MX2011010443A - Auxiliares de procesamiento para redes olefinicas, incluyendo redes de electreto. - Google Patents

Abstract

Se describen los métodos de preparación de redes poliméricas que incluyen el mezclado por fusión en caliente de las resinas termoplásticas y los auxiliares de procesamiento. Los auxiliares de procesamiento incluyen oligómeros de succinimida N-sustituida, de amina impedida. Las redes preparadas a partir de las mezclas pueden estar en la forma de películas o redes fibrosas no tejidas. Las redes microfibrosas no tejidas son útiles como medios de filtración. Entre las redes poliméricas producidas están las redes de electreto. Los auxiliares de procesamiento también funcionan como aditivos aumentadores de carga para las redes de electreto.

Description

AUXILIARES DE PROCESAMIENTO PARA REDES OLEFINICAS, INCLUYENDO REDES DE ELECTRETO Campo de la Invención Esta descripción se refiere a los auxiliares de procesamiento para preparar redes, incluyendo redes fibrosas no tejidas tales como redes de microfibras termoplásticas no tejidas, incluyendo redes de electreto que contienen aditivos aumentadores de carga y los métodos para preparación y uso de los mismos.

Antecedentes de la Invención Una variedad de métodos de procesamiento son utilizados para procesar materiales poliméricos, especialmente materiales olefínicos poliméricos, para preparar artículos. Muchos de estos métodos de procesamiento involucran el uso de calor, presión, o una combinación de los mismos. Los ejemplos de métodos de procesamiento utilizados incluyen, por ejemplo, extrusión por fusión en caliente y moldeo por inyección. Entre los artículos preparados mediante las técnicas de extrusión por fusión en caliente están las redes poliméricas. Los ejemplos de las redes poliméricas útiles incluyen películas y redes fibrosas no tejidas. Entre los usos para tales redes poliméricas están los artículos de electreto.

Un electreto es un material dieléctrico que muestra REF.224264 una carga eléctrica casi permanente. Los electretos son útiles en una variedad de dispositivos que incluyen, por ejemplo, películas de adherencia, filtros de aire, piezas frontales de filtración, y respiradores, y como elementos electrostáticos en dispositivos electroacústicos tales como micrófonos, bocinas telefónicas y registradores electrostáticos .

El funcionamiento de las redes microfibrosas utilizadas para la filtración de aerosol puede ser mejorado por la impartición de una carga eléctrica a las fibras, formando un material de electreto. En particular, los electretos son efectivos en el mejoramiento de la captura de partículas en filtros de aerosol. Son conocidos un número de métodos para formar materiales de electreto en redes microfibrosas . Tales métodos incluyen, por ejemplo, el bombardeo de las fibras sopladas en forma fundida, conforme éstas salen de los orificios de la matriz, conforme las fibras son formadas, con partículas eléctricamente cargadas tales como electrones o iones. Otros métodos incluyen, por ejemplo, la carga de las fibras después de que la red es formada, por medio de una descarga en corona de DC, o la impartición de una carga a un mallado de fibras por medio de cardado y/o unión con agujas (tribocarga) . Recientemente, ha sido descrito un método en el cual chorros de agua o una corriente de gotitas de agua chocan sobre una red no tejida a una presión suficiente para proporcionar carga de electreto mejoradora de la filtración (hidrocarga) .

Breve Descripción de la Invención En esta descripción, se presentan los métodos para preparar redes poliméricas. Entre las redes poliméricas descritas están las redes de electreto.

En algunas modalidades, se describe un método para preparar una red que comprender preparar una mezcla que comprende una resina termoplástica, y un auxiliar de procesamiento, el auxiliar de procesamiento comprende un oligómero de succinimida N-sustituida de amina impedida, el mezclado por fusión en caliente de la mezcla, en donde la viscosidad del fundido de la mezcla del auxiliar de procesamiento y la resina termoplástica, es menor que la viscosidad del fundido de la resina termoplástica sin auxiliar de procesamiento; y la formación de una red a partir de la mezcla fundida en caliente.

En algunas modalidades, la red polimérica es una red de electreto, y el método comprende preparar una mezcla que incluye una resina termoplástica y un auxiliar de procesamiento, el auxiliar de procesamiento comprende un oligómero de succinimida N-sustituida, de amina impedida, el mezclado por fusión en caliente de la mezcla, formando una red a partir de la mezcla fundida en caliente, y cargar electrostáticamente la red.

También, se describe los medios de filtro de electreto que comprenden una red de microfibras no tejidas que comprenden una mezcla de una resina termoplástica, y un aditivo aumentador de carga que comprende un oligómero de succinimida N- sustituida, de amina impedida.

Descripción Detallada de la Invención Se describen los métodos para preparar redes poliméricas, las cuales son mezclas de resinas termoplásticas y un auxiliar de procesamiento. Típicamente, las resinas termoplásticas son materiales poliolefínicos . Los auxiliares de procesamiento permiten la formación más fácil de la red. El auxiliar de procesamiento es un oligómero de succinimida N-sustituida , de amina impedida. Cuando los auxiliares de procesamiento son utilizados para preparar redes de electreto, los auxiliares de procesamiento también proporcionan redes que pueden mostrar propiedades mejoradas sobre las redes preparadas con las resinas termoplásticas solas. De este modo, el auxiliar de procesamiento no solamente ayuda en el procesamiento de la resina termoplástica sino también sirve como un aditivo aumentador de carga en la red de electreto formada.

Las redes poliméricas pueden estar en una variedad de formas. Por ejemplo la red puede ser una película continua o discontinua, o una red fibrosa. Las redes fibrosas pueden ser particularmente útiles para la formación de artículos de electreto, tales como los medios de filtración. En algunas modalidades la red es una red microfibrosa no tejida. Las microfibras son típicamente de 1-100 micrómetros, o más típicamente de 2-30 micrómetros de diámetro efectivo (o el diámetro promedio si se mide mediante un método tal como microscopía electrónica de exploración) y las microfibras no necesitan una sección transversal circular .

Los términos "un", "uno", "una", y "el" y "la" son utilizados intercambiablemente con "al menos uno o una" para dar entender uno o más de los elementos que son descritos.

El término electreto se refiere a un material que muestra una carga eléctrica casi permanente.

Como se utiliza en la presente el término "oligómero" se refiere a un compuesto con un número limitado de unidades repetidas. Esto es en contraste a un polímero el cual, al menos en principio, contiene un número no enlazado de unidades repetidas. En general, los oligómeros contienen de 1 a 100 unidades repetidas.

El término "amina impedida" se refiere a los grupos amina que están estéricamente impedidos por grupos sustituyentes . Los ejemplos de aminas impedidas se describe, por ejemplo, en Patente de los Estados Unidos No. 3,925,376 (Chalmers et al) .

El término "succinimida" se refiere a una imida heterocíclica de la estructura general de la Fórmula 1: Formula 1 en donde R1, R2, y R3 son todos átomos de hidrógeno. El término "Succinimida N-sustituida" se refiere a las moléculas de la Fórmula 1 en donde R1 es un grupo diferente del hidrógeno.

Como se utiliza en la presente los términos "poliolef ina" y "poliolefínico" cuando se utilizan para discutir los polímeros, se refieren a los polímeros preparados a partir de los monomeros de olefina o de alqueno. Los polímeros de poliolefina incluyen polímeros basados en polipropileno, polietileno, poli-4-metil-l-penteno, olefinas poli -cíclicas , y similares.

Como se utilizan en la presente los términos "basado en propileno" y "basado en polipropileno" cuando se utilizan para discutir los polímeros, incluyen los homopolímeros de polipropileno y los copolímeros que contienen propileno, donde el propileno es el componente principal .

El término "alquilo" se refiere a un grupo monovalente que es un radical de un alcano, el cual es un hidrocarburo saturado. El grupo alquilo puede ser lineal, ramificado, cíclico, combinaciones de los mismos y típicamente tiene 1 a 20 átomos de carbono. En algunas modalidades, el grupo alquilo contiene 1 a 18, 1 a 12, l a 10, l a 8, l a 6, ó l a 4 átomos de carbono. Los ejemplos de grupos alquilo incluyen, pero no están limitados a, metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, ter-butilo (t-butilo) , n-pentilo, n-hexilo, ciclohexilo, n-heptilo, n-octilo, y etilhexilo.

El término "alquenilo" se refiere a un grupo monovalente que es un radical de un alqueno, el cual es un hidrocarburo con al menos un doble enlace carbono-carbono . El alquenilo puede ser lineal, ramificado, cíclico o combinaciones de los mismos, y típicamente contiene 2 a 20 átomos de carbono. En algunas modalidades, el alquenilo contiene 2 a 18, 2 a 12, 2 a 10, 4 a 10, 4 a 8, 2 a 8, 2 a 6, Ó 2 a 4 átomos de carbono. Los grupos alquenilo ejemplares incluyen etenilo, n-propenilo, y n-butenilo.

El término "alquinilo" se refiere un grupo monovalente que es un radical de un alquino, el cual es un hidrocarburo con al menos un triple enlace carbono-carbono . El alquinilo puede ser lineal, ramificado, cíclico o combinaciones de los mismos, y típicamente contiene 2 a 20 átomos de carbono. En algunas modalidades, el alquinilo contiene 2 a 18, 2 a 12, 2 a 10, 4 a 10, 4 a 8, 2 a 8, 2 a 6, ó 2 a 4 átomos de carbono. Los grupos alquinilo ejemplares incluyen etinilo, n-propinilo, y n-butinilo.

El término "heteroalquilo" se refiere a un grupo alquilo, el cual contiene heteroátomos . Estos heteroátomos pueden ser átomos sobresalientes, por ejemplo, halógenos tales como flúor, cloro, bromo o yodo, o átomos catenarios tales como nitrógeno, oxígeno o azufre. Un ejemplo de un grupo heteroalquilo es un grupo polioxialquilo tal como -CH2CH2 (OCH2CH2) nOCH2CH3.

El término "alquilo sustituido" se refiere a un grupo alquilo que contiene sustituyentes a lo largo de la cadena principal de hidrocarburo. Estos sustituyentes pueden ser grupos alquilo, grupos heteroalquilo o grupos arilo. Un ejemplo del grupo alquilo sustituido es un grupo bencilo.

El término "arilo" se refiere a un grupo carbocíclico aromático que es un radical que contiene 1 a 5 anillos que pueden estar conectados o fusionados. El grupo arilo puede estar sustituido con grupos alquilo o heteroalquilo. Los ejemplos de grupos arilo incluyen grupos fenilo, grupos naftaleno y los grupos antraceno.

El término "alquileno" se refiere a un grupo divalente que es un radical de un alcano, el cual es un hidrocarburo saturado. El alquileno puede ser lineal, ramificado, cíclico, o combinaciones de los mismos, y típicamente tiene 1 a 20 átomos de carbono. En algunas modalidades, el grupo alquileno contiene l a l8, l a 12, l a 10, l a 8, l a 6, ó l a 4 átomos de carbono. Los ejemplos de grupos alquileno incluyen, pero no están limitados a, metileno (-CH2-), etileno (-CH2CH2-), y similares. Los grupos alquileno pueden estar sustituidos con los grupos alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido o arilo sustituido.

Los términos "polímero" y "material polimérico" se refieren a materiales preparados a partir de un monómero tal como un homopolímero o bien a materiales preparados a partir de dos o más monómeros, tales como un copolímero, terpolímero, o similares. De igual modo, el término "polimerizar" se refiere al proceso de elaboración de un material polimérico que puede ser un homopolímero, copolímero, terpolímero, o similares. Los términos "copolímero" y "material copolimérico" se refieren a un material polimérico preparado a partir de al menos dos monómeros .

Los términos "temperatura de la habitación" y "temperatura ambiente" son utilizados intercambiablemente para dar a entender las temperaturas en el intervalo de 20°C a 25°C.

El término "procesable por fusión en caliente" como se utiliza en la presente, se refiere a una composición que puede transformarse, por ejemplo, mediante calor y presión a partir de un sólido a un fluido viscoso. La composición debe ser capaz de ser susceptible de ser procesada por fusión en caliente sin ser sustancialmente transformada químicamente, o hecha no utilizable para la aplicación pretendida.

A no ser que se indique de otro modo, todos los números que expresan tamaños de características, cantidades y propiedades físicas utilizados en la especificación y en las reivindicaciones, debe entenderse que son modificados en todos los casos por el término "aproximadamente" . En consecuencia, a no ser que se indique lo contrario, los números descritos son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas utilizando las enseñanzas descritas en la presente.

Las redes poliméricas son típicamente preparadas mediante procesos de fusión en caliente, incluyendo técnicas microfibras sopladas (BMF) . En los procesos de fusión en caliente que utilizan un extrusor, se agregan resinas termoplásticas y aditivos deseados al extrusor caliente, se someten a calor, a presión y a fuerzas de corte dentro del extrusor, y luego salen del extrusor a través de la matriz. Las propiedades del material de las resinas termoplásticas determinan la temperatura, la configuración del husillo, y la velocidad del husillo adecuada para extruir las resinas, y por lo tanto dictan la velocidad de extrusión que puede ser alcanzada utilizando esa resina. En algunos procesos de extrusión por fusión en caliente los auxiliares de procesamiento son agregados, los cuales reducen la viscosidad del fundido de la resina fundida y por lo tanto pueden proporcionar rendimiento incrementado, temperaturas de procesamiento reducidas, e incluso la habilidad para utilizar resinas que podrían no ser de otro modo utilizadas.

Los auxiliares de procesamiento de la presente descripción, cuando se utilizan con resinas termoplásticas poliolefínicas , reducen la viscosidad del fundido caliente de las resinas termoplásticos fundidas y por lo tanto permiten el procesamiento más fácil. Típicamente, la reducción en la viscosidad del fundido caliente proporciona tres beneficios para ayudar a controlar la reología de los materiales durante el procesamiento. Estos tres beneficios son: la habilidad para hacer más rápido las redes poliméricas ; la habilidad para procesar los materiales a una menor temperatura que la que sería de otro modo posible sin el auxiliar el proceso; y la habilidad para utilizar materiales que de otro modo no podrían ser prácticamente procesables.

En general, la resina termoplástica es una resina termoplástica poliolefínica . El uso del auxiliar de procesamiento provoca una reducción en la viscosidad del fundido caliente de la resina termoplástica poliolefínica . Típicamente, la última zona del extrusor es la temperatura más alta. Es deseable que esta temperatura sea tan baja como sea posible. En algunas modalidades, la resina termoplástica poliolefínica es basada en polipropileno. En estas modalidades, los beneficios del auxiliar de procesamiento son típicamente más pronunciados. Típicamente, muchas resinas termoplásticas basadas en polipropileno son procesadas por fusión en caliente a una temperatura de aproximadamente 200-400°C, más típicamente 250-350°C. Cuando se utiliza el auxiliar de procesamiento, la viscosidad del fundido caliente de la resina termoplástica a una temperatura de aproximadamente 290°C o más alta es dramáticamente reducida a partir de la viscosidad de la resina termoplástica sola. En algunas modalidades, la viscosidad por fusión en caliente a una temperatura dada es reducida por 20%, 30%, o incluso 50% o más de aquella de la resina termoplástica sin el auxiliar de procesamiento. Esta reducción dramática de la viscosidad en el intervalo deseado de la temperatura de procesamiento, permite una velocidad de procesamiento incrementada. La velocidad de procesamiento para producir redes poliméricas es algunas veces denominada como rendimiento, para describir la velocidad a la cual los materiales pueden pasar a través del proceso de extrusión y producir redes poliméricas. El incremento del rendimiento permite que la preparación de las redes sea llevada a cabo a una velocidad más rápida, haciendo redes mejoradas, costo reducido o ambos.

Además, del incremento de la velocidad de procesamiento, el uso del auxiliar de procesamiento puede también permitir el uso del procesamiento a menor temperatura que el que podría ser de otro modo posible, o el uso de materiales que de otro modo podrían no ser utilizados. Algunos grados de polímeros basados en polipropileno no pueden ser procesados en el intervalo de temperatura de procesamiento deseable, descrito anteriormente. Algunos de estos materiales requieren temperaturas mucho más altas, incluso hasta de 400°C o más altas, para lograr una viscosidad procesable. Estas temperaturas no son prácticas o incluso imposibles de alcanzar para preparar redes poliméricas. El uso del auxiliar de procesamiento puede reducir las temperaturas requeridas para procesar estos materiales, y permitir que los materiales sean utilizados en procesos donde éstos de otro modo no serían útiles. Por ejemplo, el uso de un polipropileno de flujo del fundido bajo, tal como un material con un índice de flujo del fundido de menos de 25, para hacer microfibras sopladas con un diámetro de fibra efectivo de 10 micrómetros o menos, podría ser comercialmente no práctico sin el uso de un auxiliar de procesamiento.

Mientras que no se desee estar comprometido por alguna teoría, se cree que el auxiliar de procesamiento provoca una caída en el peso molecular del material basado en polipropileno, lo cual permite la caída en la viscosidad del fundido caliente. Este efecto es muy pronunciado en la preparación de redes de electreto, especialmente redes de electreto de microfibras preparadas mediante procesos de soplado en forma fundida. Con los procesos de soplado en forma fundida, es deseada una viscosidad de flujo del fundido relativamente baja, para formar fibras con un diámetro de fibra efectivo en el intervalo de 1-100 micrómetros, especialmente para formar fibras con un diámetro de fibra efectivo por debajo de 10 micrómetros.

Los materiales basados en peróxido podrían ser utilizados como auxiliares de procesamiento para reducir la viscosidad del flujo del fundido de los polímeros olefínicos, especialmente polipropileno, pero los auxiliares de proceso basados en peróxido son más problemáticos debido a los problemas inherentes de seguridad y de manejo asociados con los peróxidos. Una ventaja adicional de los auxiliares de proceso de la presente descripción es que, no solamente éstos son más seguros de manejar y de utilizar, sino que también pueden funcionar en muchos casos como antioxidantes, proporcionando un beneficio agregado a la red polimérica formada .

Ya que algunas modalidades de los materiales utilizados como auxiliares de proceso en esta descripción son vendidos como estabilizadores de los polímeros, es sorprendente que éstos funcionen como auxiliares de procesamiento para polímeros olefínicos. Aún más sorprendente es que estos auxiliares de proceso no solamente ayuden en el procesamiento de redes poliméricas, incluyendo redes de electreto, sino también que éstos funcionen como aditivos de funcionamiento de carga para las redes de electreto.

Entre las redes poliméricas útiles que pueden ser preparadas mediante los métodos de esta descripción están las redes de electreto. Las redes de electreto de la presente descripción comprenden resinas termoplásticas y auxiliares de procesamiento que son mezclados y extruidos. Estos auxiliares de procesamiento tienen la característica agregada inesperada de servir como aditivos aumentadores de carga en las redes de electreto formadas.

Las resinas termoplásticas útiles para preparar las redes de electreto incluyen cualquier polímero no conductor termoplástico capaz de retener una alta cantidad de carga electrostática atrapada, cuando son formados en una red y cargadas. Típicamente, tales resinas tienen una resistividad de corriente directa (DC) mayor de 1014 ohmio-cm a la temperatura de uso pretendido. Los polímeros capaces de adquirir una carga atrapada incluyen las poliolefinas tales como los polímeros basados en polipropileno, polietileno, olefinas poli -cíclicas y poli-4-metil-l-penteno; cloruro de polivinilo; poliestireno; policarbonatos ; poliésteres, incluyendo poliláctidos ; y polímeros y copolímeros perfluorados . Los materiales particularmente útiles incluyen polímeros basados en polipropileno, poli-4-metil-l-penteno, olefinas poli -cíclicas , mezclas de los mismos o copolímeros formados a partir de al menos uno de propileno y 4-metil-l-penteno.

En general, los polímeros termoplásticos útiles están caracterizados por la descripción "índice de flujo del fundido". El índice del Flujo del Fundido (MFI, por sus siglas en inglés) , es una medida de la facilidad del flujo del fundido de un polímero termoplástico . Éste es definido como la masa del polímero en gramos que fluyen en 10 minutos a través de un capilar de diámetro específico y longitud específica, por una presión aplicada vía los pesos gravimétricos alternativos, prescritos, para temperaturas prescritas alternativas. El método es dado en ASTM D1238 e ISO 1133. Típicamente, el índice de flujo del fundido para el polipropileno es medido a 230°C.

Los ejemplos de resinas termoplásticas adecuadas incluyen, por ejemplo, las resinas de polipropileno: ESCORENE PP 3746G comercialmente disponible de Exxon-Mobil Corporation, Irving, TX; TOTAL PP3960, TOTAL PP3860, y TOTAL PP3868 comercialmente disponible de Total Petrochemicals USA Inc., Houston, TX; y METOCENE MF 650 comercialmente disponible de LyondellBasell Industries, Inc., Rotterdam, Holanda; la resina de poli - -metil - 1 -penteno : TPX-MX002 coraercialmente disponible de Mitsui Chemicals, Inc., Tokyo, Japón; y la resina de olefina poli -cíclica : TOPAS-6013 comercialmente disponible de TOPAS Advanced Polímeros, Frankfurt, Alemania.

Los auxiliares de procesamiento son oligómeros de succinimida N-sustituida, de amina impedida. Los oligómeros de succinimida N-sustituida , de amina impedida pueden ser descritos como poseedores de unidades repetidas con la estructura general de la Fórmula 2, mostrada en seguida: Fórmula 2 en donde el grupo R1 comprende un grupo de amina impedida; los grupos R4 y R7 independientemente comprenden los grupos de enlace de alquileno de alquileno sustituido, que se enlazan a otro anillo de succinimida o son grupos terminales de alquilo ; los grupos R5 y R6 independientemente comprenden un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo alquenilo, un grupo alquinilo", un grupo arilo, un grupo heteroalquilo, un grupo alquilo sustituido, o un grupo arilo sustituido. En general, los auxiliares de procesamiento pueden contener 1 o más unidades repetidas, en general 100 o menos unidades repetidas, es decir, los grupos R4 y R7 enlazan entre sí hasta 100 unidades de la Fórmula 2. En algunas modalidades, el auxiliar de procesamiento comprende 50, 30 o menos unidades repetidas, 25 o menos unidades repetidas, 20 o menos unidades repetidas, o incluso 10 o menos unidades repetidas.

Una variedad de diferentes materiales que son descritos por la Fórmula 2 son útiles como auxiliares de procesamiento que también funcionan como aditivos aumentadores de carga. Tales aditivos son algunas veces denominados como "succinimidas" debido a que cuando R1, R4, R5, R6, y R7 en la Fórmula 2 son átomos de hidrógeno, la molécula es conocida como succinimida. Las succinimidas adecuadas incluyen, por ejemplo, succinimidas de la Fórmula 2 donde R1 comprende un grupo de amina impedida. Típicamente, estos grupos de amina impedida son grupos cíclicos con grupos alquilo que estéricamente bloquean el nitrógeno de la amina.

Los grupos R5 y R6 de la Fórmula 2 pueden ser independientemente átomos de hidrógeno, los grupos alquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, o arilo sustituido. Típicamente, éstos son átomos de hidrógeno. Los grupos R4 y R7 independientemente comprenden los grupos de enlace de alquileno o alquileno sustituido, que se enlazan a otro anillo de succinimida o a los grupos alquilo terminales. En algunas modalidades, el auxiliar de procesamiento que funciona como un aditivo aumentador de carga donde R1 comprende un anillo heterocíclico de 6 miembros, sustituido con alquilo tal como el grupo 2 , 2 , 6 , 6-tetrametilpiperidina, donde el grupo R1 está enlazado al átomo de nitrógeno del anillo de succinimida en la posición 3, 4, ó 5 sobre el anillo de piperidina. En una modalidad particularmente adecuada, el auxiliar de procesamiento que funciona como un aditivo aumentador de carga es comercialmente disponible como "UVINUL 5050H" de BASF, Ludwigshafen, Alemania. La estructura de este aditivo es mostrada en la Fórmula 3 (siguiente) . Se reporta que este material tiene un peso molecular de 3,000-4,000 gramos/mol, lo cual implica que el número de unidades repetidas n, para el oligómero es aproximadamente 5 a 7.

Fórmula 3 Típicamente, el auxiliar de procesamiento es mezclado con la resina termoplástica en cantidades de hasta aproximadamente 10 %, más típicamente en el intervalo de 0.1 a 5% en peso, con base en el peso total de la mezcla. En algunas modalidades, el auxiliar de procesamiento está presente en una cantidad en el intervalo de 0.1 a 3% en peso 6 0.25 a 2 % en peso .

La mezcla de la resina termoplástica y el auxiliar de procesamiento puede ser preparada mediante métodos bien conocidos. Típicamente, la mezcla es procesada utilizando técnicas de extrusión por fusión, de modo que la mezcla puede ser pre-mezclada para formar pellas en un proceso por lotes, o la resina termoplástica y el auxiliar de procesamiento pueden ser mezclados en un extrusor en un proceso continuo. Donde se utiliza un proceso continuo, la resina termoplástica y el auxiliar de procesamiento pueden ser pre-mezclados como sólidos, o agregados separadamente al extrusor y se dejan mezclar en el estado fundido.

Los ejemplos de los mezcladores por fusión que pueden ser utilizados para formar pellas pre-mezcladas , incluyen aquellos que proporcionan el mezclado dispersivo, mezclado distributivo, o una combinación de mezclado dispersivo y distributivo. Los ejemplos de los métodos por lotes incluyen aquellos que utilizan un equipo de mezclado interno y de molienda por rodillo BRABENDER (por ejemplo, un BRABENDER PREP CENTER, comercialmente disponible de CW. Brabender Instruments, Inc.; South Hackensack, NJ) o BANBURY (por ejemplo equipo disponible de Farrel Co . ; Ansonia, CT) . Después del mezclado por lotes, la mezcla creada puede ser inmediatamente apagada y almacenada por debajo de la temperatura de fusión de la mezcla para el procesamiento posterior .

Los ejemplos de métodos continuos incluyen la extrusión por tornillo simple, extrusión por tornillo gemelo, extrusión por disco, extrusión por tornillo simple de movimiento alternante, y extrusión por tornillo simple de barril de espiga. Los métodos continuos pueden incluir la utilización de elementos distributivos, tales como mezcladores de transferencia de cavidad (por ejemplo CTM, comercialmente disponible de RAPRA Technology, Ltd. ; Shrewsbury, Inglaterra) y los elementos de mezclado por espiga, elementos de mezclado estático o elementos de mezclado dispersivo (comercialmente disponible de por ejemplo, los elementos mezcladores MADDOC o los elementos mezcladores SAXTON) .

Los ejemplos de extrusores que pueden ser utilizados para extruir las pellas pre-mezcladas preparadas mediante un proceso por lotes, incluyen los mismos tipos de equipo descrito anteriormente para el procesamiento continuo. Las condiciones de extrusión útiles son en general aquellas que son adecuadas para la extrusión de la resina sin el auxiliar de procesamiento, aunque como se discutió previamente, el uso del auxiliar de procesamiento da mayor flexibilidad en la elección de las condiciones de procesamiento .

La mezcla extruida de la resina termoplástica y el auxiliar de procesamiento puede ser vaciada o recubierta en películas o láminas y puede ser soplada en forma fundida en redes fibrosas no tejidas utilizando técnicas conocidas. Las redes microfibrosas no tejidas, sopladas en forma fundida, son particularmente útiles como medios de filtración.

Los filtros de electreto microfibrosos , no tejidos, soplados en forma fundida, son especialmente útiles como un elemento de filtro de aire de un respirador, tal como una pieza frontal de filtración, o para propósitos tales como acondicionadores de aire doméstico e industrial, limpiadores de aire, aspiradoras, filtros médicos de línea de aire, y sistemas de aire acondicionado para vehículos y equipos comunes, tales como computadoras, unidades de disco de computadora, y equipo electrónico. En algunas modalidades, los filtros de electreto son combinados con un montaje de respirador para formar un dispositivo respirador diseñado para ser utilizado por una persona. En los usos de respirador, los filtros de electreto pueden estar en la forma de respiradores de media cara moldeados, chapados o plegados, cartuchos reemplazables o canastillas reemplazables, o pre- filtros .

Las microfibras sopladas en forma fundida, útiles en la presente descripción, pueden ser preparadas cómo se •describen en Van A. Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers," Industrial Engineering Chemistry, vol . 48, pp. 1342-1346 y en el Reporte No. 4364 del Naval Research Laboratories, publicado el 25 de Mayo de 1954, titulado "Manufacture of Super Fine Organic Fibers" por Van A. Wente et al.

Las microfibras sopladas en forma fundida, útiles para filtros de electretos fibrosos, tienen típicamente un diámetro de fibra efectivo de aproximadamente 1-100 micrómetros, más típicamente de 2 a 30 micrómetros, en algunas modalidades de aproximadamente 7 a 15 micrómetros, como es calculado de acuerdo al método descrito en Davies, C. N. , "The Separation of Airborne Dust and Partióles, " Institution of Mechanical Engineers, London, Proceedings IB, 1952.

Las fibras desmenuzadas pueden también estar presentes en la red. La presencia de fibras desmenuzadas proporciona en general una red menos densa, más esponjosa, que una red únicamente de microfibras sopladas. En general, no más de aproximadamente 90 por ciento en peso de las fibras desmenuzadas están presentes, más típicamente no más de aproximadamente 70 por ciento en peso. Los ejemplos de redes que contienen las fibras desmenuzadas se describen en la Patente de los Estados Unidos No. 4,118,531 (Hauser) .

El material sorbente en partículas tal como carbón activado o alúmina, puede también ser incluido en la red. Tales partículas pueden estar presentes en cantidades hasta de aproximadamente 80 por ciento en volumen de los contenidos de la red. Los ejemplos de redes cargadas con partículas son descritos, por ejemplo en la Patente de los Estados Unidos No. 3,971,373 (Braun) , Patente de los Estados Unidos No. 4,100,324 (Anderson) y Patente de los Estados Unidos No. 4,429,001 (Kolpin et al) .

Pueden ser- mezclados diversos aditivos opcionales con la composición termoplástica incluyendo, por ejemplo, pigmentos, estabilizadores de luz, antioxidantes primarios y secundarios, desactivadores metálicos, aminas impedidas, fenoles impedidos, sales metálicas de ácidos grasos, fosfitos de triéster, sales de ácido fosfórico, compuestos que contienen flúor, y combinaciones de los mismos. Además, otros aditivos aumentadores de carga pueden ser combinados con la composición termoplástica. Los posibles aditivos de carga incluyen oligómeros o compuestos de triazina orgánicos, térmicamente estables, cuyos compuestos u oligoméricos contienen al menos un átomo de nitrógeno además de aquellos en el anillo de triazina, ver por ejemplo, Patentes de los Estados Unidos Nos. 6,268,495, 5,976,208, 5,968,635, 5,919,847, y 5,908,598 a Rousseau et al. Otro aditivo conocido para mejorar los electretos es "CHIMASSORB 944 LF: (poli [ [6- (1 , 1 , 3 , 3 , -tetrametilbutil) amino] -s-triazin-2,4-diil] [ [(2,2,6, 6-tetrametil-4-piperidil) imino] hexametileno [ (2 , 2 , 6 , 6 -tetrametil-4 -piperidol ) imino] ] ) , disponible de Ciba Specialty Chemicals, Inc. Los aditivos aumentadores de carga pueden ser compuestos amino aromáticos N-sustituidos , particularmente compuestos sustituidos con tri-amino, tales como la 2 , 4 , 6 -trianilino-p- (carbo-2 ' -etilhexil- 1 ' -oxi) - 1 , 3 , 5 -triazina comercialmente disponible como "UVINUL T-150" de BASF, Ludwigshafen, Alemania. Otro aditivo de carga es la 2 , 4 , 6-tris- (octadecilamino) -triazina, también conocida como triestearilmelamina ("TSM"). Ejemplos adicionales de aditivos aumentadores de carga son proporcionados en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 61/058,029, Solicitud de Patente No. de Serie 61/058,041, Patente de los Estados Unidos No. 7,390,351 (Leir et al.), Patente de los Estados Unidos No. 5,057,710 (Nishiura et al.), y Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,652,282 y 4,789,504 (Ohmori et al.).

Además, la red puede ser tratada para modificar químicamente su superficie. La fluoración superficial puede ser lograda mediante la colocación de un artículo polimérico en una atmósfera que contiene una especie que contiene flúor, y un gas inerte, y luego aplicando una descarga eléctrica para modificar la química superficial del artículo polimérico. La descarga eléctrica pueda estar en la forma de un plasma tal como una descarga en corona de corriente alterna (AC, por sus siglas en inglés) . Este proceso de fluoración por plasma provoca que los átomos de flúor se vuelvan presentes sobre la superficie del artículo polimérico. El proceso de fluoracion por plasma es descrito en un número de Patentes de los Estados Unidos Nos. : 6,397,458, 6,398,847, 6,409,806, 6,432,175, 6,562,112, 6,660,210, y 6,808,551 a Jones/Lyons et al. Los artículos de electreto que tienen una alta proporción de fluorosaturación son descritos en la Patente de los Estados Unidos No. 7,244,291 a Spartz et al . , y los artículos de electreto que tiene una baja proporción de fluorosaturación, en conjunto con heteroátomos , se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 7,244,292 a Kirk et al. Otras publicaciones que describen las técnicas de fluoracion incluyen las Patentes de los Estados Unidos Nos. 6,419,871, 6,238,466, 6,214,094, 6,213,122, 5,908,598, 4,557,945, 4,508,781, y 4,264,750; las Publicaciones de los Estados Unidos US 2003/0134515 Al y US 2002/0174869 Al; y la Publicación Internacional WO 01/07144.

Los medios de filtro de electreto preparados de acuerdo a la presente descripción tienen en general un peso base (masa por unidad de área) en el intervalo de aproximadamente 10 a 500 g/m2, y en algunas modalidades, aproximadamente 10 a 100 g/m2. En la elaboración de las redes de microfibras sopladas en forma fundida, el peso base puede ser controlado, por ejemplo, al cambiar ya sea la velocidad del recolector o el rendimiento de la matriz . El espesor del medio de filtro es típicamente aproximadamente 0.25 a 20 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.5 a 2 milímetros. Múltiples capas de redes de electreto fibrosas son comúnmente utilizadas en los elementos de filtro. La solidez de la red de electreto fibrosa típicamente es de aproximadamente 1% a 25%, más típicamente de aproximadamente 3% a 10%. La solidez es un parámetro adimensional que define la fracción de sólidos de la red. En general, los métodos de esta descripción proporcionan redes de electreto con distribución de carga en general uniforme a todo lo largo de la red, sin considerar el peso base, el espesor o la solidez del medio. El médio de filtro de electreto y la resina a partir de la cual éste es producido, no deben ser sometidos a ningún tratamiento innecesario que pudiera incrementar su conductividad eléctrica, por ejemplo, la exposición a radiación ionizante, rayos gamma, radiación ultravioleta, pirólisis, oxidación, etc .

La red de electreto puede ser cargada conforme ésta es formada, y la red puede ser cargada después de que la red es formada. En los medios de filtro de electreto, el medio en general es cargado después de que la red es formada. En general, cualquier método de carga estándar conocido en la técnica puede ser utilizado. Por ejemplo, la carga puede ser llevada a cabo en una variedad de formas, incluyendo la tribocarga, la descarga en corona de corriente directa, o la hidrocarga. Puede ser también utilizada una combinación de métodos .

Los ejemplos de procesos de descarga en corona de DC adecuados se describe en la Patente de los Estados Unidos Re. No. 30,782 (van Turnhout) , Patente de los Estados Unidos Re. No. 31,285 (van Turnhout), Patente de los Estados Unidos Re. No. 32,171 (van Turnhout), Patente de los Estados Unidos No. 4,215,682 (Davis et al.), Patente de los Estados Unidos No. 4,375,718 ( adsworth et al), Patente de los Estados Unidos No. 5,401,446 (Wadsworth et al), Patente de los Estados Unidos No. 4,588,537 (Klaase et al.), Patente de los Estados Unidos No. 4,592,815 (Nakao) y Patente de los Estados Unidos No. 6,365,088 (Knight et al . ) .

La hidrocarga de la red es llevada a cabo al hacer chocar chorros de agua o una corriente de gotitas de agua sobre la red a una presión suficiente para proporcionar a la red la carga de electreto mejoradora de la filtración. La presión necesaria para alcanzar resultados óptimos varía dependiendo del tipo de aspersor utilizado, del tipo de polímero del cual es formada la red, del tipo y la concentración de aditivos al polímero, del espesor y la densidad de la red y de si fue llevado a cabo o no un pre-tratamiento, tal como el tratamiento superficial en corona de corriente directa, antes de la hidrocarga. En general, son adecuadas presiones de agua en el intervalo de aproximadamente de 69 a 3450 kPa (10 a 500 psi) . El tratamiento superficial de corona de corriente directa podría también ser utilizado como un tratamiento post-hidrocarga, si se desea, pero tal post- tratamiento no es típico.

Los chorros de agua o la corriente de gotitas de agua puede ser proporcionada mediante cualquier medio de rocío adecuado. Un aparato útil para enmarañar hidráulicamente las fibras es en general útil en el método de la presente descripción, aunque la operación es llevada a cabo a presiones más bajas en la hidrocarga que las que son en general utilizadas en el hidroenmarañamiento . Se entiende que la hidrocarga incluye el método descrito en la Patente de los Estados Unidos No. 5,496,507 (Angadj ivand) y otros diversos métodos derivados para impartir una carga de electreto utilizando el proceso de humectación y deshumectación de fluidos como se describe en, por ejemplo, la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2002161467 (Horiguchi) , la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2002173866 (Takeda) , la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2002115177 (Takeda) , la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2002339232 (Takeda) , la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2002161471 (Takeda) , la Patente Japonesa No. 3,780,916 (Takeda) , la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2002115178 (Takeda) , la Solicitud de la Patente Japonesa Número JP 2003013359 (Horiguchi) , la Patente de los Estados Unidos No. 6,969,484 (Horiguchi) , la Patente de los Estados Unidos No. 6,454,986 (Eitzman) , la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2004060110 (Masumori), la Solicitud de Patente Japonesa Número JP 2005131485 (Kodama) , y la Solicitud de Patente¦ Japonesa Número JP 2005131484 (Kodama) .

La hidrocarga de la red puede ser también llevada cabo utilizando un nuevo método descrito en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos titulada "Método de Elaboración de Artículos de Electreto Basados en Potencial Zeta" (Número de Serie de los Estados Unidos 12/131770) presentada el 6/2/2008. El método comprende: (a) proporcionar un artículo polimérico que va a ser cargado; y (b) poner en contacto el artículo polimérico que va a ser cargado con un líquido acuoso que tiene un pH y una conductividad como sigue: (i) si el artículo tiene un potencial zeta de menos de -7.5 milivoltios (mV) , entonces el agua de contacto tiene una conductividad de aproximadamente 5 a 9,000 microSiemens por centímetro (microS/cm) y un pH mayor de 7; y (ii) si el artículo tiene un potencial zeta mayor de -7.5 mV, entonces el agua de contacto tiene una conductividad de aproximadamente 5 a 5,500 microSiemens por centímetro (microS/cm) y un pH de 7 o menos. El artículo puede ser secado activamente (con un vacío o calor) o pasivamente (secado por colgadura) o combinaciones de los mismos.

Para modelar el funcionamiento de filtración, han sido desarrollados una variedad de protocolos de prueba de filtración. Estas pruebas incluyen la medición de la penetración del aerosol de la red de filtro utilizando un aerosol de reto estándar, tal como ftalato de dioctilo (DOP) , el cual es usualmente presentado como porcentaje de la penetración de aerosol a través de la red de filtro (% Pen) y la medición de la caída de presión a través de la red de filtro (??) . A partir de estas dos mediciones, puede ser calculada una cantidad conocida como el Factor de Calidad (QF, por sus siglas en inglés) , por la siguiente ecuación: QF = - ln(% Pen/l00)/AP, donde ln significa el logaritmo natural. Un valor de QF más alto indica mayor funcionamiento de filtración, y valores de QF disminuidos correlacionan efectivamente con el funcionamiento de filtración disminuido. Los detalles para la medición de estos valores son presentados en la sección de Ejemplos. Típicamente, los medios de filtración de esta descripción tienen valores de QF medidos de 0.3 (mm de H20) _1 o mayor, a una velocidad frontal de 6.9 centímetros por segundo .

Para verificar que un medio de filtro particular sea electrostáticamente cargado por naturaleza, se puede examinar su funcionamiento antes y después de la exposición a la radiación ionizante con rayos X. Como se describe en la literatura, por ejemplo, Air Filtration por R.C. Brown (Pergamon Press, 1993) y "Application of Cavity Theory a the Discharge of Electrostatic Dust Filters by X-Rays", A. J. WAKER y R. C. BROWN, Applied Radiation and Isotopes, Vol . 39, No. 7, pp. 677-684, 1988, si un filtro electrostáticamente cargado es expuesto a los rayos X, la penetración de un aerosol a través del filtro será mayor después de la exposición, que antes de la exposición, debido a que los iones producidos por los rayos X en las cavidades de gas entre las fibras, tendrán neutralizada algo de la carga eléctrica. De este modo, puede ser obtenida una gráfica de penetración contra la exposición acumulativa a los rayos X, que permite un incremento gradual hasta un nivel constante, después de lo cual la irradiación adicional ya no provoca cambio. En este punto, toda la carga ha sido eliminada del filtro.

Estas observaciones han conducido a la adopción de otro protocolo de prueba para caracterizar el funcionamiento de filtración, la prueba de descarga de rayos X. En este protocolo de prueba, las piezas seleccionadas del medio de filtro que van a ser probadas son sometidas a radiación de rayos X para descargar la red de electreto. Un atributo de esta prueba es que ésta confirma que la red es un electreto. Debido a que se sabe que los rayos X apagan la carga de electreto, la exposición de un medio de filtro a los rayos X y la medición del funcionamiento de filtración antes y después de esta exposición y la comparación de los funcionamientos de filtro, indica si el medio de filtro es o no un electreto. Si el funcionamiento del filtro permanece sin cambio después de la exposición a la radiación de rayos X, esto es indicador de que la carga no fue apagada y el material no es un electreto. No obstante, si el funcionamiento de filtro disminuye después de la exposición a la radiación de rayos X, esto es indicador de que el medio de filtro es un electreto.

Cuando la prueba es corrida, típicamente, el funcionamiento de filtración es medido antes y después de la exposición del medio de filtro a la radiación de rayos X. Un % de penetración porcentual puede ser calculada de acuerdo a la siguiente ecuación: Proporción de penetración % = (ln(% Penetración DOP inicial/100 )/( ln (% Penetración DOP después de 60 minutos de exposición a los rayos X)))x 100, cuando se prueba de acuerdo al Método de Prueba de Funcionamiento de Filtración, como se describe en la sección de Ejemplos más adelante. Con el fin de que la red tenga suficiente carga para el uso como un filtro, la Proporción de la Penetración % es típicamente al menos de 300%. Conforme se incrementa la Proporción de Penetración %, el funcionamiento de filtración de la red también se incrementa. En algunas modalidades, la Proporción de Penetración % es al menos de 400%, 500%, ó 600%. En modalidades preferidas, la Proporción de Penetración % es al menos de 750% ó 800%. En algunas modalidades, la red muestra la Proporción de Penetración % de al menos 1000%, o al menos 1250%.

El Factor de Calidad Inicial (antes de la exposición a los rayos X) es típicamente de al menos 0.3 (mm de H2O)"1, más típicamente de al menos 0.4 o incluso de 0.5 (mm de H20) _1 para una velocidad frontal de 6.9 cra/aegundo, cuando se prueba de acuerdo al Método de Prueba de Funcionamiento de Filtración, como se describe en la sección de Ejemplos más adelante. En algunas modalidades, el Factor de Calidad inicial es al menos de 0.6 ó de 0.7 (mm de H2O)"1. En otras modalidades, el Factor de Calidad inicial es al menos de 0.8, al menos de 0.90, al menos de 1.0, o incluso mayor de 1.0 (mm de H20)_1. El Factor de Calidad después de 60 minutos de exposición a los rayos X es típicamente menor de 50% del Factor de Calidad inicial. En algunas modalidades, el Factor de Calidad inicial es al menos de 0.5 (mm de H20) _1 o mayor, y el Factor de Calidad después de 60 minutos de exposición a los rayos X es menor de 0.15 (mm de H2O)"1.

Ejemplos Estos ejemplos son meramente para fines ilustrativos únicamente, y no se pretende que sean limitantes del alcance de las reivindicaciones anexas. Todas las partes, porcentajes, proporciones, etc., en los ejemplos y en el resto de la especificación están en peso, a no ser que se indique de otro modo. Los solventes y otros reactivos utilizados fueron obtenidos de Sigma-Aldrich Chemical Company; Milwaukee, Wisconsin a no ser que se indique de otro modo.

Tabla de Abreviaturas Abreviatura Descripción Designación Comercial Aditivo 1 Derivado de 1- ( 2 , 2 , 6 , 6 - tetrametil-piperidin-4 - il) pirrolidin-2 , 5-diona comercialmente disponible como "UVINUL 505 OH" (CAS: 152261- 33-1) de BASF, Ludwigshafen, Alemania- Aditivo 2 ?,?' -bisformil-N, B' -bis (2 , 2 , 6 , 6-tetrametil-4- piperidinil) -hexametilendiamina comercialmente disponible de como "UVINUL 4050H" (CAS: 124172- 53-8) de BASF, Ludwigshafen, Alemania.

PP-1 Resina de polipropileno, TOTAL PP3860 (índice de flujo del fundido de 100) , comercialmente disponible de Total Petrochemicals USA Inc., Houston, TX.

PP-2 Resina de polipropileno TOTAL PP3868 (índice de flujo del fundido de 35) , comercialmente disponible de Total Petrochemicals USA Inc . , Houston, TX .

PP-3 Resina de polipropileno, ESCORENE PP 3746G (índice de flujo del fundido de 1200) , comercialmente disponible de Exxori-Mobil Corporation, Irving, TX.

PMP-1 Poli-4-metil-l-penteno, TPX-MX002 , comercialmente disponible de Mitsui Chemicals, Inc., Tokyo, Japón COC-1 Copolímero de olefina cíclica, TOPAS-6013, comercialmente disponible de TOPAS Advanced Polymers, Frankfurt, Alemania.

Agua DI Agua desionizada BMF Red de microfibras sopladas en forma fundida Métodos de Prueba Mediciones de la Viscosidad Se utilizaron dos diferentes técnicas para medir la viscosidad. Éstas son definidas como el Método 1 de la Medición de la Viscosidad y el Método 2 de Medición de la Viscosidad. a) Método 1 de Medición de la Viscosidad - Reómetro Capilar Un reómetro capilar con el diámetro de orificio de 0.318 centímetros (0.125 pulgadas) y una longitud de 20.3 centímetros (8 pulgadas) fue conectado a un extrusor BRABENDER B-K con husillo gemelo cónico (disponible de Brabender Instruments, Inc.) . El extrusor fue operado a una velocidad de 0.9 a 3.6 kg/hora (2-8 libras/hora) y temperaturas de 250-310°C.

Para generar los datos de viscosidad de las muestras experimentales, los aditivos fueron mezclados en seco con resinas poliméricas a la concentración deseada en peso, y las mezclas fueron extruidas a las temperaturas y proporciones especificadas en la Tabla 3. Los ejemplos comparativos fueron preparados a partir de los lotes correspondientes del polímero, pero sin ningún aditivo incluido. La Tabla 3 resume los resultados experimentales para cada uno de los ejemplos.

La viscosidad aparente y la velocidad de esfuerzo cortante de las muestras pueden ser calculadas a partir de la caída de presión y de la velocidad de flujo de las muestras a través del reómetro capilar, asumiendo un fluido Newtoniano. Esto es descrito, por ejemplo, en Rheology: Principies, Measurements, and Applications ( iley, John and Sons, Inc., 1994) por Chris Macosko, página 242, ecuación 6.2.12. Los datos experimentales fueron introducidos dentro de la siguiente ecuación para calcular la viscosidad aparente. La densidad del fundido para el polipropileno fue asumida como de 0.91 gramos/cm3.

Ecuación para calcular la viscosidad: _ p?4?? ^PP ~ mQL D: Diámetro capilar (0.3175 cm en este caso) ??: Caída de presión durante la medición del viscosímetro (g/ (cm»s2) ) Q: Velocidad de flujo volumétrico (cm3/segundo; cm3/s) o velocidad de flujo de masa (gramos/segundo ; g/s) dividido entre la densidad (W/p) L: Longitud capilar (20.32 cm de longitud en este caso) La velocidad de esfuerzo cortante del flujo puede ser calculada por: _ 4QV _ 32 Y~ ;zft3 ~ ?p?3 y = Velocidad de esfuerzo cortante (1/segundo; s"1) Qv: Velocidad volumétrica a través del capilar (cm3/segundo; cm3/s) R: Radio del tamaño del capilar (0.1588 cm en este caso) D: Diámetro del capilar (0.3175 cm en este caso) M: Velocidad de flujo de masa (gramos/segundo; g/s) p: Densidad de los materiales de flujo (gramos/cm3 ; g/cm3) b) Método 2 de Medición de la Viscosidad - Reómetro de Placa Paralela LOS cambios de viscosidad de las muestras fueron medidos utilizando un Reómetro ARES (TA Instruments, New Castle, Delaware) . Las muestras utilizadas para la medición de la reología fueron compuestas utilizando un aparato Micro-Compounder Xphore 15 mililitros (DSM Xphore , Geleen, Holanda) . Los ejemplos y los ejemplos comparativos fueron compuestos bajo la misma historia térmica para evitar los efectos de historia térmica sobre la viscosidad. Las muestras que contienen PP-1 y PP-2 fueron compuestas a 220°C por 6 minutos. Las muestras que contenían P P-I fueron compuestas a 280°C por 6 minutos, y las muestras que contenían COC-1 fueron compuestas a 260°C por 6 minutos. Todas las muestras fueron prensadas en caliente en forma de película a su temperatura de composición con el espesor desde 0.6 hasta 1.0 milímetros. Estas muestras de reología fueron cortadas con troquel a discos de diámetro de 25 milímetros. Los discos de muestra fueron cargados en dos placas paralelas del reómetro (perol de aluminio de 31.5 milímetros y placa de 25 milímetros) . La viscosidad de corte dinámico fue medido con un barrido de temperatura desde 180°C hasta 350°C y nuevamente hasta 180°C para las muestras PP-1 y PP-2; desde 220°C hasta 350°C y nuevamente hasta 220°C para las muestras COC-1 y de 250°C hasta 350°C y nuevamente hasta 250°C para las muestras PMP-1 con frecuencia de 1 Hz (velocidad de corte dinámico, 6.28 rad/seg) . La viscosidad dinámica de las muestras versus el tiempo fue también medida a temperatura constante (300, 320, 330 y 340°C) bajo la frecuencia de 1 Hz por 15 minutos. Los datos de viscosidad después de 10 minutos fueron elegidos y utilizados como los datos de viscosidad de los ejemplos y los ejemplos comparativos, los cuales son presentados en la Tabla 3.

Prueba de Filtración Las muestras fueron probadas para el % de penetración de aerosol DOP (% Pen) y la caída de presión (??) , y el Factor de Calidad (QF) fueron calculados. El funcionamiento de filtración (% Pen y QF) de las redes de microfibras no tejidas fueron evaluados utilizando un Probador de Filtro Automatizado (AFT) Modelo 8130 (disponible de TSI, Inc., St. Paul, MN) utilizando ftalato de dioctilo (DOP) como el aerosol de reto. El aerosol DOP es nominalmente un diámetro mediano en masa de 0.3 micrómetros monodisperso que tiene una concentración corriente arriba de 70-120 mg/m3. El aerosol fue forzado a través de una muestra del medio de filtro a una velocidad de flujo calibrado de 42.5 litros/minuto (velocidad frontal de 6.9 cm/seg) con el neutralizador de aerosol TSI AFT Modelo 8130 apagado. El tiempo de prueba total fue de 23 segundos (tiempo de elevación de 15 segundos, tiempo de muestra de 4 segundos, y tiempo de purga de 4 segundos) . Simultáneamente con el % Pen, la caída de presión (?? en mm de agua) a través del filtro, fue medida por el instrumento. La concentración del aerosol de DOP fue medida mediante dispersión de luz corriente arriba y corriente abajo del medio de filtro utilizando fotómetros calibrados. El % Pen de DOP es definido como: % Pen = 100 x (concentración de DOP corriente abaj o/concentración de DOP corriente arriba) . Para cada material, se realizaron 6 mediciones separadas en diferentes sitios sobre la red de BMF y los resultados fueron promediados .

El % Pen y el ?? fueron utilizados para calcular un QF por la siguiente fórmula: QF = - ln (% Pen/lOO)/AP, donde ln significa el logaritmo natural. Un valor de QF más alto indica mejor funcionamiento de filtración, y valores de QF disminuidos correlacionan efectivamente cón el funcionamiento de filtración disminuido.

Prueba de Descarga de Rayos X El Factor de Calidad y el % de Penetración de las redes de muestra que van ser probadas, fueron determinados antes de la exposición de la radiación de rayos X, utilizando el método de prueba descrito anteriormente. El Factor de Calidad Inicial es designado como "QF0" . La red de muestra fue expuesta sobre cada lado a los rayos X utilizando el sistema descrito más adelante, asegurando que la muestra completa fuera uniformemente expuesta a la radiación de rayos X. Después de la exposición a los rayos X, la muestra del medio de filtro fue probada nuevamente para medir su funcionamiento de filtración (QF y % Pen) . El procedimiento fue repetido hasta que el funcionamiento del filtro alcanzó un valor de meseta, indicando que toda la carga electrostática de la muestra había sido neutralizada. La Proporción de Penetración % (% de Penetración Pen) , es también reportada. La Proporción Pen % fue calculada a partir de % Pen a 0 minutos y 60 minutos utilizando la ecuación donde ln significa el logaritmo natural: Proporción Pen ¼ = M%Pg»(0min)/ 100) ? 1(?) % ln(%/¾«(60min)/100) La exposición a los rayos X fue llevada a cabo utilizando un sistema de exposición a rayos X Baltograph 100/15 CP (Balteau Electric Corp., Stamford, CT) consistente de un generador conectado a tierra, de extremo potencial constante, calibrado a 100 V a 10 mA con una ventana de berilio (filtración inherente de 0.75 mm) con una salida de hasta 960 Roentgen/minuto a 50 cm a partir del punto focal de 1.5 mm x 1.-5 mm fue empleado. El voltaje fue ajustado a 80 KV con una corriente correspondiente de 8 mA. Un porta muestra fue ajustado a una distancia aproximada dé 57.2 centímetros (22.5 pulgadas) desde el punto focal para producir una exposición de aproximadamente 580 Roentgen /minuto.

Análisis de Estabilidad Térmica: La estabilidad térmica de cada auxiliar de procesamiento fue medida con un Analizador Termogravimétrico (TGA) Modelo 2950 disponible de TA Instruments, New Castle, Delaware. Se colocaron aproximadamente 5-10 miligramos de material en el TGA y se calentaron desde la temperatura ambiente hasta 500°C a una velocidad de 10°C/minuto bajo un ambiente de aire mientras que se medía la pérdida de peso. La Tabla A lista la temperatura a la cual se detectó la pérdida de peso de 2%, así como la temperatura a la cual se detectó la pérdida de peso de 5%.

Tabla A Ejemplos 1-20 y Ejemplos Comparativos C1-C12 Para cada uno de los Ejemplos y Ejemplos Comparativos, se siguieron los procedimientos descritos más adelante. Los datos para estos Ejemplos son presentados en las Tablas 1 y 2.

Preparación de la Muestra: Paso A - Preparación de las Redes de Microfibras : Para cada Red Ejemplar 1-9, el Aditivo 1 fue mezclado en seco con uno de los grados de polipropileno, o poli-4-metil-l-penteno a la concentración mostrada en la Tabla 1, y la mezcla fue extruida como se describe en Van A. Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers," Industrial Engineering Chemistry, vol . 48, pp. 1342-1346. La temperatura de extrusión estuvo en el intervalo de aproximadamente 250°C-340°C y el extrusor fue un extrusor de husillo gemelo cónico BRABENDER (comercialmente disponible de Brabender Instruments, Inc.) operando a una velocidad de aproximadamente 2.5 a 3 kg/hora (5-7 lb/hr) . La matriz fue de 25.4 centímetros (10 pulgadas) de anchura con 10 orificios por centímetro (25 orificios por pulgada) . Las redes de microfibras sopladas en forma fundida (BMF) fueron formadas teniendo pesos base de aproximadamente 57 g/m2, diámetros de fibra efectivo de aproximadamente 8.0 micrómetros y un espesor de aproximadamente 1 milímetro. De igual modo, para cada Ejemplo Comparativo C1-C6, se preparó una red de BMF a partir del mismo grado de polipropileno o poli-4-metil-l-penteno como la red de los Ejemplos correspondientes, pero no se agregó ningún aditivo o bien se agregó el Aditivo 2. La Tabla 1 resume las características de red específicas para cada uno de los Ejemplos y los Ejemplos Comparativos.

Paso B - Preparación del Electreto: Cada una de las redes de BMF preparadas en los Ejemplos 1-10 y C1-C6 en el Paso A anterior fueron cargadas por el Método de Carga mostrado más adelante.

Método de Carga 1 : Las redes de BMF seleccionadas preparadas en el paso A anterior fueron cargadas mediante hidrocarga con agua DI. La red de BMF fue hidrocargada utilizando un rocío fino de agua DI generado a partir de una boquilla que operaba a una presión de 896 kiloPascales (130 psig) y a una velocidad de flujo de aproximadamente 1.4 litros/minuto. Las redes de BMF seleccionadas preparadas en el Paso A fueron transportadas por una banda porosa a través del rocío de agua a una velocidad de aproximadamente 10 centímetros/segundo mientras que un vacío simultáneamente extraía el agua a través de la red desde abajo. Cada red de BMF fue corrida a través del hidrocargador dos veces ( secuencialmente üna vez sobre cada lado) mientras que se rociaba, y dos veces sin la aspersión, solo con el vacío para eliminar cualquier exceso de agua. Las redes se dejaron secar completamente en aire toda la noche antes de la prueba de filtro.

Procedimiento de Prueba de Filtración Funcionamiento de la Filtración Inicial: Cada una de las muestras cargadas, preparadas en el Paso B anterior, fueron cortadas en una sección de 1 metro, esta sección fue probada en su estado inicial para el % de penetración de aerosol de DOP (% DOP Pen) y la caída de presión (??) y el factor de calidad (QF) fueron calculados como se describe en los métodos de prueba dados anteriormente. Estos resultados son reportados en la Tabla 2 siguiente como % DOP Pen, Caída de Presión y QF .

Tabla 1 Tabla 2 No . de Grado de Concentración No . de % DOP Caída de QF (1/mm Ejemplo resina de Aditivo (% Ej . De la pen . Presión HaO) en peso) Red (mm H20) BMF C7 PP-l Ninguno Cl 32.82 2.58 0.43 11 PP-l 0.1 1 8.17 2.36 1.07 12 PP-l 0.2 2 5.56 2.24 1.32 13 PP-l 0.5 3 19.82 1.72 0.95 14 PP-l 0.75 4 1.46 2.16 1.99 15 PP-l 1.0 5 1.69 2.34 1.79 C8 PP-2 Ninguno C2 35.66 2.26 0.46 Ejemplos 21-25 y Ejemplos Comparativos C13-16 Para cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos presentados más adelante, se llevaron a cabo los muéstreos y las pruebas como se describe, utilizando los Métodos de Prueba de Viscosidad descritos anteriormente. Los datos se presentan en la Tabla 3.

Tabla 3 Grado de Concentración Tem . Viscosidad Velocidad Método de No . de resina de Aditivo (% (%) (Poises) de Corte Medición Ejemplo en peso) (s-1) de la Viscosidad C13 PP-1 ninguno 250 336 270 211 265 1 290 127 310 65 330 7.52 6.28 2 21 PP-1 0.5 330 7.34 6.28 2 22 PP-1 1.0 250 378 270 237 265 1 290 96 310 33 Grado de Concent ación Temp . Viscosidad Velocidad Método de No. de resina de Aditivo (% (%) (Poises) de Corte Medición Ejemplo en peso) (a"1) de la iscosidad 330 5.75 6.28 2 C14 PP-2 Ninguno 310 254 353 1 330 35.6 6.28 2 23 PP-2 1.0 310 205 353 1 330 18.4 6.23 2 C15 PMP-1 Ninguno 250 17757 270 11937 6.28 2 290 6421 310 1891 330 266 250 10959 6.28 2 270 6989 290 3861 310 1375 330 166 C16 COC-1 Ninguno 270 3936 290 1827 6.28 2 310 960 330 600 25 COC-1 1.0 270 2142 290 1031 6.28 2 310 460 330 277 Ejemplo 26 y Ejemplo Comparativo C17 Para el ejemplo 26, una muestra de la red preparada en el ejemplo 10 anterior fue cargada utilizando hidrocarga (Método de Carga 1) y expuesto a rayos X ionizantes de acuerdo al Método de Prueba de Descarga de rayos X dado anteriormente. Para el ejemplo comparativo C17, la red de muestra preparada en el ejemplo 10 fue utilizada sin carga, y la misma prueba fue llevada a cabo. Los datos se presentan en la Tabla 4.

Tabla 4 Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un método de preparación de una red, caracterizado porque comprende: preparar una mezcla que incluye: una resina termoplástica ; y un auxiliar de procesamiento, el auxiliar de procesamiento comprende un oligómero de succinimida N-sustituida, de amina impedida; mezclar por fusión en caliente la mezcla, en donde la viscosidad del fundido de la mezcla del auxiliar de procesamiento y la resina termoplástica, es menor que la viscosidad del fundido de la resina termoplástica sin el auxiliar de procesamiento; y formar una red a partir de la mezcla fundida en caliente.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el auxiliar de procesamiento comprende un material que contiene una unidad repetida de la fórmula: en donde el grupo R1 comprende un grupo de amina impedida; los grupos R4 y R7 independientemente comprenden los grupos de enlace de alquileno o alquileno sustituido, que se enlazan a otro anillo de succinimida o a los grupos alquilo terminales; los grupos R5 y R6 independientemente comprenden un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo alquenilo, un grupo alquinilo, un grupo arilo o un grupo heteroalquilo, alquilo sustituido, o un grupo arilo sustituido, en dónde el material comprende hasta 100 unidades repetidas.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el auxiliar de procesamiento comprende un material de la fórmula: en donde n es un número de aproximadamente 5 a 7.

4. Un método para preparar una red de electreto, caracterizado porque comprende: preparar una mezcla que comprende: una resina termoplástica ; y un auxiliar de procesamiento, el auxiliar de procesamiento comprende un oligómero de succinimida N- sustituido, de amina impedida; mezclar por fusión en caliente la mezcla; formar una red a partir de la mezcla fundida en caliente; y cargar electrostáticamente la red.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el auxiliar de procesamiento comprende un material de la fórmula: en donde el grupo R1 comprende un grupo de amina impedida; grupos R4 y R7 independientemente comprenden grupos de enlace de alquileno o alquileno sustituido, que se enlazan a otro anillo de succinimida o a los grupos alquilo terminales ; los grupos R5 y R6 independientemente comprenden un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo alquenilo, un grupo alquinilo, un grupo arilo, un grupo heteroalquilo, un grupo alquilo sustituido, o un grupo arilo sustituido en donde el material comprende hasta 100 unidades repetidas.

6. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el auxiliar de procesamiento comprende un material de la fórmula: en donde n es un número de aproximadamente 5 a 7.

7. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el auxiliar de procesamiento comprende de 0.1 a 5.0 % en peso de l'a mezcla.

8. Un medio de filtro de electreto, caracterizado porque comprende : una red de microfibras no tejidas que comprende una mezcla de : una resina termoplástica ; y un aditivo aumentador de carga que comprende un oligómero de succinimida N-sustituido, de amina impedida.

9. El medio de filtro de electreto de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la red de microfibras no tejidas comprende: polipropileno; poli (4-metil-l-penteno) ; copolímeros de propileno y 4 -metil-l-penteno; o mezclas de los mismos.

10. El medio de filtro de electreto de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el aditivo aumentador de carga comprende un oligómero de succinimida N-sustituida, de amina impedida , que comprende 0.1 a 5.0 % en peso de la red .