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】
[0001] 本發(fā)明涉及包含電荷加強(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)】
[0002] 駐極體是顯示具有準(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。
[0003] 可以通過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?并成形時(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。另外，還描述了一種水射流或水滴流以足夠提供能加強(qiáng)過濾的駐極體電荷的壓力沖擊 非織造料片的方法（水充電法）。
[0004] 已將多種材料添加到聚合物組合物中，以改變聚合物組合物的特性。例如，在美國 專利No. 5, 914, 186 (Yau等人）中，描述了耐熱抗靜電壓敏膠帶，這種膠帶包括其上涂布有 直徑至少為1微米的微粒粘合劑的基材。所述微粒具有導(dǎo)電涂層，該導(dǎo)電涂層由聚合電解 質(zhì)基聚合物、堿金屬或堿土金屬的至少一種離子鹽、以及至少一種熱穩(wěn)定劑形成，所述熱穩(wěn) 定劑選自受阻胺類、取代甲基苯并咪唑（toluimidazole)的鹽以及它們的混合物。
[0005] 添加了添加劑的駐極體的例子包括具有抗細(xì)菌添加劑的駐極體，如描述了 2-(4-噻唑基）苯并咪唑和包含脒基或胍基的N-正丁基氨基甲酸3-9碘代-2-丙炔基酯的 日本專利公布JP08284063以及描述了受阻胺化合物、含氮受阻酚化合物、金屬鹽受阻酚 化合物、酚化合物、硫化合物和磷化合物的PCT公布W0 93/14510中所述。日本專利公布JP 06254319描述了在聚烯烴駐極體中使用長鏈有機(jī)酸的金屬鹽來減輕帶電量的衰減。歐洲專 利公布No.EP623, 941描述了在聚合物駐極體中使用來自各種化學(xué)分類的電荷控制劑。
[0006] 還描述了用于制備高穩(wěn)定性駐極體的工藝，諸如歐洲專利公布No.EP447, 166,其 描述了包括施加電荷與隨后加熱的至少兩個(gè)交替循環(huán)的用于制備駐極體的工藝，并且還描 述了包含極性高分子量化合物的駐極體；以及美國專利No. 4, 874, 659 (Ando等人），其描述 了包括將纖維片放置在未施加接觸電壓的電極與接地電極之間并在這兩個(gè)電極之間供電 的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本文描述了駐極體料片和駐極體過濾介質(zhì)。駐極體料片可以是非織造纖維料片或 薄膜。駐極體料片包含熱塑性樹脂和電荷加強(qiáng)添加劑，該電荷加強(qiáng)添加劑包含含二價(jià)金屬 的取代巰基苯并咪唑鹽。駐極體料片適合用作過濾介質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 仍需要具有改善性質(zhì)的駐極體料片。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（例如摩擦起電、 電暈放電、水充電或它們的組合）容易地帶上電荷。在一些實(shí)施例中，本公開的駐極體料片 僅通過電暈放電（特別是直流電暈放電）、無需另外的充電機(jī)制就能夠帶上電荷。
[0009] 可用于本公開中的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。由此 類共混物制備的料片可表現(xiàn)出強(qiáng)于由熱塑性樹脂單獨(dú)制備的料片的性能?？捎玫碾姾杉訌?qiáng) 添加劑包含含二價(jià)金屬的取代巰基苯并咪唑鹽。
[0010] 駐極體料片可以是多種形式。例如，該料片可以是連續(xù)或不連續(xù)的薄膜、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 纖維的有效直徑（如果是采用諸如掃描電子顯微鏡檢查法來測量，則為平均直徑）通常為 1至100微米，或者更通常為2至30微米，并且這種微纖維無需具有圓形橫截面。
[0011] 術(shù)語"一個(gè)（種）"和"該"與"至少一個(gè)（種）"可互換使用，意指一個(gè)（種）或 多個(gè)（種）所描述的要素。
[0012] 術(shù)語"駐極體"是指顯示具有準(zhǔn)永久性電荷的材料。電荷可以通過X射線放電測 試（如實(shí)例部分中所述）來表征；
[0013] 術(shù)語"烷基"指烷烴的一價(jià)基團(tuán)，所述烷烴為飽和烴。烷基可以是直鏈的、帶支鏈 的、環(huán)狀的或其組合，并且通常具有1至20個(gè)碳原子。在一些實(shí)施例中，烷基基團(tuán)含有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。烷基基團(tuán)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、正已基、環(huán)己基、 正庚基、正辛基、和乙基己基。
[0014] 術(shù)語"雜烷基"是指含有雜原子的烷基基團(tuán)。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（例如氮、氧或硫）。雜烷基基團(tuán)的一個(gè)例子是聚氧烷基 基團(tuán)，例如-CH2CH2 (0CH2CH2)n0CH2CH3。
[0015] 術(shù)語"烷氧基"是指-OR型基團(tuán)，其中R為烷基、取代的烷基、芳基、或芳烷基基團(tuán)。
[0016] 術(shù)語"取代的烷基"是指含有沿?zé)N主鏈的取代基的烷基基團(tuán)。這些取代基可以是 烷基基團(tuán)、雜烷基基團(tuán)或芳基基團(tuán)。取代的烷基基團(tuán)的一個(gè)例子為芐基。
[0017] 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)可以被連接或稠合的環(huán)。 芳基可以被烷基或雜烷基基團(tuán)取代。芳基的例子包括苯基、萘基和蒽基。
[0018] 術(shù)語"聚合物"和"聚合材料"二者是指由一種單體制得的材料諸如均聚物，或是 指由兩種或更多種單體制得的材料諸如共聚物、三元共聚物等。同樣，術(shù)語"聚合"是指制 備聚合材料的工藝，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 "共聚材料"是指由至少兩種單體制得的聚合材料。
[0019] 術(shù)語"室溫"和"環(huán)境溫度"可互換地使用，指20°C至25°C范圍內(nèi)的溫度。
[0020] 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。組合物應(yīng)能夠進(jìn)行熱熔融加工，同時(shí)不會(huì)發(fā)生顯著的化學(xué)變化、降解或變得 無法用于預(yù)期應(yīng)用。
[0021] 除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求書中使用的表達(dá)特征尺寸、數(shù)量和物理特 性的所有數(shù)字在所有情況下均應(yīng)理解為由術(shù)語"約"來修飾。因此，除非有相反的說明，否 則采用本文所公開的教導(dǎo)示出的數(shù)字均為可根據(jù)所需特性而變化的近似值。
[0022] 可用于本公開的熱塑性樹脂包括任何在成型為料片并帶電時(shí)能夠保持大量的捕 獲靜電電荷的熱塑性絕緣聚合物。通常，此類樹脂在預(yù)期使用的溫度下具有大于l〇14Q-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 (4-甲基-1-戊烯）；聚氯乙烯、聚苯乙烯；聚碳酸酯；聚酯，包括聚交酯；以及全氟聚合物 和共聚物。特別可用的材料包括聚丙烯、聚（4-甲基-1-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。
[0023] 合適的熱塑性樹脂的例子包括（例如）聚丙烯樹脂：可從美國德克薩斯州歐文的 埃克森美孚公司（Exxon-MobilCorporation,Irving,TX)商購獲得的ESCORENEPP3746G; 可從美國德克薩斯州休斯敦的美國道達(dá)爾石化股份有限公司（TotalPetrochemicalsUSA Inc.，Houston,TX)商購獲得的TOTALPP3960、TOTALPP3860 和TOTALPP3868 ;可從荷蘭 鹿特丹的利安德巴賽爾工業(yè)股份有限公司（LyondellBasellIndustries,Inc.，Rotterda m，Netherlands)商購獲得的METOCENEMF650W;以及可從日本東京的三井化學(xué)株式會(huì)社 (MitsuiChemicals,Inc.，Tokyo,Japan)商購獲得的聚-4-甲基-1-戊烯樹脂TPX-MX002。
[0024] 電荷加強(qiáng)添加劑為含二價(jià)金屬的取代巰基苯并咪唑鹽。這些鹽可通過下面示出的 式1的通式結(jié)構(gòu)來描述：
[0027] 其中Μ包括二價(jià)金屬；基團(tuán)R1包括氫原子或烷基基團(tuán)；基團(tuán)R2、R3、R4和R5獨(dú)立 地包括氫原子、烷基、芳基、雜烷基、取代的烷基、取代的芳基、或烷氧基。
[0028] 通常，Μ包括Zn、Ni或Fe;基團(tuán)R1包括氫原子、或具有1至3個(gè)碳原子的烷基基 團(tuán)。通常，R2、R3、R4和R5中的至少一個(gè)不是氫原子。在一些實(shí)施例中，基團(tuán)R2包括具有 1至3個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)；基團(tuán)R3、R4和R5獨(dú)立地包括氫原子、烷基、芳基、雜烷基、取代 的烷基、取代的芳基、或烷氧基。
[0029] 在一些特別合適的實(shí)施例中，Μ包括Zn，基團(tuán)R1、R3、R4和R5各自包括氫原子，基 團(tuán)R2包括甲基基團(tuán)。
[0030] 電荷加強(qiáng)添加劑可以任何合適的量添加。本公開的電荷加強(qiáng)添加劑已被證明即 便以相對較少的量使用也有效。通常，電荷加強(qiáng)添加劑存在于熱塑性樹脂和電荷加強(qiáng)添加 劑的共混物中的量按共混物的總重量計(jì)最多為約10重量％，更通常在〇. 02重量％至5重 量％的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，電荷加強(qiáng)添加劑以在0. 1重量％至3重量％、0. 1重量％ 至2重量％、0. 2重量％至1. 0重量％、或0. 25重量％至0. 5重量％范圍內(nèi)的量存在。
[0031] 熱塑性樹脂和電荷加強(qiáng)添加劑的共混物可通過熟知的方法制備。通常，使用熔融 擠出技術(shù)對共混物進(jìn)行加工，因此可應(yīng)用間歇工藝將該共混物預(yù)混成粒料，或者可應(yīng)用連 續(xù)工藝在擠出機(jī)中混合熱塑性樹脂和電荷加強(qiáng)添加劑。在采用連續(xù)工藝時(shí)，熱塑性樹脂和 電荷加強(qiáng)添加劑可以固體的形式進(jìn)行預(yù)混合，或分別添加至擠出機(jī)并使它們以熔化的狀態(tài) 混合。
[0032] 可用于形成預(yù)混合粒料的熔融混合器的例子包括提供分散混合、分布混合或者 分散混合和分布混合兩者組合的那些混合器。間歇式方法的例子包括使用布拉本達(dá)儀 器（BRABENDER)(例如可從美國新澤西州南哈肯薩克C.W.布拉本達(dá)儀器股份有限公司 (C.W.Brabender Instruments, Inc. ;South Hackensack, NJ)商購獲得的布拉本達(dá)制備中 心（BRABENDER PREP CENTER))或班伯里（BANBURY)內(nèi)混式與輥軋式設(shè)備（例如可從美國 康乃狄克州安索尼亞法雷爾公司（Farrel Co. ;Ansonia，CT)獲得的設(shè)備）的那些。間歇混 合后，可以立即將所生成的混合物驟冷并將其保存于混合物熔融溫度以下的溫度以備后續(xù) 加工。
[0033] 連續(xù)方法的例子包括單螺桿擠出、雙螺桿擠出、圓盤擠出、往復(fù)式單螺桿擠