CN102498242A - 包含电荷加强添加剂的驻极体料片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了驻极体料片，所述驻极体料片包含热塑性树脂和电荷加强添加剂的共混物。所述电荷加强添加剂包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料。由所述共混物制备的所述料片可以为薄膜或非织造纤维料片的形式。非织造微纤维料片可用作过滤介质。

Description

包含电荷加强添加剂的驻极体料片

技术领域

本发明涉及包含电荷加强添加剂的驻极体料片及其用途，所述驻极体料片包括非织造纤维料片，例如非织造热塑性微纤维料片。

背景技术

驻极体为具有准永久性电荷的电介质材料。驻极体可用于多种器件，包括(例如)粘性薄膜、空气过滤器、过滤面罩和呼吸器，并且可用作诸如麦克风、耳机和静电录音机的电声器件中的静电元件。

可以通过将电荷赋予纤维以形成驻极体材料而改善用于气溶胶过滤的微纤维料片的性能。具体地讲，驻极体在提高气溶胶过滤器的颗粒捕集能力方面是有效的。已知在微纤维料片中形成驻极体材料的多种方法。此类方法包括(例如)当熔喷纤维从模孔流出并形成时用带电荷粒子(例如电子或离子)对其进行轰击。其他方法包括(例如)在料片形成后使用直流电晕放电使纤维带电，或者使用梳理法和/或行针法(摩擦起电)使纤维垫带电。最近描述了一种水射流或水滴流以一定压力冲击非织造料片，使得足够提供促进过滤的驻极体电荷的方法(水充电(hydrocharging))。

发明内容

仍需要具有改善性质的驻极体料片。本发明中提出了含有电荷加强添加剂的驻极体料片。这些电荷加强添加剂使驻极体料片可通过多种不同的充电机制(例如摩擦起电、直流电晕放电、水充电或它们的组合)容易地带上电荷。

在一些实施例中，本发明包括含有热塑性树脂和电荷加强添加剂的驻极体料片，所述电荷加强添加剂包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料。驻极体料片可以为非织造纤维料片或甚至为非织造微纤维料片的形式。

在其他实施例中，本发明包括一种驻极体过滤介质，其包括具有热塑性树脂和电荷加强添加剂的共混物的非织造微纤维料片，所述电荷加强添加剂包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料。该驻极体过滤介质可以包括呼吸器过滤器、室内通风系统过滤器、车辆通风系统过滤器、空调过滤器、熔炉过滤器、室内空气净化过滤器、真空吸尘器过滤器或计算机磁盘驱动器过滤器。

本发明还公开了制备驻极体料片的方法，所述方法包括提供热塑性材料，提供可热熔融加工的电荷加强添加剂(包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料)，热熔融混合热塑性材料和电荷加强添加剂以形成共混物，由热熔融共混物形成料片，并且对料片进行静电充电。

具体实施方式

可用于本发明中的驻极体料片包括热塑性树脂和电荷加强添加剂的共混物。由此类共混物制备的料片可表现出强于由热塑性树脂单独制备的料片的性能。可用的电荷加强添加剂包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料。

驻极体料片可以为多种形式。例如，该料片可以为连续或不连续的膜、或纤维料片。纤维料片尤其可用于形成过滤介质。在一些实施例中，该料片为非织造微纤维料片。微纤维的有效直径(或如果通过例如扫描电镜的方法测量，则为平均直径)通常为1-100微米，或者更通常为2-30微米，并且该微纤维无需具有圆截面。

术语“一个(种)”和“该”与“至少一个(种)”可替换使用，意指一个(种)或多个(种)所描述的要素。

术语“驻极体”是指具有准永久性电荷的材料。电荷可以通过X射线放电测试(如实例部分中所述)进行表征；

术语“烷基”指为烷烃基的一价基团，所述烷烃是饱和烃。所述烷基可以是直链的、支链的、环状的或它们的组合，通常具有1至20个碳原子。在一些实施例中，所述烷基包含1至18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个、或1至4个碳原子。烷基的例子包括(但不限于)甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、环己基、正庚基、正辛基、和乙基己基。

术语“烯基”指为烯烃基的一价基团，所述烯烃为具有至少一个碳-碳双键的烃。烯基可以为直链的、支链的、环状的或它们的组合，并且通常包含2至20个碳原子。在一些实施例中，烯基包含2至18、2至12、2至10、4至10、4至8、2至8、2至6或2至4个碳原子。示例性烯基包括乙烯基、正丙烯基和正丁烯基。

术语“炔基”指为炔烃基的一价基团，所述炔烃是含有至少一个碳-碳三键的烃。炔基可以是直链的、支链的、环状的或它们的组合，并且通常含有2至20个碳原子。在一些实施例中，炔基含有2至18、2至12、2至10、4至10、4至8、2至8、2至6或2至4个碳原子。示例性的炔基包括乙炔基、正丙炔基和正丁炔基。

术语“杂烷基”是指含有杂原子的烷基。这些杂原子可以是悬垂原子(例如卤素，如氟、氯、溴或碘)或链原子，如氮、氧或硫。杂烷基的一个例子为聚烷氧基，例如-CH₂CH₂(OCH₂CH₂)_nOCH₂CH₃。

术语“取代的烷基”是指含有沿烃主链的取代基的烷基。这些取代基可以为烷基、杂烷基或芳基。取代的烷基的一个例子为苄基。

术语“芳基”是指芳香族碳环基团，该基团包含1至5个可以被连接或稠合的环。芳基可以被烷基或杂烷基取代。芳基的例子包括苯基、萘基和蒽基。

术语“亚烷基”指为烷烃基的二价基团，所述烷烃是饱和烃。所述亚烷基可以是直链的、支链的、环状的或它们的组合，通常具有1至20个碳原子。在一些实施例中，所述亚烷基包含1至18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个、或1至4个碳原子。亚烷基的例子包括(但不限于)亚甲基(-CH₂-)、亚乙基(-CH₂CH₂-)等等。亚烷基也可被烷基取代。

术语“亚芳基”是指二价芳香族碳环基团，该基团包含1至5个可以被连接或稠合的环。亚芳基可以被烷基或杂烷基取代。亚芳基的例子包括亚苯基、伸萘基和伸蒽基。

术语“亚芳烷基”指具有式-R^a-Ar^a-结构的二价基团，其中R^a为亚烷基，Ar^a为亚芳基(即亚烷基与亚芳基键合)。

术语“杂环酰亚胺”是指杂环基团，即其中环状结构包含杂原子以及碳和氢原子的环状基团，该基团包含1至5个环，所述环可以连接或稠合并可以被至少一个酰亚胺基取代。酰亚胺基为具有结构-C(O)-NR^a-C(O)-的基团，其中C(O)是指羰基(C＝O)并且其中基团R^a为氢、烷基、烯基、炔基、芳基、杂烷基或取代的烷基。杂环酰亚胺的例子包括马来酰亚胺、邻苯二甲酰亚胺、琥珀酰亚胺等等。“杂环酰亚胺材料”为包含至少一种杂环酰亚胺的材料。

术语“受阻胺”是指受取代基空间位阻的胺基。受阻胺的例子在例如美国专利No.3,925,376(Chalmers等人)中有所描述。

术语“聚合物”和“聚合物材料”是指由一种单体制得的诸如均聚物之类的材料，或是指由两种或更多种单体制得的诸如共聚物、三元共聚物等之类的材料。同样，术语“聚合”指制备聚合物材料的工艺，所述聚合物材料可以是均聚物、共聚物、三元共聚物等。术语“共聚物”和“共聚物材料”指由至少两种单体制得的聚合物材料。

术语“室温”和“环境温度”可互换使用，意指20℃至25℃范围内的温度。

如本文所用，术语“可热熔融加工”是指组合物可以通过例如加热和施压由固体转化为粘性流体。应该能够对该组合物进行热熔融加工，而不引起组合物发生显著化学转化、降解或无法用于预期应用。

除非另外指明，否则在所有的情况下，说明书和权利要求书中使用的表示特征大小、量和物理性质的所有数字都应该理解为受术语“约”限制。因此，除非有相反的指示，否则所示数字是近似值，取决于所期望的性质利用本文所公开的教导内容而可以变化。

可用于本发明中的热塑性树脂包括在成型为料片并充电时能够保持大量捕获的静电电荷的任何热塑性绝缘聚合物。通常，此类树脂在预期使用的温度下具有大于10¹⁴Ω-cm的DC(直流电)电阻率。能够获得捕获的电荷的聚合物包括聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯和聚(4-甲基-1-戊烯)；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯；包括聚交酯的聚酯；以及全氟化聚合物和共聚物。特别可用的材料包括聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、它们的共混物或由丙烯和4-甲基-1-戊烯中的至少一者形成的共聚物。

一般来讲，可用的热塑性聚合物通过“熔体流动指数”描述来表征。熔体流动指数(MFI)为热塑性聚合物熔体流动容易度的量度标准。它定义为在供选的规定温度下通过供选的规定称重砝码施加的压力，在10分钟内流过特定直径和长度毛细管的以克表示的聚合物质量。该方法在ASTMD1238和ISO 1133中给出。通常聚丙烯的熔体流动指数在230℃下进行测量。

合适的热塑性树脂的例子包括例如聚丙烯树脂：可从Exxon-MobilCorporation(Irving，TX)商购获得的ESCORENE PP 3746G；可从TotalPetrochemicals USA Inc.(Houston，TX)商购获得的TOTAL PP3960、TOTALPP3860和TOTAL PP3868；可从LyondellBasell Industries，Inc.(Rotterdam，Netherlands)商购获得的METOCENE MF 650W；以及可从Mitsui Chemicals，Inc.(Tokyo，Japan)商购获得的聚(4-甲基-1-戊烯)树脂TPX-MX002。

该电荷加强添加剂为不含氟化基团的杂环酰亚胺材料。已利用多种含氟化基团的电荷加强添加剂，但是氟化基团的使用可能是不可取的。氟化基团尤其是全氟化基团的使用需要使用昂贵且不易得的含氟试剂并且可涉及复杂的反应顺序和工序。

杂环酰亚胺材料可通过如下所示的三种通式结构(式1、式2和式3)来描述：

在式1中，基团R¹为氢、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、或取代的芳基。此外，R¹可连接到另外的杂环酰亚胺基团。基团R²和R³独立地为氢、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、或取代的芳基，或者可连接到另一个杂环酰亚胺。在式2中，基团R¹与上述相同。基团R⁴、R⁵、R⁶和R⁷独立地为氢、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、或取代的芳基，或者可连接到另一个杂环酰亚胺。在式3中，基团R¹与上述相同；Ar为芳环，例如苯基、萘基、蒽基或其他芳香稠合环结构；Z¹和Z²为芳环上的取代基，所述取代基可位于芳环上的任意位置，并且可独立地为氢、烷基、芳基、杂烷基，或者取代的烷基、硝基、取代的芳基，或者可连接到另一个杂环酰亚胺。此外，芳环可连接到另一个杂环酰亚胺。

在一些实施例中，电荷加强添加剂为式1的添加剂。式1所述的多种不同材料可用作电荷加强添加剂。此类添加剂有时是指“马来酰亚胺”，因为当式1中的R¹、R²和R³为氢原子时，该分子称为马来酰亚胺。通常，基团R²和R³为氢原子。合适的马来酰亚胺包括例如连接至另一个马来酰亚胺基团的马来酰亚胺。此类马来酰亚胺包括式1中R¹为连接到另一个马来酰亚胺基团的连接基团的例子。连接基团的例子包括亚烷基、亚芳基、亚芳烷基等等。在一些实施例中，连接基团包括芳香族连接基，意指连接基团包含至少一个芳环。芳香族连接基团的例子包括例如亚芳基(-Ar-)以及可通过芳基或烷基连接的多种亚芳烷基，例如-Ar-R⁸-Ar-和-R⁹-Ar-R⁹-，其中R⁸和R⁹为亚烷基而Ar表示亚芳基。在一些实施例中，电荷加强添加剂具有式4或式5的结构(如下)。

在一些实施例中，电荷加强添加剂为式2的添加剂。式2所述的多种不同材料可用作电荷加强添加剂。此类添加剂有时是指“琥珀酰亚胺”，因为当式2中的R¹、R⁴、R⁵、R⁶和R⁷为氢原子时，该分子称为琥珀酰亚胺。合适的琥珀酰亚胺包括例如式2的琥珀酰亚胺，其中R¹包括烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、或取代的芳基。R⁴、R⁵、R⁶和R⁷基团可为烷基或芳基，或者它们可为将琥珀酰亚胺基连接到其他琥珀酰亚胺基的连接基团。在一些期望的实施例中，电荷加强添加剂为式2的琥珀酰亚胺，其中R¹包括受阻胺基，R⁴和R⁶基团为将琥珀酰亚胺基连接到其他琥珀酰亚胺基的连接基团，而R³和R⁵基团为氢。在一个特别适当的实施例中，电荷加强添加剂为可从BASF(Ludwigshafen，Germany)商购获得的“UVINUL5050H”，其可描述为受阻胺N-取代琥珀酰亚胺低聚物。此添加剂的结构如式6(如下)所示，其中分子量据报道为3,000-4,000克/摩尔，因此n的值为约5-7。

在一些实施例中，电荷加强添加剂为式3的添加剂。式3所述的多种不同材料可用作电荷加强添加剂。式3的添加剂可视为与芳基稠合的马来酰亚胺。一类合适的此材料有时是指“邻苯二甲酰亚胺”，因为当式3中的R¹、Z¹和Z²为氢原子，Ar基为苯环时，分子称为邻苯二甲酰亚胺。合适的邻苯二甲酰亚胺包括例如式3的邻苯二甲酰亚胺，其中R¹包括烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、或取代的芳基。Z¹和Z²基团可独立地为氢、烷基、芳基、或硝基。在一些期望的实施例中，电荷加强添加剂为式3的邻苯二甲酰亚胺，其中R¹包括例如苯基的芳基，并且Z¹和Z²基团之一为氢原子，而另一个为硝基。合适的邻苯二甲酰亚胺的例子如式7(如下)所示。

通常电荷加强添加剂存在于热塑性树脂和电荷加强添加剂的共混物中的量最多为约10％，更通常在0.1至5重量％的范围内(基于共混物的总重量计)。在一些实施例中，存在的电荷加强添加剂的量在0.1至3重量％或0.25至2重量％的范围内。

热塑性树脂和电荷加强添加剂的共混物可通过熟知的方法制备。通常使用熔融挤出技术对共混物进行加工，所以可应用间歇工艺将该共混物预混成粒料，或者可应用连续工艺在挤出机中混合热塑性树脂和电荷加强添加剂。在采用连续工艺时，热塑性树脂和电荷加强添加剂可以固体的形式进行预混合、或独立地添加至挤出机并使之以熔化的状态混合。

可用于形成预混合粒料的熔融混合器的例子包括提供分散混合、分布混合或者分散混合和分布混合两者组合的那些混合器。间歇式方法的例子包括那些使用BRABENDER(如可从C.W.Brabender Instruments，Inc.(South Hackensack，NJ)商购获得的BRABENDER PREP CENTER)或BANBURY内部混合和辊轧设备(如得自Farrel Co.(Ansonia，CT)的设备)的方法。间歇混合后，可以立即淬灭生成的混合物并将其保存于混合物熔融温度以下的温度以进行后续加工。

连续方法的例子包括单螺杆挤出、双螺杆挤出、圆盘挤出、往复式单螺杆挤出和销钉机筒单螺杆挤出。连续方法可以包括使用分布元件(例如空穴传递混合器(例如可从RAPRA Technology，Ltd.(Shrewsbury，England)商购获得的CTM))以及销钉混合元件、静态混合元件或分散混合元件(可商购获得，例如MADDOCK混合元件或SAXTON混合元件)两者。

可用于挤压通过间歇工艺制备的预混合粒料的挤出机的例子包括与上述连续工艺中所描述的设备类型相同的设备。可用的挤出条件通常是适于挤出不含添加剂的树脂的那些条件。

可将热塑性树脂和电荷加强添加剂的挤出共混物浇注或涂覆成薄膜或薄板，或可使用已知的技术将热塑性树脂和电荷加强添加剂的挤出共混物熔喷成非织造纤维料片。熔喷的非织造微纤维料片尤其可用作过滤介质。

熔喷的非织造微纤维驻极体过滤器尤其可用作呼吸器的空气过滤元件(例如过滤面罩)，或针对此目的，可用作家用和工业空调、空气净化器、真空吸尘器、医用空气管路过滤器和车辆与通用设备(例如计算机、计算机磁盘驱动器和电子设备)的空气调节系统。在一些实施例中，将驻极体过滤器与呼吸器组件结合形成设计为供单人使用的呼吸装置。在应用于呼吸器时，驻极体过滤器可以为模制、打褶或折叠的半面罩呼吸器、可替换滤芯或滤罐、或预过滤器的形式。

可用于本发明中的熔喷微纤维可按照Van A.Wente，“SuperfineThermoplastic Fibers，”Industrial Engineering Chemistry，vol.48，pp.1342-1346(Van A.Wente，超细热塑性纤维，《工业工程化学》，第48卷，第1342-1346页)和Van A.Wente等人在美国海军研究实验室的报告4364中所著的发表于1954年5月25日的名称为“Manufacture of Super Fine OrganicFibers”(超细有机纤维的制造)的文章中所描述的方法进行制备。

可用于纤维驻极体过滤器的熔喷微纤维通常具有约1至100微米，更通常为2至30微米的有效纤维直径，在一些实施例中为约7至15微米，这些有效纤维直径是根据Davies，C.N.，“The Separation of Airborne Dust andParticles，”Institution of Mechanical Engineers，London，Proceedings 1B，1952(Davies，C.N.，“气载粉尘和粒子的分离”，英国机械工程师协会，伦敦，会志1B辑，1952年)中所示出的方法计算得出。

短纤维也可以存在于该料片中。与仅由吹塑微纤维形成的料片相比，短纤维的存在提供了通常更为膨松有弹性且密度更小的料片。一般来讲，存在不超过约90重量％、更通常不超过约70重量％的短纤维。含有短纤维的料片的例子在美国专利No.4,118,531(Hauser)中公开。

料片中还可以包含吸附剂颗粒物质，例如活性炭或氧化铝。此类颗粒存在的量可以最多为约料片内容物体积的约80％。颗粒填充料片的例子在(例如)美国专利No.3,971,373(Braun)、美国专利No.4,100,324(Anderson)和美国专利No.4,429,001(Kolpin等人)中有所描述。

各种可选添加剂可与以下热塑性组合物混合，包括例如颜料、光稳定剂、主抗氧化剂和副抗氧化剂、金属减活化剂、受阻胺、受阻酚、脂肪酸金属盐、亚磷酸三酯、磷酸盐、含氟化合物以及它们的组合。另外，其他电荷加强添加剂可与热塑性组合物混合。可能的电荷添加剂包括热稳定的有机三嗪化合物或低聚物，这些化合物或低聚物包含至少一个不属于三嗪环的氮原子，参见例如授予Rousseau等人的美国专利6,268,495、5,976,208、5,968,635、5,919,847和5,908,598。已知的可增强驻极体的另一种添加剂为可得自Ciba Specialty Chemicals，Inc.的“CHIMASSORB 944LF：(聚[[6-(1，1，3，3，-四甲基丁基)氨基]均三嗪-2，4-二基][[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]六亚甲基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]])。电荷加强添加剂可为N-取代氨基芳香族化合物，特别是三氨基取代化合物，例如可从BASF(Ludwigshafen，Germany)商购获得的名为“UVINUL T-150”的2，4，6-三苯胺基-对-(羰-2’-乙基己基-1’-氧基)-1，3，5-三嗪。另一电荷添加剂为2，4，6-三-(十八烷基氨基)-三嗪，其也被称作三硬酯基三聚氰胺(“TSM”)。在美国专利申请No.61/058,029、美国专利申请No.61/058,041、美国专利No.7,390,351(Leir等人)、美国专利No.5,057,710(Nishiura等人)，以及美国专利No.4,652,282和4,789,504(Ohmori等人)中提供了电荷加强添加剂另外的例子。

此外，可对料片表面进行化学改性处理。可通过如下步骤实现表面氟化：将聚合物制品置于包含含氟物质和惰性气体的大气环境中，然后进行放电以对聚合物制品的表面化学进行改性。放电可具有等离子体形式，例如AC电晕放电。该等离子体氟化法使氟原子存在于聚合物制品的表面上。等离子体氟化法在以下多个美国专利中有所描述：授予Jones/Lyons等人的6,397,458、6,398,847、6,409,806、6,432,175、6,562,112、6,660,210和6,808,551。具有高的氟饱和系数的驻极体制品在授予Spartz等人的美国专利7,244,291中有所描述，并且与杂原子结合、具有低的氟饱和系数的驻极体制品在授予Kirk等人的美国专利7,244,292中有所描述。其他公开氟化技术的出版物包括：美国专利No.6,419,871、6,238,466、6,214,094、6,213,122、5,908,598、4,557,945、4,508,781和4,264,750；美国专利公布US 2003/0134515 A1和US 2002/0174869 A1；以及国际专利公布WO01/07144。

根据本发明制备的驻极体过滤介质通常具有在约10至500g/m²范围内的基重(单位面积质量)，并且在一些实施例中为约10至100g/m²。在制造熔喷微纤维料片的过程中，可以通过(例如)改变收集器的速度或模具通量来控制基重。过滤介质的厚度通常为约0.25至20毫米，并且在一些实施例中为约0.5至2毫米。过滤元件中通常使用多层的纤维驻极体料片。纤维驻极体料片的密实度通常为约1％至25％，更通常为约3％至10％。密实度是确定料片固体比率的无单位参数。一般来讲，本发明的方法可提供在整个料片中具有大致均匀的电荷分布的驻极体料片，而不管介质的基重、厚度或密实度如何。驻极体过滤介质和制备其的树脂不应经过可能增加其电导率的任何不必要处理，例如将其暴露于电离辐射、γ射线、紫外线照射、高温分解、氧化等。

驻极体料片可在其形成时带上电荷，或者该料片可在其形成后带上电荷。在驻极体过滤介质中，该介质通常在形成料片后带上电荷。通常可以使用本领域已知的任何标准充电方法。例如，可通过多种方法进行充电，包括摩擦起电、直流电晕放电和水充电。还可以使用这些方法的组合。

合适的直流电晕放电工艺的例子在美国专利Re.No.30,782(vanTurnhout)、美国专利Re.No.31,285(van Turnhout)、美国专利Re.No.32,171(van Turnhout)、美国专利No.4,215,682(Davis等人)、美国专利No.4,375,718(Wadsworth等人)、美国专利No.5,401,446(Wadsworth等人)、美国专利No.4,588,537(Klaase等人)、美国专利No.4,592,815(Nakao)和美国专利No.6,365,088(Knight等人)中有所描述。

通过水射流或水滴流足以为料片提供促进过滤的驻极体电荷的压力冲击料片来进行料片的水充电。实现最佳结果的必需压力根据以下因素的不同而发生变化：使用的喷涂器的类型、形成料片的聚合物的类型、加入聚合物的添加剂的类型和浓度、料片的厚度和密度以及是否在水充电之前进行预处理，例如直流电晕表面处理。一般来讲，水压力在约10至500psi(69至3450kPa)范围内为宜。如果需要，直流电晕表面处理也可用作水充电后处理，但是此类后处理不典型。

水射流或水滴流可以由任何合适的喷雾装置提供。可用于水力缠结纤维的设备通常可在本发明的方法中使用，但实施水充电操作的压力较实施水缠绕操作通常所用的压力为低。应理解，水充电法包括在美国专利No.5,496,507(Angadjivand)中所描述的方法和其他各种使用流体润湿和去湿工艺赋予驻极体电荷的衍生方法，如在例如日本专利申请JP 2002161467(Horiguchi)、日本专利申请JP 2002173866(Takeda)、日本专利申请JP2002115177(Takeda)、日本专利申请JP 2002339232(Takeda)、日本专利申请JP 2002161471(Takeda)、日本专利No.3,780,916(Takeda)、日本专利申请JP 2002115178(Takeda)、日本专利申请JP 2003013359(Horiguchi)、美国专利No.6,969,484(Horiguchi)、美国专利No.6,454,986(Eitzman)、日本专利申请JP 2004060110(Masumori)、日本专利申请JP 2005131485(Kodama)和日本专利申请JP 2005131484(Kodama)中所述的方法。

也可使用于2008年6月2日提交的名称为“Method of Making ElectretArticles Based On Zeta Potential(根据ζ电势制备驻极体制品的方法)”的美国专利申请(美国专利No.12/131770)所公开的新方法进行料片的水充电。该方法包括如下步骤：(a)提供待充电的聚合物制品；并且(b)使待充电的聚合物制品接触具有如下pH和电导率的含水液体：(i)如果该制品具有小于-7.5毫伏(mV)的ζ电势，则接触水具有约5至9,000微西门子/厘米(μS/cm)的电导率和大于7的pH；以及(ii)如果该制品具有大于-7.5mV的ζ电势，则接触水具有约5至5,500微西门子/厘米(μS/cm)的电导率和等于或小于7的pH。该制品可以主动(利用真空或加热)干燥或被动干燥(悬挂干燥)、或采用这两种方式的组合进行干燥。

为评估过滤性能，已经开发出多种过滤测试方案。这些测试包括使用标准测试用气溶胶(例如邻苯二酸二辛酯(DOP))测定过滤器料片的气溶胶渗透率，通常以气溶胶渗透穿过过滤器料片的百分比(Pen％)表示；并且这些测试包括测定整个过滤器料片的压降(ΔP)。根据这两个测试，通过下列公式可以计算称为品质因数(QF)的数值：

QF＝-ln(Pen％/100)/ΔP，

其中ln代表自然对数。较高的QF值表明过滤性能较好，而减小的QF值与过滤性能降低密切相关。测定这些值的详细方法在实例部分展示。通常，本发明的过滤介质在6.9厘米/秒的面速度下测得QF值为0.3(毫米水柱)^-1或更大。

为了验证特定的过滤介质是带静电荷性质的，可以检查其在暴露于离子化X射线辐射前后的性能。如文献中所述，例如，由R.C.Brown于1993年在Pergamon Press上发表的Air Filtration(空气过滤)和“Application ofCavity Theory to the Discharge of Electrostatic Dust Filters by X-Rays”，A.J.WAKER and R.C.BROWN，Applied Radiation and Isotopes，Vol.39，No.7，pp.677-684，1988(“将空穴理论应用于经由X射线产生的静电粉尘过滤器放电”，A.J.WAKER和R.C.BROWN，Applied Radiation and Isotopes，第39卷，第7期，第677-684页，1988年)中所述，如果带静电荷的过滤器暴露于X射线，则气溶胶穿过过滤器的渗透率在暴露之后将大于暴露之前的，原因在于由纤维之间的气穴中的X射线所产生的离子会中和一些电荷。因而，可以获得渗透率对累积的X射线暴露的图，该图显示稳定增加到进一步辐射不再引起变化的恒定水平。在该点处，所有的电荷均被从过滤器除去。

这些观察使得可采用另一个测试方案(X射线放电测试)表征过滤性能。在此测试方案中，选择数片要测试的过滤介质，使之经受X射线辐射以对驻极体料片放电。此测试的一个属性为它确认该料片为驻极体。因为已知X射线可淬灭驻极体电荷，所以将过滤介质暴露在X射线下并在此暴露前后测定过滤性能，然后比较过滤性能，可以表明过滤介质是否为驻极体。如果暴露在X射线辐射后过滤性能无变化，这说明没有电荷被淬灭，故材料不是驻极体。然而，如果暴露在X射线辐射后过滤性能降低，这说明过滤介质为驻极体。

运行测试时，通常在过滤介质暴露在X射线辐射前后测定过滤性能。当按照以下实例部分所述的“过滤性能测试方法”进行测试时，渗透率％可以根据以下公式进行计算：渗透率％＝(ln(初始的DOP渗透率％/100))/(ln(暴露于X射线60分钟之后的DOP渗透率％))×100。为了使料片具有充足的电荷以用作过滤器，渗透率％通常为至少300％。随着渗透率％增加，料片的过滤性能也增加。在一些实施例中，渗透率％为至少400％、500％或600％。在优选的实施例中，渗透率％为至少750％或800％。在一些实施例中，该料片呈现出至少1000％，或至少1250％的渗透率％。

当按照以下实例部分所述的“过滤性能测试方法”进行测试时，初始品质因数(暴露在X射线之前)对于6.9cm/s的面速度，通常为至少0.3(mm H₂O)^-1，更通常为至少0.4或甚至0.5(mm H₂O)^-1。在一些实施例中，初始品质因数为至少0.6或0.7(mm H₂O)^-1。在其他实施例中，初始品质因数为至少0.8，至少0.90，至少1.0，或甚至大于1.0(mm H₂O)^-1。暴露于X射线60分钟后的品质因数通常小于初始品质因数的50％。在一些实施例中，初始品质因数为至少0.5(mm H₂O)^-1或更大，而暴露于X射线60分钟后的品质因数小于0.15(mm H₂O)^-1。

驻极体过滤器纤维的有效电荷密度(q_f)可由过滤器渗透测试的测定结果计算。此计算法在Brown，R.C.(1981)Capture of Dust Particles in Filters byLine-Dipole Charged Fibers，J.Aerosol Sci.12：349-356(Brown，R.C.，由线偶极子带电纤维在过滤器中捕集粉尘粒子，《气溶胶科学杂志》，第12卷，第349-356页，1981年)；以及Otani，Y.，Emi，H.，and Mori，J.(1993)，Initial Collection Efficiency of Electret Filter and Its Durability for Solid andLiquid Particles，J.Chem.Eng.Japan 11：207-214(Otani，Y.、Emi，H.和Mori，J.，驻极体过滤器初始收集效率及其对固体和液体粒子的耐久性，《日本化学工程杂志》，第11卷，第207-214页，1993年)中有所描述。

穿过驻极体过滤介质的过滤器渗透公式与三种粒子系数(机械式、偶极和库仑粒子捕集机制)有关。

$\%P_{\mathrm{ch}}=100\left[\frac{\mathrm{\π}(1-\mathrm{\α})d_f}{4\mathrm{\αL}}\right]({\mathrm{\η}}_M+{\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}+{\mathrm{\η}}_c),$

其中：

η_M＝单纤维效率：机械式捕集(不带电纤维、不带电粒子)

η_In＝单纤维效率：诱导偶极捕集(带电纤维、不带电粒子)

η_C＝单纤维效率：库仑捕集(带电纤维、带电粒子)＝0(对于不带电粒子)

诱导作用力单纤维效率(η_In)可针对驻极体过滤介质使用不带电粒子(η_C＝0)，由过滤器结构和过滤器测试的结果计算得出，得到带电纤维(P_ch)和不带电纤维(P_unch)的渗透比率：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}=\left[\frac{\mathrm{\π}(1-\mathrm{\α})d_f}{4\mathrm{\αL}}\right]\ln \left[\frac{P_{\mathrm{ch}}}{P_{\mathrm{unch}}}\right]$

诱导作用力无量纲参数(K_In)涉及用带电驻极体纤维捕集不带电粒子。

$K_{\mathrm{In}}=\left[\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p-1}{{\mathrm{\ϵ}}_p+2}\right]\frac{C_c{\mathrm{\π}}^2{q}_f^2{d}_p^2}{6{\mathrm{\ϵ}}_0{(1+{\mathrm{\ϵ}}_f)}^2\mathrm{\μ}{d}_f{U}_0}$

由Otani(1993)和Brown(1993)经计算分析(如下)得出的两种机制的相关性可转换为计算诱导作用力参数K_In，由η_In与对纤维周围流场的修正(h_k)计算得出。就此研究而言，K_In＜1并使用第一个公式。

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}=0.51h_k^{-0.35}{K}_{\mathrm{In}}^{0.73};$ 10^-2＜K_In＜10⁰

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}=0.54h_k^{-.60}{K}_{\mathrm{In}}^{0.40};$ 10⁰＜K_In＜10²

h_k＝-1/2lnα+α-1/4α²-3/4

代入由η_In所得的K_In计算所得值并对上述K_In的公式求逆，得出驻极体过滤器中纤维的有效电荷密度(q_f)。

$q_f={\left\{\right[\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p+2}{{\mathrm{\ϵ}}_p-1}\left]\frac{6{\mathrm{\ϵ}}_0{(1+{\mathrm{\ϵ}}_f)}^2\mathrm{\μ}{d}_f{U}_o{K}_{\mathrm{In}}}{C_c{\mathrm{\π}}^2{d}_p^2}\right\}}^{0.5}$

其中：

η_In＝诱导偶极单纤维效率(-)

d_f＝纤维直径(m)＝0.5×(由气流测试所得的有效纤维直径)

L＝过滤器厚度(m)

α＝密实度(-)

P_ch＝渗透-带电纤维(-)

P_unch＝渗透-不带电纤维(-)

d_p＝粒径(m)＝0.2微米

C_c＝粒子卡宁修正系数(-)

h_k＝库韦巴拉流体动力学系数(-)

q_f＝有效纤维电荷密度(C/m²)

ε_p＝介电常数-粒子(-)＝5.1(对于邻苯二酸二辛酯)

ε₀＝真空介电常数＝8.8542E-12(C²/Nm²)

ε_f＝介电常数-纤维(-)＝2.2(对于聚丙烯)

μ＝空气粘度Pa s＝1.81E-05(Ns/m²)

U₀＝面速度(m/s)＝6.9cm/s

K_In＝诱导偶极力参数(-)

TSI AFT 8130型气溶胶发生器使用的输入DOP粒度分布(如下所述)的几何统计平均直径为0.2微米且几何标准偏差为1.6。TSI AFT 8130型仪器在气溶胶中和器关闭的情况下工作。TSI AFT 8130型DOP气溶胶发生器设计为具有较大的死空间体积。在死空间体积中在此液态气溶胶上所得的物理和静电凝聚行为，产生含极低双极静电电荷的气溶胶。对于不带电粒子，此双极电荷接近零并且比中和器打开时少得多(玻耳兹曼电荷分布)。

统计的纤维中值直径用于纤维电荷的计算。经计算为有效纤维直径的二分之一。有效纤维直径(EFD)为表面积纤维直径并且与纤维的统计直径有关，此直径根据Hatch-Choate公式计算：

$d_g=\frac{d_a}{\exp \left(2{\ln }^2\left({\mathrm{\σ}}_g\right)\right)}$

其中：d_g＝统计的几何平均直径＝算术中值直径

d_a＝面积的几何平均直径＝EFD

σ_g＝几何标准偏差

进行计算的详细步骤包括在以下实例部分中。在一些实施例中，计算的有效电荷密度为至少20微库仑/平方米。在其他实施例中，计算的有效电荷密度为至少30、40或甚至50微库仑/平方米。

实例

这些实例仅仅是为了进行示意性的说明，而不旨在限制所附的权利要求书的范围。除非另外指明，否则实例和说明书其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。除非另外指明，否则所用的溶剂和其他试剂均得自Sigma-Aldrich Chemical Company(Milwaukee，Wisconsin)。

缩写表

测试方法

过滤测试

测试样品的DOP气溶胶渗透率％(Pen％)和压降(ΔP)，并计算品质因数(QF)。采用8130型自动过滤器测试仪(AFT)(可得自TSI，Inc.(St.Paul，MN))并利用邻苯二酸二辛酯(DOP)作为测试用气溶胶，评估非织造微纤维料片的过滤性能(Pen％和QF)。上游浓度为70至120mg/m³的DOP气溶胶具有标称的单分散0.3微米质量中值直径。迫使气溶胶以校准的42.5升/分钟(6.9cm/s的面速度)的流速通过过滤介质样品，同时关闭气溶胶TSIAFT 8130型气溶胶中和器。总测试时间为23秒(上升时间为15秒、试样时间为4秒、吹扫时间为4秒)。与Pen％同时，通过仪器测量在整个过滤器上的压降(ΔP(按水的mm计))。使用校准的光度计通过在过滤介质上游和下游进行光散射来测量DOP气溶胶浓度。将DOP的Pen％定义为：Pen％＝100×(DOP下游浓度/DOP上游浓度)。对每种材料而言，均在BMF料片上的不同位置进行6次单独的测量，并将测量结果进行平均。

使用Pen％和ΔP由下列公式计算QF：

QF＝-ln(Pen％/100)/ΔP，

其中ln代表自然对数。较高的QF值表明过滤性能较好，而减小的QF值与过滤性能降低密切相关。

X射线放电测试

暴露在X射线辐射之前，使用上述测试方法确定要测试的样品料片的品质因数和渗透率百分率。将初始品质因数指定为“QF₀”。使用下述系统将样品料片每一侧都暴露在X射线中，确保整个样品均匀地暴露在X射线辐射中在暴露于X射线之后，对过滤介质样品再次进行测试以测量其过滤性能(QF和Pen％)。重复所述程序，直到过滤性能达到平台值为止，这表明样品的所有静电荷已被中和。渗透率％(Pen％比率)也进行了记录。使用以下公式由0分钟和60分钟处的Pen％计算Pen％比率，其中ln代表自然对数：

采用Baltograph 100/15 CP(Balteau Electric Corp.(Stamford，CT))X射线照射系统执行X射线照射，该系统由额定100KV和10mA的恒定电势端部接地发生器构成，该发生器具有铍窗口(0.75mm固有过滤)，自1.5mm×1.5mm的焦斑在50cm处输出至多960伦琴/分钟。将电压设置为80KV，相应的电流为8mA。将样本夹持器设置在离焦斑57.2厘米(22.5英寸)的近似距离处以生成约580伦琴/分钟的照射量。

有效电荷密度计算：

驻极体过滤器纤维的有效电荷密度(q_f)由过滤器渗透测试的测定结果计算。穿过驻极体过滤介质的过滤器渗透公式与三种粒子系数(机械式、偶极和库仑粒子捕集机制)有关。

$\%P_{\mathrm{ch}}=100\left[\frac{\mathrm{\π}(1-\mathrm{\α})d_f}{4\mathrm{\αL}}\right]({\mathrm{\η}}_M+{\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}+{\mathrm{\η}}_c),$

其中：

η_M＝单纤维效率：机械式捕集(不带电纤维、不带电粒子)

η_In＝单纤维效率：诱导偶极捕集(带电纤维、不带电粒子)

η_C＝单纤维效率：库仑捕集(带电纤维、带电粒子)＝0(对于不带电粒子)

诱导作用力单纤维效率(η_In)可针对驻极体过滤介质使用不带电粒子(η_C＝0)，由过滤器结构和过滤器测试的结果计算得出，得到带电纤维(P_ch)和不带电纤维(P_unch)的渗透比率：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}=\left[\frac{\mathrm{\π}(1-\mathrm{\α})d_f}{4\mathrm{\αL}}\right]\ln \left[\frac{P_{\mathrm{ch}}}{P_{\mathrm{unch}}}\right]$

诱导作用力无量纲参数(K_In)涉及用带电驻极体纤维捕集不带电粒子。

$K_{\mathrm{In}}=\left[\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p-1}{{\mathrm{\ϵ}}_p+2}\right]\frac{C_c{\mathrm{\π}}^2{q}_f^2{d}_p^2}{6{\mathrm{\ϵ}}_0{(1+{\mathrm{\ϵ}}_f)}^2\mathrm{\μ}{d}_f{U}_0}$

由Otani(1993)和Brown(1993)经计算分析(如下)得出的两种机制的相关性可转换为计算诱导作用力参数K_In，由η_In与对纤维周围流场的修正(h_k)计算得出。就此研究而言，K_In＜1并使用第一个公式。

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}=0.51h_k^{-0.35}{K}_{\mathrm{In}}^{0.73};$ 10^-2＜K_In＜10⁰

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{In}}=0.54h_k^{-.60}{K}_{\mathrm{In}}^{0.40};$ 10⁰＜K_In＜10²

h_k＝-1/2lnα+α-1/4α²-3/4

代入由η_In所得的K_In计算所得值并对上述K_In的公式求逆，得出驻极体过滤器中纤维的有效电荷密度(q_f)。

$q_f={\left\{\right[\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p+2}{{\mathrm{\ϵ}}_p-1}\left]\frac{6{\mathrm{\ϵ}}_0{(1+{\mathrm{\ϵ}}_f)}^2\mathrm{\μ}{d}_f{U}_o{K}_{\mathrm{In}}}{C_c{\mathrm{\π}}^2{d}_p^2}\right\}}^{0.5}$

其中：

η_In＝诱导偶极单纤维效率(-)

d_f＝纤维直径(m)＝0.5×(由气流测试所得的有效纤维直径)

L＝过滤器厚度(m)

α＝密实度(-)

P_ch＝渗透-带电纤维(-)

P_unch＝渗透-不带电纤维(-)

d_p＝粒径(m)＝0.2微米

C_c＝粒子卡宁修正系数(-)

h_k＝库韦巴拉流体动力学系数(-)

q_f＝有效纤维电荷密度(C/m²)

ε_p＝介电常数-粒子(-)＝5.1(对于邻苯二酸二辛酯)

ε₀＝真空介电常数＝8.8542E-12(C²/Nm²)

ε_f＝介电常数-纤维(-)＝2.2(对于聚丙烯)

μ＝空气粘度Pa s＝1.81E-05(Ns/m²)

U₀＝面速度(m/s)＝6.9cm/s

K_In＝诱导偶极力参数(-)

TSI AFT 8130型气溶胶发生器使用的输入粒度分布的几何统计平均直径为0.2微米且几何标准偏差为1.6。

统计的纤维中值直径用于纤维电荷的计算。经计算为有效纤维直径的二分之一。有效纤维直径(EFD)为表面积纤维直径并且与纤维的统计直径有关，此直径根据Hatch-Choate公式计算：

$d_g=\frac{d_a}{\exp \left(2{\ln }^2\left({\mathrm{\σ}}_g\right)\right)}$

其中：d_g＝统计的几何平均直径＝算术中值直径

d_a＝面积的几何平均直径＝EFD

σ_g＝几何标准偏差

热稳定性分析：

使用得自TA Instruments(New Castle，Delaware)的2950型热重分析仪(TGA)测定每种充电添加剂的热稳定性。将大约5-10毫克的材料放置于TGA中，并在空气环境下以10℃/分钟的速率将其从室温加热至500℃，同时测量重量损失。表1列出检测到2％的重量损失时的温度以及检测到5％的重量损失时的温度。

表1

实例1-85和比较例C1-C83

每个实例和比较例都按照下述步骤进行。这些实例的数据在表2、3和4中示出。

样本制备：

步骤A：制备微纤维料片：

对每个实例料片1-20而言，选择上述充电添加剂之一(添加剂1、2、3或4)并将其以表2中示出的浓度与不同等级的聚丙烯或聚(4-甲基-1-戊烯)之一干混，并将共混物挤出，如Van A.Wente，“Superfine ThermoplasticFibers，”Industrial Engineering Chemistry，vol.48，pp.1342-1346(Van A.Wente，超细热塑性纤维，《工业工程化学》，第48卷，第1342-1346页)中所述。挤出温度在约250℃-340℃范围内，挤出机为BRABENDER锥形双螺杆挤出机(可从Brabender Instruments，Inc.商购获得)，该挤出机以约2.5至3千克/小时(5-7磅/小时)的速率运行。模具宽25.4厘米(10英寸)，每厘米具有10个模孔(每英寸具有25个模孔)。形成的熔喷微纤维(BMF)料片具有约57g/m²的基重、约8.0微米的有效纤维直径以及约1毫米的厚度。同样，对每个比较例C1-C8而言，使用与对应实例料片等级相同的聚丙烯制备BMF料片，但是未加入电荷添加剂或未使用充电添加剂5。表2汇总每个实例和比较例的具体的料片特性。

步骤B：制备驻极体：

按上述步骤A制备的每个BMF料片采用四种驻极体充电方法之一充电：电晕预处理并用含50PPM Na₂CO₃的水进行水充电；电晕预处理并用DI水进行水充电；用含50PPM Na₂CO₃的水进行水充电；或用DI水进行水充电。表3汇总了每个样品使用的具体充电方法。

充电方法1：

上述步骤A中制备的选定BMF料片采用如下方式充电：首先直流电晕放电，然后用含50PPM Na₂CO₃的水进行水充电。通过在接地表面上以约3厘米/秒的速率将料片传送通过电晕刷形源下方而完成电晕充电，其中电晕刷形源在每厘米的放电源长度上具有约0.01毫安的电晕电流。该电晕源在运载料片的接地表面上方约3.5厘米。该电晕源由正直流电压驱动。在电晕充电之后，由喷嘴以896千帕(130磅/平方英寸)的压力和大约1.4升/分钟的流速形成细小水雾对BMF料片进行水充电，其中水中溶有50PPMNa₂CO₃。多孔传送带以大约10厘米/秒的速度将步骤A中制备的选定BMF料片传送穿过水喷雾，与此同时真空驱使水从下方从该料片穿过。喷雾时使每个BMF料片穿过水充电器两次(连续地每侧一次)，然后在无喷雾时再穿过两次，仅由真空除去任何过量的水。在过滤器测试前，允许料片在空气中放置过夜以完全干燥。

充电方法2：

上述步骤A中制备的选定BMF料片采用如下方式充电：首先直流电晕放电，然后用DI水进行水充电。使用与充电方法1中相同的方法，不同的是使用DI水代替含有溶于其中的50PPM Na₂CO₃的水。

充电方法3：

上述步骤A中制备的选定BMF料片采用含50PPM Na₂CO₃的水进行水充电。由喷嘴以896千帕(130磅/平方英寸)的压力和大约1.4升/分钟的流速形成细小水雾对BMF料片进行水充电，其中水中溶有50PPMNa₂CO₃。多孔传送带以大约10厘米/秒的速度将步骤A中制备的选定BMF料片传送穿过水喷雾，与此同时真空驱使水从下方从该料片穿过。喷雾时使每个BMF料片穿过水充电器两次(连续地每侧一次)，然后在无喷雾时再穿过两次，仅由真空除去任何过量的水。在过滤器测试前，允许料片在空气中放置过夜以完全干燥。

充电方法4：

上述步骤A中制备的选定BMF料片采用DI水进行水充电。由喷嘴以896千帕(130磅/平方英寸)的压力和大约1.4升/分钟的流速形成细小的DI水雾对BMF料片进行水充电。多孔传送带以大约10厘米/秒的速度将步骤A中制备的选定BMF料片传送穿过水喷雾，与此同时真空驱使水从下方从该料片穿过。喷雾时使每个BMF料片穿过水充电器两次(连续地每侧一次)，然后在无喷雾时再穿过两次，仅由真空除去任何过量的水。在过滤器测试前，允许料片在空气中放置过夜以完全干燥。

过滤测试步骤：

初始过滤性能：

将上述步骤B中制备的每个充电样品切割成1米的片段，测试该片段在其初始状态的DOP气溶胶渗透率％(DOP Pen％)和压降(ΔP)，然后按上面给定的测试方法所述步骤计算品质因数(QF)。这些结果在下表3中记录为DOP Pen％、压降和QF。

表2

表3

驻极体过滤介质的X射线放电：

使用上述测试方法中所述的步骤，将过滤介质的选定样品暴露在离子化X射线中。表4记录了每个样品暴露于X-射线之前(时间＝0分钟)、完全暴露于X射线30分钟后、完全暴露于X射线40分钟后、和完全暴露于X射线60分钟后的过滤性能。

表4

有效电荷密度计算：

使用上述表4中给出的60分钟X射线暴露数据和上述测试方法中所述步骤，计算过滤介质选定样品的有效电荷密度。这些数据在表5中给出。

表5

Claims (29)

1.一种驻极体料片，包含：

热塑性树脂；以及

电荷加强添加剂，所述电荷加强添加剂包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料。

2.根据权利要求1所述的驻极体料片，其中所述料片包括非织造纤维料片。

3.根据权利要求2所述的驻极体料片，其中所述料片包括非织造微纤维料片。

4.根据权利要求1所述的驻极体料片，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料包括具有结构(a)、(b)或(c)或它们的任意组合的至少一种材料：

其中基团R¹包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；

基团R²和R³独立地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；以及

基团R⁴、R⁵、R⁶和R⁷独立地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；

Ar包括芳环；以及

每个Z¹和Z²独立地为所述芳环上位于该环任意位置的取代基，并且包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、硝基、或者含杂环酰亚胺基的基团。

5.根据权利要求1所述的驻极体料片，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料包括具有结构(d)、(e)、(f)或(g)或它们的任意组合的至少一种材料：

其中n为约5至7的数字。

6.根据权利要求1所述的驻极体料片，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料包括受阻胺N-取代琥珀酰亚胺低聚物。

7.根据权利要求3所述的驻极体料片，其中所述非织造微纤维料片包含：

聚烯烃；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯；或聚酯。

8.根据权利要求3所述的驻极体料片，其中所述非织造微纤维料片包含：

聚丙烯；聚(4-甲基-1-戊烯)；丙烯和4-甲基-1-戊烯的共聚物；或者它们的混合物。

9.根据权利要求1所述的驻极体料片，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料占所述料片的0.1-5.0重量％。

10.根据权利要求1所述的驻极体料片，其中所述料片包含静电电荷，其中所述电荷是通过摩擦起电、水充电、直流电晕处理或其组合赋予的。

11.一种驻极体过滤介质，包含：

非织造微纤维料片，其包含以下组分的共混物：

热塑性树脂；以及

电荷加强添加剂，所述电荷加强添加剂包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料。

12.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料包括具有结构(a)、(b)或(c)或它们的任意组合的至少一种材料：

其中基团R¹包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；

基团R²和R³独立地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；以及

基团R⁴、R⁵、R⁶和R⁷独立地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；

Ar包括芳环；以及

每个Z¹和Z²独立地为所述芳环上位于该环任意位置的取代基，并且包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、硝基、或者含杂环酰亚胺基的基团。

13.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料包括具有结构(d)、(e)、(f)或(g)或它们的任意组合的至少一种材料：

其中n为约5至7的数字。

14.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述非织造微纤维料片包含：聚烯烃；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯；或聚酯。

15.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述非织造微纤维料片包含：

聚丙烯；聚(4-甲基-1-戊烯)；丙烯和4-甲基-1-戊烯的共聚物；

或者它们的混合物。

16.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料占所述料片的0.1-5.0重量％。

17.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述料片包含电荷，其中所述电荷是通过摩擦起电、水充电、直流电晕处理或其组合赋予的。

18.根据权利要求17所述的驻极体过滤介质，其中，以QF为衡量指标，所述料片带有的静电电荷足以在6.9厘米/秒的面速度下表现出0.3(毫米水柱)^-1或更高的过滤性能。

19.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述过滤介质包括：呼吸器过滤器、室内通风系统过滤器、车辆通风系统过滤器、空调过滤器、熔炉过滤器、室内空气净化过滤器、真空吸尘器过滤器或计算机磁盘驱动器过滤器。

20.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述过滤介质与呼吸器组件的组合体是经设计供单人使用的呼吸装置的组成元件。

21.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述过滤介质根据X射线放电测试进行测试时，在6.9厘米/秒的面速度下具有至少300％的渗透率％。

22.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述过滤介质根据X射线放电测试进行测试时，在6.9厘米/秒的面速度下具有至少0.3(毫米水柱)^-1的初始品质因数，并且在暴露于X射线60分钟后，品质因数小于所述初始品质因数的50％。

23.根据权利要求11所述的驻极体过滤介质，其中所述过滤介质具有至少20微库仑/平方米的有效电荷密度计算值。

24.一种制备驻极体料片的方法，包括：

提供热塑性材料；

提供电荷加强添加剂，所述电荷加强添加剂包括不含氟化基团的杂环酰亚胺材料；

将所述热塑性材料和所述电荷加强添加剂进行热熔融混合，形成热塑性共混物；

形成料片；以及

对所述料片进行静电充电。

25.根据权利要求24所述的驻极体料片，其中形成料片包括形成非织造纤维料片。

26.根据权利要求24所述的驻极体料片，其中形成料片包括熔喷所述热熔融共混物以形成非织造微纤维料片。

27.根据权利要求24所述的方法，其中所述不含氟化基团的杂环酰亚胺材料包括具有结构(a)、(b)或(c)或它们的任意组合的至少一种材料：

其中基团R¹包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；

基团R²和R³独立地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；以及

基团R⁴、R⁵、R⁶和R⁷独立地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或者含杂环酰亚胺基的基团；

Ar包括芳环；以及

每个Z¹和Z²独立地为所述芳环上位于该环任意位置的取代基，并且包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、硝基、或者含杂环酰亚胺基的基团。

28.根据权利要求24所述的方法，其中所述热塑性材料包括：聚丙烯；聚(4-甲基-1-戊烯)；丙烯和4-甲基-1-戊烯的共聚物；以及它们的混合物。

29.根据权利要求24所述的方法，其中可热熔融加工的所述电荷加强添加剂占所形成的微纤维料片的0.1至5.0重量％。