、このことは、加熱表面により近い領域（一つまたは複数）を完全に硬化させるのに有効な加工条件の下であっても、内部領域（一つまたは複数）が完全には硬化されない可能性があるということを意味している。
【００６５】
たとえば、ダイを介して押出成形により物品を成形し、その押出加工した物品が（たとえばチューブのように）内部空隙を有しているような場合には、その物品の内部空隙に近い領域が、不完全硬化である可能性がある。その物品が、エキストルーダーから押し出された後に、押出成形物を切断して長尺ものとして製造されているのなら、その物品の端部を目視で点検することによって、このことを容易に調べることができる。また別な例として、その物品が、圧縮成形プロセスによりシートの形状で製造されているのなら、そのシートの中側の領域が、金型の加熱表面から相対的に離れているので、不完全硬化に留まっている可能性がある。その物品の外側表面の色がすべて黒色で、それらの表面が完全に硬化されていることを示しているが、そのために、そのシートが、その厚み全体で完全に硬化されたかどうかが隠されてしまっている。そのようにして製造された物品は、（たとえばカットまたはスライスすることにより）切断して、その内部領域も同様に点検できるようにするのがよい。そのような点検は、作業員が簡単に目視で点検することにより実施することができる。別な方法として、物品の点検を機械化することも可能であり、その場合、分光光度計などを使用して色を評価する。
【００６６】
所定の加工条件のセットを用いて製造した物品を点検することにより、（物品の色が完全に黒色であることを確認して）その物品を構成する混合物の完全硬化が達成されていると確認できたら、それと同一の加工条件のセットを使用して、さらなる物品の製造を続けることが可能である。製造している物品を継続的にサンプリングし、点検することを続けると、そのような条件が有効に維持されていて、所望している物品の完全硬化が得られていることが確認できる。
【００６７】
その一方で、そのような点検で、物品の一つまたは複数の領域の色が青色（不完全硬化の指標）であることがわかったら、その物品を製造するのに使用した加工条件を変更し、加工条件の新しいセットを使用して、１個または複数の追加の物品を製造し、同様の点検をして、その新しい加工条件で、混合物が完全硬化しているかどうかを確認する。たとえば、その加工条件の新しいセットには、不完全硬化であることが見出された物品を製造した場合の加工温度よりも高い加工温度が含まれていてもよい。たとえば、元の加工温度がＸ℃であったとすると、新しい加工温度が、Ｘ＋１℃；Ｘ＋２℃；Ｘ＋３℃；Ｘ＋４℃；Ｘ＋５℃；Ｘ＋６℃；Ｘ＋７℃；Ｘ＋８℃；Ｘ＋９℃；Ｘ＋１０℃；またはさらに高い段階的上昇であってもよい。加工温度を段階的に上げていっても、（完全に黒色であることで証明される）完全に硬化された物品を得るにはまだ不十分であるということがわかったら、製造された物品が完全硬化であることが観察されるまで、さらに加工温度を一段階か複数段階上げてもよい。たとえば、物品が圧縮成形プロセスで製造されている場合には、その金型温度を、上に記述したようにして上げてもよい。物品が押出成形により製造されているのなら、エキストルーダーおよび／またはダイの温度を上げてもよい。
【００６８】
物品の完全硬化を達成するために調節することが可能なその他の加工パラメーターとしては、加熱時間、さらには成形の際にかける圧迫（圧縮）圧力が挙げられる。たとえば、押出成形プロセスが使用された場合には、その混合物が加熱された押出系の中に留まっている時間を増大させたり、および／またはエキストルーダーおよび成形ダイの中でそのような混合物が受ける圧力を高めたりしてもよい。圧縮成形プロセスにおいては、金型の中での滞留時間を増やしてもよい。
【実施例】
【００６９】
実施例１：
Ｋｙｂｌｏｃｋ（登録商標）ＰＶＤＦ粉体（白色）（Ａｒｋｅｍａ  Ｉｎｃ．製）（図１に示した）を、活性炭（黒色）（図２に示した）と、物理的にブレンドした。その物理的ブレンド物は、図３に見られるように、青色を有している。
【００７０】
実施例２：
１４重量パーセントのＫｙｂｌｏｃｋ（登録商標）ＲＣ−１０，２８１（Ａｒｋｅｍａ）と８６重量パーセントの活性炭との混合物を、押出成形して、チューブの形態の複合材的多孔性固形物品を形成させた。Ｋｙｂｌｏｃｋ（登録商標）ＲＣ−１０，２８１は、３〜６ミクロンの粒径範囲およびＡＳＴＭ  Ｄ  ３８３５に従い２３２℃で１７．５〜２２．５キロポワズの溶融粘度を有しており、連続押出プロセス用に特別に設計されたものである。その活性炭は、８０×３２５ヤシ殻カーボンである。その配合粉体を、温度設定点３７５゜Ｆのエキストルーダーを通して加工する。押出加工した後で、そのパイプの断面が均一な色になっているかどうかを調べた。完全に溶融したチューブの黒色の外径と、未硬化の鮮やかな青色の内径との間に界面が現れ、不均質なチューブであることが見出された。
【００７１】
図４に、条件１の下、３７５゜Ｆで製造したチューブ（１）の横断面を示す。上述の加工条件下では、物品は完全には硬化されていなかった。具体的には、チューブの内部空隙（４）に近いチューブ壁の領域（２）の色が、目に見えて青色であった（この領域が不完全硬化を示している）。この内部領域（２）は、ヒーターバンドからの直接加熱の反対側に位置している。それとは対照的に、チューブの外側に近いチューブ壁の領域（３）の色は、黒色であった（この領域が、ヒーターバンドからの直接加熱により近く、完全に硬化されたことを示している）。
【００７２】
【表１】
2018513039.tif 000003
【００７３】
上に記載したのと同じ配合物（１４重量パーセントのＫｙｂｌｏｃｋ（登録商標）ＲＣ−１０，２８１と８６重量パーセントの活性炭との混合物）を、同一の条件下で押出成形したが、ただし、加工温度を３７５゜Ｆから４４０゜Ｆにまで上げた。これらの条件により、完全硬化した、均質で黒色の、十分な機械的結着性と活性炭の脆砕抵抗性を有するブロック状活性炭構造物を与える結果が得られた。製造されたチューブは、断面を観察すると、より低い加工温度で製造したチューブとは異なって、青色をまったく示さなかった。すなわち、内部領域（２）および外部領域（３）の色が共に、黒色（完全硬化の指標）であった。
【００７４】
本明細書においては、実施形態は、明瞭かつ簡潔な明細書を書くことを可能とするようにして記載してきたが、それらの実施形態は、本発明から外れない範囲で、各種の併合または分離をしてもよいということが意図されており、このことは認められるであろう。たとえば、本明細書に記載の「好ましい態様」は、本明細書に記載されている本発明のすべての態様にあてはめることができるということは認められるであろう。
【００７５】
本発明の態様には、以下の項目が含まれる：
１．  複合材的多孔性固形物品を作成するための製造システムであって、
前記製造システムが、
ａ）加工条件の第一のセットの下で、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との混合物の第一の部分を加熱し、そして場合によっては圧縮して、第一の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；
ｂ）前記第一の複合材的多孔性固形物品を点検して、前記第一の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるかどうかを調べる工程；および
ｃ−１）前記第一の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるならば、前記加工条件の第一のセットの下で、前記混合物の第二の部分を加熱および圧縮して、第二の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；または
ｃ−２）前記第一の複合材的多孔性固形物品の色が、完全な黒色でなかったら、前記加工条件の第一のセットとは異なる加工条件の第二のセットを選択して、前記加工条件の第二のセットの下で前記混合物の第二の部分を加熱および圧縮して、第二の複合材的多孔性固形物品を形成させる工程；
の工程を含む、製造システム。
２．  前記混合物の第一の部分および第二の部分の加熱および圧縮を、前記混合物を圧縮成形することによって実施する、態様１に記載の製造システム。
３．  前記配合物の加熱を、圧縮を加えることなく実施する、態様１に記載の製造システム。
４．  前記混合物の前記第一の部分および前記第二の部分の加熱および圧縮を、前記混合物を押出成形することによって実施する、態様１または２に記載の製造システム。
５．  工程ｃ−２）を実施するが、前記加工条件の第二のセットが、前記加工条件の第一のセットとは異なっていて、前記混合物の第二の部分の加熱および場合によっては圧縮が、より高い温度で実施される、態様１〜４のいずれか１項に記載の製造システム。
６．  前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品が、それぞれ、中実または中空の円筒の形状である、態様１〜５のいずれか１項に記載の製造システム。
７．  前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品が、それぞれ、シートの形状である、態様１〜６のいずれか１項に記載の製造システム。
８．  前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉末が、２０マイクロメートル未満の平均粒径を有する、態様１〜７のいずれか１項に記載の製造システム。
９．  前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーが、前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品の約３〜約３０重量パーセントを構成している、態様１〜８のいずれか１項に記載の製造システム。
１０．  ＰＶＤＦ粉体と活性炭との前記混合物が、活性な官能性粒子をさらに含む、態様１〜９のいずれか１項に記載の製造システム。
１１．  前記活性炭粉体が、２０マイクロメートル以上の平均粒径を有する、態様１〜１０のいずれか１項に記載の製造システム。
１２．  工程ｃ−２）が実施され、そして前記製造システムには、前記第二の複合材的多孔性固形物品を点検して、前記第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるかどうかを調べる追加の工程が含まれ、そして、前記第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色であるならば、前記加工条件の第二のセットの下で、前記混合物の第三の部分を加熱および圧縮して、第三の複合材的多孔性固形物品を成形するか、または、前記第二の複合材的多孔性固形物品の色が完全に黒色でない場合には、前記加工条件の第一のセットおよび第二のセットとは異なる加工条件の第三のセットを選択して、前記加工条件の第三のセットの下で、前記混合物の第三の部分を加熱および成形して、第三の複合材的多孔性固形物品を形成させる、態様１〜１１のいずれか１項に記載の製造システム。
１３．  前記第一の複合材的多孔性物品が、色が青色である少なくとも一つの領域を示す、態様１〜１２のいずれか１項に記載の製造システム。
１４．  ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体と活性炭粉体との前記混合物の色が、熱と圧縮に曝露される前には青色である、態様１〜１３のいずれか１項に記載の製造システム。
１５．  第一の複合材的多孔性固形物品および第二の複合材的多孔性固形物品を含む、複合材的多孔性固形物品のセットであって、前記第一の複合材的多孔性固形物品と前記第二の複合材的多孔性固形物品とが成分的には同一であって、ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーおよび活性炭からなり、前記第一の複合材的固形物品が、色が青色である少なくとも一つの領域を含んでいて、そして未完成物品であり、そして前記第二の複合材的固形物品が、色が完全に黒色であり、そして完成物品である、セット。
１６．  前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーが、前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品の約３〜約３０重量パーセントを構成している、態様１５に記載のセット。
１７．  ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー対活性炭の比率が、０．５〜３５重量パーセントのポリ（フッ化ビニリデン）バインダー対６５〜９９．５重量パーセントの活性炭であり、合計したものが１００％に等しい、態様１５または１６に記載のセット。
１８．  前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダーが、ＡＳＴＭ  Ｄ３８３５に従い、２３２℃、１００ｓ-1で測定して、４〜５５キロポワズの間の溶融粘度を有する、態様１５〜１７のいずれか１項に記載のセット。
１９．  ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体を使用して前記第一の複合材的多孔性固形物品および前記第二の複合材的多孔性固形物品を調製し、前記ポリ（フッ化ビニリデン）バインダー粉体が、３〜２０ミクロンの粒径を有する、態様１５〜１８のいずれか１項に記載のセット。
２０．  前記活性炭が、０．１〜３０００マイクロメートルの粒径を有する、態様１５〜１９のいずれか１項に記載のセット。
【図１】
2018513039.tif 000004
【図２】
2018513039.tif 000005
【図３】
2018513039.tif 000006
【図４】
2018513039.tif 000007
【国際調査報告】
2018513039.tif 000008