專利名稱：包括駐極體料片在內(nèi)的烯屬料片的加工助劑的制作方法
技術領域：
本公開涉及用于制備料片的加工助劑及其制造和使用方法，所述料片包括諸如非織造熱塑性微纖維料片在內(nèi)的非織造纖維料片，包括含有電荷加強添加劑的駐極體料片。
背景技術：
有多種加工方法可用于加工聚合物材料，尤其是烯屬聚合物材料，以便制造制品。 這些加工方法中有許多方法涉及使用加熱、壓力或它們的組合。所使用的加工方法的例子包括例如熱熔融擠出和注模。聚合物料片就是采用熱熔融擠出技術制造的一種制品?？捎玫木酆衔锪掀睦影ず头强椩炖w維料片。此類聚合物料片的用途之一就是駐極體制
品。
駐極體是顯示具有準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、耳機和靜電錄音機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。已知有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)當熔噴纖維從模孔流出并形成時用帶電荷粒子(例如電子或離子)對其進行轟擊。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，使得足夠提供促進過濾的駐極體電荷方法的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本公開中，提供了制造聚合物料片的方法。本發(fā)明所公開的聚合物料片包括駐極體料片。在一些實施例中，制造料片的方法已公開，所述方法包括制備包含熱塑性樹脂和加工助劑的共混物，所述加工助劑包含受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物；熱熔融混合該共混物，其中加工助劑和熱塑性樹脂的共混物的熔融粘度低于不含加工助劑的熱塑性樹脂的熔融粘度；以及由熱熔融的共混物形成料片。在一些實施例中，聚合物料片是駐極體料片，并且所述方法包括制備包含熱塑性樹脂和加工助劑的共混物，所述加工助劑包含受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物；熱熔融混合該共混物；由熱熔融的共混物形成料片；以及使料片帶上靜電荷。本發(fā)明還公開了駐極體過濾介質(zhì)，該駐極體過濾介質(zhì)包括非織造微纖維料片，該非織造微纖維料片含有熱塑性樹脂和電荷加強添加劑的共混物，該電荷加強添加劑包括受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物。
具體實施方式
本發(fā)明公開了聚合物料片的制備方法，所述聚合物料片為熱塑性樹脂和加工助劑的共混物。熱塑性樹脂通常為多烯屬材料。加工助劑使得料片更易形成。加工助劑是受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物。當使用加工助劑來制備駐極體料片時，加工助劑也能使料片表現(xiàn)出比單獨使用熱塑性樹脂制得的料片有所增強的性質(zhì)。因此，加工助劑不僅有助于熱塑性樹脂的加工，而且還能在所形成的駐極體料片中作為電荷加強添加劑。聚合物料片可具有多種形式。例如，該料片可以為連續(xù)或不連續(xù)的膜、或纖維料片。纖維料片對于形成諸如過濾介質(zhì)之類的駐極體制品特別有用。在一些實施例中，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，并且微纖維不需要圓形截面。 術語“ 一個(種)，，和“該，，與“至少一個(種)，，可替換使用，意指一個(種)或多個(種)所描述的要素。術語駐極體是指具有準永久性電荷的材料。本文使用的術語“低聚物”是指具有較少重復單元的化合物。這是與至少原則上包含無限重復單元的聚合物對比。一般來講，低聚物包含1至100個重復單元。術語“受阻胺”是指受取代基團空間位阻的胺基。例如美國專利 No. 3，925，376 (Chalmers等人)已描述了受阻胺的例子。術語“琥珀酰亞胺”是指具有式1的通式結構的雜環(huán)亞胺 其中R1、! 2和R3均為氫原子。術語“N-取代的琥珀酰亞胺”是指式1中的分子，其中R1為除氫以外的基團。用于論述聚合物時，本文使用的術語“聚烯烴”和“多烯屬”是指由烯烴或鏈烯烴單體制成的聚合物。聚烯烴聚合物包括基于聚丙烯的聚合物、聚乙烯、聚甲基-1-戊烯)、 聚環(huán)烯烴等。當用于論述聚合物時，本文使用的術語“基于丙烯”和“基于聚丙烯”包括聚丙烯均聚物和含丙烯的共聚物，其中丙烯為主要組分。術語“烷基”指為烷烴基的一價基團，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個碳原子。在一些實施例中，所述烷基基團包含1至18個、1至12個、1至10個、1至8個、1至6個或1至4個碳原子。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。術語“烯基”指為烯烴基的一價基團，所述烯烴為具有至少一個碳-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個碳原子。在一些實施例中，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個碳原子。示例性烯基包括乙烯基、正丙烯基和正丁烯基。術語“炔基”指為炔烴基的一價基團，所述炔烴是含有至少一個碳-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個碳原子。在一些實施例中，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個碳原子。示例性的炔基包括乙炔基、正丙炔基和正丁炔基。術語“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。雜烷基的一個例子為聚烷氧基，例如-CH2CH2 (OCH2CH2) n0CH2CH3。術語“取代的烷基”是指含有沿烴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。取代的烷基的例子為芐基。術語“芳基”是指芳香族碳環(huán)基團，該基團包含1至5個可以被連接或稠合的環(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。術語“亞烷基”指為烷烴基的二價基團，所述烷烴是飽和烴。亞烷基可以是直鏈的、 支鏈的、環(huán)狀的或它們的組合，并且通常具有1至20個碳原子。在一些實施例中，所述亞烷基包含1至18個、1至12個、1至10個、1至8個、1至6個、或1至4個碳原子。亞烷基的例子包括(但不限于)亞甲基(-CH2-)、乙烯(-CH2CH2-)等。亞烷基可被烷基、芳基、雜烷基、取代的烷基或取代的芳基所取代。術語“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，術語“聚合”指制造聚合物材料的工藝，所述聚合物材料可以是均聚物、共聚物、三元共聚物等。術語 “共聚物”和“共聚物材料”指由至少兩種單體制得的聚合物材料。術語“室溫”和“環(huán)境溫度”可互用，指20°C至25°C范圍內(nèi)的平均溫度。如本文所用，術語“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化為粘性流體。應該能夠?qū)υ摻M合物進行熱熔融加工，而不引起組合物發(fā)生顯著化學轉化或無法用于預期應用。除非另外指明，否則在所有的情況下，說明書和權利要求書中使用的表示特征大小、量和物理性質(zhì)的所有數(shù)字都應該理解為受術語“約”限制。因此，除非有相反的指示，否則所示數(shù)字是近似值，取決于所期望的性質(zhì)利用本文所公開的教導內(nèi)容而可以變化。通常使用包括吹塑微纖維(BMF)技術在內(nèi)的熱熔融工藝來制造聚合物料片。在使用擠出機的熱熔融工藝中，將熱塑性樹脂和所需的添加劑加入到加熱式擠出機中，在擠出機內(nèi)經(jīng)受加熱、壓力和剪切力，然后穿過模具離開擠出機。熱塑性樹脂的材料性質(zhì)確定了適合擠出樹脂的溫度、螺桿構造和螺桿速率，由此決定了使用該樹脂所能達到的擠出速率。在某些熱熔融擠出工藝中，添加會降低熔融樹脂的熔融粘度的加工助劑可提高通過量、降低加工溫度、或者甚至能夠使用不添加加工助劑時無法使用的樹脂。本發(fā)明的加工助劑與多烯屬熱塑性樹脂共同使用時可降低熔融熱塑性樹脂的熱熔融粘度，從而使得更容易加工。熱熔融粘度的降低通常會帶來三大益處，有助于控制加工期間的材料流變性。這三大益處是能夠更快地制造聚合物料片；能夠以低于不添加加工助劑時的溫度來加工材料；能夠使用本來幾乎無法處理的材料。
一般來講，熱塑性樹脂是多烯屬熱塑性樹脂。使用加工助劑會造成多烯屬熱塑性樹脂的熱熔融粘度降低。擠出機的最后區(qū)域通常具有最高的溫度。理想的情況是溫度盡可能地低。在一些實施例中，多烯屬熱塑性樹脂是基于聚丙烯的。在這些實施例中，加工助劑的益處通常更為明顯。通常，許多基于聚丙烯的熱塑性樹脂是在約200-400°C，更通常在 250-350°C的溫度下進行熱熔融加工。當使用加工助劑時，在約^KTC或更高溫度下，熱塑性樹脂的熱熔融粘度大幅低于單獨使用熱塑性樹脂時的粘度。在一些實施例中，在給定溫度下，與未使用加工助劑的熱塑性樹脂相比，熱熔融粘度會降低20%、30%、或甚至50%或更多。所需加工溫度范圍的大幅降低有助于提高加工速率。生產(chǎn)聚合物料片的加工速率有時也被稱為通過量，用于描述材料通過擠出過程生成聚合物料片的速率。提高通過量使得能以更快的速率來制造料片，提高料片的質(zhì)量、降低成本或者兩者兼有。除了提高加工速率外，使用加工助劑還使得能在比原本溫度更低的條件下進行加工，或使用本來無法使用的材料。在上述所需的加工溫度范圍內(nèi)無法加工某些等級的基于聚丙烯的聚合物。其中部分材料需要的溫度更高，甚至達到400°C或更高溫度，以達到可加工粘度。制造聚合物料片時，這些溫度是不切實際的或者甚至是不可能達到的。使用加工助劑可降低加工這些材料所需的溫度，并使得在工藝中可以使用原本不能使用的材料。例如，使用低熔體流動聚丙烯(例如熔體流動指數(shù)低于25的材料)來生產(chǎn)有效纖維直徑為10 微米或更小的吹塑微纖維時，如果不使用加工助劑，從商業(yè)上說是不可行的。不受理論的束縛，據(jù)信加工助劑會造成基于聚丙烯的材料的分子量減少，從而使得熱熔融粘度降低。此作用在制備駐極體料片時非常顯著，尤其是采用熔噴工藝制造微纖維駐極體料片時。采用熔噴工藝時，需要相對較低的熔體流動粘度來形成有效纖維直徑在 1至100微米范圍的纖維，尤其是形成有效纖維直徑低于10微米的纖維?；谶^氧化物的材料可用作加工助劑來降低烯屬聚合物(尤其是聚丙烯)的熔體流動粘度，但由于過氧化物的固有安全性和處理問題，因此基于過氧化物的加工助劑的問題更為棘手。本發(fā)明的加工助劑的另一優(yōu)點是處理和使用起來不僅更為安全，而且還能作為抗氧化劑在多種情況下使用，從而為形成的聚合物料片提供額外的益處。由于在本發(fā)明中用作加工助劑的材料的一些實施例是作為聚合物穩(wěn)定劑進行銷售，因此意想不到地它們可以用作烯屬聚合物的加工助劑。甚至更意想不到的是，這些加工助劑不僅有助于聚合物料片(包括駐極體料片)的加工，而且還具有駐極體料片的電荷加強添加劑的功能。駐極體料片是其中一種可采用本發(fā)明所公開的方法來制造的有用聚合物料片。本發(fā)明的駐極體料片包含共混并擠出的熱塑性樹脂和加工助劑。這些加工助劑具有意想不到的額外特征，即在所形成的駐極體料片中充當電荷加強添加劑?？捎糜谥圃祚v極體料片的熱塑性樹脂包括在成型為料片并充電時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，此類樹脂在預期使用的溫度下具有大于 IO14Q-Cm的DC(直流電)電阻率。能夠捕獲陷阱電荷的聚合物包括聚烯烴，例如基于聚丙烯的聚合物、聚乙烯、聚環(huán)烯烴和聚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。尤其有用的材料包括基于聚丙烯的聚合物、聚甲基-1-戊烯)、聚環(huán)烯烴、它們的共混物，或由至少一種丙烯基化合物和4-甲基-1-戊烯形成的共聚物。
一般來講，可用的熱塑性聚合物通過“熔體流動指數(shù)”說明來表征。熔體流動指數(shù) (MFI)是衡量熱塑性聚合物熔體流動難易性的指標。其定義為在規(guī)定的可選重量測量施壓下和可選的規(guī)定溫度下，聚合物在10分鐘內(nèi)流過具有特定直徑和長度的毛細管的數(shù)量 (以克計)。ASTM D1238和ISO 1133中提供了此方法。通常在230°C下測量聚丙烯的熔體流動指數(shù)。合適的熱塑性樹脂的例子包括例如聚丙烯樹脂可從Exxon-Mobil Corporation (Irving, TX)商購獲得的 ESC0RENE PP 3746G ；可從 iTotal Petrochemicals USA Inc. (Houston, TX)商購獲得的 TOTAL PP3960、T0TALPP3860 和 TOTAL PP3868;以及可從 LyondellBasell Industries, Inc. (Rotterdam,Netherlands)商購獲得的 MET0CENE MF 650W;聚(4-甲基-1-戊烯)樹脂可從 Mitsui Chemicals, Inc. (Tokyo, Japan)商購獲得的 TPX-MX002 ；聚環(huán)烯烴樹脂可從 TOPAS Advanced Polymers (Frankfurt, Germany)商購獲得的 T0PAS-6013。加工助劑是受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物。受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物可描述為具有通式結構為式2的重復單元，如下所示
權利要求
1.一種制造料片的方法，所述方法包括 制備共混物，其包含熱塑性樹脂；和加工助劑，所述加工助劑包含受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物； 熱熔融混合所述共混物，其中所述加工助劑和所述熱塑性樹脂的所述共混物的熔融粘度低于不含所述加工助劑的所述熱塑性樹脂的熔融粘度；以及由所述熱熔融的共混物形成料片。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中形成料片包括形成非織造纖維料片。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中形成料片包括熔噴所述熱熔融的共混物而形成微纖維料片。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述加工助劑包括含有由下式表示的重復單元的材料
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述加工助劑包括由下式表示的材料
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述熱塑性樹脂包含聚烯烴。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述加工助劑占所述共混物的0.1-5. 0重量％。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在250°C或更高的溫度下，所述共混物的熔融粘度低于不含所述加工助劑的所述熱塑性樹脂的熔融粘度。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述熱塑性樹脂包含聚丙烯，并且在290°C或更高的溫度下，所述共混物的熔融粘度低于不含所述加工助劑的所述熱塑性樹脂的熔融粘度。
10.一種制造駐極體料片的方法，所述方法包括 制備共混物，其包含熱塑性樹脂；和加工助劑，所述加工助劑包含受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物；熱熔融混合所述共混物；由所述熱熔融的共混物形成料片；以及對所述料片進行靜電充電。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中形成料片包括熔噴所述熱熔融的共混物而形成微纖維料片。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述加工助劑包括由下式表示的材料
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述加工助劑包括由下式表示的材料
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述熱塑性樹脂包含聚烯烴。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述熱塑性樹脂包含聚乙烯，基于聚丙烯的聚合物；聚環(huán)烯烴；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。
16.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述加工助劑占所述共混物的0.1-5.0重量％。
17.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述料片的靜電充電包括摩擦充電、直流電暈處理、水充電，或它們的組合。
18.根據(jù)權利要求10所述的方法，以QF為衡量指標，其中帶電的所述料片的過濾性能比不使用所述加工助劑制造出的類似料片的性能更好。
19.根據(jù)權利要求10所述的方法，以QF為衡量指標，其中所述料片帶有的靜電電荷足以在6. 9厘米/秒的面速度下表現(xiàn)出0. 3 (毫米水柱Γ1或更高的過濾性能。
20.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所形成的駐極體料片包括過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)包括呼吸器過濾器、室內(nèi)通風系統(tǒng)過濾器、車輛通風系統(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算機磁盤驅(qū)動器過濾器。
21.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述熱塑性樹脂包含聚丙烯，并且在^KTC的溫度下，所述共混物的熔融粘度低于不含所述加工助劑的所述熱塑性樹脂的熔融粘度。
22.一種駐極體過濾介質(zhì)，所述駐極體過濾介質(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；和電荷加強添加劑，所述電荷加強添加劑包含受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物。
23.根據(jù)權利要求22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。
24.根據(jù)權利要求22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。
25.根據(jù)權利要求22所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述含有受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物的電荷加強添加劑占所述料片的0. 1-5. 0重量％。
26.根據(jù)權利要求22所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述料片包含電荷，其中所述電荷是通過摩擦充電、水充電、直流電暈處理或它們的組合而賦予的。
27.根據(jù)權利要求沈所述的駐極體過濾介質(zhì)，以QF為衡量指標，其中所述料片所帶的靜電電荷足以在6. 9厘米/秒的面速度下表現(xiàn)出0. 3 (毫米水柱Γ1或更高的過濾性能。
28.根據(jù)權利要求22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)通風系統(tǒng)過濾器、車輛通風系統(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算機磁盤驅(qū)動器過濾器。
29.根據(jù)權利要求22所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述過濾介質(zhì)與呼吸器組件的組合體是經(jīng)設計供單人使用的呼吸裝置的組成元件。
30.根據(jù)權利要求22所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述過濾介質(zhì)在根據(jù)X射線放電測試進行測試時，在6. 9厘米/秒的面速度下的滲透率百分比至少為300%。
31.根據(jù)權利要求22所述的駐極體過濾介質(zhì)，其中所述過濾介質(zhì)在根據(jù)X射線放電測試進行測試時，在6. 9厘米/秒的面速度下具有至少為0. 3 (毫米水柱)―1的初始品質(zhì)因數(shù)， 在暴露于X射線60分鐘后，品質(zhì)因數(shù)低于所述初始品質(zhì)因數(shù)的50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造聚合物料片的方法，所述方法包括熱熔融混合熱塑性樹脂和加工助劑。所述加工助劑包含受阻胺N-取代的琥珀酰亞胺低聚物。由所述共混物制造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)。駐極體料片是所制造的聚合物料片中的一種。所述加工助劑也可用作所述駐極體料片的電荷加強添加劑。
文檔編號D04H1/4291GK102439209SQ201080021244
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權日2009年4月3日
發(fā)明者戴維·A·奧爾森, 約翰·M·塞巴斯蒂安, 約翰·M·布蘭德納, 賈斯廷·L·基奧, 馬爾文·E·瓊斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司