制备基于ζ电势的驻极体制品的方法
专利名称：制备基于ζ电势的驻极体制品的方法
制备基于ζ电势的驻极体制品的方法本发明涉及为聚合物驻极体制品充电的新方法。该方法涉及使用具有电导率和PH 值的含水液体，其中根据制品的ζ电势选择电导率和PH值。
背景技术：
已知驻极体制品(即显示具有至少准永久性电荷的电介质制品)显示出良好的过 滤性质。这些制品已被制备成多种构造，但对于空气过滤目的来说，该制品通常采用非织 造聚合物纤维网的 形式。此类产品的例子为3Μ公司销售的FiltreteTM牌炉过滤器。另 夕卜，非织造聚合物驻极体过滤器已应用于个人呼吸保护装置，参见(例如)授予Berg的 美国专禾IJ 4，536，440、授予Dyrud等人的美国专利4，807，619、授予Kronzer等人的美国 专利5，307，796、授予Braun等人的美国专利5，804，295和授予Rekow等人的美国专利 6，216，693。电荷增强了非织造网对穿过纤维网的流体中悬浮的粒子的捕集能力。非织造网通 常包含含有介电(即不导电)聚合物的纤维。多年以来，已经开发出多种用于制备驻极体 制品的技术。与使聚合物箔带电相关的早期工作在P. W. Chudleigh所著Mechanismof Charge Transfer to a Polymer Surface by a Conducting Liquid Contact,21APPL. PHYS. LETT.， 547-48 (Dec. 1，1972)(通过接触导电液体将电荷传输到聚合物表面的机制，《应用物理快 报》第21卷第547-548页，1972年 12月 1 日)和Charging of Polymer Foils Using Liquid Contacts, 47 J. APPL. PHYS.，4475-83 (October 1976)(利用液体接触使聚合物箔带电，《应 用物理杂志》第47卷第4475-4483页，1976年10月)中有所描述。Chudleigh的方法涉及 通过向箔施加电压而使聚氟乙烯聚合物箔带电。通过接触箔表面的导电液体施加电压。用于制备具有纤维形式的聚合物驻极体的早期已知技术在授予Kubic和Davis的 美国专利4，215，682中有所公开。在该方法中，纤维在离开模孔时被带电粒子轰击。纤维 使用“熔喷”方法制备，其中在模孔附近高速喷出的气体流将挤出的聚合物材料抽出并冷却 成硬化纤维。被轰击的熔喷纤维随机聚集在收集器上，形成驻极体纤维网。该专利提及，当 以这种方式使熔喷纤维带电时，过滤效率会提高两倍或更多倍。也已通过电晕充电制备驻极体纤维网。例如，授予Klaase等人的美国专利 4，588，537示出了一种纤维网，该纤维网在设置为邻近基本上封闭的电介质箔的一个主表 面的同时被连续送入电晕放电装置。电晕由连接到带相反电荷的薄钨丝的高压电源产生。 赋予非织造网静电电荷的另一种高压技术在授予Nakao的美国专利4，592,815中有所描 述。在该充电方法中，将纤维网与表面光滑的接地电极紧密接触。驻极体纤维网也可由聚合物膜或箔制备，如授予van Turnhout的美国专利 Re. 30，782、Re. 31，285和Re. 32，171中所描述的那样。先使聚合物膜或箔带上静电，再将 其原纤化为纤维，随后收集这些纤维，并加工成非织造纤维过滤器。也已经使用机械方法使纤维带电。授予Brown的美国专利4，798，850描述了过滤 材料，该过滤材料包含两种不同的卷曲合成聚合物纤维的混合物，其中聚合物纤维已被梳理成棉网，然后织成毡。该专利描述了在梳理过程中将纤维充分混合以使其带电的过程。授予Brown的专利中所公开的方法通常称为“摩擦带电”。在不带电的高速气体或液体射流经过介电膜表面上方时也可以发生摩擦带电。在 美国专利5，280，406中，Coufal等人公开了当不带电的流体射流撞击介电膜表面时表面会 带电这一现象。最近开发了使用水赋予非织造纤维网电荷的技术(参见授予Angadjivand等人 的美国专利5，496，507)。加压的水射流或水滴流撞击到包含不导电微纤维的非织造网，以 产生电荷。在水充电操作之前让纤维网经受空气电晕放电处理可进一步增强充电。所得 电荷提供了过滤增强性质。有关用水制备驻极体制品的其他方法，还可参见授予Eitzman 等人的美国专利6，824，718和6，406，657、授予Angadjivand等人的美国专利6，783，574、 6，375，886和6，119，691，以及授予Insley等人的美国专利6，743，464。非水极性液体也已 经用于制备驻极体纤维制品，参见授予Eitzman等人的美国专利6，454，986。向纤维网内添加某些添加剂已经改善了驻极体性能。一种用于改善抗油雾气溶 胶性的方法包括在形成聚合物纤维制品的过程中向聚合物中加入可熔融加工的含氟化合 物添加剂(例如含氟化合物噁唑烷酮、含氟化合物哌嗪或全氟化烷烃)，参见(例如)授 予Crater等人的美国专利No. 5，025，052和5，099，026，以及授予Jones等人的美国专 利No. 5，411，576和5，472，481。含氟化合物为可熔融加工的，即它们在用来在驻极体纤 维网内形成纤维的熔融加工条件下基本上不降解，还可参见授予Rousseau等人的美国专 利No. 5，908，598。除了熔融加工法之外，还可以将聚合物制品放入包含含氟物质和惰性 气体的气氛中，然后放电以改变聚合物制品的表面化学性质，通过这种方式制备氟化驻极 体。放电可具有等离子体形式，例如AC电晕放电。等离子体氟化法使氟原子存在于聚 合物制品的表面上。使用(例如)上述水充电技术可使氟化聚合物制品带电荷。等离子 体氟化法在授予Jones/Lyons等人的多个美国专利6，397，458、6，398，847、6，409，806、 6，432，175,6, 562，112,6, 660，210和6，808，551中有所描述。具有高的氟饱和系数的驻极 体制品在授予Spartz等人的美国专利7，244，291中有所描述，而具有低的氟饱和系数并 结合杂原子的驻极体制品在授予Kirk等人的美国专利7，244，292中有所描述。公开了氟 化技术的其他专利公开包括美国专利No. 6，419，871,6, 238，466,6, 214，094,6, 213，122、 5，908，598,4, 557，945,4, 508，781 和 4，264，750 ；美国专利公开 US 2003/0134515 Al 和 US 2002/0174869 Al ；以及国际专利公开 WO 01/07144。过滤器纤维网也已经在并非有意对纤维或纤维网进行后充电或“驻极体化”的情 况下制备，参见授予Chou等人的美国专利5，780’ 153。纤维由共聚物制成，该共聚物包括 乙烯、5重量％至25重量％的(甲基)丙烯酸和可任选地(虽然较不优选)最多40重量％ 的(甲基)丙烯酸烷基酯(其烷基具有1至8个碳原子)的共聚物。5%至70%的酸基与 金属离子(尤其是锌、钠、锂或镁离子、或这些离子的混合物)中和。该共聚物的熔融指数 为5至1000克(g)/10分钟。其余部分可以是聚丙烯或聚乙烯之类的聚烯烃。纤维可通过 熔喷法制备，并且可以用水快速冷却，以避免过度粘合。该专利公开了上述纤维对任何现有 的或有意、专门产生的静电荷具有较高的静电保持作用。包含添加剂的其他驻极体在授予Nishiura的美国专利5，057，710中有所描述。授 予Nishiura的专利中所公开的聚丙烯驻极体包含至少一种稳定剂，其选自阻胺、含氮阻酚和含金属阻酚。该专利提出，含有这些添加剂的驻极体可提供较高的热稳定性。通过将非 织造织物片材置于针状电极和接地电极之间，可以执行驻极体处理。授予Ohmori等人的美 国专利4，652，282和4，789，504描述了将脂肪酸金属盐加入绝缘聚合物以长时间保持高除 尘性能的方法。日本专利Kokoku JP60-947描述了包含聚(4-甲基戊烯)和至少一种 选自下列的化合物的驻极体(a)含有酚羟基的化合物、(b)高级脂族羧酸及其金属盐、(c) 硫代羧酸酯化合物、(d)磷化合物和(e)酯化合物。此专利指出，该驻极体具有长期贮存稳 定性。公开了制备驻极体制品的方法的其他日本专利公开包括2002-115178、 2002-115177A,2003-013359,2004-66026,2004-66027 和 2004-195357。有关界面处的离子化学、以及吸附水传递并促进离子以产生驻极体的方式的简述 McCarty and Whitesides, Electrostatic Charging Due toSeparation of Ions at
Interfaces =Contact Electrification of Ion Electrets,47ANGW. CHEM. INT. 2-22(2008) (McCarty和Whitesides，由于离子在界面处分离产生的静电充电离子驻极体的接触 起电，《德国应用化学》2008年第47卷第2-22页)；还可参见McCarty et al.，Ionic Electrets :ElectrostaticCharging of Surfaces by Transferring Mobile Ions Upon Contact, 129 J. AM. CHEM. S0C. 4075-88 (2007) (McCarty 等人，离子驻极体通过在接触后转 移可动离子使表面带静电，《美国化学会志》2007年第129卷第4075-4088页)和Kudin et al. , Why Are Water - Hydrophobic IntersurfacesInterfaces Charged ？ , J. AM. CHEM. S0C. (received September 17，2007) (Kudin等人，水/疏水界面为何会带电？《美国化学 会志》，2007年9月17日收稿)。术语表在本文件中“水性”是指含水液体包含至少约40%体积的水；“包含”是指其在专利术语中的标准定义，即大致与“包括”、“具有”或“含有”同义 的开放式术语。虽然“包含”、“包括”、“具有”和“含有”以及它们的变型是常用的开放式术 语，但本发明也可以用诸如“基本上由..·组成”之类更狭义的术语恰当地描述，该术语为 半开放式术语，因为其仅仅排除了在执行其预期功能时会对驻极体制品的性能产生有害影 响的那些事物或要素；“导电性”是指物质传输电流的能力；“电荷”是指存在电荷分离；“焓”是指用“H”表示的物质的热力学性质，其中H = U+pV，U为内能，ρ为压力，且 V为体积；焓H为系统的内能加上压力与体积的乘积；焓变为系统内热量的变化，即，等于在 恒压下系统吸收的热；“去质子化焓”是指从分子中脱除质子所需的焓(Δ Hdp)；“纤维性”是指具有纤维，并可能具有其他成分；“驻极体纤维网”是指含有纤维并显示具有准永久性电荷的网；“液态”是指介于固态和气态之间的物态；“不导电”是指在室温(22°C )下具有约1014Ω · cm或以上的体积电阻率； “非织造”是指其中的成分(如纤维)通过除织造之外的方式保持在一起的结构或结构的一部分； “N-取代氨基芳香族”是指具有1至3个稠环(如苯、萘或三嗪)并且被至少一 个-NR1R2类的取代氨基取代的芳族基团，其中基团R1为氢、具有1至20个碳原子的烷基、具 有可以连接或稠合的1至5个环的芳基、具有1至20个碳原子的杂烷基或具有1至20个 碳原子的取代烷基，且基团R2为氢、具有1至20个碳原子的烷基、具有可以连接或稠合的1 至5个环的芳基、具有1至20个碳原子的杂烷基或具有1至20个碳原子的取代烷基。“pH”是指溶液在室温和常压(22°C，101，300帕斯卡)下的酸度或碱度的量度，其 对数标度为0至14，其中中性用数值7表示，酸性越强数值越小，且碱性越强数值越大，该值 的正式定义为常规氢离子活性以10为底的负对数；“聚合物”是指包含规则或不规则排列的重复连接分子单元或基团的有机材料；“聚合物型”是指包含聚合物和任选的其他成分；“聚合物成纤材料”是指包含聚合物或包含能够制备聚合物的单体的组合物，该组 合物还可能包含其他成分，并能够成型为固体纤维；“质子亲和力”或“PA”是指当质子附接到分子时的负焓变，单位为千卡/摩尔 (kcal/mol)；“品质因数”是指根据下文示出的品质因数测试确定的品质因数QF;“准永久性”是指电荷以可被明显测得的程度在标准大气条件(22°C，101，300帕斯 卡大气压力，以及50%的湿度)下留存于制品中足够长的时间；“水”是指H2O;以及“ ζ电势”是指在零电流下的电势差(也称为电动电势)，它是由液体在压力梯度 下的流动所引起的。
发明内容
本发明涉及制备驻极体制品的新方法。该方法包括(a)提供待充电的聚合物制品； 并且(b)使要充电的聚合物制品接触具有如下pH值和电导率的含水液体(i)如果该制品具 有小于-7. 5毫伏(mV)的ζ电势，则接触水具有约5至9，000微西门子/厘米(μ S/cm)的 电导率和大于7的pH值；且(ii)如果该制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则接触水具有约 5至5，500微西门子/厘米(yS/cm)的电导率和等于或小于7的pH值。该制品可以主动 (利用真空或加热)干燥或被动干燥(悬挂干燥)、或采用这两种方式的组合进行干燥。本发明的方法提供了用于制备驻极体的新配方，当采用该配方时，可以改善适合 此目的的驻极体制品的过滤性能。发明人发现，当使用选择的含水液体(其具有的电导率 和PH值取决于ζ电势)使该制品带电时，可以实现过滤性能的改善，改善效果用已知参数 品质因数(QF)来衡量。发明人还发现，当在构成驻极体制品的聚合物材料中使用某些添加 剂时，质子亲和力(PA)和去质子化焓(AHdp)也会发挥作用。具有改善的过滤性能可允许 使用较少过滤介质实现相同的过滤效果，因而是有益的。所得驻极体制品具备更高的电荷 水平或更为优化的电荷分布，这可能有助于增强性能。
图1为可使用本发明的驻极体过滤介质的一次性呼吸面罩10的前透视图。
图2为图1所示面罩主体12的剖视图，示出了纤维驻极体过滤层20。
图3为具有可包括本发明的驻极体过滤介质的滤筒28的呼吸面罩24的透视图。图4为可结合本发明使用的非纤维驻极体制品40的图示。图5为用于制备非织造微纤维网的设备的局部侧剖视图。图6为可用于结合本发明制备驻极体制品的液体流喷洒装置的透视图。
具体实施例方式在描述本发明的优选实施例时，为清楚起见，将使用具体的术语。但是，本发明并 非意图限于所选的特定术语，并且应当理解，所选的每个术语都包括与操作方式类似的所 有技术等同物。在实施本发明的过程中，可以首先提供待充电的制品，然后使该制品与具有根据 待充电制品的ζ电势而变化的电导率和PH值的含水液体接触，来制备驻极体制品。如果 待充电制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则接触含水液体将具有5至5，500 μ S/cm的电导 率和等于或小于7的pH值。并且如果ζ电势小于或等于-7. 5mV，则含水液体将具有5至 9，000 μ S/cm的电导率和大于7的pH值。如果聚合物制品包含的N-取代氨基芳香族添加 剂具有大于约230千卡/摩尔(kcal/mol)的质子亲和力和大于约335kCal/mol的去质子 化焓、以及小于约230kcal/mOl的质子亲和力，则含水液体将具有等于或小于7的pH值和 5至5，500 μ S/cm的电导率。如果聚合物制品包含的N-取代氨基芳香族添加剂具有小于 约335kCal/mol的去质子化焓，则含水液体将具有大于7的pH值和5至9，000 μ S/cm的 电导率。通过控制水中各种化学物质的类型和浓度，可以改变含水液体的所需PH值和电 导率，以根据本发明赋予电荷。例如，通过向水中加入更多的氢氧化钠，既可增大氢氧化钠 (NaOH)水溶液的pH值、又可增大该水溶液的电导率。通过向水中加入乙酸，可以逐步减小 乙酸(CH3COOH)水溶液的pH值，并逐步增大其电导率。通过加入用于控制pH值的恒量氢 氧化钠(NaOH)，并改变用于控制电导率的中性氯化钠(NaCl)的量，可以在调节含水液体的 电导率的同时使其PH值保持恒定。在连续工艺中，可以在延长时间段内连续测定pH值和 电导率，特别是从新鲜含水液体刚供应完毕开始。申请人:的制备驻极体制品的方法能够制备性能良好的驻极体制品，该性能对用于 过滤应用的制品尤其有益。结合本发明制备的驻极体制品可具有多种形状和构型。制品可 以为实心、多孔、纤维性的等。适用于本发明的纤维制品可由多种技术制成，包括气纺法、湿法成网法、水缠结 法、纺粘法和熔喷法，例如在 Van A. Wente，SuperfineThermoplastic Fibers,48 INDUS. ENGN. CHEM. 1342-46 (Van A. Wente，超细热塑性纤维，《工业工程化学》第48卷第1342-1346 页)和Van A. Wente等人所著的出版于1954年5月25日的名为Manufacture of Super FineOrganic Fibers (la^WI/l^W^lJit)白勺 Report No. 4364 of the NavalResearch Laboratories (海军研究实验室第4364号报告)中所描述的那些。纤维制品可为纤维网形 式，可使用这些技术的组合和这些纤维的组合制备。微纤维(特别是熔喷微纤维)尤其适用 于用作过滤器的纤维网。如本文所用，“微纤维”是指有效直径为约25微米或更小的纤维。 有效纤维直径可使用 Davies, C. N. , The Separation of Airborne Dust and Particles, INST. MECH. ENGN.，LONDON PR0C. IB (1952) (Davies, C. N.，气载尘埃与粒子的间距，《机械工程师学会会报》IB辑，伦敦，1952年)中的第12号公式计算。对于过滤应用，微纤维通常 具有小于20微米、更典型地为约1至约10微米的有效纤维直径。还可使用由原纤化膜制 成的纤维，参见(例如)授予Van Turnout的美国专利RE30, 782、RE32, 171,3, 998，916和 4，178，157。用本发明的方法制备的非织造网可具有超出1. 0,1. 2,1. 5,1. 6,1. 7,1. 8,2. 0、 2. 3、2. 4和3. 4的品质因数。通常，按照本发明制备的非织造驻极体网具有的品质因数比不 按照本发明的方法制备的相同制品高出15%、更典型地高出50%。也可以将短纤维与微纤维混合，以提高纤维网的蓬松度，即降低其密度。减小纤维 网密度可降低整个纤维网上的压降，从而使空气更易于通过过滤器。较低的压降在个人呼 吸保护装置中尤其可取，因为它使呼吸器的佩戴更为舒适。当压降较低时，驱使空气通过 过滤器所需的能量较少。因此，佩戴负压面罩(即需要佩戴者肺部产生的负压驱使空气通 过过滤器的呼吸器)的呼吸器佩戴者不必用力呼吸过滤空气。较低的能量要求还有利于降 低动力过滤系统中与向风机供能相关的成本，并有利于延长电池供电系统中电池的使用寿 命。在典型的非织造纤维过滤器中，存在不超过约90重量％、更典型地不超过约70重量％ 的短纤维。通常，纤维的其余部分为微纤维。包含短纤维的网的例子在授予Hauser的美国 专利4，118，531中有所公开。驻极体纤维网内还可以包含活性颗粒以用于各种目的，包括吸附剂、催化剂以及 其他目的。例如，授予Senkus等人的美国专利5，696，199描述了可能适用的各种类型的活 性颗粒。纤维网内可包含具有吸附性质的活性颗粒(例如活性炭或氧化铝)，以除去过滤操 作期间的有机蒸气。纤维网内可能存在的活性颗粒的体积百分比最多为约95%。添加颗粒 的非织造网的例子在(例如)授予Braun的美国专利3，971，373、授予Anderson的美国专 利4，100，324和授予Kolpin等人的美国专利4，429，001中有所描述。 可能适用于制备驻极体制品的聚合物包括热塑性有机不导电聚合物。这些聚合物 通常能够保持大量的捕获电荷，并能够(例如)通过熔喷设备或纺粘设备加工成纤维。术语 “有机”是指聚合物的主链包含碳原子。优选的聚合物包括聚烯烃(例如聚丙烯、聚(4-甲 基-1-戊烯))、包含这些聚合物中的一种或多种的共混物或共聚物以及这些聚合物的组 合。其他聚合物可包括聚乙烯、其他聚烯烃、全氟聚合物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、其他聚酯(例如聚交酯)、以及这些聚合物的组合，并且可任选地是， 其他不导电聚合物可用作聚合物成纤材料或用于制备其他驻极体制品。用于结合本发明制备驻极体制品的聚合物制品也可以被挤出或以其他方式成 形为包含多个聚合物组分，参见授予Krueger和Dyrud的美国专利4，729，371以及授予 Krueger和Meyer的美国专利4，795，668和4，547，420。不同的聚合物组分可沿要形成的 纤维(例如双组分纤维)的长度同心或纵向排列。纤维可以被布置为形成“宏观均勻的” 网，即由各自具有相同的一般组成的纤维制成的网。由聚合物材料制成的纤维还可包含其他合适的添加剂。可能的添加剂包括热稳 定的有机三嗪化合物或低聚物，这些化合物或低聚物包含至少一个不属于三嗪环的氮原 子，参见授予 Rousseau 等人的美国专利 6，268，495,5, 976，208,5, 968，635,5, 919，847 和 5，908，598。已知的可促进驻极体被水射流充电的另一种添加剂为可得自Ciba Specialty Chemicals, Inc.的 ChimassorbTM 944 LF (聚[[6-(1，1，3，3，-四甲基丁基)氨基]均 三嗪-2，4-二基][[(2，2，6，6_四甲基-4-哌啶基)亚氨基]六亚甲基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]])。添加剂可为N-取代氨基芳香族化合物，特别是(例如)下方 示出的式(1)或(2)的三氨基取代化合物
权利要求
1.一种制备驻极体制品的方法，所述方法包括(a)提供待充电的聚合物制品；(b)使所述待充电的聚合物制品接触具有以下PH值和电导率的含水液体⑴若所述制品具有-7. 5mV或更小的ζ电势，则所述接触液体具有大于7的ρΗ值和 约5至9，OOO μ S/cm的电导率；( )若所述制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则所述接触液体具有7或更小的ρΗ值和 约5至5，500 μ S/cm的电导率；以及(c)干燥所述制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体具有7至3，000μ S/cm的电导率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体具有10至1，000μ S/cm的电导率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品包含质子亲和力大于230kcal/ mol且去质子化焓大于335kCal/mol的N-取代氨基芳香族添加剂，并且其中所述含水液体 具有 或更小的ρΗ值和5至5，500 μ S/cm的电导率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品包含去质子化焓小于335kcal/ mol且质子亲和力小于230kcal/mOl的氨基取代芳香族添加剂，并且其中所述含水液体具 有大于7的ρΗ值和5至9，000 μ S/cm的电导率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品包含在室温下具有IO14Ω-cm或 更大的体积电阻率的聚合物材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述体积电阻率为约IO16Q-Cm或更大。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述聚合物制品具有非织造网的形式，所述非织 造网包含纤维并具有约2至500g/m2的基重、约0. 25至20mm的厚度和约至25%的密 实度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述非织造网具有约20至150g/m2的基重，并具 有约0. 5至2mm的厚度以及约3%至10%的密实度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述待充电的聚合物制品包含添加剂，所述添加 剂包括以下示出的式1或2的化合物
11.根据权利要求10所述的方法，其中每个R都可独立地为氢、卤素、具有20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的卤代烷基、具有2至20个碳原子的酯、包含2至20个碳原 子的取代胺以及它们的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体包含纯化水。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体包含60%体积的水。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体包含80%体积的水，并且其中所述 驻极体制品由连续工艺制备，在所述连续工艺过程中对所述PH值进行连续测量。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述干燥步骤包括真空干燥、加热干燥或它们的 组合。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品为含有包含聚丙烯的微纤维的 非织造纤维网。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述微纤维为熔喷微纤维。
18.一种制备过滤元件的方法，所述方法包括将权利要求16所述的非织造网置于滤筒 或面罩主体内。
19.一种制造呼吸器的方法，所述方法包括将权利要求16所述的非织造网置于面罩主 体内，所述面罩主体适于佩戴到人的鼻和口上方，所述非织造网设置在所述面罩主体内，使 得待过滤空气在被所述呼吸器的使用者吸入之前通过所述非织造网。
20.一种制备纤维驻极体制品的方法，所述方法包括(a)提供包含纤维的非织造网，所述非织造网在室温下具有IO14Q-Cm或更大的体积电 阻率；以及(b)使所述非织造网接触具有以下PH值和电导率的含水液体⑴若所述制品具有-7. 5mV或更小的ζ电势，则所述接触液体具有大于7的ρΗ值和 约5至9，00(^5/011的电导率；并且( )若所述制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则所述接触液体具有7或更小的ρΗ值和 5至5，500 μ S/cm的电导率；以及(c)干燥所述非织造网。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述非织造网包含微纤维，并呈现出1.5/mmH20 或更大的品质因数。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所呈现的品质因数为ZmmH2CT1或更大。
全文摘要
本发明提供了由具有大于或小于-7.5mV的ζ电势的聚合物制品制备驻极体制品的方法。所述制品通过与具有如下pH值和电导率的含水液体接触而带电(i)若所述制品具有-7.5mV或更小的ζ电势，则所述接触液体具有大于7的pH值和5至9,000μS/cm的电导率；并且(ii)若所述制品具有大于-7.5mV的ζ电势，则所述接触液体具有7或更小的pH值和5至5,500μS/cm的电导率。通过这种方式制备的驻极体制品可提供改善的驻极体性能，特别是改善的驻极体过滤制品性能。
文档编号A62B18/02GK102112680SQ200980127930
公开日2011年6月29日 申请日期2009年4月14日 优先权日2008年6月2日
发明者丹尼尔·A·亚蓬蒂奇, 内森·E·舒尔茨, 周世宏, 拉胡尔·B·沙阿, 李福明, 约翰·M·塞巴斯蒂安, 贾斯廷·L·基奥, 马尔文·E·琼斯 申请人:3M创新有限公司
制备基于ζ电势的驻极体制品的方法本发明涉及为聚合物驻极体制品充电的新方法。该方法涉及使用具有电导率和PH 值的含水液体，其中根据制品的ζ电势选择电导率和PH值。
背景技术：
已知驻极体制品(即显示具有至少准永久性电荷的电介质制品)显示出良好的过 滤性质。这些制品已被制备成多种构造，但对于空气过滤目的来说，该制品通常采用非织 造聚合物纤维网的 形式。此类产品的例子为3Μ公司销售的FiltreteTM牌炉过滤器。另 夕卜，非织造聚合物驻极体过滤器已应用于个人呼吸保护装置，参见(例如)授予Berg的 美国专禾IJ 4，536，440、授予Dyrud等人的美国专利4，807，619、授予Kronzer等人的美国 专利5，307，796、授予Braun等人的美国专利5，804，295和授予Rekow等人的美国专利 6，216，693。电荷增强了非织造网对穿过纤维网的流体中悬浮的粒子的捕集能力。非织造网通 常包含含有介电(即不导电)聚合物的纤维。多年以来，已经开发出多种用于制备驻极体 制品的技术。与使聚合物箔带电相关的早期工作在P. W. Chudleigh所著Mechanismof Charge Transfer to a Polymer Surface by a Conducting Liquid Contact,21APPL. PHYS. LETT.， 547-48 (Dec. 1，1972)(通过接触导电液体将电荷传输到聚合物表面的机制，《应用物理快 报》第21卷第547-548页，1972年 12月 1 日)和Charging of Polymer Foils Using Liquid Contacts, 47 J. APPL. PHYS.，4475-83 (October 1976)(利用液体接触使聚合物箔带电，《应 用物理杂志》第47卷第4475-4483页，1976年10月)中有所描述。Chudleigh的方法涉及 通过向箔施加电压而使聚氟乙烯聚合物箔带电。通过接触箔表面的导电液体施加电压。用于制备具有纤维形式的聚合物驻极体的早期已知技术在授予Kubic和Davis的 美国专利4，215，682中有所公开。在该方法中，纤维在离开模孔时被带电粒子轰击。纤维 使用“熔喷”方法制备，其中在模孔附近高速喷出的气体流将挤出的聚合物材料抽出并冷却 成硬化纤维。被轰击的熔喷纤维随机聚集在收集器上，形成驻极体纤维网。该专利提及，当 以这种方式使熔喷纤维带电时，过滤效率会提高两倍或更多倍。也已通过电晕充电制备驻极体纤维网。例如，授予Klaase等人的美国专利 4，588，537示出了一种纤维网，该纤维网在设置为邻近基本上封闭的电介质箔的一个主表 面的同时被连续送入电晕放电装置。电晕由连接到带相反电荷的薄钨丝的高压电源产生。 赋予非织造网静电电荷的另一种高压技术在授予Nakao的美国专利4，592,815中有所描 述。在该充电方法中，将纤维网与表面光滑的接地电极紧密接触。驻极体纤维网也可由聚合物膜或箔制备，如授予van Turnhout的美国专利 Re. 30，782、Re. 31，285和Re. 32，171中所描述的那样。先使聚合物膜或箔带上静电，再将 其原纤化为纤维，随后收集这些纤维，并加工成非织造纤维过滤器。也已经使用机械方法使纤维带电。授予Brown的美国专利4，798，850描述了过滤 材料，该过滤材料包含两种不同的卷曲合成聚合物纤维的混合物，其中聚合物纤维已被梳理成棉网，然后织成毡。该专利描述了在梳理过程中将纤维充分混合以使其带电的过程。授予Brown的专利中所公开的方法通常称为“摩擦带电”。在不带电的高速气体或液体射流经过介电膜表面上方时也可以发生摩擦带电。在 美国专利5，280，406中，Coufal等人公开了当不带电的流体射流撞击介电膜表面时表面会 带电这一现象。最近开发了使用水赋予非织造纤维网电荷的技术(参见授予Angadjivand等人 的美国专利5，496，507)。加压的水射流或水滴流撞击到包含不导电微纤维的非织造网，以 产生电荷。在水充电操作之前让纤维网经受空气电晕放电处理可进一步增强充电。所得 电荷提供了过滤增强性质。有关用水制备驻极体制品的其他方法，还可参见授予Eitzman 等人的美国专利6，824，718和6，406，657、授予Angadjivand等人的美国专利6，783，574、 6，375，886和6，119，691，以及授予Insley等人的美国专利6，743，464。非水极性液体也已 经用于制备驻极体纤维制品，参见授予Eitzman等人的美国专利6，454，986。向纤维网内添加某些添加剂已经改善了驻极体性能。一种用于改善抗油雾气溶 胶性的方法包括在形成聚合物纤维制品的过程中向聚合物中加入可熔融加工的含氟化合 物添加剂(例如含氟化合物噁唑烷酮、含氟化合物哌嗪或全氟化烷烃)，参见(例如)授 予Crater等人的美国专利No. 5，025，052和5，099，026，以及授予Jones等人的美国专 利No. 5，411，576和5，472，481。含氟化合物为可熔融加工的，即它们在用来在驻极体纤 维网内形成纤维的熔融加工条件下基本上不降解，还可参见授予Rousseau等人的美国专 利No. 5，908，598。除了熔融加工法之外，还可以将聚合物制品放入包含含氟物质和惰性 气体的气氛中，然后放电以改变聚合物制品的表面化学性质，通过这种方式制备氟化驻极 体。放电可具有等离子体形式，例如AC电晕放电。等离子体氟化法使氟原子存在于聚 合物制品的表面上。使用(例如)上述水充电技术可使氟化聚合物制品带电荷。等离子 体氟化法在授予Jones/Lyons等人的多个美国专利6，397，458、6，398，847、6，409，806、 6，432，175,6, 562，112,6, 660，210和6，808，551中有所描述。具有高的氟饱和系数的驻极 体制品在授予Spartz等人的美国专利7，244，291中有所描述，而具有低的氟饱和系数并 结合杂原子的驻极体制品在授予Kirk等人的美国专利7，244，292中有所描述。公开了氟 化技术的其他专利公开包括美国专利No. 6，419，871,6, 238，466,6, 214，094,6, 213，122、 5，908，598,4, 557，945,4, 508，781 和 4，264，750 ；美国专利公开 US 2003/0134515 Al 和 US 2002/0174869 Al ；以及国际专利公开 WO 01/07144。过滤器纤维网也已经在并非有意对纤维或纤维网进行后充电或“驻极体化”的情 况下制备，参见授予Chou等人的美国专利5，780’ 153。纤维由共聚物制成，该共聚物包括 乙烯、5重量％至25重量％的(甲基)丙烯酸和可任选地(虽然较不优选)最多40重量％ 的(甲基)丙烯酸烷基酯(其烷基具有1至8个碳原子)的共聚物。5%至70%的酸基与 金属离子(尤其是锌、钠、锂或镁离子、或这些离子的混合物)中和。该共聚物的熔融指数 为5至1000克(g)/10分钟。其余部分可以是聚丙烯或聚乙烯之类的聚烯烃。纤维可通过 熔喷法制备，并且可以用水快速冷却，以避免过度粘合。该专利公开了上述纤维对任何现有 的或有意、专门产生的静电荷具有较高的静电保持作用。包含添加剂的其他驻极体在授予Nishiura的美国专利5，057，710中有所描述。授 予Nishiura的专利中所公开的聚丙烯驻极体包含至少一种稳定剂，其选自阻胺、含氮阻酚和含金属阻酚。该专利提出，含有这些添加剂的驻极体可提供较高的热稳定性。通过将非 织造织物片材置于针状电极和接地电极之间，可以执行驻极体处理。授予Ohmori等人的美 国专利4，652，282和4，789，504描述了将脂肪酸金属盐加入绝缘聚合物以长时间保持高除 尘性能的方法。日本专利Kokoku JP60-947描述了包含聚(4-甲基戊烯)和至少一种 选自下列的化合物的驻极体(a)含有酚羟基的化合物、(b)高级脂族羧酸及其金属盐、(c) 硫代羧酸酯化合物、(d)磷化合物和(e)酯化合物。此专利指出，该驻极体具有长期贮存稳 定性。公开了制备驻极体制品的方法的其他日本专利公开包括2002-115178、 2002-115177A,2003-013359,2004-66026,2004-66027 和 2004-195357。有关界面处的离子化学、以及吸附水传递并促进离子以产生驻极体的方式的简述 McCarty and Whitesides, Electrostatic Charging Due toSeparation of Ions at
Interfaces =Contact Electrification of Ion Electrets,47ANGW. CHEM. INT. 2-22(2008) (McCarty和Whitesides，由于离子在界面处分离产生的静电充电离子驻极体的接触 起电，《德国应用化学》2008年第47卷第2-22页)；还可参见McCarty et al.，Ionic Electrets :ElectrostaticCharging of Surfaces by Transferring Mobile Ions Upon Contact, 129 J. AM. CHEM. S0C. 4075-88 (2007) (McCarty 等人，离子驻极体通过在接触后转 移可动离子使表面带静电，《美国化学会志》2007年第129卷第4075-4088页)和Kudin et al. , Why Are Water - Hydrophobic IntersurfacesInterfaces Charged ？ , J. AM. CHEM. S0C. (received September 17，2007) (Kudin等人，水/疏水界面为何会带电？《美国化学 会志》，2007年9月17日收稿)。术语表在本文件中“水性”是指含水液体包含至少约40%体积的水；“包含”是指其在专利术语中的标准定义，即大致与“包括”、“具有”或“含有”同义 的开放式术语。虽然“包含”、“包括”、“具有”和“含有”以及它们的变型是常用的开放式术 语，但本发明也可以用诸如“基本上由..·组成”之类更狭义的术语恰当地描述，该术语为 半开放式术语，因为其仅仅排除了在执行其预期功能时会对驻极体制品的性能产生有害影 响的那些事物或要素；“导电性”是指物质传输电流的能力；“电荷”是指存在电荷分离；“焓”是指用“H”表示的物质的热力学性质，其中H = U+pV，U为内能，ρ为压力，且 V为体积；焓H为系统的内能加上压力与体积的乘积；焓变为系统内热量的变化，即，等于在 恒压下系统吸收的热；“去质子化焓”是指从分子中脱除质子所需的焓(Δ Hdp)；“纤维性”是指具有纤维，并可能具有其他成分；“驻极体纤维网”是指含有纤维并显示具有准永久性电荷的网；“液态”是指介于固态和气态之间的物态；“不导电”是指在室温(22°C )下具有约1014Ω · cm或以上的体积电阻率； “非织造”是指其中的成分(如纤维)通过除织造之外的方式保持在一起的结构或结构的一部分； “N-取代氨基芳香族”是指具有1至3个稠环(如苯、萘或三嗪)并且被至少一 个-NR1R2类的取代氨基取代的芳族基团，其中基团R1为氢、具有1至20个碳原子的烷基、具 有可以连接或稠合的1至5个环的芳基、具有1至20个碳原子的杂烷基或具有1至20个 碳原子的取代烷基，且基团R2为氢、具有1至20个碳原子的烷基、具有可以连接或稠合的1 至5个环的芳基、具有1至20个碳原子的杂烷基或具有1至20个碳原子的取代烷基。“pH”是指溶液在室温和常压(22°C，101，300帕斯卡)下的酸度或碱度的量度，其 对数标度为0至14，其中中性用数值7表示，酸性越强数值越小，且碱性越强数值越大，该值 的正式定义为常规氢离子活性以10为底的负对数；“聚合物”是指包含规则或不规则排列的重复连接分子单元或基团的有机材料；“聚合物型”是指包含聚合物和任选的其他成分；“聚合物成纤材料”是指包含聚合物或包含能够制备聚合物的单体的组合物，该组 合物还可能包含其他成分，并能够成型为固体纤维；“质子亲和力”或“PA”是指当质子附接到分子时的负焓变，单位为千卡/摩尔 (kcal/mol)；“品质因数”是指根据下文示出的品质因数测试确定的品质因数QF;“准永久性”是指电荷以可被明显测得的程度在标准大气条件(22°C，101，300帕斯 卡大气压力，以及50%的湿度)下留存于制品中足够长的时间；“水”是指H2O;以及“ ζ电势”是指在零电流下的电势差(也称为电动电势)，它是由液体在压力梯度 下的流动所引起的。
发明内容
本发明涉及制备驻极体制品的新方法。该方法包括(a)提供待充电的聚合物制品； 并且(b)使要充电的聚合物制品接触具有如下pH值和电导率的含水液体(i)如果该制品具 有小于-7. 5毫伏(mV)的ζ电势，则接触水具有约5至9，000微西门子/厘米(μ S/cm)的 电导率和大于7的pH值；且(ii)如果该制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则接触水具有约 5至5，500微西门子/厘米(yS/cm)的电导率和等于或小于7的pH值。该制品可以主动 (利用真空或加热)干燥或被动干燥(悬挂干燥)、或采用这两种方式的组合进行干燥。本发明的方法提供了用于制备驻极体的新配方，当采用该配方时，可以改善适合 此目的的驻极体制品的过滤性能。发明人发现，当使用选择的含水液体(其具有的电导率 和PH值取决于ζ电势)使该制品带电时，可以实现过滤性能的改善，改善效果用已知参数 品质因数(QF)来衡量。发明人还发现，当在构成驻极体制品的聚合物材料中使用某些添加 剂时，质子亲和力(PA)和去质子化焓(AHdp)也会发挥作用。具有改善的过滤性能可允许 使用较少过滤介质实现相同的过滤效果，因而是有益的。所得驻极体制品具备更高的电荷 水平或更为优化的电荷分布，这可能有助于增强性能。
图1为可使用本发明的驻极体过滤介质的一次性呼吸面罩10的前透视图。
图2为图1所示面罩主体12的剖视图，示出了纤维驻极体过滤层20。
图3为具有可包括本发明的驻极体过滤介质的滤筒28的呼吸面罩24的透视图。图4为可结合本发明使用的非纤维驻极体制品40的图示。图5为用于制备非织造微纤维网的设备的局部侧剖视图。图6为可用于结合本发明制备驻极体制品的液体流喷洒装置的透视图。
具体实施例方式在描述本发明的优选实施例时，为清楚起见，将使用具体的术语。但是，本发明并 非意图限于所选的特定术语，并且应当理解，所选的每个术语都包括与操作方式类似的所 有技术等同物。在实施本发明的过程中，可以首先提供待充电的制品，然后使该制品与具有根据 待充电制品的ζ电势而变化的电导率和PH值的含水液体接触，来制备驻极体制品。如果 待充电制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则接触含水液体将具有5至5，500 μ S/cm的电导 率和等于或小于7的pH值。并且如果ζ电势小于或等于-7. 5mV，则含水液体将具有5至 9，000 μ S/cm的电导率和大于7的pH值。如果聚合物制品包含的N-取代氨基芳香族添加 剂具有大于约230千卡/摩尔(kcal/mol)的质子亲和力和大于约335kCal/mol的去质子 化焓、以及小于约230kcal/mOl的质子亲和力，则含水液体将具有等于或小于7的pH值和 5至5，500 μ S/cm的电导率。如果聚合物制品包含的N-取代氨基芳香族添加剂具有小于 约335kCal/mol的去质子化焓，则含水液体将具有大于7的pH值和5至9，000 μ S/cm的 电导率。通过控制水中各种化学物质的类型和浓度，可以改变含水液体的所需PH值和电 导率，以根据本发明赋予电荷。例如，通过向水中加入更多的氢氧化钠，既可增大氢氧化钠 (NaOH)水溶液的pH值、又可增大该水溶液的电导率。通过向水中加入乙酸，可以逐步减小 乙酸(CH3COOH)水溶液的pH值，并逐步增大其电导率。通过加入用于控制pH值的恒量氢 氧化钠(NaOH)，并改变用于控制电导率的中性氯化钠(NaCl)的量，可以在调节含水液体的 电导率的同时使其PH值保持恒定。在连续工艺中，可以在延长时间段内连续测定pH值和 电导率，特别是从新鲜含水液体刚供应完毕开始。申请人:的制备驻极体制品的方法能够制备性能良好的驻极体制品，该性能对用于 过滤应用的制品尤其有益。结合本发明制备的驻极体制品可具有多种形状和构型。制品可 以为实心、多孔、纤维性的等。适用于本发明的纤维制品可由多种技术制成，包括气纺法、湿法成网法、水缠结 法、纺粘法和熔喷法，例如在 Van A. Wente，SuperfineThermoplastic Fibers,48 INDUS. ENGN. CHEM. 1342-46 (Van A. Wente，超细热塑性纤维，《工业工程化学》第48卷第1342-1346 页)和Van A. Wente等人所著的出版于1954年5月25日的名为Manufacture of Super FineOrganic Fibers (la^WI/l^W^lJit)白勺 Report No. 4364 of the NavalResearch Laboratories (海军研究实验室第4364号报告)中所描述的那些。纤维制品可为纤维网形 式，可使用这些技术的组合和这些纤维的组合制备。微纤维(特别是熔喷微纤维)尤其适用 于用作过滤器的纤维网。如本文所用，“微纤维”是指有效直径为约25微米或更小的纤维。 有效纤维直径可使用 Davies, C. N. , The Separation of Airborne Dust and Particles, INST. MECH. ENGN.，LONDON PR0C. IB (1952) (Davies, C. N.，气载尘埃与粒子的间距，《机械工程师学会会报》IB辑，伦敦，1952年)中的第12号公式计算。对于过滤应用，微纤维通常 具有小于20微米、更典型地为约1至约10微米的有效纤维直径。还可使用由原纤化膜制 成的纤维，参见(例如)授予Van Turnout的美国专利RE30, 782、RE32, 171,3, 998，916和 4，178，157。用本发明的方法制备的非织造网可具有超出1. 0,1. 2,1. 5,1. 6,1. 7,1. 8,2. 0、 2. 3、2. 4和3. 4的品质因数。通常，按照本发明制备的非织造驻极体网具有的品质因数比不 按照本发明的方法制备的相同制品高出15%、更典型地高出50%。也可以将短纤维与微纤维混合，以提高纤维网的蓬松度，即降低其密度。减小纤维 网密度可降低整个纤维网上的压降，从而使空气更易于通过过滤器。较低的压降在个人呼 吸保护装置中尤其可取，因为它使呼吸器的佩戴更为舒适。当压降较低时，驱使空气通过 过滤器所需的能量较少。因此，佩戴负压面罩(即需要佩戴者肺部产生的负压驱使空气通 过过滤器的呼吸器)的呼吸器佩戴者不必用力呼吸过滤空气。较低的能量要求还有利于降 低动力过滤系统中与向风机供能相关的成本，并有利于延长电池供电系统中电池的使用寿 命。在典型的非织造纤维过滤器中，存在不超过约90重量％、更典型地不超过约70重量％ 的短纤维。通常，纤维的其余部分为微纤维。包含短纤维的网的例子在授予Hauser的美国 专利4，118，531中有所公开。驻极体纤维网内还可以包含活性颗粒以用于各种目的，包括吸附剂、催化剂以及 其他目的。例如，授予Senkus等人的美国专利5，696，199描述了可能适用的各种类型的活 性颗粒。纤维网内可包含具有吸附性质的活性颗粒(例如活性炭或氧化铝)，以除去过滤操 作期间的有机蒸气。纤维网内可能存在的活性颗粒的体积百分比最多为约95%。添加颗粒 的非织造网的例子在(例如)授予Braun的美国专利3，971，373、授予Anderson的美国专 利4，100，324和授予Kolpin等人的美国专利4，429，001中有所描述。 可能适用于制备驻极体制品的聚合物包括热塑性有机不导电聚合物。这些聚合物 通常能够保持大量的捕获电荷，并能够(例如)通过熔喷设备或纺粘设备加工成纤维。术语 “有机”是指聚合物的主链包含碳原子。优选的聚合物包括聚烯烃(例如聚丙烯、聚(4-甲 基-1-戊烯))、包含这些聚合物中的一种或多种的共混物或共聚物以及这些聚合物的组 合。其他聚合物可包括聚乙烯、其他聚烯烃、全氟聚合物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、其他聚酯(例如聚交酯)、以及这些聚合物的组合，并且可任选地是， 其他不导电聚合物可用作聚合物成纤材料或用于制备其他驻极体制品。用于结合本发明制备驻极体制品的聚合物制品也可以被挤出或以其他方式成 形为包含多个聚合物组分，参见授予Krueger和Dyrud的美国专利4，729，371以及授予 Krueger和Meyer的美国专利4，795，668和4，547，420。不同的聚合物组分可沿要形成的 纤维(例如双组分纤维)的长度同心或纵向排列。纤维可以被布置为形成“宏观均勻的” 网，即由各自具有相同的一般组成的纤维制成的网。由聚合物材料制成的纤维还可包含其他合适的添加剂。可能的添加剂包括热稳 定的有机三嗪化合物或低聚物，这些化合物或低聚物包含至少一个不属于三嗪环的氮原 子，参见授予 Rousseau 等人的美国专利 6，268，495,5, 976，208,5, 968，635,5, 919，847 和 5，908，598。已知的可促进驻极体被水射流充电的另一种添加剂为可得自Ciba Specialty Chemicals, Inc.的 ChimassorbTM 944 LF (聚[[6-(1，1，3，3，-四甲基丁基)氨基]均 三嗪-2，4-二基][[(2，2，6，6_四甲基-4-哌啶基)亚氨基]六亚甲基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]])。添加剂可为N-取代氨基芳香族化合物，特别是(例如)下方 示出的式(1)或(2)的三氨基取代化合物
权利要求
1.一种制备驻极体制品的方法，所述方法包括(a)提供待充电的聚合物制品；(b)使所述待充电的聚合物制品接触具有以下PH值和电导率的含水液体⑴若所述制品具有-7. 5mV或更小的ζ电势，则所述接触液体具有大于7的ρΗ值和 约5至9，OOO μ S/cm的电导率；( )若所述制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则所述接触液体具有7或更小的ρΗ值和 约5至5，500 μ S/cm的电导率；以及(c)干燥所述制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体具有7至3，000μ S/cm的电导率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体具有10至1，000μ S/cm的电导率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品包含质子亲和力大于230kcal/ mol且去质子化焓大于335kCal/mol的N-取代氨基芳香族添加剂，并且其中所述含水液体 具有 或更小的ρΗ值和5至5，500 μ S/cm的电导率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品包含去质子化焓小于335kcal/ mol且质子亲和力小于230kcal/mOl的氨基取代芳香族添加剂，并且其中所述含水液体具 有大于7的ρΗ值和5至9，000 μ S/cm的电导率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品包含在室温下具有IO14Ω-cm或 更大的体积电阻率的聚合物材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述体积电阻率为约IO16Q-Cm或更大。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述聚合物制品具有非织造网的形式，所述非织 造网包含纤维并具有约2至500g/m2的基重、约0. 25至20mm的厚度和约至25%的密 实度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述非织造网具有约20至150g/m2的基重，并具 有约0. 5至2mm的厚度以及约3%至10%的密实度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述待充电的聚合物制品包含添加剂，所述添加 剂包括以下示出的式1或2的化合物
11.根据权利要求10所述的方法，其中每个R都可独立地为氢、卤素、具有20个碳原子的烷基、具有1至20个碳原子的卤代烷基、具有2至20个碳原子的酯、包含2至20个碳原 子的取代胺以及它们的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体包含纯化水。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体包含60%体积的水。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水液体包含80%体积的水，并且其中所述 驻极体制品由连续工艺制备，在所述连续工艺过程中对所述PH值进行连续测量。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述干燥步骤包括真空干燥、加热干燥或它们的 组合。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物制品为含有包含聚丙烯的微纤维的 非织造纤维网。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述微纤维为熔喷微纤维。
18.一种制备过滤元件的方法，所述方法包括将权利要求16所述的非织造网置于滤筒 或面罩主体内。
19.一种制造呼吸器的方法，所述方法包括将权利要求16所述的非织造网置于面罩主 体内，所述面罩主体适于佩戴到人的鼻和口上方，所述非织造网设置在所述面罩主体内，使 得待过滤空气在被所述呼吸器的使用者吸入之前通过所述非织造网。
20.一种制备纤维驻极体制品的方法，所述方法包括(a)提供包含纤维的非织造网，所述非织造网在室温下具有IO14Q-Cm或更大的体积电 阻率；以及(b)使所述非织造网接触具有以下PH值和电导率的含水液体⑴若所述制品具有-7. 5mV或更小的ζ电势，则所述接触液体具有大于7的ρΗ值和 约5至9，00(^5/011的电导率；并且( )若所述制品具有大于-7. 5mV的ζ电势，则所述接触液体具有7或更小的ρΗ值和 5至5，500 μ S/cm的电导率；以及(c)干燥所述非织造网。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述非织造网包含微纤维，并呈现出1.5/mmH20 或更大的品质因数。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所呈现的品质因数为ZmmH2CT1或更大。
全文摘要
本发明提供了由具有大于或小于-7.5mV的ζ电势的聚合物制品制备驻极体制品的方法。所述制品通过与具有如下pH值和电导率的含水液体接触而带电(i)若所述制品具有-7.5mV或更小的ζ电势，则所述接触液体具有大于7的pH值和5至9,000μS/cm的电导率；并且(ii)若所述制品具有大于-7.5mV的ζ电势，则所述接触液体具有7或更小的pH值和5至5,500μS/cm的电导率。通过这种方式制备的驻极体制品可提供改善的驻极体性能，特别是改善的驻极体过滤制品性能。
文档编号A62B18/02GK102112680SQ200980127930
公开日2011年6月29日 申请日期2009年4月14日 优先权日2008年6月2日
发明者丹尼尔·A·亚蓬蒂奇, 内森·E·舒尔茨, 周世宏, 拉胡尔·B·沙阿, 李福明, 约翰·M·塞巴斯蒂安, 贾斯廷·L·基奥, 马尔文·E·琼斯 申请人:3M创新有限公司
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