KR20110025184A

KR20110025184A - 제타 전위에 기반한 일렉트릿 물품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110025184A
Application number: KR1020107029228A
Authority: KR
Inventors: 존 엠 세바스챤; 마빈 이 존스; 푸밍 비 리; 시-헝 슈; 나단 이 슐츠; 저스틴 엘 키오; 라훌 비 샤; 다니엘 에이 자푼티치
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2011-03-09
Also published as: EP2291562B1; BRPI0909967B1; US7765698B2; EP2291562A4; ES2619730T3; AU2009255525A1; RU2472885C1; US20090293279A1; RU2011121015A; KR101596531B1; EP2291562A1; JP5385978B2; WO2009148703A1; PL2291562T3; BRPI0909967A2; AU2009255525B2; CN102112680A; CN102112680B; JP2011522137A

Abstract

본 발명은 -7.5 ㎷보다 크거나 작은 제타 전위를 갖는 중합체성 물품으로부터 일렉트릿 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 물품은 하기와 같은 pH와 전도도를 갖는 수성 액체와의 접촉에 의해 대전된다. 즉, (i) 물품이 -7.5 ㎷ 이하의 제타 전위를 가지면, 접촉 액체는 7 초과의 pH 및 5 내지 9,000 microS/㎝의 전도도를 가지며; (ii) 물품이 -7.5 ㎷ 초과의 제타 전위를 가지면, 접촉 액체는 7 이하의 pH 및 5 내지 5,500 microS/㎝의 전도도를 가짐. 이러한 방식으로 제조된 일렉트릿 물품은 특히 일렉트릿 여과 물품에서 개선된 일렉트릿 성능을 제공할 수 있다.

Description

제타 전위에 기반한 일렉트릿 물품의 제조 방법{Method Of Making Electret Articles Based On Zeta Potential}

본 발명은 중합체성 일렉트릿 물품을 대전시키는 새로운 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 전도도와 pH - 이들 둘 모두는 물품의 제타 전위의 함수로서 선택됨 - 를 갖는 수성 액체를 이용하는 것을 포함한다.

일렉트릿 물품, 즉 적어도 반영구적인(quasi-permanent) 전하를 나타내는 유전체 물품은 양호한 여과 특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 이러한 물품은 다양한 구성으로 형성되어 왔지만, 공기 여과의 목적인 경우에 이 물품은 통상 부직 중합체성 섬유질 웨브의 형태를 취한다. 이러한 제품의 예는 3M 컴퍼니(3M Company)에 의해 판매되는 필트레트(Filtret™) 브랜드의 노 필터(furnace filter)이다. 부직 중합체성 일렉트릿 필터는 또한 개인용 호흡 보호 기구(personal respiratory protection device)에 사용된다 (예를 들어, 베르그(Berg)의 미국 특허 제4,536,440호, 다이루드(Dyrud) 등의 미국 특허 제4,807,619호, 크론저(Kronzer) 등의 미국 특허 제5,307,796호, 브라운(Braun) 등의 미국 특허 제5,804,295호 및 레코우(Rekow) 등의 미국 특허 제6,216,693호 참조).

전하는 부직 웨브를 통과하는 유체 내에 현탁되어 있는 입자를 포획하는 웨브의 능력을 향상시킨다. 부직 웨브는 전형적으로 유전체 (즉 비전도성) 중합체를 함유하는 섬유를 포함한다. 일렉트릿 물품을 제조하기 위하여 다양한 기술에 수년에 걸쳐 개발되어 왔다.

전기 대전 중합체 포일에 관한 초기의 작업은 문헌[P. W. Chudleigh in Mechanism of Charge Transfer to a Polymer Surface by a Conducting Liquid Contact, 21 Appl. Phys. Lett., 547-48 (Dec. 1, 1972)] 및 문헌[Charging of Polymer Foils Using Liquid Contacts, 47 J. Appl. Phys, 4475-83 (October 1976)]에 기재되어 있다. 츄드레이(Chudleigh)의 방법은 폴리플루오로에틸렌 중합체 포일에 전압을 인가함으로써 이 포일을 대전시키는 단계를 포함한다. 전압은 포일 표면과 접촉하는 전도성 액체를 통해 인가된다.

섬유 형태의 중합체성 일렉트릿을 제조하기 위한 초기에 알려진 기술은 쿠빅(Kubic)과 데이비스(Davis)의 미국 특허 제4,215,682호에 개시되어 있다. 이러한 방법에서는, 섬유가 다이 오리피스(die orifice)로부터 나올 때 전기 대전된 입자에 의해 충격을 받는다. 섬유는 "멜트-블로잉"(melt-blowing) 공정을 이용하여 생성되며, 여기서 다이 오리피스 옆에서 고속으로 불어지는 가스 스트림이 압출된 중합체성 재료를 빼내며 그것을 고형화된 섬유로 냉각시킨다. 입자로 충격을 받은 멜트-블로운 섬유는 수집기 상에 임의로 축적되어 섬유질 일렉트릿 웨브(fibrous electret web)를 생성한다. 상기 특허는 멜트-블로운 섬유가 이러한 방식으로 전기 대전될 경우 여과 효율이 2배 이상 개선될 수 있다고 언급한다.

섬유질 일렉트릿 웨브는 또한 코로나 방전(corona charging)에 의해 제조되었다. 클라세(Klaase) 등의 미국 특허 제4,588,537호는, 예를 들어, 사실상 폐쇄된 유전체 포일의 하나의 주표면에 이웃하여 위치되면서 코로나 방전 장치 내로 연속하여 공급되는 섬유질 웨브를 보여준다. 코로나는 반대로 대전된 얇은 텅스텐 와이어에 연결된 고전압 공급원으로부터 생성된다. 부직 웨브에 정전기적 전하를 부여하기 위한 다른 고전압 기술은 나카오(Nakao)의 미국 특허 제4,592,815호에 기재되어 있다. 이러한 대전 공정에서는, 웨브가 매끄러운 표면을 가진 접지 전극과 단단히 접촉하게 된다.

섬유질 일렉트릿 웨브는 또한 반 턴하우트(van Turnhout)의 미국 재발행 특허 제30,782호, 제31,285호 및 제32,171호에 기재된 바와 같이 중합체 필름 또는 포일로부터 제조될 수 있다. 중합체 필름 또는 포일은 섬유로 피브릴화되기 전에 정전기 대전되고, 이어서 이 섬유는 수집되어 부직 섬유질 필터로 가공된다.

섬유에 전하를 부여하기 위하여 기계적인 방법도 역시 사용되었다. 브라운(Brown)의 미국 특허 제4,798,850호는 플리스(fleece)로 소면된(carded) 후 바느질되어 펠트를 형성하는 두 가지 상이한 권축된 합성 중합체 섬유의 혼합물을 함유하는 필터 재료를 개시한다. 이 특허는 섬유가 소면되는 동안 전기 대전되도록 이들 섬유를 잘 혼합하는 것을 개시한다. 브라운의 특허에 개시된 공정은 일반적으로 "마찰대전(tribocharging)"으로 부른다.

마찰대전은 또한 기체 또는 액체의 대전되지 않은 고속의 제트(jet)가 유전체 필름의 표면 위를 통과할 때 발생할 수 있다. 코우팔(Coufal) 등의 미국 특허 제5,280,406호에서는 대전되지 않은 유체의 제트가 유전체 필름의 표면을 타격할 경우 표면이 대전됨을 개시한다.

보다 최근의 발전에 따르면, 부직 섬유질 웨브에 전하를 부여하기 위하여 물을 이용한다 (안가드지반드(Angadjivand) 등의 미국 특허 제5,496,507호 참고). 가압된 물의 제트 또는 수적(water droplet) 흐름이 비전도성 미세섬유(microfiber)를 포함하는 부직 웨브 상에 충돌하여 전하를 생성한다. 하이드로대전(hydrocharging) 작업 전에 웨브를 공기 코로나 방전 처리하면 대전을 더 향상시킬 수 있다. 생성되는 전하는 여과-향상 특성을 제공한다. 또한 일렉트릿 물품을 제조하기 위해 물을 이용하는 다른 방법에 대해서는 에이츠만(Eitzman) 등의 미국 특허 제6,824,718호 및 제6,406,657호와, 안가드지반드 등의 미국 특허 제6,783,574호, 제6,375,886호 및 제6,119,691호와, 인슬리(Insley) 등의 미국 특허 제6,743,464호를 참고한다. 비수성 극성 액체 역시 섬유질 일렉트릿 물품의 제조에 사용되었다. 에이츠만 등의 미국 특허 제6,454,986호를 참고한다.

웨브에 소정의 첨가제를 추가하면 일렉트릿 성능이 개선되었다. 유성-미스트 에어로졸에 대한 내성을 개선시키는 한 방법은 중합체성 섬유질 물품의 생성 동안 중합체에 불소화합물계 옥사졸리디논, 불소화합물계 피페라진, 또는 퍼플루오르화 알칸과 같은 용융 가공성 불소화합물계 첨가제를 첨가하는 것을 포함한다. 예를 들어, 크레이터(Crater) 등의 미국 특허 제5,025,052호 및 제5,099,026호와, 존스(Jones) 등의 미국 특허 제5,411,576호 및 제5,472,481호를 참고한다. 불소화합물계 물질은 용융 가공성이며, 즉 그들은 일렉트릿 웨브에 섬유를 형성하기 위해 사용되는 용융 가공 조건 하에서 실질적으로 분해를 일으키지 않는다. 루소(Rousseau) 등의 미국 특허 제5,908,598호를 참고한다. 용융 가공 방법에 더하여, 플루오르화 일렉트릿은 또한 불소-함유 화학종 및 불활성 기체를 함유하는 분위기에 중합체성 물품을 둔 후 전기 방전을 가하여 중합체성 물품의 표면 화학 특성을 변경함으로써 제조되었다. 전기 방전은 AC 코로나 방전과 같은 플라즈마의 형태일 수 있다. 플라즈마 플루오르화 공정에 의해 불소 원자가 중합체성 물품의 표면 상에 존재하게 된다. 플루오르화 중합체성 물품은 예컨대 상기 언급된 하이드로대전 기술을 사용하여 대전될 수 있다. 플라즈마 플루오르화 공정은 많은 미국 특허, 즉 존스/라이온스(Jones/Lyons) 등의 제6,397,458호, 제6,398,847호, 제6,409,806호, 제6,432,175호, 제6,562,112호, 제6,660,210호 및 제6,808,551호에 개시된다. 플루오로포화 비가 높은 일렉트릿 물품은 스파르츠(Spartz) 등의 미국 특허 제7,244,291호에 개시되며, 플루오로포화 비가 낮은 일렉트릿 물품은, 헤테로원자와 함께 커크(Kirk) 등의 미국 특허 제7,244,292호에 개시된다. 플루오르화 기술을 개시하는 다른 공보에는 미국 특허 제6,419,871호, 제6,238,466호, 제6,214,094호, 제6,213,122호, 제5,908,598호, 제4,557,945호, 제4,508,781호 및 제4,264,750호와; 미국 특허 출원 공개 제2003/0134515 A1호 및 제2002/0174869 A1호와; 국제특허 공개 WO 01/07144호가 포함된다.

필터 웨브는 또한 섬유 또는 섬유 웨브를 의도적으로 후대전(post-charging)하거나 "일렉트릿팅"하지 않고 제조되었다. 초우(Chou) 등의 미국 특허 제5,780,153호를 참고한다. 섬유는 에틸렌, 5 내지 25 중량%의 (메트)아크릴산, 및 선택적으로, 덜 바람직하지만, 최대 40 중량%의 알킬 (메트)아크릴레이트 (그 알킬기가 1 내지 8개의 탄소 원자를 가짐)의 공중합체를 포함하는 공중합체로부터 제조된다. 5 내지 70%의 산 기가 금속 이온, 특히 아연, 나트륨, 리튬 또는 마그네슘의 이온, 또는 이들의 혼합물로 중화된다. 공중합체는 용융 지수가 5 내지 1000 그램(g)/10분이다. 나머지는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀일 수 있다. 섬유는 멜트-블로잉 공정을 통해 제조될 수 있으며 과다한 결합을 방지하기 위하여 물로 신속하게 냉각될 수 있다. 이 특허는 섬유가 임의의 기존의 또는 의도적인 특이적으로 유도된 정전하의 높은 정적 보유(static retention)를 가짐을 개시한다.

첨가제를 함유하는 다른 일렉트릿은 니시우라(Nishiura)의 미국 특허 제5,057,710호에 개시된다. 니시우라 특허에 개시된 폴리프로필렌 일렉트릿은 장애 아민, 질소-함유 장애 페놀, 및 금속-함유 장애 페놀로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제를 포함한다. 이 특허는 이들 첨가제를 포함하는 일렉트릿이 높은 열안정성을 제공할 수 있음을 언급하고 있다. 일렉트릿 처리는 부직 직물 시트를 니들형(needle-like) 전극과 접지 전극(earth electrode) 사이에 둠으로써 수행되었다. 오모리(Ohmori) 등의 미국 특허 제4,652,282호 및 제4,789,504호는 절연 중합체 내에 지방산 금속 염을 포함시켜 장기간에 걸쳐 높은 먼지-제거 성능을 유지하는 것을 개시한다. 일본 특허 공보 JP60-947호는 폴리 4-메틸-1-펜텐, 및 (a) 페놀 하이드록시 기를 함유한 화합물, (b) 고차 지방족 카르복실산 및 그 금속 염, (c) 티오카르복실레이트 화합물, (d) 인 화합물, 및 (e) 에스테르 화합물로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 일렉트릿을 기술한다. 이 특허는 일렉트릿이 장기간의 저장 안정성을 가짐을 나타낸다.

일렉트릿 물품을 제조하는 방법을 개시하는 다른 일본 공보에는 2002-115178호, 2002-115177A호, 2003-013359호, 2004-66026호, 2004-66027호 및 2004-195357호가 포함된다.

계면에서의 이온 화학, 및 어떻게 이온이 전달되며 흡착된 물에 의해 일렉트릿 제조가 촉진되는지에 대한 간략한 개요에 대해서는, 문헌[McCarty and Whitesides, Electrostatic Charging Due to Separation of Ions at Interfaces: Contact Electrification of Ion Electrets, 47 Angw. Chem. Int. 2-22 (2008)]을 참고하며; 또한 문헌[McCarty et al., Ionic Electrets : Electrostatic Charging of Surfaces by Transferring Mobile Ions Upon Contact, 129 J. Am. Chem. Soc. 4075-88 (2007)] 및 문헌[Kudin et al., Why Are Water - Hydrophobic Intersurfaces Interfaces Charged ?, J. Am. Chem. Soc. (received September 17, 2007)]을 참고한다.

용어

본 명세서에서,

"수성"은 수성 액체가 부피 기준으로 약 40% 이상의 물을 함유함을 의미한다.

"포함하다(또는 포함하는)"은 특허 용어에서 표준인 정의를 의미하는데, 이는 일반적으로 "구비하다", "갖는", 또는 "포함하는"과 동의어인 개방형 용어이다. "포함하다", "구비하다", "갖는", "포함하는" 및 그 변형이 일반적으로 사용되는 개방형 용어이지만, 본 발명은 또한 일렉트릿 물품의 의도된 기능을 제공하는 데 있어서 그 성능에 대해 악영향을 미치는 것 또는 요소만을 배제한다는 점에서 반개방형 용어인 "본질적으로 ~로 이루어진"과 같은 더 좁은 용어를 사용하여 적합하게 설명될 수 있다.

"전도도"(conductivity)는 전기를 전달하는 물질의 능력을 의미한다.

"전하"는 대전 분리가 존재함을 의미한다.

"엔탈피"(enthalpy)는 "H"로 나타내어지는 물질의 열역학적 특성을 의미하며, 여기서 H = U + pV인데, U는 내부 에너지이고, p는 압력이고, V는 체적이며; 엔탈피 H는 시스템의 내부 에너지와 압력과 체적의 곱의 합이며; 이는 일정 압력에서 시스템에 야기되는 열과 동일한 시스템의 변화이다.

"탈양성자화 엔탈피"는 분자로부터 양성자를 제거하는 데 필요한 엔탈피 (ΔH_dp)를 의미한다.

"섬유질"은 섬유 및 가능하게는 다른 성분을 갖는다는 것을 의미한다.

"섬유질 일렉트릿 웨브"는, 섬유를 포함하고 반영구적인 전하를 나타내는 웨브를 지칭한다.

"액체"는 고체와 기체 사이의 물질 상태를 의미한다.

"비전도성"은 실온 (22℃)에서 약 10¹⁴ ohm×㎝ 이상의 체적 저항률(volume resistivity)을 갖는다는 것을 의미한다.

"부직"은 구성요소(예를 들어, 섬유)가 직조 이외의 수단에 의해 함께 유지되는 구조 또는 구조의 일부를 의미한다.

"N-치환된 아미노 방향족"은 1개 내지 3개 융합 고리, 예를 들어, 벤젠, 나프탈렌, 또는 트라이아진을 가지며 -NR¹R² 유형의 적어도 하나의 치환된 아미노기로 치환되는 방향족 기를 의미하며, 여기서 R¹ 기는 수소, 1 내지 20개의 탄소를 가진 알킬, 연결되거나 융합될 수 있는 1 내지 5개 고리를 가진 아릴, 1 내지 20개의 탄소 원자를 가진 헤테로알킬 또는 1 내지 20개의 탄소 원자를 가진 치환된 알킬이며, R² 기는 수소, 1 내지 20개의 탄소를 가진 알킬, 연결되거나 융합될 수 있는 1 내지 5개의 고리를 가진 아릴, 1 내지 20개의 탄소를 가진 헤테로알킬, 또는 1 내지 20개의 탄소 원자를 가진 치환된 알킬이다.

"pH"는 0 내지 14의 로그 스케일의, 실온 및 압력 (22℃, 101,300 Pa)에서 용액의 산도 또는 알칼리도 (염기성)의 척도를 의미하며, 중성은 7의 값으로 나타내어지며, 산도 증가는 더 작은 값으로 나타내어지며, 알칼리도 증가는 더 큰 값으로 나타내어지며, 종래의 수소 이온 활성의 밑(base) 10에 대한 음의 로그로서 이전에 정의되었다.

"중합체"는 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열된 반복형의 결합된 분자 단위 또는 군을 포함하는 유기 물질을 의미한다.

"중합체성"은 중합체 및 선택적으로는 다른 성분을 포함한다는 것을 의미한다.

"중합체성 섬유 형성 물질"은 중합체를 함유하거나, 또는 중합체를 생성할 수 있는 단량체를 함유하고, 가능하게는 다른 성분을 함유하며, 고형 섬유로 만들어질 수 있는 조성물을 의미한다.

"양성자 친화도" 또는 "PA"는 킬로칼로리/몰 (kcal/㏖) 단위의, 분자에 양성자가 부착되는 경우의 엔탈피 변화의 음의 값을 의미한다.

"품질 계수"(quality factor)는 후술하는 품질 계수 시험에 따라 결정한 품질 계수 QF를 의미한다.

"반영구적"은 유의하게 측정될 수 있기에 충분히 긴 시간의 기간 동안 표준 분위기 조건 (22℃, 101,300 Pa 기압 및 50% 습도) 하에서 전하가 물품 내에 존재함을 의미한다.

"물"은 H₂O를 의미한다.

"제타 전위"(zeta potential)는 압력 구배 하에서 액체의 유동에 의해 야기되는, 0의 전류에서의 전기 전위차 (계면동전위(electrokinetic potential)로도 알려짐)를 의미한다.

본 발명은 일렉트릿 물품을 제조하는 새로운 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 대전될 중합체성 물품을 제공하는 단계; 및 (b) 대전될 중합체성 물품을 하기와 같은 pH 및 전도도를 가진 수성 액체와 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 pH 및 전도도는 (i) 만일 물품이 -7.5 밀리볼트 (㎷) 미만의 제타 전위를 가지면, 접촉하는 물은 약 5 내지 9,000 마이크로지멘스/센티미터 (microS/㎝)의 전도도 및 7보다 큰 pH를 가지며; (ii) 만일 물품이 -7.5 ㎷ 보다 큰 제타 전위를 가지면, 접촉하는 물은 약 5 내지 5,500 마이크로지멘스/센티미터(microS/㎝)의 전도도 및 7 이하의 pH를 가진다. 물품은 적극적으로(진공 또는 열로) 또는 수동적으로(걸어 말림) 또는 그 조합으로 건조될 수 있다.

본 발명의 방법은 일렉트릿을 제조하기 위한 새로운 방법을 제공하며, 이에 따르면 그러한 목적을 위해 구성된 일렉트릿 물품에 대해 개선된 여과 성능이 이루어지게 된다. 본 발명자들은 공지의 파라미터인 품질 계수(QF)에 의해 측정할 때, 제타 전위의 함수로서 전도도와 pH를 갖도록 선택되는 수성 액체로 물품을 대전할 경우 여과 개선이 이루어질 수 있음을 발견하였다. 본 발명자들은 또한 양성자 친화도 (PA) 및 탈양성자화 엔탈피 (ΔH _dp)가 또한 일렉트릿 물품을 포함하는 중합체성 재료에 소정의 첨가제가 사용될 경우 일정 역할을 함을 발견하였다. 개선된 여과 성능은 동일한 여과도를 이루기 위하여 더 적은 여과 매체가 사용될 수 있도록 한다는 점에서 유익하다. 생성된 일렉트릿 물품에서 향상된 전하 수준 또는 더 최적의 전하 분포가 성능 향상의 원인이 될 수 있다.

<도 1>
도 1은 본 발명의 일렉트릿 필터 매체를 사용할 수 있는 일회용 호흡 마스크(10)의 정면 사시도.
<도 2>
도 2는 섬유질 일렉트릿 필터 층(20)을 도시하는, 도 1에 도시된 마스크 본체(12)의 단면도.
<도 3>
도 3은 본 발명의 일렉트릿 필터 매체를 포함할 수 있는 필터 카트리지(28)를 구비한 호흡 마스크(24)의 사시도.
<도 4>
도 4는 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 비-섬유질 일렉트릿 물품(40)의 도면.
<도 5>
도 5는 부직 미세섬유 웨브의 제조에 유용한 장치의 부분 측단면도.
<도 6>
도 6은 본 발명과 관련하여 일렉트릿 물품의 제조에 사용될 수 있는 액체 제트 분무 장치의 사시도.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명함에 있어서, 명확함을 위하여 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 이와 같이 선택된 특정 용어로 제한하고자 하는 것은 아니며, 이와 같이 선택된 각각의 용어는 유사하게 작동하는 모든 기술적 균등물을 포함한다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명을 실시하는 데 있어서, 일렉트릿 물품은, 대전될 물품을 먼저 제공하고 이어서 대전될 물품의 제타 전위에 기초하여 변하는 전도도와 pH를 갖는 수성 액체와 상기 물품을 접촉시킴으로써 제조될 수 있다. 대전될 물품이 -7.5 ㎷보다 큰 제타 전위를 가지면, 접촉하는 수성 액체는 5 내지 5,500 microS/㎝의 전도도와 7 이하의 pH를 가질 것이다. 제타 전위가 -7.5 ㎷ 이하이면, 수성 액체는 5 내지 9,000 microS/㎝의 전도도와 7보다 큰 pH를 가질 것이다. 중합체성 물품이 약 230 킬로칼로리/몰(kcal/㏖)보다 큰 양성자 친화도 및 약 335 kcal/㏖보다 큰 탈양성자화 엔탈피 및 약 230 kcal/㏖ 미만의 양성자 친화도를 가진 N-치환된 아미노 방향족 첨가제를 함유하면, 수성 액체는 7 이하의 pH 및 5 내지 5,500 microS/㎝의 전도도를 가질 것이다. 만일 중합체성 물품이 약 335 kcal/㏖ 미만의 탈양성자화 엔탈피를 갖는 N-치환된 아미노 방향족 첨가제를 함유하면, 수성 액체는 7보다 큰 pH 및 5 내지 9,000 microS/㎝의 전도도를 가질 것이다. 수성 액체의 원하는 pH 값 및 전도도는 물 내의 다양한 화학종의 유형과 농도를 조절함으로써 본 발명에 따라 전하를 부여하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 수산화나트륨(NaOH) 수용액의 pH 및 전도도 둘 모두가 물 내에 더 많은 수산화나트륨을 첨가함으로써 점점 증가될 수 있다. 아세트산 (CH₃COOH) 수용액의 pH 값은 점점 감소될 수 있으며, 그 전도도는 물 내로 아세트산을 첨가함으로써 점점 증가한다. pH 조절을 위하여 수산화나트륨(NaOH) 일정량을 첨가하고 전도도 조절을 위하여 중성 염화나트륨(NaCl)의 양을 변화시킴으로써 전도도를 조절할 수 있는 한편 수성 액체의 pH는 일정하게 유지될 수 있다. 연속 공정에서, pH 및 전도도는 특히 새로운 수성 액체 공급의 시작시 연장된 기간 동안 연속적으로 측정될 수 있다.

본 출원인의 일렉트릿 물품의 제조 방법은 우수한 성능의 일렉트릿 물품을 제조할 수 있게 하며, 이 성능은 여과 용도로 사용되는 물품에 대해 특히 유익할 수 있다. 본 발명과 관련하여 제조되는 일렉트릿 물품은 다양한 모양과 형태를 취할 수 있다. 물품은 중실, 다공성, 섬유질 등일 수 있다.

본 발명에 사용하기 적합한 섬유질 물품은 에어레이드(air laid) 공정, 웨트레이드(wet laid) 공정, 하이드로인탱글먼트(hydro-entanglement), 스펀본드(spun-bond) 공정, 및 멜트블로운(melt blown) 공정을 비롯한 다양한 기술로부터 제조될 수 있으며, 이는 예컨대 문헌[Van A. Wente, Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem. 1342-46] 및 문헌[Report No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25, 1954, entitled Manufacture of Super Fine Organic Fibers by Van A. Wente et al]에 기재되어 있다. 섬유질 물품은 이들 기술의 조합을 사용하여 그리고 이러한 섬유의 조합으로부터 제조된 웨브 형태일 수 있다. 미세섬유, 특히 멜트블로운 미세섬유가 필터로서 사용되는 섬유질 웨브에 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 문헌에 사용되는 바와 같이, "미세섬유"는 유효 직경이 약 25 마이크로미터 이하인 섬유(들)를 의미한다. 유효 섬유 직경은 문헌[Davies, C. N., The Separation of Airborne Dust and Particles, Inst . Mech. Engn., London Proc. 1B (1952)]에 기재된 식 12를 이용하여 계산될 수 있다. 여과 용도의 경우, 미세섬유는 전형적으로 유효 섬유 직경이 20 마이크로미터 미만, 더 전형적으로는 약 1 내지 약 10 마이크로미터이다. 피브릴화 필름(fibrillated film)으로부터 제조된 섬유가 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 반 턴아우트의 미국 재발행 특허 제30,782호 및 제32,171호와, 미국 특허 제3,998,916호 및 제4,178,157호를 참조한다. 본 발명의 공정에 의해 제조되는 부직 웨브는 1.0, 1.2, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 2.0, 2.3, 2.4 및 3.4를 초과하는 품질 계수를 나타낼 수 있다. 전형적으로, 본 발명에 따라 제조된 부직 일렉트릿 웨브는 본 발명의 방법에 따라 제조되지 않은 동일 물품에 비하여 15% 초과, 더 전형적으로는 50% 초과의 품질 계수를 나타낼 것이다.

스테이플 섬유(staple fiber)는 또한 웨브 로프트(loft)를 개선하기 위하여, 즉 그 밀도를 감소시키기 위하여 미세섬유와 조합될 수 있다. 웨브 밀도를 감소시키는 것은 웨브에 걸친 압력 강하를 낮출 수 있으므로, 공기가 필터를 보다 쉽게 통과할 수 있게 한다. 더 낮은 압력 강하는 이에 의해 호흡 기구를 착용하기에 더욱 편안하게 하기 때문에 개인용 호흡 보호 기구에 있어 특히 바람직하다. 압력 강하가 더 낮은 경우, 필터를 통해 공기를 흡인하는 데에 더 적은 에너지를 필요로 한다. 그러므로, 음압(negative pressure) 마스크, 즉 필터를 통해 공기를 흡인하기 위하여 착용자의 폐로부터의 음압을 필요로 하는 호흡 기구를 착용하는 호흡 기구 착용자는 여과된 공기를 호흡하기 위하여 그렇게 힘들게 노력할 필요는 없다. 더 낮은 에너지를 필요로 하는 것은 또한 전원형 여과 시스템(powered filtering system)에서 팬에 전력을 공급하는 것과 관련된 비용을 줄이고 전지 전원형 시스템인 경우에 전지의 사용 수명을 연장함에 있어서 유리할 수 있다. 전형적인 부직 섬유질 필터에서, 약 90 중량 퍼센트 이하, 더 전형적으로는 약 70 중량 퍼센트 이하의 스테이플 섬유가 존재한다. 종종, 나머지 섬유는 미세섬유이다. 스테이플 섬유를 포함하는 웨브의 예는 하우저(Hauser)의 미국 특허 제4,118,531호에 개시되어 있다.

흡수 목적, 촉매 목적 및 기타 목적을 비롯한 다양한 목적을 위하여 활성 미립자(active particulate)가 또한 일렉트릿 웨브 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 센쿠스(Senkus) 등의 미국 특허 제5,696,199호에는 적합할 수 있는 다양한 유형의 활성 미립자가 설명되어 있다. 수착(sorptive) 특성을 가진 활성 미립자, 예컨대 활성탄 또는 알루미나가 여과 작업 동안 유기 증기를 제거하기 위하여 웨브 내에 포함될 수 있다. 활성 미립자는 웨브 내에서 약 95 부피 퍼센트까지의 양으로 존재할 수 있다. 입자가 적재된 부직 웨브의 예는, 예컨대 브라운의 미국 특허 제3,971,373호, 앤더슨(Anderson)의 제4,100,324호, 및 콜핀(Kolpin) 등의 제4,429,001호에 설명되어 있다.

일렉트릿 물품을 제조하는 데 사용하기 적합할 수 있는 중합체는 열가소성 유기 비전도성 중합체를 포함한다. 이들 중합체는 일반적으로 다량의 포집 전하(trapped charge)를 보유할 수 있으며, 예컨대 멜트블로잉 장치 또는 스펀본딩 장치를 통해 섬유로 가공될 수 있다. "유기"라는 용어는 중합체의 골격이 탄소 원자를 포함하는 것을 의미한다. 바람직한 중합체는 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 하나 이상의 이들 중합체를 포함하는 블렌드 또는 공중합체, 및 이들 중합체의 조합을 포함한다. 다른 중합체는 폴리에틸렌, 다른 폴리올레핀, 퍼플루오로중합체, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 다른 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리락티드, 및 이들 중합체의 조합을 포함할 수 있으며, 선택적으로 다른 비전도성 중합체는 중합체성 섬유 형성 물질로서 또는 다른 일렉트릿 물품을 제조하기 위하여 사용될 수 있다.

본 발명과 관련하여 일렉트릿 물품을 제조하기 위해 사용되는 중합체성 물품은 또한 압출되거나 또는 아니면 다중 중합체 성분을 갖도록 형성될 수 있다. 크뤼거(Krueger) 및 다이루드의 미국 특허 제4,729,371호와, 크뤼거 및 메이어(Meyer)의 미국 특허 제4,795,668호 및 제4,547,420호를 참조한다. 상이한 중합체 성분이, 예컨대 2성분 섬유를 생성하도록 섬유의 길이를 따라 종방향으로 또는 동심으로 배열될 수 있다. 섬유는 "거시적으로 균질한" 웨브, 즉 각각 동일한 주요 조성을 갖는 섬유들로부터 제조된 웨브를 형성하도록 배열될 수 있다.

중합체성 재료로부터 제조된 섬유는 또한 다른 적합한 첨가제를 함유할 수 있다. 가능한 첨가제는 열적으로 안정한 유기 트라이아진 화합물 또는 올리고머를 포함하며, 이들 화합물 또는 올리고머는 트라이아진 고리 내의 것에 더하여 적어도 하나의 질소 원자를 함유한다. 루소 등의 미국 특허 제6,268,495호, 제5,976,208호, 제5,968,635호, 제5,919,847호 및 제5,908,598호를 참고한다. 물의 제트에 의해 대전되는 일렉트릿을 향상시키는 것으로 알려진 다른 첨가제는 시바 스페셜티 케미칼스, 인크.(Ciba Specialty Chemicals, Inc.)로부터 입수가능한, 치마솔브(Chimassorb)™ 944 LF (폴리[[6-(1,1,3,3,-테트라메틸부틸) 아미노]-s-트라이아진-2,4-다이일][[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 이미노] 헥사메틸렌 [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 이미노]])이다. 첨가제는 N-치환된 아미노 방향족 화합물, 특히 예를 들어, 후술하는 화학식 (1) 또는 화학식 (2)를 갖는 트라이-아미노 치환된 화합물일 수 있다:

(여기서, Ar은 0 내지 3개의 질소 원자에 의해 치환된 3가 방향족 기이며, n은 1 내지 20의 정수이며, 각각의 R은 독립적으로 약 20개 미만의 비-수소 비-금속 원자를 갖는 기일 수 있음). 예를 들어, 각각의 R은 독립적으로 수소; 할로겐, 예를 들어, 불소; 하이드록실; 최대 20개의 탄소 원자를 가진 알킬, 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등; 트라이플루오로메틸과 같은 할로겐 치환된 알킬; 메톡시와 같은 1 내지 20개의 탄소 원자를 가진 알콕시; 메톡시카르보닐과 같은 2 내지 20개의 탄소 원자를 가진 에스테르; 메틸아미노와 같은 2 내지 20개의 탄소 원자를 포함하는 치환된 아민; 및 니트로일 수 있다. 이들 화학식을 충족하는 대전 첨가제는 실시예 단락에서 후술된다. 대전-향상 첨가제의 추가 예는 본 특허 출원과 동일자로 출원되고 발명이 명칭이 일렉트릿용 대전-향상 첨가제(Charge-Enhancing Additives For Electrets)인 미국 특허 출원 제61/058,029호 (대리인 관리 번호: 64263US002) 및 발명의 명칭이 대전-향상 첨가제를 가진 일렉트릿 웨브(Electret Webs With Charging-Enhancing Additives)인 미국 특허 출원 제61/058,041호 (대리인 관리 번호: 64170US002)에서 제공된다. 전형적으로, 첨가제는 약 0.1 내지 5 중량%, 더욱 전형적으로 약 0.25 내지 2 중량%로 중합체성 물품에 존재한다.

다른 첨가제에는 광 안정제, 일차 및 이차 산화방지제, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 지방산 금속 염, 트라이에스테르 포스파이트, 인산 염, 불소-함유 화합물, 멜라민, 및 미국 가특허 출원 제60/992745호, 레이르(Leir) 등의 미국 특허 출원 공개 제2007/0180997호, 니시우라 등의 미국 특허 제5,057,710호, 일본 특허 출원 공개 제2002212439호, 일본 특허 출원 공개 제2005131485호에 언급된 첨가제가 포함된다.

첨가제를 포함하는 섬유는 중합체와 첨가제의 가열 용융 블렌드로의 성형 - 어닐링 및 대전 단계가 이어짐 - 후에 급냉되어 일렉트릿 물품을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로 일렉트릿을 제조함으로써, 향상된 여과 성능을 물품에 부여할 수 있다. 루소 등의 미국 특허 제6,068,799호를 참고한다. 일렉트릿 물품은 또한 적재 성능을 개선하기 위하여 낮은 수준의 추출가능한 탄화수소 (3.0 중량% 미만)를 갖도록 제조될 수 있다. 루소 등의 미국 특허 제6,776,951호를 참조한다.

본 발명의 방법에 따라 일렉트릿 물품을 제조하는 데 사용되는 중합체성 물질은 실온에서의 체적 저항률이 10¹⁴ ohm·㎝ 이상일 수 있다. 체적 저항률은 또한 약 10¹⁶ ohm·㎝ 이상일 수 있다. 중합체성 섬유 형성 물질의 저항은 표준 시험 ASTMD257-93에 따라 측정될 수 있다. 멜트블로운 섬유와 같은 일렉트릿 물품을 제조하는 데 사용되는 중합체성 섬유 형성 물질에는 또한 정전기 방지제와 같은 성분이 실질적으로 없어야 하는데, 이러한 정전기 방지제는 전기전도도를 증가시키거나 또는 아니면 정전하를 수용 및 보유하는 일렉트릿 물품의 능력을 손상시킬 수 있다.

호흡 필터용의 부직 중합체성 섬유질 웨브를 포함하는 일렉트릿은 전형적으로 제곱미터당 약 2 내지 500 그램 (g/㎡), 더 전형적으로는 약 20 내지 150 g/㎡ 범위의 "평량"(basis weight)을 갖는다. 평량은 필터 웨브의 단위 면적당 질량이다. 이러한 부직 중합체성 섬유질 웨브의 두께는 전형적으로 약 0.25 내지 20 밀리미터(㎜), 더 바람직하게는 약 0.5 내지 2 ㎜이다. 다중 층의 섬유질 일렉트릿 웨브가 통상 필터 요소에 사용된다. 섬유질 일렉트릿 웨브의 고형도(solidity)는 전형적으로 약 1 내지 25%, 더욱 전형적으로는 약 3 내지 10%이다. 고형도는 물품 내의 고체 분율을 정의하는 단위없는 파라미터이다. 본 발명의 물품은 평량, 두께 또는 고형도와 실질적으로 관계없이, 대전된 부직 섬유질 웨브를 통한 일반적으로 균일한 전하 분포를 포함할 수 있다.

본 발명의 일렉트릿 물품은 적어도 착용자의 코와 입을 덮도록 되어 있는 여과 마스크의 필터로서 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 전기 대전된 부직 웨브를 포함하도록 구성될 수 있는 여과 안면 마스크(10)의 예를 도시한다. 대체로 컵 형태인 본체 부분(12)은 착용자의 코와 입 위로 맞춰지는 모양으로 성형될 수 있다. 본체 부분(12)은 흡기(inhaled air)가 그를 통과할 수 있도록 다공성이다. 일렉트릿 필터 매체가 (전형적으로는 실질적으로 전체 표면적에 대하여) 마스크 본체(12) 내에 배치되어 흡기로부터 오염 물질을 제거한다. 순응성 코 클립(conformable nose clip, 13)이 마스크 본체 상에 배치되어, 착용자의 코 위로의 꼭 맞는 맞춤을 유지하는 것을 도울 수 있다. 코 클립은 캐스티글리온(Castiglione)의 미국 의장 특허 제412,573호 및 미국 특허 제5,558,089호에 설명된 바와 같은 "M-형" 클립일 수 있다. 스트랩(strap) 또는 하니스(harness) 시스템(14)이 착용자의 안면 상에서 마스크 본체(12)를 지지하도록 제공될 수 있다. 이중 스트랩 시스템이 도 1에 예시되지만, 하니스(14)는 하나의 스트랩(16)만을 이용할 수 있으며, 이는 다양한 다른 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 자푼티크(Japuntich) 등의 미국 특허 제4,827,924호, 세팔라(Seppalla) 등의 제5,237,986호, 바이람(Byram) 등의 제5,464,010호, 다이루드 등의 제6,095,143호, 및 수에(Xue) 등의 제6,332,465호를 참고한다. 호기 밸브(exhalation valve)는 마스크 내부로부터의 호기 공기를 신속하게 퍼징하기 위해 마스크 본체에 탑재될 수 있다. 자푼티크 등의 미국 특허 제5,325,892호, 제5,509,436호, 제6,843,248호, 제6,854,463호, 제7,117,868호 및 제7,311,104호와; 바우어스(Bowers)의 미국 재발행 특허 제37,974호와; 마틴(Martin) 등의 미국 특허 제7,013,895호, 제7,028,689호 및 제7,188,622호를 참고한다.

도 2는 마스크 본체(12)의 단면의 예를 도시한다. 마스크 본체(12)는 도면 부호 18, 20 및 22로 나타낸 바와 같이 복수의 층을 구비할 수 있다. 일렉트릿 필터 매체는 다른 층, 예컨대 섬유들이 섬유 교차 지점에서 다른 섬유들에 결합될 수 있게 하는 외부 열가소성 성분을 갖는 2성분 섬유와 같은 열 결합 섬유로부터 제조되는 형상화 층(shaping layer)에 의해 지지될 수 있다. 층(18)은 외부 형상화 층일 수 있고, 층(20)은 여과 층일 수 있으며, 층(22)은 내부 형상화 층일 수 있다. 형상화 층(18, 22)은 여과 층(20)을 지지하여 마스크 본체(12)의 형상을 제공한다. "형상화 층"이라는 용어가 본 설명에서 사용되지만, 형상화 층은 또한 최외측 층인 경우에는 심지어 주 기능이 될 수도 있는 다른 기능, 예컨대 여과 층의 보호 및 기체 흐름의 예비 여과와 같은 기능을 갖는다. 또한, "층"이라는 용어가 사용되지만, 하나의 층은 실제로 원하는 두께 또는 중량을 얻도록 조립된 수개의 하위층을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시 형태에서, 단지 하나의, 일반적으로 내부의 형상화 층이 안면 마스크에 포함되지만, 형상화는 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 여과 층의 각각의 면 상에 하나씩 2개의 형상화 층이 사용되는 경우에 더욱 내구성 있고 편리하게 달성될 수 있다. 형상화 층의 예는 하기의 특허, 즉 버그(Berg)의 미국 특허 제4,536,440호, 다이루드 등의 제4,807,619호, 크론저 등의 제5,307,796호, 버지오(Burgio)의 제5,374,458호 및 스코브(Skov)의 제4,850,347호에 설명되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 예시의 마스크 본체가 대체로 둥근 컵 형태의 형상을 갖지만, 마스크 본체는 다른 형상을 가질 수도 있다. 예컨대, 자푼티크의 미국 특허 제4,883,547호를 참조한다. 추가로, 마스크 본체는 착용자의 얼굴에 대한 부드럽고 편안한 접촉을 제공하고/하거나 섬유가 성형 및 여과 층이 마스크 본체로부터 느슨하게 나오는 것을 배제하기 위하여 내부 및/또는 외부 커버 웨브를 포함할 수 있다. 안가드지반드 등의 미국 특허 제6,041,782호를 참조한다. 호흡 마스크는 또한 (성형된 마스크 본체보다는) 평평하게 접힌 마스크 본체를 가질 수 있다. 예를 들어, 첸(Chen)의 미국 특허 제6,394,090호 및 보스톡(Bostock) 등의 제6,484,722호를 참조한다.

도 3은 본 발명의 일렉트릿 물품을 필터로서 사용할 수 있는 다른 호흡 기구(24)를 도시한다. 호흡 기구(24)는 필터 카트리지(28)가 그에 고정되는 탄성중합체 마스크 본체(26)를 포함한다. 마스크 본체(26)는 사람의 코와 입 위로 순응하여 맞춰지는 탄성중합체 안면 부분(30)을 전형적으로 포함한다. 필터 카트리지(28)는 오염 물질이 착용자에 의해 흡입되기 전에 이 오염 물질을 포착하기 위하여 본 발명에 따라 제조된 일렉트릿 필터 매체를 포함할 수 있다. 필터 요소는 중합체성 일렉트릿 필터 물품을 단독으로 또는 활성탄 베드(bed)와 같은 기체 필터와 함께 포함할 수 있다. 다공성 커버 또는 스크린(32)이 필터 요소의 외부 표면을 보호하기 위하여 필터 카트리지 상에 제공될 수 있다. 본 발명의 일렉트릿 필터 매체가 사용될 수 있는 다른 필터 카트리지의 예는, 예컨대 브로스트롬(Brostrom) 등의 미국 재발행 특허 제35,062호 또는 번스(Burns)와 레이쉘(Reischel)의 미국 특허 제5,062,421호에 개시된 필터 카트리지와 같은, 호흡 기구용 필터 카트리지에 사용되고 개시될 수 있다. 이들 특허에 도시된 바와 같이, 다중 필터 카트리지가 사용될 수도 있다. 카트리지는 또한 분리될 수 있고 교체될 수 있다. 또한, 본 발명의 필터 매체는 전원형 공기 정화 호흡 기구(powered air purifying respirator, PAPR)의 필터 카트리지에 사용될 수도 있다. PAPR의 예는 베넷(Bennett) 등의 미국 특허 제6,666,209호 및 쿡(Cook) 등의 제6,575,165호에 나타난다. 또한, 본 발명의 필터 매체는 대피용 후드(escape hood)를 위한 필터 카트리지에 사용될 수 있다. 마틴슨(Martinson) 등의 미국 의장 특허 제480,476호와, 레스닉(Resnick)의 미국 특허 제6,302,103호, 제6,371,116호, 제6,701,925호를 참조한다.

도 4는 여과 매체 어레이(40)의 사시도를 도시한다. 어레이(40)의 구조는 어레이(40)의 제1 면(44) 상의 입구(43)를 갖고 어레이의 제2 면(48) 상의 출구(46)를 갖는 다수의 유동 채널(42)을 포함할 수 있다. 이 유동 채널은 주름진 또는 미세구조화된 층(50) 및 캡 층(cap layer, 52)에 의해 한정될 수 있다. 윤곽형성 층(50)은 하나 이상의 산 또는 골(peak or valley)에서 캡 층(52)에 결합될 수 있다. 구조화 부재와 평면형 부재의 다수의 층을 적층함으로써, 미세채널화 배열이 달성될 수 있다. 유동 채널은 큰 종횡비를 갖는 경향이 있으며, 필름 층들은 양호한 포착 효율을 가진 물품(40)을 제공하도록 전기 대전되는 것이 바람직하다. 제1 면(44)으로부터 제2 면(48)으로의 어레이(40)에 걸친 압력 강하는 무시할 수 있다.

그러므로, 여과 목적으로 사용되는 비섬유질 일렉트릿 물품은 성형 필름, 미세구조화 표면 또는 다수의 미세구조화 채널의 형태를 취할 수 있다. 비섬유질 일렉트릿 물품의 예는 인슬리 등의 미국 특허 제6,752,889호, 인슬리 등의 제6,280,824호, 반 턴아우트의 제4,016,375호 및 러더포드(Rutherford)의 제2,204,705호에 개시되어 있다.

일렉트릿 전하는 다양한 공지의 (또는 이후 개발된) 장치를 사용하여 중합체성 물품에 부여될 수 있다. 공지의 하이드로대전 장치를 설명하는 문헌은 안가드지반드 등의 미국 특허 제5,496,507호, 제6119,691호, 제6,375,886호 및 제6,783,574호와, 에이츠만 등의 미국 특허 제6,406,657호와, 인슬리 등의 미국 특허 제6,743,464호를 포함한다.

본 발명과 관련하여 대전될 물품은 물품의 제타 전위에 따라 변하는 pH와 전도도를 갖는 수성 액체와 접촉된다. 물품의 제타 전위는 후술하는 제타 전위 시험을 이용하여 측정할 수 있다. 수 전도도 및 pH는 마찬가지로 후술하는 전도도 측정 및 pH 측정을 이용하여 측정할 수 있다.

하이드로대전 방법은 양전하와 음전하가 웨브 전체에 무작위로 분산되도록 양전하와 음전하 둘 모두를 섬유 상에 침착시킨다. 무작위 전하 분산은 비분극된 웨브(unpolarized web)를 생성하는 경향을 갖는다. 따라서, 물과 같은 극성 액체에 의해 대전됨으로써 생성되는 부직 섬유질 일렉트릿 웨브는 웨브의 평면에 수직한 평면에서 실질적으로 비분극될 수 있다. 이러한 방식으로 대전된 섬유는 이상적으로 안가드지반드 등의 미국 특허 제6,119,691호의 도 5c에 도시된 전하 배열(charge configuration)을 나타낸다. 섬유질 웨브가 또한 코로나 처리 작업에 처해지면, 이는 상기 특허의 도 5b에 도시된 형상과 유사한 전하 배열을 나타낼 것이다. 하이드로대전을 이용하여서만 대전된 섬유로부터 형성된 웨브는 전형적으로 웨브의 체적에 걸쳐 비분극된 포집 전하를 갖는다. "실질적으로 비분극된 포집 전하"라는 것은 열 자극 방전 전류(TSDC) 분석을 사용하여 분모가 전극 표면적인 1 mC/㎡ 미만의 검출가능한 방전 전류를 나타내는 섬유질 일렉트릿 웨브를 지칭한다. 이러한 전하 배열은 웨브가 TSDC를 받게 함으로써 나타날 수 있다. 유용한 하이드로대전 방법의 한 예는 여과 향상 일렉트릿 전하를 웨브에 부여하기에 충분한 기간 동안 그리고 그러한 압력에서 물품 상에 물의 제트 또는 수적 흐름을 충돌시킨 후 물품을 건조시키는 것을 포함한다. 안가드지반드 등의 미국 특허 제5,496,507호를 참조한다. 물품에 부여된 여과 향상 일렉트릿 전하를 최적화하는 데 필요한 압력은 사용되는 분무기의 유형, 물품이 형성되는 중합체의 유형, 중합체에 대한 첨가제의 유형 및 농도, 및 물품의 두께와 밀도에 따라 변할 것이다. 69 내지 3450 ㎪ (약 10 내지 약 500 psi) 범위의 압력이 적합하다. 물의 제트 또는 수적 흐름은 임의의 적합한 분무 장치에 의해 제공될 수 있다. 유용한 분무 장치의 일례는 섬유를 유압으로 얽히게(hydraulically entangling) 하도록 사용되는 장치이다.

코로나 전처리 또는 후처리는 또한 전술한 하이드로대전 장치와 함께 사용할 수 있다. 반 턴하우트의 미국 재발행 특허 제30,782호, 제31,285호 및 제32,171호와, 워즈워쓰(Wadsworth) 등의 미국 특허 제4,375,718호 및 제5,401,446호와, 클라세 등의 미국 특허 제4,588,537호와, 나카오의 미국 특허 제4,592,815호를 참조한다. 본 명세서에 설명된 방법에 의해 형성된 일렉트릿은, 예를 들어 전기-음향 장치, 예컨대 마이크, 헤드폰 및 스피커, 유체 필터, 먼지 입자 조절 장치, 예컨대 고전압 정전기 발생기, 정전기 레코더, 호흡 기구(예컨대, 예비필터, 캐니스터 및 교체가능한 카트리지), 가열, 통기, 공기 조절 및 안면 마스크에서의 정전기 요소로서 사용하기에 적합하다.

본 발명에 유용한 부직 미세섬유 웨브는 도 5에 도시된 장치를 이용하여 제조될 수 있다. 그러한 장치는 압출 챔버(61)를 가진 다이(60)를 포함하며, 이 챔버를 통해 액화된 섬유-형성 물질이 전진한다. 다이 오리피스(62)는 다이의 전방 단부를 가로질러 직선으로 배열될 수 있으며, 이를 통해 섬유-형성 물질이 압출된다. 전형적으로 가열된 공기인 기체는 상호 작용하는 기체 오리피스(63)를 통해 고속으로 강제될 수 있다. 고속의 기체 흐름은 압출된 섬유 형성 물질을 인발하여 세장화하고, 이때 섬유 형성 물질은 수집기(64)로의 이동 동안 미세섬유로 고형화되어 웨브(65)를 형성한다.

스테이플 섬유가 웨브에 존재할 경우, 그들은 도 5에 도시된 바와 같이 미세섬유 블로잉 장치 위에 배치된 리커인(lickerin) 롤(66)의 사용을 통해 도입될 수 있다. 가닛 또는 란도-웨버(RANDO-WEBBER) 장치 상에서 제조되는 것과 같은 전형적으로 성긴(loose) 부직 웨브인 스테이플 섬유의 웨브(67)는 구동 롤(69) 아래에서 테이블(68)을 따라 추진되며, 여기서 선단 에지가 리커인 롤(66)에 대해 맞물린다. 리커인 롤(66)은 웨브(67)의 선단 에지로부터 섬유를 집어 올려, 이 섬유들을 서로 분리한다. 집어 올린 섬유는 기울어진 홈통 또는 덕트(70)를 통해 공기 흐름으로 이송되어 블로운 미세섬유의 흐름이 되며, 여기서 상기 섬유들은 블로운 미세섬유와 혼합된다. 미립자 물질이 웨브 내로 도입되어야 할 경우, 이는 덕트(70)와 유사한 로딩 메커니즘을 이용하여 첨가될 수 있다.

하이드로대전은 여과 향상 일렉트릿 전하를 웨브에 제공하기에 충분한 수성 액체를 웨브와 접촉시켜 수행될 수 있다. 수성 액체의 pH와 전도도는 물품의 제타 전위에 기초하여 선택된다. 수성 액체 접촉은 대전될 중합체성 물품 상에서의 수성 액체의 분무, 침지, 응축 등에 의해 이루어질 수 있다. 분무기가 사용되는 경우, 최적 결과를 달성하는 데 필요한 압력은 사용되는 분무기의 유형, 물품을 형성하는 중합체의 유형, 물품의 두께와 밀도, 및 하이드로대전 전에 코로나 방전 처리와 같은 전처리가 수행되었는지의 여부에 따라 변할 수 있다. 일반적으로, 69 내지 3450 ㎪ (약 10 내지 약 500 psi) 범위의 압력이 적합하다. 수성 액체는 물품의 제타 전위가 -7.5 ㎷ 이하일 때 약 5 내지 9,000 microS/㎝의 전도도를 갖도록 선택된다. 제타 전위가 -7.5 ㎷ 초과일 경우, 접촉 액체는 약 5 내지 5,500 microS/㎝의 전도도를 갖는다. 어느 상황 하에서든, 전도도는 전형적으로 약 7 내지 3,000 microS/㎝일 것이며, 더욱 더 전형적으로는 약 10 내지 1,000 microS/㎝일 것이다. 전도도가 낮은 값일 때, 연속 공정에서 목표 전도도를 유지하는 데 있어서 더 큰 상대적 공정 가변성(relative process variability)이 있다. 따라서, 예를 들어, 목표 전도도가 7 microS/㎝이면, 대략 플러스 또는 마이너스 (+/-) 4 microS/㎝의 가변성이 있을 수 있다. 더 높은 전도도(예를 들어, >100)에서 동일한 가변성이 나타날 수 있으나 차이 퍼센트는 더 적다. 증류수 또는 탈이온수가 수돗물보다 바람직하다. 수성 액체는 단순한 수돗물이라기보다는, 예를 들어, 증류, 역삼투 또는 탈이온화를 통해 제조된 정제수일 수 있다. 순수하지 않은 물이 효과적인 섬유 대전을 방해할 수 있는 통제되지 않은 유기 또는 무기 불순물을 함유할 수 있으므로, 정제수가 바람직하다. 물은 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 약 1.85 디바이(Debye)이며 유전상수가 78 내지 80이며, 수성 액체는 쌍극자 모멘트가 0.5 디바이 이상일 수 있다. 수성 액체는 부피 기준으로 40% 이상, 더 전형적으로는 60% 이상, 그리고 더욱 더 전형적으로는 80% 이상의 물을 함유할 것이다. 바람직하게는, 수성 액체는 본질적으로 100 부피%의 물을 함유할 것이다. 수성 대전 액체는 소량의 다른 성분 또는 첨가제를 함유하는 본질적으로 순수한 물일 수 있다. 전기저항의 역인 전도도는 전도도계를 이용하여 측정될 수 있으며 마이크로지멘스/센티미터 단위로 기재된다.

액체 제트 또는 액적 흐름은 본질적으로 임의의 적합한 분무 수단에 의해 제공될 수 있다. 섬유를 유압으로 얽히게 하는 데 유용한 장치는 일반적으로 본 발명의 방법에 유용하지만, 작동은 하이드로인탱글링에서 일반적으로 사용되는 것보다 하이드로대전에서 더 낮은 압력으로 수행된다.

도 6은 적합한 분무 수단의 예를 도시하며, 여기서 섬유질 웨브(65)는 유체 제트(74) 아래에서 지지 수단(72) 상에서 수송된다. 수송 수단은 메시 스크린 또는 직물과 같은, 바람직하게는 다공성인 벨트의 형태일 수 있다. 유체 제트(74)는 제트 헤드(76)로부터 유출되어 충돌 지점(78')에서 웨브(65) 상에 충돌한다. 진공이 다공성 지지체 아래에 제공되어 웨브를 통한 수성 액체의 통과를 돕고 건조 에너지 요건을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 방법에 사용하기 적합한 분무 수단의 다른 예는 유체 라인을 통해 제공된 수성 액체와 공기 라인을 통해 제공된 가압 공기가 노즐에 공급되어 대전될 물품에 충격을 가할 분무 미스트를 제공하는 네뷸라이저(nebulizer), 및 분무 미스트를 제공하기 위해 노즐을 통해 공급 수단에 의해 제공된 액체를 펌프 핸들이 강제하는 펌프 작용식 분무기(pump action sprayer)를 포함한다. 물 접촉을 제공하는 이러한 방법의 추가 설명은 안가드지반드 등의 미국 특허 제6,119,691호에 제공된다. 대안적으로, 대전될 물품은 에이츠만 등의 미국 특허 제6,406,657호, 안가드지반드 등의 미국 특허 제6,375,886호, 에이츠만 등의 미국 특허 제6,454,986호, 및 에이츠만 등의 미국 특허 제6,824,718호에 개시된 장치를 비롯한 다양한 다른 장치를 이용하여 수성 액체와 접촉될 수 있다.

[실시예]

이들 실시예는 단지 예시적인 목적만을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위의 범주를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 나머지 명세서에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 달리 나타내지 않는 한 중량 기준이다. 사용한 용매 및 기타 시약은, 달리 나타내지 않는 한 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company)로부터 획득하였다.

전도도 측정

각각의 실시예 또는 비교예를 위해 사용되는 각각의 하이드로대전 유체의 전도도는 오리온(ORION) 3-스타 전도도계 (미국 매사추세츠주 월댐 소재의 써모 피셔 사이언티픽, 인크.(Thermo Fisher Scientific, Inc.))를 이용하여 실온에서 측정하였다. 다른 전도도 측정 장비는 동등한 결과를 제공할 수 있다.

pH 측정

각각의 실시예 또는 비교예를 위해 사용되는 각각의 하이드로대전 유체의 pH는 트라이오드(Triode) pH/ATC 조합 전극을 가진 자동 온도 보상 오리온 3-스타 pH 미터 (이들 둘 모두는 미국 매사추세츠주 월댐 소재의 써모 피셔 사이언티픽, 인크.로부터 입수)를 이용하여 실온에서 측정하였다 (다른 pH 미터는 동등한 결과를 제공할 수 있다). 문헌(ASTM D 5464 - 07 Standard Test Method for pH Measurement of Water of Low Conductivity; ASTM D 5128-90(2005) Standard Test Method for On-Line pH Measurement of Water of Low Conductivity; "Back to Basics- Measuring pH in High Purity Water", W.F. Harfst, Ultrapure Water, Oct. 1994, p 75.)에 기재된 바와 같이, 순도가 매우 높은 물의 pH의 측정은 환경, 특히 CO₂로부터의 오염에 대한 민감성(susceptibility)에 더하여 그의 낮은 전도도 및 생성된 약한 전기 신호로 인하여 어려울 수 있다. ASTM D 5464-07에 제시된 바와 같이, 2 microS/㎝ 미만의 전도도를 가진 용액에 대한 pH 측정은 특히 어렵다. 실제로, 저 전도도 pH 측정(< 100 microS/㎝)은 환경 오염을 방지하기 위하여 ASTM D5128-90 (2005)에 권고된 바와 같이 대전될 물품을 접촉시키기 직전에 라인에서(on-line) 이루어져야 한다. 연속적 pH 측정은 연속적 대전 공정에 바람직하다. 본 명세서에서의 측정은 위에서 나타낸 효과를 최소화하기 위하여 각각의 하이드로대전 유체를 제조한 후 가급적 빨리 이루어졌으나; 낮은 전도도에서 pH를 측정하는 난제를 고려하여, 전도도가 2 microS/㎝ 이하로 측정된 대전 액체의 경우, pH 측정은 단지 공칭 값으로 간주되었다.

양성자 친화도 시험

계산 화학적 방법은 밀도 범함수 이론 (DFT) (문헌[Kohn, W., 71 Rev . Mod . Phys., 1253 (1999)]) 방법으로 불린다. 본 발명자들은 콘-샴 방정식(Kohn-Sham formalism) (문헌[Kohn, W.; Sham, L. J., 140 Phys . Rev ., A1133 (1965)])을 이용하는데, 이는 NWChem 버전 5.0 (문헌[Bylaska, E. J. et al . NWChem , A Computational Chemistry Package for Parallel Computers, Version 5.0 (2006), Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington 99352-0999, USA.])으로 실행되며, 계산의 상세 사항은 특정 교환-상관 범함수(exchange-correlation functional) 및 단일 전자 기초 세트(one-electron basis set)에 의해 정의된다 (문헌[Hehre, W. J.; Radom, L.; Schleyer, P. V. R.; Pople, J. A. Ab Initio Molecular Orbital Theory, Wiley: New York (1986)]). 본 발명자들은 특정 방법을 정의하기 위하여 표준 슬래시 표기법(standard slash-notation)을 이용한다 (문헌[Foresman, J. B.; Frisch, Æ in Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods 2^nd Ed., (1996))]). 예를 들어, 계산 방법 B3LYP/MIDI!는 본 발명자들이 B3LYP 교환-상관 범함수 (문헌[Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J., 98 J. Phys . Chem . 11623 (1994)]) 및 MIDI! 단일 전자 기초 세트 (문헌[Easton, R. E.; Giesen, D. J.; Welch, A.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. 93 Theor . Chem . Acc . 1432 (1996)])를 이용했음을 의미할 것이다. 계산의 계산적 요건은 단일 전자 기초 세트의 크기에 의해 주로 결정되며, 여기서 더 큰 기초 세트가 종종 더 정확하지만 터무니 없이 비쌀 수 있다. 계산 화학에서의 난제들 중 하나는 어느 수준의 이론, 즉 교환-상관 범함수 및 기초 세트가 합리적인 양의 시간 내에 허용할만한 결과를 생성할지를 결정하는 것이다.

DFT 방법을 이용하여 많은 특성이 산출될 수 있다. 본 발명자들이 산출한 특성은 전자 에너지, 분자 기하학(molecular geometry), 및 진동 모드(vibrational mode)였다. 분자 기하학은 핵 배위(nuclear coordinate)와 관련하여 시스템의 전자 에너지를 최소화함으로써 산출하였다. 진동 주파수는 먼저 기하학적 형상을 최소화하고 핵 배위와 관련하여 2차 도함수를 계산함으로써 산출하였다. 진동 계산은 영점 진동 및 열 에너지 보정을 계산하는 데 중요하였다. 진동 주파수 및 기하학적 계산은 에너지 계산보다 계산학적으로 더 힘들다. 따라서, 본 발명자들은 기하학적 형상을 최적화하고 하모닉 주파수(harmonic frequency)를 계산하기 위하여 더 작은 기초 세트를 이용하였다.

양성자 친화도 (문헌[Gal, J.-F.; Maria, P.-C.; Raczynska, E. D., 36 J. Mass Spectrom . 699 (2001)]), PA는 밀도 범함수 이론, DFT를 이용하여 산출하였다. PA는 하기와 같이 정의되는 기체 열역학적 특성이다.

PA = 양성자가 분자에 부착될 때 방출되는 엔탈피.

X + H⁺ → XH⁺ PA = -ΔH _PA (1)

PA가 양성자화 과정을 위한 엔탈피 변화의 음의 값이며, 따라서 더 큰 PA 값은 더 발열성인 과정에 상응함을 주목하는 것이 중요하다.

분자는 하나 초과의 양성자화 부위를 가질 수 있으며; 따라서, 모든 가능한 부위가 검사되며, 가장 기초적인 부위에 대한 PA가 보고되어 있으며, 여기서 가장 기초적인 부위는 최대 PA를 갖는 부위로 정의된다.

모든 계산은 NWChem 버전 5.0으로 실시하였다. PA는 하기에 열거된 절차 (단계 1 내지 7)에 따라 계산하며 T = 298.15 K에 대해 계산한다.

(1) B3LYP 범함수 및 MIDI! 기초 세트로 중성 분자에 대한 기하학적 형상을 최적화한다.

(2) B3LYP/MIDI! 방법을 이용하여 최적화된 기하학적 형상에서 하모닉 주파수를계산한다. 이들 주파수를 이용하여 열 에너지 및 영점 에너지 보정을 계산하며, 이들은 각각 E _T 및 E _ZPE로 표시된다.

(3) 전자 에너지는 (1)에서 최적화된 기하학적 형상에서 PW6B95 범함수 (문헌[Zhao, Y.; Truhlar, D., 109 J. Phys . Chem . A 5656 (2005)]) 및 6-31+G(d,p) 기초 세트 (문헌[Hehre, W. J.; Radom, L.; Schleyer, P. V. R.; Pople, J. A., Ab Initio Molecular Orbital Theory, Wiley: New York (1986)])를 이용하여 계산한다. 이 에너지는 E _elec으로 표시된다.

(4) 중성 분자의 전체 에너지, E _N은 E _N = E _elec + E _T + E _ZPE이다.

(5) 용어 E _elec, E _T 및 E _ZPE는 단계 1 내지 4를 따름으로써 양성자화된 화학종에 대해 계산하며, 양성자화된 화학종의 에너지, E _P는 E _P = E _elec + E _T + E _ZPE로서 계산한다.

(6) 순수 양성자(bare proton)는 전자 또는 영점 에너지를 갖지 않지만, 5/2 RT (여기서, R은 보편 기체 상수이며, T는 온도임)와 동일한 열 에너지를 갖는다. 따라서, 양성자의 에너지, E _H ₊ = 5/2 RT이다.

(7) 식 (1)에서 설명된 바와 같이, PA = E _H ₊ + E _N - E _P이다.

선택된 방법은 일 세트의 실험적 PA에 대해 확인하였다. 실험 데이터는 NIST 웹북(Webbook) (Lias, S.; Bartness, J. E., Gas Phase Ion Thermochemistry in NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, Eds. P.J. Linstrom and W.G. Mallard, June 2005, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899 (http://webbook.nist.gov))으로부터 얻었으며 이를 표 1에 열거한다. 데이터는 측정의 정확성에 의해서가 아니라 화학 구조의 다양성에 의해 선택되었다. 여러 경우에, 실험 오차는 계산 오차보다 더 크다. 그럼에도 불구하고, 이 데이터를 포함하였다. 데이터세트의 크기는 또한 화학적 리던던트 구조(chemically redundant structure)를 포함시키지 않음으로써 제한하였다. 예를 들어, CH₃NH₂에 대한 데이터를 포함하였으나, CH₃(CH₂) _n NH₂ (n ≥ 1)에 대한 모든 실험 데이터는 제외하였다. 리던던트 데이터를 제외시킴으로써, 데이터베이스는 어떤 한 유형의 분자를 부당하게 가중하지 않으며; 따라서, 확인(validation)이 더욱 객관적이다. PA에 대한 계산 값이, PW6B95/6-31+G(d,p) 방법을 위한 무부호 평균 오차(mean unsigned error)("절대 평균 편차"로도 알려짐), MUE와 함께 표 1에 주어진다. PA에 대한 MUE는 1.8 kcal/㏖이다. 이러한 오차는 기초 세트를 증가시키고/시키거나 기하학적 형상을 개선함으로써 더 감소될 것으로 예상된다.

탈양성자화 엔탈피 결정:

탈양성자화 엔탈피 (문헌[Gal, J.-F.; Maria, P.-C.; Raczynska, E. D.; 36 J. Mass Spectrom . 699 (2001)]), ΔH _dp는 또한 밀도 범함수 이론, DFT를 이용하여 계산하였다. ΔH _dp 기체 열역학적 특성이 하기에 정의된다.

ΔH _dp = 분자로부터 양성자를 제거하는 데 필요한 엔탈피.

XH → X^- + H⁺ ΔH _dp (2)

다수의 산성 양성자를 갖는 분자의 경우에, 모든 탈양성자화 부위가 검사되었으며, 가장 산성인 양성자에 대한 ΔH _dp 값이 보고되며, 여기서 가장 산성인 양성자는 최저의 ΔH _dp를 갖는 양성자이다.

모든 계산은 NWChem 버전 5.0으로 실시되었다. ΔH _dp는 하기 절차를 이용하여 계산하며, T = 298.15 K에 대해 계산한다.

1. E _N은 상기 단락에 설명된 바와 같이 계산한다.

2. 용어 E _elec, E _T 및 E _ZPE는 상기 단락에서의 단계 1 내지 4를 따름으로써 탈양성자화된 화학종에 대해 계산한다. 탈양성자화된 화학종의 에너지, E _D는 E _D = E _elec + E _T + E _ZPE로 계산한다.

3. 순수 양성자는 전자 또는 영점 에너지를 갖지 않지만, 5/2 RT (여기서, R은 보편 기체 상수이며, T는 온도임)와 동일한 열 에너지를 갖는다. 따라서, 양성자의 에너지, E _H ₊ = 5/2 RT이다.

4. 상기 식 (2)에 기재된 바와 같이, ΔH _dp = E _N - E _D - E _H ₊이다.

PA에서처럼, ΔH _dp 값은 NIST 데이터세트로부터 취한 일 세트의 실험 데이터에 대해 보정되었으며, 데이터는 표 1에 주어진다. ΔH _dp에 대한 계산값도 표 1에 주어진다. 계산값에서 무부호 평균 오차는 1.7 kcal/㏖이며, 이는 계산된 PA에 대한 오차와 유사하다.

제타 전위 시험

제타 전위를 측정하기 위하여, 오스트리아 그라즈 소재의 안톤 파르 게엠베하(Anton Paar GmbH)로부터 구매가능한 에카 일렉트로 키네틱 애널라이저(EKA ELECTRO KINETIC ANALYZER)를 이들 실시예에서 사용하였다. 다른 장비는 하기에 개시된 프로토콜(protocol)을 이용하여 비견할 만한 측정값을 제공해야 한다. 압력 구배 하에서 액체의 유동에 의해 야기된 0의 전류에서의 전기 전위차는 액체가 모세관, 플러그(plug), 격막(diaphragm), 또는 막(membrane)을 통해 유동할 때 측정될 수 있다. 전위차는 모세관의 단부들 사이에서, 플러그를 가로질러, 또는 격막 또는 막의 대향 면에서 측정할 수 있다. 전해질 용액이 다공성 플러그의 물질을 통해 강제될 경우, 확산 층에서의 이온의 움직임으로 인하여 유동 전위(streaming potential)가 형성되며, 이는 일렉트로 키네틱 애널라이저 (EKA)에 의해 측정될 수 있다. 이어서, 유동 전위는 후술하는 바와 같이 제타 전위를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 동전기 측정 기술에 관한 일반적인 리뷰는 문헌[Pure Appl. Chem., Vol. 77, No. 10, pp. 1753-1805, 2005. Measurement And Interpretation Of Electrokinetic Phenomena (IUPAC Technical Report)]에서 찾아진다.

EKA 장비는 분석기, 20 ㎜ 직경의 원통형 샘플 셀, Ag/AgCl 가역 전극, 및 데이터 제어 시스템을 포함한다. 분석기는 전해질 용액, 일반적으로 염화칼륨을 저장소로부터, 본 명세서에 개시된 필터 매체의 샘플을 포함하는 측정 셀을 통과시키는 데 필요한 압력을 생성하기 위한 펌프를 포함한다. 온도, 압력 강하, 전도도 및 pH를 측정하기 위한 센서는 셀의 외부에 배치된다. 전해질 용액은 다공성 물질을 통해 펌핑한다. 전해질 용액이 샘플을 통과할 때, 전하의 이동(displacement)이 일어난다. 생성되는 유동 전위 및/또는 유동 전류는 샘플의 각 단부에 위치된 전극에 의해 검출할 수 있다. 이어서, 샘플의 제타 전위는 전해질의 전도도를 참작하는 페어브라더(Fairbrother) 및 마스틴(Mastin)의 방법에 따른 계산에 의해 결정한다 (문헌[F. Fairbrother, H. Mastin, Studies in electro-endosmosis, 125 J. Chem. Soc. 2319-30 (1924)]). EKA 시스템은 안톤 파르 게엠베하로부터 마찬가지로 입수가능한 EKA용 비지오랩 컨트롤 앤드 이밸류에이션 소프트웨어(Visiolab Control And Evaluation Software) 버전 1.0.을 실행하는 데이터 획득 컴퓨터에 의해 원격 제어하였다. 비지오랩 소프트웨어는 온도 보정된 동점도 및 투과도에 대한 값을 포함하였다. EKA를 컴퓨터 제어에 의한 자동 적정을 위한 원격 적정 유닛(Remote Titration Unit) (RTU)에 연결하였다. 탈이온수(DI water)를 각 시험에 이용하였으며, 유기 오염물을 제거하는 오르가넥스(Organex)-Q 카트리지를 이용하여 미국 매사추세츠주 빌레리카 소재의 밀리포어 코포레이션(Millipore Corporation)으로부터의 밀리-큐 플러스(MILLI-Q PLUS) 모델 ZD4011584-4의 4개 카트리지 정수 시스템을 이용하여 현장에서 생성하였다.

EKA의 작업 매뉴얼, 사용 설명서 및 비지오랩의 사용 매뉴얼의 일반적인 절차를 따랐다. 구체적으로, 시험될 각각의 웨브 샘플을 10층 스택(stack)으로 접은 후, 이어서 이를 20.6 밀리미터 (13/16 인치) 직경의 원형 디스크로 절단하였으며 이는 전형적으로 중량이 약 0.2 g이었다. 오염을 최소화하기 위하여 샘플을 핀셋으로 다루었다. 각각의 샘플을 EKA 샘플 셀 내에 두고, 2개의 평행한 전극을 약 3 밀리미터(㎜) 이격되게 조정하였으며, 조정 나사를 너무 조이지 않도록 주의하였다. 그 결과, 순수한 폴리프로필렌의 밀도의 약 20%의 샘플 벌크 밀도가 얻어져, 페어브라더와 마스틴 분석 기술을 이용할 수 있게 되었다.

이어서, 샘플 셀을 EKA 유닛 상에 부착하고, 그 전기 접점과 배관 접속부(plumbing connection)를 연결하였다. 약 400 +/- 20 밀리리터 (㎖)의 신선한 탈이온수를 저장소 비이커에 첨가하고, 완전한 혼합을 보장하기 위하여 시험 내내 교반 막대를 이용하여 부드럽게 교반하였다. EKA의 펌프를 "바이패스"(bypass) 모드로 설정하여 EKA 배관 내로 물을 끌어들이면서 그 입구 튜브와 프로브 조립체를 저장소 비이커 내로 내려 비이커 커버(cover)가 비이커 내의 물과 접촉하지 못하게 하였다. EKA의 펌프 및 관련 배관을 채운 후, 샘플 셀 내의 포집 공기를 시스템으로부터 플러싱(flush)하기 위하여 교번하는 방향으로 샘플 셀을 통해 물을 펌핑하였다. 용액 저장소를 덮는 것 외에는 시스템을 불활성화시킬 방법이 없었으므로(예를 들어, 질소 플러싱이 없음), 공기로부터의 이산화탄소의 약간의 혼입은 시간이 경과함에 따라 발생할 수 있다. 따라서, 대부분의 공기를 빼내기 위하여 신규 샘플을 통한 최소량의 플러싱이 이루어졌으며, 각 시험은 임의의 용해된 이산화탄소의 카르본산으로의 변환으로 인한 임의의 전도도 증가 및 pH 감소 가능성을 최소화하기 위하여 합리적 수준에서 신속하게 시작하였다.

하기는 비지오랩 프로그램 내로 입력된 시험 파라미터이다:

샘플 설정:

측정 유형: 자동 적정

평가 방법: 페어브라더-마스틴

전해질: KCl (수성)

분자량: 18.02 g/㏖

시작 농도: 0.001 몰/리터 (㏖/L)

시작 체적: 400 ㎖

점도: H₂0

유전 상수: H₂0

압력 프로그램:

최대 압력: 50 ㎪ (500 밀리바 (mbar))

시간: 60초

측정: 전압

반복 횟수: 2

헹굼 프로그램:

최대 압력: 40 ㎪ (400 mbar)

시간 경과: 10초 (s)

시간 셀: 15초

반복 횟수: 1

자동 적정 프로그램:

적정 유형: 전도도

사용된 시린지: RTU1 좌측용(Left) (KCl(수성), 1.0 ㏖/L

원하는 전도도 차이: 50 microS/㎝

시작 체적: 0.25 ㎖

사용 전도도 한계

최소 전도도: 1 microS/㎝

최대 전도도: 3000 microS/㎝

프로그램된 시험 절차는 시스템으로부터 공기를 더 제거하기 위하여 자동 플러싱 사이클을 갖는다. 전도도 적정은 자동 적정 프로그램 및 1 ㏖/L KCl 용액을 이용하여 수행하였다. 따라서, 시험 동안 pH를 조정하지 않았으나, 측정된 pH는 전형적인 시험 동안 4 내지 6의 범위였다. 전형적인 샘플 실시는 50 microS/㎝의 최소 단계 및 1 몰 KCl 용액 0.25 ㎖의 첫번째 샷(shot)으로 이루어졌다.

각 시험이 시작되기 전에, 셀 내의 출발 용액의 전도도를 측정하여 10 microS/㎝ 미만임을 확인하여, 탈이온수가 정말로 순수함을 확인하였다. 전도도가 10 microS/㎝보다 크면, 시험을 중단하였다. 일단 시스템 파라미터가 적절히 프로그램되고 확인되면, 실험을 시작하였다. 전체 실험은 전형적으로 완료하는 데 6 내지 7시간 걸렸다.

각 시험이 완료된 후, 샘플 셀을 EKA로부터 제거하기 전에 반복적으로 탈이온수로 플러싱하여, 전도도가 20 microS/㎝ 미만으로 확인될 때까지 완료된 시험으로부터 시스템에 남아 있는 고 전도도 전해질을 플러싱하였다. 샘플 셀과 순환 회로를 배수시켜 다음 샘플로의 이월(carry-over)을 감소시켰다. Ag/AgCl 전극을 긁지 않도록 주의하면서, 샘플 셀, 전극 및 샘플을 제거하였다. 마지막으로, 셀을 다시 탈이온수로 잘 플러싱한 후, 신규 샘플을 삽입하였다.

제타 전위 평가: EKA 시스템은 페어브라더-마스틴 방법을 이용하여 적용된 전해질의 비전기전도도(specific electrical conductivity)와 유동 전위의 직접 측정으로부터 샘플의 제타 전위를 계산한다.

(여기서,

ζ [㎷]는 제타 전위이며;

dU/dp [㎷/mbar]는 유동 전위 대 압력의 기울기이며;

η [mPa-s]는 전해질 점도이며;

ε [As/Vm]는 전해질의 유전 상수이며;

ε₀ [As/Vm]는 자유 공간의 투과도이다.

본 발명자들은 각각의 섬유질 웨브 샘플에 대한 제타 전위의 부호(sign)는 EKA 장비에 의해 보고된 값의 부호라는 합의를 채택한다. 전형적인 전도도 스캔 동안, 제타 전위는 처음에는 상승하거나 떨어진 후 전해질 용액의 전도도의 크기가 약 500 microS/㎝ 초과로 상승함에 따라 평탄역 값에 도달하는 경향이 있다. 1000 microS/㎝와 2000 microS/㎝의 전도도 사이의 이러한 제타 전위 평탄역 수준의 평균 값을 각각의 시험된 샘플에 대한 제타 전위 측정값으로 취하였다. 정확한 결과를 검증하기 위하여, 이 절차를 반복할 수 있다.

품질 계수(QF) 시험

멜트블로운 미세섬유 샘플을 % DOP 에어로졸 침투 (% Pen) 및 압력 강하 (ΔP)에 대해 각각 시험하고, 품질 계수(QF)를 계산하였다. 부직 미세섬유 웨브의 여과 성능 (% Pen 및 QF)은 챌린지 에어로졸로서 다이옥틸프탈레이트 (DOP)를 이용하는 자동화 필터 시험기 AFT 모델 8127 (미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 티에스아이, 인크.(TSI, Inc.)로부터 입수가능) 및 필터를 가로지르는 압력 강하 (ΔP (㎜ H₂O))를 측정하는 MKS 압력 변환기를 이용하여 평가하였다. 다른 필터 시험 장비는 하기에 개시된 프로토콜을 이용하여 비견할 만한 측정값을 제공할 수 있다. DOP 에어로졸은 상류 농도가 70 내지 110 mg/m³인, 공칭 단분산 0.3 마이크로미터 질량 중위 직경(monodisperse 0.3 micrometer mass median diameter)이다. 에어로졸 이온나이저(ionizer)를 끄고서 42.5 L/min의 보정된 유속(6.9 ㎝/s의 면 속도)으로 필터 매체의 샘플을 통해 에어로졸을 강제하였다. 전체 시험 시간은 23초였다 (15초의 상승 시간, 4초의 샘플 시간, 및 4초의 퍼징 시간). DOP 에어로졸의 농도는 보정된 광도계를 이용하여 필터 매체의 상류 및 하류 둘 모두에서 광 산란시킴으로써 측정하였다. DOP % Pen은 % Pen = 100 × (DOP 하류 농도/DOP 상류 농도)로 정의된다. 각 물질의 경우, 블로운 미세섬유 (BMF) 웨브 상의 상이한 위치들에서 6개의 별도의 측정이 이루어졌으며 그 결과를 평균하였다.

% Pen 및 ΔP를 이용하여 하기 식에 의해 QF를 계산하였다:

QF = - ln(% Pen/100)/ΔP

(여기서, ln은 자연 로그를 나타냄). 높은 QF 값은 더 나은 여과 성능을 나타내며, 감소된 QF 값은 감소된 여과 성능과 효과적으로 상관된다.

하기 실시예는 단지 예시 목적만을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위의 범주를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 나머지 명세서에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 달리 나타내지 않는 한 중량 기준이다. 사용한 용매 및 기타 시약은, 달리 나타내지 않는 한 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니로부터 획득하였다.

합성예

합성예 1: 대전 첨가제 3의 제조

질소 분위기 하에서, 1-테트라데칸올 (96.3 g, 449 밀리몰 (mmol)), 피리딘 (40 ㎖), 및 다이클로로메탄 (1000 ㎖)의 혼합물을 30℃로 가열하였다. 4-니트로벤조일 클로라이드 (100 g, 539 mmol)를 20분의 기간에 걸쳐 나누어 첨가하였다. 반응 혼합물을 16시간 동안 환류 가열하였다. 이어서, 반응 혼합물을 물로 두번 (2×500 ㎖) 세척하였다. 유기층을 감압 하에서 농축하여 황색 고체를 얻었다. 1000 ㎖의 헥산을 첨가하고, 혼합물을 환류 가열하였다. 혼합물을 냉각하고 농축하여 황색 고체를 얻어 여과시켰다. 황색 고체를 에탄올로부터 2회 재결정화하여 77.0 g의 테트라데실 4-니트로벤조에이트를 황색 결정으로 얻었다.

질소 퍼징 하에서, 10% 탄소상 백금 (2.5 g)을 파르 용기(Parr vessel) 내의 테트라데실 4-니트로벤조에이트 (25 g, 69 mmol)와 에틸 아세테이트 (250 ㎖)의 혼합물에 첨가하였다. 이 용기를 16시간 동안 수소 압력 (3.3×10⁵ Pa (49 psi)) 하에 두었다. 다이클로로메탄을 첨가하고, 반응 혼합물을 셀라이트(CELITE) 필터 보조제(filter aid) 층을 통해 여과하였다. 여과액을 감압 하에서 농축하여 황갈색 고체를 얻었다. 이 고체를 에탄올로부터 재결정화하여 15 g의 테트라데실 4-아미노벤조에이트를 연갈색 니들로 얻었다.

질소 분위기 하에서, 자일렌 (460 ㎖) 중의 테트라데실 4-아미노벤조에이트 (45.6 g, 137 mmol)와 시아누릭 클로라이드 (8.40 g, 45.6 mmol)의 혼합물을 24시간 동안 환류 가열하였다. 반응 혼합물을 90℃로 냉각하고 포화 수성 중탄산나트륨 (2×500 ㎖)으로, 이어서 물 (3×500 ㎖)로 세척하였다. 자일렌이 하룻밤 냉각되면서 백색 침전물이 형성되었다. 여과에 의해 백색 침전물을 단리하여 과량의 자일렌으로 세척하였다. 고체를 34:66의 다이클로로메탄:메탄올 (750 ㎖)로부터 2회 및 자일렌 (300 ㎖)으로부터 1회 재결정화하여, 27.6 g의 2,4,6-트라이아닐리노(p-카르보-테트라데실-옥시)-1,3,5-트라이아진을 백색 고체로 얻었다.

조성 분석: C₆₆H₁₀₂N₆O₆에 대한 계산치: % C, 73.70; % H, 9.56; % N, 7.81. 실측치: % C, 73.44; % H, 9.37; % N, 7.62.

합성예 2: 대전 첨가제 4의 제조

질소 분위기 하에서, 자일렌 (500 ㎖) 중의 4-옥타데실아날린 (50 g, 145 mmol)과 시아누릭 클로라이드 (8.9 g, 48 mmol)의 혼합물을 24시간 동안 환류 가열하였다. 반응 혼합물을 90℃로 냉각하고 포화 수성 중탄산나트륨 (2×500 ㎖)으로, 이어서 물 (2×500 ㎖)로 세척하였다. 자일렌이 하룻밤 냉각되면서 백색 침전물이 형성되었다. 여과에 의해 백색 침전물을 단리하여 과량의 자일렌으로 세척하였다. 고체를 90:10의 클로로포름: 메탄올 (500 ㎖)로부터 2회 그리고 자일렌 (500 ㎖)으로부터 1회 재결정화하여, 45 g의 N,N',N"-트리스(4-옥타데실페닐)-1,3,5-트라이아진-2,4,6-트라이아민을 백색 고체로서 얻었다.

조성 분석: C₇₅H₁₂₆N₆ 계산치: % C, 81.02; % H, 11.42; % N, 7.56. 실측치: % C, 81.05; % H, 11.38; % N, 7.60.

합성예 3: 대전 첨가제 5의 제조

질소 분위기 하에서, 옥타데실아민 (389 g, 1.44 ㏖), 다이(프로필렌 글리콜) 다이메틸 에테르 (1.50 L), 아세트산나트륨 (134 g, 1.63 ㏖), 및 시아누릭 클로라이드 (88.4 g, 0.479 ㏖)의 혼합물을 30분 동안 교반하고, 이어서 2시간 동안 85℃로 가열하였다. 반응 혼합물을 155℃로 가열하고, 이 온도에서 아세트산을 반응 혼합물로부터 환류되게 하였다. 반응 혼합물을 16시간 동안 170℃로 가열하였다. 80℃로 냉각되었을 때, 2-프로판올 (1.60 L)을 반응 혼합물에 첨가하였다. 침전물을 실온에서 여과하고 과량의 2-프로판올로 세척하였다. 고체를 2시간 동안 환류하는 물 (2.00 L) 중에서 교반하고, 여과하고, 과량의 물로 세척하였다. 고체를 환류하는 2-프로판올 (2.00 L) 중에서 교반하고, 여과하고, 과량의 2-프로판올로 세척하여 377 g의 N,N',N"-트라이옥타데실-1,3,5-트라이아진-2,4,6-트라이아민을 백색 고체로 얻었다.

합성예 4: 대전 첨가제 15의 제조

자기 교반 막대를 구비한 250 ㎖의 3-목 둥근 바닥 플라스크에 플로로글루시놀 데하이드레이트 (6.63 g, 97%), 4-도데실아닐린 (36.40 g, 97%) 및 요오드 (0.13 g, 99%)를 충전하고, 이어서 톨루엔 (30 ㎖)을 첨가하였다. 플라스크에 딘-스타크(Dean-Stark) 트랩 및 응축기를 구비한 후, 이어서 일정한 교반 하에서 12시간 동안 130℃에서 가열하였다. 반응 혼합물의 온도를 약 60℃ (이 온도에서 혼합물은 점성 액체 형태임)로 냉각되게 한 후, 200 ㎖의 에탄올 내로 천천히 부어 침전물을 얻었다. 침전물을 여과를 통해 분홍색 고체로 얻었다. 하룻밤 진공 (3.6 ㎪ (27 mmHg)) 하에서 50℃에서 건조 후 에탄올로부터 2회 (각각 150 ㎖씩) 재결정화하여 연분홍색 분말로서 대전 첨가제 1 (31.0 g, 87.8%)을 얻었다.

조성 분석: 계산치: C, 84.15; H, 10.95; N, 4.91; 실측치: C, 84.28; H, 10.86, N, 4.85).

실시예 1 내지 실시예 110 및 비교예 C1 내지 비교예 C60

실시예와 비교예의 각각의 경우, 후술하는 절차를 따랐다.

샘플 제조

단계 A - 멜트-블로운 미세섬유 웨브의 제조:

각 실시예와 비교예의 경우, 블로운 미세섬유 (BMF) 부직 웨브를, 상기 약어표에 열거된 중합체성 수지 중 하나 또는 그 조합을 이용하여 압출하였으며, 일부 경우에는 전술한 표에 열거된 대전 첨가제 중 하나 또는 그 조합을 함유하였다. 압출은 일반적으로, 문헌[Van A. Wente, Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indust. Engn. Chem., 1342-46] 및 문헌[Naval Research Laboratory Report 111437 (Apr. 15, 1954)]에 기재된 바와 같이, 이후 상술하는 두 가지 압출 방법 중 하나를 통해 수행하였다. 표 3은 실시예와 비교예의 각각에 대한 구체적인 웨브 특징 및 대전 첨가제의 농도(들)를 요약한다.

압출 방법 1: 센티미터당 10개의 구멍 (인치당 25개의 구멍) 및 0.38 ㎜ (0.015 in) 직경의 구멍을 갖는 멜트블로잉 다이에 연결된 약 240 ℃ 내지 330℃의 온도에서 작동하는 압출기를 이용하여, 평량이 약 45 내지 70 g/㎡이고 유효 섬유 직경이 약 6.5 내지 15 마이크로미터이고 고형도가 약 4 내지 10%이고 두께가 약 0.6 내지 2.5 밀리미터인 BMF 웨브를 형성하였다. 대전 첨가제를, 건조 분말로서 또는 20 내지 35 wt% 농축물로서, 수지와 함께 압출기 내로 직접 공급하였다.

압출 방법 2: 국제특허 공개 WO 2008/016782호의 1성분 단층 멜트블로운 웨브 및 멜트블로잉 장치의 실시예 1에 기재된 일반적인 방법을 이용하여, 바이모달(bimodal) 섬유 크기 분포를 가지고 평량이 약 50 내지 150 g/㎡이고 유효 섬유 직경이 약 12 내지 16 마이크로미터이고 고형도가 약 5 내지 8%이고 두께가 약 0.6 내지 2.5 밀리미터인 BMF 웨브를 형성하였다. 대전 첨가제를, 건조 분말 형태로서 또는 20 내지 35 wt% 농축물로서, 수지와 함께 압출기 내로 직접 공급하였다.

단계 B - 일렉트릿 제조:

상기 단계 A에서 제조된 각각의 BMF 웨브 샘플을 하기의 세 가지 일렉트릿 대전 방법 중 하나에 의해 대전시켰다: 하이드로대전, 코로나 전처리 및 하이드로대전, 또는 플라즈마 플루오르화 전처리 및 하이드로대전. 표 5는 각 샘플에 적용된 구체적인 대전 방법을 요약한다.

대전 방법 1 - 하이드로대전:

하이드로대전 유체 제조: 역삼투 및 탈이온화에 의해 정제된 물로 시작하여, 표 4에 열거된 화합물을 이용하여 표 5의 각 실시예와 비교예에 대해 열거된 중량 기준 PPM의 인용된 농도를 갖는 다양한 수성 하이드로대전 유체를 제조하였다. 하기 절차는 세 가지의, 탈이온수 중의 Na₂CO₃ 수용액 (50 PPM, 100 PPM, 1000 PPM)의 제조를 설명한다. 동일한 절차를 이용하여 다른 용액을 제조하였다.

a) 1000 PPM의 Na₂CO₃ 용액: 분석용 저울을 이용하여, 3.6 g의 Na₂CO₃를 3596.4 g의 탈이온수에 용해시켜 0.1 중량% 용액 (1000 PPM)을 제조하였다.

b) 100 PPM의 Na₂CO₃ 용액: 분석용 저울을 이용하여, 1000 PPM의 Na₂CO₃ 용액 360 g을 3240 g의 탈이온수에 용해시켜 0.01 중량% 용액 (100 PPM)을 제조하였다.

c) 50 PPM의 Na₂CO₃ 용액: 분석용 저울을 이용하여, 100 PPM의 Na₂CO₃ 용액 1800 g을 1800 g의 탈이온수에 용해시켜 0.005 중량% 용액 (50 PPM)을 제조하였다.

각각의 실시예 또는 비교예에 사용되는 각각의 하이드로대전 액체의 전도도와 pH는 상기에 개시된 바와 같이 측정하였으며 그 결과는 하기 표 5에 열거된다.

하이드로대전 절차:

BMF 웨브를 미국 특허 제5,496,507호 (안가드지반드 등)에 교시된 기술에 따라 원하는 대전 액체를 이용하여 하이드로대전시켰다. 하이드로대전 액체의 미세 스프레이(spray)를 655 ㎪ (95 psig)로 가압된 하나의 스테인레스 저장 탱크에 연결된 노즐로부터 대략 1.4 L/min의 유량으로 연속적으로 생성하였다. 진공에 의해 아래로부터 웨브를 통해 하이드로대전 액체를 동시에 흡인하면서, 단계 A에서 제조된 선택된 BMF 웨브를 대략 10 ㎝/sec의 속도로 물 스프레이를 통해 다공성 벨트에 의해 수송하였다. 각각의 BMF 웨브를 하이드로대전 장치를 2회 통과시키고 (각 면에서 순차적으로 한번씩), 이어서 필터 시험 전에 하룻밤 완전히 공기 건조되게 하였다.

대전 방법 2 - 코로나 전처리 및 하이드로대전:

상기 단계 A에서 제조된 선택된 BMF 웨브를 DC 코로나 방전에 의해 전처리하였다. 코로나 전처리는, 약 3 ㎝/sec의 속도에서 방전 공급원 길이 1 ㎝당 약 0.01 밀리암페어(mA)의 코로나 전류를 갖는 코로나 브러쉬 공급원 하에서 접지 표면 상으로 BMF 웨브를 통과시킴으로써 이루어졌다. 코로나 공급원은 웨브가 운반되는 접지 표면 위로 약 3.5 ㎝에 있었다. 코로나 공급원은 양의 DC 전압에 의해 구동되었다. 코로나 처리에 이어, BMF 웨브를 대전 방법 1에 기재된 바와 같이 원하는 대전 액체를 이용하는 하이드로대전에 의해 대전시켰다.

대전 방법 3 - 플라즈마 플루오르화 전처리 및 하이드로대전:

상기 단계 A에서 제조된 선택된 BMF 웨브를, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M 컴퍼니로부터 입수가능한 퍼플루오로프로판 (C₃F₈) 가스를 이용하여, 컬크(Kirk) 등의 미국 특허 제7,244,292호 (발명의 명칭: Electret Article Having Heteroatoms And Low Fluorosaturation Ratio)의 "일반적인 웨브 제조, 플라즈마 처리 및 일렉트릿 대전 절차"에 기재된 절차를 이용하는 플라즈마 플루오르화에 의해 전처리하였다. 플라즈마 전처리에 이어, BMF 웨브를 대전 방법 1에 기재된 바와 같이 원하는 대전 액체를 이용하는 하이드로대전에 의해 대전시켰다.

제타 전위 및 QF

단계 A에서 제조된 대표적인 BMF 샘플에 대하여, 상기한 방법을 이용하여 제타 전위를 측정하였다. 1000 내지 2000 microS/㎝의 전도도 스캔 동안 측정된 제타 전위의 평균을 결정하였으며 이를 표 5에 보고하며, 몇몇 경우에 이 값은 동일한 BMF 샘플 물질에 대해 실시된 다수의 시험의 평균이었다.

상기 단계 B에서 제조된 대전된 샘플 각각을 두 개의 1 m 조각(section)으로 절단하였다. 하나의 조각을 % DOP 에어로졸 침투율 (% Pen) 및 압력 강하에 대해 초기 상태로 시험하였으며, 품질 계수 (QF)는 상기에 주어진 시험 방법에 기재된 바와 같이 계산하였다. 일부 샘플의 경우, 제2 조각을 이용하여 제타 전위를 측정하였다. 이들 결과를 % Pen, 압력 강하 및 QF로서 하기 표 5에 보고한다.

실시예 1 내지 실시예 60 및 비교예 C1 내지 비교예 C60:

비교예 1a, 비교예 1b 및 실시예 1: 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-1)의 경우, 제타 전위는 -9.3 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.6)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 1의 품질 계수 (0.33)는 탈이온수 (pH 7.5) 단독으로 대전된 비교예 1a의 품질 계수 (0.27) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 1b의 품질 계수 (0.24)보다 컸다.

비교예 2a , 비교예 2b 및 실시예 2: 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-2)의 경우, 코로나 전처리 후의 제타 전위는 -10.8 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.6)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 후 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 2의 품질 계수 (1.04)는 탈이온수 (pH 8.1) 단독으로 대전된 비교예 2a의 품질 계수 (0.78) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.3)로 대전된 비교예 2b의 품질 계수 (0.65)보다 컸다.

비교예 3a, 실시예 3a 및 실시예 3b: 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-6)의 경우, 제타 전위는 -10.2 ㎷로 측정되었다. 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)을 이용함으로써, 물 (pH 7.5)만으로 대전된 실시예 3a의 품질 계수 (1.02) 및 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.1)로 대전된 실시예 3b의 품질 계수 (1.41)는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.4)로 대전된 비교예 3의 품질 계수 (0.30)보다 컸다.

비교예 4a, 비교예 4b 및 실시예 4: 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-6)의 경우, 코로나 전처리 후의 제타 전위는 -10.8 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 후 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 4의 품질 계수 (1.59)는 탈이온수 (pH 8.1) 단독으로 대전된 비교예 4a의 품질 계수 (1.24) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 4b의 품질 계수 (0.47)보다 컸다.

비교예 5a, 비교예 5b 및 실시예 5: 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-6)의 경우, 제타 전위는 -10.2 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.7)와 함께 유기 용매 (탈이온수 중의 10 wt% 아세톤)를 함유하는 용액을 이용하여 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)을 이용함으로써, 실시예 5의 품질 계수 (1.41)는 탈이온수 중의 10 wt% 아세톤 (pH 9.7) 단독으로 대전된 비교예 5a의 품질 계수 (1.15) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 5.0)로 대전된 비교예 5b의 품질 계수 (0.20)보다 컸다.

비교예 6a, 비교예 6b 및 실시예 6: 1 wt%의 대전 첨가제-2를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-10)의 경우, 코로나 전처리 후의 제타 전위는 -10.7 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 후 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 6의 품질 계수 (1.61)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 6a의 품질 계수 (1.28) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 6b의 품질 계수 (0.46)보다 컸다.

비교예 7a, 비교예 7b 및 실시예 7a, 실시예 7b, 실시예 7c: 1 wt%의 대전 첨가제-2를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-10)의 경우, 제타 전위는 -10.9 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5, 전도도 139 microS/㎝)를 이용하여 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)을 이용함으로써, 실시예 7a의 품질 계수 (1.62)는 탈이온수 (pH 7.2) 단독으로 대전된 비교예 7의 품질 계수 (1.06)보다 컸다. 실시예 7a의 염기성의 50 PPM Na₂CO₃ 하이드로대전 용액에 중성 염 NaCl의 증가하는 양을 첨가함으로써, pH는 아주 약간 감소되지만 전도도는 상당히 증가하며, 실시예 7b (50 PPM Na₂CO₃, 50 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 230.4 microS/㎝, QF 1.45), 실시예 7c (50 PPM Na₂CO₃, 500 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 1150 microS/㎝, QF 1.25) 및 비교예 7b (50 PPM Na₂CO₃, 5000 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 9340 microS/㎝, QF 0.75)의 QF는 실시예 7a에 비하여 감소한다.

비교예 8a, 비교예 8b 및 실시예 8: 1 wt%의 대전 첨가제-7을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-14)의 경우, 코로나 전처리 후의 제타 전위는 -8.4 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 후 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 8의 품질 계수 (1.75)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 8a의 품질 계수 (1.15) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 8b의 품질 계수 (0.70)보다 컸다.

비교예 9a, 비교예 9b, 비교예 9c 및 실시예 9a, 실시예 9b, 실시예 9c: 1 wt%의 대전 첨가제-7을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-14)의 경우, 제타 전위는 -11.8 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4, 전도도 136.4 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 9a의 품질 계수 (1.85)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 9a의 품질 계수 (1.14) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 9c의 품질 계수 (0.48)보다 컸다. 실시예 9a의 염기성의 50 PPM Na₂CO₃ 하이드로대전 용액에 중성 염 NaCl의 증가하는 양을 첨가함으로써, pH는 아주 약간 감소되지만 전도도는 상당히 증가하며, 실시예 9b (50 PPM Na₂CO₃, 50 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 230.4 microS/㎝, QF 1.53), 실시예 9c (50 PPM Na₂CO₃, 500 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 1150 microS/㎝, QF 1.33), 및 비교예 9c (50 PPM Na₂CO₃, 5000 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 9340 microS/㎝, QF 0.90)의 QF는 실시예 9a에 비하여 감소한다.

비교예 10a, 비교예 10b, 및 실시예 10: 1 wt%의 대전 첨가제-8을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-15)의 경우, 제타 전위는 -10.4 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 10의 품질 계수 (1.46)는 탈이온수 (pH 7.2) 단독으로 대전된 비교예 10a의 품질 계수 (1.08) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.1)로 대전된 비교예 10b의 품질 계수 (0.66)보다 컸다.

비교예 11a, 비교예 11b 및 실시예 11: 1 wt%의 대전 첨가제-8을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-16)의 경우, 코로나 전처리 후의 제타 전위는 -9.6 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 후 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 11의 품질 계수 (2.05)는 탈이온수 (pH 8.1) 단독으로 대전된 비교예 11a의 품질 계수 (1.63) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.3)로 대전된 비교예 10b의 품질 계수 (1.72)보다 컸다.

비교예 12a, 비교예 12b, 및 실시예 12a, 실시예 12b: 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-17)의 경우, 플라즈마 플루오르화 전처리 후의 제타 전위는 -24.1 ㎷로 측정되었다. 대전 방법-3 (플라즈마 플루오르화 전처리 후 하이드로대전)을 이용함으로써, 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)를 이용하는 실시예 12a (QF 2.35) 및 50 PPM의 NH₄OH (pH 10.6)를 이용하는 실시예 12b (QF 2.38)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 12a의 품질 계수 (2.18) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 12b의 품질 계수 (1.96)보다 큰 품질 계수를 가졌다.

비교예 13a, 비교예 13b 및 실시예 13: 0.75 wt%의 대전 첨가제-6을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-19)의 경우, 제타 전위는 3.8 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 이용하는 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)을 이용함으로써, 실시예 13의 품질 계수 (2.40)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 13a의 품질 계수 (2.35) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 13b의 품질 계수 (1.21)보다 컸다.

비교예 14a, 비교예 14b 및 실시예 14: 0.5 wt%의 대전 첨가제-6을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-18)의 경우, 코로나 전처리 후의 제타 전위는 0.5 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 이용하는 대전 방법-2 (코로나 전처리 후 하이드로대전)를 이용함으로써, 실시예 14의 품질 계수 (2.32)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 14a의 품질 계수 (1.88) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 14b의 품질 계수 (1.68)보다 컸다.

비교예 15a, 비교예 15b 및 실시예 15: 1 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-20)의 경우, 제타 전위는 -1.9 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.4)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 15의 품질 계수 (2.85)는 탈이온수 (pH 7.5) 단독으로 대전된 비교예 15a의 품질 계수 (2.18) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.1)로 대전된 비교예 15b의 품질 계수(1.55)보다 컸다.

비교예 16a, 비교예 16b 및 실시예 16: 0.5 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-21)의 경우, 코로나 전처리 후의 제타 전위는 -3.3 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 후 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 16의 품질 계수 (2.34)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 16a의 품질 계수 (1.59) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 16b의 품질 계수 (1.43)보다 컸다.

비교예 17a, 비교예 17b 및 실시예 17: 0.5 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-31)의 경우, 제타 전위는 -6 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 17의 품질 계수 (1.68)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 17a의 품질 계수(0.5) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 17b의 품질 계수(0.35)보다 컸다.

비교예 18a, 비교예 18b 및 실시예 18: 0.75 wt%의 대전 첨가제-15를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF- 35)의 경우, 제타 전위는 -1.0 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 18의 품질 계수 (2.64)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 18a의 품질 계수 (2.22) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 18b의 품질 계수 (1.42)보다 컸다.

비교예 19a, 비교예 19b 및 실시예 19: 0.75 wt%의 대전 첨가제-5 및 0.2 wt%의 대전 첨가제-10을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브( BMF-37)의 경우, 제타 전위는 0.6 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 대전 방법-1(하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 19의 품질 계수 (3.04)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 19a의 품질 계수 (2.35) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 19b의 품질 계수 (0.99)보다 컸다.

비교예 20a, 비교예 20b 및 실시예 20: 1 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리에틸렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-47)의 경우, 제타 전위는 2.7 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.3)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 20의 품질 계수 (1.70)는 탈이온수 (pH 8.1) 단독으로 대전된 비교예 20a의 품질 계수 (1.28) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5)로 대전된 비교예 20b의 품질 계수 (0.92)보다 컸다.

비교예 21a, 비교예 21b 및 실시예 21: 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리(4-메틸-1-펜텐)으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-48)의 경우, 제타 전위는 -9.9 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.8)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 21의 품질 계수 (1.72)는 탈이온수 (pH 5.9) 단독으로 대전된 비교예 21a의 품질 계수 (0.41) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.6)로 대전된 비교예 21b의 품질 계수 (0.52)보다 컸다.

비교예 22 및 실시예 22a, 실시예 22b: 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리(4-메틸-1-펜텐)으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-48)의 경우, 제타 전위는 -9.9 ㎷로 측정되었다. 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)을 이용함으로서, 10 PPM의 Na₂CO₃ (pH 8.2)를 이용하는 실시예 22a의 품질 계수 (0.33) 및 100 PPM의 Na₂CO₃ (pH 9.7)를 이용하는 실시예 22b의 품질 계수 (0.40)는 둘 모두 탈이온수 (pH 6.0) 단독으로 대전된 비교예 22의 품질 계수 (0.19)보다 컸다.

비교예 23a, 비교예 23b 및 실시예 23: 1 wt% 의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리(4-메틸-1-펜텐)으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-49)의 경우, 제타 전위는 -8.3 ㎷로 측정되었다. 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.8)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 23의 품질 계수 (1.39)는 탈이온수 (pH 5.9) 단독으로 대전된 비교예 23a의 품질 계수 (0.41) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.6)로 대전된 비교예 23b의 품질 계수 (0.33)보다 컸다.

비교예 24 및 실시예 24a, 실시예 24b: 1 wt% 의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리(4-메틸-1-펜텐)으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-49)의 경우, 제타 전위는 -8.3 ㎷로 측정되었다. 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)을 이용함으로서, 10 PPM의 Na₂CO₃ (pH 8.2)를 이용하는 실시예 24a의 품질 계수 (0.72) 및 100 PPM의 Na₂CO₃ (pH 9.7)를 이용하는 실시예 24b의 품질 계수 (0.91)는 둘 모두 탈이온수 (pH 6.0) 단독으로 대전된 비교예 24의 품질 계수 (0.54)보다 컸다.

비교예 25 및 실시예 25a, 실시예 25b: 1 wt% 의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리(4-메틸-1-펜텐)으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-50)의 경우, 제타 전위는 -4.8 ㎷로 측정되었다. 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)을 이용함으로써, 탈이온수 (pH 5.9) 단독으로 대전할 때 (실시예 25a)의 품질 계수 (1.18) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.6)로 대전할 때 (실시예 25)의 품질 계수 (1.78)는 둘 모두 100 PPM의 Na₂CO₃ (pH 9.7)로 대전된 비교예 25의 품질 계수보다 컸다.

비교예 26a, 비교예 26b 및 실시예 26a, 실시예 26b, 실시예 26c: 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-3)의 경우(실시예 1에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 50 PPM의 K₂CO₃ (pH 7.7, 전도도 120 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 26a의 품질 계수 (0.73)는 탈이온수 (pH 6.5) 단독으로 대전된 비교예 26a의 품질 계수 (0.45)보다 컸다. 실시예 26b (500 PPM, pH 10, 전도도 1000 microS/㎝, QF 0.78)의 하이드로대전 용액에서 K₂CO₃의 양이 증가하면, QF는 증가한다. 실시예 26c (5000 PPM, pH 11, 전도도 5000 microS/㎝, QF 0.68) 및 비교예 26b (15000 PPM, pH 11.8, 전도도 22,000 microS/㎝, QF 0.58)의 하이드로대전 용액에서 K₂CO₃의 양이 더 증가하면, pH와 전도도 둘 모두가 증가하지만 QF는 실시예 26a에 대해서 감소하는 경향이 있다.

비교예 27a, 비교예 27b, 비교예 27c 및 실시예 27a, 실시예 27b, 실시예 27c, 실시예 27d, 실시예 27e, 실시예 27f: 이러한 세트의 실시예는, 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-3)의 경우 (실시예 1에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 7.7, 전도도 123.6 microS/㎝)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 및 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 27a의 품질 계수 (1.51)가 탈이온수 (pH 6.8) 단독으로 대전된 비교예 27a의 품질 계수 (0.84)보다 커졌다는 것을 입증한다. 유사하게는, 실시예 27b (5 PPM NH₄OH, pH 7.1, 전도도 24 microS/㎝, QF 1.29), 실시예 27c (50 PPM NH₄OH, pH 8.5, 전도도 64 microS/㎝, QF 1.26), 실시예 27d (50 PPM NaHCO₃, pH 8.5, 전도도 56.7 microS/㎝, QF 1.22), 실시예 27e (50 PPM CH₃COONa, pH 7.1, 전도도 42 microS/㎝, QF 1.09), 실시예 27f (50 PPM KOH, pH 8.3, 전도도 212 microS/㎝, QF 1.34)의 경우, QF는 비교예 27b (15000 PPM KOH, pH 13, 전도도 68,000 microS/㎝, QF 1.07) 및 비교예 27c (500 PPM CuCl₂, pH 4.7, 전도도 721 microS/㎝, QF 0.55)뿐만 아니라 비교예 27a의 품질 계수보다 크다.

비교예 28a, 비교예 28b 및 실시예 28a, 실시예 28b: 이러한 세트의 실시예는, 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-4)의 경우 (실시예 1에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 10 PPM의 NaOH (pH 7.1, 전도도 23.3 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 28a의 품질 계수 (0.80)가 탈이온수 (pH 6.8) 단독으로 대전된 비교예 28의 품질 계수 (0.22)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 28b (100 PPM, pH 9, 전도도 325 microS/㎝, QF 1.01)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 증가하면, QF가 증가한다. 비교예 28b (5000 PPM, pH 13, 전도도 26,000 microS/㎝, QF 0.71)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 더 증가하면, pH와 전도도 둘 모두가 증가하지만 QF는 실시예 28a에 대해서 감소하는 경향이 있다.

비교예 29a, 비교예 29b 및 실시예 29a, 실시예 29b, 실시예 29c: 이러한 세트의 실시예는, 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-4)의 경우 (실시예 1에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 50 PPM의 K₂CO₃ (pH 7.7, 전도도 120 microS/㎝)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 및 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 29a의 품질 계수 (1.46)가 탈이온수 (pH 6.5) 단독으로 대전된 비교예 29a의 품질 계수 (0.97)보다 커졌다는 것을 입증한다. 유사하게는, 실시예 29b (50 PPM KOH, pH 8.3, 전도도 212 microS/㎝, QF 1.19), 실시예 29c (50 PPM NaOH, pH 8.5, 전도도 246 microS/㎝, QF 1.32)의 경우, QF는 비교예 29a 및 비교예 29b (5,000 PPM NaOH, pH 12.8, 전도도 27,400 microS/㎝, QF 1.12)의 품질 계수보다 크다.

비교예 30a, 비교예 30b, 비교예 30c, 비교예 30d, 비교예 30e: 이러한 세트의 실시예는, 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-3)의 경우 (실시예 1에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 탈이온수 (pH 6.8)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 및 하이드로대전)에 이용함으로써, 비교예 30a의 QF (1.66)는 비교예 30b (10 PPM의 NH₄Cl, pH 6.8, 전도도 28.2 microS/㎝, QF 1.61), 비교예 30c (100 PPM의 NH₄Cl, pH 5.8, 전도도 273 microS/㎝, QF 1.39), 비교예 30d (1,000 PPM의 NH₄Cl, pH 5.5, 전도도 2580 microS/㎝, QF 1.28) 및 비교예 30e (5,000 PPM의 NH₄Cl, pH 5.3, 전도도 11,800 microS/㎝, QF 1.01)의 QF보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 31a, 비교예 31b 및 실시예 31a, 실시예 31b: 이러한 세트의 실시예는, 대전 첨가제를 함유하지 않은 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-5)의 경우 (실시예 1에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 10 PPM의 계면활성제 도데실벤젠 소듐 설포네이트를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로서, 실시예 31a (10 PPM 도데실벤젠 소듐 설포네이트, pH 7.9, QF 0.32) 및 실시예 31b (10 PPM 도데실벤젠 소듐 설포네이트 및 100 PPM의 Na₂CO₃, pH 10.2, QF 0.53)는 탈이온수 (pH 7.7) 단독으로 대전된 비교예 31a의 QF (0.23) 및 비교예 31b (10 PPM 도데실벤젠 소듐 설포네이트 및 100 PPM HCl, pH 2.6, QF 0.16)의 QF보다 큰 QF를 가졌음을 입증한다.

비교예 32a, 비교예 32b 및 실시예 32a, 실시예 32b: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-7)의 경우 (실시예 3에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 1 PPM의 NaOH (pH 9.6, 전도도 5.19 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 32a의 QF (1.19)가 탈이온수 (pH 6.3) 단독으로 대전된 비교예 32a의 QF (0.93)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 32b (10 PPM, pH 10.8, 전도도 61.7 microS/㎝, QF 1.48)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 증가하면, QF가 증가한다. 비교예 32b (5,000 PPM, pH 13, 전도도 26,000 microS/㎝, QF 0.88)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 더 증가하면, pH와 전도도 둘 모두가 증가하지만 QF는 실시예 32a에 대해서 감소하는 경향이 있다.

비교예 33 및 실시예 33a, 실시예 33b: 이러한 세트의 실시예는, 0.5 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-8)의 경우, 20 PPM의 NaOH (pH 11)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 33a의 QF (1.40)가 탈이온수 (pH 7.5) 단독으로 대전된 비교예 33의 QF (1.05)보다 커졌다는 것을 입증한다. 동일한 20 PPM의 NaOH 용액 (pH 11)으로 웨브 (BMF-8)를 다시 하이드로대전하면 실시예 33b의 QF (1.62)가 더 증가된다.

비교예 34a, 비교예 34b, 비교예 34c, 비교예 34d, 비교예 34e, 비교예 34f: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-7)의 경우 (실시예 3에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 탈이온수 (pH 6.8)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 비교예 34a의 QF (1.32)는 비교예 34b (1 PPM의 NH₄Cl, pH 6.8, 전도도 3.7 microS/㎝, QF 1.30), 비교예 34c (10 PPM의 NH₄Cl, pH 6.8, 전도도 28.2 microS/㎝, QF 1.25), 비교예 34d (100 PPM의 NH₄Cl, pH 5.8, 전도도 273 microS/㎝, QF 1.12), 비교예 34e (1,000 PPM의 NH₄Cl, pH 5.5, 전도도 2,580 microS/㎝, QF 0.85), 및 비교예 34f (5,000 PPM의 NH₄Cl, pH 5.3, 전도도 11,800 microS/㎝, QF 0.55)의 QF보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 35 및 실시예 35a, 실시예 35b, 실시예 35c: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-9)의 경우 (실시예 4에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 1 PPM의 NaOH (pH 9.6, 전도도 5.19 microS/㎝)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 및 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 35a의 QF (1.91)가 탈이온수 (pH 6.3) 단독으로 대전된 비교예 35의 QF (1.62)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 35b (10 PPM, pH 10.8, 전도도 61.7 microS/㎝, QF 1.85) 및 실시예 35c (1,000 PPM, pH 12.4, 전도도 5,820 microS/㎝, QF 1.62)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 증가하면, pH와 전도도 둘 모두가 증가하지만 QF는 실시예 35a에 대해서 감소하는 경향이 있다.

비교예 36a, 비교예 36b 및 실시예 36a, 실시예 36b: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-11)의 경우 (실시예 4에 사용된 것과 유사함), 1 PPM의 NaOH (pH 9.6, 전도도 5.19 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 36a의 QF (1.10)가 탈이온수 (pH 6.3) 단독으로 대전된 비교예 36a의 QF (0.77)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 36b (10 PPM, pH 10.8, 전도도 61.7 microS/㎝, QF 1.38)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 증가하면, QF가 증가한다. 비교예 36b (5,000 PPM, pH 13, 전도도 26,000 microS/㎝, QF 0.85)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 더 증가하면, pH와 전도도 둘 모두가 증가하지만 QF는 실시예 36a에 대해서 감소하는 경향이 있다.

비교예 37 및 실시예 37a, 실시예 37b, 실시예 37c: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-2를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-12)의 경우 (실시예 6에 사용된 것과 유사함), 1 PPM의 NaOH (pH 9.6, 전도도 5.19 microS/㎝)를 대전 방법-2 (코로나 전처리 및 하이드로대전)에 이용함으로써, 실시예 37a의 QF (1.96)가 탈이온수 (pH 6.3) 단독으로 대전된 비교예 37의 QF (1.52)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 37b (10 PPM, pH 10.8, 전도도 61.7 microS/㎝, QF 1.99)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 증가하면, QF가 증가한다. 실시예 37c (1,000 PPM, pH 12.4 , 전도도 5,820 microS/㎝, QF 1.61)의 하이드로대전 용액에서 NaOH의 양이 더 증가하면, pH와 전도도 둘 모두가 증가하지만, QF는 실시예 37a에 대해서 감소하는 경향이 있지만 비교예 37보다는 훨씬 크다.

비교예 38a, 비교예 38b 및 실시예 38: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-3을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-13)의 경우, 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 38의 품질 계수 (1.68)가 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 38a의 품질 계수 (1.38) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 38b의 품질 계수 (0.58)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 39a, 비교예 39b 및 실시예 39: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-22)의 경우 (실시예 15에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 50 PPM의 CH₃COOH (pH 5.2)와 함께 유기 용매(탈이온수 중의 10 wt% 에탄올)를 함유하는 용액을 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 39의 QF (2.57)는 탈이온수 중의 10 wt% 에탄올 (pH 8.8) 단독으로 대전된 비교예 39a의 QF (1.75) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.3)로 대전된 비교예 39b의 QF (1.34)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 40 및 실시예 40a, 실시예 40b: 이러한 세트의 실시예는, 0.5 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-23)의 경우, 20 PPM의 HCl (pH 3.4)을 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 40a의 QF (2.23)가 탈이온수 (pH 7.7) 단독으로 대전된 비교예 40의 QF (1.85)보다 커졌다는 것을 입증한다. 동일한 20 PPM HCl 용액 (pH 3.4)으로 웨브 (BMF-23)를 다시 하이드로대전하면 실시예 40b의 QF (2.31)가 더 증가된다.

비교예 41 및 실시예 41a, 실시예 41b: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-24)의 경우 (실시예 15에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 10 PPM의 CH₃COOH (pH 6, 전도도 21.6 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 41a의 QF (2.76)가 탈이온수 (pH 7.3) 단독으로 대전된 비교예 41의 QF (2.59)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 41b (100 PPM, pH 4, 전도도 70.6 microS/㎝, QF 2.87)의 하이드로대전 용액에서 CH₃COOH의 양이 증가하면, QF는 증가한다.

비교예 42a, 비교예 42b 및 실시예 42: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-25)의 경우 (실시예 15에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 100 PPM의 CuCl₂ (pH 5.5, 전도도 146.5 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 42의 QF (2.24)는 탈이온수 (pH 6.1) 단독으로 대전된 비교예 42a의 QF (2.13)보다 커졌다는 것을 입증한다. 비교예 42b (5000 PPM, pH 4.5, 전도도 5980 microS/㎝, QF 1.88)의 하이드로대전 용액에서 CuCl₂의 양이 증가하면, QF는 감소한다.

비교예 43a, 비교예 43b 및 실시예 43a, 실시예 43b, 실시예 43c: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-26)의 경우 (실시예 15에 사용된 것과 실질적으로 동등함), 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.6, 전도도 45.3 microS/㎝)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 43a의 품질 계수 (2.34)가 탈이온수 (pH 7.6) 단독으로 대전된 비교예 43의 품질 계수 (2.06)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 43a의 산성의 50 PPM CH₃COOH 하이드로대전 용액에 중성 염 NaCl의 증가하는 양을 첨가함으로써, pH는 약간 감소되지만 전도도는 상당히 증가하며, 실시예 43b (50 PPM CH₃COOH, 50 PPM NaCl, pH 4.4, 전도도 130.2 microS/㎝, QF 2.16), 실시예 43c (50 PPM CH₃COOH, 500 PPM NaCl, pH 4.0, 전도도 280.6 microS/㎝, QF 2.13) 및 비교예 43b (CH₃COOH Na₂CO₃, 5000 PPM NaCl, pH 4.0, 전도도 9230 microS/㎝, QF 1.94)의 QF는 실시예 43a에 비하여 감소한다.

비교예 44a, 비교예 44b 및 실시예 44: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-4를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-27)의 경우, 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 44의 품질 계수 (1.86)는 탈이온수 (pH 8.2) 단독으로 대전된 비교예 44a의 품질 계수 (0.56) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 44b의 품질 계수 (0.85)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 45a, 비교예 45b 및 실시예 45a, 실시예 45b, 실시예 45c: 이러한 세트의 실시예는, 0.1 wt%의 대전 첨가제-9를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-28)의 경우, 100 PPM의 CH₃COOH (pH 3.9)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 45a의 품질 계수 (1.72)가 탈이온수 (pH 7.2) 단독으로 대전된 비교예 45a의 품질 계수 (0.79) 또는 100 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.7)로 대전된 비교예 45b의 품질 계수 (0.37)보다 커졌다는 것을 입증한다. 또한, 0.5 wt%의 대전 첨가제-9를 함유하는 BMF-29의 경우, 동일한 100 PPM의 CH₃COOH 용액 (pH 3.9)으로 하이드로대전시키면 실시예 45b는 더 높은 QF (2.76)를 가졌으며, 마찬가지로 0.5 wt%의 대전 첨가제-9를 함유하는 BMF-30의 경우, 10 PPM의 HCl 용액 (pH 4.2)으로 하이드로대전시키면 마찬가지로 실시예 45c는 실시예 45a보다 더 높은 QF (2.57)를 가졌다.

비교예 46a, 비교예 46b 및 실시예 46: 이러한 세트의 실시예는, 0.5 wt%의 대전 첨가제-11을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-32)의 경우, 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.1)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 46의 품질 계수 (1.83)가 탈이온수 (pH 7.2) 단독으로 대전된 비교예 46a의 품질 계수 (0.26) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5)로 대전된 비교예 46b의 품질 계수 (0.45)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 47a, 비교예 47b 및 실시예 47: 이러한 세트의 실시예는, 0.5 wt%의 대전 첨가제-12를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-33)의 경우, 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.1)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 47의 품질 계수 (1.40)가 탈이온수 (pH 7.2) 단독으로 대전된 비교예 47a의 품질 계수 (0.24) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5)로 대전된 비교예 47b의 품질 계수 (0.39)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 48a, 비교예 48b 및 실시예 48: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-13을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-34)의 경우, 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.1)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 48의 품질 계수 (1.68)가 탈이온수 (pH 7.2) 단독으로 대전된 비교예 48a의 품질 계수 (0.62) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5)로 대전된 비교예 48b의 품질 계수 (0.65)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 49a, 비교예 49b 및 실시예 49: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-14를 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-36)의 경우, 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.5)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 49의 품질 계수 (0.99)가 탈이온수 (pH 7.2) 단독으로 대전된 비교예 49a의 품질 계수 (0.60) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.1)로 대전된 비교예 49b의 품질 계수 (0.49)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 50a, 비교예 50b 및 실시예 50: 이러한 세트의 실시예는 0.5 wt%의 대전 첨가제-1과 0.4 wt%의 대전 첨가제-7을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-38)의 경우, 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 50의 품질 계수 (1.61)가 탈이온수 (pH 7.7) 단독으로 대전된 비교예 50a의 품질 계수 (1.02) 또는 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)로 대전된 비교예 50b의 품질 계수 (0.34)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 51a, 비교예 51b 및 실시예 51a, 실시예 51b: 이러한 세트의 실시예는, 0.5 wt%의 대전 첨가제-1과 0.2 wt%의 대전 첨가제-8을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-39)의 경우, 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4, 전도도 131.8)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 51a의 품질 계수 (1.59)가 탈이온수 (pH 7.7) 단독으로 대전된 비교예 51의 품질 계수 (1.25)보다 커졌다는 것을 입증한다. 실시예 51a의 염기성의 50 PPM Na₂CO₃ 하이드로대전 용액에 중성 염 NaCl의 증가하는 양을 첨가함으로써, pH는 아주 약간 감소되지만 전도도는 상당히 증가하며, 실시예 51b (50 PPM Na₂CO₃, 50 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 230.4 microS/㎝, QF 1.42) 및 비교예 51b (50 PPM Na₂CO₃, 5000 PPM NaCl, pH 10.3, 전도도 9340 microS/㎝, QF 0.77)의 QF는 실시예 51a에 비하여 감소된다.

비교예 52 내지 비교예 56 및 실시예 52 내지 실시예 56: 이러한 세트의 실시예는, 다양한 EFD, 평량 및 섬유 크기 분포(즉, 압출 방법-1 대 압출 방법-2)의, 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-40, BMF-41, BMF-42, BMF-43 및 BMF-44)의 경우, 100 PPM의 Na₂CO₃ (pH 9.2)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 52의 QF (1.77), 실시예 53의 QF (2.19), 실시예 54의 QF (1.77), 실시예 55의 QF (2.55), 및 실시예 56의 QF (2.03)는 모두 탈이온수 (pH 7.0) 단독으로 대전된 상기 실시예들의 상응하는 비교예들, 즉 비교예 52 (0.86), 비교예 53 (0.91), 비교예 54 (0.88), 비교예 55 (1.17) 및 비교예 56 (0.81)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 57a, 비교예 57b 및 실시예 57: 이러한 세트의 실시예는, 0.5 wt%의 대전 첨가제-6 및 0.2 wt%의 대전 첨가제-9를 함유하는, 압출 방법-2를 이용하여 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-45)의 경우, 50 PPM의 CH₃COOH (pH 4.2)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 57의 품질 계수 (3.48)가 탈이온수 (pH 7.7) 단독으로 대전된 비교예 57a의 품질 계수 (3.07) 또는 50 PPM의 Na₂CO₃ (pH 10.4)로 대전된 비교예 57b의 품질 계수 (1.68)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 58 및 실시예 58a: 이러한 세트의 실시예는, 0.8 wt%의 대전 첨가제-5를 함유하는, 압출 방법-2를 이용하여 폴리프로필렌으로 제조된 BMF 웨브 (BMF-46)의 경우, 10 PPM의 CH₃COOH (pH 5.4)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 58의 품질 계수 (3.50)가 탈이온수 (pH 8.8) 단독으로 대전된 비교예 58의 품질 계수 (2.58)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 59a, 비교예 59b 및 실시예 59: 이러한 세트의 실시예는, 1 wt%의 대전 첨가제-1을 함유하는 폴리락티드로 제조된 BMF 웨브 (BMF-51)의 경우, 20 PPM의 NaOH (pH 11)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 59의 품질 계수 (1.42)가 탈이온수 (pH 7.7) 단독으로 대전된 비교예 59a의 품질 계수 (1.10) 또는 20 PPM HCl (pH 3.5)로 대전된 비교예 59b의 품질 계수 (0.48)보다 커졌다는 것을 입증한다.

비교예 60a, 비교예 60b 및 실시예 60: 이러한 세트의 실시예는, 대전 첨가제를 함유하지 않는, 95% 폴리프로필렌과 5% 환형 올레핀 공중합체로 제조된 BMF 웨브 (BMF-52)의 경우, 20 PPM의 NaOH (pH 11)를 대전 방법-1 (하이드로대전 단독)에 이용함으로써, 실시예 60의 품질 계수 (2.21)가 탈이온수 (pH 7.7) 단독으로 대전된 비교예 60a의 품질 계수 (1.77) 또는 20 PPM HCl (pH 3.5)로 대전된 비교예 60b의 품질 계수 (0.70)보다 커졌다는 것을 입증한다.

실시예 61 내지 실시예 66

전술한 계산 화학적 방법을 이용하여, 대전 중심(charging center)의 전자 구조와 관련하여, 전술한 아미노 치환된 방향족 대전 첨가제 (즉, 대전 첨가제 1 내지 대전 첨가제 6 및 대전 첨가제 15)와 동등한 모델 화학 시스템에 대해 PA 및 ΔH _dp를 계산하였다. 이 모델 구조가 하기에 주어지며, 본 발명자들은 요구되는 계산 시간을 축소시키기 위하여 지방족 꼬리(tail)를 절단한다. 지방족 꼬리의 절단을 정당화하기 위하여, 본 발명자들은 꼬리가 대전 중심의 전자 구조에 어떻게 영향을 미치는지를 검토하며, 여기서 대전 중심은 양성자화/탈양성자화 부위이다. 작용기가 방향족 중심의 전자 구조에 영향을 미치는 정도는 해미트-시그마(Hammett-Sigma) 파라미터, σ_p (문헌[Dean, J. A., Physicochemical Relationships. Lange's Handbook of Chemistry, 15th Edition; McGraw-Hill: New York, 1999.])를 통해 이해할 수 있다. R이 CH₃, CH₂CH₃, CH₂CH₂CH₃, 및 CH₂CH₂CH₂CH₃인 경우의 σ_p 값은 각각 -0.17, -0.15, -0.15, 및 -0.16이다. 이들 R기에 대한 σ_p 값의 유사성은 메틸렌 반복기의 수가 대전 중심의 전자 구조에 크게 영향을 미치지 않을 것임을 나타낸다. 화학적으로 상이한 R-기의 예는 R = -H, -CH₃ 및 CO-OCH₃일 것이며, 이들 R-기에 대한 σ_p 값은 각각 0.0, -0.17, 및 0.39이다 (문헌[Dean, J. A., Physicochemical Relationships. Lange's Handbook of Chemistry, 15th Edition; McGraw-Hill: New York, 1999.]).

양성자 친화도:

표 6은, 계산된 PA 및 ΔH _dp에 기초하여, 상이한 pH 대전 유체로 대전된 동등한 대전 첨가제를 함유한 BMF 웨브의 전형적인 QF와 이에 상응하는 바람직한 pH를 제공하는 것 외에도 구조 모델에 대한 PA를 보고한다 (하기에 기재함). 이들 결과는 분자의 PA가 두 가지 방식으로 첨가제의 대전 특성과 잘 상관됨을 시사한다. 첫번째 관찰은, 약 230 kcal/㏖보다 큰 PA 값이 산성수 스프레이로 대전되는 웨브 샘플의 성능을 개선할 것이며 약 230 kcal/㏖ 미만의 PA 값을 갖는 첨가제는 산성수 스프레이와 접촉되는 웨브 샘플의 성능을 개선하지 않는다는 것이다.

탈양성자화 엔탈피 :

표 6은 또한 모든 모델 시스템에 대한 ΔH _dp를 보고한다. 이들 결과는 분자의 ΔH _dp가 PA와 유사한 방식으로 첨가제의 대전 특성과 잘 상관됨을 시사한다. 첫번째 관찰은, 약 335 kcal/㏖ 미만의 ΔH _dp 값은 첨가제가 염기성수 스프레이로 대전되는 웨브 샘플의 성능을 개선할 것이며 약 335 kcal/㏖ 초과의 ΔH _dp 값을 갖는 첨가제는 염기성수 스프레이와 접촉될 때 샘플의 대전 거동을 개선하지 않을 것이라는 것을 나타낸다는 것이다. 본 발명자들은 탈양성자화가 발열 과정이며 따라서 더 작은 수가 바람직함을 주목한다.

상응하는 대전 첨가제를 모델링하기 위해 사용된 화학 화합물.

실시예 67 내지 실시예 110

상기의 특정 대전 첨가제의 특성을 계산하는 것에 더하여, 매우 다양한 대전 첨가제의 대전 특성을 계산하여 대전 첨가제의 화학적 범주를 결정하였다. 화학적 범주를 결정하기 위하여, 화학식 (1)과 화학식 (2)로 상기에 나타난 두 가지 첨가제 부류를 검사하였다. 화학식 (1)은 3개의 (NH)-CH₂-CH₃기가 결합된 방향족 코어가 있는 구조 모델-2를 포함하며, 화학식 (2)는 3개의 파라-치환된 아닐린 유도체에 결합되는 방향족 코어가 있는 구조 모델 3 내지 구조 모델 6을 포함한다. 이들 구조에 대한 방향족 코어는 그들이 상이한 방향족성을 갖도록 선택되며, 화학식 (2)의 R-기는 그들의 전자 끌기/밀어내기 힘(electron withdrawing/releasing power)에 기초하여 선택된다. 방향족 고리는, 방향족성이 증가하는 순서로, 트라이아진, 피리미딘, 피리딘, 및 벤젠이다 (문헌[Shishkin, O. V.; Pichugin, K. Y.; Gorb, L.; Leszczynski, J. 616 J. Mol . Struc . 159 (2002)]). R-기는, 전자-끌기 힘이 증가하는 순서로, (NH)-CH₃, -OH, -O-CH₃, -CH₃, -H, -F, -C(=O)-NH-CH₃, -C(=O)-O-CH₃, CF₃, 및 -NO₂이다. 전자-끌기 강도는 해미트-시그마 파라미터 σ_p로 정량화된다 (문헌[Dean, J. A., Physicochemical Relationships. Lange's Handbook of Chemistry, 15th Edition; McGraw-Hill: New York, 1999]).

PA 및 ΔH _dp 값은 상기에 개시한 화학식 (1) 및 화학식 (2)의 첨가제에 대해 계산되었으며 이는 표 7에 보고된다. 이들 계산에 기초하면, 모든 화학식 (1)의 첨가제 (실시예 67 내지 실시예 70)는 염기성 첨가제인데, 그 이유는 그들의 PA 값이 230 kcal/㏖보다 상당히 크며, 그들의 ΔH _dp 값이 335 kcal/㏖보다 상당히 크기 때문이며 따라서 산성 대전 유체 (pH < 7)보다 더 잘 대전될 것으로 예측된다.

실시예 71 내지 실시예 106의 목적은 R-기의 전자 끌기/밀어내기 힘이 대전 첨가제의 산도 또는 염기도에 어떻게 영향을 미치는지를 보여주고자 하는 것이다. R이 전자 밀어내기 특성, 즉 σ_p < 0.0일 경우 분자는 더 염기성이 되며, R이 전자 공여 특성, 즉 σ_p > 0.0일 경우 첨가제는 더 산성이 된다. 산성 첨가제와 염기성 첨가제 사이의 전이에 대한 σ_p의 정확한 값은 방향족 코어에 좌우된다. 예를 들어, 트라이아진을 갖는 첨가제의 산성과 염기성 사이의 전이는 σ_p ≒ 0 일 때 발생하며, 벤젠 코어를 갖는 첨가제의 산성과 염기성 사이의 전이는 σ_p ≒ 0.32일 때 발생한다.

본 발명은 그 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것에 의해 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위 및 이의 임의의 균등물에 기술된 한계에 의해 좌우되어야 한다.

본 발명은 또한 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소가 없을 경우에 적합하게 실시될 수 있다.

배경기술 단락에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다. 상기 명세서와 그러한 포함된 문헌의 개시 내용 간의 상충 또는 모순이 존재하는 경우에는, 상기 명세서가 우선할 것이다.

Claims

(a) 대전될 중합체성 물품을 제공하는 단계와;
(b) 대전될 중합체성 물품을 하기와 같은 pH와 전도도를 갖는 수성 액체와 접촉시키는 단계 - (i) 물품이 -7.5 ㎷ 이하의 제타 전위를 가지면, 상기 접촉 액체는 7 초과의 pH 및 약 5 내지 9,000 microS/㎝의 전도도를 가지고; (ii) 물품이 -7.5 ㎷ 초과의 제타 전위를 가지면, 상기 접촉 액체는 7 이하의 pH 및 약 5 내지 5,500 microS/㎝의 전도도를 가짐 - 와;
(c) 물품을 건조시키는 단계를 포함하는, 일렉트릿 물품 제조 방법.
제1항에 있어서, 수성 액체는 전도도가 7 내지 3,000 microS/㎝인 방법.
제1항에 있어서, 수성 액체는 전도도가 10 내지 1,000 microS/㎝인 방법.
제1항에 있어서, 중합체성 물품은 230 kcal/㏖ 초과의 양성자 친화도(proton affinity) 및 335 kcal/㏖ 초과의 탈양성자화 엔탈피(enthalpy of deprotonation)를 갖는 N-치환된 아미노 방향족 첨가제를 함유하며, 수성 액체는 pH가 7 이하이고 전도도가 5 내지 5,500 microS/㎝인 방법.
제1항에 있어서, 중합체성 물품은 335 kcal/㏖ 미만의 탈양성자화 엔탈피 및 230 kcal/㏖ 미만의 양성자 친화도를 갖는 아미노-치환된 방향족 첨가제를 함유하며, 수성 액체는 pH가 7 초과이고 전도도가 5 내지 9,000 microS/㎝인 방법.
제1항에 있어서, 중합체성 물품은 실온에서 체적 저항률이 10¹⁴ ohm-㎝ 이상인 중합체성 재료를 포함하는 방법.
제6항에 있어서, 체적 저항률이 약 10¹⁶ohm-㎝ 이상인 방법.
제6항에 있어서, 중합체성 물품은, 섬유를 포함하고 평량이 약 2 내지 500 g/㎡이고 두께가 약 0.25 내지 20 ㎜이고 고형도(solidity)가 약 1 내지 25%인 부직 웨브의 형태인 방법.
제8항에 있어서, 부직 웨브는 평량이 약 20 내지 150 g/㎡이고 두께가 약 0.5 내지 2 ㎜이고 고형도가 약 3 내지 10%인 방법.
제1항에 있어서, 대전될 중합체성 물품은 하기 화학식 (1) 또는 화학식 (2)의 화합물을 포함하는 첨가제를 포함하는 방법:

(여기서, Ar은 0 내지 3개의 질소 원자에 의해 치환된 3가 방향족 기이며, n은 1 내지 20의 정수이며, 각각의 R은 독립적으로 약 20개 미만의 비-수소 비-금속 원자를 갖는 기일 수 있음).
제10항에 있어서, 각각의 R은 독립적으로 수소, 할로겐, 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 할로겐 치환된 알킬, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 에스테르, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 치환된 아민, 및 그 조합일 수 있는 방법.
제1항에 있어서, 수성 액체는 정제수를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 수성 액체는 60 부피%의 물을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 수성 액체는 80 부피%의 물을 포함하며 일렉트릿 물품은 pH가 연속적으로 측정되는 연속 공정에 의해 제조되는 방법.
제1항에 있어서, 건조 단계는 진공, 가열, 또는 그 조합을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 중합체성 물품은 폴리프로필렌을 포함하는 미세섬유를 포함하는 섬유질 부직 웨브인 방법.
제16항에 있어서, 미세섬유는 멜트블로운 미세섬유인 방법.
제16항의 부직 웨브를 필터 카트리지 또는 마스크 본체 내로 두는 단계를 포함하는, 필터 요소 제조 방법.
제16항의 부직 웨브를 사람의 코와 입 위에 착용되도록 구성된 마스크 본체 내에 두는 단계를 포함하며, 부직 웨브는 여과될 공기가 호흡 기구의 사용자에 의해 흡입되기 전에 부직 웨브를 통과하도록 마스크 본체 내에 배치되는, 호흡 기구 제조 방법.
(a) 실온에서 10¹⁴ ohm-㎝ 이상의 체적 저항률을 갖는 섬유를 포함하는 부직 웨브를 제공하는 단계와;
(b) 부직 웨브를 하기와 같은 pH와 전도도를 갖는 수성 액체와 접촉시키는 단계 - (i) 물품이 -7.5 ㎷ 이하의 제타 전위를 가지면, 상기 접촉 액체는 7 초과의 pH 및 약 5 내지 9,000 microS/㎝의 전도도를 가지고; (ii) 물품이 -7.5 ㎷ 초과의 제타 전위를 가지면, 상기 접촉 액체는 7 이하의 pH 및 5 내지 5,500 microS/㎝의 전도도를 가짐 - 와;
(c) 부직 웨브를 건조시키는 단계를 포함하는, 섬유질 일렉트릿 물품 제조 방법.
제20항에 있어서, 부직 웨브는 미세섬유를 포함하며 1.5/㎜H₂O 이상의 품질 계수(quality factor)를 나타내는 방법.
제21항에 있어서, 나타난 품질 계수는 2 ㎜H₂O^-1 이상인 방법.