JP2001518569A - 低レベルの抽出性炭化水素を有するエレクトレット繊維およびフィルターウェブ - Google Patents

低レベルの抽出性炭化水素を有するエレクトレット繊維およびフィルターウェブ

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ディー． ルーソウ，アラン
ダブリュ． ミラー，ジョエル
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ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー
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Abstract

(57)【要約】 ポリマー材料およびフルオロケミカル添加剤を含有するエレクトレット繊維。エレクトレット繊維は、低レベルの抽出性炭化水素材料を有する。低い抽出性炭化水素レベルを有するエレクトレットフィルターは、改善された濾過性能を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、メルトブローンポリマー微小繊維などの繊維からできたエレクトレ
ット繊維およびエレクトレットフィルター媒体と、エレクトレット繊維およびフ
ィルターを製造する方法に関する。さらに正確に言えば発明は、低レベルの抽出
性炭化水素材料を含有するエレクトレット繊維に関する。抽出性炭化水素材料の
レベルは、選択されるポリマーと、繊維およびフィルターを製造するのに使用さ
れる加工条件と相関関係にある。
【０００２】 背景 誘電性材料を含むエレクトレット製品は、持続性のまたは半永久的な電荷を示
す。Ｇ．Ｍ．Ｓｅｓｓｌｅｒ著「Ｅｌｅｃｔｒｅｔｓ」Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅ
ｒｌａｇ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９８７）を参照されたい。製品は、一般に繊維
状フィルターウェブの形態で用途に使用され、エレクトレット不織繊維状フィル
ターウェブを製造する工程については周知である。例えば不織ウェブは、Ｖａｎ
Ｗｅｎｔｅ著「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒ
ｓ」Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ、第４８巻、１３４２〜４６頁（１９５６）で述
べられるように、溶融吹き込み技術を使用してポリマーから製造することができ
、電荷は様々な技術を使用してウェブに付与できる。（米国特許番号第４，２１
５，６８２号、第４，５８８，５３７号、第５，４１１，５７６号、および第５
，４７２，４８１号、第５，６４５，６２７号、第５，４９６，５０７号、およ
びＷＯ第９７／０７２７２号を参照されたい）。
【０００３】 空気濾過の重要性、およびエレクトレットフィルターウェブがフィルター用途
において示す望ましい特性のために、繊維状エレクトレットフィルターの性能を
改善するため多大な努力が払われている。前掲の特許は、エレクトレットフィル
ターの性能を改善すると報告された研究のいくつかを反映し、以下にこれらの貢
献の簡単な要約を記す。
【０００４】 米国特許番号第４，２１５，６８２号のＫｕｂｉｋおよびＤａｖｉｓは、繊維
がダイオリフィスから排出される際に、繊維に帯電した粒子を衝突させてメルト
ブローン繊維に電荷を付与した。
【０００５】 米国特許番号第４，５８８，５３７号のＫｌａａｓｅらは、コロナ処理を使用
してエレクトレットフィルター中に電荷を射出した。
【０００６】 米国特許番号第５，４１１，５７６号および第５，４７２，４８１号のＪｏｎ
ｅｓらは、ポリマー配合物を溶融加工性フルオロケミカルと共に、微細繊維状ウ
ェブに押し出して製造されるエレクトレットフィルターを開示する。得られるウ
ェブは、アニールされてコロナ処理される。
【０００７】 米国特許番号第５，６４５，６２７号（ＷＯ９６／２６７８３）のＬｉｆｓｈ
ｕｔｚらは、ポリマー配合物を脂肪酸アミドまたはフルオロケミカルオキサゾリ
ジノンまたはこれらの混合物と共に、微細繊維状ウェブに押し出して、その後に
得られるウェブをアニールおよびコロナ処理してエレクトレットフィルターを製
造する。
【０００８】 米国特許番号第５，４９６，５０７号のＡｎｇａｄｊｉｖａｎｄらは、水滴を
不織微小繊維ウェブ上に衝突させることで、ウェブに電化が付与されることを示
す。
【０００９】 ＷＯ第９７／０７２７２号のＲｏｕｓｓｅａｕらは、ポリマー配合物をフルオ
ロケミカルまたは有機トリアジン化合物と共に、微小繊維ウェブに押し出し、そ
の後水滴をウェブ上に衝突させて製造されるエレクトレットフィルターを開示す
る。この公開は、これらの添加剤の使用の結果、ウェブへの水滴衝突時に電荷が
改善されることを示す。
【００１０】 上の文献では、エレクトレットフィルターの性能を改善するための様々な方法
が開示されるが、それにも関わらず以前の努力にはさらなる貢献の余地が残され
ており、以下で述べる発明は、より良いエレクトレット繊維およびフィルターを
確立する継続中の努力に向けたさらに別の発見である。
【００１１】 発明の要約 本発明は、ポリマー材料およびフルオロケミカル添加剤を含むエレクトレット
繊維およびフィルターを提供する。繊維は、繊維の重量を基準にして約３重量％
未満の抽出性炭化水素材料を有する。抽出性炭化水素材料のレベルは、繊維をＣ
ＨＣｌ３中で１０分間室温で抽出し、繊維から溶出する材料の量を測定すること
で測定される。
【００１２】 約３重量％未満の抽出性炭化水素材料を有する発明の繊維は、ポリマーとフル
オロケミカル添加剤化合物とを配合して、２９０℃未満に保持される温度で配合
物を押し出し、押し出された繊維を形成し、押し出された繊維をアニールおよび
帯電する工程によって製造できる。
【００１３】 本発明者らは、エレクトレットフィルター中に見られる抽出性炭化水素材料の
レベルと、フィルターの負荷能力との間に相関関係があることを発見した。驚く
べきことに発明者らは、押し出されたウェブ中の抽出性炭化水素のレベルが低い
ほど、ウェブの負荷能力が良くなることを発見した（負荷能力は、油性エアロゾ
ルをガスストリームから除去するフィルターの能力に関係し、実施例の節で詳細
に述べられる）。したがってエレクトレットフィルターウェブの性能は、抽出性
炭化水素のレベルを測定することで予測できる。押し出されたウェブ中の抽出性
炭化水素のレベルは、ウェブを製造するのに使用されるポリマータイプおよび加
工条件の関数である。妥当なポリマータイプを選択することは、フィルターウェ
ブの繊維中で低レベルの抽出性炭化水素材料を達成するのに重要なこともある。
過酸化物の使用、および高い押し出し温度などの過酷な加工条件は、抽出性炭化
水素を高め対応する負荷能力低下を引き起こし得るので避けるべきである。した
がって前述のパラメータを制御することで、改善された負荷能力を示すフィルタ
ーウェブを得ることができる。
【００１４】 エレクトレット繊維および本発明のフィルターには、顔面マスクなどの呼吸マ
スク、家庭用および工業用空調機、空気清浄機、掃除機、医療用およびその他の
エアラインフィルター、および車やコンピュータおよびディスクドライブなどの
電子機器内の空調システムでの用途をはじめとするが、これに限定されるもので
はない複数の用途がある。
【００１５】 好ましい実施様態の詳細な説明 発明で使用するポリマー材料は、選択された条件下で押し出してエレクトレッ
ト繊維に転換した後、エレクトレット繊維が低レベルの抽出性炭化水素を有する
ように選択した。ポリマー材料は、非導電性熱可塑性樹脂、すなわち１０１４Ω
×ｃｍを超える抵抗率を有する樹脂でも良い。好ましいポリマー材料は、１０１
６Ω×ｃｍを超える抵抗率を有する。ポリマー材料は、持続性または長寿命の捕
獲電荷を持つ性能を有するべきである。以下で述べるように、低レベルの抽出性
炭化水素を示すものを判定するルーチンの実験法により、ポリマーを選択するこ
とが考察される。ポリマー材料としては、ポリエチレンおよびポリプロピレン、
ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボ
ネート、およびポリエステルなどのポリオレフィン、およびこれらのポリマーの
組み合わせを挙げることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００１６】 ポリプロピレンは、その高抵抗率、メルトブローン繊維を形成する能力、およ
び十分な帯電安定性、疎水性、および湿度に対する抵抗性のために、好ましいポ
リマーである。好ましいポリプロピレンの例としては、Ｅｘｘｏｎ Ｃｏｒｐｏ
ｒａｔｉｏｎから入手できるＥｓｃｏｒｅｎｅ ＰＰ−３５０５Ｇ（１００％ア
イソタクチックポリプロピレン、密度０．９１ｇ／ｃｃ、メルトインデックス４
００ｇ／１０分、融点１６０℃）、およびＦｉｎａ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手できるＦｉｎａ ３８６０（密度０．９０５
ｇ／ｃｃ、メルトインデックス１００ｇ／１０分、融点１６５°Ｃ）が挙げられ
る。
【００１７】 本発明で有用なフルオロケミカル添加剤は、繊維に撥水性を提供できる。フル
オロケミカル添加剤は望ましくは溶融加工性であり、すなわち繊維を形成するの
に使用する溶融加工条件下で実質的に劣化を被らない。フルオロケミカル添加剤
は２５℃で固体であるべきで、好ましくは少なくとも約７０℃、より好ましくは
少なくとも約１００℃の融点を有する。分子の自由度の変化は帯電安定性に悪影
響を与えるかもしれないので、フルオロケミカル添加剤は、好ましくは一般に遭
遇する温度範囲、すなわち約０〜８０℃で相転移を示さない。フルオロケミカル
添加剤は、好ましくは約５００〜２５００、より好ましくは約８００〜１５００
の分子量を有する。フルオロケミカル添加剤は、好ましくは導電率を増大させ、
あるいは静電荷を受容して保持する繊維の能力を別なふうに妨害する移動性の極
性および／またはイオン種、汚染物質および不純物を実質的に含まない。
【００１８】 好ましいフルオロケミカル添加剤としては、例えばＣｒａｔｅｒらに付与され
た米国特許番号第号５，０２５，０５２号で述べられるようなフルオロケミカル
オキサゾリジノン、Ｋａｔｒｉｔｚｋｙ、Ａｌａｎ Ｒ．他著、「Ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｎｏｖｅｌ Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ Ｓ
ｕｒｆａｃｔａｎｔｓ ｆｏｒ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｓｕｂｐｈａｓｅｓ
」Ｌａｎｇｍｕｉｒ、第４巻、７３２〜７３５頁（１９８８）で述べられるよう
なフルオロケミカルピペラジン、および好ましくは約１０〜５０個の炭素原子、
より好ましくは約１５〜３０個の炭素原子を有する過フッ化アルカンが挙げられ
る。フルオロケミカル添加剤は、好ましくは１０重量％まで、より好ましくは約
０．４〜５重量％、最も好ましくは約０．５〜２重量％の量で存在する。特に好
ましいフルオロケミカル添加剤は、Ｊｏｎｅｓらに付与された米国特許番号第５
，４１１，５７６号で述べられるものである。
【００１９】 発明の繊維を製造する方法では、ポリマーおよびフルオロケミカル添加剤が押
し出しの前に配合される。配合ステップは、固形物を押出機に加える前に配合し
て実施できるが、好ましくは別々に溶融されて液体として共に配合される。繊維
を形成するのにプロプロピレンを使用する場合、より好ましくはフルオロケミカ
ル添加剤は、第１の押出機内で約１０〜約２０重量％の量で配合される。この比
較的高いフルオロケミカル含量の溶融配合物をフルオロケミカルなしに溶融ポリ
プロピレンを含有する第２の押出機中に供給する。結果的に得られる配合物を繊
維に押し出す。
【００２０】 押出機は、好ましくは二軸スクリュー押出機である。押し出し中の温度を調節
して所望のメルトレオロジーを提供し、フルオロケミカルの熱劣化を回避すべき
である。好ましくは押し出し中の温度は、２９０℃未満に保持される。２９０℃
を超える押し出し温度は、抽出性物質のレベルに３％を超える上昇を引き起こし
、対応する負荷能力の低下を引き起こすこともある。より好ましくは第２の押出
機の終端近くの点で、１０〜２０％のフルオロケミカルにより約２１０℃で溶融
したポリマー配合物を添加することにより高温での時間が最小になる。
【００２１】 押出し物は、紡績または溶融吹き込みをはじめとする既知の、または近年開発
された繊維形成方法を使用して繊維にできる。溶融吹き込み技術は、最初はＶａ
ｎ Ｗｅｎｔｅ著「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂ
ｅｒｓ」Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．、第４８巻、１３４２−４６頁（１９５６
）で記述され、ガスストリームを使用して押出機のオリフィスから繊維を引き出
す。溶融吹き込み方法は、それ自体で取り扱い可能な不織ウェブとして容易に集
められる細い繊維を効率的に製造する能力のために望ましい。溶融吹き込みによ
って得られる繊維は、吹き込み微小繊維またはＢＭＦとして知られる。押し出さ
れた繊維は、Ｖａｎ Ｗｅｎｔｅ著「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａ
ｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」で述べられるようなＢＭＦ収集を含むが、これに限定
されるものではない既知の方法によって、不織ウェブの形態に集めることができ
る。
【００２２】 繊維または不織ウェブは、最終製品中での静電荷安定性を増大させ、特に液体
エアロゾルに対して安定にするためにアニールできる。好ましくはフルオロケミ
カルは低エネルギー表面を呈する物質であり、アニールするステップはフルオロ
ケミカルを繊維の界面（例えば繊維内の結晶相と非晶相との間の繊維表面または
境界）にブルームさせるのに、十分な温度で十分な時間実施される。概してより
高いアニール温度によって、アニール時間が短縮される。好ましくはアニールは
約１３０〜１５５℃で約２〜２０分間、より好ましくは約１４０〜１５０℃で約
２〜１０分間、そして最も好ましくは約１５０℃で約４．５分間実施される。繊
維またはウェブが破損することもあるので、約１５５℃を超えるアニール温度は
概して望ましくない。
【００２３】 次に繊維を静電気的に帯電させる。本発明で有用な静電帯電方法の例は、ｖａ
ｎ Ｔｕｒｎｈｏｕｔに付与された米国特許番号第Ｒｅ．３０，７８２号、ｖａ
ｎ Ｔｕｒｎｈｏｕｔに付与された第Ｒｅ．３１，２８５号、Ｗａｄｓｗｏｒｔ
ｈらに付与された第４，２７５，７１８号、Ｋｌａａｓｅらに付与された第４，
５８８，５３７号、およびＮａｋａｏに付与された第４，５９２，８１５号に述
べられている。繊維は静水学的に帯電でき、切断繊維は異種繊維との摩擦あるい
は振盪により摩擦帯電できる。例えば米国特許番号第４，７９８，８５０号を参
照されたい。好ましくはウェブは、背景の節で引用した特許で述べられるように
、コロナ放電またはパルス高電圧に暴露される。
【００２４】 本発明のエレクトレット繊維およびフィルターは、低い抽出性炭化水素レベル
を示す。好ましくはウェブは約１．０〜３．０重量％、より好ましくは約１．０
〜２．５重量％、そして最も好ましくは約１．０〜１．５重量％の抽出性炭化水
素材料を有する。炭化水素は炭素および水素のみからできた化合物であり、本発
明では、過酸化物によって導入されるものなどの少量の酸素を含むことができる
。抽出性炭化水素材料は、以下のようにして計算する。
【００２５】 ５０ｍｇのウェブを４ドラム（１６ｍｌ）容バイアルに計り取り、１０ｍｌの
クロロホルムをバイアルに加え、密封したバイアルを自動振盪機（リスト動作振
盪機など）で室温で１０分間振盪して、抽出性炭化水素材料分析のために不織ウ
ェブなどの繊維収集物のサンプルを調製した。抽出された炭化水素の量は、高性
能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）などの適切な技術によって計量した。抽
出されたフルオロケミカルは、抽出された炭化水素とは異なる時間に溶出し、別
に計量できる。抽出性炭化水素材料の重量％は、抽出性フルオロケミカルの重量
を含まない。抽出性炭化水素材料の重量％を得るために、抽出された炭化水素材
料の重量を繊維の重量（５０ｍｇ）で割って１００をかけた。
【００２６】 発明の繊維状エレクトレットフィルターのための繊維は、Ｄａｖｉｅｓ著「Ｔ
ｈｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｄｕｓｔ ａｎｄ Ｐ
ａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｓ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＩＢ（１９５２）の方法に従って
計算すると、典型的に約５〜３０μｍ、そして好ましくは約６〜１０μｍの有効
繊維径を有する。
【００２７】 上述の工程から得られるエレクトレット繊維は、エレクトレットフィルターに
形成できる。エレクトレットフィルターは、少なくともいくらかのエレクトレッ
ト繊維、あるいは支持構造体と組み合わされたエレクトレット繊維を含有する不
織ウェブの形態を取ることができる。どちらの場合もエレクトレット製品は、い
くつかの非エレクトレット材料と組み合わせることができる。例えば支持構造体
は、支持非エレクトレット不織ウェブ上の非エレクトレット繊維でも良い。エレ
クトレットフィルターは、好ましくは帯電したメルトブローン微小繊維を含有す
る不織エレクトレットウェブである。
【００２８】 エレクトレットフィルターウェブは、概してより嵩高く、密度がより低いウェ
ブを提供するスフを含んでも良い。不織ウェブ中にスフを組み込む方法は、Ｈａ
ｕｓｅｒに付与された米国特許番号第４，１１８，５３１号が述べるようにして
実施できる。スフを使用する場合、ウェブは好ましくは９０重量％未満、より好
ましくは７０重量％未満のスフを含有する。簡素化および性能を最適化する理由
から、エレクトレットウェブは、場合によっては本質的にメルトブローン繊維か
ら成り、スフを含有しなくても良い。
【００２９】 エレクトレットフィルターは、アルミナまたは活性炭などの吸着剤微粒子をさ
らに含有しても良い。微粒子をフィルターに添加して、気流からフィルターを通
過するガス状汚染物質を除去するのを助けることもできる。このような微粒子充
填ウェブについては、例えばＢｒａｕｎに付与された米国特許番号第３，９７１
，３７３号、Ａｎｄｅｒｓｏｎに付与された第４，１００，３２４号、およびＫ
ｏｌｐｉｎらに付与された第４，４２９，００１号で述べられている。粒子状物
質を添加する場合、ウェブは好ましくは８０容量％未満、より好ましくは６０容
量％未満の粒子状物質を含有する。エレクトレットフィルターがガス状汚染物質
を除去する必要がない実施態様では、フィルターはメルトブローン繊維のみを含
有しても良い。
【００３０】 エレクトレットフィルターは、導電率を増大させ、さもなければ静電荷を受容
して保持する繊維の能力を妨害する帯電防止剤などの成分を実質的に含んではな
らない。さらに導電率を増大させるかもしれないガンマ線への暴露、ＵＶ照射、
熱分解、酸化などの処理に、エレクトレットフィルターを暴露させてはならない
。したがって好ましい実施態様では、エレクトレットフィルターはガンマ照射ま
たはその他の電離放射線に暴露されない。
【００３１】 エレクトレットフィルターは、典型的に平方メートルあたり約１０〜５００ｇ
（ｇ／ｍ２）、より好ましくは約１０〜１００ｇ／ｍ２の坪量を有する。緻密す
ぎるフィルターは、帯電するのが困難かもしれない一方で、軽すぎるまたは薄す
ぎるものは脆弱だったり、あるいは十分なフィルター能力を有さないかもしれな
い。多くの用途に対して、エレクトレットフィルターは厚さ約０．２５〜２０ｍ
ｍ、そして一般には厚さ約０．５〜２ｍｍである。これらの寸法のエレクトレッ
トフィルターは、呼吸マスクで特に有用かもしれない。
【００３２】 呼吸マスクでは、繊維状エレクトレットウェブを、例えば成形または折り畳み
半面マスク、交換できるカートリッジまたはキャニスター、または予備フィルタ
ーの形態に、特別に成形したりあるいは格納したりできる。呼吸マスクは、追加
的な層、バルブ、成形面体などの追加的な特徴を有しても良い。発明の改善され
たエレクトレットフィルターを組み込める呼吸マスクの例としては、米国特許番
号第４，５３６，４４０号、第４，８２７，９２４号、第５，３２５，８９２号
、第４，８０７，６１９号、第４，８８６，０５８号、および米国特許出願番号
第０８／０７９，２３４号で述べられたものが挙げられる。
【００３３】 以下の実施例からは、比較的低濃度の抽出性炭化水素材料を有するウェブが、比
較的高濃度の抽出性炭化水素材料を有するウェブよりも高い負荷能力を示すこと
が示される。ウェブ内に見られる抽出性炭化水素材料のレベルは、ポリマーおよ
びウェブを製造するのに使用される条件と相関関係にある。ウェブ中の抽出性炭
化水素材料のレベルはウェブの負荷能力に影響するので、このパラメータはポリ
マーの選択、ウェブの製造に使用される加工条件によって制御できる。
【００３４】 実施例 一般サンプル調製 ウェブの押し出し ２台の押出機工程を使用して、フルオロケミカル溶融添加剤を含有するポリプ
ロピレンＢＭＦウェブを押し出した。二軸スクリュー押出機のスロートに、ポリ
プロピレン樹脂と共にフルオロケミカル溶融添加剤を供給し、約１１重量％のフ
ルオロケミカルを含有する溶融ストリームを製造した。ポリプロピレン樹脂のバ
ルクを第２の二軸スクリュー押出機のスロートに加えた。場合によっては過酸化
物も計量しながら供給して、粘度を低下させるた。フルオロケミカル溶融添加剤
約１．１重量％の総産出物になるような速度で、ポリプロピレンを含有する押出
機に、フルオロケミカルを含有する押出機の産出物をポンプで入れた。
【００３５】 変数の一貫性および調節のために、全てのサンプルで使用した添加剤は、式、
【化２】 を有する米国特許番号第５，４１１，５７６号の添加剤Ａであった。
【００３６】 フルオロケミカル溶融添加剤を含有する溶融ストリームの温度は、あらゆる点
で２９０℃未満に保持された。最終溶融温度は２８８℃であった。フルオロケミ
カルの導入箇所上流の主要ポリマー溶融ストリームに対する押し出し条件を調節
して、押し出されたウェブに所望の特性を生じさせた。低メルトインデックスの
樹脂を使用する場合、または押し出し速度が５０ポンド／時間を超えて加速され
る場合、（２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルペロキシ）ヘキサンを押
出機中に同時供給して、ポリマーのメルトレオロジーおよび溶融吹き込みウェブ
の物理パラメータを調節した。ウェブそれ自体は、穿孔オリフィスダイを使用し
たこと以外は、Ｖａｎ Ｗｅｎｔｅらが述べたのと同様の従来のやり方で製造し
た。ウェブは特に断りのない限り、以下のウェブ規格の１つに製造した。
【００３７】
【表１】
【００３８】 アニール オーブン内の滞留時間が約４．５分間になるような速度で、平均温度約１５０
℃のオーブンに、押し出されたウェブを通過させてさらに処理した。このアニー
ル工程により、追加的なポリマーの結晶化が起こり、繊維表面にフルオロケミカ
ル溶融添加剤のブルームが生じた。
【００３９】 帯電 ３０個の直線交差ウェブコロナ源と、２．６×１０−３ｍＡ／ｃｍコロナ源長
さで滞留時間約１５秒間のコロナ電流を有する外側電極との間に供給される高電
圧電界を使用して、ウェブをコロナ活性化した。
【００４０】 ＤＯＰ負荷試験 フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）の負荷測定は、制御されたＤＯＰエアロゾルに
対する長期暴露の間に、サンプルを通るＤＯＰエアロゾルの透過をモニタリング
して実施した。測定はＤＯＰエアロゾルに適応させたＴＳＩ Ｉｎｃｏｒｐｏｒ
ａｔｅｄ自動フィルター試験機（ＡＦＴ）型番＃８１１０または＃８１３０で行
った。
【００４１】 透過ＤＯＰ％は、以下のように定義される。 透過ＤＯＰ％＝１００（下流ＤＯＰ濃度／上流ＤＯＰ濃度） 上流および下流濃度は光散乱箱によって測定される。濃度を測定し、ＡＦＴによ
って透過ＤＯＰ％を自動的に計算する。８１１０および８１３０ＡＦＴ装置によ
って生成されるＤＯＰエアロゾルは、名目上は単分散で質量中央径が０．３μｍ
であり、標準フィルターで測定した（上流）存在濃度が１立方メートルあたり１
００ｍｇである。試験サンプルは、全て８５Ｌ／分のフィルターウェブサンプル
通過流速で試験した。ここで報告した全てのサンプルは、エアロゾルイオン化装
置を切って試験した。試験サンプルは直径５．２５インチ（１３．３４ｃｍ）の
ディスクで、露出径は４．５インチ（１１．４３ｃｍ）であった。面速度は１３
．８ｃｍ／秒であった。
【００４２】 サンプルディスクを秤量し、次に２枚のディスクを直接重ね合わせてＡＦＴに
装着した。各試験を開始して、連続したＤＯＰエアロゾル暴露により透過ＤＯＰ
％に明らかな増大傾向が見られるまで、または少なくとも２００ｍｇのＤＯＰに
暴露するまで継続した。透過ＤＯ％および対応する圧力低下データを付属のコン
ピュータに送信して、そこで保管した。ＤＯＰ負荷試験の終了後、負荷サンプル
を再度秤量して、繊維状ウェブサンプル上に集められたＤＯＰ量をモニターした
。これを測定された繊維状ウェブ上のＤＯＰ存在濃度、および測定されたウェブ
を通るエアロゾル流速から推定されたＤＯＰ暴露のクロスチェックとして使用し
た。
【００４３】 得られる負荷データをスプレッドシートにインポートして、挑戦時最小値（Ｍ
ｉｎ＠Ｃｈｌ）を計算した。Ｍｉｎ＠Ｃｈｌは、透過ＤＯＰ％が最小透過に達す
る時点で、フィルターウェブに存在する総ＤＯＰ挑戦、またはＤＯＰ質量と定義
される。このＭｉｎ＠Ｃｈｌは、ＤＯＰ負荷に対するウェブ性能特性を決定する
ために使用され、Ｍｉｎ＠Ｃｈｌが高いほど負荷能力が良い。
【００４４】 抽出性炭化水素の測定 ５０ｍｇのウェブを４ドラム容バイアルに秤量して１０ｍｌのクロロホルムを
バイアルに添加し、次にバイアルをテフロン被覆栓で密封してウェブサンプルを
分析のために調製した。バイアルをリスト動作振盪機上で１０分間振盪し、以下
のクロマトグラフィー条件下でＨＰＬＣによって抽出物を分析した。 カラム： Ａｌｌｔｅｃｈ ＣＮ ５ｍｍ×１５０ｍｍ 溶剤Ａ： ヘキサン 溶剤Ｂ： 塩化メチレン中の５％メタノール 勾配： ２０分間で１０％Ｂから１００％Ｂ 流速： ０．２５ｍｌ／分 注入器： ２ｍＬ 検出器： 蒸発性光散乱検出器、ゲイン＝８ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｏｒｐ．からのポリ
プロピレン標準物質（重量平均分子量８３０、数平均分子量７４０）を使用して
、濃度範囲１０００〜６０μｇ／ｍｌの一連のクロロホルム中ポリプロピレン規
準液を製造した。これらの規準液を分析し、対数濃度に対する対数クロマトグラ
フィー面積の直線回帰分析から検量線を計算した。この検量線を使用して、ウェ
ブサンプルから抽出された炭化水素材料（この場合ポリプロピレン）のレベルを
計算した。
【００４５】 実施例１〜３：図１ 様々なポリプロピレン樹脂、および米国特許番号第５，４１１，５７６号のフ
ルオロケミカル溶融添加剤である添加剤Ａから、５０ポンド／時間の速度と２８
８℃の押し出し温度でＢＭＦウェブを調製した。ウェブは、ウェブ規格１のパラ
メータを有するように製造した。過酸化物をＦｉｎａ ３８６０樹脂に添加し、
メルトレオロジーを調節した。上述のようにウェブをアニールおよび帯電した後
、実施例１〜３のそれぞれについて、ウェブを横断して下方に取った少なくとも
１６個の５．２５インチのサンプルでＤＯＰ負荷試験を実施した。上述のＨＰＬ
Ｃ技術を使用して、同一ウェブからのサンプルについて抽出性炭化水素材料の重
量％を測定した。抽出性炭化水素材料の重量％の測定値は、Ｍｉｎ＠Ｃｈｌの測
定値よりも正確であった（精度５％以内）。したがって各実施例について、抽出
測定を約２回のみ実施する一方、実施例１〜３のそれぞれについて少なくとも１
６個のサンプルを試験してＭｉｎ＠Ｃｈｌの値を得た。負荷能力および抽出デー
タを表１に示し、図１にプロットする。
【００４６】
【表２】
【００４７】 表１および図１のデータで例証されるように、Ｍｉｎ＠Ｃｈｌによって測定さ
れた液体エアロゾル負荷能力は、増大するウェブ内抽出性炭化水素の重量％に反
比例する。抽出性炭化水素のレベルが低いほど、Ｍｉｎ＠Ｃｈｌの値は高くなる
。
【００４８】 実施例４〜１７ 表２に示す条件およびウェブ規格に従って、上述のように追加的なウェブを調
製した。
【００４９】
【表３】
【００５０】 各ウェブから３個のサンプルのみを試験して平均化し、Ｍｉｎ＠Ｃｈｌを得た
こと以外は上述の実施例１〜３のようにして、実施例４〜１７をアニールしコロ
ナ活性化して負荷試験した。抽出性炭化水素の重量％についても各実施例につい
て上述のように測定し、実施例１〜１７中で実施例１〜３のウェブを再測定して
正確な抽出値を保証し、最初の実施例１〜３の試験と実施例１〜１７の試験との
間に起きたかもしれないカラム条件のあらゆる変化について補正した。実施例１
〜１７の抽出性炭化水素材料の重量％およびＭｉｎ＠Ｃｈｌを表３に示し、図２
にプロットした。
【００５１】
【表４】
【００５２】 表３および図２中のデータは、増大する抽出性炭化水素レベルが、概して負荷
能力の低下（すなわちＭｉｎ＠Ｃｈｌの低下）と関連があるという一般的傾向を
示す。実施例のいくつかに対する値は、図１に示す比例関係から逸脱する。この
逸脱の少なくとも一部は、実施例４〜１７に対して、より少ないサンプルを測定
することから帰結するＭｉｎ＠Ｃｈｌデータのより大きな実験誤差のためと思わ
れる（実施例１〜３に対するＭｉｎ＠Ｃｈｌ値が、１６個のサンプルの測定値を
平均した結果であるのに対し、実施例４〜１７に対するＭｉｎ＠Ｃｈｌ値は、３
個のみのサンプルの測定値を平均した結果である）。
【００５３】 表３および図２に示すように、最大の抽出性炭化水素重量％を有するフィルタ
ーウェブであり、それぞれ３．４％、３．５％および４．０％の抽出性炭化水素
を有する実施例３、６および１２は、それぞれ３４、５７および２３のＭｉｎ＠
Ｃｈｌ値を有し、最低の負荷能力を示した。したがってデータからは、約３．０
重量％を超える抽出性炭化水素材料を有するフィルターウェブが望ましくない負
荷能力を有することが示される。
【００５４】 それぞれ１．１、１．１、１．１、１．４、１．１、および１．２％の抽出性
炭化水素材料重量％を有する実施例１、４、７、１４、１６および１７は、それ
ぞれのＭｉｎ＠Ｃｈｌ値２７０、２５０、２２０、２６０、１８８および１８３
によって示されるように、最良の負荷能力を示した。したがって表３および図３
中のデータからは、約１．０〜１．５重量％の抽出性炭化水素を有するウェブに
ついて、最良の負荷能力が得られることが示される。
【００５５】 データからはまた、適切なポリマーを選択してエレクトレット繊維および不織
ウェブを調製する重要性も例証される。Ｆｉｎａ ＨＭＦ ３８６０ポリプロピ
レンを使用した実施例である実施例３、６および１２は、全て最高レベルの抽出
性炭化水素材料を有し、それらのＭｉｎ＠Ｃｈｌ値によって明示されるように、
負荷能力が最も劣っていた。
【００５６】 本願明細書で言及される米国特許をはじめとする参考文献は、以下にその内容
全体を引用したものとする。本発明の好ましい実施態様の説明においては、明瞭
さのために特別な用語が用いられている。しかし発明は、選択された特別な用語
により制限を受けないものとし、それぞれの特別な要素は、同様に操作されて同
様の目的を達成するあらゆる技術的同等物を含むものと理解される。したがって
添付の特許請求およびそれらの同等物の範囲内で、具体的に説明したのと別な方
法で発明が実施できるものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、挑戦時最小量（すなわち透過ＤＯＰ％が最小値に達した
点でフィルターウェブ上に存在するフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）の質量、以下
「Ｍｉｎ＠Ｃｈｌ」と略記）によって測定した、異なる重量％の抽出性炭化水素
材料を含有する３個のフィルターウェブサンプルのエアロゾル負荷能力のプロッ
トを示す。実施例の節で詳細に述べるように、このデータは、フィルターの上流
および下流でＤＯＰ液体エアロゾル濃度を測定する装置内で、フィルターウェブ
をＤＯＰ液体エアロゾルに露出して得られた。透過％は下流エアロゾル濃度を上
流濃度で割り、１００をかけて計算した。
【図２】 図２は、異なる重量％の抽出性炭化水素材料を含有する１７個の
サンプルについて、Ｍｉｎ＠Ｃｈｌで測定したエアロゾル負荷能力のプロットを
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｄ０６Ｍ 10/00 Ｄ０６Ｍ 10/00 Ｌ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4D019 AA01 BA13 BB03 BC01 BD01 CA02 CB02 CB04 4L031 AA14 AB34 CB06 4L035 BB31 FF05 JJ21 JJ30 4L047 AA14 BA08 CC12 DA00

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリマー材料およびフルオロケミカル添加剤を含むエレクト
    レット繊維であって、繊維の重量を基準にして約３重量％未満のレベルの抽出性
    炭化水素材料を有するエレクトレット繊維。
  2. 【請求項２】 ポリマー材料が、１０１４Ω×ｃｍを超える抵抗率を有する
    非導電性熱可塑性樹脂である請求項１に記載のエレクトレット繊維。
  3. 【請求項３】 ポリマー材料が、ポリオレフィン、ポリ−４−メチル−１−
    ペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネートおよびポリエステ
    ル、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される請求項２に記載のエレ
    クトレット繊維。
  4. 【請求項４】 ポリマー材料がポリプロピレンから本質的に成り、フルオロ
    ケミカル添加剤がフルオロケミカルオキサゾリジノン、フルオロケミカルピペラ
    ジン、または過フッ化アルカンである請求項２に記載のエレクトレット繊維。
  5. 【請求項５】 繊維がメルトブローン繊維である請求項１〜４のいずれか１
    項に記載のエレクトレット繊維。
  6. 【請求項６】 約１．０〜約１．５重量％の抽出性炭化水素材料を有する請
    求項１〜５のいずれか１項に記載のエレクトレット繊維。
  7. 【請求項７】 フルオロケミカル添加剤が、 【化１】 である請求項１〜６のいずれか１項に記載のエレクトレット繊維。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載のエレクトレット繊維を
    含む不織ウェブ。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の不織ウェブを含有する呼吸マスク。
  10. 【請求項１０】 請求項８に記載の不織ウェブを通してガスを通過させるス
    テップを含む、エアロゾル粒子を含有するガスから粒子状物質を濾過する方法。
  11. 【請求項１１】 ポリマー材料とフルオロケミカル添加剤化合物とを配合す
    るステップと、 この配合物を２９０℃未満に保持される温度で押し出して、押し出された繊維
    を形成するステップと、 押し出された繊維をアニールし、そして帯電させるステップと を含むエレクトレット繊維を製造する方法であって、 得られる繊維が、繊維の重量を基準にして約３．０重量％未満のレベルの抽出性
    炭化水素材料を有する方法。
  12. 【請求項１２】 ポリマー材料がポリプロピレンから本質的に成り、押し出
    された繊維が不織ウェブの形態に集められ、フルオロケミカル添加剤がフルオロ
    ケミカルオキサゾリジノン、フルオロケミカルピペラジン、または過フッ化アル
    カンである請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 ウェブが、約１４０℃〜１５０℃の温度で約４〜１０分間
    アニールされる請求項１１または１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 繊維が約０．５〜５重量％のフルオロケミカル添加剤、お
    よび約９５〜９９．５重量％のポリプロピレンの配合物から形成される請求項１
    １〜１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 ウェブ中の抽出性炭化水素のレベルを測定するステップを
    含む、エレクトレットフィルターウェブの性能を予測する方法。
  16. 【請求項１６】 抽出性炭化水素のレベルが、室温でクロロホルム中に炭化
    水素を抽出することで測定される請求項１５に記載の方法。
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