(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化重合体及び充填剤粉末を複合繊維構造体に変換させるための装置であって、
（ａ）実質的に平坦な析出電極と；
（ｂ）液化重合体を該析出電極に対して第一電位まで帯電させるための第一機構と；
（ｃ）該液化重合体上に湾曲した表面を形成して、該第一電位によって該析出電極に引きつけられる液化重合体の少なくとも一つのジェットを発生させ、それにより、重合体繊維の帯電したマトリックスを該析出電極上に形成するための第二機構と；
（ｄ）該析出電極に対して第二電位であり、帯電した充填剤粉末と該帯電したマトリックスとの間の電気力が該帯電したマトリックス内で該帯電した充填剤粉末を均一に分布させるように、該帯電した充填剤粉末のエーロゾルを該析出電極に供給するように動作し、それにより複合材料を形成するエーロゾル発生器と；
を含む上記装置。
【請求項２】
さらに、（ｅ）該第二機構の近傍に溶媒の蒸気を与えるための第三機構を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該析出電極が、第二機構を通過するように動作する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該析出電極がベルトを含む請求項３に記載の装置。
【請求項５】
第二機構が少なくとも１個のノズルを含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第二機構が、液化重合体により湿潤される材料で製造された少なくとも１個の突起を含み、該少なくとも１個の突起が湾曲した表面がその上に形成される先端を含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
該少なくとも１個の突起がホイールのリム部に配置され、該先端が該ホイールから放射状に外側に向いている請求項６に記載の装置。
【請求項８】
さらに、（ｆ）液化重合体を保持するための浴を含み、
該少なくとも１個の突起が該浴内を往復運動するように動作し、該液化重合体のジェットが該析出電極に対して該少なくとも１個の突起の最も近い流路で形成されるようにした、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
さらに、該析出電極と第二機構との中間にある追加の電極を含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
該追加の電極が、該液化重合体の少なくとも１個のジェットが該析出電極に向けて出現する開口を有するプレートを、第二機構と対向して含む請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
該エーロゾル発生器が
（ｉ）圧力室と、
（ii）該圧力室と該析出電極との間の間仕切りと、
を含み、該圧力室と該間仕切りが、該第二電位によって該析出電極に引きつけられる充填剤粉末を流動化させるように共働している請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
該エーロゾル発生器がスロット型噴霧器を含む請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
重合体及び充填剤粉末を不織複合繊維構造体に成形する方法であって、
（ａ）重合体を液化させて液化重合体を生成させ、
（ｂ）実質的に平坦な析出電極を提供し、
（ｃ）該液化重合体を該析出電極に対して第一電位まで帯電させ、
（ｄ）該液化重合体上に湾曲した表面を形成して、該第一電位によって該析出電極に引きつけさせる液化重合体の少なくとも一つの帯電したジェットを発生させ、これにより該析出電極上に重合体繊維の帯電したマトリックスを形成させ、
（ｅ）帯電した充填剤粉末と該帯電したマトリックスとの間の電気力が該帯電したマトリックス内で該帯電した充填剤粉末を均一に分布させるように、該帯電した充填剤粉末のエーロゾルを該析出電極に供給し、これにより複合材料を形成する工程を含む方法。
【請求項１４】
該液化が重合体を溶媒に溶解して重合体溶液を生成させることによって実施される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、（ｆ）該湾曲した表面の最も近くに該溶媒の蒸気を与える工程を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、（ｆ）該重合体溶液にアミン塩、ポリオキシアルキレン及び界面活性剤よりなる群から選択される添加剤を添加する工程を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
該湾曲した表面の形成が該液化重合体をノズルから出現するようにさせることによって実施され、該湾曲した表面が該液化重合体のメニスカスである請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
該湾曲した表面の形成が先端を有する突起を該液化重合体により湿潤させることによって実施され、該湾曲した表面が該先端に接した該液化重合体の表面である請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、（ｆ）該析出電極を、不織繊維構造体が該析出電極上シートとして形成されるように移動させる工程を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、（ｆ）該湾曲した表面を振動させる工程を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
該振動を５０００Ｈｚ〜３０，０００Ｈｚの周波数で実施する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
帯電した充填剤粉末の該エーロゾルを供給することが、
充填剤粉末を該析出電極に対して第二電位まで帯電させ、該第二電位は該第一電位と符号が反対であり、これによって帯電粒子を生じさせ、
該重合体繊維の帯電したマトリックスを該帯電した充填剤粉末に露呈し、これによって該帯電した該充填剤粉末を該重合体繊維の帯電したマトリックスに引きつける工程を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
該液化重合体が該析出電極に対して負に帯電され、該帯電した充填剤粉末が該析出電極に関して正に帯電される請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野及び背景
本発明は、ろ過手段、特に複合重合体繊維フィルター及びそれらの製造技術に関する。
寸法が０．１〜１０μの粒子を捕捉できるろ過材料の創生及びそれらのますます増大する用途は、製造された商品の品質及び信頼性に対するますます度を増す厳格な要求並びに近代技術及び製造方法（エレクトロニクス、航空機、自動車工業、電気化学工業、バイオテクノロジー、医薬）の急速な発展と関連している。このような材料の主な工業的製造方法は、重合体溶液から（Ｖ．Ｐ．ジュビアガ他、Polymer Membranes、“ケミストリー”パブリシング・ハウス、モスクワ、1981（ロシア語）；Ｖ．Ｅ．ガル及びＶ．Ｐ．デイアコノバ、Physical and Chemical Principles of Polymer Films Manucture、“ハイアースクール”パブリシング・ハウス、モスクワ、1978（ロシア語）；独国特許第３，０２３，７８８号、“廃水からの酸性染料などを除去するための陽イオン性吸収剤−アミノプラスト初期縮合物及びアミン−アミド化合物からの製造”）、粉末及び粉末重合体複合体から（Ｐ．Ｂ．ジボチンスキー、Porous Patitions and Mebranes in Electrochemical Equipment、“ケミストリー”パブリシング・ハウス、レニングラード、1978（ロシア語）；Encyclopedia of Polymer Science and Engineering、ウイリ−社、ニューヨーク、1987，Vol．８、p.533）、マクロモノリスフィルムから（Ｉ．キャバッソ及びＡ．Ｆ．ツルバック、“合成膜”、Vol.1、ACS Symposium Ser.154、ワシントンＤＣ、1981、p.267）及び繊維及び繊維質重合体の分散体から（Ｔ．三浦、“完全乾燥不織系はエアレイド及び熱結合技術を兼ねる”、Nonwoven World Vol.73（March 1988）p.46）の製造を包含する。後者の方法は、最適なコスト一品質比を持つ材料の製造を促進させるので、最も普及している。
また、大きな関心事は、ろ過材料の伝統的な用途の、特にガス状及び液体媒体中に微細粒子の捕捉の機能と分子状混合物の吸着の機能の組み合わせへの拡大に、例えばメルカプタンの除去に、触媒反応のための基材として、ろ過材料の殺細菌効果の高揚などに現れている。これらの追加の機能を充足されることは、追加の固相の生成を与えるいくつかの種類の充填剤又は官能基を繊維マトリックスに導入するために、即ち複合ろ過材料の製造の結果として可能である。
現在では、重合体ろ過材料は、パルプ及び製紙工業に適用される伝統的な技術に多くの観点で類似する技術によって合成繊維から製造される。長繊維加工糸が所定の長さの断片に切断され、次いで、５０種以上の可能な操作からのいくつかの基本的及び補足的な操作に付されるが、これには表面特性を変性させるための化学的加工処理、結合用及び安定化用組成物との混合、カレンダー加工、乾燥プロセスなどが含まれよう（Ｏ．Ｉ．ナチンキイン、Polymer Macrofilters、“ケミストリー”パブリシング・ハウス、レニングラード、1978（ロシア語）、p.157-158）。このような技術的プロセスの複雑性は、その後の利用のための安定な特性を持つ材料の製造を妨げ、製造されたろ過材料のコストを高くし、湿分、熱加工処理に敏感な充填剤との複合体の製造を実質的に排除させる。
しかし、繊維の製造方法と微孔質ろ過材料の形成との組み合わせを助成させ、それにより技術的操作の数を削減させ、水性反応媒体の必要性を排除させ、製造される製品の性質の安定性を増大させる極細合成繊維の製造方法（及びそれらの製造装置）がある（例えば、米国特許第２，３４９，９５０号を参照されたい）。“エレクトロキャピラリー紡糸”として知られるこの方法によれば、所定の長さの繊維が電気力の下で毛細管開口からの重合体溶液の流れの過程で形成され、受容器の上に落下して不織重合体材料を形成する。かかる材料の基本的な性質は有効に変えることができる。この方法によれば、繊維の形成は、負の電位にあるそれぞれの毛細管と細い線の形の接地したアンチ電極との間の間隙で、即ちコロナ放電を伴う不均質な電場の存在下に行われる。しかし、溶媒蒸発の過程は非常に迅速に起こり、その結果、繊維は変化する電気力及び空気力学的力に付され、これが繊維の幅に沿った異方性及び短繊維の形成をもたらす。従って、このような繊維から高品質の製造は不可能である。
上記の方法を実施するための装置の利用は多くの技術的な困難により複雑になる。
１．毛細管開口は、技術的プロセス条件−溶液の濃度及び温度、大気の湿度、電場の強度などからのいずれかのずれにより生成する重合体フィルムにより閉塞されるようになる。
２．多数のこのような生成物の存在は、技術的なプロセスの完全な停止を生じるか又は上記のフィルムの破断の結果としての生成物を落下させる。
従って、この方法による合成繊維の製造は、非常に限られた数の重合体のみから、例えば、上記の欠点を受けない酢酸セルロース及び低分子量ポリカーボネートからは可能である。
ろ過材料の細孔の単分散性（及びその結果として生じる製品の分離効率）のような重要なパラメーターは、この場合には繊維特性への弱い依存性を有し、繊維の堆積の純粋に蓋然論的な過程によって大きく決定されるという事実を考慮する必要がある。
現代のろ過材料は厳格でしばしば矛盾する要求を受ける。不均質な液体及びガス系の高い分離効率に加えて、それらのろ過材料は、フィルターの低い流体（又は空気）力学的抵抗性、良好な機械的強度、化学的安定性、良好な汚れ吸収能力及び適用の普遍性を、低いコストと共にもたらすことが要求される。
このような製品の製造は、単分散された細孔を含有し且つ高い多孔度を示す均等な横断面を持つ高品質で長細の繊維の用途に依存する。この製品の実用的価値は、追加の相の形成による潜在的な用途が拡大するにつれて、即ち上記の複合ろ過材料の製造において多いに増大するかもしれない。
従って、提案された技術的解決策の主たる目的は、ろ過用途（主として重合体繊維からマイクロフィルターの製造に向けられた）及びその他の目的（微細ろ過手段としての用途、即ち新たな需要特性を備えた微細ろ過材料を製造するための手段の創生及び該技術手段に対する上記の要求の充足を含めて）のための既知の溶液の上記した欠点を取り除くことである。
発明の概要
本発明によれば、液化重合体を繊維構造体に変換させるための装置であって、（ａ）実質的な平坦に析出電極、（ｂ）液化重合体を該析出電極に対して第一電位まで帯電させるための機構及び（ｃ）液化重合体の少なくとも一つのジェットを第一電位差によって該析出電極に引きつけさせるのに十分に高い曲率の表面を該液化重合体上に形成させるための機構を含む、上記の装置が提供される。
また、本発明によれば、重合体を不織繊維構造体に形成するにあたり、（ａ）重合体を液化させて液化重合体を生成させ、（ｂ）実質的に平坦な析出電極を提供し、（ｃ）該液化重合体を該析出電極に対して第一電位まで帯電させ、（ｄ）液化重合体の少なくとも一つのジェットを第一電位差によって該析出電極に引きつけさせるのに十分に高い曲率の表面を該液化重合体上に形成させ、これにより該析出電極上に不織繊維構造体を形成させる工程を包含する、重合体を不織繊維構造体に成形するための方法が提供される。
本発明の基本的装置は、析出（堆積または凝集とも考えられる）電極として作用する接地した移動ベルト及び重合体溶液を移動ベルトに関して負に帯電させ且つ重合体溶液に高い表面曲率の領域を生成させるための電極−収集装置を包含する。この装置の一具体例において、高い表面曲率の領域は、重合体溶液をノズル列に圧入させることにより形成される。電極−収集装置のノズルは、電極−収集装置の負に帯電したカバープレート内に所定の間隔で置かれた円筒状の孔に長手方向に挿入されている。溶媒蒸気の供給源が孔に接続される。別の配置では、ノズルは開口した溝の系によって溶媒容器に接続される。
具体的実施例の一つでは、装置には、電極−収集装置のノズルの表面に平行に配置され且つ電極−収集装置のノズルの面に対して垂直な方向に移動できる追加の接地した電極が備えられる。
製造方法を改善させるためには、追加の電極は、電極間の空間に張られた単一のワイヤーの形を取ることができる。
また、追加の電極は、フランジ付きの孔あきプレートの形を取ることができ、この場合には追加の電極、フランジ及び電極−収集装置の表面が密閉の空洞を形成し、孔あきプレートの開口は電極−収集装置の開口と同軸である。
好ましくは、本発明の装置は、主として正の高圧電源に接続される多孔質の導電性間仕切りによって二つの部分に分割された中空装置（流動床の層）の形に作られたエーロゾル発生器も含む。空洞の下方部は圧縮機に接続される圧力室を形成し、空洞の上方部は分散性充填剤、例えば重合体粉末で充填される。
別法として、エーロゾル発生器は、スロットスプレーヤーの形で作ることができ、正の高圧電源と、粉末をスプレーヤーに供給するためのエジェクター（噴出器）を備えた乾燥流体供給装置とに接続される。
第二に、この発明で提案する目的は、次の操作（段階）：
・重合体、有機溶媒及び可溶化性添加剤から例えば高められた温度で混合することによって重合体溶液を製造すること、
・重合体溶液を電極−収集装置に注入し、例えば該溶液におけるのと同じ化学的組成の重合体からの分散性充填剤を帯電エーロゾル発生器の空洞に導入すること、
・電極−収集装置に負の高電圧を供給し、重合体溶液を電極−収集装置のノズルを通して噴出して負の電荷を持った重合体繊維の生成を促進させる静水圧を創生させること、
・上記の繊維を電気力及び慣性力の作用下に析出電極に移動させ、繊維をその表面に無秩序に堆積させて該繊維を不織重合体材料に変換すること、
・上記の重合体材料を析出電極の助力で移動し、次いで重合体材料をエーロゾル発生器において正の高電圧及び空気圧の下で分散性充填剤から作られた帯電エーロゾルの雲と相互作用させ、エーロゾルの雲を負に帯電した不織重合体材料の構造体に侵入させて均質な複合ろ過材料を形成されることを伴うこと
を要求する示唆した複合ろ過材料の製造方法によって達成される。
この方法によって製造されたろ過材料はプレス加工に付すことができる。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付の図面を参照して、例示のみの目的でここに説明する。
図１は、二つの別の帯電エーロゾル発生器を包含する本発明の装置の概略図である。
図２ａは、図１の装置の電極−収集装置の上図面である。
図２ｂは、図２ａの電極−収集装置の横断面図である。
図３及び４は、別のノズルに基づいた電極−収集装置の横断面図である。
図５は、回転ホイールに基づいた電極−収集装置の横断面図である。
図６は、往復運動する針に基づいた電極−収集装置の横断面図である。
好ましい具体例の説明
本発明は、重合体繊維複合構造体の静電析出のための装置及び方法である。詳しくは、本発明は、複合不織フィルターを製作するのに使用することができる。
本発明に従う不織重合体繊維複合体の静電析出の原理及び操作は、図面及びこれに付随する説明からより良く理解できよう。
複合ろ過材料を製造する技術的方法は、同時に行われる二つの基本的段階を包含する。第一は、電場の作用下に毛細管開口より流出する重合体溶液から極細の繊維を絶えず移動する表面（支持体）上に生成させ析出（堆積または凝集）させることからなる。
第二の操作は、製造の第一段階で予め形成された繊維構造体（マトリックス）中に特定の組成の充填剤の微細分散粒子を導入することである。
ここに示唆する複合ろ過材の製造方法は、これらの二つの基本的操作の具体化に基づいており、また上記した操作も包含する。
本発明の装置の基本的な変形（図１）は、浴として製作され、重合体溶液で充填され、支持体（基部）２及びカバー２’を備えた高圧電極−収集装置１を含む。電極−収集装置は、垂直運動させるように設置された屈曲性パイプにより供給器３（図２ｂ）及び負極性の高圧電源４に接続される。
毛細管開口を有するノズル６を持った紡糸金具５がチェス盤上のような電極−収集装置のカバー２’のねじ切りした開口にねじ込まれる（図２）。紡糸金具の高さがカバー２’の幅よりもわずかに小さく且つそれぞれのノズル６の長さがカバー２’の幅を超えるために、ノズル部分は円筒状の凹所７の軸上でカバー２’よりも上に位置し、開放溝の系８により互いに接続される（図２ａ）。溶液が容器９からこの溝の系に供給される。析出電極１０は所定距離だけカバー２’よりも上に位置される。析出電極１０は、絶えず移動する表面（運転段階にあるときに）、例えば導電性材料で製造したベルトの形で製作される。析出電極は接地される。電気モーター（図示しない）に接続された回転軸１１及び１２は、析出電極１０を駆動させ、析出電極１０の張力の下に保持し、析出電極１０の上で材料の予備的圧縮を行う役割を有する。析出電極１０の部分が大きい直径を有する回転軸１３の周りに巻かれ、それゆえ、帯電したエーロゾルの発生器の長方形の空洞（キャビティ）内に沈められる。帯電エーロゾル発生器の空洞は多孔質導電間仕切り１５によって二つの部分に分割される。後者は、正の極性の高電圧源１６に接続される。圧力室１７を形成する帯電エーロゾル発生器１４の下方部は圧縮機（図示してない）に接続される。微小分散性の充填剤が発生器の上方部の多孔質間仕切り１５の表面に注入される。図１に示した装置全体は、吸引ユニット及び溶媒蒸気を捕捉し再循環させるための沈降室（図示してない）を備えた気密シールした容器内に収容されている。
また、帯電エーロゾル発生器は、パイプによって乾燥粉末放出供給装置１９及び正の高圧電源１６に接続されたスロットスプレーヤー（スロット型噴霧器）１８の形態で実施され得る。コロナ放電の場でのエーロゾルの帯電と共にスロットスプレーヤーを使用することは、金属粉末（グラファイト粉末も含めて）及び容易に流動化されない粉末の場合に好ましい。
縦表面上での繊維の供給方向は逆転させることができ、電極−収集装置の寸法及び毛細管の数を図３に示す装置の助けによって最小限にすることができる。この装置は、誘電性材料から製造され且つ例えば円筒形状の中央流路２１を有する電極−収集装置のフレーム２０からなる。この流路はパイプによって供給装置（図示しない）に接続され、ガスと大気との交換を促進させるための開口２２を備える。紡糸口金５と毛細管開口を有するノズルとを付けたバスバー２３がフレーム２０の下方部に設置される。ノズルは高圧電源（図示しない）に接続される。開口２５を持つカバー２４がバスバーの前に配置される。ノズル６がこれらの開口に同軸的隙間を持って配置される。カバーの内面とバスバーが空洞２６を形成し、これはパイプにより飽和器（図示してない）に接続される。
多くの場合に、複合ろ過材料を製造する方法は、図４に示す装置を具体化することによって改善することができる。ここに、誘電体フランジ２８が接地した孔あきプレート２７のための支持体（基部）として働き、後者は電極−収集装置２０及びバスバー２３の表面に平行に且つ所定隙間Ｃでもって、設置される。孔あきプレート２７は、隙間Ｃの大きさを調節するために縦方向移動を与えるような態様でフランジに載置されている。孔あきプレートの開口２９は電極−収集装置のノズルの開口と同軸である。孔あきプレート２７の内面とバスバー２３とが空洞２６を形成し、空洞２６はパイプにより飽和器に接続される。
提案した基本形の装置は、次のように機能する。供給装置３（図２ｂ）から、重合体溶液が電極−収集装置の浴１に流入し、静水圧の作用下に重合体溶液はノズル６の毛細管開口より押し出され始める。メニスカスが重合体溶液に形成されるやいなや、溶媒蒸発のプロセスが始まる。このプロセスは、半硬質外被を持つカプセルの創生を伴い、その寸法は一方では静水圧、原溶液の濃度及び表面張力の値によって、他方では毛細管開口の領域での溶媒蒸気の濃度によって決定される。後者のパラメーターは、カバー２’からの遊離蒸発領域及び溶媒温度の選定によって最適化される。
ノズル６の領域で単極性コロナ放電を伴う電場は、高圧電源４にスイッチを入れることによりカバー２’と析出電極１０と間に発生する。重合体溶液は所定の導電性を持っているために、上記のカプセルは帯電されるようになる。カプセル内のクローン反発力が静水圧の激しい増加をもたらす。半硬質外被が延伸され、複数の微小破断点（２〜１０個）がそれぞれの外被の表面に形成される。重合体溶液の超微細なジェットがこれらの開口より噴霧し始める。電極間の間隔で高速度で移動しながら、これらのジェットは溶媒を失い始め、移動する析出電極１０の表面に無秩序に析出する繊維を形成し、シート状繊維マトリックスを形成する。重合体繊維は高い表面電気抵抗を持っており、析出電極の表面と物理的接触状態にある材料の容積は小さいので、繊維マトリックスは長時間にわたって負の電荷を保持する。
圧縮空気が帯電エーロゾル発生器１４の圧力室１７に供給され且つ高圧電源１６にスイッチを入れると、微小分散性充填性は流動化するようになり、正の電荷を獲得する。電気力及び空気力学的力の作用下で充填剤粒子は、繊維マトリックスを保持する析出電極１０の表面に移動する。クーロン力の作用の結果として、充填剤粒子は繊維マトリックスと相互作用し、その構造に侵入し、複合材料を形成する。
析出電極１０のベルトが回転軸１１の間を通過するときに、充填剤粒子のマトリックスへの再分配を伴って、材料の予備的圧縮が起こる。専ら電気力によって繊維材料に付着した球状粒子は、マトリックス材料の最小容積密度を有する微小帯域に最小抵抗の通路に沿って移動し、大きい細孔を充填し、それゆえ複合体の均一性及び細孔の微小分散度が向上する。
次の材料から選定された微小分散性粉末を充填剤として使用することができる。マトリックス内の化学組成と同じ組成の重合体、重合体ラテックス、ガラス又はテフロン並びに新しい需要特性を持つ複合微細ろ過材料の製造をもたらす活性な充填剤。これらの新規な材料は、吸着剤、指示薬、触媒、イオン交換樹脂、顔料、殺菌剤などのような用途を有し得る。
上記のような帯電エーロゾル発生器を流動化層と併用することは、プロセスの高い生産性及び製品の均一性を助長させる。しかし、いくつかの粉末は流動化層を形成するのに困難に伴う。金属粉末、特に触媒金属は、単極性コロナ放電の場においてのみ電気的析出を受けることができる。従って、これらの場合並びに充填剤の正確な量を測定する必要がある場合には、スロットスプレーヤー１８を帯電エーロゾル発生器（図１）として使用することが価値がある。圧縮機からの圧縮空気が乾燥粉末供給装置に供給され且つ高圧電源にスイッチを入れると、粉末状充填剤はスロットスプレーヤー１８に押出される。スプレーヤーの開口から出るエーロゾルの雲は単極性コロナ放電の場で帯電するようになり、電気力及び空気力学的力の作用下に析出電極に移送され、そこで上記のように繊維マトリックスと相互作用する。
図３に記載した装置の機能は、主な側面からみて、基本装置の操作と一致する。主たる相違は次の通りである。わずかに過剰な圧力下で飽和器から出る溶媒蒸気が空洞２６に供給され、開口２５から出て、ノズル６の開口の縁を流れる。この配置の利点は、それが任意の方向で空間的な再配向及び繊維の供給を容易にさせる可能性を提供し、そしてそれが少ない数の毛細管でもってコンパクトな形態で製作できるという事実にある。このタイプの装置は、多数の開口を通しての蒸気−空気混合物の均一な分配を得るのが困難であること及びパイプ内で蒸気が凝縮して後で液滴が落下する可能性があることから、高い処理量を目的とした設備では効率的ではない。
繊維マトリックスの製造方法を強化すること及び最小の細孔寸法を持つろ過材料を生成させるために繊維幅を減少させることは、一方では電場の強度が、出現している繊維と析出電極１０との間で放電が生成し始めるレベルに近い値まで増大されるべきこと、他方では電極間の間隔で溶媒蒸気の濃度が繊維の形成を強化する能力を保持するために増大されるべきことを仮定する。電極−収集装置１と析出電極１０との間並びに帯電エーロゾル発生器と析出電極１０との間の双方の最適な電場強度は、約２．５ＫＶ／ｃｍ〜約４ＫＶ／ｃｍである。
コロナ放電を生じる電場の平均強度及び不均一性の増加は、例えばワイヤの形で作った１個以上の接地した電極を電極間の間隔で設置することによって実現することができる。この解決策はプロセスの生産性の増加を１．５〜２倍まで助成させるが、強度及び寸法の異なる短繊維を形成させない。接地した平面電極の代わりに接地した線状電極を使用して均一でない電場を生じさせることの否定的な効果は、繊維形成領域における溶媒蒸気の濃度を増大させることによって低下することができるが、これは開放型の装置では困難であり、溶媒の消費及び火災の危険性を増大させる。
この欠陥は、上で説明し、図４に示した装置を適用することによって克服できる。
隙間Ｃで高圧電源４にスイッチを入れると均一な電場が生じるが、その強度は１０〜１５ＫＶ／ｃｍまで容易に増大させることができよう。これらの条件下では、重合体溶液のジェットに対する電場の衝撃は相当に増大する。繊維はその長さに沿ってより細く且つ均一に出てくる。また、初期繊維速度も増大し、その後繊維は孔あきプレート２７の開口より出て、上記のように析出電極の表面に堆積する。隙間Ｃの寸法の変更は、繊維の厚み及び装置の生産性並びに材料の多孔性の度合いの調節を助成させる。
本発明は、米国特許第２，３４９，９５０号の従来技術を使用して可能であるよりももっと広範囲の重合体から重合体繊維構造体を製造するのに使用することができる。本発明に従って使用できる重合体は、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン、一般的にポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリスチレン、ポリ弗化ビニリデン、後塩素化ポリ塩化ビニル及びポリアクリロニトリルを包含する。好適な溶媒は、中でも、クロロホルム、ベンゼン、アセトン及びジメチルホルムアミドを包含する。溶液の最適濃度は使用する特定の重合体及び溶媒に依存する。一般的に、溶液中の重合体の濃度が高いほど、プロセス収率は高く、製品の多孔度は低い。電極−収集装置１に使用される重合体溶液については約１０％〜約１２％の濃度が最適であることがわかった。これらの重合体溶液にある種の添加剤を添加することが有益であることがわかった。臭化テトラエチルアンモニウム及び臭化ベンジルトリエチルアンモニウムのようなアミン塩が重合体溶液の導電率を調節するのに使用される。ポリエチレングリコールのような少量の高分子量（５００，０００程度の）ポリオキシアルキレン付加物及びポリビニルピロリドンは、分子間摩擦を減少せさることによって重合体溶液のジェットの形成を促進させる。ジメチルイミダゾール及びエトキシトリメチルシランのような界面活性剤は繊維の厚み及び均一性を高める。
さらに一般的には、本発明の範囲は、重合体溶液からだけではなくて、液化重合体から重合体繊維構造体を製造することを包含する。液化重合体とは、上記のように重合体を溶媒に溶解させること及び重合体を溶融させることを含めて、重合体を液体状態にすることを意味する。
また、より一般的には、本発明の範囲は、繊維に変化して析出電極１０上に析出する液化重合体のジェットの形成をもたらす帯電カプセルの上記したプロセスを開始させるのに十分に曲率の表面を液化重合体上に形成させることを包含する。上で検討したように、液化重合体が重合体溶液であるならば、繊維は溶媒の蒸発によって形成される。液化重合体が溶融物であるならば、繊維はジェットの凝固によって形成される。
上記した本発明の方法においては、高度に湾曲した表面は、ノズル６から出現する重合体溶液のメカスカスである。これらの高度に湾曲した表面を形成させるための他の機構を図５及び図６に例示する。図５は、電極−収集装置１の変形であって、タンク３３に貯蔵された重合体溶液がポンプ３２によって供給パイプ３１を経て送出室３６にポンプ輸送される例を示す。送出室３６に回転自在に取り付けられているのは導電性材料で作った円形ホイール３０である。ホイール３０のリム部３８に設けられているのは、重合体溶液により湿潤される材料で作った三角形の突起４０である。突起４０の先端４２はホイール３８から放射状に外側を向いている。ホイール３８は電源４により負に帯電される。重合体溶液が室３６に送出されると、ホイール３０が回転し、突起４０のそれぞれが重合体溶液の層によって逐次被覆され、次いで陰電荷を獲得する。先端４２を覆うこの重合体溶液層の部分の表面は、帯電したジェットが出現する高度に湾曲した表面を構成する。析出電極１０に繊維を析出させる過程で消費されなかった重合体溶液は、ポンプ３４により出口パイプ３５を経てタンク３３に戻される。この電極−収集装置１の変形に使用される重合体溶液の最適濃度は、一般に約１４％〜約１７％であった。
図６は、電極−収集装置１の変形の、図２ｂの横断面に類似する横断面の部分的な例示であって、ここではノズル６が重合体溶液により湿潤される導電性材料で作った往復運動する針４０で置き換えられている。それぞれの針４０は、針４０を上昇させ降下されるための機構を備えている。針４０が降下したときに、その尖った先端４４が重合体溶液により湿潤され被覆される。重合体溶液の表面は先端４４で高度に湾曲している。針４０が析出電極１０に向けて上昇するときに、針４０と析出電極１０との間の高い電圧差が先端４４を覆う重合体溶液から重合体溶液のジェットを出現させ、析出電極１０に向かう流れを生じさせる。この電極−収集装置１の変形においては、針４０のみ、従ってその上の重合体溶液のみが電源４によって負に帯電されることに注目されたい。
また、図６に示すのは、電極−収集装置１より上の空気中に音響振動を生じさせるための装置系のスピーカー５０である。スピーカー５０は、好ましくは約５０００Ｈｚ〜約３０，０００Ｈｚの範囲の単一周波数のトーンを針４０に向けて発生する。先端４４上の重合体溶液の高度に湾曲した表面に誘発された振動は、析出電極１０に向けて重合体溶液の発生を刺激することがわかった。
本発明を限られた数の具体例に関して説明したが、本発明の多くの変形、修正及びその他の適用をなし得ることが認められる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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