JP2016538430A - エレクトレットナノファイバーウェブ - Google Patents

Abstract

本発明は、改良された機械的強度を与える様々な繊維直径を有する単一ソースのランダムに混ざり合わされた繊維ネットワークを含むエレクトレットナノファイバーウェブに関する。

Description

本出願は、２０１３年１０月２１日付けで出願された米国仮特許出願第６１／８９３，３２１号明細書の優先権の利益を主張するものであり、すべての開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、改良された機械的強度を与える様々な繊維直径を有する単一ソースのランダムに混ざり合わされた繊維ネットワークを含むエレクトレットナノファイバーウェブに関する。

ナノファイバーによって得られた表面積対体積比の増加は、幅広い範囲の用途に重大な影響を与える。特に、フィルターをブロックせずに最も微細な粒子を捕捉し保持しながら、最も高い流速を生じさせることを基本としたフィルター性能においては、ナノファイバーは、改良された遮断及び慣性衝突効率を有し、繊維表面で滑り流を生成し、所定の圧力損失においてより良好な性能をもたらす。結果として現在のところ、基材における被覆層としての、又は、基材が積層されたナノファイバーは、気体、液体、及び自動車用途においてフィルターに組み込まれている。

ポリマーナノファイバーは、溶液ベースの電界紡糸又はエレクトロブロープロセスから作製されることができるが、非常に高い加工費、限定された処理量、及び低い生産性を有する。繊維をランダムに敷設するメルトブローナノファイバープロセスは、ほとんどの最終用途において十分に高い処理量で適切な均一性を与えることはない。多くの場合、得られたナノファイバーは、粗繊維不織布又はマイクロファイバー不織布の基材層に敷設されて複数の層を構築する。ウェブの上端に露出されたメルトブローナノファイバー又は小さいマイクロファイバーの課題は、非常に壊れやすく、通常の扱い又はなんらかの対象物との接触によって容易につぶされる。又、こうしたウェブの複層の性質は、厚さ及び重量を増加させ、又、製造においてある程度の複雑さをもたらす。

一方、通常、帯電した不織布ウェブは、着用者を空気中の汚染物質を吸入することから保護するためにレスピレーターにおけるフィルターとして使用される。電荷は、流体において懸濁される粒子を捕捉するための不織布ウェブの能力を強化する。流体がウェブを通過するにつれて、不織布ウェブは粒子を捕捉する。帯電した誘電物は、多くの場合に「エレクトレット」と称され、様々な技術が、これらの製品を生産するために長年にわたって開発されてきた。繊維エレクトレットウェブは、繊維又は繊維ウェブを通電させること、或いはコロナ帯電装置を用いてこれらを意図的に後帯電させること（ｐｏｓｔ−ｃｈａｒｇｉｎｇ）（米国特許第４，５８８，５３７号明細書、米国特許第６，３６５，０８８号明細書、及び米国特許第６，９６９，４８４号明細書）、或いはガス又は液体の高速非帯電噴射が誘電体膜の表面にわたり通過する時に生じる摩擦帯電（米国特許第５，２８０，４０６号明細書）、或いは、エレクトレットの性能を向上させるために特定の添加剤をウェブに加えることによって生産されている。

米国特許第８，２７７，７１１号明細書では、ノズルのない遠心溶融紡糸プロセスを開示している。国際公開第２０１３／０９６６７２号パンフレットのプロセスを用い、得られたナノファイバーを、ベルト収集装置に敷設してウェブ媒体を形成する。

必要なものは、静電荷を恒久的に有し、且つ、最終物品又はデバイスの作製における取り扱いに十分な強度を有する単層ナノファイバーウェブである。

本発明は、単一ソースのランダムに混ざり合わされた繊維ネットワークを含むエレクトレットナノファイバーウェブに関し、この場合に、エレクトレットナノファイバーウェブは、少なくとも−８．０ｋＶの静電荷、及び少なくとも２．０ｇｆ／ｃｍ／ｇｓｍのウェブ強度を有する。

本発明は、（ａ）エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の少なくとも約６５個数％は、約１０００ｎｍ未満の数平均直径を有するナノファイバーであることと、（ｂ）エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約３０個数％は、約１．０μｍ〜約３．０μｍの数平均直径を有するマイクロファイバーであることと、（ｃ）エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約５個数％は、約３．０μｍを超える数平均直径を有する粗繊維であることと、を含むエレクトレットナノファイバーウェブに更に関する。

本発明は、遠心溶融紡糸プロセスによって作製されるエレクトレットナノファイバーウェブに更に関する。

本発明のウェブ構造の図例である。 国際公開第２０１３０９６６７２号パンフレット及び本発明による繊維ウェブの敷設への使用に適した紡糸ディスクを使用する遠心繊維紡糸装置の図である。 本発明による繊維ウェブの敷設への使用に適した紡糸ボウルを使用する遠心繊維紡糸装置の図である。 本発明による遠心膜フィブリル化からの繊維紡糸パターンの図例である。 本発明による薄膜の不均衡性による繊維形成の図例である。 本発明による薄膜の不均衡性により形成された繊維の図例である。 米国特許第８，２７７，７１１号明細書による繊維紡糸パターンの図例である。 本発明によるブロー膜フィブリル化による繊維紡糸パターンの図例である。 図８Ａは、回転紡糸ディスクを用いたポリプロピレン紡糸のための伸張ゾーン温度を示し、図８Ｂは、回転紡糸ボウルを用いたポリプロピレン紡糸のための伸張ゾーン温度を示す。 温度の関数としてのポリプロピレン微細繊維の熱刺激電流を示す。 本発明の実施例１の５，０００Ｘ倍率のＳＥＭ画像である。 本発明の実施例１の２，５００Ｘ倍率のＳＥＭ画像である。 本発明の実施例１の１，０００Ｘ倍率のＳＥＭ画像である。 本発明の実施例１の２５０Ｘ倍率のＳＥＭ画像である。 比較例１のＳＥＭ画像である。 比較例２のＳＥＭ画像である。 比較例３のＳＥＭ画像である。 比較例４のＳＥＭ画像である。 本発明の実施例１と米国特許第８、２７７、７１１号明細書による純粋なナノファイバーウェブの比較例１を比較したウェブ強度対ウェブ伸長のチャートである。本発明の実施例１のナノファイバーウェブは、より良好な強度及び伸長特性を有する。 実施例の孔径分布を示す。 本発明の実施例１と米国特許第８、２７７、７１１号明細書による純粋なナノファイバーウェブの比較例１を比較した孔径分布を示す。 メルトブローナノファイバーウェブの比較例４とメルトブローマイクロファイバーウェブの比較例５を比較した孔径分布を示す。

定義
本明細書において使用される場合、「ウェブ」という用語は、一般的に不織布に作製される繊維のネットワークの層を意味する。

本明細書において使用される場合、「不織布」という用語は、全体の繰り返し構造が、繊維の配列において裸眼で識別できない、多数の基本的にランダムに配向した繊維のウェブを意味する。繊維は、強度及び一貫性をウェブに与えるために、互いに結合されることができる、或いは、結合されずにからまされることができる。繊維は、短繊維、又は、連続繊維であることができ、且つ、単一の材料、或いは、異なる繊維の組合せとして、又は、異なる材料から互いに構成された類似の繊維の組合せとして、複数の材料を含むことができる。

本明細書において使用される場合、「ナノファイバーウェブ」という用語は、主としてナノファイバーから構成されるウェブを意味する。「主として」とは、ウェブにおける５０％超の繊維が、ナノファイバーであることを意味する。

本明細書において使用される場合、「ナノファイバー」という用語は、約１０００ｎｍ未満の数平均直径を有する繊維を意味する。非円形断面ナノファイバーの場合においては、本明細書において使用される場合、「直径」という用語は、最も大きい断面寸法を意味する。

本明細書において使用される場合、「マイクロファイバー」という用語は、約１．０μｍ〜約３．０μｍの数平均直径を有する繊維を意味する。

本明細書において使用される場合、「粗繊維」という用語は、約３．０μｍを超える数平均直径を有する繊維を意味する。

本明細書において使用される場合、「粗グレード（ｃｏａｒｓｅ−ｇｒａｄｅ）ナノファイバーウェブ」という用語は、約５．０μｍを超える平均流量孔サイズを有するナノファイバーウェブを意味する。

本明細書において使用される場合、「エレクトレット」という用語は、帯電した誘電物を意味する。

本明細書において使用される場合、「独立型」という用語は、単一層であり、内蔵型であり、且つ、任意の基材を有さないナノファイバーウェブを意味する。

本明細書において使用される場合、「単一ソース」という用語は、単一の紡糸プロセスからくるウェブの任意の構造特性、及び、帯電特性を意味する。

本明細書において使用される場合、「遠心紡糸プロセス」という用語は、繊維が回転部材から排出によって形成される任意のプロセスを意味する。

本明細書において使用される場合、「回転部材」という用語は、こうした推進力の援助に空気などの別の手段が用いられるか否かを問わず、フィブリル又は繊維が遠心力によって形成される材料を、推進する又は分配する紡糸装置を意味する。

本明細書において使用される場合、「凹形」という用語は、半球などのように、断面においてカーブすることができ、楕円、双曲線、パラボラの断面を有し、或いは、円錐台形などであり得る回転部材の内部表面を意味する。

本明細書において使用される場合、「紡糸ディスク」という用語は、凹形、円錐台形、又は、平坦状の開放した内部表面を備えたディスク形状を有する回転部材を意味する。

本明細書において使用される場合、「紡糸ボウル」という用語は、凹形、又は、円錐台形の開放した内部表面を備えたボウル形状を有する回転部材を意味する。

本明細書において使用される場合、「フィブリル」という用語は、フィブリルが減衰する時に形成する微細繊維に対する前駆体として形成されることができる伸長した構造体を意味する。フィブリルは、回転部材の放出位置で形成される。放出位置は、流体が押し出され繊維を形成する、エッジ、鋸歯状のエッジ、又はオリフィスであることができる。

本明細書において使用される場合、「ノズルフリー」という用語は、ノズル−タイプの紡糸オリフィスから得られるものではないフィブリル又は繊維を意味し、或いは、回転部材にノズルが存在しないことを意味する。

本明細書において使用される場合、「気流場」という用語は、本発明のプロセスにおける任意の位置又は物理的な地点における空気速度及び方向を表すベクトル場を意味する。

本明細書において使用される場合、「帯電される」という用語は、非帯電対象物又は正味の電荷を有さないこうした対象物に対して、正味の電荷、正極性又は負極性を有するプロセスにおける対象物を意味する。

本明細書において使用される場合、「紡糸流体」という用語は、流動することができ繊維に形成されることができる、溶融形態又は溶液形態における熱可塑性ポリマーを意味する。

本明細書において使用される場合、「放出位置」という用語は、フィブリル又は繊維が排出される紡糸部材における地点を意味する。放出位置は、例えば、フィブリルが押し出される、エッジ又はオリフィスであることができる。

本明細書において使用される場合、「基本的に」という用語は、パラメーターが、特定の値で「基本的に」保たれる場合、本発明の機能に影響を及ぼさない値から離れたパラメーターを記載する数値における変更は、パラメーターの記載の範囲内であるとみなされることを意味する。

本発明は、単一層ポリマー不織布ウェブを含む高い流動及びバリア特性の改良されたバランスを有する選択的バリア媒体としてのエレクトレットナノファイバー不織布ウェブに関し、この場合に、不織布ウェブは、単一ソースのランダムに混ざり合わされた繊維ネットワークを含む。ネットワークは、ナノファイバーウェブにおける繊維の少なくとも約６５個数％は、約１０００ｎｍ未満の平均繊維直径を有するナノファイバーであることと、ナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約３０個数％は、約１．０μｍ〜約３．０μｍの平均繊維直径を有するマイクロファイバーであることと、ナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約５個数％は、約３．０μｍを超える平均繊維直径を有する粗繊維であることと、を含み、この場合に、ナノファイバーウェブの平均繊維直径は、約１．０μｍ未満である。図１に示すように、ウェブ構造において、大多数の繊維は、１０１として示すようにナノファイバーであり、１０２として示すように小さいパーセンテージのマイクロファイバーを有し、１０３として示すように更に小さいパーセンテージの粗繊維を有する。

原則として、ナノファイバーウェブは、米国特許第８，２７７，７１１号明細書にて開示されるように、遠心溶融紡糸プロセスを使用して作製されることができる。均一な薄膜フィブリル化は、ナノファイバー形成を生じさせる。紡糸ディスクの内部表面に広げられた溶融流動は、薄膜を形成する。膜フィブリル化は、紡糸ディスクのエッジで生じ薄い糸条を形成する。これらの薄い糸条は、遠心力によって繊維に更に伸長される。所定のポリマーの場合、ナノファイバーは、米国特許第８，２７７，７１１号明細書の均一の安定した薄膜フィブリル化から形成される。繊維紡糸の操作パラメーターは、温度、溶融供給速度、及びディスク回転速度である。本発明においては、温度、溶融供給速度、及びディスク回転速度の操作形態を変更することにより、製膜の不均衡性を生じさせ、相対的により厚い膜は、中心からエッジまで放射状のバンディングを伴い外向きに移動し、膜は、厚さにおいて波形にみえる。ナノファイバーは、薄膜のより薄い領域から形成され、粗繊維は、薄膜のより厚い領域から形成され、且つ、マイクロファイバーは、その間の薄膜領域から形成される。このプロセスは、様々な繊維直径を有する繊維を生成する紡糸ディスク又はボウルを利用する。

本発明は、製膜の不均衡性及び相対的により厚い波形の膜を生じさせる、温度、溶融供給速度、及びディスク回転速度における操作形態の変更に関する。

米国特許第８，２７７，７１１号明細書と比較した所定のポリマーの場合、本発明は、実施例に記載の通り、紡糸ディスク又は紡糸ボウルの内部表面のより低い温度、溶融押し出し及び溶融転写ライン温度、並びに伸張ゾーン温度を有する。例えば、比較例１における純粋なナノファイバーウェブは、米国特許第８，２７７，７１１号明細書に従って作製され、この場合に、紡糸ディスク又は紡糸ボウルの内部表面の温度は２６０℃であり、溶融押し出し及び溶融転写ライン温度は２００℃であり、並びに、伸張ゾーン温度は１５０℃である。実施例１においてナノファイバー、マイクロファイバー、及び粗繊維から構成されるナノファイバーウェブは、本発明に従って作製され、この場合に、紡糸ディスク又は紡糸ボウルの内部表面の温度は２００℃であり、溶融押し出し及び溶融転写ライン温度は２００℃であり、並びに、伸張ゾーン温度は１００℃である。

米国特許第８，２７７，７１１号明細書と比較した所定のポリマーの場合、本発明は、実施例に記載の通り、紡糸ディスク又は紡糸ボウルの回転速度を低減させることになる。例えば、比較例１における純粋なナノファイバーウェブは、米国特許第８，２７７，７１１号明細書に従って作製され、回転速度は１４，０００ｒｐｍである。実施例１においてナノファイバーと、マイクロファイバーと、粗繊維と、を含むナノファイバーウェブは、本発明に従って作製され、回転速度は１０，０００ｒｐｍである。

米国特許第８，２７７，７１１号明細書と比較した所定のポリマーの場合、本発明は、実施例に記載の通り紡糸ディスク又は紡糸ボウルに対する溶融供給速度を増加させることになる。例えば、比較例１における純粋なナノファイバーウェブは、米国特許第８，２７７，７１１号明細書に従って作製され、溶融供給速度は８グラム／分であり、実施例１おいてナノファイバー、マイクロファイバー、及び粗繊維から構成されるナノファイバーウェブは、本発明に従って作製され、溶融供給速度は１８．１４グラム／分である。

本発明は、米国特許第８、２７７、７１１号明細書のより高いポリマー溶融粘度（溶融粘度１，０００ｃＰ〜約１００，０００ｃＰは、１Ｐａ・Ｓ〜約１００Ｐａ．Ｓに等しい）を処理することに関する。実施例６においては、５０％のＭａｒｌｅｘ ＨＧＸ ３：５０と５０％のＭｅｔｏｃｅｎｅ ＭＦ ６５０Ｙのポリプロピレンブレンド物、ゼロずり粘度は、２００℃で１３１．８６Ｐａ・Ｓである。実施例８においては、ポリエチレンテレフタラート（Ｅａｓｔｍａｎ ＰＥＴ Ｆ６１）、ゼロずり粘度は、２７０℃で１６３．３８Ｐａ・Ｓである。

又、本発明は、制御されたパルス供給を適用することになる。又、本発明は、制御されたパルス回転速度を適用することになる。

国際公開第２０１３／０９６６７２号パンフレットのプロセスを用いて、繊維はベルト収集装置に敷設されてＰＰウェブ媒体を形成し、これは参照により本明細書に組み込まれる。繊維のウェブ敷設は、設計された気流場及び帯電配置の組合せによって制御される。気流場の操作パラメーターは、中空回転軸及び反旋回ハブを介して適用された、伸長ゾーンエア、シェーピングエア、及びセンターエアの空気温度、及び、気流速度である。紡糸ディスクの周りにおいて収集装置ベルト及びコロナリングにおける二重高電圧帯電が存在する。ナノファイバーウェブの完成品は、静電荷を維持している。得られたナノファイバーウェブは、純粋なナノファイバーウェブと比較して強化された機械的特性を有する。

本発明におけるこの紡糸したままのナノファイバーウェブは、少なくとも約８０％の多孔性、多くとも約１５μｍの平均流量孔サイズ、及び１２５Ｐａで約１０ｃｍ³／ｃｍ²／分〜約１０００ｃｍ³／ｃｍ²／分のフレーザー空気透過性を有する。不織布ウェブは、約５〜約１２０ｇ／ｍ²、及び、好ましくは約２０ｇ／ｍ²〜約６０ｇ／ｍ²の目付を有する。

紡糸方法
初めに紡糸ディスクについての図２及び紡糸ボウルについての図３を考えると、繊維２１０又は３１０は、紡糸ディスクのエッジの放出位置２０９又は紡糸ボウルのエッジの放出位置３０９から排出することを示している。繊維は、収集装置２１１及び３１１に堆積される。典型的には、図２又は図３に図式的に示されるように、繊維は、収集装置の方に制御された方式にて流れず、収集装置に均一に堆積しない。本発明において使用される国際公開第２０１３／０９６６７２号パンフレットのプロセスは、特に均一のウェブを作製する目的によって、回転部材から排出されるフィブリル及び繊維に空気及び静電荷を加えることによってこの状況を修正する。

一実施形態においては、回転部材は、紡糸ディスク又は紡糸ボウルであるが、これら、及び繊維が放出されることができるエッジ又はオリフィス（「放出位置」）を有する任意の部材に限定されるものではない。次いで、プロセスは、少なくとも１つの熱可塑性ポリマーの紡糸溶融物又は溶液を、加熱された回転分配ディスク、カップ、又は前面繊維放出位置を有するその他の装置の内側紡糸表面に供給する工程を含むことができる。紡糸溶融物を分配して薄膜を形成し、且つ、放出位置の方へ分配するように、紡糸溶融物又は溶液（「紡糸流体」）は、内側紡糸面に沿って分配される。プロセスは、前面放出位置から連続した別々の溶融ポリマー繊維流を放出することから基本的になる放出工程を更に含むことができ、次いで、こうした繊維流又はフィブリルは、遠心力によって減衰されて、ポリマー繊維を生成する。

更なる実施形態においては、放出位置から放射状に離れた部材によって導かれた気流によって、放出された繊維流は減衰されることができる。

回転部材から繊維を生成するその他の手段が使用可能であることは、当業者に理解されるであろう。例えば、回転部材は、ポリマー溶融物又は溶液が放出される孔又はオリフィスを有することができる。回転部材は、カップ、或いは平坦な又は角度のあるディスクの形態であることができる。回転部材から形成されるフィブリル又は繊維は、空気、遠心力、電荷、又はそれらの組み合わせによって減衰されることができる。

図２及び図３は、本発明の実施形態を実施するために使用可能な装置を図式的に示す。紡糸パックは、紡糸ディスク２０５又は紡糸ボウル３０５を駆動するための回転中空軸２０１又は３０１を含む。穴の開いた空気排出プレート２０４又は３０４を有する繊維伸長ゾーンエアー加熱リング２０３又は３０３は、紡糸ディスク又は紡糸ボウルの周りで組み立てられる。シェーピングエアリング２０２又は３０２は、伸張ゾーンエアーリングの上に載置され、収集装置２１１又は３１１に繊維を向けるために図２又は図３の方向において垂直に下に空気を通す。針状組み立て体２０４又は３０４を有する帯電されたリングは、繊維流２１０又は３１０を帯電するために、伸張ゾーンエアー加熱リング２０３又は３０３の内側に配置される。空気ハブ２０８又は３０８は、回転軸２０１又は３０１における紡糸ディスク２０５又は３０５の下に載置される。電荷を運ぶ傘形状の所望の繊維流２１０又は３１０は、紡糸ディスク及びそのヒーターの隙間からの空気、伸張ゾーンエアー、シェーピングエアー、及び回転空気ハブからの気流の組合せからの気流場によって形成される。

国際公開第２０１３／０９６６７２号パンフレットのプロセスを用いて、繊維をベルト収集装置に敷設して、ナノファイバーウェブを形成し、これは参照により本明細書に組み込まれる。真空ボックスウェブ敷設収集装置２１１又は３１１は、全体の紡糸パックの下に配置されることができる。収集装置に対する紡糸パックの距離２０６は、１０ｃｍ、１５ｃｍの範囲であることができる。収集装置は、穴の開いた表面を有することができる。収集装置のコーナー及びエッジで最も高い真空強度を有する収集装置を真空にし、真空強度は、真空強度がゼロである収集装置の中心まで、収集装置のコーナー及びエッジから移動しながら段階的に減少する。得られた独立型ウェブは、図２の２２００及び図３の３３００である。繊維を、２２０３又は３３０３によって駆動し、回旋運動ベルト２２０２又は３２０２に収集した。２２０４又は３３０４は、引張り調製ロールであり、２２０５又は３３０５は、独立型ナノファイバーウェブのための支持ロールであり、独立型ナノファイバーウェブは、一組のニップ、及び、巻き取りロール、２２０７又は３３０７を介しており、巻き取られる。

本発明及びこれのプロセスを実現するのに使用可能な繊維パターンは、図２又は図３を実現することによって得られることを、図４は示している。製膜の不均衡性のため、薄膜は、中心からエッジまで放射状バンディングを伴い外向きに移動し、図５の５０１に示されるように薄膜は厚さにおいて波形にみえる。図４の４０２、又は図５Ａ及び５Ｂの５０２に示されるナノファイバーは、薄膜のより薄い領域から形成され、図４の４０４、又は図５Ａ及び５Ｂの５０４に示される粗繊維は、薄膜の厚い領域から形成され、且つ、図４の４０３、又は図５Ａ及び５Ｂの５０３に示されるマイクロファイバーは、その間の薄膜領域から形成される。純粋なナノファイバーウェブを作製するために米国特許第８、２７７、７１１号明細書のプロセスを実現するのに使用可能な繊維パターンを、図６は示す。ナノファイバー流６０２は、紡糸ディスク６０１のエッジで形成される。

図７は、同様のウェブ構造を作製する可能性のある膜ブローの代替プロセスを示しており、この場合に、ポリマー溶融物は製膜ブレード７００まで放射されることができ、一組のブローエアーナイフ７０１は、製膜ブレード７００の周りに配置される。製膜の不均衡性のため、薄膜は、上端から製膜ブレード７００のエッジまで下向きのバンディングを伴い外向きに移動し、薄膜は厚さにおいて波形にみえる。図７の７０２に示されるナノファイバーは、薄膜のより薄い領域から形成され、図７の７０４に示される粗繊維は、薄膜の厚い領域から形成され、且つ、図７の７０３に示されるマイクロファイバーは、その間の薄膜領域から形成される。

繊維は、遠心繊維又はナノファイバー紡糸に使用することができる熱可塑性樹脂のいずれから紡糸されることができる。これらとしては、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、及びポリトリメチルテレフタレート（ＰＴＴ）、並びに、ナイロンなどのポリアミドなどの極性ポリマーが挙げられ、適切な無極性ポリマーとしては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ４−メチルペンテン（ＰＭＰ）、及びそれらのコポリマー（ＥＶＡコポリマーを含む）、ポリスチレネポリメチルメタクリル酸（ＰＭＭＡ）、ポリトリフルオロクロロエチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、シリコーン、並びにこれらのブレンド物が挙げられる。

帯電方法
任意の高電圧直流（ｄ．ｃ．）又は交流（ａ．ｃ．）源を、本発明の静電場を供給するために使用することができる。電界場を使用して、紡糸流体に電荷を供給する。回転部材上にある間に、又は、フィブリル又は繊維の形態で放出されながら、又は更には、繊維が空気又は静電場による減衰の結果として形成された後に紡糸流体は帯電されることができる。回転部材に近接した帯電された構成要素によって生成するコロナ放電からのイオン電流によってなど、紡糸流体は、直接帯電されることができる。こうした帯電された構成要素の１つの例は、回転部材と同心であり、放出される溶融ポリマー又はポリマー溶液に或いはフィブリル又は繊維に近接して位置するリングであろう。

紡糸流体、フィブリル、又はナノファイバーは、収集装置に又はその近くに保持される電荷から誘導によって帯電される場合さえある。

帯電プロセスにおいて流される電流は、少ないことが望まれている（好ましくは１０ｍＡ未満）。供給源は、静電場を構築することにおいて調整ができるように、可変的な電圧設定（例えば、０ｋＶ〜８０ｋＶ）、好ましくはコロナリングにおいては−５ｋＶ〜−１５ｋＶ、及び、収集プレートにおいては＋５０〜＋７０ｋＶ、並びに、好ましくは（−）及び（＋）極性設定を有する。

従って、ナノファイバーは、電場が繊維と収集装置の間に存在するように、収集装置に対して本発明のプロセスにおいて帯電される。収集装置は、例えば、回転部材に対してその下で、帯電プレート又はその近傍におけるその他の構成要素を介して、直接又は間接的に、接地又は帯電されることができる。

ナノファイバーは、ポリマー溶融物、溶融又は溶液フィブリル、ナノファイバー、又はこれらの３つのロケーションの任意の組合せに対して、電荷を印加することによって、その帯電を達成することができる。

繊維に近接した帯電された構成要素によって生じるコロナ放電及び得られたイオン電流によってなど、ナノファイバーは、直接帯電されることができる。こうした帯電された構成要素の１つの例は、回転部材と同心であり、放出される溶融ポリマー又はポリマー溶液に或いはフィブリル又は繊維に近接して位置するリングであろう。

プロセス媒体としてのポリマー溶液の場合、溶液又はナノファイバーに対する帯電は、溶媒の高い電気伝導度のため主要な問題ではない。しかしながら、ポリマー溶融物又は溶融紡糸糸条の場合、帯電は、固体又は溶融状態におけるほとんどのポリマーの低い電気伝導率のため、容易及び些細なことではない。本発明においては、伸張ゾーンは、図８Ａに示される回転紡糸ディスクの、又は、図８Ｂに示される回転紡糸ボウルのエッジの周りの糸条形成のゾーンとして定義される。伸張ゾーンの温度は、遠心力によってナノファイバーに伸長されるフィブリル糸条を有するために糸条を溶融状態に保持するための鍵となる要素である。更に重要なことに、ポリマー溶融物及びフィブリル糸条がより効果的に帯電する温度形態が存在する。熱刺激電流（ＴＳＣ）の方法によって測定される温度の関数としての溶融ＰＰフィブリル糸条における静電電流を、図８Ｃは示している。ＰＰの場合、ポリマー溶融物及びフィブリル糸条がより効果的に帯電する温度形態は、約１６５℃〜１９５℃であり、伸張ゾーンの最も最適な温度は、１８０℃である。無極性ポリマーにおける帯電剤を用いて、プロセスはより良好に作動する。

空気を適用する方法
気流場は、気流の方向及び速度が特徴である２つの領域を有する。第１の領域は、回転部材からのフィブリル又は繊維の放出位置であり、この第１の領域における気流の方向は、回転部材の紡糸軸に対して基本的に直角である。気流は、回転部材の半径方向に沿うことができ、或いは、これに対して角度があることができ、空気は、回転部材に近接して位置する複数のノズルから供給されることができ、或いは、スロットから、又は回転部材のエッジの周りで連続方式で供給されることができる。空気は、紡糸軸から外側へ放射状に向かうことができ、或いは、空気が任意の所定のノズルから離れた位置で半径に対して角度を向くことができる。

一実施形態において、従って、空気は、回転部材の半径に位置する開口部を有するノズルから供給されることができ、気流は、０〜６０度の半径に対して角度を向き、且つ、回転部材の回転の方向に対して反対方向にあることができる。

第２の領域は、収集装置に近接した空間において、且つ、回転部材の周辺から離れてある。この領域においては、気流は、収集装置面に対して基本的に垂直である。従って、空気は、繊維が、繊維における静電荷、並びに、収集装置と回転部材の間の電場によってとめられる収集装置の面に繊維を導く。

この領域の空気は、収集装置に向き合う面において、回転部材の下側に位置するノズルによって供給されることができる。ノズルは、収集装置に向けられることができる。

回転部材の本体と収集装置面の間の領域から、収集装置に対して基本的に垂直である収集装置への空気の流れを、気流場は、更に含むことができる。

本発明は、単一ソースのランダムに混ざり合わされた繊維ネットワークを含むエレクトレットナノファイバーウェブに関し、この場合に、エレクトレットナノファイバーウェブは、少なくとも−８．０ｋＶの静電荷、及び少なくとも２．０ｇｆ／ｃｍ／ｇｓｍのウェブ強度を有する。

エレクトレットナノファイバーウェブは、（ａ）エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の少なくとも約６５個数％は、約１０００ｎｍ未満の数平均直径を有するナノファイバーであることと、（ｂ）エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約３０個数％は、約１．０μｍ〜約３．０μｍの数平均直径を有するマイクロファイバーであることと、（ｃ）エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約５個数％は、約３．０μｍを超える数平均直径を有する粗繊維であることと、を含む。エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維は、約１０００ｎｍ未満の数平均繊維直径を有する。ナノファイバーは、約５００ｎｍ未満の平均値及び中央値直径を有する。

エレクトレットナノファイバーウェブは、少なくとも約６５％の多孔性、多くとも約１５μｍの平均流量孔サイズ、及び１２５Ｐａで約１０〜約１０００ｃｍ³／ｃｍ²／分のフレーザー空気透過性を有する。エレクトレットナノファイバーウェブは、約１．２未満の孔径均一インデックスを有し、平均流量孔と最小孔径の差は、約１．５μｍ未満である。エレクトレットナノファイバーウェブは、約０．５を超える不織布フラックスバリア特性を有する。

エレクトレットナノファイバーウェブは、約５〜約１００ｇ／ｍ²、又は更には約２０ｇ／ｍ²〜約６０ｇ／ｍ²の目付を有する。

エレクトレットナノファイバーウェブは、約１．０のＭＤ（機械方向）とＴＤ（トランスマシン方向）方向における平均強度の比を有する。

エレクトレットナノファイバーウェブは、溶融加工可能な熱可塑性ポリマーを含む。溶融加工可能な熱可塑性ポリマーは、ポリオレフィン及びポリエステルからなる群から選択されることができる。ポリオレフィンは、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びそれらのブレンド物からなる群から選択されることができる。ポリエステルは、ポチエチレンテレフタレートであることができる。

エレクトレットナノファイバーウェブは、遠心溶融紡糸プロセスによって作製される。

試験方法
以下の非限定的な実施例においては、以下の試験方法を使用して、様々な報告された特徴及び特性を決定した。ＡＳＴＭは、米国材料試験協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を意味する。

目付は、ＡＳＴＭ Ｄ−３７７６によって決定しｇ／ｍ²で報告された。

ウェブの多孔性は、フィルターの全容積によって割算されたフィルターにおける流体空間の容積の比として定義され、材料の測定された孔容積及びバルク密度から計算されることができる。試料の多孔性は、各試料における目付及び厚さ測定から算出した。実際には、シートの目付（ＢＷ）は、試料領域（Ａ）によって割算される所定の試料サイズ（Ｗ）の重量によって算出される。シートの横方向にわたる固定領域の３つの試料を打ち出し、標準バランスを使用してそれらを秤量することで、試料シートの目付を測定した。従って、この試料サイズの容積は、δが試料の厚さであるＡ×δである。厚さを、１０ｋＰａの圧力でＣｈｅｃｋｌｉｎｅ ＭＴＧ−Ｄ厚さゲージを用いて測定し、横方向にわたる試料の異なる位置で３回の測定にわたり平均化した。試料の重量は、試料容積における繊維の重量である。シートの固体区分がφであり、且つ、バルクポリマー密度がρである場合、
Ｗ＝φρＡ×δ。
ＢＷ＝Ｗ／Ａであることから、従って、φ＝ＢＷ／ρδ、及びポリマー密度ρ、
多孔性＝１−個体区分
＝１−ＢＷ／ρδ。

繊維直径を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して測定した。細かさの異なるレベルにおける繊維形態を明らかにするために、ＳＥＭ画像を、Ｘ２５、Ｘ１００、Ｘ２５０、Ｘ５００、Ｘ１，０００、Ｘ２，５００、Ｘ５，０００、及びＸ１０，０００の名目倍率で取得した。繊維直径の計数については、繊維を、５０００ｘ又は２５００ｘの倍率で、少なくとも５つの（１０つまで）画像から計数した。

繊維を、倍率５００ｘの画像から計数した。少なくとも４００の繊維を個々にマークし計数した。５０００ｘの５つの画像の領域が１３３９ミクロン²である一方、５００ｘ画像の領域は、３６４６７ミクロン²である。両方の倍率で計数する同一領域を確実にするために、５０００ｘで取得される計数は、３６４６７／１３３９＝２７回で乗算した。個々の測定については、２０回の５０００ｘ倍率の測定を繰り返し、５００ｘ倍率の測定とこれを連結させることによって、新しい複合測定データセットを作成した。これを行わない場合は、５０００ｘでの計数がより小さい繊維により影響され、且つ、５００ｘでの計数がより大きな繊維により影響されることから、データに取り入れられたバイアスが存在することになるであろう。同様に、２５００ｘ画像の領域は、１４７５ミクロン²であるので、両方の倍率で計数する同一領域を確実にするために、２５００ｘで取得される計数は、４．８回、乗算した。個々の測定においては、５回の２５００ｘ倍率の測定を繰り返し、５００ｘ倍率の測定とこれを連結することによって、新しい複合測定データセットを作成した。

静電荷（Ｅ．Ｓ．）を、ＳＩＭＣＯ ＦＭＸ−００３ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｆｉｅｌｄｍｅｔｅｒを使用して測定する。ＦＭＸ−００３は、２．５ｃｍの距離で＋／−２２ｋＶ（２２，０００Ｖ）内の静電圧を測定する。

平均流量孔サイズ（Ｍｅａｎ Ｆｌｏｗ Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅ）を、ＡＳＴＭ Ｅ １２９４−８９、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒ」に従って測定した。異なるサイズ（８、２０、又は３０ｍｍ直径）の個々の試料を、前述の通り低い表面張力流体で湿潤させ保持具に置き、空気の圧力差を適用し試料から流体を除去した。湿潤した流れは、乾燥した流れ（湿潤溶媒のない流れ）の２分の１に等しい圧力差を使用して、供給されたソフトウェアを用いて平均流量孔サイズを算出する。平均流量孔サイズは、μｍで報告された。

バブルポイント（Ｂｕｂｂｌｅ Ｐｏｉｎｔ）を、ＡＳＴＭ Ｆ３１６、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ ｂｙ Ｂｕｂｂｌｅ Ｐｏｉｎｔ ａｎｄ Ｍｅａｎ Ｆｌｏｗ Ｐｏｒｅ Ｔｅｓｔ」に従って測定した。個々の試料（８、２０、又は３０ｍｍ直径）を、前述の通り低い表面張力流体で湿潤させた。保持具に試料を配置した後に、圧力差（空気）を適用し、流体を試料から除去した。バブルポイントは、圧縮空気圧を試料シートに適用した後の第１の開放孔であり、ベンダー供給のソフトウェアを使用して算出される。

孔径均一インデックス（Ｐｏｒｅ Ｓｉｚｅ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ：ＵＩ）は、バブルポイント直径及び最小孔径（ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ）の差のバブルポイント及び平均流量孔の差に対する比として定義される。

この比が２の値までより近づくと、孔分布はガウス分布である。均一インデックスが２よりかなり大きい場合、ナノファイバー構造は、その直径が平均流量孔より非常に大きい孔によって支配される。均一インデックス（ＵＩ）が２より非常に小さい場合、ナノファイバー構造は、平均流量孔サイズより小さい孔径を有する孔によって支配される。分布の最後尾における有意な数の大きな孔が依然として存在する。

フレーザー空気透過性は、空気の特定容積が試験片を通過することに必要な時間の尺度である。液封を使用してチャンバーの中で空気容積を捕捉する重力装荷シリンダーによって、空気圧力が発生する。空気のこの加圧容積は、試験片を保持する締結ガスケットリングに向けられる。試料片を通過する空気は、下流の締結プレートにおける孔を通り大気に逃げる。フレーザー空気透過性測定は、両者ともＦｒａｚｉｅｒ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏ Ｉｎｃ．（Ｈａｇｅｒｓｔｏｗｎ，Ｍａｒｙｌａｎｄ）によって製造された、ＦＡＰ−５３９０Ｆ３又はＦＸ３３００装置を使用して実行した。

ＦＡＰ−５３９０Ｆ３装置を使用することにおいては、試験片を試料スタンドにて載置する。傾斜型空気圧力ゲージが、圧力調整使用のためのレジスターを用いて水柱で０．５インチの圧力を示すように、ポンプを調整する。垂直型空気圧力ゲージの観察されるスケール表示及び使用されるオリフィスの種類から、試験片を通る空気量が、得られる。ノズルのサイズは、材料の多孔性により変動した。

ＦＸ３３００装置を使用することにおいては、強力なマッフル型真空ポンプは、円形開口部を有する交換可能な試験ヘッドを通して空気を吸い込む。測定においては、選択された試験標準に適切な試験ヘッドを装置に載置する。真空ポンプを自動的に開始するクランプアームを押圧することによって試験ヘッド開口部にわたり試験片を固定する。予め選択された試験圧は自動的に維持され、数秒後に、試験片の空気透過性は、予め選択された測定単位においてデジタル的に示される。二度目にクランプアームを押圧することによって、試験片が開放され、真空ポンプは遮断される。試験片が試験ヘッド開口部にわたり適所に固定される場合、真空ポンプは自動的に開始することから、試験片が固定された後にのみ、試験圧は増大する。試験圧は、試験標準に従ってデジタル的に予め選択される。試験圧は装置によって自動的に制御され維持される。正確な示差測定により、高い気流速度でさえも、試験圧は正確に測定される。試験片を通る気流は、可変オリフィスで測定される。試験片の空気透過性は、このオリフィスにわたる圧力損失から決定され、直読用の選択された測定単位においてデジタル的に表示される。高い安定性の精度の高い圧力センサーは、試験結果の優れた測定精度及び再現性を与える。

この測定においては、１２４．５Ｎ／ｍ²の圧力差が、適切に固定された媒体試料に適用され、結果として生じる気流速度は、フレーザー空気透過性として測定され、ｃｍ³／分／ｃｍ²の単位で報告される。フレーザー空気透過性は、目付でフレーザー空気透過性を乗算することによって３４ｇ／ｍ²の目付に標準化され、３４で割算されてｃｍ³／分／ｃｍ²で報告される。高いフレーザー空気透過性は、高い気流透過性に対応し、且つ、低いフレーザー空気透過性は、低い気流透過性に対応する。

フラックスバリアは、空気又は液流を犠牲にすることのない小粒子濾過効率の尺度である。その特性は、ミクロンでの平均流量孔サイズで割算されたフレーザー空気透過性ｍ³／ｍ²分として定義される。

ウェブ強度は、改質された試料寸法及び歪み速度によって、ＡＳＴＭ Ｄ５０３５−１１、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｂｒｅａｋｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ ａｎｄ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｆａｂｒｉｃｓ（Ｓｔｒｉｐ Ｍｅｔｈｏｄ）」に従って、ＩＮＳＴＲＯＮ引張り試験機モデル１１２２を用いてナノウェブ試料の引張り強度及び伸長から測定された。それぞれの試料のゲージ長は、５．０８ｃｍであり、２．５４ｃｍの幅を有した。クロスヘッド速度は、２．５４ｃｍ／分（５０％分^-1の一定歪み速度）であった。「機械方向」（ＭＤ）並びに「横方向」（ＴＤ）において、試料を試験した。最低３つの試験片を試験して、引張り強度又は伸長の平均値を得た。

原則として、連続繊維からなるナノファイバーウェブ媒体は、米国特許第８，２７７，７１１号明細書の遠心溶融紡糸プロセスを使用して作製した。本発明の実施例は、製膜の不均衡性を生じさせるために、温度、溶融供給速度、及びディスク回転速度における操作の変更を組み込みことによって行われ、相対的により厚い膜は、中心からエッジまで放射状バンディングを伴い外向きに移動し、膜は厚さにおいて波形にみえる。ナノファイバーは、薄膜のより薄い領域から形成され、粗繊維は、薄膜の厚い領域から形成され、且つ、マイクロファイバーは、その間の薄膜領域から形成される。繊維をウェブ媒体に敷設するプロセスは、国際公開第２０１３／０９６６７２号パンフレットに開示のプロセスを使用した。特に明記しない限り、商用材料から得られた比較例では、入手したままの状態で使用した。

実施例１
連続繊維は、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌから得られた、低分子量（Ｍｗ）ポリプロピレン（ＰＰ）ホモポリマー、Ｍｅｔｏｃｅｎｅ ＭＦ６５０Ｙから、図３に示した装置を使用して紡糸ボウルによって作製した。これは、Ｍｗ＝７５，３８１ｇ／モル、メルトフロー速度＝１８００ｇ／１０分（２３０℃／２．１６ｋｇ）、及び２００℃での９．０７Ｐａ・Ｓのゼロずり粘度を有する。ギヤポンプを有するＰＲＩＳＭ押し出し機を使用して、ポリマー溶融物を供給チューブを通して回転紡糸ボウルに送達した。溶融供給チューブからの紡糸溶融物の温度を、２００℃に設定し、溶融供給速度は、１８．１４グラム／分であった。紡糸ボウルのエッジの温度は、約２００℃と推定された。伸長ゾーン加熱空気を、２５０℃に設定した。シェーピングエアーを、１５０℃に設定した。紡糸ディスクの回転速度を、一定の１０，０００ｒｐｍに設定した。紡糸筐体温度は４７℃であり、且つ、湿度は１１％である。二重高電圧帯電を、収集装置ベルトにおける＋５１ｋＶ及び０．２５ｍＡ、及び、コロナリングにおける−７．５ｋＶ及び０．４０ｍＡに設定した。伸張ゾーンエアーフローを、７．０ＳＣＦＭに設定した。シェーピングエアフローを、１５．０ＳＣＦＭに設定した。中空回転軸及び反旋回ハブを通るセンターエアーフローを、３．０ＳＣＦＭに設定した。ベルトは４３．１８ｃｍ／分で移動し１２．７ｃｍの敷設距離で、ナノファイバーウェブをベルト収集装置に敷設した。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定した。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、及び９ｄは、５，０００Ｘ、２，５００Ｘ、１，０００Ｘ、及び２５０Ｘ倍率でのＳＥＭ画像である。繊維は、それぞれ、８２０及び５４０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝４８０ｎｍ及び中央値＝４２０ｎｍの７３．０９％のナノファイバー、平均値＝１．７４μｍ及び中央値＝１．５８μｍの２６．７４％のマイクロファイバー、平均値＝４．９２μｍ及び中央値＝５．５３μｍの０．１７％の粗繊維が存在する。ナノファイバーウェブに残留した静電荷は、−１２．６ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例２
実施例２では、以下の変更を伴う実施例１と同様の条件の下で作製した。紡糸ボウルのエッジの温度は、約２１０℃と推定された。紡糸筐体温度は４５℃であり、且つ、湿度は１２％である。二重高電圧帯電は、収集装置ベルトにおいて＋５２ｋＶ及び０．２８ｍＡ、コロナリングにおいて−７．５ｋＶ及び０．４５ｍＡである。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定し、繊維は、それぞれ、５１０及び３４０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝３７０ｎｍ及び中央値＝３１０ｎｍの８７．９１％のナノファイバー、平均値＝１．４８μｍ及び中央値＝１．３０μｍの１１．９４％のマイクロファイバー、平均値＝７．０９μｍ及び中央値＝７．６４μｍの０．１５％の粗繊維が存在する。ウェブに残留した静電荷は、−１３．８ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例３
実施例３では、以下の変更を伴う実施例１と同様の条件の下で作製した。紡糸ボウルエッジの温度は、約２１５℃と推定された。紡糸筐体温度は４１℃であり、且つ、湿度は１４％である。二重高電圧帯電は、収集装置ベルトにおいて＋５１ｋＶ及び０．２３ｍＡ、コロナリングにおいて−７．５ｋＶ及び０．４４ｍＡである。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定し、繊維は、それぞれ、５００及び３２０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝３５０ｎｍ及び中央値＝２９０ｎｍの９１．０６％のナノファイバー、平均値＝２．２２μｍ及び中央値＝１．６２μｍの８．７２％のマイクロファイバー、平均値＝６．５６μｍ及び中央値＝１．９２μｍの０．２２％の粗繊維が存在する。ウェブに残留した静電荷は、−１２．２ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例４
実施例４では、以下の変更を伴う実施例２と同様の条件の下で作製した。紡糸ボウルエッジの温度は、約２１０℃と推定された。紡糸筐体温度は４４℃であり、且つ、湿度は１３％である。二重高電圧帯電は、収集装置ベルトにおいて＋５１ｋＶ及び０．２５ｍＡ、コロナリングにおいて−７．５ｋＶ及び０．４２ｍＡである。ベルトは１２２ｃｍ／分で移動し１２．７ｃｍの敷設距離で、ナノファイバーウェブをベルト収集装置に敷設した。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定し、繊維は、それぞれ、５１０及び３４０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝３５０ｎｍ及び中央値＝３１０ｎｍの８９．３１％のナノファイバー、平均値＝１．７１μｍ及び中央値＝１．６５μｍの１０．３３％のマイクロファイバー、平均値＝５．１７μｍ及び中央値＝５．０９μｍの０．３７％の粗繊維が存在する。ウェブに残留した静電荷は、−１１．４ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例５
連続繊維は、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌから得られた、低分子量（Ｍｗ）ポリプロピレン（ＰＰ）ホモポリマー、Ｍｅｔｏｃｅｎｅ ＭＦ６５０Ｗから、図２に示した装置を使用して紡糸ディスクによって作製した。これは、Ｍｗ＝１０６．２６９ｇ／モル、メルトフロー速度＝５００ｇ／１０分（２３０℃／２．１６ｋｇ）、及び２００℃での３８Ｐａ・Ｓのゼロずり粘度を有する。ギヤポンプを有するＰＲＩＳＭ押し出し機を使用して、ポリマー溶融物を供給チューブを通して回転紡糸ディスクに送達した。溶融供給チューブからの紡糸溶融物の温度を、２００℃に設定し、溶融供給速度は、８グラム／分であった。紡糸ディスクのエッジの温度は、約２４０℃と推定された。伸長ゾーン加熱空気を、１８０℃に設定した。シェーピングエアーを、１５０℃に設定した。紡糸ディスクの回転速度を、一定の１０，０００ｒｐｍに設定した。印加された帯電はなかった。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定し、繊維は、それぞれ、８２０及び３８０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝３９０ｎｍ及び中央値＝３３０ｎｍの８２．２９％のナノファイバー、平均値＝２．１７μｍ及び中央値＝１．８８μｍの１５．７１％のマイクロファイバー、平均値＝７．６５μｍ及び中央値＝６．３９μｍの２．０％の粗繊維が存在する。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例６
連続繊維は、高分子量（Ｍｗ）ＰＰ及び低分子量（Ｍｗ）ＰＰのポリプロピレン（ＰＰ）５０％／５０％ブレンド物から、図２に示した装置を使用して紡糸ディスクによって作製した。高分子量（Ｍｗ）ＰＰは、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｓｕｍｉｋａから得られたＭａｒｌｅｘ ＨＧＸ−３５０であった。これは、Ｍｗ＝２９２，０７９ｇ／モル、及びメルトフロー速度＝３５ｇ／１０分（２３０℃／２．１６ｋｇ）を有する。低分子量（Ｍｗ）ＰＰは、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌから得られた実施例１で使用したＭｅｔｏｃｅｎｅ ＭＦ６５０Ｙである。これは、Ｍｗ＝７５，３８１ｇ／モル、及びメルトフロー速度＝１８００ｇ／１０分（２３０℃／２．１６ｋｇ）を有する。ブレンド物のゼロずり粘度は、２００℃で１３１．８６Ｐａ・Ｓである。ギヤポンプを有するＰＲＩＳＭ押し出し機を使用して、ポリマー溶融物を供給チューブを通して回転紡糸ディスクに送達した。押し出し温度を２４０℃に設定した。溶融供給チューブからの紡糸溶融物の温度を、２９０℃に設定し、溶融供給速度は、１０グラム／分であった。紡糸ディスクのエッジの温度は、約２６０℃と推定された。伸長ゾーン加熱空気を、１５０℃に設定した。シェーピングエアーを、８０℃に設定した。紡糸ディスクの回転速度を、一定の１０，０００ｒｐｍに設定し、一方、二重高電圧帯電を、収集装置ベルトにおける＋５０ｋＶ及び０．０７ｍＡ、及び、コロナリングにおける−１２．５ｋＶ及び０．４０ｍＡに設定した。伸張ゾーンエアーフローを、８．０ＳＣＦＭに設定した。シェーピングエアフローを、１２．０ＳＣＦＭに設定した。中空回転軸及び反旋回ハブを通るセンターエアーフローを、１．２ＳＣＦＭに設定した。ベルトは３５．５６ｃｍ／分で移動し１２．７ｃｍの敷設距離で、ナノファイバーウェブをベルト収集装置に敷設した。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定し、繊維は、それぞれ、９４０及び６６０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝５００ｎｍ及び中央値＝４８０ｎｍの６７．９１％のナノファイバー、平均値＝１．６０μｍ及び中央値＝１．４５μｍの２８．７７％のマイクロファイバー、平均値＝４．０５μｍ及び中央値＝３．９３μｍの３．３２％の粗繊維が存在する。ウェブに残留した静電荷は、−１２．９ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例７
連続繊維は、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌから得られた、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ホモポリマー、ＰＥＴ Ｆ５３から、図２に示した装置を使用して紡糸ディスクによって作製した。このポリマーの融点は、２６５℃であり、樹脂は、０．５３のＩＶを有する。このブレンド物のゼロずり粘度は、２７０℃で６１．３Ｐａ・Ｓである。ギヤポンプを有するＰＲＩＳＭ押し出し機を使用して、ポリマー溶融物を供給チューブを通して回転紡糸ディスクに送達した。押し出し温度を、２８０℃に設定した。溶融供給チューブからの紡糸溶融物の温度を、２９０℃に設定し、溶融供給速度は、１０グラム／分であった。紡糸ディスクのエッジの温度は、約３００℃と推定された。伸長ゾーン加熱空気を、８０℃に設定した。シェーピングエアーを、３０℃に設定した。紡糸ディスクの回転速度を、一定の１０，０００ｒｐｍに設定した。二重高電圧帯電を、収集装置ベルトにおける＋５０ｋＶ及び０．０２ｍＡ、及び、コロナリングにおける０．０ｋＶ及び０．００ｍＡに設定した。伸張ゾーンエアーフローを、８．０ＳＣＦＭに設定した。シェーピングエアフローを、１２．０ＳＣＦＭに設定した。中空回転軸及び反旋回ハブを通るセンターエアーフローを、１．２５ＳＣＦＭに設定した。ベルトは２２．５ｃｍ／分で移動し１２．７ｃｍの敷設距離で、ナノファイバーウェブをベルト収集装置に敷設した。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定し，繊維は、それぞれ、６８０及び５６０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝４６０ｎｍ及び中央値＝４００ｎｍの７８．２６％のナノファイバー、平均値＝１．５６μｍ及び中央値＝１．２１μｍの２１．６％のマイクロファイバー、平均値＝５．３４μｍ及び中央値＝４．７５μｍの０．１４％の粗繊維が存在する。ウェブに残留した静電荷は、−８．８ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例８
連続繊維は、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌから得られた、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ホモポリマー、ＰＥＴ Ｆ６１から、図２に示した装置を使用して紡糸ディスクによって作製した。このポリマーの融点は、２６５℃であり、樹脂は、０．６１のＩＶを有する。このブレンド物のゼロずり粘度は、２７０℃で１６３．３８Ｐａ・Ｓである。ギヤポンプを有するＰＲＩＳＭ押し出し機を使用して、ポリマー溶融物を供給チューブを通して回転紡糸ディスクに送達した。押し出し温度を、２８５℃に設定した。溶融供給チューブからの紡糸溶融物の温度を、３０８℃に設定し、溶融供給速度は、１０グラム／分であった。紡糸ディスクのエッジの温度は、約３００℃と推定された。伸長ゾーン加熱空気を、６０℃に設定した。シェーピングエアーを、２５℃に設定した。紡糸ディスクの回転速度を、一定の１０，０００ｒｐｍに設定した。二重高電圧帯電を、収集装置ベルトにおける＋５０ｋＶ及び０．００ｍＡ、及び、コロナリングにおける０．０ｋＶ及び０．００ｍＡに設定した。伸張ゾーンエアーフローを、８．０ＳＣＦＭに設定した。シェーピングエアフローを、１２．０ＳＣＦＭに設定した。中空回転軸及び反旋回ハブを通るセンターエアーフローを、２．０ＳＣＦＭに設定した。ベルトは１８ｃｍ／分で移動し１２．７ｃｍの敷設距離で、ナノファイバーウェブをベルト収集装置に敷設した。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定し，繊維は、それぞれ、７６０ｎｍ及び５３０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝４８０ｎｍ及び中央値＝４２０ｎｍの７６．１４％のナノファイバー、平均値＝１．６７μｍ及び中央値＝１．４４μｍの２３．８％のマイクロファイバー、平均値＝６．１４μｍ及び中央値＝６．１４μｍの０．０５％の粗繊維が存在する。ウェブに残留した静電荷は、−１２．８ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

実施例９
実施例９では、実施例１と同一の条件の下で紡糸し、その後、８カ月後の後工程が続いた。紡糸したままのウェブロールを、ゼロギャップでコットン／スチール（Ｃｏｔｔｏｎ／Ｓｔｅｅｌ）ロールによって室温及び８００ｐｓｉでカレンダー加工した。繊維直径は、実施例１と同一に留まった。ウェブに残留した静電荷は、ロール・ツー・ロールの後工程の後、−３．２ｋＶであった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

比較例１
連続繊維は、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌから得られた、低分子量（Ｍｗ）ポリプロピレン（ＰＰ）ホモポリマー、Ｍｅｔｏｃｅｎｅ ＭＦ６５０Ｙから、図２に示した装置を使用して紡糸ディスクによって作製した。これは、Ｍｗ＝７５，３８１ｇ／モル、メルトフロー速度＝１８００ｇ／１０分（２３０℃／２．１６ｋｇ）、及び２００℃での９．０７Ｐａ・Ｓのゼロずり粘度を有する。ギヤポンプを有するＰＲＩＳＭ押し出し機を使用して、ポリマー溶融物を供給チューブを通して回転紡糸ディスクに送達した。溶融供給チューブからの紡糸溶融物の温度を、２１０℃に設定し、溶融供給速度は、１０グラム／分であった。紡糸ディスクのエッジの温度は、約２６０℃と推定された。伸長ゾーン加熱空気を、１５０℃に設定した。シェーピングエアーを、１５０℃に設定した。紡糸ディスクの回転速度を、一定の１４，０００ｒｐｍに設定した。印加された帯電はなかった。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定した。ＳＥＭ画像は図１０Ａに示され、繊維は、それぞれ、４３０及び３８０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。ほぼ１００％のナノファイバーが存在する。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

比較例２
連続繊維は、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌから得られた、低分子量（Ｍｗ）ポリプロピレン（ＰＰ）ホモポリマー、ＧＰＨ１４００Ｍから、図７に示した装置を使用して膜ブローによって作製した。これは、メルトフロー速度＝２３００ｇ／１０分（２３０℃／２．１６ｋｇ）、及び２００℃での５．３Ｐａ・Ｓのゼロずり粘度を有する。ギヤポンプを有するＰＲＩＳＭ押し出し機を使用して、ポリマー溶融物をコートハンガーダイ及び一組のブローエアーナイフを通して製膜ブレードに送達した。溶融供給チューブからの紡糸溶融物の温度を、２１０℃に設定し、溶融供給速度は、１０グラム／分であった。製膜ブレードのエッジの温度は、約２６０℃と推定された。ブローエアーを、２５０℃に設定した。印加された帯電はなかった。ダイから収集装置までの距離は、２２ｃｍであった。収集装置速度は、３．８ｍ／分であった。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定した。ＳＥＭ画像は図１０Ｂに示され、繊維は、それぞれ、１．０４μｍ及び０．８４μｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝５４０ｎｍ及び中央値＝５００ｎｍの５６．１９％のナノファイバー、平均値＝１．６０μｍ及び中央値＝１．３９μｍの４２．６７％のマイクロファイバー、平均値＝５．０７μｍ及び中央値＝５．９６μｍの１．１３％の粗繊維が存在する。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

比較例３
比較例３では、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌから得られた、低分子量（Ｍｗ）ポリプロピレン（ＰＰ）ホモポリマー、Ｍｅｔｏｃｅｎｅ ＭＦ６５０Ｙから作製した。これは、Ｍｗ＝７５，３８１ｇ／モル、メルトフロー速度＝１８００ｇ／１０分（２３０℃／２．１６ｋｇ）、及び２００℃での９．０７Ｐａ・Ｓのゼロずり粘度を有する。比較試料を生成するために使用した紡糸技術は、Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ａｒｔｈｕｒ Ｇ． Ｒｕｓｓｅｌｌ Ｃｏｍｐａｎｙによって開発されたものであった。試料は、Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＴｅｎｎｅｓｓｅｅにおけるＮｏｎｗｏｖｅｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂによって提供された。プロセス条件は入手できなかった。

繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定した。ＳＥＭ画像は図１０Ｃに示され、繊維は、それぞれ、５６０ｎｍ及び４５０ｎｍの測定された全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝４７０ｎｍ及び中央値＝４３８ｎｍの９２．６％のナノファイバー、平均値＝１．５８μｍ及び中央値＝１．３８μｍの７．４％のマイクロファイバーが存在し、粗繊維は存在しなかった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

比較例４
比較例４は、Ｃｕｎｏ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｆｉｌｔｅｒからのポリプロピレンメルトブロー媒体であった。プロセス条件は、入手できなかった。繊維サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して画像から測定した。ＳＥＭ画像は図１０Ｄに示され、繊維は、それぞれ、１．４４μｍ及び１．３２μｍの全繊維の繊維直径平均値及び中央値を有すると決定した。平均値＝７７０ｎｍ及び中央値＝８３０ｎｍの２３．９１％のナノファイバー、平均値＝１．６５μｍ及び中央値＝１．４５μｍの７６．０９％のマイクロファイバーが存在し、粗繊維は存在しなかった。ウェブ特性のその他の詳細なデータを、表１及び表２に示す。

単一層粗グレードナノファイバーウェブは、前述の通り、変更された操作条件によって、米国特許第８，２７７，７１１号明細書のノズルのない遠心溶融紡糸プロセスによって作製されることができ、且つ、得られたナノファイバーは、国際公開第２０１３／０９６６７２号パンフレットのプロセスを使用して、ベルト収集装置に敷設されてウェブ媒体を形成することができる。大多数のナノファイバーの混ざり合わされた繊維ネットワークと、小さいパーセンテージのマイクロファイバーと、いくつかの粗繊維と、を含む単一層粗グレードナノファイバーウェブは、単一ソースとして単一プロセスを通して作製されることができる。得られたナノファイバーウェブは、約１０００ｎｍ未満の全繊維の数平均繊維直径を有する。５００ｎｍ未満の平均値及び中央値の直径を有する少なくとも６５％のナノファイバーが存在する。多くとも３５％のマイクロファイバー及び残りの粗繊維。不織布ウェブへの繊維の敷設を補助することに使用する最適化された静電荷は、得られたウェブをエレクトレットにする。実施例９に示すように、ウェブにおける静電は、約少なくとも−８．０ｋＶであり、トリミング、巻き返し、及びカレンダーなどの、紡糸後の８ヵ月でロール・ツー・ロールの後工程の後でさえ、ウェブにおいて少なくとも−３．０ｋＶに留まった。ウェブ強度は、ロール・ツー・ロールの後工程に良好であった。マイクロファイバー及び粗繊維は、ウェブ強度に寄与する。実施例１１に示すように、本発明におけるナノファイバーウェブの機械的強度は、比較例１の純粋なナノファイバーウェブより高い。ＭＤ及びＴＤ方向における平均強度の比は、約１．０である。同様なウェブ構造は、実施例７に示す膜ブロープロセスによって作製されることができる。得られたウェブ構造を比較例２として示す。膜ブロープロセスは、非常に低い粘度のポリマーを加工できるに過ぎず、通常、得られたウェブの機械的強度は、本発明におけるナノファイバーウェブより非常に低い。

本発明のナノファイバーウェブの特異的な孔構造は、図１２に示され、この場合に、平均流量孔と最低孔径の差は、１．５未満である。本発明におけるナノファイバーウェブの孔構造の均一性は、比較例１の純粋なナノファイバーウェブとの比較において、図１３に示すように、且つ、比較例３のメルトブローナノファイバーウェブ、及び、比較例４のメルトブローマイクロファイバーウェブとの比較において、図１４に示すように、すべての比較例より良好である。本発明におけるナノファイバーウェブの孔構造の孔径均一性インデックスは、すべての比較例の１．２超と比較して、１．２未満である。

Claims (15)

1. 単一ソースのランダムに混ざり合わされた繊維ネットワークを含み、少なくとも−８．０ｋＶの静電荷、及び少なくとも２．０ｇｆ／ｃｍ／ｇｓｍのウェブ強度を有する、エレクトレットナノファイバーウェブ。
2. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、
   （ａ）前記エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の少なくとも約６５個数％は、約１０００ｎｍ未満の数平均直径を有するナノファイバーであることと、
   （ｂ）前記エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約３０個数％は、約１．０μｍ〜約３．０μｍの数平均直径を有するマイクロファイバーであることと、
   （ｃ）前記エレクトレットナノファイバーウェブにおける繊維の多くとも約５個数％は、約３．０μｍを超える数平均直径を有する粗繊維であることと、
   を含む、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
3. 前記エレクトレットナノファイバーウェブにおける前記繊維は、約１０００ｎｍ未満の数平均繊維直径を有する、請求項２に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
4. 前記ナノファイバーは、約５００ｎｍ未満の平均値及び中央値の直径を有する、請求項２に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
5. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、少なくとも約６５％の多孔性、多くとも約１５μｍの平均流量孔サイズ、及び１２５Ｐａで約１０〜約１０００ｃｍ³／ｃｍ²／分のフレーザー空気透過性を有する、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
6. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、約１．２未満の孔径均一インデックスを有し、且つ、平均流量孔と最小孔径の差は、約１．５μｍ未満である、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
7. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、約０．５を超える不織布フラックスバリア特性を有する、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
8. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、約５〜約１００ｇ／ｍ²の目付を有する、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
9. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、約２０ｇ／ｍ²〜約６０ｇ／ｍ²の目付を有する、請求項８に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
10. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、約１．０のＭＤ及びＴＤ方向における平均強度の比を有する、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
11. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、溶融加工可能な熱可塑性ポリマーを含む、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
12. 前記溶融加工可能な熱可塑性ポリマーは、ポリオレフィン及びポリエステルからなる群から選択される、請求項１１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
13. 前記ポリオレフィンは、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びそれらのブレンド物からなる群から選択される、請求項１２に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
14. 前記ポリエステルは、ポチエチレンテレフタレートである、請求項１２に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。
15. 前記エレクトレットナノファイバーウェブは、遠心溶融紡糸プロセスによって作製される、請求項１に記載のエレクトレットナノファイバーウェブ。

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