Электреты и соединения, пригодные в электретах

Электреты и соединения, пригодные в электретах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Изобретение относится к подготовке электретов и к улучшению свойств разделения термопластичных пленок, использующих добавки смолы.

Фильтрационные свойства нетканых полимерных волокнистых полотен могут быть улучшены путем преобразования полотна в электрет, т.е. диэлектрический материал, проявляющий квазипостоянный электрический заряд. Электреты эффективны для улучшения захвата частиц в аэрозольных фильтрах. Электреты пригодны во множестве устройств, в том числе, например, воздушных фильтрах, масках для защиты лица и респираторах, и в качестве электростатических элементов в электроакустических устройствах, таких как микрофоны, наушники и электростатические записывающие устройства.

В настоящее время электреты производятся множеством способов, в том числе зарядкой коронным разрядом на постоянном токе («DC») (см., к примеру, патент США Re. 30782), и гидрозарядкой (см., к примеру, патент США 5496507), и могут быть улучшены путем включения фтористых соединений в расплав, используемый для производства волокон некоторых электретов (см., к примеру, патент США 5025052 (на имя Crater et al.)) и при помощи фторирования плазмы (см., к примеру, патент США 6397458 (на имя Jones et al.)).

Многие частицы и загрязнения, с которыми электретные фильтры вступают в контакт, препятствуют фильтрующим способностям полотен. Жидкие аэрозоли, например, в частности маслянистые аэрозоли, проявляют тенденцию вызвать у электретных фильтров потерю их усиленную электретом фильтрационную способность (см., к примеру, патент США 5411576 (на имя Jones et al.)). Кроме того, тепло и старение могут ухудшать фильтрационную эффективность некоторых электретных фильтров.

Разработано множество подходов для того, чтобы скомпенсировать потерю фильтрационной способности электретного фильтра. Один способ улучшения эффективности электретного фильтра включает в себя увеличение количества нетканого полимерного волокна в электретном фильтре путем добавления слоев полотна или увеличения толщины электретного фильтра. Дополнительное полотно, однако, увеличивает сопротивление дыханию в электретном фильтре, добавляет вес и объем электретного фильтра и увеличивает стоимость электретного фильтра.

Другой способ улучшения противодействия электретного фильтра маслянистым аэрозолям включает в себя формирование электретного фильтра из смол, которые содержат обрабатываемые расплавом фторсодержащие добавки, такие как фторсодержащие оксазолидиноны, фторсодержащие пиперазины и перфторированные алкены (см., к примеру, патент США 5025052 (на имя Crater et al.)) и перфторированные компоненты. Фторсодержащие соединения могут обрабатываться расплавом, т.е. практически не испытывают ухудшения в условиях обработки расплавом, используемых для образования микроволокон, которые используются в волокнистых полотнах некоторых электретов (см., к примеру, WO 97/07272 (на имя Minnesota Mining and Manufacturing)). Термически стабильные органические соединения триазина также использованы для улучшения заряжания электретного фильтра (см., к примеру, патенты США 5908598 (на имя Rousseau et al.) и 6002017 (на имя Rousseau et al.)).

Сущность изобретения

В одном объекте изобретение характеризует материал для электретного фильтра, который включает в себя волокнистое полотно с волокнами, которое содержит термопластичную смолу и соединение с формулой

где А представляет собой бензол, нафталин или антрацен, Y¹ и Y² каждый является независимо R²-R³, R² представляет собой связывающую группу сложного эфира или амидную связывающую группу, R³ представляет собой неразветвленную алкильную группу, имеющую от 10 до 22 атомов углерода, R¹ есть R²-R³, где R² и R³ независимо являются группами, как определено выше, и когда А представляет собой бензол, n равно от 0 до 4, когда А представляет собой нафталин, n равно от 0 до 6, а когда А представляет собой антрацен, n равно от 0 до 8. В одном варианте осуществления А является бензолом. В некоторых вариантах осуществления R² является -CONH, -NHCO, -ОСО или -СОО. В других вариантах осуществления R³ представляет собой алкильную группу, имеющую от 12 до 22 атомов углерода. В другом варианте осуществления n равно 1.

В некоторых вариантах осуществления n равно 1, и R¹, Y¹ и Y² имеют мета-положение один по отношению к другому. В других вариантах осуществления n равно 0, и Y¹ и Y² имеют пара-положение один по отношению к другому.

В других вариантах осуществления А является нафталином.

В других вариантах осуществления R³ представляет собой алкильную группу, имеющую от 12 до 22 атомов углерода.

В некоторых вариантах осуществления n равно 0, Y¹ расположен на 2 позиции на нафталине, a Y² расположен на 6 позиции на нафталине. В другом варианте осуществления n равно 1.

В некоторых вариантах осуществления соединение по формуле (I) выбран из группы, состоящей из бензола-1,3,5-триоктадециламид трикарбоновой кислоты, р-фенилен дистеариламида, дистеарил-2,6-нафталиндикарбоксилата и 2,6-нафталин ди-стеарамида.

В другом варианте осуществления термопластичная смола выбрана из группы, состоящей из поликарбоната, полиолефина, сложного полиэфира, галогенизированного поливинила, полистирола или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления термопластичная смола выбрана из группы, состоящей из полипропилена, поли-(4-метил-1-пентена) или их комбинации.

В одном варианте осуществления нетканое полотно включает в себя микроволокна, полученные аэродинамическим способом из расплава.

В некоторых вариантах осуществления материал для электретного фильтра присутствует в виде фильтра.

В другом объекте изобретение характеризует способ изготовления волокнистого электретного материала, включающий в себя этапы, на которых: формируют волокнистое полотно из непроводящих термопластичных волокон из термопластичного соединения, раскрытого здесь, и заряжают полотно для того, чтобы снабдить полотно улучшающим фильтрацию электретным зарядом. В других вариантах осуществления этап заряжания включает в себя этапы, на которых сталкивают струи воды или поток водяных капелек с полотном при давлении, достаточном для того, чтобы снабдить полотно улучшающим фильтрацию электретным зарядом, и высушивают полотно.

В одном объекте изобретение характеризует респиратор, который включает в себя фильтрационный материал, содержащий материал для электретного фильтра, раскрытого здесь.

В другом объекте изобретение характеризует вентиляционную систему транспортного средства, которая включает в себя фильтрационный материал, содержащий материал для электретного фильтра, раскрытого здесь.

В других объектах изобретение характеризует термопластичный соединение, который включает в себя термопластичную смолу и соединение с формулой . В одном варианте осуществления термопластичным составом является отделяющаяся поверхность. В некоторых вариантах осуществления отделяющаяся поверхность имеет вид самоподдерживающейся пленки.

В одном варианте осуществления чувствительная к давлению клейкая лента включает в себя подложку, которая содержит отделяющую поверхность, раскрытую здесь, и чувствительное к давлению клейкое соединение, расположенное на подложке.

В другом объекте изобретение характеризует способ изготовления отделяющейся поверхности, включающий в себя операции, в которых формируют термопластичное соединение, которое включает в себя термопластичную смолу и соединение с формулой в пленку.

В других объектах изобретение характеризует соединение по формуле

где А представляет собой нафталин или антрацен, Y¹ и Y² каждый является независимо R²-R³, R² - это сложный эфир или амид, R³ - это алкильная группа, имеющая от 10 до 22 атомов углерода, R¹ есть R²-R³, где R² и R³ независимо являются группами, как определено выше, и когда А является нафталином, n равно от 0 до 6, а когда А является антраценом, n равно от 0 до 8. В одном варианте осуществления А является нафталином. В некоторых вариантах осуществления R² является

-CONH-, -NHCO-, -ОСО- или -СОО-. В некоторых вариантах осуществления R³ является алкильной группой, имеющей от 12 до 22 атомов углерода. В других вариантах осуществления n равно 0, Y¹ расположен на 2 позиции на нафталине, a Y расположен на 6 позиции на нафталине. В некоторых вариантах осуществления n равно 1. В других вариантах осуществления А является антраценом.

В некоторых вариантах осуществления соединение имеет формулу IIa

В других вариантах осуществления соединение имеет формулу IIb

Соединение по формуле (II) выбрано из группы, состоящей из дистеарил-2,6-нафталиндикарбоксилат и 2,6-нафталин дистеарамид.

В других объектах изобретение характеризует соединение по формуле

где А представляет собой бензол, Y¹ и Y² каждый независимо является R²-R³, R² - это сложный эфир или амид, R³ - это алкильная группа, имеющая от 10 до 22 атомов углерода, R¹ - это R²-R³, где R² и R³ каждый независимо являются группами, как определено выше, по меньшей мере один R¹ имеет мета-положение к по меньшей мере одному из Y¹ и Y², и n изменяется от 1 до 4.

Изобретение характеризует соединения, которые могут быть использованы для того, чтобы улучшать фильтрующие характеристики нетканых полимерных волокнистых полотен, стабилизировать заряд, присутствующий в нетканом полимерном волокнистом полотне, усиливать заряд в электретной пленке, стабилизировать заряд в электретной пленке, или для их комбинации. Некоторые из новых соединений также проявляют термическую стабильность и придают стабильность заряда нетканым полимерным волокнистым полотнам. Некоторые из новых соединений также пригодны в качестве разделительных веществ для разделительных покрытий.

Другие признаки и преимущества будут очевидны из нижеследующего описания предпочтительных вариантов осуществления и из формулы изобретения.

ГЛОССАРИЙ

Применительно к изобретению, данные термины имеют изложенные ниже значения.

Термин «алкильный» относится к полностью насыщенному моновалентному радикалу с неразветвленной цепью, имеющему установленное число атомов углерода, содержащему только углерод и водород.

Термин «электрет» означает диэлектрический материал, проявляющий по меньшей мере квазипостоянный электрический заряд. Термин «квазипостоянный» означает, что характеристики постоянных времени для затухания заряда гораздо больше, чем период времени, в течение которого используется электрет;

Термин «аэрозоль» означает газ, который содержит взвешенные частицы в твердом или жидком виде; и

Термин «загрязнители» означает частицы и (или) другие вещества, которые в общем случае могут не считаться частицами (к примеру, органические пары).

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является видом в перспективе одноразовой респираторной маски, которая включает в себя материал для электретного фильтра по изобретению;

Фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении корпуса респираторной маски по Фиг.1;

Фиг.3 является видом в перспективе респираторной маски, которая имеет фильтровальный патрон, который содержит материал для электретного фильтра по изобретению; и

Фиг.4 является видом в перспективе матрицы материала для электретного фильтра.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Изобретатели настоящего изобретения обнаружили класс соединений, которые способны улучшать эксплуатационные характеристики фильтрации материалов для волокнистых фильтров при включении в них этих материалов, улучшать разделение чувствительной к давлению ленты от подложки, сделанной из этих материалов, или и то и другое. Этот класс соединений включает в себя соединения по формуле

где А представляет собой бензол, нафталин или антрацен,

Y¹ и Y² каждый является независимо R²-R³,

R² является связывающей группой сложного эфира или амидной связывающей группой,

R³ представляет собой неразветвленную алкильную группу, имеющую от 10 до 22 атомов углерода,

R¹ есть R²-R³, где R² и R³ каждый является независимо группой, как определено выше, и когда А является бензолом, n равно от 0 до 4, когда А является нафталином, n равно от 0 до 6, а когда А является антраценом, n равно от 0 до 8.

Связывающие группы сложного эфира из R² могут быть независимо друг от друга

-ОСО- и -СОО-.

Амидные связывающие группы из R² могут быть независимо друг от друга -CONH- и -NHCO-.

Алкильные группы из R³ предпочтительно имеют от 12 до 22, от 16 до 22, или даже от 18 до 22 атомов углерода и предпочтительно имеют вид неразветвленной цепи.

Предпочтительно Y² и Y¹ имеют орто-, мета- или пара-положение один по отношению к другому или даже мета- или пара-положение один по отношению к другому, когда связывающей группой является сложный эфир, Y² и Y¹ предпочтительно имеют орто-, мета-, или пара-положение один по отношению к другому, а когда связывающей группой является амид, связывающие группы предпочтительно имеют мета- или пара-положение один по отношению к другому.

Примеры пригодных соединений в соответствии с формулой (I) включают в себя

а конкретнее,

Отдельные примеры пригодных соединений по формуле (I) включают в себя

т.е. бензол-1,3,5-трикарбоновая кислота три-октадецил амид,

т.е. р-финилен дистеариламид,

т.е. дистеарил 2,6-нафталиндикарбоксилат, и

т.е. 2,6-нафталин дистеарамид.

Предпочтительные соединения для использования в материалах для электретных фильтров достаточно стабильны при формирования волокон и полотна, в том числе, к примеру, при воздействии температур по меньшей мере 150°С, по меньшей мере 200°С, по меньшей мере 230°С или даже от примерно 150°С до примерно 330°С.

Пригодные волокнистые материалы для электретных фильтров приготовляются из термопластичного соединения, которое включает в себя смесь (к примеру, гомогенную смесь) соединения по формуле (I) и термопластичной смолы. Соединение по формуле (I) предпочтительно присутствует в термопластичном соединении в количестве от примерно 0,1% по массе до 10% по массе, от примерно 0,2% по массе до 5% по массе, или даже от примерно 0,5 до примерно 2% по массе.

Пригодные термопластичные смолы включают в себя любой термопластичный непроводящий полимер, способный иметь большую величину захваченного заряда при формировании в волокнистое полотно и столкновении со струями воды или потоком водяных капелек. Термопластичная смола, используемая для формирования волокон, должна быть практически свободна от таких материалов как антистатики, которые могут увеличить электропроводность или иным способом препятствовать способности волокон принимать и удерживать электростатические заряды. Предпочтительно термопластичная смола является непроводящей, т.е. имеет удельное сопротивление больше чем 10¹⁴ Ом-см, и способна иметь большую величину захваченного заряда. Способ определения способности смолы иметь большую величину захваченного заряда включает в себя операции, на которых формируют нетканое полотно из этой смолы, измеряют фильтрующие характеристики полотна до соударения со струями воды или потоком водяных капелек, обрабатывают полотно посредством столкновения полотна со струями воды или потоком водяных капелек, высушивают полотно, и затем измеряют фильтрующие характеристики обработанного полотна. Увеличение фильтрующих характеристик является показателем захваченного заряда.

Примеры пригодных термопластичных полимеров, способных приобретать захваченный заряд, включают в себя полиолефины, в том числе, к примеру, полипропилен, полиэтилен, поли-(4-метил-1-пентен), и их комбинации, галогенизированные винильные полимеры (к примеру, поливинилхлорид), полистирол, поликарбонаты, сложные полиэфиры и их комбинации, и сополимеры, образованные из по меньшей мере одного из полипропилена, 4-метил-1-пентена и их комбинаций.

С термопластичным соединением могут быть смешаны различные добавки, в том числе, к примеру, пигменты, УФ стабилизаторы, антиоксиданты и их комбинации.

Смесь термопластичной смолы и добавки может быть приготовлена с использованием любого подходящего способа. Смола и добавка могут быть предварительно смешаны и гранулированы и затем гранулы могут быть экструдированы из расплава. Альтернативно или в дополнение к этому, добавка может быть смешана со смолой в экструдере и затем экструдирована из расплава. Подходящие условия экструдирования в общем случае представляют собой такие условия, которые подходят для экструдирования смолы без добавки.

Смешанная смесь затем формируется в волокна и волокнистое полотно с помощью любого подходящего способа. Волокнистые полотна могут быть изготовлены из множества типов волокон, в том числе, к примеру, микроволокон, полученных аэродинамическим способом из расплава, штапельных волокон, фибрилированных пленок и их комбинаций, с помощью множества способов, в том числе, к примеру, проводимых в воздухе процессов, проводимых в жидкости процессов, гидросцепления, процессов с эжектированием высокоскоростным потоком воздуха, процессов выдувания из расплава и их комбинаций. Пригодные способы формирования волокнистых полотен описаны, например, в патентах США №6827764 (на имя Springett et al.) и 6197709 (на имя Tsai et al.). Пригодный способ формирования микроволокон, полученных аэродинамическим способом из расплава, описан в статье Wente, Van A., «Superfine Thermoplastic Fibers», Industrial Eng. Chemistry, Vol.48, pp.1342-1346, и в Report No.4364 of the Naval Research laboratories, опубликованном 25 мая 1954, озаглавленном, «Manufacture of Super Fine Organic Fibers», авторов Wente и др. Микроволокна, полученные аэродинамическим способом из расплава, предпочтительно имеют эффективный диаметр волокна в диапазоне от менее 1 мкм до 50 мкм, как рассчитано в соответствии со способом, сформулированным в издании Davies, C.N., «The Separation of Airborne Dust and Particles», Institution of Mechanical Engineers, London, Proceedings IB, 1952.

Наличие штапельных волокон обеспечивает более воздушное, менее плотное полотно, чем полотно, созданное только из микроволокон, полученных аэродинимическим способом из расплава. Пригодное для электретов полотно содержит не более примерно 90% по массе штапельных волокон, или даже не более примерно 70% по массе штапельных волокон. Полотна, содержащие штапельные волокна, раскрыты в патенте США №4118531 (на имя Hauser).

Волокна могут быть образованы из одной смолы, смеси смол, ряда смол в многослойной конфигурации (к примеру, конфигурации сердцевина/оболочка) и их комбинаций.

Электреты, которые включают в себя нетканое полимерное волокнистое полотно, предпочтительно имеют основную массу примерно по меньшей мере 2 грамма на квадратный метр (г/м²), в диапазоне от примерно 10 г/м² до примерно 500 г/м², или даже от примерно 10 г/м² до примерно 150 г/м². Толщина нетканого полимерного волокнистого полотна предпочтительно изменяется от примерно 0,25 мм до примерно 20 мм, или даже от примерно 0,5 мм до 2 мм.

Нетканые полимерные полотна электрета могут также включать в себя твердые частицы, как раскрыто, например, в патентах США №3971373 (на имя Braun), 4100324 (на имя Anderson) и 4429001 (на имя Koplin et al.).

Заряжание волокон для получения электретного изделия может быть достигнуто с помощью множества способов, в том числе, к примеру, гидрозаряжанием, т.е. контактированием волокон с водой способом, достаточным для придания волокнам заряда, с последующей сушкой изделия, и заряжанием коронным разрядом постоянного тока. Один пример пригодного процесса гидрозаряжания включает в себя этапы, на которых: сталкивают струи воды или потока водяных капелек с изделием под давлением и в течение времени, достаточного для того, чтобы придать полотну электретный заряд, улучшающий фильтрацию, и затем высушивают изделие. Давление, необходимое для оптимизации электретного заряда, приданного изделию для улучшения фильтрации, будет изменяться в зависимости от типа используемого распылителя, типа полимера, из которого образовано изделие, типа и концентрации добавок к полимеру, и толщины и плотности изделия. Подходящими могут быть давления от примерно 10 фунт/кв. дюйм до примерно 500 фунт/кв. дюйм (69 кПа до 3450 кПа). Струи воды или поток водяных капелек могут быть обеспечены любым подходящим распылительным устройством. Одним примером подходящего распылительного устройства является устройство, используемое для гидравлического перепутывания волокон. Пример подходящего способа гидрозаряжания описан в патенте США №5.496.507 (на имя Andadjivand et al.). Другие способы описаны в патентах США 6824718 на имя Eitzman et al., 6743464 на имя Insley et al., 6454986, 6406657 на имя Eitzman et al. и 6375886 на имя Andadjivand et al.

Примеры подходящих процессов коронного разряда на постоянном токе описаны в патенте США Re. 30782 (на имя van Turnhout), патенте США Re. 31285 (на имя van Turnhout), патенте США Re. 32171 (на имя van Turnhout), патенте США 4375718 (на имя Wardsworth et al.), патенте США 5401446 (на имя Wardsworth et al.), патенте США 4588537 (на имя Klasse et al.) и патенте США 4592815 (на имя Nakao).

Волокнистые электреты предпочтительно проявляют хорошие эксплуатационные характеристики фильтрации. Одной мерой фильтрующей характеристики является то, насколько хорошо волокнистый электрет поддерживает свой коэффициент добротности во время испытания с аэрозолем. Коэффициент добротности может быть рассчитан из результатов, полученных из испытания на начальное проникновение диоктила («DOP») («DOP тест»). DOP тест также обеспечивает относительную меру состояния заряда в фильтре. Процедура DOP теста включает в себя воздействие DOP аэрозолем при лобовой скорости 6,9 см/сек в течение примерно 30 секунд через образец, измерение падения давления по образцу (PressureDrop, измеренное в мм H₂O) при помощи дифференциального манометра, и измерение процента проникновения DOP (DOPPen %). Коэффициент добротности (QF) (измеренный в 1/мм H₂O) может быть рассчитан из этих величин в соответствии со следующей формулой:

Чем выше коэффициент добротности при заданной скорости потока, тем лучше фильтрующие характеристики электрета. Волокнистые электреты предпочтительно проявляют начальный коэффициент добротности (Q₀) по меньшей мере 0,6/мм Н₂О или даже по меньшей мере 1,2/мм Н₂О и коэффициент добротности после ускоренного старения (Q₃) 0,5/мм Н₂О или даже по меньшей мере 1/мм Н₂О.

Электрет в виде пленки также может быть образован из вышеописанных термопластичных соединений (к примеру, смеси вышеописанной термопластичной смолы и по меньшей мере одного соединения по формуле (I)). Изложенные выше термопластичные смолы и способы заряжания также хорошо подходят для образования электретной пленки и включены сюда. Примером подходящего способа для измерения заряженной природы электретной пленки является поверхностный потенциал. Предпочтительно электретные пленки проявляют поверхностный потенциал с абсолютным значением более 50 милливольт (мВ), более 100 мВ, более 200 мВ, более 400 мВ, или даже более 500 мВ. Электретные пленки пригодны во множестве приложений, в том числе, к примеру, в пьезоэлектрических пленках.

Соединения по формуле (I) также хорошо подходят для использования при производстве разделяющихся поверхностей. Отделяющаяся поверхность - это поверхность изделия, предпочтительно пленка, которая проявляет низкое прилипание с адгезивом, например с чувствительным к давлению адгезивом. Термин «низкое прилипание» относится к степени адгезии, которое обеспечивает разделение между адгезивом и поверхностью раздела отделяющейся поверхности. Во многих применениях лент отделяющаяся поверхность объединена с по меньшей мере одной другой подложкой и адгезивом. Эту отделяющуюся подложку часто называют основой с малой адгезией или LAB. LAB обычно имеют значение усилия разделения меньше чем примерно 50 Н/дм. LAB хорошо подходят для адгезионных лент в виде рулона, где использование требует разматывания ленты из рулона.

Отделяющаяся поверхность готовится из соединения, которое включает в себя термопластичную смолу и соединение по формуле (I). Термопластичные смолы, пригодные для образования отделяющихся поверхностей, включают в себя, к примеру, этилен винил сополимеры, модифицированные этилен винил ацетат сополимеры, полиолефины (к примеру, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, поли-4-метилпентен), полиамиды (к примеру, нейлон), полистирол, сложный полиэфир, сополиэфир, поливинилхлорид, поливинилацетат, сополимеры этилена и пропилена, пропилен и бутилен, и этилен и бутилакрилат, термопластичные резиновые блоксополимеры, в том числе стирол-бутадиен-стирол, стирол-изопрен-стирол, стирол-этилен-бутадиен-стирол, и стирол-этилен-пропилен-стирол, и их смеси. Любой пригодный способ может быть использован для приготовления соединения для отделяющейся поверхности, в том числе, к примеру, смешивание в расплаве, смешивание растворителей, физическое смешивание (к примеру, взбалтывание и встряхивание) и их комбинации.

Соединение для отделяющейся поверхности предпочтительно включает в себя соединение в соответствии с формулой (I) в количестве по меньшей мере примерно 0,05% по массе, по меньшей мере примерно 0,1% по массе, от примерно 0,1% по массе до примерно 2,0% по массе, от примерно 0,1% по массе до примерно 1,0% по массе, или даже примерно 0,5% по массе.

Соединение для отделяющейся поверхности может также включать в себя множество других компонентов, в том числе, к примеру, УФ стабилизаторы.

Отделяющаяся поверхность может быть образована с использованием любого подходящего способа для образования пленки, в том числе, к примеру, экструзию.

Отделяющаяся поверхность может быть обеспечена во множестве видов, в том числе, к примеру, LAB для чувствительных к давлению липких лент (к примеру, рулонов односторонней ленты). Примеры подложек, на которые может быть нанесено разделительное соединение, включают в себя термопластичные полимеры, металлы, тканые полотна, пены, керамику, бумагу и их комбинации. Особенно удобная процедура для подготовки соединений, представленных формулой (I) и включающих связывающую группу сложного эфира, происходит в соответствии со следующей Схемой I:

Этот процесс включает в себя этап, на котором осуществляют реагирование групп карбоновых кислот, присутствующих на ароматическом соединении (к примеру, бензол, нафталин или антрацен), с тионилхлоридом в условиях орошения при температуре и в течение времени, достаточных для того, чтобы обеспечить замещение гидроксильных групп атомом галогена, чтобы образовать галоидангидрид. Результирующее соединение затем охлаждается и избыточный тионил хлорид выпаривается. Соединение затем помещается в подходящий негидроксильный растворитель (к примеру, гексан, толуол, этилацетат и хлороформ), и выпаривается до сухости, чтобы получить галогенид кислоты. Галоидангидрид затем соединяется со спиртом с неразветвленной цепью, имеющим от 10 до 22 атомов углерода, в условиях сильного нагрева и помешивания в течение времени, достаточного для того, чтобы максимизировать замещение группы хлора на алкоксигруппы, чтобы образовать сложный эфир. Пригодные спирты с неразветвленной цепью включают в себя стеариловый спирт, бегениловый спирт и пальмитиновый спирт. Соединение затем рекристаллизуется из подходящего растворителя (к примеру, изопропилового спирта).

Особенно пригодная процедура для приготовления соединений, представленных формулой (I) и включающих в себя амидную связывающую группу, происходит в соответствии со следующей Схемой II:

Этот процесс включает в себя этапы, на которых осуществляют контактирование ароматического соединения (к примеру, бензола, нафталина или антрацена), имеющего по меньшей мере две алкилкарбоксилатгруппы, с неразветвленным алкиламином, имеющим от 10 до 22 атомов углерода, в колбе смолы, оборудованной механической мешалкой, и помешивают смесь при соответствующей повышенной температуре в течение времени, достаточного для замещения алкоксилгрупп на алкиламидгруппы (к примеру, 210°С в течение 5¹/₂ часов). Результирующий продукт охлаждается до комнатной температуры и рекристаллизуется из подходящего органического растворителя (к примеру, ксилола), чтобы образовать густую суспензию, которая затем разбавляется изопропиловым спиртом, собирается в бюхнеровскую воронку и промывается подходящим растворителем (к примеру, изопропиловым спиртом). Твердый продукт затем высушивается при нагревании и в вакууме.

Электреты, образованные описанными здесь способами, пригодны для множества приложений, в том числе, к примеру, в качестве электростатических элементов в электроакустических устройствах, таких как микрофоны, наушники и громкоговорители, фильтрах для жидкости, устройствах для контроля частиц пыли, к примеру, в высоковольтных электростатических генераторах, электростатических устройствах записи, респираторах (к примеру, предварительных фильтрах, коробках противогаза и сменных патронах), отоплении, вентиляции (к примеру, на транспортных средствах и в зданиях (к примеру, домах, офисных зданиях и многоквартирных домах)), кондиционирование воздуха и масок для защиты лица. Изобретенный материал для электретного фильтра особенно пригоден для использования в качестве волокнистого материала воздушного фильтра в респираторе. Волокнистый фильтрационный материал также может быть использован в патроне фильтра, который прикреплен (съемно или иначе) к лицевой части (см., к примеру, патенты США 6895960 на имя Fabin, 6883518 на имя Mittelstadt et al. и 6874499 на имя Viner et al.), или он может использоваться в корпусе маски, которая помещается на нос и рот человека (см., к примеру, патенты США 6923182 на имя Angadjivand et al., 6886563 на имя Bostock et al., 5307796 на имя Kronzer et al., 4827924 на имя Japuntich, 4807619 на имя Dyrud et al. и 4536440 на имя Berg).

Фиг.1 показывает пример фильтрующей маски 10 для защиты лица, которая может быть построена так, чтобы содержать электретный фильтрационный материал. В общем случае чашеобразная часть 12 корпуса подгоняется так, чтобы одеваться на нос и рот пользователя. Часть 12 корпуса является пористой, так что вдыхаемый воздух может проходить через нее. Материал для электретного фильтра расположен в корпусе 12 маски (обычно над практически всей поверхностной областью), чтобы удалять загрязнения их вдыхаемого воздуха. Плотно прилегающий носовой зажим 13 может быть помещен на корпусе маски, чтобы помогать поддерживать плотную посадку на нос пользователя. Носовой зажим может быть «М-образным» зажимом, как описано в патенте США на промышленный образец 412573 и в патенте США 5558089 на имя Castiglione. Может быть предусмотрена система 14 завязок или ремней для того, чтобы поддерживать корпус 12 маски на лице пользователя. Хотя на Фиг.1 показана система с двумя завязками, ремни 14 могут использовать только одну завязку 16, и она может быть выполнена во множестве других конфигураций, в том числе, к примеру, конфигураций, которые раскрыты в патентах США 4827924 на имя Japuntich et al., 5237986 на имя Seppalla et al. и 5464010 на имя Byram. Выдыхательный клапан может быть установлен на корпусе маски для того, чтобы быстро очищать выдыхаемый воздух из внутренней части маски. Примеры пригодных выдыхательных клапанов раскрыты в патентах США 5325892, 5509436, 6843248 и 6854463 на имя Japuntich et al., и RE 37974 на имя Bowers.

Фиг.2 показывает пример поперечного сечения корпуса 12 маски. Корпус 12 маски может иметь множество слоев, как показано ссылочными позициями 18, 20 и 22. Материал для электретного фильтра может поддерживаться другими слоями, такими как формирующие слои, которые сделаны из термически связанных волокон, таких как бикомпонентные волокна, которые имеют внешний термопластичный компонент, который дает возможность волокнам связываться с другими волокнами в точках пересечения волокон. Слой 18 может быть внешним формирующим слоем, слой 20 может быть фильтрующим слоем, а слой 22 может быть внутренним формирующим слоем. Формирующие слои 18 и 22 поддерживают фильтрующий слой 20 и обеспечивают форму корпуса 12 маски. По меньшей мере один из слоев 18, 20, 22 корпуса маски включает в себя материал для электретного фильтра. Хотя термин в данном описании используется «формирующие слои», формирующие слои также обладают другими функциями, которые в случае самого дальнего от середины слоя могут быть даже основной функцией, такой как защита фильтрующего слоя и предварительная фильтрация газообразного потока. Также, хотя используется термин «слой», один слой может включать в себя несколько подслоев, собранных для того, чтобы получить желательные толщину и вес. В некоторых вариантах осуществления только один, в общем случае внутренний, формирующий слой включен в маску для защиты лица, но формирование может быть выполнено более надежно и удобно, если используются два формирующих слоя, например, по одному на каждой стороне фильтрующего слоя, как показано на Фиг.2. Формирующие слои описаны, например, в патенте США 4536440 на имя Berg, 4807619 на имя Dyrud et al., 5307796 на имя Kronzer et al., 5374458 на имя Burgio и 4850347 на имя Skov. Хотя показанный корпус маски, приведенный на Фиг.1 и 2, имеет в общем случае круглую чашеобразную конфигурацию, корпус маски может иметь другие формы, как описано, например, в патенте США 4883547 на имя Japuntich.

Фиг.3 показывает респиратор 24, который включает в себя фильтр, который содержит электретное изделие. Респиратор 24 включает в себя эластомерный корпус 26 маски, который имеет патрон 28 фильтра, прикрепленный к нему. Корпус 26 маски обычно включает в себя эластомерную лицевую часть 30, которая удобно подогнана поверх носа и рта человека. Патрон 28 фильтра содержит материал для электретного фильтра для захвата загрязнителей до того, как они вдыхаются пользователем. Фильтрующий элемент может включать в себя изделие для электретного фильтра само по себе или в соединении с другими фильтрами, в том числе, к примеру, газовый фильтр, такой как слой активированного угля. Пористые покрытие или экран 32 могут быть предусмотрены на патроне фильтра, чтобы защитить внешнюю поверхность фильтрующего элемента. Примеры других патронов фильтра, в которых может быть использован материал для электретного фильтра, включают в себя патроны фильтров, раскрытые в патенте США № Re. 35062 на имя Brostrom et al. или в патенте США 5062421 на имя Burn и Reischel. Множество патронов фильтров могут использоваться в одном и том же респираторе. Патроны также могут быть удаляемыми и заменяемыми. Фильтрующий материал может также использоваться в патронах фильтров механизированных респираторов для очистки воздуха (PAPRs). Примеры PAPRs приведены в патентах США 6666209 на имя Bennett et al. и 6575165 на имя Cook et al. Фильтрующий материал может также использоваться в патронах фильтров для аварийных противогазов, примеры которых раскрыты в патенте США D480476 на имя Martinson et al. и 6302103, 6371116 и 6701925 на имя Resnick.

Фиг.4 показывает перспективное изображение матрицы 40 материалов для фильтрации. Структура матрицы 40 включает в себя множество протоков 42, которые определяют впускные отверстия 43 на первой стороне 44 матрицы 40, и имеет выпускные отвер