JP2011522101A - エレクトレット用帯電促進添加剤 - Google Patents

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Abstract

エレクトレット材料の帯電を促進することができる材料が開示される。材料は、以下の式のＮ置換アミノ炭素環式化合物を含む。Ｒ１Ｒ２Ｎ−Ａｒ（Ｇ）ｎ式中、Ａｒはアリール基であり、Ｒ１基は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキル、アルケニル、アルキニルであり、Ｒ２基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、各Ｇは独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル又は−ＮＲ３Ｒ４であり、式中、各Ｒ３は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、各Ｒ４は独立して、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ａｒは、ｎが５の場合フェニル基であり、ｎが７の場合ナフタレン基であり、ｎが９の場合アントラセン基である。
【選択図】なし

Description

本開示は、エレクトレットの帯電を促進する化合物に関する。
エレクトレットは、準永続的に電荷を示す誘電材料である。エレクトレットは、例えば、食品包装用フィルム、エアフィルタ、濾過用面体及び呼吸用マスクなどの種々のデバイスにおいて、並びにマイクロフォン、ヘッドフォン、及び静電記録装置などの電気音響的装置内の静電的要素として有用である。
エアゾール濾過に使用されるマイクロファイバーウェブの性能は、繊維に電荷を付与し、エレクトレット材料を形成することによって改善することができる。特に、エレクトレットはエアゾールフィルタにおける粒子捕捉を向上させるのに有効である。マイクロファイバーウェブ内にエレクトレット材料を形成するために、多くの方法が知られている。このような方法としては、例えば、メルトブローン繊維がダイオリフィスから出て、繊維が形成された時点で、電子又はイオンなどの帯電粒子と衝突させることが挙げられる。他の方法としては、例えば、ウェブが形成された後で、ＤＣコロナ放電によって繊維を帯電させること、又はカーディング及び／又はニードルタッキング（摩擦帯電）によって繊維マットへ電荷付与することが挙げられる。近年、ウォータージェット又は水滴のストリームが、濾過促進エレクトレット電荷（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｃｈａｒｇｅ）を提供するのに十分な圧力で不織ウェブに衝突する方法（ハイドロチャージング）が議論されてきた。
エレクトレット材料の帯電を促進することができる材料が開示される。材料は、以下の式のＮ置換アミノ炭素環式化合物を含む。Ｒ１Ｒ２Ｎ−Ａｒ（Ｇ）ｎ式中、Ａｒはアリール基であり、Ｒ１基は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ｒ２基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、各Ｇは独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル又は−ＮＲ３Ｒ４であり、式中、各Ｒ３は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、各Ｒ４は独立して、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ａｒは、ｎが５の場合にはフェニル基であり、ｎが７の場合にはナフタレン基であり、ｎが９の場合にはアントラセン基である。
エレクトレット材料の帯電を促進することができる化合物が開示される。帯電促進化合物は、Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族化合物である。これらの化合物は熱安定度が高いため、ホットメルト加工を含む使用に好適なものとなる。
用語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、「少なくとも１つの」と同じ意味で用いられ、記載された要素の１つ以上を意味する。
用語「アルキル」とは、飽和炭化水素であるアルカンのラジカルである一価の基を意味する。アルキルは、直鎖状、分枝状、環状、又はこれらの組み合わせであることができ、典型的には１〜２０個の炭素原子を有する。いくつかの実施形態では、アルキル基は、１〜１８個、１〜１２個、１〜１０個、１〜８個、１〜６個、又は１〜４個の炭素原子を含有する。アルキル基の例としては、限定されないが、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、第３ブチル（ｔ−ブチル）、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、シクロヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、及びエチルヘキシルが挙げられる。
用語「アルケニル」とは、少なくとも１個の炭素−炭素二重結合を備えた炭化水素であるアルケンのラジカルである一価の基を意味する。アルケニルは、直鎖、分岐鎖、環状、又はそれらの組み合わせであることができ、典型的には、２〜２０個の炭素原子を含有する。いくつかの実施形態では、アルケニルは、２〜１８個、２〜１２個、２〜１０個、４〜１０個、４〜８個、２〜８個、２〜６個、又は２〜４個の炭素原子を含有する。代表的なアルケニル基としては、エテニル、ｎ−プロペニル、及びｎ−ブテニルが挙げられる。
用語「アルキニル」とは、少なくとも１個の炭素−炭素３重結合を備えた炭化水素であるアルキンのラジカルである一価の基を意味する。アルキニルは、直鎖、分枝状、環状、又はこれらの組み合わせであってよく、典型的には、２〜２０個の炭素原子を含有する。いくつかの実施形態では、アルキニルは、２〜１８個、２〜１２個、２〜１０個、４〜１０個、４〜８個、２〜８個、２〜６個、又は２〜４個の炭素原子を含有する。代表的アルキニル基としては、エチニル、ｎ−プロピニル、及びｎ−ブチニルが挙げられる。
用語「ヘテロアルキル」とは、ヘテロ原子を含有するアルキル基を意味する。これらヘテロ原子は側枝原子、例えばフッ素、塩素、臭素若しくはヨウ素のようなハロゲンであるか、又は窒素、酸素、若しくはイオウのような鎖状原子であってよい。ヘテロアルキル基の一例は、−ＣＨ２ＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎＯＣＨ２ＣＨ３などのポリオキシアルキル基である。
用語「置換アルキル」とは、炭化水素主鎖に沿って置換基を含有するアルキル基を意味する。これらの置換基は、アルキル基、ヘテロアルキル基又はアリール基であってよい。置換アルキル基の一例は、ベンジル基である。
用語「アリール」とは、１〜５個の環（連結又は縮合していてよい）を含有するラジカルである芳香族炭素環基を意味する。アリール基は、アルキル基又はヘテロアルキル基によって置換されてよい。アリール基の例としては、フェニル基、ナフタレン基、及びアントラセン基が挙げられる。
用語「Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族」とは、炭素環式基、すなわち内部の環状構造が炭素原子及び水素原子のみを含有し、つまり連結又は縮合し得る１〜５個の環を含有するラジカルであって、少なくとも１つの置換アミノ基によって置換された環状基を意味する。置換アミノ基は、−ＮＲ１Ｒ２型の基であり、式中、Ｒ１基は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ｒ２基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルである。
用語「ポリマー」及び「ポリマー材料」とは、１種のモノマーから調製した材料、例えばホモポリマー、又は２種若しくはそれ以上のモノマーから調製した材料、例えばコポリマー、ターポリマーなど、の両方を意味する。同様に、用語「重合させる」とは、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマーなどであり得る高分子物質の作製プロセスを意味する。用語「共重合体」及び「共重合材料」とは、少なくとも２種類のモノマーから調製したポリマー材料を意味する。
用語「室温」及び「周囲温度」は、同じ意味で用いられ、２０℃〜２５℃の範囲の温度を意味する。
本明細書で使用する場合、用語「ホットメルト加工性」とは、例えば、熱及び圧力によって固体から粘稠な流体へと変化することができる組成物を意味する。組成物は、実質的に化学的に変化したり、分解したり、あるいは目的とした用途に使用不能になったりすることなく、ホットメルト加工が可能でなければならない。
指示がない限り、明細書及び請求項に使用される外観の寸法、量、物理的特性を表す全ての数字は、用語「約」によって全ての事例において改変されると理解されたい。したがって、反対に指定されるまで、本明細書の数字は、本明細書で開示される教示を使用する所望の特性によって変化し得る近似値である。
帯電促進添加剤は、Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料である。典型的には、帯電促進添加剤は熱的に安定であるため、ホットメルト加工性組成物に使用するのに好適なものとなる。Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料は、一般に以下の式Ｉにより示すことができる。
Ｒ１Ｒ２Ｎ−Ａｒ（Ｇ）ｎ
式Ｉ
式中、Ａｒはアリール基であり、Ｒ１基は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ｒ２基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、ｎは、Ｎ−置換アミノアリール基において置換される場所の数を示す整数であり、Ｇは、Ｎ−置換アミノアリール基における置換基を示し、各Ｇは独立して、水素、アルキルアルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル、又は、−ＮＲ３Ｒ４（式中、Ｒ３は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ｒ４基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル又は置換アルキルである）であってよい。いくつかの実施形態では、式ＩのＡｒはフェニル基であり、ｎは５である。他の実施形態では、式ＩのＡｒはナフタレン基であり、ｎは７である。他の実施形態では、式ＩのＡｒはアントラセン基であり、ｎは９である。
有用なＮ−置換アミノ炭素環式芳香族材料の種類の１つには、式ＩＩで記載されるものがあり、式中、Ｚ１及びＺ２は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は−ＮＲ３Ｒ４（式中、Ｒ３は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ｒ４基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル又は置換アルキルである）である。Ｒ１基は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ｒ２基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルである。Ｚ１基及びＺ２基は、炭素環式芳香環上の任意の場所に位置してもよいが、典型的には、置換アミノ基に対して３、５位に位置する。
Figure 2011522101
式ＩＩで記載される材料に含まれる好適な電荷促進添加剤の種類の１つとしては、例えば、式ＩＩ中のＺ１基及びＺ２基が、芳香環の３位及び５位に位置する−ＮＲ３Ｒ４基であるものが挙げられ、式中、Ｒ３は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、Ｒ４基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルである。場合によっては、芳香環の置換は対称であり、これは−ＮＲ１Ｒ２基及びＺ１及びＺ２（存在するのであれば）のそれぞれが同一であることを意味する。いくつかの実施形態では、Ｒ１は水素であり、Ｒ２はアリール基である。典型的には、Ｒ２は、置換アリール基であり、式中、置換基は２〜２５個の炭素原子を有するアルキル基である。いくつかの実施形態では、Ｒ２は、２〜２５個の炭素原子、又は１０〜２５個の炭素原子、又は更には１２〜２５個の炭素原子を有するアルキル基で置換されるフェニル基である。これらの実施形態のいくつかでは、Ｒ３がＲ１と同一であり、Ｒ４がＲ２と同一である場合には、Ｚ１及びＺ２は−ＮＲ３Ｒ４基である。そのような帯電促進添加剤の２つの例を、以下の式ＩＩＩ及び式ＩＶとして示される。
Figure 2011522101
式ＩＩで記載される材料に含まれる帯電促進添加剤の他の好適な種類としては、例えば、Ｚ１基が水素であり、Ｚ２基が−ＮＲ３Ｒ４であるようなものが挙げられ、式中、Ｒ１及びＲ３は水素であり、Ｒ２及びＲ４はアリール基である。典型的には、Ｒ２及びＲ４は、置換基が１〜２５個の炭素原子を有するアルキル基である場合、置換アリール基である。いくつかの実施形態では、Ｒ２及びＲ４は、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基で置換されるフェニル基である。他の実施形態では、Ｒ２及びＲ４は、５〜２５個の炭素原子、又は１０〜２５個の炭素原子、又は更には１２〜２５個の炭素原子を有するアルキル基で置換されるフェニル基である。そのような帯電促進添加剤の一例が、以下の式Ｖとして示される。
Figure 2011522101
帯電促進添加剤は、熱可塑性樹脂とブレンドされ、ホットメルト加工され、エレクトレットウェブのような有用な物品を形成し得る。本開示で有用な熱可塑性樹脂としては、ウェブに形成し帯電させた際に、多量の捕捉された静電荷を保持することが可能な、任意の熱可塑性非導電性ポリマーが挙げられる。典型的には、このような樹脂は、使用目的での温度で、１０１４オームｃｍより大きいＤＣ（直流）固有抵抗を有する。捕捉電荷を得ることができるポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリ−４−メチル−１−ペンテンなどのポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリラクチドなどのポリエステル類、及びペルフルオロ化ポリマー類、並びにコポリマー類が挙げられる。特に有用な材料としては、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、これらのブレンド、又はプロピレン及び４−メチル−１−ペンテンのうち少なくとも１つから形成されるコポリマー類が挙げられる。
典型的には、帯電促進添加剤は、熱可塑性樹脂及び帯電促進添加剤ブレンド中に、ブレンドの総重量を基準として０．１〜５重量％の範囲の量で存在する。いくつかの実施形態では、帯電促進添加剤は、０．１〜３重量％、又は０．２５〜２重量％の範囲の量で存在する。
熱可塑性樹脂及び帯電促進添加剤のブレンドは、周知の方法により調製することができる。典型的には、ブレンドは溶融押出技術を使用して加工されるので、ブレンドがバッチプロセスにて事前にブレンドされてペレットを形成したり、又は熱可塑性樹脂及び帯電促進添加剤が連続プロセスにて押出成形機内で混合されたりしてよい。連続プロセスが使用される場合、熱可塑性樹脂及び帯電促進添加剤を固体として予め混合してもよく、又は個別に押出成形機へと加え、溶融状態で混合させることも可能である。
事前ブレンドペレットを形成するために使用してよい溶融混合機の例としては、分散混合、分配混合、又は分散混合及び分配混合の組み合わせを提供するようなものが挙げられる。バッチ法の例としては、ＢＲＡＢＥＮＤＥＲ（例えば、Ｃ．Ｗ．Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．；Ｓｏｕｔｈ Ｈａｃｋｅｎｓａｃｋ，ＮＪから市販されているＢＲＡＢＥＮＤＥＲ ＰＲＥＰ ＣＥＮＴＥＲ）又はＢＡＮＢＵＲＹ内部混合及びロールミル装置（例えば、Ｆａｒｒｅｌ Ｃｏ．；Ａｎｓｏｎｉａ，ＣＴから入手可能な装置）を使用するものが挙げられる。バッチ混合後、生成された混合物を直ちにクエンチし、後で加工するために混合物の融解温度未満で保管してよい。
連続法の例として、一軸スクリュー押出成形、二軸スクリュー押出成形、ディスク押出成形、往復式一軸スクリュー押出成形、及びピンバレル一軸押出成形が挙げられる。連続法としては、キャビティトランスファーミキサー（例えば、Ｓｈｒｅｗｓｂｕｒｙ，ＥｎｇｌａｎｄのＲＡＰＲＡ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｔｄ．から市販されているＣＴＭ）及びピン混合要素、静的混合要素又は分配混合要素（例えば、ＭＡＤＤＯＣＫ混合要素又はＳＡＸＴＯＮ混合要素から市販されている）との両方を利用するものが挙げられる。
バッチプロセスにより調製された事前ブレンドペレットを押し出すために使用してよい押出機の例としては、連続加工について前述した同一タイプの装置が挙げられる。有用な押出成形条件は、一般的には、添加剤なしで樹脂を押出成形するのに好適であるものである。
熱可塑性樹脂及び帯電促進添加剤の押し出されたブレンドは、フィルム若しくはシートへとキャスト又はコーティングされるか、あるいは既知の技術を使用して不織繊維ウェブへとメルトブローされてよい。メルトブロー不織マイクロファイバーウェブは、濾材として特に有用である。
メルトブロー不織マイクロファイバーのエレクトレットフィルタは、濾過用接顔部などの呼吸用マスクのエアフィルタ要素として、あるいは家庭用及び工業用空調機、空気清浄機、真空掃除機、医療用エアラインフィルタ、乗り物用空調システム、並びにコンピュータ、コンピュータディスクドライブ、及び電子機器などの一般的装置用空調システムなどの目的のために、特に有用である。マスクの用途においては、エレクトレットフィルタは、成形された又は折り畳まれた半面のマスク、取り換え可能なカートリッジ若しくはキャニスター又は前置フィルタの形態であってよい。
本開示において有用なメルトブローマイクロファイバーは、Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅの「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．４８，ｐｐ．１３４２〜１３４６）、及びＮａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓのリポート番号４３６４（１９５４年５月２５日発行）、表題「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｆｉｎｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」（Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅ ｅｔ ａｌ．）に記載されるように調製することができる。
繊維エレクトレットフィルタのための有用なメルトブローマイクロファイバーは、Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ．「Ｔｈｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｄｕｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ １Ｂ，１９５２に記載の方法に従って計算され、典型的には、約３〜３０マイクロメートルの有効繊維直径を有し、いくつかの実施形態では、約７〜１５マイクロメートルの有効繊維直径を有する。
ステープルファイバーもまた、ウェブ内に存在してよい。一般的に、ステープルファイバーが存在することで、ブローマイクロファイバーのみからなるウェブよりも、より嵩高でより密度の小さいものとなる。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、より好ましくは約７０重量％以下である。ステープルファイバーを構成するウェブの例は、米国特許第４，１１８，５３１号（Ｈａｕｓｅｒ）に開示されている。
活性炭又はアルミナなどの吸着粒子材料もまたウェブ内に含まれてよい。このような粒子は、ウェブ内容物の約８０容積百分率以下の量で存在する。粒子充填ウェブの例は、例えば米国特許第３，９７１，３７３号（Ｂｒａｕｎ）、同第４，１００，３２４号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）及び同第４，４２９，００１号（Ｋｏｌｐｉｎ ｅｔ ａｌ．）に記載されている。
様々な追加の添加剤を、熱可塑性組成物（例えば、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤及びこれらの組み合わせを含む）とブレンドすることができる。
本開示に従って調製されたエレクトレット濾材は一般的に、約１０〜５００ｇ／ｃｍ２の範囲の坪量を有し、いくつかの実施形態では、約１０〜１００ｇ／ｃｍ２の範囲の坪量を有する。メルトブローマイクロファイバーウェブの作製において、坪量は、例えばコレクター速度又はダイスループットのいずれかを変化させることによりコントロールすることができる。濾材の厚さは、典型的には約０．２５〜２０ミリメートルであり、いくつかの実施形態では約０．５〜２ミリメートルである。通常、多層繊維エレクトレットウェブは、フィルタ要素に使用される。繊維エレクトレットウェブの固体性は、典型的には約１％〜２５％、より典型的には約３％〜１０％である。固体性は、ウェブの固体部分を画定する単位のないパラメータである。一般に本開示の方法は、媒体の坪量、厚さ、又は固体性に関わりなく、エレクトレットウェブに、概して均一な電荷分布をウェブ全域にわたって提供する。エレクトレット濾材及びそこから製造される樹脂へは、その電気伝導率を増大させ得るあらゆる不必要な処理、例えば、電離放射線、ガンマ線、紫外線照射、熱分解、酸化等への曝露を施してはならない。
エレクトレットウェブは、それが形成された時点で帯電されてよく、あるいはウェブはウェブ形成後に帯電されてもよい。エレクトレット濾材において、濾材は一般的に、ウェブが形成された後で帯電される。一般的に、当該技術分野において既知の任意の標準的な帯電方法を使用してよい。例えば、帯電は、ハイドロチャージングなどの様々な方法で実施してよい。ＤＣコロナ放電とハイドロチャージングとの組み合わせも使用され得る。
好適なＤＣコロナ放電プロセスの例は、米国再発行特許第３０，７８２号（ｖａｎ Ｔｕｒｎｈｏｕｔ）、同第３１，２８５号（ｖａｎ Ｔｕｒｎｈｏｕｔ）、同第３２，１７１号（ｖａｎ Ｔｕｒｎｈｏｕｔ）、米国特許第４，２１５，６８２号（Ｄａｖｉｓ ｅｔ ａｌ．）、同第４，３７５，７１８号（Ｗａｄｓｗｏｒｔｈ ｅｔ ａｌ．）、同第５，４０１，４４６号（Ｗａｄｓｗｏｒｔｈ ｅｔ ａｌ．）、同第４，５８８，５３７号（Ｋｌａａｓｅ ｅｔ ａｌ．）、及び同第４，５９２，８１５号（Ｎａｋａｏ）に記載されている。
ウェブのハイドロチャージングは、ウェブに濾過促進エレクトレット帯電（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｃｈａｒｇｅ）を提供するのに十分な圧力で、水の噴流又は水滴流をウェブ上へと衝突させることによって実施される。最適な結果を達成するために必要となる圧力は、使用する噴霧器の種類、ウェブを形成するポリマーの種類、ポリマーへの添加剤の種類及び濃度、ウェブの厚さ及び密度、並びにハイドロチャージングに先立つＤＣコロナ表面処理などの前処理の実施の有無によって変化する。一般的に、約１０〜５００ｐｓｉ（６９〜３４５０ｋＰａ）の範囲の圧力が好適である。
水の噴流又は水滴のストリームは、いずれかの好適なスプレー手段により提供され得る。一般的に、油圧駆動により交絡加工した繊維に有用な装置が、本開示の方法において有用であるが、作動は一般的に水流交絡にて使用される場合よりも低圧にてハイドロチャージング中に実施される。ハイドロチャージングは、米国特許第５，４９６，５０７号（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）に記載された方法、並びに流体ウエッティング及びディウェッティングプロセスを使用して、エレクトレット電荷を付与するための、その他の各種派生的方法、例えば、日本特許出願第２００２１６１４６７号（Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ）、同第２００２１７３８６６号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００２１１５１７７号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００２３３９２３２号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００２１６１４７１号（Ｔａｋｅｄａ）、日本特許第３，７８０，９１６号（Ｔａｋｅｄａ）、日本特許出願第２００２１１５１７８号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００３０１３３５９号（Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ）、米国特許第６，９６９，４８４号（Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ）、同第６，４５４，９８６号（Ｅｉｔｚｍａｎ）、日本特許出願第２００４０６０１１０号（Ｍａｓｕｍｏｒｉ）、同第２００５１３１４８５号（Ｋｏｄａｍａ）、及び同第２００５１３１４８４号（Ｋｏｄａｍａ）に記載されている方法が包含されると理解されている。
濾過性能をモデル化するために、様々な試験プロトコルが開発されてきた。これらの試験は、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）などの標準的忌避エアゾールを使用したフィルタウェブのエアゾール浸透の測定を含み、これは通常、フィルタウェブを抜けるエアゾール浸透（％ Ｐｅｎ）及びフィルタウェブにわたる圧力低下（ΔＰ）として表現される。これら２つの測定値から、品質係数（ＱＦ）として知られている量が、次の等式によって計算され得る。
ＱＦ＝−ｌｎ（％ Ｐｅｎ／１００）／ΔＰ
式中、Ｉｎは自然対数を表す。ＱＦ値が大きい場合、濾過性能がより高いことを示し、ＱＦ値の低下は、濾過性能の低下と有効な相関関係がある。これらの値の測定についての詳細は、実施例の項目で示す。典型的には、本開示の濾材は、毎秒６．９ｃｍの面速度にて０．３以上の測定ＱＦ値を有する。
これらの実施例は単にあくまで例示を目的としたものであり、添付した特許請求の範囲の範囲に限定するものではない。特に記載のない限り、実施例及びこれ以降の明細書に記載される部、百分率、比率等は全て重量による使用した溶媒類及びその他の試薬類は、特に記載のない限り、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷｉｓｃｏｎｓｉｎのＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙより入手した。
Figure 2011522101
試験方法
濾過試験
サンプルについて％ＤＯＰエアゾール浸透（％ Ｐｅｎ）及び圧力降下（ΔＰ）の試験をし、品質係数（ＱＦ）を計算した。不織マイクロファイバーウェブの濾過性能（％ ＰＥＮ及びＱＦ）は、自動フィルタ試験機ＡＦＴ型式８１２７（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮのＴＳＩ，Ｉｎｃ．から入手可能）を使用し、忌避エアゾールとしてのジオクチルフタレート（ＤＯＰ）及びフィルタにわたる圧力降下（ΔＰ（水柱ｍｍ））を測定するＭＫＳ圧力変換器を使用して評価した。ＤＯＰエアゾールは、１００ｍｇ／ｍ３の上流側濃度を有する、名目上、単分散の０．３マイクロメートル質量中央径である。このエアゾールを、エアゾールイオン化装置を停止させ、４２．５リットル／分の較正流量（６．９ｃｍ／秒の面速度）で濾材のサンプルを通して噴出した。総試験時間は、２３秒であった（立ち上がり時間１５秒、サンプル時間４秒、及びパージ時間４秒）。ＤＯＰエアゾールの濃度は、濾材の上流側と下流側の両方にて、較正した光度計を使用して、光散乱により測定した。ＤＯＰ ％ Ｐｅｎは、次のように定義される。％ Ｐｅｎ＝１００×（ＤＯＰ下流側濃度／ＤＯＰ上流側濃度）各材料について、６個の別個の測定をＢＭＦウェブ上の異なった箇所で行い、結果を平均した。
次式によりＱＦを計算するために、％ Ｐｅｎ及びΔＰを使用した。
ＱＦ＝−ｌｎ（％ Ｐｅｎ／１００）／ΔＰ
式中、Ｉｎは自然対数を表す。ＱＦ値が大きい場合、濾過性能がより高いことを示し、ＱＦ値が小さい場合には、濾過性能の低下と完全な相関関係があることを示す。
元素分析：
元素分析サンプルを、ＬＥＣＯ ９３２ ＣＨＮＳ元素分析器（ＬＥＣＯ Ｃｏｒｐ．，Ｓｔ．Ｊｏｓｅｐｈ，ＭＩ）を使用し、燃焼によって、炭素、水素、及び窒素の重量％について分析した。サンプルは、３重にして試験を行った。また、較正チェックを行うためにスルファメサジン標準を使用した。それぞれ個々の試験の結果を、計算した平均値及び標準偏差とともに示す。
熱安定性分析：
帯電促進添加剤サンプルの熱安定性は、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，Ｄｅｌａｗａｒｅから入手可能な熱重量分析器（ＴＧＡ）型式２９５０で測定した。約５〜１０ミリグラムの材料をＴＧＡ内に配置し、室温から５００℃まで、１０℃／分の速度にて、空気雰囲気下で、重量喪失を測定しながら加熱した。結果は、２％の重量喪失が起こる温度として示される。
実施例
実施例１：１，３，５−トリス（４−ｎ−ドデシルアニリノ）ベンゼンの調製
Figure 2011522101
磁気攪拌子が取付けられた三つ口丸底フラスコに、フロログルシン二水和物（６．６３グラム、９７％）、４−ドデシルアニリン（３６．４０グラム、９７％）及びヨウ素（０．１３グラム、９９％）、並びにトルエン（３０ミリリットル）を載置した。フラスコをディーン・スタークトラップ及び凝縮器に備えた後、続けて一定の攪拌下で１３０℃で１２時間加熱した。反応混合物の温度を約６０℃まで冷却させた（反応混合物が粘稠な液体になった）後、反応混合物を２００ミリリットルのエタノールにゆっくりと注入して沈殿させた。濾過することで、沈殿を桃色の固体として得た。一晩、５０℃の真空下（２７ｍｍＨｇ）で乾燥した後、エタノール（各１５０ミリリットル）で２回再結晶化して、３１．０グラムの所望の生成物（収率８７．８％）を明桃色の粉末として得た。以下の結果とともに、元素分析及び１Ｈ ＮＭＲスペクトルを得た。元素分析：（計算値：Ｃ，８４．１５；Ｈ，１０．９５；Ｎ，４．９１；実測値：Ｃ，８４．２８；Ｈ，１０．８６；Ｎ，４．８５）；１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ ＣＤＣｌ３）δ７．０７（ｄ，Ｊ＝８．３２Ｈｚ，６Ｈ），７．０２（ｄ，Ｊ＝８．３２Ｈｚ，６Ｈ），６．２１（ｓ，３Ｈ），５．５１（ｓ，３Ｈ），２．５３（ｔ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，６Ｈ），１．６５−１．５０（ｍ，６Ｈ），１．２８−１．１５（ｍ，５４Ｈ），０．８８（ｔ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，９Ｈ）。上述の熱安定性試験方法を使用して、熱安定性を測定した。結果を下記の表１に示す。
実施例２：１，３，５−トリス（４−ｎ−ブチルアニリノドデシルアニリノ）ベンゼンの調製
Figure 2011522101
磁気攪拌子が取付けられた三つ口丸底フラスコに、フロログルシン二水和物（２０．００グラム、９７％）、４−ブチルアニリン（７３．６３グラム、９７％）及びヨウ素（０．４０グラム、９９％）を載置した。フラスコをディーン・スタークトラップ及び凝縮器に備えた後、続けて一定の攪拌下で１５０℃で２０時間加熱した。反応混合物の温度を約６０℃まで冷却させた（反応混合物が粘稠な液体になった）後、反応混合物を２００ミリリットルのエタノールにゆっくりと注入して沈殿させた。濾過することで、沈殿を桃色の固体として得た。一晩、５０℃の真空下（２７ｍｍＨｇ）で乾燥した後、エタノールで再結晶化して、帯電促進添加剤−２（４２．０グラム、収率６７．５％）を明桃色の粉末として得た。以下の結果とともに、元素分析及び１Ｈ ＮＭＲスペクトルを得た。元素分析：（計算値：Ｃ，８３．１９；Ｈ，８．７３；Ｎ，８．０８；実測値：Ｃ，８３．０８；Ｈ，８．７９；Ｎ，８．００）；１ＨＮＭＲ（４００ＭＨｚ ＣＤＣｌ３）δ７．０８（ｄ，Ｊ＝８．２４Ｈｚ，６Ｈ），７．０２（ｄ，Ｊ＝８．２４Ｈｚ，６Ｈ），６．２１（ｓ，３Ｈ），５．５１（ｓ，３Ｈ），２．５５（ｔ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，６Ｈ），１．６５−１．５３（ｍ，６Ｈ），１．４０−１．３０（ｍ，６Ｈ），０．９３（ｔ，Ｊ＝７．６０Ｈｚ，９Ｈ）。上述の熱安定性試験方法を使用して、熱安定性を測定した。結果を下記の表１に示す。
実施例３：１，３−ビス（４−ｎ−ドデシルアニリノ）ベンゼンの調製
Figure 2011522101
磁気攪拌子が取付けられた三つ口丸底フラスコに、レゾルシノール（５．８３グラム、９８％）、４−ドデシルアニリン（３０．００グラム、９７％）及びヨウ素（０．１５グラム、９９％）を載置した。フラスコを凝縮器に取付け、Ｎ２でフラッシングして空気を除去した後、フラスコを油槽に載置した。油を加熱し、混合物が液体になったら、電磁攪拌器を作動させた。混合物を一定攪拌下で２４時間１９０℃で加熱した。室温まで冷却しながら反応混合物を固化し、エタノール（６０ミリリットル）をフラスコに加えた。フラスコを再加熱し、５分間混合物を沸騰させた。得られた溶液を一晩冷蔵室に載置して、濾過により収集された暗赤色の固体が得られた。アセトン（１００ミリリットル）に溶解し、活性炭（２．０グラム）を加えることで、変色を除去した。このように処理された固体を、塩化メチレンを溶出溶媒として使用して、シリカゲル（７０〜１５０メッシュ、Ａｌｆａ Ａｅｓａｒから市販されている）に通過させることにより、クロマトグラフィによって更に精製した。ロータリーエバポレーターを使用して溶媒を除去し、一晩、５０℃の真空（２７ｍｍＨｇ）下で固体を乾燥した後、明淡色の粉末（６．５０グラム、収率２０．６％）として純生成物を得た。以下の結果とともに、元素分析及び１ＨＮＭＲスペクトルを得た。元素分析：（計算値：Ｃ，８４．５０；Ｈ，１０．８１；Ｎ，４．６９；実測値：Ｃ，８４．６４；Ｈ，１０．５２；Ｎ，４．６９）；１ＨＮＭＲ（４００ＭＨｚ ＣＤＣｌ３）δ７．１０−７．０５（ｍ，５Ｈ），７．０２（ｄ，Ｊ＝８．３６Ｈｚ，４Ｈ），６．６７（ｓ，１Ｈ），６．５５（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，２Ｈ），５．５８（ｂｓ，２Ｈ），２．５４（ｔ，Ｊ＝７．８４Ｈｚ，４Ｈ），１．６５−１．５０（ｍ，４Ｈ），１．４０−１．２０（ｍ，３６Ｈ）、０．９３（ｔ，Ｊ＝７．８４Ｈｚ，６Ｈ）。上述の熱安定性試験方法を使用して、熱安定性を測定した。結果を下記の表１に示す。
Figure 2011522101
実施例４〜１２及び比較例Ｃ１〜Ｃ６
実施例及び比較例の各々について、後述の手順が続く。これらの実施例のデータは、表２及び表３にて示されている。
工程Ａ−マイクロファイバーウェブの調製
各実施例において、上述の帯電促進添加剤（実施例１〜３のうち）の１つを選択し、表２に示される濃度の２等級のポリプロピレンのうちの１つと乾式ブレンドし、そのブレンドを、Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅ「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．４８，ｐｐ．１３４２〜１３４６及びＮａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｒｅｐｏｒｔ １１１４３７（Ａｐｒ．１５，１９５４）に記載されるように押し出した。押出温度は、約２５０℃〜３００℃の範囲であり、押出成形機はＢＲＡＢＥＮＤＥＲ円錘二軸スクリュー押出成形機（Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から市販されている）であり、約２．５〜３ｋｇ／時（５〜７ポンド／時）の速度で稼働させた。ダイの幅は２５．４ｃｍ（１０インチ）であり、１ｃｍ当たり１０個の穴（１インチ当たり２５個の穴）があった。４９〜９７ｇ／ｍ２の坪量、７．３〜１４．１マイクロメートルの有効繊維直径、及び約０．７１〜１．５５ミリメートルの厚さを有するメルトブローマイクロファイバー（ＢＭＦ）ウェブが形成された。
同様に、各比較例において、帯電促進添加剤は加えず、実施例のウェブと対応する同じ等級のポリプロピレンからＢＭＦウェブを調製した。各実施例について、特定のウェブ特性を表２にまとめる。
工程Ｂ−エレクトレット調製：
上述の工程Ａで調製した各ＢＭＦウェブを、ハイドロチャージング、又はコロナ前処理及びハイドロチャージングの組み合わせという２つのエレクトレット帯電法のうちの１つによって帯電させた。各サンプルに適用される特定の帯電法について、表２にまとめる。
帯電法１−ハイドロチャージング：
５マイクロＳ／ｃｍ未満の伝導度を有する高純度水の微細スプレーを、８９６キロパスカル（１３０ｐｓｉｇ）の圧力及び約１．４リットル／分の流量で稼動するノズルから連続的に発生させた。工程Ａにて調製し選択したＢＭＦウェブを、多孔質ベルトによって、約１０ｃｍ／秒の速度で水噴霧を通過させて搬送しながら、同時にウェブを通して水を下方から真空引きした。各ＢＭＦウェブは、ハイドロチャージャーへ２回通し（連続して、各面に対して１回）、次にフィルタ試験に先だって一晩完全に乾燥させた。
帯電法２−コロナ前処理及びハイドロチャージング：
ＤＣコロナ放電によって、上述の工程Ａで調製された選択されたＢＭＦウェブを前処理した。コロナ前処理は、毎秒約３ｃｍの速度で、放電ソース長１ｃｍ当たり約０．０１ミリアンペアのコロナ電流を備えたコロナブラシソースの下に、接地表面上のウェブを通過させることによって行った。コロナソースは、その上をウェブが搬送される接地表面上約３．５ｃｍにある。コロナソースは、正の直流電圧によって駆動した。次に、ＢＭＦウェブを、帯電法１に記載されるようなハイドロチャージングによって帯電させた。
濾過性能：
上記の工程Ｂで調製した各帯電したサンプルを、１メートルの切片に切断した。各切片を、％ＤＯＰエアゾール浸透（％ Ｐｅｎ）及び圧力低下（ΔＰ）について試験し、品質係数（ＱＦ）を上述の試験方法に記載する通りに算出した。これらの結果を、％ Ｐｅｎ、ΔＰ及びＱＦとして以下の表３にまとめる。
Figure 2011522101
Figure 2011522101

Claims (7)

  1. 以下の構造（ａ）のＮ−置換アミノ炭素環式芳香族化合物を含む材料。
    （ａ）
    Ｒ１Ｒ２Ｎ−Ａｒ（Ｇ）ｎ
    式中、Ａｒはアリール基であり、
    Ｒ１基は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、
    Ｒ２基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、
    各Ｇは独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル又は
    −ＮＲ３Ｒ４であり、式中、各Ｒ３は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、各Ｒ４は独立して、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、
    Ａｒは、ｎが５の場合にはフェニル基であり、ｎが７の場合にはナフタレン基であり、又はｎが９の場合にはアントラセン基である。
  2. Ａｒはフェニル基又はナフタレン基であり、
    Ｒ１は水素であり、
    Ｒ２は、２〜２５個の炭素原子を含むアルキル置換基を有するアリール基であり、
    ｎは５又は７に等しく、
    少なくとも１つのＧは、−ＮＲ３Ｒ４に等しく、式中、各Ｒ３は水素であり、各Ｒ４は、２〜２５個の炭素原子を含むアルキル置換基を有するアリール基であり、残りのＧ基は水素に等しい、請求項１に記載の材料。
  3. Ａｒはフェニル基であり、
    Ｒ１は水素であり、
    Ｒ２は、２〜２５個の炭素原子を含むアルキル置換基を有するアリール基であり、
    ｎは５に等しく、
    Ｇ基のうちの３つは水素に等しく、２つのＧ基は−ＮＲ３Ｒ４に等しく、式中、各Ｒ３は水素であり、各Ｒ４はＲ２と同一である、請求項１に記載の材料。
  4. Ａｒはフェニル基であり、
    Ｒ１は水素であり、
    Ｒ２は、２〜２５個の炭素原子を含むアルキル置換基を有するアリール基であり、
    ｎは５に等しく、
    Ｇ基のうちの４つは水素に等しく、１つのＧ基は−ＮＲ３Ｒ４であり、式中、各Ｒ３は水素であり、各Ｒ４はＲ２と同一である、請求項１に記載の材料。
  5. 前記Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料は、以下の構造（ｂ）の化合物を含む、請求項１に記載の材料。
    （ｂ）
    Figure 2011522101
    式中、Ｚ１及びＺ２は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は−ＮＲ３Ｒ４であり、各Ｒ３は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、
    各Ｒ４は独立して、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、
    Ｒ１は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルであり、
    Ｒ２は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル又は置換アルキルである。
  6. 前記Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料は、以下の構造（ｃ）〜（ｅ）による構造の化合物を含む、請求項１に記載の材料。
    （ｃ）
    Figure 2011522101
    （ｄ）
    Figure 2011522101
    （ｅ）
    Figure 2011522101
  7. 前記材料は、ホットメルト加工によって加工可能である、請求項１に記載の材料。
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