DE69920227T2

DE69920227T2 - Fluoriertes elektret

Info

Publication number: DE69920227T2
Application number: DE69920227T
Authority: DE
Inventors: E. Marvin JONES; S. Christopher LYONS; B. David REDMOND; L. Jeffrey SOLOMON; A. Seyed ANGADJIVAND
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: KR20010053339A; US6432175B1; DE69920227D1; US6409806B1; US6808551B2; CA2334806A1; US6562112B2; JP2002519483A; AU4700299A; US6397458B1; US20040207125A1; US6660210B2; ES2228063T3; US20020152892A1; JP4440470B2; AU750831B2; WO2000001737A1; US20030177908A1; EP1093474B1; US20040065196A1

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von fluorierten Elektreten.
Die Filtereigenschaften von polymeren Vliesfasergeweben können verbessert werden, indem das Gewebe in ein Elektret, d.h. ein dielektrisches Material, das eine gleichsam permanente elektrische Ladung aufweist, umgewandelt wird. Elektrete sind wirksam bei der Verbesserung des Einfangens von Partikeln in Aerosolfiltern. Elektrete sind in einer Vielzahl von verschiedenen Vorrichtungen verwendbar, umfassend z.B. Luftfilter, Gesichtsmasken und Atemschutzgeräte, und als elektrostatische Elemente in elektroakustischen Vorrichtungen, wie z.B. Mikrofonen, Kopfhörern und elektrostatischen Rekordern.
Elektrete werden derzeit durch eine Vielzahl an verschiedenen Verfahren hergestellt, umfassend Gleichstrom-("DC")Koronaladung (siehe z.B. US-Patentschrift 30,782 (van Turnhout)) und Hydroladung (siehe z.B. US-Patentschrift 5,496,507 (Angadjivand et al.)), und können verbessert werden durch Einbauen von Fluorchemikalien in die Schmelze, die verwendet wird, um die Fasern von manchen Elektreten herzustellen (siehe z.B. US-Patentschrift 5,025,052 (Crater et al.)).
Viele der Partikel und Verunreinigungen, mit denen Elektretfilter in Kontakt kommen, stören die Filterfähigkeit der Gewebe. Flüssige Aerosole zum Beispiel, insbesondere ölige Aerosole, neigen dazu, zu verursachen, dass Elektretfilter ihre Elektret-verbesserte Filterwirksamkeit verlieren (siehe z.B. US-Patentschrift 5,411,576 (Jones et al.)).
Zahlreiche Verfahren sind entwickelt worden, um den Verlust der Filterwirksamkeit zu kompensieren. Ein Verfahren umfasst das Steigern der Menge des polymeren Vliesgewebes im Elektretfilter durch Hinzufügen von Gewebelagen oder Steigern der Dicke des Elektretfilters. Das zusätzliche Gewebe erhöht allerdings den Atmungswiderstand des Elektretfilters, verleiht dem Elektretfilter zusätzliches Gewicht und Volumen und erhöht die Kosten des Elektretfilters. Ein anderes Verfahren zum Verbessern der Widerstandsfähigkeit eines Elektretfilters gegen ölige Aerosole umfasst das Bilden des Elektretfilters aus Harzen, die schmelzverarbeitbare fluorchemische Zusatzstoffe, wie z.B. fluorchemische Oxazolidinone, fluorchemische Piperazine und perfluorierte Alkane umfassen. (Siehe z.B. US-Patentschrift 5,025,052 (Crater et al.)). Die Fluorchemikalien sollten schmelzverarbeitbar sein, d.h, unter den Schmelzverarbeitungsbedingungen, die verwendet werden, um die Mikrofasern zu bilden, die in den Fasergeweben mancher Elektrete verwendet werden, im Wesentlichen keinen Abbau erleiden. (Siehe z.B. WO 97/07272 (Minnesota Mining and Manufacturing)). EP-A-0 850 692 beschreibt einen elektrostatischen Filter, der eine Faserkomponente umfassend ein Gemisch aus Wolle und synthetischen Fasern und eine Harzkomponente umfassend ein Perfluoralkylacrylat-Copolymerharz und ein P-tertbutylphenol-Formaldehydharz umfasst, wobei die Harzkomponente sich an die Faserkomponente heftet und wobei sowohl die Fasersubstratkomponente als auch die Harzkomponente in elektrostatisch geladenem Zustand sind.
US-A-5,110,620 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Elektretblattes umfassend den Schritt des Bereitstellens einer Oberfläche aus einem porösen Blatt mit wenigstens einem festen Material in Partikelform, das in verschiedenen Intervallen auf der Oberfläche beabstandet ist, wobei das Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (1) organischen Materialien, die bei Raumtemperatur fest sind und aus organischen Carboxylsäuren, Metallsalzen von Carboxylsäuren, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polya mid, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Cellulose oder Polyvinylalkohol bestehen; (2) bestimmten anorganischen Materialien und (3) bestimmten metallischen Materialien; und den Schritt des nachfolgenden Elektrifizierens des porösen Blattes, das das feste Material auf seiner Oberfläche aufweist.
EP-A-0 616 831 betrifft ein ölnebelbeständiges Elektretfiltermedium umfassend Polypropylenelektretfasern und einen schmelzverarbeitbaren fluorchemischen Zusatzstoff, wobei der Zusatzstoff einen Schmelzpunkt von mindestens 25°C und eine Molekülmasse von 500 bis 2500 aufweist.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Elektret, das einen polymeren Gegenstand mit modifizierter Oberfläche umfasst, der Oberflächenfluorierung, hergestellt durch Fluorieren eines polymeren Gegenstandes, aufweist. In einer Ausführungsform umfasst der Gegenstand mindestens 45 Atom-% Fluor, wie durch ESCA nachgewiesen. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Gegenstand ein CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,25, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt. In anderen Ausführungsformen umfasst der Gegenstand ein CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt.
In einer Ausführungsform weist der Gegenstand einen Gütegrad von mindestens 0,25/mmH₂O (vorzugsweise mindestens 0,5/mmH₂O, mehr bevorzugt mindestens 1/mmH₂O) auf.
In manchen Ausführungsformen umfasst der Gegenstand ein polymeres Vliesfasergewebe. Beispiele für geeignete Fasern für das polymere Vliesfasergewebe umfassen Polycarbonat, Polyolefin, Polyester, halogeniertes Polyvinyl, Polystyrol und Kombinationen davon. Besonders nützliche Fasern umfassen Polypropylen, Poly-(4- methyl-1-penten) und Kombinationen davon in einer Ausführungsform umfasst der Gegenstand schmelzgeblasene Mikrofasern.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Elektret, das einen polymeren Gegenstand umfasst, der mindestens 45 Atom-% Fluor aufweist, wie durch ESCA nachgewiesen, und ein CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Elektret mindestens 50 Atom-% Fluor, wie durch ESCA nachgewiesen, und ein CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt.
In anderen Aspekten betrifft die Erfindung ein Atemschutzgerät, das die oben beschriebenen Elektrete umfasst. In noch anderen Aspekten betrifft die Erfindung einen Filter, der die oben beschriebenen Elektrete umfasst.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrets, das umfasst: (a) Fluorieren eines polymeren Gegenstandes, um einen Gegenstand mit Oberflächenfluorierung herzustellen; und (b) Laden des fluorierten Gegenstandes in einer Weise, die zur Herstellung eines Elektrets ausreichend ist. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Laden des fluorierten Gegenstandes durch Inkontaktbringen des fluorierten Gegenstandes mit Wasser in einer Weise, welche zur Herstellung eines Elektrets ausreichend ist, und das Trocknen des Gegenstandes. Das Verfahren ist nützlich zur Herstellung der oben beschriebenen Elektrete. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Laden des fluorierten Gegenstandes durch Aufprallen von Wasserstrahlen oder eines Stroms von Wassertröpfchen auf den fluorierten Gegenstand mit einem Druck und für eine Zeitdauer, welche/r zur Her- stellung eines Elektrets ausreichend ist, und das Trocknen des Gegenstandes.
In anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Fluorieren eines polymeren Gegenstandes in Gegenwart einer elektrischen Entladung (z.B. einer Wechselstromkoronaentladung bei Atmosphärendruck), um einen fluorierten Gegenstand herzustellen. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Fluorieren des polymeren Gegenstandes in einer Atmosphäre, die aus der Gruppe elementares Fluor, Fluorkohlenstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe, fluorierter Schwefel, fluorierter Stickstoff und Kombinationen davon, ausgewählte fluorhaltige Verbindungen umfasst. Beispiele für geeignete fluorhaltige Verbindungen umfassen C₅F₁₂, C₂F₆, CF₄, Hexafluorpropylen, SF₆, NF₃ und Kombinationen davon.
In anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Fluorieren des polymeren Gegenstandes in einer Atmosphäre, die elementares Fluor umfasst.
In anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur Herstellung des Elektrets: (A) Fluorieren eines polymeren Vliesfasergewebes (i) in einer Atmosphäre, die fluorhaltige Verbindungen und ein inertes Gas umfasst, und (ii) in Gegenwart einer elektrischen Entladung, um ein Gewebe mit Oberflächenfluorierung herzustellen; und (B) Laden des fluorierten Gewebes in einer Weise, die zur Herstellung eines Elektrets ausreichend ist.
In anderen Aspekten betrifft die Erfindung ein Filterverfahren, welches das Durchleiten eines Aerosols durch die oben beschriebenen Elektrete umfasst, um Verunreinigungen zu entfernen.
Die fluorierten Elektrete der Erfindung weisen eine verhältnismäßig hohe Widerstandsfähigkeit gegen Ölnebel im Vergleich zu nicht fluorierten Elektreten auf.
Im Bezug auf die Erfindung weisen diese Ausdrucke die nachfolgend angeführte Bedeutung auf:
"Elektret" bedeutet ein dielektrisches Material, das eine quasipermanente elektrische Ladung aufweist. Der Ausdruck "quasipermanent" bedeutet, dass die Zeitkonstanten, die für den Abfall der Ladung charakteristisch sind, viel länger sind als der Zeitraum, über den das Elektret verwendet wird;
"oberflächenmodifiziert" bedeutet, dass die chemische Struktur an der Oberfläche von ihrem ursprünglichen Zustand verändert worden ist;
"Oberflächenfluorierung" bedeutet die Gegenwart von Fluoratomen auf einer Oberfläche (z.B. der Oberfläche eines Gegenstandes);
"fluorhaltige Verbindungen" bedeutet Moleküle und Teile, die Fluoratome, umfassend z.B. Fluoratome, elementares Fluor und fluorhaltige Radikale, enthalten;
"Fluorieren" bedeutet das Anordnen von Fluoratomen an der Oberfläche eines Gegenstandes durch Übertragen von fluorhaltigen Verbindungen von einer Gasphase auf den Gegenstand durch chemische Reaktion, Sorption, Kondensation oder andere geeignete Mittel;
"Aerosol" bedeutet ein Gas, das suspendierte Partikel in fester oder flüssiger Form enthält;
und
"Verunreinigungen" bedeutet Partikel und/oder andere Substanzen, die im Allgemeinen nicht für Partikel gehalten werden können (z.B. organische Dämpfe).
1 ist ein Diagramm für % DOP-Durchtritt zu DOP-Befüllung für Beispiel 36 und 37.
2 ist ein Diagramm für % DOP-Durchtritt zu DOP-Befüllung für Beispiel 38 und 39.
3 ist ein Diagramm für % DOP-Durchtritt zu DOP-Befüllung für Beispiel 40.
Das Elektret umfasst einen polymeren Gegenstand mit modifizierter Oberfläche (z.B. ein polymeres Vliesfasergewebe), der durch Fluorieren des polymeren Gegenstandes hergestellt wird. Die Elektrete weisen vorzugsweise eine ausreichende Oberflächenfluorierung auf, um Widerstandsfähigkeit gegen Ölnebel bereit zu stellen. Ein Maß für die Widerstandsfähigkeit gegen Ölnebel ist, wie gut das Elektret seinen Gütegrad aufrechterhält, während es einem Aerosol ausgesetzt ist. Der Gütegrad kann aus Ergebnissen berechnet werden, die vom Dioctylphthalat ("DOP")-Anfangsdurchtrittstest ("DOP-Test") erzielt werden. Der DOP-Test stellt auch ein relatives Maß für den Ladungszustand des Filters bereit. Das DOP-Testverfahren umfasst das Drücken von DOP-Aerosol durch die Probe bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von 6,9 cm/Sekunde für einen Zeitraum von etwa 30 Sekunden, Messen des Druckabfalles auf der Probe (Druckabfall gemessen in mmH₂O) mit einem Differentialmanometer und Messen des prozentuellen DOP-Durchtritts (DOPPen %).
Der Gütegrad (QF) (gemessen in 1/mmH₂O) kann aus diesen Werten gemäß der folgenden Formel berechnet werden:
Je höher der Gütegrad bei einer gegebenen Fließgeschwindigkeit, desto besser ist die Filterleistung des Elektrets.
Bevorzugte Elektrete weisen einen Gütegrad von mindestens etwa 0,25/mmH₂O, vorzugsweise mindestens etwa 0,5/mmH₂O, mehr bevorzugt mindestens etwa 1,0/mmH₂O auf.
Elektronenspektroskopie für chemische Analyse ("ESCA") (auch bekannt als Röntgenfotoelektronen-Spektroskopie ("XPS")) stellt ein Maß für Oberflächenfluorierung bereit. Vorzugsweise weist die Oberfläche des Elektrets mindestens etwa 45 Atom-% Fluor, mehr bevorzugt mindestens etwa 50 Atom-% Fluor auf, wenn sie durch ESCA analysiert wird. ESCA analysiert die elementare Zusammensetzung der äußersten Oberfläche (d.h. ungefähr 1 bis 5 mm (10 bis 50 A)) eines Probestücks. ESCA kann verwendet werden, um alle Elemente im Periodensystem nachzuweisen außer Helium und Wasserstoff.
Das Elektret weist auch ein CF₃:CF₂-Verhältnis an der Oberfläche des Elektrets von mindestens etwa 0,25, vorzugsweise mindestens etwa 0,45 und mehr bevorzugt größer als 0,9 auf, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung des CF₃:CF₂-Verhältnisses bestimmt, das im Beispielabschnitt nachfolgend angeführt ist.
In einer Ausführungsform umfassen die Elektrete polymere Vliesfasergewebe, die Fasern wie z.B. schmelzgeblasene Mikrofasern, Stapelfasern, fibrillierte Filme und Kombinationen davon umfassen. Die Fasern können aus Harzen gebildet werden. Vorzugsweise ist das Harz ein thermoplastisches Nichtleiterharz, d.h. es weist einen Widerstand von mehr als 10¹⁴ Ohm-cm auf. Das Harz, das verwendet wird, um die Fasern zu bilden, sollte im Wesentlichen frei von Materialien wie z.B. antistatischen Mitteln sein, welche die elektrische Leitfähigkeit erhöhen könnten oder auf andere Weise die Fähig keit der Fasern stören könnte, elektrostatische Ladungen anzunehmen und zu halten.
Beispiele für nützliche thermoplastische Harze umfassen Polyolefine, wie z.B. Polypropylen, Polyethylen, Poly-(4-methyl-1-penten) und Kombinationen davon, halogenierte Vinylpolymere (z.B. Polyvinylchlorid), Polystyrol, Polycarbonate, Polyester und Kombinationen davon.
Zusatzstoffe können mit dem Harz gemischt werden, umfassend z.B. Pigment, UV-Stabilisatoren, Antioxidanzien und Kombinationen davon.
Das Elektret kann ein Vliesgewebe umfassen, das Polymerfasern enthält, umfassend Mikrofasern, wie z.B. schmelzgeblasene Mikrofasern. Schmelzgeblasene Mikrofasern können hergestellt werden, wie in Wente, Van A., "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Eng. Chemistry, Vol. 48, S. 1342-1346 und in Report Nr. 4364 der Naval Research Laboratories, veröffentlicht am 25. Mai 1954 mit dem Titel "Manufacture of Super fine Organic Fibers" von Wente et al., beschrieben. Schmelzgeblasene Mikrofasern weisen vorzugsweise einen wirksamen Faserdurchmesser im Bereich von weniger als 1 bis 50 Mikrometer (μm) auf, wie gemäß dem Verfahren berechnet, das in Davies, C.N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952, beschrieben.
Geblasene Mikrofasern für Faserelektretfilter weisen typischerweise einen wirksamen Faserdurchmesser von etwa 3 bis 30 Mikrometer, vorzugsweise etwa 7 bis 15 Mikrometer auf.
Die Gegenwart von Stapelfasern stellt ein voluminöseres, weniger dichtes Gewebe bereit als bei einer Bahn, die nur aus schmelzgeblasenen Mikrofasern aufgebaut ist. Vorzugsweise enthält das Elektret mehr als 70 Gewichts-% Stapelfasern. Gewebe, die Stapelfasern enthalten, sind in US-Patentschrift 4,118,531 (Hauser) offenbart.
Elektrete, die ein polymeres Vliesfasergewebe umfassen, weisen vorzugsweise ein Flächengewicht im Bereich von etwa 10 bis 500 g/m², mehr bevorzugt etwa 10 bis 100 g/m² auf. Die Dicke des polymeren Vliesfasergewebes beträgt vorzugsweise etwa 0,25 bis 20 mm, mehr bevorzugt etwa 0,5 bis 2 mm.
Die polymeren Vliesgewebe des Elektrets können auch partikuläre Stoffe umfassen, wie zum Beispiel in US-Patentschrift 3,971,373 (Braun), 4,100,324 (Anderson) und 4,429,001 (Kolpin et al.) offenbart.
Elektretherstellung
Die Elektrete können hergestellt werden durch Fluorieren eines polymeren Gegenstandes, wahlweise in Gegenwart einer oberflächenmodifizierenden elektrischen Entladung, und Laden des fluorierten Gegenstandes zur Herstellung eines Elektrets.
Das Fluorierungsverfahren umfasst das Modifizieren der Oberfläche des polymeren Gegenstandes, um Fluoratome zu enthalten, indem der polymere Gegenstand einer Atmosphäre ausgesetzt wird, die fluorhaltige Verbindungen beinhaltet. Das Fluorierungsverfahren kann bei Atmosphärendruck oder unter verringertem Druck durchgeführt werden. Das Fluorierungsverfahren wird vorzugsweise in einer kontrollierten Atmosphäre durchgeführt, um zu verhindern, dass Verunreinigungen die Zugabe von Fluoratomen zur Oberfläche des Gegenstandes stören. Die Atmosphäre sollte im Wesentlichen frei von Sauerstoff und anderen Verunreinigungen sein. Vorzugsweise enthält die Atmosphäre weniger als 0,1% Sauerstoff.
Die fluorhaltigen Verbindungen, die in der Atmosphäre vorliegen, können von fluorierten Verbindungen abgelei tet werden, die bei Raumtemperatur zu Gasen" werden, wenn sie erhitzt werden zu Gasen werden, oder in der Lage sind, verdampft zu werden. Beispiele für nützliche Quellen von fluorhaltigen Verbindungen umfassen Fluoratome, elementares Fluor, Fluorkohlenstoffe (z.B. C₅F₁₂, C₂F₆, CF₄ und Hexafluorpropylen), Hydrofluorkohlenstoffe (z.B. CF₃H), fluorierten Schwefel (z.B. SF₆), fluorierten Stickstoff (z.B. NF₃), Fluorchemikalien wie z.B. CF₃OCF₃ und Fluorchemikalien, die unter der Handelsbezeichnung Fluorinert erhältlich sind, wie z.B. Fluorinert FC-43 (im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, Minnesota), und Kombinationen davon.
Die Atmosphäre von fluorhaltigen Verbindungen kann auch ein inertes Verdünnungsgas umfassen, wie z.B. Helium, Argon, Stickstoff und Kombinationen davon.
Die elektrische Entladung, die während des Fluorierungsverfahrens angewendet wird, ist in der Lage, die Oberflächenchemie des polymeren Gegenstandes zu modifizieren, wenn sie in Gegenwart einer Quelle von fluorhaltigen Verbindungen angewendet wird. Die elektrische Entladung erfolgt in Form von Plasma, z.B. Niederdruckplasma, Koronaplasma, Dunkelentladungsplasma (auch als dielektrisches Barrierenentladungsplasma und Wechselstrom-("AC")-Koronaentladung bezeichnet) und Hybridplasma, z.B. Niederdruckplasma bei Atmosphärendruck und Pseudoglimmentladung. Vorzugsweise ist das Plasma ein AC-Koronaentladungsplasma bei Atmosphärendruck. Beispiele für nützliche elektrische Entladungsverfahren zur Oberflächenmodifizierung sind in US-Patentschrift 5,244,780, US-Patentschrift 4,828,871 und US-Patentschrift 4,844,979 beschrieben.
Ein anderes Fluorierungsverfahren umfasst das Eintauchen eines polymeren Gegenstandes in eine Flüssigkeit, die inert in Bezug auf elementares Fluor ist, und das Blasen von elementarem Fluorgas durch die Flüssigkeit, um einen Gegenstand mit modifizierter Oberfläche herzustellen. Beispiele für nützliche Flüssigkeiten, die in Bezug auf Fluor inert sind, umfassen perhalogenierte Flüssigkeiten, z.B. perfluorierte Flüssigkeiten wie z.B. Performance Fluid PF 5052 (im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company). Das elementares Fluor enthaltende Gas, das durch die Flüssigkeit geblasen wird, kann ein inertes Gas umfassen, wie z.B. Stickstoff, Argon, Helium und Kombinationen davon.
Das Laden des polymeren Gegenstandes, um ein Elektret herzustellen, kann unter Anwendung einer großen Zahl verschiedener Techniken durchgeführt werden, umfassend z.B. Hydroladung, d.h. Inkontaktbringen eines Gegenstandes mit Wasser in einer Weise, die ausreichend ist, um dem Gegenstand eine Ladung zu verleihen, gefolgt vom Trocknen des Gegenstandes, und DC-Koronaladung. Das Ladungsverfahren kann auf eine oder mehrere Oberflächen des Gegenstandes angewendet werden.
Ein Beispiel für ein nützliches Hydroladungsverfahren umfasst das Aufprallen von Wasserstrahlen oder eines Stroms von Wassertröpfchen auf den Gegenstand mit einem Druck und für eine Zeitdauer, welche/r ausreichend ist, um der Bahn eine filtrationsverbessernde Elektretladung zu verleihen, und dann das Trocknen des Gegenstandes.
Der Druck, der nötig ist, um die filtrationsverbessernde Elektretladung zu optimieren, die dem Gegenstand verliehen wird, variiert in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Sprühers, von der Art des Polymers, aus dem der Gegenstand gebildet ist, von der Art und Konzentration der Zusatzstoffe zu dem Polymer und von der Dicke und Dichte des Gegenstandes. Ein Druck im Bereich von etwa 10 bis etwa 500 psi (69 bis 3450 kPa) ist geeignet. Ein Beispiel für ein geeignetes Verfahren zum Hydroladen ist in US-Patentschrift 5,496,507 (Angadjivand et al.) beschrieben.
Die Wasserstrahlen oder der Strom von Wassertröpfchen können durch jede geeignete Sprühvorrichtung bereitgestellt werden. Ein Beispiel für eine nützliche Sprühvorrichtung ist die Vorrichtung, die zum hydraulischen Verwirbeln von Fasern verwendet wird.
Beispiele für geeignete DC-Koronaentladungsverfahren sind in US-Patentschrift 30,782 (van Turnhout), US-Patentschrift 31,285 (van Turnhout), US-Patentschrift 32,171 (van Turnhout), US-Patentschrift 4,375,718 (Wadsworth et al.), US-Patentschrift 5,401,446 (Wadsworth et al.), US-Patentschrift 4,588,537 (Klasse et al.) und 4,592,815 (Nakao) beschrieben.
Die fluorierten Elektrete, die durch die hier beschriebenen Verfahren gebildet werden, sind geeignet zur Verwendung als z.B. elektrostatische Elemente in elektroakustischen Vorrichtungen, wie z.B. Mikrofonen, Kopfhörern und Lautsprechern, Fluidfiltern, Staubpartikel-Kontrollvorrichtungen z.B. in elektrostatischen Hochspannungsgeneratoren, elektrostatischen Rekordern, Atemschutzgeräten (z.B. Vorfiltern, Patronen und austauschbaren Patronen), Heizung, Lüftung, Klimatisierung und Gesichtsmasken.
Die Erfindung wird jetzt weiter an Hand der folgenden Beispiele beschrieben.
Beispiele
Testverfahren
Testverfahren, die in den Beispielen verwendet werden, umfassen die folgenden:
Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂
ESCA-Daten wurden auf einem PHI 5100 ESCA-System (Physical Electronics, Eden Prairie, Minnesota) unter Verwendung einer nicht-monochromatischen MgKI Röntgenquelle und einem 45 Grad Elektronenabflugswinkel zur Oberfläche erfasst. Die Kohlenstoffspektren (1s) wurden spitzenangepasst unter Verwendung eines nicht-linearen Programms der kleinsten Quadrate, geliefert von PHI (Physical Electronics, Eden Prairie, Minnesota). Dieses Programm verwendete eine lineare Hintergrundsubtraktion und ein Gaußsches Spitzenprofil für die Komponentenspitzen. Die Spektren wurden auf die Kohlenwasserstoffspitze bei 285, 0 eV bezogen. Die CF₃- und CF₂-Komponenten wurden als die Spitzen bezeichnet, die jeweils bei etwa 294 eV und 292 eV gelegen waren (gemäß dem Verfahren, das in Strobel et al., J. Polymer Sci. A: Polymer Chemistry, Vol. 25, S. 1295-1307 (1987) beschrieben ist). Das CF₃:CF₂-Verhältnis stellt das Verhältnis der Spitzenbereiche der CF₃- und CF₂-Komponenten dar.
Testverfahren für Anfangs-Dioctylphthalatdurchtritt (DOP) und Druckabfall
Der Anfangs-DOP-Durchtritt wird bestimmt, indem Dioctylphthalat-(DOP)-Partikel mit einem Durchmesser von 0,3 mm bei einer Konzentration von 70 bis 140 mg/m³ (erzeugt unter Verwendung eines TSI Nr. 212 Sprühers mit vier Öffnungen und 30 psi reiner Luft) durch eine Probe von Filtermedien, die einen Durchmesser von 4,5 Inch aufweisen, mit einer Geschwindigkeit von 42,5 L/min (einer Stirnflächengeschwindigkeit von 6,9 Zentimetern pro Sekunde) gedrückt werden. Die Probe wird dem DOP-Aerosol für 30 Sekunden ausgesetzt, bis sich die Ablesungen stabilisieren. Der Durchtritt wird mit einer optischen Streuungskammer, Percent Penetration Meter Model TPA-8F, erhältlich von Air Techniques Inc., gemessen.
Druckabfall auf der Probe wird mit einer Fließgeschwindigkeit von 42,5 L/min (einer Stirnflächengeschwindig keit von 6,9 cm/s) unter Verwendung eines elektronischen Manometers gemessen. Druckabfall wird in mm Wasser ("mmH₂O") angegeben.
DOP-Durchtritt und Druckabfall werden verwendet, um den Gütegrad ("QF"- Quality Factor) vom natürlichen Logarithmus (ln) des DOP-Durchtritts durch die folgende Formel zu berechnen:
Ein höherer Anfangs-QF deutet auf eine bessere Anfangs-Filtrationsleistung hin. Ein verringerter QF entspricht effektiv einer verringerten Filterleistung.
DOP-Befüllungstest
DOP-Befüllung wird unter Verwendung derselben Testausrüstung bestimmt, die beim DOP-Durchtritts- und Druckabfalltest verwendet wird. Die Testprobe wird gewogen und dann dem DOP-Aerosol für mindestens 45 min ausgesetzt, um eine Minimumaussetzung von mindestens etwa 130 mg bereit zu stellen. DOP-Durchtritt und Druckabfall werden während des gesamten Tests mindestens einmal pro Minute gemessen. Die Masse des angesammelten DOP wird für jedes Messintervall aus dem gemessenen Durchtritt, der Masse des Filtergewebes und der gesamten Masse an DOP, die auf dem Filtergewebe während der Aussetzung gesammelt worden ist ("DOP-Befüllung"), berechnet.
Koronafluorierung
BEISPIEL 1
Ein geblasenes Polypropylen-Mikrofasergewebe, das aus Exxon 3505G Polypropylenharz (Exxon Corp.) hergestellt wird und einen wirksamen Faserdurchmesser von 7,5 Mikrometern (μm) und ein Flächengewicht von 62 g/m² aufweist, wurde hergestellt, wie in Wente, Van A., "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Eng. Chemistry, Vol. 48, S. 1342-1346, beschrieben.
Das geblasene Mikrofasergewebe wurde dann AC-Korona fluoriert in einer Atmosphäre aus 1 Volumen-% C₂F₆ in Helium bei einer Koronaenergie von 34 J/cm², was einer Koronaleistung von 2000 W entsprach, bei einer Substratgeschwindigkeit von 1 m/min. Die AC-Koronafluorierungsbehandlung wurde in einem AC-Koronasystem durchgeführt, das die so genannte "doppelt-dielektrische" Elektrodenkonfiguration mit einer Bodenwalze umfasste, die aus einer Nickel beschichteten Aluminiumwalze mit 40 cm Durchmesser, bedeckt mit 1,5 mm Poly(ethylenterephthalat), bestand und auf einer Temperatur von 23°C gehalten wurde unter Verwendung von zirkulierendem, unter Druck stehendem Wasser. Die unter Strom stehenden Elektroden bestanden aus 15 einzelnen Keramik bedeckten Elektroden (erhältlich von Sherman treaters Ltd., Thame, Großbritannien), jede mit einem quadratischen Querschnitt von 15 mm und einer aktiven Länge von 35 cm. Die Elektroden wurden mit einer Stromquelle Modell RS48-B (4 kW) mit variabler Frequenz (erhältlich von ENI Power Systems Inc., Rochester, NY) verbunden. Die Netzleistung, die in der AC-Korona verbraucht wurde, wurde mit einem Leistungsrichtungsmesser gemessen, der in der ENI-Stromquelle eingebaut war. Die Frequenz der Ausgangsleistung wurde händisch auf etwa 16 kHz eingestellt, um eine optimale Impedanzanpassung (minimale reflektierte Leistung) zu erzielen.
Das AC-Koronasystem war in einer kontrollierte Umgebung eingeschlossen. Vor der Behandlung wurde die Atmosphäre, die das AC-Koronabehandlungssystem umgab, mit Helium geflutet und dann ständig mit 100 Litern/min 1 Volumen-% C₂F₆ in Helium gespült, das in der Nähe der Elektroden eingeführt wurde.
Das Mikrofasergewebe wurde auf einem Trägerfilm aus 0,05 mm dickem, biaxial ausgerichtetem Polypropylen (BOPP) befestigt und dann auf der Bodenwalze so angeordnet, dass der Trägerfilm in Kontakt mit der Bodenwalze war, wodurch eine Seite des geblasenen Mikrofasergewebes der Entladung ausgesetzt war. Nach der Behandlung wurde das geblasene Mikrofasergewebe umgedreht, wieder auf dem Trägerfilm befestigt und ein zweites Mal AC-Korona behandelt unter den selben Bedingungen wie bei der ersten Behandlung, um die andere Seite des geblasenen Mikrofasergewebes der Entladung auszusetzen.
BEISPIEL 2
Ein G100 Filtrete fibrilliertes Filmgewebe (erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing) mit einem Flächengewicht von 100 g/m² wurde Korona fluoriert gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 1 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Bodenwalze auf einer Temperatur von 25 °C gehalten wurde.
BEISPIEL 3
Ein schmelzgeblasenes Polyethylen-Mikrofasergewebe, hergestellt aus Aspun PE-6806 Polyethylenharz (DOW Chemical Company, Michigan) und mit einem Flächengewicht von 107 g/m² wurde Korona fluoriert gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 2 beschrieben ist.
BEISPIEL 4
Ein Polyester-Stapelfasergewebe (erhältlich von Rogers Corporation) mit einem Flächengewicht von 200 g/m² wurde Korona fluoriert gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 2 beschrieben ist.
BEISPIEL 5
Ein schmelzgeblasenes Poly-4-methyl-1-penten-Mikrofasergewebe, hergestellt aus TPX MX-007 Poly-4-methyl-1-penten-Harz (Mitsui) und mit einem Flächengewicht von 50 g/m² und einem wirksamen Faserdurchmesser von 8,1 μm, wurde Korona fluoriert gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 2 beschrieben ist.
BHEISPIEL 6-9
Beispiel 6-9 wurden gemäß dem Verfahren in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass die Quelle von fluorhaltigen Verbindungen wie folgt war: 1% CF₄ (Beispiel 6), und 0,1% Hexafluorpropylen (Beispiel 7), 0,1 C₅F₁₂ (Beispiel 8), und 1,0% C₅F₁₂ (Beispiel 9).
Die Oberflächenchemie von jeder der Probengewebe von Beispiel 1-9 wurde durch ESCA-Analyse unter Verwendung eines PHI 5100 ESCA-Systems bestimmt. Das CF₃:CF₂-Verhältnis wurde für jede der Proben von Beispiel 1-9 aus den ESCA-Daten gemäß dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I in Atom-% angegeben.
TABELLE I
Hydroladung
BEISPIEL 10
Ein fluoriertes, schmelzgeblasenes Polypropylen-Mikrofasergewebe, hergestellt wie oben in Beispiel 1 beschrieben, wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 cm/s (Zentimeter/Sekunde) über einen Vakuumschlitz geführt, während demineralisiertes Wasser bei einem hydrostatischen Druck von etwa 90 psi aus einem Paar Spraying Systems Teejet 9501 Sprühdüsen auf das Gewebe gesprüht wurde, die 10 cm auseinander befestigt und 7 cm über dem Vakuumschlitz zentriert waren. Dann wurde die Probe umgedreht und ein zweites Mal durch den Sprühregen aus demineralisiertem Wasser geführt, so dass beide Seiten des Gewebes mit Wasser besprüht waren. Der Sprühregen aus demineralisiertem Wasser wurde dann entfernt und das Gewebe wurde wieder über den Vakuumschlitz geführt, um überschüssiges Wasser zu entfernen. Das Gewebe wurde dann aufgehängt, um bei Umgebungsbedingungen zu trocknen.
BEISPIEL 11
Ein fluoriertes, schmelzgeblasenes Poly-4-methyl-1-penten-Mikrofasergewebe, hergestellt gemäß Beispiel 5, wurde gemäß dem Verfahren von Beispiel 10 geladen.
BEISPIEL 10A-11A
Beispiel 10A-11A wurden jeweils gemäß den Verfahren von Beispiel 10 und 11 hergestellt mit der Ausnahme, dass nach dem Koronafluorieren und vor dem Hydroladen jedes der fluorierten Gewebe von Beispiel 10A-11A einer Vergütung bei 140°C (300°F) für etwa 10 Minuten ausgesetzt wurde.
BEISPIEL 13, 15, 16, 18 und 20
Beispiel 13, 15, 16, 18 und 20 wurden gemäß dem Verfahren von Beispiel 10 geladen mit der Ausnahme, dass die fluorierten Polymerfasergewebe, die in jedem der Beispiele 13, 15, 16, 18 und 20 verwendet wurden, wie folgt waren: ein fluoriertes Polyethylen-Mikrofasergewebe, hergestellt gemäß Beispiel 3 oben (Beispiel 13); ein fluoriertes Polyester-Stapelfasergewebe, hergestellt gemäß Beispiel 4 (Beispiel 15); ein fluoriertes G100 Filtret fibrilliertes Filmgewebe, hergestellt gemäß Beispiel 2 (Beispiel 16); ein fluoriertes, vernadeltes Polypropylengewebe (Fasern mit 12 Denier/Faser aus Exxon 3505 Polypropylenharz) mit einem Flächengewicht von etwa 200 g/m², das Korona fluoriert worden ist gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 1 beschrieben ist (Beispiel 18); und ein schmelzgeblasenes Polypropylen-Feinfasergewebe mit einem Flächengewicht von 46 g/m² und einem wirksamen Faserdurchmesser von 3,7 μm, das Korona fluoriert worden ist gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 1 beschrieben ist mit der Ausnahme, dass 0,2 C₅F₁₂ an Stelle von 1% C₂F₆ verwendet wurde (Beispiel 20).
DC-Koronaladung
BEISPIEL 12
Das fluorierte, schmelzgeblasene Polyethylen-Mikrofasergewebe von Beispiel 3 wurde unter Verwendung einer DC-Koronaentladung wie folgt geladen: Das fluorierte Gewebe wurde in Kontakt mit einer Aluminium-Bodenebene angeordnet und dann unter einer elektrisch positiven DC-Koronaquelle in Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,2 Metern/min geführt, während ein Strom auf die Bodenebene von etwa 0,01 mA/cm Koronaquellenlänge aufrecht erhalten wurde. Der Abstand von der Koronaquelle zum Boden betrug etwa 4 cm.
BEISPIEL 14, 17, 19
Beispiel 14, 17 und 19 wurden gemäß dem Verfahren von Beispiel 12 geladen mit der Ausnahme, dass die fluorierten Polymerfasergewebe für jedes von Beispiel 14, 17 und 19 wie folgt waren: ein fluoriertes Polyester-Stapelfasergewebe, das gemäß dem Verfahren von Beispiel 4 hergestellt wurde (Beispiel 14); ein fluoriertes vernadeltes Polypropylengewebe (Fasern mit 12 Denier/Faser, hergestellt aus Exxon 3505 Polypropylenharz), das ein Flächengewicht von etwa 200 g/m² aufwies und gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 1 beschrieben ist, Korona fluoriert worden ist (Beispiel 17); und ein fluoriertes schmelzgeblasenes Polypropylen-Feinfasergewebe, das ein Flächengewicht von 46 g/m² und einen wirksamen Faserdurchmesser von 3,7 μm aufwies und gemäß dem Verfahren, das in Beispiel 1 beschrieben ist, Korona fluoriert worden ist mit der Ausnahme, dass 0,2% C₅F₁₂ an Stelle von 1% C₂F₆ verwendet wurde (Beispiel 19).
BEISPIEL 21-35
Beispiel 21-35 wurden durch Fluorieren von geblasenen Polypropylen-Mikrofasergeweben gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass die Fluorquelle für jedes von Beispiel 21-35 wie folgt war: 1% CF₄ (Beispiel 21-23), 1% C₂F₆ (Beispiel 24-26), 0,1% Hexafluorpropylen (Beispiel 27-29), 0,1% C₅F₁₂ (Beispiel 30-32) und 1,0% C₅F₁₂ (Beispiel 33-35).
Die fluorierten Gewebe von Beispiel 23, 26, 29, 32 und 35 wurden dann gemäß dem Hydroladungsverfahren geladen, das oben in Beispiel 10 beschrieben ist.
Die fluorierten Gewebe von Beispiel 22, 25, 28, 31 und 34 wurden dann gemäß dem DC-Koronaladungsverfahren geladen, das oben in Beispiel 12 beschrieben ist.
DOP-Durchtritt ("%DOP PEN"), Druckabfall (mmH₂O) und der Gütegrad ("QF") für jedes der Elektrete von Beispiel 10-35 wurden gemäß dem oben beschriebenen Testverfahren für Anfangs-DOP-Durchtritt und Druckabfall bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammen gefasst.
TABELLE II
BEISPIEL 36-39
Vier fluorierte Polypropylen-Mikrofasergewebe wurden gemäß Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass die Quelle von fluorhaltigen Verbindungen wie folgt war: 0,1% Hexafluorpropylen ("HFP") (Beispiel 36 und 38) und 0,1% C₅F₁₂ (Beispiel 37 und 39).
Beispiel 36 und 37 umfassten des Weiteren das Laden der fluorierten Polypropylengewebe gemäß dem Hydroladungs-Ladungsverfahren von Beispiel 10.
Beispiel 38 und 39 umfassten des Weiteren das Laden der fluorierten Polypropylengewebe gemäß dem DC-Koronaladungsverfahren von Beispiel 12.
Beispiel 36-39 wurden dem oben beschriebenen DOP-Befüllungstest unterworfen. Der % DOP-Durchtritt gegenüber der DOP-Befüllung (Menge an DOP, die auf dem Gewebe gesammelt wurde, in Gramm) für jedes von Beispiel 36-39 wurde gemäß dem oben beschriebenen DOP-Befüllungs-Testverfahren gemessen. Die ermittelten Daten wurden als % DOP-Durchtritt gegenüber DOP-Befüllung (Gramm) in 1 und 2 wie folgt aufgetragen: Beispiel 36 und 37 (jeweils mit x und Punkt angegeben) (1) und Beispiel 38 und 39 (jeweils mit x und Punkt angegeben) (2).
BEISPIEL 40
Eine 7 Inch mal 7 Inch große Probe von Polypropylen-Mikrofasergewebe mit einem Flächengewicht von 61 g/m² wurde unter einer Stickstoffatmosphäre angeordnet. Ein Gasgemisch aus 5 Volumen-% elementarem Fluor verdünnt in Stickstoff wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,0 l/min für 10 Minuten durch das Polypropylen-Mikrofasergewebe geleitet. Die Fluorkonzentration wurde dann auf 10 Volumen-%, aufgelöst in Stickstoff, erhöht und mit einer Geschwindigkeit von 1,0 l/min für weitere 20 Minuten durch das Gewebe geleitet.
Die Probe wurde dann durch ESCA analysiert und es wurde bestimmt, dass sie 62 Atom-% Fluor und ein CF₃:CF₂-Verhältnis von 0,59 aufwies, wie gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt wurde.
Die Probe wurde dann geladen unter Anwendung einer DC-Koronaentladung, wie oben in Beispiel 12 beschrieben, und dem oben beschriebenen DOP-Befüllungstest unterworfen. Die ermittelten Daten sind in 3 als %DOP-Durchtritt gegenüber DOP-Befüllung (Gramm) aufgetragen.
BEISPIEL 41
Ein geblasenes Polypropylen-Mikrofasergewebe mit einem Flächengewicht von 20 g/m² und einer Gewebebreite von 15 cm wurde in einer C₅F₁₂-Umgebung durch Vakuum-Glimmentladung behandelt. Die Glimmentladungsbehandlung wurde in einer Vakuumkammer durchgeführt. Die Vakuumkammer enthielt ein Walze-zu-Walze-Glimmentladungssystem, das aus einer Abwickelwalze, Glimmentladungselektroden und einer Aufwickelwalze für die durchgehende Behandlung des geblasenen Mikrofasergewebes besteht. Zwei Elektroden aus rostfreiem Stahl waren in paralleler Plattenkonfiguration, jede Elektrode war 20 cm breit und 33 cm lang und sie waren durch einen Spalt von 2,5 cm getrennt. Die obere Elektrode war geerdet und die untere Elektrode wurde durch einen 13,56 MHz Hochfrequenzgenerator (Plasma-Therm) angetrieben. Das Gewebe lief zwischen den zwei Elektroden und in Kontakt mit der oberen geerdeten Elektrode, so dass eine Seite des Gewebes der Entladung ausgesetzt war.
Nachdem die Rolle von geblasenem Mikrofasergewebe unter C₅F₁₂-Dampf bei einem Druck von 0,1 Torr auf die Abwickelwalze gegeben wurde, wurde das geblasene Mikrofa sergewebe mit einer Geschwindigkeit von 17 cm/min durch die Elektroden bewegt, um zu erreichen, dass es dem Plasma 2 Minuten ausgesetzt ist. Die Entladungsleistung war 50 W. Nachdem die erste Seite behandelt worden war, wurde die Kammer gelüftet und das Gewebe wurde wieder auf die Abwickelwalze gegeben, um zu ermöglichen, dass die andere Seite des Gewebes behandelt wird. Die Behandlung der zweiten Seite des Gewebes fand unter denselben Bedingungen statt wie bei der ersten Seite.
Nach dem Fluorieren wurde Beispiel 41 DC-Korona geladen gemäß dem Verfahren, das oben in Beispiel 12 beschrieben ist.
DOP-Durchtritt ("%DOP PEN") für Beispiel 41 wurde gemäß den oben beschriebenen Testverfahren für Anfangs-DOP-Durchtritt und Druckabfall bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammen gefasst.
TABELLE III
Andere Ausführungsformen sind in den folgenden Ansprüchen enthalten. Obwohl das Elektret mit Bezugnahme auf polymere Vliesfasergewebe beschrieben worden ist, kann das Elektret einer von vielen verschiedenen polymeren Gegenständen sein, umfassend z.B. jene polymeren Gegenstände, die in US-Patentanmeldung Seriennr. 09/106,506 mit dem Titel "Structured Surface Filter Media" (Insley et al.), eingereicht am 18. Juni 1998, PCT Publication WO 99/65593, beschrieben sind.

Claims

Elektret, umfassend: einen polymeren Gegenstand mit modifizierter Oberfläche mit Oberflächenfluorierung, hergestellt durch Fluorieren eines polymeren Gegenstandes.
Elektret nach Anspruch 1, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche mindestens 45 Atom-% Fluor, wie durch ESCA nachgewiesen, umfasst.
Elektret nach den Ansprüchen 1-2, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche ein CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,25, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt, umfasst.
Elektret nach den Ansprüchen 1-3, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche ein CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt, umfasst.
Elektret nach den Ansprüchen 1-4, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche einen Gütegrad von mindestens 0,25/mmH₂O aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 1-5, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche einen Gütegrad von mindestens 0,5/mmH₂O aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 1-6, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche einen Gütegrad von mindestens 1/mmH₂O aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 1-7, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche ein polymeres Vliesfasergewebe umfasst.
Elektret nach den Ansprüchen 1-8, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche ein polymeres Vliesfasergewebe umfasst, das aus der Gruppe Polycarbonat, Polyolefin, Polyester, halogeniertem Polyvinyl, Polystyrol oder einer Kombination davon ausgewählte Fasern umfasst.
Elektret nach den Ansprüchen 1-9, wobei das Fasergewebe aus der Gruppe Polypropylen, Poly(4-methyl-1-penten) oder einer Kombination davon ausgewählte Fasern umfasst.
Elektret nach den Ansprüchen 1-10, wobei der polymere Gegenstand mit modifizierter Oberfläche schmelzgeblasene Mikrofasern umfasst.
Elektret, umfassend einen polymeren Gegenstand, der mindestens 45 Atom-% Fluor, wie durch ESCA nachgewiesen, umfasst, und ein CF3:CF2-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt, aufweist.
Elektret nach Anspruch 12, wobei der Gegenstand ein CF₃:CF₂-Verhältnis von größer als 0,9 aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 12-13, wobei der Gegenstand einen Gütegrad von mindestens 1/mmH₂O aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 12-14, wobei der Gegenstand ein polymeres Vliesfasergewebe umfasst, welches Fasern umfasst, welche Polypropylen, Poly(4-methyl-1-penten) oder eine Kombination davon enthalten.
Elektret nach Anspruch 15, wobei die Fasern schmelzgeblasene Mikrofasern sind, welche einen wirksamen Faserdurchmesser von weniger als 50 μm, vorzugsweise 3 bis 30 μm und stärker bevorzugt 7 bis 15 μm, aufweisen.
Elektret, umfassend einen polymeren Gegenstand, der mindestens etwa 50 Atom-% Fluor, wie durch ESCA nachgewiesen, umfasst, und ein CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt, aufweist.
Elektret nach Anspruch 17, wobei der polymere Gegenstand ein CF₃:CF₂-Verhältnis von größer als 0,9, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt, aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 17-18, wobei der polymere Gegenstand einen Gütegrad von mindestens 0,5/mmH₂O aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 17-19, wobei der polymere Gegenstand ein polymeres Vliesfasergewebe umfasst, das schmelzgeblasene Mikrofasern umfasst, welche Polypropylen, Poly(4-methyl-1-penten) oder eine Kombination davon enthalten.
Elektret, umfassend ein Vliesgewebe, das polymere Mikrofasern umfasst, wobei das Gewebe Oberflächenfluorierung aufweist, welche CF₃ und CF₂ mit einem CF₃: CF₂-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF3:CF₂ bestimmt, umfasst.
Elektret nach Anspruch 21, welches einen Gütegrad von mindestens 1,0/mmH₂O aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 21-22, wobei der Gegenstand eine Oberflächenfluorierung von mindestens 45 Atom-% Fluor, wie durch ESCA nachgewiesen, aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 21-23, wobei das CF₃:CF₂-Verhältnis mindestens 0,9 beträgt.
Elektret nach den Ansprüchen 21-24, wobei die Mikrofasern schmelzgeblasene Mikrofasern sind, die einen wirksamen Faserdurchmesser von 1 bis 50 μm aufweisen.
Elektret nach den Ansprüchen 21-25, wobei die Mikrofasern schmelzgeblasene Mikrofasern sind, die einen wirksamen Faserdurchmesser von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 7 bis 15 μm aufweisen.
Elektret nach den Ansprüchen 21-26, wobei die Mikrofasern aus einem Harz hergestellt sind, das einen Widerstand von weniger als 10¹⁴ Ohm-cm aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 21-27, wobei die Mikrofasern Polyolefin umfassen.
Elektret nach den Ansprüchen 21-28, wobei die Mikrofasern Polypropylen umfassen.
Elektret nach den Ansprüchen 21-29, wobei das Vliesgewebe ein Grundgewicht von 10 bis 100 g/m² aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 21-30, wobei das Vliesgewebe eine Dicke von 0,25 bis 20 mm aufweist.
Elektret nach den Ansprüchen 21-31, wobei die Mikrofasern durch Überführen einer fluorhaltigen Verbindung von einer Gasphase auf das Vliesgewebe fluoriert wurden.
Elektret nach den Ansprüchen 21-32, wobei die Mikrofasern fluoriert wurden, indem das Vliesgewebe einer Atmosphäre ausgesetzt wurde, die eine fluorhaltige Verbindung beinhaltet.
Elektret nach Anspruch 33, wobei die Atmosphäre eine regulierte Atmosphäre ist.
Elektret nach Anspruch 34, wobei die regulierte Atmosphäre sauerstofffrei ist.
Elektret nach den Ansprüchen 33-35, wobei die fluorhaltige Verbindung Fluoratome, elementares Fluor oder Fluorkohlenstoffe beinhaltet.
Elektret nach den Ansprüchen 21-36, wobei die Mikrofasern durch ein DC-Koronaentladungsverfahren elektrisch geladen wurden.
Verfahren zur Herstellung eines Elektrets, umfassend: Fluorieren eines polymeren Gegenstandes zur Herstellung eines Gegenstandes mit Oberflächenfluorierung und Laden des fluorierten Gegenstandes in einer Weise, die zur Herstellung eines Elektrets ausreichend ist.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei der polymere Gegenstand ein Vliesgewebe ist, das Mikrofasern enthält, welche einen wirksamen Faserdurchmesser von 1 bis 50 μm aufweisen.
Verfahren nach den Ansprüchen 38-39, umfassend das Laden des fluorierten Gegenstandes durch Inkontaktbringen des fluorierten Gegenstandes mit Wasser in einer Weise, Welche zur Herstellung eines Elektrets ausreichend ist, und das Trocknen des Gegenstandes.
Verfahren nach den Ansprüchen 38-40, umfassend das Laden des fluorierten Gegenstandes durch Aufprallen von Wasserstrahlen oder eines Stroms von Wassertröpfchen auf den fluorierten Gegenstand mit einem Druck und für eine Zeitdauer, welche/r zur Herstellung eines Elektrets ausreichend ist, und das Trocknen des Gegenstandes.
Verfahren nach den Ansprüchen 38-40, umfassend das Fluorieren eines polymeren Gegenstandes in Gegenwart einer elektrischen Entladung zur Herstellung eines fluorierten Gegenstandes.
Verfahren nach den Ansprüchen 38-41, umfassend das Fluorieren des polymeren Gegenstandes in Gegenwart einer Wechselstromkoronaentladung bei Atmosphärendruck.
Verfahren nach den Ansprüchen 38-42, umfassend das Fluorieren des polymeren Gegenstandes in einer Atmosphäre, die aus der Gruppe elementares Fluor, Fluorkohlenstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe, fluorierter Schwefel, fluorierter Stickstoff oder einer Kombination davon, ausgewählte fluorhaltige Verbindungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei die fluorhaltigen Verbindungen aus der Gruppe C₅F₁₂, C₂F₆, CF₄, Hexafluorpropylen, SF₆, NF₃ oder einer Kombination davon ausgewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 43, umfassend das Fluorieren des polymeren Gegenstandes in einer elementares Fluor umfassenden Atmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Elektret CF₃- und CF₂-Gruppen auf der Oberfläche der Fasern mit einem CF₃:CF₂-Verhältnis von mindestens 0,45, wie gemäß dem Verfahren zur Bestimmung von CF₃:CF₂ bestimmt, umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 38-47, umfassend das Laden des fluorierten Gegenstandes mit einer Gleichstromkoronaentladung zur Herstellung eines Elektrets.
Verfahren nach Anspruch 48, ferner umfassend das Vergüten des fluorierten Gegenstandes vor dem Laden des fluorierten Gegenstandes.
Filter, umfassend das Elektret nach den Ansprüchen 1-49.
Atemschutzgerät, umfassend den Filter nach Anspruch 50.