(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織繊維エレクトレットウェブを製造する方法であって、
（ａ）非導電性ポリマー繊維形成物質から１つまたはそれ以上のフリー繊維（２４）を形成するステップと、
（ｂ）前記フリー繊維（２４）上に有効量の極性液体（３２，３４）を噴霧するステップと、
（ｃ）不織繊維ウェブ（２５）を形成するように、前記フリー繊維（２４）を収集するステップと、
（ｄ）不織繊維エレクトレットウェブ（３９）を形成するように、前記フリー繊維（２４）または前記不織繊維ウェブ（２５）を乾燥させるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記不織繊維ウェブ（２５）が、乾燥される前に前記極性液体（３２，３４）で本質的に飽和され、前記極性液体（３２，３４）が水を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不織繊維エレクトレットウェブ（３９）が持続的なエレクトレット荷電を示す、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、極性液体を使用し、非導電フリー繊維（ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｆｒｅｅ−ｆｉｂｅｒｓ）を荷電し、電気的に荷電された不織繊維ウェブを形成する方法に関する。本発明は、このようなウェブを製造するために適した装置にも関する。
【０００２】
背景
電気的に荷電された不織ウェブは、空気汚染物質の吸入から着用者を保護する呼吸マスクにおけるフィルタとして一般的に使用されている。米国特許第４，５３６，４４０号、第４，８０７，６１９号、第５，３０７，７９６号、および第５，８０４，２９５号は、これらのフィルタを使用する呼吸マスクの例を開示している。電荷は、液体中に懸濁された粒子の不織ウェブの捕捉能を増強する。不織ウェブは、液体がウェブを通過すると粒子を捕捉する。不織ウェブは一般的に誘電性−すなわち、非導電性−ポリマーを含む繊維を含む。電気的に荷電された誘電性物品は「エレクトレット」と呼ばれる場合が多く、これらの製品を製造するために長年にわたりさまざまな技術が開発されてきた。
【０００３】
電気的に荷電性のポリマーフォイルに関する初期の研究は、液体接触を行うことによるポリマー表面への電荷移動のメカニズム、２１ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．、５４７〜４８（１９７２年１２月１日）、および液体接触ををもちいたポリマーフォイルの荷電、４７Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．、４４７５〜８３（１９７６年１０月）において、Ｐ．Ｗ．チャドリーにより記載されている。チャドリーの方法は、フォイルに電圧をかけることによりポリフルオロエチレンポリマーフォイルに荷電することを含む。
【０００４】
繊維の形でポリマーエレクトレットを製造する早くから知られている方法が、キュービックとデービスへ付与された米国特許第４，２１５，６８２号に開示されている。この方法において、繊維はそれらが開口部から発すると電気的に荷電された粒子で衝撃される。その繊維は「融解ブロー成型」法を用いて製造され、高速で開口部に直接吹き込まれるガス流が押し出しポリマー物質を引き出し、それを冷却して凝固繊維にする。衝撃された融解ブロー成型繊維はランダムにコレクタ上に蓄積し、繊維エレクトレットウェブを生成する。この特許は、このようにして融解ブロー成型繊維を電気的に荷電すると２以上の因数で濾過効率が改善できることを記載している。
【０００５】
繊維エレクトレットウェブは、それらをコロナ帯電することでも製造されている。例えば、クラッセらへ付与された米国特許第４，５８８，５３７号は、実質的に閉鎖された誘電性フォイルの１つの主要な表面に隣接して配置されたコロナ放電装置に持続的に供給される繊維ウェブを開示している。コロナは、逆帯電された細いタングステンワイヤに接続された高電圧源から生成される。不織ウェブへの帯電を与えるための別の高電圧の方法が、ナカオへ付与された米国特許第４，５９２，８１５号に記載されている。この荷電方法において、ウェブは滑面外側電極と緊密に接触する。
【０００６】
繊維エレクトレットウェブは、ファン・テュルンハウトへ付与された再発行米国特許第Ｒｅ．３０，７８２号、Ｒｅ．３１，２８５号およびＲｅ．３２，１７１号に記載されているように、ポリマーフィルムまたはフォイルによっても生成される。このポリマーフィルムまたはフォイルは、その後に収集され、不織繊維フィルタに加工される繊維に小繊維化される前に帯電される。
【０００７】
繊維へ電荷を与える機械的方法も用いられている。ブラウンへ付与された米国特許第４，７９８，８５０号は、羊毛を梳いて針で縫ってフェルトが形成される２種類のけん縮合成ポリマー繊維の混合物を含むフィルタ物質を記載している。この特許は、梳いている間に電気的に荷電されるように繊維を十分に混合することを記載している。ブラウンに開示された方法は一般的に「摩擦電荷」と呼ばれる。
【０００８】
摩擦電荷は、気体または液体の高速無電荷噴流が誘電性フィルムの表面上を通過するときにも生じる。米国特許第５，２８０，４０６号において、クーファルらは、無電荷液体の噴流が誘電性フィルムの表面を打ち、表面が荷電されることを開示している。
【０００９】
さらに最近の開発では、不織繊維ウェブへ電荷を与えるために水が用いられている（アンガジバンド（Ａｎｇａｊｉｖａｎｄ）らへ付与された米国特許第５，４９６，５０７号を参照）。電荷は、非導電微小繊維を含む不織ウェブ上に水の加圧噴流または水滴流を衝突させることにより生じる。こうして得られた電荷は濾過促進特性を提供する。水素電荷操作前にウェブを空気コロナ放電処置にかけることにより、さらにエレクトレット性能を増強することができる。
【００１０】
一部の添加剤をウェブに添加することでエレクトレットの性能が改善されている。例えば、油性噴霧抵抗性エレクトレット媒体が、融解ブロー成型ポリプロピレン微小繊維中にフッ素系添加剤を含めることにより提供されている；ジョーンズらへ付与された米国特許第５，４１１，５７６号および第５，４７２，４８１号を参照。フッ素系添加剤は少なくとも２５℃の融点および約５００〜２５００の分子量を有する。
【００１１】
ルソーらへ付与された米国特許第５，９０８，５９８号は、添加剤を熱可塑性樹脂と混合し、繊維ウェブを形成する方法を記載している。水噴流または水滴流が濾過促進電荷をウェブに提供するのに十分な圧力でウェブ上に衝突させる。ウェブはその後に乾燥させる。添加剤は（ｉ）その化合物またはオリゴマーが少なくとも１つのフッ化成分を含む、熱安定有機化合物またはオリゴマー、（ｉｉ）トリアジン基におけるものに加えて少なくとも１つの窒素原子を含む熱安定有機トリアジンまたはオリゴマー、または（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の組み合わせであってもよい。
【００１２】
添加剤を含む他のエレクトレットが、ニシウラ（Ｎｉｓｈｉｕｒａ）へ付与された米国特許第５，０５７，７１０号に記載されている。ニシウラに開示されたポリプロピレンエレクトレットは、ヒンダードアミン、窒素含有ヒンダードフェノール、および金属含有ヒンダードフェノールから選択される少なくとも１つの安定剤を含む。この特許は、これらの添加剤を含むエレクトレットが高い熱安定性を提供することを開示している。エレクトレット処置は、針状電極と接地電極との間に不織繊維シートを配置することにより実施された。オオモリ（Ｏｈｍｏｒｉ）らへ付与された米国特許第４，６５２，２８２号および第４，７８９，５０４号は、絶縁ポリマーに脂肪酸金属塩を組み入れて長期間にわたり高い粉塵除去性能を維持することを記載している。日本特許公告ＪＰ６０−９４７は、ポリ４−メチル−１−ペンテンおよび（ａ）フェノールヒドロキシ基、（ｂ）高脂肪族カルボン酸およびその金属塩、（ｃ）チオカルボン酸化合物、（ｄ）亜リン酸化合物、および（ｅ）エステル化合物から選択される少なくとも１つの化合物を含むエレクトレットを記載している。この特許は、エレクトレットが長期間の貯蔵安定性を有することを示している。
【００１３】
最近発行された米国特許が、繊維または繊維ウェブを慎重に後荷電または電化することなくフィルタウェブが生成できることを開示している（シュウらへ付与された米国特許第５，７８０，１５３号を参照）。これらの繊維は、エチレンのコポリマー、５〜２５重量パーセントの（メチ）アクリル酸、および任意に、好ましくはないが、アルキル基が１〜８個の炭素原子を有する４０重量パーセントまでのアルキル（メチ）アクリル酸を含むコポリマーで製造される。５〜７０％の酸基が金属イオン、特に亜鉛、ナトリウム、リチウムまたはマグネシウムイオン、またはこれらの混合物で中和される。コポリマーは１０分当り５〜１０００グラム（ｇ）のメルトインデックスを有する。残部はポリプロピレンまたはポリエチレンなどポリオレフィンであってもよい。繊維は融解ブロー成型法により製造し、水で迅速に冷却し過剰な結合を防ぐことができる。この特許は、繊維が既存または故意の特異的に誘発された静電荷の高い静的保持を有することを開示している。
【００１４】
発明の要約
本発明は、不織繊維エレクトレットウェブを製造するためにいずれも適した新しい方法および装置を提供する。不織繊維エレクトレットウェブを製造する方法は、（ａ）非導電性ポリマー繊維形成物質から１つまたはそれ以上のフリー繊維を形成するステップと、（ｂ）フリー繊維上に有効量の極性液体を噴霧するステップと、（ｃ）不織繊維ウェブを形成するように、フリー繊維を収集するステップと、（ｄ）不織繊維エレクトレットウェブを形成するように、繊維、不織ウェブ、またはその両方を乾燥させるステップとを含む。
【００１５】
本発明の装置は、１つまたはそれ以上のフリー繊維を形成することが可能な繊維形成装置を含む。極性液体がフリー繊維上に噴霧されるように噴霧装置が配置されている。また、不織繊維ウェブの形でフリー繊維を収集するコレクタが配置され、こうして得られる繊維または不織繊維ウェブを能動的に乾燥させるように乾燥機構が配置されている。
【００１６】
本発明の方法は、非導電性フリー繊維上に有効量の極性液体を噴霧することを含むという点で周知の方法と異なる。不織ウェブを乾燥した後、エレクトレット電荷が繊維上に与えられて不織繊維エレクトレットを生成する。フリー繊維を液体と接触させることを開示する多くの特許がある。周知の方法において、フリー繊維は繊維を急冷する目的で液体に曝される。急冷ステップは、非晶質中間相ポリマーを提供し、高い処理量を提供し、繊維を冷却して過剰な結合を提供し、糸の均一性を増大させることを含むさまざまな理由で行われる（米国特許第３，３６６，７２１号、第３，９５９，４２１号、第４，２７７，４３０号、第４，９３１，２３０号、第４，９５０，５４９号、第５，０７８，９２５号、第５，２５４，３７８号、および第５，７８０，１５３号を参照）。これらの特許は一般に繊維が形成された後に液体で繊維を急冷することを開示しているが、エレクトレットが極性液体を非導電性フリー繊維上に噴霧することにより製造できることを開示していない。出願人は、（ｉ）極性液体、（ｉｉ）非導電性ポリマー繊維形成物質、（ｉｉｉ）有効量の極性液体、および（ｉｖ）不織繊維エレクトレット物品を生成する乾燥ステップを必要とすることを見出した。
【００１７】
本発明の方法は、エレクトレットの製造ステップが繊維形成法と基本的に一体であり、おそらく不織繊維エレクトレットウェブを製造するステップの数を減少できるという点で有利である。その後の荷電法は確かに発明と関連して行うことができるが、実質的にウェブ製造法を超える荷電操作の必要または要求なしにエレクトレットを製造することができる。
【００１８】
本発明の装置は、繊維または得られる不織ウェブを能動的に乾燥させるため配置された乾燥機構を含むという点で周知の繊維製造装置と異なる。周知の装置では、急冷液が明らかに繊維を冷却または急冷するのに十分な量でのみ使用され、蒸発により受動的に乾燥するため乾燥機が使用されていない。
【００１９】
本発明の方法および装置によって製造される完成物品は、例えば、コレクタ上で乾燥させると持続的な電荷を含むことがある。それらはエレクトレットを生成するために必ずしもその後のコロナまたは他の荷電操作にかける必要はない。こうして得られる電気的に荷電された不織ウェブはフィルタとして有用であり、ウェブの使用の全体を通じて実質的に均質の電荷分布を維持することができる。フィルタは特に人工呼吸器における使用に適している。
【００２０】
本明細書中において使用されるように、
「フリー繊維」は、繊維形成装置とコレクタとの間の輸送中の繊維またはポリマー繊維形成物質を意味する。
【００２１】
「有効量」は、極性液体が乾燥後の極性液体でフリー繊維を噴霧することからエレクトレットの製造を可能にするのに十分な量で使用されることを意味する。
【００２２】
「エレクトレット」は、少なくとも準永久の電荷を保持する物品を意味する。
【００２３】
「電荷」は、電荷分離が存在することを意味する。
【００２４】
「繊維性の」は、繊維およびおそらく他の成分を保持することを意味する。
【００２５】
「不織繊維エレクトレットウェブ」は、繊維を含み、少なくとも準永久の電荷を示す不織ウェブを意味する。
【００２６】
「準永久の」は、電荷が標準の大気条件下（２２℃、１０１，３００パスカル大気圧、および湿度５０％）に長期間にわたり十分に有意に測定可能であることを意味する。
【００２７】
「液体」は、固体と気体との間の物質の状態を意味し、流れなど連続的質量の形、または蒸気や霧など水滴の形での液体を含む。
【００２８】
「微小繊維」は、約２５マイクロメーター以下の有効径を有する繊維を意味する。
【００２９】
「非導電性」は、室温（２２℃）下に約１０１４ｏｈｍ・ｃｍ以上の体積抵抗率を保持することを意味する。
【００３０】
「不織」は、繊維が織物以外の手段で結合されている構造、または構造の部分を意味する。
【００３１】
「極性液体」は、少なくとも約０．５デバイの双極子モーメントおよび少なくとも約１０の比誘電率を有する液体を意味する。
【００３２】
「ポリマー」は、規則的または不規則的に配置された反復連鎖分子単位または群を含む有機物質を意味し、ホモポリマー、コポリマー、およびポリマーの混合物を含む。
【００３３】
「ポリマー繊維形成物質」は、ポリマーを含有し、またはポリマーを製造することが可能であるモノマー、およびおそらく固体繊維に形成されることが可能である他の成分を含む組成物を意味する。
【００３４】
「噴霧する」は、適切な方法または機構により極性液体をフリー繊維と接触可能にすることを意味する。
【００３５】
「ウェブ」は、第三次元においてよりも二次元において大幅に大きく、通気性である構造物を意味する。
【００３６】
好適な実施態様の詳細な説明
本発明の方法および装置において、不織ウェブの１つまたはそれ以上の繊維に帯電を与えることができる。このようにして、押し出し鋳型など繊維形成装置を出ると極性液体がフリー繊維上に噴霧される。繊維は非導電性ポリマー物質を含み、有効量の極性液体が、好ましくは実質的にもつれず、または集合してウェブに構築されずに、繊維状に噴霧される。湿った繊維が収集され、いずれかの順序で乾燥されるが、湿った形で収集された後に乾燥することが好ましい。こうして得られる不織ウェブは高量の準永久に捕獲される非極性電荷を有することが好ましい。
【００３７】
好適な実施態様において、本発明は、（ａ）非導電性ポリマー繊維形成物質から１つまたはそれ以上のフリー繊維を形成することと、（ｂ）極性液体をフリー繊維上に噴霧することと、（ｃ）フリー繊維を収集し、不織繊維ウェブを形成することと、（ｄ）繊維および／または不織ウェブを乾燥させ、不織繊維エレクトレットウェブを形成することから本質的になる。「から本質的になる」という用語は、本明細書中において、エレクトレットウェブ上に存在する電荷に対する有害な作用を有するとみられるステップのみを除外する制限のない用語として用いられている。例えば、エレクトレットウェブがその後に加工され、追加の加工ステップが電荷を引き起こし、不織ウェブから著しく分散する場合は、その追加のステップは、上記のステップ（ａ）〜（ｄ）から本質的になる方法から除外される。
【００３８】
別の好適な実施態様において、本発明の方法はステップ（ａ）〜（ｄ）で構成される。「で構成される」という用語も本明細書中では制限のない用語として用いられるが、エレクトレットの製造と完全に無関係であるステップのみを除外する。したがって、発明が上記のステップ（ａ）〜（ｄ）で構成されているとき、本発明の方法は、繊維エレクトレットの製造と全く関係がない理由で実施されるステップを除外することになる。このようなステップは有害な作用をも有しうるが、エレクトレット製造と決して関係がない理由で行われる場合は、それらはステップ（ａ）〜（ｄ）で構成される方法から除外されることになる。
【００３９】
本発明により製造される不織繊維エレクトレットウェブは準延久の電荷を示す。不織繊維エレクトレットウェブは「持続的な」電荷を示すことが好ましく、これは電荷が繊維中に、したがって不織ウェブ中に、エレクトレットが使用される少なくとも一般的に許容される製品の耐用年数の間、残留することを意味する。エレクトレットの濾過効率は一般に初期品質因子、ＱＦｉから推定される。初期品質因子、ＱＦｉは、不織繊維エレクトレットウェブが荷電される前、すなわち、エレクトレットが濾過されることが意図されるエアロゾルに曝される前に測定された品質因子である。品質因子は、「ＤＯＰ貫入および圧力低下試験」で以下に記載した通りに確認することができる。こうして得られる不織繊維エレクトレットウェブの品質因子は、実質的に同じ構造の未処置ウェブ上の少なくとも２の因子で増大することが好ましく、少なくとも１０の因子であることがさらに好ましい。本発明により製造される好適な不織繊維エレクトレットウェブは、製品が０．４（ミリメートル（ｍｍ）Ｈ２Ｏ）−１を超え、さらに好ましくは０．９ｍｍ  Ｈ２Ｏ−１を超え、またさらに好ましくは１．３ｍｍ  Ｈ２Ｏ−１を超え、さらに好ましくは１．７を超えまたは２．０ｍｍ  Ｈ２Ｏ−１のＱＦｉを示すことを可能にする十分な電荷を保持することができる。
【００４０】
エレクトレット物品を製造する方法の一実施態様において、繊維形成物質を高速のガス状の流れに押し出すことによりフリー繊維の流れが形成される。この操作は一般的に融解ブロー成型法と呼ばれる。長年、不織繊維フィルタウェブは、ファンＡ．ウェント、超微細熱可塑性繊維、ＩＮＤＵＳ．ＥＮＧＮ．ＣＨＥＭ．、４８巻、１３４２〜１３４６ページ、および１９５４年５月２５日に刊行された、ファンＡ．ウェントらによる超微細有機繊維の製造と題する海軍研究試験所の報告書第４３６４号に記載された種類の融解ブロー成型装置を用いて製造されている。ガス状の流れは一般的にフリー繊維の端を取り除く。しかし、繊維の長さは、一般的に未定である。フリー繊維は、コレクタにおいて、その直前、またはその上でランダムにもつれる。繊維は一般的にもつれるため、ウェブは単独でマットとして取扱可能となる。しばしば繊維がどこで始まりまたは終わるかを確認することが困難であり、したがって繊維は実質的に不織ウェブに持続的に配置されるが、ブロー成型法において取り除くこともできる。
【００４１】
または、フリー繊維は、１つまたはそれ以上の連続的ポリマーフリー繊維がコレクタ上に押し出されるスパンボンド法を用いて形成することができ、例えば、米国特許第４，３４０，５６３号を参照。フリー繊維は、例えば、米国特許第４，０４３，３３１号、第４，０６９，０２６号、および第４，１４３，１９６号に記載された静電紡織法を用いて、または静電界に融解ポリマー物質を曝すことによっても製造することができ、米国特許第４，２３０，６５０号を参照。極性液体による噴霧ステップの間、フリー繊維は液体または融解状態、液体と固体の混合（半融解）、または固体であってもよい。
【００４２】
図１および図２は、融解ブロー成型繊維を含むエレクトレットウェブを製造する一実施態様を示す。鋳型２０は、液化性の繊維形成物質が開口部２２を通じて鋳型を出るまで進む押出チャンバー２１を有する。協働ガス開口部２３−ガス状の流れ、一般的に加熱空気が高速で強引に通される−が開口部２２の直前に配置され、開口部２２を通じて繊維形成物質の引き出しを補助する。最も商業的な用途には、多くの開口部２２が鋳型２０の前方端上に一線に配置されている。繊維形成物質が進むと、多くの繊維が表面から放出され、ウェブ２５としてコレクタ２６上に集まる。開口部２２はコレクタ２６の方向にフリー繊維２４に向けて配置されている。繊維形成物質は鋳型２０とコレクタ２６との間の間隔で凝固する傾向がある。ハウザーへ付与された米国特許第４，１１８，５３１号およびキュービックとデービスへ付与された米国特許第４，２１５，６８２号は、この種類の技術を使用する融解ブロー成型装置を記載している。
【００４３】
繊維形成物質が鋳型２０から押し出されると、ガス状の流れが１つまたはそれ以上の連続的なフリー繊維２４を引き出す。フリー繊維２４の長さが増大すると、ガス状の流れがフリー繊維２４の端を減弱または取り除く。取り除かれたフリー繊維の断片がガス状の流れでコレクタ２６に運ばれる。フリー繊維２４を形成する工程パラメータは変動して繊維破断位置を変化させることがある。例えば、断面の繊維径を減少させ、ガス流速度を増大させると、一般に繊維は鋳型２０に接近して破断する。
【００４４】
不織ウェブ中の電荷を最大にするには、噴霧ステップ時に繊維が実質的にもつれないことが好ましい。噴霧はフリー繊維２４がもつれる前に行うと最も効果的である。もつれた繊維は重なり、繊維の一部が極性液体噴霧に曝されるのを防ぎ、得られる電荷を減少させることがある。多数の繊維２４が同時に形成される用途において、極性液体噴霧は繊維をもつれさせることにより、繊維の一部を極性液体で噴霧されることから防ぐこともできる。また、繊維２４は極性液体噴霧の力により正しい針路から外れて動かされる可能性があり、繊維の収集がさらに困難になる。
【００４５】
ガス状の流れはコレクタ２６への移行時に繊維の移動を制御する。繊維２４が開口部２２を出ると、繊維２４の遠位端は自由に移動し、隣接した繊維ともつれることになる。しかし、繊維２４の近位端は開口部２２と持続的に結合し、鋳型２０の直前のもつれを最小限に抑える。したがって、噴霧は開口部２２の近くで行われることが好ましい。
【００４６】
スパンボンド法におけるなど高速のガス状の流れが用いられないと、連続的なフリー繊維は一般的にコレクタ上に沈殿する。収集後、連続的なフリー繊維はもつれて、エンボス加工およびヒドロエンタグルメントを含む当業界で既知のさまざまな方法によりウェブを形成する。コレクタ近くの連続的なスパンボンド繊維の流れを噴霧することにより、繊維の遠位端が極性液体噴霧の力によりさらに容易に移動するためもつれが促進される。
【００４７】
図２において、上部噴霧機構２８が距離ｅでの開口部２２の中心線ｃの上に配置されているのが示されている。噴霧機構２８は距離ｄでの開口部２２の先端から下流にも配置されている。下部噴霧機構３０が距離ｆでの開口部２２の中心線ｃの下に配置され、距離ｇでの開口部２２の先端から下流に配置されている。上部および下部の噴霧機構２８、３０は、フリー繊維２４の流れ上の極性液体の噴霧３２、３４を放出するように配置されている。
【００４８】
噴霧機構２８、３０は複数の側から個別にまたは同時に用いることができる。噴霧機構２８、３０を用いて流れなど極性液体の蒸気、微細極性液滴の噴霧スプレーまたはミスト、または極性液体の断続的または連続的な定常流を用いることができる。一般に、噴霧ステップは今しがた記載したいずれかの形の気相により支持されまたは方向づけられる極性液体をもつことにより極性液体とフリー繊維とを接触させることを含む。噴霧機構２８、３０は、鋳型２０とコレクタ２６との間の実質的にどこにでも配置することができる。例えば、図１に示した代替の実施態様において、噴霧機構２８’、３０’はコレクタの近く、ウェブ２５へステープルファイバー３７を供給する源３６の下流に配置される。
【００４９】
溶融状態または半溶融状態にある間にフリー繊維を噴霧することにより、与えられる電荷が最小限に抑えられることが明らかにされている。噴霧機構２８、３０は、コレクタ２６へのフリー繊維２４の流れを干渉することなく、フリー繊維２４の流れに可能な限り近くに（距離ｅとｆは最小にされる）配置されることが好ましい。距離ｅとｆは、フリー繊維から外側に約３０．５ｃｍ（１フィート）以下であることが好ましく、１５ｃｍ（６インチ）未満であることがさらに好ましい。極性液体は、フリー繊維に対して垂直またはフリー繊維移動の一般的な方向における鋭角でなど鋭角で噴霧することができる。
【００５０】
示されているように、噴霧機構２８、３０は鋳型２０の先端にできる限り近くに（距離ｄとｇは最小にされる）配置されることが好ましい。物理的制約は一般的に鋳型２０の先端へ約２．５ｃｍ（１．０インチ）よりも近く噴霧機構２８、３０を配置することを妨げるが、必要に応じて、例えば、特殊な装置を用いて鋳型２０のより近くに噴霧機構２８、３０を配置することが可能でありうる。噴霧機構２８、３０が鋳型２０の先端から配置できる最大の距離（距離ｄとｇ）は、噴霧は繊維がもつれる前に行われるため工程パラメータに左右される。一般的に、距離ｄとｇが２０ｃｍ（６インチ）未満である。
【００５１】
極性液体は、「有効量」を構成するに十分な量で繊維上に噴霧される。すなわち、極性液体は、本発明の方法を用いてエレクトレットの製造を可能にするに十分な量でフリー繊維と接触する。一般的に、使用される極性液体の量は多いため、コレクタ上に最初に形成されるときにウェブは湿っている。しかし、例えば、フリー繊維の起点とコレクタとの間の距離が大きいため極性液体が収集ウェブ上ではなくフリー繊維上に乾燥する場合は、コレクタ上に水が存在しないことが可能でありうる。しかし、発明の好適な実施態様において、起点とコレクタとの間の距離はそれほど大きくなく、極性液体は収集ウェブが極性液体で湿っているような量で使用される。ウェブは湿っているため、わずかに圧力をかけるとウェブから滴が漏れることがさらに好ましい。また、ウェブは実質的または完全にウェブがコレクタ上で形成される地点で極性液体により飽和されることがさらに好ましい。ウェブは極性液体が圧力をかけることなくウェブから規則的に滴が漏れるように飽和させることができる。
【００５２】
ウェブ上に噴霧される極性液体の量は、繊維製造速度によって変動しうる。比較的低い速度で繊維が製造される場合は、極性液体に繊維を十分に接触させるには多くの時間がかかるため低圧を用いることができる。したがって、極性液体は約３０キロパスカル（ｋＰａ）以上の圧力で噴霧することができる。繊維製造速度が速い場合は、極性液体は一般に大きな処理量で噴霧する必要がある。例えば、融解ブロー成型法において、極性液体は４００キロパスカル以上の圧力で適用されることが好ましく、５００〜８００キロパスカル以上であることがさらに好ましい。高圧は一般に十分な電荷をウェブに与えることができるが、圧力が高すぎると繊維形成と干渉することがある。したがって、圧力は一般的に３，５００ｋＰａ未満、さらに一般的には１，０００ｋＰａ未満に維持される。
【００５３】
水は安価であるため好適な極性液体である。また、水が溶融または半溶融の繊維形成物質と接触しても危険なまたは有害な蒸気は発生しない。例えば、蒸留、逆浸透、または脱イオン化により製造される精製水が単純な水道水よりも本発明において使用されることが好ましい。精製水は非純水が有効な繊維荷電を妨げるという点で好ましい。水は約１．８５デバイの双極子モーメントを有し、約７８〜８０の比誘電率を有する。
【００５４】
水の代わりに、または水と組み合わせて水性または非水性極性液体を用いることができる。「水性液体」は少なくとも５０容積パーセントの水を含む液体である。「非水性液体」は、５０容積パーセント未満の水を含む液体である。繊維荷電の使用に適しているとみられる非水性極性液体の例として、特に、メタノール、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、およびアセトン、またはこれら液体の組み合わせが挙げられる。水性および非水性極性液体は少なくとも０．５デバイの双極子モーメントを必要とし、好ましくは少なくとも０．７５デバイ、さらに好ましくは少なくとも１．０デバイである。比誘電率は少なくとも１０であり、好ましくは少なくとも２０であり、さらに好ましくは少なくとも５０である。極性液体は、得られるウェブ上の電荷を遮蔽または分散する導電性の非揮発性残留物を残してはならない。一般に、極性液体の比誘電率とエレクトレットウェブの濾過性能との間に相互関係が存在する傾向が明らかにされている。高い比誘電率を有する極性液体は大きな濾過性能の増強を示す傾向がある。
【００５５】
濾過用途では、不織ウェブの基本重量は約５００ｇ／ｍ２（ｇ／ｍ２）であることが好ましく、さらに好ましくは約５〜約４００ｍ２であり、またさらに好ましくは約２０〜１００ｇ／ｍ２である。融解ブロー成型繊維ウェブの製造において、基本重量は、例えば、処理量またはコレクタ速度を変更することにより制御することができる。多くの濾過用途での不織ウェブの厚さは約０．２５〜約２０ミリメートル（ｍｍ）であり、さらに一般的には約０．５〜約４ｍｍである。得られる不織ウェブの堅さは、好ましくは少なくとも０．０３であり、さらに好ましくは約０．０４〜０．１５であり、またさらに好ましくは０．０５〜０．１である。堅さは、ウェブの固形分画を規定する無単位のパラメータである。本発明の方法は、得られる媒体の基本重量、厚さ、または堅さに関係なく、得られる不織ウェブの全体にわたり一般に均一の電荷分布を与えることができる。
【００５６】
コレクタ２６は鋳型２０の反対側に配置され、一般的に湿った繊維２４を収集する。繊維２４はコレクタ２６上またはコレクタを衝撃する直前のいずれかにもつれる。上記のように、収集される繊維は湿気のあることが好ましく、実質的に湿っていることがさらに好ましく、また極性液体で基本的に充填され、または実質的に飽和されることがさらに好ましい。コレクタ２６は、繊維２４が収集されると収集ウェブを乾燥機構３８の方向へ移動させるウェブ輸送機構を含むことが好ましい。好適な方法において、コレクタは持続的に無限経路の周りを移動するため、エレクトレットウェブを持続的に製造することができる。コレクタは、例えば、ドラム、ベルト、またはスクリーンの形であってもよい。基本的に繊維の収集に適した装置または操作は、本発明と関連した使用に考えられている。適切とみられるコレクタの実施例が、均一の融解ブロー成型繊維ウェブおよび製造の方法および装置と題された米国特許出願第０９／１８１，２０５号に記載されている。
【００５７】
乾燥機構３８は繊維２４が収集される場所から下流に配置されているのが示されているが−収集される前に（または収集される前と後の両方）繊維を乾燥させて本発明によるエレクトレットウェブを製造することが可能でありうる。乾燥機構は、熱源、貫流オーブン、真空源など能動的な乾燥機構、対流空気源など空気源、ウェブ２５から極性液体を圧搾するローラ、またはこのような装置の組み合わせであってもよい。または、受動的な乾燥機構−大気温度での空気乾燥−を用いてウェブ２５を乾燥させることができる。しかし、大気乾燥は高速の製造作業には一般に実用的とは言えない。基本的に繊維および／またはウェブの乾燥に適した装置または操作は、エレクトレットの製造に対してわずかに有害な影響があった。乾燥後、得られる荷電エレクトレットウェブ３９は、シートに切断し、保存のために巻き、または人工呼吸器用のフィルタなどさまざまな物品に形成することができる。
【００５８】
得られる荷電エレクトレットウェブ３９は、さらにウェブ上のエレクトレット電荷を増強し、またはおそらく濾過性能を改善しうるエレクトレット電荷に一部の他の変化を実施しうる電荷法にさらにかけることもできる。例えば、不織繊維エレクトレットウェブは、上記の方法を用いてエレクトレット製品を製造した後にコロナ帯電作業に曝すことができる。ウェブは、例えば、クラッセらへ付与された米国特許第４，５８８，５３７号に記載されているように、またはナカオへ付与された米国特許第４，５９２，８１５号に記載されているように荷電しうる。または、上記の荷電法と組み合わせて、アンガジバンドらへ付与された米国特許第５，４９６，５０７号に記載されているように、ウェブをさらに水電荷することもできる。
【００５９】
繊維エレクトレットウェブの電荷は、湿潤液体および水性極性液体を用いた繊維エレクトレットウェブを製造するための方法および装置と（米国特許出願第０９／４１５，２９１号）；および非水性極性液体を用いて繊維エレクトレットウェブを製造する方法（米国特許出願第０９／４１６，２１６号）と題され、すべて本件と同日に出願され、一般に譲渡された米国特許出願に開示された他の荷電法を用いて補充することもできる。
【００６０】
図１に示したように、主要繊維３７をフリー繊維２４と結合させ、さらに非常に高く、密度の低いウェブを提供することができる。「主要繊維」は、一般的に約２．５４ｃｍ（１インチ）〜約１２．７ｃｍ（５インチ）に切断または明確な長さに製造された繊維である。主要繊維は一般的に１〜１００のデニールを有する。ウェブ密度２５を減少させることは、パーソナル人工呼吸器におけるなど、一部の濾過用途に望ましい、ウェブ２５上の圧力低下の削減に有利である。フリー繊維２４の流れ内に落とし入れられると、主要繊維３７はウェブ内に十分に支持され、フリー繊維２４とともに、噴霧機構２８’、３０’によるなど極性液体噴霧により荷電することもできる。
【００６１】
主要繊維３７は、図１に示したように繊維ブロー成型装置の上に配置されたリッケリンロール４０の使用によりウェブ２５に導入することができる（ハウザーへ付与された米国特許第４，１１８，５３１号も参照）。例えば、ガーネットまたはＲＡＮＤＯ−ＷＥＢＢＥＲ装置（ニューヨーク、ロチェスターのランド・マシン社から入手可能）を用いて調製される一般的に疎性の不織ウェブである繊維のウェブ４１が、主要な縁がリッケリンロール４０に対して結合する駆動ロール４３の下のテーブル４２に沿って推進される。リッケリンロール４０はウェブ４１の主要な縁から繊維をもぎ取り、主要繊維３７を生成する。主要繊維３７は、傾斜したくぼみまたは流路４６を通じて気流に運ばれブロー成型繊維２４の流れに入り、ここで主要繊維とブロー成型繊維は混合する。他の粒子状物質は、流路４６と同様の装荷機構を用いてウェブ２５の中に導入することができる。一般的に、約９０重量パーセント以下、さらに一般的には約７０重量パーセント以下の主要繊維３７は存在しない。
【００６２】
吸着剤の目的、触媒の目的、およびその他を含むさまざまな目的で活性微粒子もエレクトレットウェブに含めることができる。例えば、センクスらへ付与された米国特許第５，６９６，１９９号は、適切とみられるさまざまな活性微粒子を記載している。吸着特性を有する活性微粒子−活性化炭素またはアルミナなど−は濾過作業時に有機蒸気を除去するためにウェブ内に含めることができる。この微粒子は一般的にウェブの含量の約８０容積パーセントまでの量で存在しうる。粒子装荷不織ウェブが、例えば、ブラウンへ付与された米国特許第３，９７１，３７３号、アンダーソンへ付与された米国特許第４，１００，３２４号、およびコルピンらへ付与された米国特許第４，４２９，００１号に記載されている。
【００６３】
本発明において有用である繊維の製造における使用に適しているとみられるポリマーとして、熱可塑性有機非導電性ポリマーが挙げられる。このポリマーは、多数のモノマーで製造される反復性長鎖構造単位から本質的になる合成的に製造される有機高分子でありうる。使用されるポリマーは高量の捕獲された電荷を保持する能力があり、また融解ブロー成型装置またはスパン結合装置によるなど、繊維に加工される能力があることが必要である。「有機」という用語は、ポリマーの背骨が炭素原子を含むことを意味する。「熱可塑性」という用語は、熱に曝されると柔らかくなるポリマー物質を指す。好適なポリマーとして、ポリプロピレンまたはポリ−４−メチル−１−ペンテンを、あるいはこれらのポリマーの１つまたはそれ以上を含む混合物またはコポリマー、およびこれらのポリマーの組み合わせなどポリオレフィンが挙げられる。他のポリマーとして、ポリエチレン、他のポリオレフィン、塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、テレフタル酸ポリエチレン、他のポリエステル、およびこれらのポリマーおよび他の非導電性ポリマーの組み合わせが挙げられる。フリー繊維は他の適切な添加剤と組み合わせてこれらのポリマーで製造することができる。フリー繊維は多数のポリマー成分を有するように押し出し、または形成することができる。クリューガー（Ｋｒｕｅｇｅｒ）とディルード（Ｄｙｒｕｄ）へ付与された米国特許第４，７２９，３７１号およびクリューガーとマイヤーへ付与された米国特許第４，７９５，６６８号および第４，５４７，４２０号を参照。異なるポリマー成分を、例えば、バイコンポーネント繊維の形で繊維の長さに沿って同心円または縦方向に配置することができる。繊維は、それぞれ同じ一般的な組成を有する繊維で製造されるウェブである、巨視的に同種のウェブを形成するように配置することができる。
【００６４】
本発明において使用される繊維は、濾過用途に適した繊維製品を製造するために、特にエチレンの金属イオン中和コポリマーおよびアクリルまたはメタアクリル酸またはその両方のイオノマーを含む必要はない。不織繊維エレクトレットウェブは、金属イオンで部分的に中和された酸基を有する５〜２５重量パーセントの（メチ）アクリル酸を含むことなく上記のポリマーで適切に製造することができる。
【００６５】
濾過用途については、繊維は有効繊維径が２０マイクロメートル未満であることが好ましく、約１〜約１０マイクロメートルがさらに好ましいことが、デービス、Ｃ．Ｎ．、風媒性粉塵および粒子の分離、機械工学研究所、ロンドン、予稿集１Ｂ（１９５２年）、特に式番号１２に記載された方法により計算されている。
【００６６】
エレクトレットウェブの性能は、それを極性液体に接触させる前に繊維形成物質に添加剤を含めることにより増強することができる。繊維または繊維形成物質と組み合わせて「油性ミスト性能増強添加剤」を用いることが好ましい。「油性ミスト性能増強添加剤」は、繊維形成物質に添加すると、例えば、得られる繊維上に配置され、または不織繊維エレクトレットウェブの油性エアロゾル濾過能を増強することが可能である成分である。
【００６７】
フルオロケミカルをポリマー物質に添加してエレクトレット性能を増強することができる。ジョーンズらへ付与された米国特許第５，４１１，５７６号および第５，４７２，４８１号は、少なくとも２５℃の融解温度を有し、約５００〜２５００の分子量を有する融解加工可能なフッ素系添加剤を記載している。このフッ素系添加剤を使用してすぐれた油性噴霧抵抗性を提供することができる。水流で荷電されているエレクトレットを増強することが周知である１つの添加剤クラスは、ペルフルオロ化成分および少なくとも添加剤の１８％重量のフッ素含量を有する化合物である。ルソーらへ付与された米国特許第５，９０８，５９８号を参照。この種類の添加剤が、熱可塑性物質の少なくとも０．１％重量の「添加剤Ａ」として米国特許第５，４１１，５７６号に記載されているフッ素系オキサゾリジンである。
【００６８】
他の可能な添加剤は熱安定有機トリアジン化合物またはオリゴマーであり、この化合物またはオリゴマーはトリアジン環におけるものに加えて少なくとも１つの窒素原子を含む。水流により荷電されるエレクトレットを増強することが周知の別の添加剤は、チバガイギー社から入手可能なＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４  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−ピペリジル）イミノ］］）である。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４および「添加剤Ａ」は結合させることができる。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭおよび／または上記の添加剤は約０．１重量％〜約５重量％の量のポリマーで存在することが好ましく、添加剤は約０．２重量％〜約２重量％の量のポリマーで存在することがさらに好ましく、また約０．２重量％〜約１重量％の量のポリマーで存在することがさらに好ましい。一部の他のヒンダードアミンがウェブに与えられる濾過増強電荷を増大することが周知である。添加剤が熱感受性である場合は、高温に曝される時間を最小にするために、開口部２２のすぐ下流の小さな側面の押出機から鋳型２０の中へ導入することができる。
【００６９】
添加剤を含む繊維をポリマーおよび添加剤の加熱溶融混合物を成形した後に急冷し−アニーリングステップおよび荷電ステップの後に−エレクトレット物品を生成することができる。増強された濾過性能はこの方法でエレクトレットを製造することにより物品に与えることができる−国際公開番号ＷＯ９９／１６５３３に対応する米国特許出願第０８／９４１，８６４号を参照。例えば、ジョーンズらにより１９９８年７月２日に出願された米国特許出願第０９／１０９，４９７号に記載された表面フッ素化法を用いて、その形成後のウェブ上に添加剤を配置することもできる。
【００７０】
ポリマー繊維形成物質は室温下に１０１４ｏｈｍ・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する。体積抵抗率は約１０１６ｏｈｍ・ｃｍ以上であることが好ましい。ポリマー繊維形成物質の抵抗率は標準化試験ＡＳＴＭＤ２５７−９３により測定することができる。融解ブロー成型繊維を形成するために使用される繊維形成物質も電気伝導性を増大させ、または帯電を許容し保持する繊維の能力と干渉しうる帯電防止剤など成分を実質的に含まないものとする。
【００７１】
本発明の不織ウェブは着用者の少なくとも鼻および口を覆うために適合された濾過マスクにおいて使用することができる。
【００７２】
図３は、本発明により製造される電気的に荷電された不織ウェブを含むように構成しうる濾過顔面マスク５０を示す。一般にカップ状の本体部５２が着用者の口および鼻にフィットするように適合されている。ストラップまたはハーネス装置５２が着用者の顔面上にマスクを支持するように提供される。図３には単一のストラップ５４が示されているが、ハーネスの構成は多種多様である；例えば、ヤプンチヒ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らへ付与された米国特許第４，８２７，９２４号、セッパラ（Ｓｅｐｐａｌｌａ）らへ米国特許第５，２３７，９８６号、およびバイラム（Ｂｙｒａｍ）へ付与された米国特許第５，４６４，０１０号を参照。本発明の不織ウェブが使用できる他の濾過顔面マスクの実施例として、ベルグ（Ｂｅｒｇ）へ付与された米国特許第４，５３６，４４０号；ディルードらへ付与された米国特許第４，８０７，６１９号；ヤプンチヒへ付与された米国特許第４，８３３，５４７号；クロンツァー（Ｋｒｏｎｚｅｒ）らへ付与された米国特許第５，３０７，７９６号；およびビュルギオ（Ｂｕｒｇｉｏ）へ付与された米国特許第５，３７４，４５８号が挙げられる。本エレクトレットフィルタ媒体は、ブロストローム（Ｂｒｏｓｔｒｏｍ）らへ付与された再発行米国特許第Ｒｅ．３５，０６２号、またはブルンス（Ｂｒｕｎｓ）とライシェル（Ｒｅｉｓｃｈｅｌ）へ付与された米国特許第５，０６２，４２１号に開示されたフィルタカートリッジなど人工呼吸器用のフィルタカートリッジにおいても用いることができる。したがって、マスク５０は例示の目的のみに示され、本エレクトレットフィルタ媒体の使用は開示された実施態様に限定されるものではない。
【００７３】
出願人は、本荷電法が繊維上に正電荷と負電荷を沈殿し、正電荷と負電荷がウェブの全体を通じてランダムに分散すると考えている。ランダムな電荷分散により非極性ウェブが生じる。したがって、本発明により製造される不織繊維エレクトレットウェブは、ウェブの平面に対して正常な平面において実質的に非極性でありうる。このようにして荷電された繊維は、米国特許出願第０８／８６５，３６２号の図５Ｃに示されている荷電構成を示すことが理想的である。繊維ウェブがコロナ荷電操作にかけられた場合でも、同特許出願の図５Ｂに示されている構成と同様の荷電構成を示すとみられる。もっぱら本方法を用いて荷電される繊維から形成されるウェブは、一般的にウェブの容積全体にわたり非極性に捕獲された電荷を有する。「非極性に捕獲された電荷」は、決定因子が電極表面積である、ＴＳＤＣ分析を用いて１μＣ／ｍ２未満の検出可能な放電電流を示す繊維エレクトレットウェブを指す。この荷電構成は、ウェブを熱刺激放電電流（ＴＳＤＣ）へ曝すことにより示すことができる。
【００７４】
熱刺激放電分析は、エレクトレットウェブを加熱し、凍結または捕獲電荷が移動性を回復し、低いエネルギー構成まで移動し、検出可能な外部放電電流を生成することを含む。熱刺激放電電流に関する考察については、レーバーン（Ｌａｖｅｒｇｎｅ）ら、熱刺激電流の検討、ＩＥＥＥ  ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ  ＩＮＳＵＬＡＴＩＯＮ  ＭＡＧＡＺＩＮＥ、第９巻、第２号、５〜２１、１９９３年、およびチェン（Ｃｈｅｎ）ら、熱刺激法の分析、Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ、１９８１年を参照。
【００７５】
ポリマーが堅く比較的脆性の状態から粘稠性または弾性の状態に変化する温度である、ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）をあるレベルまで超える温度を上昇させることで本発明により荷電されたウェブ内に電荷分極化を誘導することができる。ガラス転移温度、Ｔｇは、ポリマーの融点（Ｔｍ）を下回る。ポリマーをそのＴｇよりも上に上昇させた後、電界の存在下にサンプルを冷却し、凍結して捕獲電荷を分極化する。次に、一定の加熱速度でエレクトレット物質を再過熱し、外部回路に生成される電流を測定することにより熱刺激放電電流を測定することができる。分極化およびその後の熱刺激放電を行うために有効な器具が、コネチカット州スタンフォードのサーモールド・パートナーズ、Ｌ．Ｐ．、サーマル・アナリシス・インストルメンツにより配給されているピボット電極付きのＳｏｌｏｍａｔ  ＴＳＣ／ＲＭＡモデル９１０００である。
【００７６】
放電電流はｘ軸（横軸）上の温度に対するｙ軸（縦軸）上にプロットされる。放電電流のピーク（最大電流）位置および形状は、電荷がエレクトレットウェブに保存されている機構の特性である。電荷を含むエレクトレットウェブについては、ピークの最大と形状はエレクトレット物質に捕獲された電荷の構成に関係している。加熱時に低エネルギー状態へのエレクトレットウェブ内部の電荷の移動により外部回路に生じる電荷の量は、放電ピークを積分することで測定することができる。
【００７７】
本発明の利点や他の特性および詳細を以下の実施例においてさらに説明する。しかし、実施例はこの目的のために役立つが、使用される特定の成分や量および他の状態は、本発明の範囲を不当に制限するように構成されてはいないことが明白に理解される。開示のために選択された実施例は、発明の好適な実施態様がいかになされ、またその物品が一般にいかに実施できるかを単に例示するのみである。
【００７８】
実施例
サンプルの調製
繊維は一般に、ファンＡ．ウェント、４８  ＩＮＤＵＳ．ＡＮＤ  ＥＮＧＮ．ＣＨＥＭ．、１３４２〜１３４６（１９５６年）に記載されているように調製され、鋳型先端から下流に取り付けた１つまたは２つの噴霧バーを含めるように改変し、押出し後および収集前に繊維上に極性液体を噴霧した。樹脂は、別途規定のない限り、ＦＩＮＡ  ３８６０Ｘ熱可塑性ポリプロピレン（フィナ・オイル・アンド・ケミカル社より入手可能）であった。押出機は、ノースカロライナ州シャーロットのベルンストッフ社から入手可能なベルンストッフ６０ミリメートル、４４〜１、８バレルゾーン、同時回転ツインスクリュー押出機であった。添加剤を樹脂に組み入れるときは、ニュージャージー州ラムジーのウェルナー・アンド・ファイデラー社から入手可能なウェルナー・ファイデラー３０ｍｍ、３６〜１同時回転ツインスクリュー押出機で１０〜１５重量パーセントの濃度で調製した。極性液体は逆浸透および脱イオン化により精製した水であった。得られるウェブの基本重量は、別途規定のない限り、５４〜６０ｇ／ｍ２であった。
【００７９】
ＤＯＰ貫入および圧力低下試験
ＤＯＰ貫入および圧力低下試験の以下の要旨は、実施例１〜３０および上記の規定と請求の範囲における初期品質因子の引例に適用される。ＤＯＰ貫入および圧力低下試験は、３２リットル／分の速度で直径１１．４５ｃｍ（４．５インチ）である不織ウェブのサンプルを通じてフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）を強制的に０．３マイクロメートル質量中位径粒子にすることにより行った。サンプル上の表面速度は秒速５．２センチメートルであった。ＤＯＰ粒子の濃度は約７０と約１１０ｍｇ／ｍ３の間であった。サンプルを３０秒間ＤＯＰ粒子のエアロゾルに曝した。サンプルを通じたＤＯＰ粒子貫入をミネソタ州セントポールのＴＳＩから入手可能なモデルＴＳＩ  ８１１０自動フィルタテスターを用いて測定した。サンプル上の圧力低下（ΔＰ）を電子圧力計を用いて測定し、ミリメートル水の単位で報告した。
【００８０】
ＤＯＰ貫入および圧力低下の値を用いて、以下の式を用いたＤＯＰ貫入の自然対数（ｌｎ）から品質因子、ＱＦを計算した。
【００８１】
ＱＦ［１／ｍｍ  Ｈ２Ｏ］＝（ｌｎ（（ＤＯＰ  Ｐｅｎ％）／１００））／圧力低下［ｍｍ  Ｈ２Ｏ］。
【００８２】
ＱＦ値が高いほど、濾過性能が優れている。
【００８３】
以下の試験した全サンプルを初期品質因子、ＱＦｉについて試験した。
【００８４】
代替のＤＯＰ貫入および圧力低下試験
代替のＤＯＰ圧力試験を実施例３１のみについて行った。この試験はこの実施例のみに適用される。代替の手順を、７０と１１０ｍｇ／ｍ３の間の濃度でフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）０．３マイクロメートル質量中位径粒子を４つの開口部および２０７ｋＰａ（３０ｐｓｉ）清浄空気でＴＳＩ  ２１２番噴霧器を用いて生成したことを除き、一般に上記の手順により行った。ＤＯＰ粒子を４２．５Ｌ／分、得られる表面速度６．９ｃｍ／秒の速度で不織ウェブのサンプル中に強制的に通した。貫入は、メリーランド州ボルチモアのエアー・テクニックス社から入手可能な光学散乱槽、パーセント貫入メーター・モデル・ＴＰＡ−８Ｆを用いて測定した。品質因子は上記の通り計算した。この高い表面速度では、品質因子の値は低い表面速度でよりもわずかに低くなる。
【００８５】
実施例１〜２および比較例Ｃ１
以下の実施例は、品質因子を増大させるフリー繊維に対する噴霧水の有利な効果を示す。実施例１〜２のサンプルおよび比較例Ｃ１はすべて０．５重量パーセントの濃度でＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４を含み、荷電を増強した。実施例１のサンプルは中心線より約１７．８ｃｍ（７インチ）下、先端の下流約５．０８ｃｍ（２インチ）に取り付けた６つの別個の噴霧ノズルを有する単一空気噴霧バーを用いて作成された。噴霧バーは、イリノイ州ウィートンのスプレイング・システムスから入手可能なモデル１／４Ｊであった。各々の噴霧ノズルは、水を噴霧するために、いずれもスプレイング・システムスから入手可能な流体キャップ（モデル番号２８５０）およびエアーキャップ（モデル番号７３３２０）を有した。噴霧器内の水圧は約３４４．７ｋＰａ（５０ｐｓｉ）であり、噴霧器内の気圧は約３４４．７ｋＰａ（５０ｐｓｉ）であった。水は収集ウェブを実質的に湿らすのに十分な量で繊維上に噴霧した。コレクタは鋳型の端から約３５．６ｃｍ（１４インチ）下流に配置した。約５４．５℃（１３０°Ｆ）のバッチオーブンで乾燥させることにより収集ウェブから水を除去した。
【００８６】
実施例２のサンプルは２つの空気噴霧バーを用いて噴霧した。実施例１の噴霧バーを上部噴霧バーとして用いた。上部噴霧バーは中心線より約１７．８ｃｍ（７インチ）上に取り付け、下部噴霧バーは中心線より約１７．８ｃｍ（７インチ）下に取り付けた。下部噴霧バーは、ニュージャージー州ペンソーケンのソニック・エンバイロメンタル社から入手可能な１５個のモデル番号ＳＤＣ  ０３５Ｈ噴霧ノズル付きの噴霧音波スプレーシステムであった。両方の噴霧バーは先端から約５．０８ｃｍ（２インチ）下流に配置された。各バー上の水圧および気圧は約３４４．７ｋＰａ（５０Ｐｓｉ）であった。ウェブは実施例１のウェブよりも実施的に湿っていた。約５４．５℃（１３０°Ｆ）のバッチオーブンで乾燥させることにより収集ウェブから水を除去した。比較例Ｃ１は水噴霧以外実施例１または２と同じである。結果は表１に示されている。
【００８７】
【表１】
0004518724.tif 000002
【００８８】
表１のデータは、押出し後および収集前に有効量の水をフリー繊維に噴霧すると、ＱＦｉが著しく上昇し、気流から粒子を濾過する収集ウェブの能力の向上を示す。結果は、２個の噴霧バーが１個よりも効果的であることも示している。
【００８９】
実施例３〜４
以下の実施例は、ポリマーへの添加剤としてＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４を用いたＱＦｉの有利な効果を示す。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４の濃度は、ポリマーの重量パーセントで表２に示されている。水噴霧は、流体キャップ上の水圧が約１３８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）であり、エアーキャップ上の気圧が約４１４ｋＰａ（６０ｐｓｉ）であることを除き実施例１について記載したとおりに行った。水圧の減少は、実施例１よりも少なくウェブ上の水の総容積を減少させた。繊維からの熱は収集前に水の一部分を蒸発させ、収集不織ウェブはわずかに湿気があった。
【００９０】
オーブン乾燥により実施例３〜４のサンプルから水を除去した。オーブンには２個の穴あきドラムが含まれていた。加熱空気はウェブから引き出される。オーブン内のウェブの抵抗時間は約７１．１℃（１６０°Ｆ）の大気温度で約１．２分であった。この種類のオーブンは、ペンシルベニア州アイビーランドのアズテック・マシーナリー社から入手可能である。結果は表２に示されている。
【００９１】
【表２】
0004518724.tif 000003
【００９２】
表２のデータは、熱可塑性物質にＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４を添加することにより達成されたＱＦｉの改善を示す。低い水圧の使用により繊維上には水が沈殿せず、さらに以下の実施例５〜９に示したＱＦｉにより測定されるように製造性能が低下するとみられる。
【００９３】
実施例５〜９
以下の実施例は品質因子に対する水圧の効果を示す。噴霧は実施例１に記載した通り流体キャップとエアーキャップを有する噴霧バーで行い、極性液体を噴霧した。エアーキャップ上の気圧は約４１４ｋＰａ（６０ｐｓｉ）であった。流体キャップ上の流体圧は表３に示されている。
【００９４】
ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４はポリマーの重量に基づき約０．５重量パーセントで存在した。実施例３〜４に記載した通りオーブン乾燥により水を除去した。オーブン乾燥前に水を吸引することで実施例８〜９のウェブから水を除去した。吸引は真空槽と流体連絡する真空スロットを有する真空バー上にウェブを通過させることにより行った。真空スロットは幅が約６．３５ｍｍ（０．２５インチ）、長さが約１１４．３ｃｍ（４５インチ）であった。実施例８において、単一の真空スロットが用いられた。実施例９において、２個の真空スロットが用いられた。ウェブが移動して通り過ぎるときのスロット上の圧力低下は約７．５ｋＰａ（３０インチの水）であった。結果は表３に示されている。
【００９５】
【表３】
0004518724.tif 000004
【００９６】
表３のデータは、水圧を上昇させるとＱＦｉが増大することを示す。実施例８および９は、ウェブの乾燥前に過剰な水を除去するとＱＦｉが増大しうることを示す。
【００９７】
実施例１０〜１７
以下の実施例は、噴霧ノズルからエアーキャップを除去することにより表３の実施例に対する品質因子の改善を示す。エアーキャップは水を噴霧する。エアーキャップを除去することにより、鋳型を出るとき大きな水滴流を溶融ポリマーまたは繊維に直接与えることが可能である。噴霧バーは鋳型の約２．５４ｃｍ（１インチ）下流に移動した。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４はポリマーの重量に基づき約０．５重量パーセントで存在した。実施例８の真空源の使用が表４に示されている。実施例３〜４に記載した通りオーブン乾燥により水を除去した。
【００９８】
【表４】
0004518724.tif 000005
【００９９】
表４のデータは、エアーキャップが付いているときの表３の結果と比較した、大きな水滴が繊維上に与えられるときのＱＦｉ増大を示す。しかし、エアーキャップを除去すると、実施例１２と１３のサンプルを除き、吸引によるＱＦｉの改善は全サンプルで低下した。
【０１００】
実施例１８〜２２
以下のサンプルはＱＦｉに対するウェブの基本重量の効果を示す。サンプルは実施例１の噴霧バー構成で噴霧された。流体キャップ上の水圧は約４１４ｋＰａ（６０ｐｓｉ）であり、エアーキャップ上の気圧は約２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）であった。実施例３〜４に記載した通りオーブン乾燥により水を除去した。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４はポリマーの重量に基づき約０．５重量パーセントで存在した。基本重量は立方メートル当りのグラムで示されている。結果は表５に示されている。
【０１０１】
【表５】
0004518724.tif 000006
【０１０２】
表５のデータは、約５０ｇ／ｍ２〜約１５０ｇ／ｍ２の基本重量のＱＦｉがほぼ同じであるらしいことを示す。ＱＦｉは約２００ｇ／ｍ２の基本重量で低下し、約２５ｇ／ｍ２の基本重量で上昇するように見える。この明らかな結果は高い基本重量と低い基本重量での圧力低下によるものと考えられる。
【０１０３】
実施例２３〜２５
以下の実施例はＱＦｉに対する有効繊維径（ＥＦＤ）の効果を示す。噴霧バーは実施例１８〜２２に記載された通りに構成された。水圧は約６０ｐｓｉであり、気圧は約４０ｐｓｉであった。実施例３〜４に記載した通りオーブン乾燥により水を除去した。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４はポリマーの重量に基づき約０．５重量パーセントで存在した。ＥＦＤはマイクロメートルで示されている。結果は表６に示されている。
【０１０４】
【表６】
0004518724.tif 000007
【０１０５】
表６のデータは、ＱＦｉが有効繊維径の増大とともに上昇することを示す。
【０１０６】
実施例２６〜２７
以下の実施例は、品質因子に対する噴霧バー位置の効果を示す。これらの実施例のサンプルの基本重量は約５７ｇ／ｍ２であった。サンプルは実施例１の噴霧バー構成で噴霧された。流体キャップ上の水圧は約４１４ｋＰａ（６０ｐｓｉ）であり、エアーキャップ上の気圧は約２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）であった。実施例３〜４に記載された通りオーブン乾燥により水を除去した。結果は表７に示されている。位置は図２の距離ｄとｇを指す。
【０１０７】
【表７】
0004518724.tif 000008
【０１０８】
表７のデータは、噴霧バーが鋳型の近くに配置されるとフィルタ性能が上昇することを示す。実施例２６の収集ウェブ上の水はウェブ重量の約５９重量パーセントであった。実施例２７の収集ウェブ上の水はウェブ重量の約２８重量パーセントであった。実施例２６のウェブ上の水量は、噴霧バーの配置により、実施例２７のウェブ上の水量よりも多かった。
【０１０９】
実施例２８〜２９
以下の実施例は、品質因子に対する異なる樹脂の使用の効果を示す。両方の実施例では、鋳型の先端から約７．６２ｃｍ（３インチ）下流に配置した、実施例１８〜２２において使用された噴霧バーを用いた。実施例２８における樹脂は、ＴＰＸ−ＭＸ００２として、日本、東京の三菱石油化学工業から入手可能なポリ４−メチル−１−ペンテンであった。水圧は約２４１．３ｋＰａ（３５ｐｓｉ）であり、気圧は約２７６ｋＰａ（４０ｐｓｉ）であった。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４は、二次押出機により主要押出機の第６ゾーンに添加され、押出し繊維の約０．５重量パーセントを示した。実施例２９における樹脂は、製品番号２００２（ロット番号ＬＪ３０８２０５０１）としてヘキスト・セラニーズから入手可能な熱可塑性ポリエステルであった。水圧は約４１４ｋＰａ（６０ｐｓｉ）であり、気圧は約２０６．８ｋＰａ（３０ｐｓｉ）であった。ＣｈｉｍａｓｓｏｒｂＴＭ９４４は、押出し繊維の約０．５重量パーセントで主要押出機に添加された。実施例３〜４に記載したオーブン乾燥により水を除去した。結果は表８に示されている。
【０１１０】
【表８】
0004518724.tif 000009
【０１１１】
表８のデータは、本発明により、異なる非導電性樹脂で製造される繊維の使用が可能であることを示している。
【０１１２】
実施例３０
この実施例は、本発明において荷電添加剤が使用できることを示す。この実施例における荷電を増強するために使用される添加剤は、米国特許第５，９０８，５９８号からの実施例２２に開示されている。特に、Ｎ，Ｎ’−ジ−（シクロヘキシル）−へキサメチレン−ジアミンを米国特許第３，５１９，６０３号に記載された通りに調製した。次に、２−（三級−オクチルアミノ）−４，６−ジクロロ−１，３，５−トリアジンを米国特許第４，２９７，４９２号に記載された通りに調製した。最後に、ジアミンを米国特許第４，４９２，７９１号に記載されたジクロトリアジン（その後『トリアジン化合物』）と反応させた。添加剤は熱可塑性物質の約０．５重量パーセントのレベルで添加された。他の条件は実施例１に実質的に記載されている通りである。実施例３〜４に記載された通りオーブン乾燥により水を除去した。結果は表９に示されている。
【０１１３】
【表９】
0004518724.tif 000010
【０１１４】
表９のデータは、本発明のエレクトレット媒体を形成する際に他の添加剤を用いることができることを示している。
【０１１５】
実施例３１
実施例３および３０において、温度を１００℃に上昇させ、約１０分、１５分および２０分の分極期間に１００℃で約Ｅｍａｘ＝２．５ＫＶ／ｍｍの直流電場の存在下に電荷分極化を誘導し、直流電場の存在下にサンプルを−５０℃まで冷却した。捕獲された電荷の分極化はウェブに「凍結」された。熱刺激放電電流（ＴＳＤＣ）分析では、エレクトレットウェブの再加熱を含むため、凍結電荷は移動性を回復し、ある低いエネルギー状態に移動することにより、検出可能な放電電流を発生する。分極化およびその後の熱刺激放電は、コネチカット州スタンフォードのサーモールド・パートナーズ、Ｌ．Ｐ．、サーマル・アナリシス・インストルメンツにより配給されているピボット電極付きのＳｏｌｏｍａｔ  ＴＳＣ／ＲＭＡモデル９１０００を用いて行った。
【０１１６】
冷却後、約３℃／分の加熱速度で約−５０℃から約１６０℃までウェブを再加熱した。発生した外部電流を温度の関数として測定した。放出される荷電の総量を放電ピーク下の面積を計算することにより得た。
【０１１７】
【表１０】
0004518724.tif 000011
【０１１８】
表１０のデータは、本発明により荷電されたウェブが電荷分極化を誘導するとランダムに電荷を沈殿したことを示している。サンプルは高温で分極にかけることなく以前に検査された。同サンプルでＴＳＤＣを実施すると顕著な信号は検出されなかった。ＴＳＤＣは電荷分極化が誘導された後にのみ確認されたため、サンプルは非極性捕獲電荷を保持すると考えられる。
【０１１９】
以上引用したすべての特許および特許出願は、背景に引用したものを含め、参考として本明細書中において全体が援用される。
【０１２０】
本発明は、本明細書に規定されていない要素またはステップの非存在下に適切に実施することができる。
【０１２１】
発明の範囲および精神から逸脱することなく上記の実施態様に変更を行うことができる。したがって、本発明は上記の方法および構造に限定されず、請求の範囲に開示された要素やステップおよびその要素やステップの等効物にのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるフリー繊維２４を荷電するための装置を示す部分断線図である。
【図２】  図１の型２０を示す部分断線図である。
【図３】  本発明により製造されるエレクトレットフィルタ媒体を利用することができる濾過顔面マスク５０の実施例である。
【図１】
0004518724.tif 000012
【図２】
0004518724.tif 000013
【図３】
0004518724.tif 000014