專利名稱：包含電荷加強(qiáng)添加劑的駐極體料片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及包含電荷加強(qiáng)添加劑的駐極體料片及其用途，所述駐極體料片包括非 織造纖維料片，例如非織造熱塑性微纖維料片。
背景技術(shù)：
駐極體為具有準(zhǔn)永久性電荷的電介質(zhì)材料。駐極體可用于多種器件，包括(例如) 粘性薄膜、空氣過濾器、過濾面罩和呼吸器，并且可用作諸如麥克風(fēng)、耳機(jī)和靜電錄音機(jī)的 電聲器件中的靜電元件?？梢酝ㄟ^將電荷賦予纖維以形成駐極體材料而改善用于氣溶膠過濾的微纖維料 片的性能。具體地講，駐極體在提高氣溶膠過濾器的顆粒捕集能力方面是有效的。已知在 微纖維料片中形成駐極體材料的多種方法。此類方法包括(例如)當(dāng)熔噴纖維從?？琢鞒?并形成時(shí)用帶電荷粒子(例如電子或離子)對其進(jìn)行轟擊。其他方法包括(例如)在料片 形成后使用直流電暈放電使纖維帶電，或者使用梳理法和/或行針法(摩擦起電)使纖維 墊帶電。最近描述了一種水射流或水滴流以一定壓力沖擊非織造料片，使得足夠提供促進(jìn) 過濾的駐極體電荷方法的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本公開中提出了含有電荷加強(qiáng)添加劑的駐極體料片。這些電荷加強(qiáng)添加劑使駐極 體料片可通過多種不同的充電機(jī)制(例如水充電或直流電暈放電與水充電的組合)容易地 帶上電荷。在本文所述的一些實(shí)施例中，駐極體料片包含熱塑性樹脂和含有N-取代氨基碳 環(huán)芳香族材料的電荷加強(qiáng)添加劑。駐極體料片可以為非織造纖維料片或甚至為非織造微纖 維料片的形式。在本文所述的其他實(shí)施例中，駐極體過濾介質(zhì)包括非織造微纖維料片，該非織造 微纖維料片包含熱塑性樹脂和含有N-取代氨基碳環(huán)芳香族材料的電荷加強(qiáng)添加劑的共混 物。該駐極體過濾器介質(zhì)可以包括呼吸器過濾器、室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)過濾器、車輛通風(fēng)系統(tǒng)過濾 器、空調(diào)過濾器、熔爐過濾器、室內(nèi)空氣凈化過濾器、真空吸塵器過濾器或計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動 器過濾器ο本發(fā)明還公開了制備駐極體料片的方法，所述方法包括提供熱塑性材料；提供 包含N-取代氨基碳環(huán)芳香族材料的電荷加強(qiáng)添加劑；將熱塑性材料和電荷加強(qiáng)添加劑進(jìn) 行熱熔融混合，形成熱塑性共混物；以及通過熔噴該熱塑性共混物以形成微纖維料片，并使 料片帶電。
具體實(shí)施例方式可用于本公開中的駐極體料片包括熱塑性樹脂和電荷加強(qiáng)添加劑的共混物。由此 類共混物制備的駐極體料片可表現(xiàn)出強(qiáng)于由熱塑性樹脂單獨(dú)制備的駐極體料片的性能?？捎玫碾姾杉訌?qiáng)添加劑包括N-取代氨基碳環(huán)芳香族材料。駐極體料片可以為多種形式。例如，該料片可以為連續(xù)或不連續(xù)的膜、或纖維料 片。纖維料片尤其可用于形成過濾介質(zhì)。在一些實(shí)施例中，該料片為非織造微纖維料片。微 纖維的平均直徑通常為1至100微米，并且微纖維無需具有圓形橫截面。術(shù)語“一個(gè)”和“所述”可與“至少一個(gè)”互換使用，以指一個(gè)或多個(gè)所描述的元素。術(shù)語“烷基”指為烷烴基團(tuán)的一價(jià)基團(tuán)，所述烷烴是飽和烴。所述烷基可以是直鏈 的、支鏈的、環(huán)狀的或它們的組合，通常具有1至20個(gè)碳原子。在一些實(shí)施例中，所述烷基 包含1至18個(gè)、1至12個(gè)、1至10個(gè)、1至8個(gè)、1至6個(gè)、或1至4個(gè)碳原子。烷基的例 子包括但不限于甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、正己基、環(huán)己 基、正庚基、正辛基和乙基己基。術(shù)語“烯基”指為烯烴基團(tuán)的一價(jià)基團(tuán)，所述烯烴為具有至少一個(gè)碳-碳雙鍵的 烴。烯基可以為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或它們的組合，并且通常包含2至20個(gè)碳原子。在 一些實(shí)施例中，烯基包含2至18、2至12、2至10、4至10、4至8、2至8、2至6或2至4個(gè) 碳原子。示例性烯基包括乙烯基、正丙烯基和正丁烯基。術(shù)語“炔基”指為炔烴基的一價(jià)基團(tuán)，所述炔烴是含有至少一個(gè)碳-碳三鍵的烴。 炔基可以是直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或它們的組合，并且通常含有2至20個(gè)碳原子。在一些 實(shí)施例中，炔基含有2至18、2至12、2至10、4至10、4至8、2至8、2至6或2至4個(gè)碳原 子。示例性的炔基包括乙炔基、正丙炔基和正丁炔基。術(shù)語“雜烷基”是指含有雜原子的烷基。這些雜原子可以是懸垂原子(例如 鹵素，如氟、氯、溴或碘)或鏈原子，如氮、氧或硫。雜烷基的一個(gè)例子為聚烷氧基，例 如-CH2CH2 (OCH2CH2) n0CH2CH3。術(shù)語“取代的烷基”是指含有沿?zé)N主鏈的取代基的烷基。這些取代基可以為烷基、 雜烷基或芳基。取代的烷基的一個(gè)例子為芐基。術(shù)語“芳基”是指芳香族碳環(huán)基團(tuán)，該基團(tuán)包含1至5個(gè)可連接或稠合的環(huán)。芳基 可以被烷基或雜烷基取代。芳基的例子包括苯基、萘基和蒽基。術(shù)語“N-取代氨基碳環(huán)芳香族”是指碳環(huán)基團(tuán)，即其中環(huán)狀結(jié)構(gòu)只包含碳和氫原子 的環(huán)狀基團(tuán)，該基團(tuán)包含1至5個(gè)環(huán)，所述環(huán)可以連接或稠合并可以被至少一個(gè)取代氨基取 代。取代氨基為-NR1R2類型的基團(tuán)，其中基團(tuán)R1為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取 代的烷基，基團(tuán)R2為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基。術(shù)語“聚合物”和“聚合物材料”是指由一種單體制得的諸如均聚物之類的材料， 或是指由兩種或更多種單體制得的諸如共聚物、三元共聚物等之類的材料。同樣，術(shù)語“聚 合”是指制備聚合物材料的工藝，所述聚合材料可以是均聚物、共聚物、三元共聚物等。術(shù)語 “共聚物”和“共聚物材料”是指由至少兩種單體制得的聚合物材料。術(shù)語“室溫”和“環(huán)境溫度”可互換使用，意指20°C至25°C范圍內(nèi)的溫度。如本文所用，術(shù)語“可熱熔融加工”是指組合物可以通過例如加熱和施壓由固體轉(zhuǎn) 化為粘性流體。應(yīng)該能夠?qū)υ摻M合物進(jìn)行熱熔融加工，而不引起組合物發(fā)生顯著化學(xué)轉(zhuǎn)化、 降解或無法用于預(yù)期應(yīng)用。除非另外指明，否則用于說明書和權(quán)利要求書中的所有表示特征尺寸、數(shù)量和物 理性質(zhì)的數(shù)字應(yīng)被理解為在一切情況下均受術(shù)語“約”修飾。因此，除非有相反的指示，否9則所述數(shù)值是近似值，這些近似值可以根據(jù)所期望的性質(zhì)采用本文所公開的教導(dǎo)變化。可用于本發(fā)明中的熱塑性樹脂包括在成型為料片并充電時(shí)能夠保持大量捕獲 的靜電電荷的任何熱塑性絕緣聚合物。通常，此類樹脂在預(yù)期使用的溫度下具有大于 IO14Q-Cm的DC(直流電)電阻率。能夠獲得捕獲電荷的聚合物包括聚烯烴，例如聚丙烯、 聚乙烯和聚G-甲基-ι-戊烯)；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯；聚酯，包括聚交酯；以及 全氟化的聚合物和共聚物。特別可用的材料包括聚丙烯、聚G-甲基-ι-戊烯)、它們的共 混物或由丙烯和4-甲基-1-戊烯中的至少一者形成的共聚物。電荷加強(qiáng)添加劑為N-取代氨基碳環(huán)芳香族材料。通常電荷加強(qiáng)添加劑都是熱穩(wěn) 定的，這使得它們適用于可熱熔融加工的組合物。N-取代氨基碳環(huán)芳香族材料通常用式I 表不 式I其中Ar為芳基，基團(tuán)R1為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基，基團(tuán)R2 為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基，η為表示N-取代氨基芳基上的取代基位置 數(shù)量的整數(shù)，G表示N-取代氨基芳基上的取代基，每個(gè)G可以獨(dú)立地為氫、烷基、烯基、炔基、 芳基、雜烷基、取代的烷基，或-NR3R4,其中R3為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的 烷基，基團(tuán)R4為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基。在一些實(shí)施例中，式I的Ar 為苯基，并且η為5。在其他實(shí)施例中，式I的Ar為萘基，并且η為7。在其他實(shí)施例中，式 I的Ar為蒽基，并且η為9?！惪捎玫腘-取代氨基碳環(huán)芳香族材料為用式II表示的材料，其中Z1和Z2獨(dú)立 地為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或-NR3R4,其中R3為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷 基或取代的烷基，基團(tuán)R4為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基?；鶊F(tuán)R1為氫、烷 基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基，基團(tuán)R2為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代 的烷基?；鶊F(tuán)Z1和Z2可以位于碳環(huán)芳香族環(huán)上的任何位置，但通常相對于取代氨基位于3， 5位置。
權(quán)利要求
1.一種駐極體料片，包含 熱塑性樹脂；以及包含N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料的電荷加強(qiáng)添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體料片，其中所述料片包括非織造纖維料片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的駐極體料片，其中所述料片包括非織造微纖維料片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體料片，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料包含結(jié)構(gòu)(a)(a)R1R2N-Ar (G)n 其中Ar為芳基；所述基團(tuán)R1為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基； 所述基團(tuán)R2為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基；并且 每個(gè)G獨(dú)立地為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基、取代的烷基，或者 -NR3R4,其中每個(gè)R3獨(dú)立地為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基，并且每 個(gè)R4獨(dú)立地為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基；并且η為5時(shí)，Ar為苯基，η為7時(shí)，Ar為萘基，或者η為9時(shí)，Ar為蒽基。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的駐極體料片，其中Ar為苯基或萘基，R1為氫，并且R2為具有烷基取代基的芳基，其中該烷基取代基包含1至25個(gè)碳原子； η等于5或7;并且至少一個(gè)G等于-NR3R4,其中每個(gè)R3為氫，并且每個(gè)R4為具有烷基取代基的芳基，所述 烷基取代基包含1至25個(gè)碳原子，其余的G基團(tuán)為氫。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的駐極體料片，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料包含結(jié)構(gòu)
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的駐極體料片，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料包含結(jié)構(gòu) (c)至(f)或者它們的組合(C)
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的駐極體料片，其中所述非織造微纖維料片包含 聚烯烴；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯；或聚酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的駐極體料片，其中所述非織造微纖維料片包含 聚丙烯 ’聚(4-甲基-1-戊烯)；丙烯和4-甲基-1-戊烯的共聚物； 或它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體料片，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料占所述 料片的0. 1重量％至5.0重量％。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐極體料片，其中所述料片包含靜電電荷，其中所述電荷通 過水充電、或者通過直流電暈處理和水充電的組合而賦予。
12.一種駐極體過濾介質(zhì)，包含非織造微纖維料片，其包含以下組分的共混物 熱塑性樹脂；以及包含N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料的電荷加強(qiáng)添加劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料包 含結(jié)構(gòu)(a)(a)R1R2N-Ar (G)n 其中Ar為芳基；所述基團(tuán)R1為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基； 所述基團(tuán)R2為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基；以及 每個(gè)G獨(dú)立地為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基、取代的烷基，或者 -NR3R4,其中每個(gè)R3獨(dú)立地為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基，并且每 個(gè)R4獨(dú)立地為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基；并且η為5時(shí)，Ar為苯基，η為7時(shí)，Ar為萘基，或者η為9時(shí)，Ar為蒽基。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中Ar為苯基或萘基， R1為氫；R2為具有烷基取代基的芳基，所述烷基取代基包含1至25個(gè)碳原子； η等于5或7;并且至少一個(gè)G等于-NR3R4,其中每個(gè)R3為氫，并且每個(gè)R4為具有烷基取代基的芳基，所述 烷基取代基包含1至25個(gè)碳原子，其余的G基團(tuán)為氫。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料包 含結(jié)構(gòu)(b)
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料包 含結(jié)構(gòu)(c)至⑴或者它們的組合 (C)
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述非織造微纖維料片包含聚烯烴；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯；或聚酯。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述非織造微纖維料片包含 聚丙烯 ’聚(4-甲基-1-戊烯)；丙烯和4-甲基-1-戊烯的共聚物；或它們的混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料占 所述料片的0. 1重量％至5.0重量％。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述料片包含電荷，其中所述電荷 通過水充電、或者通過直流電暈處理和水充電的組合而賦予。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述料片具有足以表現(xiàn)出在6.9厘 米/秒的面速度下通過QF衡量為大于或等于0. 3的過濾性能的靜電電荷。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述過濾介質(zhì)包括呼吸器過濾器、室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)過濾器、車輛通風(fēng)系統(tǒng)過濾器、空調(diào)過濾器、熔爐過濾器、 室內(nèi)空氣凈化過濾器、真空吸塵器過濾器或計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動器過濾器。
23.一種制備駐極體料片的方法，包括 提供熱塑性材料；提供包含N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料的電荷加強(qiáng)添加劑；將所述熱塑性材料和所述電荷加強(qiáng)添加劑進(jìn)行熱熔融混合，形成熱塑性共混物；熔噴所述熱塑性共混物以形成微纖維料片；以及對所述料片進(jìn)行靜電充電。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料用結(jié)構(gòu)(a)表示(a)R1R2N-Ar (G)n 其中Ar為芳基；所述基團(tuán)R1為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基； 所述基團(tuán)R2為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基；并且 每個(gè)G獨(dú)立地為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基、取代的烷基，或者 -NR3R4,其中每個(gè)R3獨(dú)立地為氫、烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基，并且每 個(gè)R4獨(dú)立地為烷基、烯基、炔基、芳基、雜烷基或取代的烷基；并且η為5時(shí)，Ar為苯基，η為7時(shí)，Ar為萘基，或者η為9時(shí)，Ar為蒽基。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述熱塑性材料包括 聚丙烯 ’聚(4-甲基-1-戊烯)；丙烯和4-甲基-1-戊烯的共聚物； 以及它們的混合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中可熱熔融加工的所述電荷加強(qiáng)添加劑占所形成 的微纖維料片的0. 1重量％至5. 0重量％。
全文摘要
本發(fā)明公開了駐極體料片，所述駐極體料片包含熱塑性樹脂和電荷加強(qiáng)添加劑的共混物。所述電荷加強(qiáng)添加劑包括N-取代氨基碳環(huán)芳香烴材料。由所述共混物制備的所述料片可以為薄膜或非織造纖維料片的形式。非織造微纖維料片可用作過濾介質(zhì)。
文檔編號D04H1/42GK102046871SQ200980120264
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者李福明, 白峰, 約翰·M·塞巴斯蒂安, 馬爾文·E·瓊斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司