JP4944100B2

JP4944100B2 - 高フルオロ飽和比を有するエレクトレット物品

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Publication number: JP4944100B2
Application number: JP2008510070A
Authority: JP
Inventors: ジェラルド・アール・スパーツ; セス・エム・カーク; マービン・イー・ジョーンズ; ハイアシンス・エル・キャビビル; アラン・ディ・ルソー; スティーブン・ジェイ・パチュタ
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Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2012-05-30
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Description

本発明は、少なくとも０．１５のＣＦ_３：ＣＦ_２比を有し、及び約２００を超えるフルオロ飽和比を有するポリマーエレクトレット物品に関する。本発明のエレクトレット物品は、長時間の高温曝露時の帯電劣化に対して耐性がある。

エレクトレット物品（すなわち、少なくとも準恒久的な帯電を示す誘電体）は、良好な濾過性を示すことが知られている。物品は、多様な構造に形成されているが、空気濾過目的の場合、物品は、通常不繊布ポリマー繊維ウェブの形態をとる。そのような製品の例は、３Ｍ社（the 3M Company）により販売されたフィルトレット（Filtrete）（商標）ブランドのファーネスフィルターである。又、不繊布ポリマーエレクトレットフィルターは、個人用呼吸保護装置に使用されている。例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３を参照のこと。

種々の方法が、エレクトレットを作製するために使用されており、それらには、繊維／電気粒子衝撃（クビック（Kubik）らに対する特許文献４）、直流「ＤＣ」コロナ帯電（ファン・タンホウ（van Turnhout）に対する特許文献５及び特許文献６、並びにナカオ（Nakao）に対する特許文献７を参照のこと）、ハイドロチャージ（アンガジバンド（Angadjivand）らに対する特許文献８、特許文献９、特許文献１０及び特許文献１１、エイツマン（Eitzman）らに対する特許文献１２、並びにインスレイ（Insley）らに対する特許文献１３を参照のこと）、及び極性液体への曝露（エイツマン（Eitzman）らに対する特許文献１４）が挙げられる。誘電体物品に付与される帯電は、粒子捕捉の向上に有効である。

繊維性構造体に加え、ミクロ構造化又はマイクロチャネル化濾材は、電気的に帯電され、濾過性を改善している（例えば、インスレイ（Insley）らに対する特許文献１５を参照のこと）。

使用時、エレクトレットフィルターは、しばしばエレクトレットフィルターのフィルター性能を妨げる粒子及び汚染物質の負荷がかけられている。例えば、液体エアゾール、特に油性エアゾールは、エレクトレットフィルターがエレクトレット強化フィルター効率を失う原因となる（フバティ（Huberty）に対する特許文献１６を参照のこと）。
米国特許第５，３０７，７９６号明細書（クロンザー（Kronzer）ら）米国特許第５，８０４，２９５号明細書（ブラウン（Braun）ら）米国特許第６，２１６，６９３号明細書（レコウ（Rekow）ら）米国特許第４，２１５，６８２号明細書米国特許第Ｒｅ．３０，７８２号明細書米国特許第Ｒｅ．３２，１７１号明細書米国特許第４，５９２，８１５号明細書米国特許第５，４９６，５０７号明細書米国特許第６，１１９，６９１号明細書米国特許第６，３７５，８８６号明細書米国特許第６，７８３，５７４号明細書米国特許第６，４０６，６５７号明細書米国特許第６，７４３，４６４号明細書米国特許第６，４５４，９８６号明細書米国特許第６，５２４，４８８号明細書米国特許第６，６２７，５６３号明細書

このフィルター効率損失に対処するため多くの方法が開発されている。１つの方法としては、フィルターに不繊布ポリマーウェブの追加の層を加えることが挙げられる。しかし、この取組みは、エレクトレットフィルターに対する圧力低下を増し、その重量と嵩を増加するおそれがある。エレクトレットフィルターが個人用呼吸保護装置に使用される場合、これらの欠点が、特に障害になるおそれがある。例えば、圧力低下が大きいと呼吸抵抗が増え、呼吸用マスクの着用をより不快にする。油性ミストエアゾールに対する耐性を改善する他の方法としては、ポリマー繊維性物品作製時にフッ素性化学物質オキサゾリジノン、フッ素性化学物質ピペラジン又はペルフッ素化アルカン等の融解処理が可能なフッ素性化学物質添加剤をポリマーに加えることが挙げられる。例えば、クレータ（Crater）らに対する米国特許第５，０２５，０５２号及び同第５，０９９，０２６号、並びにジョーンズ（Jones）らに対する米国特許第５，４１１，５７６号及び同第５，４７２，４８１号を参照のこと。フッ素性化学物質は、融解処理が可能である、すなわち、フッ素性化学物質は、融解処理条件下で実質的に分解されず、エレクトレットウェブの繊維を形成するために使用される。ローソウ（Rousseau）らに対する米国特許第５，９０８，５９８号も参照のこと。又、融解処理法に加え、フッ素化エレクトレットは、ポリマー物品をフッ素含有化学種及び不活性ガスを含む雰囲気中に置き、次に電気的に放電し、ポリマー物品の表面化学を変えることにより作製されている。電気放電は、ＡＣコロナ放電等のプラズマの形態であってよい。プラズマフッ素化法は、フッ素原子をポリマー物品の表面に存在させる。フッ素化ポリマー物品は、例えば上記のハイドロチャージ技術を使用し電気的に帯電されてよい。プラズマフッ素化法は、ジョーンズ／リオンズ（Jones/Lyons）らに対する幾つかの米国特許第６，３９７，４５８号、同第６，３９８，８４７号、同第６，４０９，８０６号、同第６，４３２，１７５号、同第６，５６２，１１２号、同第６，６６０，２１０号及び同第６，８０８，５５１号に記載されている。フッ素化技術を開示するその他の文献としては、米国特許第６，４１９，８７１号、同第６，２３８、４６６号、同第６，２１４，０９４号、同第６，２１３，１２２号、同第５，９０８，５９８号、同第４，５５７，９４５号、同第４，５０８，７８１号及び同第４，２６４，７５０号、米国公報第２００３／０１３４５１５Ａ１号及び同第２００２／０１７４８６９Ａ１号、並びにＰＣＴ国際公開公報ＷＯ０１／０７１４４が挙げられる。

フッ素化エレクトレットは、多くの濾過アプリケーションに好適であるが、一部のフィルターは製品規格、例えば軍の仕様及びＮＩＯＳＨの要求に適合するため熱安定性の向上を必要とする。ＮＩＯＳＨ、化学、生物、放射線物質及び原子核（ＣＢＲＮ）汚染空気浄化分離呼吸装置に関する標準の声明（Statement of Standard for Chemical, Biological, Radiological, and Nuclear （CBRN） Air-Purifying Escape Respirator）、添付書類Ａ、２００３年９月３０日、及びＮＩＯＳＨ、化学、生物、放射線物質及び原子核（ＣＢＲＮ）汚染フルフェース空気浄化呼吸装置（ＡＰＲ）に関する標準の声明（Statement of Standard for Chemical, Biological, Radiological, and Nuclear （CBRN） Full Facepiece Air Purifying Respirator （APR））、付録Ａ、２００３年４月４日を参照のこと。アプリケーションは、エレクトレット濾材が高温長時間の帯電劣化に対して耐性でなければならない場合に存在する。以下に記載した本発明は、この必要性に取組み、それによって長時間高温に曝露されているにもかかわらず良好な油性ミスト濾過性を有するエレクトレット物品を提供する。

本発明は、新規なフッ素化ポリマー物品を提供し、前記物品は、それに付与された帯電と、少なくとも約０．１５のＣＦ_３とＣＦ_２の比率と、約２００を超えるフルオロ飽和比とを有するポリマー材料を備える。本発明は、これまで記載されていない又はポリマーエレクトレット物品技術分野において認知されていないＣＦ_３とＣＦ_２の組み合わせ及びフルオロ飽和比を有する点で既知のフッ素化エレクトレット物品と異なる。本発明者らは、前記比率を有するポリマーエレクトレット物品が、ストレスの多い熱的条件下で改良された濾過性を示し得ることを発見した。上記したジョーンズ／リオンズ（Jones/Lyons）らの特許に記載されたエレクトレット物品において、ＣＦ_３：ＣＦ_２比は、少なくとも約０．２５、好ましくは少なくとも約０．４５、より好ましくは０．９を超えると記載されている。しかしながら、ジョーンズ／リオンズ（Jones/Lyons）らの特許は、フルオロ飽和比、及び帯電安定性に関して前記比率が有し得る効果について少しも言及していない。テトラフルオロエチレン／六フッ化プロピレンコポリマー（フッ素化エチレンプロピレン又は「ＦＥＰ」としても既知）、及びポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）は、例えばエレクトレット物品として変換器に使用されている。Ｇ．Ｍ．セスラー（G.M. Sessler）のエレクトレッツ（Electrets）、第１巻３７４〜３８１頁（１９９８年）を参照のこと。ＦＥＰは、幾つかのＣＦ_３構成成分―ＣＦ_２の量に対しておおよそ０．１１であると測定された―を有しているが、ＰＴＦＥは、無視できる程度に僅かな量のＣＦ_３しか有していない。従って、この発明のＣＦ_３：ＣＦ_２比及びフルオロ飽和比を有するこれまでに製造された製品は、知られておらず、また前記比率を有し、本発明の熱安定性を示す既知のエレクトレット製品は１つもない。

エレクトレット物品のフィルター性能は、通常当該技術分野において「品質因子」又は「Ｑ値」と呼ばれるパラメーターを使用することを特徴とする。Ｑ値は、濾過性能を粒子貫通と圧力低下パラメーターの調和とみなしている。上に示したように、一部のフィルターは、濾過製品規格に適合するために向上した熱安定性を必要とする。アプリケーションは、エレクトレット濾材が、高温で帯電劣化に対して耐性でなければならない場合に存在する。出願人は、促進高温エージング曝露後発明のエレクトレット物品を試験する際、並はずれた品質要因データが保持され得ることを実証する。具体的には、出願人は、並はずれた品質要因データが、１００℃で９時間のエージング後達成され得ることを示している。この試験の結果得られるＱ値は、「Ｑ９」と呼ばれる。本発明者らは、約２００を超えるフルオロ飽和比を含む少なくとも０．１５のＣＦ_３とＣＦ_２の比率を有するエレクトレット物品を提供することにより、熱安定性の増加―Ｑ９値により測定された―が、達成され得ることを発見した。従って、発明のエレクトレット物品は、高温で長時間「エージングされた」にもかかわらず良好な濾過効率を保持できる。

本発明のこれら及びその他の特徴又は利点は、この発明の図面及び詳細な記載においてより十分に示され、説明される、ここで、同様の参照数字は、類似の部分を示すために使用される。しかしながら、図面及び記載は、説明だけのためであり、この発明の範囲を不必要に限定する意味に読み取られるべきでないことはいうまでもない。

用語解説
以下に詳述された用語は、定義された意味を有することになる。

「エアゾール」とは、固体又は液体形態の懸濁粒子を含有するガスを意味する。

「フッ素原子％」とは、Ｘ−線光電子分光法（ＸＰＳ）を使用し、フッ素の表面濃度を測定する方法により決定されるフッ素量を意味する。

「汚染物質」とは、一般に粒子であることを考慮しなくてよいが、吸うと有害であるおそれのある粒子及び／又はその他の物質を意味する（例えば、有機体の蒸気）。

「誘電体」とは、直流電流に対して非導電性であることを意味する。

「エレクトレット」とは、少なくとも準恒久的な帯電を示す誘電体を意味する。

「帯電」とは、電荷分離があることを意味する。

「繊維性」とは、繊維及びおそらくはその他の成分を所有することを意味する。

「繊維性エレクトレットウェブ」は、繊維を含有し、少なくとも準恒久的な帯電を所有する織布又は不織布ウェブを指す。

「フッ素化する」とは、フッ素原子を物品の表面に配置することを意味する。

「フッ素含有化学種」とは、例えばフッ素原子、元素フッ素及びラジカルを含有するフッ素を含むフッ素原子を包含する分子並びに部分を意味する。

「非導電性」とは、室温（２２℃）で約１０^１４Ω・ｃｍを超える体積抵抗率を所有することを意味する。

「不繊布」とは、繊維又はその他の構造体構成成分が、織る以外の手段で一緒に保持される構造の構造体又は部分を意味する。

「持続的な帯電」とは、エレクトレット物品が使用される製品の少なくとも一般に許容できる耐用年数の間、帯電がエレクトレット物品内に存在することを意味する。

「ポリマー」とは、規則的又は不規則に配列される繰り返し結合分子単位又は基を含有する有機材料を意味する。

「ポリマーの」とは、ポリマー及びおそらくはその他の成分を含有することを意味する。

「ポリマー繊維形成材料」とは、ポリマーを含有し又はポリマーを製造できるモノマーを含有し、おそらくはその他の成分を含有し、及び固体繊維に形成され得る組成物を意味する。

「準恒久的」とは、帯電が、有意に測定可能な十分に長い時間、（２２℃、１０１，３００パスカル（Ｐａ）気圧及び湿度５０％）周囲大気条件下で物品内に存在することを意味する。

「短繊維」とは、一般に画定した長さ、典型的に約２ｃｍ〜約２５ｃｍに切断され、典型的に少なくとも１５マイクロメートルの繊維直径を有する繊維を指す。

「表面フッ素化」とは、表面（例えば、ポリマー物品の表面）にフッ素原子が存在することを意味する。

「表面変性された」とは、表面での化学構造が、その元の状態から変更されていることを意味する。

「熱可塑性」とは、感知されるほどの化学的な変化を受けることなく、熱に曝露されると柔らかくなり、冷却すると再び固くなる高分子材料を意味する。

「ウェブ」とは、２つの寸法が３番目の寸法より有意に大きく、空気透過性である構造体を意味する。

記載した好ましい本発明の実施形態において、明瞭性のため特殊な用語が使用される。しかしながら、本発明は、そのようにして選択された特殊な用語に限定されることを意図していない、そのようにして選択された各用語は、同様に作用する全ての技術的な等価物を含むことはいうまでもない。

この発明に使用される好適なウェブは、種々の技術で作製されてよく、それらには、エアレイド法、湿式載置法、水流交絡法、スパンボンド法、及びメルトブロウン法が挙げられる。ファンＡ．ウェント（Van A. Wente）、「超微細熱可塑性繊維（Superfine Thermoplastic Fibers）」、インダストリアル・エンジニアリング・ケミストリ（Indus. Engn. Chem.）、第４８巻、１３４２〜４６頁、及びナバル・リサーチ・ラボラトリーズ（the Naval Research Laboratories）のレポート第４３６４号、ファンＡ．ウェント（Van A. Wente）ら、表題「超微細有機繊維の製造（Manufacture of Super Fine Organic Fibers）」、１９５４年５月２５日出版を参照のこと。これら技術の組み合わせを使用し及び前記繊維の組み合わせから作製されたウェブも使用されてよい。マイクロファイバー、特にメルトブロウンマイクロファイバーは、フィルターとして使用される繊維ウェブに特に好適に使用される。この明細書で使用されるとき、「マイクロファイバー」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（類）を意味する。有効繊維直径は、デイビス（Davies）、Ｃ．Ｎ．、「空中の塵及び粒子の分離（The Separation of Airborne Dust and Particles）」、インスティチューション・オブ・メカニカルエンジニア（Inst. Mech. Engn.）ロンドン、議事録１Ｂ（１９５２年）の式Ｎｏ．１２を使用して計算できる。フィルターアプリケーションの場合、マイクロファイバーは、典型的に２０マイクロメートル未満、より典型的には約１〜約１０マイクロメートルの有効繊維直径を有する。又、解繊フィルムから作製された繊維が使用されてよい。例えば、ファンターンアウト（Van Turnout）に対する米国特許第ＲＥ３０，７８２号、同第ＲＥ３２，１７１号、同第３，９９８，９１６号、及び同第４，１７８，１５７号を参照のこと。

又、短繊維は、マイクロファイバーと組合され、ウェブロフトを改善できる、すなわち、その密度を減少できる。ウェブ密度の減少でウェブに対する圧力低下を小さくでき、空気はより容易にフィルターを通過できる。より小さい圧力低下が、個人用呼吸保護装置において特に望ましい、というのは、それらが、呼吸用マスクの着用をより快適にする。圧力低下が小さければ小さいほど、フィルターを通して空気を吸うために必要なエネルギーは少なくなる。負圧マスクを着用する呼吸用マスク着用者―それは、フィルターを通して空気を吸うために着用者の肺に負圧を必要とする呼吸用マスクである―は、従って、濾過空気を呼吸するため骨を折る必要がない。又、より小さいエネルギー消費は、動力フィルターシステムに有益であり、ファンを動力で動かすことに関連するコストを下げ、バッテリー動力システムのバッテリーの耐用年数を延長する。典型的な不繊布繊維性フィルターでは、約９０重量％以下の短繊維が存在し、より典型的には約７０重量％以下の短繊維が存在する。典型的に繊維の残部は、マイクロファイバーである。短繊維を含有するウェブの例が、ハウサー（Hauser）に対する米国特許第４，１１８，５３１号に開示されている。

又、活性物質微粒子が、吸着目的、及び触媒作用の目的等を含む様々な目的のためエレクトレットウェブに含有されてよい。例えば、センカス（Senkus）らに対する米国特許第５，６９６，１９９号は、おそらく好適である種々の活性物質微粒子を記載している。吸着性を有する活性物質微粒子―活性炭又はアルミナ等―は、ウェブに含有され、濾過操作時有機体蒸気を除去できる。活性物質微粒子は、ウェブ内に約９５容積％までの量で存在してよい。粒子の入った不織布ウェブの例が、例えば、ブラウン（Braun）に対する米国特許第３，９７１，３７３号、アンダーソン（Anderson）に対する米国特許第４，１００，３２４号、及びコルピン（Kolpin）らに対する米国特許第４，４２９，００１号に記載されている。

エレクトレット物品の製造に使用されて好適であってよいポリマーとしては、熱可塑性有機非導電性ポリマーが挙げられる。一般に、これらのポリマーは、多量の捕捉帯電を保持でき、メルトブロウイング装置又はスパンボンディング装置等により繊維に処理できる。用語「有機」とは、ポリマー主鎖が炭素原子を含むことを意味する。好ましいポリマー類としては、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、これらのポリマー類の１つ以上を含有するブレンド類又はコポリマー類、及びこれらのポリマー類の組み合わせが挙げられる。その他のポリマー類としては、ポリエチレン、その他のポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル類、ポリスチレン類、ポリカーボネート類、ポリエチレンテレフタレート、その他のポリエステル類、及びこれらのポリマー類の組み合わせが挙げられてよく、並びに所望により、他の非導電性ポリマー類が、高分子繊維形成材料として又はその他のエレクトレット物品を製造するため使用されてよい。

又、ポリマーエレクトレット物品、特に繊維が、押し出され、ないしは別の方法で形成され複合ポリマー構成成分を有してよい。クルーガー（Krueger）及びダイラッド（Dyrud）に対する米国特許第４，７２９，３７１号、並びにクルーガー（Krueger）及びメイヤー（Meyer）に対する米国特許第４，７９５，６６８号及び同第４，５４７，４２０号を参照のこと。異なるポリマー構成成分が、繊維の長さに沿って同心円的に又は長手方向に配列され、例えば、２成分繊維を作製してよい。繊維は、配列され、「巨視的に均質な」ウェブ、すなわち、各々が同一の一般組成を有する繊維から作製されるウェブを形成してよい。

繊維は、他の好適な添加剤と組合わせてこれらのポリマーから作製されてよい。可能な添加剤は、熱的に安定な有機トリアジン化合物又はオリゴマーであり、その化合物又はオリゴマーは、トリアジン環内のものに加え、少なくとも１つの窒素原子を含有する。ローソウ（Rousseau）らに対する米国特許第６，２６８，４９５号、同第５，９７６，２０８号、同第５，９６８，６３５号、同第５，９１９，８４７号、及び同第５，９０８，５９８号を参照のこと。水の噴射により帯電されたエレクトレットを向上することがわかっている他の添加剤は、チバガイギー社（Ciba-Geigy Corp.）から入手可能なキマソーブ（Chimassorb）（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。

本発明に使用される繊維は、濾過アプリケーションに好適な繊維性製品を製造するためアイオノマー―特に、エチレン及びアクリル酸、メタクリル酸又は両方の金属イオン中和コポリマー―を含有する必要はない。不繊布繊維性エレクトレットウェブは、金属イオンで部分的に中和された酸基を有する５〜２５重量％の（メタ）アクリル酸を含有することなく上記ポリマーから好適に製造できる。

添加剤を含有する繊維は、エレクトレット物品を作製するためポリマーと添加剤の加熱溶融ブレンドを成形後、―アニーリング及び帯電工程がこれに続いた―冷却されてよい。エレクトレットをこのように作製することにより、向上した濾過性能が、物品に付与されてよい。ローソウ（Rousseau）らに対する米国特許第６，０６８，７９９号を参照のこと。又、エレクトレット物品は、荷重を改善するため低レベルの抽出炭化水素（＜３．０重量％）を有するよう作製されてよい。ローソウ（Rousseau）らに対する米国特許第６，７７６，９５１号を参照のこと。

本発明によるエレクトレット物品を製造するために使用される高分子材料は、好ましくは室温で１０^１４Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する。より好ましくは、体積抵抗率は、約１０^１６Ω・ｃｍ以上である。高分子繊維形成材料の固有抵抗は、標準試験法ＡＳＴＭＤ２５７〜９３により測定されてよい。又、メルトブロー繊維等のエレクトレット物品を作製するために使用される高分子繊維形成材料は、帯電防止剤等の構成成分を実質的に無くする必要がある、というのは、帯電防止剤は、帯電を受け取り保持するため導電性を増加させ、ないしは別の方法でエレクトレット物品の性能を妨げる。

呼吸用マスクフィルターのための不繊布ポリマー繊維ウェブを含むエレクトレットは、典型的に平方メートル当たり約２〜５００グラム（ｇ／ｍ^２）、より典型的には約２０〜１５０ｇ／ｍ^２の範囲の「坪量」を有する。坪量は、フィルターウェブ単位面積当たりの質量である。前記不繊布ポリマー繊維ウェブの厚さは、典型的に約０．２５〜２０ミリメートル（ｍｍ）、より好ましくは約０．５〜２ｍｍである。通常、多層繊維性エレクトレットウェブは、フィルター要素に使用される。繊維性エレクトレットウェブのソリディティ（solidity）は、典型的には約１〜２５、より典型的には約３〜１０である。

発明のエレクトレット物品は、フィルターマスクのフィルターとして使用されてよく、着用者の少なくとも鼻と口をカバーする。

図１は、本発明により製造される電気的に帯電した不織布ウェブを含有するよう構成されてよいフィルターフェースマスク１０の例を示す。概ねカップ形状の本体部分１２は、着用者の鼻と口を覆って取り付けられる。本体部分１２は、多孔質であり、そのため、吸入した空気は、本体部分１２を通過できる。エレクトレット濾材は、マスク本体部分１２内に配置され（典型的にほぼ全表面積にわたって）吸入した空気から汚染物質を除去する。快適な鼻クリップ１３が、マスク本体に配置されてよく、着用者の鼻を覆ってきちんとした取り付けを保持する手助けをする。鼻クリップは、カスティグリオン（Castiglione）に対する米国特許第Ｄｅｓ．４１２，５７３及び同第５，５５８，０８９号に記載されたような「Ｍ−形状」クリップであってよい。ストラップ又はハーネスシステム１４が、マスク本体１２を着用者の顔に支持するため備えられてよい。図１には、二重ストラップシステムを示しているが、ハーネス１４は、ストラップ１６を１つだけ使用してよく、様々なその他の形状であってよい。例えば、ジャプンティッチ（Japuntich）らに対する米国特許第４，８２７，９２４号、セパラ（Seppalla）らに対する米国特許第５，２３７，９８６号、及びバイラム（Byram）に対する米国特許第５，４６４，０１０号を参照のこと。マスク内部から吐出空気をすばやくパージするためマスク本体に吐出弁が装着されてよい。ジャプンティッチ（Japuntich）らに対する米国特許第５，３２５，８９２号、同第５，５０９，４３６号、同第６，８４３，２４８号及び同第６，８５４，４６３号、並びにボウワーズ（Bowers）に対する米国特許第ＲＥ３７，９７４号も参照のこと。

図２は、マスク本体１２の断面図の例を示す。マスク本体１２は、数字１８，２０及び２２で示したように複数個の層を有してよい。エレクトレット濾材は、熱固着繊維から作製される形成層等、繊維が繊維交点で他の繊維に固着できる外側熱可塑性構成成分を有する２成分繊維等の他の層で支持されてよい。層１８は、外側形成層、層２０は、濾過層、層２２は、内側形成層であってよい。形成層１８及び２２は、濾過層２０を支持し、及びマスク本体１２に形状を付与する。用語「形成層」が、この説明に使用されるが、形成層は、その他の機能も有する、そしてそれは、最も外側層の場合、更に濾過層の保護及びガス状流の前濾過等の一次機能であってよい。又、用語「層」が使用されるが、１つの層は、正確に言えば所望の厚さ又は重量を得るため組み付けられた数個のサブレイヤを備えてよい。実施形態によっては、概ね内側の１つの形成層だけが、フェースマスク内に包含されるが、２つの形成層が使用される、例えば図２に示した濾過層の各側に１つの場合、形成は、より長持ちし、好都合に達成できる。形成層の例が以下の特許、すなわちバーグ（Berg）に対する米国特許第４，５３６，４４０号、ダイラッド（Dyrud）らに対する米国特許第４，８０７，６１９号、クロンザー（Kronzer）らに対する米国特許第５，３０７，７９６号、バージオ（Burgio）に対する米国特許第５，３７４，４５８号、及びスコブ（Skov）に対する米国特許第４，８５０，３４７号に記載されている。図１及び２に示した図示マスク本体は、概ね円形のカップ形状の構成を有するが、マスク本体は、その他の形状を有してよい。例えば、ジャプンティッチ（Japuntich）に対する米国特許第４，８８３，５４７号を参照のこと。

図３は、発明のエレクトレット物品をフィルターとして使用してよい他の呼吸用マスク２４を示す。呼吸用マスク２４は、マスク本体に固定されたフィルターカートリッジ２８を有するエラストマーマスク本体２６を含む。典型的に、マスク本体２６は、人の鼻と口を覆って快適に取り付けるエラストマーフェースピース３０を含む。フィルターカートリッジ２８は、着用者に吸入される前に汚染物質を捕捉するための発明のエレクトレット濾材を含有してよい。フィルター要素としては、それだけで又は活性炭床等のガスフィルターと組合わせた発明のポリマーエレクトレットフィルター物品が挙げられてよい。多孔質カバー又はスクリーン３２は、フィルターカートリッジに備えられ、フィルター要素の外部表面を保護してよい。発明のエレクトレット濾材が使用されてよい他のフィルターカートリッジの例が、例えばブロストロム（Brostrom）らに対する米国特許第Ｒｅ．３５，０６２号又はバーンズ（Burns）及びレイシェル（Reischel）に対する米国特許第５，０６２，４２１号に開示されたフィルターカートリッジ等の呼吸用マスクのためのフィルターカートリッジに開示されている。これらの特許に示したように、複合フィルターカートリッジが使用されてよい。又、カートリッジは、取り外し及び置換可能であってよい。更に、発明の濾材は、動力空気浄化呼吸装置（ＰＡＰＲｓ）のフィルターカートリッジに使用されてよい。ＰＡＰＲｓの例が、ベネット（Bennett）らに対する米国特許第６，６６６，２０９号及びクック（Cook）らに対する米国特許第６，５７５，１６５号に示されている。更に、発明の濾材は、脱出フード用のフィルターカートリッジに使用されてよい。マーチンソン（Martinson）らに対する米国特許第Ｄ４８０，４７６号及びレスニック（Resnick）に対する米国特許第６，３０２，１０３号、同第６，３７１，１１６号、６，７０１，９２５号を参照のこと。

図４は、濾材配列４０の斜視図を示す。配列４０の構造体は、多流路４２を備えてよく、配列４０の第１の側４４に入口４３を画定し、配列４８の第２の側に出口４６を有する。流路は、波形化又はミクロ構造化層５０及びキャップ層５２により画定されてよい。波形化層５０は、１つ以上のピーク又は谷部分でキャップ層５２に接合されてよい。構造化及び平面部材の多層を積み重ねることにより、マイクロチャネル化配置が達成されてよい。流路は、高いアスペクト比を有する傾向があり、及びフィルム層は、好ましくは電気的に帯電され、良好な捕捉効率を有する物品４０を提供する。第１の側４４から第２の側４８の配列４０全体にわたる圧力低下は、無視できる。

従って、濾過目的で使用される非繊維性エレクトレット物品は、形成フィルム、ミクロ構造化表面、又は多数のミクロ構造化路の形態を取ってよい。非繊維性エレクトレット物品の例が、インスレイ（Insley）らに対する米国特許第６，７５２，８８９号、インスレイ（Insley）らに対する米国特許第６，２８０，８２４号、ファンターンアウト（Van Turnout）に対する米国特許第４，０１６，３７５号、及びルサーフォード（Rutherford）に対する米国特許第２，２０４，７０５号に開示されている。

フッ素化
発明のフッ素化エレクトレットは、化学反応、収着、縮合、又はその他の好適な手段によりフッ素含有化学種をガス相から物品に移動することにより調製されてよい。ポリマー物品は、所望により表面変性電気放電の存在時にフッ素化されてよく、それに次いで物品を帯電し、フッ素化エレクトレットを製造する。或いは、発明の物品は、先ず帯電され、次にフッ素化されてよい。

フッ素含有化学種を含む雰囲気にポリマー物品を曝露することにより、ポリマー物品の表面が変性され、フッ素原子を含有する。フッ素化プロセスは、大気圧、大気圧未満、又は「減圧」下で行われてよい。フッ素化プロセスは、好ましくは制御された雰囲気で行われ、汚染物質が物品表面へのフッ素原子の付加を妨げるのを阻む。用語「制御された」とは、フッ素化が起こる室内の雰囲気の組成物を制御する能力を装置が有することを意味する。好ましくは、雰囲気には、実質的に酸素及びその他の望ましくない構成成分がない。典型的に、雰囲気は、体積で１％未満、好ましくは０．１％未満の酸素又はその他の望ましくない構成成分を含有する。

雰囲気に存在するフッ素含有化学種は、フッ素化化合物に由来し、室温でガスあり、加熱されてガスになり、又は気化され得る。フッ素含有化学種の有用な発生源の例としては、フッ素原子、元素フッ素、フッ素化イオウ（例えば、ＳＦ６）、フッ素化窒素（例えば、ＮＦ３）及びＰＦ３、ＢＦ３、ＳｉＦ４等の無機フッ素、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。又、フッ素含有化学種の雰囲気は、貴ガスであるヘリウム、アルゴン等、及びそれらの組み合わせ等の不活性希釈ガスを含んでよい。窒素も希釈剤として使用されてよい。

フッ素化処理時に適用される電気放電が、フッ素含有化学種の発生源が存在時に適用されると、ポリマー物品の表面化学を変性できる。電気放電は、プラズマ、例えばグロー放電プラズマ、コロナプラズマ及び無音放電プラズマ（誘電体バリア放電プラズマ及び交流（「ＡＣ」）コロナ放電とも呼ばれる）、ハイブリッドプラズマ、例えば大気圧でのグロー放電プラズマ、並びに擬似グロー放電の形態であってよい。ジョーンズ／リオンズ（Jones/Lyons）らに対する米国特許第６，８０８，５５１号、同第６，６６０，２１０号、同第６，５６２，１１２号、同第６，４３２，１７５号、同第６，４０９，８０６号、同第６，３９８，８４７号、及び同第６，３９７，４５８号を参照のこと。プラズマは、減圧でのＡＣプラズマが好ましい。「減圧」とは、７００Ｐａ未満、好ましくは１４０Ｐａ未満の圧力を意味する。有用な表面変性電気放電プロセスの例が、ストロベル（Strobel）らに対する米国特許第５，２４４，７８０号、同第４，８２８，８７１号、及び同第４，８４４，９７９号に記載されている。

他のフッ素化プロセスとしては、元素フッ素に対して不活性である液体中にポリマー物品を浸漬し、元素フッ素ガスを液体を通してバブリングし、表面フッ素化物品を製造することが挙げられてよい。フッ素に対して不活性である有用な液体の例としては、ペルハロゲン化液、例えばパフォーマンスフルイド（Performance Fluid）ＰＦ５０５２（３Ｍ社（3M Company）から市販）等のペルフッ素化液が挙げられる。液体を通してバブリングされる元素フッ素含有ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、及びそれらの組み合わせ等の不活性ガスが挙げられてよい。

所定の流速でＱ９値が高くなればなるほど、高温貯蔵後のエレクトレットのフィルター性能は良くなる。好ましいエレクトレットは、少なくとも約１．４／ｍｍＨ_２０（９．８Ｐａ）、好ましくは少なくとも約１．５／ｍｍＨ_２０（９．８Ｐａ）、より好ましくは少なくとも約２．０／ｍｍＨ_２０（９．８Ｐａ）のＱ９値を有する。Ｑ９値は、以下に詳述する試験法により決定されてよい。又、より高い熱安定性に相当する、より高い熱誘発放電電流（ＴＳＤＳ）値が、この発明により達成されてよい。ポリプロピレンを含有する好ましいエレクトレットは、１３０℃を超える、より好ましくは１４０℃を超えるＴＳＤＳピーク値を有する。

フッ素表面濃度は、Ｘ線光電子分光法又はＸＰＳとしても知られている化学分析用電子分光法（ＥＳＣＡ）を使用し確認されてよい。本発明のエレクトレット物品の表面は、ＸＰＳで分析すると約４５〜６０フッ素原子％を示す。ＸＰＳは、被検物の最も外側表面（すなわち、おおよそ３０〜１００Å）の元素組成を分析する。発明の物品のＣＦ_３とＣＦ_２の比率は、少なくとも約０．１５、好ましくは少なくとも約０．２、より好ましくは少なくとも約０．３である。上部末端部において、ＣＦ_３：ＣＦ_２比は、典型的に約０．７未満又は０．６である。ＣＦ_３とＣＦ_２の比率は、以下に記載するＸ−線光電子分光法（ＸＰＳ）を使用し決定されてよい。

又、エレクトレットは、エレクトレットの表面で約２００を超え、好ましくは約２５０を超え、約３００を超えてよいフルオロ飽和比（ＦＳＲ）を有する。フルオロ飽和比ＦＳＲは、試料のフッ素原子％をその飽和／不飽和比で除算することにより決定できる。フッ素原子％及び飽和／不飽和比は、以下に記載するＸＰＳ及びＴｏＦ−ＳＩＭＳ手順を使用し決定されてよい。一般に、より良いＱ９値は、より高いフルオロ飽和比で達成される（図６を参照のこと）、従って、ＦＳＲが高くなればなるほど、高温油性ミスト性は良くなる。３５０又は更に５００のＦＳＲ値が達成されてよい。

本発明のフルオロ飽和比を達成するため、エレクトレット物品は、好ましくは約４パスカル未満の圧力まで真空にし、意図したフッ素雰囲気の連続的な供給で再度満たし、同時にポンプ供給速度を制御し、所望の運転圧力を達成する系において調製（フッ素化）される。本発明者らは、ＡＣ電力放電を使用し減圧の状態でフッ素化工程を行うと好都合であることを発見した。

帯電の付与
帯電は、種々の方法を使用しポリマー物品に付与されてよい。クビック（Kubik）らに対する米国特許第４，２１５，６８２号で教示されるように、高分子材料は、ダイ開口部から押し出される際に電気的粒子によって衝撃を受ける。或いは、ファン・タンホウ（van Turnhout）に対する米国特許第ＲＥ３０，７８２号及び同第３２，１７１号、ワドスウオース（Wadsworth）らに対する米国特許第４，３７５，７１８号及び同第５，４０１，４４６号、クラッセ（Klasse）らに対する米国特許第４，５８８，５３７号、並びにナカオ（Nakao）に対する米国特許第４，５９２，８１５号に記載されているようなＤＣコロナ帯電が使用されている。又、ポリマー物品は、それらを水又は極性液体と接触することにより帯電される。水の使用による帯電―すなわちハイドロチャージ―を説明する文献としてはアンガジバンド（Angadjivand）らに対する米国特許第５，４９６，５０７号、同第６，１１９，６９１号、同第６，３７５、８８６号及び同第６，７８３、５７４号、エイツマン（Eitzman）らに対する米国特許第６，４０６、６５７号、並びにインスレイ（Insley）らに対する米国特許第６，７４３，４６４号が挙げられる。又、エイツマン（Eitzman）らに対する米国特許第６，４５４，９８６号で教示されるように、エレクトレット物品は、それらを水以外の極性液体に曝露することにより帯電される。ハイドロチャージは、繊維に帯電を付与する好ましい方法である、というのは、それは、取扱いが簡単で、環境に優しい、直ちに入手できる材料を使用するからである。又、ハイドロチャージは、本発明と組合わせて使用するとより高いＱ９値をもたらす。帯電処理は、物品の１つ以上の表面に適用されてよい。

ハイドロチャージ法は、正及び負電荷の両方を繊維に注入する、そのため正及び負電荷は、ウェブ全体にわたってランダムに分散される。ランダムな電荷分散は、非分極性ウェブを製造する傾向にある。従って、水のような極性液体で帯電することにより製造される不繊布繊維性エレクトレットウェブは、ウェブ平面に垂直な平面において実質的に非分極されてよい。このように帯電されている繊維は、理想的にアンガジバンド（Angadjivand）らに対する米国特許第６，１１９，６９１号の図５Ｃに示される帯電構成を示す。又、繊維ウェブがコロナ帯電操作を受ける場合、その特許の図５Ｂに示される構成と類似の帯電構成を示すことになる。ハイドロチャージを使用し、ただ単に帯電された繊維から形成されたウェブは、典型的にウェブ容積全体にわたって非分極捕捉帯電を有している。「実質的な非分極捕捉帯電」は、繊維性エレクトレットウェブを指し、熱誘発放電電流（ＴＳＤＳ）分析の使用により検出可能放電電流１μＣ／ｍ^２未満を示す、ここで、分母は、電極表面積である。この電荷構成は、ウェブをＴＳＤＣさせることにより示されてよい。有用なハイドロチャージプロセスの１つの例としては、水の噴射又は水液滴流をある圧力で十分な時間物品に衝突させ、ウェブに濾過向上エレクトレット帯電を付与し、更に物品を乾燥させることが挙げられる。アンガジバンド（Angadjivand）らに対する米国特許第５，４９６，５０７号を参照のこと。物品に付与された濾過向上エレクトレット帯電を最適化するのに必要な圧力は、使用した噴霧器の種類、物品が形成されるポリマーの種類、ポリマーに対する添加剤の種類と濃度、及び物品の厚さと密度により異なることになる。約６９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）〜約３，４５０ｋＰａ（５００ｐｓｉ）の範囲の圧力が、好適である。水の噴射又は水液滴流は、任意の好適なスプレーでもたらされてよい。有用なスプレーの１つの例は、水圧によって交絡した繊維に使用される装置である。

この文献に記載された方法により形成されたフッ素化エレクトレットは、例えば、マイクロホン、ヘッドホン及びスピーカー、流体フィルター、塵粒制御装置等の電気音響機器における、例えば、高電圧静電起電機、静電記録装置、呼吸装置（例えば、前置フィルター、キャニスタ及び交換可能なカートリッジ）、暖房、換気、空気調整、及びフェースマスクにおける静電要素として使用されるのに好適である。

Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を使用したフッ素の表面濃度及びＣＦ_３：ＣＦ_２比を決定する方法
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）は、プローブとして軟Ｘ線（ＡｌＫα、１，４８６．６ｅＶ）を使用する表面分析技術である。Ｘ線は、材料を照射し、運動エネルギー及び強度で特徴付けられる光電子を生成する。光電子の運動エネルギーは、要素及びその化学状態の定量的な情報を提供できる。ＸＰＳプローブは、試料表面の最も外側ほぼ３０〜１００Åを精査する。ＸＰＳは、水素及びヘリウムを除外して本質的に全ての要素に対して、おおよそ０．１原子％までの検出下限界を有して感度が良い。

ＸＰＳ測定は、単色のＡｌＫαＸ線励起源及び球形状ミラー分析器を装備したクラトスアキス・ウルトラスペクトロメーター（Kratos Axis Ultra Spectrometer）（イングランド、マンチェスタのクラトスアナリティカル（Kratos Analytical））を使用し、試料材料上で行われた。スペクトロメーターは、１６８ワット（Ｗ）（１４ｋＶ、１２ｍＡ）と等しい又は近いＸ線出力を有していた。全ての記録されたスペクトルの光電子出発点角度は、試料表面を基準に測定したとき９０度であった。クラトス（Kratos）システムは、おおよそ８００マイクロメートル（μｍ）Ｘ６００μｍのサンプリング面積を有する。分析時の真空系の圧力は、７．０Ｘ１０^−６パスカル（Ｐａ）又はそれ未満であった。

ＸＰＳ法を使用した場合、試料材料から幅の広い走査測量が得られた。広い走査測量スペクトルは、材料表面に存在する要素の特徴である光電子ピークを含有する。表面組成物（原子％単位）は、直線バックグラウンド除去法及び機器の原子感度因子に相当する補正によりコアレベル光電子ピークの相対面積から導き出される。クラトス（Kratos）スペクトロメーターの性能は、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）試料の分析により立証され、フッ素原子％（ＡＰＦ）＝６７及び炭素原子％＝３３の実験値を示した。これらの値は、ＰＴＦＥ理論化学量論とみごとに一致する。

又、炭素１ｓ（Ｃ１ｓ）スペクトルの狭い走査が得られた。Ｃ１ｓスペクトルは、存在する炭素結合官能性の具体的な種類に関する化学的な情報を提供する。炭素１ｓエンベロープは、数個のピーク構成成分で構成され、そしてそれは、非官能炭素及び結合炭素からフッ素原子までのピークを含む。絶縁試料の帯電は、非官能炭素構成成分を２８５．０ｅＶに置く通常の慣習を使用し補正された。帯電補正後、２９４ｅＶ近くのピークは、−ＣＦ_３ピークに起因し、一方２９２ｅＶ近くにセンタリングされたピークは、−ＣＦ_２−官能性に起因していた。これらのピーク割り当ては、文献に十分記載されている。

炭素１ｓスペクトルの分析では、各スペクトルを曲線手直し手順を使用し処理することが必要であった。ここでは、曲線手直し手順は、クラトスアナリティカル（Kratos Analytical）からのビジョンデータソフトウェアパッケージ（Vision Data Software Package）を使用し行われた。全ての曲線適合に使用されたピーク形状は、ガウス（７０％）−ローレンツ（３０％）ピーク形状モデルＧＬ（３０）である。炭素１ｓエンベロープは、６構成成分に分解された。ここで報告されたＣＦ_３／ＣＦ_２値は、ＧＬ（３０）曲線に適合した−ＣＦ_３及び−ＣＦ_２−ピークから計算された面積比である。

測量及び炭素１ｓスペクトルを得るために使用された典型的な測量及び炭素１ｓ機器設定は、下記の表１で与えられる。

ＴｏＦ−ＳＩＭＳを使用し飽和／不飽和比を決定する方法
飛行時間二次イオン質量分析法（ＴｏＦ−ＳＩＭＳ）は、表面分析技術であり、キロボルトエネルギーイオン（一次イオン）のパルスビームが、被検物に衝撃を与えるために使用され、その表面にスパッタリングをもたらす。スパッタリング時、中性及びイオン化された原子と分子化学種が表面から放出される。イオン化化学種は、「二次イオン」と呼ばれ、衝撃一次イオンと区別される。１つの極性の二次イオンは、質量分析計の電界で加速される、ここで二次イオンは、フライトチューブを通って移動し、検出及びカウントシステムに到達する。フラグメントは、同時に試料表面から離れ、及び同じ加速電圧にされる、その結果、軽いフラグメントは、より重いフラグメントより先に検出システムに到達する。フラグメントの「飛行時間」は、その質量の平方根に比例する、そのため、異なる質量体は、飛行時に分離され、個々に検出されてよい。分析で測定された量は、フラグメント質量がフラグメントの帯電量で除算される（ｍ／ｚ）。

ＴｏＦ−ＳＩＭＳ分析は、フィジカルエレクトロニクストリフト（Physical Electronics Trift）Ｉ機器（ミネソタ州のエデンプライリー（Eden Prairie））を使用し、４００μｍ×４００μｍの試料目標領域にわたってラスターされた１５キロボルト（ｋｅＶ）Ｇａ⁺一次イオンビームによりで試料上で行われた。ＴｏＦ−ＳＩＭＳは、材料の最も外側１０〜２０Åの化学的な情報を提供し、１，０００原子質量単位（Ｕ）以上の質量に広がる正及び負イオンモードの両方でフッ化炭化水素のスペクトルを生成する。Ｃ_３Ｆ_８−フッ素化ウェブの負イオンスペクトルの分析は、フッ化炭化水素イオンが、完全な飽和から高度に不飽和の範囲にわたって明確なオリゴマーシリーズに分離されていることを示した。より顕著なシリーズは、以下の通りである。

Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１ ⁻、式中、ｎ＝１，２・・・、十分に飽和されたシリーズ（例：Ｃ_４Ｆ_９ ⁻，Ｃ_８Ｆ_１７ ⁻）

Ｃ_ｎＦ_２ｎ−１ ⁻、式中、ｎ＝３，４・・・、不飽和シリーズ（例：Ｃ_４Ｆ_７ ⁻，Ｃ_８Ｆ_１５ ⁻）

Ｃ_ｎＦ_２ｎ−３ ⁻、式中、ｎ＝６，７・・・、不飽和シリーズ（例：Ｃ_７Ｆ_１１ ⁻，Ｃ_８Ｆ_１３ ⁻）

Ｃ_ｎＦ_２ｎ−５ ⁻式中、ｎ＝８，９・・・、高度に不飽和シリーズ（例：Ｃ_８Ｆ_１１ ⁻，Ｃ_１０Ｆ_１５ ⁻）

一般に、これらのイオンシリーズは、各々より高い質量で小さくなる傾向がある強度分布を示す。不飽和イオンシリーズは、主として直接的な試料のフッ素化を示し、一方ｎ＝３を超える不飽和イオンシリーズは、試料に配置された高度な分枝状フルオロポリマーコーティングを示す。

飽和／不飽和比（ＳＵＲ）は、以下の式を使用し計算される。

与えられる:

「Ｃ_ｘＦ_ｙ」の値は、以下の表２で特定されるスペクトル位置での所定の構造についてのイオンカウントである。

スペクトルタイプの実例として、図５は、フッ素化ポリプロピレンブロウンマイクロファイバー（ＢＭＦ）に関するＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトル、より具体的にはＣ_４Ｆ_９ ⁻イオン化学種のスペクトル記録を示す。プロットは、連続的に２１９のｍ／ｚでＣ_４Ｆ_９ ⁻イオンのまわりにセンタリングする増幅を示す。下部プロットで示されるように、ｍ／ｚ２１８．３２９とｍ／ｚ２１９．９５３の間の画定された範囲におけるＣ_４Ｆ_９ ⁻化学種のイオンカウントは、１，５２０であった。これは、飽和／不飽和比（ＳＵＲ）の計算で使用されたカウント値ということになる。このように、飽和及び不飽和化学種についてのカウントは、特定の実施例のＳＵＲ計算にインプットするために作成された。

フルオロ飽和比
フルオロ飽和比（ＦＳＲ）は、試料のフッ素原子％（ＡＰＦ）を飽和／不飽和比（ＳＵＲ）で除算することにより決定された計算値で

として与えられる。

熱誘発放電電流（ＴＳＤＳ）
熱誘発放電電流（ＴＳＤＳ）の研究は、コネチカット州スタンフォード（Stamford）のサーモウルド・パートナーズ社（TherMold Partners, L.P.）、サーマル・アナリシス・インスツルメンツ（Thermal Analysis Instruments）から入手できるピボット電極を有するソロマット（Solomat）ＴＳＣ／ＲＭＡモデル９１０００を使用して実施された。先ず、試験試料をＤＣコロナ帯電に曝露することにより試験試料を調整し、先に実質的に非分極された捕捉帯電を分極した。ＤＣコロナ帯電は、周囲条件下、水平に配列された一連の４つの帯電バーを使用して行われた（ペンシルバニア州ハットフィールド（Hatfield）のシムコン社（Simco Company）から商標表記「チャージ・マスター・ピナー・ＡＲＣレジスタント・チャージングバー（CHARGEMASTER PINNER ARC RESISTANT CHARGING BAR）」のもとで得られた）。帯電バーは、バー１と２、２と３、及び３と４の間の中心と中心の距離が各々７．６ｃｍ、８．３ｃｍ及び９．５ｃｍに区切られている。各帯電バーは、対応する接地金属プレート上３．５ｃｍに位置している。＋２９キロボルトの電圧（接地金属プレートを基準にして）を各帯電バーに加えた。ベルトが金属プレートと接触を維持するように帯電バーと金属プレートの間を通過する移動（２．５４ｃｍ／秒）連続ベルト（ミネソタ州ミネアポリス（Minneapolis）のライトウェイトベルティング社（Light Weight Belting Corporation）から得られた部品番号８８８２８０２Ａ）上に試料を配置することにより帯電した。

ＴＳＤＣを決定するため、ソロマット（Solomat）ＴＳＣ／ＲＭＡ試験機器の電極間にコロナ処理ウェブ試料を配置した。ソロマット（Solomat）機器では、温度計を試料に隣接して、接触しないように配置し、放電の温度を記録する。ウェブ試料は、光学的に緻密であった、すなわち、試料ウェブを通して目に見える穴はなかった。又、資料は、ソロマット（Solomat）機器の上部コンタクト電極を完全にカバーするのに十分な大きさであった。電極と良好な電気的接続を確実にするため、ウェブ試料は、約ファクター１０の厚さに圧縮された。機器に取り付けられた試料の場合、約１１０ｋＰａの圧力でヘリウムを使用し試料室から空気をパージした。室を約５℃の温度に冷却するため、液体窒素冷却を使用した。

試験をしている間、試料は、磁界が無い状態で、５分間５℃に保持され、次に５℃／分で加熱され、同時に放電電流を測定した。帯電密度は、選択したピークの各々の側の最少値間に基準線を引き、ピークの面積を積分することにより、各ＴＳＤＣスペクトルピークから計算されてよい。ピーク最大値は、放電電流が最大値に達する温度として定義される。

熱安定性品質因子（Ｑ９）
熱安定性品質因子（Ｑ９）は、試験試料について、先ず試料をオーブン内で９時間１００℃で調湿することにより決定された。調湿試料を冷却し、粒子貫通を試験した。Ｑ９は、試験試料を通って濾過されるときのフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）小粒の粒子貫通測定に基づく計算値である。粒子貫通は、ミネソタ州セントポール（St Paul）のＴＳＩ社（TSI Inc.）からのサーチテスト（CertiTest）自動濾過試験機を使用し決定された。機器の流量は、４２．５リットル／分（Ｌ／ｍｉｎ）に設定された、そしてそれは、１秒当たり６．９センチメートル（ｃｍ／ｓｅｃ）の面速度に相当する。システムの粒子中和剤が、止められた。電子式圧力計を使用し、６．９ｃｍ／ｓｅｃの課題面速度で試料に対する圧力低下を測定した。水のミリメートル単位（１ｍｍＨ_２０（９．８Ｐａ））で圧力低下を報告した。ＤＯＰ貫通及び圧力低下は、下記式をもとにＤＯＰ貫通の自然対数（ｌｎ）からＱ９を計算するために使用される。

Ｑ９値が高くなればなるほど加熱調湿後の濾過性は良くなる。Ｑ９の低下は、事実上加熱曝露における濾過性の減少と相関する。

有効繊維直径
マイクロメートル単位のウェブ試料の平均有効繊維直径（ＥＦＤ）は、デイビス（Davies）、Ｃ．Ｎ．、「空中の塵及び粒子の分離（The Separation of Airborne Dust and Particles）」、インスティチューション・オブ・メカニカルエンジニア（Institution of Mechanical Engineers）ロンドン、議事録１Ｂ（１９５２年）に記載された方法により、式１２及び３２Ｌ／ｍｉｎの空気流速を使用して計算された。

ウェブソリディティ
ウェブソリディティは、ウェブの嵩密度をウェブを作製した材料の密度で除算することにより決定された。嵩密度は、ウェブの厚さで除算されたウェブの坪量である（ウェブ重量とその表面積の比率）。ウェブの嵩密度は、面積既知ウェブの重量と厚さを測定し決定された。ウェブの厚さは、ウェブ試料を平らな支持体の上に置き、続いてプレート（直径９．８１ｃｍ、２３０ｇ）を２９８パスカルの荷重圧力で試料上に下げることにより決定された。荷重をかけられた試料について、プレートと平らな支持体間の距離を測定した。ウェブ試料重量を試料面積で除算することにより被検物の坪量（ＢＷ）が与えられ、そしてそれが、平方センチメートル当たりのグラム単位（ｇ／ｃｍ^２）で報告される。嵩密度は、ウェブ坪量をその厚さで除算して決定され、立方センチメートル当たりのグラム単位（ｇ／ｃｍ^３）で報告された。ウェブソリディティ（Ｓ）は、ウェブ嵩密度をウェブを製造した材料の密度で除算し決定された。ポリマー又はポリマー構成成分の密度は、供給元が材料密度を明示していない場合、幾何平均により測定されてよい。ソリディティ（Ｓ）は、所定被検物の固形分パーセントの無次元分数として報告され、以下のように計算される。

以下に示す実施例は、発明の特徴、利点及びその他の詳細を更に説明するために選択されているに過ぎない。しかしながら、実施例は、この目的を満足させるが、特殊な成分、使用量、並びにその他の条件及び詳細は、この発明の範囲を不必要に限定すると解釈されないことは明示的にいうまでもない。

一般ウェブ作製、プラズマ処理、及びエレクトレット帯電手順
実施例に使用されたブロウンマイクロファイバー（ＢＭＦ）ウェブは、ポリプロピレン（テキサス州、ヒューストン（Houston）のトータルペテロケミカルズ（Total Petrochemicals）ＵＳＡ社（Inc.）から入手できるフィナ（Fina）ＥＯＤ９７−１３ポリプロピレン樹脂）から調製され、おおよそ７．５μｍの有効繊維直径、６２ｇ／ｍ^２の坪量、及び６％のウェブソリディティを有した。ウェブは、ウェンテ（Wente）、ファンＡ．（Van A.）により、スーパーファイン熱可塑性繊維（Superfine Thermoplastic Fibers）、インダストリアルエンジニアリングケミストリ（Industrial Eng. Chemistry）、４８巻、１３４２〜１３４６頁に一般的に記載されたように調製された。

ＢＭＦウェブは、プラズマ処理法Ａ又はＢとして示される２つの方法の１つを使用して処理された。これらの方法は、次のように記載される。

プラズマ処理法Ａ
プラズマ処理法「Ａ」を使用し処理されたウェブを、１．３ｃｍ離れて一定の間隔をおいた２つの電極間の室に配置した。プレートは、おおよそ９００ｃｍ^２の作用電極表面積を有していた。被検物の位置決めが完了した状態で、室を密封し、おおよそ３パスカル（Ｐａ）以下の圧力にまで真空にした。真空にした後、ガス混合物を指定流速でプラズマ電極間の間隙に導入した。室の圧力を６７Ｐａに保持した。次に、プラズマを維持するため、自動整合ネットワーク（automatic matching network）（ＲＦ−５０及びＡＭＮ−２０−Ｋ、ニュージャージー州ボーヒーズ（Voorhees）にあるＲＦプラズマプロダクツ社（RF Plasma Products, Inc.））を介して連結されたＲＦ発電機（１３．５６ＭＨｚ）を使用して室内の電極に通電した。所望のプラズマで曝露エネルギーを実現するため、ウェブを指定時間プラズマに曝露した。処理室内のガス分子の滞留時間は、圧力６７Ｐａ、試料１平方センチメートル１分当たり０．０２４標準立方センチメートルの流量の場合、約５０〜６０ミリセコンドと推算された。ウェブの両側は、このようにして処理した。

プラズマ処理法Ｂ
プラズマ処理法「Ｂ」を使用して処理されたウェブは、指定された合計プラズマエネルギーで２４．７Ｐａのフッ素含有化学種ガスが満たされた真空室内でＡＣプラズマを使用しウェブ搬送プロセスにおいて指定時間処理されたプラズマであった。処理室内のガス分子の滞留時間は、圧力６７Ｐａ、試料１平方センチメートル１分当たり０．０２４標準立方センチメートルの流量の場合、約１２０ミリセコンドと推算された。ポンプ供給速度を調整し、所望の作用圧力を制御した。ウェブ搬送システムは、基材の両側がプラズマを受けられるような配置を有する一組のドラム電極間の間隙を通って被検物を移動させた。各側を同じ持続時間処理した。ドラム電極は、それを通って基材が走行する間隙を形成する同心円の６０６１−アルミニウムプレートによって取り囲まれた６０６１−アルミニウムドラムから構成した。プラズマを維持するため、自動整合ネットワーク（ＲＦ−５０及びＡＭＮ−２０−Ｋ、ニュージャージー州ボーヒーズ（Voorhees）にあるＲＦプラズマプロダクツ社（RF Plasma Products, Inc.））を介して連結されたＲＦ発電機（１３．５６ＭＨｚ）を使用し電力を供給した。電極の両方の組は、再循環水を使用して２３℃まで冷却された。

プラズマ処理後、アンガジバンド（Angadjivand）らに対する米国特許第５，４９６，５０７号に汎用的に記載された方法でウェブをエレクトレット帯電した。ハイドロチャージ法Ａ又はＢとして以下に示した２つの方法の１つを使用してウェブを帯電した。

ハイドロチャージ法Ａ
ハイドロチャージ法「Ａ」を使用し処理されたウェブは、約６×１０^６Ω−ｃｍの固有抵抗を有する脱イオン水を他方のウェブ面を真空にすると同時に一方のウェブ面に放出するスプレーヘッドの下を通過させた。イリノイ州ウィートン（Wheaton）にあるスプレイングシステムズ（Spraying Systems）から入手できるティージェット（Teejet）モデル９５０１５スプレーヘッドを使用し、水をウェブに放出した。スプレーヘッドは、１０ｃｍ間隔でウェブから１０．５ｃｍ離して配置し、６８９ｋＰａの圧力で操作した。ウェブ平方メートル当たり約０．８７リットルの水流量で水をスプレーした。ウェブは、スプレーヘッドの下を１５ｃｍ／秒の流速で通過し、同時に開放メッシュキャリアベルトの下にスプレーヘッドと対向して位置決めされたスロット（約０．６ｃｍ幅）に大気未満の８．７ｋＰａの真空を適用した。ウェブの両側を、このように処理した。ウェブを、７１℃のオーブン内で約３８秒乾燥した。

ハイドロチャージ法Ｂ
ハイドロチャージ法「Ｂ」を使用し処理されたウェブを、約２×１０^６Ω−ｃｍの固有抵抗を有する蒸留水を使用して帯電した。ウェブ上に水がスプレーされ、同時にウェブは、多孔質ベルト上を５．１ｃｍ／秒の速度で搬送され、２個のスプレーヘッド（型式ティージェット（Teejet）９５０１、スプレイングシステムズ（Spraying Systems）、イリノイ州ウィートン（Wheaton））を通過した。スプレーヘッドを、７５８ｋＰａの圧力で操作し、スプレーパターンがウェブ走行方向と垂直になるような方向に向けた。スプレーヘッドは、１０ｃｍ間隔でベルトから１０ｃｍ離して位置決めされた。デイトン・エレクトリック（Dayton Electric）湿式乾燥真空装置モデル２Ｚ９７４Ｂ（デイトンエレクトリック（Dayton Electric）、イリノイ州シカゴ）に装着された長さ２５ｃｍ幅０．５ｃｍの真空スロットを、スプレーヘッドと対向する搬送ベルトの下に配置した。記載された方法でウェブの両側を処理した。水処理の後、ウェブを周囲条件でおおよそ１６時間乾燥した。

（実施例１，２，３及び４）
「一般ウェブの作製及び処理」の項で記載したＢＭＦウェブを、種々の組成のプラズマを採用したプラズマ処理法Ｂを使用して調製した。プラズマ処理されたウェブをハイドロチャージ法Ａを使用してエレクトレット帯電した。試料調製条件―フッ素含有化学種ガス、フッ素化学種ブレンド比、曝露時間、合計プラズマエネルギー、及びガス流速を含む―を、表５に示した結果として生じたフッ素原子％（ＡＰＦ）、飽和／不飽和比（ＳＵＲ）、フルオロ飽和比（ＦＳＲ）及び熱安定性品質因子（Ｑ９）についての該当値と共に表４に示す。

（実施例５，６，７及び８）
「一般ウェブの作製及び処理」の項で記載したＢＭＦウェブを、５容積％Ｆ_２及び９５容積％Ｈｅのガスブレンドの組成のプラズマを使用したプラズマ処理法Ａ及びハイドロチャージ法Ｂを使用して調製した。指定持続時間後、室は通電を停止し、パージされ、試料が取り出された。次に、試料は、通電したプレート上に置かれた第１ステージで処理された側部を有する室に戻された。その方法を繰り返した。

試料調製条件―フッ素含有化学種ガス、フッ素化学種ブレンド比、合計曝露時間、及び合計プラズマエネルギーを含む―を、表５に示した結果として生じたフッ素原子％（ＡＰＦ）、飽和／不飽和比（ＳＵＲ）、フルオロ飽和比（ＦＳＲ）及び熱安定性品質因子（Ｑ９）についての該当値と共に表４に示す。

比較例１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ、６ｃ、７ｃ、８ｃ及び９ｃ
「一般ウェブの作製及び処理」の項で記載したＢＭＦウェブを、種々のガス状フッ素含有化学種を使用しプラズマ処理法Ｂ及びハイドロチャージ法Ａにしたがって調製した。試料調製条件―フッ素含有化学種ガス、曝露時間、及び合計プラズマエネルギーを含む―を、表５に示した結果として生じたフッ素原子％（ＡＰＦ）、飽和／不飽和比（ＳＵＲ）、フルオロ飽和比（ＦＳＲ）及び熱安定性品質因子（Ｑ９）についての該当値と共に表４に示す。

比較例１０ｃ、１１ｃ、１２ｃ及び１３ｃ
比較例１０ｃ〜１３ｃは、表３に詳述した比較例と関連する特許の実施例と共に米国特許第６，３９７，５４８号（ジョーンズ（Jones）ら）から直接引用した。全てのこれらのウェブは、純粋なヘリウム中に希釈されたフッ素含有ガスの引用された濃度を用い大気圧でフッ素化された。試料調製条件―フッ素含有化学種ガス、曝露時間、及び合計プラズマエネルギーを含む―を、表４に示す。結果として生じたフッ素原子％（ＡＰＦ）、飽和／不飽和比（ＳＵＲ）、フルオロ飽和比（ＦＳＲ）及び熱安定性品質因子（Ｑ９）の値を適用可能な場合は表５に示す。

ＮＡ＝入手できない（適用せず）

ＮＡ＝入手できない（適用せず）
＊信号検出できない

表５に示したＱ９濾過結果から明らかなように、より大きいＦＳＲ値を有する発明のフッ素化フィルターウェブは、有意に熱的に安定な濾過改善を実現した。フルオロ飽和比（ＦＳＲ）２００以上を有するウェブは、ＦＳＲ値２００未満を有するウェブと比較して改善されたレベルの熱安定性品質因子Ｑ９を実現した。

図６は、実施例１〜８に関するＦＳＲデータのプロットで、ＦＳＲ値の増加と共に増えるＱ９値の一般的な傾向を示す。

更には、より大きいＴＳＤＣピーク値を有する発明のフッ素化フィルターウェブは、より小さいＴＳＤＣ値を有するウェブよりより良好な熱安定性を示す。図５に示したように、１３０℃以上のＴＳＤＣピーク値を有するウェブは、１３０℃未満のＴＳＤＣピーク値を有するウェブと比較して改善されたレベルの熱安定性品質因子Ｑ９を示す。

又、熱的に安定なエレクトレット物品を実現する方法を記載する出願は、へテロ原子及び低フルオロ飽和比を有するエレクトレット物品という表題をつけ、この出願と同じ日に提出された（弁護士事例番号５９３３８ＵＳ００２）。

この発明は、その精神及び範囲から逸脱することなく種々の修正及び変更ができる。従って、この発明は、上記に限定されないが、以下の請求項及び全てのその等価物に詳述する制限によって規制される。

又、この発明は、本明細書で特に開示されていない要素が全く無くても好適に実行できる。

背景技術の項のものを含む上記した全ての特許及び特許出願は、参照として全てがこの明細書に組み込まれる。

本発明のエレクトレット濾材を使用してよい使い捨て呼吸マスク１０の斜視図。図１に示した呼吸マスク１０の本体１２の断面図。フィルターカートリッジ２８を有し、本発明のエレクトレット濾材を含んでよい呼吸マスク２４の斜視図。本発明の濾材配列４０の斜視図。Ｃ_４Ｆ_９−化学種を強調するフッ素化ＢＭＦウェブに関するＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルの実例である。実施例１〜８についてフルオロ飽和比に対してプロットされたＱ９値を示す図。

Claims

エレクトレット物品であって、
それに付与された帯電と、少なくとも０．１５のＣＦ_３とＣＦ_２の比率と、２００を超えるフルオロ飽和比とを有する高分子材料を備えるエレクトレット物品。
前記高分子材料が、非導電性であり、前記エレクトレット物品が、持続的な帯電を示す、請求項１に記載のエレクトレット物品。
前記高分子材料が、１〜２０マイクロメートルの有効繊維直径を有するメルトブロウンマイクロファイバーの不織布ウェブの形態である、請求項２に記載のエレクトレット物品。
請求項３に記載の前記エレクトレット物品を含むフィルター要素を備えるフィルターフェースマスク。