JP2003511580A - 非水系極性液体を用いて繊維状エレクトレットウェブを製造する方法 - Google Patents

非水系極性液体を用いて繊維状エレクトレットウェブを製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 非水系極性液体を用いて、繊維状ウェブを帯電させる方法。非導電繊維を含有するウェブ（２０）を、非水系極性液体（１４）で湿潤させる。次いで、そのウェブ（２０）を実質的に乾燥させて（２２）、繊維状エレクトレットウェブを提供する。その繊維状エレクトレットウェブを、着用者の鼻および口を覆うように構成された濾過フェースマスク(４０)でフィルターとして使用することができる。非水系液体は、水性液体よりも乾燥に必要なエネルギーが少なくて済むという点で、本発明の方法は、既知の帯電方法を超える利点を有する。さらに、多くのフィルターウェブは、水性液体では容易に湿潤させることができないが、非水系液体で直接湿潤させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、非水系極性液体を用いることによって、繊維状ウェブを帯電させる
方法に関する。
【０００２】 背景 着用者が空中浮遊汚染物質を吸い込むのを防ぐための呼吸マスクにおけるフィ
ルターとして、電気的帯電不織ウェブを通常使用する。米国特許第４，５３６，
４４０号、同第４，８０７，６１９号、同第５，３０７，７９６号、および同第
５，８０４，２９５号には、これらのフィルターを用いた呼吸マスクの例が開示
されている。電荷によって、流体中に浮遊する粒子を捕獲する、不織ウェブの能
力が高められる。その粒子は、流体が不織ウェブを通過する際に捕獲される。そ
の不織ウェブは通常、誘電性、つまり非導電−ポリマーを含む繊維を含有する。
電気的帯電誘電性物品は、「エレクトレット」と呼ばれることが多く、これらの
製品を製造するために、様々な技術が長年にわたって開発されている。
【０００３】 電気的帯電用ポリマーフォイルに関する初期の研究が、Ｐ．Ｗ．Ｃｈｕｄｌｅ
ｉｇｈにより、Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｔｏ ａ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ ｂｙ ａ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｏｎｔａｃｔ，２１ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．，ｐ．
５４７−４８（１９７２年１２月１日），およびＣｈａｒｇｉｎｇ ｏｆ Ｐｏ
ｌｙｍｅｒ Ｆｏｉｌｓ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｏｎｔａｃｔｓ，４７
Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．，ｐ．４４７５−８３（１９７６年１０月）に記載さ
れている。Ｃｈｕｄｌｅｉｇｈの方法は、フォイルに電圧をかけることによって
、ポリフルオロエチレンポリマーフォイルを帯電させることを含む。フォイル表
面に接触する導電性の液体によって、電圧をかける。
【０００４】 初期から知られている繊維状のポリマーエレクトレットを製造する技術は、Ｋ
ｕｂｉｃおよびＤａｖｉｓによる米国特許第４，２１５，６８２号に開示されて
いる。この方法では、繊維がダイオリフィスから出てくる際に、電気的に帯電し
た粒子で繊維が衝撃を受ける。その繊維は、「メルトブロー成形」プロセスを用
いて製造される。そのプロセスでは、ダイオリフィスの次に、高速で吹き込まれ
るガス流が、押出されたポリマー材料を引き出し、それを冷却して、凝固した繊
維を形成する。衝撃を受けたメルトブロー繊維が、コレクター上にランダムに堆
積して、繊維状エレクトレットウェブを形成する。この特許では、この方法でメ
ルトブロー繊維を電気的に帯電させた場合に、２つ以上の要因によって、濾過効
率を向上させることができることについて言及している。
【０００５】 繊維状エレクトレットウェブはまた、コロナでそれらを帯電させることによっ
て製造されている。Ｋｌａａｓｅ他による米国特許第４，５８８，５３７号には
、例えば、実質上密閉された誘電性フォイルの一方の主要面に隣接して配置され
ると同時に、コロナ放電装置内に連続して供給される繊維状ウェブが示されてい
る。そのコロナは、逆に帯電した細いタングステン製ワイヤーに接続された高電
圧源から生成される。不織ウェブに静電帯電を付与する他の高電圧技術が、Ｎａ
ｋａｏによる米国特許第４，５９２，８１５号に記載されている。この帯電プロ
セスでは、表面が滑らかな接地電極と、ウェブを密接に接触させる。
【０００６】 繊維状エレクトレットウェブはまた、ｖａｎ Ｔｕｒｎｈｏｕｔによる再発行
米国特許第Ｒｅ．３０，７８２号、同第Ｒｅ．３１，２８５号、および同第Ｒｅ
．３２，１７１号に記載のように、ポリマーフィルムまたはフォイルから製造す
ることも可能である。フィブリル化して繊維を形成し、続いて回収し、不織繊維
状フィルターに加工する前に、そのポリマーフィルムまたはフォイルを静電帯電
させる。
【０００７】 ポリマー繊維に電荷を付与するために、機械的手法もまた用いられている。Ｂ
ｒｏｗｎによる米国特許第４，７９８，８５０号には、カーディングされてフリ
ースとなり、次いで、刺し縫いされてフェルトが形成される、２種類の異なるけ
ん縮合成ポリマー繊維の混合物を含有するフィルター材料が記載されている。そ
の特許には、カーディング中に繊維が電気的に帯電するように、適切に繊維を混
合することが記載されている。Ｂｒｏｗｎによる特許に開示されている方法は通
常、「摩擦帯電」と呼ばれる。
【０００８】 摩擦帯電は、帯電していないガスまたは液体の高速噴流が、誘電性フィルム表
面上を通過した場合にも、生じることが可能である。米国特許第５，２８０，４
０６号では、Ｃｏｕｆａｌ他は、帯電していない流体の噴流が誘電性フィルム表
面に衝撃を与えると、その表面が帯電することを開示している。
【０００９】 より最近の開発では、不織繊維状ウェブに電荷を付与する水が使用されている
（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ他による米国特許第５，４９６，５０７号を参照のこ
と）。水の加圧噴流または水滴粒子流を、非導電ミクロファイバーを含有する不
織ウェブ上に吹きつけて、エレクトレットウェブを製造する。得られた電荷は、
濾過強化特性を提供する。水による帯電（ｈｙｄｒｏｃｈａｒｇｉｎｇ）操作前
に、ウェブを空気コロナ放電処理にかけることによって、エレクトレット性能を
さらに高めることができる。
【００１０】 特定の添加剤をポリマー繊維状ウェブに添加することによって、エレクトレッ
トの濾過性能が向上する。油状ミスト耐性エレクトレットフィルター媒体が、例
えばメルトブローポリプロピレン製ミクロファイバー中にフルオロケミカル添加
剤を含有させることによって提供されている；Ｊｏｎｅｓ他による米国特許第５
，４１１，５７６号および同第５，４７２，４８１号を参照のこと。そのフルオ
ロケミカル添加剤は、少なくとも２５℃の融点と、約５００〜２５００の分子量
を有する。
【００１１】 Ｒｏｕｓｓｅａｕ他による米国特許第５，９０８，５９８号には、添加剤を熱
可塑性樹脂とブレンドして、繊維状ウェブを形成する方法が記載されている。濾
過強化エレクトレット電荷をウェブに提供するのに十分な圧力で、水の噴流また
は水滴粒子流をウェブ上に吹きつける。そのウェブを実質的に乾燥させる。添加
剤は、（ｉ）少なくとも１つの過フッ素化部分を含有する、熱安定性の有機化合
物またはオリゴマー、（ｉｉ）トリアジン基中の窒素原子に加えて、窒素原子を
少なくとも１個含有する、熱安定性有機トリアジン化合物またはオリゴマー、ま
たは（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との組み合わせであることが可能である。
【００１２】 添加剤を含有する他のエレクトレットが、Ｎｉｓｈｉｕｒａによる米国特許第
５，０５７，７１０号に記載されている。Ｎｉｓｈｉｕｒａによる特許に開示さ
れているポリプロピレン製エレクトレットは、ヒンダードアミン、窒素含有ヒン
ダードフェノール、および金属含有ヒンダードフェノールから選択される、少な
くとも１種の安定剤を含有する。この特許では、これらの添加剤を含有するエレ
クトレットは、高い熱安定性を提供することが開示されている。そのエレクトレ
ットの処理は、針状電極と接地電極との間に不織布シートを設置することによっ
て行われた。Ｏｈｍｏｒｉ他による米国特許第４，６５２，２８２号および同第
４，７８９，５０４号には、長期間にわたり高い除塵性能を維持するために、絶
縁ポリマー中に脂肪酸金属塩を組み込むことが記載されている。特公昭ＪＰ６０
−９４７には、ポリ４−メチル−１−ペンテンと、（ａ）フェノールヒドロキシ
基を含有する化合物、（ｂ）高級脂肪族カルボン酸およびその金属塩、（ｃ）チ
オカルボキシレート化合物、（ｄ）亜リン酸化合物、および（ｅ）エステル化合
物から選択される少なくとも１種の化合物と、を含有するエレクトレットが記載
されている。この特許は、そのエレクトレットが長期間の保存安定性を有するこ
とを示している。
【００１３】 最近公開された米国特許は、故意に、繊維または繊維ウェブを後に帯電させる
か、または電化することなく、フィルターウェブを製造することが可能なことを
開示している（Ｃｈｏｕ他による米国特許第５，７８０，１５３号を参照のこと
）。その繊維は：エチレンのコポリマー、アクリル（メタクリル）酸を５〜２５
重量％、および任意に、あまり好ましくないが、そのアルキル基が炭素原子を１
〜８個有するアルキルアクリレート（メタクリレート）を４０重量％まで含有す
るコポリマーから製造される。その酸性基の５〜７０％を、金属イオン、特に亜
鉛、ナトリウム、リチウムもしくはマグネシウムイオン、またはこれらの混合物
で中和する。そのコポリマーは、１０分当たり５〜１０００グラム（ｇ）のメル
トインデックスを有する。その残りは、ポリプロピレンまたはポリエチレンなど
のポリオレフィンであることが可能である。その繊維はメルトブロー成形法によ
って製造することが可能であり、水で迅速に冷却し、過度な結合を防ぐことがで
きる。この特許には、その繊維が、存在する、または故意の、特に誘導された静
電荷の高い静電保持率を有することが開示されている。
【００１４】 発明の概要 本発明は、繊維状エレクトレットを製造するための新規な方法を提供する。こ
の方法は適切に、繊維を非水系極性液体と接触させることによって、非導電繊維
を含有するウェブを湿潤させることを含む、あるいは湿潤させることから本質的
になる。湿潤させた後、そのウェブを実質的に乾燥させて、繊維状エレクトレッ
トウェブを製造する。本発明はまた、本発明の繊維状エレクトレットウェブを使
用した濾過フェースマスクに関する。
【００１５】 本発明の方法は、非水系極性液体を使用することによって、繊維状ウェブ上に
電荷を付与するという点で、既知の帯電方法と異なる。本発明以前には、通常、
コロナ放電装置によって、または水による帯電操作によって、繊維状ウェブを帯
電させた（Ｋｌａｓｓｅ他による米国特許第４，５８８，５３７号、Ｎａｋａｏ
による米国特許第４，５９２，８１５号、またはＡｎｇａｄｊｉｖａｎｄ他によ
る米国特許第５，４９６，５０７号を参照のこと）。高電圧または水を使用する
代わりに、本発明では、非水系極性液体を使用する。かかる液体の使用は、高電
圧およびそれに付随するエネルギー要求条件の必要をなくすことができるという
点で、コロナ帯電操作よりも有利である。また、非水系液体は一般に、水よりも
揮発性であることから、本発明の方法は、乾燥に関連するエネルギー要求条件を
低減することができるという点で、水による帯電操作よりも有利である。さらに
、水では容易に湿潤することができないが、非水系液体で直接湿潤することがで
きるフィルターウェブが存在する。したがって、非水系極性液体は、ウェブを帯
電させるのに水を適切に使用することができない条件で使用するのが望ましい。
【００１６】 本発明に関して本明細書中で使用する： 「有効量」とは、極性液体と繊維を接触させ、続いて乾燥させることによって
、エレクトレットの製造を可能にするのに十分な量で、非水系極性液体を使用す
ることを意味する； 「エレクトレット」とは、少なくとも準永久電荷を有する物品を意味する。 「電荷」とは、荷電分離が存在することを意味する； 「繊維状」とは、繊維と、あるいは他の材料とを有することを意味する； 「繊維状エレクトレットウェブ」とは、繊維を含有し、かつ永久電荷を有する
織りウェブまたは不織ウェブを意味する； 「液体」とは、固体と気体の間の物質状態を意味する； 「非水系液体」とは、１０容積％未満の水を含有する液体である； 「非導電」とは、室温において（２２℃）１０１４オーム・ｃｍを超える体積
抵抗率を有することを意味する； 「不織」とは、繊維が製織以外の手段によって結合された、構造または構造の
一部を意味する： 「極性液体」とは、少なくとも約０．５デバイの双極子モーメントを有し、か
つ少なくとも約１０の誘電率を有する液体を意味する； 「ポリマー」とは、反復連結分子単位または規則的もしくは不規則的に配置さ
れた基を含有する有機材料を意味する； 「ポリマーの」とは、ポリマーと、あるいは他の材料とを含有することを意味
する； 「ポリマー繊維形成材料」とは、ポリマーを含有するか、またはポリマーを生
成することが可能なモノマーを含有する、またあるいは他の材料を含有し、かつ
ソリッドファイバーに形成することが可能な組成物を意味する。 「準永久」とは、有意に測定可能であるのに十分に長い時間、標準大気条件（
２２℃、大気圧１０１，３００パスカル、湿度５０％）下で電荷がウェブ中に存
在することを意味する； 「飽和」とは、最大または実質的に最大の、可能な量の液体でウェブを湿潤さ
せることを意味する； 「ステープルファイバー」とは、一般に定義される長さ、通常約２ｃｍ〜約２
５ｃｍに切断され、かつ少なくとも１５マイクロメートルの有効繊維直径を有す
る繊維を意味する； 「熱可塑性」とは、熱にさらすと、軟化するポリマー材料を意味する； 「ウェブ」とは、三次元よりも二次元でかなり大きく、かつ通気性である構造
を意味する； 「湿潤」とは、湿潤させることが望ましいウェブの実質的にすべての表面積を
接触させるか、またはコーティングすることを意味する。
【００１７】 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明では、非水系極性液体で繊維状ウェブを湿潤し、続いて乾燥ステップに
かけることによって、繊維状ウェブに静電荷を付与する。その繊維状ウェブは非
導電繊維を含有する；湿潤させ、非水系極性液体を乾燥によって除去した後に、
フィルターとして使用に適した繊維状エレクトレットウェブが製造される。
【００１８】 本発明に従って製造した不織繊維状エレクトレットウェブは、少なくとも準永
久の電荷を示す。その不織繊維状エレクトレットウェブは、エレクトレットが使
用される製品の少なくとも通常許容される有効寿命の間、その電荷が、繊維、し
たがって不織ウェブ中に存在することを意味する、「永久」電荷を示すことが好
ましい。
【００１９】 繊維状ウェブの濾過性能を決定する試験は、以下に記述するＤＯＰ浸透および
圧力低下試験として既知である。その試験は、ジオクチルフタラート（ＤＯＰ）
粒子を繊維状ウェブに強制的に通し、ウェブを通った粒子の浸透およびウェブ間
の圧力低下を測定することを含む。測定したＤＯＰ浸透および圧力低下から、品
質係数（ＱＥ）を計算することができる。エレクトレットの濾過効率は一般に、
初期品質係数、ＱＦｉから推定することができる。初期品質係数、ＱＦｉは、不
織繊維状エレクトレットウェブを装着する前、つまり、濾過することを意図する
エーロゾルにさらす前に、測定した品質係数ＱＦである。
【００２０】 本発明に従って製造した好ましい不織繊維状エレクトレットは、以下に記述す
るＤＯＰ浸透および圧力低下試験に従って試験した場合に、０．１０（ミリメー
トル（ｍｍ）Ｈ２Ｏ）−１を超えるＱＦｉ値、さらに好ましくは０．２０（ｍｍ
Ｈ２Ｏ）−１を超えるＱＦｉ値、またさらに好ましくは０．４０（ｍｍＨ２Ｏ） −１ を超えるＱＦｉ値、またさらに好ましくは０．６０（ｍｍＨ２Ｏ）−１を超
えるＱＦｉ値を製品が示すことができるのに十分な電荷を有することが可能であ
る。不織繊維状エレクトレットウェブの品質係数は、本質的に同一構造の未処理
ウェブのＱＦ値を、少なくとも２の因子で超えることが好ましく、さらに好まし
くは少なくとも５の因子で超える。
【００２１】 図１は、本発明による繊維状エレクトレットウェブを製造する方法を示す。繊
維状ウェブ２０は、非水系極性液体１４を含む容器１２を備える装置１０に向け
られる。ローラー１６、１８を備えるニップは、液体１４中に浸漬しながら、繊
維状ウェブ２０を圧縮し、放す。繊維状ウェブ２０が再度伸張する際に、非水系
極性液体１４が、繊維間の間隙空間に入り、ウェブ２０を湿潤させる。そのニッ
プは、ウェブから気体を除去するのを補助するため、湿潤ステップに有益である
。ウェブが容器１２から出てきた後、次いで、絞り機２４と、合せローラー２６
および２８とを備えるアクティブな乾燥装置２２にウェブを向ける。ウェブ２０
の両側に配置された加熱要素３４、３６をウェブが通過する前に、ローラー２６
および２８は、余分な非水系極性液体をウェブ２０から搾り出す。
【００２２】 そのアクティブな乾燥装置は、ウェブに水分が残るように促すために、供給エ
ネルギーを消費する外部源であることが可能である。アクティブな乾燥装置は、
流通オーブン（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｖｅｎ）などの熱源、真空源、ま
たは対流空気装置などの空気源、つまり乾燥ガス流を備える。繊維状ウェブから
極性液体を搾り出すために、遠心機またはローラーなどの機械的メカニズムと共
に、これらの乾燥メカニズムを使用してもよいし、使用しなくてもよい。空気乾
燥は一般に、高速製造の要求条件に対して実用的ではないが、代替方法としては
、周囲空気乾燥などの受動的な乾燥メカニズムを使用して、繊維状ウェブを乾燥
させることが可能である。本発明は、最終製品に著しい構造損傷を生じることな
く、ウェブに水分が残るように促すことが可能な本質的にあらゆる操作または装
置を企図するものである。次いで、得られたエレクトレットウェブを切断してシ
ートとし、保存するために巻き上げるか、または呼吸マスクもしくはフィルター
などの種々の物品中に配置することができる。
【００２３】 乾燥させると、その不織ウェブは、エレクトレットとして認定されるのに十分
な電荷を有する。得られたエレクトレットウェブを、ウェブ上のエレクトレット
の帯電をさらに高めるか、あるいは濾過性能をおそらく高めることが可能なエレ
クトレット帯電に他の変化を加えることができる、他の帯電技術にかけることも
可能である。例えば、上述の方法を用いてエレクトレットを製造した後に（また
は、もしかすると前に）、不織繊維状エレクトレットウェブを、コロナ帯電操作
にさらすことが可能である。そのウェブは、例えば、Ｋｌａａｓｅ他による米国
特許第４，５８８，５３７号に記載のように、あるいはＮａｋａｏ他による米国
特許第４，５９２，８１５号に記載のように帯電させることができる。代替方法
として、または記述の帯電技術と共に、Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ他による米国特
許第５，４９６，５０７号に記載のように、そのウェブをさらに水によって帯電
させることも可能である。本明細書と同日にすべて出願された、発明の名称：Ｍ
ｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ ａ Ｎｏｎ
ｗｏｖｅｎ Ｆｉｂｒｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｅｔ Ｗｅｂ ｆｒｏｍ Ｆｒｅｅ
−Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｐｏｌａｒ Ｌｉｑｕｉｄ（米国特許第０９／４１５，
５６６号）；Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎ
ｇ ａ Ｆｉｂｒｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｅｔ Ｗｅｂ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｗｅｔ
ｔｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ａｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｐｏｌａｒ Ｌｉｑ
ｕｉｄ（米国特許第０９／４１５，２９１号）の本願譲受人に譲渡された米国特
許に開示されている帯電技術を用いて、繊維状エレクトレットウェブの帯電を補
足することも可能である。
【００２４】 湿潤メカニズムから乾燥機へウェブを移動することが可能な、本質的にあらゆ
るデバイスによって、装置を通してウェブを移送することができる。被動ローラ
ーは、この目的に適した移送機、ならびにコンベヤ、ベルト、またはニップの一
例である。
【００２５】 湿潤ステップで使用する非水系極性液体の表面張力は、繊維状ウェブに電荷を
付与する重要な役割を果たしていると思われる。例えば、非水系極性液体の表面
張力が、ウェブの表面エネルギーよりもかなり低い場合には、非水系極性液体は
ウェブを十分に湿潤させることができず、ほとんどまたは全く帯電が生じない。
したがって、本発明において、非水系極性液体は、繊維状ウェブの表面エネルギ
ーを、少なくとも５ダイン／ｃｍを超える表面張力、さらに好ましくは１０ダイ
ン／ｃｍを超える表面張力を有することが好ましい。
【００２６】 非水系極性液体の組成および繊維状ウェブに応じて、非水系極性液体中に長時
間ウェブを浸漬し、ウェブから液体を除去し、それを空気乾燥させるなどの湿潤
および乾燥は、静止プロセスであることが可能である。さらに、例えば上述のニ
ップを用いて、非水系極性液体および／または繊維状ウェブに運動エネルギーあ
るいは機械仕事をかけて、湿潤を向上させることができる。非水系極性液体中に
繊維状ウェブを浸すことによって行われる湿潤ステップを図１に示すが、他のい
ずれかの適切な湿潤ステップを、本発明で使用することを企図する。例えば、非
水系極性液体の流れをウェブに向けることによって、例えば米国特許第５，４９
６，５０７号（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ他）に開示の方法および装置を用いて、
例えばウェブに噴霧することによって、繊維状ウェブを湿潤させることができる
。代替方法として、真空バー、加圧容器、および／または超音波振動などの機械
攪拌を使用することによって、湿潤を促すことができる。これらの技術は、本出
願と同一日にファイルされた、発明の名称：Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒ
ａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ ａ Ｆｉｂｒｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｅｔ Ｗ
ｅｂ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｗｅｔｔｉｎｇ Ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ａｎ Ａｑｕ
ｅｏｕｓ Ｐｏｌａｒ Ｌｉｑｕｉｄの継続中の米国特許出願第０９／４１５，
２９１号にさらに完全に記述されている。しかしながら、不織繊維状ウェブ、特
にミクロファイバーウェブは、湿潤を達成するために、過剰な運動エネルギーま
たは機械仕事を用いた場合に、損傷を受ける可能性がある。
【００２７】 その湿潤液によって、帯電させることを意図する繊維の露出表面すべてが湿潤
されるほうがよい。非水系極性液体は、繊維と接触する、好ましくは密接に接触
するか、または繊維間の空隙を充填することが可能である。湿潤ステップは、ウ
ェブが非水系極性液体で実質的に飽和するように行うことが好ましい。湿潤ステ
ップ後に、非水系極性液体がウェブから滴り落ちるように、ウェブを飽和状態に
することが可能である。湿潤ステップを行うために、様々な技術を用いることが
できる。非水系極性液体の噴霧、ウェブもしくは極性液体の機械攪拌、または他
の機械的方法によって湿潤ステップを行う用途では、不織ウェブに対する非水系
極性液体の速度は、好ましくは約５０メートル／秒未満、さらに好ましくは約２
５メートル／秒未満である。非水系極性液体を、少なくとも０．００１秒、通常
数秒〜数分の間、繊維状ウェブの繊維に湿潤させることが好ましい。
【００２８】 本発明の方法で使用するのに適した非水系極性液体は、少なくとも約０．５デ
バイ、さらに好ましくは少なくとも約０．７５デバイ、最も好ましくは少なくと
も約１．０デバイの双極子モーメントを有する。誘電率（ε）は、少なくとも約
１０、さらに好ましくは少なくとも約２０、またさらに好ましくは少なくとも４
０である。非水系極性液体は、ウェブ上で電荷を遮蔽または散逸するであろう伝
導性、不揮発性残分を残さないことが好ましい。一般に、液体の誘電率と濾過性
能向上の程度との間には相関関係が存在する傾向がある。高い誘電率を有する液
体は、大きな濾過性能の向上を示す傾向がある。本発明で使用するのに適した非
水系液体の例には、メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジメ
チルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、およびアセトン、
特にこれらの液体の組み合わせが含まれる。
【００２９】 この非水系液体は、水を１０容積％未満、通常約５容積％未満、さらに通常は
２容積％未満含有する。場合により、非水系極性液体中には水は存在しない。
【００３０】 本発明で使用するのに適したウェブは、Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅ著，Ｓｕｐｅ
ｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ，４８ＩＮＤＵＳ．Ｅ
ＮＧＮ．ＣＨＥＭ．ｐ．１３４２−４６およびＶａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅ等による
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｆｉｎｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉ
ｂｅｒｓというタイトルのｔｈｅ Ｎａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒ
ａｔｏｒｉｅｓの報告書Ｎｏ．４３６４，１９５４年５月２５日掲載に記載のよ
うに、乾式法、湿式法およびメルトブロー成形法を含む様々な技術から製造する
ことができる。ミクロファイバー、特にメルトブローミクロファイバーが、フィ
ルターとして使用される繊維状ウェブでの使用に特に適している。「ミクロファ
イバー」とは、約２５マイクロメートル以下の有効直径を有する繊維を意味する
。有効繊維直径は、Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ．，Ｔｈｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｄｕｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ＩＮＳＴ．
ＭＥＣＨ．ＥＮＧＮ．，ＬＯＮＤＯＮ ＰＲＯＣ．１Ｂ（１９５２）中の数式番
号１２を用いて計算することができる。濾過用途では、ミクロファイバーは、好
ましくは２０マイクロメートル未満、さらに好ましくは約１〜約１０マイクロメ
ートルの繊維有効直径を有する。
【００３１】 ステープルファイバーをミクロファイバーと組み合わせて、さらにかさ高い、
密度の低いウェブも提供することができる。ウェブ密度を低減することによって
、ウェブ間の圧力低下を低減することができる。圧力低下が低いことによって、
呼吸マスクの装着をより快適にすることができるため、低い圧力低下が個人用呼
吸マスクでは望ましい。約９０重量％以下のステープルファイバーが存在するこ
とが好ましく、さらに好ましくは約７０重量％以下である。ステープルファイバ
ーを含有するウェブが、Ｈａｕｓｅｒによる米国特許第４，１１８，５３１号に
開示されている。
【００３２】 吸着剤の目的、触媒作用の目的、および他の目的を含む種々の目的で、エレク
トレットウェブ中に、活性な微粒子も含有させることが可能である。Ｓｅｎｋｕ
ｓ他による米国特許第５，６９６，１９９号には、例えば、適切である可能性の
ある種々の活性微粒子が記載されている。活性炭素もしくはアルミナなどの吸着
特性を有する活性微粒子をウェブ中に含有させて、濾過操作中に有機蒸気を除去
することが可能である。活性微粒子は一般に、ウェブの含量の約８０容積％まで
の量で存在することが可能である。粒子を充填した不織ウェブが、例えばＢｒａ
ｕｎによる米国特許第３，９７１，３７３号、Ａｎｄｅｒｓｏｎによる同第４，
１００，３２４号、Ｋｏｌｐｉｎ他による同第４，４２９，００１号に記載され
ている。
【００３３】 本発明で有用な繊維の製造に使用するのに適切なポリマーには、熱可塑性有機
非導電ポリマーが含まれる。これらのポリマーは一般に、大量の捕捉電荷を保持
することが可能であり、メルトブロー装置またはスパンボンド装置などによって
繊維に加工することが可能である。「熱可塑性」という用語は、熱にさらすと軟
化するポリマー材料を意味する。「有機」という用語は、ポリマーの主鎖が炭素
原子を含有することを意味する。好ましいポリマーには、ポリプロピレン、ポリ
−４−メチル−１−ペンテンなどのポリオレフィン、これらのポリマーの１種も
しくは複数種を含有するブレンドまたはコポリマー、およびこれらのポリマーの
組み合わせが含まれる。他のポリマーには、ポリエチレン、他のポリオレフィン
、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラ
ート、他のポリエステル、およびこれらのポリマーの組み合わせ、および他の非
導電ポリマーが含まれる。
【００３４】 その繊維は、他の適切な添加剤と共にこれらのポリマーから製造することがで
きる。複数のポリマー成分を有する繊維を押出しするか、そうでなければ形成す
ることも可能である。ＫｒｕｅｇｅｒおよびＤｙｒｕｄによる米国特許第４，７
２９，３７１号、ＫｒｕｅｇｅｒおよびＭｅｙｅｒによる米国特許第４，７９５
，６６８号、同第４，５４７，４２０号を参照のこと。さまざまなポリマー成分
を繊維の長さに沿って同心円状または長手方向に配置して、例えば複合繊維を製
造することができる。それぞれが同じ一般組成を有する繊維から製造されるウェ
ブである、巨視的に均一なウェブを形成するように、繊維を配置することが可能
である。
【００３５】 本発明で使用する繊維は、濾過用途に適切な繊維状製品を製造するために、イ
オノマー、特に金属イオンにより中和された、エチレンとアクリル酸またはメタ
クリル酸とのコポリマー、あるいはその両方とのコポリマーを含有する必要はな
い。不織繊維状エレクトレットウェブは、金属イオンで一部中和された酸性基と
共にアクリル酸（メタクリル酸）を５〜２５重量％含有することなく、上述のポ
リマーから適切に製造することができる。
【００３６】 エレクトレットウェブの性能は、極性液体と接触させる前に、繊維形成材料中
に添加剤を含有させることによって高めることができる。「油状ミスト性能向上
添加剤」（ｏｉｌｙ−ｍｉｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ
ａｄｄｉｔｉｖｅ）は、繊維または繊維形成材料と共に使用することが好まし
い。「油状ミスト性能向上添加剤」は、繊維形成材料に添加するか、または例え
ば、得られた繊維状に置くと、不織繊維状エレクトレットウェブの油状エーロゾ
ル濾過能力を向上させることが可能な成分である。
【００３７】 フルオロケミカルをポリマー材料に添加して、エレクトレット性能を向上させ
ることができる。Ｊｏｎｅｓ他による米国特許第５，４１１，５７６号および同
第５，４７２，４８１号には、少なくとも２５℃の溶融温度および分子量約５０
０〜２５００を有する溶融加工可能なフルオロケミカル添加剤の使用が記載され
ている。このフルオロケミカル添加剤を使用して、より優れた油状ミスト耐性を
提供することが可能である。水の噴流で帯電させたエレクトレットを強化する、
既知の添加剤の種類は、過フッ素化部分と、添加剤に対して少なくとも１８重量
％のフッ素含有量とを有する化合物である。Ｒｏｕｓｓｅａｕ他による米国特許
第５，９０８，５９８号を参照のこと。この種の添加剤は、熱可塑性材料に対し
て少なくとも０．１重量％の「添加剤Ａ」として、米国特許第５，４１１，５７
６号に記載のフルオロケミカルオキサゾリジノンである。
【００３８】 可能性のある他の添加剤は、熱安定性有機トリアジン化合物またはオリゴマー
であり、その化合物またはオリゴマーは、トリアジン環中の窒素原子の他に窒素
原子を少なくとも１個含有する。水の噴流によって帯電させたエレクトレットを
強化する他の既知の添加剤は、Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ社から入手可能な、Ｃｈｉ
ｍａｓｓｏｒｂ（登録商標）９４４ＬＦ（ポリ［［６−（１，１，３，３，−テ
トラメチルブチル）アミノ］−ｓ−トリアジン−２，４−ジイル］［［（２，２
，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］ヘキサメチレン［（２，２
，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］］）である。Ｃｈｉｍａｓ
ｓｏｒｂ（登録商標）９４４と「添加剤Ａ」を組み合わせることができる。添加
剤Ｃｈｉｍａｓｓｏｒｂ（登録商標）および／または上記の添加剤は、ポリマー
に対して、約０．１重量％〜約５重量％の量で存在することが好ましく；ポリマ
ーに対して、約０．２重量％〜約２重量％で存在することがさらに好ましく；ポ
リマーに対して、約０．２重量％〜約１重量％で存在することがまたさらに好ま
しい。ウェブに付与される濾過強化電荷を増大する、他のいくつかのヒンダード
アミンもまた既知である。
【００３９】 ポリマーと添加剤との加熱溶融ブレンドを造形し、続いてアニールし、帯電さ
せるステップの後に、添加剤を含有する繊維を急冷して、エレクトレット物品を
製造することができる。強化濾過性能は、この手法でエレクトレットを製造する
ことによって物品に付与することができる。国際特許出願公開第９９／１６５３
３号に対応する米国特許出願第０８／９４１，８６４号を参照のこと。例えば、
Ｊｏｎｅｓ他により１９９８年７月２日に出願された米国特許出願第０９／１０
９，４９７号に記載の表面フッ素化技術を用いて、その形成後に、添加剤をウェ
ブ上に置くことが可能である。
【００４０】 ポリマー繊維形成材料は、室温において１０１４オーム・ｃｍ以上の体積抵抗
率を有する。その体積抵抗率は約１０１６オーム・ｃｍ以上であることが好まし
い。ポリマー繊維形成材料の抵抗率は、標準試験ＡＳＴＭ Ｄ２５７−９３に従
って測定することができる。メルトブロー繊維を形成するのに使用する繊維形成
材料はまた、電気伝導率を増大させるか、または静電荷を受け入れて保持する繊
維の能力を妨げる可能性がある、帯電防止剤などの成分を実質的に含まないほう
がよい。
【００４１】 本発明の不織ウェブを、着用者の鼻および口を少なくとも覆うように構成され
た濾過マスクに使用することができる。
【００４２】 図２は、本発明に従って製造した電気的帯電不織ウェブを含有するように構成
される濾過フェースマスク４０を示す。通常カップ形の本体部分４２は、着用者
の口および鼻の上に装着されるように構成されている。エレクトレットフィルタ
ー媒体は、通常、実質的にその全表面を覆うマスク本体４２中に配置され、吸い
込んだ空気から汚染物質を除去する。そのエレクトレットフィルター媒体は、繊
維の交差する点で他の繊維にその繊維を結合させることが可能な外部熱可塑性成
分を有する複合繊維など、熱により結合された繊維から製造される造形層などの
他の層によって支持することが可能である。不織繊維状エレクトレットウェブを
使用することが可能な他の濾過フェースマスクの例には、Ｂｅｒｇによる米国特
許第４，５３６，４４０号、Ｄｙｒｕｄ他による同第４，８０７，６１９号、Ｊ
ａｐｕｎｔｉｃｈによる同第４，８８３，５４７号、Ｋｒｏｎｚｅｒ他による同
第５，３０７，７９６号、およびＢｕｒｇｉｏによる同第５，３７４，４５８号
が含まれる。エレクトレットフィルター媒体は、例えば、Ｂｒｏｓｔｒｏｍ他に
よる再発行米国特許第Ｒｅ．３５，０６２号またはＢｕｒｎｓおよびＲｅｉｓｃ
ｈｅｌによる米国特許第５，０６２，４２１号に開示のフィルターカートリッジ
などの呼吸マスク用フィルターカットリッジに使用することも可能である。した
がって、マスク４０は、説明のためのみに示すものであり、本発明のエレクトレ
ットフィルター媒体の使用は、開示の実施形態に限定されない。本体部分４２は
、吸い込んだ空気がそれを通過できるように多孔性である。
【００４３】 着用者の顔にマスク４０を支持するために、ストラップまたはハーネスシステ
ム４４を提供することが可能である。１本のストラップ４６を図４に示すが、ハ
ーネス４４には、１本を超えるストラップ４６を使用することが可能であり、様
々な構成にすることが可能である；例えば、Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ他による米国特
許第４，８２７，９２４号、Ｓｅｐｐａｌｌａ他による同第５，２３７，９８６
号およびＢｙｒａｍによる同第５，４６４，０１０号を参照のこと。
【００４４】 出願人等は、本発明の帯電方法によって、繊維上に正電荷および負電荷が付着
し、その結果、正電荷および負電荷はウェブ全体にランダムに分散されると考え
る。ランダムに電荷が分散することによって、不分極ウェブが製造される。した
がって、本発明に従って製造した不織繊維状エレクトレットウェブは、ウェブの
面に垂直な面で実質的に不分極であることが可能である。この手法で帯電させた
繊維は理想的には、米国特許出願第０８／８６５，３６２号の図５Ｃに示される
電荷配置を示す。その繊維状ウェブをコロナ帯電操作にもかけた場合には、その
特許出願の図５Ｂに示される配置と同様の電荷配置を示すだろう。本発明の方法
を用いてのみ帯電させた繊維から形成したウェブは通常、ウェブ容積全体にわた
り不分極捕捉電荷を有する。「実質的に不分極の捕捉電荷」とは、ＴＳＤＣ分析
を用いて検出可能な、分母が電極表面積である放電電流１μＣ／ｍ２未満を示す
繊維状エレクトレットウェブを意味する。この電荷配置は、熱擬似放電電流（ｔ
ｈｅｒｍａｌｌｙ−ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ
）（ＴＳＤＣ）にウェブをさらすことによって表すことができる。
【００４５】 熱擬似放電分析は、凍結または捕捉された電荷が移動性を維持し、低エネルギ
ー配置へ移動して、検出可能な外部放電電流が生じるようにエレクトレットウェ
ブを加熱することを含む。熱擬似放電電流の議論については、Ｌａｖｅｒｇｎｅ
等，Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏ−Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｃｕｒｒ
ｅｎｔ，ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＩＮＳＵＬＡＴＩＯＮ ＭＡＧＡＺ
ＩＮＥ，ｖｏｌ．９，ｎｏ．２，５−２１，１９９３およびＣｈｅｎ等，Ａｎａ
ｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｐｒｏｃｅｓ
ｓ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ，１９８１を参照のこと。
【００４６】 ポリマーが硬質および比較的脆性の状態から粘性またはゴム状態に変化する温
度である、ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えるレベルにその温度を上げ
ることによって、本発明に従って帯電させたウェブに、電荷の分極を誘導するこ
とができる。そのガラス転移温度、Ｔｇは、ポリマーの融点（Ｔｍ）より低い。
そのＴｇを超える温度にポリマーを上昇させた後、サンプルをＤＣ電界存在下で
冷却して、捕捉電荷の分極において凍結させる。次いで、一定の加熱速度でエレ
クトレット材料を再加熱し、外部回路に発生する電流を測定することによって、
熱擬似放電電流を測定することができる。分極を達成し、続いて熱擬似放電を達
成するのに有用な装置は、ＴｈｅｒＭｏｌｄ Ｐａｒｔｎｅｒｓ，Ｌ．Ｐ．，Ｔ
ｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（コネチカット州
スタムフォード）によって市販されている、回転式電極を備えるＳｏｌｏｍａｔ
ＴＳＣ／ＲＭＡモデル９１０００である。
【００４７】 ｘ軸（横座標）の温度に対してｙ軸（縦座標）に放電電流をプロットする。そ
のピーク（電流最大値）位置および放電電流の形は、電荷がエレクトレットウェ
ブに蓄積されることによるメカニズムに特有なものである。電荷を含有するエレ
クトレットウェブに対して、ピーク最大値および形は、エレクトレット材料中に
捕捉された電荷の配置に関連する。加熱した際にエレクトレットウェブ内部の電
荷が、低エネルギー状態に移動したために、外部回路に生じた電荷の量は、放電
ピークを積分することによって計算することができる。
【００４８】 本発明の繊維状エレクトレットウェブは、不分極捕捉電荷の相対量の尺度であ
る測定電荷密度を示す。その測定電荷密度は、以下に記述する手順を用いて確認
することができる。本発明の繊維状エレクトレットウェブは、好ましくは１平方
メートル当たり少なくとも約０．１２ミクロクーロン（μＣ／ｍ２）の測定密度
電荷、さらに好ましくは少なくとも約０．２μＣ／ｍ２の測定密度電荷、またさ
らに好ましくは少なくとも約０．３μＣ／ｍ２の測定密度電荷を示す。場合によ
っては、測定電荷密度は、０．６μＣ／ｍ２を超えてもよい。
【００４９】 本発明の利点および他の特性および詳細を、以下の実施例でさらに説明する。
実施例はこの目的にかなうが、使用する特定の成分および量および他の条件は、
本発明の範囲を過度に制限する方法で解釈すべきではない。例えば、実施例は、
個々の根拠に基づいて製品を製造する本発明の方法を説明するが、そのプロセス
を引き続いて実施することも可能である。以下に開示する選択された実施例は、
本発明の好ましい実施例をどのように具体化するか、その物品が一般にどのよう
に機能するかを単に説明するものである。
【００５０】 実施例 サンプルの調製 Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅ著，４８Ｉｎｄｕｓ．ａｎｄ Ｅｎｇｎ．Ｃｈｅｍ．
，ｐ．１３４２−４６（１９５６）に記載のように、一般的に不織ウェブを調製
した。熱可塑性樹脂は、別段の指定がない限り、ＦＩＮＡ ３８６０Ｘポリプロ
ピレン（テキサス州ヒューストンのＦｉｎａ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ社から入手可能）である。押出機は、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ社（ノースカロライ
ナ州シャーロット）から入手可能な、Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ６０ミリメートル（ｍ
ｍ）、４４対１、８つのバレル領域の同時回転二軸スクリュー押出機である。添
加剤を樹脂中に組み込む場合には、Ｗｅｒｎｅｒ ＆ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ社
（ニュージャージー州ラムゼイ）から入手可能な、Ｗｅｒｎｅｒ Ｐｆｌｅｉｄ
ｅｒｅｒ３０ｍｍ、３６対１の同時回転二軸スクリュー押出機で１０〜１５重量
％の濃縮物として調製した。ウェブの基本重量は、別段の指定がない限り、約５
４〜６０ｇ／ｍ２であった。
【００５１】 ＤＯＰ浸透および圧力低下試験 直径１１．４５センチメートル（４．５インチ）の不織ウェブサンプルに速度
４２．５リットル／分で、ジオクチルフタラート（ＤＯＰ）、質量中央値直径（
ｍａｓｓ ｍｅｄｉａ ｄｉａｍｅｔｅｒ）０．３マイクロメートルの粒子を強
制的に通すことによって、ＤＯＰ浸透および圧力低下試験を行った。サンプル上
の表面速度は、６．９ｃｍ／秒であった。４つのオリフィスと、清浄な空気２０
７キロパスカル（ｋＰａ）（３０ｐｓｉ）を使用する空気投入と、を有するＴＳ
Ｉ番号２１２噴霧器（ミネソタ州セントポールのＴＳＩから入手可能）を用いて
、ＤＯＰ粒子を生成した。ＤＯＰ粒子を含有するエーロゾルにサンプルを３０秒
間さらした。ＤＯＰ粒子のサンプルへの浸透を、光散乱チャンバ、Ａｉｒ Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓ社（メリーランド州ボルチモア）から入手可能なＰｅｒｃｅｎ
ｔ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏ ＭｅｔｅｒモデルＴＰＡ−８Ｆを用いて測定した。
サンプル間の圧力低下（ΔＰ）を、電子圧力計を用いて測定し、水のミリメート
ル（ｍｍＨ２Ｏ）−１で記録した。
【００５２】 ＤＯＰ浸透および圧力低下値を用いて、以下の式： ＱＦ［１／ｍｍＨ２Ｏ］＝−（Ｌｎ（（ＤＯＰ浸透％）／１００））／圧力低
下［ｍｍＨ２Ｏ］ によりＤＯＰ浸透の対数（ｌｎ）から品質係数「ＱＦ値」を計算した。
【００５３】 曝露用エーロゾル（ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ａｅｒｏｓｏｌ）に予めさらされて
いない製品から測定される品質係数を、初期品質係数、ＱＦｉと呼ぶ。初期ＱＦ
値が高い場合には、初期濾過性能が優れていることを示している。逆にいえば、
低い初期ＱＦ値は、低下した濾過性能と事実上相関関係にある。
【００５４】 測定電荷密度 （ｉ）各サンプルを温度１００℃に加熱し、（ｉｉ）２．５キロボルト／ミリ
メートル（ＫＶ／ｍｍ）のＤＣ電界存在下、１００℃で５、１０、１５、または
２０分のポーリング時間各サンプルをポーリングし、（ｉｉｉ）ＤＣ電界存在下
で各サンプルを−５０℃に冷却して、ウェブ中の捕捉およびポーリングされた電
荷を「凍結」することによって、各ウェブのサンプル４つに電荷の分極を誘導し
た。次いで、各ウェブを再加熱し、その結果、凍結された電荷が移動性を取り戻
し、低エネルギー状態に移動して、検出可能な外部放電電流が発生した。特に、
上述のＤＣ電界でポーリングした後、各ウェブサンプルを、加熱速度約３℃／分
で約−５０℃から約１６０℃に再加熱した。発生した外部電流を温度の関数とし
て測定した。各サンプルの未補正測定電荷密度を、各ウェブについて分析した４
つのサンプルの中で、未補正測定電荷密度の最も高い値に等しいと設定した。Ｔ
ｈｅｒＭｏｌｄ Ｐａｒｔｎｅｒｓ，Ｌ．Ｐ．，Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓ
ｉｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（コネチカット州スタムフォード）によって市
販されている、回転式電極を備えるＳｏｌｏｍａｔ ＴＳＣ／ＲＭＡモデル９１
０００を用いて、分極を行い、続いて熱擬似放電を行った。捕捉された、不分極
電荷から生じる測定電荷密度を、同一組成物および物理的特性の未処理ウェブを
分析することによって決定することができる。処理したウェブの測定電荷密度は
、処理したウェブの未補正測定電荷密度から、未処理ウェブの未補正測定電荷密
度を減算することによって決定する。
【００５５】 実施例１〜８および比較例Ｃ１ ブロー成形プリプロピレン製ミクロファイバーのウェブを、ＦＩＮＡ ３８６
０Ｘポリプロピレン（Ｆｉｎａ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手
可能）を用いて作製した。ウェブの基本重量は、約５０〜６０グラム／平方メー
トル（ｇ／ｍ２）であり、有効繊維直径（ＥＦＤ）は約８〜９マイクロメートル
（μｍ）であった。約２２インチ×約１１インチ（５５．９センチメートル×２
７．９センチメートル）の個々のサンプルをこのウェブから切断した。非水系液
体にサンプルを浸漬し、サンプルを圧縮し、引き続き、その液体中に浸漬しなが
らサンプルを広げることによって、個々のサンプルを非水系液体で飽和させた。
次いで、サンプルを液体から取り出し、空気乾燥させた。そのサンプルから、直
径約５．２５インチ（１３．３センチメートル）の円形サンプルを切断し、それ
を使用して、各円の中心から４．５インチ（１１．４センチメートル）を用いて
、上述のＤＯＰ浸透および圧力低下を決定した。初期品質係数、ＱＦｉを上述の
各サンプルに対して決定した。未処理サンプルから、サンプルをまた切断し、評
価した。二重反復評価の結果を平均し、表１に示す。
【００５６】
【表１】 表１ 非水系処理の濾過性能に対する効果
【００５７】 表１のデータから、選択された非水系極性液体で繊維状ウェブを湿潤させ、そ
のウェブを乾燥させると、良好な初期品質係数を有するウェブが得られることが
示されている。またこのデータから、高い誘電率を有する液体は、より高い濾過
性能の向上を示す傾向があることがわかる。
【００５８】 実施例９〜１６および比較例Ｃ２ 米国特許第５，４１１，５７６号からのフルオロケミカル添加剤「添加剤Ａ」
を、ポリプロピレン樹脂に対して約１重量％の濃度で添加し、温度約１４０℃で
サンプルを約１０分間アニールしたことを除いては、メルトブローミクロファイ
バーを含有するウェブを、実施例１〜８および比較例Ｃ１に記載のように作製し
た。添加剤Ａは以下の構造：
【化１】 を有した。
【００５９】 得られたウェブは、添加剤なしで製造したウェブと、基本重量および有効繊維
直径がほぼ同じであった。実施例１〜８と同様に、個々のサンプルを切断し、液
体で湿潤し、乾燥させた。実施例１〜８と同様に、これらのサンプルから、円形
サンプルを切断し、濾過性能について評価した。二重反復評価の結果を平均し、
表２に示す。
【００６０】
【表２】 表２ フルオロケミカル添加剤Ａを用いた非水系処理の濾過性能に対する効果
【００６１】 表２のデータから、高い誘電率を有する液体は、より高い濾過性能の向上を示
す傾向があることがわかる。試験したサンプルすべてが、本発明による未処理の
比較例の改善もまた示した。
【００６２】 実施例１７〜２４および比較例Ｃ３〜Ｃ６ ＥＳＣＯＲＥＮＥ ３５０５Ｇポリプロピレン（Ｅｘｘｏｎ社から入手可能）
を使用して繊維を製造したことを除いては、実施例１〜８およびＣ１に関して記
載のように、ブロー成形プリプロピレン製ミクロファイバーウェブから実施例１
７〜２０および比較例Ｃ３〜Ｃ５のサンプルを作製した。実施例２１〜２４およ
びＣ５〜Ｃ６のサンプルが、米国特許第５，４１１，５７６号からのフルオロケ
ミカル添加剤「添加剤Ａ」を含有することを除いては、実施例１７〜２０および
Ｃ３〜Ｃ５と同じ手法で、ブロー成形ポリプロピレン製ミクロファイバーウェブ
から、実施例２１〜２４およびＣ５〜Ｃ６もまた別々に作製した。各ウェブの基
本重量は約５０〜６０グラム／平方メートルであり、サンプルの有効繊維直径は
約８〜９μｍであった。ポリプロピレン樹脂に対して、約１重量％のレベルで添
加剤を添加し、サンプルを約１４０℃で約１０分間アニールした。実施例１７〜
２４およびＣ３〜Ｃ６のすべてを、実施例１〜８およびＣ１の方法に従って処理
した。各サンプルに対して、ＱＦｉ値を決定した。
【００６３】 次いで、上述のように測定電荷密度についてウェブを評価した。
【００６４】
【表３】 表３ 分極後の測定電荷密度
【００６５】 表３のデータから、高い誘電率を有する液体で湿潤させたウェブは、高い測定
電荷密度と濾過性能の向上を示す傾向を有することが示されている。実施例２１
およびＣ６は、おそらく溶剤およびフルオロケミカル添加剤に関連する影響のた
めに、他の傾向（負の値および高い値それぞれ）に従っていない。
【００６６】 実施例２５〜２６ 実施例２５〜２６は、帯電ＢＭＦウェブに対する液体の表面張力の影響に関す
る。２種類の異なるブロー成形ミクロファイバーウェブのサイズ１１×２１イン
チ（５５．９センチメートル×２７．９センチメートル）のサンプルを、エタノ
ールと水との溶液で湿潤し、電荷生成に対する液体の表面張力の影響を調べた。
使用した２種類のウェブは以下の材料から製造された繊維を含有した。
【００６７】
【表４】 表４
【００６８】 表４の材料を用いて、実施例１の方法に従って、実施例２５および２６のサン
プルを作製した。最初に、各サンプルをプラスチック製またはアルミニウム製パ
ン中、エタノール約２００ｍｌで処理した。サンプルが完全に湿潤し、かつ実質
的にすべての閉じ込められた空気が確実に除去されるように、各サンプルを圧縮
した。次いで、そのパンに十分な水を加えて、８種類の指定表面張力：２４、２
６、２８、３０、３５、４０、５０または６０ダイン／センチメートルのうち１
つを達成した。指定表面張力それぞれについて、添加される水の所要量を、Ｒｅ
ｉｄ，ＰｒａｕｓｎｉｔｚおよびＳｈｅｒｗｏｏｄによるＴｈｅ Ｐｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓ ｏｆ Ｇａｓｅｓ ａｎｄ Ｌｉｑｕｉｄｓ，ｔｈｅｉｒ Ｅｓｔｉ
ｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（ｐ．６２２−６２４，３ｒｄ
ｅｄｉｔｉｏｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１
９７７）に示されるＳｚｙｓｚｋｏｗｓｋｉの式に基づいて決定した。調査した
表面張力と、それに関連するエタノール体積分率と、添加した水の量とを以下の
表５に示す。
【００６９】
【表５】 表５
【００７０】 水をパンに加えた後、サンプルを浸漬しながら約３０秒間圧縮し、放した。水
／エタノール溶液中にサンプルを約５分間放置し、次いでさらに約３０秒間圧縮
し、放した。さらに約５分間放置した後、サンプルを約３０秒間再度圧縮し、放
した。次いで、搾り機にサンプルを２回通して、余分な液体を除去し、ひもから
吊り下げて一晩乾燥させた。直径５．２５インチの円を３つ、各サンプルから切
断し、上述のＤＯＰ浸透および圧力低下試験を用いて、そのうち２つの円を濾過
性能について分析した。各条件対する平均の試験結果を以下の表６に示す（各平
均値は、２回の測定に基づく）。
【００７１】
【表６】 表６ 標準偏差を括弧内に示す。
【００７２】 フルオロケミカル添加剤を約１重量％含有し、約１４０℃で約１０分間アニー
ルした実施例２５のサンプルは、推定表面張力約３５〜約４０ダイン／センチメ
ートルを有する水／エタノール溶液に対して生じた最大品質係数に関するかなり
滑らかな曲線を有した。フルオロケミカル添加剤を含有しない実施例２６のサン
プルは、推定表面張力範囲約２４〜約２８ダイン／センチメートルに対して品質
係数のシャープな増大を示した。
【００７３】 実施例２６のサンプルに対する品質係数のシャープな変化は、おそらくウェブ
の表面エネルギーが原因である。添加剤なしで製造したポリプロピレンの表面エ
ネルギーは、約３０ダイン／ｃｍである。この値より低い表面エネルギーを有す
る液体は、フィルムとしてウェブにおける繊維を湿潤すると考えられるのに対し
て、この表面エネルギーを超える表面張力を有する液体は、搾り出しまたは乾燥
中にいくつかの箇所で液滴を形成する傾向があると考えられる。フルオロケミカ
ルを含有する実施例２５のサンプルは、添加剤が存在するため、実施例２６のサ
ンプルよりもかなり低い表面エネルギーを有すると思われる。実施例２５のサン
プルは、範囲２０ダイン／ｃｍ以下の表面エネルギーを有すると考えられる。し
たがって、それは、この実施例で調査したすべての表面張力よりも低く、表面張
力が変化するために、品質係数のシャープな変化が存在しないことの説明がつく
と考えられる。
【００７４】 背景に記載のものを含む、先に挙げた特許および特許出願は、すべて参照によ
り本明細書に組み込まれる。
【００７５】 本発明は、特に先に列挙していない要素がない条件でも適切に実施することが
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って、繊維状ウェブ２０を湿潤しかつ乾燥させる装置
１０の一部切断された概略側面図である。
【図２】 本発明に従って製造されたエレクトレットフィルター媒体を用い
ることができる濾過フェースマスク４０の例である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 101:20 Ｄ０６Ｍ 101:20 7/02 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マービン・イー・ジョーンズ アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 (72)発明者 セイド・エイ・アンガドジバンド アメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州セ ント・ポール、ポスト・オフィス・ボック ス33427 Ｆターム(参考） 2E185 AA07 BA16 CA03 CB16 CC33 CC72 4D019 AA01 BA13 BB03 BC01 BC05 BC07 CB04 CB06 DA01 4L031 AA14 AB34 BA33 BA36 BA37 CA09 DA00 4L047 AA14 AA27 CC12 CC16 DA00

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非導電繊維を含むウェブを、有効量の非水系極性液体で湿潤
    させるステップと、 前記湿潤させたウェブを実質的に乾燥させて、繊維状エレクトレットウェブを
    形成するステップとを含む、繊維状エレクトレットウェブを製造する方法。
  2. 【請求項２】 前記繊維状エレクトレットウェブが、永久電荷を示す、請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記繊維状エレクトレットウェブが、ミクロファイバーを含
    有する不織繊維状ウェブである、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ＤＯＰ浸透および圧力低下試験に従って試験した場合に、前
    記繊維状エレクトレットウェブが、少なくとも約０．４（ｍｍＨ２Ｏ）−１の品
    質係数を示すことが可能である、請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記繊維がフルオロケミカル添加剤を含有する、請求項１か
    ら４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ウェブを湿潤させるステップの前に、前記繊維状ウェブ
    をアニールするステップをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 前記非水系極性液体中に浸漬しながら、前記ウェブを圧縮し
    、圧縮されていない状態に前記ウェブを戻すことよって、前記非水系極性液体の
    流れを前記ウェブに向けることによって、前記非水系極性液体を通して音波エネ
    ルギーを前記ウェブに向けることによって、前記ウェブと接触しながら、前記非
    水系極性液体を加圧することによって、および／または前記非水系極性液体中に
    前記ウェブを浸漬することによって、前記ウェブを湿潤させる、請求項１に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 前記非水系極性液体が、メタノール、イソプロパノール、エ
    チレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニト
    リル、およびアセトンからなる群から選択される、請求項１から７のいずれか一
    項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 空気乾燥させる；ウェブを熱にさらすことによって乾燥させ
    る；ウェブを静的真空（ｓｔａｔｉｃ ｖａｃｕｕｍ）にさらすことによって乾
    燥させる；ウェブを加熱乾燥ガス流にさらすことによって乾燥させる；および／
    または非水系極性液体を機械的に除去することによって、前記ウェブを乾燥させ
    る、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記繊維が、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペ
    ンテン、またはこれらのポリマーのどちらも含有する、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記繊維が、油状ミスト性能強化添加剤を含有する、請求
    項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記非導電繊維が、約１０１６オーム・ｃｍ以上の体積抵
    抗率を有する、請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ウェブを、湿潤ステップの際に飽和させる、請求項１
    から１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 少なくとも着用者の鼻および口を覆うよう構成され、かつ
    フィルターとして請求項１に記載の繊維状エレクトレットウェブを含む濾過マス
    ク。
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