使用润湿液体和含水极性液体制造 驻极体纤维网的方法和设备 发明的领域
本发明涉及一种通过用润湿剂润湿纤维网，接着将网与含水极性液体接触，然后干燥，使纤维网带电的方法。本发明还涉及用来实施本方法的设备。
发明的背景
带有电荷的非织造织物通常被用作呼吸器的过滤物，以防止使用者吸入空气中的污染物。美国专利4,536,440、4,807,619、5,307,796以及5,804,295揭示一些使用这些过滤物的面罩的实例。这些电荷可提高非织造织捕捉悬浮在流体中的微粒的能力。当流体通过织物时，非织造织物可以捕捉到这些微粒。非织造织物通常包括含由绝缘聚合物、由非传导性的聚合物构成的织物。带有电荷的绝缘物件通常被称之为“驻极体”，这些年来已发展出了多种用于生产这些产品的技术。
早期的关于带有电荷的聚合物薄片的著作有由P.W.Chudleigh在“通过导电液体地接触使电荷转移到聚合物表面的机理”，21，APPL.PHYS.LETT.，547-48(1972年12月1日)，以及在“利用液体接触使聚合物薄片附上电荷”，47，J.APPL.PHYS.，4475-83(1976年10月)中所描述的。Chudleigh的方法是通过对聚氟乙烯聚合物薄片施加一电压而使该薄片附上电荷。电压是通过使用与薄片表面接触的传导液体施加的。
在Kubic和Davis的美国专利4,215,682中已揭示了一种早已知道的用于制造纤维形状的聚合物驻极体的技术。在该方法中，当纤维从一模孔排出时，用带有电荷的微粒对纤维进行粒子辐射。这些纤维是用“熔喷”法生产的，其中，聚合物材料一出模孔就被高速气流拉伸并被冷却成固态纤维。经粒子辐射的熔喷的纤维随机地累积在一收集器上，以形成纤维驻极体网。该专利指出，当热熔喷制的纤维以这种方式附上电荷时，过滤的效率可以提高2倍或2倍以上。
纤维驻极体网还可以通过以电晕充放电而制得。例如，Klaase等人的美国专利4,588,537中示出了这样一种纤维网，其中的织物连续地喂入电晕放电装置中，并且紧靠于一基本闭合的绝缘薄片的一主要表面。电晕是由高压源产生的，该高压源与带有相反电荷的细的钨丝相连。在Nakao的美国专利4,592,815中描述了另一种用来在非织造织物上附上静电荷的高压技术。在这种充电荷的过程中，织物和带有光滑表面的接地电极紧密接触。
如van Turnhout的美国专利Re.30,782、Re.31,285和Re.32,171中所描述的，纤维驻极体织物还可以由聚合物薄膜或薄片制成。在聚合物薄膜或薄片原纤化成纤维之前，可以向这些薄膜或薄片施以静电荷，这些纤维随后被收集起来并加工成非织造物过滤器。
机械方法也被用来对纤维施加电荷。Brown的美国专利4,798,850描述了这样一种过滤材料，该过滤材料含有一种带有两种不同卷曲的合成聚合物纤维的混合物，这些纤维被梳理成棉网，而后再针刺成毡。该专利，描述了将这些纤维充分地混合，从而在梳理的过程中使之附上电荷。Brown所揭示的此种方法通常被称为“摩擦充电(tribocharging)”。
摩擦充电(tribocharging)也可以在当高速不带电荷的气体或液体的射流经过绝缘材料薄膜表面时发生。在Coufal等人的美国专利5,280,406中揭示了，当一不带电荷的流体束冲击绝缘薄膜的表面时，该表面就带有电荷。
最近开发出一种利用水来向非织造纤维网施加电荷的方法(参见Angadjivand等人的美国专利5,496,507)。电荷是通过加压的水射流或水滴束撞击到含有不导电微纤维的无纺织物网上而产生。所产生的电荷提供了优良的过滤特性。在进行水充电荷操作之前，使该织物经过空气电晕放电处理，可进一步提高驻极体的性能。
向织物网添加特定的添加剂可提高驻极体的性能。例如，通过在热熔喷制的聚丙烯微纤维中加入种氟化合物添加剂可提供一种耐油雾的驻极体过滤媒质(参见Jones等人的美国专利5,411,576和5,472,481)。氟化合物添加剂的熔点至少为25℃，而分子量约为500到2500。
Rousseau等人的美国专利5,908,598描述了一种将添加剂和热塑树脂相混合形成一种纤维网的方法。水射流或水滴束以这样一种压力冲击到织物上，该压力可充分向织物提供提高过滤性能的驻极体电荷。随后使该纤维网干燥。该添加剂可以为(I).一种热稳定的有机化合物或低聚物，该化合物或低聚物至少含有一种全氟化部分；(II).一种热稳定的有机三嗪化合物或低聚物，除三嗪组中的那些原子之外，该化合物或低聚物还至少含有一氮原子；或(III).(I)和(II)的组合物。
在Nishirua等人的美国专利5,057,710中描述了其它一些含有添加剂的驻极体。Nishiura揭示的聚丙烯驻极体至少含有一种选自受阻胺、含氮受阻酚以及含金属受阻酚的稳定物。该专利揭示出，含有这些添加剂的驻极体可提供更高的热稳定性。通过将非织造网层放置在一针状电极和一接地电极之间来处理驻极体。Ohmori等人的美国专利4,652,282和4,789,504描述了将脂肪酸金属盐结合到一种绝缘聚合物中，以长时间保持较高的除尘性能。日本专利Kokoku JP60-947描述了这样一些驻极体，这些驻极体由聚4-甲基-1-戊烯以及至少一种选自下列的化合物构成，这些化合物为(a)含有酚羟基的化合物，(b)高级脂族羧酸和它的金属盐，(c)硫代羧酸酯化合物，(d)含磷化合物和(e)酯化合物。该专利提出，这些驻极体具有长期存储的稳定性。
近期公布的美国专利揭示出，无需故意使纤维或纤维织物附上电荷或使之起电，便可以生产过滤织物(参见Chou等人的美国专利5,780,153)。该纤维由共聚物制成，该共聚物包括：一种乙烯的共聚物、5-25(重量)％的(甲基)丙烯酸、或任选(但不是较佳的)高达40(重量)％的(甲基)丙烯酸烷基酯，其烷基有1到8个碳原子。5-70％的酸基团被金属离子，特别是锌、钠、锂或镁离子，或被其混合物中和。共聚物的熔融指数为5-1000克/10分钟。而其余可以为如聚丙烯或聚乙烯之类的聚烯烃。可以用熔喷法生产该纤维，并且以水快速冷却来防止过度的粘合。该专利揭示出，这些纤维可高度保留住任何特别引入的现有的或加上的静电荷。
发明的概述
本发明提供一种制造驻极体纤维网的新方法。简言之，该方法包括：用润湿剂润湿包含非导电纤维的纤维网，在含水极性液体中饱和润湿的网，随后干燥该网。纤维网可以是织造网或非织造网，它可以在最终制品例如呼吸器或过滤器芯子内用作过滤元件。
本发明方法与已知的充电荷的方法不同在于，在用含水极性液体饱和网之前先用润湿剂润湿。本发明人发现，润湿步骤的好处在于它能够制成性能更好的过滤器，性能由下述品质因子参数衡量。润湿步骤可以增大测得的纤维网电荷密度，以得到更好的性能更好。
本文中使用的术语：
“含水”指含水极性液体含至少约10(体积)％水；
“电荷”指有电荷分离；
“含纤维的”指含有纤维，还可能含有其他组分；
“驻极体纤维网”指含有纤维并显示准永久电荷的网；
“液体”指固体与气体之间的物质状态；
“非导电”指室温(22℃)时的体电阻率约为或大于1014欧姆·厘米。
“非织造”指一种结构或一种结构的一部分，其中纤维以非织造的方式气质一起；
“极性液体”指偶极矩至少约为0.5德拜、介电常数至少约为10的液体；
“聚合物”指含有以规则或不规则方式排列重复连接的分子单元或基团的有机材料；
“聚合的”指含有聚合物和任选其他组分；
“聚合物成纤物质”指这样的组合物，它含有聚合物，或含有能够形成聚合物的单体，并可能含有其他组分，而且能够形成固态纤维；
“准-永久”指在标准环境条件下(22℃，101300Pa环境压力和50％湿度)电荷在网内停留的时间足够长，可以明显地测出；
“饱和”指用最大或基本最可能的液体量润湿网；
“网”指一种结构，它的两个方向的尺寸比第三方向明显大，而且可透气；
“润湿”指接触或覆盖基本全部要润湿的网的表面积；
“润湿液体”指一种液体，它满足下述润湿测试要求，并溶解于用来饱和网的含水液体。
附图的简要说明
图1是根据本发明用于润湿和干燥纤维网20的设备10的部分断开的侧视图；
图2是根据本发明使用压力驱动流体润湿网20的另一种设备10’的部分断开的侧视图；
图3是根据本发明使用压力润湿网20的另一种设备10”的部分断开的侧视图；
图4是过滤面罩50的一个例子，它采用根据本发明制成的驻极体过滤器介质。
优选实施方式的详细说明
在本发明中，用润湿剂润湿纤维网将该，再用含水极性液体饱和该纤维网，并充分干燥以赋予纤维网静电荷。可以在润湿剂润湿后部分干燥。该网在一个实施方式中，含水极性液体是水。网纤维与含水极性液体之间的密切接触有助于赋予纤维最多的电荷。
根据本发明制成的非织造驻极体纤维网呈现至少准永久性电荷。优选地，非织造驻极体纤维网呈现“持久”电荷，即电荷保留在纤维内，由此保留在非织造网内至少长达使用驻极体的制品通常可接受的使用期限。
确定纤维网过滤性能的一种测试方法叫作DOP透过率和压力降法。该测试包括强制使邻苯二甲酸二辛酯(DOP)颗粒通过纤维网，并测量颗粒穿过网的渗透，和网两侧的压力降。由测得的DOP透过率和压力降来计算品质因子(QF)。驻极体的过滤效率通常能够从初始品质因子QFi估算。初始品质因子QFi是非织造驻极体纤维网载荷之前，即网接触要过滤的气雾之前测得的品质因子QF。
根据本发明制成的优选的非织造驻极体纤维网具有足量的电荷，能使制品由下述DOP透过率和压力降测试测得的QFi大于0.2(毫米水柱)-1、更优选大于0.4(毫米水柱)-1、再优选大于0.7(毫米水柱)-1、甚至更优选大于0.9(毫米水柱)-1。本发明的非织造驻极体纤维网的初始品质因子优选高于基本同样结构的未处理网的QFi值至少2倍，更优选至少大于10倍。
图1示意说明了湿润和饱和纤维网20的方法。如图所示，纤维网20被送至适于湿润纤维网20的第一机构21。网20经过一系列辊筒到达盛有润湿液体24的第一容器22。压送辊25、26辊压并送出纤维网20，同时它是浸没在液体24内的。当纤维网20再次胀大时，润湿剂24就能够更好地进入纤维之间的间隙，完全润湿网20。所述压送辊对润湿步骤有好处，因为它有助于从网中排出气体。
网20从第一容器22中出来后，接着送入适于饱和纤维网20的第二机构27。网20进入盛有含水极性液体30的第二容器28，所述极性液体在容器28中饱和网20，这样就使得它与网20中的纤维密切接触。
网一旦被含水极性液体饱和，就可从第二容器28中取出，用干燥体系31进行干燥。可以经过包括配合辊34和36的环绞32来干燥网20。网送至主动干燥设备之前，辊34和36用来挤出网20中过量液体，所述干燥设备包括位于网20对面的脱除水份元件40、42。
为了从网上脱除所有水份，有效干燥设备可以是消耗所需能量的外部源。主动干燥设备可以包括一个热源，例如通气烘箱、真空源或空气源例如干燥气流的空气对流设备，。这些干燥机构可以或不与机械机构例如离心分离机结合，以从纤维网中挤出极性液体。另外，也可以采用被动干燥机构例如环境空气干燥来干燥纤维网，虽然空气干燥通常不适合高速生产的需求。本发明基本上考虑了所有能将水份从网上脱除，而不会使最终制品的结构明显损坏的操作和设备。形成的驻极体网可切成片，卷起来以供储存，或形成各种制品例如呼吸器或过滤器。
可由任何能将网首先从机构21送至第二机构25，然后送至干燥器31的装置来输送网。从动辊和传送器、传送带或压送辊都适用于该用途。
一旦干燥，非织造网就具有足够的电荷以用作驻极体43。形成的驻极体网43也可以进一步经充电处理，以进一步增大网上的驻极体电荷，或可以对驻极体实施一些其他改进的改善过滤性能。例如，用上述方法将非织造驻极体纤维网制成驻极体后(或之前)进行电晕充电。所述网可以用例如授予Klaase等人的美国专利№4588537，或授予Nakao的美国专利№4592815方法进行充电。另外，或与已知的充电技术结合，所述网也可用例如授予Angadjivand等人的美国专利№5496507所述方法进一步进行水力充电。驻极体纤维网还可以采用称为“由自由纤维和极性液体制备非织造纤维驻极体的方法和设备”(美国№09/415566)、“采用无水极性液体制备驻极体纤维网的方法”(美国№09/416216)的美国专利申请所述的技术补充充电。
图2示出了用于湿润和/或饱和纤维网20的另一种实施方式。与图1所示的实施方式相似，网20经过润湿液体的机构21’，到饱和网的机构25，然后到干燥网的机构31。但是，在该实施方式中，真空棒38在网20的一面上形成低压条件，促使润湿液体24流经纤维网20。真空棒38是中空的，可使最接近网20的面上流动的液体透过。真空棒38的内部保持足以低于容器22的压力，使润湿液体可流经网20，并流入真空棒38。使用浸没的真空棒的设备是美国佐治亚州Flowery Branch公司的TUE-ESCALE产品。
图3示出了另一种实施方式，其中纤维网依次在第一阶段21”润湿，再在第二阶段25饱和，然后依次是干燥步骤31。在第一机构21”中，纤维网20在高静压下暴露于润湿液体24。压力容器22’有盖子44，盖子有一对缝隙46，纤维网20可从这对缝隙中穿过。需要时，从入口48加入润湿液体，就能够保持或控制容器22’内的高压。当网进入容器22’时，纤维网20内的任何气体都会被压缩，占有的容积变小。当气体被压缩时，润湿液体24就能够流入网20内。
声波或超声波可用来代替上述压送辊25和26、真空棒38或压力容器22’，使润湿液体润湿网20。当网20浸入液体内时，可用声波或超声波发生器来振动润湿液体24。振动应当具有足够的振幅，使网20内部的任何气体都破碎成小气泡，并易于被润湿液体从网中排出。
另外，可以采用授予Angadjivand等人的美国专利№5496507中所述的方法和设备，将润湿剂和/或含水极性液体喷洒到纤维网上。几乎任何有助于从网中排出气体的设备或方法都被考虑用于实现网的充分润湿。虽然图中示出了整个网都被润湿和饱和，但对本发明的实施，这不是必需的。例如可以仅润湿和饱和用作驻极体的一部分网。
纤维网润湿的容易与否与纤维网的表面能和润湿液体的表面张力有关。与使用表面张力等于或大于网表面能的润湿液体来润湿网相比，润湿液体的表面张力小于网的表面能时，润湿所需的功就小。润湿液体的表面张力优选小于纤维网的表面能，更优选是比纤维网的表面能至少小5达因/厘米。
能用作“润湿液体”的液体是能满足润湿测试的液体。润湿测试的操作如下所述。首先，将干燥的测试样品放到光滑的水平表面上。用滴瓶将约5mm直径(0.05ml体积)的小液瓶放到测试样品上。观察该液滴10秒。如果液滴在该时间内基本渗入网，那么该液体就能够用作润湿液体。液滴优选在约5秒内渗入网，即满足润湿测试，更优选在约2秒内渗入网。润湿液体还要能够溶解于用来饱和网的含水液体。润湿液体溶解于含水液体内时应当能够形成单相。
含水极性液体的表面张力对赋予纤维网电荷有重要的作用。除非含水极性液体的表面张力大于纤维网的表面能，否则难于实现有效的充电。含水极性液体的表面张力优选比纤维网表面能大5达因/厘米，更优选大10达因/厘米。聚丙烯是通常用来形成熔喷纤维网的聚合物，其表面能约为30达因/厘米。纤维网中的纤维类型多于一种时，表面能较高的纤维充电会比表面能较低的纤维多。
由于可排出内部气体，所以润湿液体有助于用含水极性液体来润湿纤维网。有用的润湿液体可以包括表面活性剂例如清洁剂的含水极性液体的溶液。表面活性剂可以是非离子表面活性剂例如叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇，阴离子表面活性剂例如月桂基硫酸钠或阳离子表面活性剂例如氯化烷基二甲基苄基铵。其他的润湿液体也可以包括水溶性溶剂，这种溶剂由于表面张力低，可以纯物质形式或部分水溶液形式来润湿非织造网。润湿液体优选可以是醇例如异丙醇、乙醇、甲醇、2-丙醇，或酮例如丙酮，或醇和/或酮的组合物。润湿液体也可以包括使用醇或酮自身，或与水组合以水溶液形式使用。
本发明的方法可以分批方式实施，它包括分批地将网浸入润湿液体中，然后浸没于含水极性液体至规定的时间，从含水极性液体中取出网，再干燥网。可以对润湿液体、含水极性液体和/或纤维网施加能量或机械功件，以改善上述润湿和/或饱和。采用这些步骤能够连续地制造驻极体网。
对于用机械方法实施润湿或饱和步骤，例如将润湿液体和/或含水极性液体喷洒到网上，或在这些流体存在下搅动网，润湿液体和/或含水极性液体相对于非织造网的速率优选低于约50米/秒，更优选低于约25米/秒。如果网很精致，例如含有熔喷微纤维的网，就容易被损坏，而低速率通常可有效地避免网的损坏。如果使用过大能量或机械功来实现液体润湿或饱和，就会损坏含微纤维的非织造纤维网。因此，加工含微纤维的网时应当小心。
用含水极性液体接触网之前中，润湿液体优选以在连续方法与非织造网接触至少0.001秒，更优选至少1-10秒。含水极性液体优选在纤维网的纤维上润湿至少0.001秒，一般1秒至5分钟。
适用于本发明方法的含水极性液体的偶极矩至少为0.5德拜，更优选至少为0.75德拜，再优选至少为1.0德拜。介电常数至少为10，优选至少为20，更优选至少为40。介电常数更高的含水极性液体可形成过滤性能更好的网。可用于含水极性液体的无水组分的例子包括甲醇、乙二醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙腈和丙酮。含水极性液体和润湿剂优选不会在网上留下会掩蔽或耗散电荷的导电的、非挥发性残留物。
水的偶极矩约为1.85德拜，介电常数约为78-80。含水极性液体含有至少10(体积)％水，优选至少30(体积)％水，再优选至少50(体积)％，更优选至少80(体积)％。也可以使用100(体积)％水。水是优选的极性液体，因为它价廉，并且当它接触熔融态或半熔融态的成纤物料时不会有危险或产生有害气体或污染物。本发明中优选使用例如通过蒸馏、反渗透或去离子化制成的纯水，而不是简单的自来水。优选纯水是因为非纯水会妨碍纤维充电的有效性。
适用于本发明的网可以由多种技术制成，包括气流成网方法、湿法成网方法和熔喷方法，例如Van A.Wente发表于48 INDUS.ENGN.CHEM.1342-46的文章“超细热塑性纤维”和Van A.Wente等人发表于1954年5月25日的题为“超细有机纤维的制造”的海军实验室报告№4364所述。微纤维，尤其是熔喷微纤维，特别适用于制作过滤器的纤维网。“微纤维”指有效直径约为25微米或以下的纤维。可采用Davies C.N.发表于INST.MECH.ENGN.，LONDONPROC.1B(1952)的文章“空气灰尘和颗粒的分离”中所述的式12来计算有效纤维直径。对于过滤用途，微纤维的有效纤维直径优选小于约20微米，更优选约1-10微米。
也可以将短纤维与微纤维组合，以形成更柔软低密度的网。降低网的密度就能够降低网两侧的压力降。在个人呼吸器中，压力降较低的为好，因为它可使呼吸器佩戴更舒适。优选含有不超过约90(重量)％短纤维，更优选不超过约70(重量)％在授予Hauser的美国专利№4118531中描述含短纤维的网。
对于过滤用途，非织造网的单位重量优选低于约500g/m2，更优选约5-400g/m2，再优选约20-100g/m2。在制造熔喷纤维网时，可通过例如改变模口输出量或收集器速度来控制单位重量。对于许多过滤应用，非织造网的厚度约为0.25-20mm，更一般约为0.5-4mm。非织造网的密实性(定义网内固体份数的无单位参数)优选至少为0.03，更优选约为0.04-0.15，再优选约为0.05-0.1。本发明方法能够在整个非织造网上形成均匀的电荷分布，而与形成介质的单位重量、厚度或密实性无关。
在多种用途，包括吸附用途、催化用途和其他用途的驻极体网中也可以包含活性颗粒。授予Senkus等人的美国专利№5696199揭示了可以适用的多种活性颗粒。网内可包含具有吸附性能的活性颗粒-例如活性碳或氧化铝，在过滤操作期间去除有机气体。活性颗粒的含量通常高达网内容物的约80(体积)％。在例如授予Braun的美国专利№3971373、授予Anderson的4100324和授予Kolpin等人的4429001中描述了载颗粒的非织造网。
适用于制备用于本发明的纤维的聚合物包括热塑性有机非导电聚合物。这些聚合物通常能够保持大量捕获的电荷，而且可通过例如熔喷设备或纺粘设备加工成纤维。术语“热塑性”指遇热软化的聚合物材料。术语“有机”指聚合物的主链包含碳原子。优选的聚合物包括聚烯烃，例如聚丙烯、聚-4-甲基-1-戊烯、含有一种或多种这些聚合物的共混物或共聚物，和这些聚合物的组合物。其他聚合物可以包括聚乙烯、其他聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、其他聚酯和这些聚合物的组合物和其他非导电聚合物。
所述纤维能够由这些聚合物与其他合适添加剂组合而制成。也可以挤出或以其他方式形成有多种聚合物成分的纤维。见授予Krueger和Dyrud的美国专利№4729371，和授予Krueger和Meyer的美国专利№4795668和4547420。不同的聚合物成分可以设置成同心或沿纤维长度纵向排列，以形成例如双组分纤维。纤维可以排布成宏观上均匀的网，它是由每根纤维都具有相同组分的纤维制成的网。
用于本发明的纤维不需含有离聚物，尤其金属离子中和的乙烯与丙烯酸或甲基丙烯酸或两者的共聚物，以制成适用于过滤用途的纤维制品。非织造驻极体纤维网能够合适地由上述聚合物制成，该聚合物不含5-25(重量)％的(甲基)丙烯酸，其中部分酸基被金属离子所中和。
驻极体网的性能可通过网接触极性液体之前在成纤物料中加入添加剂而得到提高。在制成纤维之前，可将合适的添加剂加入成纤物料中。优选将“提高耐油雾性能的添加剂”用来与纤维或形成纤维的物料结合。“提高耐油雾性能的添加剂”是这样的成分，在加入到成纤物料，或例如放到形成的纤维上时，能够提高非织造驻极体纤维网过滤气溶胶的能力。
含氟化合物也可加入到聚合物材料中，提高驻极体性能。授予Jones等人的美国专利№5411576和5472481描述了使用熔融温度至少为25℃、分子量约为500-2500的可熔融加工的含氟化合物添加剂。该含氟化合物添加剂可以用来提供更好的耐油雾性。一种已知提高用水流充电的驻极体的添加剂类型是有全氟化部分而且氟含量至少为添加剂的18(重量)％的化合物，见授予Rousseau等人的美国专利№5908598。该类型的一种添加剂是含氟噁唑烷酮，如美国专利№5411576中称为“添加剂A”，至少为热塑性物料的0.1(重量)％。
其他可能的添加剂是热稳定的有机三嗪化合物或低聚物，该化合物或低聚物除了三嗪环上的氮原子，还含有至少一个氮原子。已知增强通过水流充电的驻极体的其他添加剂是Chimassorb TM 944LF(聚[[6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]-s-三嗪-2，4-二基][[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]亚己基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]])，购自Ciba-Geigy Corp.。ChimassorbTM 944和“添加剂A”可以组合起来用。添加剂Chimassorb TM和/或上述添加剂的含量优选约为聚合物的0.1-5(重量)％，添加剂(一种或多种)的含量更优选约为聚合物的0.2-2(重量)％，再优选约为聚合物的0.2-1(重量)％。一些其他受阻胺也已知可增大网上的增强过滤的电荷。
可在使聚合物与添加剂加热熔融共混成形后冷却形成含有添加剂的纤维-然后是热处理和充电步骤-以形成驻极体制品。以该方式制造驻极体，就能够提高制品的过滤性能，见美国专利申请№08/941864，其对应于公开的国际专利申请WO99/16533。添加剂也可以在例如通过使用氟化技术形成后放到网上，如Jones等人在1998年7月2日提出的美国专利申请№09/109497。
聚合物成纤物料在室温时的体电阻率为1014欧姆·厘米或更大。体电阻率优选约为1016欧姆·厘米或更大。可按根据ASTM D257-93标准测试聚合物成纤物料的电阻率。用来形成熔喷纤维的形成纤维的物料也应当基本不含抗静电剂之类的组分，这种组分会增大导电性或妨碍纤维接受并保持静电荷的能力。
本发明的非织造网可以用于过滤面罩，该面罩适于覆盖至少戴者的口鼻。
图4示出了过滤面罩50，它可以构造成包含根据本发明制成的带电荷的非织造网。总体为杯状的本体部分52适于覆盖戴者的口鼻。可以用带或系具54将面罩50固定到戴者面孔上。虽然图4中仅示出了一根带子56，但是系具54也可以使用一根以上的带子56，而且可以有多种结构-见例如授予Japuntich等人的美国专利№4827924，授予Seppalla等人的5237986和授予Byram的5464010。
可以使用非织造驻极体纤维网的其他过滤面罩的例子包括授予Berg的美国专利№4536440，授予Dyrud等人的4807619，授予Japuntich的4883547，授予Kronzer等人的5307796和授予Burgio的5374458。如这些专利所述，非织造驻极体纤维网用作杯状面罩本体内的过滤器。驻极体过滤器介质也可以用于例如呼吸器的过滤器芯子内，例如授予Brostrom等人的美国专利№Re。35062、或授予Burns和Reischel的美国专利№5062421所述。由此，面罩50仅用于说明该用途，本发明驻极体过滤器介质的用途不局限于这些具体的实施方式。
申请人认为本发明的充电方法可将正和负两种电荷都沉积到纤维上，使正和负电荷无规分布在整个网上。电荷的无规分布会形成非极性网。因此，根据本发明制成的非织造驻极体纤维网在垂直于网平面的平面内基本是非极性的。以该方式充电的纤维可理想地呈现出如美国专利申请№08/865362中图5C所示的电荷分布。如果纤维网也还经过电晕充电，那么它会呈现出与该专利申请中图5B所示相似的电荷分布。用仅采用本发明方法进行充电的纤维制成的网，一般在整个网体积内具有非极性的捕获电荷。“基本非极性的捕获电荷”指采用TSDC测定驻极体纤维网的放电电流小于1μC/m2，其中分母是电极表面积。对网施加热激发放电电流(TSDC)，就能够显示出该电荷分布。
热激发放电分析包括加热驻极体网，使冻结或捕获的电荷重新获得移动性，并移动至一些能量较低的构形，产生可测出的外部放电电流。关于热激发放电电流的讨论，见Lavergne等人的“热激发电流的综述”，IEEE ELECTRICALINSULATION MAGAZINE，1993，以9卷，№2，5-21，和Chen等人的“热激发过程的分析”，Pergamon出版社1981。
按本发明，将温度升高至聚合物的玻璃化转变温度(Tg)以上，就可使充电的网内诱导电荷极化，所述玻璃化转变温度是聚合物从硬和较脆状态转变成粘性或弹性状态的温度。玻璃化转变温度Tg低于聚合物的熔点(Tm)。使聚合物的温度升高至其Tg以上后，在DC电场存在下将该样品冷却，以冻结捕获电荷的极化。然后，就可通过以恒定加热速率再加热驻极体材料并测量外电路中产生的电流，来测量热激发放电电流。用于实施极化和随后的热激发放电的仪器是带有基准电极的Solomat TSC/RMA型91000，即康涅狄格州斯坦福的热分析仪，由TherMold Partners分销。
以放电电流为y轴(纵坐标)，温度为x轴(横坐标)绘出曲线。放电电流的峰位置(最大电流)和形状是电荷储存在驻极体网中的机理的特征。对于含有电荷的驻极体网，最大峰和形状与捕获在驻极体材料内的电荷的分布有关。通过积分放电峰(一个或多个)测得由于加热时驻极体网内的电荷向较低能量态运动而在外电路内形成的电荷量。
本发明的驻极体纤维网呈现出实测电荷密度，实测电荷密度测定的是非极化捕获电荷的相对量。实测电荷密度可采用下述步骤确定。本发明的驻极体纤维网的实测电荷密度优选至少为0.3μC/m2，更优选至少为0.6μC/m2，再优选至少为0.9μC/m2。在有些情形下，实测电荷密度可超过7μC/m2。
本发明的优点和其他性能和细节在下面的实施例中进一步加以说明。虽然实施例的目的是这样，但是所用的具体组分和用量和其他条件不限制本发明的范围。例如，虽然实施例以各个例子来说明了本发明制备制品的方法，但是所述方法也能够连续实施。所选出的下述实施例仅用于说明如何实施本发明的优选实施方式，和制品一般具有的性能。
实施例
样品的制备
通常按如Van A.Wente的48 INDUS.&ENGN.CHEM.1342-46(1956)所述方法制备非织造网。除非另有说明，热塑性树脂是ESCORENE 3505G聚丙烯(购自Exxon Corp.)。挤出机是Berstorff 60mm，44∶1，共八区，同向旋转双螺杆挤出机。当树脂内加入添加剂时，在Werner Pfleiderer 30mm，36∶1，同向旋转的双螺杆挤出机内制成10-15(重量)％的浓度。水由反渗透和去离子化进行纯化。除非另有说明，网的单位重量约为54-60g/m2。
DOP透过率和压力降测试
迫使中值直径为0.3微米的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)颗粒以42.5L/min的速度，通过直径为11.45cm(4.5inch)非织造网样品来测试DOP透过率和压力降。样品的面速度为6.9cm/s。使用有四个孔的TSI No.212喷雾器(购自明尼苏达州St.Paul的TSI)和207kPa(30psi)的清洁空气制得浓度为70-110mg/m3的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)颗粒。将该样品暴露在DOP颗粒的气溶胶中30秒钟。用光学散射室，即购自Air Techniques Inc.的型号为TPA-8F的百分率渗透仪(Percent Penetration Meter Model TPA-8F)测量通过样品的DOP颗粒的透过率。使用电子测压计测量样品两侧的压力降(ΔP)，单位为mm水柱。
使用DOP透过率和压力降由下述公式从DOP透过率的自然对数(ln)来计算品质因子“QF”：
测定了所有被测样品的初始品质因子QFi。
如上所述，较高的初始QF值表明过滤性能较好。
实测电荷密度
由下述方式在每个网的4个样品内诱导电荷极化：(i)将每个样品加热至100℃，(ii)在100℃将每个样品在2.5KV/mm的DC场内极化5、10、15或20分钟，和(iii)在DC场中将每个样品冷却至-50℃，以冻结网内捕获并极化的电荷。然后，再加热每个网样品，使冻结的电荷重新获得移动性，并移向较低能量态，产生可测出的外放电电流。具体地说，在上述DC场内极化后，将每个网样品自约-50℃以约3℃/min的速率加热至约160℃。测得产生的外电流与温度变化的关系。计算放电峰下的面积，并除以样品面积，就得到了每个样品未校正的实测电荷密度。将各未校正的实测电荷密度设为与每个网的4个分析样品中最高的未校正的实测电荷密度相等。使用有基准电极的SolomatTSC/RMA型91000，康涅狄格州斯坦福的热分析仪，由TherMold Partners分销，进行极化和随后的热激发放电。通过分析相同样成分相同和物理性能的未处理网，就能够确定来自于捕获的未极化电荷的实测电荷密度。将处理网的未校正的实测电荷密度减去未处理网的未校正的实测电荷密度就可得到处理网的实测电荷密度。
实施例1和对比例C1-C2
用ESCORENE 3505G聚丙烯(购自Exxon Corp.)按上所述的方法制备含有喷制聚丙烯微纤维的非织造网。样品的有效纤维直径约为8-9微米。从该网上切下约22英寸×11英寸(55.9cm×27.9cm)的各个样品。将一个样品浸入异丙醇，取出，悬挂在通风橱内让过量异丙醇滴落。然后将样品浸入约8升去离子水中约10-20分钟，取出，经过榨水机脱除过量水，通宵空气干燥。将对比样品C1浸入异丙醇，取出，经过榨水机，并通宵空气干燥。对比样品C2没有润湿。
从样品上切下直径约为5.25英寸(13.3cm)的圆形样品，并用每个圆的中央部分4.5英寸(11.4cm)进行DOP透过率和压力降测试。如上所述计算每个样品的QFi。取每个网样品进行两次评价结果的平均值，结果如表1所示。
表1含水处理对过滤性能的影响 实施例 处理 压力降 (mm水柱) 透过率 (％) QFi (mm水柱)-1 1 异丙醇，水 2.68 33.2 0.41 C1 异丙醇 2.72 82.9 0.069 C2 无 2.48 83.4 0.073
该数据表明，用异丙醇润湿然后用水饱和的实施例1的非织造网的初始品质因子明显高于对比样品。
按实施例1、C1和C2重新制备了样品，并按上述方法评价了品质因子和实测电荷密度。
表2实测电荷密度实施例 处理 QFi(mm水柱)-1未校正的实测电荷密度 (μC/m2)实测电荷密度 (μC/m2) 1异丙醇，水 0.45 1.00 0.95 C1异丙醇 0.09 0.07 0.02 C2无 0.09 0.05 0.0
表2数据表明，用异丙醇润湿然后用水饱和的实施例1的非织造网的初始品质因子和实测电荷密度明显高于对比例。
实施例2和对比例C3-C4
根据实施例1和对比例C1-C2制备含有喷制的聚丙烯微纤维的网，还在制成喷制的微纤维之前将1(重量)％美国专利№5411576中描述为“添加剂A”的含氟噁唑烷酮添加剂加入聚丙烯熔体内。添加剂A的结构式如下：
该网也在约140℃热处理约10分钟。按实施例1和对比例C1-C2所述切下样品，并润湿。所有样品的有效纤维直径都约为8-9微米，单位重量约为57g/m2。按上面实施例所述切下样品并评价过滤性能。取两次评价结果的平均值，结果如表3所示。
表3含水处理对聚丙烯加含氟化合物的过滤性能的影响 实施例 处理 压力降 (mm水柱) 透过率 (％) QFi (mm水柱)-1 2 异丙醇，水 2.16 14.1 0.91 C3 异丙醇 2.11 42.2 0.41 C4 无 2.10 85.9 0.072
表3的数据表明，添加剂的存在使实施例2和C3样品的初始品质因子比实施例1和C1样品高。
按实施例2、C3和C4重新制备了样品，并评价了起始品质因子和实测电荷密度。
表4含有聚丙烯加含氟化合物的纤维的实测电荷密度实施例 处理 QFi(mm水柱)-1未校正的实测电荷密度 (μC/m2)实测电荷密度 (μC/m2) 2异丙醇，水 0.72 16.6 7.65 C3异丙醇 0.17 10.58 1.63 C4无 0.14 8.95 0.0
表4数据表明，用异丙醇润湿然后用水饱和的实施例2非织造网明显的初始品质因子和实测电荷密度。明显高于不含添加剂的实施例1的网。
实施例3和对比例C5-C6
根据实施例1和对比例C1-C2所述制备含有喷制的聚丙烯微纤维的网，还在制成喷制的微纤维之前将约0.5(重量)％Chimassorb 944 LF加入聚丙烯熔体内。如实施例1和对比例C1-C2所述切下样品，并润湿。所有样品都具有同样的有效纤维直径和单位重量。如上面实施例所述切下样品并评价过滤性能。结果如表5所示。
表5含水处理对聚丙烯加Chimassorb TM 944的过滤性能的影响 实施例 处理 压力降 (mm水柱) 透过率 (％) QFi (mm水柱)-1 3 异丙醇，水 2.56 53.3 0.25 C5 异丙醇 2.45 83.4 0.074 C6 无 2.52 85.7 0.061
表5数据表明，在异丙醇中润湿网，然后浸入水中并干燥，全部三种过滤网样品的过滤性能都比未润湿样品有提高。实施例3说明水可用来提高非织造聚合物网的过滤性能。实施例3即使含Chimassorb TM添加剂，也没有显示出比实施例1有改进，出现这样的结果是因为Chimassorb TM可溶于异丙醇的缘故。
上述所有专利和专利申请，包括在背景部分中所讨论的内容，都引入本文中以供参考。
本发明同样适用于任何本文中没有明确限制的场合。