CN106661788B - 包含聚乳酸纤维的纺粘网 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含聚乳酸纤维的纺粘驻极体网以及制备此类纤维和网的方法，其中所述聚乳酸纤维中的至少一些是经过熔纺拉伸的带电纤维，所述经过熔纺拉伸的带电纤维包含充电添加剂。

Description

包含聚乳酸纤维的纺粘网
背景技术
已发现，驻极体网用于涉及过滤等的各种应用中。
发明内容
本文公开了包含聚乳酸纤维的纺粘驻极体网，其中聚乳酸纤维中的至少一些是包含约0.1重量％至约5.0重量％充电添加剂的经过熔纺拉伸的带电纤维，并且其中网是热风粘结网。本发明还公开了制备这种纤维和网的方法。从以下具体实施方式中，本发明的这些方面和其它方面将显而易见。然而，在任何情况下，都不应将该广泛的发明内容理解为是对可受权利要求书保护的主题的限制，无论此主题是在最初提交的专利申请的权利要求书中呈现还是在修订的权利要求书中呈现，或者以其他它式在申请过程中呈现。
附图说明
图1是可用于形成本文所公开的纺粘非织造网的示例性设备的示意图。
图2是可用于图1所示工艺中的示例性细化器的侧视图。
图3是具有周边框架和稀松布的示例性褶皱型过滤器的局部剖视透视图。
图4示出本文所公开的褶皱型过滤器的用实验方法得到的颗粒去除效率。
在各图中，类似的参考标号指示类似的元件。一些元件可能以相同或等同形式的倍数出现；在此类情况下，参考标号可能仅标出一个或多个代表性元件，但应当理解，此类参考标号适用于所有此类相同的元件。除非另外指明，否则本文件中的所有图形和绘图均未按比例绘制，并且经选择用于示出本发明不同实施方案的目的。具体地，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应当从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管在本公开中可能使用了术语诸如“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”、“向下”、以及“第一”和“第二”等，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语仅以其相对含义进行使用。
如本文所用，作为对特性或属性的修饰语，除非另外具体地定义，否则术语“大体”意指该特性或属性将能容易被普通技术人员识别，而不需要绝对精确或完美匹配(例如，对于可计量特性，在+/-20％内)。除非另外具体地定义，否则术语“基本上”意指高逼近程度(如，在可量化特性的+/-10％内)，但同样不需要绝对精确或完美匹配。术语诸如相同、相等、均匀、恒定、严格等应当理解成是在普通容差内，或适用于特定情况的测量误差，而非需要绝对精确或完全匹配。
具体实施方式
术语表
驻极体网是指包含表现出至少准永久性电荷的纤维的非织造网。
本文所用的术语聚乳酸是为了方便地指示包含乳酸单体(重复)单元的聚合物和共聚物。该术语和术语聚(乳酸)和聚(丙交酯)通常可以互换使用。
如本文所用的术语“熔纺”是指如下所形成的纤维：从一组孔挤出熔融长丝并使长丝冷却和(至少部分地)固化以形成纤维，其中长丝穿过空气空间(可包含流动空气流)以帮助冷却和固化长丝，然后使由此形成的纤维穿过细化(即，拉伸)单元以拉伸纤维。熔纺与熔喷的区别在于，熔喷涉及将熔融长丝挤出到通过吹气孔而引入的会聚高速空气流中，吹气孔靠近挤出孔定位。
为了方便起见，术语“长丝”通常用于指代从一组孔挤出的热塑性材料的熔融流，并且术语“纤维”通常用于指代固化的长丝及由其构成的网。这些名称的使用只是为了方便描述；本领域普通技术人员将理解，在熔纺工艺中，纤维在某些情况下(例如，在拉伸过程中)仍可表现出如略微软化或发粘的表面。
“纺粘”是指包含一组熔纺纤维的网，这些熔纺纤维被收集成为网并可选地经受一个或多个粘结操作。
术语“网”表示彼此充分粘结的大量非织造纤维，所述大量纤维具有足够的机械完整性以便作为自支承层处理；例如，可用常规的卷对卷幅材处理设备进行处理。术语“垫”表示彼此未充分粘结以形成自支承网的大量纤维(例如，尚未彼此粘结的大量收集的熔纺纤维)。
“直接收集的纤维”是指通过从一组孔挤出熔融长丝，固化长丝以形成纤维，拉伸纤维并且例如在收集器表面上收集纤维，而长丝或纤维不接触孔和收集器表面之间的偏转器等，进而基本上在一个操作中形成并收集成网的纤维。直接收集的纤维与例如短纤维、梳理网等有所区别。
“打褶”是指网的至少一部分已折叠而形成包含多行大致平行、相反取向的折叠部的构造。这样，网的打褶区别于例如单独纤维的卷曲。
“密实度”是指无量纲比率(通常以百分比记录)，其表示网被固体(例如，聚合物纤维)材料所占据的总体积的比例。
纺粘驻极体网
本文公开了包含聚乳酸纤维的纺粘驻极体网，其中聚乳酸纤维中的至少一些是包含充电添加剂的熔纺的、经过拉伸的、含驻极体(带电)的纤维。网的聚乳酸纤维中的至少一些自生熔融粘结到彼此，例如通过热风粘结的方式。
聚乳酸聚合物或共聚物(例如，可熔融加工的材料，特别是纤维成形树脂)包含乳酸单体(重复)单元。这种聚合物或共聚物通常可衍生自选自乳酸的任何异构体的单体，乳酸诸如L-乳酸、D-乳酸或它们的混合物。聚乳酸也可由乳酸的任何异构体的酸酐形成，乳酸包括L-丙交酯、D-丙交酯、内消旋丙交酯或它们的混合物。也可使用此类乳酸和/或丙交酯的环状二聚体。因此，例如，聚乳酸的L-乳酸单体单元将被理解成可衍生自L-乳酸单体或衍生自在由此形成的聚合物中提供等同单体单元的任何来源。可使用任何已知的聚合方法诸如缩聚或开环聚合反应来制备此类聚合物。
聚乳酸可为L-乳酸或D-乳酸均聚物；或者，它可为共聚物，诸如包含L-乳酸单体单元和D-乳酸单体单元的共聚物。(在此类聚合物中，均聚物或共聚物名称将是基于单体单元的立构规整性而不是基于化学组成的“立体”名称。)同样，通过结合到L-乳酸、D-乳酸、L-丙交酯、D-丙交酯、内消旋丙交酯等的共聚物链中，可衍生出此类单体单元。在一些实施方案中，聚乳酸可为主要由L-乳酸单体单元以及少量D-乳酸单体单元(其可以例如改善聚合物的熔融加工性)组成的L-D共聚物。在各种实施方案中，聚乳酸共聚物可包含至少约85重量％、90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、99.5重量％或99.7重量％的L-乳酸单体单元。在另一些实施方案中，聚乳酸共聚物可包含最多约15重量％、10重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.5重量％或0.3重量％的D-乳酸单体单元。
在一些实施方案中，熔纺纤维(和/或熔纺纤维的整个聚合物含量)的聚乳酸含量的基本可上全部(即99.5重量％或更高)由聚乳酸(立体)共聚物提供；例如，主要由L-乳酸单体单元以及少量D-乳酸单体单元组成的共聚物。(在具体实施方案中，纤维的基本上整个聚乳酸含量可为L-乳酸均聚物的形式。)在其它实施方案中，可存在由D-乳酸(立体)均聚物组成的少量另外聚乳酸。添加此类另外量的D-乳酸均聚物(例如作为物理共混物，例如在挤出期间作为熔体添加剂)可在一些情况下增强聚乳酸材料的某些特性(例如，熔融加工性、成核速率等)。因此，在各种实施方案中，例如在熔纺中使用的聚乳酸可包含至少约0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、5重量％或8重量％的D-乳酸均聚物添加剂。在另一些实施方案中，此类聚乳酸材料可包含最多约15重量％、10重量％、8重量％、5重量％、3重量％、2重量％、1重量％或0.5重量％的D-乳酸均聚物。(在这种情况下，聚乳酸纤维成形材料的剩余部分可为例如上面所述的L-D立体共聚物。)
在一些实施方案中，存在于熔纺纤维中的至少一些聚乳酸可为包含一个或多个另外的(非乳酸)单体单元的(组合)共聚物。此类单体单元可包括例如乙醇酸、羟基丙酸、羟基丁酸等等。在各种实施方案中，乳酸单体单元(无论是L或D，并且为衍生自任何来源)可构成至少约80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、97重量％、99重量％或99.5重量％的熔纺聚乳酸纤维。
可熔融加工(纤维成形)的聚乳酸聚合物材料(例如，L-D共聚物)可以商品名INGEO6100D、6202D和6260D商购自明尼苏达州明尼苏达的奈琪沃克公司(NatureWorks LLC,Minnetonka,MN)。可熔融加工的聚乳酸聚合物材料(例如，D-乳酸均聚物)可以商品名SYNTERRA PDLA 1010购自荷兰的辛博拉科技有限公司(Synbra Technologies，TheNetherlands)。许多其它可能合适的聚乳酸材料也是可用的。
在各种实施方案中，拉伸和自生粘结(例如，热风粘结)的包含充电添加剂的聚乳酸纤维可表现出至少约20％、30％、40％或50％的结晶度％。
在各种实施方案中，聚乳酸可构成(以重量百分比计)熔纺聚乳酸纤维的材料(例如，聚合物材料)的至少约85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或大体上全部(即，99.5％或更多)或基本上全部(即，99.9％更多)。在一些实施方案中，少量非聚乳酸聚合物材料可存在于熔纺纤维中的至少一些中(例如，在挤出过程中作为熔体添加剂添加到聚乳酸中)。一些此类非聚乳酸聚合物材料可用作例如聚合物成核剂(无论如任何D-乳酸均聚物是否可能存在以及是否可用于类似目的，如前所述)。在本文中，4000克/摩尔的分子量可用作聚合物成核剂与非聚合物成核剂之间的分界线。可根据需要以任何合适的量使用任何合适的非聚乳酸聚合物。在特定实施方案中，聚烯烃材料(如聚丙烯)可以至多约5重量％、3重量％、2重量％、1重量％或0.5重量％存在于至少一些熔纺纤维中。在其它实施方案中，在熔纺聚乳酸纤维中大体上不存在(即小于0.5重量％)或基本上不含(即小于0.1重量％)的聚烯烃材料。
在一些实施方案中，少量的非聚乳酸熔纺纤维或非熔纺非聚乳酸纤维(例如短纤维、多组分粘结纤维等)可存在于网中。在各种实施方案中，聚乳酸纤维可构成(以重量百分比计)网的总纤维材料的至少约85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或大体上全部(即，99.5％或更多)。在此类实施方案中，任何非聚乳酸纤维可构成网的总纤维材料的小于约15重量％、10重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.5重量％或0.1重量％。
聚乳酸熔纺纤维中的至少一些包含充电添加剂(该术语包括单一充电添加剂以及两种或更多种充电添加剂的组合两种情况)。在各种实施方案中，充电添加剂构成网的熔纺纤维的至少约0.1重量％、0.2重量％、0.4重量％、0.6重量％、0.8重量％、1.0重量％、1.4重量％或1.8重量％。在另一些实施方案中，充电添加剂构成网的熔纺纤维的最多约3.0重量％、2.0重量％、1.6重量％、1.2重量％、1.1重量％、0.8重量％或0.6重量％。通常，此类充电添加剂可在挤出过程中作为熔体添加剂便利地添加到聚乳酸纤维成形树脂中。
可使用可增强熔纺聚乳酸纤维接受和/或保留电荷的能力(使得纤维具有包括通常称为驻极体的准永久性电荷)的任何合适的充电添加剂。在至少一些实施方案中可用作充电添加剂的化合物包括有机三嗪化合物(包括低聚物)，该化合物除了包含位于三嗪环上的氮原子，还可包含至少一个氮原子(参见例如授予Rousseau的美国专利6268495、5976208、5968635、5919847和5908598)。可能合适的化合物的具体示例包括诸如2-(4,6-联苯-1,3,5-三嗪-2-基)-5-((己基)氧基)苯基以及含三嗪环的其它酚等。在一些实施方案中，可使用受阻胺化合物。此类化合物有时被称为受阻胺光稳定剂(HALS)，其特征在于，在拥挤的空间环境中存在一个或多个胺部分。此类化合物通常包含一个或多个2,2,6,6-四烷基哌啶基，例如一个或多个2,2,6,6-四烷基哌啶基-4-氨基基团。在各种实施方案中，2,2,6,6-四烷基可为具有1至6个碳原子的脂族基团，例如己基、戊基、丁基、丙基、乙基和甲基基团。在具体的实施方案中，全部四个烷基都可为甲基基团。此类哌啶基根据需要可例如在4-位上共价结合或通过4-氨基与另一个有机基团共价结合。
在一些实施方案中，脂族金属盐(诸如硬脂酸镁、硬脂酸铝和其它C8-24羧酸金属盐等)可单独使用，或与另一种类型的充电添加剂如受阻胺和/或有机酰胺结合使用。可能适于用作充电添加剂的各种羧酸金属盐、受阻胺和有机酰胺在授予Berkemann的美国专利申请公布2013/0288555中有所描述。
在一些实施方案中，可使用一种或多种稠合芳族脲或硫脲化合物，例如，如在2014年6月23日提交的名称为“ELECTRET WEBS WITH CHARGE-ENHANCING ADDITIVES”(具有电荷增强添加剂的驻极体网)的美国临时专利申请62/015637中所述的，该专利以引用方式并入本文中。可用作充电添加剂的另外的材料包括在授予Sebastian的美国专利7765698和授予Nishiura的美国专利5057710中所述的N-取代的氨基芳族化合物(特别是三氨基取代的化合物)，以及在授予Leir的美国专利申请公布2007/0180997和授予Nakamura的日本专利公布5047848中提及的那些，所有这些专利的全部内容均以引用方式并入本文中。可包括可适当地用作充电添加剂的化合物的其它一般类别的材料包括例如光稳定剂、主要抗氧化剂和次要抗氧化剂、金属减活化剂、受阻酚、脂肪酸金属盐、含氟化合物和三聚氰胺。其它可能合适的化合物包括N-取代的氨基芳香化合物，特别是三氨基取代的化合物，诸如2,4,6-三苯胺基-对-(碳-2’-乙基己基-1’-氧)-1,3,5-三嗪，以商品名UVINUL T-150从德国路德维希港巴斯夫公司(BASF,Ludwigshafen,Germany)商购获得。另一种可能合适的化合物可以商品名CHIMASSORB 944从汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals，Inc)购得。另一种可能合适的化合物为2,4,6-三-(十八烷基氨基)-三嗪，其也被称为三硬酯基三聚氰胺。上述只是可用作充电添加剂的示例性化合物的非限制性列表，需注意在各种类别的化合物之间可能存在重叠。
出于任何目的，任何辅助材料(例如，非聚合物添加剂)可存在于熔纺聚乳酸纤维中的至少一些中。此类材料可包括例如一种或多种抗氧化剂、UV稳定剂、加工助剂、抗微生物剂、颜料、染料等等。在一些实施方案中，熔纺纤维可包含一种或多种非聚合物成核剂。然而，在特定实施方案中，基本上没有(即，小于约0.01重量份，基于100重量份的聚乳酸)非聚合物成核剂(例如，在授予Tokuda的美国专利申请公布2005/0176325中所述的任何类型)存在于纺粘网的聚乳酸纤维中。
制备方法
图1示出可用于形成本文所公开的纺粘网的示例性设备。在使用此类设备的示例性方法中，将聚乳酸纤维成形材料(通常为小球或微粒形式)引入料斗11(与适量的充电添加剂一起)，在料斗中聚乳酸(和充电添加剂，如果作为固体添加)在挤出机12中熔融，并通过泵13泵入挤出头10中。
挤出头10可以是常规的喷丝头或纺丝组合件，通常包括以规则图案(如直线行)布置的多个孔。纤维成形液体的熔融长丝15从挤出头挤出，并穿过空气填充的空间17至细化器16。挤出的长丝15在到达细化器16之前穿过空气空间17行进的距离可随挤出的长丝15所所暴露的条件而不同。可将一个或多个空气流18(例如，骤冷空气)导向挤出的长丝15，以降低挤出的长丝15的温度并且使挤出的长丝至少部分地固化，从而变成纤维115。(尽管在本文中术语“空气”是为了方便而使用，然而应该理解，该术语涵盖在本文所公开的骤冷和拉伸工艺中可使用的其它气体和/或气体混合物)。如果需要，可使用多个空气流；例如，相对于长丝流横向吹的第一空气流18a可主要用于移除在挤出过程中释放的不期望的气体材料或烟雾，以及第二骤冷空气流18b可主要起到实现温度降低的作用。
纤维115可随后穿过细化器以拉伸纤维，如图1所示。细化器16被构造成用于将快速流动的空气流冲击到纤维上，在纤维的至少一部分穿过细化器期间，空气流至少大致沿与纤维相同的方向流动。流动空气因此对纤维施加剪切力，剪切力用于拉伸纤维(细化器中的流动空气还可用于冷却和/或骤冷纤维115，超过该纤维的任何冷却和/或骤冷可能在穿过挤出头10与细化器16之间的距离的过程中已经发生)。
因此，应当理解，如本文所公开的细化器可用作长期使用的纤维拉伸方法的替代方法，长期使用的纤维拉伸方法通过例如以比最初挤出纤维的速度更快的速度卷绕纤维(例如，卷绕在线轴或卷轴上)，从而将力施加到纤维上。此类拉伸可用于实现每根纤维的至少一部分的至少一些取向。此类拉伸还可显现为相对于没有拉伸时的直径，纤维的最终直径减小。然而，已经发现，拉伸包含充电添加剂的聚乳酸纤维还可在高温老化期间保留纤维电荷时具有另外的出乎意料的益处，如本文稍后将讨论。
纤维115的拉伸程度可通过表观纤维速度来表征，表观纤维速度通过以下公式计算：
V表观(m/min)＝4M/ρπdf 2×1000000
其中：
M为聚合物流速，以克/孔/分钟为单位，
ρ为聚合物密度，以克/立方厘米为单位，并且
df为测量平均纤维直径，以微米为单位。
本领域的普通技术人员将理解，表观纤维速度考虑了所制备纤维的实际直径(即，例如通过光学显微镜获得的测量平均直径)和穿过熔纺孔的熔融长丝的流速，以提供指示在将挤出的熔融长丝转变成拉伸纤维时所发生拉伸程度的参数。在各种实施方案中，表观纤维速度可为至少约1000米/分钟、2000米/分钟、3000米/分钟或4000米/分钟。在另一些实施方案中，表观纤维速度可为最多约14000米/分钟、12000米/分钟、10000米/分钟、8000米/分钟或6000米/分钟。
图2为示例性细化器16的放大侧视图。示例性细化器16在一些情况下可包括两个半块或侧部16a和16b，这两个半块或侧部分开以便在它们之间限定细化室24，如图2的设计所示。尽管以两个半块或侧部的形式存在(在此具体实例中)，然而细化器16仍用作一个一体的装置，并且将首先以其组合形式进行说明。示例性细化器16包括倾斜的进入壁27，其限定细化室24的进入空间或狭道24a。进入壁27优选地在进入边缘或表面27a处是弯曲的，以使携带纤维115的空气流平稳进入。壁27附接到主体部分28，并且可以设置有凹进区域29，以在主体部分28与壁27之间形成空气间隙30。空气可通过导管31引入间隙30中。细化器主体28可在28a处是弯曲的，以使空气平稳地从气刀32流入室24中。可选择细化器主体的表面28b的角度(α)，以确定气刀冲击穿过细化器的纤维流的所需角度。
细化室24可具有均匀的间隙宽度；或者如图2所示，间隙宽度可沿着细化室的长度而变化。限定细化室24的纵向长度的至少一部分的壁可采取板36的形式，这些板与主体部分28是分开的并且附接到该主体部分。在一些实施方案中，细化器16的某些部分(例如，侧部16a和16b)能够(例如)响应于系统的扰动朝着彼此和/或背离彼此移动。这种能力在一些情况下可为有利的。示例性细化器及其可能的变型的另外详细信息见于授予Berrigan的美国专利6607624、6916752和7470389，这些专利均以引用方式并入本文中。
纤维115在穿过细化器16之后可随后沉积到收集器表面19上，在其上纤维115被收集为大量纤维(垫)20，如图1所示。收集器表面19可包括例如单个连续的收集器表面，诸如连续带或筒或辊提供的表面。收集器19可能通常是多孔的，抽气(真空)装置14可定位于收集器下方以有助于纤维沉积在收集器上。可改变细化器出口与收集器之间的距离21、所施加的真空量等以获得不同的效果。
无论具体特征(例如，细化器设计、细化器和收集器的布置等)如何，上述熔纺工艺都与熔喷有所区别。特别地，熔融长丝穿过空气间隙，其中长丝至少部分地固化成纤维，然后在与挤出头(通过空气间隙)间隔开的单元中细化/拉伸纤维，这与熔喷工艺不同，在熔喷工艺中空气以尽可能接近它们从挤出头的孔的出口点的方式撞击熔融长丝。此外，本领域普通技术人员应当理解，熔纺纤维可通过多种特性容易地与熔喷纤维区分开，例如，结晶域的量和性质、分子链取向等。
熔纺聚乳酸纤维的收集垫20可随后经受粘结工艺，其中垫的至少一些纤维彼此粘结以将垫转变成纤维网。可使用任何合适的方法，无论此类方法是否依赖于纤维的物理缠结、纤维彼此熔融粘结、通过一些添加试剂粘结等。在一些实施方案中，粘结可涉及热处理(在本文中广义地定义为意指将熔纺、收集的纤维的垫暴露于至少约80℃的温度)，从而可具有如本文详细讨论的特定优点。
在一些实施方案中，热粘结可采取自生粘结的形式，在本文中定义为聚乳酸纤维在它们之间的接触点处彼此的熔融粘结，此类粘结在升高的温度下进行，且无需向垫施加固体接触压力。(因此，此类粘结方法可与例如压延、超声波粘结等对比。)此外，此类自生粘结不涉及使用添加的粘结剂(无论是纤维、粉末或液体/胶乳形式)或任何添加的粘合剂等。此外，自生粘结区别于物理粘结方法，诸如针刺法、水刺法等。本领域的普通技术人员将理解，自生粘结(特别是如下所述的通气粘结)将提供纤维-纤维粘结，此类粘结容易与通过其它手段实现的粘结(例如通过压延或超声粘结，或通过添加的粘结剂(无论是纤维、液体还是粉末形式)，或通过针刺或水刺法)区分开来。
在特定实施方案中，自生粘结可采取热风粘结的形式，如通过强制地使受热空气流穿过收集的纤维的垫(即，将受热空气冲击到垫上，使得受热空气进入垫的第一主面，穿过垫的厚度，然后穿过垫的第二相对主面离开，如果需要，通过施加到垫的第二主面的真空来予以辅助)。此类粘结可通过例如使用如图1中的示例性实施方案所示的热风粘结器101执行。在授予Berrigan的美国专利申请公布2008/0038976(其将这些示例性热风粘结器称为骤冷流动加热器)中详细讨论了示例性热风粘结器，该专利以引用方式并入本文中。可能便利的是，受热的流动空气沿至少基本上与纤维垫的主平面正交的方向(如由示出图1中受热气流的方向的箭头201所示)冲击到纤维垫的主表面上。
本领域的普通技术人员将理解，可进行热粘结(例如，自生粘结，特别是热风粘结)，以便将足够量的纤维彼此熔融粘结，从而将熔纺纤维垫转换成自支承纤维网(因此，该网可称为纺粘网)，而不将纤维加热到它们坍塌或以其它方式不可接受地降低由此形成的网的孔隙率的点。然而，另外还发现，当在包含充电添加剂的聚乳酸纤维上执行时，此类热暴露可在高温老化期间保留纤维电荷时具有另外的出乎意料的益处，如本文中其它地方所详细讨论。
自生粘结(例如，热风粘结)可利用流动空气，该流动空气被加热(例如，加热到标称设定点，应当理解，空气在遇到纤维垫之前可以稍微冷却)到足以充分粘结所使用的特定聚乳酸纤维并且足以实现本文所公开的对保留纤维电荷的有利效果的任何合适温度。在具体实施方案中，流动空气可以至少约90℃、100℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃或170℃的温度提供。在另一些实施方案中，流动空气可以最高约200℃、180℃、170℃、160℃、150℃或140℃的温度提供。
流动受热空气可以适合于实现本文所述效果的任何线速度冲击在纤维垫上。在各种实施方案中，受热空气的线速度可为至少约150米/分钟、200米/分钟、300米/分钟、500米/分钟、600米/分钟或800米/分钟。在另一些实施方案中，受热空气的线速度可为最多约1500米/分钟、1200米/分钟、1000米/分钟、800米/分钟或600米/分钟。本领域的普通技术人员将理解，受热流动空气的温度和/或受热流动空气的速度可结合纤维垫暴露于流动受热空气的持续时间进行选择，以实现期望的累积总体热暴露。在各种实施方案中，暴露于流动受热空气的持续时间(例如，垫/网在接近热风粘结器的停留时间)可为至少约0.1秒、0.2秒、0.4秒、0.8秒、1秒、2秒或4秒。在另一些实施方案中，暴露于流动受热空气的持续时间可为最多约4秒、2秒、1秒、0.8秒或0.4秒。
可以使用本领域已知的任何充电方法。示例性方法包括例如电晕充电和水充电。在一些实施方案中，也可使用电晕充电和水充电(以任何顺序)的组合(以这种方式充电的纤维将被称为电晕-水充电纤维，不暗示操作顺序)。电晕充电可如下进行，例如通过将网暴露于合适的直流电晕放电以提供具有过滤增强驻极体电荷的网，使用例如在授予vanTurnhout的美国再版专利30782和授予Davis的美国专利4215682中所述的方法。例如通过将水射流或水滴流以足够向网提供过滤增强驻极体电荷的压力冲击到网上，来对网进行水充电。达到最佳结果的必需压力可根据以下因素而变化：所用喷涂器的类型、纤维的具体组成、任何充电添加剂(如果存在)的类型和浓度、网的厚度和密度以及是否在水充电之前进行预处理诸如直流电晕表面处理。可用于水力缠结纤维的一般类型设备可用于水充电，但水充电操作通常可在比水缠结中通常所用的压力低的压力下进行。水充电被理解为还包括在授予Angadjivand的美国专利5496507中所述的方法和使用流体润湿和去湿工艺赋予驻极体电荷的其它各种衍生方法(例如，在授予Horiguchi的日本专利申请号JP 2002161467中所述)。
其它充电方法(例如，摩擦充电等等)也可能是合适的。(任何类型的)充电操作可与网生产工艺一致地进行；或者，如果需要，可将成型网存储(例如，卷绕成卷)，直到需要对网充电的此类时间。
然而实现后，充电过程将产生如本文所公开的驻极体网。可使用X射线放电测试来识别和/或表征驻极体网。在此类测试中，在将网暴露于X射线形式的电离辐射之前和之后测量网的过滤性能。如果在暴露于X射线之后过滤性能基本上无变化，这表示极少或没有电荷通过暴露于X射线被中和，并且网不具有足够的电荷，不被视为驻极体网。然而，如果暴露于X射线辐射之后，过滤性能充分减弱，此结果表示网为驻极体网。(本领域的普通技术人员将理解，诸如电离辐射的这种强效措施中和此类电荷的能力不与将驻极体电荷描述为“准永久性”矛盾)。
在X射线放电测试中，可在将网暴露于X射线辐射之前和之后获得(穿过网的气溶胶的)透过率％，遵循在PCT国际专利申请公布WO2014/105107中所公开的过程和计算方法，该专利全文以引用方式并入本文中。为了使网被视为如本文所定义的驻极体网，透过率％为至少约300％。在各种实施方案中，透过率％为至少400％、500％或600％。在另一些实施方案中，透过率％为至少750％或800％。在特定实施方案中，透过率％为至少1000％或至少1250％。在一些实施方案中，透过率％为最多约4000％。
包含驻极体网的制品
带电的纺粘网20可形成为或结合到任何期望的制品中，例如用于过滤等目的。出于此类目的，可将网20传送到任何期望的设备，诸如一个或多个压印站、层压机、切割器等。如果需要，可进行一个或多个辅助粘结操作(除自生粘结之外)。任何此类操作可与网生产操作一致地执行；或者可将网卷绕到存储卷筒上，直到需要进一步处理的时间。例如支撑层、预过滤层等附加层可与本文所公开的网组合(例如，通过层合)。因此，在一些实施方案中，可提供本文所公开的聚乳酸驻极体纺粘网作为多层制品中的一个或多个子层。
在一些实施方案中，本文所公开的驻极体网可用于过滤，例如采用平坦(不打褶)形式的空气过滤。在其它实施方案中，本文所公开的驻极体网可打褶以形成褶皱型过滤器以用于诸如例如空气过滤等应用中。本文所述的褶皱型过滤器可为自支承的，意味着它们在经受强制通风系统中通常会遇到的空气压力时不过度塌缩或弯倒。本文所述的褶皱型过滤器可任选地包括一种或多种稀松布和/或刚性(例如，硬纸板)周边框架以增强褶皱型过滤器的稳定性。图3示出示例性褶皱型过滤器114，其包含由本文所述的纺粘网20构成的过滤介质，并且还包括周边框架112和稀松布110。尽管图3中示出与过滤介质的一个面不连续接触的平面构造，然而稀松布110可与过滤介质一起打褶(例如，从而与过滤介质基本上连续接触)。任选的稀松布110可由非织造材料、线材、玻璃纤维等构成。
如本文所述的网可表现出有利的过滤特性，例如高过滤效率与低压降的组合。此类性质可通过任何熟知的参数来表征，这些参数包括透过百分比、压降、质量因子、捕集效率(例如，最低复合效率、最低效率记录值)等。在特定实施方案中，本文所公开的网具有至少约0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或1.0的质量因子。
迄今为止，尚未发现可以提供令人满意的包含充电添加剂的聚乳酸驻极体网，所述网在暴露于高温下长时间时保持优异的电荷保留性能和过滤性能。由于产品诸如HVAC空气过滤器等通常采用货车或铁路车皮运输，因此可能达到高温持续长时间段，这种缺陷可能限制了此类产品的用途。
现已发现此问题的可能来源。参考表2，将示例性实施例IE-A与IE-B进行比较，并将示例性实施例IE-C与IE-D进行比较，显示出充电添加剂可显着降低聚乳酸从熔融物冷却时的结晶速率(如通过在差示扫描量热法(DSC)实验中在10℃/分钟的冷却速度下实现的结晶度％所评估)。采用熔纺工艺时所获得的结果与这些发现一致。即，已经发现，包含充电添加剂的熔纺聚乳酸纤维在固化过程中可实现比不包含充电添加剂的类似制造的纤维低得多的结晶度。(事实上，本领域的普通技术人员可以预期，由于采用熔纺工艺时的冷却速率通常比10℃/分钟快得多，因此充电添加剂对熔纺纤维的结晶度％的效应通常可大于表2的DSC数据中所示的效应。)
不希望受到理论或机制的限制，可能的情况是，迄今为止观察到的包含充电添加剂的聚乳酸在高温老化时的电荷保留/过滤能力的劣化可能至少部分地由聚乳酸在接近或超过聚乳酸的玻璃化转变温度(通常在55℃的范围内)的温度下老化时的结晶度引起的。此发现大体上与以下发现一致：含充电添加剂的熔喷聚乳酸网(由于熔喷工艺的性质，其网的纤维通常表现出如所制备的非常低的结晶度，因此可能特别易于在高温老化期间结晶度显著增加)经常在高温老化时失去其大量电荷/过滤能力，这一点已在本文的实施例中证实。
基于这种认识，现在可以理解如该实施例的表3中记录的发现。将示例性实施例IE-4与示例性实施例IE-1进行比较，显示出即使存在充电添加剂，充分拉伸仍可使得熔纺聚乳酸纤维保持非常接近不含充电添加剂时的熔纺纤维的结晶水平。示例性实施例IE-2、IE-3和IE-4系列的检查进一步说明，增大拉伸程度可以增大包含充电添加剂的熔纺聚乳酸纤维的结晶度，并且结晶度显著高于不存在拉伸时的结晶度。将示例性实施例IE-4t与示例性实施例IE-1t进行比较，对于实施例IE-2t、IE-3t和IE-4t系列项目的检查类似地示出了此趋势。
这些示例性实施例因此显示以相对高的拉伸速率处理含充电添加剂的加工熔纺聚乳酸纤维相对于在这种此类高拉伸速率下将发生的情况，可能导致结晶度增大。并且，据信这种增大的结晶度(除了提供至少一种具体特性之外，通过该特性，可识别出暴露于这种高拉伸速率的纤维)可出乎意料地且有利地导致在长期老化过程中增强保留驻极体电荷，如本文的代表性工作实施例所示。
示例性实施例还显示，合适的热暴露(例如，自生粘结，尤其是热风粘结)也可提供有利的效果。即，暴露于热风粘结工艺可显著增大包含充电添加剂的熔纺聚乳酸纤维的结晶度。将示例性实施例IE-1t与IE-1进行比较，将IE-2t与IE-2进行比较，将IE-3t与IE-3进行比较，并且将IE-4t与IE-4进行比较，示出了这一发现(在所有情况下，“t”下标表示热风粘结样品)。这些结果至少在热风粘结是相对短期的热暴露时是令人惊讶的，相对短期的热暴露不一定预期赋予熔纺聚合物的结晶度显著增大。(事实上，本领域普通技术人员可以预期热风粘结可能具有相反的效果，例如至少一些晶粒熔融和骤冷，以便提供更低而不是更高的结晶度。)应当理解，热风粘结看起来能够将结晶度％增加到有利的高范围，即使对于以相对低的拉伸速率拉伸熔纺纤维也是如此(如通过将示例性实施例IE-2与IE-2t进行比较可见)。因此，(例如，如通过热风粘结实现的)合适的热暴露不一定必须与非常高的拉伸速率组合使用才能实现本文所记录的有利结果。
因此，除发现高拉伸速率可赋予包含电荷添加剂的熔纺聚乳酸纤维以高初始结晶度之外，还发现合适的热暴露(例如，自生粘结工艺；特别是热风粘结工艺)可增大包含电荷添加剂的熔纺聚乳酸纤维的结晶度。此外，实现和/或保持这种结晶度可在此类纤维的高温老化时至少部分地有助于有利地且意料不到的增强电荷保留以及过滤特性，如实施例中所记录。
因此，使用本文一般所公开的组合物和条件，可以制备包含经过熔纺拉伸的带电聚乳酸纤维(含充电添加剂)的纺粘驻极体网，其具有可在例如高温老化过程中保持的优异过滤特性。这些发现在图4中示出，其中代表性实施例网被打褶并成型为空气过滤器，发现该空气过滤器即使在70℃下老化三天后仍表现出优异的颗粒去除效率。这些发现还在表5中示出，显示了在54℃和70％相对湿度下老化一天、四天和七天后平坦网的质量因子保持率(比率)。
示例性实施方案列表
实施方案1是包含聚乳酸纤维的纺粘驻极体网，其中聚乳酸纤维中的至少一些是包含约0.1重量％至约5.0重量％充电添加剂的经过熔纺拉伸的带电纤维，并且其中网是热风粘结网。
实施方案2是根据实施方案1所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含约0.5重量％至约2.0重量％的充电添加剂。实施方案3是根据实施方案1-2中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维表现出至少约30％的结晶度％。实施方案4是根据实施方案1-3中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维是构成网纤维材料的至少约97重量％的直接收集的纤维。实施方案5是根据实施方案1-4中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含约0.1％至约5.0％的非聚乳酸聚合物成核剂。实施方案6是根据实施方案1-4中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含小于0.1％的任何非聚乳酸聚合物成核剂。实施方案7是根据实施方案1-6中任一项所述的纺粘网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含小于0.01％的任何非聚合物成核剂。
实施方案8是根据实施方案1-7中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含至少约97重量％的聚乳酸，并且其中纤维包含小于约3重量％的任何非聚乳酸聚合物。实施方案9是根据实施方案1-8中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含具有约97:3至约100:0的L-乳酸单体单元与D-乳酸单体单元的质量比的聚乳酸。实施方案10是根据实施方案1-8中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含具有约99:1至约99.7:0.3的L-乳酸单体单元与D-乳酸单体单元的质量比的聚乳酸立体共聚物。实施方案11是根据实施方案1-10中任一项所述的纺粘驻极体网，其中聚乳酸纤维还包含作为熔体添加剂存在并且占聚乳酸纤维的约0.5重量％至约10重量％的D-聚乳酸均聚物。
实施方案12是根据实施方案1-11中任一项所述的纺粘驻极体网，其中经过熔纺拉伸的带电聚乳酸纤维是电晕充电纤维、水充电纤维、电晕-水充电纤维或者它们的混合物。实施方案13是根据实施方案1-12中任一项所述的纺粘驻极体网，其中网表现出至少约400％的透过率％。实施方案14是根据实施方案1-13中任一项所述的纺粘驻极体网，其中网在70℃和约15％湿度下老化三天后的质量因子保持率Q3/Q0为至少约75％。
实施方案15是包含根据实施方案1-14中任一项的纺粘驻极体网的空气过滤器。实施方案16是根据实施方案15所述的空气过滤器，其中将网打褶以包括多行朝向相反的褶皱，并且其中褶皱型网的框架为刚性周边框架，使得空气过滤器为加框空气过滤器。实施方案17是过滤空气的方法，该方法包括使环境空气穿过根据实施方案15所述的空气过滤器或穿过根据实施方案16所述的加框褶皱型空气过滤器的步骤。
实施方案18是制备包含聚乳酸纤维的纺粘驻极体网的方法，该方法包括：熔纺包含聚乳酸的熔融长丝，该聚乳酸包含约0.1重量％至约5.0重量％的充电添加剂；至少部分地固化熔纺熔融聚乳酸长丝以形成熔纺聚乳酸纤维；使聚乳酸纤维细化使得聚乳酸纤维以至少约1000m/分钟的表观纤维速度被拉伸；收集拉伸的聚乳酸纤维作为聚乳酸纤维垫；热风粘结聚乳酸纤维垫以将聚乳酸纤维垫转换成自生粘结的聚乳酸纤维的网；以及对熔纺聚乳酸纤维中的至少一些进行充电。
实施方案19是根据实施方案18所述的方法，其中对纤维中的至少一些进行充电包括电晕充电、水充电或电晕-水充电。实施方案20是根据实施方案18-19中任一项所述的方法，其中对纤维的充电包括对自生粘结的聚乳酸纤维的网的充电。实施方案21是根据实施方案18-20中任一项所述的方法，其中聚乳酸纤维以至少约2000m/分钟的表观纤维速度被拉伸。实施方案22是根据实施方案18-20中任一项所述的方法，其中聚乳酸纤维以至少约3000m/分钟的表观纤维速度被拉伸。实施方案23为根据实施方案18-22中任一项所述的方法，其中热风粘结使用加热到至少约120℃的温度的流动空气进行。实施方案24为根据实施方案18-22中任一项所述的方法，其中热风粘结使用加热到至少约150℃的温度的流动空气进行。实施方案25是根据实施方案18-24中任一项所述的方法，该方法还包括以下步骤：将自生粘结的聚乳酸纤维的网打褶，以及将刚性周边框架附接到褶皱型网的周边，以形成加框褶皱型空气过滤器。
实施例
材料
在实施例中使用的各种材料列于表1中。
表1
Figure BDA0001232110770000211
测试工序
结晶度百分比(％)
聚合物样品的结晶度百分比可通过使用TA仪器(TA Instruments)的Q2000调幅式差示扫描量热仪(MDSC)或等同物测定。对样品称重，并将其装入相容的铝盘中。将样品以10℃/分钟的加热速率从室温加热至高于材料的估计熔点约30℃的温度，以提供熔融曲线。通过在熔融曲线的相应峰下的积分面积来测定熔融热和冷结晶热。然后通过从熔融热中减去冷结晶热并将差值除以参考熔融热(如对于所考虑的聚合物为已知的)来获得结晶度百分比。
密实度
可通过授予Fox的美国专利8162153(第11列和第12列)中描述的一般方法测定密实度，所述描述以引用方式并入本文中。
透过率％、压降和质量因子
网样品的透过率百分比、压降和过滤质量因子(QF)是利用包含DOP(邻苯二甲酸二辛酯)液滴的测试用气溶胶来测定，以85升/分钟的流速递送(除非另外指明)以提供14cm/s的面速度，并利用TSITM8130型高速自动过滤器测试机(可从TSI有限公司(TSI Inc.)商购获得)来评估。对于DOP测试，该气溶胶可包含直径为约0.185μm的颗粒，且该自动过滤器测试机可在加热器关闭且颗粒中和器打开时进行操作。可在过滤器入口和出口处采用经校准的光度计来测量颗粒浓度以及穿过该过滤器的颗粒透过率％。可采用MKS压力换能器(可从MKS仪器公司(MKS Instruments)商购获得)来测量穿过过滤器的压降(ΔP，mmH2O)。可使用公式：
Figure BDA0001232110770000221
来计算QF。初始质量因子QF值通常提供总体性能的可靠指示，其中较高的初始QF值表示较好的过滤性能，并且较低的初始QF值表示降低的过滤性能。QF的单位为压降的倒数(以1/mmH2O记录)。对于老化的样品，可通过老化之后的质量因子与老化之前实现的初始质量因子(Q0)的比率来计算质量因子保持率参数。对于其中压降非常低的网样品，两个或更多个网样品层可堆叠在彼此的顶部，以获得在更容易进行测试的范围内的总压降。以此方式使用多层样品预期不会显著改变所获得的质量因子。
捕集效率
可根据ASHRAE标准52.2(“Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size”)(“通过颗粒尺寸测试通用通风空气净化设备去除效率的方法”)进行测试，以确定过滤器的过滤特性。该测试涉及将网构造为过滤器(例如，褶皱型和/或加框过滤器)，将过滤器安装到测试管道中，并使过滤器经受经过干燥且电荷被中和的氯化钾颗粒。可采用1.5米/秒的测试面速度。可使用光学颗粒计数器在一系列的十二个颗粒尺寸范围或通道上测量受测过滤器上游和下游的颗粒浓度。可使用公式：
Figure BDA0001232110770000231
确定每个通道的捕集效率(有时称为颗粒去除效率)。在干净的过滤器上测量整个过滤器的压降。根据初始效率曲线，可对介于0.3μm和1.0μm之间的四个效率值求平均值以得到E1效率，可对介于1.0μm和3.0μm之间的四个效率值求平均值以得到E2效率，并且可对介于3.0μm和10.0μm之间的四个效率值求平均值以得到E3效率。
例示性实施例
DSC冷却样品的结晶度％
获得各种组合物的熔纺网样品。第一样品由PLA-1组成，并且用作示例性实施例IE-A。第二样品由99重量％PLA-1和1重量％的代表性受阻胺充电添加剂组成，并且用作示例性实施例IE-B。第三样品包含3重量％的聚丙烯PP-1，剩余成分(97重量％)为PLA-1，用作示例性实施例IE-C。第四样品由3重量％的聚丙烯PP-1和1重量％的代表性受阻胺充电添加剂组成，剩余成分(96重量％)为PLA-1，用作示例性实施例IE-D。
对每个样品称重，并将其装入相容的铝盘中。将每个样品以约10℃/分钟的加热速率从室温加热到至少约190℃(聚乳酸的报告熔点为165℃-180℃)。将每个样品保持足够的时间以确保样品完全熔化，以便完全抹去样品中存在的任何现有热经历。然后将每个样品以约10℃/分钟的冷却速率冷却至室温。然后如上述结晶度％方法中所述测量每个样品的结晶度百分比。结果示于表2中。
表2
Figure BDA0001232110770000241
纺粘网样品的结晶度％
纺粘网样品通常以类似于下文代表性工作实施例所述的方式，使用PLA-1和代表性受阻胺充电添加剂制备。将网在设定为约160℃的空气温度下热风粘结。细化器在各种条件(压差)下操作，从而提供所述的表观纤维速度。由此制得的纤维样品的所得结晶度％示于表3中。
表3
Figure BDA0001232110770000242
代表性工作实施例
使用类似于图1和图2中所示的设备，纺粘网由PLA-2形成，向其中添加约0.8重量％的包含CA-1的充电添加剂(作为熔体添加剂)。使用2"挤出机，其通过齿轮泵将熔融挤出物递送到约41cm(16.2英寸)宽的挤出模头中。模头具有26排，每排60个孔，总共1560个孔(孔径为0.35mm)。熔融聚合物的流速为约0.47克/孔/分钟，总挤出速率为约44.0kg(96.9磅)/小时。挤出温度设定为约230℃。提供两个相对的骤冷空气流(与图1中示出为18b的那些类似；不采用示出为18a的类型的流)来作为：上部流，其来自高度为16英寸(406mm)的骤冷箱，面速度为约1.3m/s；以及下部流，其来自高度为7.75英寸(197mm)的骤冷箱，面速度为约0.5m/s。将上部流和下部流略微冷却；没有记录精确的温度，但估计在10℃-15℃的范围内。
采用类似美国专利6607624和6916752中所示的活动壁细化器，细化器顶部间隙宽度为7.6mm，细化器底部间隙宽度为6.2mm，并且细化室长度为6英寸(152mm)。空气在97kPa的压力下被送入细化器。这些条件组合以提供在约4200米/分钟范围内的表观纤维速度。从挤出头至细化器的距离为31英寸(79cm)，并且从细化器至收集带的距离为27英寸(69cm)。熔纺纤维作为垫沉积在由20目不锈钢制成的多孔收集带上，并且以约83英尺(25.3米)/分钟的速度(“成形速度”)移动。在约700Pa(标称设定点)的收集带下建立真空(通过如图1中项目14所示的一般类型装置)，这有助于收集带上的纤维。
收集的熔纺纤维垫随后穿过热风粘结装置下方，以使纤维中的至少一些自生粘结在一起。空气通过粘结装置以约3.2m/s的速度在出气口狭槽处供应，出气口狭槽尺寸为15.2cm(顺维程度)×76cm(横维程度)。当垫在粘结装置下面通过时，出气口距离垫约3.8cm。穿过粘结装置的狭槽的空气的温度为约150℃，如在受热空气进入装置的入口点处测量得到。网(仍然搁在收集带上)在穿过粘结装置下面之后被传递到环境空气中。上述真空装置的延伸部分以图1中所示的真空装置14和热风粘结器101的一般方式顺维延伸超过粘结装置。
发现由此制备的网使用普通工艺和设备即可以足够的完整性粘结，从而能够自支承且可处理。网随后通过电晕放电进行充电。充电是通过使网在正直流电晕源下方的接地表面上穿过，生成约1μC/cm2的放电暴露来实现。对于该网获得的各种参数示于表4中。
表4
特性 单位 值
基重 g/m<sup>2</sup> 64
厚度 mm 0.53
在14cm/s下的压降 mm H<sub>2</sub>O 1.07
密实度 ％ 9.9
在14cm/s下的DOP透过率百分比 ％ 81
质量因子 1/mm H<sub>2</sub>O 0.56
以约19mm的褶皱高度和7.3mm的褶皱间距(尖到尖)使上述平坦网的样品打褶。随后以类似于可以商品名FILTRETE 1500 ULTRA ALLERGEN购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul MN)的产品的方式，使用线材和通道框架装配褶皱型网，从而提供标称16"×25"×1"的加框过滤器。根据ASHRAE标准52.2评估装配好的褶皱型过滤器。对未老化的褶皱型过滤器和在70℃下老化三天的褶皱型过滤器(老化在受热环境(室内)空气至70℃的烘箱中进行)执行评估；因此，当未监测到烘箱中的相对湿度时，相对湿度预期相当低，例如小于约10％)。从该测试获得的颗粒去除(捕集)效率数据示于图4中。这些数据显示出老化后的E1效率和E2效率在初始值的约5％-10％内，并且E3效率实际上增大至少约5％。
其它带电平坦网样品以与上述类似的方式制备，但使用标称9英寸(22cm)宽的模头，而不是标称16.5英寸的模头。当经受如本文前述的X射线放电评估时，代表性样品表现出在约1500％范围内的透过率％。这些样品中的某些经受DOP气溶胶过滤测试并获得质量因子。样品随后在约54℃和70％相对湿度下老化不同时间。所得的质量因子保持率参数(Qn/Q0比率，以百分比表示)示于表5中。在这些数据中，Q0为初始质量因子，并且Q1、Q4和Q7分别为在1天、4天和7天老化后获得的质量因子。这些数据显示出在上述条件下老化1天、4天和7天后，至少约90％的初始质量因子被保留。
表5
Figure BDA0001232110770000271
变型工作实施例
本发明还评估了各种其它包含聚乳酸的组合物(例如PLA-2；具有PP-1的PLA-2；具有PLA-3和PP-1的PLA-2；具有和不具有代表性充电添加剂的所有组合物)的结晶速率。配制了许多其它纺粘驻极体网(包括例如聚乳酸2，和具有聚丙烯1熔体添加剂的聚乳酸2)，并获得结晶度％。特别地，使用和不使用热风粘结(在140℃的空气温度下)制备包含PLA-2(96重量％)、PP-1(3重量％)和代表性受阻胺充电添加剂(1重量％)的熔纺纤维(所有纤维均以3850米/分钟的表观纤维速度被拉伸)。在这种特定情况下，发现热风粘结显著增大结晶度％(从在不含热风粘结时的约26.4％增大到存在热风粘结时的约49.1％)。
执行工艺条件(例如，细化器压力、通气粘结器温度等)的变化。另外，使用各种其它充电添加剂制备纺粘驻极体网。网也通过水充电而不是通过电晕充电进行充电。一般来讲，遵循上述定性趋势。
比较例熔喷网
出于比较的目的，使用常规熔喷方法，由PLA-2(96重量％)、PP-1(3重量％)和代表性充电添加剂(1重量％)制备熔喷纤维。熔喷纤维的结晶度％非常低(通常小于5％)。以与上述类似的方式对熔喷纤维网进行电晕充电。发现这些包含充电添加剂的熔喷聚乳酸样品通常表现出较差的充电能力。此外，发现样品在高温老化后表现出电荷保留性的显著降低(例如通过三天时间的质量因子保持率(Q3/Q0)进行监测)。应当指出的是，在高温(例如100℃或130℃下1小时)下退火熔喷网的确显著增大了熔喷聚乳酸纤维的结晶度％。然而，在对这些熔喷退火网进行电晕充电时，据发现，虽然退火熔喷网的确表现出增强的充电能力，并且的确表现出一定程度地增强保持这种电荷的能力，但退火的电晕充电熔喷网未实现本文所公开的熔纺网的优异电荷保留性。(通常，在70℃下老化三天后，经过退火/充电的熔喷网的Q3/Q0质量因子保持率保持低于60％。)虽然再次说明不希望受到理论或机制的限制，但这些结果表明，虽然包含电荷添加剂的聚乳酸纤维的结晶行为(并且特别是与结晶行为相关的组合物和加工历史的相互作用)可能是重要的，另外，似乎本文所公开的拉伸和包含充电添加剂的熔纺聚乳酸纤维的热处理(例如热风粘结)可提供不可实现的独特效果，例如仅通过例如熔喷纤维的长期退火来增大其结晶度。
提供上述实施例只是为了清楚地理解本发明，而不应被理解为不必要的限制。实施例中所描述的测试和测试结果旨在是例示性而非预测性的，且测试过程的变化预期可得到不同的结果。实施例中所有定量值均应理解为根据所使用过程中所涉及的通常所知公差的近似值。
对本领域技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性元件、结构、特征、细节、构造等在许多实施方案中可修改和/或组合。本发明人预期所有此类变型和组合均在所构思发明的范围内，而不仅仅是被选择充当示例性图示的那些代表性设计。因此，本发明的范围不应当限于本文所述的特定例示性结构，而应当至少延展至权利要求的语言所描述的结构以及那些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可以根据需要以任何组合明确地包括于权利要求中或从权利要求排除。以开放式语言(例如，由其构成和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由……组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本由……组成和由其衍生)另外地引用。虽然本文可能已经讨论了各种理论和可能的机理，但在任何情况下都不应将此类讨论用于限制可受权利要求书保护的主题。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文档中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾之处，则以所写的本说明书为准。

Claims (23)

1.一种包含聚乳酸纤维的纺粘驻极体网，其中所述聚乳酸纤维中的至少一些是包含0.1重量％至5.0重量％充电添加剂的经过熔纺拉伸的带电纤维，并且其中所述网是热风粘结网；
并且，
其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含小于0.01重量份的任何非聚乳酸聚合物成核剂/100重量份的所述聚乳酸。
2.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含0.5重量％至2.0重量％的充电添加剂。
3.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维表现出至少30％的结晶度。
4.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维是构成所述网纤维材料的至少97重量％的直接收集的纤维。
5.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含小于0.01％的任何非聚合物成核剂。
6.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含至少97重量％的聚乳酸，并且其中所述纤维包含小于3重量％的任何非聚乳酸聚合物。
7.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含具有97:3至100:0的L-乳酸单体单元与D-乳酸单体单元的质量比的聚乳酸。
8.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的聚乳酸纤维包含具有99:1至99.7:0.3的L-乳酸单体单元与D-乳酸单体单元的质量比的聚乳酸立体共聚物。
9.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述聚乳酸纤维还包含作为熔体添加剂存在并且占所述聚乳酸纤维的0.5重量％至10重量％的D-聚乳酸均聚物。
10.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述经过熔纺拉伸的带电聚乳酸纤维是电晕充电纤维、水充电纤维、电晕-水充电纤维或它们的混合物。
11.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述网表现出至少400％的透过率％。
12.根据权利要求1所述的纺粘驻极体网，其中所述网在70℃和15％湿度下老化三天后的质量因子保持率Q3/Q0为至少75％，其中Q0为初始质量因子，并且Q3为在3天老化后获得的质量因子。
13.一种包含根据权利要求1所述的纺粘驻极体网的空气过滤器。
14.根据权利要求13所述的空气过滤器，其中将所述网打褶以便包括多行朝向相反的褶皱，并且其中所述褶皱型网的框架为刚性周边框架，使得所述空气过滤器为加框空气过滤器。
15.一种过滤空气的方法，所述方法包括使环境空气穿过根据权利要求14所述的加框褶皱型空气过滤器的步骤。
16.一种制备包含聚乳酸纤维的纺粘驻极体网的方法，所述方法包括：
熔纺包含聚乳酸的熔融长丝，所述熔融长丝包含0.1重量％至5.0重量％的充电添加剂，并且所述熔融长丝包含小于0.01重量份的任何非聚乳酸聚合物成核剂/100重量份的所述聚乳酸；
至少部分地固化所述熔纺熔融聚乳酸长丝以形成熔纺聚乳酸纤维；
使所述聚乳酸纤维细化，使得所述聚乳酸纤维以至少1000米/分钟的表观纤维速度被拉伸；
收集所拉伸的聚乳酸纤维作为聚乳酸纤维垫；
热风粘结所述聚乳酸纤维垫以将所述聚乳酸纤维垫转换成自生粘结的聚乳酸纤维的网；
以及，
对所述熔纺聚乳酸纤维中的至少一些进行充电。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述对所述纤维中的至少一些进行充电包括电晕充电、水充电或电晕-水充电。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述对所述纤维进行充电包括对所述自生粘结的聚乳酸纤维的网进行充电。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述聚乳酸纤维以至少2000米/分钟的表观纤维速度被拉伸。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述聚乳酸纤维以至少3000米/分钟的表观纤维速度被拉伸。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述热风粘结使用加热到至少120℃的温度的流动空气进行。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述热风粘结使用加热到至少150℃的温度的流动空气进行。
23.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将所述自生粘结的聚乳酸纤维的网打褶，以及将刚性周边框架附接到所述褶皱型网的周边，以形成加框的褶皱型空气过滤器。
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