KR20040034695A - 일렉트릿의 제조 방법 - Google Patents

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KR20040034695A
KR20040034695A KR10-2004-7003305A KR20047003305A KR20040034695A KR 20040034695 A KR20040034695 A KR 20040034695A KR 20047003305 A KR20047003305 A KR 20047003305A KR 20040034695 A KR20040034695 A KR 20040034695A
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시흐-훙 초우
티엔 충 우
베티 지. 메이
마크 에스. 샤베르그
지나 엠. 부세라토
셰릴 엘. 에스. 엘스베른드
미구엘 에이. 구에라
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

중합체를 포함한 다공성 기판을, 중합체를 팽윤시킬 수 있는 용매를 포함한 조성물과 접촉시키고, 기판으로부터 용매를 제거하고, 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 방식으로 기판을 물과 접촉시키는 것을 포함하는, 일렉트릿의 제조 방법.

Description

일렉트릿의 제조 방법{METHOD OF MAKING AN ELECTRET}
본 발명은 일렉트릿의 제조에 관한 것이다.
일렉트릿은 지속적인 하전, 다시말해서 적어도 준-영구적인 하전을 나타내는 유전체 물품이다. 일렉트릿의 하전 성질은 공기 중에 존재하는 먼지, 흙먼지 및 섬유와 같은 입자들을 끌어당기고 보유하는 일렉트릿의 능력을 향상시킨다. 일렉트릿은 공기, 난로 및 호흡 필터, 얼굴 마스크, 및 마이크로폰, 헤드폰 및 정전 기록장치와 같은 전기음향 장치를 포함한 다양한 용도에서 유용한 것으로 밝혀졌다.
수 년간에 걸쳐, 부직 섬유 일렉트릿을 제조하고 그의 성능을 향상시키는 여러가지 방법이 개발되었다. 이러한 방법들은 예를들어, 섬유가 다이 구멍에서 나올 때 전기적 하전 입자로 섬유에 충격을 주고, 부직 섬유 직물을 코로나 충전시키고, 부직 섬유 직물을 하이드로대전시키는 것을 포함한다.
부직 섬유 일렉트릿의 성능을 개선시키는 다른 방법은, 중합체 용융물에 대전 첨가제를 첨가하고, 미소섬유 직물의 형태로 중합체 배합물을 압출한 다음 직물을 대전시키는 것을 포함한다. 대전 첨가제는 일렉트릿 위의 전하 수준을 증가시키고, 일렉트릿의 여과 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 이러한 대전 첨가제는 용융 가공될 수 있어야 하고, 다시말해서 부직포의 미소섬유를 형성하기 위해 사용되는 용융 가공 조건하에서 실질적으로 분해되어서는 안된다. 이러한 기준은 이방법들에서 대전 첨가제로서 사용될 수 있는 화학물질의 수 및 종류를 제한한다.
요약
첫번째 측면에서, 본 발명은, 중합체를 포함한 다공성 기판을 중합체를 팽윤시킬 수 있는 용매를 포함하는 조성물과 접촉시키고, 기판으로부터 용매를 증발시키고, 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 방식으로 기판을 물과 접촉시키는 것을 포함하는, 일렉트릿의 제조 방법을 특징으로 한다. 하나의 구현양태에서, 물과의 접촉은, 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 압력에서 충분한 시간동안 물 분출물 또는 물 방울의 흐름을 기판 위에 충돌시키는 것을 포함하고, 이 방법은 기판을 건조시키는 것을 더욱 포함한다.
일부 구현양태에서, 조성물은 초임계 유체를 더욱 포함한다. 하나의 구현양태에서, 초임계 유체는 이산화탄소를 포함한다. 다른 구현양태에서, 초임계 유체는 질소, 아산화질소, 에탄, 프로판, 클로로트리플루오로메탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판, 에틸렌, 프로필렌 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다.
다른 구현양태에서, 조성물은 제2의 용매를 더욱 포함한다. 일부 구현양태에서, 용매는 알콜, 알킬 할라이드, 아민, 아미드, 방향족, 에스테르, 에테르, 알칸, 알켄, 알킨, 케톤, 유기실리콘, 알킬 피롤리돈, 파라핀, 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다. 다른 구현양태에서, 용매는 톨루엔, 헵탄, 헥산, 헥실 알콜, 크실렌, 트리플루오로에탄올, 2-부타논 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다.
하나의 구현양태에서, 기판을 대기압보다 높은 압력에서 조성물과 접촉시킨다.
일부 구현양태에서, 조성물은 대전 첨가제를 더욱 포함한다. 하나의 구현양태에서, 대전 첨가제는 플루오르화 옥사졸리디논, 플루오르화 피페라진, 퍼플루오르화알칸 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다. 다른 구현양태에서, 대전 첨가제는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일] [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노] 헥사메틸렌[(2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]]를 포함한다.
하나의 구현양태에서, 기판을 조성물과 접촉시키는 것은 분무를 포함한다. 다른 구현양태에서, 기판을 조성물과 접촉시키는 것은 침지를 포함한다.
다른 구현양태에서, 용매는 기판을 조성물과 접촉시키는 동안에 30℃보다 높은 온도를 나타낸다. 일부 구현양태에서, 용매는 기판을 조성물과 접촉시키는 동안에 60℃보다 높은 온도를 나타낸다.
다른 구현양태에서, 일렉트릿은 1/mmH2O 이상의 특성계수(Quality Factor)를 나타낸다. 일부 구현양태에서, 일렉트릿은 1.5/mmH2O 이상의 특성계수를 나타낸다. 다른 구현양태에서, 일렉트릿은 2/mmH2O 이상의 특성계수를 나타낸다.
일부 구현양태에서, 기판은 부직 섬유 직물을 포함한다. 하나의 구현양태에서, 부직 섬유 직물은 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 할로겐화 폴리비닐, 폴리스티렌 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 섬유를 포함한다.다른 구현양태에서, 부직 섬유 직물은 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 섬유를 포함한다.
두번째 측면에서, 본 발명은 중합체 및 기판 내의 중합체 중량을 기준으로 하여 0.75중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 포함한 다공성 기판을 포함하는 일렉트릿을 특징으로 한다. 일부 구현양태에서, 일렉트릿은 대전 첨가제를 포함한다. 하나의 구현양태에서, 중합체는 0.5중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 포함한다. 다른 구현양태에서, 중합체는 0.2중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 포함한다.
일부 구현양태에서, 일렉트릿은 용융발포된(meltblown) 미소섬유를 포함한 부직 섬유 직물(nonwoven fibrous web)이다. 하나의 구현양태에서, 용융-발포 미소섬유는 1㎛ 내지 50㎛의 유효한 섬유 직경을 갖는다. 다른 구현양태에서, 용융-발포 미소섬유는 폴리올레핀, 예를들어 폴리프로필렌을 포함한다. 하나의 구현양태에서, 부직포는 10 g/m2내지 500g/m2의 기본 중량을 갖는다.
세번째 측면에서, 본 발명은, 중합체를 포함한 다공성 기판을 압축 유체 및 대전 첨가제를 포함한 조성물로 처리하고, 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 방식으로 기판을 물과 접촉시키는 것을 포함하는, 일렉트릿의 제조 방법을 특징으로 한다. 하나의 구현양태에서, 방법은 처리된 기판으로부터 압축 유체를 증발시키는 것을 더욱 포함한다. 일부 구현양태에서, 압축 유체는 초임계 유체이다. 다른 구현양태에서, 압축 유체는 액체이다. 일부 구현양태에서, 압축 유체는 이산화탄소이다.
하나의 구현양태에서, 물과의 접촉은 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 압력에서 충분한 기간동안 물 분출물 또는 물 방울의 흐름을 기판 위에 충돌시키는 것을 포함하고, 이 방법은 기판을 건조시키는 것을 더욱 포함한다.
일부 구현양태에서, 초임계 유체는 이산화탄소를 포함한다. 다른 구현양태에서, 초임계 유체는 아산화질소, 에틸렌, 에탄 클로로트리플루오로메탄, 및 이들의 조합을 포함한다. 다른 구현양태에서, 조성물은 용매를 더욱 포함한다. 일부 구현양태에서, 용매는 알콜, 알킬 할라이드, 아민, 아미드, 방향족, 에스테르, 에테르, 알칸, 알켄, 케톤, 유기실리콘, 알킬 피롤리돈, 파라핀 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다. 다른 구현양태에서, 용매는 톨루엔, 헵탄, 헥산, 헥실알콜, 크실렌, 트리플루오로에탄올 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다.
다른 구현양태에서, 대전 첨가제는 플루오르화 옥사졸리디논, 플루오르화 피페라진, 퍼플루오르화 알칸 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다. 다른 구현양태에서, 대전 첨가제는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일] [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌 [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]]를 포함한다. 일부 구현양태에서, 공동용매는 플루오르화 공동용매를 포함하고, 대전 첨가제는 플루오르화 대전 첨가제를 포함한다.
하나의 구현양태에서, 기판을 조성물로 처리하는 단계는 분무를 포함한다. 다른 구현양태에서, 처리 단계는 처리된 기판을 조성물에 침지시키는 것을 포함하고, 방법은 조성물로부터 초임계 유체를 증발시키는 것을 더욱 포함한다. 일부 구현양태에서, 조성물은 기판의 접촉 동안에 30℃보다 높은 온도를 나타낸다. 다른 구현양태에서, 조성물은 기판의 접촉 동안에 60℃보다 높은 온도를 나타낸다.
하나의 구현양태에서, 기판은 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 할로겐화 폴리비닐, 폴리스티렌 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 섬유를 포함한 부직 섬유 직물이다. 다른 구현양태에서, 기판은 폴리프로필렌, 폴리-(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 섬유를 포함한 부직 섬유 직물이다.
네번째 측면에서, 본 발명은 235℃ 이하의 분해 온도를 나타내는 대전 첨가제 및 폴리프로필렌 섬유를 포함한 일렉트릿을 특징으로 한다. 하나의 구현양태에서, 대전 첨가제는 200℃ 이하의 분해 온도를 나타낸다.
다섯번째 측면에서, 본 발명은 상기 기재된 일렉트릿을 포함한 호흡장치를 특징으로 한다.
여섯번째 측면에서, 본 발명은 상기 기재된 일렉트릿을 포함한 필터를 특징으로 한다.
일곱번째 측면에서, 본 발명은 상기 기재된 일렉트릿을 포함한 얼굴 마스크를 특징으로 한다.
본 발명은, 대전-증진 첨가제의 부재하에서 중합체 기판의 일렉트릿 성질이 향상되는, 일렉트릿의 제조 방법을 특징으로 한다. 본 발명은 또한, 기판의 중합체의 압출 온도보다 낮은 분해 온도를 가진 대전-증진 첨가제를 포함한 다양한 종류의 대전-증진 첨가제를 일렉트릿의 중합체 기판에 혼입시킬 수 있는 방법을 특징으로 한다.
이러한 방법에 의해 제조되는 일렉트릿은 유성 미스트 저항성, 장기간의 대전 안정성 및 높은 특성계수를 포함하는 양호한 필터 성질을 나타낸다. 일렉트릿은 또한 장기간에 걸쳐 승온에서 시효한 후에 양호한 대전 안정성 및 여과 성능을 나타낸다. 방법은 또한 비교적 낮은 수준의 추출가능한 탄화수소를 가진 일렉트릿을 제조할 수 있다.
본 발명을 참조하면, 이러한 용어들은 하기 기재된 의미를 갖는다: 용어 "일렉트릿"은 준-영구적인 전기 전하를 나타내는 유전체 재료를 의미한다. 용어 "준-영구적"은, 전하의 붕괴를 위해 특징적인 시간 상수가 일렉트릿이 사용되는 기간보다 훨씬 길다는 것을 의미한다.
다른 특징 및 장점은 하기 바람직한 구현양태의 설명 및 청구의 범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 대조 1, 3 및 4와 실시예 5의 열 자극 전류 분광학적 스캔이다.
도 2는 실시예 34-42 및 대조 8에 대해서 특성계수 대 DOP 챌린지(mg)의 그래프이다.
일렉트릿의 제조 방법은, 중합체 기판을 조성물로 처리하고, 처리된 기판으로부터 조성물의 휘발성 성분을 증발시킨 다음, 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 방식으로 처리된 기판을 물과 접촉시키는 것을 포함한다.
중합체 기판을 처리하기 위해 유용한 한가지 조성물은 기판의 중합체를 팽윤시킬 수 있는 용매 및 임의로 대전 첨가제를 포함한다. 용매는, 중합체를 팽윤시키고, 중합체의 저 분자량 성분을 용해시키고, 용매 및 대전 첨가제(존재할 경우)가 중합체 및(또는) 중합체 기판을 코팅하거나, 침투하거나 또는 코팅 및 침투할 수 있도록, 중합체에 충분히 가용성인 것을 선택한다. 중합체에서 용매의 용해도는, 중합체가 그의 형태를 유지하는 정도, 다시말해서 중합체를 용매 내로 실질적으로 용해시키지 않는 정도이다. 용매가 소정의 중합체를 팽윤시키는 정도 및 팽윤시키는 여부를 결정하기 위하여, 용매 용해도 매개변수 및 한센(Hansen) 매개변수 용해도 값을 사용할 수 있다. 용해도 매개변수 및 한센 매개변수 정보의 유용한 원천은 문헌 [Barton, Allan F.M., CRC Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameters, 제2판, CRC Press; Boca Raton, 1991]이다. 중합체 기판을 위해 적절한 용매를 선택하기 위하여, 용해도 매개변수 및 한센 매개변수가 당업자에게 사용될 수 있다. 소정의 중합체를 위하여, 예를들어 용매가 소정의 중합체를 팽윤시키도록, 중합체의 용해도 매개변수 또는 한센 매개변수에 충분히 가까운 값의 용해도 매개변수 또는 한센 매개변수를 가진 용매들의 군에서 용매 (또는 용매 혼합물)을 선택한다. 폴리프로필렌을 포함하는 기판에 있어서, 예를들어 바람직한 용매는 톨루엔, 헵탄, 헥산, 헥실 알콜, 크실렌, 2-부타논 및 이들의 조합을 포함한다.
대전 첨가제를 포함하는 용매 조성물을 위하여, 소정의 대전 첨가제를 용해시키거나 그와 혼화될 수 있는 용매(단독 또는 다른 용매와의 조합)를 선택한다.
유용한 용매의 예는 알콜 (예를들어, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 헥실 알콜); 알킬 할라이드 (예를들어, 클로로트리플루오로메탄, 트리클로로플루오로메탄, 퍼플루오로프로판 및 클로로디플루오로메탄); 황 헥사플루오라이드; 디메틸 술폭시드; 아민 (예를들어, N-메틸피롤리돈); 아미드 (예를들어, N,N-디메틸아세트아미드); 방향족 (예를들어, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌); 에스테르 (예를들어, 에틸 아세테이트, 이염기성 에스테르 및 락테이트 에스테르); 에테르 (예를들어, 디에틸 에테르, 테트라히드로푸란 및 글리콜 에테르); 알칸 (예를들어, 에탄, 프로판, n-펜탄, 헥산, 헵탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산); 알켄 (예를들어, 에틸렌 및 프로필렌); 천연 탄화수소 (예를들어, 이소프렌, 테르펜, d-리모넨, 소나무유 및 테르펜틴); 알킨; 케톤 (예를들어, 아세톤 및 메틸 에틸 케톤); 유기실리콘; 알킬 피롤리돈 (예를들어, N-메틸 피롤리돈); 파라핀 (예를들어, 이소파라핀); 석유계 용매 및 용매 혼합물; 클로로포름, 사염화탄소, 퍼플루오로탄소, 퍼플루오로폴리에테르, 히드로플루오로카본, 히드로플루오로에테르, 히드로클로로플루오로카본, 히드로클로로플루오로에테르, 클로로플루오로카본, 히드로클로로카본, 히드로브로모카본, 적어도 하나의 방향족 잔기를 함유하는 플루오르화 화합물 및 퍼플루오로요오다이드, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
통상적으로 입수가능한 플루오르화 용매의 한가지 예는 3M 컴퍼니 (미국 미네소타주 세인트폴)로부터 상표명 플루오래드(FLUORAD) FC77로 입수가능하다.
대전 첨가제는, 그것으로 처리된 중합체 기판이 하이드로대전 된 후에 전하를 유지시키는 능력을 향상시키고 (다시말해서, 비처리된 일렉트릿에 비해 처리된일렉트릿의 하전 안정성을 증가시키고), 비처리된 기판에 비하여 하이드로대전 후에 처리된 기판에 의해 나타나는 전하의 양을 증가시키고, 이들을 조합함으로써, 일렉트릿의 대전 특성을 변경시킬 수 있다. 대전 첨가제는 용매 중에 가용성이고, 바람직하게는 용매가 제거될 때 중합체 기판과 함께 유지된다. 방법은 중합체 기판의 압출 온도보다 낮은 분해 온도 (다시말해서, 10℃/분의 스위프 속도로 열무게측정 분석에 의해 결정할 때 대전 첨가제가 공기중에서 5%의 중량 소실을 나타내는 온도)를 나타내는 대전 첨가제, 예를들어 235℃ 미만의 분해 온도를 가진 대전 첨가제, 및 200℃ 미만의 분해 온도를 가진 대전 첨가제를 사용할 수 있다.
적절한 대전 첨가제는 예를들어 플루오르화 옥사졸리디논, 플루오르화 피페라진, 퍼플루오르화 알칸 (바람직하게는 10 내지 50개의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 15 내지 30개의 탄소 원자를 가진 퍼플루오르화 알칸) 및 미국 특허 5,411,576호(Jones 등)에 개시된 플루오르화합물 첨가제를 포함한 플루오르화합물 첨가제를 포함한다. 한가지 유용한 대전 첨가제는 화학식 C3F7-[CF2CF(CF3)]n-C3F7(식중, n은 10 내지 14이다) 및 1800 내지 2400의 평균 분자량을 가진 퍼플루오르화 폴리프로필렌이다.
유용한 플루오르화 옥사졸리디논은 예를들어 미국 특허 5,411,576호(Jones 등)에 기재된 첨가제 A 및 D, 및 미국 특허 5,025,052호(Crater 등) 및 5,099,026호(Crater 등)에 기재된 첨가제를 포함한다.
다른 유용한 대전 안정화 첨가제의 예는 지방산 금속 염, 장해 아민, 질소-함유 장해 페놀, 금속-함유 장해 페놀, 열적으로 안정한 유기 트리아진 화합물, 및 미국 특허 5,976,208호 (Rousseau 등)에 기재된 것과 같이 트리아진 기에 있는 질소 이외에도 하나 이상의 질소를 함유하는 올리고머를 포함한다. 기타 적절한 대전 안정화 첨가제는, 미국 특허 5,871,845호 (Dahringer 등)에 기재된 바와 같이 고 결정성 황산염 상태에 있는 색 지수 용매 블루 124 및 트리클로로트리페닐메틸 테트라클로로알루미네이트, 뿐만 아니라 예를들어 미국 특허 4,652,282호(Ohmori 등), 5,057,710호 (Nishiura 등) 및 5,976,208호 (Roussesau 등)에 기재된 대전 첨가제를 포함한다.
하나의 유용한 통상적으로 이용가능한 대전 첨가제는 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일][[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌 [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]]이고, 이것은 시바 스페쟐리타텐케미(Ciba Spezialitatenchemi) AG (스위스 바질)로부터 상표명 키마소르브(CHIMASSORB) 944로 입수가능하다.
조성물에 존재하는 대전 첨가제의 실제 량은 얻어지는 일렉트릿의 원하는 성질에 따라 변할 수 있다. 대전 첨가제는 예를들어 약 0.1중량% 내지 약 10중량%의 대전 첨가제를 가진 일렉트릿을 제공하기에 충분한 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
중합체 기판을 처리하기 위해 유용한 조성물은 압축 유체 및 대전 첨가제를 포함한다. 압축 유체는 바람직하게는 중합체 기질을 팽윤시키기에 충분한 용해도를 갖는다. 중합체에서 압축 유체의 용해도는, 바람직하게는 중합체가 그의 형태를 유지하는 정도, 다시말해서 압축 유체에 실질적으로 용해되지 않는 정도이다. 바람직하게는, 압축 유체는 대전 첨가제를 용해시킬 수 있다.
압축 유체는 초임계 상태 또는 액체 상태로 존재할 수 있다. 압축 유체의 물리적 상태는 온도 및 압력에 의존되고, 이것은 원하는 상태를 달성하기 위해 필요에 따라 변경될 수 있다. 이산화탄소는 예를들어 약 31℃ 미만의 온도 및 약 1070psi 미만의 압력에서 액체 또는 기체 상태로 존재할 수 있고, 약 31℃ 이상의 온도 및 약 1070psi 이상의 압력에서 초임계 상태로 존재할 수 있다.
초임계 유체란, 유체를 초임계 유체 상태에 두기 위하여, 그의 임계 온도(Tc) 및 임계 압력(Pc)(즉, 임계점(Cp) 이상)에서 또는 그보다 높은 온도 및 압력에서 유지되는 유체이다. 다수의 통상적으로 사용되는 초임계 용매는 주위 온도(약 22℃) 및 대기압(약 145 psi)에서 기체이다. Cp에서 또는 그 이상에서 유지될 때, 초임계 유체는 기체 및 액체의 성질을 모두 나타낸다. 이러한 초임계 유체는 액체의 용매 특징 및 기체의 낮은 표면 장력을 갖는다. 기체의 경우에서와 같이, 초임계 유체는 선택된 용질 물질, 예를들어 중합체 내로 쉽게 확산될 수 있다.
바람직한 압축 유체는 이산화탄소이다. 기타 적절한 압축 유체의 예는 질소, 아산화질소, 에탄, 프로판, 클로로트리플루오로메탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판, 에틸렌, 프로필렌 및 이들의 조합을 포함한다.
조성물은 또한, 대전 첨가제를 녹일 수 있고, 다시말해서 용해 또는 혼화시킬 수 있고, 임의로 중합체 기판을 팽윤시킬 수 있는 용매를 포함한다. 이러한 용매는 "공동용매"라 일컬어진다. 유용한 공동용매의 예는 상기 기재된 용매 및 트리플루오로에탄올을 포함한다. 한가지 유용한 통상적으로 이용가능한 플루오르화 공동용매는 3M 컴퍼니 (미국 미네소타주 세인트폴)로부터 상표명 FC-77로 입수가능하다.
중합체 기질을 조성물로 처리하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있고, 예를들어 침지 (예를들어 함침 및 액침), 분무 및 이들의 조합을 포함한다. 기판을 조성물로 처리하는 것은 바람직하게는 기판을 조성물과 접촉시키는 것을 포함한다. 압축 유체 및 조성물에 존재하는 기타 저 비점 용매 및 공동용매는 기판과의 접촉 전에 증발될 수 있다. 조성물 중에서 대전 첨가제의 용해도를 향상시키고, 용매, 초임계 유체, 대전 첨가제 또는 이들의 조합이 중합체 기판으로 확산되는 속도를 개선하기 위하여, 처리 조성물을 가열할 수 있다. 처리 조성물을 실온보다 높은 온도로 가열하는 것이 바람직하고, 중합체 기판을 접촉시키기 전에 30℃보다 높고 60℃보다 높은 온도로 가열할 수 있다.
중합체 기판을 초임계 유체를 포함한 조성물로 처리하는 방법은, 바람직하게는 초임계 유체를 초임계 유체의 초임계 온도 및 초임계 압력으로 또는 그 이상으로 유지시키는 것이다. 예를들어 초임계 이산화탄소를 약 30℃ 내지 약 90℃ (바람직하게는 약 35℃ 내지 약 85℃)의 온도에서 약 1000psi 내지 약 4000psi (더욱 바람직하게는 약 1800psi 내지 약 4000psi)로 가압한다.
유용한 압축 유체 침지 방법의 한가지 예는, 압력 및 온도를 조절할 수 있는 챔버 내에 기판을 놓고, 임계 온도보다 높은 온도에서 임계 압력보다 높은 압력하에 대전 첨가제가 기판을 침투하기에 충분한 시간동안 초임계 유체를 챔버 내에 도입한 다음, 압력을 방출하여 초임계 유체를 증발시키는 것을 포함한다. 챔버는 대전 첨가제를 포함하고, 처리 조성물의 다른 성분들을 포함할 수도 있다.
유용한 압축 유체 분무 방법의 한가지 예는, 초임계 유체로 가압된 챔버로 부터 처리 조성물의 분무액을 수용하도록 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 처리 조성물은 출구에서 가압 챔버를 나오고 분무액의 형태로 기판과 접촉한다. 분무 압력은 챔버 내로의 가압 초임계 유체 흐름에 의해 유지된다.
유용한 중합체 기판은 비전도성이고, 다시말해서 1014ohm-cm보다 큰 저항성을 가진 중합체 물질이며, 예를들어 미국 특허 4,539,256호(Shipman)에 개시된 다공성 필름; 예를들어 미국 특허 5,976,208호(Rousseau 등)에 개시된 부직포; 미소구조물, 예를들어 개방된 통로를 가진 적층 구조를 포함한 필름, 예를들어 계류중인 출원 U.S.S.N. 09/106,506 (발명의 명칭 "구조화 표면 여과 매질"(Insley 등), 1998년 6월 18일 출원)) 참조; 발포체 및 스폰지를 포함한다. 방법은 예를들어 용융발포 미소섬유, 스테이플 섬유, 피브릴화 필름 및 이들의 조합과 같은 섬유를 포함하는 부직 중합체 섬유 직물로부터 일렉트릿을 제조하기 위해 특히 유용하다.
용융발포 미소섬유를 제조하기 위해 한가지 유용한 방법은 문헌 [Wente, Van A., "초미세 열가소성 섬유", Industrial Eng. Chemistry, Vol.48, pp.1342-1346] 및 1954년 5월 25일 발행된 네이블 리서치 래보러토리즈(Naval Research Laboratories)의 보고서 번호 4364 (명칭:"초미세 유기 섬유의 제조", Wente 등)에기재되어 있다. 용융발포 미소섬유는, 문헌 [Davies, C.N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952]에 기재된 방법에 따라 계산할 때, 바람직하게는 약 1 내지 50마이크로미터(㎛)의 효과적인 섬유 직경을 갖는다. 여과 목적을 위하여, 섬유는 바람직하게는 약 1㎛ 내지 25㎛의 유효한 섬유 직경을 갖는다.
스테이플 섬유의 존재는 용융발포 미소섬유 단독으로 구성된 직물에 비하여 더욱 고급스럽고 덜 조밀한 직물을 제공할 수 있다. 일부 유용한 일렉트릿은 70중량% 이상의 스테이플 섬유를 포함한다. 스테이플 섬유를 함유하는 직물은 예를들어 미국 특허 4,118,531호 (Hauser)에 개시되어 있다.
여과 용도를 위해, 특히 호흡장치에서 사용되는 부직 중합체 섬유 일렉트릿 직물은 바람직하게는 약 10 내지 500g/m2의 기본 중량, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 100g/m2의 기본 중량을 갖는다.
바람직하게는, 중합체로부터 부직포의 섬유가 형성된다. 섬유를 형성하기 위해 사용되는 중합체는, 전기 전도성을 증가시킬 수 있거나 정전하를 수용하고 보유하는 섬유의 능력을 방해할 수 있는 대전방지제와 같은 물질을 실질적으로 갖지 말아야 한다.
바람직한 기판 중합체는 열가소성이다. 적절한 열가소성 중합체는 예를들어 다량의 포획된 전하를 보유할 수 있고 섬유 및 플루오로중합체로 형성될 수 있는 비전도성 중합체를 포함한다. 유용한 열가소성 중합체의 예는 폴리올레핀, 예를들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리-(4-메틸-1-펜텐), 하나 이상의 중합체를 함유하는 배합물 또는 공중합체, 및 이들의 조합, 할로겐화 비닐 중합체 (예를들어 폴리비닐 클로라이드), 폴리클로로프렌, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 조합을 포함한다.
중합체 용융물은 용매와의 접촉에 앞서 플루오로화합물 첨가제를 또한 포함할 수 있다. 미국 특허 5,099,026호(Crater 등), 5,025,052호(Crater 등), 및 5,411,576호(Jones 등) 및 PCT 공개 WO 97/07272호(Rousseau 등)에 기재된 바와 같이, 플루오로화합물 첨가제는 물품, 예를들어 섬유를 성형하기에 앞서서 중합체 수지와 배합될 수 있다.
예를들어 안료, UV 안정화제, 산화방지제 및 이들의 조합을 포함하는 다른 첨가제를 중합체 수지와 배합할 수도 있다.
중합체 기판은 예를들어 미국 특허 3,971,373호(Braun), 4,100,324호 (Anderson) 및 4,429,001호 (Kolpin등)에 개시된 입자 물질을 포함할 수 있다. 입자 물질은 공기로부터 유해한 증기를 제거하는데 유용하다.
처리된 기판으로부터 용매, 초임계 유체 또는 이들의 조합을 증발시키기 위해 다양한 방법, 예를들어 공기 건조, 오븐 건조, 압력 저하 및 이들의 조합을 사용할 수 있다.
중합체 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기 위해 충분한 방식으로 처리된 기판을 물과 접촉시키고, 이것을 또한 "하이드로대전"이라 일컫는다. 하이드로대전은 중합체 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 압력에서 물 분출물 또는 물 방울의 흐름을 기판 위에 충돌시키는 것을 포함한다. 이어서, 기판을 건조시킨다. 유용한 하이드로대전 방법은 예를들어 미국 특허 5,968,635호(Rousseau 등), 5,496,507호(Angadjivand 등) 및 PCT 공개 WO 97/07272(Rousseau 등)에 기재되어 있다.
방법은 바람직하게는 낮은 수준의 추출가능한 탄화수소, 바람직하게는 기판 내의 중합체 중량을 기초로 하여 0.75중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.5중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.2중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 가진 일렉트릿을 제공한다.
방법은 부직포에 일렉트릿 성질을 부여하고 부직포의 여과 성능을 향상시키기 위해 특히 적합하다. 여과 성능의 한가지 척도는 디옥틸 프탈레이트("DOP") 초기 침투 시험 ("DOP 시험")으로부터 수득된다. DOP 시험은 필터의 하전 상태의 상대적인 측정을 제공한다. DOP 시험 절차는 샘플을 통해 DOP 에어로졸을 소정의 면 속도로 강제 통과시키고, 시차 마노미터를 사용하여 샘플을 통한 압력 강하(mmH2O로 측정된 압력 강하)를 측정하고, 퍼센트 DOP 침투율 (DOPPen%)를 측정하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 대전된 샘플의 DOPPen%는 대전되지 않은 샘플의 DOPPen%에 비해 낮다. 하기 식에 따라서 이러한 값으로부터 특성계수(Q) (1/mmH2O로 측정됨)를 계산할 수 있다.
특성계수(Q) [1/mmH2O] = -ln[% 침투율/100]/압력 강하(mmH2O)
주어진 유동 속도에서 특성계수가 높을수록, 일렉트릿의 여과 성능이 더욱양호해진다.
예를들어 약 0.25/mmH2O 이상, 약 0.5/mmH2O 이상, 바람직하게는 약 1/mmH2O 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.5/mmH2O 이상, 가장 바람직하게는 약 2/mmH2O 이상의 특성계수를 포함하여, 넓은 범위의 특성계수를 가진 일렉트릿이 제조될 수 있다.
일렉트릿은 예를들어 공기 필터(예를들어 가열, 통기 및 에어 콘디셔닝 용도), 유체 필터 및 호흡 필터, 예를들어 얼굴 마스크 및 호흡장치(예를들어, 프리필터, 정화통 및 대체가능한 카트리지), 및 마이크로폰, 헤드폰 및 스피커와 같은 전기음향 장치에서의 정전 부품, 및 예를들어 고압 정전 발생기 및 정전 기록장치를 포함한 다양한 용도에서 사용하기 위해 적합하다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 더욱 설명될 것이다. 모든 비율 및 퍼센트는 달리 나타내지 않은 이상 중량 기준이다.
시험 절차
하기 실시예에서 사용된 시험 절차는 다음을 포함한다.
부하량을 결정하기 위한 DOP 침투 및 압력 강하 시험
조절된 DOP 에어로졸로의 장기간 노출 동안에, 샘플을 통한 DOP 에어로졸의 침투를 검사함으로써 디옥틸 프탈레이트(DOP) 부하량 측정을 수행하였다. DOP 에어로졸을 위해 채택된 자동화 필터 시험기("AFT") 모델 8130(미국 미네소타주 세인트폴의 TSI 인코포레이티드)을 사용하여 측정을 수행하였다.
DOP% 침투율은 다음과 같이 정의된다:
DOP% 침투율 = 100(DOP 하류 농도/DOP 상류 농도).
상기 식에서, 상류 농도 및 하류 농도는 빛 산란에 의해 측정되고, DOP% 침투율은 8130AFT 장치에 의해 자동적으로 계산되었다. 8130AFT 장치에 의해 발생된 DOP 에어로졸은, 표준 필터를 사용하여 측정시에, 85mg/m3내지 110mg/m3의 상류 농도를 가진 단분산 0.3 마이크로미터 질량 중위 입경을 갖는다. 턴 오프된 에어로졸 이온화장치를 사용하여 샘프을 통해 1분당 42.5리터(L/분)의 유동 속도에서 샘플을 시험하였다.
샘플을 절단하고, 샘플의 11.45cm (4.5인치) 직경 부분이 에어로졸에 노출되도록 샘플 홀더에 장착하였다. 면 속도는 6.9cm/초(cm/초)였다.
샘플 위의 계산된 부하량이 200mg DOP가 될 때까지 각각의 시험을 계속한다. DOP% 침투율 및 상응하는 압력 강하 데이타를 부착된 컴퓨터에 전송하고 이곳에 저장한다.
초기 특성계수를 결정하기 위한 DOP 침투 및 압력 강하 시험
4초의 상승 시간 및 20초의 샘플링 기간동안 32.5L/분의 유동 속도에서 11.45cm (4.5인치) 직경의 부직포 샘플을 통해 디옥틸 프탈레이트(DOP) 입자의 에어로졸을 강제통과시킴으로써, DOP 침투 및 압력 강하 시험을 수행하였다. DOP 입자는 0.3㎛의 중위 입경을 가지며, 4개의 구멍을 가진 TSI 세르티시험(CertiTest) 모델 번호 8130 자동화 필터 시험장치 (미국 미네소타주 세인트폴의 TSI 인코포레이티드) 및 207킬로파스칼(kPa)(30psi)의 깨끗한 공기를 사용하여 85 내지 약 110mg/m3의 농도로 생성된다.
특성계수 계산
하기 식에 의해 샘플의 특성계수를 계산한다:
특성계수(Q) [1/mm H2O] = -ln[%침투율/100]/압력 강하(mmH2O)
추출가능한 탄화수소의 결정 방법
대조 직물 및 시험 직물로부터 2개의 9cm×15cm 샘플들을 잘라내었다. 샘플의 무게를 재고, 중량을 기록하였다. 각각의 샘플을 깨끗한 40ml 유리 바이알에 넣고, 헥산으로 꼭대기까지 채웠다. 빈 바이알에 동일한 부피의 용매를 넣음으로써 용매 대조를 준비하였다. 이어서, 테플론 계통 나사 캡 마개로 바이알을 밀봉하고, 실온에서 1시간동안 원형 회전장치 위에 놓았다. 1시간 후에, 용매를 두번째 깨끗한 유리 바이알("증발 바이알")에 옮기고, 실온에서 질소 흐름하에 증발시켰다. 직물을 함유하는 바이알을 새로운 용매로 다시 채우고, 추가로 1시간동안 회전시켰다. 두번째 추출이 끝나면, 용매를 증발 바이알로 옮겼다. 액체 수준이 수 밀리리터로 감소될 때, 헥산으로의 2회 헹굼을 사용하여, 용매를 증발 바이알로부터 깨끗하고 빈 8ml 바이알로 옮겼다, 이어서, 일정 중량이 수득될 때까지 바이알을 건조시켰다.
잔류물 중량을 샘플 중량으로 나누고 100을 곱함으로써 % 잔류물을 결정하였다. 2개 샘플에 대한 값을 평균을 내었다.
열 자극 방전 전류(TSDC)
피봇 전극 ("TSDC 장치") (서모드 파트너스 엘.피.(TherMold Partners, L.P.), 미국 코넥티컷주 스탠포드의 열 분석 장치)을 가진 솔로매트(Solomat) TSC/RMA 모델 91000을 사용하여 TSDC 연구를 수행하였다. 샘플을 잘라내고, 솔로매트 TSC/RMA의 전극 사이에 놓았다. 온도계를 샘플에 인접하지만 샘플에 닿지 않도록 배치하였다. 샘플은 광학적으로 조밀해야 하고, 예를들어 샘플 직물을 통해 눈에 보이는 구멍이 있어서는 안된다. 샘플은 접촉 전극 위를 완전히 덮도록 충분히 커야 한다. 전극이 7mm의 직경이기 때문에, 직경이 7mm보다 크도록 샘플을 절단하였다. 전극과의 양호한 전기적 접촉을 보장하기 위하여, 샘플을 약 10의 계수만큼 두께를 압축하였다. 샘플 챔버로부터 공기를 빼내고, 약 1100 밀리바의 압력에서 헬륨으로 대체하였다. 액체 질소 냉각을 사용하였다.
TSDC 시험 절차
TSDC 장치에서 밀리미터당 2.5 킬로볼트(kV/mm)의 적용된 전기장에 100℃에서 1분간 물품을 꽂아두었다. 전기장 작동하에, 샘플을 급속히(장치의 최대 속도로) -50℃로 냉각하였다. 전기장을 끈 상태로, 샘플을 -50℃에서 5분간 유지한 다음, 방전 전류를 측정하면서 3℃/분으로 가열하였다. 선택된 피크의 각 측면 위의 최소값 사이에 기준선을 그리고, 피크 아래의 면적을 적분함으로써, TSDC 스펙트럼의 각각의 피크로부터 전하 밀도를 계산할 수 있다.
샘플 제조
용매 조성물을 사용한 직물의 처리 방법
용매 분무
프레발(PREVAL) 분무기 (미국 뉴욕주 욘커스 프리시젼 밸브 코포레이션(Precision Valve Corp.))를 사용하여 9인치의 거리에서 약 10-13g 폴리프로필렌 직물의 양쪽 면 위에 용매 조성물을 균일하게 적용하였다. 이어서, 직물을 실온에서 밤새 통기 건조하였다.
초임계 이산화탄소 조성물로의 직물의 처리 방법
침지
청옥색 윈도우, 이산화탄소 실린더로부터의 도입관, 통기구로의 라인-내 니들 밸브를 가진 출구관 및 추가의 압력 조절 시스템이 장착된 50mL 스테인레스 스틸 뷰 셀(view cell)에, 대전 증진 첨가제 및 지시에 따라 공동용매의 양을 충진하였다. 미리-측량된 6인치×6인치 직물을 반으로 접고, 관으로 감고, 50mL 스테인레스 스틸 뷰 셀에 넣었다. 직물을 필요에 따라 구부려서 셀 안에 넣었다. 셀을 밀봉하고 이산화탄소로 탱크 압력(약 1700psig)까지 가압하였다. 이어서, 셀을 80℃까지 가열하고 80℃에서 5분간 유지시켰다. 이어서, 출구관 위의 니들 밸브를 통해 셀을 빨리 통기시키고, 즉시 직물을 꺼내어 측량하였다. 주변 조건에서 즉시 중량 및 안정화 후의 중량을 측정하였다. 직물 밖으로 이산화탄소의 확산으로 인해 약간의 중량 소실이 관찰되었다.
분무
6인치×6인치 직물을 지지체, 예를들어 판지에 고정시키고, 10ml 스테인레스 스틸 고압 셀(침지 기술에서 사용되는 50ml 셀을 위해 상기 기재된 바와 같이 장착됨)의 1/16 인치 스테인레스 스틸 출구관의 앞에 위치시켰다. 분무에 앞서서, 첨가제(들) 및 공동용매(들)(존재하는 경우)을 함유하는 10ml 셀을 1200psi 내지 1500psi의 초기 압력하에 약 40℃로 유지시키고, 1800psi 내지 2000psi의 압력하에 40℃로 가열하였다. 출구관 위의 니들 밸브를 조심스럽게 열어서 셀의 내용물이 직물 위로 분무되도록 하고, 이것이 분무 기류의 앞을 통과하여 양쪽 면 위에서 전체 직물을 덮도록 하였다. 이산화탄소 실린더로부터의 배압을 제공함으로써 분무 동안에 셀 압력을 유지하였다. 이러한 회분 분무 공정에서, 분무 공정이 진행됨에 따라 셀에서의 첨가제 농도가 저하되었다.
하이드로대전 방법
여과 증진 일렉트릿 하전을 직물에 제공하기에 충분한 압력에서, 물 분출물 또는 물 방울의 흐름을 직물 위에 충돌시킴으로써 하이드로대전을 수행하였다. 샘플을 물 분출물을 통해 한 번에 샘플의 각 면 위에서 2회 통과시켰다. 120psi 수압에서 작동하는 펌프 보조 물 분무기에 의해 물 분출물을 발생시켰다. 샘플을 메쉬 벨트 지지체 위에 놓고, 약 4인치/초(10.2cm/초)의 벨트 속도에서 물 분출물 아래로 이동시켰다.
이어서, 추가의 수분을 제거하기 위해 샘플을 진공 위로 통과시킨 다음, 시험을 진행하기에 앞서서 밤새 통기-건조하였다.
폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물의 제조
문헌 [Van A.Wente, Industrial and Engineering Chemistry, Vol.48, 1342-1346 (1956)]에 기재된 바와 같이, 부직포를 일반적으로 제조하였다.
유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물의 제조
270℃의 압출기 온도 및 11.5인치의 수집장치 거리에서 엑손 PP3505 폴리프로필렌 수지(엑손 케미칼 인터내셔날, 미국 텍사스주 휴스톤)를 압출함으로써 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 제조하였다. 발포 미소섬유의 기본 중량은 50g/m2이고, 효과적인 섬유 직경(EFD)은 10㎛이었다.
유형B 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물의 제조
280℃의 압출기 온도 및 14인치의 수집장치 거리에서 엑손 PP3505 폴리프로필렌 수지를 압출함으로써, 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 제조하였다. 발포 미소섬유의 기본 중량은 62m/g2이고, 유효한 섬유 직경(EFD)은 8㎛이었다.
퍼플루오르화 폴리프로필렌 (C 3 F 7 -[CF 2 CF(CF 3 )] n -C 3 F 7 (식중, n=10 내지 14), 1800 내지 2400의 평균 분자량을 가짐)의 제조
동일배열 저 분자량 폴리프로필렌 분말 (아토피나 페트로케미칼스 인코포레이티드(ATOFINA Petrochemicals Inc.), 미국 텍사스주 디어파크)의 샘플 200g을 플루오리너트(Fluorinert) FC77 플루오르화 액체에 놓고, 미국 특허 5,488,142호(Fall 등)에 기재된 바와 같이 불소로 플루오르화하였다. 반응 생성물을 여과하여 불용성 고체를 제거하고, 용매를 제거하여 36% 수율로 260g 고체를 수득하였다. 고 진공 증류를 사용하여 여액을 더욱 정제하였으며, 이것은 22% 저 분자량 올리고머를 제거하여, 화학식 C3F7-[CF2CF(CF3)]n-C3F7(식중, n=10 내지 14)을갖고, 6의 유리 전이 온도를 갖고, 비행 질량 분광분석계 (어플라이드 바이오시스템스(Applied Biosystems) 미국 메사츄세츠주 보스톤)의 MA 모드 보야저 DE-STR 기질 보조 레이저 흡광 이온화 시간에 의해 결정시에, 1800-2400 (MALDI/TOF)의 분자량을 가진 경질 유리질 고체를 수득하였다.
대조 1
유형 A 발포 폴리프로필렌 미소섬유 직물을 하이드로대전시키고 건조하였다.
대조 2
엑손 PP3505 폴리프로필렌 수지 및 0.8중량% 키마소르브 944 용융 첨가제를 포함한 직물의 섬유를 형성하기 위해 용융물을 사용하는 것 이외에는, 유형 A 발포 폴리프로필렌 미소섬유 직물의 제조 방법에 따라서 발포 미소섬유 직물을 제조하였다. 직물을 하이드로대전하고 건조시켰다.
실시예 1 내지 8
약 28g의 유형 A 발포 폴리프로필렌 미소섬유 직물을, 75중량% 헵탄 및 25중량% 톨루엔으로 구성된 용매 혼합물 969ml을 함유하는 1리터 단열 용기내에 넣음으로써 실시예 1의 직물을 제조하였다. 용매 조성물에 직물을 노출시키기 위해 1리터 용기 내에 삽입하기 전에 직물을 그 자체 위에서 앞 뒤로 접었다 (다시말해서, 꽃장식으로 접었다). 직물을 실온에서 10분간 침지시키고, 300ml 헵탄으로 헹구고, 압착하여 나머지 용매를 제거하고, 공기를 밤새 건조시켰다. 이어서, 상기 기재된 하이드로대전 방법에 따라 직물을 대전시키고 밤새 통기 건조시켰다.
하기 예외사항 이외에는, 실시예 2 내지 8의 직물을 실시예 1에 기재된 바와같이 제조하였다: 표 1에 나타낸 바와 같이 용매 혼합물은 키마소르브 944 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일] [[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌 [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]] (시바 스페쟐리타텐케미 AG, 스위스 바질)를 표 1에 나타낸 양으로 포함하고, 침지 시간을 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시켰다.
32.5L/분에서 DOP 챌린저를 사용하여, 각각의 직물에 대한 % 침투율 및 특성계수를 결정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 키마소르브944(중량%) 침지 시간(분) % 침투율 특성계수
대조1 0 0 37 0.87
대조2 용융 첨가제로서 0.8% 0 2.5 2.60
1 0 10 27 1.16
2 0 240 20 1.44
3 0.02 10 8.4 1.98
4 0.02 240 9.9 2.04
5 0.2 10 7.2 1.98
6 0.2 240 7.4 2.39
7 2 10 10 1.83
8 2 240 11 1.89
대조 3
대조 3의 직물은 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물로 구성되었다.
대조 4
발포 폴리프로필렌 미소섬유 직물을 하이드로대전시키지 않는 것 이외에는, 실시예 5의 방법에 따라 직물을 제조하였다.
포획된 전하의 수준을 결정하기 위하여 열적으로 자극된 전류 분광법에 의해대조 1, 3, 4 및 실시예 5를 측정하였다. 각각의 샘플에 대해 TSC 곡선을 도 1에 나타내었으며, 여기에서 1, 3, 4 및 5는 각각 대조 1, 3, 4 및 실시예 5에 상응한다.
실시예 9 내지 13
단열된 용기에 도입하기 전에, 용매 조성물을 15분동안 45℃로 가열하는 것 이외에는 실시예 1에 기재된 바와 같이 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 처리하였으며, 조성물에 존재하는 키마소르브 944의 양은 표 2에 나타낸 것과 같이 다양하다.
실시예 1에 기재된 바와 같이, 직물을 40℃에서 10분동안 침지시키고, 헹구고, 건조시키고, 하이드로대전시켰다.
% 침투율 및 특성계수를 측정하고, 결과를 표 2에 기록한다.
실시예 키마소르브944(중량%) % 침투율 특성계수
9 0 24 1.43
10 0.07 15 1.73
11 0.2 10 2.18
12 0.5 15 2.07
13 1 13 1.89
실시예 14-17
단열된 용기에 도입하기 전에 용매 조성물을 15분간 45℃로 가열하는 것 이외에는 유형A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 실시예 1에서 상기 기재된 바와 같이 제조하였으며, 용매 조성은 표 3에 나타낸 것과 같이 변하고, 각각의 용매 조성물은 0.3중량%의 키마소르브 944를 포함하였다.
폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 용매 조성물에 40℃에서 10분간 침지시키고, 헹구고, 건조시키고, 대전시키고 상기 기재된 바와 같이 시험하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
실시예 용매 조성(%중량) % 침투율 특성계수
14 75 헵탄/25 톨루엔 13 1.82
15 98 헵탄/2 톨루엔 12 1.81
16 95 헥실 알콜/5 톨루엔 23 1.24
17 100 톨루엔 17 1.53
실시예 18
86g/m2의 기본 중량 및 33.4g의 중량을 가진 TM07-27-98-02 용융발포 폴리에틸렌 섬유 직물 (트랜스웹 LLC, 미국 뉴저지주 바인랜드)을, 838g의 톨루엔 및 1.41g의 키마소르브 944로 구성된 용매 조성물 중에 40℃에서 10분동안 침지시켰다. 직물을 헵탄에 헹구고, 통기 건조하고, 하이드로대전하고, 미리 기재된 바와 같이 시험하였다.
직물은 0.61의 특성계수 및 38.4% 침투율을 나타내었다.
대조 5
대조 5는 하이드로대전된 TM07-27-98-02 용융발포 폴리에틸렌 섬유 직물(트랜스웹)으로 구성되었다. 직물은 0.41의 특성계수 및 59% 침투율을 나타내었다.
실시예 19 내지 25
실시예 1에 기재된 바와 같이 제조된 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 표 4에 기재된 용매 조성물 중에 40℃에서 10분간 침지시켰다. 실시예 25의 용매 조성물은 0.2중량% 키마소르브 944를 포함하였다.
대조 6
대조 6은 하이드로대전된 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물로 구성되었다.
실시예 19 내지 25 및 대조 6의 직물의 % 침투율 및 특성계수를 즉시 (다시말해서, 초기) 및 70℃에서 3일간 시효시킨 후 측정하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.
실시예 용매 조성(중량%) 키마소르브944 (중량%) 초기% 침투율 초기 특성계수 시효 %침투율 시효 특성계수
대조 6 없음 0 54 0.66 52 0.64
19 톨루엔 0 27 1.19 23 1.29
20 70%톨루엔/30%헵탄 0 27 1.15 25 1.30
21 50%톨루엔/50%헵탄 0 17 1.57 19 1.61
22 25%톨루엔/75%헵탄 0 24 1.29 22 1.44
23 헵탄 0 21 1.45 22 1.47
24 크실렌 0 29 1.35 29 1.20
25 톨루엔 0.2 11 2.09 13 2.08
실시예 26-29
각각 실시예 19, 21, 23, 25 및 대조 6에 기재된 바와 같이 실시예 26-29를 제조하였다. 대전에 앞서서, 추출가능한 탄화수소의 결정 방법에 따라 샘플을 추출하였다. % 잔류물을 결정하였으며, 결과는 표 5에 기재된 바와 같다.
실시예 % 잔류물
대조 6 0.90
26 0.26
27 0.26
28 0.17
29 0.66
실시예 30-33
상기 기재된 초임계 유체 침지 방법에 따라서, 초임계 이산화탄소 및 표 6에 나타낸 경우에 대전 첨가제 및 공동용매를 포함한 조성물 중에서 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 처리하였다.
이산화탄소에서 처리한 후에 150℃에서 5분동안 실시예 30의 직물을 어닐링하였다.
대조 7
대조 7은 하이드로대전된 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물로 구성되었다.
% 침투율 및 특성계수를 결정하기 위하여 직물을 시험하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.
실시예 초임계 유체 조성물의 성분 어닐링 % 침투율 특성계수
대조7 없음 없음 42 0.78
30 0.060%w/v 첨가제A 있음 30 0.99
31 0.280%w/v PFPP 없음 12 1.79
32 0.030%w/v 키마소르브944;0.170%v/v 톨루엔 없음 32 1.25
33 0.060%w/v 키마소르브944;0.54% v/v 아세톤 없음 38 0.96
w/v = 중량 대 부피v/v = 부피 대 부피미국 특허 5,411,576호 (Jones 등)에 기재된 바와 같이 첨가제 A를 제조하였다.PEPP = 퍼플루오르화 폴리프로필렌 (C3F7-[CF2CF(CF3)]n-C3F7(식중, n=10 내지 14).
실시예 34-42
유형 B 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 실시예 34-42의 직물로서 사용하였다.
초임계 유체 침지 방법에 따라서 실시예 34, 36 및 40-42의 직물을 처리하였다.
초임계 유체 침지 방법에 따라서 실시예 35 및 37-39의 직물을 처리하였다.
직물을 처리하기 위해 사용된 조성물은 초임계 이산화탄소 및 표 7에 나타낸 경우에 대전 첨가제 및 공동용매를 포함하였다.
직물을 건조시키고, 하이드로대전한 후에, 다시 건조시켰다.
하이드로대전 전에, 표 7에 규정된 기간 동안 실시예 34, 35, 38 및 40-42의 직물을 125℃에서 어닐링하였다.
6.9cm/초(t=200)의 면 속도에서 200mg DOP 부하 후에, % 침투율, 초기 특성계수 (t=0) 및 특성계수를 결정하기 위하여 직물을 시험하였다. 결과를 표 7에 나타낸다.
대조 8
대조 8은 하이드로대전된 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물로 구성되었다.
도 2는 200분의 기간에 걸쳐 실시예 34-42 및 대조 8의 각각의 직물의 특성계수를 나타내며, 여기에서 8 및 34-42로서 나타낸 라인은 각각 대조 8 및 실시예 34-42에 상응한다.
실시예 초임계 유체 조성물의 성분 어닐링 % 침투율 t=0에서의 특성계수 t=200에서의 특성계수
℃ 분
대조8 없음 - - 14.8 0.76 0.18
34 2%v/v FC-77 125 10 4.8 1.38 0.10
35 10%v/v FC-77 125 10 4.2 1.44 0.09
36 2%v/v FC-77 - - 8.2 1.13 0.08
37 10%v/v FC-77 - - 2.6 1.40 0.12
38 0.5% w/v PFPP;9.5%v/v FC-77 125 5 4.7 1.33 0.20
39 0.5%w/v PFPP;9.5%v/v FC-77 - - 2.7 1.34 0.30
40 0.354% w/v PFPP;6.7% w/v FC-77 125 5 5.1 1.35 0.22
41 0.366% w/v PFPP 125 5 5.3 1.22 0.18
42 0.074% w/v 첨가제D 125 10 2.1 1.54 0.11
FC-77 = 플루오리너트 FC77 플루오르화 액체 (3M 컴퍼니, 미국 미네소타주 세인트폴) 첨가제미국 특허 5,411,576호(Jones 등)에 기재된 바와 같이 제조된 D- = 적용되지 않음
실시예 43-50
용매 및 대전 첨가제를 포함한 조성물을 사용하여 용매 분무 방법에 따라 유형 A 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 처리하였다. 이어서, 직물을 건조하고, 하이드로대전시키고 다시 건조시켰다. 하이드로대전에 앞서서, 실시예 45, 47 및48의 직물을 100℃에서 5분간 어닐링하였다.
대조 9 및 10
대조 9 및 10은 하이드로대전된 발포 폴리프로필렌 미소섬유 직물로 구성되었다.
하이드로대전에 앞서서, 대조 10의 직물을 100℃에서 5분간 어닐링하였다.
실시예 43 내지 50 및 대조 9 및 10의 직물을 대해 특성계수(Q)을 결정하고 표 8에 기록하였다.
직물 % 대전 첨가제 용매 조성 어닐링 Q
대조9 없음 없음 없음 0.60
대조10 없음 없음 있음 0.49
43 0.2% 키마소르브 944 톨루엔 없음 1.45
44 0.4% 키마소르브 944 톨루엔 없음 1.67
45 0.4% 키마소르브 944 톨루엔 있음 1.72
46 1% 키마소르브 944 톨루엔 없음 1.68
47 1% 키마소르브 944 톨루엔 있음 1.67
48 2% 키마소르브 944 톨루엔 있음 1.68
49 1% 첨가제 A 60톨루엔/40TFE 없음 0.88
50 1% 첨가제 D 톨루엔 없음 1.11
대조 11-13
대조 11-13의 직물은 하이드로대전된 유형 B 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물로 구성되었다.
실시예 51-57
유형 B 폴리프로필렌 발포 미소섬유 직물을 용매 분무 방법에 따라 용매 및 대전 첨가제를 포함한 조성물로 처리하였다. 직물을 건조시키고, 하이드로대전하고, 다시 건조하였다.
실시예 55 및 대조 12의 직물을 하이드로대전에 앞서 150℃에서 5분간 어닐링하였다. 실시예 57 및 대조 13의 직물을 하이드로대전 전에 125℃에서 5분간 어닐링하였다.
각각의 직물에 대해 특성계수(Q)를 42.5L/분에서 결정하고 표 9에 기록하였다.
직물 대전 첨가제 (중량%) 용매 조성 어닐링 Q
대조11 없음 없음 없음 0.35
대조12 없음 없음 있음 0.46
대조13 없음 없음 있음 0.73
51 0.2% 키마소르브 944 톨루엔 없음 0.82
52 0.4% 키마소르브 944 톨루엔 없음 0.76
53 1.0% 키마소르브 944 톨루엔 없음 0.57
54 1.0% 첨가제A 60% 톨루엔/40% TFE 없음 0.65
55 1% 첨가제A 60% 톨루엔/40% TFE 있음 0.99
56 1% 첨가제D 톨루엔 없음 0.78
57 1% 첨가제D 톨루엔 있음 1.01
TFE = 2,2,2-트리플루오로에탄올
다른 구현양태들도 청구의 범위내이다.

Claims (29)

  1. 중합체를 포함한 다공성 기판을, 상기 중합체를 팽윤시킬 수 있는 용매를 포함한 조성물과 접촉시키고;
    상기 기판으로부터 상기 용매를 증발시키고;
    상기 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 방식으로 상기 기판을 물과 접촉시키는 것을 포함하는, 일렉트릿의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 대전 첨가제를 더욱 포함하는 방법.
  3. 중합체를 포함한 다공성 기판을, 초임계 유체 및 대전 첨가제를 포함한 조성물로 처리하고;
    상기 기판에 일렉트릿 하전을 부여하기에 충분한 방식으로 상기 처리된 기판을 물과 접촉시키는 것을 포함하는, 일렉트릿의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 물과의 접촉이, 일렉트릿 하전을 상기 기판에 부여하기에 충분한 압력하에 충분한 기간동안 물 분출물 또는 물 방울의 흐름을 상기 기판 위에 충돌시키는 것을 포함하고, 상기 기판을 건조시키는 것을 더욱 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 초임계 유체를 더욱 포함하는 방법.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 초임계 유체가 이산화탄소를 포함하는 방법.
  7. 제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 초임계 유체가 질소, 아산화질소, 에탄, 프로판, 클로로트리플루오로메탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판, 에틸렌, 프로필렌 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 조성물이 제2의 용매를 더욱 포함하는 방법.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 용매가 알콜, 알킬 할라이드, 아민, 아미드, 방향족, 에스테르, 에테르, 알칸, 알켄, 알킨, 케톤, 유기실리콘, 알킬 피롤리돈, 파라핀 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 용매가 톨루엔, 헵탄, 헥산, 헥실 알콜, 크실렌, 트리플루오로에탄올, 2-부타논, 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 조성물의 접촉이 대기압보다 더 높은 압력하에 일어나는 방법.
  12. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 대전 첨가제가 플루오르화 옥사졸리디논, 플루오르화 피페라진, 퍼플루오르화 알칸 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
  13. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 대전 첨가제가 폴리[[6-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-s-트리아진-2,4-디일][[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]]를 포함하는 방법.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기판과 상기 조성물의 접촉이 분무 또는 침지를 포함하는 방법.
  15. 중합체 및 대전 첨가제를 포함하는 다공성 기판을 포함하고, 상기 기판이 상기 기판내 조성물의 중량을 기준으로 하여 0.75중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 포함하는 것인 일렉트릿.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판이 0.5중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 포함하는 일렉트릿.
  17. 제1항, 제2항 또는 제3항, 또는 제15항에 있어서, 상기 일렉트릿이 1/mmH2O 이상의 특성계수를 나타내는 것인 방법 또는 일렉트릿.
  18. 제1항, 제2항 또는 제3항, 또는 제15항에 있어서, 상기 기판이 부직 섬유 직물을 포함하는 것인 방법 또는 일렉트릿.
  19. 제1항, 제2항 또는 제3항, 또는 제18항에 있어서, 상기 부직 섬유 직물이 폴리카르보네이트, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 할로겐화 폴리비닐, 폴리스티렌 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 섬유를 포함하는 것인 방법 또는 일렉트릿.
  20. 제1항, 제2항 또는 제3항, 또는 제18항에 있어서, 상기 부직 섬유 직물이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 섬유를 포함하는 것인 방법 또는 일렉트릿.
  21. 제1항 또는 제10항, 또는 제16항에 있어서, 상기 부직 섬유 직물이 용융발포 미소섬유를 포함하는 것인 방법 또는 일렉트릿.
  22. 제21항에 있어서, 상기 용융-발포 미소섬유가 1㎛ 내지 50㎛의 유효 섬유 직경을 갖는 일렉트릿.
  23. 중합체, 및
    기판 내의 중합체 중량을 기준으로 하여 0.75중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 포함하는, 다공성 기판을 포함한 일렉트릿.
  24. 제23항에 있어서, 상기 기판이 0.5중량% 이하의 추출가능한 탄화수소를 포함하는 일렉트릿.
  25. 제3항에 있어서, 처리가 상기 조성물을 상기 기판 위에 분무하는 것을 포함하는 방법.
  26. 제3항에 있어서, 상기 처리가 상기 기판을 상기 조성물에 침지시키는 것을 포함하고, 처리된 기판으로부터 상기 초임계 유체를 증발시키는 것을 더욱 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기판을 상기 조성물로 처리하는 동안에, 상기 조성물이 30℃보다 높은 온도를 나타내는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 기판을 상기 조성물로 처리하는 동안에, 상기 조성물이 60℃보다 높은 온도를 나타내는 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 일렉트릿이 1/mmH2O 이상의 특성계수를 나타내는 방법.
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