BE1022606B1

BE1022606B1 - Oppervlakte deklagen.

Info

Publication number: BE1022606B1
Application number: BE2014/0179A
Authority: BE
Inventors: Eva Rogge; Filip Legein
Original assignee: Europlasma Nv
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-06-15
Also published as: GB201316115D0

Abstract

De uitvinding voorziet een methode om een stof, bvb. Een textielmateriaal, van een polymere deklaag te voorzien, waarbij de methode inhoudt dat de stof in contact gebracht wordt met een monomeer en waarbij het monomeer aan plasma polymerisatie op laag vermogen onderworpen wordt, waarbij het monomeer volgens de algemene formule (I) gekozen wordt: CnF2n+iCm X2mCRiY-OCO-C(R2) = CH2 (I) waarbij n gelijk is aan 2 tot 6, m aan 0 tot 9, X en Y zijn H, F, Cl, Br, I, Ri is H of alkyl, bvb. -CH3, of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl, en R2 is H of alkyl, bvb. -CH3, of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl.

Description

Oppervlakte deklagen

De huidige uitvinding omvat methoden voor het aanbrengen van oppervlakte deklagen en is in het bijzonder, maar niet exclusief, gerelateerd aan methoden voor het afzetten van beschermende polymere deklagen op stoffen en de resulterende deklaag hebbende stoffen.

De woorden stof of stoffen zoals gebruikt in deze applicatie omvatten zowel materialen die niet geweven zijn als geweven of gebreid zijn, welke geconfectioneerd kunnen worden in artikels zoals stukken voor kledij voor dagelijks gebruik, voor gebruik in industriële omgevingen, als persoonlijke beschermkledij, voor sport en vrijetijd besteding en zo voort. Andere artikels waarin stoffen omgevormd kunnen worden zijn koopwaar zoals rugzakken, paraplu's, tenten, schermen, gordijnen, sofa's, tapijten, huishoudelijk textiel, slaapzakken, enz. Stoffen worden ook gebruikt als filtratie media voor gebruik in bvb. warmte, ventilatie of air conditioning systemen (HVAC systemen) of voor gebruik in uitlaatfilters, dieselfilters, vloeistoffilters, filtratie media voor medische toepassingen enz. Vaak zijn in HVAC toepassingen de stoffen niet gewoven, niet gebreid of op een andere manier gevormd in materialen met een regelmatige ordening van de vezels. De methoden en processen van deze uitvinding kunnen toegepast worden op al deze stoffen.

Het is gekend om deklagen, bvb. polymere deklagen, af te zetten op stoffen met het doel de stoffen te beschermen van slijtage zoals de slijtage die optreedt gedurende dagelijks gebruik of herhaaldelijk wassen.

Methoden volgens de stand der techniek beschrijven deklagen bekomen door polymerisatie van gasvormige precursoren zoals tetrafluormethaan (CF4), hexafluorethaan (C2F6), hexafluorpropyleen (C3F6) or octafluorpropaan (C3F8), hierbij gebruik makend van plasma depositie technieken. Andere precursoren zoals fluorkoolwaterstoffen, bvb. CF3H of C2F4H2 of fluorkoolstofethers zoals CF3OCF3 of lange keten acrylaten of methacrylaten met perfluorkoolstof keten lengtes van acht koolstof atomen of meer, zoals 1H,1H,2H,2H -heptadecafluorodecyl acrylaat (FC8), zijn ook beschreven in de stand der techniek.

Echter, deze bepaalde klassen van precursor moleculen hebben hoge vermogens of gepulst plasma nodig om de polymerisatie reactie te initiëren. Bovendien vereisten zulke precursor moleculen hoge precursorgas debieten en lange depositietijden om tot een aanvaardbare dikte van de polymere deklaag te komen.

Een probleem dat kan ontstaan wanneer hoge precursorgas debieten en/of hoog vermogen of gepulst plasma wordt gebruikt is dat de resulterende polymere deklagen een niet-uniforme dikte kunnen hebben. Zo zorgt een hoog vermogen ervoor dat monomeren zullen fragmenteren, wat kan resulteren in een onvoorspelbare depositie van het polymeer en bijgevolg ongeschikte deklagen.

Een ander probleem dat kan ontstaan wanneer fluorkoolstofgas precursor moleculen, zoals deze hierboven beschreven, worden gebruikt is dat de gevormde polymere deklaag beperkte water- en olie-afstootbaarheid heeft. Typische watercontacthoeken die bekomen kunnen worden met zulke deklagen zijn maximum 90 tot 100°. De olie-afstootbaarheid is beperkt tot maximum niveau 3 tot 4, opgemeten volgens IS014419.

Een ander probleem is dat acrylaten en methacrylaten met perfluorkoolstof keten lengtes van acht koolstof atomen of meer aanzienlijke levels bevatten van het schadelijke, kankerverwekkende, chemische perfluoroctanoic zuur (Eng. perfluorooctanoic acid - PFOA) en perfluoroctaan sulfonaat (Eng. perfluorooctane sulfonate - PFOS), welke recent het onderwerp waren van onderzoek naar schadelijke effecten op de gezondheid van de mens.

Een ander aspect is dat voor verscheidene gekende precursor moleculen, gasvormig en vloeistoffen, een dragergas, bvb. een inert gas zoals argon, stikstof of helium, gebruikt wordt om het plasma te genereren. Verder wordt in documenten die de stand der techniek beschrijven aangehaald dat meer dragergas gebruikt wordt dan monomeer, resulterend in een verhouding van het debiet aan dragergas tegenover het monomeerdebiet van bvb. 100:1 tot 2:1.

Het is een eerste niet-exclusief aspect van de uitvinding om een methode te voorzien om een beschermende deklaag af te zetten op een stof, waarbij de methode gebruik maakt van laag vermogen en/of laag monomeerdebiet en/of goedaardige plasma omstandigheden.

Het is een tweede niet-exclusief aspect van de uitvinding om meer veerkrachtigere deklagen te voorzien, dus deklagen één of meerdere betere in situ performanties en verhoogde uniformiteit, bvb. met het oog op het verhogen van de levensduur van een stof.

Het is een derde niet-exclusief aspect om een deklaag voor stoffen te voorzien met hoge water- en/of olie-afstootbaarheid, zodat bijvoorbeeld kledij of artikels die nadien gevormd worden uit de stoffen voldoende water en/of olieafstotend zijn. Aangezien bepaalde types van luchtfiltratiemedia elektrostatisch worden opgeladen is het gewenst om deklagen met hoge water- en/of olie-afstootbaarheid te voorzien om de ontlading van elektrets in geval van contact met een ontladend materiaal, bvb. isopropanol, te reduceren, zonder daarbij de andere eigenschappen van de stof, zoals de filtratie eigenschappen, negatief te beïnvloeden.

Het is een vierde niet-exclusief aspect om veiligere, niet-toxische beschermende deklagen voor stoffen te voorzien.

Een eerste aspect van de huidige uitvinding voorziet een methode om een op een stof, waaronder een textiel materiaal, een polymere deklaag af te zetten, waarbij de methode inhoudt dat een stof met een monomeer in contact gebracht wordt, waarbij het monomeer aan een plasma polymerisatie op laag vermogen wordt onderworpen, en waarbij het monomeer volgens de algemene formule (I) is:

Waarbij n gelijk is aan 2 tot 6, m aan 0 tot 9, X en Y zijn H, F, Cl, Br of I, Ri is H of alkyl of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl, en R2 is H of alkyl of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl.

Bij voorkeur omvat de methode de stap van depositie op de stof waarbij de stof afgewikkeld wordt van een eerste roller waarop de stof geplaatst is, doorheen de depositiezone passeert en op een tweede roller terug wordt opgewikkeld.

Bij voorkeur omvat de methode de stap van depositie op de stof waarbij de stof begeleid wordt tussen een eerste en een tweede roller.

Bij voorkeur omvat de methode de stap van depositie op één of beide oppervlakken van een stuk stof.

Voor het afzetten van een deklaag kan het voordelig zijn om het textiel uit te gassen en om een activatie en/of reinigingsstap uit te voeren. Door het textiel, dat normaal gewikkeld op een rol wordt opgeslagen, uit te gassen zijn de basisdrukken die bereikt kunnen worden in het depositieapparaat lager dan zonder de uitgassing, wat leidt tot een betere kwaliteit van de deklaag. Het uitgassen vindt plaats tijdens het afpompen door al het aanwezige vocht in en op het oppervlak van het textielmateriaal te verwijderen en weg te pompen. De tijd die nodig is om uit te gassen hangt af van het type polymeer waaruit het textiel bestaat. Natuurlijk vezels zoals katoen (cellulose) hebben de neiging om meer vocht op te nemen dan synthetische vezels.

Bij voorkeur vindt het uitgassen van het textiel plaats door tijdens een eerste processtap het textiel af te wikkelen van een eerste roller, waarna het passeert door de plasma zone, en het daarna terug op te wikkelen op een tweede roller. Alvorens de uitgassing te starten, wordt de plasma kamer, die de rol bevat, geëvacueerd tot een vooraf bepaalde basisdruk. Zodra deze basisdruk is bereikt start de uitgassing door het textiel af te wikkelen van de rol, doorheen de plasma zone zonder dat een vermogen wordt aangelegd om de aanwezigheid van plasma in de kamer te vermijden. Aangezien de pomp de hele tijd verder pompt, worden vocht en gevangen gassen zoals zuurstof, stikstof, koolstof dioxide, edelgassen en dergelijke, verwijderd van het textiel en weg van de plasma kamer wanneer het textiel afgewikkeld wordt van een eerste roller, doorheen de plasma zone zonder plasma passeert en nadien wordt opgewikkeld op een tweede roller.

Afhankelijk van de aard van de stof kan betere uitgassing bekomen worden door dit proces van af- en opwikkelen te herhalen. Dit kan meerdere keren herhaald worden, in het bijzonder in het geval van natuurlijke vezels zoals katoen en wol, welke de neiging hebben meer vocht op te nemen en vast te houden dan synthetische vezels.

Wanneer na de uitgassingsstap de druk in de kamer tot onder een vastgelegde basisdruk voor de voorbehandeling, of tot onder een vastgelegde basisdruk voor depositie van de deklaag gezakt is, kan de volgende stap, resp. de voorbehandeling of de depositie, opgestart worden. Wanneer de vastgelegde basisdruk voor voorbehandeling of depositie niet bereikt is, wordt een tweede uitgassingsstap uitgevoerd door het textiel terug te wikkelen van de tweede roller, doorheen de plasma zone waar geen plasma aanwezig is, op de eerste roller waarbij het afpompen de hele tijd verder gaat.

Indien nodig kan een derde, vierde, vijfde, enz. uitgassingsstap gedaan worden op dezelfde wijze als hierboven beschreven door het textiel over-en-weer te wikkelen.

Het voornaamste voordeel van deze afwikkel-en-opwikkel manier van uitgassen is dat het vocht en gevangen gassen sneller verwijderd worden dan wanneer uitgassing gedaan wordt op een volledige rol textiel zonder afwikkelen maar enkel door af te pompen, aangezien het vocht en de gevangen gassen ter hoogte van de wikkelingen textiel dicht tegen de kern van de rol aan langere afpomptijden nodig hebben opdat ze verwijderd zouden worden dan wanneer het textiel afgewikkeld wordt, omdat bijvoorbeeld in de meeste gevallen het vocht in deze binnenste lagen stof op een volledige rol niet voldoende verwijderd worden, zelfs niet voor heel lange afpomptijden.

Bij voorkeur vindt de uitgassing plaats aan een snelheid van 1 tot 30 m/min, bijvoorbeeld 2 tot 20 m/min, zoals 3 tot 15 m/min, liefst aan ongeveer 5 tot 10 m/min.

Bij voorkeur is de snelheid waarbij de tweede, derde, vierde, enz. uitgassingsstap uitgevoerd worden gelijk of hoger dan de snelheid van de eerste uitgassingsstap. Of de snelheid al dan niet verhoogd wordt hangt af van verschillende factoren, zoals de samenstelling van de stof - of deze natuurlijke vezels zoals katoen of wol bevat of synthetische vezels zoals een polymeer of polymeren -, de dikte van de stof, de constructie, enz.

Bij voorkeur is de trekkracht waarbij de stof gewikkeld wordt gelijk aan de trekkracht waarbij de depositie van de deklaag plaats vindt.

Met deze verbeterde manier van uitgassen wordt een grotere hoeveelheid vocht en gevangen gassen verwijderd op een gereduceerde tijd, wat voordelig is voor zowel de kwaliteit van de deklaag als de totale procestijd.

Een voorbehandeling in de vorm van een activatie en/of reiniging en/of etsen kan voordelig zijn op het vlak van adhesie en vernetting (Eng. cross-linking) van de polymere deklaag.

Adhesie van de polymere deklaag met de stof is essentieel om goede en duurzame deklagen te garanderen, die in staat zijn om herhaaldelijke wasbeurten te doorstaan. In de meeste gevallen bevat textiel residu's als een gevolg van fabricageprocessen gebruikt om het textiel te produceren, zoals daar zijn verven, weven, opbomen, en zelfs het spinnen van de garens. Wanneer op zo'n textiel een polymere deklaag wordt afgezet, zal een substantieel deel van de polymere deklaag binden met deze residu's, en tijdens het wassen wordt een deel van deze residu's verwijderd samen met de daarop afgezette polymere deklaag. Een voorbehandeling in de vorm van een activatie en/or reiniging en/of etsen verwijdert deze residu's en bereidt het textiel voor op een betere binding met de polymere deklaag, waarbij de duurzaamheid van het textiel waarop een deklaag is afgezet verbeterd wordt, bvb. tijdens wassen.

Bij voorkeur wordt deze voorbehandeling uitgevoerd met inerte gassen, zoals argon, stikstof of helium, maar ook meer reactieve gassen zoals waterstof, zuurstof en/of etsende reagentia zoals CF4 kunnen gebruikt worden. De voorbehandeling wordt uitgevoerd met continu plasma of gepulst plasma for korte verblijftijden in de plasma zone.

Bij voorkeur vindt de activatie en/of reiniging en/of etsen plaats aan een snelheid van 1 tot 30 m/min, bijvoorbeeld 2 tot 20 m/min, zoals 3 tot 15 m/min, liefst aan ongeveer 5 tot 10 m/min.

Wanneer de voorbehandeling wordt uitgevoerd in continue mode in een kamer van 9000 liter, dan vindt deze bij voorkeur plaats aan 25 tot 10000 W, liever aan 50 tot 9000 W, nog liever 100 tot 8000 W, liefst aan 200 tot 7500 W, en bij voorkeur aan 250 tot 7000, 6750, 6500, 6250, 6000, 5750, 5550, 5250, 5000, 4750, 4500, 4250, 4000, 3750, 3500, 3250, 3000, 2900, 2800, 2750, 2700, 2600, 2500, 2400, 2300, 2250, 2200, 2100, 2000, 1900, 1800, 1750, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1250, 1200, 1100, 1000, 950, 900, 850, 800, 750, 700, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350, of 300 W.

Wanneer de voorbehandeling wordt uitgevoerd in gepulste mode in een kamer van 9000 liter, dan vindt deze bij voorkeur plaats aan een piekvermogen van 25 tot 10000 W, liever van 50 tot 9000 W, nog liever van 100 tot 8000 W, liefst van 200 tot 7500 W, en bij voorkeur van 250 tot 7000, 6750, 6500, 6250, 6000, 5750, 5550, 5250, 5000, 4750, 4500, 4250, 4000, 3750, 3500, 3250, 3000, 2900, 2800, 2750, 2700, 2600, 2500, 2400, 2300, 2250, 2200, 2100, 2000, 1900, 1800, 1750, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1250, 1200, 1100, 1000, 950, 900, 850, 800, 750, 700, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350, of 300 W.

Het is duidelijk dat het vermogen en de wijze waarop het vermogen wordt aangebracht tijdens de voorbehandeling afhangen van het gas of gasmengsel gebruikt, en/of van de afmetingen van de kamer en/of het design, afmetingen en/of aantal elektroden aanwezig in de kamer.

In een eerste uitvoeringsvorm omvat het totale depositieproces een enkele stap, d.w.z. een depositiestap, waarbij noch een uitgassing noch een voorbehandeling worden uitgevoerd alvorens depositie van de deklaag op het textiel.

In een andere uitvoeringsvorm omvat het totale depositieproces drie stappen, waarbij elke stap omvat dat het textiel afgewikkeld wordt, doorheen de plasma zone geleid wordt en terug opgewikkeld wordt, waarbij de stappen inhouden: een uitgassingsstap, een voorbehandelingsstap zoals reinigen en/of activeren en/of etsen met plasma; en een depositiestap.

Tijdens de voorbehandelingsstap wordt de opwikkelzone van de uitgassingsstap de afwikkelzone van de voorbehandeling, en de afwikkelzone van de uitgassingsstap wordt de opwikkelzone van de voorbehandeling. Tijdens de depositiestep wordt de opwikkelzone van de voorbehandeling de afwikkelzone van de depositiestap en de afwikkelzone van de voorbehandeling wordt de opwikkelzone van de depositiestap.

In een volgende uitvoeringsvorm omvat het totale depositieproces twee stappen, waarbij elke stap omvat dat het textiel afgewikkeld wordt, doorheen de plasma zone geleid wordt en terug opgewikkeld wordt, waarbij de stappen inhouden: een stap voor gecombineerde uitgassing en voorbehandeling (activatie en/of reiniging en/of etsen) van het textiel; en een depositiestap. Tijdens de stap van gecombineerde uitgassing en voorbehandeling vinden beide processen plaats op hetzelfde ogenblik.

Tijdens de depositiestap wordt de opwikkelzone van de eerste stap de afwikkelzone van de depositiestap en de afwikkelzone van de eerste stap wordt de opwikkelzone van de depositiestap.

Een andere mogelijkheid is dat de stof, bvb. een item zoals een kledingstuk, in de plasma kamer gehangen wordt op een vastgelegde positie, waarbij de methode inhoudt dat een polymere deklaag afgezet wordt op deze stof.

Bij voorkeur is Ri gelijk aan H, R2 gelijk aan H, en is Y gelijk aan H.

Bij voorkeur is m gelijk aan 1 tot 9.

Te verkiezen voorbeelden van het monomeer zijn acrylaten en methacrylaten met perfluorkoolstof ketens bestaande uit twee tot zes koolstof atomen, zoals lH,lH,2H,2H-Perfluorooctyl methacrylaat of lH,lH,2H,2H-Perfluorooctyl acrylaat.

De methode omvat bij voorkeur de stap waarbij het monomeer gebruikt wordt om het plasma te initiëren om zo de polymere deklaag te vormen. Het voordeel hierbij is dat er geen nood is aan een bijkomend gas om het plasma te genereren.

De methode omvat bij voorkeur het afzetten van een polymere deklaag met een dikte van 10 tot 500 nm, liever van 10 tot 250 nm, nog liever van 20 tot 150 nm, liefst bvb. van 30 tot 100 nm, 40 tot 100 nm, 40 tot 90 nm. De deklaag kan minder zijn dan 500 nm, bvb. minder dan 450, 400, 350, 300, 250, 200, 150, 100 nm.

De methode omvat bij voorkeur het afzetten van een polymere deklaag met een variatie in uniformiteit van minder dan 10 %.

Bij voorkeur omdat de methode het afzetten van een polymere deklaag met een variatie in uniformiteit van minder dan 10° in watercontacthoek en van minder dan 0.5 in olie afstootbaarheid volgens IS014419.

Met de huidige uitvinding kunnen super-hydrofobe oppervlakken bekomen worden met watercontacthoeken van meer dan 100°, zoals 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119 of 120°. Dezelfde deklagen zijn super-oliestotend met olie afstootbaarheidsniveaus van 3 or meer, zoals 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5 of 8, bijvoorbeeld tot 6 opgemeten volgens IS014419, neem tot en met 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7 7.5, of 8.

Bij voorkeur omvat de methode het afzetten van een polymere deklaag met een watercontacthoek van 100° of meer en/of een olie-afstootbaarheid van niveau 3, 4 of meer volgens IS014419 bij een verblijftijd in de plasmazone van ongeveer 2 minuten of minder.

Bij voorkeur omvat de methode de stap van het afzetten van een polymere deklaag met een dikte van 30 nm in een verblijftijd in de plasmazone van ongeveer 1 minuut of minder.

Bij voorkeur omvat de methode de stap van het afzetten van een polymere deklaag met een dikte van 50 nm in een verblijftijd in de plasmazone van ongeveer 2 minuten of minder.

De methode kan inhouden dat een vastgelegd monomeerdebiet in een plasmakamer wordt binnengeleid via een monomeerdamp aanvoersysteem. Een drukregelklep tussen de pomp en de plasma kamer laat toe om het pompdebiet te regelen opdat de vereiste procesdruk in de plasmakamer bereikt wordt.

Bij voorkeur is de drukregelklep voor meer dan 90% gesloten (d.w.z. dat de effectieve dwarsdoorsnede in de aanvoerlijn tot 10 % van zijn maximale waarde gereduceerd is) om de stroom door de kamer te reduceren en het monomeer de kans te geven om zich uniform in de kamer te verspreiden.

Zodra de monomeerdampdruk in de kamer gestabiliseerd is, wordt het plasma geactiveerd door één of meerdere radiofrequente elektrodes aan ze zetten.

Een andere mogelijkheid is het introduceren van monomeer in de plasma kamer in een eerste stroomzin; en de stroomzin te veranderen naar een tweede stroomzin na een vooraf bepaalde tijd, bijvoorbeeld van 10 tot 300 seconden, bvb. van 30 tot 240 seconden, of 40 tot 180 seconden, bvb. minder dan 180, 170, 160, 150, 140, 130, 120, 110, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30 of 20 seconden.

Bij voorkeur is verder veranderen van de monomeer stroomzin mogelijk, bvb. de stroomzin kan terug naar de eerste stroomzin veranderd worden, of naar één of meerdere andere stroomzinnen.

Bij voorkeur komt het monomeer de plasmakamer binnen in een eerste stroomzin voor 20 tot 80 % van een enkele procestijd, of 30 tot 70 %, of 40 tot 60 % van de tijd, of 50 % van de tijd.

Bij voorkeur komt het monomeer de plasmakamer binnen in een tweede stroomzin voor 20 tot 80 % van een enkele procestijd, of 30 tot 70 %, of 40 tot 60 % van de tijd, of 50 % van de tijd.

Bij voorkeur zijn de eerste en tweede stroomzin in aanzienlijk tegenovergestelde richtingen. Tijdens een proces kan het monomeer bijvoorbeeld geïntroduceerd worden in de plasmakamer via wanden of inlaten aanzienlijk tegenover elkaar.

Voordelen van de inventieve methode omvatten, maar zijn niet beperkt tot, het toelaten dat één of meerdere heel reactieve monomeerklassen polymeriseren onder laag vermogen continue plasma; een optimaal plasma genereren; een aanpasbaar design van de plasma zone en het aantal elektroden om de processnelheid te optimaliseren voor verbeterde implementatie in productieomgeving; het voorzien van een manier voor nauwkeurige temperatuurcontrole om ongewenste temperatuurgradiënten te vermijden; aanpasbare trekkracht op de trekkracht sensoren (Eng. load cells) en variabele aansturing van de rollers voor optimale wikkeling van het materiaal; aanpasbaar design van de afwikkel- en opwikkelzone afhankelijk van de afmetingen en het gewicht van de rol textielmateriaal dat behandeld moet worden.

Voordelen van de inventieve polymere deklaag omvatten, maar zijn niet gelimiteerd tot, verbeterde water- en olie-afstootbaarheid van het behandelde textiel; verbeterde functionaliteit van het behandeld textiel; verbeterde adhesie; verbeterde duurzaamheid van het behandeld textiel en behoud van elektrostatische lading in de tijd en in geval van contact met omladende vloeistoffen zoals isopropanol voor elektrostatisch geladen filtratietextiel, bvb. elektrets.

Een tweede aspect van de huidige uitvinding voorziet een stof, bvb. een textielmateriaal, van een polymere deklaag bekomen door de stof in contact te brengen met een monomeer en dit monomeer te onderwerpen aan een plasma polymerisatie op laag vermogen, waarbij het monomeer volgens de algemene formule (I) is, en waarbij n gelijk is aan 2 tot 6, m gelijk is aan 0 tot 9, X en Y gekozen worden uit H, F, Cl, Br, of I, en RI H is of alkyl, bvb. -CH3, of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl, en R2 H is of alkyl, bvb. -CH3 of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl.

De stof is bij voorkeur een stuk stof, bvb. gewikkeld op een rol.

De stof is bij voorkeur een weefsel, een niet-weefsel (Eng. nonwoven), een gebreide stof, een film, een folie of een membraan.

Weefsels, niet-weefsels en gebreide stoffen kunnen gladde oppervlakken hebben of getextureerde, zoals bijvoorbeeld in het geval van een geweven pool (pile weave) of gebreide pool (pile knit).

De stof bevat bij voorkeur een synthetisch materiaal, een natuurlijk materiaal of een mengsel. Voorbeelden van materialen zijn, zonder hiertoe te limiteren:

Synthetisch: polypropyleen (PP), polyethyleen (PE), Polyvinylchloride (PVC), polystyreen (PS), polyphenyleen sulfide (PPS), polyacrylonitrile (PAN), polyurethaan (PUR), polyurea, polytetrafluoroethyleen (PTFE) en geëxpandeerd polytetrafluoroethyleen (ePTFE), polyester (PES) - zoals polyethyleen terephthalaat (PET), gerecycleerd PET en polybutyleen terephthalate (PBT), polyamide (PA) - zoals PA6, PA66, en PA12, polyaramide, elastaan (polyurethaan-polyurea copolymeer).

Natuurlijke en man-made: katoen, cellulose, cellulose acetate, zijde, wol, enz. Mengsels: katoen/PES 50:50, PES/koolstof 99:1, gerecycleerd PES/elastaan 92:8, enz.

Weefsels en gebreide stoffen kunnen een dikte hebben van 50 pm tot 5 mm. Niet-weefsels kunnen een dikte hebben van 5 pm tot 5 mm. Films en folie kunnen een dikte hebben van 20 pm tot 1 mm.

De polymere deklaag heeft bij voorkeur een dikte van 10 tot 500 nm, bvb. van 10 tot 250 nm, bvb. van 30 tot 100 nm, bvb. van 40 tot 90 nm.

Bij voorkeur omvat de polymere deklaag super-hydrofobe en/of super-olieafstotende eigenschappen. De super-hydrofobe polymere deklaag heeft bij voorkeur een watercontacthoek van 100° of meer, zoals 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119 of 120°. De super-olieafstotende polymere deklaag heeft bij voorkeur een olie-afstootbaarheidsniveau van 3 or meer, zoals 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5 of 8, bijvoorbeeld tot 6 opgemeten volgens IS014419, neem tot en met 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7 7.5, of 8.

In een derde aspect voorziet de uitvinding het gebruik van een monomeer om een polymere deklaag te vormen op een stof, bvb. een textielmateriaal, wanneer monomeer in contact gebracht wordt met de stof en het monomeer onderworpen wordt aan een plasma polymerisatie op laag vermogen, waarbij het monomeer volgens de algemene formule (I) is, en waarbij n gelijk is aan 2 tot 6, m gelijk is aan 0 tot 9, X en Y gekozen worden uit H, F, Cl, Br, of I, en Ri H is of alkyl, bvb. -CH3, of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl, en R2 H is of alkyl, bvb. -CH3 of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl.

In een volgend aspect voorziet de uitvinding een plasmakamer om een stuk stof te voorzien van een polymere deklaag, waarbij de plasmakamer meerdere elektrode lagen bevat die achtereenvolgens geschikt zijn binnen de plasmakamer, waarbij minstens twee aangrenzende elektrode lagen radiofrequente elektrode lagen zijn of waarbij minstens twee aangrenzende elektrode lagen geaarde elektrode lagen (massa elektrode lagen) zijn.

In een ander aspect van de huidige uitvinding is er een plasmakamer voorzien om een polymere deklaag af te zetten op een stuk stof, zoals een textielmateriaal, waarbij de plasmakamer meerdere elektrode lagen bevat die elk een algemeen vlakke (planaire) of plaatvormige vorm hebben, achtereenvolgens geschikt binnen de plasmakamer, waarbij minstens twee aangrenzende elektrode lagen radiofrequente elektrode lagen of geaarde elektrode lagen zijn.

Bij voorkeur zijn de minstens twee aangrenzende elektrode lagen radiofrequente elektrode lagen.

Bij voorkeur bestaat het buitenste paar van elektrode lagen uit geaarde elektrode lagen.

In een ander aspect van de huidige uitvinding is een plasmakamer voorzien met minstens twee paar elektrode lagen, waarbij het buitenste paar van elektrode lagen ofwel geaarde elektrode lagen ofwel radiofrequente elektrode lagen zijn.

Bij voorkeur omvat de plasmakamer een paar radiofrequente elektrode lagen en een paar geaarde elektrode lagen, bvb. gepositioneerd volgens M/RF/RF/M of RF/M/M/RF, waarbij 'M' een geaarde elektrode laag aanduidt, 'RF' een radiofrequente elektrode laag, en waarbij '/' de posities aanduidt waar de stof tussen de elektrode lagen passeert.

Bij voorkeur heeft de plasmakamer verdere paren van radiofrequente of geaarde elektrode lagen, bvb. volgens de schikking RF/M/RF/RF/M/RF of M/RF/M/M/RF/M of M/RF/M/RF/RF/M/RF/M of RF/M/RF/M/M/RF/M/RF of RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/M/RF of M/RF/M/RF/M/M/RF/M/RF/M of M/RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/M/RF/M of RF/M/RF/M/RF/M/M/RF/M/RF/M/RF en zo verder.

In een alternatieve uitvoeringsvorm omvat de plasmakamer een eerste elektrode set en een tweede set van elektroden, de eerste en tweede elektrode set aangebracht aan weerzijden van een doorgang voor het ontvangen van een stof.

Bij voorkeur omvatten één of beide van de eerste en tweede set van elektroden een binnenste elektrode laag en een paar buitenste elektrode lagen.

Bij voorkeur is de binnenste elektrode laag een radiofrequente electrode laag en de buitenste elektrode lagen zijn geaarde elektrode lagen, bvb. volgens de schikking M*RF*M / M*RF*M of M*RF*M / M*RF*M / M*RF*M en zo verder.

Andersom, de binnenste elektrode laag kan een geaarde elektrode laag zijn en de buitenste elektrode lagen radiofrequente elektrode lagen, bvb. volgens de schikking RF*M*RF/ RF*M*RF of RF*M*RF/ RF*M*RF/ RF*M*RF en zo verder.

Bij voorkeur kan de plasmakamer verdere elektrode sets omvatten, bijvoorbeeld een derde, vierde, vijfde en zesde elektrode set en zo verder. Bijvoorbeeld wanneer een derde elektrode set wordt toegevoegd, bvb. M*RF*M / M*RF*M / M*RF*M, dan wordt een deklaag aan beide zijden van de stof afgezet in twee passages.

In alle uitvoeringsvormen van de uitvinding waarbij de elektrode laag een radiofrequente elektrode laag is, kan de elektrode laag ook warmte regelaar bevatten, bvb. een hol gedeelte zoals een tube om een warmte regelaar vloeistof te ontvangen.

Wanneer de elektrode laag van het geaarde type is, hoeft de elektrode laag geen warmte regelaar te bevatten. De elektrode lagen van dit type kunnen dus eenvoudigweg een vlakke plaat, rooster of andere configuratie zijn die geschikt is voor het genereren van een plasma wanneer gepositioneerd naast een radiofrequente elektrode laag.

De elektrode lagen zijn bij voorkeur vlak of plaatvormig. Een voordeel van zo'n configuratie is dat het gegenereerde plasma evenwichtig verdeeld is over het oppervlak van de elektrode set. Bijgevolg is de snelheid waarmee monomeer gepolymeriseerd wordt op het substraat dezelfde op elke plaats op het substraat, wat leidt tot een verbeterde uniformiteit.

Bij voorkeur bevat de warmte regelaar buizen die een pad vormen dat om zichzelf buigt met ongeveer 180° op regelmatige afstanden om zo een elektrode te vormen die substantieel vlak is.

Bij voorkeur heeft de warmte regelaar een diameter van ongeveer 2.5 tot 100 mm, liever van ongeveer 5 tot 50 mm, nog liever van ongeveer 5 tot 30 mm, zoals 25, 20 of 15 mm, bijvoorbeeld 10 mm.

De warmte regelaar heeft bij voorkeur een wanddikte van ongeveer 0.1 tot 10 mm, liever van ongeveer 0.25 mm tot 5 mm, nog liever van ongeveer 0.25 tot 2.5 mm, bvb. 1.5 mm.

De afstand tussen de warmte regelaar voor en na de bocht van ongeveer 180° is tussen 1 en 10 maal de diameter van de warmte regelaar, zoals ongeveer 3 tot 8 keer, bvb. 5 keer de diameter van de warmte regelaar.

Bij voorkeur bestaat de warmte regelaar uit een geleidend materiaal zoals een metaal, bvb. aluminium, roestvast staal (stainless steel) of koper. Andere geleidende materialen kunnen overwogen worden.

Bij voorkeur genereert de of elke radiofrequente elektrode laag een hoog frequent elektrisch veld bij een frequentie van 20 kHz tot 2.45 GHz, liever van 40 kHz tot 13.56 MHz, waarbij 13.56MHz te verkiezen is.

Bij voorkeur bevat de plasmakamer verder lokalisatie en/of vasthechtingsmiddelen zoals één of meerdere connectorplaten en/of de kamerwanden om elke elektrode laag of elektrode set vast te hechten op de gewenste positie binnen de plasmakamer.

Bij voorkeur kunnen de lokalisatie en/of vasthechtingsmiddelen verwijderd worden uit de plasmakamer, bvb. door deze uit de plasmakamer te schuiven.

De plasmakamer heeft bij voorkeur één of meerdere inlaten om een monomeer in de plasmakamer binnen te laten.

Bij voorkeur voedt elke inlaat monomeer aan een monomeer distributiesysteem dat het monomeer evenwichtig verdeeld over de kamer. De monomeerinlaat kan bijvoorbeeld monomeer voeden aan een verdeelstuk dat de kamer voedt.

Bij voorkeur is het verdampte monomeer in staat om het plasma te initiëren en hierdoor wordt de gebruik van een inert gas, zoals helium, stikstof of argon als dragergas vermeden.

Echter, de Aanvrager heeft ontdekt dat in sommige situaties het toevoegen van een kleine hoeveelheid dragergas leidt tot een betere stabiliteit van het plasma binnenin de plasmakamer, waarbij een meer uniforme dikte van de depositie laag bekomen wordt. De verhouding dragergas tot monomeer is bij voorkeur gelijk aan of lager dan 1:4.

Bij voorkeur is het dragergas een inert gas zoals helium of argon.

Bij voorkeur worden het dragergas en het monomeer gemengd alvorens in de kamer te stromen, wat bijdraagt tot de kwaliteit en uniformiteit van het mengsel van dragergas en monomeer alvorens te processen.

Het apparaat bezit ook een monomeerdamp aanvoersysteem. Monomeer wordt op gecontroleerde wijze verdampt. Afgemeten hoeveelheden monomeerdamp worden aangevoerd tot in de plasmakamer door een bij voorkeur temperatuur gecontroleerde aanvoerlijn.

Bij voorkeur wordt het monomeer verdampt op een temperatuur van 50 tot 180 °C, liever van 100 tot 150 °C, waarbij de optimale temperatuur afhangt van de fysische eigenschappen van het monomeer. Van minstens een deel van het monomeerdamp aanvoersysteem kan de temperatuur gecontroleerd worden volgens een hellend (stijgend of dalend) temperatuurprofiel. Het temperatuurprofiel zal typisch licht stijgend zijn vanaf de plaats waar het monomeer verdampt wordt, en dit tot het eind van de aanvoerlijn. In de vacuümkamer zal het verdampte monomeer expanderen en de vereiste temperaturen waarbij geen condensatie zal optreden in de kamer en verder naar de pomp toe zullen typisch lager zijn dan de temperaturen van de aanvoerlijn.

In de situaties waar kleine hoeveelheden dragergas gebruikt worden, kan het dragergas aangeleverd worden van een gasfles, tank of reservoir. Het debiet wordt geregeld door een massadebietregelaar. Na de massadebietregelaar gepasseerd te zijn komt het dragergas in de monomeer aanvoerlijn terecht, waarbij het monomeer afzonderlijk al een debietregelaar gepasseerd is om op deze manier een stabiel gasdebiet en monomeerdebiet te garanderen.

Bij voorkeur wordt een minimale afstand van enkele mm voorzien tussen de elektroden en het oppervlak van de stof waarop een deklaag afgezet moet worden. Liever is deze afstand van 10 tot 100 mm, bvb. 10 tot 90 mm, neem minder dan 80, 70, 60 or 50 mm, liefst 15 tot 50 mm.

De plasmakamer bevat bij voorkeur een meervoud aan rollers om een stuk stof te begeleiden tussen elke elektrode laag of elke elektrode set.

De rollers worden bij voorkeur verwarmd om de aanwezigheid te vermijden van koudepunten, waar het monomeer zou kunnen condenseren. De rollers worden bij voorkeur verwarmd van kamertemperatuur van ongeveer 20 °C tot 85 °C, liever van 25 tot 70 °C, bijvoorbeeld 30 tot 60 °C. Bij voorkeur worden de rollers verwarmd met water, olie of andere vloeistoffen of combinaties hiervan, liefst met water. Bij voorkeur zijn de rollers voorzien van een temperatuurcontrole systeem dat dient om de temperatuur te reguleren teneinde significante temperatuurverschillen te vermijden.

De rollers kunnen bij voorkeur verdeeld worden in twee categorieën: trekkracht sensoren en normale rollers. Voor stijve textielmaterialen, zoals dikke films of folies, moeten de rollers niet individueel aangedreven worden. Het is voldoende dat de opwikkelroller aan een bepaalde snelheid aangedreven wordt, en alle andere rollers zullen starten met rollen door deze opwikkelbeweging.

Voor meer fragiele materialen, zoals textiel voor filtratie en kledij, worden de meeste of alle rollers individueel aangedreven om schade aan of scheuren van de stof of het materiaal door extreme spanningen te vermijden. Voor de meest fragiele materialen, bvb. membranen of dunne niet-weefsels met een open structuur, worden alle rollers individueel aangedreven en kunnen ze individueel of als groep afgeregeld worden, bvb. om het processen van fragiele textielmaterialen te optimaliseren.

Bij voorkeur bevat de plasmakamer één of meerdere trekkracht sensoren die gekalibreerd kunnen worden zodra een vooraf vastgelegde basisdruk bereikt is en alvorens de eerste processtap of afwikkelen of opwikkelen van de stof wordt gestart, bvb. voor het uitgassen, of voor de gasinlaat geopend wordt en het elektromagnetisch veld voor een voorbehandeling wordt aangezet, of voor de gasinlaat geopend wordt en het elektromagnetisch veld voor de depositiestap wordt aangezet, eender welke eerst komt.

De trekkracht sensoren worden niet aangedreven maar zorgen voor een zekere trekkracht op het stuk stof waarop een deklaag afgezet moet worden. De trekkracht wordt vastgelegd in functie van het materiaaltype. Voor meer fragiele materialen, en zeker voor de meest fragiele materialen, heeft de aanvrager ontdekt dat een kalibratie van de trekkracht sensoren voor elke individuele run na het sluiten van de machine en het afpompen tot basisdruk de kwaliteit van het wikkelen en van de polymere deklaag verbetert.

Bij voorkeur worden de trekkracht sensoren voor elke individuele run gekalibreerd zodra de basisdruk bereikt is en voor de eerste processtap.

Bij voorkeur vindt het depositieproces plaats aan een snelheid van 0.1 tot 20 m/min, bvb. 0.5 tot 15 m/min, zoals 1 tot 10 m/min, neem minder dan 9, 8, 7, 6 m/min, liefst 1 tot 5 m/min.

Bij voorkeur is de trekkracht waaraan de stof gewikkeld wordt 0.2 tot 250 kg (2 tot 2500 N), liever 0.5 tot 100 kg (5 tot 1000 N), bvb. 1 tot 50 kg (10 tot 500 N), zoals 1.5 tot 25 kg (15 tot 200 N), zoals 1.5 tot 10 kg (15 tot 100 N).

Bij voorkeur worden voor rollen met beperkte buitendiameter, gewicht en breedte de afwikkelzone en de opwikkelzone gepositioneerd aan dezelfde kans van de plasma kamer, waarbij het afwikkelen start in het onderste gedeelte van de wikkelzone en het opwikkelen plaatsvindt in het bovenste gedeelte van de wikkelzone.

Bij voorkeur worden voor zware en/of lange en/of brede rollen, bvb. 2 m breed, de opwikkelzone en de afwikkelzone aan verschillende einden van de plasmakamer gepositioneerd, bvb. de afwikkelzone aan de linkerzijde en de opwikkelzone aan de rechterzijde.

In een verder aspect voorziet de uitvinding een methode om een stuk stof, bvb. een textielmateriaal, te voorzien van een polymere deklaag, waarin de methode bestaat het voorzien van een plasmakamer die een meervoud aan elektrode lagen bevat die achtereenvolgens geschikt zijn binnen de plasmakamer, waarbij minstens twee aangrenzende elektrode lagen radiofrequente elektrode lagen of geaarde elektrode lagen zijn; en het begeleiden van een stuk stof tussen deze elektrode lagen.

Bij voorkeur omvat de methode het regelen van de temperatuur van elke radiofrequente elektrode laag, bvb. van ongeveer 5 tot 200 °C, zoals van ongeveer 20 tot 90°C, liever van ongeveer 25 tot 60 °C, nog liever van ongeveer 30 tot 40 °C.

Bij voorkeur omvat de stap van het regelen van de temperatuur van elke radiofrequente elektrode laag het voeden van een warmte regelaar met een vloeistof zoals water, olie of andere vloeistoffen of combinaties hiervan.

Bij voorkeur omvat de methode de controle van de temperatuur van de plasmakamer, bvb. om temperatuurverschillen binnenin te kamer te vermijden, en om koudepunten waar het monomeer kan condenseren te vermijden. Bijvoorbeeld de deur en enkele of alle wanden van de plasmakamer kunnen voorzien zijn van een temperatuurcontrole.

Bij voorkeur onderhoudt de temperatuurcontrole de temperatuur van kamertemperatuur van ongeveer 20 °C tot 70 °C, liever van ongeveer 30 tot 50 °C.

Bij voorkeur zijn ook de pomp, de vloeibare monomeeraanvoer en alle connecties tussen deze items en de plasmakamer temperatuur gecontroleerd om koudepunten te vermijden waar het procesgas of gassen kunnen neerslaan.

De methode omvat bij voorkeur de stap van het aanleggen van een vermogen over de radiofrequente elektrode lagen via één of meerder connectorplaten.

Het vermogen voor het plasma kan aangebracht worden op continue wijze of op gepulste wijze.

Bij voorkeur, wanneer aangebracht op continue wijze in een kamer van 9000 liter, is het aangelegd vermogen ongeveer 5 tot 5000 W, liever ongeveer 10 tot 4000 W, nog liever ongeveer, neem 25 tot 3500W, nog liever, bijvoorbeeld 30 tot 3000 W, liefst nog altijd, bijvoorbeeld 40 tot 2500 W, en nog liever van 50 tot 2000, 1900, 1800, 1750, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1250, 1200, 1100, 1000, 950, 900, 850, 800, 750, 700, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350, 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 90, 80, 75, 70, of 60 W.

Bij voorkeur, wanneer aangebracht op gepulste wijze in een kamer van 9000 liter, is het aangelegd vermogen ongeveer 5 to 5000 W, liever ongeveer 25 tot 4000 W, nog liever ongeveer 50 tot 3500 W, nog liever, bijvoorbeeld 75 tot 3000 W, liefst nog altijd, bijvoorbeeld 100 tot 2500 W, en nog liever van 150 tot 2000, 1900, 1800, 1750, 1700, 1600, 1500, 1400, 1300, 1250, 1200, 1100, 1000, 950, 900, 850, 800, 750, 700, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350, 300, 250, 200, of 175 W.

Wanneer toegepast in gepulst vermogen, kan de pulsatiefrequentie gekozen worden tussen 100 Hz en 10 kHz, met een schakelduur van ongeveer 0.05 tot 50 %, waarbij de optimale parameters afhangen van het monomeer dat gebruikt wordt.

Hoewel het aangelegd vermogen hoog kan lijken, zal een vakman in het vakdomein begrijpen dat een grote plasmakamer, zoals één van 9000 liter inhoud, meer en grotere radiofrequente elektrode lagen of elektrode sets bevat in vergelijking met machines waarin kleinere textielsheets worden behandeld ipv rollen. Bijgevolg wordt het vermogen verhoogd om een uniform en stabiel plasma te vormen. Maar in vergelijking met gasvormige precursor monomeren zoals beschreven in publicaties wordt de huidige uitvinding afgezet bij laag vermogen. Deklagen zoals gekend in de vakkennis, afgezet met gasvormige precursoren, vereisen een aangebracht vermogen van 5000 W of meer, tot 10000 W en zelf tot 15000 W, afhankelijk van de afmetingen en het aantal elektroden.

Bij voorkeur wordt een meervoud aan rollers gebruikt om het stuk stof tussen de elektrode lagen te begeleiden.

Zoals hierin gebruikt verwijst de term "aangrenzende elektrode lagen" naar een paar elektrode lagen, waarbij één elektrode laag van het paar zich, in gebruik, aan de ene kant van het stuk stof bevindt en de andere elektrode laag van het paar zich aan de andere kant van het stuk stof bevindt.

Opdat de uitvinding beter begrepen zou kunnen worden, zal deze nu beschreven worden bij wijze van voorbeeld aan de hand van de bijgevoegde tekeningen, waarbij:

Figuur 1 toont een schematische voorstelling van een rol-tot-rol plasma depositie apparaat;

Figuur 2 toont een eerste elektrode schikking volgens de vakkennis;

Figuur 3 toont een tweede elektrode schikking volgens de vakkennis; Figuur 4 toont een eerste elektrode schikking volgens de huidige uitvinding;

Figuur 5 toont een tweede elektrode schikking volgens de huidige uitvinding;

Figuur 6 toont een derde elektrode schikking volgens de huidige uitvinding;

Figuur 7 toont een vierde elektrode schikking volgens de huidige uitvinding; en

Figuur 8 toont vooraanzicht (a), zijaanzicht (b) en uiteinde (c) van een radiofrequente elektrode laag.

Verwijzend naar Figuur 1, een rol-tot-tol plasma depositie apparaat, aangeduid met 1, zal beschreven worden. Het apparaat 1 omvat een plasmakamer 10, een eerste compartiment 12 en een tweede compartiment 14. Het eerste 12 en tweede 14 compartiment zijn de afwikkel- en opwikkelcompartimenten, geplaatst aan beide einden van de plasma kamer. Deze compartimenten zijn gekend voor mensen in het vakdomein en worden hier niet verder in detail beschreven.

De plasmakamer 10 bevat een opeenvolging van elektrode lagen RF en M, waarbij de schikking van de elektrode lagen verder in detail wordt besproken bij Figuur 4. De plasmakamer 10 bevat verder een serie van bovenste 101 en onderste 102 rollers en trekkracht sensoren om een stuk textiel 16 tussen de elektrode lagen RF, M van een eerste rol 120, geplaatst in het eerste compartiment 12, te begeleiden/wikkelen op een tweede rol 140, geplaatst in het tweede compartiment 14.

Schematische voorstellingen van elektrode laag schikkingen volgens de vakkennis worden getoond in Figuur 2 en Figuur 3. De meest eenvoudige schikking wordt getoond in Figuur 2, waarbij een radiofrequente elektrode laag en een geaarde elektrode laag naast elkaar geplaatst worden. Deze schikking kan genoteerd worden als M/RF, waarbij 'M' een geaarde elektrode laag aanduidt, 'RF' een radiofrequente elektrode laag, en V' de ruimte waar het textiel materiaal 16 passeert. Bovenste 101 en onderste 102 rollers zijn geplaatst om een stuk textielmateriaal 16 te leiden van een eerste rol 120 naar een andere rol 140. In gebruik, en wanneer een elektromagnetisch veld wordt aangelegd op de radiofrequente elektrode laag RF, wordt plasma gegenereerd tussen de radiofrequente elektrode laag RF en de massa elektrode laag M. Zo'n plasma is gekend as primair plasma. Wanneer monomeer aanwezig is in plasmakamer 10 resulteert dit in een polymere deklaag die afgezet wordt op het oppervlak van het stuk textiel 16 dat gericht is naar de radiofrequente elektrode laag RF, resulterend in een stuk textielmateriaal 16 dat een uniforme polymere deklaag heeft op één enkele kant van het oppervlak.

Figuur 3 toont een andere schikking waarin bijkomende radiofrequente elektrode lagen RF en geaarde elektrode lagen M naast elkaar gepositioneerd worden. Deze schikking kan schematisch genoteerd worden als M/RF/M/RF/M. Opnieuw is primair plasma gegenereerd tussen een radiofrequente elektrode laag RF en een massa elektrode laag M zo dat een polymere deklaag aangebracht wordt op het oppervlak van de stuk textielmateriaal 16 dat gericht is naar de radiofrequente elektrode lagen RF. Het textielmateriaal 16 maakt vier passages en bij elke passage wordt op dezelfde kant van het textielmateriaal, gericht naar de radiofrequente elektrode lagen, een polymere deklaag afgezet, resulterend in een textielmateriaal 16 met een uniforme polymere deklaag afgezet op één zijde.

In een eerste uitvoeringsvorm volgens de uitvinding bestaat de elektrode schikking uit tien elektrode lagen in een sequentie zoals getoond in Figuur 4. Deze schikking kan schematisch genoteerd worden als M/RF/M/RF/M/M/RF/M/RF/M en representeert de schikking uit Figuur 1. In gebruik, en wanneer een elektromagnetisch veld wordt aangebracht op de radiofrequente elektrode lagen, wordt plasma gegenereerd tussen de elektrode lagen. Een primair plasma ontstaat tussen een radiofrequente elektrode laag RF en een massa elektrode laag M. Daarom, hoewel het duidelijk is dat het textielmateriaal 16 negen passages maakt tussen elektrode lagen, zijn enkel de eerste vier en de laatste vier passages door primaire plasma zones. Tijdens de eerste vier passages wordt er dus monomeer gepolymeriseerd op een eerste zijde van het textielmateriaal 16, terwijl gedurende de laatste vier passages monomeer gepolymeriseerd wordt op de andere zijde van het textielmateriaal 16, resulterend in een textielmateriaal 16 met een uniforme polymere deklaag op beide zijden. Tijdens de vijfde passage wordt geen tot een minimale hoeveelheid monomeer afgezet op het textielmateriaal 16.

Figuur 5 toont een tweede, vereenvoudigde, uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij de elektrode configuratie bestaat uit vier elektrode lagen geplaatst volgens de schematische notatie M/RF/RF/M. In gebruik, en wanneer een elektromagnetisch veld wordt aangebracht op de radiofrequente elektrode lagen, wordt plasma gegenereerd tussen de elektrode lagen. Een primair plasma ontstaat tussen een radiofrequente elektrode laag RF en een geaarde elektrode laag M. Daarom, hoewel het duidelijk is dat het textielmateriaal 16 drie passages maakt tussen elektrode lagen, zijn enkel de eerste en de laatste (derde) passage door primaire plasma zones. Tijdens de eerste passage wordt er dus monomeer gepolymeriseerd op een eerste zijde van het textielmateriaal 16, terwijl gedurende de laatste (derde) passage monomeer gepolymeriseerd wordt op de andere zijde van het textielmateriaal 16, resulterend in een textielmateriaal 16 met een uniforme polymere deklaag op beide zijden. Tijdens de tweede passage wordt geen tot een minimale hoeveelheid monomeer afgezet op het textielmateriaal 16.

In een derde uitvoeringsvorm kunnen de elektrode lagen geschikt worden volgens de schematische voorstelling RF/M/M/RF. In gebruik, en wanneer een elektromagnetisch veld wordt aangebracht op de radiofrequente elektrode lagen, wordt plasma gegenereerd tussen de elektrode lagen. Een primair plasma ontstaat tussen een radiofrequente elektrode laag RF en een geaarde elektrode laag M. Daarom, hoewel het duidelijk is dat het textielmateriaal 16 drie passages maakt tussen elektrode lagen, zijn enkel de eerste en de laatste (derde) passage door primaire plasma zones. Tijdens de eerste passage wordt er dus monomeer gepolymeriseerd op een eerste zijde van het textielmateriaal 16, terwijl gedurende de laatste (derde) passage monomeer gepolymeriseerd wordt op de andere zijde van het textielmateriaal 16, resulterend in een textielmateriaal 16 met een uniforme polymere deklaag op beide zijden. Tijdens de tweede passage wordt geen tot een minimale hoeveelheid monomeer afgezet op het textielmateriaal 16.

De aanvrager heeft verrassend ontdekt, mede via testen als watercontacthoeken en olie-afstootbaarheid, dat de polymere deklaag een betere uniformiteit heeft wanneer de geaarde elektrode lagen op de buitenste posities geplaatst worden, zoals beschreven in de eerste en tweede uitvoeringsvorm.

Teneinde beide zijden van de stof te voorzien van een deklaag, heeft de aanvrager ontdekt dat het belangrijk is om een paar te hebben van elektrode lagen van hetzelfde type, bvb. geaarde elektrode lagen, zoals beschreven in de eerste of derde uitvoeringsvorm, of radiofrequente elektrode lagen, zoals beschreven in de tweede uitvoeringsvorm. Deze inventieve schikkingen resulteren in het veranderen van de zijde van het textielmateriaal 16 waarop de polymere deklaag afgezet wordt.

In verdere uitvoeringsvormen kunnen bijkomende schikkingen overwogen worden, zoals RF/M/RF/RF/M/RF of M/RF/M/M/RF/M. In deze schikkingen is het duidelijk dat het textielmateriaal 16 vijf passages maakt tussen de elektrode lagen: de eerste, tweede, vierde en vijfde passage zijn door primaire plasma zones. Bijgevolg wordt er gedurende de eerste en tweede passage monomeer gepolymeriseerd op een eerste zijde van het textielmateriaal 16, terwijl gedurende de vierde en vijfde passage monomeer gepolymeriseerd wordt op de andere zijde van het textielmateriaal 16, resulterend in een textielmateriaal 16 met een uniforme polymere deklaag op beide zijden. Tijdens de tweede passage wordt geen tot een minimale hoeveelheid monomeer afgezet op het textielmateriaal 16.

Gelijkaardig kunnen bijkomende uitvoeringsvormen overwogen worden, met bijkomende elektrode lagen toegevoegd aan de sequentie, bvb. M/RF/M/RF/RF/M/RF/M of RF/M/RF/M/M/RF/M/RF of RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/M/RF of M/RF/M/RF/M/M/RF/M/RF/M of M/RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/M/RF/M or RF/M/RF/M/RF/M/M/RF/M/RF/M/RF enz. Bij toenemend aantal elektrode lagen neemt het aantal passages in de primaire plasma zone ook toe. Op deze manier is het mogelijk de dikte van de resulterende polymere deklaag te controleren door meer of minder elektrode lagen in de sequentie te voorzien. Verder is het mogelijk door het aantal elektrode lagen in de sequentie te verhogen de snelheid waarbij het textielmateriaal 16 door de plasmakamer geleid wordt ook te verhogen zonder daarbij in te boeten op de kwaliteit van de polymere deklaag.

In een volgende uitvoeringsvorm, voorgesteld in Figuur 6, zijn de electrode lagen als volgt geschikt: M*RF*M / M*RF*M, waarbij 'M' een geaarde elektrode laag aanduidt, 'RF' een radiofrequente elektrode laag, '*' een primaire plasma zone en '/' de ruimte waar het textiel materiaal 16 passeert. In deze uitvoeringsvorm bevat de plasmakamer 10 een eerste elektrode set (M*RF*M) en een tweede elektrode set (M*RF*M), waarbij de eerste en de tweede elektrode set bestaan uit elektrode lagen en waarbij elke elektrode set bestaat uit twee geaarde elektrode lagen M en een enkele radiofrequente elektrode laag RF. Het is duidelijk dat in deze uitvoeringsvorm het textielmateriaal 16 een enkele passage maakt tussen de electrode sets (M*RF*M).

Hoewel de uitvinders niet gebonden wensen of willen worden aan een bepaalde theorie, dient begrepen te worden dat het plasma dat gegenereerd wordt tussen elektrode sets (M*RF*M) van deze uitvoeringsvorm niet gecategoriseerd kunnen worden als een puur primair of een puur secundair plasma. De uitvinders beschouwen het plasma tussen de elektrode sets (M*RF*M) eerder als een nieuwe hybride vorm van plasma, die sterk genoeg is om geactiveerd en ontstoken te worden en te blijven, en tegelijk zachtaardig genoeg is om de reactieve monomeren niet af te breken. Tijdens de enige passage wordt er monomeer gepolymeriseerd op beide zijden van het stuk textielmateriaal 16, wat resulteert in een textielmateriaal 16 met een uniforme polymere deklaag aan beide zijden.

De processnelheid kan verhoogd worden door bijkomende elektrode sets (M*RF*M) in de plasmakamer 10 te plaatsen, bijvoorbeeld derde, vierde, vijfde en zesde elektrode sets (M*RF*M), en zo verder. Wanneer bijvoorbeeld een derde elektrode set (M*RF*M) wordt toegevoegd, wordt een deklaag afgezet op beide zijden van het textielmateriaal 16 in twee passen, bvb. M*RF*M / M*RF*M / M*RF*M, of RF*M*RF / RF*M*RF / RF*M*RF.

Figuur 7 toont een voorbeeld van een elektrode schikking die zes opeenvolgende elektrode sets (M*RF*M) bevat. In tegenstelling tot Figuur 1 vinden in Figuur 7 het afwikkelen en het opwikkelen plaats in dezelfde zone aan dezelfde zijde van de plasmakamer.

Figuur 8 toont een radiofrequente elektrode laag RF in vooraanzicht (a), zijaanzicht (b) en het uiteinde (c). De radiofrequente elektrode laag RF bestaat uit een algemeen vlakke structuur gevormd door buis 21 te vouwen. Buis 21 kan bestaan uit een meervoud aan secties die aan elkaar gezet worden met verbindingsstukken 27. De buis 21 is typisch vervaardigd uit een geleidend metallisch materiaal zoals aluminium, roestvast staal (Eng. stainless steel) of koper. De buis 21 is hol wat toelaat dat een warmteregelaarsvloeistof doorheen de elektrode laag RF passeert zodat het plasma afgeregeld kan worden op een vooraf bepaalde temperatuur. Buis 21 bestaat uit een serie bochten 22 die op regelmatige afstanden gevormd worden, De buis 21 buigt ongeveer 180° om zichzelf bij bocht 22. De buis 21 heeft een diameter van ongeveer 10 mm en een wanddikte van ongeveer 2 mm. De afstand tussen buis 21 voor en na elke bocht 22 is ongeveer 5 maal de diameter van de bocht 21.

Buis 21 is gebogen bij elk uiteinde teneinde stukken 25 en 26 te vormen die loodrecht staan op de vlakke structuur van de elektrode. De uiteinden 25, 26 kunnen verbonden worden met een vloeistof of uitgangskanaal. Uiteinden 25, 26 kunnen ook verbonden worden met de uiteinden van naburige elektrode lagen.

De radiofrequente elektrode laag RF bevat verder een paar verbindingsplaten 23, 24 die verbonden zijn aan de voor- en achterzijde van de elektrode laag 20 ter hoogte van de bochten 22. De verbindingsplaten 23, 24 voorzien middelen om de radiofrequente elektrode laag RF in de vacuümkamer 11 te bevestigen en voorzien elektrische contacten om een vermogen aan te brengen op de radiofrequente elektrode lagen RF.

Een geaarde elektrode laag M (niet in detail getoond) bestaat typisch uit een vlakke plaat gemaakt in aluminium.

Een voorbeeld van de opeenvolgende stappen om een polymere deklaag af te zetten op een rol stof is de volgende: 1. Een te behandelen rol stof 120 wordt in een eerste compartiment 12 van apparaat 1 geplaatst; 2. Het vrije uiteinde van de stof 16 wordt, manueel of autmatisch, geleid over de rollers 101, 102 binnen de plasmakamer 10 en daarna vastgemaakt aan een lege rol 140 in een tweede compartiment 14; 3. De plasmakamer 10 wordt gesloten, en de elektroden, die bevestigd zijn op het bewegende gedeelte van de machine, worden tussen de geleidingsrollen 101, 102 geschoven (en dus ook tussen het textielmateriaal 16); 4. De plasmakamer 10 is verzegeld en wordt geëvacueerd tot een vereiste, vooraf bepaalde basisdruk; 5. De trekkracht sensoren worden gekalibreerd voor optimaal procesverloop; 6. De gasinlaatklep wordt geopend en damp van vloeibare monomeer wordt op een gecontroleerde wijze aan een gecontroleerd debiet in de plasmakamer 10 gebracht; 7. Een elektromagnetisch veld wordt aangebracht op de radiofrequente elektrode lagen RF en een continue plasma op laag vermogen wordt gegenereerd; 8. Vermogen wordt aangebracht op rollers 101, 102 van apparaat 1 om het textielmateriaal 16 van de eerste rol 120 af te wikkelen en op de tweede rol 140 te wikkelen, waarbij het tussen afwikkelen en opwikkelen tussen de elektrode lagen RF, M of elektrode sets M*RF*M, RF*M*RF passeert waarbij een polymere deklaag wordt afgezet op elke zijde van de stof 16; 9. Zodra al het textielmateriaal 16 is voorzien van een polymere deklaag wordt het elektromagnetisch veld uitgeschakeld en de plasmakamer 10 wordt belucht tot atmosfeerdruk.

Een tweede voorbeeld van de stappen om een polymere deklaag af te zetten op een rol textielmateriaal, bvb. in een 9000 I kamer, is als volgt: 1. Een te behandelen rol stof 120 wordt in een eerste compartiment 12 van apparaat 1 geplaatst; 2. Het vrije uiteinde van de stof 16 wordt, manueel of autmatisch, geleid over de rollers 101, 102 binnen de plasmakamer 10 en daarna vastgemaakt aan een lege rol 140 in een tweede compartiment 14; 3. De plasmakamer 10 wordt gesloten, en de rollers en al het textiel (op rol in de afwikkelzone, het vrije einde op een rol in de opwikkelzone, en het textiel geleid tussen de geleidingsrollen), die bevestigd zijn op het bewegende gedeelte van de machine, worden tussen de elektrode lagen of elektrode sets geschoven; 4. De plasmakamer 10 is verzegeld en wordt geëvacueerd tot een vereiste, vooraf bepaalde basisdruk voor uitgassing en voorbehandeling; 5. De trekkracht sensoren worden gekalibreerd voor optimaal procesverloop; 6. De gasinlaatklep wordt geopend en het inert gas voor de voorbehandeling, bvb. reiniging en/of uitgassing en/of etsen, die gecombineerd wordt met verdere uitgassing van het textiel alvorens een deklaag af te zetten, wordt in de plasmakamer 10 gebracht; 7. Een elektromagnetisch veld wordt aangebracht op de radiofrequente elektrode lagen RF en een plasma wordt gegenereerd; dit plasma kan zowel op continue wijze als op gepulste wijze aangebracht worden, waarbij de keuze van de plasma wijze afhangt van het vereiste vermogen, van het gas of de gassen gebruikt voor de voorbehandeling, en/of van de afmetingen en het design van de plasma machine en/of van het te behandelen textielmateriaal 16; 8. Vermogen wordt aangebracht op rollers 101, 102 van apparaat 1 om het textielmateriaal 16 van de eerste rol 120 af te wikkelen en op de tweede rol 140 te wikkelen, waarbij het tussen afwikkelen en opwikkelen tussen de elektrode lagen RF, M of elektrode sets M*RF*M, RF*M*RF passeert waarbij vocht verder wordt verwijderd uit het materiaal 16 en waarbij beide zijden van de stof 16 de voorbehandeling ondergaan; 9. Zodra het volledige textielmateriaal 16 is uitgegast en voorbehandeld, wordt het elektromagnetisch veld uitgeschakeld en de plasmakamer 10 wordt verder geëvacueerd tot de vereiste lagere basisdruk voor de depositie van een polymere deklaag; 10. De gasinlaatklep wordt geopend en damp van vloeibare monomeer wordt op een gecontroleerde wijze aan een gecontroleerd debiet in de plasmakamer 10 gebracht; 11. Een elektromagnetisch veld wordt aangebracht op de radiofrequente elektrode lagen RF en een plasma op laag vermogen wordt gegenereerd; dit plasma kan zowel op continue wijze als op gepulste wijze aangebracht worden, waarbij de keuze van de plasma wijze afhangt van het vereiste vermogen, van het monomeer gebruikt voor de voorbehandeling, en/of van de afmetingen en het design van de plasma machine en/of van het te behandelen textielmateriaal 16; 12. Vermogen wordt aangebracht op rollers 101, 102 van apparaat 1 om het textielmateriaal 16 van rol 140 af te wikkelen en op de andere rol 120 op te wikkelen, waarbij het tussen afwikkelen en opwikkelen tussen de elektrode lagen RF, M of elektrode sets M*RF*M, RF*M*RF passeert waarbij een polymere deklaag wordt afgezet op elke zijde van de stof 16; 13. Zodra al het textielmateriaal 16 is voorzien van een polymere deklaag wordt het elektromagnetisch veld uitgeschakeld en de plasmakamer 10 wordt belucht tot atmosfeerdruk.

Voorbeeld 1

Een eerste experiment werd uitgevoerd op kleine rollen textielmateriaal voor gebruik in filtratietoepassingen, alvorens over werd gegaan tot opschaling op productieniveau. Het textiel bestaat uit een niet-weefsel van synthetisch materiaal gemaakt van polymeervezels. De rol was 1000 m lang en 1.1 m breed.

De procesparameters staan samengevat in Tabellen 1 en 2.

Parameter Waarde

Monomeerdamp aanvoersysteem (LMS)

Temperatuur recipiënt 130 - 150 °C

Temperatuur LMS 140 - 150 °C

Plasma Zone

Lengte van de plasma zone 6 m

Behandelingssnelheid 2 m/min

Trekkracht 1.5 kg (15 N)

Temperatuur kamerwanden 40 - 50 °C

Elektroden & Generator

Elektrode configuratie M/RF/M/RF/RF/M/RF/M

Plasma type Primair

Vermogen 100 - 500 W

Frequentie 13.56 MHz

Frequentie mode cw

Temperatuur RF electrode 30 - 35 °C lagen

Monomeer lH,lH,2H,2H-Perfluorooctyl acrylaat

Debiet 40 - 100 sccm

Druk

Basisdruk 10 - 50 mTorr

Werkdruk 20 - 80 mTorr

Verblijftijd in de plasma 3 minuten zone

Olie 5 afstootbaarheidsniveau (ISO 14419-2010)

Tabel 1

Parameter Waarde

Monomeerdamp aanvoersysteem (LMS)

Temperatuur recipiënt 130 - 150 °C

Temperatuur LMS 140 - 150 °C

Plasma Zone

Lengte van de plasma zone 6 m

Behandelingssnelheid 2 m/min

Trekkracht 1.5 kg (15 N)

Temperatuur kamerwanden 40 - 50 °C

Elektroden & Generator

Elektrode configuratie M/RF/M/RF/RF/M/RF/M

Plasma type Primair

Vermogen 500 - 1000 W

Frequentie 13.56 MHz

Frequentie mode gepulst (102 - 104 Hz; schakelduur 0.1-20 %)

Temperatuur RF electrode 30 - 35 °C lagen

Monomeer lH,lH,2H,2H-Perfluorooctyl methacrylaat

Debiet 40 - 100 sccm

Druk

Basisdruk 10 - 50 mTorr

Werkdruk 20 - 80 mTorr

Verblijftijd in de plasma 3 minuten zone

Olie 3 afstootbaa rheidsn ivea u (ISO 14419-2010)

Tabel 2

Het resulterend textiel met een polymere deklaag volgens Tabel 1 toonde geode water- en olieafstootbaarheid en ook een efficiënte filtratie. Er werd beslist om dit proces op te schalen naar productieniveau.

De resulterende water- en olie-afstootbaarheid van het textiel behandeld volgens Tabel 2 zijn lager dan voor het textiel behandeld volgens Tabel 1. Toch werd er beslist dit proces ook op te schalen naar productieniveau.

Voorbeeld 2

De processen van voorbeeld 1 werden op grotere schaal toegepast. Het textielmateriaal bleef hetzelfde als in voorbeeld 1. De rol was 10000 m lang en 1.1 m breed.

De procesparameters staan samengevat in Tabellen 3 en 4.

Parameter Waarde

Monomeerdamp aanvoersysteem (LMS)

Temperatuur recipiënt 130 - 150 °C

Temperatuur LMS 140 - 150 °C

Plasma Zone

Lengte van de plasma zone 12 m Behandelingssnelheid 4 m/min

Trekkracht 1.5 kg (15 N)

Temperatuur kamerwanden 40 - 50 °C Elektroden & Generator

Elektrode configuratie M/RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/M/RF/M

Plasma type Primair

Vermogen 200 - 800 W

Frequentie 13.56 MHz

Frequentie mode cw

Temperatuur RF electrode 30 - 35 °C lagen

Monomeer 1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyl acrylaat

Debiet 50 - 120 sccm

Druk

Basisdruk 30 - 50 mTorr

Werkdruk 70 - 90 mTorr

Verblijftijd in de plasma 3 minuten zone

Olie 5 afstootbaa rheidsn i vea u (ISO 14419-2010)

Tabel 3

Parameter Waarde

Monomeerdamp aanvoersysteem (LMS)

Temperatuur recipiënt 130 - 150 °C

Temperatuur LMS 140 - 150 °C

Plasma Zone

Lengte van de plasma zone 12 m

Behandelingssnelheid 4 m/min

Trekkracht 1.5 kg (15 N)

Temperatuur kamerwanden 40 - 50 °C

Elektroden & Generator

Elektrode configuratie M/RF/M/RF/M/RF/RF/M/RF/M/RF/M

Plasma type Primair

Vermogen 700 - 1200 W

Frequentie 13.56 MHz

Frequentie mode gepulst (102 - 104 Hz; schakelduur 0.1-20 %)

Temperatuur RF electrode 30 - 35 °C lagen

Monomeer lH,lH,2H,2H-Perfluorooctyl methacrylaat

Debiet 50 - 120 sccm

Druk

Basisdruk 30 - 50 mTorr

Werkdruk 70 - 90 mTorr

Verblijftijd in de plasma 3 minuten zone

Olie 3 afstootbaarheidsniveau (ISO 14419-2010)

Tabel 4

Het resulterend textiel met deklaag volgens Tabel 3 vertoont geode water- en olie-afstootbaarheid en ook een efficiënte filtratie. De resulterende water- en olie-afstootbaarheid van het textiel behandeld volgens Tabel 4 zijn lager dan voor het textiel behandeld volgens Tabel 3.

Resultaten

Olie-afstootbaarheid

Voorbeelden 1 en 2 tonen aan dat continue mode plasma polymerisatie op lag vermogen een betere prestatie geven dan gepulste plasma polymerisatie. Dit wordt aangetoond door de olie-afstootbaarheid getest volgens ISO 14419.

De resultaten worden weergegeven in Tabel 5, en tonen dat de olie-afstootbaarheid voor continue mode deklagen op A4-sheets hoger is dan voor gepulste deklagen, waarbij het effect meer uitgesproken is voor korte behandelingstijden, bvb. twee minuten.

Tabel 5: Olie-afstootbaarheid voor continue en gepulste plasma deklagen Filtratie efficiëntie

De filtratie efficiëntie voor Standard filtratie media en filtratie media behandeld volgens de huidige uitvinding werden getest bij drie verschillende niveaus van "Hoog Efficiënte Deeltjes Tegenhoudende" filter elementen (Eng. HEPA - or High Efficiency Particulate Arresting filter elements), niveaus F7, F8 en F9. Niveaus F7, F8 en F9 zijn indicaties die aan secondaire filter elementen worden gegeven, afhankelijk van de efficiëntie die ze zouden moeten bereiken volgens BS EN 779. De vereiste efficiëntie in gebruik ("midden efficiëntie", Eng. middle efficiency) hangt af van de deeltjesgrootte die gefilterd moet worden.

Voor 0.4 μιη deeltjes, moet de midden efficiëntie voor F7 filters 80 - 90 % zijn. Voor F8 filters moet dit 90 - 95 % zijn, en voor F9 filters moet dit meer dan 95% zijn.

De filtratie media gebruikt in deze test wordt geladen, d.w.z. dat een elektret wordt gevormd, en kan gebruikt worden in systemen voor verwarming, ventilatie en air conditioning (HVAC systemen).

De initiële en midden efficiëntie voor 0.4 μητι poriëngrootte wordt gemeten volgens de standaard Europese luchtfiltertest BS EN 779, zowel voor standaard filtratie media en filtratie media behandeld volgens de uitvinding, en dit in geladen en ontladen vorm. De filtratie media worden ontladen door deze in contact te brengen met isopropanol.

De initiële filtratie efficiëntie is de efficiëntie van een proper, gloednieuw filter element. Het is evident dat eens de filter in gebruik is, zijn poriën geblokkeerd raken door de gefilterde deeltjes, waardoor de efficiëntie toeneemt over tijd. De initiële efficiëntie is dus de minimale efficiëntie.

De resultaten voor F7 filter elementen worden weergegeven in Tabel 6. Om te slagen voor de test is een gemiddelde efficiëntie van 80 tot 90 % en een initiële efficiëntie van 35 % of meer vereist.

Tabel 6

Uit tabel 6 blijkt duidelijk dat de initiële filtratie efficiëntie voor geladen filter elementen met een deklaag volgens de huidige uitvinding hoger is dan voor standaard filter elementen. Na ontlading van de filter elementen zakt de initiële en gemiddelde efficiëntie voor standard filters enorm, terwijl de plasma behandelde filter elementen geen daling vertonen op vlak van gemiddelde efficiëntie en slechts een minimale daling wat betreft de initiële efficiëntie.

De resultaten voor F8 filter elementen worden weergegeven in Tabel 7. Om te slagen voor de test is een gemiddelde efficiëntie van 90 tot 95 % en een initiële efficiëntie van 55 % of meer vereist.

Tabel 7

Uit Tabel 7 is het duidelijk dat de initiële filtratie efficiëntie voor geladen filter elementen met een deklaag volgens de huidige uitvinding hoger is dan voor standaard filter elementen. Na ontlading van de filter elementen zakt de initiële en gemiddelde efficiëntie voor standard filters, terwijl de plasma behandelde filter elementen een stijging vertonen op vlak van gemiddelde efficiëntie en initiële efficiëntie.

De standaard filter elementen halen niet de vereiste gemiddelde efficiëntie van 90 - 95 %, terwijl de plasma behandelde filter dit wel halen, zowel in geladen als in ontladen vorm.

De standaard filter elementen halen ook niet de vereiste initiële efficiëntie van 55 %, terwijl de plasma behandelde filter elementen dit wel halen, zowel in geladen als in ontladen vorm.

De filtratie efficiëntie wordt verbeterd worden voor ontladen filter elementen door hierop een inventieve deklaag af te zetten. Na ontlading met isopropanol is de deklaag nog steeds aanwezig op het filter element, waardoor een daling in efficiëntie vermeden wordt.

Penetratie van gedispergeerde oliedeeltjes (Eng. dispersed oil particles (DOP))

Ademhalingsmaskers vervaardigd uit vijf lagen smeltspin polypropylene (PP) niet-weefsel van 15 tot 30 g/m2 worden elektrostatisch opgeladen na depositie van een deklaag volgens voorbeeld 1. De evaluatie van de penetratie van de DOP-deeltjes wordt gedaan d.m.v. een Certitest 8130 apparaat dat het textiel belast met 200 mg DOP-deeltjes. De resultaten worden weergegeven in Tabel 8.

Tabel 8

Het is duidelijk uit Tabel 8 dat de plasma behandelde materialen veel beter scoren dan de onbehandelde referentiematerialen. De initiële penetratie is ongeveer 3 maal minder; de penetratie na 10 tot 30 minuten is 5 tot 6 maal minder. De filtratie efficiëntie voor olie-achtige deeltjes wordt dus duidelijk verbeterd door de materialen te voorzien van een inventieve deklaag.

Filtratie efficiëntie

Dieselfilters gemaakt van 1 tot 2 mm dik niet-geweven polyethylene tereftalaat (PET) van 500 g/m2 worden voorzien van een inventieve coating volgens voorbeeld 2.

De efficiëntie wordt getest door de filterelementen in water onder te dompelen gedurende 22 uren, gevolgd door uitdruppen gedurende een bepaalde tijd in verticale positie. De gewichtstoename wordt berekend en vergeleken met niet-behandelde referentiematerialen. De resultaten worden voorgesteld in volgende grafiek:

Tabel 9

Uit de grafiek blijkt duidelijk dat het onbehandelde referentiemateriaal een groot volume aan water absorbeert, ongeveer 1800 % gewichtstoename na 1 minuut uitdruppen.

Stalen voorzien van een inventieve coating tonen een extreem lage waterabsorptie, minder dan 10 % gewichtstoename na 1 minuut uitdruppen.

Wasbaarheid

Drie verschillende polyester weefsels werden behandeld met een lage druk plasma proces volgens Tabel 3 van voorbeeld 2, en werden hierna gewassen volgens ISO 15797 (2002). Eén volledige wascyclus bestaat uit de volgende stappen: 1. Wassen op 60 °C met 20 g IPSO HF 234 zonder optische witmaker per kilogram drooggewicht; 2. Drogen in de droogtrommel; 3. Warmtepers op 180 °C (bvb. strijken).

Vijf wascycli werden uitgevoerd, de één na de ander, waarna de olie-afstootbaarheid gemeten werd volgens ISO 14419 en een spray test uitgevoerd werd volgens ISO 9073 - luik 17 en ISO 4920.

Hierna werden vijf bijkomende wascycli uitgevoerd en werd opnieuw de olie-afstootbaarheid opgemeten en een spray test uitgevoerd.

De olie-afstootbaarheid in functie van het aantal wascycli wordt voorgesteld in Tabel 10, de spray resultaten in functie van het aantal wascycli in Tabel 11.

Tabel 10

Tabel 11

In een bijkomend voorbeeld werd een ander polyester weefsel behandeld met en zonder een voorbehandeling voor de depositiestap. Het proces zonder voorbehandeling werd uitgevoerd volgens voorbeeld 1. De procesparameters voor het proces met voorbehandeling worden samengevat in Tabel 12.

Parameter Waarde

Voorbehandeling

Gas Argon

Debiet 500 - 1000 sccm

Behandelingssnelheid 6 m/min

Vermogen 500 - 750 W

Frequentie 13.56 MHz

Frequentie mode cw

Monomeerdamp aanvoersysteem (LMS)

Temperatuur recipiënt 130 - 150 °C

Temperatuur LMS 140 - 150 °C

Plasma Zone

Lengte van de plasma zone 6 m

Behandelingssnelheid 2 m/min

Trekkracht 1.5 kg (15 N)

Temperatuur kamerwanden 40 - 50 °C

Elektroden & Generator

Elektrode configuratie M/RF/M/RF/RF/M/RF/M

Plasma type Primair

Vermogen 100 - 500 W

Frequentie 13.56 MHz

Frequentie mode cw

Temperatuur RF electrode 30 - 35 °C lagen

Monomeer lH,lH,2H,2H-Perfluorooctyl acrylaat

Debiet 40 - 100 sccm

Druk

Basisdruk 10 - 50 mTorr

Werkdruk 20 - 80 mTorr

Verblijftijd in de plasma 3 minuten zone

Olie afstootbaarheidsniveau 5 (ISO 14419-2010)

Tabel 12

Na het afzetten van de deklagen werden de textielmonsters gewassen volgens ISO 15797 (2002). Eén volledige wascyclus bestaat uit de volgende stappen: 1. Wassen op 75 °C met 20 g IPSO HF 234 en zonder optische witmaker per kilogram drooggewicht; 2. Drogen in een droogkabinet.

Na één wascyclus werd de olie-afstootbaarheid opgemeten volgens ISO 14419 en een spray test werd uitgevoerd volgens ISO 9073 - luik 17 en ISO 4920. Hierna werden vier bijkomende wascycli uitgevoerd waarna dezelfde evaluaties uitgevoerd werden (waarden na 5 wascycli). Vervolgens werden nog vijf bijkomende wascycli uitgevoerd en dezelfde evaluaties werden uitgevoerd (waarden na 10 wascycli).

De olie-afstootbaarheid in functie van het aantal wascycli wordt weergegeven in Tabel 13. Tabel 14 geeft de evolutie van de spray test resultaten in functie van het aantal wascycli.

Tabel 13

Tabel 14

Uit tabellen 13 en 14 blijkt duidelijk dat de textiel monsters die een voorbehandeling voor de depositiestap hadden ondergaan beter scoren en een betere duurzaamheid hebben dan de textielmonsters die geen voorbehandeling gekregen hadden. De verbetering is het duidelijkst in de spray testen waar de water-afstootbaarheid getest wordt. Het verschil in olie-afstootbaarheid is zichtbaar na 10 wasbeurten, zoals blijkt uit Tabel 13.

Na 20 wascycli heeft het voorbehandeld textiel nog steeds een olie-afstootbaarheid van niveau 3.

Duurzaamheid bij abrasie

Op drie verschillende polyester weefsels werd een lage druk plasma deklaag volgens voorbeeld 2 afgezet, waarna een Martindale abrasie test werd uitgevoerd. Omdat nadien een evaluatie werd uitgevoerd via een spray test, werden grotere monsters dan gebruikelijk gebruikt en werd de opstelling licht aangepast.

Een standaard wolweefsel werd met een kracht van 9 kPa tegen een plasma behandeld PES weefsel gedrukt. 5000 abrasiecycli werden uitgevoerd, waarna de olie-afstootbaarheid volgens ISO 14419 werd opgemeten en een spray test volgens ISO 9073 - luik 17 en ISO 4920 werd uitgevoerd. Hierna werden 5000 bijkomende rotaties uitgevoerd en dezelfde evaluaties werden uitgevoerd.

Tabel 15 toont de olie-afstootbaarheid in functie van het aantal Martindale abrasiecycli en Tabel 16 toont de spray test resultaten in functie van het aantal Martindale abrasiecycli.

Tabel 15

Tabel 16

Claims

Conclusies

1. Methode om een stof, inbegrepen een textielmateriaal, te voorzien van een polymere deklaag, waarbij de methode inhoudt dat een stof in contact wordt gebracht met een monomeer en waarbij het monomeer onderworpen wordt aan een plasma polymerisatie op laag vermogen, waarbij het monomeer volgens de algemene formule (I) gekozen wordt:

waarbij n gelijk is aan 2 tot 6, m aan 0 tot 9, X en Y zijn H, F, Cl, Br, I, Ri is H of alkyl of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl, en R2 is H of alkyl of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl.
2. Methode volgens Conclusie 1, verder omvattende depositie van een deklaag op de stof, waarbij de stof wordt geleid tussen een eerste en een tweede roller.
3. Methode volgens Conclusie 2, verder omvattende depositie van een deklaag op één of beide zijden van de stof.
4. Methode volgens Conclusie 3, waarbij de stof wordt uitgegast alvorens depositie van de deklaag en waarbij het uitgassen wordt uitgevoerd terwijl de stof van een eerste roller op een tweede roller gewikkeld wordt waarbij de stof door een plasmazone passeert zonder aanwezigheid van een plasma.
5. Methode volgens Conclusie 3, waarbij de stof minstens twee maal over-en-weer gewikkeld wordt tussen de eerste en tweede rollers voor uitgassing van de stof, waarbij de stof door een plasmazone passeert zonder aanwezigheid van een plasma.
6. Methode volgens een der Conclusies 4 en 5, waarbij het uitgassen wordt uitgevoerd aan een snelheid van 1 tot 20 m/min.
7. Methode volgens een der Conclusies 1 tot 6, verder omvattende het voorbehandelen van een rol stof alvorens depositie van een deklaag, hierbij inbegrepen het wikkelen van de stof tussen de rollers waarbij de stof door de plasmazone passeert, het introduceren van een inert, een reactief en/of een etsend gas in de plasmazone, en het opwekken van een plasma in de plasmazone.
8. Methode volgens Conclusie 7, waarbij de voorbehandeling wordt uitgevoerd aan een snelheid van 1 tot 20 m/min.
9. Methode volgens een der Conclusies 7 en 8, waarbij de uitgassing en de voorbehandeling worden gecombineerd in een enkele processtap.
10. Methode volgens een der Conclusies 1 tot 9, waarbij het vermogen voor de voorbehandeling en/of de depositiestap aangebracht wordt in ofwel continue mode ofwel in gepulste mode.
11. Methode volgens Conclusie 10, waarbij indien het vermogen wordt aangebracht in gepulste mode, de pulseerfrequentie van 100 Hz tot 10 kHz is en de schakelduur van 0.05 % tot 50 %.
12. Methode volgens een der Conclusies 1 tot 11, verder omvattende de stap waarbij het monomeer gebruikt wordt om het plasma te ontsteken.
13. Behandelde stof, waarop een polymere deklaag is afgezet door de stof in contact te brengen met een monomeer en het monomeer aan plasma polymerisatie op laag vermogen te onderwerpen, waarbij het monomeer volgens de algemene formule (I) gekozen wordt:

waarbij n gelijk is aan 2 tot 6, m aan 0 tot 9, X en Y zijn H, F, Cl, Br, I, Ri is H of alkyl of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl, en R2 is H of alkyl of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl.
14. Behandelde stof volgens Conclusie 13, waarbij de stof een wezenlijk vlak oppervlak heeft.
15. Behandelde stof volgens Conclusie 13, waarbij de stof getextureerd is, zoals een geweven pool of gebreide pool.
16. Behandelde stof volgens Conclusie 13, waarbij de stof niet geweven of niet gebreid is, zoals een membraan, film of folie.
17. Behandelde stof volgens Conclusie 13, waarbij de waterafstotende polymere deklaag een watercontacthoek heeft van 100° of meer.
18. Behandelde stof volgens een der Conclusies 13 tot 17, waarbij de super-olie-afstootbare polymere deklaag een olie-afstotendheid heeft van 3 tot 6, volgens ISO 14419.
19. Artikel gemaakt van een behandelde stof volgens een der Conclusies 13 tot 18.
20. Behandelde stof, zoals een textielmateriaal, waarop een polymere deklaag is afgezet door de stof in contact te brengen met een monomeer en het monomeer aan plasma polymerisatie op laag vermogen te onderwerpen, waarbij het monomeer volgens de algemene formule (I) gekozen wordt:

waarbij n gelijk is aan 2 tot 6, m aan 0 tot 9, X en Y zijn H, F, Cl, Br, I, Ri is H of alkyl, bvb. -CH3, of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl, en R2 is H of alkyl, bvb. -CH3, of een gesubstitueerd alkyl, bvb. een minstens gedeeltelijk halo-gesubstitueerd alkyl.
21. Behandelde stof volgens Conclusie 20, waarbij de polymere deklaag super-hydrofobe en/of super-oleofobe eigenschappen heeft.
22. Behandelde stof volgens Conclusie 20, waarbij de superhydrofobe polymere deklaag een watercontacthoek heeft van 100° of meer.
23. Behandelde stof volgens Conclusie 20, waarbij de superoleofobe polymere deklaag een olie-afstootbaarheid heeft van niveau 3 tot 6, volgens ISO 14419.
24. Behandelde stof volgens een der Conclusies 20 tot 23, waarbij de stof een filtratie medium is.