(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトレット濾材であって、
熱可塑性樹脂と、フッ素化された基を含まない複素環式イミド材料を含む帯電強化添加剤と、の配合物を含む、有効直径が１〜１００マイクロメートルの不織超極細繊維ウェブ
を含み、
フッ素化された基を含まない前記複素環式イミド材料が、構造（ａ）、（ｂ）若しくは（ｃ）の少なくとも１つの材料、又はこれらの任意の組み合わせを含む
【化１】
0005706875.tif 000027
（式中、前記基Ｒ１は、水素原子、アルキル、アリール、側枝原子若しくは鎖状原子であるヘテロ原子を含有するヘテロアルキル、置換アリール、複素環式イミド基を含む基、又は、アルキル及び側枝原子若しくは鎖状原子であるヘテロ原子を含有するヘテロアルキルからなる群より選択される基で置換された置換アルキルを含み、
前記基Ｒ２及びＲ３は、独立して、水素原子、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル、置換アリール、又は複素環式イミド基を含む基を含み、
前記基Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、独立して、水素原子、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル、置換アリール、又は複素環式イミド基を含む基を含み、
Ａｒは芳香環を含み、
Ｚ１及びＺ２はそれぞれ、独立して、前記環の任意の位置に位置する前記芳香環上の置換基であり、かつ水素原子、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル、置換アリール、ニトロ基、又は複素環式イミドを含む基である）、
エレクトレット濾材。
【請求項２】
フッ素化された基を含まない前記複素環式イミド材料が、少なくとも構造（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）若しくは（ｇ）の１つの材料、又はこれらの任意の組み合わせを含む、
【化２】
0005706875.tif 000028
（式中、ｎが約５〜７の数である）、請求項１に記載のエレクトレット濾材。
【請求項３】
エレクトレットウェブの調製方法であって、
熱可塑性材料を用意する工程と、
フッ素化された基を含まない複素環式イミド材料を含む帯電強化添加剤を用意する工程と、
前記熱可塑性材料及び前記帯電強化添加剤をホットメルト混合して熱可塑性配合物を生産する工程と、
ウェブを形成する工程と、
前記ウェブを静電気的に帯電させる工程と、含み、
フッ素化された基を含まない前記複素環式イミド材料が、構造（ａ）、（ｂ）若しくは（ｃ）の少なくとも１つの材料、又はこれらの任意の組み合わせを含む
【化３】
0005706875.tif 000029
（式中、前記基Ｒ１は、水素原子、アルキル、アリール、側枝原子若しくは鎖状原子であるヘテロ原子を含有するヘテロアルキル、置換アリール、複素環式イミド基を含む基、又は、アルキル及び側枝原子若しくは鎖状原子であるヘテロ原子を含有するヘテロアルキルからなる群より選択される基で置換された置換アルキルを含み、
前記基Ｒ２及びＲ３は、独立して、水素原子、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル、置換アリール、又は複素環式イミド基を含む基を含み、
前記基Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、独立して、水素原子、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル、置換アリール、又は複素環式イミド基を含む基を含み、
Ａｒは芳香環を含み、
Ｚ１及びＺ２はそれぞれ、独立して、前記環の任意の位置に位置する前記芳香環上の置換基であり、かつ水素原子、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル、置換アリール、ニトロ基、又は複素環式イミドを含む基である）、
エレクトレットウェブの調製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、帯電強化添加剤を含有する不織熱可塑性超極細繊維ウェブなどの不織繊維ウェブを含む、エレクトレットウェブ及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレットは、準永久帯電を示す誘電材料である。エレクトレットは、例えば、食品包装用フィルム、エアフィルタ、濾過用面体及び呼吸用マスクなどのさまざまなデバイスにおいて、並びにマイクロフォン、ヘッドフォン及び静電記録装置などの電気音響的装置内の静電的要素として有用である。
【０００３】
エアゾール濾過に使用されるマイクロファイバーウェブの性能は、繊維に電荷を付与し、エレクトレット材料を形成することによって改善することができる。特に、エレクトレットはエアゾールフィルタにおける粒子捕捉を向上させるのに有効である。マイクロファイバーウェブ内にエレクトレット材料を形成するために、多くの方法が知られている。このような方法としては、例えば、ダイ開口部から出て繊維が形成された時点で、メルトブローン繊維に電子又はイオンなどの帯電粒子を衝突させる工程が挙げられる。他の方法としては、例えば、ウェブが形成された後で、ＤＣコロナ放電によって繊維を帯電させる工程、又はカーディング及び／又はニードルタッキング（摩擦帯電）によって繊維マットへ電荷を付与する工程が挙げられる。近年、ウォータージェット又は水滴流が、濾過促進エレクトレット電荷を用意するのに十分な圧力で、不織ウェブに衝突する方法（ハイドロチャージング）が述べられてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特性の改善されたエレクトレットウェブに対する要求が、依然として存在している。本開示において、帯電強化添加剤を含有するエレクトレットウェブが開示される。これらの帯電強化添加剤は、摩擦帯電、ＤＣコロナ放電、ハイドロチャージング又はこれらの組み合わせなどの、さまざまな異なる帯電メカニズムにより、容易に帯電するエレクトレットウェブを用意する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
幾つかの実施形態においては、開示は熱可塑性樹脂、及びフッ素化された基を含まない複素環式イミド材料を含有する、帯電強化添加剤を含むエレクトレットウェブを含む。エレクトレットウェブは、不織繊維ウェブ又は実に不織超極細繊維ウェブの形態であってよい。
【０００６】
他の実施形態においては、開示は、熱可塑性樹脂、及びフッ素化された基を含まない複素環式イミド材料を含有する、帯電強化添加剤の配合物を含む、不織超極細繊維ウェブを含むエレクトレット濾材を含む。エレクトレット濾材は、人工呼吸器フィルタ、室内換気システムフィルタ、車両換気システムフィルタ、空調フィルタ、炉用フィルタ、室内空気清浄機フィルタ、真空掃除機フィルタ、又はコンピュータディスクドライブフィルタを構成してよい。
【０００７】
また、熱可塑性材料の用意、フッ素化された基を含まない複素環式イミド材料を含有するホットメルト加工可能な帯電強化添加剤の用意、配合物形成のための熱可塑性材料及び帯電強化添加剤のホットメルト混合、ホットメルト配合物からのウェブの形成、及びウェブの静電気的帯電を含む、エレクトレットウェブの調製方法が開示される。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示において有用なエレクトレットウェブは、熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤の配合物を含む。このような配合物から調製されるウェブは、熱可塑性樹脂のみから調製されるウェブを超える改善された性質を示すことができる。有用な帯電強化添加剤は、フッ素化された基を含まない複素環式イミド材料を含む。
【０００９】
エレクトレットウェブは、さまざまな形態であってよい。例えば、ウェブは連続又は不連続フィルムであってよく、あるいは繊維ウェブであってよい。繊維ウェブは、濾過材料の形成に特に有用である。幾つかの実施形態では、ウェブは不織マイクロファイバーウェブである。典型的には、マイクロファイバーは有効直径（又は走査型電子顕微鏡などの方法で測定される場合の平均直径）が１〜１００マイクロメートル、又はより典型的には２〜３０マイクロメートルであり、マイクロファイバーは円形の横断面を有する必要はない。
【００１０】
用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、「少なくとも１つの」と同じ意味で用いられ、記載された要素の１つ以上を意味する。
【００１１】
用語エレクトレットは、準永久帯電を示す材料を意味する。電荷は、実施例の項目に記述されるように、Ｘ線放電試験により特徴付けることができる。
【００１２】
用語「アルキル」は、飽和炭化水素であるアルカンのラジカルである一価の基を意味する。アルキルは、直鎖状、分枝状、環状又はこれらの組み合わせであることができ、典型的には１〜２０個の炭素原子を有する。幾つかの実施形態では、アルキル基は、１〜１８個、１〜１２個、１〜１０個、１〜８個、１〜６個又は１〜４個の炭素原子を含む。アルキル基の例としては、これらに限定されないが、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、第三級ブチル（ｔ−ブチル）、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、シクロヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル及びエチルヘキシルが挙げられる。
【００１３】
用語「アルケニル」は、少なくとも１個の炭素−炭素二重結合を有する炭化水素であるアルケンのラジカルである一価の基を意味する。アルケニルは、直鎖、分枝状、環状又はこれらの組み合わせであることができ、典型的には、２〜２０個の炭素原子を含む。一部の実施形態では、アルケニルは、２〜１８個、２〜１２個、２〜１０個、４〜１０個、４〜８個、２〜８個、２〜６個又は２〜４個の炭素原子を含む。代表的なアルケニル基としては、エテニル、ｎ−プロペニル及びｎ−ブテニルが挙げられる。
【００１４】
用語「アルキニル」は、少なくとも１個の炭素−炭素３重結合を有する炭化水素であるアルキンのラジカルである一価の基を意味する。アルキニルは、直鎖、分枝状、環状又はこれらの組み合わせであってよく、典型的には、２〜２０個の炭素原子を含む。幾つかの実施形態では、アルキニルは、２〜１８個、２〜１２個、２〜１０個、４〜１０個、４〜８個、２〜８個、２〜６個又は２〜４個の炭素原子を含む。代表的アルキニル基としては、エチニル、ｎ−プロピニル及びｎ−ブチニルが挙げられる。
【００１５】
用語「ヘテロアルキル」は、ヘテロ原子を含有するアルキル基を意味する。これらヘテロ原子は側枝原子、例えばフッ素、塩素、臭素若しくはヨウ素のようなハロゲンであるか、又は窒素、酸素若しくはイオウのような鎖状原子であってよい。ヘテロアルキル基の一例は、−ＣＨ２ＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎＯＣＨ２ＣＨ３などのポリオキシアルキル基である。
【００１６】
用語「置換アルキル」は、炭化水素主鎖に沿って置換基を有するアルキル基を意味する。これらの置換基は、アルキル基、ヘテロアルキル基又はアリール基であり得る。置換アルキル基の一例は、ベンジル基である。
【００１７】
用語「アリール」は、１〜５個の環（連結又は縮合していてもよい）を有するラジカルである芳香族炭素環基を意味する。アリール基は、アルキル基又はヘテロアルキル基によって置換されてよい。アリール基の例としては、フェニル基、ナフタレン基及びアントラセン基が挙げられる。
【００１８】
用語「アルキレン」は、飽和炭化水素であるアルカンのラジカルである二価の基を意味する。アルキレンは、直鎖状、分枝状、環状又はこれらの組み合わせであることができ、典型的には１〜２０個の炭素原子を有する。幾つかの実施形態では、アルキレン基は１〜１８個、１〜１２個、１〜１０個、１〜８個、１〜６個、又は１〜４個の炭素原子を有する。アルキレン基の例として、メチレン（−ＣＨ２−）、エチレン（−ＣＨ２ＣＨ２−）などが挙げられるが、これらに限定されない。アルキレン基はまた、アルキル基によって置換されてもよい。
【００１９】
用語「アリーレン」は、連結又は縮合していてもよい１〜５個の環を含むラジカルである、二価芳香族炭素環基を意味する。アリーレン基は、アルキル基又はヘテロアルキル基によって置換されてよい。アリーレン基の例として、フェニレン基、ナフチレン基及びアントリレン基を挙げることができる。
【００２０】
用語「アラルキレン」は、式−Ｒａ−Ａｒａ−の二価の基を意味し、ここでＲａはアルキレン、及びＡｒａはアリーレンである（すなわち、アルキレンがアリーレンに結合している）。
【００２１】
用語「複素環式イミド」は、複素環基、つまり、環状構造がヘテロ原子並びに炭素及び水素原子を含み、すなわち、１〜５個の連結又は縮合していてもよい環を含むラジカルであり、少なくとも１個のイミド基で置換されている、環基を意味する。イミド基は、構造−Ｃ（Ｏ）−ＮＲａ−Ｃ（Ｏ）−を有するものであり、ここでＣ（Ｏ）はカルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を意味し、ここで基Ｒａは、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアルキル、又は置換アルキルである。複素環式イミドの例として、マレイミド、フタルイミド、スクシンイミド等が挙げられる。「複素環式イミド材料」は、少なくとも１個の複素環式イミドを含む材料である。
【００２２】
用語「ヒンダードアミン」は、置換基による立体障害のあるアミン基を意味する。ヒンダードアミンの例は、例えば、米国特許第３，９２５，３７６号（Ｃｈａｌｍｅｒｓら）に記述されている。
【００２３】
用語「ポリマー」及び「ポリマー材料」は、１つのモノマーから調製した材料、例えばホモポリマー、又は２つ若しくはそれ以上のモノマーから調製した材料、例えばコポリマー、ターポリマーなど、の両方を意味する。同様に、用語「重合させる」は、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマーなどであり得るポリマー材料の作製プロセスを意味する。用語「コポリマー」及び「コポリマー材料」は、少なくとも２つのモノマーから調製されたポリマー材料を意味する。
【００２４】
用語「室温」及び「周囲温度」は同じ意味で用いられ、２０℃〜２５℃の範囲の温度を意味する。
【００２５】
本明細書で使用する場合、用語「ホットメルト加工可能」とは、例えば、熱及び圧力によって固体から粘稠な流体へと変化することができる組成物を意味する。組成物は、実質的に化学的に変化したり、分解したり、又は目的とした用途に使用不能になったりすることなく、ホットメルト加工が可能でなければならない。
【００２６】
特に指示がない限り、明細書及び請求項に使用される外観の寸法、量及び物理的特性を表すすべての数字は、用語「約」によりすべての事例において修正されると理解される。したがって、反対の指示がない限り、本明細書の数字は、本明細書で開示される教示を使用する所望の特性によって変化し得る近似値である。
【００２７】
本開示において有用な熱可塑性樹脂としては、ウェブに形成し帯電させた際に、多量の捕捉された静電荷を保持することが可能な、任意の熱可塑性非導電性ポリマーが挙げられる。典型的には、このような樹脂は、使用目的における温度で、１０１４オームセンチメートルより大きいＤＣ（直流）固有抵抗を有する。捕捉電荷を得ることができるポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリ−４−メチル−１−ペンテンなどのポリオレフィン；ポリ塩化ビニル；ポリスチレン；ポリカーボネート；ポリラクチドを含むポリエステル；並びに過フッ化ポリマー及びにコポリマーが挙げられる。特に有用な材料としては、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、これらの配合物、又はプロピレン及び４−メチル−１−ペンテンの少なくとも１つから形成されるコポリマーが挙げられる。
【００２８】
一般に、有用な熱可塑性ポリマーは、「メルトフローインデックス」の記述により特性を示すことができる。メルトフローインデックス（ＭＦＩ）は、熱可塑性ポリマーの溶融物の流れ易さの尺度である。これは、選択可能な規定の重力加重により加えられる圧力により、選択可能な規定の温度において、特定の直径及び長さのキャピラリーを通して１０分間に流れるポリマーの、グラムで表示される質量として定義される。この方法はＡＳＴＭ  Ｄ１２３８及びＩＳＯ  １１３３に示されている。一般的に、ポリプロピレンのメルトフローインデックスは２３０℃において測定される。
【００２９】
好適な熱可塑性樹脂の例として、例えば、ポリプロピレン樹脂である、Ｅｘｘｏｎ−Ｍｏｂｉｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｉｒｖｉｎｇ，ＴＸから市販されているＥＳＣＯＲＥＮＥ  ＰＰ  ３７４６Ｇ、Ｔｏｔａｌ  Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ  ＴＸから市販されているＴＯＴＡＬ  ＰＰ３９６０、ＴＯＴＡＬ  ＰＰ３８６０及びＴＯＴＡＬ  ＰＰ３８６８、ＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓから市販されているＭＥＴＯＣＥＮＥ  ＭＦ  ６５０Ｗ、及びＭｉｔｓｕｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎから市販されているポリ−４−メチル−１−ペンテン樹脂ＴＰＸ−ＭＸ００２が挙げられる。
【００３０】
帯電強化添加剤は、フッ素化された基を含まない複素環式イミド材料である。フッ素化された基を含有する多数の帯電強化添加剤が使用されているが、フッ素化された基の使用は好ましくないことがある。フッ素化された基、特に過フッ素化された基、の使用では、高価で容易には入手できないフッ素含有試薬が必要であり、複雑な反応の順序及び工程を伴うことがある。
【００３１】
複素環式イミド材料は、下記の３つの一般式、式１、式２及び式３により記述できる。
【化１】
0005706875.tif 000002
式１において、基Ｒ１は、水素、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、又は置換アルキル若しくは置換アリールである。更に、Ｒ１は、追加の複素環式イミド基に結合していてもよい。基Ｒ２及びＲ３は、独立して、水素、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、又は置換アルキル若しくは置換アリールであるか、又は他の複素環式イミドに連結していてもよい。式２において、基Ｒ１は上述の説明と同じである。基Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、独立して、水素、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、又は置換アルキル若しくは置換アリールであるか、又は他の複素環式イミドに連結していてもよい。式３において、基Ｒ１は上述の説明と同じであり；Ａｒはフェニル、ナフタリル、アントラセニル、又は他の芳香族縮合環構造などの芳香環であり；構造Ｚ１及びＺ２は、芳香環の任意の位置に位置していてよい芳香環上の置換基であり、独立して、水素、アルキル、アリール、ヘテロアルキル、若しくは置換アルキル、二トロ、置換アリールでよく、又は他の複素環式イミドに連結していてもよい。更に、芳香環は他の複素環式イミドに連結していてもよい。
【００３２】
幾つかの実施形態においては、帯電強化添加剤は式１の添加剤である。式１で記述されるさまざまな異なる材料が、帯電強化添加剤として有用である。式１のＲ１、Ｒ２及びＲ３が水素原子の場合、この分子はマレイミドとして知られているので、これらの添加剤類は時々「マレイミド類」と称される。典型的には、基Ｒ２及びＲ３は水素原子である。好適なマレイミドとして、例えば、他のマレイミド基に連結したマレイミドが挙げられる。このようなマレイミドには、式１のＲ１が他のマレイミド基に結合した連結基である例が挙げられる。連結基の例には、アルキレン基、アリーレン基、アラルキレン基などが挙げられる。幾つかの実施形態においては、連結基は芳香族連結基を含み、これは連結基が少なくとも１個の芳香環を含むことを意味する。芳香族連結基の例としては、例えば、アリーレン基（−Ａｒ−）、並びに、Ｒ８及びＲ９がアルキレン基でありかつＡｒがアリーレン基を表す、例えば、−Ａｒ−Ｒ８−Ａｒ−及び−Ｒ９−Ａｒ−Ｒ９−などの、アリール基又はアルキル基のいずれかを通して連結することのできる、さまざまなアラルキレン基が挙げられる。幾つかの実施形態においては、帯電強化添加剤は式４又は式５（下記）の構造を含む。
【化２】
0005706875.tif 000003
【００３３】
幾つかの実施形態においては、帯電強化添加剤は式２の添加剤である。式２で記述されるさまざまな異なる材料が、帯電強化添加剤として有用である。式２のＲ１、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７が水素原子である場合、この分子はスクシンイミドとして知られているので、これらの添加剤は時々「スクシンイミド類」と称される。好適なスクシンイミド類には、例えば、Ｒ１がアルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル又は置換アリールを含む、式２のスクシンイミド類が挙げられる。Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７基は、アルキル若しくはアリール基であり得、又はこれらはスクシンイミド基を他のスクシンイミド基に連結する連結基であることがある。幾つかの望ましい実施形態においては、帯電強化添加剤は、Ｒ１がヒンダードアミン基を含み、Ｒ４及びＲ６基がスクシンイミド基を他のスクシンイミド基に連結する連結基であり、かつＲ３及びＲ５基が水素である、式２のスクシンイミドである。特に好適な実施形態においては、帯電強化添加剤はＢＡＳＦ，Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙの「ＵＶＩＮＵＬ  ５０５０Ｈ」として市販されており、これはヒンダードアミンＮ−置換スクシンイミドオリゴマーと記述することができる。この添加剤の構造は式６（下記）で示され、分子量が３，０００〜４，０００グラム／モルと報告されており、したがってｎの値は約５〜７である。
【化３】
0005706875.tif 000004
【００３４】
幾つかの実施形態においては、帯電強化添加剤は式３の添加剤である。式３で記述されるさまざまな異なる材料が、帯電強化添加剤として有用である。式３の添加剤は、アリール基に縮合したマレイミドと見ることができる。式３のＲ１、Ｚ１及びＺ２が水素原子であり、かつＡｒ基がフェニル環である場合には、分子はフタルイミドとして知られているので、このような材料の１つの好適な種類は、時々の「フタルイミド類」と称される。好適なフタルイミド類には、例えば、Ｒ１がアルキル、アリール、ヘテロアルキル、置換アルキル又は置換アリールを含む、式３のフタルイミドが挙げられる。Ｚ１及びＺ２基は、独立して、水素、アルキル、アリール又は二トロ基であり得る。幾つかの望ましい実施形態においては、帯電強化添加剤は、Ｒ１がフェニル基のようなアリール基を含み、かつＺ１及びＺ２基の１個が水素原子であり、かつ他が二トロ基である、式３のフタルイミドである。好適なフタルイミドの例を式７（下記）に示す。
【化４】
0005706875.tif 000005
【００３５】
典型的には、帯電強化添加剤は熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤配合物中に、配合物の全重量に基づき約１０重量％までの量、より典型的には０．１〜５重量％の範囲の量で存在する。幾つかの実施形態では、帯電強化添加剤は、０．１〜３重量％、又は０．２５〜２重量％の範囲の量で存在する。
【００３６】
熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤の配合物は、よく知られた方法で調製することができる。典型的には、配合物は溶融押出技術を使用して処理されるので、当該配合物をバッチプロセスで事前に配合しペレットに成形したり、又は熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤を連続プロセスにて押出成形機内で混合したりしてよい。連続プロセスを使用する場合、熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤を予め固体状態で混合して、又は個別に押出成形機に加えたりして、溶融状態で混ぜ合わせてよい。
【００３７】
事前配合ペレットを形成するために使用してよい溶融混合機の例としては、分散混合、分配混合、又は分散混合及び分配混合の組み合わせを用意するようなものが挙げられる。バッチ法の例としては、ＢＲＡＢＥＮＤＥＲ（例えばＣ．Ｗ．Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．；Ｓｏｕｔｈ  Ｈａｃｋｅｎｓａｃｋ，ＮＪから市販されているＢＲＡＢＥＮＤＥＲ  ＰＲＥＰ  ＣＥＮＴＥＲ）、又はＢＡＮＢＵＲＹ内部混合及びロールミリング装置（例えば、Ｆａｒｒｅｌ  Ｃｏ．；Ａｎｓｏｎｉａ，ＣＴから入手できる装置）を使用するようなものが挙げられる。バッチ混合後、生成した混合物を直ちにクエンチし、後で加工するために、混合物の溶融温度未満で保管してよい。
【００３８】
連続法の例として、一軸スクリュー押出成形、二軸スクリュー押出成形、ディスク押出成形、往復式一軸スクリュー押出成形、及びピンバレル一軸押出成形が挙げられる。連続法としては、キャビティトランスファーミキサー（例えば、Ｓｈｒｅｗｓｂｕｒｙ，ＥｎｇｌａｎｄのＲＡＰＲＡ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｔｄ．から市販されているＣＴＭ）及びピン混合要素などの両分配要素、静的混合要素、又は分散混合要素（例えば、ＭＡＤＤＯＣＫ混合要素又はＳＡＸＴＯＮ混合要素として市販されている）を利用するものが挙げられる。
【００３９】
バッチプロセスにより調製された、事前配合ペレットを押し出すために使用してよい押出機の例としては、前述した連続加工用の装置と同じ型が挙げられる。有用な押し出し条件は、一般的に添加剤のない樹脂の押し出しに好適な条件である。
【００４０】
熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤の押し出された配合物を、既知の技術を使用して、フィルム又はシートにキャスト又はコーティングしてよく、あるいは不織繊維ウェブにメルトブローしてよい。メルトブローン不織マイクロファイバーウェブは、濾材として特に有用である。
【００４１】
メルトブローン不織マイクロファイバーのエレクトレットフィルタは、濾過用接顔部などの呼吸用マスクのエアフィルタ要素として、あるいは家庭用及び工業用空調機、空気清浄機、真空掃除機、医療用エアラインフィルタ、乗り物用空調システム、並びにコンピュータ、コンピュータディスクドライブ及び電子機器などの一般装置用空調システムなどの目的のために、特に有用である。幾つかの実施形態においては、エレクトレットフィルタは人工呼吸器アセンブリと組み合わされ、ヒトが使用するよう設計された人工呼吸器デバイスを形成する。人工呼吸器の用途においては、エレクトレットフィルタは、成形された、ひだのある又は折り畳まれた半面の呼吸用マスク、取り換え可能なカートリッジ若しくはキャニスター又は前置フィルタの形態であってよい。
【００４２】
本開示において有用なメルトブローンマイクロファイバーは、Ｖａｎ  Ａ．Ｗｅｎｔｅ、「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ」、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．４８，ｐｐ．１３４２〜１３４６及びＲｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．４３６４  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｖａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  Ｍａｙ  ２５，１９５４，ｅｎｔｉｔｌｅｄ「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒ  Ｆｉｎｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ」ｂｙ  Ｖａｎ  Ａ．Ｗｅｎｔｅらに記載されているようにして調製することができる。
【００４３】
繊維エレクトレットフィルタのための有用なメルトブローンマイクロファイバーは、典型的には、約１〜１００マイクロメートル、より典型的には２〜３０マイクロメートル、ある実施形態においては約７〜１５マイクロメートルの有効繊維直径を有する。この有効繊維直径は、Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ．，「Ｔｈｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｄｕｓｔ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，」Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  １Ｂ，１９５２に記載の方法に従って計算される。
【００４４】
ステープルファイバーもまた、ウェブ内に存在してよい。一般的に、ステープルファイバーが存在することで、ブローンマイクロファイバーのみからなるウェブよりも、より嵩高で、より密度の小さいウェブとなる。一般的に約９０重量％以下のステープルファイバーが存在し、より典型的には、約７０重量％以下である。ステープルファイバーを含むウェブの例は、米国特許第４，１１８，５３１号（Ｈａｕｓｅｒ）に開示されている。
【００４５】
活性炭又はアルミナなどの吸着粒子材料もまたウェブ内に含まれてよい。このような粒子は、ウェブ内容物の約８０容積パーセントまで存在してよい。粒子充填ウェブの例は、例えば米国特許第３，９７１，３７３号（Ｂｒａｕｎ）、同第４，１００，３２４号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）及び同第４，４２９，００１号（Ｋｏｌｐｉｎら）に記載されている。
【００４６】
例えば、顔料、光安定剤、主及び二次酸化防止剤、金属不活性剤、ヒンダードアミン、ヒンダードフェノール、脂肪酸金属塩、トリエステル亜リン酸塩、リン酸塩、フッ素含有化合物及びこれらの組み合わせを含む、種々の任意の添加剤を熱可塑性組成物に配合することができる。これに加えて、他の帯電強化添加剤を熱可塑性組成物に組み合わせてよい。可能な帯電添加剤としては、トリアジン環の窒素原子に加えて少なくとも１つの窒素原子を含有する、熱的に安定な有機トリアジン化合物又はオリゴマーが挙げられ、例えば、Ｒｏｕｓｓｅａｕらの米国特許第６，２６８，４９５号、同第５，９７６，２０８号、同第５，９６８，６３５号、同第５，９１９，８４７号及び同第５，９０８，５９８号を参照。エレクトレットを強化することが知られている他の添加剤は、「ＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ  ９４４  ＬＦ」（ポリ［［６−（１，１，３，３，−テトラメチルブチル）アミノ］−ｓ−トリアジン−２，４−ジイル］［［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］ヘキサメチレン［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピぺリジル）イミの］］）であり、Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手できる。帯電強化添加剤はＮ−置換アミノ芳香族化合物、特に「ＵＶＩＮＵＬ  Ｔ−１５０」としてＢＡＳＦ，Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙから市販されている、２，４，６−トリアニリノ−ｐ−（カルボ−２’−エチルへキシル−１’−オキシ）−１，３，５−トリアジンなどの、トリアミノ置換化合物であってよい。他の帯電添加剤は、２，４，６−トリス−（オクタデシルアミノ）−トリアジンであり、トリステアリルメラミン（「ＴＳＭ」）としても知られている。帯電強化添加剤の更なる例は、米国特許出願第６１／０５８，０２９号、同第６１／０５８，０４１号、米国特許第７，３９０，３５１号（Ｌｅｉｒら）、同第５，０５７，７１０号（Ｎｉｓｈｉｕｒａら）並びに米国特許第４，６５２，２８２号及び同第４，７８９，５０４号（Ｏｈｍｏｒｉら）に載せられている。
【００４７】
更に、ウェブをその表面を化学的に修正するために処理してもよい。表面のフッ素化は、ポリマー物品をフッ素含有化学種及び不活性ガスを含む雰囲気中に置き、次に電気的に放電し、ポリマー物品の表面化学を変えることにより達成することができる。電気放電は、ＡＣコロナ放電等のプラズマの形態であってよい。このプラズマフッ素化工程によって、フッ素原子がポリマー物品の表面上に存在するようになる。プラズマフッ素化工程は、Ｊｏｎｅｓ／Ｌｙｏｎｓらの多くの米国特許第６，３９７，４５８号、第６，３９８，８４７号、第６，４０９，８０６号、第６，４３２，１７５号、第６，５６２，１１２号、第６，６６０，２１０号及び第６，８０８，５５１号に記載されている。高フッ素飽和比を有するエレクトレット物品はＳｐａｒｔｚらの米国特許第７，２４４，２９１号に記載されており、ヘテロ原子とともに低フッ素飽和比を有するエレクトレット物品はＫｉｒｋらの米国特許第７，２４４，２９２号に記載されている。フッ素化技術を開示する他の公報としては、米国特許第６，４１９，８７１号、第６，２３８，４６６号、第６，２１４，０９４号、第６，２１３，１２２号、第５，９０８，５９８号、第４，５５７，９４５号、第４，５０８，７８１号及び第４，２６４，７５０号；米国特許公報ＵＳ  ２００３／０１３４５１５  Ａ１号及びＵＳ  ２００２／０１７４８６９  Ａ１号；並びに国際特許公報ＷＯ  ０１／０７１４４号が挙げられる。
【００４８】
本開示に従って製造されたエレクトレット濾材は一般に、約１０〜５００ｇ／ｃｍ２の範囲の坪量（単位面積当たりの質量）を有し、幾つかの実施形態では、約１０〜１００ｇ／ｃｍ２の範囲の坪量を有する。メルトブローンマイクロファイバーウェブの作製において、坪量は、例えばコレクター速度又はダイの処理能力のいずれかを変化させることによりコントロールすることができる。濾材の厚さは、典型的には約０．２５〜２０ミリメートルであり、幾つかの実施形態では約０．５〜２ミリメートルである。通常、多層繊維エレクトレットウェブは、フィルタ要素に使用される。繊維エレクトレットウェブの固体性は、典型的には、約１％〜２５％、より典型的には約３％〜１０％である。固体性は、ウェブの固体部分を画定する単位のないパラメーターである。一般に本開示の方法は、濾材の坪量、厚さ又は固体性に関わりなく、エレクトレットウェブに概して均一な電荷分布をウェブ全域にわたって用意する。エレクトレット濾材及びそれを製造する樹脂には、その電気伝導率を増大させる可能性のあるあらゆる不必要な処理、例えば、電離放射線、ガンマ線、紫外線照射、熱分解、酸化等への曝露を施してはならない。
【００４９】
エレクトレットウェブは、それが形成された時点で帯電されてよく、あるいはウェブはウェブ形成後に帯電されてもよい。エレクトレット濾材では、濾材は一般的に、ウェブが形成された後で帯電される。一般的に、当該技術分野において既知の任意の標準的な帯電方法を使用してよい。例えば、帯電は、摩擦帯電、ＤＣコロナ放電及びハイドロチャージングを含むさまざまな方法で実施してよい。種々の方法の組み合わせも使用できる。
【００５０】
好適なＤＣコロナ放電プロセスの例は、米国特許参照番号第３０，７８２号（ｖａｎ  Ｔｕｒｎｈｏｕｔ）、同第３１，２８５号（ｖａｎ  Ｔｕｒｎｈｏｕｔ）、同第３２，１７１号（ｖａｎ  Ｔｕｒｎｈｏｕｔ）、米国特許第４，２１５，６８２号（Ｄａｖｉｓら）、同第４，３７５，７１８号（Ｗａｄｓｗｏｒｔｈら）、同第５，４０１，４４６号（Ｗａｄｓｗｏｒｔｈら）、同第４，５８８，５３７号（Ｋｌａａｓｅら）、同第４，５９２，８１５号（Ｎａｋａｏ）、及び同第６，３６５，０８８号（Ｋｎｉｇｈｔら）に記述されている。
【００５１】
ウェブのハイドロチャージングは、ウェブに濾過促進エレクトレット帯電を用意するのに十分な圧力で、水の噴流又は水滴流をウェブ上へと衝突させることによって実施される。最適な結果を達成するために必要となる圧力は、使用する噴霧器の種類、ウェブを形成するポリマーの種類、ポリマーへの添加剤の種類及び濃度、ウェブの厚さ及び密度、並びにハイドロチャージングに先立って行われるＤＣコロナ表面処理などの前処理の実施の有無によって変化する。一般に、約１０〜５００ｐｓｉ（６９〜３４５０ｋＰａ）の範囲の水圧が好適である。望むならば、ＤＣコロナ表面処理もポストハイドロチャージング処理として使用できるが、このような後処理は典型的ではない。
【００５２】
水の噴流又は水滴流は、いずれかの好適な噴霧手段により用意され得る。一般的に、繊維の水流による交絡に有用な装置が、本開示の方法において有用であるが、ハイドロチャージングでは、操作は一般的に水流交絡にて使用される場合よりも低圧で実施される。ハイドロチャージングは、米国特許第５，４９６，５０７号（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）に記載された方法、並びに流体ウエッティング及びディウェッティングプロセスを使用して、エレクトレット電荷を付与するための、その他の各種の派生的方法、例えば、日本特許出願第２００２１６１４６７号（Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ）、同第２００２１７３８６６号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００２１１５１７７号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００２３３９２３２号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００２１６１４７１号（Ｔａｋｅｄａ）、日本特許第３，７８０，９１６号（Ｔａｋｅｄａ）、日本特許出願第２００２１１５１７８号（Ｔａｋｅｄａ）、同第２００３０１３３５９号（Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ）、米国特許第６，９６９，４８４号（Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ）、同第６，４５４，９８６号（Ｅｉｔｚｍａｎ）、日本特許出願第２００４０６０１１０号（Ｍａｓｕｍｏｒｉ）、同第２００５１３１４８５号（Ｋｏｄａｍａ）、及び同第２００５１３１４８４号（Ｋｏｄａｍａ）に記載されている方法を包含すると理解されている。
【００５３】
ウェブのハイドロチャージングはまた「ゼータ電位に基づくエレクトレット物品の作製方法（Method of Making Electret Articles Based On Zeta Potential）」という名称の２００８年６月２日に出願された米国特許出願（米国特許出願番号第１２／１３１７７０号）に開示された新しい方法によっても行うことができる。この方法は、（ａ）帯電されるポリマー物品を用意する工程と、（ｂ）帯電されたポリマー物品を以下のｐＨと伝導度とを有する水性液と接触させる工程であって、（ｉ）物品が−７．５ミリボルト（ｍＶ）未満のゼータ電位を有する場合、接触水はセンチメートル当り約５〜９，０００マイクロシーメンス（μＳ／ｃｍ）の伝導度と７を超えるｐＨとを有し、（ｉｉ）物品が−７．５ミリボルト（ｍＶ）を超えるゼータ電位を有する場合、接触水はセンチメートル当り約５〜５，５００マイクロシーメンス（μＳ／ｃｍ）の伝導度と７以下のｐＨとを有する工程と、を含む。物品は、積極的に（真空又は熱で）若しくは受動的に（吊るし乾燥）又はそれらの組み合わせで乾燥させてもよい。
【００５４】
濾過性能を評価するために、さまざまな試験プロトコルが開発されてきた。これらの試験は、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）などの標準暴露用エアゾールを使用したフィルタウェブのエアゾール透過の測定を含み、これは通常、フィルタウェブを抜けるエアゾール透過のパーセント（％  Ｐｅｎ）及びフィルタウェブを横断する圧力低下（ΔＰ）で表される。これら２つの測定値から、品質係数（ＱＦ）として知られている量が、次の式
ＱＦ＝−ｌｎ（％  Ｐｅｎ／１００）／ΔＰ
（式中、ｌｎは自然対数を表す）によって計算することができる。より大きいＱＦ値はよりよい濾過性能を示し、低下したＱＦ値は、濾過性能の低下と有効な相関関係がある。これらの値の測定についての詳細は、実施例の項目で示す。典型的には、本開示の濾材は、毎秒６．９ｃｍの面速度にて０．３（ｍｍＨ２Ｏ）−１又はこれを超える測定ＱＦ値を有する。
【００５５】
特定の濾材が自然に静電気を帯びていることを証明するために、その性能をイオン化Ｘ線照射の前後に調べることができる。例えば、文献、Ｒ．Ｃ．ＢｒｏｗｎによるＡｉｒ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ（Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ，１９９３）及び「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｄｕｓｔ  Ｆｉｌｔｅｒｓ  ｂｙ  Ｘ−Ｒａｙｓ」、Ａ．Ｊ．ＷＡＫＥＲ及びＲ．Ｃ．ＢＲＯＷＮ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｓｏｔｏｐｅｓ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．７，ｐｐ．６７７〜６８４，１９８８に記載されているように、もし静電気を帯びたフィルタがＸ線に暴露すると、Ｘ線により繊維間のガスの空洞に生成するイオンが電荷を幾らか中和してしまうので、フィルタを通過するエアゾールの透過は、暴露前に比較して暴露後が大きくなる。したがって、累積Ｘ線暴露において、透過が一定のレベルまでの着実な増加を示し、その後は照射を続けても変化は起きない、累積Ｘ線暴露に対する透過のプロットが得られる。この時点で、すべての電荷がフィルタから除去されてしまっている。
【００５６】
これらの観察により、濾過性能評価のもう一つの試験プロトコル、Ｘ線放電試験、の採用に到達した。この試験プロトコルでは、選択した濾材片をＸ線照射に暴露し、エレクトレットウェブを放電させる。この試験の一つの特性は、試験はウェブがエレクトレットであることを確認することである。Ｘ線がエレクトレットの電荷を消すことが知られているので、濾材をＸ線に暴露し、この暴露前後におけるフィルタ性能の測定及びフィルタ性能の比較は、濾材がエレクトレットであるかどうかを示す。フィルタの性能がＸ線照射後に変化しなければ、これは電荷が消されなかったこと及び材料がエレクトレットではないことを示す。しかし、もしフィルタ性能がＸ線暴露後に低下すれば、これは濾材がエレクトレットであることを示す。
【００５７】
試験を行うとき、典型的には、濾材のＸ線照射の前後において濾過性能を測定する。下記実施例の項目に記載した濾過性能試験方法により試験した場合、％透過比は次の式により計算できる。％透過比＝（ｌｎ（初期％  ＤＯＰ透過／１００）／（ｌｎ（Ｘ線暴露後６０ｍｉｎの％  ＤＯＰ透過）））×１００。ウェブがフィルタとしての使用に十分な電荷を有するためには、％透過比は、典型的には、少なくとも３００％である。％透過比が増加するに従い、ウェブの濾過性能もまた増加する。幾つかの実施形態においては、％透過比は少なくとも、４００％、５００％又は６００％である。好ましい実施形態においては、％透過比は少なくとも、７５０％又は８００％である。幾つかの実施形態においては、ウェブは少なくとも１０００％又は少なくとも１２５０％の透過比を示す。
【００５８】
下記の実施例の項に記した濾過性能試験方法により試験した場合、面速度６．９ｃｍ／ｓの初期品質係数（Ｘ線への暴露前）は、典型的には、少なくとも０．３（ｍｍＨ２Ｏ）−１、より典型的には少なくとも０．４、又は実に０．５（ｍｍＨ２Ｏ）−１である。幾つかの実施形態においては、初期品質係数は少なくとも０．６又は０．７（ｍｍＨ２Ｏ）−１である。他の実施形態においては、初期品質係数は少なくとも０．８、少なくとも０．９０、少なくとも１．０、又は実に１．０（ｍｍＨ２Ｏ）−１を超える。Ｘ線への６０分の暴露後の品質係数は、典型的には、初期品質係数の５０％未満である。幾つかの実施形態においては、初期品質係数は、少なくとも０．５（ｍｍＨ２Ｏ）−１又はこれを超え、Ｘ線への６０分の暴露後の品質係数は０．１５（ｍｍＨ２Ｏ）−１未満である。
【００５９】
エレクトレットフィルタ繊維の有効電荷密度（ｑｆ）は、フィルタ透過試験測定により計算することができる。計算は、Ｂｒｏｗｎ，Ｒ．Ｃ．（１９８１）Ｃａｐｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｄｕｓｔ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｓ  ｂｙ  Ｌｉｎｅ−Ｄｉｐｏｌｅ  Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｆｉｂｅｒｓ，Ｊ．Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｓｃｉ．１２：３４９〜３５６、及びＯｔａｎｉ，Ｙ．、Ｅｍｉ，Ｈ．及びＭｏｒｉ，Ｊ．（１９９３）、Ｉｎｉｔｉａｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｅｔ  Ｆｉｌｔｅｒ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｉｄ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊａｐａｎ  １１：２０７〜２１４に記載されている。
【００６０】
エレクトレット濾材を通るフィルタ透過の式は、機械的、双極子及びクーロン粒子捕捉メカニズムに関する３つの粒子係数に関係している。
【数１】
0005706875.tif 000006
式中、
ηＭ＝単繊維効率、機械的捕捉（非帯電繊維、非帯電粒子）
ηＩｎ＝単繊維効率、誘起双極子捕捉（帯電繊維、非帯電粒子）
ηＣ＝単繊維効率、クーロン捕捉（帯電繊維、帯電粒子）＝０（非帯電粒子）
【００６１】
誘起力単繊維効率（ηＩｎ）は、フィルタ構造並びに帯電繊維（Ｐｃｈ）及び非帯電繊維（Ｐｕｎｃｈ）の透過率を与えるエレクトレット濾材についての、非帯電粒子（ηＣ＝０）を使用する、フィルタ試験の結果から計算し得る。
【数２】
0005706875.tif 000007
【００６２】
誘起力無次元パラメーター（ＫＩｎ）は、帯電エレクトレット繊維による非帯電粒子の捕捉に関係している。
【数３】
0005706875.tif 000008
【００６３】
Ｏｔａｎｉ（１９９３）及びＢｒｏｗｎ（１９９３）の２つの領域に関するコンピュータ解析（下記）からの相関関係は、繊維周辺の流れ場の修正（ｈｋ）を伴うηＩｎからの誘起力パラメーター、ＫＩｎ、の計算のために、反転させ得る。この試験の場合は、ＫＩｎ＜１及び第１の式を使用した。
【数４】
0005706875.tif 000009
【００６４】
ηＩｎからのＫＩｎの計算からの値を代入し、上記のＫＩｎの式を反転させると、エレクトレットフィルタ中の繊維の有効電荷密度（ｑｆ）が得られる。
【数５】
0005706875.tif 000010
ここで、
ηＩｎ＝誘起双極子単繊維効率（−）
ｄｆ＝繊維直径（ｍ）＝０．５×（空気流試験からの有効繊維直径）
Ｌ＝フィルタの厚さ（ｍ）
α＝固体性（−）
Ｐｃｈ＝透過−帯電繊維（−）
Ｐｕｎｃｈ＝透過−非帯電繊維（−）
ｄｐ＝粒子直径（ｍ）＝０．２マイクロメートル
Ｃｃ＝粒子Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ補正係数（−）
ｈｋ＝桑原水力学係数（−）
ｑｆ＝有効繊維電荷密度（Ｃ／ｍ２）
εｐ＝誘電定数−粒子（−）＝ジオクチルフタレートに対しては５．１
ε０＝自由空間誘電定数＝８．８５４２Ｅ−１２（Ｃ２／Ｎｍ２）
εｆ＝誘電定数−繊維（−）＝ポリプロピレンについては２．２
μ＝空気粘度Ｐａｓ＝１．８１Ｅ−０５（Ｎｓ／ｍ２）
Ｕ０＝面速度（ｍ／ｓ）＝６．９ｃｍ／ｓ
ＫＩｎ＝誘起双極子力パラメーター（−）
【００６５】
ＴＳＩ  ＡＦＴ  Ｍｏｄｅｌ  ８１３０エアゾール発生装置（下記）からの、使用した投入ＤＯＰの粒度分布は、１．６の幾何標準偏差を伴う、０．２マイクロメートルの幾何計数平均直径を有する。ＴＳＩ  ＡＦＴ  Ｍｏｄｅｌ  ８１３０は、エアゾール中和装置を切って操作した。ＴＳＩ  ＡＦＴ  Ｍｏｄｅｌ  ８１３０  ＤＯＰエアゾール発生装置は大きな空容量を有する。空容積中においてその結果生ずる、この液体エアゾールの上における物理的及び静電的アグロメレーションは、非常に低い双極静電荷のエアゾールを生成する。非帯電粒子については双極電荷はほぼゼロであり、中和装置を働かせた場合（ボルツマン電荷分布）より非常に低い。
【００６６】
繊維電荷の計算には、計数繊維中央径を使用した。これは有効繊維直径の半分として計算される。有効繊維直径（ＥＦＤ）は表面積繊維直径であり、繊維計数直径とＨａｔｃｈ−Ｃｈｏａｔｅ式により関係付けることができる。
【数６】
0005706875.tif 000011
式中、ｄｇ＝計数幾何平均直径＝算術平均直径
ｄａ＝面積幾何平均直径＝ＥＦＤ
σｇ＝幾何標準偏差
【００６７】
計算手法の詳細は、下記実施例の項目に含まれている。幾つかの実施形態においては、計算有効電荷密度は少なくとも２０マイクロクーロン／平方メートルである。他の実施形態においては、計算有効電荷密度は少なくとも３０、４０又は更に５０マイクロクーロン／平方メートルでさえある。
【実施例】
【００６８】
これらの実施例は、単にあくまで例示を目的としたものであり、添付した請求項の範囲を限定することを意味するものではない。本明細書の実施例及びその他の部分におけるすべての部、百分率、比などは、特に注記がない限り重量による。使用した溶媒及びその他の試薬は、特に記載のない限り、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ；Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎから入手した。
【００６９】
【表１】
0005706875.tif 000012
【００７０】
試験方法
濾過試験
試料を、％  ＤＯＰエアゾール透過（％  Ｐｅｎ）及び圧力低下（ΔＰ）について試験し、品質係数（ＱＦ）を計算した。不織マイクロファイバーウェブの濾過性能（％  ＰＥＮ及びＱＦ）は、自動フィルタ試験機（ＡＦＴ）型式８１３０（ＴＳＩ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮから入手可能）を使用し、標準暴露用エアゾールとしてジオクチルフタレート（ＤＯＰ）を使用して評価した。ＤＯＰエアゾールは、７０〜１２０ｍｇ／ｍ３の上流側濃度を有する、名目単分散の、０．３マイクロメートル質量中央径である。エアゾールを、エアゾールＴＳＩ  ＡＦＴ  Ｍｏｄｅｌ  ８１３０エアゾール中和装置を停止させ、濾材試料を通して、４２．５リットル／分の較正流量（６．９ｃｍ／秒の面速度）にて押し出した。総試験時間は２３秒であった（立ち上がり時間１５秒、サンプル時間４秒及びパージ時間４秒）。装置により、％  Ｐｅｎと同時に、フィルタを通した圧力低下（ΔＰ  ｍｍ水柱）を測定した。ＤＯＰエアゾールの濃度は、濾材の上流側と下流側の両方にて、較正した光度計を使用して、光散乱により測定した。ＤＯＰの％  Ｐｅｎは、次のように定義される、％  Ｐｅｎ＝１００×（ＤＯＰ下流側濃度／ＤＯＰ上流側濃度）。各材料について、ＢＭＦウェブ上の異なる箇所で６個の別個測定を行い、結果を平均した。
【００７１】
％  Ｐｅｎ及びΔＰを使用して、次式
ＱＦ＝−ｌｎ（％  Ｐｅｎ／１００）／ΔＰ
（式中、ｌｎは自然対数を表す）によりＱＦを計算した。より大きいＱＦ値は濾過性能がより高いことを示し、低下したＱＦ値は濾過性能の低下と有効な相関関係があることを示す。
【００７２】
Ｘ線放電試験
Ｘ線照射への暴露に先だち、上述の試験方法を使用して、試験されるウェブの品質係数及び％透過を測定した。初期品質係数を「ＱＦ０」と称する。試料ウェブは、それぞれの面を下記に記載のシステムを使用して、確実に試料全体が均一にＸ線放射に暴露するよう、Ｘ線に暴露した。Ｘ線暴露後、再度そのフィルタ性能（ＱＦ及び％  Ｐｅｎ）を測定するために、濾材試料を試験した。この手順を、試料の静電荷がすべて中和されたことを示す、フィルタ性能が平坦となるまで繰り返した。％透過比（％  Ｐｅｎ比）も報告した。％  Ｐｅｎ比は、０分及び６０分における％  Ｐｅｎから式を使用して計算した。式でｌｎは自然対数である。
【数７】
0005706875.tif 000013
【００７３】
Ｘ線暴露は、Ｂａｌｔｏｇｒａｐｈ  １００／１５  ＣＰ（Ｂａｌｔｅａｕ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｒｐ．，Ｓｔａｍｆｏｒｄ，ＣＴ）の、定電圧端末接地発生装置、１００ＫＶ、１０ｍＡ定格、ベリリウム窓（０．７５ｍｍ固有濾過）、１．５ｍｍ×１．５ｍｍの焦点位置から５０ｃｍの位置において９６０レントゲン／ｍｉｎまでの出力、からなるＸ線暴露システムを使用して行った。電圧は８０ＫＶに設定し、対応する電流は８ｍＡであった。試料ホルダーを、焦点の位置から約５７．２センチメートル（２２．５インチ）の距離にセットし、約５８０レントゲン／ｍｉｎの暴露を与えた。
【００７４】
有効電荷密度の計算：
エレクトレットフィルタ繊維の有効電荷密度（ｑｆ）を、フィルタ透過試験測定から計算した。エレクトレット濾材を通るフィルタ透過の式は、機械的、双極子及びクーロン粒子捕捉メカニズムに関する３つの粒子係数に関係している。
【数８】
0005706875.tif 000014
式中、
ηＭ＝単繊維効率、機械的捕捉（非帯電繊維、非帯電粒子）
ηＩｎ＝単繊維効率、誘起双極子捕捉（帯電繊維、非帯電粒子）
ηＣ＝単繊維効率、クーロン捕捉（帯電繊維、帯電粒子）＝０（非帯電粒子）
【００７５】
誘起力単繊維効率（ηＩｎ）は、フィルタ構造並びに帯電繊維（Ｐｃｈ）及び非帯電繊維（Ｐｕｎｃｈ）の透過率を与えるエレクトレット濾材についての、非帯電粒子（ηＣ＝０）を使用するフィルタ試験の結果、から計算し得る。
【数９】
0005706875.tif 000015
【００７６】
誘起力無次元パラメーター（ＫＩｎ）は、帯電エレクトレット繊維による非帯電粒子の捕捉に関係している。
【数１０】
0005706875.tif 000016
【００７７】
Ｏｔａｎｉ（１９９３）及びＢｒｏｗｎ（１９９３）の２つの領域に関するコンピュータ解析（下記）からの相関関係は、繊維周辺の流れ場の修正（ｈｋ）を伴うηＩｎからの誘起力パラメーター、ＫＩｎ、の計算のために、反転させ得る。この試験の場合は、ＫＩｎ＜１及び第１の式を使用した。
【数１１】
0005706875.tif 000017
【００７８】
ηＩｎからのＫＩｎの計算からの値を代入し、上記のＫＩｎの式を反転させると、エレクトレットフィルタ中の繊維の有効電荷密度（ｑｆ）が得られる。
【数１２】
0005706875.tif 000018
式中、
ηＩｎ＝誘起双極子単繊維効率（−）
ｄｆ＝繊維直径（ｍ）＝０．５×（空気流試験からの有効繊維直径）
Ｌ＝フィルタの厚さ（ｍ）
α＝固体性（−）
Ｐｃｈ＝透過−帯電繊維（−）
Ｐｕｎｃｈ＝透過−非帯電繊維（−）
ｄｐ＝粒子直径（ｍ）＝０．２マイクロメートル
Ｃｃ＝粒子Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ補正係数（−）
ｈｋ＝桑原水力学係数（−）
ｑｆ＝有効繊維電荷密度（Ｃ／ｍ２）
εｐ＝誘電定数−粒子（−）＝ジオクチルフタレートに対しては５．１
ε０＝自由空間誘電定数＝８．８５４２Ｅ−１２（Ｃ２／Ｎｍ２）
εｆ＝誘電定数−繊維（−）＝ポリプロピレンについては２．２
μ＝空気粘度Ｐａｓ＝１．８１Ｅ−０５（Ｎｓ／ｍ２）
Ｕ０＝面速度（ｍ／ｓ）＝６．９ｃｍ／ｓ
ＫＩｎ＝誘起双極子力パラメーター（−）
【００７９】
ＴＳＩ  ＡＦＴ  Ｍｏｄｅｌ  ８１３０エアゾール発生装置からの、使用した投入粒子の粒度分布は、１．６の幾何標準偏差を伴う０．２マイクロメートルの幾何計数平均直径を有していた。
【００８０】
繊維電荷の計算には、計数繊維中央径を使用した。これは有効繊維直径の半分として計算される。有効繊維直径（ＥＦＤ）は表面積繊維直径であり、繊維計数直径とＨａｔｃｈ−Ｃｈｏａｔｅ式により関係付けることができる。
【数１３】
0005706875.tif 000019
式中、ｄｇ＝計数幾何平均直径＝算術平均直径
ｄａ＝面積幾何平均直径＝ＥＦＤ
σｇ＝幾何標準偏差
【００８１】
熱安定性分析
各帯電添加剤の熱安定性は、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ，Ｄｅｌａｗａｒｅから入手可能な熱重量分析器（ＴＧＡ）型式２９５０を使用して測定した。約５〜１０ミリグラムの材料をＴＧＡ内に配置し、空気雰囲気下で、室温から５００℃まで、１０℃／分の速度で加熱しながら、重量減を測定した。表１は、２％の重量減が検出された温度、及び５％の重量減が検出された温度を載せている。
【００８２】
【表２】
0005706875.tif 000020
【００８３】
実施例１〜８５及び比較実施例Ｃ１〜Ｃ８３
実施例及び比較実施例の各々について、下記の手順を続けた。これらの実施例のデータは、表２、３及び表４に示されている。
【００８４】
サンプルの調製
工程Ａ−マイクロファイバーウェブの調製：
各実施例のウェブ１〜２０について、上述（添加剤１、２、３、又は４）の帯電添加剤の１つを選んで、ポリプロピレン又はポリ−４−メチル−１−ペンテンのグレードの１つと、表２に示す濃度で乾式配合し、配合物をＶａｎ  Ａ．Ｗｅｎｔｅ，「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ，」Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，４８，ｐｐ．１３４２〜１３４６に記述されるように、押し出した。押出温度は約２５０℃〜３００℃の範囲であり、押出成形機はＢＲＡＢＥＮＤＥＲの円錘２軸スクリュー押出成形機（Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．から市販されている）であり、約２．５〜３ｋｇ／ｈｒ（５〜７ｌｂ／ｈｒ）の速度で操作した。ダイは、１センチメートル当たり、１０ホール（インチ当たり２５ホール）で、２５．４センチメートル（１０インチ）の幅であった。約５７ｇ／ｍ２の坪量、約８．０マイクロメートルの有効繊維直径、及び約１ミリメートルの厚さを有するメルトブローン超極細繊維（ＢＭＦ）ウェブが形成された。同じように、各比較実施例Ｃ１〜Ｃ８に関して、ＢＭＦウェブを、対応の実施例のウェブと同じポリプロピレンのグレードを使用して、帯電添加剤を添加しないか又は帯電添加剤５を添加して調製した。表２に、実施例及び比較実施例のそれぞれについて、詳しいウェブの特性をまとめる。
【００８５】
工程Ｂ−エレクトレットの調製：
上述の工程Ａで調製されたＢＭＦウェブのそれぞれを、エレクトレット帯電の４つの方法：コロナ予備処理及び５０ＰＰＭのＮａ２ＣＯ３を含む水によるハイドロチャージング、コロナ予備処理及びＤＩ水によるハイドロチャージング、５０ＰＰＭのＮａ２ＣＯ３を含む水によるハイドロチャージング、又はＤＩ水によるハイドロチャージング、の１つにより帯電させた。表３に各試料に適用した詳細な帯電方法を要約する。
【００８６】
帯電方法１：
上述の工程Ａで調製し、選択したＢＭＦウェブを、ＤＣコロナ放電とそれに続く５０ＰＰＭのＮａ２ＣＯ３を含む水によるハイドロチャージにより、帯電させた。放電源の長さ毎センチメートル当たり約０．０１ミリアンペアのコロナ電流のブラシコロナ源の下の接地した表面を、毎秒約３センチメートルの速度でウェブを通し、コロナ帯電を達成した。コロナ源は、ウェブが運ばれる接地した表面から約３．５センチメートルの高さにあった。コロナ源は、ＤＣ正電圧により駆動した。コロナ帯電後、８９６キロパスカル（１３０ｐｓｉｇ）で約１．４リットル／分の流速で作動しているノズルから発生する、５０ＰＰＭのＮａ２ＣＯ３をその中に溶解した水の微細スプレーを使用して、ＢＭＦウェブをハイドロチャージした。工程Ａにて調製し選択したＢＭＦウェブを、多孔質ベルトによって、約１０ｃｍ／秒の速度で水噴霧を通過させて搬送しながら、同時にウェブを通して水を下方から減圧吸引した。各ＢＭＦウェブを、噴霧しながらハイドロチャージャに２回通し（各面を続けて）、次いで噴霧せず吸引のみですべての過剰の水を除去するために２回通した。フィルタの試験に先だち、ウェブを空気中で一晩完全に乾燥させた。
【００８７】
帯電方法２：
上述の工程Ａで調製し選択したＢＭＦウェブを、ＤＣコロナナ放電とそれに続くＤＩ水によるハイドロチャージにより、帯電させた。５０ＰＰＭのＮａ２ＣＯ３をその中に溶解した水を使用する代わりにＤＩ水を使用すること以外は、帯電方法１と同じ方法を使用した。
【００８８】
帯電方法３：
上述の工程Ａで調製し選択したＢＭＦウェブを、５０ＰＰＭのＮａ２ＣＯ３を含む水を使用するハイドロチャージにより帯電させた。８９６キロパスカル（１３０ｐｓｉｇ）で約１．４リットル／分の流速で作動しているノズルから発生する、５０ＰＰＭのＮａ２ＣＯ３をその中に溶解した水の微細スプレーを使用して、ＢＭＦウェブをハイドロチャージした。工程Ａにて調製し選択したＢＭＦウェブを、多孔質ベルトによって、約１０ｃｍ／秒の速度で水噴霧を通過させて搬送しながら、同時にウェブを通して水を下方から減圧吸引した。各ＢＭＦウェブを、噴霧しながらハイドロチャージャに２回通し（各面を続けて）、次いで噴霧せず吸引のみですべての過剰の水を除去するために２回通した。フィルタの試験に先だち、ウェブを空気中で一晩完全に乾燥させた。
【００８９】
帯電方法４：
上記の工程Ａにおいて調製し、選択したＢＭＦを、脱イオン水を使用するハイドロチャージングにより帯電させた。ＢＭＦウェブを、８９６キロパスカル（１３０ｐｓｉｇ）の圧力及び約１．４リットル／分の流速で操作しているノズルから発生する脱イオン水の微細噴霧を使用して、ハイドロチャージした。工程Ａにて調製し選択したＢＭＦウェブを、多孔質ベルトによって、約１０ｃｍ／秒の速度で水噴霧を通過させて搬送しながら、同時にウェブを通して水を下方から減圧吸引した。各ＢＭＦウェブを、噴霧しながらハイドロチャージャに２回通し（各面を続けて）、次いで噴霧せず吸引のみですべての過剰の水を除去するために２回通した。フィルタの試験に先だち、ウェブを空気中で一晩完全に乾燥させた。
【００９０】
フィルタ試験手順：
初期濾過性能：
上述の工程Ｂで調製した各帯電試料を１メートル切片に切断し、この切片を初期状態で％  ＤＯＰエアゾール透過（％  ＤＯＰ  Ｐｅｎ）及び圧力低下（ΔＰ）について試験し、品質係数（ＱＦ）を上述の試験方法で述べた方法により計算した。下記の表３に、％  ＤＯＰ  Ｐｅｎ、圧力低下及びＱＦの結果を報告する。
【００９１】
【表３】
0005706875.tif 000021
【００９２】
【表４−１】
0005706875.tif 000022
【表４−２】
0005706875.tif 000023
【表４−３】
0005706875.tif 000024
【００９３】
エレクトレット濾材のＸ線放電：
上述の試験方法で述べた手順を使用して、選択した濾材の試料をイオンを発生するＸ線に暴露した。表４は、各試料のＸ線暴露前（時間＝０分）、全Ｘ線暴露の３０分後、全Ｘ線暴露の４０分後、全Ｘ線暴露の６０分後の濾過性能を報告している。
【００９４】
【表５】
0005706875.tif 000025
【００９５】
有効電荷密度の計算：
上記表４に示された６０分Ｘ線暴露データ、及び上記の試験方法で説明した手順を使用して、有効電荷密度を濾材の選択した試料について計算した。これらのデータを表５に示す。
【００９６】
【表６】
0005706875.tif 000026