CZ20001134A3 - Elektretové výrobky a filtry rezistentní proti olejovým aerosolům - Google Patents

Abstract

Elektretové výrobky, jako například netkaná filtrační rouna a respirátory, vykazující vynikající zátěžový výkon v případě olejové mlhy, nízkou penetraci a malý tlakový spád, sestává ze směsi polymeru a fluorochemického aditiva zvoleného ze skupiny sloučenin obecných vzorců I, II a III.

Description

Elektretová výrobky a filtry rezistentní proti olejovým aerosolům

Oblast techniky

Vynález se týká elektretových výrobků, elektretových filtrů, respirátorů, které využívají elektretové filtry a použití elektretových filtrů při odstraňování částic z plynů, zejména při odstraňování aerosolu ze vzduchu. Vynález se týká zejména elektretových filtrů, které mají zlepšené vlastnosti, například zlepšenou elektretovou stabilitu v přítomnosti olejové mlhy (tj. kapalných aerosolů).

Dosavadní stav techniky

Vědci a inženýři se již dlouhou dobu snaží zlepšit filtrační výkon vzduchových filtrů. Některé z nejúčinnějších vzduchových filtrů používají elektretové částice. Elektretové částice vykazují trvalý nebo kvazipermanentní elektrický náboj. Viz. G.M. Sessler, Electrets, Springer Verlag, New York (1987). Výzkumníci vynaložili značné úsilí při zlepšování vlastností elektretových částic určených pro filtry. Navzdory rozsáhlému vývoji, směřujícímu k výrobě zlepšených elektretových výrobků, nebyly účinky provozních proměnných dostatečně pochopeny a obecně se dá říci, že je obtížné, pokud ne zcela nemožné, účinky měnících se provozních podmínek předem předpovídat.

01-0639-00-Če ····· * ·· · · ·· • · · ··· · · «·

Na vlastnosti elektretových výrobků, například na stabilitu náboje, zátěžový výkon, odolnost proti vlhkosti a olejům, které mohou podstatně ovlivnit zpracovatelské kroky, které by byly, v případě netkaných textilií a textilních materiálů, zpravidla neškodné nebo naopak přínosné, jsou kladeny speciální požadavky. Při nepřítomnosti rozsáhlejších empirických dat je tedy velmi často obtížné pochopit účinky, které by mohl mít příslušný zpracovatelský krok (například prudké ochlazení) na výsledné vlastnosti elektretového produktu.

Jedna z publikovaných metod, navržená pro zlepšení výkonu elektretového filtru, spočívá v míšení aditiva zvyšujícího výkon do polymeru, který se použije pro výrobu elektretových vláken. Například Jones a kol. v patentu US 5,411,576 a US 5,472,481 popisuje elektretové filtry, které jsou vyrobeny extrudací směsi polymeru á fluorochemikálie zpracovatelné v tavenině za vzniku mikrovláknitého rouna, které se následně žíhá a koronově zpracovává. Lifshutz a kol. popisuje ve WO 96/26783 (odpovídá patentu US 5,645,627) elektretové filtry, které jsou vyrobeny extrudací směsi polymeru a amidu mastné kyseliny nebo fluorochemického oxazolidinonu za vzniku mikrovláknitého rouna, které se následně žíhá a koronově zpracovává.

Byly uveřejněny i další techniky, které zlepšují vlastnosti týkající se náboje elektretových výrobků. Například v patentu US 4,588,537 popisuje Klaase a kol. použití koronového zpracování pro injektování náboje do elektretového filtru. Angadjivand a kol. v patentu US 5,496,507 zjistil, že bombardování netkaného mikrovláknitého rouna vodními kapičkami udílí rounu náboj a Rousseau a kol. ve WO 97/07272 popisuje elektretové filtry, • *

01-0639-00-Če které jsou vyrobeny extrudací směsí polymeru a fluorochemikálie nebo organické triazinové sloučeniny za vzniku mikrovláknitého rouna, které se následně bombarduje vodními kapičkami, čímž se nabije a čímž se zvýší filtrační výkon tohoto rouna.

V patentu US 5,256,176 popisuje Matsuura a kol. způsob výroby stabilních elektretů vystavením elektretu střídajícím se cyklům aplikace elektrických nábojů a následného zahřívání výrobku. Matsuura a kol. nepopisuje elektrety, které by obsahovaly aditiva zvyšující zátěžový výkon v případě olejové mlhy.

Podstata vynálezu

Vynález poskytuje elektretový výrobek obsahující polymer a aditivum zvyšující výkon (jak bude popsáno níže, lze do polymeru rovněž přidat další aditiva). Elektretový výrobek může mít například formu vlákna nebo fólie nebo může mít formu netkaného rouna, zejména pokud se použije jako filtr. Zjistilo se, že kompozice s nízkou krystalinitou obsahující polymer a aditivum zvyšující výkon jsou zvláště ceněny, protože mohou být převedeny na elektretové filtry, které mají vynikající vlastnosti. Jak bude popsáno níže, kompozice s nízkou krystalinitou lze vyrobit způsobem, který zahrnuje prudké ochlazení během zpracování.

Rychlé ochlazení redukuje uspořádanost materiálu (např. krystalinitu) oproti materiálu, který byl vyroben bez prudkého ochlazení. Prudké ochlazení se provádí současně s převáděním materiálu do požadovaného tvaru nebo krátce na to. Zpravidla se materiál tvaruje extrudací přes

01-0639-00-Če ······ ♦ ·· ·· • · · to to ·· « ··· · · · · · · · ·· ·· · · · · · · · · ···· ··· ···· ·· ·· ««« · · · · · · otvor hlavice a prudce ochlazuje (zpravidla aplikací chladícího média do extrudátu) bezprostředně po tom, co opustí tento otvor.

Vynález rovněž poskytuje jedinečný elektretový výrobek, který obsahuje polymer a aditivum zvyšující výkon a který má tepelně stimulované spektrum výbojového proudu (TSDC), jehož pík má šířku v polovině výšky menší než přibližně 30 °C, měřeno TSDC testovacím postupem 3. Elektretové filtry, do kterých jsou zabudovány elektretové výrobky vykazující tyto jedinečné TSDC spektrální znaky, mohou vykazovat překvapivě dobrý filtrační výkon.

Vynález zahrnuje výrobky, do kterých jsou zabudovány elektretové výrobky, a rovněž metody odstraňování pevných částic nebo kapalného aerosolu z plynu za použití elektretových výrobků podle vynálezu.

Vynález dále poskytuje elektretové filtry, které vykazují vynikající vlastnosti, kterých nebylo u podobně konstruovaných filtrů, do nichž nebyly zabudovány elektretové výrobky podle vynálezu, dosaženo. Tyto filtry obsahují vlákna vyrobená ze směsi polymeru a aditiva zvyšujícího výkon a vykazují vynikající zátěžový výkon v případě dioktylftalátového (DOP) kapalinového aerosolu. Zátěžový výkon pro DOP kapalinový aerosol je definován v příkladové části, v souvislosti s příslušnými testy. Výhodné filtry vykazují zvýšený zátěžový výkon pro olejovou mlhu, sníženou penetraci aerosolů nebo částic a nábojovou stabilitu v přítomnosti kapalinového aerosolu a současně vykazují malý tlakový spád filtrem.

Elektretové výrobky podle vynálezu mohou nalézt uplatnění v celé řadě filtračních aplikací, včetně

01-0639-00-Če • ·

respirátorů, jakými jsou například obličejové masky, domácí a průmyslové klimatizace, pecí, vzduchových čističů, vysavačů, lékařských vzduchových filtrů a klimatizačních systémů ve vozidlech a elektronických přístrojích, jakými jsou například počítače a pohony disků.

Vynález rovněž poskytuje respirátor, který obsahuje elektretový filtr obsahující: netkané rouno tvořené elektretovými vlákny, která obsahují směs polymeru a aditiva zvyšujícího výkon a nosnou strukturu pro přichycení respirátoru k obličeji osoby a kalíškovitý člen uzpůsobený pro přilnutí k ústům a nosu osoby, která respirátor používá; tento respirátor vykazuje Min@Chl větší než 400 mg DOP při testech prováděných Národním institutem „National Institute for Occupational Safety and Health Particulate Filter Penetration Proceduře to Test Negative Pressure Respirators Against Liquid Particulates (postup APRS-STP-0051-00); a exponovanou povrchovou plochu přibližně 180 cm², nebo se u respirátoru testuje pouze exponovaná povrchová plocha přibližně 180 cm² Kompozice, která se dále použije pro výrobu elektretového filtru, je rovněž jedním z aspektů vynálezu. Tato kompozice může obsahovat netkané rouno vláken sestávajících z polypropylenu, který má index krystalinity menší než 0,3, měřeno jako poměr píkové intenzity krystalinity ku celkové rozptýlené intenzitě v úhlovém rozpětí stupně rozptýlení 6 ⁰ až 36 ° a aditiva zvyšujícího výkon. Kompozici lze vyrobit smísením a extrudací směsi 90 % hmotn. až 99,8 % hmotn. organického polymeru a 0,2 % hmotn. až 10 % hmotn. aditiva zvyšujícího výkon, přičemž vlákna jsou extrudována skrze hlavici za podmínek vyfukování' z taveniny a odebírána ve formě netkaného rouna a před odebráním prudce ochlazena.

01-0639-00-Če

Stručný popis obrázků

Obr. 1 znázorňuje vývojový diagram způsobu výroby elektretových filtračních médií podle vynálezu.

Obr. 2 znázorňuje graf závislosti hmoty v miligramech (mg) dioktylftalátu (DOP), která dopadla na filtrační rouno v místě, kde DOP % penetrace dosahuje minimální hodnoty (dále jen „MinQChl) vzorků nasekaných z neochlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorku před žíháním. Jak bude podrobněji vysvětleno v příkladové části, tento údaj se získal exponováním filtračních roun DOP kapalným aerosolem v zařízení, které měří koncentraci DOP kapalného aerosolu před filtrem a za filtrem. % Penetrace se vypočte tak, že se koncentrace aerosolu za filtrem vydělí koncentrací aerosolu před filtrem a vynásobí stem.

Obr. 3 znázorňuje graf závislosti MinĚChl vzorků, nařezaných z nechlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorků před žíháním.

Obr. 4 znázorňuje graf závislosti Min@Chl vzorků, nařezaných z nechlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorků před žíháním.

Obr. 5 znázorňuje graf závislosti Min@Chl vzorků, nařezaných z chlazeného a nechlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorků před žíháním.

Obr. 6 znázorňuje graf závislosti MinSChl vzorků, nařezaných z chlazeného a nechlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorků před žíháním.

·

01-0639-00-Če

Obr. 7 znázorňuje graf závislosti Min@Chl vzorků, nařezaných z chlazeného a nechlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorků před žíháním.

Obr. 8 znázorňuje graf závislosti Min@Chl vzorků, nařezaných z chlazeného a nechlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorků před žíháním.

Obr. 9 znázorňuje graf závislosti Min@Chl vzorků, nařezaných z chlazeného a nechlazeného žíhaného elektretového filtru, na indexu krystalinity vzorků před žíháním.

Obr. 10 znázorňuje respirátor 10 neboli filtrační obličejovou masku, do které je zabudován elektretový filtr podle vynálezu.

Obr. 11 znázorňuje řez tělem 17 respirátoru.

Obr. 12 znázorňuje spektrum tepelně stimulovaného výbojového proudu (TSDC) roun, obsahujících nenabitý polymer a aditivum zvyšující výkon, která byla po dobu 1 minuty nabíjena v elektrickém poli 2,5 kV/mm při 100 °C. Rouna se vyrobila za použití následujících čtyř provozních podmínek: a) chlazení, nežíhání; b) nechlazení, nežíhání; c)chlazení, žíhání; a d) nechlazení, žíhání.

Obr. 13a ukazuje graf závislosti indexu krystalinity šesti vzorků rouna obsahujícího nežíhaný a nenabitý polymer a aditivum zvyšující výkon na nábojové hustotě vzorků po žíhání (bez nabíjení) , které byly na 1 minutu při 100 °C zavedeny do elektrického pole 2,5 kV/mm.

01-0639-00-Če ······ · · · · · «· • · · ··«· · · 0 « · · · · · « « · 0 • · « 4 · · · · · · « · • · · * · * · A 4 4 4

44 444 ·4 4· 44

Obr. 13b ukazuje graf závislosti DOP zátěžového výkonu (jako MinSChl) šesti vzorků rouna obsahujícího žíhaný a nabitý polymer a aditivum zvyšující výkon na nábojové hustotě vzorků po žíhání (bez nabíjení), které byly na 1 minutu při 100 °C zavedeny do elektrického pole 2,5 kV/mm.

Obr. 14 znázorňuje TSDC spektra žíhaných a koronově nabitých nepolarizovaných roun obsahujících polymer a postrádajících aditivum zvyšující výkon. Vzorky a a b se během zpracování prudce ochladily, zatímco vzorky a' a b' se neochladily. Strana A označuje stranu rouna, která kontaktuje horní elektrodu při vybíjení kladného proudu, zatímco strana B označuje opačnou stranu rouna, která při kontaktu s horní elektrodou vybíjí záporný proud.

Obr. 15 znázorňuje TSDC spektra žíhaných a koronově nabitých nepolarizovaných roun obsahujících polymer a postrádajících aditivum zvyšující výkon. Vzorky a a b se během zpracování prudce ochladily, zatímco vzorky a' a b' se neochladily. Strana A označuje stejnou stranu rouna jako strana A na obr. 14, vzhledem ke kontaktu s horní elektrodou, a strana B označuje opačnou stranu rouna.

Obr. 16a znázorňuje TSDC spektra roun obsahujících žíhaný a koronově nabitý prudce zchlazený polymer a aditivum zvyšující výkon, která byla polarizována a) 1 minutu, b) 5 minut, c) 10 minut a d) 15 minut při 100 °C v elektrickém poli 2,5 kV/mm.

Obr. 16b znázorňuje TSDC spektra roun obsahujících žíhaný a koronově nabitý nechlazený polymer a aditivum zvyšující výkon, která byla polarizována a) 1 minutu, b) « · ♦ · «« • · • · * · • · • ·

01-0639-00-Če *» ·· • * ·· minut, c) 10 minut a d) 15 minut při 100 °C v elektrickém poli 2,5 kV/mm.

Obr. 17 znázorňuje graf závislosti nábojové hustoty na polarizační době nechlazených (plná čára) a chlazených (přerušovaná’' čára) žíhaných a koronově ošetřených roun obsahujících polymer a aditivum zvyšující výkon.

Elektretové výrobky podle vynálezu obsahují polymer a aditivum zvyšující výkon. Polymerem může být nevodivá termoplastická pryskyřice, tj. pryskyřice, která má měrný odpor vyšší než 10¹⁴ ohm. cm, výhodněji 10¹⁶ ohm. cm. Tento polymer by měl mít schopnost vykazovat trvalý nebo dlouhodobě zachycený náboj. Jak uvádí Klaase a kol. v patentu US 4,588,537, výhodné polymery zahrnují polypropylen, póly(4-methyl-l-penten), lineární nízkohustotní polyethylen, polystyren, polykarbonát a polyester. Hlavní složkou polymeru je výhodně polypropylen, vzhledem ke svému vysokému měrnému odporu, schopnosti tvořit vlákna vyfukovaná z taveniny s průměry použitelnými pro filtraci vzduchu, dostatečné stabilitě náboje, hydrofobicitě a odolnosti proti vlhkosti. Na druhé straně polypropylen není zpravidla olejofobní. Elektretové výrobky podle vynálezu výhodně obsahují přibližně 90 % hmotn. až 99,8 % hmotn. polymeru, výhodněji přibližně 95 % hmotn. až 99,5 % hmotn. a nejvýhodněji přibližně 98 % hmotn. až 99 % hmotn., vztaženo k celkové hmotnosti výrobku.

Aditiva zvyšující výkon, definovaná pro účely vynálezu, jsou ta aditiva, která zvyšují schopnost elektretového výrobku potom, co je zpracován do formy elektretového filtru, filtrovat olejový aerosol. Schopnost

01-0639-00-Če • fe···* fe fefe fefe fefe fefe · fefefe fe fe fefe · • fefe fefefe fefefefe fefe fefe fefe fe fefe fefe · • fefefe fefefe fefefefe • fe fefe fefefe ·· fefe fefe filtrovat olejový aerosol je měřena pomocí DOP zátěžových testů, popsaných v příkladové části. Příslušná aditiva zvyšující výkon zahrnují ta aditiva, která popsal Jones a kol. v patentu US 5,472,481 a Rousseau a kol. ve WO 97/07272. Aditiva zvyšující výkon zahrnují fluorochemická aditiva, například fluorochemické oxazolidinony popsané v patentu US 5,025,052 (Crater a kol.), fluorochemické piperaziny a stearátestery perfluoralkoholů.

Z pohledu jejich prezentované účinnosti, pokud jde o zlepšování elektretových vlastností, je výhodným aditivem zvyšujícím výkon fluorochemikálie, výhodněji fluorochemický oxazolidinon. Výhodně má fluorochemikálie vyšší teplotu tavení než je teplota tavení polymeru a nižší než je extrudační teplota. Pokud se tedy jako polymer použije polypropylen, potom mají fluorochemikálie výhodně teplotu tavení vyšší než 160 °C a výhodněji se jejich teplota tavení pohybuje v rozmezí od 160 °C do 290 °C. Zvláště výhodná fluorochemická aditiva zahrnují aditiva A, B a C z patentu US 5,411,576, které mají následující struktury

QíFi7SO2N(CH3)CH2CH-CH2

CH2-CH-CH2N(CH3)SO2C8Fl7

N—Cřh

CsFi7SO2N(CH3)CH2CH-CH2

CH2-FF O \ /

CH2-CH-CH2N(CHj)SO2C8Fi7

Λ

CsFi7SO2N(CH3)CH2CH-CH2

CH2-FF O

CH2-a^CH2N(CH3)SO2C8Fl7

N—CHí

01-0639-00-Če

ΦΦΦΦΦΦ · · · · · 9» • Φ Φ · · ♦ # · <φ · • · · Φ · Φ ΦΦΦΦ

Φ Φ · · Φ Φ φ · Φ Φ · Φ «ΦΦΦ · · Φ ΦΦΦΦ • · ΦΦ ΦΦΦ ΦΦ ΦΦ φφ

Elektretový výrobek podle vynálezu výhodně obsahuje přibližně 0,2 % hmotn. až 10 % hmotn. aditiva zvyšujícího výkon, výhodněji přibližně 0,5 % hmotn. až 5 % hmotn. a nejvýhodněji přibližně 1,0 % hmotn. až 2,0 % hmotn., vztaženo ke hmotnosti výrobku.

Polymer a aditivum zvyšující výkon lze smísit jako pevné látky před jejich roztavením, nicméně výhodně se jednotlivé složky roztaví samostatně a vzájemně smísí ve formě tavenin. Alternativně lze fluorochemické aditivum a část polymeru mísit ve formě pevných látek a roztavit za vzniku roztavené směsi, relativně bohaté na fluorochemikálii, a tuto směs následně zkombinovat s polymerem neobsahujícím fluorochemikálii.

Roztavená . směs se následně tvaruje do požadované formy, jakou je například fólie nebo vlákno. Roztavená směs se zpravidla tvaruje extrudací přes hlavu, ale u méně výhodných provedení může být tato směs tvářena za použití alternativních procesů, jakými jsou například protahování v elektrostatickém poli (viz například Y. Trouilhet, „New Method of Manufacturing Nonwovens By Electrostatic Laying, in Index 81 Congress Papers, Advances In Web Forming, Europaen Disposables And Nonwovens Association, Amsterdam, 5. až 7. květen 1981. Výhodný extrudační proces využívá výhodně dva extrudéry. U tohoto způsobu se v prvním extrudéru smísí přibližně 10 % hmotn. až 20 % hmotn. fluorochemického aditiva a přibližně 80 % hmotn. až 90 % hmotn. polymeru a tato roztavená směs s relativně vysokým obsahem fluorochemikálie se zavede do druhého extrudéru s roztaveným polymerem (který neobsahuje fluorochemikálii) za vzniku směsi, která se extruduje skrze otvor hlavy. Roztavená směs s vysokým obsahem fluoro• · toto toto to· 1 to · i

01-0639-00-Če • to toto to ·♦ · • ·· · • ·· · • ·· · •« ·· chemikálie se s polymerem neobsahujícím fluorochemikálii výhodně kombinuje v okamžiku, který bezprostředně předchází extrudací roztaveného materiálu, což minimalizuje dobu, po kterou je fluorochemikálie vystavena vysoké teplotě. Teplota v průběhu extrudace by měla být řízena tak, aby poskytla extrudátu požadovanou reologii a eliminovala tepelnou degradaci fluorochemikálie. Různé extrudéry zpravidla vyžadují různé teplotní profily a zjištění optimálních extrudačních podmínek příslušného systému může vyžadovat provedení určitých experimentů. Při použití směsi polypropylenu a fluorochemikálie je pro snížení tepelné degradace fluorochemikálie výhodné udržovat teplotu během extrudace na hodnotě nižší než přibližně 290 °C. Jako extrudéry lze výhodně použít dvoušnekové typy, například komerčně dostupné extrudéry Werner & Pfleiderer nebo Berstorff.

·*

Roztavená směs se výhodně extruduje skrz hlavici a výhodněji se extruduje skrz hlavici za podmínek vyfukování z taveniny. Je známo, že vyfukování z taveniny nabízí celou řadu výhod, zejména při výrobě netkaných roun, a výrobky podle vynálezu lze vyrábět za použití v daném oboru známých způsobů vyfukování z taveniny a zařízení používaných k provádění tohoto způsobu. Vyfukování vláken z taveniny původně popsal Van Wente, „Superfine Thermoplastic Fibres, Ind. Eng. Chem., sv. 48, str. 1342-46, (1956). Vyfukování z taveniny podle vynálezu se zpravidla provádí za použití běžných postupů s tou modifikací, že se materiál, který opouští hlavici, prudce ochladí.

Vhodné chladící techniky zahrnují postřik vodou, postřik těkavou kapalinou nebo uvedení do kontaktu s ochlazeným vzduchem nebo kryogenními plyny, například oxidem uhličitým nebo dusíkem. Chladící médium (kapalina

01-0639-00-Če ···· 00 0 0« 0· 00

0 000 0 0 0 0 0

00* 000 0000

00 00 000 00 0 «000 000 0000 • 0 ·· 000 00 00 00 nebo plyn) se zpravidla rozstřikuje z trysek umístěných ve vzdálenosti přibližně 5 cm od otvorů hlavy. V případě materiálů extrudovaných skrze hlavu bombarduje chladící médium roztavený extrudát bezprostředně po jeho vytlačení z hlavy (a před odběrem materiálu) . Například v případě vláken vyfukovaných z taveniny musí být roztavený extrudát ochlazen před tím, než je odebrán ve formě netkaného rouna. Chladícím médiem je výhodně voda. Vodou může být vodovodní voda, ale výhodně se používá destilovaná nebo deionizovaná voda.

Cílem chladícího kroku je minimalizovat krystalizaci polymeru ve výsledném výrobku. Zjistilo se, že elektretové filtry vyrobené z chlazených materiálů vykazují, po následném žíhání a nabití, neočekávaně dobrý filtrační výkon v případě kapalných aerosolů. Chladící krok redukuje obsah krystalického polymeru, v porovnání s nechlazeným polymerem extrudovaným za stejných podmínek. Chlazený materiál má výhodně nižší stupeň krystalinity, jak ukazuje rentgenová difrakce tohoto materiálu. Polymer v chlazeném materiálu má výhodně index krystalinity nižší než 0,3, výhodněji nižší než 0,25 a ještě výhodněji nižší než 0,2 a nejvýhodněji nižší než 0,1, měřeno jako poměr píkové intenzity krystalinity ku celkové rozptýlené intenzitě v úhlovém rozmezí stupňového rozptylu 6 ° až 36 °. Výhodná kompozice pro výrobu elektretového filtru se tedy vyrobí smísením a extrudací směsi 90 % hmotn. až 99,8 % hmotn. organického polymeru a 0,2 % hmotn. až 10 % hmotn. aditiva zvyšujícího výkon; přičemž materiál se extruduje skrze hlavu za podmínek vyfukování z taveniny ve formě vláken, které se odebírají jako netkané rouno. Vlákna se před odebráním chladí postřikem vodou, postřikem těkavou kapalinou nebo uvedením do kontaktu s ochlazeným vzduchem •to#* «« • · » · • · ·

01-0639-00-Če ·· • 9 9 9 • 9 99 9

99

9 9 9 9 9

9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9

99 99 nebo kryogenními plyny, například oxidem uhličitým nebo dusíkem.

Po ochlazení se materiál odebere. Pokud má materiál formu vláken, může být nařezán a mykán na netkané rouno. Vlákna vyfukovaná z taveniny mohou být zpravidla odebírána jako netkané rouno na otáčejícím se válci nebo pohyblivém pásu. Chlazení a odebírání se výhodně provádí tak, že na odebraném materiálu nezůstává přebytečná chladící kapalina (pokud zde je nějaká zbytková kapalina, potom je to zpravidla voda). Kapalina zůstávající na odebraném materiálu může způsobit problémy se skladováním a vyžaduje dodatečné ohřívání v průběhu žíhání, které by odstranilo chladící kapalinu. Odebraný materiál tedy výhodně obsahuje méně než 1 % hmotn. chladící kapaliny a výhodněji neobsahuje žádnou chladící kapalinu.

Ochlazený materiál se žíhá s cílem zvýšit stabilitu elektrostatického náboje v přítomnosti olejové mlhy. Aditivem zvyšujícím výkon je výhodně látka s nízkou povrchovou energií, například fluorochemikálie, a žíhání se provádí při teplotě dostatečné a po dobu dostatečnou pro proniknutí aditiva do rozhraní (rozhraní polymeru a vzduchu a rozhraní mezi krystalickou fází a amorfní fází) materiálu. Zpravidla platí, že čím vyšší jsou teploty žíhání, tím kratší je doba žíhání. Pro dosažení požadovaných vlastností finálního produktu by se žíhání polypropylenových materiálů mělo provádět při teplotě vyšší než 100 °C. Žíhání se výhodně provádí přibližně 2 minuty až 20 minut při teplotě přibližně 130 °C až 155 °C, výhodněji 2 minuty až 10 minut při teplotě přibližně 140 °C až 150 °C a ještě výhodněji přibližně 4,5 minuty při teplotě přibližně 150 °C. Žíhání by mělo být prováděno za podmínek, které v podstatě nedegradují strukturu rouna. Pro

01-0639-00-Če • 0

0 • 0 • 0 polypropylenová rouna mohou být žíhací teploty, které jsou podstatně vyšší než přibližně 155 °C, nežádoucí, protože při těchto teplotách může dojít k poškození materiálu.

Rouna, která nebyla žíhána, zpravidla nevykazuj.í přijatelný zátěžový výkon pro olejovou mlhu. Nežíhaná rouna mají zpravidla hodnotu MinQChl rovnu nule. Existuje hypotéza, že zvýšený výkon žíhaných roun může být způsoben zvýšením interfaciální plochy a/nebo zvýšením počtu záchytných míst stabilního náboje. Namísto žíhání lze použít alternativní metody, které zvětšují interfaciální plochy.

Žíhání zvyšuje krystalinitu polymeru v materiálu. Je rovněž známo, že žíhání zvyšuje tuhost a křehkost materiálu a naopak snižuje protažení, měkkost a odolnost proti oděru. Nicméně snížení měkkosti a odolnosti proti oděru je irelevantní, protože cílem vynálezu je zvýšit výkon elektretového filtru.

Žíhací krok s ochlazením nebo bez ochlazení je zpravidla krokem výroby elektretových filtračních roun odolných proti kapalnému aerosolu, který omezuje rychlost výroby. U jednoho provedení se rouno vyrábí způsobem vyfukování z taveniny 89,3 g/h.cm až 250,0 g/h.cm hlavy.

Způsob podle vynálezu dále zahrnuje krok nabíjení materiálu elektrostatickým nábojem, který následuje po ochlazení materiálu. Příklady způsobů nabíjení elektrostatickým nábojem, které lze použít v rámci vynálezu, zahrnují způsoby popsané v patentech US Re. 30,782 (van Turnhout), US Re. 31,285 (van Turnhout), US 5,401,446 (Tsai a kol.), US 4,375,718 (Wadsworth a kol.), US 4,588,537 (Klaase a kol.) a US 4,592,815

01-0639-00-Če

Ifefefe fefe • fefe fe · · fefe « (Nakao). Elektretové materiály lze rovněž nabít pomocí vodního média (viz například patent US 5,496,507,

Angadjivand a kol.), nebo protřepáváním US 4,798,850, Brown zahrnuje podrobení

Nastříhaná vlákna lze nabít třením s odlišnými vlákny (viz patent a kol.). Proces nabíjení výhodně materiálu koronovému náboji nebo pulzujícímu vysokému napětí, způsobem popsaným v některém z předchozích patentů.

Vlákna mohou mít konfiguraci plášť-jádro, a pokud tomu tak je, potom musí plášť obsahovat aditivum zvyšující výkon, které je popsáno ve výše diskutovaných směsích. Extrudát má výhodně formu mikrovláken, která mají účinný průměr přibližně 5 mikrometrů až 30 mikrometrů (mm) , výhodně přibližně 6 mikrometrů až 10 mikrometrů (mm) , vypočteno pomocí metody, kterou popsal Davies, C.N., „The Separation of Airborne Dust and Particulates, Inst. of Mech. Eng., London, Proceedings 1B, 1952.

Elektretové výrobky podle vynálezu lze charakterizovat pomocí TSDC studií. U TSDC studií se vzorek umístí mezi dvě elektrody, ohřívá konstantní rychlostí a proud vybíjený ze vzorku se měří pomocí ampérmetru. TSDC je dobře známou technikou. Viz například patent US 5,256,176, Lavergne a kol. „A Review of Thermo-Stimulated Current, IEEE Electrical Insulation Magazíne, sv. 9, č. 2, 5-21, 1993 a Chen a kol. „Analysis of Thermally Stimulated Processes, Pergamon Press, 1981. Proud vybíjený ze vzorku je funkcí polarizovatelnosti testovaného výrobku a jeho schopnosti zachytit náboj. Nabité výrobky lze testovat přímo. Alternativně lze nabité a nenabité výrobky nejprve polarizovat v elektrickém poli za zvýšené teploty a následně rychle ochladit pod teplotu skelného přechodu (T_g) polymeru s polarizačním polem za účelem „zmrazení «1·· 44 0 44 40 4« • 4 4 404 4 4 44 4

4 4 4 0 · 4 4 0 0

01-0639-00-Če • 044 404 4 · 0 · 4· 40 440 44 04 04 indukované polarizace. Vzorek se následně ohřívá konstantní rychlostí a výsledný vybitý proud se změří. Při polarizačním procesu může docházet ke vstřikování náboje, dipólovému zarovnání, redistribuci náboje nebo k některé z kombinací těchto jevů.

V průběhu tepelně stimulovaného výboje se náboje uložené v elektretu stanou mobilními a jsou neutralizovány buď na elektrodách nebo v objemu vzorku rekombinací s náboji opačného znaménka. To vytváří vnější proud, který pokud se zaznamenává jako funkce teploty a vynese se do grafu (označeného jako TSDC spektrum), vykazuje určitý počet píků. Tvar a oblast těchto píků závisí na energetických hladinách zachycujících náboj a fyzikální oblasti záchytných míst.

Jak naznačila celá řada výzkumů (viz například Sessler, ed., „Electrets, Springer-Verlag, 1987 a Van Turnhout, „Thermally Stimulated Discharge of Polymer Electrets, Elsevier Scientific Publishing Co., 1975), elektretové náboje jsou zpravidla uloženy ve strukturních anomáliích, jakými jsou například příměsi, defekty monomerních jednotek, nepravidelnosti řetězce a další. Šířka TSDC píku je ovlivněna distribucí hladin zachycujících náboj v elektretech. U polokrystalických polymerů se náboje často buď akumulují nebo jsou vyčerpány v blízkosti rozhraní amorfní a krystalické fáze, což je způsobeno rozdílnou vodivostí těchto fází (Maxwell-Wagnerův efekt). Tato záchytná místa zpravidla souvisí s rozdílnými energiemi záchytu, přičemž se bude očekávat kontinuální distribuce aktivačních energií a to, že se TSDC píky překryjí a spojí do širokého píku.

01-0639-00-Če ··<· ·· · ·· ·«, ·· • · · ·· · · ···· ·«< ··· ·»«· ·· ·· ·· to*· · · · • to·· ··· ···· ·· ·· ··· ·· ·· ··

V řadě TSDC měření, popsaných v příkladové části, bylo překvapivě zjištěno, že různé znaky v TSDC spektru korelují s vynikajícím zátěžovým výkonem pro olejovou mlhu. TSDC spektrální znaky korelující s vynikajícím výkonem zahrnují znaky, které budou diskutovány níže, jako výhodná provedení.

U jednoho výhodného provedení kompozice pro výrobu elektretového filtru obsahuje netkané rouno vláken, které má nábojovou hustotu přibližně alespoň 10 mC/m², pokud je testováno TSDC testovacím postupem 1 (definovaným v příkladové části).

U dalšího výhodného provedení má elektretový výrobek TSDC spektrum, které vykazuje pík přibližně při 15 °C až 30 °C, výhodněji přibližně při 15 °C až 25 °C, což je teplota nižší než je teplota tavení výrobku, měřeno TSDC testovacím postupem 2. Pokud je polymerem polypropylen, potom TSDC vykazuje pík přibližně při 130 °C až 140 °C.

U ještě dalšího výhodného provedení má elektretový výrobek TSDC spektrum, které vykazuje pík mající šířku v polovině výšky menší než přibližně 30 °C, výhodněji má šířku v polovině výšky menší než přibližně 25 °C a ještě výhodněji menší než přibližně 20 °C, měřeno TSDC testovacím postupem 3. V případech, kdy je polymerem polypropylen, má výše popsaný úzký pík své maximum přibližně při 138 °C až 142 °C.

U dalšího výhodného provedení vykazuje elektretový výrobek rostoucí nábojovou hustotu během 1 min až 5 min a/nebo 5 minut až 10 minut polarizačního času, měřeno TSDC testovacím postupem 4.

0»·0 ·· 0 ·« ·· «· ·· · · · · · 0 · · ·

000 000 0000

00 00 000 0 0 0 • 0 · 0 000 00·· 00 00 000 00 ·· ·0

01-0639-00-Če

Elektretový výrobek může mít formu vlákna a množina těchto vláken může být použita pro výrobu elektretového filtru. Elektretový filtr může mít formu netkaného rouna, které obsahuje alespoň část elektretových vláken zkombinovaných s nosnou strukturou. V každém případě lze elektretový výrobek kombinovat s neelektretovým materiálem. Nosnou strukturou mohou být například neelektretová vlákna nebo nosná neelektretová netkaná rouna. Elektretovým filtrem je výhodně netkané elektretové obsahuje elektricky nabitá mikrovlákna taveniny.

rouno, které vyfukovaná z

Elektretová filtrační rouna mohou rovněž obsahovat staplová vlákna, která poskytují vzdušnější a méně hustá rouna. Metody navržené pro zabudování staplových vláken do netkaného rouna popsal například Hauser v patentu US 4,118,531. Pokud se použijí staplová vlákna, potom rouno výhodně obsahuje méně než 90 % hmotn. staplových vláken, výhodněji méně než 70 % hmotn. Pro zjednodušení a z důvodu optimalizace výkonu může být rouno v některých případech tvořeno v podstatě pouze vlákny vyfukovanými z taveniny, což znamená, že může být prosté staplových vláken.

Elektretový filtr může dále obsahovat sorpční částice, například aluminu nebo aktivní uhlí. Tyto sorpční částice přidané do filtru napomáhají při odstraňování plynných kontaminujících látek z proudu vzduchu, který prochází filtrem. Takový rouna obsahující sorpční částice popisuje například v patentech US 3,971,373 Braun, US 4,100,324 Anderson a US 4,429,001 Kolpin a kol. Pokud se přidá částicový materiál, potom rouno výhodně obsahuje méně než 80 % obj. částicového materiálu, výhodněji méně než 60 % obj. U provedení, u kterých elektretový filtr nemusí • toto» toto • to to · ·* ·· i « · i i to· i

01-0639-00-Če • to · • · to • to · • toto ·· odstraňovat plynové kontaminační látky, obsahovat pouze vlákna vyfukovaná z taveniny může filtr

Elektretový filtr by měl být v podstatě prostý složek, jakými jsou například antistatická činidla, která by mohla zvyšovat elektrickou vodivost nebo jinak interferovat se schopností vláken přijímat a udržet si elektrostatický náboj. Elektretový filtr by dále neměl být podroben zpracováním, při kterých by byl vystaven gama paprskům, UV záření, pyrolýze, oxidaci, atd., která by mohla zvyšovat elektrickou vodivost. U výhodného provedení není tedy elektretový filtr vystaven gama záření ani jinému ionizujícímu záření.

Elektretové filtry mají zpravidla plošnou hmotnost přibližně 10 g/m² až 500 g/m², výhodněji přibližně 10 g/m² až 100 g/m². Filtry, které jsou příliš husté, mohou způsobovat problémy při nabíjení, zatímco filtry, které jsou příliš řídké nebo příliš tenké, mohou být křehké nebo nemáji dostatečnou filtrační schopnost. Pro mnoho aplikací jsou vhodné elektretové filtry, které mají tloušťku přibližně 0,25 mm až 20 mm a běžně přibližně tloušťku 0,5 mm až 2 mm. Elektretové filtry těchto rozměrů mohou být vhodné zejména pro respirátory.

Filtry podle vynálezu výhodně vykazují počáteční DOP penetraci menší než 5% a průměrnou hodnotu MinSChl větší než 200 mg DOP, výhodněji větší než 400 mg DOP, měřeno postupem 1 DOP zátěžového testu filtračního rouna, který je popsán v příkladové části. Výraz „průměrná hodnota, jak je použit v tabulkách a příkladech, označuje průměr měření čtyř až šesti vzorků nařezaných ze stejně odsazených pásů vedoucích ve směru šířky filtračního rouna. Pro libovolnou další sadu vzorků je průměrná hodnota definována jako

01-0639-00-Če

0000	00	9 99	99	0«
•	0	9	99 » 9	9 9	0 ·
•	•	9	9 9 9	9 9	0 0
0 0	9	9	9 9 9	9 «	0 0
00	99		• 99 99	00	00

průměrná hodnota Min@Chl příslušného počtu vzorků, které se zvolily a testovaly za použití „t testu, který popsal Devore v „Probability and Statistics for Engineering and the Sciences, Brooks/Cole Publishing Co. (1987) a který se použije k určení statisticky významného průměru standardních odchylek.

Vynikajícího filtračního výkonu se dosáhne pomocí výhodných filtrů podle vynálezu, kdy každý filtr samostatně, bez průměrování (dále jen „každý filtr), vykazuje hodnotu MinSChl větší než 500 mg DOP, výhodněji větší než přibližně 600 mg DOP a ještě výhodněji přibližně 800 mg až 1000 mg DOP. Tyto filtry výhodně vykazují tlakový spád menší než 13 mm H₂O, výhodně menší než 10 mm H₂O a ještě výhodněji menší než 8 mm H₂O, měřeno postupem 1 zátěžového testu, který je popsán v příkladové části.

DOP Penetrace se zpravidla měří na měřícím přístroji známém jako „Automated Filter Tester (AFT). V počáteční periodě je žádoucí, aby DOP aerosol dosáhl filtru a aby se elektronika AFT ustálila. Počáteční DOP penetrace označuje % DOP penetraci rouna v průběhu počáteční expozice trvající zpravidla 6 sekund až 40 sekund, což je doba, po kterou se testovací zařízení ustálí. Počáteční DOP penetrace představuje první odečet AFT prováděný pomocí zabudovaného programu. Filtry podle vynálezu mají minimální detekovatelnou penetraci (tj. penetraci vyšší než přibližně 0,001% pro AFT zařízení popsanou v příkladové části).

U respirátorů mohou mít vláknitá elektretová rouna speciální tvar nebo mohou být zapouzdřena a mohou mít například formu tvářené nebo ohýbané poloobličejové masky,

01-0639-00-Če • · filtračního prvku pro nahraditelné zásobníky nebo prefiltru.

Příklad respirátoru 10 podle vynálezu je znázorněn na obr. 10 a obr. 11. Tělo 17 respirátoru může mít hemisférický tvar nebo může mít další popsané tvary (viz například patenty US 5,307,796 a US 4,827,924). U respirátoru 10 je elektretový filtr 15 vložen mezi krycí rouno 11 a vnitřní tvarovanou vrstvu 16. Tvarovaná vrstva 16 poskytuje respirátoru 10 jeho strukturu a dále poskytuje podporu pro filtrační vrstvu. Tvarovaná vrstva 16 může být uspořádána na vnitřní a/nebo vnější straně filtrační vrstvy a může být například vyrobena z netkaného rouna tepelně spojitelných vláken tvářených do kalíškovitého tvaru. Tvářená vrstva může být tvářena postupy, které jsou známy (viz například patent US 5,307,796). Tvarovaná vrstva nebo vrstvy jsou zpravidla vyrobeny ze dvousložkových vláken, která mají jádro z vysoce tavného materiálu, například polyethylentereftalátu, obklopené pláštěm z nízkotavitelného materiálu, takže pokud se zahřeje ve formě, potom tvářená vrstva získá tvar formy a v tomto tvaru zůstane po ochlazení na pokojovou teplotu. Pokud se lisuje společně s další vrstvou, například filtrační vrstvou, potom může nízkotavný materiál pláště rovněž sloužit jako spoj obou vrstev. K pohodlnému přichycení obličejové masky k obličeji nositele mohou sloužit řemínky 12, pásky, gumičky atd., přichycené k masce. Tělo 17 respirátoru může být opatřeno ohebným, měkkým kovovým páskem 13, například hliníkovým páskem, který zajistí tělu 17 obličejové masky, aby si zachovala tvar požadovaný pro těsné přilnutí této masky k nosu nositele (viz například patent US 5,558,089). Respirátory mohou mít rovněž další znaky, například další vrstvy, ventily (viz například patent US 5,509,436),

01-0639-00-Če .· ί ί ’ί ί ί ί XX :

*· ·· ··· *· ·· ·· tvářené obličejové díly atd. Příklady respirátorů, do kterých lze zabudovat vylepšené elektretové filtry podle vynálezu, zahrnují respirátory popsané v patentech US 4,536,440, US 4,827,924, US 5,325,892, US 4,807,619, US 4,886,058,a v patentové přihlášce US 08/079,234.

Respirátory podle vynálezu mající povrchovou plochu přibližně 180 cm² výhodně vykazují MinSChl větší než 400 mg DOP, výhodněji větší než 600 mg OOP, testováno „National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) Particulate Filter Penetration Proceduře to Test Negative Pressure Respirators Against Liquid Particulates (postup APRS-STP-0051-00, Morgantown WV, NOISH Division of Safety Research, 31. květen 1995). Respirátory výhodně vykazují počáteční DOP penetraci nižší než 5%. Respirátory, testované podle tohoto postupu, výhodně vykazují tlakový spád nižší než 13 mm H₂O, výhodně nižší než 10 mm H₂O a ještě výhodněji nižší než 8 mm H₂O. Respirátory s větší povrchovou plochou jsou testovány podle tohoto standardu zredukováním exponované povrchové plochy na 180 cm². Menší respirátory jsou testovány podle tohoto standardu tak, že se držák přizpůsobí pro několik respirátorů, jejichž celková exponovaná plocha bude přibližně 180 cm².

Filtrační prvky podle vynálezu mající povrchovou plochu přibližně 150 cm² výhodně vykazují Min@Chl větší než 300 mg DOP, výhodněji větší než 450 mg DOP, testováno za použití NIOSH postupu APRS-STP-0051-00. U filtrů používaných v respirátoru v párech se testuje pouze jeden filtr z páru. Filtry testované podle tohoto postupu výhodně vykazují počáteční DOP penetraci nižší než 5%. Tyto filtry dále výhodně vykazují tlakový spád nižší než 13 mm H₂O, výhodně nižší než 10 mm H₂O a ještě výhodněji nižší než 8 mm H₂O.

01-0639-00-Če

Prefiltry podle vynálezu mající povrchovou plochu přibližně 65 cm² výhodně vykazují Min@Chl větší než 170 mg DOP, výhodněji větší než 255 mg DOP, testováno za použití NIOSH postupu APRS-STP-0051-00. U prefiltrů používaných v respirátoru v párech se testuje pouze jeden filtr z páru. Prefiltry testované podle tohoto postupu výhodně vykazují počáteční DOP penetraci nižší než 5%. Tyto prefiltry dále výhodně vykazují tlakový spád nižší než 17 mm H₂O, výhodně nižší než 14 mm H₂O a ještě výhodněji nižší než 12 mm H₂O.

Následující příklady mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.

Příklady provedení vynálezu

Obecná příprava vzorků a provádění testů

Extrudace roun

Následující popis ilustruje určitá výhodná provedení (způsobů výroby) elektretových výrobků obsahujících polymer a aditivum zvyšující výkon. Výrobky v těchto příkladech jsou filtrační rouna vyrobená z polypropylenových vláken vyfukovaných z taveniny (BMF), která obsahují fluorochemické roztavené aditivum. Fluorochemické roztavené aditivum se společně s polypropylenovou pryskyřicí zavedlo do ústí dvoušnekového extrudéru za účelem vytvoření proudu taveniny, který obsahoval přibližně 11 % hmotn. fluorochemikálie. Do ústí druhého dvoušnekového extrudéru se zavedl určitý objem polypropylenu. V některých případech se do extrudéru rovněž odměřil peroxid, jehož úkolem bylo snížit viskozitu taveniny. Produkt z extrudéru obsahujícího

01-0639-00-Če

fluorochemikálii se přečerpal do extrudéru obsahujícího polypropylen rychlostí, která poskytla proud taveniny obsahující přibližně 1,1 % hmotn. fluorochemického roztaveného aditiva.

Teplota proudu taveniny obsahující fluorochemické roztavené aditivum se ve všech místech udržovala pod 290 °C. Samotné rouno se vyrábělo běžným způsobem podobným způsobu, který popsal van Wente a kol. s tou výjimkou, že se pro extrudaci použila hlava opatřená otvory.

Chlazení

Pro chlazení se použily dvě níže popsané metody.

Metoda A

Rozstřikovací tyč obsahující třináct samostatných plochých trysek s rozstřikovacími tryskovými koncovkami UniJet č. 9501, které od sebe byly odsazeny ve vzdálenosti 10 cm, se namontovala 2 cm od konce hlavy a 6,35 cm pod proudy roztaveného polymeru opouštějícího hlavu. Každá tryska byla otočena o 10° od příčného směru rouna tak, že jednotlivé proudy vodních kapiček rozstřikované jednotlivými tryskami vzájemně neinterferovaly a tlak vody se udržoval na minimální úrovni, která zajistila rovnoměrný postřik.

01-0639-00-Če

• · · • ♦ • to to · · · · · ·· ·· • · · * ·· · • · ·

Metoda B

Rozprašovací tyč systému „Sonic Spray System s patnácti rozstřikovacími tryskami SDC 035 od společnosti Sonic Environmental Corp. of Pennsauken, NJ, se namontovala přibližně 18 cm pod středovou linii a přibližně 2,5 cm pod proud konce hlavy. Tlak vzduchu se nastavil na 0,034 MPa a tlak vody se nastavil na 0,21 MPa. Rychlost proudění vody byla, není-li stanoveno jinak, nastavena tak, že každá tryska dopravila 30 ml/min vody. Každá tryska dopravila do proudu roztaveného polymeru opouštějícího hlavu kužel vodních kapiček.

Žíhání

Extrudovaná rouna se dále zpracovala protažením pecí při průměrné teplotě přibližně 150 °C a rychlosti, při které rouna stráví v peci přibližně 4,5 minuty. Tento žíhací proces vyvolal další krystalizaci polymeru a způsobil „vykvétání fluorochemického roztaveného aditiva na povrchu vláken.

Nabití

Rouna se koronově nabila za použití vysokonapěťového elektrického pole vytvořeného mezi třiceti lineárními koronovými povrchy a zemnící elektrodou mající koronový proud 2,6 χ 10’³ mA/cm délky koronového zdroje a dobu zdržení přibližně 15 sekund.

01-0639-00-Če • ·· · ·· * ···· • · · · ··· ·· ·· ··

Specifikace rouna

Tloušťka rouna se měřila podle ASTM D1777-64 za použití 230g závaží na kotouči o průměru 10 cm. Tlakový spád lze měřit podle ASTM F778. Plošná hmotnost se vypočetla ze hmotnosti disku o průměru 13,3 cm.

Zátěžový test DOP

Měření dioktylftalátového (DOP) zatížení se provádělo monitorováním průniku DOP aerosolu vzorkem v průběhu dlouhodobé expozice řízeným DOP aerosolem. Měření se prováděla v testovacím přístroji Automated Filter tester (AFT) , model #8110 nebo #8130 ( od společnosti TSI

Incorporated, St. Paul, Minnesota) přizpůsobeném pro DOP aerosol.

DOP % Penetrace je definována následujícím způsobem: DOP % penetrace = 100 (DOP koncentrace za filtrem/DOP koncentrace před filtrem) , kde se koncentrace před a za filtrem měří pomocí rozptylu světla a DOP % penetrace se vypočte automaticky, pomocí AFT. DOP Aerosolem generovaným pomocí přístrojů AFT 8110 a 8130 je zpravidla monodisperze se středním průměrem částic 0,3 pm, který má v místě dopadu (před filtrem) koncentraci 100 mg/m³, měřeno standardním filtrem. Všechny testované vzorky byly testovány při průtoku vzorkem filtračního rouna 85 1/min (LPM) a všechny testované vzorky byly testovány za použití vypnutého aerosolového ionizéru.

01-0639-00-Če .· ; J ‘í Jí : ií ·* ·· «· ··· «· ·· ··

Postup 1 DOP zátěžového testu filtračního rouna

Měření se prováděla za použití AFT modelu #1800 přizpůsobeného pro DOP aerosol. Z extrudovaného rouna se vyřízly kotouče o průměru 17,15 cm. Dva z kotoučů se umístily na sebe a fixovaly do držáku vzorků, takže expozici aerosolem byla vystavena kruhová plocha o průměru 15,2 cm. Rychlost dopadu byla 7,77 cm/s.

Testované vzorky se před umístěním do držáku vzorků zvážily. Každý test se prováděl až do okamžiku, kdy byla zřejmá tendence zvýšení DOP % penetrace při pokračující aerosolové DOP expozici nebo alespoň do okamžiku, kdy byly testované vzorky vystaveny 200 mg DOP. Data, týkající se DOP % penetrace a odpovídajícího tlakového spádu, převedla do připojeného počítače, ukončení DOP zátěžového testu se s cílem zjistit množství se kde se uložila. Po zatížené vzorky opět DOP zachyceného na

Z naměřené koncentrace DOP rouno a naměřeného průtoku zvážily, vzorcích vláknitého rouna dopadajícího na vláknité aerosolu rounem se extrapolovalo množství zachycené na filtru, které se použilo jako křížová kontrola.

Výsledná hodnota zatížení se importovala do výpočetní tabulky pro výpočet Min@Chl. Min@Chl Je definováno jako celkové množství DOP, které dopadá na filtrační rouno v místě, kde DOP % penetrace dosahuje svého penetračního minima. Hodnota Min@Chl se použije k charakterizaci zátěžového výkonu rouna v případě DOP, takže platí, že čím vyšší je hodnota Min@Chl, tím lepší je zátěžový výkon.

01-0639-00-Če • · · · ·· · toto · • to to

Postup 2 DOP zátěžového testu filtračního rouna

Postup 2 byl stejný jako postup 1 s tou výjimkou, že se z rouna vyřezaly vzorky o průměru 13,34 cm a umístily do držáku vzorků, který ponechal pro expozici plochu o průměru 11,4 cm a rychlost dopadu byla 13,8 cm/s.

U obou postupů lze testy provádět za použití ekvivalentních přístrojů pro testování filtrů. Rovněž by bylo možné testovat jednotlivé vrstvy spíše než dvojité vrstvy filtračního rouna, pokud by byl okamžitý filtrační výkon jednotlivé vrstvy takový, že by bylo možné naměřit tlakový spád 8 mm až 20 mm H₂O a detekovatelnou penetraci nižší než 36% DOP penetraci, měřeno na exponované ploše 102,6 cm² při průtoku 85 LPM pomocí AFT modelu č. TSI 8110 se zapnutým ionizérem. Tento druhý postup zahrnuje testování filtrů s menší povrchovou plochou za po'užití držáku vzorků, který by byl uzpůsoben pro držení více menších filtrů, jejichž celková plocha by odpovídala výše zmíněné exponované ploše (tj. 102,6 cm² pro postup 2).

Stanovení indexu krystalinity polymeru

Údaje týkající se krystalinity se shromáždily pomocí vertikálního rentgenového difraktometru Philips, záření CuKa a proporcionálního detektoru pro registraci difraktovaného záření. Difraktometr se propojil s proměnnými vstupními štěrbinami, fixní přijímací štěrbinou a monochromatorem difraktovaných paprsků. Rentgenový generátor pracoval při nastavení 45 kV a 35 mA. Rozsah krokových rastrů byl 5 ⁰ až 40 °(2q) , velikost kroku byla 0,05 ⁰ a doba čítání 5 sekund. Vzorky se fixovaly pomocí

01-0639-00-Če • · · · • 0 · 0 • 9 9 · *00·' · · · 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 «· ·· ·* dvojitého potaženého pásku bez jakékoliv podložky, nebo s podložkou umístěnou pod rounem, na hliníkové držáky.

Pozorovaná difrakční data se redukovala na závislost (vynesenou do souřadnic „x-y) hodnot intenzity difraktovaného paprsku na difrakčním úhlu a vyhodnotila se pomocí software Origin (od společnosti Microcal Software lne., Northhampton MA) pro zpracování analytických dat. Pro určení příspěvku šesti alfa-forem polypropylenových píků a amorfního píku se použil tvarový model Gaussova píku. V případě některých souborů dat nebyl při intenzitě jiné než alfa-formy difraktovaného paprsku zaznamenán jediný amorfní pík. V těchto případech se pro získání úplného součtu pozorované intenzity použila další široká maxima. Tyto široké inflexe byly v prvé řadě způsobeny mesomorfní formou polypropylenu (více informací o mesomorfním polypropylenu lze nalézt v patentu US 4,931,230, Krueger a kol., a odkazech citovaných tamtéž). Difrakční příspěvek mesomorfní formy polypropylenu se zkombinoval s amorfním rozptylem. Indexy krystalinity se vypočetly jako poměr plochy píků krystalické fáze ku celkové intenzitě difraktovaného paprsku (krystalické + amorfní fáze) v rozsahu difrakčního úhlu 6 ⁰ až 36 ° (2q). Hodnota 1 reprezentuje 100% krystalini-tu a 0 reprezentuje nulovou krystalinitu.

Tepelně stimulovaný výbojový proud (TSDC)

TSDC Studie se prováděly za použití analytického přístroje Solomat TSC/RMA, model 91000 s otáčivou elektrodou, dostupného od společnosti TherMold Partners, L.P., Thermal Analysis Instruments of Stanford, CT. Vzorky rouna se nařezaly a umístily mezi elektrody v přístroji

0000 ·*

01-0639-00-Če • «

00 > · 0 0

Solomat TSC/RMA. Vedle vzorku se nacházel teploměr tak, že se vzorku nedotýkal. Vzorky roun by měly být opticky husté, což znamená, že by v nich neměly být viditelné otvory. Vzorky by měly být dostatečně velké, aby zcela překryly horní povrch.kontaktní elektrody. Vhledem k tomu, že průměr elektrody je přibližně 7 mm, byly vyříznuty vzorky o průměru větším než 7 mm. Za účelem zajištění dobrého elektrického kontaktu s elektrodami se vzorky rouna slisovaly přibližně na desetinu své tloušťky. Ze zkušební komory se odčerpal vzduch a nahradil héliem při tlaku přibližně 1100. Ke chlazení se použil kapalný dusík.

TSDC Testovací postup 1

Výrobek se 1 minutu polarizoval ve výše popsaném zařízení v elektrickém poli 2,5 kilovoltů za minutu (kV/mm) při teplotě 100 °C. Při zapnutém poli se vzorek rychle ochladil (při maximální rychlosti přístroje) na -50 °C. Vzorek se udržoval při -50 °C 5 minut při vypnutém poli a potom ohříval rychlostí 3 °C/min za současného měření výbojového proudu. Hustotu náboje lze vypočíst z každého píku TSDC spektra narýsováním základny mezi minimy na každé straně zvoleného píku a integrací plochy pod tímto pikem.

TSDC Testovací postup 2

Měření výbojového proudu nepolarizovaného výrobku se zahájilo při 25 °C a pokračovalo při rychlosti ohřevu 3 °C/min. Dva vzorky z výrobku se testovaly identicky s tou výjimkou, že se při umísťování mezi elektrody orientovaly

01-0639-00-Če • · ··♦· 4 * · fe * • · r · · ·· ♦ · · • · « fefe fe opačným směrem. Poloha (polohy) píku se měřily u vzorku, který byl orientován tak, že při teplotách vyšších než přibližně 110 °C produkoval kladný výbojový náboj (například strana B na obr. 15).

Teplota tavení výrobku se určila diferenční rastrovací kalorimetrií (DSC) prováděnou při rychlosti ohřevu 10 °C/min a definovala se jako maximum píku způsobené tavením, které je pozorováno při sekundárním DSC ohřívacím cyklu (tj. pík, pozorovaný po ohřevu na teplotu tavení, ochlazení za účelem ztuhnutí výrobku a opakovaném ohřevu).

TSDC Testovací postup 3

Za účelem zjištění správné orientace vzorku se provedla studie, k níž se použila TSDC metoda popsaná v postupu 2. Výrobky se potom v přístroji Solomat TSC orientovaly tak, že produkovaly kladný výbojový náboj při nižších teplotách než v postupu 2. Výrobky se následně analyzovaly za použití postupu 1 s tou výjimkou, že se každý vzorek polarizoval při 100 °C 1 min, 5 min, 10 min nebo 15 min. Hodnota šířky píku v polovině výšky každého píku se vypočetla narýsováním základny, jejímž základem byla křivka se sklonem 0 °C až přibližně 30 °C, a změřením šířky píku v polovině výšky.

TSDC Testovací postup 4

Tento postup je identický s postupem 3 s tou výjimkou, že hustota náboje výrobku se v každém polarizačním čase vypočte narýsováním základny mezi minimy na každé straně zvoleného píku nebo, pokud není minimum na straně píku s

01-0639-00-Če to· ·· • ♦ · · ♦ • · · to · ·«· to· · to to · · · ·· ·· ·♦ vysokými teplotami, tak se za minimum považuje bod, kde křivka protíná nebo je extrapolována tak, aby protnula nulový proud, a integrací plochy pod pikem.

Kontrolní příklady 1 až 3

Tyto kontrolní příklady 1 až 3 demonstrují, že zlepšeného zátěžového výkonu lze dosáhnout žíháním kompozic, které mají relativně nízký index krystalinity a které obsahují polymer a adhezivum zvyšující výkon.

Příklad 1

Netkané filtrační rouno se vyrobilo z Exxon Escórene 3505G od společnosti Exxon Chemical Company a z fluorochemikálie

A1 I

C₈Li7SO2N(CH3)CH₂CH-CH2 o

u

-(CH^-N^O

CH₂-CH- CH₂N(CH₃)SO₂C₈Pi7 rychlostí 23 kg/h a při tavné teplotě 288 °C a za použití hlavy o průměru 121,9 cm s provrtanými otvory. Rouno mělo plošnou hmotnost 71 g/m², tloušťku 1,3 mm a tlakový spád 6,6 mm H2O, měřeno při rychlosti dopadu 13,8 cm/s. Po žíhání a nabití rouna výše popsaným způsobem se provedl DOP zátěžový test na dvouvrstvých vzorcích o průměru 13,34 cm odebraných ze šesti různých míst v příčném směru rouna. Index krystalinity polypropylenu se určil u vzorků vyříznutých ze šesti stejných poloh rouna před žíháním (polohy 1, 4 a 6) a po žíhání (polohy 1 až 6). Zátěžové

01-0639-00-Če hodnoty (jako MinĚChl) a indexy krystalinity pro výše uvedených šest poloh jsou shrnuty v tabulce 1 a závislost indexu krystalinity nežíhaného vzorku na hodnotách MinĚChl pro polohy 1, 4 až 6 je vynesena do grafu na obr. 2.

Tabulka 1

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0,4	0,57	149
2	--	0,53	83
3	--	0,52	78
4	0,44	0,59	83
5	—	0,51	150
6	0,31	0,47	340

Jak ukazují hodnoty v tabulce 1 pro polohy 1, 4 až 6 a graf na obr. 2, existuje korelace mezi DOP zátěžovým výkonem (MinĚChl) a index krystalinity rouna před žíháním. Čím nižší je krystalinita před žíháním, tím vyšší je hodnota MinĚChl. Na druhé straně, jak ukazuje tabulka 1, neexistuje korelace mezi indexem krystalinity rouna po žíhání a DOP zátěžovým výkonem (MinĚChl).

Příklad 2

BMF Rouno se připravilo a zpracovalo způsobem popsaným v příkladu 1. Rouno mělo měrnou hmotnost 74 g/m², tloušťku 1,4 mm a tlakový spád 7,0 mm H2O, měřeno při rychlosti dopadu 13,8 cm/s. U rouna se zjišťovalo DOP zatížení a index krystalinity stejným způsobem jako v příkladu 1 a výsledné údaje jsou uvedeny v tabulce 2 a na obr. 3.

01-0639-00-Če ·

• · • 0

0

000· ·♦

0 · • · * • · 0 • 0 0 · ·· 00

00

0 0 ·

0 · ·

0 0 · · · *

0·

Tabulka 2

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0,34	0, 64	182
2	0,36	0, 66	166
3	0,45	0, 66	87
4	0,45	0,64	59
5	0,43	0,67	117
6	0,44	0, 67	178

Hodnoty v tabulce 2 a na obr. 3 opět ukazují obecný trend, podle kterého nižší indexy krystalinity nežíhané kompozice korelují s lepším zátěžovým výkonem, zatímco u žíhaných filtrů nebyla žádná korelace pozorována.

Příklad 3

BMF Rouno se vyrobilo a zpracovalo způsobem popsaným v příkladu 1 s tou výjimkou, že se použila polypropylenová pryskyřice Fina 3860 od společnosti Fina Oil and Chemical Company a do extrudéru se současně zaváděl peroxidový 2,5-dimethyl-2,5-di(terč.-butylřídil reologii roztaveného polypropylenu a fyzikální parametry rouna vyfukovaného z taveniny. Rouno mělo plošnou hmotnost 73 g/m², tloušťku tlakový spád 7,0 mm H₂O, měřeno při průtoku U rouna se způsobem popsaným v příkladu 1 analyzovalo zatížení a index krystalinity a získané výsledky jsou shrnuty v tabulce 3 a na obr. 4.

koncentrát obsahující peroxy)hexan, který

1,4 mm a 85 1/min.

01-0639-00-Če

Φφφφ φφ ♦ φ φ φ φ · φ φφφ φ φ φ · φ φ φ · φφ φφ

Tabulka 3

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0,38	0,52	66
2	0,42	0,54	49
3	0,44	0,54	62
4	0,39	0,53	45
5	0,33	0,53	119
6	0,32	0, 53	98

Hodnoty v tabulce 3 a na obr. 4 opět ukazují obecný trend, podle kterého nižší indexy krystalinity nežíhané kompozice korelují s lepším zátěžovým výkonem, zatímco u žíhaných filtrů nebyla žádná korelace pozorována.

Příklady 4 až 8

Příklady 4 až 8 ilustrují, že chlazení, neboli nízká krystalinita nežíhaných vláken (tj. kompozice pro výrobu vláken), koreluje s vynikajícími zátěžovými vlastnostmi nežíhaných elektretových filtračních roun v případě olejové mlhy.

Příklad 4

BMF Rouno se připravilo a zpracovalo způsobem popsaným v příkladu 1. Rouno mělo plošnou hmotnost 69 g/m², tloušťku

1,3 mm a tlakový spád 6,2 mm H₂0, měřeno při rychlosti dopadu 13,8 cm/s. Potom, co se odebral dostatek rouna pro účely dalšího zpracování a analýzy, se za použití výše popsané metody A extrudát postříkal vodou. Pro tyto účely

01-0639-00-Če ·»·· • · • · • ·

9 9

99 99

9 9 9 9 9

9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9

99 99 se použila voda čištěná reverzní osmózou a deionizací. U tohoto experimentu byly v dosahu postřikové tyče pouze dvě třetiny šířky hlavy. Aby se zachovaly požadované parametry rouna, přiblížil se kolektor přibližně z 30,48 cm na 20,32 cm. U rouna se způsobem popsaným v příkladu 1 analyzovalo DOP zatížení a index krystalinity a získané výsledky jsou shrnuty v tabulce 4A a 4B a na obr. 5.

Tabulka 4A

Bez ochlazení, kontrolní příklady

Poloha	Index krystalinity, nežihaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0, 36	0,62	84
2	0, 39	0, 6	97
3	0,36	0,63	73
4	0,35	0,63	67
5	0,37	0, 62	119
6	0,37	0, 64	200

Tabulka 4B

S chlazením

Poloha	Index krystalinity, nežihaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0,31	0, 61	198
2	0,19	0,6	344
3	0,24	0,6	106
4	0,19	0, 6	343

Výsledky uvedené v tabulce 4A a 4B ukazují, že chlazení snižuje index krystalinity extrudovaných vláken. Žíhání kompozice s nízkým indexem krystalinity zvyšuje • 4

01-0639-00-Ce ·

• «

4

4» 44 « 4

zátěžový výkon žíhaného a nabitého filtračního rouna. Výsledky dále ukazují, že žíhání kompozic s indexem krystalinity nižším než přibližně 0,3 udílí elektretovým filtrům vynikající zátěžový výkon. Konkrétněji, žíhání roun, která mají index krystalinity nižší než přibližně 0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl větší než 200 mg zatímco žíhání roun, která mají index krystalinity vyšší než přibližně 0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl menší než 200 mg.

Příklad 5

BMF Rouno se připravilo a zpracovalo stejným způsobem jako v příkladu 1 s tou výjimkou, že extrudační rychlost byla 46 kg/h a do extrudéru se stejně jako v příkladu 3 zaváděl peroxid, který řídil reologii roztaveného polypropylenu a fyzikální parametry rouna vyfukovaného z taveniny. Rouno mělo plošnou hmotnost 73 g/m², tloušťku

1,3 mm a tlakový spád 6,6 mm H₂O, měřeno při rychlosti dopadu 13,8 cm/s. Po odebrání dostatečného množství rouna pro účely dalšího zpracování a analýzy (viz příklady v tabulce 5A) se za použití výše popsané metody B extrudát postříkal vodou. Rozstřikovací tyč pokryla celé rouno, které mělo plošnou hmotnost 74 g/m², tloušťku 1,3 mm a tlakový spád 6,2 mm H₂O, měřeno při průtoku 85 1/min. Aby se udržely parametry rouna, přiblížil se kolektor z 30,5 cm na 28 cm. Pro účely postřiku se použila vodovodní voda bez další úpravy. Stejně jako v příkladu 1 se u roun analyzovalo DOP zatížení a index krystalinity s tou výjimkou, že se při analýze zatížení použily kotouče o průměru 17,15 cm, a výsledná data se shrnula do tabulek 5A a 5B a vynesla do grafu na obr. 6.

toto

01-0639-00-Če

Tabulka 5A

Bez ochlazení, kontrolní

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	MinSChl (mg)
1	0,37	0,63	68
2	0,38	0,64	78
3	0,41	0, 64	90
’ 4	0,38	0, 62	—
5	0,34	0,62	139

Tabulka 5B S ochlazením

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	MinSChl (mg)
1	0,1	0, 63	539
2	0,1	0,58	194
3	0,1	0,61	289
4	0,1	0,61	595
5	0,28	0,62	256

Stejně jako v příkladu 4, výsledky uvedené v tabulce 5A a 5B ukazují, že chlazení snižuje index krystalinity extrudovaných vláken. Žíhání rouna s nízkým indexem krystalinity zvyšuje zátěžový výkon žíhaného a nabitého filtračního rouna. Výsledky dále ukazují, že žíhání roun s indexem krystalinity nižším než přibližně 0,3 udílí elektretovým filtrům vynikající zátěžový výkon. Konkrétněji, žíhání roun, která mají index krystalinity nižší než přibližně 0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu MinSChl větší než 200 mg, zatímco žíhání roun, která mají index krystalinity vyšší než přibližně

01-0639-00-Če

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

00 0* *·

0000 00 • 0 • 0 • 0 > 0 0

00

0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu MinĚChl menší než 200 mg. Výsledky rovněž ukazují, že kompozice s nižší krystalinitou, například kompozice, které mají index krystalinity 0,1, mohou dále zvyšovat zátěžový výkon. Některé elektretové filtry mohou mít například MinĚChl větší než 500 mg.

Příklad 6

MBF rouno se připravilo a zpracovalo způsobem popsaným v příkladu 1. Rouno mělo plošnou hmotnost 73 g/m², tloušťku

1,3 mm a tlakový spád 7,0 mm H₂O, měřeno při rychlosti dopadu 13,8 cm/s. Potom, co se odebralo dostatečné množství rouna pro další zpracování a analýzu, se metodou B, popsanou v příkladu 5, extrudát postříkal vodou. Aby se zachovaly parametry rouna, přiblížil se kolektor ze vzdálenosti 25,4 cm na 21,59 cm. Rouno podrobené postřiku vodou mělo plošnou hmotnost 71 g/m², tloušťku 1,4 mm a tlakový spád 6,6 mm H₂0, měřeno při průtoku 85 1/min. U roun se způsobem popsaným v příkladu 5 určilo DOP zatížení a index krystalinity. Získané výsledky jsou shrnuty v tabulkách 6A a 6B a graficky znázorněny na obr. 7.

Tabulka 6A

Bez chlazení, kontrolní

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	MinĚChl (mg)
1	0,42	0, 62	139
2	0,41	0, 63	121
3	0,4	0, 62	162
4	0,37	0, 62	162
5	0,3	0, 65	165

01-0639-00-Če

Tabulka 6B S chlazením

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0,31	0, 62	537
2	0,16	0, 61	875
3	0,21	0, 62	403
4	0,21	0, 6	544
5	0,28	0,61	393

Stejně jako v příkladech 4 až 5, výsledky uvedené v tabulce 6A a 6B ukazují, že chlazení snižuje index krystalinity nežíhaných vláken a zvyšuje zátěžový výkon žíhaného a nabitého filtračního rouna. Výsledky dále ukazují, že žíhání roun s indexem krystalinity nižším než přibližně 0,3 poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl větší než 200 mg zatímco žíhání roun, která mají index krystalinity vyšší než přibližně 0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu MinSChl menší než 200 mg. Výsledky rovněž ukazují, že některé elektretové filtry vyrobené z chlazených materiálů mohou mít Min@Chl větší než 500 mg a některé mohou mít dokonce Min@Chl větší než 800 mg.

Příklad 7

BMF rouna se vyrobila a zpracovala způsobem popsaným v příkladu 6 a část vzorků se chladila a část nikoliv, metodou B postřikem vodou. Pro účely chlazení v tomto příkladu se voda purifikovala reverzní osmózou a deionizací. Specifikace rouna byly podobné specifikacím v příkladu 6. U roun se určilo DOP zatížení a index

01-0639-00-Če

krystalinity způsobem z příkladu 6 a výsledky uvádí tabulky 7A a 7B a graficky znázorňuje obr. 8.

Tabulka 7A Bez postřiku vodou

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0,42	0,6	120
2	0,46	0, 62	122
3	0,41	0, 62	79
4	0,34	0, 63	153
5	0,34	0, 62	189

Tabulka 7B S postřikem vodou

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	MinQChl (mg)
1	0, 32	0, 62	502
2	0,1	059	899
3	0,12	0,61	702
4	0,22	0,61	911
5	0,34	0,6	219

Stejně jako v příkladech 4 až 6, výsledky uvedené v tabulce 7A a 7B ukazují, že chlazení snižuje index krystalinity nežíhaných vláken a zvyšuje zátěžový výkon žíhaného a nabitého filtračního rouna. Výsledky dále ukazují, že žíhání roun s indexem krystalinity nižším než přibližně 0,3 poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl větší než 200 mg zatímco žíhání roun, která mají index krystalinity vyšší než přibližně 0,3, poskytuje

01-0639-00-Če

filtry, které mají průměrnou hodnotu MinQChl menší než 200 mg. Výsledky rovněž ukazují, že některé elektretové filtry vyrobené z chlazených materiálů mohou mít Min@Chl větší než 500 mg a některé mohou mít dokonce MinSChl větší než 800 mg.

Příklad 8

BMF rouna se vyrobila a zpracovala způsobem popsaným v příkladu 7 a část vzorků se chladila a část nikoliv, metodou B postřikem vodou. Rouna měla specifikace rouna podobné specifikacím v příkladu 7. Způsobem z příkladu 6 se u roun určilo DOP zatížení a index krystalinity. Výsledky uvádí tabulky 8A a 8B a graficky znázorňuje obr. 9.

Tabulka 8A

Bez chlazení, kontrolní

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	Min@Chl (mg)
1	0,41	0,6	130
2	0,39	0, 62	90
3	0,41	0, 63	135
4	0,33	0, 63	219
5	0,35	0,55	415

01-0639-00-Če

Tabulka 8B

S chlazením

Poloha	Index krystalinity, nežíhaný	Index krystalinity, žíhaný	MinQChl (mg)
1	0,11	0,55	421
2	0,13	0,55	312
3	0,11	0,55	368
4	0,11	0,55	583
5	0,12	0,55	456

Stejně jako v příkladech 4 až 7, výsledky uvedené v tabulce 8A a 8B ukazují, že chlazení snižuje index krystalinity nežíhaných vláken a zvyšuje zátěžový výkon žíhaného a nabitého filtračního rouna. Výsledky dále ukazují, že žíhání roun s indexem krystalinity nižším než přibližně 0,3 poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl větší než 200 mg zatímco žíhání roun, která mají index krystalinity vyšší než přibližně 0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl menší než 200 mg. Výsledky rovněž ukazují, že některé elektretové filtry vyrobené z chlazených materiálů mohou mít MinGChl větší než 500 mg.

Tabulky 9A a 9B ukazují průměrné hodnoty MinSChl pro příklady 4 až 8 pro nechlazené a chlazené vzorky.

01-0639-00-Če

Tabulka 9A

Průměrné hodnoty Min@Chl (mg) nechlazený, kontrolní

Příklad	Minimální Min@Chl	Maximální Min@Chl	Průměrný Min@Chl
4	66	200	106
5	68	138	93
6	121	165	150
7	79	189	133
8	90	415	198

Tabulka 9B

Průměrné hodnoty Min@Chl (mg) - chlazený

Příklad	Minimální Min@Chl	Maximální Min@Chl	Průměrný Min@Chl
4	106	344	248
5	194	594	375
6	392	875	550
7	219	899	647
8	312	583	428

Průměrné hodnoty uvedené v tabulkách 9A a 9B v kombinaci s hodnotami krystalinity uvedenými v předchozích tabulkách ukazují, že chlazení může snížit index krystalinity nežíhaného rouna na hodnotu nižší než 0,3 a dále, že žíhání roun, která mají index krystalinity nižší než 0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl větší než 200 mg, zatímco žíhání roun, která mají index krystalinity vyšší než přibližně 0,3, poskytuje filtry, které mají průměrnou hodnotu Min@Chl menší, než 200 mg.

01-0639-00-Če ······ · · · · · · · • · · · · * · · · · « • · · · · · · · · «

Příklady 9 a 10

Příklady 9 a 10 ukazují, že přidání aditiva zvyšujícího výkon způsobuje silný signál v TSDC spektru. Způsobem popsaným v příkladu 4 (včetně chlazení) se připravilo netkané rouno. Připravil se druhý identický vzorek s tou výjimkou, že neobsahoval aditivum zvyšující výkon. Oba vzorky rouna se analyzovaly TSDC testovacím postupem 1. Vzorek obsahující aditivum zvyšující výkon vykazoval významný výbojový pík přibližně při 110 °C. Pro srovnání, rouno neobsahující aditivum zvyšující výkon tento významný pík nevykazovalo. Z tohoto pozorování vyplývá, že výbojový proud generovaný vzorkem obsahujícím aditivum zvyšující výkon je způsoben depolarizací aditiva zvyšujícího výkon po zahřátí. Předpokládá se, že aditivum zvyšující výkon je polarizováno v polarizačním kroku.

Příklady 11 až 15

Příklady 11 až 15 ukazují, že chlazená rouna mají po polarizaci větší hustotu náboje než nechlazená rouna. Vzorky roun a (chlazené a nežíhané) a c (chlazené a žíhané) byly stejné jako v příkladu 4, poloha 4 (ale bez koronového nabití). Vzorek b (nechlazený a nežihaný) byl stejný jako v příkladu 2, poloha 4 (bez koronového nabití) a vzorek d (nechlazený a žíhaný) byl stejný jako v příkladu 2, poloha 6 (ale bez koronového nabití). Všechny vzorky rouna se analyzovaly TSDC testovacím postupem 1.

Výsledná TSDC spektra jsou znázorněna na obr. 12. Hustoty náboje lze vypočíst z každého píku TSDC spektra narýsováním základny mezi minimy na každé straně zvoleného

01-0639-00-Če

píku a integrací plochy pod pikem. Jak ukazuje obr. 12, TSDC spektra zpravidla ukazují strmě se zvyšující výbojový proud v okamžiku, kdy se teplota blíží teplotě tavení testovaného výrobku.

Množina vzorků nenabitých a žíhaných roun, popsaných v příkladu 7, se testovala způsobem popsaným v příkladech 11 až 15 pro nechlazená (poloha 2 a 6) a chlazená (polohy 3, 4, 5 a 6) rouna. Žádné z nechlazených roun nemělo hustotu náboje vyšší než 10 mC/m². Závislost indexů krystalinity nežíhaných roun na hustotě náboje žíhaných nabitých roun je vynesena do grafu na obr. 13a. Obr. 13a ukazuje, že nežíhaná rouna mající relativně nízký index krystalinity zpravidla mají vyšší hustotu náboje, stanoveno TSDC testovacím postupem 1.

Na obr. 13b je graficky znázorněna závislost DOP zátěžového výkonu (MinSChl) žíhaných a nabitých roun na hustotě náboje žíhaných nenabitých roun. Obr. 13b ukazuje zcela překvapující výsledek, který spočívá v tom, že žíhaná nenabitá rouna mající hustotu náboje vyšší než přibližně 10 mC/m², měřeno TSDC testovacím postupem 1, mají po nabití rovněž vynikající DOP zátěžový výkon.

Příklady 17 a 18

Příklady 17 a 18 ilustrují TSDC spektra chlazených a nechlazených žíhaných koronově nabitých roun, vyrobených bez použití aditiva zvyšujícího výkon. Chlazená (a, b) a nechlazená (a', b') rouna se připravila způsobem popsaným v příkladu 4 s tou výjimkou, že v rounech nebylo přítomno žádné fluorochemické aditivum. TSDC Spektra nepolarizovaných roun se získala za použití postupu 2 a jsou

01-0639-00-Če • fefefe ·· · ·· ·· fefe fefe · fefe · · · ·· · • fefe fefefe fefefefe • fe fefe fefe fefefe fefe · • fefefe fefefe fefefe· fefe fefe fefefe fefe ·· ·fe graficky znázorněna na obr. 14. Znaménko výbojového proudu (buď kladné nebo záporné) je funkcí orientace rouna v TSC přístroji, vzhledem k orientaci v průběhu koronového nabíjení.

Příklady 19 a 20

Příklady 19 a 20 ukazují TSDC spektra chlazených a nechlazených žíhaných koronově nabitých roun vyrobených z polymeru a aditiva zvyšujícího výkon. Chlazená (a, b) a nechlazená (a', b') rouna se připravila způsobem popsaným v příkladu 8, poloha 1. Rouna se analyzovala TSDC testovacím postupem 2. Výsledky TSDC studií ukazuje obr. 15. Součástí testovacího postupu je určení teploty tavení výrobku pomocí DSC, která v tomto případě činila 159 °C.

Jak ukazuje obr. 15, pokud je rouno orientováno tak, aby vykazovalo pozitivní výbojový proud vyšší než přibližně 100 °C, potom spektrum chlazeného rouna, a, vykazuje relativně úzký pík kolem teploty 137 °C. Toto spektrum naznačuje, že chlazení způsobuje zúžení energetické distribuce míst v žíhaném a nabitém rounu, které zachycují náboj. V porovnání s tím vykazuje spektrum nechlazeného rouna, a', pouze velmi široký pík okolo podstatně nižší teploty (přibližně 120 °C) , což naznačuje relativně širokou distribuci energetických hladin míst zachycujících náboj. Výrobky podle vynálezu mohou tedy vykazovat odlišné charakteristiky proudového píku přibližně okolo teploty ležící 15 °C až 30 °C pod teplotou tavení výrobku, měřeno TSDC testovacím postupem 2.

Jak ukázaly již dříve diskutované výsledky DOP zátěžového testu, rouna vyrobená z chlazených meziproduktů

01-0639-00-Če >··· ·· • « · • · · (nebo meziproduktů s relativně nízkou krystalinitou) mají podstatně vyšší DOP zátěžový výkon v porovnání s rouny vyrobenými z nechlazených meziproduktů (nebo meziproduktů s relativně vysokou krystalinitou). Byl tedy překvapivě objeven charakteristický spektrální znak (tj. výše popsaný proudový pík), který koreluje se zvýšeným DOP zátěžovým výkonem.

Příklady 20 a 21

Příklady 20 a 21 ukazují TSDC spektra chlazených (obr. 16a) a nechlazených (obr. 16b) výrobků a ilustrují spektrální znaky, které mohou charakterizovat určité výrobky podle vynálezu. V těchto příkladech byla použita rouna popsaná v příkladu 8, poloha 3 (chlazená a nechlazená). TSDC Studie se prováděly za použití TSDC testovacího postupu 3. Výrobky znázorněné na obr. 16a se liší pouze svými polarizačními časy: a-l min, b - 5 min, c-10 min a d - 15 min. Stejně tak se výrobky na obr. 16b liší pouze svými polarizačními časy: a' - 1 min, b' 5 min, c' - 10 min a ď - 15 min.

TSDC Spektra na obr. 16a ukazují šířky píků v polovině výšky 18 (b) , 14 (c) a 19 (d) pro polarizační časy 5 min, min resp. 15 min. Tyto tři píky mají maxima při 140 °C nebo 141 °C. V porovnání s uvedeným vykazují nechlazené kontrolní vzorky na obr. 16b šířky píků v polovině výšky 40 (b'), 32 (c') a 34 (d') pro polarizační časy 5 min, 10 min resp. 15 min a maxima píků při 121 °C, 132 °C resp. 136 °C. Vynikající zátěžový výkon chlazených výrobků je diskutován výše, v souvislosti s DOP zátěžovým testem.

01-0639-00-Če »000 00 • 0 «

0· 00

Obr. 16a, 16b a výsledky DOP zátěžových testů tedy ukazují překvapivé zjištění, že výrobky charakteristické šířkami TSDC píků menšími než 30 °C (měřeno testovacím postupem 3) korelují s vynikajícím zátěžovým výkonem v případě olejové mlhy. Z těchto výsledků vyplývá, že výrobky mající užší distribuci energetických hladin zachycujících náboj v polarizovaném stavu korelují se zlepšeným zátěžovým výkonem. Výhodnější výrobky tedy mají šířky píku menší než 25 °C a ještě výhodněji menší než 20 °C.

Výsledky rovněž ukazují, že alespoň v případě výrobků obsahujících polypropylen existuje korelace mezi polohou píku a zátěžovým výkonem, přičemž výhodné výrobky mají polohy píku přibližně při 138 °C až 142 °C.

Příklady 22 a 23

Pro vzorky, které byly připraveny a testovány identicky se vzorky v příkladech 20 a 21, byla získána další TSDC data. Pro každou testovací podmínku se TSDC testovacím postupem 4 vypočetly hustoty náboje, které se shrnuly do tabulky 10 a graficky znázornily na obr. 17.

01-0639-00-Če • « ·· • · · · · · to • •to ··· • to ·· ·· to ···· · · · ·· ·· ··· ·· ·· ·· to ·· · • ·· · • to· · • toto to • · ··

Tabulka 10

Hustota náboje (mC/m²) vs. polarizační čas

Polarizační čas (minuty)·	Hustota náboje (mC/m2)
	Chlazený	Chlazený	Nechlazený	Nechlazený
1	1,55	0, 94	14,2	18,4
5	4,47	5,5	8,23	8,97
10	9,05	8,0	4,18	8,81
15	14,5	10,57	4,08	10,8

Porovnání hustoty náboje chlazených a nechlazených výrobků měřené testovacím postupem 4 s odpovídajícími výsledky DOP zátěžového testu překvapivě ukázalo korelaci mezi změnou hustoty náboje při polarizaci výrobku a zátěžovým výkonem. Jak je patrné z obr. 17, chlazené (vynikající zátěžový výkon) výrobky (přerušované čáry) vykazují zvyšující se nábojovou hustotu při polarizaci výrobku trvající 1 min až 10 min. Na druhé straně nechlazené (slabší zátěžový výkon) výrobky (plné čáry) vykazují snižující se nábojovou hustotu v průběhu stejné polarizační periody. Pro výhodné výrobky podle vynálezu je tedy charakteristická rostoucí hustota náboje během 1 min až 5 min a/nebo 5 min až 10 min polarizačního času, měřeno TSDC testovacím postupem 4.

Claims (27)

1. PATENTOVÉ »··· ·« to · · ··· ·· ·«

   NÁROKY • · · · • to ··

   1. Elektretový výrobek, který, pokud se zabuduje do elektretového filtru, vykazuje vynikající filtrační výkon, vyznačený tím, že obsahuje polymer a aditivum zvyšující výkon, přičemž výrobek má spektrum tepelně stimulovaného výbojového proudu (TSDC), které vykazuje pík mající šířku v polovině výšky menší než přibližně 30 °C, měřeno TSDC testovacím postupem 3.
2. 2. Elektretový výrobek podle nároku 1, vyznačený tím, že aditivum zvyšující výkon obsahuje fluorochemikálii, přičemž výrobek má spektrum tepelně stimulovaného výbojového proudu (TSDC), které vykazuje pík mající šířku v polovině výšky menší než přibližně 25 °C, měřeno TSDC testovacím postupem 3.
3. 3. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 2, vyznačený tím, že polymer obsahuje polypropylen.
4. 4. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 3, vyznačený tím, že aditivum zvyšující výkon se zvolí ze skupiny sestávající z

   01-0639-00-Če ·· 00 4 • · · · 0

   0 0 0 0 0 • · · · 0 • ·· 99 04

   V

   CjFitS OaN (CHj)CH2CH-CHí ,,0 ,A

   1 Λ ¹ N— (CH2>5-ir

   X ?

   CHrCH—CH2N(CH3)SO2C8Fi7

   CsF 17SO2N<CK3)CHjCH-CHí

   CHr-ir^p

   -lOir-rú-, \__Z

   CK2-CH—CH2h’(CH3)SO3C8Fl7

   CsFitS O2N (CH3)CK2CHΛ í

   Í2CH-CH2 CH2-CH-··

   CH2N(CH3)SO2C8Fí7

   5. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 4, v y - z n a č e n ý tím, že obsahuj e 95 % hmotn. až 99,5 % hmotn. polypropylenu a 0,5 % hmotn. až 5 % hmotn. fluorochemikálie. 6. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 5, v y -

   značený tím, že se polymer zvolí ze skupiny sestávající z polypropylenu, póly(4-methyl-l-pentenu) , lineárního polyethylenu s nízkou hustotou, polystyrenu, polykarbonátu, polyesteru a jejich kombinací.
5. 7. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 6, vyznačený tím, že polymer v podstatě sestává z polypropylenu.

   01-0639-00-Če » · ΦΦ

   9 99 99 99 99 9 φ · « « «, • Φ 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 Φ ΦΦΦ Φ φ · ·

   ΦΦΦ ΦΦ ΦΦ ΦΦ
6. 8. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 7, vyznačený tím, že má rostoucí nábojovou hustotu během 1 min až 5 min polarizačního času, měřeno TSDC testovacím postupem 4.
7. 9. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 8, vyznačený tím, že má formu vláken vyfukovaných z taveniny.
8. 10. Elektretový výrobek podle nároku 9, vyznačený tím, že má formu netkaného rouna.
9. 11. Elektretový výrobek podle nároků 1 až 8, vyznačený tím, že má formu vláken.
10. 12. Elektretový výrobek podle nároků 9 až 11, vyznačený tím, že vlákna mají strukturu plášť-jádro, přičemž plášť tvoří 95 % hmotn. až 99,5 % hmotn. polypropylenu a 0,5 % hmotn. až 5 % hmotn. fluorochemikálie.
11. 13. Elektretový filtr, vyznačený tím, že obsahuje netkané rouno vláken podle nároků 9 až 10 a vykazuje počáteční detekovatelnou DOP penetraci nižší než 5% a průměrnou hodnotu MinSChl větší než 200 mg DOP, měřeno postupem 1 DOP zátěžového testu filtračního rouna.

    01-0639-00-Če ···· ·· * 1· ·· ·· • · · · · · · · « » · ··· «»· *···

    14. Elektretový filtr podle nároku 13, v y z n a - č e n ý tím, že vykazuje tlakový spád menší než 12 mm H₂O. 15. Elektretový filtr podle nároku 13, v y z n a - čený tím, že vykazuje počáteční detekovátelnou DOP

    penetraci menší než 5% a hodnotu MinOChl přibližně 800 mg až přibližně 1000 mg DOP, měřeno postupem 1 DOP zátěžového testu filtračního rouna.
12. 16. Netkané rouno nebo elektretové vlákno podle nároku 10 a 13 až 15 zabudované v respirátoru.
13. 17. Elektronické zařízení obsahující netkané rouno nebo elektretové vlákno podle nároku 10 a 13 až 15 jako filtr.
14. 18. Respirátor obsahující elektretový filtr, vyznačený tím, že obsahuje netkané rouno, které obsahuje elektretová vlákna obsahující směs polymeru a aditiva zvyšujícího výkon; a nosnou strukturu pro přichycení respirátoru k obličeji osoby a kalíškovitý člen přizpůsobený pro přilnutí a překrytí úst a nosu osoby používající respirátor; přičemž respirátor vykazuje hodnotu Min@Chl větší než 400 mg DOP, testováno postupem navrženým Národním institutem „National Institute for Occupational Safety and Health Particulate Filter Penetration Proceduře pro testování záporného tlaku respirátorů proti kapalným

    01-0639-00-Če ···· »· 4 «0 00 00 • 0 0 00 00 0000 ··· 000 000 « ·· · · · · 0 0 0 00 0 • « 0 0 000 ···· ·· «0 000 00 0« 00 částicím (postup APRS-STP-0051-00); a pokud má respirátor exponovanou povrchovou plochu přibližně 180 cm² nebo pokud se exponovaná povrchová plocha respirátoru nastaví přibližně na 180 cm².
15. 19. Respirátor podle nároku 18, vyznačený tím, že vykazuje tlakový spád menší než 13 mm H₂O, aditivem zvyšujícím výkon je fluorochemikálie a polymerem je polypropylen.
16. 20. Elektretový výrobek, vyznačený tím, že obsahuje polymer a aditivum zvyšující výkon, přičemž elektretový materiál ve výrobku má spektrum tepelně stimulovaného výbojového náboje (TSDC), které vykazuje pík přibližně při teplotě o 15 °C až 30 °C nižší než je tavná teplota výrobku, měřeno TSDC testovacím postupem 2.
17. 21. Elektretový výrobek podle nároku 20, vyznačený tím, že aditivum zvyšující výkon obsahuje fluorochemikálii a elektretový materiál ve výrobku má spektrum tepelně stimulovaného výbojového náboje (TSDC), které vykazuje pík přibližně při teplotě o 15 °C až 25 °C nižší než je tavná teplota výrobku, měřeno TSDC testovacím postupem 2.
18. 22. Elektretový výrobek podle nároku 20, vyznačený tím, že polymerem je polypropylen a spektrum

    01-0639-00-Če •to·» toto • to » • · ♦ • r ·>

    • ·· » ·· ·· • ·· toto »· ·· toto to · « « • · · to*·· to· to * » ·· · » · · · » « · to·· »·> ·· ·· tepelně stimulovaného výbojového náboje (TSDC) vykazuje pík přibližně při 130 °C až 140 °C.
19. 23. Elektretový výrobek podle nároků 20 a 21, vyznačený tím, že má formu vláken vyfukovaných z taveniny.
20. 24. Elektretový výrobek podle nároku 23, vyznačený tím, že má formu netkaného rouna.
21. 25. Netkané rouno podle nároku 24 jako filtr v respirátoru.
22. 26. Meziprodukt pro výrobu elektretového filtru, vyznačený tím, že obsahuje netkané rouno vláken tvořené polymerem majícím index krystalinity menší než 0,3, měřeno jako poměr intenzity píku krystalické fáze ku celkové rozptýlené intenzitě v rozsahu difrakčního úhlu 6 °až 36 °, a aditivem zvyšujícím výkon.
23. 27. Meziprodukt podle nároku 26, vyznačený tím, že aditivem zvyšujícím výkon je fluorochemikálie.
24. 28. Meziprodukt podle nároku 26 nebo 27, vyznačený tím, že index krystalinity je přibližně 0 až

    0,2

    01-0639-00-Če
25. 29. Meziprodukt podle nároku 28, vyznačený tím, že polymerem je polypropylen.
26. 30. Meziprodukt podle nároku 26 nebo 27, vyznačený tím, že má hustotu náboje přibližně alespoň 10 mC/m², měřeno TSDC testovacím postupem 1.
27. 31. Elektretový výrobek, vyznačený tím, že je vyroben z meziproduktu podle některého z nároků 26