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JP6743125B2 - 帯電強化添加剤を含むエレクトレットウェブ - Google Patents

帯電強化添加剤を含むエレクトレットウェブ Download PDF

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Description

本開示は、帯電強化添加剤を含有する不織熱可塑性マイクロファイバーウェブなどの不織繊維ウェブを含むエレクトレットウェブ、及びその使用に関する。
エレクトレットは、半永久的な電荷を示す誘電材料である。エレクトレットは、例えば食品包装用ラップ、空気フィルタ、フィルタ付きマスク(filtering facepiece)、及び呼吸マスク、及びマイクロホン、ヘッドホンなどの電気音響デバイス中の静電要素、及び静電記録装置などを含む様々なデバイスにおいて有用である。
エアロゾル濾過に使用されるマイクロファイバーウェブの性能は、繊維に電荷を付与し、エレクトレット材料を形成することによって向上させることができる。特に、エレクトレットは、エアロゾルフィルタにおいて粒子捕捉を強化させるのに効果的である。マイクロファイバーウェブにおいてエレクトレット材料を形成するための多くの方法が知られている。そのような方法としては、例えば、メルトブローン繊維が形成されるときにこの繊維がダイオリフィスから出てくる間に、電子又はイオンなどの帯電した粒子と衝突させることが挙げられる。別の方法としては、例えば、ウェブが形成された後でコロナ放電によって繊維を帯電させること、又はカーディング及び/若しくはニードルタッキング(摩擦帯電)によって繊維マットに電荷を付与することが挙げられる。更に、濾過促進エレクトレット電荷を提供するのに十分な圧力で、ウォータージェット又は水滴流を不織ウェブに衝突させる方法(ハイドロチャージング)も記載されている。
ポリマー組成物の特性を改変するために、多くの材料がポリマー組成物に添加されてきた。例えば、米国特許第5,914,186号(Yau et al.)には、少なくとも1マイクロメートルの直径を有するマイクロ粒子接着剤が表面にコーティングされている基材を含む耐熱性帯電防止感圧性接着テープが記載されている。マイクロ粒子は、ポリマー電解質ベースポリマーと、アルカリ又はアルカリ土類金属の少なくとも1種のイオン塩と、ヒンダードアミン、置換トルイミダゾールの塩、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1種の熱安定剤と、から形成される導電性コーティングを有する。
添加剤が添加されたエレクトレットの例としては、アミジン基又はグアニジン基のいずれかを含有するN−n−ブチルカルバミン酸3−9ヨード−2−プロピニルエステル、及び2−(4−チアゾリル)ベンズイミダゾールについて記載している特開平08284063号、並びにヒンダードアミン化合物、含窒素ヒンダードフェノール化合物、金属塩ヒンダードフェノール化合物、フェノール化合物、硫黄化合物、及びリン化合物について記載している国際公開第93/14510号に記載されているような抗菌性添加剤を含むエレクトレットが挙げられる。特開平06−254319号には、帯電量の低下を抑制するために、ポリオレフィンエレクトレットにおいて長鎖有機酸の金属塩を使用することが記載されている。欧州特許第623,941号には、ポリマーエレクトレットにおいて様々な化学的分類の帯電制御剤を使用することが記載されている。米国特許第5,871,845号(Dahringer et al.)には、電子写真プロセスのトナーに含まれる、繊維形成性ポリマー又は重縮合物及び有機又は有機金属帯電制御化合物で構成されるエレクトレット繊維が記載されている。
また、電荷の印加と、その後の加熱を少なくとも2サイクル交互に行うことを含む、エレクトレットを製造する方法について記載しており、また、極性高分子量化合物を含有するエレクトレットについても記載している欧州特許第447,166号、並びに非接触電圧印加電極と接地電極との間に繊維シートを配置することと、それらの電極間に電気を供給することとを含む方法について記載している米国特許第4,874,659号(Ando et al.)など、高安定性エレクトレットを製造する方法も記載されている。
帯電強化添加剤を含有するエレクトレットウェブ及びその使用が本明細書において開示されている。電気を帯びたウェブは、熱可塑性樹脂と、少なくとも1種の置換ベンゾトリアゾールフェノレート塩を含む帯電強化添加剤と、を含む。
いくつかの実施形態では、帯電強化添加剤は、下記の構造:
Figure 0006743125
[式中、R及びRのうちの少なくとも1つが、ハロゲン原子、アルキル若しくは置換アルキル基、アルケニル基、又は−O−R、−N−R10、−B(OR18)(OR19)、若しくは−SiR20 を含む基を含む置換基となるように、R及びRは独立して、水素原子又は置換基を含み、
は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又は1つ以上の酸素、窒素、硫黄若しくはリン原子を含むヘテロ原子含有基を含み、R10は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又は1つ以上の酸素、窒素、硫黄若しくはリン原子を含むヘテロ原子含有基を含むか、又はR及びR10は結合している原子と一緒に複素環構造を形成し、各R18及びR19は独立して、水素原子、アルキル基、アリール基であるか、又はR18及びR19は結合している原子と一緒に複素環構造を形成し、各R20基はアルキル基であり、
各R、R、R、R、R、及びRは独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン原子を含み、
nは、金属原子Mの価数であり、かつ塩のアニオン部分の化学量論数でもあり、1〜4の整数であり、
Mは、価数nの遷移金属又は典型元素金属原子を含む]を有する置換ベンゾトリアゾールフェノレートアニオンと金属カチオンを含む。
別の実施形態では、帯電強化添加剤は、下記の構造:
Figure 0006743125
[式中、Xは、−CH−、−O−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、又は−NR10−連結基を含み、R10は、水素原子、アルキル基、又はアリール基を含み、
各R、R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、R16、及びR17は独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン原子を含み、
m=0.5、1、又は2であり、
Mは、m=0.5のとき、Mがリチウム、ナトリウム又はカリウムであり、m=1のとき、Mがカルシウム、マグネシウム、又はコバルトであり、m=2のとき、Mがバナジウム又はチタンであるような、価数2mの金属イオンである]を有する置換ベンゾトリアゾールフェノレートアニオンと金属カチオンを含む。
特性が向上したエレクトレットウェブが依然として必要である。帯電強化添加剤を含有するエレクトレットウェブが本開示において提示されている。これらの帯電強化添加剤により、摩擦帯電、コロナ放電、ハイドロチャージング(hydrocharging)又はこれらの組み合わせなどの様々な異なる帯電機構によって容易に帯電するエレクトレットウェブが得られる。本開示において有用なエレクトレットウェブは、熱可塑性樹脂と帯電強化添加剤のブレンドを含む。そのようなブレンドから調製されるウェブは、熱可塑性樹脂だけを用いて調製されるウェブよりも強化された特性を示すことができる。有用な帯電強化添加剤としては、置換ベンゾトリアゾールフェノレート塩が挙げられる。
エレクトレットウェブは、様々な形態であってよい。例えばウェブは、連続若しくは不連続フィルムであっても、繊維ウェブであってもよい。繊維ウェブは、濾材の形成に特に有用である。いくつかの実施形態では、ウェブは不織マイクロファイバーウェブである。典型的には、マイクロファイバーは、有効径(又は走査型電子顕微鏡などの方法で測定される場合は平均径)が1〜100マイクロメートル、又はより典型的には2〜30マイクロメートルであり、マイクロファイバーは円形断面を有する必要はない。
用語「a」、「an」、及び「the」は、「少なくとも1つの」と互換的に使用され、記載される要素のうちの1つ以上を意味する。
用語「エレクトレット」は、半永久的な電荷を示す材料を指す。電荷は、様々な技術によって特徴付けることができる。
用語「アルキル」は、飽和炭化水素であるアルカンのラジカルである1価の基を指す。アルキルは、直鎖状、分枝状、環状、又はこれらの組み合わせであってよく、典型的には、1〜20個の炭素原子を有する。いくつかの実施形態では、アルキル基は、1〜18個、1〜12個、1〜10個、1〜8個、1〜6個、又は1〜4個の炭素原子を含む。アルキル基の例としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル(t−ブチル)、n−ペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、及びエチルヘキシルが挙げられるが、これらに限定されない。
用語「ヘテロアルキル」とは、ヘテロ原子を含有するアルキル基を意味する。これらのヘテロ原子はペンダント原子、例えばフッ素、塩素、臭素若しくはヨウ素などのハロゲンであってもよく、又は鎖状原子、例えば窒素、酸素若しくは硫黄などであってもよい。ヘテロアルキル基の例は、−CHCH(OCHCHOCHCHなどのポリオキシアルキル基である。
用語「アルコキシ」は、一般構造−O−R(式中、Rはアルキル基である)を有する基を指す。用語「アリールオキシ」は、一般構造−O−R(式中、Rはアリール基である)を有する基を指す。場合によっては、用語アルコキシは、総称として使用されて、アルコキシ基とアリールオキシ基の両方を表す。
用語「置換アルキル」は、炭化水素骨格上に置換基を含むアルキル基を指す。これらの置換基は、アルキル基、ヘテロアルキル基又はアリール基であってもよい。置換アルキル基の例は、ベンジル基である。
用語「アルケニル」は、少なくとも1個の炭素−炭素二重結合を有する炭化水素であるアルケンのラジカルである1価の基を指す。アルケニルは、直鎖状、分枝状、環状、又はこれらの組み合わせであってよく、典型的には、2〜20個の炭素原子を含む。いくつかの実施形態では、アルケニルは、2〜18個、2〜12個、2〜10個、4〜10個、4〜8個、2〜8個、2〜6個、又は2〜4個の炭素原子を含む。例示的アルケニル基としては、エテニル、n−プロペニル、及びn−ブテニルが挙げられる。
用語「アリール」は、結合又は縮合していてもよい1〜5個の環を含む基である芳香族炭素環基を意味する。アリール基は、アルキル基又はヘテロアルキル基で置換されていてもよい。アリール基の例としては、フェニル基、ナフタレン基、及びアントラセン基が挙げられる。「縮合芳香」環は、複数の化学結合によって1つ以上の他の環に結合された少なくとも1つの芳香環を含む環系を意味する。本開示では、縮合芳香環は、少なくとも1つの芳香環及び1つの複素環を含む。
用語「複素環」は、その環系の中に又はそれに結合された、少なくとも1つのヘテロ原子を含む炭素環を指す。
用語「ポリマー」及び「ポリマー材料」は、ホモポリマーなどの1種のモノマーから調製された材料、又は、コポリマー、ターポリマーなどの2種以上のモノマーから調製された材料の両方を指す。同様に、用語「重合させる」とは、ホモポリマー、コポリマー、及びターポリマー等であり得るポリマー材料の製造プロセスを指す。用語「コポリマー」及び「コポリマー材料」とは、少なくとも2種類のモノマーから調製したポリマー材料を指す。
用語「室温」及び「周囲温度」は、互換的に使用され、20℃〜25℃の範囲の温度を意味する。
本明細書で使用する場合、用語「ホットメルト加工可能な」は、例えば熱及び圧力によって、固体から粘性流体に変化することができる組成物を指す。この組成物は、実質的に化学的に変化することも、分解することも、意図された用途に使用不能になることもなく、ホットメルト加工可能でなければならない。
特に指示のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用する加工寸法(feature size)、量、及び物理的特性を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語により修飾されていると理解すべきである。したがって、そうでない旨が示されない限り、記載されている数字は、本明細書に開示されている教示を使用した所望の特性に応じて変わり得る近似値である。
本開示において有用な熱可塑性樹脂としては、ウェブに形成し帯電させたときに多量のトラップされた静電荷を保持することができる、任意の熱可塑性非導電性ポリマーが挙げられる。典型的には、そのような樹脂は、意図される用途の温度で1014Ω−cmを超えるDC(直流)抵抗率を有する。トラップされた電荷を捕捉することができるポリマーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリ−4−メチル−1−ペンテンなどのポリオレフィン;ポリ塩化ビニル;ポリスチレン;ポリカーボネート;ポリラクチドを含むポリエステル;並びに全フッ素置換(perfluorinated)ポリマー及びコポリマーが挙げられる。特に有用な材料としては、ポリプロピレン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン、これらのブレンド、又はプロピレン及び4−メチル−1−ペンテンのうちの少なくとも1つから形成されるコポリマーが挙げられる。
好適な熱可塑性樹脂の例として、例えば、ポリプロピレン樹脂:Exxon−Mobil Corporation(Irving,TX)から市販されているESCORENE PP 3746G;Total Petrochemicals USA Inc.(Houston,TX)から市販されているTOTAL PP3960、TOTAL PP3860、及びTOTAL PP3868;並びにLyondellBasell Industries,Inc.(Rotterdam,Netherlands)から市販されているMETOCENE MF 650W;並びにMitsui Chemicals,Inc.(Tokyo,Japan)から市販されているポリ−4−メチル−1−ペンテン樹脂TPX−MX002が挙げられる。
フェノレート塩は、エレクトレットウェブのための帯電強化剤として使用される。ベンゾトリアゾールフェノールは、紫外光吸収剤として知られ使用されているが、ベンゾトリアゾール塩の知名度は、はるかに低く、それを製造するもととなるベンゾトリアゾールフェノールに比べて、行われてきた研究は、はるかに少ない。欧州特許第351,732号において、種々のベンゾトリアゾールフェノレート塩が、ポリエステルポリマー組成物において高い結晶化速度をもたらすために必須の成分として使用されている。
本開示では、幅広い種類の置換ベンゾトリアゾールフェノレート塩が調製されており、エレクトレットウェブのための有用な帯電強化添加剤であることが示されている。これらのフェノレート塩は、表題「置換ベンゾトリアゾールフェノレート塩(Substituted Benzotriazole Phenolate Salts)」の、本開示と同日に出願された同時係属中の出願である代理人整理番号76176US002において更に記述されている。これらの塩のいくつかは、置換ベンゾトリアゾールフェノレートアニオンと金属カチオンの塩を含む新規な組成物である。市販のフェノール物質から調製した塩もある。
本明細書において開示されている組成物には、下記の式Iの構造を有する、置換ベンゾトリアゾールフェノレートアニオンと金属カチオンである塩を含む組成物が含まれる。
Figure 0006743125
式Iにおいて、R及びRのうちの少なくとも1つは、置換基、すなわち、水素原子以外の基を含む。多くの実施形態では、RとRの両方が置換基を含む。いくつかの実施形態では、Rは置換されておらず、すなわちRは水素原子を含み、多くの別の実施形態では、Rは置換基である。式1において、nは、1〜4の整数であり、Mは、価数nの遷移金属又は典型元素金属原子を含む。いくつかの実施形態では、n=1の場合、Mは、リチウム、ナトリウム、又はカリウムを含む。値nはまた、塩のアニオン部分の化学量論も指す。Mの価数が1を超える場合、金属カチオンはn個のアニオン部分と錯体形成している。
が置換されていない(すなわち水素原子である)実施形態では、Rは、1〜20個の炭素原子を含むアルキル基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を含み、各R、R、R、R、R、及びRは独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン原子を含む。一実施形態では、Rは、水素原子を含み、Rは、1個の炭素原子を有するアルキル基を含み、各R、R、R、R、R、及びRは独立して、水素原子を含む。別の実施形態では、Rは、水素原子を含み、Rは、4個の炭素原子を有するアルコキシ基を含み、各R、R、R、R、R、及びRは独立して、水素原子を含む。
幅広い実施形態において、Rは、置換基又は連結基を含む。Rが連結基[一般式−X−Y(式中、Yは、ベンゾトリアゾールフェノレート基準分子と同等のサイズ及び/又は立体的嵩高さである基である)のもの]を含む実施形態は、式IIに関して下記で論じる。Rが置換基を含む実施形態では、Rは、ハロゲン原子、アルキル若しくは置換アルキル基、アルケニル基、又は−O−R、−N−R10、−B(OR18)(OR19)、若しくは−SiR20 を含む基を含む。これらの実施形態では、Rは、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又は1つ以上の酸素、窒素、硫黄、若しくはリン原子を含むヘテロ原子含有基を含み、R10は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又は1つ以上の酸素、窒素、硫黄、若しくはリン原子を含むヘテロ原子含有基を含むか、又はR及びR10は結合している原子と一緒に複素環構造を形成し、各R18及びR19は独立して、水素原子、アルキル基、アリール基であるか、又はR18及びR19は結合している原子と一緒に複素環構造を形成し、各R20基は、アルキル基であり、各R、R、R、R、R、R、及びRは独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン原子を含む。これらの実施形態のそれぞれは、下記により詳細に記述する。
いくつかの実施形態では、Rはハロゲン原子を含む。好適なハロゲン原子としては、フッ素、臭素、塩素及びヨウ素が挙げられる。臭素(Br)及び塩素(Cl)は特に好適である。
いくつかの実施形態では、Rは、アルキル基、アルケニル基、又は置換アルキル基を含む。Rがアルキル基を含む場合、典型的にはRは、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基を含み、特定の一実施形態では、Rは4個の炭素原子を有するアルキル基、通常はtert−ブチル基を含み、Rは、4個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはtert−ブチル基である。Rがアルケニル基を含む場合、典型的にはRは、1〜6個の炭素原子を有するアルケニル基を含み、特定の一実施形態では、Rは、3個の炭素原子を有するアルケニル基、通常はプロペニル基を含み、Rは、1個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはメチル基である。Rが置換アルキル基を含む場合、典型的にはRは、1〜12個の炭素原子を有するアリール置換アルキル基を含み、特定の一実施形態では、Rは、10個の炭素原子を有する置換アルキル基、2,2−ジメチル−3−フェニル基を含み、Rは、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基である。
いくつかの実施形態では、Rは−O−R基を含み、Rは、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基、又はアリール基を含む。これらの実施形態の多くでは、Rもまた置換基であり、典型的にはRは、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基である。
いくつかの実施形態では、Rは、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基を含み、特定の一実施形態では、Rは、4個の炭素原子を有するアルキル基を含み、Rは、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基である。
別の実施形態では、Rは、置換フェニル基を含むアリール基を含む。いくつかの特定の実施形態では、Rは、3−メチルフェニル基又は4−メチルフェニル基を含み、Rは、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基である。
別の実施形態の群では、Rは−N−R10基を含む。これらの実施形態のいくつかでは、Rは、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基、又はアリール基を含む。これらの実施形態では、R10は独立して、水素原子又は1〜6個の炭素原子を有するアルキル基を含む。これらの実施形態の多くでは、Rもまた置換基であり、典型的にはRは、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基である。
いくつかの実施形態では、Rは、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基、又は4−アルキル置換フェニル基を含むアリール基を含み、このアルキル置換基は、1〜6個の炭素原子を有し、R10は、水素原子を含む。
特定の一実施形態では、Rは、1個の炭素原子を有するアルキル基(メチル基)を含み、R10は、水素原子を含み、Rは、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基である。特定の一実施形態では、Rは、6個の炭素原子を有するアルキル基を含み、R10は、水素原子を含み、Rは、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基である。更に別の特定の実施形態では、Rは、4−アルキル置換フェニル基を含み、このアルキル置換基は6個の炭素原子を有し(すなわち、この基は4−ヘキシルフェニル基を含む)、R10は、水素原子を含み、Rは、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基である。
別の特定の実施形態では、Rは、−B(OH)基を含み、別の実施形態では、Rは、−B(−O−C(Me)−C(Me)−O−)を含み、Rは、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基である。
別の特定の実施形態では、Rは、−SiR20 基を含み、R20は、1〜6個の炭素原子を有するアルキル基を含み、いくつかの実施形態では、R20は、3個の炭素原子を含み、典型的にはR20はイソプロピル基を含む。
上述したように、別の実施形態では、R基は、ベンゾトリアゾールフェノレート基準分子と同等のサイズ及び/又は立体的嵩高さである、実は、酸素、炭素ベース、窒素ベース、又は硫黄ベースの連結基によってベンゾトリアゾールフェノレート基準分子に連結した別のベンゾトリアゾールフェノレートである、置換基である。この第2のタイプの化合物の例は、下記式IIで表される:
Figure 0006743125
式IIの構造は、R基が−X−R基であり、Xが−O−、−NR10−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、又は−CH−[式中、S(O)はスルフィニル基S=Oであり、S(O)はスルホニル基O=S=Oである]を含む連結基であり、R10が水素原子、アルキル基、又はアリール基を含む、式Iの化合物としてとらえることができる。これらの実施形態のR基は、基準のベンゾトリアゾールフェノレート基と同じであっても異なっていてもよい別のベンゾトリアゾールフェノレート基である。これらの実施形態では、各R、R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、R16、及びR17は独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン原子を含む。
式IIにおいて、Mは価数2mの金属イオンであり、mはまた、塩のアニオン部分の化学量論も表す。この場合、mは、整数以外の数であってもよく、0.5、1.0、又は2から選択され得る。mが0.5である場合、金属塩Mは1価の金属(2m=1)であり、アニオン部分の化学量論は0.5である(すなわち、M1個当たりアニオン部分1/2個、又はアニオン部分1個当たりMイオン2個)。mが1である場合、金属塩Mは、2価の金属イオンであり、アニオン部分の化学量論は1である。mが2である場合、金属塩Mは、4価の金属イオンであり、アニオン部分の化学量論は2であり、Mイオン1個当たりアニオン2個が存在することを意味する。典型的には、塩のカチオン部分Mは、価数1又は2の金属カチオンである。Mが1価である実施形態では、Mは、リチウム、ナトリウム、又はカリウムである。Mが2価である実施形態では、Mは、カルシウム、マグネシウム、又はコバルトである。いくつかの実施形態では、Mは、4価の金属イオン(m=2)、つまりチタン又はバナジウムである。
式IIの化合物のいくつかの実施形態では、Xは、−NR10−連結基を含み、R10は、水素原子、又は1〜3個の炭素原子を含むアルキル基を含む。これらの実施形態では典型的には、R及びR16基は置換基であり、R及びR16はそれぞれ、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基を含む。典型的には、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。
特定の一実施形態では、Xは、−NR10−連結基を含み、R10は、水素原子を含み、R及びR16基は、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基であり、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。
別の特定の実施形態では、Xは、−NR10−連結基を含み、R10は、1個の炭素原子を有するアルキル基(メチル基)を含み、R及びR16基は、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基であり、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。
式IIの化合物のいくつかの実施形態では、Xは、−O−連結基を含む。これらの実施形態では典型的には、R及びR16基は置換基であり、R及びR16はそれぞれ、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基を含む。典型的には、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。
特定の一実施形態では、Xは、−O−連結基を含み、R及びR16基は、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基であり、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。
式IIの化合物のいくつかの実施形態では、Xは、−S−連結基を含む。これらの実施形態では典型的には、R及びR16基は置換基であり、R及びR16はそれぞれ、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基を含む。典型的には、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。
特定の一実施形態では、Xは、−S−連結基を含み、R及びR16基は、8個の炭素原子を有するアルキル基、典型的にはイソオクチル基であり、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。
いくつかの実施形態では、Xは、メチレン基−CH−を含む。これらの実施形態では典型的には、R及びR16基は置換基であり、R及びR16はそれぞれ、1〜20個の炭素原子を有するアルキル基を含む。典型的には、各R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、及びR17は、水素原子である。特定の実施形態では、R及びR16はそれぞれ、イソオクチル基を含む。この塩を調製するもととなるフェノールは、BASF(Ludwigshafen,Germany)からTINUVIN360として市販されている。
帯電強化添加剤又は添加剤の組み合わせは、任意の好適な量で添加することができる。本開示の帯電強化添加剤は、比較的少量であっても有効であることが示されている。典型的には、帯電強化添加剤又は添加剤の組み合わせは、熱可塑性樹脂と帯電強化添加剤とのブレンド中に、ブレンドの総重量に基づいて、約10重量%まで、より典型的には0.02〜5重量%の範囲の量で存在する。いくつかの実施形態では、帯電強化添加剤又は添加剤の組み合わせは、0.1〜3重量%、0.1〜2重量%、0.2〜1.0重量%、又は0.25〜0.5重量%の量で存在する。
熱可塑性樹脂と帯電強化添加剤又は添加剤の組み合わせとのブレンドは、よく知られた方法によって調製することができる。典型的には、ブレンドは溶融押出技術を使用して加工されるため、バッチプロセスでブレンドを予備ブレンドしてペレットを形成してもよく、又は連続プロセスで押出機中で熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤を混合してもよい。連続プロセスを使用する場合、熱可塑性樹脂及び帯電強化添加剤は、固体として予備混合してもよく、又は押出機に別々に添加して溶融状態で混合させてもよい。
予備ブレンドペレットを形成するために使用できる溶融混合機の例としては、分散混合、分配混合、又は分散混合と分配混合の組み合わせを提供するものが挙げられる。バッチ法の例としては、BRABENDER(例えば、C.W.Brabender Instruments,Inc.(South Hackensack,NJ)から市販されているBRABENDER PREP CENTER)又はBANBURY内部混合及びロールミリング装置(例えば、Farrel Co.(Ansonia,CT)から入手可能な装置)を使用するものが挙げられる。バッチ混合後、生成した混合物を直ちに急冷し、後で加工するために混合物の融解温度未満で保管してもよい。
連続法の例としては、単軸押出、二軸押出、ディスク押出、プランジャー式(reciprocating)単軸押出及びピンバレル単軸押出が挙げられる。連続法としては、キャビティトランスファーミキサー(例えば、RAPRA Technology,Ltd.(Shrewsbury,England)から市販されているCTM)及びピン混合要素、静的混合要素などの分配混合要素又は分散混合要素(例えば、MADDOCK混合要素又はSAXTON混合要素から市販されている)の両方の利用を挙げることができる。
バッチプロセスによって調製される予備ブレンドされたペレットを押し出すために使用できる押出機の例としては、連続加工について前述した装置と同じタイプが挙げられる。有用な押出条件は、一般的には、添加剤なしで樹脂を押し出すのに好適なものである。
押し出された熱可塑性樹脂と帯電強化添加剤とのブレンドは、流延又はコーティングしてフィルム又はシートにしてもよく、又は任意の好適な技術を使用して繊維ウェブに形成してもよい。フィルムは、例えば米国特許第6,524,488号(Insley et al.)に記載されている方法によって、濾材を含む様々な物品に加工することができる。繊維ウェブは、例えばメルトブローンマイクロファイバー、ステープルファイバー、解繊フィルム(fibrillated film)、及びこれらの組み合わせを含む様々な繊維の種類から製造することができる。繊維ウェブを調製する技術としては、例えば、エアレイドプロセス、湿式プロセス、水流交絡、スパンボンドプロセス、メルトブローンプロセス、及びこれらの組み合わせが挙げられる。メルトブローン及びスパンボンドの不織マイクロファイバーウェブは、濾材として特に有用である。
メルトブローン及びスパンボンドの不織マイクロファイバーエレクトレットフィルタは、フィルタ付きマスクなどの呼吸マスクの空気フィルタ要素として、又は家庭用及び業務用空気調和装置、空気清浄機、真空掃除機、医療用送気管フィルタ、乗り物用並びにコンピュータ、コンピュータディスクドライブ及び電子機器などの一般的な機器用の空気調和システムなどの目的のために、特に有用である。いくつかの実施形態では、エレクトレットフィルタを呼吸マスクアセンブリと組み合わせて、人が使用するよう設計された人工呼吸装置を形成する。呼吸マスクの用途では、エレクトレットフィルタは、成形タイプ、プリーツタイプ若しくは折りたたみタイプの半面形の呼吸マスク、交換可能なカートリッジ若しくはキャニスター又はプレフィルタの形態であってもよい。
本開示において有用なメルトブローンマイクロファイバーは、Van A.Wente、「Superfine Thermoplastic Fibers」、Industrial Engineering Chemistry,vol.48,pp.1342〜1346及びthe Naval Research LaboratoriesのReport No.4364、1954年3月25日発行、標題「Manufacture of Super Fine Organic Fibers」(Van A.Wente et al.)に記載されているように調製することができる。
スパンボンドマイクロファイバーは、例えば、米国特許第4,340,563号及び同第8,162,153号、並びに米国特許出願公開第2008/0038976号に記載されているように、1種以上の連続ポリマーフリー繊維をコレクタ上に押し出すスパンボンドプロセスを用いて形成することができる。
繊維エレクトレットフィルタのための有用なメルトブローン及びスパンボンドマイクロファイバーは、Davies,C.N.、「The Separation of Airborne Dust and Particles」、Institution of Mechanical Engineers,London,Proceedings 1B,1952に記載の方法に従って算出される有効繊維径(effective fiber diameter、EFD)が、典型的には約1〜100マイクロメートル、より典型的には2〜30マイクロメートル、いくつかの実施形態では、約7〜15マイクロメートルである。
ステープルファイバーもまた、ウェブ中に存在してよい。一般的に、ステープルファイバーが存在することにより、吹き付けたマイクロファイバーだけのウェブよりも、ウェブはより厚くより密度の低いものとなる。一般的に、約90重量パーセント以下、より典型的には約70重量パーセント以下のステープルファイバーが存在する。ステープルファイバーを含むウェブの例は、米国特許第4,118,531号(Hauser)に開示されている。
活性炭又はアルミナなどの吸着粒子材料もまたウェブ中に含まれてもよい。そのような粒子は、ウェブの内容物の約80体積パーセントまでの量で存在し得る。粒子充填ウェブの例は、例えば、米国特許第3,971,373号(Braun)、米国特許第4,100,324号(Anderson)及び米国特許第4,429,001号(Kolpin et al.)に記載されている。
例えば、顔料、光安定剤、一次及び二次酸化防止剤、金属不活化剤、ヒンダードアミン、ヒンダードフェノール、脂肪酸金属塩、トリエステルホスファイト、リン酸塩、フッ素含有化合物、核形成剤、並びにこれらの組み合わせを含む様々な任意選択の添加剤を、熱可塑性組成物とブレンドすることができる。加えて、酸化防止剤は場合によって、帯電強化添加剤としての機能も果たすことができる。考えられる帯電添加剤としては、トリアジン環中にある窒素原子に加えて少なくとも1個の窒素原子を含む、熱的に安定な有機トリアジン化合物又はオリゴマーが挙げられ、例えば、Rousseau et al.の米国特許第6,268,495号、同第5,976,208号、同第5,968,635号、同第5,919,847号、及び同第5,908,598号を参照されたい。エレクトレットを強化することが知られている別の添加剤は、「CHIMASSORB 944:(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−ジイル][[(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]])(BASF(Ludwigshafen,Germany)から入手可能)である。帯電強化添加剤は、N−置換アミノ芳香族化合物、特に、トリアミノ置換化合物、例えば、2,4,6−トリアニリノ−p−(カルボ−2’−エチルヘキシル−1’−オキシ)−1,3,5−トリアジン(BASF(Ludwigshafen,Germany)から「UVINUL T−150」として市販されている)であってもよい。別の帯電添加剤は、トリステアリルメラミン(「TSM」)としても知られている、2,4,6−トリス−(オクタデシルアミノ)−トリアジンである。帯電強化添加剤の更なる例は、米国特許出願シリアル番号第61/058,029号、米国特許出願シリアル番号第61/058,041号、米国特許第7,390,351号(Leir et al.)、米国特許第5,057,710号(Nishiura et al.)並びに米国特許第4,652,282号及び同第4,789,504号(Ohmori et al.)に記載されている。
更に、ウェブを処理してその表面を化学的に改変してもよい。表面フッ素化は、ポリマー物品をフッ素含有化学種及び不活性ガスを含む雰囲気中に置き、次に放電させてポリマー物品表面の化学的性質を改変することによって達成することができる。放電は、ACコロナ放電などのプラズマの形態であってもよい。このプラズマフッ素化プロセスにより、ポリマー物品の表面上にフッ素原子が存在するようになる。プラズマフッ素化プロセスは、Jones/Lyons et al.の多くの米国特許第6,397,458号、同第6,398,847号、同第6,409,806号、同第6,432,175号、同第6,562,112号、同第6,660,210号及び同第6,808,551号に記載されている。高いフッ素飽和度(fluorosaturation ratio)を有するエレクトレット物品は、Spartz et al.の米国特許第7,244,291号に記載されており、ヘテロ原子とともに低いフッ素飽和度を有するエレクトレット物品は、Kirk et al.の米国特許第7,244,292号に記載されている。フッ素化技術を開示している他の公報としては、米国特許第6,419,871号、同第6,238,466号、同第6,214,094号、同第6,213,122号、同第5,908,598号、同第4,557,945号、同第4,508,781号及び同第4,264,750号;米国特許出願公開第2003/0134515(A1)号及び同第2002/0174869(A1)号;並びに国際公開第01/07144号が挙げられる。
本開示に従って調製されるエレクトレット濾材は、通常、約10〜500g/m、いくつかの実施形態では、約10〜100g/mの範囲の坪量(単位面積当たりの質量)を有する。メルトブローンマイクロファイバーウェブの製造において、坪量は、例えばコレクタ速度又はダイ押出量のいずれかを変えることによって、制御することができる。濾材の厚さは、典型的には約0.25〜20ミリメートルであり、いくつかの実施形態では約0.5〜2ミリメートルである。一般に、フィルタエレメントでは多層の繊維エレクトレットウェブが使用される。繊維エレクトレットウェブの固体度(solidity)は、典型的には約1%〜25%、より典型的には約3%〜10%である。固体度は、ウェブの固形分の割合を表す、単位のないパラメータである。一般に、本開示の方法により、濾材の坪量、厚さ、又は固体度に関係なく、エレクトレットウェブはウェブ全体にわたって概ね均一な電荷分布を有する。エレクトレット濾材及びそれを製造するもととなる樹脂は、その電気伝導率を増大させ得るあらゆる不必要な処理、例えば、電離放射線、ガンマ線、紫外線照射、熱分解、酸化などへの曝露などに供してはならない。
エレクトレットウェブは、それが形成されるときに帯電させてもよく、又はウェブは、ウェブが形成された後に帯電させてもよい。エレクトレット濾材において、濾材は一般にウェブを形成した後に帯電させる。一般に、当技術分野において既知の任意の標準的な帯電方法を使用することができる。例えば、帯電は、摩擦帯電、コロナ放電及びハイドロチャージングを含む様々な方法で実施することができる。方法の組み合わせもまた使用することができる。上述したように、いくつかの実施形態では、本開示のエレクトレットウェブは、追加の帯電方法を必要とせず、コロナ放電のみ、特にDCコロナ放電によって帯電することができるという望ましい特徴を有する。
好適なコロナ放電プロセスの例は、米国特許再発行第30,782号(van Turnhout)、米国特許再発行第31,285号(van Turnhout)、米国特許再発行第32,171号(van Turnhout)、米国特許第4,215,682号(Davis et al.)、米国特許第4,375,718号(Wadsworth et al.)、米国特許第5,401,446号(Wadsworth et al.)、米国特許第4,588,537号(Klaase et al.)、米国特許第4,592,815号(Nakao)、及び米国特許第6,365,088号(Knight et al.)に記載されている。
エレクトレットウェブを帯電させるために使用することができる別の技術は、ハイドロチャージングである。ウェブのハイドロチャージングは、繊維に電荷を付与するのに十分な方法で繊維を水と接触させ、その後ウェブを乾燥させることによって実施される。ハイドロチャージングの一例は、ウェブに濾過促進エレクトレット電荷を提供するのに十分な圧力で、ウォータージェット又は水滴流をウェブに当て、次いで、ウェブを乾燥させることを含む。最適な結果を達成するために必要な圧力は、使用する噴霧器の種類、ウェブを形成するもととなるポリマーの種類、ポリマーへの添加剤の種類及び濃度、ウェブの厚さ及び密度、並びにハイドロチャージングの前に行われるコロナ表面処理などの前処理の有無に応じて変わる。一般に、約10〜500psi(69〜3450kPa)の範囲の水圧が好適である。ウォータージェット又は水滴流は、任意の好適な噴霧装置によって提供することができる。有用な噴霧装置の一例は、繊維の水圧交絡に使用される装置である。ハイドロチャージングの好適な方法の例は、米国特許第5,496,507号(Angadjivand et al.)に記載されている。他の方法は、米国特許第6,824,718号(Eitzman et al.)、米国特許第6,743,464号(Insley et al.)、米国特許第6,454,986号(Eitzman et al.)、米国特許第6,406,657号(Eitzman et al.)、及び米国特許第6,375,886号(Angadjivand et al.)に記載されている。また、ウェブのハイドロチャージングは、米国特許第7,765,698号(Sebastian et al.)に開示されている方法を用いて実施してもよい。
濾過性能を評価するために、様々な濾過試験プロトコールが開発されてきた。これらの試験は、ジオクチルフタレート(DOP)などの標準的な曝露用エアロゾルを使用してフィルタウェブのエアロゾル透過[これは、通常、フィルタウェブを透過するエアロゾルのパーセント(%Pen)で表される]を測定すること、及びフィルタウェブ全域での圧力低下(ΔP)を測定することを含む。これらの2つの測定から、性能指数(Quality Factor)(QF)として知られている量を、以下の式によって算出することができる:
QF=−ln(Pen%/100)/ΔP,
(式中、lnは自然対数を表す)。高いQF値は、濾過性能がより高いことを示し、QF値の低下は、濾過性能の低下と有効な相関関係にある。これらの値の測定についての詳細は、実施例の項で示す。通常、本開示の濾材は、6.9センチメートル/秒の面速度で0.3(mmHO)−1以上の測定QF値を有する。
特定の濾材が実際に静電気を帯電していることを確認するために、電離X線放射線への曝露前後にその性能を調べてもよい。文献、例えば、R.C.BrownによるAir Filtration(Pergamon Press,1993)及び「Application of Cavity Theory to the Discharge of Electrostatic Dust Filters by X−Rays」、A.J.WAKER及びR.C.BROWN、Applied Radiation and Isotopes,Vol.39,No.7,pp.677〜684,1988に記載されているように、静電気を帯電しているフィルタをX線に曝露した場合、繊維間の気孔中でX線により生成されるイオンが電荷の一部を中和するので、フィルタを透過するエアロゾルは曝露前よりも曝露後の方が多くなる。したがって、得られる累積X線曝露に対する透過のプロットは、一定のレベルまで堅調に増加し、その後は更に照射しても変化しない。この時点で、全ての電荷がフィルタから除去されている。
これらの観察結果により、濾過性能を特徴付ける別の試験プロトコールであるX線放電試験を採用することとした。この試験プロトコールでは、試験する選択した濾材片をX線放射線に曝して、エレクトレットウェブを放電させる。この試験の1つの特質は、ウェブがエレクトレットであることを裏付けることである。X線がエレクトレットの電荷を消失させることが知られているので、濾材をX線に曝露し、この曝露前後でフィルタ性能を測定し、フィルタ性能を比較することにより、この濾材がエレクトレットであるかどうかが分かる。X線放射線に曝露した後にフィルタ性能が変化しなければ、これは、消失した電荷がなかったこと及びこの材料がエレクトレットではないことを示す。しかしながら、X線放射線曝露後にフィルタ性能が低下したら、これは、この濾材がエレクトレットであることを示す。
米国特許第8,790,449号に詳細に記載されているように、試験を行う場合、典型的には、濾材のX線放射線への曝露前後に濾過性能を評価する。透過率%は、以下の式に従って算出することができる:下記の実施例の項に記載している濾過性能試験方法に従って試験した場合、透過率%=(ln(初期DOP透過%/100)/(ln(60分間のX線曝露後のDOP透過%/100)))×100。ウェブがフィルタとして使用するのに十分な電荷を有するためには、透過率%は、典型的には少なくとも300%である。透過率%が増加するに従って、ウェブの濾過性能も増加する。いくつかの実施形態では、透過率%は、少なくとも400%、500%、又は600%である。好ましい実施形態では、透過率%は、少なくとも750%又は800%である。いくつかの実施形態では、ウェブは、少なくとも1000%、又は少なくとも1250%の透過率%を示す。
下記の実施例の項に記載している濾過性能試験方法に従って試験した場合、6.9cm/sの面速度での初期性能指数(X線への曝露前)は、典型的には少なくとも0.3(mmHO)−1、より典型的には少なくとも0.4、又は更には0.5(mmHO)−1である。いくつかの実施形態では、初期性能指数は、少なくとも0.6又は0.7(mmHO)−1である。別の実施形態では、初期性能指数は、少なくとも0.8、少なくとも0.90、少なくとも1.0(mmHO)−1であり、又は更には1.0(mmHO)−1を超える。60分間のX線曝露後の性能指数は、典型的には、初期性能指数の50%未満である。いくつかの実施形態では、初期性能指数は、少なくとも0.5(mmHO)−1以上であり、60分間のX線曝露後の性能指数は、0.15(mmHO)−1未満である。
これらの実施例は、単に例示のために過ぎず、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。実施例及び本明細書のその他の箇所における全ての部、百分率、比などは、特に断りのない限り、重量による。溶媒はAlfa Aesar(ChemSealグレード)であり、更に精製することなく使用した。分離、単離、クロマトグラフィー、及び他の一般的用途に使用した溶媒は、EMD(Omnisolv Grade)から入手した。
実施例全体にわたって、以下の省略形を使用する:M=モル;min=分;h=時間;equiv=当量;×=回数;g=グラム;mg=ミリグラム;mmol=ミリモル;L=リットル;mL=ミリリットル;rt=室温;aq=水溶液;RBF=丸底フラスコ。
材料。
以下は、使用した市販の材料及び試薬の表である。
Figure 0006743125
開示されているフェノール化合物の構造式
下記の表は、フェノレート塩を調製するために本出願で使用したフェノール化合物に関する構造式の概要を示す。フェノールは、市販されているか、又は下記の合成実施例において調製される。
Figure 0006743125
Figure 0006743125
Figure 0006743125
Figure 0006743125
フェノールの一般的合成
下記の実施例において、Biotage,Inc.(Charlottesville,Virginia,USA)から入手可能なISOLERAシステムを使用して、自動化フラッシュクロマトグラフィー(AFC)を行った。これらの精製のために、Biotage SNAP Ultraシリカカラムを、ヘキサン/酢酸エチル勾配混合物とともに使用した。
全ての中間体及び生成物は、500MHz Bruker製の機器でH及び13C核磁気共鳴(NMR)を使用して確認した。場合によっては、HRMSも入手した。
本開示の化合物を調製するために従った一般的な反応スキームIを、下記に示す。具体的な詳細は、各合成実施例に示す。
一般的な反応スキームI.
Figure 0006743125
パートA:クロスカップリング。保護されたフェノールAを、パラジウム又は銅触媒を用いたクロスカップリング条件に曝した。具体的な反応条件については、各個々の実施例を参照されたい。
パラジウム触媒反応(Buchwald−Hartwigクロスカップリング):Buchwald、Hartwig、及び共同研究者らは、パラジウム触媒及び嵩高いホスフィン配位子を使用してハロゲン化アリールをヘテロ原子に変換することができる変換を、文献で報告している。以下の市販の配位子(Buchwaldにより開発された)が、ヘテロ原子がオルト位に導入されたベンゾトリアゾールフェノール類似体(化合物Bを参照)を合成するために使用されてきた。これらの配位子はまた、パラジウム触媒とすでに錯体形成された、触媒前駆体と呼ばれるものを購入することもできる。
Figure 0006743125
銅触媒反応(Chan−Evans−Lamカップリング):銅もまた、アリールボロン酸とフェノール、アニリン、又はアリールチオールとの間のクロスカップリング反応を行うために使用することができる。これは、Kurti,L.;Czako.Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis,1sted.Burlington:MA,2005,pp.464〜465に記載されているように、Ullmann縮合の改良法と考えられる。この反応は、銅塩に関して化学量論的であり、通常は周囲条件下で行われる。
パートB:メチルエーテルの脱保護。メトキシエーテルベンゾトリアゾール(B,P=Me)をジクロロメタン(0.1M)中に溶解し、N下で撹拌しながら−78℃まで冷却した。三臭化ホウ素(保護フェノールに対して1当量)を滴下添加し、反応混合物をゆっくりと室温まで温めた。反応終了時(TLCにより分析)、水を滴下添加し、混合物を10分間撹拌した。有機層を分離し、水層をDCMで抽出した(2×)。合わせた有機層をNaHCO飽和水溶液及びブラインで洗浄し、乾燥し(NaSO又はMgSO)、濾過し、濃縮した。残渣を精製(SiO)して、78〜98%の収率で生成物を得た。
以下の合成実施例において、「エーテル」と称する化合物は保護フェノールであり、−OH基は代わりに「保護された水酸基」、すなわち、脱保護されてフェノール性水酸基を再形成する−OCH基であることに留意されたい。
合成実施例SE1:エーテル−1
2−(3−ブロモ−2−メトキシ−5−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェニル)−2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール
Figure 0006743125
パートA:臭素化。2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール(100g、309mmol)を、スターラーバーを入れた1L丸底フラスコに入れ、クロロホルム(500mL)中に溶解した。これに、1,3−ジブロモ−5,5−ジメチルヒダントイン(DBDMH)(45.95g、161mmol)を添加し、混合物をrtで終夜撹拌した。その後、混合物を濾過し、濃縮して暗赤色の残渣を得た。ジクロロメタン/エタノールから残渣を再結晶させて、白色の結晶を得た。母液を複数回再結晶させて、純粋な生成物113g(91%収率)を得た。
パートB:メチル化。パートAの反応生成物を、スターラーバーを入れた1L丸底フラスコに入れ、アセトニトリル(400mL)中に溶解した。炭酸カリウム(20.70g、150mmol)、その後、ヨードメタン(3.3mL、52.5mmol)を添加した。混合物をrtで終夜撹拌した。その後、反応混合物を部分的に濃縮し、酢酸エチルで希釈し、セライトで濾過した。溶液を濃縮し、粘稠なベージュ色の油状物を得たが、これは時間が経つにつれて最終的には凝固して、生成物20.8g(定量的収率)を得た。
合成実施例SE2:フェノール−4
2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−ブトキシ−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール
Figure 0006743125
スターラーバー及び活性化4Åモレキュラーシーブをそれぞれ備えた、3つの火炎乾燥した40−ドラムバイアル中に、合成実施例SE1で調製したエーテル1(4.179g、10.04mmol)、炭酸セシウム(4.91g、15.06mmol)、アリルパラジウムクロリドダイマー(18.4mg、0.5mol%)、及びRockPhos配位子(23.4mg、0.5mol%)を入れた。各バイアルにセプタムキャップをはめ、排気し、Nを再び充満させた(3×)。トルエン(10mL)、続いて無水n−ブタノール(1.8mL、20.08mmol)を各バイアルに添加した。ChemGlass反応ブロックにバイアルをセットし、100℃まで72h加熱した。その後、反応混合物を合わせ、セライトで濾過し、濃縮した。フラッシュカラムクロマトグラフィーで粗残渣を精製して、淡黄色の固体を得た(9.80g、79%収率)。パートB(一般的な反応スキームI)に従って、フラッシュカラムクロマトグラフィーで精製した後、遊離フェノールをベージュ色の固体として単離した(8.50g、85%収率)。
合成実施例SE3:フェノール−6
2−(2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−(m−トリルオキシ)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール
Figure 0006743125
スターラーバー及び活性化4Åモレキュラーシーブをそれぞれ備えた、2つの火炎乾燥した40−ドラムバイアルに、合成実施例SE1で調製したエーテル1(4.16g、10mmol)、リン酸カリウム(4.25g、20mmol)、酢酸パラジウム(II)(45mg、2mol%)、及びRockPhos配位子(93mg、2mol%)を入れた。各バイアルにセプタムキャップをはめ、排気し、Nを再び充満させた(3×)。トルエン(10mL)、続いてm−クレゾール(1.3mL、12mmol)を各バイアルに添加した。ChemGlass反応ブロックにバイアルをセットし、100℃まで16h加熱した。その後、反応混合物を合わせ、セライトで濾過し、濃縮した。フラッシュカラムクロマトグラフィーで粗残渣を精製して、ベージュ色の固体を得た(7.07g、80%収率。パートB(一般的な反応スキームI)に従って、フラッシュカラムクロマトグラフィーで精製した後、遊離フェノールをベージュ色の固体として単離した(6.50g、98%収率)。
合成実施例SE4:フェノール−5
2−(2H−ベンゾ[d][1,2,3]トリアゾール−2−イル)−6−(ヘキシルアミノ)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール
Figure 0006743125
スターラーバーを入れた3つの火炎乾燥したバイアルに、合成実施例SE1で調製したエーテル1(1.66g、4mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(73.3mg、0.08mmol)、XPhos配位子(95.3mg、0.2mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(538mg、5.6mmol)、及び1−ヘキシルアミン(0.74mL、5.6mmol)を入れた。バイアルにセプタムキャップをはめ、排気し、Nを再び充満させた。ジオキサン(20mL)を添加し、反応物を130℃まで16h加熱した。その後、混合物をrtまで冷却し、合わせ、EtOAcで希釈し、セライトで濾過した。残渣をAFCで精製した。ベージュ色の固体を単離した(3.88g、74%収率)。パートB(一般的な反応スキームI)に従って、黄色の固体として遊離フェノールを得た(3.32、88%収率)。
合成実施例SE5:フェノール−8
2−(2H−ベンゾ[d][1,2,3]トリアゾール−2−イル)−6−((4−ヘキシルフェニル)アミノ)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール
Figure 0006743125
スターラーバーを入れた3つの火炎乾燥したバイアルに、合成実施例SE1で調製したエーテル1(1.66g、4mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(73.3mg、0.08mmol)、XPhos配位子(95.3mg、0.2mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(538mg、5.6mmol)、及び4−ヘキシルアニリン(1mL、5.6mmol)を入れた。バイアルにセプタムキャップをはめ、排気し、Nを再び充満させた。ジオキサン(20mL)を添加し、反応物を130℃まで16h加熱した。その後、混合物をrtまで冷却し、合わせ、EtOAcで希釈し、セライトで濾過した。残渣をAFCで精製した。ベージュ色の固体を単離した(3.88g、74%収率)。パートB(一般的な反応スキームI)に従って、黄色の固体として遊離フェノールを得た(4.67g、96%収率)。
合成実施例SE6:フェノール−10
6,6’−アザンジイルビス(2−(2H−ベンゾ[d][1,2,3]トリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)
Figure 0006743125
パートA.スターラーバーを取り付けたオーブン乾燥したSchlenkフラスコに、4Åモレキュラーシーブ、ナトリウムtert−ブトキシド(23.37mmol、2.25g)、Pd(dba)(0.33mmol、306mg)、XPhos(0.83mmol、398mg)及び合成実施例SE1で調製したエーテル1(16.69mmol、6.95g)を入れた。次に、フラスコを排気し、Nをフラッシュし(3×)、ジオキサン中のアンモニア(0.5M、100mL)をカニューレで添加した。Schlenkフラスコを閉じ、130℃に16h加熱した。その後、反応混合物をEtOAcで希釈し、濾過し、濃縮した。フラッシュカラムクロマトグラフィーで粗油状物を精製して、ベージュ色の固体を得た。
パートB.パートAの生成物をジクロロメタン(150mL)中に溶解し、N下で撹拌しながら−78℃まで冷却した。三臭化ホウ素(17.10mmol、1.6mL)を滴下添加し、反応混合物をゆっくりとrtまで温めた。反応終了時(TLCにより分析)、水を滴下添加し、混合物を10分間撹拌した。有機層を分離し、水層をDCMで抽出した(2×)。合わせた有機層をNaHCO飽和水溶液及びブラインで洗浄し、乾燥し(NaSO又はMgSO)、濾過し、濃縮した。熱アセトンから残渣を再結晶させて、黄色の結晶性固体を得た(3.38g、エーテル1から61%収率)。
合成実施例SE7:フェノール−11
6,6’−(メチルアザンジイル)ビス(2−(2H−ベンゾ[d][1,2,3]トリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)
Figure 0006743125
パートA.合成実施例SE6、パートAの反応生成物(12.79mmol、8.8g)を、ジメチルホルムアミド(120mL)中に溶解し、これに、N流下でrtにて、水素化ナトリウム(14.07mmol、0.56g)を添加した。混合物を10min撹拌し、次に、ヨードメタン(14.07mmol、0.88mL)を添加し、撹拌を更に2h続けた。塩化アンモニウム飽和水溶液で反応をクエンチし、EtOAcで抽出した(3×)。合わせた有機層を水、次いでブラインで洗浄し、NaSOで乾燥し、濾過し、濃縮した。更に精製は行わなかった。
パートB.パートBの生成物をジクロロメタン(150mL)中に溶解し、N下で撹拌しながら−78℃まで冷却した。三臭化ホウ素(17.10mmol、1.6mL)を滴下添加し、反応混合物をゆっくりとrtまで温めた。反応終了時(TLCにより分析)、水を滴下添加し、混合物を10分間撹拌した。有機層を分離し、水層をDCMで抽出した(2×)。合わせた有機層をNaHCO飽和水溶液及びブラインで洗浄し、乾燥し(NaSO又はMgSO)、濾過し、濃縮した。熱アセトンから残渣を再結晶させて、黄色の結晶性固体を得た(6.74g、エーテル1から60%収率)。
合成実施例SE8:フェノール−12
6,6’−チオビス(2−(2H−ベンゾ[d][1,2,3]トリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)
Figure 0006743125
スターラーバーを入れた火炎乾燥バイアルに、3−ブロモ−2−メトキシ−5−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェニル)−2H−1,2,3−ベンゾトリアゾール(0.416g、1mmol)、チオ酢酸カリウム(0.057g、0.5mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.023g、0.025mmol)、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(0.028g、0.05mmol)及びリン酸カリウム(0.127g、0.6mmol)を入れた。次にバイアルを排気し、Nを流し(3×)、トルエン(0.5mL)及びアセトン(0.25mL)を添加した。反応混合物を130℃で72h撹拌した。その後、混合物を冷却し、濾過し、フラッシュカラムクロマトグラフィーで精製して、白色の固体として5を得た(0.240g、68%収率)。実施例10、パートBの手順に従って、白色の固体として生成物を得た(0.230g、99%収率)。
合成実施例SE9:フェノール14
2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−((3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル)アミノ)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール
Figure 0006743125
スターラーバーを入れた250mLのSchlenkフラスコに、SE1のエーテル−1(20.0g、48.03mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(1.04g、1.14mmol)、XPhos配位子(1.35g、2.75mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(7.63g、79.4mmol)、及び3,5−ビス(トリフルオロメチル)アニリン(8mL、51.36mmol)を入れた。Schlenkフラスコを排気し、Nを再び充満させた。ジオキサン(200mL)を添加し、反応物を130℃まで16h加熱した。その後、混合物をrtまで冷却し、EtOAcで希釈し、セライトで濾過し、濃縮した。残渣をAFCで精製した。褐色の固体を単離した(26.8g、98%収率)。パートB(一般的な反応スキームI)に従って、黄色の固体として遊離フェノールを得た(21.3g、82%収率)。
合成実施例SE10:フェノール15
2−(2H−トリアゾール−2−イル)−6−((4−(パーフルオロオクチル)フェニル)アミノ)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール
Figure 0006743125
スターラーバーをそれぞれ備えた、2つの火炎乾燥した40−ドラムバイアルに、SE8、パートAのアニリン副生成物(3−(2H−ベンゾ[d][1,2,3]トリアゾール−2−イル)−2−メトキシ−5−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)アニリン)(1.162g、3.30mmol)、1−ブロモ−4−(ヘプタデカフルオロオクチル)ベンゼン(2.0g、3.30mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(60.4mg、0.066mmol)、XPhos配位子(80mg、0.163mmol)、及びナトリウムtert−ブトキシド(444mg、4.62mmol)を入れた。各バイアルにセプタムキャップをはめ、排気し、Nを再び充満させた。ジオキサン(20mL)を各バイアルに添加し、ChemGlass反応ブロックにバイアルをセットし、130℃まで16h加熱した。その後、混合物をrtまで冷却し、EtOAcで希釈し、合わせ、セライトで濾過し、濃縮した。残渣をAFCで精製した。褐色の固体を単離した(4.41g、79%収率)。パートB(一般的な反応スキームI)に従って、黄色の固体として遊離フェノールを得た(3.41g、79%収率)。
合成実施例SE11:フェノール16
6,6’−チオビス(2−(2H−ベンゾ[d][1,2,3]トリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)
Figure 0006743125
文献の手順(Org Lett,1999,1,189)を使用して、SE8の6,6’−チオビス(2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)を酸化した。6,6’−チオビス(2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)(7.39mmol、5.0g)を、スカンジウムトリフラート(0.74mmol、364mg)及び過酸化水素・尿素付加物(8.5mmol、820mg)とともに、エタノール(5mL)中に溶解した。反応物を80℃で終夜撹拌し、白色の沈澱物を濾過し、水及びエタノールで洗浄した。スルホキシド:スルホンの2:1混合物を単離した(4.18g、81%収率)。
合成実施例SE12:フェノール17
6,6’−スルホニルビス(2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)
Figure 0006743125
実施例24と同様にして、6,6’−スルホニルビス(2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)を合成した。SE10のアリールスルフィド(4.5g、6.6mmol)を、スターラーバーを入れたフラスコ中でジクロロメタン(33mL)中に溶解した。m−クロロ過安息香酸50wt%(7.40mmol、5.05g)を添加し、TLCによる終了まで反応物を撹拌した。次に、NaHCO飽和水溶液で反応をクエンチし、有機層を分離し、乾燥し(NaSO)、濾過し、濃縮した。EtOAcで洗浄し濾過して、これを精製した。白色の固体を得た(2.9g、62%収率)。
合成実施例SE13:フェノール18
6,6’−(オクタデシルアザンジイル)ビス(2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(2,4,4−トリメチルペンタン−2−イル)フェノール)
Figure 0006743125
パートA.SE8のパートAの反応生成物(4.0g、5.81mmol)をジメチルホルムアミド(60mL)中に溶解し、これに、N流下でrtにて水素化ナトリウム(6.40mmol、256mg)を添加した。混合物を10min撹拌し、次に、1−ヨードオクタデカン(6.40mmol、2.43g)を添加し、撹拌を更に2h続けた。塩化アンモニウム飽和水溶液で反応をクエンチし、EtOAcで抽出した(3×)。合わせた有機層を水、次いでブラインで洗浄し、NaSOで乾燥し、濾過し、濃縮した。更に精製は行わなかった。
パートB.パートAの生成物をジクロロメタン(40mL)中に溶解し、N下で撹拌しながら−78℃の温度まで冷却した。三臭化ホウ素(12.20mmol、1.2mL)を滴下添加し、反応混合物をゆっくりとrtまで温めた。反応終了時(TLCにより分析)、水を滴下添加し、混合物を10分間撹拌した。有機層を分離し、水層をDCMで抽出した(2×)。合わせた有機層をNaHCO飽和水溶液及びブラインで洗浄し、乾燥し(NaSO又はMgSO)、濾過し、濃縮して、粘性のある油状物を得た(5.16g、97%収率)。
フェノレート塩の一般的合成
上述のフェノールを用いて、下記の経路のうちの1つを使用してフェノレート塩を調製した。調製した塩の金属カチオンのリストによって、形成したフェノレート塩を下記の表1にまとめている。
合成手順
アルコキシド経路
マグネチックスターラーバー、冷却器及び滴下ロートを取り付けた2口RBFにおいて、フェノール出発物質を10〜40%でTHFに添加する。溶液を撹拌し、フェノール出発物質の全てが溶解するまで、窒素下で加熱還流する。窒素下で、滴下ロートからRBFに化学量論量の金属アルコキシド原液を滴下添加する。溶液を1〜36時間還流する。減圧して溶液をストリッピングし、回収した粉末を真空乾燥する。
水素化物経路
マグネチックスターラーバー、還流冷却器、窒素注入口、及び栓を付けた口を備えた乾燥した3口RBFに、無水メタノールを加える。金属水素化物をRBFに添加し、窒素下で30分間還流する。使用される水素化物の量は、使用されるフェノールに対して1〜5%化学量論的に過剰であり、使用されるフェノールの量は典型的には10〜50%固形分である。30分後、反応物を室温まで冷却し、3つ目の口の栓をはずし、スパーテルで数回に分けてフェノールを加えることによって、化学量論量のフェノールを反応物に添加する。反応混合物に再び栓を付け、窒素下で24時間撹拌し、この時点で反応混合物を真空濾過し、真空乾燥する。本発明者らは、化学量論量よりも少ない量のカチオンを使用する化学量論的に過少の化合物、及び化学量論的に過剰量のカチオンを使用する化学量論的に過剰の量もまた調製した。
金属経路(Metal Route)
1つのフラスコで、ゼロ酸化状態の金属をアルコールとともに撹拌し、その間に、別のフラスコで適切な有機溶媒中でフェノールを撹拌した。任意に、アンモニアなどの活性化剤によって金属を活性化してもよい。典型的な溶媒はトルエンであった。金属がアルコールで完全に分解されたら、1つのフラスコに溶液を合わせて入れた。得られた沈澱物を真空濾過し、メタノールで洗浄し、真空乾燥した。
代替経路
これらの錯体を製造するために別の代替経路が想定され得る。これらの経路は、フェノールを、ブチルリチウムなどの有機金属と反応させることを含み得る。
材料
以下は、フェノレート塩を調製するために使用した市販の材料及び試薬の表である。
Figure 0006743125
Figure 0006743125
エレクトレットウェブ及びエレクトレットフィルムの調製
ポリマー樹脂又はポリマー樹脂に加えてフェノレート塩及び/又は別の添加剤を配合することによって、フラットフィルムも不織ウェブもどちらも含む一連のエレクトレット物品を調製した。
Figure 0006743125
実施例1〜52及び比較例CE1〜CE21:エレクトレットウェブ
一連の不織ウェブを調製し、帯電させ、試験した。調製したウェブを表3にまとめている。表3において、フェノレート塩はフェノールと金属カチオンで表されており、例えばフェノール−1のナトリウム塩は表中でフェノール1−Naと表されている。樹脂単独で、又は樹脂をフェノール添加剤とともに、若しくはフェノレート塩を用いずに他の添加剤とともに用いて、比較ウェブも調製した。比較ウェブはCEという記述語で表す。
不織サンプル調製
ステップA:マイクロファイバー不織ウェブの調製
プロセスA:
各実施例について、上記帯電添加剤のうちの1つを選択し、表1に示す濃度で4グレードのポリプロピレンのうちの1つとドライブレンドし、そのブレンドを、Van A.Wente、「Superfine Thermoplastic Fibers」、Industrial Engineering Chemistry,vol.48,pp.1342〜1346に記載されている通り押し出した。押出温度は、約250℃〜300℃の範囲であり、押出機は、約2.5〜3kg/hr(5〜7lb/hr)の速度で動作するBRABENDERコニカル二軸押出機(Brabender Instruments,Inc.から市販されている)であった。ダイの幅は25.4cm(10インチ)であり、1cm当たりの孔数10ホール(1インチ当たりの孔数25ホール)であった。約50〜60g/mの坪量、約6.5〜9.5マイクロメートルの有効繊維径、及び約0.75〜2ミリメートルの厚さを有するメルトブローンウェブを形成した。
プロセスB:
米国特許出願公開第2008/0038976号に記載されているプロセスを使用して、溶融添加剤(melt additive)を用いて様々なPP樹脂から一成分単層不織ウェブを製造した。押出ヘッドは、4:1のL/D(長さ対直径)比を持つ0.35mm径のオリフィスを有しており、1メートル当たりのオリフィス数およそ900の線密度を有するパターンに構成されていた。オリフィスは、コレクタベルトの進行方向に対して90度になるよう位置させた14mmの底辺及び9.5mmの高さを有する、隣接する二等辺三角形を形成するように間隔をあけ、ホールは頂点に位置していた。13列のホールが存在していた。溶融PPポリマーの流速は、約210〜260℃の押出温度で約1.99g/オリフィス/分であった。
高さ41cmの急冷ボックスから、約0.8m/secの面速度及び周囲よりわずかに冷却した温度で、2つの対向する急冷空気流を供給した。0.51mmのエアナイフギャップ、117kPaの圧力でエアナイフに供給される空気、7.1mmのアテニュエータ上部ギャップ幅、7.1mmのアテニュエータ下部ギャップ幅、及び15cmの減衰チャンバ長で、米国特許第6,607,624号及び同第6,916,752号に示されていたものと同様の可動式間仕切りアテニュエータ(attenuator)を用いた。押出ヘッドからアテニュエータまでの距離は約61cmであり、アテニュエータ下部から捕集ベルトまでの距離は約66cmであった。約650Paの捕集ベルトのもとで達成された真空で、溶融紡糸フィラメント流を約53cmの幅で捕集ベルト上に堆積させた。捕集ベルトは、Albany International Corp.(Rochester,NH)の9 SS TCモデルであり、ある特定の速度(「形成速度」)で移動させた。
次に、捕集した溶融紡糸不織フィラメントの集合体(ウェブ)を、制御加熱接着装置の下を通過させて、フィラメントの一部を自己接着させた。7.6cm×71cmの出口スロットを有する接着装置の中を通るように空気を供給した。ウェブが接着装置の下を通過するとき、空気出口は捕集されたウェブから約2.5cmであった。スロットを通過する空気の温度及び速度は、加熱装置によって制御した。加熱された空気が接着装置のハウジング内に入る点で、温度を測定した。ウェブが接着装置の下を通過した後、周囲温度の空気をウェブを通して強制的に引き込んで、ウェブをおよそ周囲温度まで冷却した。
貯蔵用ロールに巻く、又は濾過デバイスに組み立てるなどの様々な工程にかけるなど、標準的なプロセス及び機器を使用して、得られた不織ウェブを、自己支持型でありかつ取り扱い可能であるために十分な一体性で接着させた。捕集ベルトの速度を変えることによって得られるある特定の坪量で、ウェブを捕集した。表3に記載しているように、いくつかの異なるウェブを製造した。
Figure 0006743125
Figure 0006743125
Figure 0006743125
ステップB−エレクトレット調製:
上記の通りステップAで調製した各メルトブローンウェブ又はステップBで調製した各スパンボンドウェブを、コロナ帯電、コロナ前処理及びハイドロチャージング、又はハイドロチャージングという3つのエレクトレット帯電方法のうちの1つによって帯電させた。表4は、各サンプルに適用された特定の帯電方法をまとめたものである。
帯電方法1−コロナ帯電:
上記で調製した選択されたメルトブローンウェブ又はフィルムを、DCコロナ放電によって帯電させた。接地表面上のウェブに、放電源の長さ1センチメートル当たり約0.01ミリアンペアのコロナ電流でコロナブラシ電源(corona brush source)の下を約3センチメートル/秒の速度で通過させることによって、コロナ帯電を行った。コロナ電源は、ウェブを載せた接地表面の約3.5センチメートル上に位置していた。コロナ電源は、正のDC電圧によって駆動した。
帯電方法2−コロナ前処理及びハイドロチャージング:
上記のステップAで調製した選択されたメルトブローンウェブを、帯電方法1に記載の通りDCコロナ放電によって前処理し、次いで、帯電方法3に記載の通りハイドロチャージングによって帯電させた。
帯電方法3−ハイドロチャージング:
5μS/cm未満の導電性を有する高純度水の微細スプレーを、896キロパスカル(130psig)の圧力及び約1.4リットル/分の流速で動作するノズルから連続的に発生させた。ステップAで調製した選択されたメルトブローンウェブを、多孔質ベルトによって約10センチメートル/秒の速度で水噴霧の中を通過させ、その間、同時に、ウェブを通して水を下方から減圧吸引した。各メルトブローンウェブをハイドロチャージャーに2回通し(各面に順次1回ずつ)、次いで、フィルタ試験の前に終夜完全に乾燥させた。
同様に、各比較例では、対応する実施例のウェブと同じグレードのポリプロピレンからメルトブローンウェブを調製したが、帯電添加剤は添加しなかった。表3は、各実施例について特定のウェブの特徴をまとめたものである。
濾過性能試験方法、不織メルトブローンマイクロファイバーウェブ
DOPエアロゾル透過率%(%Pen)及び圧力低下(ΔP)についてサンプルを試験し、これらの2つの値から性能指数(QF)を算出した。自動フィルタ試験機AFTモデル8127(TSI,Inc.(St.Paul,MN)から入手可能)を使用して、曝露用エアロゾルとしてのジオクチルフタレート(DOP)、及びフィルタ全域の圧力低下(ΔP(mmHO))を測定するMKS圧力変換器を使用して、不織マイクロファイバーウェブの濾過性能(Pen%及びQF)を評価した。DOPエアロゾルは、公称で、50〜200mg/mの上流濃度及び100mg/mの目標値を有する、単分散の0.33マイクロメートル質量中央径(MMD)であった。プロセスAにより製造されたウェブでは42.5リットル/分(面速度6.9cm/s)、又はプロセスBにより製造されたウェブでは85リットル/分(面速度13.8cm/s)のいずれかの校正された流速で、濾材サンプルにエアロゾルを通過させた。これらの試験ではエアロゾルイオナイザーはオフにした。総試験時間は、23秒であった(立ち上がり時間15秒、サンプル時間4秒、及びパージ時間4秒)。校正した光度計を使用して、濾材の上流と下流の両方で、光散乱によりDOPエアロゾルの濃度を測定した。DOP Pen%は、以下のように定義する:Pen%=100×(DOP濃度下流/DOP濃度上流)。各材料について、メルトブローンウェブ上の異なる箇所で6回の別個の測定を行い、結果を平均した。
Pen%及びΔPを使用して、以下の式によってQFを算出した:
QF=−ln(Pen%/100)/ΔP,
(式中、lnは自然対数を表す)。高いQF値は、濾過性能がより高いことを示し、QF値の低下は、濾過性能の低下と有効な相関関係にある。プロセスBにより形成したウェブでは、2層積層物としてウェブを試験した。
Figure 0006743125
Figure 0006743125
Figure 0006743125
実施例53〜62及び比較例CE22〜CE25:帯電フィルム調製
ステップA−帯電フィルムの調製:
フィルム実施例では、上記添加剤のうちの1つ(0.2グラム)を選択し、5ゾーンの30mm二軸押出機において130グラムのポリプロピレンと1分間配合した。配合後、4インチのドロップダイから材料を流延し、2つのシリコーンライナー間にコーティングした。公称コーティング重量は1milであった。押出温度は185℃〜250℃°の範囲であった。次に、帯電方法1(上記参照)を使用してフィルムを帯電させ、熱刺激放電電流(TSC)(下記参照)を使用して試験した。
ステップB−帯電フィルムの分析
熱刺激放電電流測定、フラットフィルム
TherMold Partners,L.P.(Stamford,CT)が販売している、ピボット電極を備えるSolomat TSC/RMA Model 91000分光計を用いて測定した絶対放電電流を積分することによって、フラットフィルムの有効電荷密度を算出した。サンプルを切断し、Solomat TSC/RMAの下部固定電極と上部バネ式電極との間に固定した。上部電極の面積は、0.38cmである(直径約7mm)。TSDC/RMA装置において、温度計は、サンプルに近接しているが接触しないように配置する。サンプルは、サンプルを貫通する穴が見えない程度に視覚的に高密度であった。電極は直径約7mmであるので、サンプルを直径7mmより大きく切断した。電極との良好な電気接触を確保するために、サンプルを約1/10の厚さに圧縮した。一連のフラッシング段階を通じてサンプルセルから空気及び水分を除去し、セルにヘリウムを約1100mbarまで充填し直した。特定の試験プロトコールによる必要に応じて、サンプルセルを液体窒素で冷却した。
5℃/minの制御された温度勾配速度で175℃までサンプルを加熱しながら、電流測定を行った。そのような熱刺激放電の間、エレクトレット中に蓄積された電荷は移動しやすくなり、電極で又はバルクサンプル中のいずれかで、反対符号の電荷と再結合することによって中和される。これにより、温度の関数として記録したときに多数のピークを示す外部電流が発生する。これらのピークの形状及び位置は、捕捉部位の電荷捕捉エネルギー準位及び物理的位置に応じて決まる。温度に対する電流のプロットを積分することによって、ピコクーロン/mm(pC/mm)単位で有効電荷密度を算出することができる。曲線を、平均高さ×幅に等しい面積を有する一連の台形に分割する、台形公式を用いて積分を行った。面積を合計し、加熱速度で除して、電荷の量(クーロン)を得る。
Figure 0006743125

Claims (5)

  1. 熱可塑性樹脂と、
    少なくとも1種の置換ベンゾトリアゾールフェノレート塩を含む帯電強化添加剤と、
    を含む、エレクトレットウェブ。
  2. 前記帯電強化添加剤は、下記の構造:
    Figure 0006743125

    [式中、R及びRのうちの少なくとも1つが、ハロゲン原子、アルキル若しくは置換アルキル基、アルケニル基、又は−O−R、−N−R10、−B(OR18)(OR19)、若しくは−SiR20 を含む基を含む置換基となるように、R及びRは独立して、水素原子又は置換基を含み、
    は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又は1つ以上の酸素、窒素、硫黄若しくはリン原子を含むヘテロ原子含有基を含み、R10は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又は1つ以上の酸素、窒素、硫黄若しくはリン原子を含むヘテロ原子含有基を含むか、又はR及びR10は結合している原子と一緒に複素環構造を形成し、各R18及びR19は独立して、水素原子、アルキル基、アリール基であるか、又はR18及びR19は結合している原子と一緒に複素環構造を形成し、各R20基はアルキル基であり、
    各R、R、R、R、R、及びRは独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン原子を含み、
    nは、金属原子Mの価数であり、かつ前記塩のアニオン部分の化学量論数でもあり、1〜4の整数であり、
    Mは、価数nの遷移金属又は典型元素金属原子を含む]を有する置換ベンゾトリアゾールフェノレートアニオンと金属カチオンを含む、請求項1に記載のエレクトレットウェブ。
  3. n=1であり、Mは、リチウム、ナトリウム、又はカリウムを含む、請求項に記載のエレクトレットウェブ。
  4. 前記帯電強化添加剤は、下記の構造:
    Figure 0006743125

    [式中、Xは、−CH−、−O−、−NR10−、−S(O)−、−S(O)−、又は−S−{式中、S(O)はスルフィニル基S=Oであり、S(O)はスルホニル基O=S=Oである}を含む連結基であり、R10は、水素原子、アルキル基、又はアリール基を含み、
    各R、R、R、R、R、R、R、R11、R12、R13、R14、R15、R16、及びR17は独立して、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、又はハロゲン原子を含み、
    m=0.5、1、又は2であり、
    Mは、m=0.5のとき、Mがリチウム、ナトリウム又はカリウムであり、m=1のとき、Mがカルシウム、マグネシウム、又はコバルトであり、m=2のとき、Mがバナジウム又はチタンであるような、価数2mの金属イオンである]を有する置換ベンゾトリアゾールフェノレートアニオンと金属カチオンを含む、請求項1に記載のエレクトレットウェブ。
  5. 前記エレクトレットウェブは、エレクトレット濾材を含む、請求項1に記載のエレクトレットウェブ。
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