JP5676433B2

JP5676433B2 - 帯電促進添加剤を備えたエレクトレットウェブ

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Publication number: JP5676433B2
Application number: JP2011512498A
Authority: JP
Inventors: フーミン，ビー．リー，; フェンバイ，; ジョン，エム．セバスチャン，; マーヴィン，イー．ジョーンズ，
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2029-05-04
Also published as: AU2009255469A1; KR20110022645A; US8613795B2; EP2294257A4; PL2294257T3; EP2294257B1; WO2009148744A2; EP2294257A2; US20110154987A1; WO2009148744A3; CN102046871B; BRPI0909959A2; RU2448207C1; AU2009255469B2; CN102046871A; JP2011524472A; KR101577089B1; BRPI0909959B1

Description

本開示は、帯電促進添加剤を含有する不織熱可塑性マイクロファイバーウェブなどの不織繊維ウェブを包含するエレクトレットウェブ及びその使用に関する。

エレクトレットは、準永久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／若しく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（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｅｎｈａｎｃｉｎｇｅｌｅｃｔｒｅｔｃｈａｒｇｅ）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。

帯電促進添加剤含有エレクトレットウェブが、本開示にて提示されている。これらの帯電促進添加剤は、ハイドロチャージング、又はＤＣコロナ放電とハイドロチャージングとの組み合わせなど様々な異なる帯電メカニズムによって帯電させることが容易なエレクトレットウェブを提供する。

本明細書に記載されるいくつかの実施形態では、エレクトレットウェブは、熱可塑性樹脂と、Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料を含む帯電促進添加剤と、を含む。エレクトレットウェブは不織繊維ウェブの形態であってよく、あるいは不織マイクロファイバーウェブの形態であってもよい。

本明細書に記載される他の実施形態では、エレクトレット濾材は、熱可塑性樹脂と、Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料を含む帯電促進添加剤とのブレンドを含む不織マイクロファイバーウェブを含む。エレクトレット濾材は、呼吸用マスクフィルタ、室内換気システムフィルタ、車両換気システムフィルタ、空調装置フィルタ、炉フィルタ、室内空気清浄機フィルタ、真空掃除機フィルタ又はコンピュータディスクドライブフィルタを構成してもよい。

熱可塑性材料を提供する工程と、Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料を含む帯電促進添加剤を提供する工程と、熱可塑性材料及び帯電促進添加剤をホットメルト混合して熱可塑性ブレンドを形成する工程と、熱可塑性ブレンドをメルトブローしてマイクロファイバーウェブを形成する工程と、このウェブを帯電させる工程と、を含む、エレクトレットウェブの調製方法もまた開示される。

本開示において有用なエレクトレットウェブとしては、熱可塑性樹脂と帯電促進添加剤とのブレンドが挙げられる。そのようなブレンドから調製されるウェブは、熱可塑性樹脂のみで調製されるウェブよりも強化された特性を示し得る。有用な帯電促進添加剤としては、Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料が挙げられる。

エレクトレットウェブは、各種形態であってよい。例えば、ウェブは連続又は不連続フィルムであってよく、あるいは繊維ウェブであってよい。繊維ウェブは、濾材形成に特に有用である。いくつかの実施形態では、ウェブは不織マイクロファイバーウェブである。典型的には、マイクロファイバーは、平均直径が１〜１００マイクロメートルであって、このマイクロファイバーは円形断面を有さずともよい。

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指す。アルキルは、直鎖、分枝鎖、環状又はそれらの組み合わせであることができ、通常、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、通常、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、分枝鎖、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、−ＣＨ_２ＣＨ_２（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎＯＣＨ_２ＣＨ_３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式基を意味する。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、−ＮＲ^１Ｒ^２型の基であって、式中、Ｒ^１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、Ｒ^２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材料の製造プロセスを意味する。用語「コポリマー」及び「コポリマー材料」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。

本発明で使用する場合、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。

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、１０^１４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。

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、ホットメルト加工可能な組成物での使用に適したものとなっている。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。
Ｒ^１Ｒ^２Ｎ−Ａｒ（Ｇ）_ｎ
式Ｉ
式中、Ａｒはアリール基であり、Ｒ^１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、Ｒ^２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−ＮＲ^３Ｒ^４であり、式中、Ｒ^３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、Ｒ^４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。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、以下の式ＩＩで記載されるものがある。Ｚ^１及びＺ^２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−ＮＲ^３Ｒ^４であり、式中、Ｒ^３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、Ｒ^４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。Ｒ^１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、Ｒ^２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。Ｚ^１基及びＺ^２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。

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Ｚ^１基及びＺ^２基が、芳香環の３位及び５位に位置する−ＮＲ^３Ｒ^４基であるものが挙げられ、式中、Ｒ^３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、Ｒ^４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−ＮＲ^１Ｒ^２基及びＺ^１及びＺ^２（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、Ｒ^１は水素であり、Ｒ^２はアリール基である。典型的には、Ｒ^２は置換アリール基であり、式中、置換基は、１〜２５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、Ｒ^２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、Ｒ^２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た、フェニル基である。これらの実施形態のいくつかでは、Ｒ^３はＲ^１と同一であり、Ｒ^４がＲ^２と同一である場合は、Ｚ^１及びＺ^２は−ＮＲ^３Ｒ^４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。

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、Ｚ^１基が水素であり、Ｚ^２基が−ＮＲ^３Ｒ^４であるようなものが挙げられ、式中、Ｒ^１及びＲ^３は水素であり、Ｒ^２及びＲ^４はアリール基である。典型的には、Ｒ^２及びＲ^４は置換アリール基であり、式中、置換基は、１〜２５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、Ｒ^２及びＲ^４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、Ｒ^２及びＲ^４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。

式Ｉによって表されるＮ−置換アミノ炭素環式芳香族材料の別の有用なクラスは、Ａｒがナフタレン環であって、ｎが７であり、各Ｇが水素であり、Ｒ^１が水素であり、Ｒ^２がアリール基であるものである。典型的には、Ｒ^２は置換アリール基であり、式中、置換基は、１〜２５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、Ｒ^２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ＶＩとして示される。

典型的には、帯電促進添加剤は、熱可塑性樹脂と帯電促進添加剤とのブレンド中に、その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。

熱可塑性樹脂と帯電促進添加剤とのブレンドは、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処理されるため、バッチプロセスで、そのブレンドを事前ブレンドし、ペレットを形成してもよく、又は連続プロセスで、熱可塑性樹脂及び帯電促進添加剤を押出成形機内で混合してもよい。連続プロセスが使用される場合は、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．ＢｒａｂｅｎｄｅｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．；ＳｏｕｔｈＨａｃｋｅｎｓａｃｋ，ＮＪから市販されているＢＲＡＢＥＮＤＥＲＰＲＥＰＣＥＮＴＥＲ）又はＢＡＮＢＵＲＹ内部混合及びロールミル装置（例えば、ＦａｒｒｅｌＣｏ．；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、後で処理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、ＲＡＰＲＡＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｔｄ．；Ｓｈｒｅｗｓｂｕｒｙ，Ｅｎｇｌａｎｄ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濾材は、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。呼吸用マスクの用途においては、エレクトレット濾材は、成形された又は折り畳まれた半面の呼吸用マスク、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、ＶａｎＡ．Ｗｅｎｔｅの「ＳｕｐｅｒｆｉｎｅＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃＦｉｂｅｒｓ」（ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．４８，ｐｐ．１３４２〜１３４６）、及びＮａｖａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓのリポート番号４３６４（１９５４年５月２５日発行）、表題「ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆＳｕｐｅｒＦｉｎｅＯｒｇａｎｉｃＦｉｂｅｒｓ」（ＶａｎＡ．Ｗｅｎｔｅｅｔａｌ．）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濾材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．「ＴｈｅＳｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＡｉｒｂｏｒｎｅＤｕｓｔａｎｄＰａｒｔｉｃｌｅｓ」ＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ１Ｂ，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含有するウェブの例は、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）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。更に、Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料の機能を妨害しないのであれば、必要に応じて他の種類の帯電促進添加剤を加えてもよい。

本開示に従って調製されたエレクトレット濾材は一般に、約１０〜５００ｇ／ｃｍ^２の範囲の坪量を有し、いくつかの実施形態では、約１０〜１００ｇ／ｃｍ^２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製造において、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、繊維エレクトレットウェブの複数の層が、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。固体性とは、ウェブの固体画分を定義する単位のないパラメーターである。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、及びそれが製造される樹脂には、その電気伝導度を増大させる恐れのある一切の不必要な処理、例えば、電離放射線、ガンマ線、紫外線照射、熱分解、酸化などへの暴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、媒体は一般に、ウェブを形成した後に帯電される。一般に、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を包含する様々な方法で実施してよい。また、ＤＣコロナ放電とハイドロチャージングとを組み合わせて使用してもよい。

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（ｖａｎＴｕｒｎｈｏｕｔ）、同第３１，２８５号（ｖａｎＴｕｒｎｈｏｕｔ）、同第３２，１７１号（ｖａｎＴｕｒｎｈｏｕｔ）、米国特許第４，２１５，６８２号（Ｄａｖｉｓｅｔａｌ．）、同第４，３７５，７１８号（Ｗａｄｓｗｏｒｔｈｅｔａｌ．）、同第５，４０１，４４６号（Ｗａｄｓｗｏｒｔｈｅｔａｌ．）、同第４，５８８，５３７号（Ｋｌａａｓｅｅｔａｌ．）、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（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｅｎｈａｎｃｉｎｇｅｌｅｃｔｒｅｔｃｈａｒｇｅ）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。一般に、約６９〜３４５０ｋＰａ（１０〜５００ｐｓｉ）の範囲の圧力が好適である。

水の噴流又は水滴流は、任意の好適な噴霧手段により提供され得る。一般に、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を横断する圧力低下（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、次の等式によって算出され得る。
ＱＦ＝−Ｉｎ（％Ｐｅｎ／１００）／ΔＰ
式中、Ｉｎは自然対数を表す。ＱＦ値が大きい場合は、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、実施例セクションにて示す。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。実施例及びその他の明細書に記載される全ての部、百分率、比率などは、特に記載のない限り、重量による。使用した溶媒及びその他の試薬は、特に記載のない限り、Ｓｉｇｍａ−ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）より入手した。

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）及び圧力低下（ΔＰ）の試験をし、品質係数（ＱＦ）を算出した。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（ＴＳＩ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ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低下（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／ｍ^３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エアゾールの濃度を、濾材の上流側と下流側の両方において、較正した光度計を使用し、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＝−Ｉｎ（％Ｐｅｎ／１００）／ΔＰ
式中、Ｉｎは自然対数を表す。ＱＦ値が大きい場合は、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。

元素分析：
元素分析サンプルを、ＬＥＣＯ９３２ＣＨＮＳ元素分析器（ＬＥＣＯＣｏｒｐ，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。それぞれの個別の試験の結果を、算出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、ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＮｅｗＣａｓｔｌｅ，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、空気雰囲気下で、室温から５００℃まで、１０℃／分の速度で加熱しながら、重量喪失を測定した。結果は、２％の重量損失が起こる温度として示される。

合成例
合成例ＳＥ−１：帯電促進添加剤−１の調製

磁気攪拌子を備えた３つ口丸底フラスコ内に、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％）、ヨウ素（０．１３グラム、９９％）、及びトルエン（３０ミリリットル）を載置した。この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付けた後、次に１３０℃で１２時間、一定の撹拌状態下で加熱した。反応混合物の温度を約６０℃まで冷却させた（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。この沈殿を、濾過によってピンク色固体として得た。エタノールからの２回の再結晶によって（各回に対し１５０ミリリットル）、５０℃にて真空下（３．５９ｋＰａ（２７ｍｍＨｇ））で一夜の乾燥後、淡ピンク色粉末として帯電促進添加剤−１（３１．０グラム、８７．８％収率）を得た。元素分析及び^１ＨＮＭＲスペクトルを以下の結果で得た。元素分析：（算出値：Ｃ，８４．１５；Ｈ，１０．９５；Ｎ，４．９１；実測値：Ｃ，８４．２８；Ｈ，１０．８６，Ｎ，４．８５）；^１ＨＮＭＲ（４００ＭＨｚＣＤＣｌ_３）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。

合成例ＳＥ−２：帯電促進添加剤−２の調製

磁気攪拌子を備えた３つ口丸底フラスコ内に、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。このフラスコをディーン・スタークトラップ及び凝縮器を備え付けた後、次に１５０℃で２０時間、一定の撹拌状態下で加熱した。反応混合物の温度を約６０℃まで冷却させた（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。この沈殿を、濾過によってピンク色固体として得た。エタノールからの再結晶によって、５０℃にて真空下（３．５９ｋＰａ（２７ｍｍＨｇ））で一夜の乾燥後、淡ピンク色粉末として帯電促進添加剤−２（４２．０グラム、６７．５％収率）を得た。元素分析及び^１ＨＮＭＲスペクトルを以下の結果で得た。元素分析：（算出値：Ｃ，８３．１９；Ｈ，８．７３；Ｎ，８．０８；実測値：Ｃ，８３．０８；Ｈ，８．７９，Ｎ，８．００）；^１ＨＮＭＲ（４００ＭＨｚＣＤＣｌ_３）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。

合成例ＳＥ−３：帯電促進添加剤−３の調製

磁気攪拌子を備えた３つ口丸底フラスコ内に、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り付け、Ｎ_２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、混合物が液化したとき電磁攪拌器を作動させた。混合物を１９０℃で２４時間、一定の撹拌状態下で加熱した。反応混合物は、室温まで冷却する間に凝固し、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、混合物を５分間煮沸した。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、ＡｌｆａＡｅｓａｒ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。溶媒を、ロータリーエバポレーターを使用して除去し、この固体を５０℃にて真空下（３．５９ｋＰａ（２７ｍｍＨｇ））で一夜乾燥させた後、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：（算出値：Ｃ，８４．５０；Ｈ，１０．８１；Ｎ，４．６９；実測値：Ｃ，８４．６４；Ｈ，１０．５２，Ｎ，４．６９）；^１ＨＮＭＲ（４００ＭＨｚＣＤＣｌ_３）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。

合成例ＳＥ−４：帯電促進添加剤−４の調製

磁気攪拌子を備えた３つ口丸底フラスコ内に、β−ナフトール（２０．６０グラム）、４−ドデシルアニリン（３５．００グラム、９７％）、及びヨウ素（０．５０グラム、９９％）を入れた。フラスコを凝縮器に取り付け、Ｎ_２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、混合物が液化したとき電磁攪拌器を作動させた。混合物を１９０℃で４８時間、一定の撹拌状態下で加熱した。反応混合物は、室温まで冷却する間に凝固し、エタノール（１００ミリリットル）をフラスコに加えた。フラスコを加熱し、混合物を５分間煮沸した。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灰色の固体が得られた。エタノール（８０ミリリットル）からの再結晶によって、５０℃にて真空下（３．５９ｋＰａ（２７ｍｍＨｇ））で一夜の乾燥後、灰緑色粉末として帯電促進添加剤−４（１９．６グラム、３９％収率）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：（算出値：Ｃ，８６．７６；Ｈ，９．６２；Ｎ，３．６１；実測値：Ｃ，８６．３２；Ｈ，９．４５，Ｎ，３．５９）；^１ＨＮＭＲ（４００ＭＨｚＣＤＣｌ_３）δ７．７２（ｄ，Ｊ＝８．８８Ｈｚ，２Ｈ），７．６２（ｄ，Ｊ＝８．２４Ｈｚ，１Ｈ），７．４０−７．３５（ｍ，２Ｈ），７．３０−７．２４（ｍ，１Ｈ），７．２０−７．０８（ｍ，５Ｈ），５．７７（ｓ，１Ｈ），２．５８（ｔ，Ｊ＝７．０４Ｈｚ，２Ｈ），１．７０−１．５０（ｍ，２Ｈ），１．３５−１．２０（ｍ，１８Ｈ），０．９３（ｔ，Ｊ＝７．０４Ｈｚ，３Ｈ）。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１〜１１及び比較実施例Ｃ１〜Ｃ６
実施例及び比較実施例の各々について、後述の手順が続く。これらの実施例のデータを、表２及び表３に示す。

工程Ａ−マイクロファイバーウェブの調製
各サンプルについて、上述の帯電促進添加剤の１つ（帯電促進添加剤１、２、３又は４のいずれか）を選択し、表２に示す濃度にて２種類の等級のポリプロピレンの一方と乾燥配合し、そのブレンドをＶａｎＡ．Ｗｅｎｔｅ，「ＳｕｐｅｒｆｉｎｅＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃＦｉｂｅｒｓ，」ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．４８，１３４２〜１３４６頁、及びＮａｖａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒａｔｏｒｙＲｅｐｏｒｔ１１１４３７（Ａｐｒ．１５，１９５４）に記載の通りに押し出した。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（ＢｒａｂｅｎｄｅｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，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／ｍ^２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。表２は、各サンプルに適用される特定の帯電法についてまとめている。

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：
上記の工程Ａにて調製し選択したＢＭＦウェブを、ＤＣコロナ放電によって前処理した。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実施した。コロナソースは、その上をウェブが搬送される接地表面から約３．５ｃｍ上方にあった。コロナソースは、正のＤＣ電圧によって駆動させた。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、表３に％Ｐｅｎ、ΔＰ及びＱＦとして示す。

Claims

熱可塑性樹脂と、
Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料を含む帯電促進添加剤と、を含み、
前記Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料が、以下の構造（ａ）を含む、エレクトレットウェブ。
（ａ）
Ｒ^１Ｒ^２Ｎ−Ａｒ（Ｇ）_ｎ
式中、ｎは５、７又は９であり、
Ａｒはアリール基であり、
Ｒ^１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、
Ｒ^２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
−ＮＲ^３Ｒ^４であり、式中、各Ｒ^３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Ｒ^４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の場合はフェニル基、ｎが７の場合はナフタレン基、又はｎが９の場合はアントラセン基である。
前記Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料が、以下の構造（ｂ）を含む、請求項１に記載のエレクトレットウェブ。

式中、Ｚ^１及びＺ^２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−ＮＲ^３Ｒ^４であり、各Ｒ^３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Ｒ^４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、
Ｒ^１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、
Ｒ^２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。
前記Ｎ−置換アミノ炭素環式芳香族材料が、以下の構造（ｃ）〜（ｆ）又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のエレクトレットウェブ。