包含电荷加强添加剂的驻极体料片的制作方法

包含电荷加强添加剂的驻极体料片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包含电荷加强添加剂的驻极体料片及其用途，所述驻极体料片包括非 织造纤维料片，例如非织造热塑性微纤维料片。
【背景技术】
[0002] 驻极体是显示具有准永久性电荷的电介质材料。驻极体可用于多种器件，包括 (例如）粘性薄膜、空气过滤器、过滤面罩和呼吸器，并且可用作诸如麦克风、耳机和静电录 音机的电声器件中的静电元件。
[0003] 可以通过将电荷赋予纤维以形成驻极体材料而改善用于气溶胶过滤的微纤维料 片的性能。具体地讲，驻极体在提高气溶胶过滤器的颗粒捕集能力方面是有效的。已知在 微纤维料片中形成驻极体材料的多种方法。此类方法包括（例如）当熔喷纤维从模孔流出 并成形时用带电荷粒子（例如电子或离子）对其进行轰击。其他方法包括（例如）在料片 形成后使用电晕放电使纤维带电，或者使用梳理法和/或行针法（摩擦起电）使纤维垫带 电。另外，还描述了一种水射流或水滴流以足够提供能加强过滤的驻极体电荷的压力冲击 非织造料片的方法（水充电法）。
[0004] 已将多种材料添加到聚合物组合物中，以改变聚合物组合物的特性。例如，在美国 专利No. 5, 914, 186 (Yau等人）中，描述了耐热抗静电压敏胶带，这种胶带包括其上涂布有 直径至少为1微米的微粒粘合剂的基材。所述微粒具有导电涂层，该导电涂层由聚合电解 质基聚合物、碱金属或碱土金属的至少一种离子盐、以及至少一种热稳定剂形成，所述热稳 定剂选自受阻胺类、取代甲基苯并咪唑（toluimidazole)的盐以及它们的混合物。
[0005] 添加了添加剂的驻极体的例子包括具有抗细菌添加剂的驻极体，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 日本专利公布JP08284063以及描述了受阻胺化合物、含氮受阻酚化合物、金属盐受阻酚 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。日本专利公布JP 06254319描述了在聚烯烃驻极体中使用长链有机酸的金属盐来减轻带电量的衰减。欧洲专 利公布No.EP623, 941描述了在聚合物驻极体中使用来自各种化学分类的电荷控制剂。
[0006] 还描述了用于制备高稳定性驻极体的工艺，诸如欧洲专利公布No.EP447, 166,其 描述了包括施加电荷与随后加热的至少两个交替循环的用于制备驻极体的工艺，并且还描 述了包含极性高分子量化合物的驻极体；以及美国专利No. 4, 874, 659 (Ando等人），其描述 了包括将纤维片放置在未施加接触电压的电极与接地电极之间并在这两个电极之间供电 的工艺。

【发明内容】

[0007] 本文描述了驻极体料片和驻极体过滤介质。驻极体料片可以是非织造纤维料片或 薄膜。驻极体料片包含热塑性树脂和电荷加强添加剂，该电荷加强添加剂包含含二价金属 的取代巯基苯并咪唑盐。驻极体料片适合用作过滤介质。
【具体实施方式】
[0008] 仍需要具有改善性质的驻极体料片。本公开中提出了含有电荷加强添加剂的驻极 体料片。这些电荷加强添加剂使驻极体料片可通过多种不同的充电机制（例如摩擦起电、 电晕放电、水充电或它们的组合）容易地带上电荷。在一些实施例中，本公开的驻极体料片 仅通过电晕放电（特别是直流电晕放电）、无需另外的充电机制就能够带上电荷。
[0009] 可用于本公开中的驻极体料片包含热塑性树脂和电荷加强添加剂的共混物。由此 类共混物制备的料片可表现出强于由热塑性树脂单独制备的料片的性能。可用的电荷加强 添加剂包含含二价金属的取代巯基苯并咪唑盐。
[0010] 驻极体料片可以是多种形式。例如，该料片可以是连续或不连续的薄膜、或纤维料 片。纤维料片尤其可用于形成过滤介质。在一些实施例中，该料片为非织造微纤维料片。微 纤维的有效直径（如果是采用诸如扫描电子显微镜检查法来测量，则为平均直径）通常为 1至100微米，或者更通常为2至30微米，并且这种微纤维无需具有圆形横截面。
[0011] 术语"一个（种）"和"该"与"至少一个（种）"可互换使用，意指一个（种）或 多个（种）所描述的要素。
[0012] 术语"驻极体"是指显示具有准永久性电荷的材料。电荷可以通过X射线放电测 试（如实例部分中所述）来表征；
[0013] 术语"烷基"指烷烃的一价基团，所述烷烃为饱和烃。烷基可以是直链的、带支链 的、环状的或其组合，并且通常具有1至20个碳原子。在一些实施例中，烷基基团含有1至 18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子。烷基基团的例子包括 (但不限于）甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正已基、环己基、 正庚基、正辛基、和乙基己基。
[0014] 术语"杂烷基"是指含有杂原子的烷基基团。这些杂原子可以是悬垂原子（例如 卤素，如氟、氯、溴或碘）或链原子（例如氮、氧或硫）。杂烷基基团的一个例子是聚氧烷基 基团，例如-CH2CH2 (0CH2CH2)n0CH2CH3。
[0015] 术语"烷氧基"是指-OR型基团，其中R为烷基、取代的烷基、芳基、或芳烷基基团。
[0016] 术语"取代的烷基"是指含有沿烃主链的取代基的烷基基团。这些取代基可以是 烷基基团、杂烷基基团或芳基基团。取代的烷基基团的一个例子为苄基。
[0017] 术语"芳基"是指芳香族碳环基团，该基团包含1至5个可以被连接或稠合的环。 芳基可以被烷基或杂烷基基团取代。芳基的例子包括苯基、萘基和蒽基。
[0018] 术语"聚合物"和"聚合材料"二者是指由一种单体制得的材料诸如均聚物，或是 指由两种或更多种单体制得的材料诸如共聚物、三元共聚物等。同样，术语"聚合"是指制 备聚合材料的工艺，所述聚合材料可以是均聚物、共聚物、三元共聚物等。术语"共聚物"和 "共聚材料"是指由至少两种单体制得的聚合材料。
[0019] 术语"室温"和"环境温度"可互换地使用，指20°C至25°C范围内的温度。
[0020] 如本文所用，术语"可热熔融加工"是指组合物可以通过例如加热和施压由固体转 化为粘性流体。组合物应能够进行热熔融加工，同时不会发生显著的化学变化、降解或变得 无法用于预期应用。
[0021] 除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表达特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字在所有情况下均应理解为由术语"约"来修饰。因此，除非有相反的说明，否 则采用本文所公开的教导示出的数字均为可根据所需特性而变化的近似值。
[0022] 可用于本公开的热塑性树脂包括任何在成型为料片并带电时能够保持大量的捕 获静电电荷的热塑性绝缘聚合物。通常，此类树脂在预期使用的温度下具有大于l〇14Q-cm 的DC(直流电）电阻率。能够获得捕获电荷的聚合物包括聚烯烃，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。特别可用的材料包括聚丙烯、聚（4-甲基-1-戊烯）、它们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] 合适的热塑性树脂的例子包括（例如）聚丙烯树脂：可从美国德克萨斯州欧文的 埃克森美孚公司（Exxon-MobilCorporation,Irving,TX)商购获得的ESCORENEPP3746G; 可从美国德克萨斯州休斯敦的美国道达尔石化股份有限公司（TotalPetrochemicalsUSA Inc.，Houston,TX)商购获得的TOTALPP3960、TOTALPP3860 和TOTALPP3868 ;可从荷兰 鹿特丹的利安德巴赛尔工业股份有限公司（LyondellBasellIndustries,Inc.，Rotterda m，Netherlands)商购获得的METOCENEMF650W;以及可从日本东京的三井化学株式会社 (MitsuiChemicals,Inc.，Tokyo,Japan)商购获得的聚-4-甲基-1-戊烯树脂TPX-MX002。
[0024] 电荷加强添加剂为含二价金属的取代巯基苯并咪唑盐。这些盐可通过下面示出的 式1的通式结构来描述：
[0027] 其中Μ包括二价金属；基团R1包括氢原子或烷基基团；基团R2、R3、R4和R5独立 地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代的烷基、取代的芳基、或烷氧基。
[0028] 通常，Μ包括Zn、Ni或Fe;基团R1包括氢原子、或具有1至3个碳原子的烷基基 团。通常，R2、R3、R4和R5中的至少一个不是氢原子。在一些实施例中，基团R2包括具有 1至3个碳原子的烷基基团；基团R3、R4和R5独立地包括氢原子、烷基、芳基、杂烷基、取代 的烷基、取代的芳基、或烷氧基。
[0029] 在一些特别合适的实施例中，Μ包括Zn，基团R1、R3、R4和R5各自包括氢原子，基 团R2包括甲基基团。
[0030] 电荷加强添加剂可以任何合适的量添加。本公开的电荷加强添加剂已被证明即 便以相对较少的量使用也有效。通常，电荷加强添加剂存在于热塑性树脂和电荷加强添加 剂的共混物中的量按共混物的总重量计最多为约10重量％，更通常在〇. 02重量％至5重 量％的范围内。在一些实施例中，电荷加强添加剂以在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％范围内的量存在。
[0031] 热塑性树脂和电荷加强添加剂的共混物可通过熟知的方法制备。通常，使用熔融 挤出技术对共混物进行加工，因此可应用间歇工艺将该共混物预混成粒料，或者可应用连 续工艺在挤出机中混合热塑性树脂和电荷加强添加剂。在采用连续工艺时，热塑性树脂和 电荷加强添加剂可以固体的形式进行预混合，或分别添加至挤出机并使它们以熔化的状态 混合。
[0032] 可用于形成预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两者组合的那些混合器。间歇式方法的例子包括使用布拉本达仪 器（BRABENDER)(例如可从美国新泽西州南哈肯萨克C.W.布拉本达仪器股份有限公司 (C.W.Brabender Instruments, Inc. ;South Hackensack, NJ)商购获得的布拉本达制备中 心（BRABENDER PREP CENTER))或班伯里（BANBURY)内混式与辊轧式设备（例如可从美国 康乃狄克州安索尼亚法雷尔公司（Farrel Co. ;Ansonia，CT)获得的设备）的那些。间歇混 合后，可以立即将所生成的混合物骤冷并将其保存于混合物熔融温度以下的温度以备后续 加工。
[0033] 连续方法的例子包括单螺杆挤出、双螺杆挤出、圆盘挤出、往复式单螺杆挤