CZ20001180A3 - Způsob výroby výrobků z elektretu a filtrů se zvýšenou odolností proti olejové mlze - Google Patents

Description

Způsob výroby výrobků z elektretu a filtrů se zvýšenou odolností proti olejové mlze

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobu výroby výrobků z elektretu, filtrů z elektretu, respirátorů které používají filtry z elektretu, a použití filtrů z elektretu pro odstraňování částic z plynu, zejména odstraňování aerosolu ze vzduchu. Vynález se zejména týká způsobů, které produkují filtry z elektretu se zlepšenými vlastnostmi, jako například stabilitou elektretu v přítomnosti olejové mlhy (tj . kapalných aerosolů).

Dosavadní stav techniky usilují o filtrů.

zlepšení

Některé výrobky

Vědci a technici již dlouho filtrační účinnosti vzduchových z nejúčinnějších vzduchových filtrů využívají z elektretu. Výrobky z elektretu vykazují vytrvalý nebo quasi-permanentní elektrický náboj. Viz G.N.Sessler,

Electrets, Springer Verlag, New York, 1987. Při výzkumech bylo zaměřeno značné úsilí na zlepšení vlastností výrobků z elektretu pro použití ve filtrech. Navzdory rozsáhlému výzkumu zaměřenému na výrobu zlepšených výrobků z elektretu nejsou efekty zpracovacích proměnných příliš známy a obecně je obtížné, ne-li nemožné předpovídat zpracovacích podmínek.

efekty změn

Na vlastnosti výrobků z elektretu jsou kladeny speciální požadavky, zejména na stabilitu náboje, účinnost při zatížení, odolnost proti vlivu oleje, a další vlastnosti, které mohou být významně ovlivněny zpracovacími ·· · ··· ···· • · · ···· · · * · • · · · · · ···· · · « · ·

-2kroky, které by měly být neškodné nebo prospěšné pro netkané textilie a materiály podobné tkaninám. Při nedostatku rozsáhlých empirických dat je často velmi obtížné zjistit jaké efekty může mít konkrétní zpracovací krok (například prudké zchlazení) na vlastnosti výsledného výrobku z elektretu.

Jedním způsobem, který byl popsán pro zlepšení účinnosti filtru z elektretu, je přimíšení aditiva zvyšujícího účinnost do polymeru použitého pro výrobu vláken z elektretu. Například Jones aj. popisují v US patentu 5 411 576 a 5 472 481 filtry z elektretu, které jsou vyrobeny extruzí směsi polymeru a sloučeniny fluoru, zpracovatelné tavením, pro vytvoření mikrovlákenné tkaniny, která se poté žíhá a upravuje korónovým výbojem. Lifshutz aj. ve WO 96/26783 (odpovídající US patentu 5 645 627) popisují filtry z elektretu, vyrobené extruzí směsi polymeru a amidu mastné kyseliny nebo fluorové sloučeniny oxazolidinu pro vytvoření mikrovlákenné tkaniny, která se poté žíhá a upravuje korónovým výbojem.

Byly popsány i další techniky zlepšující elektrostatické vlastnosti výrobků z elektretu. Například Klaase aj. v US patentu 4 588 537 popisují použití korónového zpracování pro zavedení náboje do elektretového filtru. Angadjivand aj . v US patentu 5 496 507 zjistili, že narážení kapiček vody na textilii z netkaného mikrovlákna zlepšuje náboj textilie, a Rousseau aj . ve WO 97/07272 popisují filtry z elektretu, které jsou vyrobeny extruzí směsí polymerů a sloučenin fluoru nebo organických sloučenin triazinu a vytvořením mikrovlákenné textilie, která se následně upravuje narážením vodních kapiček pro udělení náboje a tedy zlepšení filtračního výkonu vodou nabité ······ · · · ·· ·· • · · · · · · · · · • · · · · · · · ' • · · φ · ΦΦΦΦΦ·· φφφ • · · · · φφφφφ β ·· · ·· · · · · · textilie .

Matsuura aj . v US patentu 5 256 176 popisují způsob stabilizace elektretu vystavením elektretu střídavým cyklům přivádění elektrického náboje a následného ohřevu výrobku. Matsuura aj . neuvádějí, že by elektrety obsahovaly aditiva pro zvýšení účinnosti při zatížení olejovou mlhou.

Dále, výrobky z elektretu a způsoby jejich výroby jsou popsány v DE-A 20 25 383.

Podstata vynálezu

Vynález poskytuje způsob výroby výrobku z elektretu, při kterém se vytváří roztavená směs polymeru a aditiva zvyšujícího účinnost (jak je popsáno níže, mohou být přidány také jiné přísady) . Roztavená směs může být převedena do požadovaného tvaru, například fólie nebo vlákna, a prudce zchlazena. Prudce zchlazený materiál může být vyžíhán a nabit pro vytvoření výrobku z elektretu. Výrobek z elektretu může být například ve formě vlákna nebo fólie, nebo může být ve formě netkané textilie, zejména pro použití jako filtru.

Prudké zchlazení zmenšuje uspořádanost materiálu (např. krystalinitu) v porovnání s uspořádaností materiálu bez prudkého zchlazení. Krok prudkého zchlazení nastává souběžně s převedením roztaveného materiálu do požadovaného tvaru nebo krátce poté. Obvykle se materiál tvaruje extruzí skrze otvory formy a prudce se zchlazuje (zpravidla aplikací chladícího média na extrudát) bezprostředně po opuštění otvoru.

Vynálezci zjistili, že zvýšená filtrační účinnost může • · • · · · • · • · · ··· · * * · ·· · · · · · ···· • · · · · ······· · · ·

být materiálu z elektretu propůjčena prudkým zchlazením, kdy materiál obsahuje roztavenou směs polymeru a aditiva zvyšujícího účinnost. Krok prudkého zchlazeni má tendenci zmrazit polymer v amorfním stavu a snižuje tak rozsah krystalizace ve srovnání s krystalizací polymeru bez prudkého zchlazení. Materiál se sníženou krystalinitou je hodnotným polotovarem, který může být známými postupy převeden do formy výrobku z elektretu.

Vynález tedy poskytuje jedinečný výrobek z elektretu obsahující polymer a adítívum zvyšující účinnost, který lze charakterizovat určitými znaky ve spektru tepelně stimulovaného vybíjecího proudu (TSDC, Thermally Stimulated Discharged Current). Filtry z elektretu zahrnující výrobky z elektretu vykazující tyto jedinečné spektrální znaky mohou vykazovat překvapivě vynikající filtrační účinnost.

Vynález zahrnuje výrobky, v výrobky z elektretu vyrobené výše zahrnuje také způsoby odstraňování nebo kapalného aerosolu z plynu z elektretu podle vynálezu.

nichž j sou zabudovány uvedeným způsobem, a částicové pevné látky za použití výrobků

Vynález dále poskytuje filtry z elektretu, které vykazují vynikající vlastnosti, kterých není dosaženo v obdobně konstruovaných filtrech, které nevyužívají výrobky z elektretu podle vynálezu. Tyto filtry obsahují vlákna vyrobená ze směsi polymeru a aditiva zvyšujícího účinnost, a vykazují vynikající účinnost při zatížení aerosolem kapalného dioktylftalátu (DOP). Účinnost při zatížení aerosolem kapalného DOP je definována ve vztahu ke konkrétním zkouškám v příkladové části. Výhodné filtry vykazují zvýšenou účinnost při zatížení olejovou mlhou a • · · ·

5sníženou penetraci aerosolů nebo částic, přičemž vykazují malou tlakovou ztrátu přes filtr.

Předložený vynález může poskytnout četné výhody oproti známým filtrům z elektretu včetně zvýšené účinnosti při zatížení aerosolem olejové mlhy, stability náboje v přítomnosti kapalného aerosolu, a snížené penetrace aerosolů nebo částic s malou tlakovou ztrátou přes filtr.

Výrobky z elektretu podle předloženého vynálezu nacházejí použití v četných filtračních aplikacích, včetně respirátorů, například obličejových masek, domácích a průmyslových klimatizačních zařízení, pecí, čističů vzduchu, vysavačů, lékařských a leteckých filtrů, systémů čištění vzduchu ve vozidlech a v elektronickém zařízení jako jsou počítače a diskové jednotky.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je vývojový diagram ilustrující způsob výroby filtračního média z elektretu podle vynálezu.

Obr. 2 představuje závislost „minimum at challenge, „minimálního problému (tj. hmotnost v miligramech (mg) dioktylftalátu (DOP), který dopadl na filtrační tkaninu v bodě, kdy penetrace DOP v procentech dosahuje minimální hodnoty, tato hmotnost se dále označuje „Min@Chl) vzorku nařezaného z vyčíhaného filtru z elektretu, který nebyl prudce zchlazen, na indexu krystalinity vzorku před žíháním. Jak bude detailně objasněno v příkladové části, tato data byla získána vystavením filtračních tkanin DOP kapalnému aerosolu v přístroji, který měří koncentraci aerosolu kapalného DOP před a za filtrem. Penetrace v procentech je • · · · • · · φ · φ • · φ φφφ • · · φ · φ φ

-6vypočtena dělením koncentrace aerosolu za filtrem koncentrací před filtrem a násobením 100.

Obr. 3 představuje závislost Min@Chl vzorků nařezaných z vyčíhaného filtru z elektretu, který nebyl podroben prudkému zchlazení, na indexu krystalinity vzorku před žíháním.

Obr. 4 představuje závislost Min@Chl vzorků nařezaných z vyčíhaného filtru z elektretu, který nebyl podroben prudkému zchlazení, na indexu krystalinity vzorku před žíháním.

Obr. 5 představuje závislost Min@Chl vzorků nařezaných z vyčíhaných filtrů z elektretu, prudce zchlazených a nepodrobených prudkému zchlazení, na indexu krystalinity vzorku před žíháním.

Obr. 6 představuje závislost Min@Chl vzorků nařezaných z vyčíhaných filtrů z elektretu, prudce zchlazených a nepodrobených prudkému zchlazení, na indexu krystalinity vzorku před žíháním.

Obr. 7 představuje závislost Min@Chl vzorků nařezaných z vyčíhaných filtrů z elektretu, prudce zchlazených a nepodrobených prudkému zchlazení, na indexu krystalinity vzorku před žíháním.

Obr. 8 představuje závislost Min@Chl vzorků nařezaných z vyčíhaných filtrů z elektretu, prudce zchlazených a nepodrobených prudkému zchlazení, na indexu krystalinity vzorku před žíháním.

AAAA • * · · · · A A A A • · · · · A A AAAA • · · AAA AAAA · · AAA • · · A A A AAAA η ·· · *· · A· AA

Obr. 9 představuje závislost Min@Chl vzorků nařezaných z vyžíhaných filtrů z elektretu, prudce zchlazených a nepodrobených prudkému zchlazení, na indexu krystalinity vzorku před žíháním.

Obr. 10 představuje respirátor nebo filtrační obličejovou masku 10, v němž je zabudován filtr z elektretu podle vynálezu.

Obr. 11 představuje řez tělesem 17 respirátoru.

Obr. 12 představuje spektrum tepelně stimulovaného vybíjecího proudu (TSDC) nenabitých textilií, obsahujících polymer a aditivum zvyšující účinnost, které byly vloženy do elektrického pole 2,5 kilovoltů na mm (kV/mm) při 100 °C po dobu 1 minuty. Textilie byly vyrobeny za následujících čtyř zpracovacích podmínek: a) prudce zchlazená, nežíhaná, b) nepodrobená prudkému zchlazení, nežíhaná, c) prudce zchlazená, žíhaná, a d) nepodrobená prudkému zchlazení, žíhaná.

Obr. 13a představuje závislost indexu krystalinity 6 nežíhaných a nenabitých vzorků textilie, obsahující polymer a aditivum zvyšující účinnost, na hustotě náboje vzorků po žíhání (bez nabití), které byly vloženy do elektrického pole 2,5 kilovoltů na mm (kV/mm) při 100 °C po dobu 1 minuty.

Obr. 13b představuje závislost účinnosti při zatížení DOP (v Min@Chl) 6 žíhaných a nabitých vzorků textilie, obsahující polymer a aditivum zvyšující účinnost, na hustotě náboje vzorků po žíhání (bez nabití), které byly vloženy do elektrického pole 2,5 kilovoltů na mm (kV/mm) při 100 °C po dobu 1 minuty.

-8• φ · » • φ φ φ · φ ·

Obr. 14 představuje TSDC spektra žíhaných, elektrickému poli nevystavených textilií, obsahujících polymer bez aditiva zvyšujícího účinnost. Vzorky a a b byly při zpracování prudce zchlazeny, zatímco vzorky a' a b' nebyly zchlazeny. Strana A odpovídá straně textilie ve styku s elektrodou pro vybíjení kladného proudu, zatímco strana B odpovídá opačné straně textilie, kde se při styku s elektrodou vybíjí záporný proud.

Obr. 15 představuje TSDC spektra žíhaných korónovým výbojem nabitých, elektrickému poli nevystavených textilií, obsahujících polymer a aditivum zvyšující účinnost. Vzorky a a b byly při zpracování prudce zchlazeny, zatímco vzorky a' a b nebyly zchlazeny. Strana A odpovídá, pokud jde o kontakt s elektrodou, straně A na obr. 14, a strana B odpovídá opačné straně textilie.

Obr. 16a představuje TSDC spektra žíhaných a korónovým výbojem nabitých, prudce zchlazených textilií, obsahujících polymer a aditivum zvyšující účinnost, které byly vystaveny elektrickému poli 2,5 kV/mm při 100 °C po dobu a) 1 minuty, b) 5 minut, c) 10 minut a d) 15 minut.

Obr. 16b představuje TSDC spektra žíhaných a korónovým výbojem nabitých, textilií nepodrobených prudkému zchlazení, obsahujících polymer a aditivum zvyšující účinnost, které byly vystaveny elektrickému poli 2,5 kV/mm při 100 °C po dobu a') 1 minuty, b) 5 minut, c') 10 minut a d') 15 minut.

Obr. 17 představuje závislost hustoty náboje na době vystavení elektrickému poli pro nepodrobenou prudkému zchlazení (plná čára) a prudce zchlazenou (tečkovaná čára), ·· φ • * · · · • « · · φ · ···«··« φ 9

-9· žíhanou a korónovým nábojem nabitou textilii obsahující polymer a aditivum zvyšující účinnost.

Podrobný popis výhodného provedení vyaálggu

Výrobky z elektretu podle vynálezu obsahují polymer a aditivum zvyšující účinnost. Polymerem může být nevodivá termoplastická pryskyřice, to znamená pryskyřice ,16 myjící měrný odpor větší než 10 ohm.cm, s výhodou 10 ohm*cm. Polymer by měl mít schopnost mít trvalý zachycený náboj. Polymerem může být homopolymer, kopolymer nebo polymerní směs. Jak uvádí Klaase aj . v US patentu č. 4 588 537, výhodné polymery zahrnují polyetylén, polystyren, složkou polymeru je vysoký měrný odpor, taveniny na vlákna polykarbonáty a polyester. Hlavní s výhodou polypropylen, pro svůj schopnost zvlákňování vyfukováním s průměry použitelnými pro filtraci vzduchu, uspokojivou stabilitu náboje, hydrofobnost a odolnost vůči vlhkosti. Na druhé straně, polypropylen není zpravidla olejofóbní. Výrobky z elektretu podle vynálezu obsahují s výhodou 90 až 99,8 hmotnostních procent polymeru, například 95 až 99,5 hmotnostních procent, nejvýhodněji 98 až 99 hmotnostních procent, vztaženo na hmotnost výrobku.

Aditiva zvyšující účinnost jsou podle předloženého vynálezu taková aditiva, která zvyšují schopnost výrobku z elektretu, po jeho vytvarování na filtr z elektretu, filtrovat olejový aerosol. Schopnost filtrovat olejový zkouškami zatížení DOP, popsanými Konkrétní aditiva zvyšující účinnost zahrnují aditiva popsaná Jonesem aj. v US patentu 5 472 481 a Rousseauem aj . ve WO 97/07272. Aditiva zvyšující účinnost zahrnují sloučeniny fluoru, například fluorové sloučeniny aerosol se měří v příkladové části.

···· • * *♦·· · · · ♦ • ♦ ♦ · « · · · · « 9 • · · 9 · 99999·· « · « ··· ··· ··· · . 10 - ·· * ·· · ·· ..

oxalzolidinonu popsané v US patentu 5 025 052 (Crater aj.), fluorochemické piperaziny a estery kyseliny stearové a perfluoralkoholů. Z hlediska jejich účinku na zlepšení vlastností elektretu, je výhodné aditivum sloučenina fluoru, s výhodou fluorová sloučenina oxazolidinu. S výhodou má sloučenina fluoru bod tání nad bodem tání polymeru a pod teplotou extruze. Z hlediska zpracování, za použití polypropylenu mají sloučeniny fluoru s výhodou bod tání nad 160 °C, ještě výhodněji 160 až 290°C. Zvláště výhodná aditiva zahrnují sloučeniny fluoru označené jako aditivum A, B a C podle US patentu 5 411 576, která mají následující strukturu γ— (CH2)ó-T< '0

OF i ?S OzN (CH3)CH2CH- CH2 CH2-CH- CH2N(CH3)S O2C sF 17

N—CH2

OFi7S02N(CH3)CH2CH-CH2

-Cřb-N' '0

CH2-CH—CH2N(CH3)SO2CsFi7 ¹ 1 <j> N—CH2-rz^>rOFi7S02N(CH3)CH2CH-CH2

CH2-CH-CH2N(CH3)SO2C8Fl7

Výrobek z elektretu s výhodou obsahuje asi 0,2 až 10 hmotnostních procent aditiva zyšujícího účinnost, ještě výhodněji asi 0,5 až 5,0 hmotn. procent a nejvýhodněji asi 1,0 až 2,0 hmotnostních procent, vztaženo na hmotnost výrobku.

Polymer a aditivum zvyšující účinnost se mohou smísit v pevném stavu před tavením, avšak s výhodou se složky taví zvlášť, a mísí se pak jako kapaliny. Alternativně se může ·* · ·· ·· • · · · · · · ·*·· · · · · • · ······< · · · • · · · · · · • * · • · · • · · • · ·

-11- aditivum tvořené sloučeninou fluoru smísit s částí polymeru v pevném stavu a roztavit pro vytvoření taveniny relativně bohaté na sloučeninu fluoru, která se následně spojí s polymerem neobsahujícím sloučeninu fluoru.

Roztavená směs se poté tvaruje na požadovaný tvar, například fólii nebo vlákno. Zpravidla se roztavená směs tvaruje extruzí skrze formu, avšak v méně výhodném provedení může být směs tvarována pomocí alternativních procesů, např. vytahováním v elektrostatickém poli (viz například Y.Trouilhet, „New Method of Manufacturing Nonwovens By Electrostatic Laying, ve sborníku Advances In Web Forming, European Disposables And Nonwoven Assosiation, Amsterdam, 5.-7.květen 1981). Výhodný způsob extruze používá dva extrudery, přičemž se asi 10 až asi 20 hmotn. procent sloučeniny fluoru jako aditiva a asi 80 až asi 90 hmotn. procent polymeru mísí v prvním extruderu a tato tavenina s poměrně vysokým obsahem sloučeniny fluoru se přivádí do druhého extruderu s roztaveným polymerem (neobsahujícím sloučeninu fluoru) pro vytvoření směsi, která se extruduje skrze otvory formy. Tavenina s vysokým obsahem sloučeniny fluoru se s výhodou spojuje s polymerem neobsahujícím sloučeninu fluoru těsně před extruzí roztaveného materiálu skrze formu. To minimalizuje dobu, po kterou je sloučenina fluoru vystavena vysoké teplotě. Teplotu během extruze je třeba kontrolovat pro zajištění požadované rheologie extrudátu a pro zabránění tepelné degradace sloučeniny fluoru. Různé extrudery zpravidla vyžadují různé teplotní profily, a pro optimalizaci extruzních podmínek mohou být nezbytné určité zkoušky. Pro směs polypropylenu a sloučeniny fluoru se teplota během extruze s výhodou udržuje pod asi 290 °C, pro snížení tepelné degradace sloučeniny fluoru. Extrudery, pokud jsou použity, jsou s výhodou, pro lepší

4 4 · · ·

·

4 4 4 *

9··4 4

9 44499 9 4

4 4 4 míšení, dvoušnekového typu, například komerčně dostupné extrudery Werner&Pfleiderer nebo Berstorff.

Roztavená směs se s výhodou extruduje skrze formu, nejvýhodněji se směs extruduje skrze formu za podmínek vyfukování taveniny. Vyfukování taveniny, jak známo, poskytuje četné výhody, zejména při výrobě netkaných textilií, a výrobky podle vynálezu je možno vyrábět za použití způsobů vyfukování taveniny a zařízení, dobře známých ze stavu techniky. Vyfukování vláken z taveniny poprvé popsal Van Wente, „Superfine Thermoplastics Fibers, Ind.Eng.Chem., sv.48, str. 1342-46 (1956). Obecně, vyfukování taveniny podle předloženého vynálezu se provádí za použití konvenčních postupů s tou modifikací, že materiál se prudce zchlazuje (kvenčuje) na výstupu z formy.

Vhodné techniky prudkého zchlazování zahrnují stříkání vodou, stříkání těkavou kapalinou, nebo kontaktování se studeným vzduchem nebo kryogenickými plyny, například oxidem uhličitým nebo dusíkem. Zpravidla se chladící tekutina (kapalina nebo plyn) stříká z trysek umístěných do asi 5 centimetrů od otvorů formy. V případě, že se materiály extrudují skrze formu, chladící tekutina naráží na roztavený extrudát bezprostředně poté, co je extrudován z formy (a dostatečně předtím, než je shromažďován materiál) . Například v případě vláken vyfukovaných z taveniny se musí roztavený extrudát prudce zchladit dostatečně předtím, než je shromažďován ve formě netkané textile. Chladící tekutinou je s výhodou voda. Voda může být voda z vodovodu, avšak s výhodou je destilovaná nebo deionizovaná.

Cílem kroku prudkého zchlazení je minimalizovat krystalizaci polymeru ve výsledném -výrobku. Vynálezci

ΦΦ φφφφ

ΦΦ φ • · · φ φ · φφφφ • · · · · · φ φφφφ • * Φ Φ · Φ··»··* φ φ 9 • · Φ ΦΦΦ ΦΦΦφ _₁₃_ ·· · .......

zjistili, že filtry z elektretu vyrobené z prudce zchlazeného materiálu vykazují neočekávaně dobrou účinnost při filtraci kapalného aerosolu, když jsou postupně vyžíhány a nabity. Krok prudkého zchlazení snižuje obsah polymerních krystalů ve srovnání s polymerem nepodrobeným prudkému zchlazení, extrudovaným za týchž podmínek. Prudce zchlazený materiál má s výhodou nízký stupeň krystalinity, jak je určen rentgenovou difrakcí. Polymer v prudce zchlazeném materiálu má s výhodou index krystalinity menší než 0,3, výhodněji menší než 0,25, ještě výhodněji menší než 0,2 a nej výhodně ji menší než 0,1, jak je zjištěno jako poměr intenzity píku krystalického materiálu k celkové rozptýlené intenzitě v rozmezí úhlu rozptylu 6 až 36 stupňů. Výhodná polotovarová kompozice pro výrobu filtru z elektretu se tedy vyrábí míšením a extruzí směsi 90 až 99,8 hmotnostních procent organického polymeru a 0,2 až 10 hmotnostních procent aditiva zvyšujícího účinnost; přičemž tento materiál se extruduje skrze formu za podmínek vyfukování taveniny pro vytvoření vláken, která se shromažďují jako netkaná textilie. Vlákna se prudce zchlazují předtím, než jsou shromažďována, chladícím postupem, například stříkáním vodou, stříkáním těkavou kapalinou, nebo kontaktováním se studeným vzduchem nebo kryogenickými plyny, například oxidem uhličitým nebo dusíkem.

Po prudkém zchlazení se materiál shromažďuje. Jestliže je materiál ve formě vláken, může se shromažďovat, řezat a mykat na netkanou textilii. Vlákna získaná vyfukováním taveniny se mohou shromažďovat jako netkaná textilie na rotujícím bubnu nebo pohyblivém pásu. Kroky prudkého zchlazení a shromažďování se s výhodou provádí tak, aby ve shromážděném materiálu nezůstával přebytek zchlazovací tekutiny (zůstává-li takový zbytek, zpravidla to bývá voda).

• 4 ·»♦· 4* « »· , · · 4 4 ··« » · 4 4444 444 * · ·· ··«»··· «·

-14·

Tekutina zůstávající na shromážděném materiálu může zapříčinit problémy se skladováním a vyžaduje dodatečný ohřev během žíhání pro odpaření zchlazovací tekutiny. Shromážděný materiál tedy s výhodou obsahuje méně než 1 hmotn. procento zchlazovací tekutiny, ještě výhodněji neobsahuje žádnou zchlazovací tekutinu.

Prudce zchlazený materiál se žíhá za účelem zvýšení stability elektrostatického náboje v přítomnosti olejové mlhy. Aditivum pro zvýšení účinnosti je s výhodou látka mající nízkou povrchovou energii, například sloučeniny fluoru, a krok žíhání se provádí při dostatečné teplotě a po dostatečnou dobu pro vyvolání difúze aditiva do fázového rozhraní (např. rozhraní polymer-vzduch, a hranice mezi krystalickou a amorfní fází) materiálu. Obecně, vyšší teploty žíhání umožňují použití kratších dob žíhání. Pro získání požadovaných vlastností finálního výrobku je třeba provádět žíhání polypropylenového materiálu nad asi 100 °C. S výhodou se žíhání provádí od asi 130 do 155 °C po dobu asi 2 až 20 minut; ještě výhodněji se žíhání provádí od asi 140 do 150 °C po dobu 2 až 10 minut; nejvýhodněji kolem 150 °C po dobu asi 4,5 minuty. Žíhání by se mělo provádět za podmínek, že nedegraduje podstatně strukturu textilie. Pro polypropylenové textilie může být teplota žíhání podstatně nad asi 155 °C nežádoucí, neboř materiál může být poškozen.

Textilie, které nebyly žíhány, obecně nemají akceptovatelnou účinnost při zatížení olejovou mlhou. Nežíhané textilie zpravidla vykazují nulový Min@Chl. Vynálezci předpokládají, že zlepšená účinnost žíhaných textilií může být způsobena nárůstem mezifázového povrchu a/nebo nárůstem počtu míst zachycujících stálý náboj. Místo žíhání tedy je možno použít alternativních způsobů zvýšení

• ««·« · · e · · « * * · • · • · ·« mezifázové plochy.

Žíháním narůstá krystalinita polymeru v materiálu. Je také známo, že žíhání zvyšuje tvrdost a křehkost materiálu a snižuje tažnost, měkkost a pevnost v tahu. Nicméně snížení měkkosti a pevnosti v tahu je irelevantní, nebot cílem vynálezu je zlepšení účinnosti filtru z elektretu.

S prudkým zchlazením nebo bez něho, krok žíhání je zpravidla krokem limitujícím rychlost při výrobě filtračních textilií z elektretu, odolných vůči kapalnému aerosolu. Podle jednoho vytvoření se textilie tvaruje vyfukováním taveniny, rychlostí asi 2, 48 až 6,94 g/s.cm (0,5 až 1,4 lbs/hr/inch).

Vynalezený způsob dále zahrnuje krok elektrostatického nabití materiálu poté, co byl prudce zchlazen. Příklady způsobů elektrostatického nabíjení použitelných podle vynálezu zahrnují způsoby popsané v US patentu RE 30 782 (van Turnhout), RE 31 285 (van Turnhout), 5 401 446 (Tsai aj.) , 4 375 718 (Wadsworth aj . ) , 4 588 537 (Klaase aj.) a 4 592 812 (Nakao). Elektretové materiály mohou být také nabity hydraulicky (viz US patent 5 496 507, Angadjivand aj .) . Nařezaná vlákna mohou být nabita třením valchováním nebo třesením s nepodobnými vlákny (viz US patent 4 798 850, Brown aj .) . Proces nabíjení s výhodou zahrnuje podrobení materiálu korónovému výboji nebo pulsnímu vysokému napětí, jak bylo popsáno v některých výše uvedených patentech.

Vlákna mohou mít konfiguraci jádro v plášti, a je-li tomu tak, plášť musí obsahovat aditivum zvyšující účinnost, jak je popsáno ve výše diskutovaných směsích. Extrudát je s výhodou ve formě mikrovláken majících efektivní průměr asi ·· ··· · · · 9 ·· • 9 · 9 · 9 9 · 9 9 9 9 999·

9 9 99 99999 9 99 9 9

999 99 9 9 999

- 165 až 3 0 mikrometrů (gm) , s výhodou asi 6 až 10 μτη, vypočteno způsobem podle Davies,C.N., „The Separation of Airborne Dust and Particulates, Inst.of Mech.Eng., London, část 1B, 1952.

Výrobky z elektretu podle vynálezu mohou být charakterizovány zkoumáním TSDC. V TSDC se vzorek umístí mezi dvě elektrody, zahřívá se konstantní rychlostí a proud vbíjený ze vzorku se měří ampérmetrem. TSDC je dobře známá technika. Viz, například, US patent 5 256 176, Lavergne aj . „A Review of Thermo-Stimulated Current, IEEE Electrical Insulation Magazíne, sv.9, č.2, 5-21, 1993, a Chen aj . „Analysis of Thermally Stimulated Processes, Pergamon Press, 1981. Vybíjecí proud vzorku je funkcí polarizovatelnosti a náboje zachyceného v testovaném výrobku. Nabité výrobky mohou být testovány přímo. Nabité a alternativně nenabité výrobky mohou být nejprve vloženy do elektrického pole při zvýšené teplotě a poté rychle ochlazeny pod teplotu skelného přechodu (T_g) polymeru s polarizačním polem na „zamrznutí indukované polarizace. Vzorek se poté zahřívá konstantní rychlostí a výsledný vybíjecí proud se měří. Může nastávat polarizační proces, zavádění náboje, orientace dipólů, redistribuce náboje nebo kombinace těchto procesů.

Během tepelně stimulovaného vybíjení se náboje uložené na elektretu stávají mobilními a jsou neutralizovány buď na elektrodách nebo ve velkém vzorku rekombinací s náboji opačného znaménka. To vyvolává vnější proud, který vykazuje množství píků, které se zaznamenávají jako funkce teploty, a vynáší se do grafu (TSDC spektrum). Povrch a umístění těchto píků závisí na energetických hladinách zachycených nábojů a fyzikálním umístění míst zachycení.

• · • · · · · · · · · · » · · ···« · · · · • · e φ · ········· · ·· · · · · ···· • · · · · · · · · ·

-17Jak naznačují četné výzkumy (viz například Sessler, „Electrets, Springer-Verlag, 1987 a Van Turnhout, „Thermally Stimulated Discharge of Polymer Electrets, „Elsevier Scientific Publishing Co., 1975), náboje elektretu se zpravidla ukládají ve strukturálních anomáliích, jako jsou nečistoty, vady monomerních jednotek, nepravidelnosti řetězce atd. Šířka TSDC píků je ovlivňována distribucí hladin zachyceného náboje v elektretech. V semikrystalických polymerech se často náboje akumulují nebo vyprazdňují v blízkosti amorfně-krystalických rozhraní prostřednictvím rozdílu vodivosti fází (Maxwell-Wagnerův efekt). Tato místa zachycení jsou obvykle spojena s různými energiemi zachycení, přičemž se předpokládá spojité rozdělení aktivačních energií a předpokládá se, že TSDC píky se překrývají a splývají do širokého píku.

Při sérii TSDC měření, popsaných v příkladové části, bylo s překvapením zjištěno, že různé znaky TSDC spektra korelují s vynikající účinností při zatížení olejovou mlhou. TSDC spektrální znaky korelující s vynikající účinností zahrnují znaky diskutované níže jako výhodná provedení.

Podle jednoho výhodného provedení obsahuje polotovarová kompozice pro výrobu filtru z elektretu netkanou textilii z vláken majících hustotu náboje alespoň asi 10 mikrocoulombů na metr čtvereční (μΰ/ιη²) , měřeno podle TSDC zkušebního postupu 1 (viz příkladová část).

Podle dalšího výhodného provedení má výrobek z elektretu TSDC spektrum vykazující pík o asi 15 až 30 °C, s výhodou o asi 15 až 25 °C, pod teplotou tání výrobku, měřeno podle TSDC zkušebního postupu 2. Když je polymerem polypropylen, TSDC vykazuje pík v asi 130 až 140°C.

-18··

Podle dalšího výhodného vytvoření, výrobek z elektretu má TSDC spektrum vykazující pík mající v polovině výšky šířku menší než asi 30 °C, s výhodou menší než asi 25 °C a ještě výhodněji menší než asi 20 °C, měřeno podle TSDC zkušebního postupu 3. V případě že polymerem je polypropylen, výše popsaný úzký pík má své maximum při asi 138 až 142 °C.

Podle jiného výhodného provedení vykazuje výrobek z elektretu narůstající hustotu náboje po dobu 1 až 5 minut a/nebo dobu vystavení elektrickému poli 5 až 10 minut, měřeno podle TSDC zkušebního postupu 4.

Výrobek z elektretu může mít tvar vlákna a množství těchto vláken může tvořit filtr z elektretu. Filtr z elektretu může mít tvar netkané textilie obsahující alespoň nějaká vlákna z elektretu spojená s nosnou strukturou. V obou případech, výrobek z elektretu může být spojen s neelektretovým materiálem. Například, nosnou strukturu mohou tvořit neelektretová vlákna nebo nosná neelektretová, netkaná textilie. Filtr z elektretu je s výhodou netkaná textilie z elektretu obsahující elektricky nabitá, vyfukováním taveniny vytvořená mikrovlákna.

Filtrační textilie z elektretu může také obsahovat střižní vlákna, poskytující pružnou textilii menší hustoty. Způsoby zabudování střižních vláken do netkané textilie se mohou provádět jak je popsáno v US patentu 4 118 531, Hauser. Jestliže jsou použita střižní vlákna, textilie s výhodou obsahuje méně než 90 hmotn. procent střižních vláken, ještě výhodněji méně než 70 hmotn. procent. Z důvodů jednoduchosti a optimalizace účinnosti může textilie •· ·

-19• β · · ···· • 1 111 9 · · ·

11 1111111 11 I» • 19 9 9 9 9 9 • 99 9 11 9 1 z elektretu v některých případech sestávat v podstatě z vláken vytvořených vyfukováním taveniny bez obsahu střižních vláken.

Filtr z elektretu může dále obsahovat částice sorbentu, například aluminy nebo aktivního uhlí. Částice se mohou přidávat k filtru pro odstranění plynných kontaminantů z proudu vzduchu, který prochází filtrem. Takovéto textilie opatřené částicemi jsou popsány například v US patentu 3 971 373, Braun, 4 100 324, Anderson, a 4429 001, Kolpin aj . Jestliže je přidán částicový materiál, textilie s výhodou obsahuje méně než 80 objemových procent částicového materiálu, ještě výhodněji méně než 60 obj . procent. Ve vytvořeních, kdy filtr z elektretu nemusí odstraňovat plynné kontaminanty, může filtr obsahovat pouze vlákna vytvořená vyfukováním taveniny.

Je vhodné, když materiál použitý pro vytvoření filtru z elektretu je v podstatě prostý materiálů jako jsou antistatická činidla, která by mohla zvyšovat elektrickou vodivost nebo jinak interferovat se schopností výrobku přijmout a udržet elektrostatický náboj. Kromě toho, výrobek z elektretu by neměl být podrobován úpravám, které nejsou nezbytné, jako je vystavení gama záření, UV záření, pyrolýza, oxidace atd., které mohou zvyšovat elektrickou vodivost. Podle výhodného provedení je tedy výrobek z elektretu vyroben bez vystavení gama záření nebo jinému ionizujícímu záření.

Filtry z elektretu vyrobené z vláken vytvořených vyfukováním taveniny zpravidla mají základní hmotnost asi 10 až 500 gramů na metr čtvereční (g/m²) , s výhodou 10 až 100 g/m². Příliš husté filtry se obtížně nabíjejí, zatímco • · · · · · • · · ··· « · · · • · « · · · · ♦ · · · • · · « · ······· « « · ··· ·· · · · · · ·· · ·· · ·· ··

-20příliš lehké filtry nebo příliš tenké mohou být křehké nebo mohou mít nedostatečnou filtrační schopnost. Pro mnohé aplikace jsou filtry z elektretu asi 0,25 až 20 milimetrů (mm) silné, obvykle mají tloušťku asi 0,5 až 2 mm. Filtry z elektretu o této základní hmotnosti a tlouštice mohou být zvláště použitelné jako respirátory.

Filtry podle vynálezu s výhodou vykazují počáteční penetraci DOP menší než 5 % a průměrný Min@Chl větší než 200 mg DOP, ještě výhodněji větší než 400 mg DOP, měřeno postupem 1 zkoušky zatížení filtrační textilie DOP popsaným v příkladové části. „Průměr uváděný v tabulkách a příkladech znamená střední hodnotu měření 4 až 6 vzorků nařezaných z částí rovnoměrně rozmístěných přes celou šířku filtrační textilie. Pro každý soubor vzorků je průměr definován jako střední hodnota Min@Chl vhodného počtu vzorků, zvolených a testovaných za použití „t-testu popsaného v Devore, „Probability and Statistics for Engineering and the Sciences, Brooks/Cole Publishing Co. (1987) pro stanovení statisticky významného průměru v mezích standardní odchylky.

Vynikající účinnost filtrace je dosažena pomocí výhodných filtrů podle vynálezu, z nichž každý filtr zvlášť, bez zprůměrování, (dále jednoduše „každý filtr) vykazuje Min@Chl větší než 500 mg DOP, s výhodou větší než asi 600 a ještě výhodněji asi 800 až 1000 mg DOP. Tyto filtry s výhodou vykazují tlakovou ztrátu menší než 127 Pa (13 mm H₂O) , ještě výhodněji menší než 98 Pa (10 mm H₂O) a ještě výhodněji menší než 78 Pa (8 mm H₂O) , měřeno způsobem podle postupu 1 zkoušky zatížení popsaného v příkladové části.

Penetrace DOP se zpravidla měří zařízením známým jako

9 9 9 9 9 ·

999999999 9

9 9 9 » · · · · ·

- 21 - ♦· · ♦* ·-···· automatický tester filtrů (AFT). Počáteční období je nutné, aby aerosol DOP dosáhl filtru a aby se usadila elektronika v AFT. Počáteční penetrace DOP odpovídá % DOP penetrujícího textilií během počáteční expozice, obvykle 6 až 40 sekund, zatímco se vyrovná testovací přístroj. Počáteční penetrace DOP je první odečet, který poskytuje AFT za pomoci vestavěného programu. Filtry podle předloženého vynálezu mají alespoň zjistitelnou penetraci (tj . penetraci nad asi 0,001 % pro AFT zařízení popsané v příkladové části).

V respirátorech může být textilie z vláknitého elektretu speciálně tvarovaná nebo zabudovaná například ve formě tvarované nebo skládané polomasky, filtračního prvku pro výměnnou patronu nebo nádobku, nebo předfiltru.

Příklad respirátoru 10 podle předloženého vynálezu je znázorněn na obr. 10 a 11. Těleso 17 masky respirátoru může mít zakřivený, polokulový tvar nebo může mít jiné požadované tvary (viz např. US patent 5 307 796 a 4 827 924) . V respirátoru 10 je filtr 15 z elektretu vložen mezi krycí textilii 11 a vnitřní tvarovou vrstvu 16 . Tvarová vrstva 16 poskytuje strukturu masce 10 a oporu pro filtrační vrstvu 18. Tvarová vrstva 16 může být umístěna uvnitř a/nebo vně filtrační vrstvy 18 a může být vytvořena například z netkané textilie z tepelně spojitelných vláken vytvarované do konfigurace tvaru šálku. Tvarová vrstva může být tvarována pomocí známých postupů (viz např. US patent 5 307 796) . Tvarová vrstva nebo vrstvy j sou zpravidla vytvořeny z dvousložkových vláken, která mají jádro z materiálu tavitelného při vysoké teplotě, například polyetylén tereftáltu, obklopené pláštěm z materiálu tavitelného při nižší teplotě, takže při zahřívání ve formě zaujímá tvarová vrstva tvar formy, který si podrží při ochlazení na • · · ·

-22pokojovou teplotu. Při slisování s jinou vrstvou, například s filtrační vrstvou, může nízkotavitelný plástový materiál také sloužit ke vzájemnému spojení těchto vrstev. Pro přidržování obličejové masky na obličeji uživatele může těleso masky mít řemínky 12, přezky a podobně. Ohebný měkký pásek 13 z kovu, například hliníku, může být uspořádán na tělese 17 masky pro umožnění vytvarování obličejové masky do požadovaného tvaru podle nosu uživatele (viz např. US patent 5 558 089) . Respirátory mohou také mít další znaky, jako přídavné vrstvy, ventily (viz např. US patent 5 509 436) , tvarované lícní části atd. Příklady respirátorů, které mohou mít zabudovány zlepšené filtry z elektretu podle předloženého vynálezu, zahrnují respirátory popsané v patentech US 4 536 440, 4 827 924, 5 325 892, 4 807 619, 4 886 058 a US patentové přihlášky č. 08/079 234.

Respirátory podle tohoto vynálezu mající plochu 180 cm² s výhodou vykazují Min@Chl větší než 400 mg DOP, výhodněji větší než 400 mg DOP, ještě výhodněji větší než 600 mg DOP, zkoušeno postupem testování penetrace filtrem podtlakového respirátoru proti aerosolům podle NIOSH, National Institute for Occupational Safety and Health (Postup APRS-STP-0051-00, Morgantown WV, NIOSH Division of Safety Research, 31.5.1995). Respirátory s výhodou vykazují počáteční penetraci DOP menší než 5 %. Respirátory testované tímto postupem s výhodou vykazují tlakovou ztrátu menší než 127 Pa (13 mm H₂0) , výhodněji menší než 98 Pa (10 mm H₂0) , ještě výhodněji menší než 78 Pa (8 mm H₂O) . Větší plochy povrchu respirátorů byly testovány podle tohoto standardu zmenšením exponovaného povrchu na 180 cm².

Filtrační prvky podle vynálezu mající plochu 150 cm² s výhodou vykazují Min@Chl větší než 300 mg DOP, výhodněji • ·

-23• « · · · · · ····· 9 9 9 9 · • · · · · ·

9 9 . '99 9 9 větší než 450 mg DOP, zkoušeno postupem NIOSH APRS-STP-005100. Filtry používané v respirátoru v párech byly testovány za použití jednoho filtru z páru. Filtry testované podle tohoto postupu s výhodou vykazují počáteční penetraci DOP menší než 5 %. Tyto filtry s výhodou vykazují tlakovou ztrátu menší než 127 Pa (13 mm H₂0) , výhodněji menší než 98 Pa (10 mm H₂O) a ještě výhodněji menší než 78 Pa (8 mm H₂O) .

Předfiltry podle vynálezu mající plochu 65 cm² s výhodou vykazují Min@Chl větší než 170 mg DOP, výhodněji větší než 255 mg DOP, zkoušeno postupem NIOSH APRS-STP-0051-00. Předfiltry používané v respirátoru v párech byly testovány za použiti jednoho filtru z páru. Předfiltry s výhodou vykazují počáteční penetraci DOP menší než 5 %. Tyto filtry testované tímto postupem s výhodou vykazují tlakovou ztrátu menší než 167 Pa (17 mm H₂O), výhodněji menší než 137 Pa (14 mm H₂O) a ještě výhodněji menší než 118 Pa (12 mm H₂O) .

Příklady provedení vynálezu

Obecná příprava a testování vzorku

Extruze textilie

Následující popis představuje příkladné výhodné provedení způsobu výroby výrobků z elektretu obsahujících polymer a aditivum zvyšující účinnost. Výrobky v těchto příkladech jsou netkané filtrační textilie vyrobené ze směsi polypropylenu a sloučeniny fluoru, které se extrudují za podmínek vyfukování taveniny a shromažďují se pro vytvoření textilie z vyfukovaných mikrovláken (BMF, blown microfiber). Aditivum tvořené sloučeninou fluoru bylo uváděno do hrdla • ·

-24·· ·· · » 4 » · · 4 · · 4 · · <

• <9 a a dvoušnekového extruderu spolu s polypropylenem pro vytvoření proudu taveniny obsahujícího asi 11 hmotn. procent sloučeniny fluoru. Hlavní množství polypropylenu bylo přidáno do hrdla druhého dvoušnekového extruderu. V některých případech byl také přidáván peroxid pro snížení viskozity. Výstup extruderu obsahujícího sloučeninu fluoru byl čerpán do extruderu obsahujícího polypropylen v množství, potřebném pro dosažení celkového obsahu aditiva, tvořeného sloučeninou fluoru, na výstupu asi 1,1 procent hmotn.

Teplota proudu taveniny obsahujícího aditivum, tvořené sloučeninou fluoru, byla udržována pod 290 °C ve všech místech. Textilie samotná byla vyráběna konvenčním způsobem obdobným způsobu popsanému Van Wentem aj . , s tou výjimkou, že byla použita forma s vrtanými otvory.

Prudké zchlazení

Byly používány dva způsoby prudkého zchlazení, popsané dále.

Způsob A

Postřikovači lišta obsahující třináct jednotlivých plochých ventilátorových trysek s rozstřikovacími špičkami UniJet č. 9501 ve vzájemných odstupech čtyři palce byla namontována 19,05 mm (0,75 palce) od čela formy a 63,5 mm (2,5 palce) pod proudy roztaveného polymeru opouštějícími formu. Každá tryska byla otočena o 10° od směru napříč textilie tak, že ventilátory vodních kapek navzájem neinterf erovaly, a tlak vody byl nastaven na minimální úroveň, která mohla udržet stejnoměrný postřik.

-2599 9 9 9 9 9 • 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9

9999999 99 9 • · « · · · · • · · ·· ··

Způsob Β

Lišta se zvukovým rozstřikovacím systémem s 15 atomizačními rozstřikovacími tryskami model č. SDC 305 od Sonic Enviromental Corp., Pennsauken, NJ, byla namontována přibližně 178 mm (7 palců) pod středovou čárou a asi 25,4 mm (jeden palec) ve směru od ústí formy. Tlak vzduchu byl nastaven na 345 kPa (50 liber na čtverečný palec (psi)) a tlak vody byl 207 kPa (30 psi). Průtoky vody byly nastaveny, není-li uvedeno jinak, tak, že každá trysky dodávala 30 ml/min vody. Každá tryska přiváděla kužel vodních kapek na proudy polymeru opouštějící formu.

Žíhání

Extrudované textilie byly dále upravovány jejich vedením pecí, zahřátou na 150 °C, takovou rychlostí, že jejich doba prodlevy v peci byla asi 4,5 minut. Proces žíhání zapříčiňuje dodatečnou krystalizaci polymeru a zapříčiňuje difúzi aditiva, tvořené ho sloučeninou fluoru, na fázová rozhraní vláken.

Nabíjení

Po žíhání byly textilie dále zpracovány nabíjením korónovým výbojem za použití elektrického pole vysokého napětí, vytvořeného mezi 30, napříč textilie lineárními zdroji korónového výboje a zemní elektrodou, s korónovým proudem 2,6xl0'³ miliampér/cm délky korónového zdroje a dobou prodlevy asi 15 sekund.

Specifikace textilie

Tloušúka textilie byla měřena podle ASTM D1777-64 za • · · * · · · · · ·· • a a aaa · · · · a · · · ··»·'·· · • · · a · ········· · a · · · · · aaa a

-26- ·· · ·· · ·· ·« použití 230 g hmotnosti na kotouči o průměru 10 cm. Tlaková ztráta může být měřena podle ASTM F778. Základní hmotnost byla vypočtena z hmotnosti kotouče o průměru 5,25 palce (13,3 cm).

Test zatížení POP

Měření při zatížení dioktylftalátem (DOP) byla prováděna sledováním penetrace aerosolu DOP vzorkem během prodloužené expozice řízenému množství aerosolu DOP. Měření byla prováděna pomocí automatického testeru filtrů (AFT), model #8110 nebo #8130 (dostupné od TSI Incorporated, St. Paul, Minnesota), upraveného pro aerosol DOP.

Penetrace DOP % je definována takto: Penetrace

DOP % = 100(konc. DOP za filtrem/konc. DOP před filtrem), kde koncentrace před filtrem a za filtrem byly měřeny rozptylem světla a penetrace DOP v procentech byla vypočítávána automaticky pomocí AFT. Aerosol DOP vytvářený přístroji AFT 8110 a 8130 byl monodisperzní, o středním průměru 0,3 mikrometrů, s koncentraci před filtrem 100 miligramů ne krychlový metr, měřeno pomocí standardního filtru. Testované vzorky byly všechny testovány s vypnutým ionizátorem aerosolu při průtoku skrze vzorek filtrační textilie 85 litrů za minutu (LPM).

Zkušební postup 1 zatížení filtrační textilie DOP

Měření byla prováděna za použití AFT model #8110 upraveného pro DOP aerosol. Extrudovaná textilie byla nařezána na kotouče o průměru 6,75 palce (17,15 cm). Dva tyto kotouče byly položeny jeden na druhý a byly upevněny v držáku vzorku tak, že kruh o průměru 6,0 palce (15,2 cm) •9 9999

9

-Π-

99999 vyl vystaven aerosolu. Čelní rychlost byla 7,77 centimetru za sekundu (cm/s).

Vzorky byly před vložením do držáku vzorku zváženy. Každý test byl prováděn do dosažení zřetelného trendu nárůstu penetrace DOP v procentech s pokračující expozicí aerosolu DOP, nebo alespoň do expozice 200 miligramů DOP. Penetrace DOP v procentech a odpovídající data tlakové ztráty byla přenášena do připojeného počítače, kde byla ukládána. Po ukončení testu zatížení DOP byly zatížené vzorky znovu zváženy pro zjištění množství DOP shromážděného ve vzorku vláknité textilie. To sloužilo jako křížová kontrola expozice DOP extrapolované z naměřených koncentrací DOP zachycených na vláknité textilii a naměřeného průtoku aerosolu textilií.

Výsledná data byla importována do tabulky pro výpočet minimálního problému (Min@Chl). Min@Chl je definován jako celkový problém DOP čili jako množství DOP, které dopadlo (tj. hmotnost DOP na vzorku a prošlá vzorkem) na filtrační textilii v bodě, kdy penetrace DOP v procentech dosahuje své minimální hodnoty. Tento (Min@Chl) se používá pro charakterizování účinnosti textilie proti zatížení DOP, čím vyšší je Min@Chl, tím lepší je účinnost při zatížení DOP.

Zkušební postup 2 zatížení filtrační textilie DOP

Postup 2 byl shodný jako postup 1 s tou výjimkou, že vzorky byly nařezány na průměr 5,25 palce (13,34 cm) a byly upevněny v držáku vzorku tak, že byl vystaven kruh o průměru 4,5 palce (11,4 cm), čelní rychlost byla 13,8 cm/s.

V jednom z postupů, zkoušky mohou být prováděny za

ΦΦ φ

-28φ φ « φ ΦΦ φ φφ φ ·· φ φφφφ φ φφφ φ φ φ ΦΦ φφφφφ ΦΦ ΦΦ φ φφφ ΦΦ φ φφφ φ

ΦΦ φ ΦΦ φ ·Φ ΦΦ použiti ekvivalentích testerů filtrů. Je možno zkoušet také jednotlivé vrstvy, spíše než dvojité vrstvy filtrační textilie, jestliže je filtrační účinnost jednotlivé vrstvy taková, že má tlakovou ztrátu 8 až 20 mm H₂0 a zjistitelnou penetraci menší než 3 6 % DOP, měřeno na exponované ploše 102,6 cm² při průtoku 85 LPM za použití AFT model TSI 8110 se zapnutým ionizátorem. Jeden z postupů zahrnuje zkoušení menší plochy povrchu filtrů za použití držáku vzorku, který byl sestaven s filtračním médiem s ekvivalentní exponovanou plochou (tj. 102,6 cm² pro postup 2).

Stanovení indexu krystalinitv polymeru

Data krystalinity byla shromážděna za použití vertikálního rentgenového difraktometru Philips, se zářením čáry mědi Ka a s proporcionálním registračním detektorem rozptýleného záření. Difraktometr byl spojen s měnitelnými vstupními štěrbinami, pevnou přijímací štěrbinou a monochromátorem ohnutého paprsku. Měření byla prováděna od 5 do 40 stupňů (20) v krocích po 0,05 stupně a odečítáním po dobu 5 sekund. Vzorky byly upevněny na hliníkových držácích za použití dvojitě povlečené pásky bez plotny nebo podložky pod textilií.

Pozorovaná rozptylová data byla redukována na dvojice x-y hodnot úhlu rozptylu a a intenzity, a podrobeny zpracování dat pomocí softwaru Origin™ (dostupný od Microcal Software lne., Northampton MA). Model gausovského tvaru píků byl použit pro popis příspěvků šesti píků polypropylenu alfa-tvaru a amorfního píku. Pro některé soubory dat nebyl jediný amorfní pík adekvátní pro vyjádření rozptylové intenzity v ne-alfa tvaru. V těchto případech byla pro úplné vyjádření pozorované intenzity využita dodatečná široká

II 44*· • · · 4

4 4 44 • · · · · • · · • · ·

-29- .. · maxima. Tyto široké inflexe byly primárně způsobeny mezoformou polypropylenu (diskusi mezoformního polypropylenu viz v Krueger aj . , US patent 4 931 230, a v odkazech tam citovaných). Rozptylový příspěvek mezoformního polypropylenu byl spojen s amorfním rozptylem. Indexy krystalinity byly vypočteny jako poměr plochy píku odpovídajících krystalické fázi k celkové rozptýlené intenzitě (krystalické + amorfní fáze) v rozmezí úhlu rozptylu 6 až 36 stupňů (20) . Hodnota jedna představuje 100 procent krystalické fáze a nula představuje nepřítomnost krystalů.

Tepelně stimulovaný vybíjecí proud (TSDC)

Zkoumání TSDC bylo prováděno za použití přístroje Solomat TSC/RMA, model 91000 s otočnou elektrodou, dostupnou od TherMold Partners, L.P., Thermal Analysis Instruments of Stanford, CT. Vzorky textilií byly nařezány a umístěny mezi elektrody přístroje Solomat TSC/RMA. V přístroji Solomat je teploměr umístěn v sousedství, nikoliv však v doteku se vzorkem. Vzorky textilie by měly být opticky kompaktní, bez viditelných děr skrze vzorek textilie. Vzorky by měly být dost velké aby úplně pokryly vrchní část kontaktní elektrody. Poněvadž elektroda má asi 7 mm v průměru, vzorky byly nařezány na velikost větší než 7 mm. Pro zajištění dobrého elektrického kontaktu s elektrodami byly vzorky tkaniny stlačeny v tloušťce asi na desetinu. Z komory pro vzorek byl vyčerpán vzduch a nahrazen heliem při tlaku asi 1100. Používá se chlazení kapalným dusíkem.

TSDC testovací postup 1

Výrobek se vystaví při 100 °C po dobu 1 minuty elektrickému poli 2,5 kilovoltů za minutu (kV/mm) ve výše φφ φφφφ φφ · φφ φφ • · φ · » * φφφφ φ · φ φφφφ φφφφ φ Φ Φ ΦΦ φ φφφφ φ φ ΦΦ φ

ΦΦΦ ΦΦΦ φφφφ

-30- ·· · φφ φ φ. *· popsaném zařízení.Po zapnutí pole se vzorek rychle zchladí (maximální rychlostí přístroje) na -50 °C. Vzorek se udržuje při -50 °C po dobu 5 minut při vypnutém poli, a se zahřívá rychlostí 3 °C/min, přičemž se měří vybíjecí proud. Hustoty náboje mohou být vypočteny z každého píku TSDC spektra protažením základní linie mezi minimy na obou stranách zvoleného píku a integrací plochy pod pikem.

TSDC testovací postup 2

Vybíjecí proud elektrickému poli nevystaveného výrobku je měřen vycházeje od 25 °C při ohřívání rychlostí 3 °C/min. Dva vzorky výrobku se testují shodně, s tou výjimkou, že vzorky jsou při umístění mezi elektrody orientovány v opačných směrech. Poloha (polohy) píků se měří pro výrobek, který byl orientován pro vytváření kladného vybíjecího proudu při teplotě nad asi 110 °C (např. strana B na obr. 15).

Teplota tavení výrobku se určuje diferenciální rastrovací kalorimetrií (DSC) prováděnou při rychlosti ohřevu 10 °C/min, a je definována jako maximum píku související s tavením, které je pozorováno ve druhém cyklu ohřevu DSC (tj. pík pozorovaný po ohřevu nad teplotu tavení, ochlazení a novém ohřevu).

TSDC testovací ..postup 3

Vzorek se zkouší pomocí TSDC testovacího postupu 2 pro určení správné orientace vzorku. Výrobky se pak orientují v přístroji Solomat TSC ve směru, který vyvolává kladný vybíjecí proud v píku nižší teploty v postupu 2. Výrobky se potom zkouší podle postupu 1 s tou výjimkou, že každý vzorek

-31 « 9 9 9 O »

9 9

9 9

9 9 · · · ·· * ·

• · t • ♦ · · • · ·»·* • · 9 ' ·* · ·>♦ 99

9 9 ·

9 9 9

9 9 9 · • ♦ · · ·· »· je vystaven elektrickému poli při 100 °C po dobu 1, 5, 10 nebo 15 minut. Hodnota šířky píku v polovině výšky každého píku je vypočtena protažením základní čáry, založené na úbočí křivky od 0 do 3 0 °C, a měřením šířky píku v polovině výšky.

TSDC testovací postup 4

Tento postup je shodný s postupem 3 kromě toho, že hustota náboje výrobku při každé době vystavení elektrickému poli je vypočtena protažením základní čáry mezi minimy na každé straně zvoleného píku, nebo, jestliže na straně vysoké teploty není minimum, místem kde křivka protíná nebo je extrapolována na nulový proud, a integrací plochy pod pikem.

Srovnávací příklady 1-3

Příklady 1-3 demonstrují, že zlepšení účinnosti při zatížení může být dosaženo žíháním kompozice obsahující polymer a aditivum zvyšující účinnost při zatížení, která má poměrně nízký index krystalinity.

PŘÍKLAD 1

Netkaná filtrační textilie byla připravena z materiálu Exxon Escorene 3505G, dostupného od Exxon Chemical Company, a sloučeniny fluoru

NI

C₈F_r7SO₂N(CH3)CH2CH-CH2

O

JJ

CH.-CH-CH₂N(CH₃)SO₂C₈F_r při rychlosti 50 liber za hodinu (23 kilogramů za hodinu,

4444 ·· · ·· ·· • 4 · · · 4 · 4 4 · • · · · 4 4 4 4 · · · • 4 4 4 4 4 4 4 44 4 · 4 4 4 ·· 4 4 · 4 4 4 4 .32- .· · .......

kg/h) a teplotě taveniny 288 °C za použití 48 palcové (121,9 cm) formy s vrtanými otvory. Textilie měla základní hmotnost 71 gramů na metr čtvereční a tloušťku 1,3 mm a tlakovou ztrátu 65 Pa (6,6 mm H₂0) při čelní rychlosti 13,8 cm/s. Po žíhání a nabití textilie, jak je popsáno výše, byly provedeny zkoušky při zatížení DOP na dvouvrstvých vzorcích o průměru 5,25 palce (13,34 cm) , odebraných ze šesti poloh napříč šířky textilie. Index krystalinity polypropylenu byl určen pro vzorky nařezaných ze stejných šesti poloh na textilii před (polohy 1, 4 a 6) a po žíhání (polohy 1-6) .

Data při zatížení (Min@Chl) a indexy krystalinity pro šest poloh jsou uvedeny v tabulce 1, a indexy krystalinity nežíhaného materiálu proti hodnotám Min@Chl pro polohy 1, 4 a 6 jsou vyneseny do grafu na obr. 2.

Tabulka 1

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	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 je znázorněno v tabulce 1 pro polohy 1, 4, a 6 a v grafu na obr. 2, existuje korelace mezi účinností při zatížení DOP (Min@Chl) a indexem krystalinity textilie před žíhíním. Čím menší je krystalinita před žíháním, tím větší je hodnota Min@Chl. Na druhé straně, jak je znázorněno v tabulce 1, není korelace mezi indexem krystalinity textilie po žíhání a účinností při zatížení DOP (Min@Chl).

PŘÍKLAD 2 • · • · · · • · · ·

BMF textilie byla připravena a zpracována jako v příkladu 1. Textilie měla základní hmotnost 74 gramů na metr čtvereční, tloušťku 1,4 mm a tlakovou ztrátu 69 Pa (7,0 mm H₂0) při čelní rychlosti 13,8 cm/s. Textilie byla zkoušena na zatížení DOP a analyzována na index krystalinity jako v příkladu 1 a výsledná data jsou uvedena v tabulce 2 a na obr. 3.

Tabulka 2

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	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 znázorňují obecný trend, že nižší indexy krystalinity nežihané kompozice korelují s lepší účinností při zatížení, zatímco u žíhaných filtrů není žádná korelace pozorována.

PŘÍKLAD 3

BMF textilie byla připravena a zpracována jako v příkladu 1 s tou výjimkou, že byla použita polypropylenová pryskyřice Fina 3860, dostupná od Fina Oil and Chemical Company, a do extruderu byl zároveň uváděn peroxidový koncentrát obsahující 2,5-dimetyl-2,5-di(tercbutylperoxy)hexan pro řízení rheologie polypropylenové taveniny a fyzikálních vlastností textilie vytvářené vyfukováním taveniny. Textilie měla základní hmotnost 73 gramů na metr čtvereční, tloušťku 1,4 mm a tlakovou ztrátu 69 Pa (7,0 mm H₂O) , měřeno při 85 litrech za minutu. Textilie byla • · • · φ φ φφφφ

-34zkoušena zatížením a analyzována na index krystalinity jako v příkladu 1 a výsledná data jsou uvedena v tabulce 3 a na obr. 4 .

Tabulka 3

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	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 znázorňují obecný trend, že nižší indexy krystalinity nežíhané kompozice korelují s lepší účinností při zatížení, zatímco u žíhaných filtrů není žádná korelace pozorována.

Příklady 4-8

Příklad 4-8 ilustrují, že prudké zchlazení nebo malá krystalinita nežíhaných vláken (tj . polotovarové kompozice)

koreluj e	s vynikajícími	vlastnostmi	žíhané	filtrační
textilie z	elektretu při :	zatížení olejovou	mlhou.
PŘÍKLAD 4
BMF v příkladu	textilie byla připravena a zpracována jako 1. Textilie měla základní hmotnost 69 gramů na

metr čtvereční, tloušťku 1,3 mm a tlakovou ztrátu 61 Pa (6,2 mm H₂0) při čelní rychlosti 13,8 cm/s. Po shromáždění dostatečného množství textilie pro další zpracování a zkoušky byl extrudát stříkán vodou za použití výše popsaného způsobu A. Byla použita voda vyčištěná reverzní osmózou a

9 9 9

-35• · · · β ·

9 9 9 9 9 *

9 9 99 99999·

A 9 9 9 9 · deionizovaná. Při tomto pokusu pokrývala střikací lišta jen 2/3 šířky formy. Sběrací prostředek se pohyboval od asi 30 do asi 2 0 cm (12 až asi 8 palců) pro udržení požadovaných parametrů textilie. Textilie byly zkoušeny na zatížení DOP a analyzovány na index krystalinity jako v příkladu 1 a výsledná data jsou uvedena v tabulce 4A a 4B a na obr. 5.

Tabulka 4A bez prudkého zchlazení, srovnávací příklady

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	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 prudkým zchlazením

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	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

Data v tabulkách 4A a 4B ukazují, že prudké zchlazení snižuje index krystalinity extrudovaných vláken. Žíhání kompozice s nízkým indexem krystalinity zlepšuje účinnost při zatížení žíhané a nabité filtrační textilie. Tato data dále ukazují, že žíhání kompozic majících index krystalinity pod asi 0,3 vede k filtrům z elektretu s vynikající účinností při zatížení. Konkrétněji, žíhání textilií majících index krystalinity pod asi 0,3 vede k iltrům majícím průměrný Min@Chl větší než 200 mg, zatímco žíhání textilií majících index krystalinity nad asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl menší než 200 mg.

• · • · « 4

	-36-	• · 4 4 · 4 • · 4 4 · · · 4 4 4 44 *444 4 4 4*4 4 4 4 444 44 4	• «4 · 4 4 4 4 4 4* 4 4 4 4 4 4 » ti
PŘÍKLAD 5
BMF textilie	byla připravena	a zpracována	jako
v příkladu 1 s tou výjimkou, že rychlost extruze	byla
45 kg/h (100 liber	za hodinu) a jako	v příkladu 3 byl	pro

řízení rheologie polypropylenu a fyzikálních vlastností textile vytvořené vyfukováním taveniny přidáván peroxid. Textilie měla základní hmotnost 73 gramů na metr čtvereční, tloušťku 1,3 mm a tlakovou ztrátu 65 Pa (6,6 mm H₂0) , měřeno při čelní rychlosti 13,8 cm/s. Po shromáždění dostatečného množství textilie pro další zpracování a zkoušky (viz příklady v tabulce 5A) byl extrudát stříkán vodou za použití výše popsaného způsobu B. Stříkací lišta pokrývala celou textilii, která měla základní hmotnost 74 gramů na metr čtvereční, tloušťku 1,3 mm a tlakovou ztrátu 61 Pa (6,2 mm H₂0), měřeno při 85 litrech za minutu. Sběrací prostředek se pohyboval od asi 30 do 28 cm (12 do asi 11 palců) pro udržení parametrů textilie. Byla použita nečištěná voda z vodovodu. Textilie byly zkoušeny na zatížení DOP a analyzovány na index krystalinity jako v příkladu 1 s tou výjimkou, že pro zkoušení při zatížení byly použity kruhy o průměru 6,75 palce (17,15 cm) a výsledná data jsou uvedena v tabulce 5A a 5B a na obr. 6.

Tabulka 5A bez prudkého zchlazení, srovnávací příklady

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	Min@Chl (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

• * « « < ·

-37·» • · · · · · · · 9 ·

9· 9 9 9 9 9 9 9 9 ·

9 9 99 999999999 · • * · · · · 9. · · «· « 9 9 9 9 9 9 9

Tabulka 5B s prudkým zchlazením

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	Min@Chl (mg)
1	0,1	0,63	539
2	0,1	0,58	194
3	0,1	0,61	289
4	0,1	0,61	593
5	0,28	0,62	256

Stejně jako v příkladu 4, data v tabulkách 5A a 5B ukazují, že prudké zchlazení snižuje index krystalinity nežíhané textilie a zlepšuje účinnost při zatížení žíhané a nabité textilie. Tato data dále ukazují, že žíhání textilií majících index krystalinity pod asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl větší než 200 mg. Tato data také ukazují, že kompozice s menší krystalinitou, například s indexem krystalinity asi 0,1, mohou poskytovat ještě lepší účinnost při zatížení. Například, některé filtry z elektretu mohou mít Min@Chl větší než 500 mg.

PŘÍKLAD 6

BMF textilie byla připravena a zpracována jako v příkladu 1. Textilie měla základní hmotnost 73 gramů na metr čtvereční, tloušúku 1,3 mm a tlakovou ztrátu 69 Pa (7,0 mm H₂O) , měřeno při čelní rychlosti 13,8 cm/s. Po shromáždění dostatečného množství textilie pro další zpracování a zkoušky byl extrudát stříkán vodou jako v příkladu 5 za použití výše popsaného způsobu B. Sběrací prostředek se pohyboval od asi 25 do 21,6 cm (10 až 8,5 palců pro udržení parametrů textilie. Textilie měla základní hmotnost 71 gramů na metr čtvereční, tloušťku 1,4 mm a tlakovou ztrátu 65 Pa (6,6 mm H₂0), měřeno při 85 litrech za minutu. Textilie byly zkoušeny na zatížení DOP a analyzovány na index krystalinity jako v příkladu 5 a výsledná data jsou • · ·· ··

-38* · · · » · « · · » · · » • · · · · ··'··· • · · · · · ♦· · « · · uvedena v tabulce 6A a 6B a na obr. 7

Tabulka 6A bez prudkého zchlazení, srovnávací příklady

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	Min@Chl (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

Tabulka 6B s prudkým zchlazením

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	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 4-7, data v tabulkách 6A a 6B ukazují, že prudké zchlazení snižuje index krystalinity nežíhané textilie a zlepšuje účinnost při zatížení žíhané a nabité textilie. Tato data dále ukazují, že žíhání textilií majících index krystalinity pod asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl větší než 200 mg, zatímco žíhání textilií majících index krystalinity nad asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl menší než 200 mg. Tato data také ukazují, že některé filtry z elektretu vyrobené z prudce zchlazených materiálů mohou mít Min@Chl větší než 500 mg, a některé větší než Min@Chl.

PŘÍKLAD 7

BMF textilie byla vyrobena a zpracována jako v příkladu 6 s vodním postřikem a bez něho podle způsobu B. Voda pro

• · · · · · · • · · · · · · · • « · ···* 9 9 · ♦ · · • · · λ 99 9 tento příklad byla vyčištěna reverzní osmózou a deionizací. Textilie byly obdobné jako v příkladu 6. Textilie byly zkoušeny na zatížení a analyzovány na index krystalinity jako v příkladu 6 a výsledná data jsou uvedena v tabulce 7A a 7B a na obr. 8.

Tabulka 7A bez vodního postřiku

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	Min@Chl (mg)
1	0,42	0,6	120
2	0,46	0,62	122
3	0,41	0,62	79
4	0,37	0,63	153
5	0,34	0,62	189

Tabulka 7B s prudkým zchlazením

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	Min@Chl (mg)
1	0,32	0,62	502
2	0,1	0,59	899
3	0,12	0,61	702
4	0,22	0,61	911
5	0,34	0,6	219

Stejně jako v příkladech 4-6, data v tabulkách 7A a 7B ukazují, že prudké zchlazení snižuje index krystalinity nežíhané textilie a zlepšuje účinnost při zatížení žíhané a nabité textilie. Tato data dále ukazují, že žíhání textilií majících index krystalinity pod asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl větší než 200 mg, zatímco žíhání textilií majících index krystalinity nad asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl menší než 200 mg. Tato data také ukazují, že některé filtry z elektretu vyrobené z prudce zchlazených materiálů mohou mít Min@Chl větší než 500 mg, a některé větší než Min@Chl.

• * ··

-40PŘÍKLAD 8

BMF textilie byla vyrobena a zpracována jako v příkladu 7 s vodním postřikem a bez něho podle způsobu B. Textilie byly obdobné jako v příkladu 7. Textilie byly zkoušeny na zatížení a analyzovány na index krystalinity jako v předchozích příkladech a výsledná data jsou uvedena v tabulce 8A a 8B a na obr. 9.

Tabulka 8A bez prudkého zchlazení, srovnávací příklady

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	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

Tabulka 8B s prudkým zchlazením

Poloha	Index krystalinity nežíháno	Index krystalinity žíháno	Min@Chl (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 4-7, data v tabulkách 8A a 8B ukazují, že prudké zchlazení snižuje index krystalinity nežíhané textilie a zlepšuje účinnost při zatížení žíhané a nabité textilie. Tato data dále ukazují, že žíhání textilií majících index krystalinity pod asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl větší než 200 mg, zatímco žíhání textilií majících index krystalinity nad asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl menší než 200 mg. Tato data také ukazují, že některé filtry z elektretu vyrobené

-41 • · * · · · ··»»».

• φ · · · « · · · · · • · 9 9 9 9999999 99 Φ

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9» 9 9 z prudce zchlazených materiálů mohou mít Min@Chl větší než 500 mg.

Tabulky 9A a 9B představuj í data průměrného Min@Chl pro příklady 4-8 pro prudce zchlazené a nezchlazené vzorky.

Tabulka 9A Průměrný Min@Chl (mg) bez prudkého zchlazení, srovnávací příklady

Poloha	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 Průměrný Min@Chl (mg) s prudkým zchlazením

Poloha	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

Průměrná data v tabulkách 9A a 9B, spojená s hodnotami krystalinity uvedenými v předcházejících tabulkách demonstrují, že prudké zchlazení může snížit index krystalinity nežíhané textilie pod asi 0,3, a že žíhání textilií majících index krystalinity pod 0,3 vedou k filtrům majícím průměrný Min@Chl větší než 200 mg, zatímco žíhání textilií majících index krystalinity nad asi 0,3 vede k filtrům majícím průměrný Min@Chl menší než 200 mg.

Příklady 9 a 10

Příklady 9 a 10 ukazují, že přídavek aditiva zvyšujícího účinnost vyvolává silný signál v TSDC spektru.

AAAA

A A A AAA · A A ·

A A A A AAA A A A «

AAA A · A AAAA A A A A A

AAA AA A A AAA

Netkaná textilie byla připravena podle příkladu 4 (včetně prudkého zchlazení). Druhý vzorek byl připraven identicky s výjimkou aditiva zvyšujícího účinnost. Oba vzorky textilie byly zkoušeny pomocí TSDC zkušebního postupu 1. Vzorek obsahující aditivum zvyšující účinnost vykazoval význčný vybíjecí pík kolem 110 °C. Naproti tomu textilie bez aditiva nevykazuje význačný pík. Toto že vybíjecí proud vyvíjený vzorkem zvyšující účinnost je způsoben zvyšujícího účinnost pozorování naznačuje, obsahující aditivum depolarizací aditiva zvyšujícího účinnost při zahřívání. Předpokládá se, že aditivum zvyšující účinnost je polarizováno během kroku vystavení elektrickému poli.

Příklady 11-15

Příklady 11-15 ukazují, že prudce zchlazené textilie, po vytavení elektrickému poli, mají vyšší hustotu náboje než nezchlazené textilie. Vzorky a textilie (prudce zchlazený, nežíhaný) a c (prudce zchlazený, žíhaný) byly tytéž jako v příkladě 4, poloha 4 (s výjimkou nabití korónovým výbojem). Vzorek b textilie (prudce zchlazený, nežíhaný) byl shodný jako v příkladu 2, poloha 4 (s výjimkou nabití korónovým výbojem) a vzorek d (nepodrobený prudkému zchlazení, žíhaný) byl shodný jako podle příkladu 2, poloha 6 (s výjimkou nabití korónovým výbojem) . Všechny vzorky byly zkoumány pomocí TSDC zkušebního postupu 1.

Výsledná TSDC spektra jsou znázorněna na obr. 12. Hustoty náboje mohou být vypočteny z každého píku TSDC spektra protažením základní čáry mezi minimy na každé straně zvoleného píku a integrací plochy pod pikem. Jak je ilustrováno na obr. 12, TSDC spektra obecně vykazují postupně narůstající vybíjecí proud, jak se teplota ·· ·♦·« • *· «· · · • · · · · · · ·· · 9 9 9 · · · · ···· • · 9 9 9 9 9999 9 9 · · ·

-439 9 9 . 99 9 9 9 9 9 přibližuje bodu tavení zkoušeného výrobku.

Složené vzorky nabité a žíhané textilie popsané v příkladu 7 byly testovány, jak je popsáno v příkladech 1115 pro textilie nepodrobené prudkému zchlazení (poloha 2 a 6) a prudce zchlazené (polohy 3, 4, 5 a 6) . Žádné z nezchlazených textilií neměly hustotu náboje vyšší než 10 mikrocoulombů na metr čtvereční (μθ/ηι²) . Indexy krystalinity nežíhané tkaniny jsou vyneseny proti hustotě náboje žíhané, nenabité tkaniny na obr. 13a. Obr. 13a ukazuje, že nežíhané textilie mající relativně nízký index krystalinity obecně mají vyšší hustotu náboje určenou podle TSDC zkušebního postupu 1.

Účinnost při zatížení DOP (Min@Chl) žíhané a nabité textilie proti hustotě náboje žíhané, nenabité textilie je vynesena do grafu na obr. 13b. Obr. 13b ukazuje překvapující výsledek, že žíhaná, nenabité textilie mající hustotu náboje vyšší než asi 10 μθ/m², měřeno TSDC zkušebním postupem 1, mají také vynikající účinnost při zatížení DOP po nabití.

Příklady—17,.^,,.1^

Příklady 17 a 18 ilustrují TSDC spektra prudce zchlazené a nezchlazené, žíhané, korónovým výbojem nabité textilie vyrobené bez aditiva zvyšujícího účinnost. Prudce zchlazené (a, b) a nezchlazené (a, b') byly připraveny jak bylo popsáno v příkladu 4 s tou výjimkou, že v textiliích nebylo přítomno aditivum tvořené sloučeninou fluoru. TSDC spektra textilií nevystavených elektrickému poli byla získána za použití zkušebního postupu 2 a jsou znázorněna na obr. 14. Znamínko vybíjecího proudu (kladné nebo záporné) je funkcí orientace textilie v TSC přístroji vzhledem φ φ φ φ φ· φ···

ΦΦ φ

ΦΦ φ φ φφφφ

-44k orientaci při nabíjení pomocí korónového výboje.

Příklady 19 .a. 20.

Příklady 19 a 20 ilustrují TSDC spektra prudce zchlazené a nezchlazené, žíhané, pomocí korónového výboje nabité textilie vyrobené z polymeru a aditiva zvyšujícího účinnost. Prudce zchlazené (a, b) a nezchlazené (a', b) byly připraveny jak bylo popsáno v příkladu 8, poloha 1. Textilie byly zkoušeny TSDC zkušebním postupem 2. Výsledky zkoumání TSDC Jsou znázorněny na obr. 15. Částí zkušebního postupu bylo také stanovení bodu tavení výrobku pomocí DSC, v tomto případě byl bod tavení 159 °C.

Jak je znázorněno na obr. 15, když je textilie orientována tak, že vykazuje kladný vybíjecí proud nad asi 110 °C, vykazuje spektrum prudce zchlazené textilie, a, poměrně úzký pík se středem kolem 13 7 °C. Toto spektrum naznačuje, že prudké zchlazení vede k zúžení distribuce energie míst zachycení náboje v žíhané a nabité textilii. Naproti tomu, spektrum textilie nepodrobené prudkému zchlazení, a, vykazuje jen velmi široký pík se středem ve zřetelně nižší teplotě (asi 120 °C), indikující poměrně širokou distribuci energetických hladin míst zachycení náboje. Výrobky podle vynálezu tedy mohou vykazovat charakteristický pík proudu se středem asi 15 až 30 °C pod bodem tavení výrobku, měřeno TSDC zkušebním postupem 2.

Jak ukazují výše diskutované výsledky zkoušek při zatížení DOP, textilie vyrobené z prudce zchlazených (či s relativně malou krystalinitou) polotovarů mají velmi zvýšenou účinnost při zatížení DOP, oproti textiliím vyrobeným z polotovarů nepodrobených prudkému zchlazení (či • Φ ΦΦΦΦ

Φ · φ φφ φ • φ φ · φ φ · · φ φ φ φ φ φ φ φ s relativně vysokou krystalinitou). Vynálezci tedy s překvapením objevili charakteristický spektrální znak (tj . pík proudu popsaný výše), který koreluje se zvýšenou účinností při zatížení DOP.

Příklady 20 a 21

Příklady 20 a 21 představují TSDC spektra prudce zchlazeného (obr. 16a) a nezchlazeného (obr. 16b) výrobku, a ilustrují spektrální znaky, které mohou charakterizovat určité výrobky podle vynálezu. Tyto příklady byly textilie popsané v příkladu 8, poloha 3 (prudce zchlazené a nezchlazené). Zkoumání TSDC bylo prováděno TSDC zkušebním postupem 3. Výrobky na obr. 16a se liší jen dobami vystavení elektrickému poli: a 1 minuta, b 5 minut, c 10 minut, a d 15 minut. Obdobně také výrobky v obr. 16b se liší jen dobami vystavení elektrickému poli: a' 1 minuta, b' 5 minut, c 10 minut, a ď 15 minut.

TSDC spektra na obr. 16a vykazují šířky píků v polovině výšky 18(b), 14(c) a 19(d) pro doby vystavení elektrickému poli 5, 10 a 15 minut. Tyto tři píky mají maxima při 140 nebo 141 °C. Naproti tomu, srovnávací vzorky nepodrobené prudkému zchlazení, na obr. 16b, vykazují šířky píků v polovině výšky 40(b'), 32 (c) a 34(ď) pro doby vystavení elektrickému poli 5, 10 a 15 minut, a maxima píků při 121,

132 resp. 136 °C. Vynikající účinnost při zatížení prudce zchlazených výrobků je diskutována výše ve vztahu ke zkouškám DOP zatížení.

Obr 16a a 16b a zkoušky při zatížení DOP ukazují překvapující zjištění, že výrobky charakterizované šířkami TSDC píků menšími než 30 °C (měřeno zkušebním postupem 3) • · ···· φφ φ • · •ΦΦΦΦ φφφφ • · · φ « φ φ φ · φ φ • φ φ φ φ φ φφφφ φ φ φ φ φ φ φφ φ φ · · φφ φ

-46- ... ... ....

korelují s vynikající účinností při zatížení olejovou mlhou. Tyto výsledky ukazují, že výrobky mající užší distribuci energetických hladin zachycených nábojů ve stavu vystaveném elektrickému poli mají zlepšenou účinnost při zatížení.

S výhodou výhodněj i	maj í menší	výrobky šířky než 20 °C.	píků	menší než	25 °C,	ještě
Tato	data	také ukazují	, že	alespoň	pro	výrobky

obsahující polypropylen existuje korelace mezi polohou píků a účinností při zatížení, přičemž výrobky s výhodou mají píky kolem 138 až 142 °C.

Příklady 22 a 23

Další soubor TSDC dat byl získán ze vzorků připravených a zkoušených shodně s příklady 20 a 21. Hustoty náboje byly vypočteny pro všechny testovací podmínky podle TSDC zkušebního postupu 4, tabelovány v tabulce 10 a vyneseny do grafu na obr. 17.

Tabulka 10 hustota náboje (gC/m²) v závislosti na době vystavení elektrickému poli

Doba vystavení elektrickému poli (min)	Hustota náboj e(gC/m2)
prudce zchlazeno	prudce zchlazeno	nepodrobeno prudkému zchlazení	nepodrobeno prudkému zchlazení
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 hustot náboje prudce zchlazených a nezchlazených výrobků, měřeno zkušebním postupem 4, s odpovídajícími zkouškami při zatížení DOP překvapivě ukazuje korelaci mezi změnou hustoty náboje při vystavení výrobku elektrickému poli a účinností při zatížení. Jak je • 4 4 «· «444

· 4 «44

4 4 · 4

-47«4 4 zřejmé z obr. 17, prudce zchlazené (s vynikající účinností při zatížení) výrobky (tečkované čár) vykazují vzrůstající hustotu náboje při vystavení elektrickému poli po dobu 1 až 10 minut. Naproti tomu výrobky nepodrobené prudkému zchlazení (s horší účinností při zatížení) vykazují v téže periodě vystavení elektrickému poli pokles hustoty náboje (plné čáry). Charakteristický pro výhodné výrobky podle vynálezu je tedy nárůst hustoty náboje během 1 až 5 a/nebo 5 až 10 minut doby jejich vystavení elektrickému poli, měřeno TSDC zkušebním postupem 4.

Obsah všech patentů a patentových přihlášek výše uvedených se tímto odkazem zahrnuje v celém rozsahu.

Vynález může mít různé modifikace a obměny. Vynález tedy není omezen na výše uvedené příklady, a je dán rozsahem následujících nároků a jakýchkoliv jejich ekvivalentů.

Claims (16)

1. Způsob výroby výrobku z elektretu, při kterém se provádí:

vytváření zahřátého roztaveného materiálu obsahujícího směs polymeru a aditiva zvyšujícího účinnost, přičemž polymer je nevodivá termoplastická pryskyřice mající měrný odpor větší než 10¹⁴ ohm.cm, a přičemž aditivum zvyšující účinnost zvyšuje filtrační schopnost výrobku z elektretu vůči olejovému aerosolu, tvarování zahřátého roztaveného materiálu pro vytvoření tvarovaného zahřátého materiálu, prudké zchlazení tvarovaného, zahřátého materiálu pro vytvoření prudce zchlazeného materiálu, a žíhání a nabíjení prudce zchlazeného materiálu pro vytvoření výrobku z elektretu.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při kroku tvarování roztaveného materiálu se provádí extruze roztaveného materiálu skrze otvor formy pro vytvoření extrudátu, a při kroku prudkého zchlazení se provádí prudké zchlazení roztaveného materiálu bezprostředně když vystupuje z otvoru formy, přičemž aditivum zvyšující účinnost je sloučenina fluoru.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výrobek z elektretu sestává z vláken z elektretu.

4. Způsob podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že při kroku extruze se provádí extruze směsi za podmínek vyfukování vláken z taveniny.

φφ ·*«· • Φ φ φφ »φ φ φ φ φ φ · φφφφ • Φ φ φφφφ φφφφ φφφ φφφ φφφφ · φ φ φ φ -49- φφφ φφ» φφφφ φφ φ φφ · φφ φφ

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že výsledkem kroku prudkého zchlazení jsou prudce zchlazená vlákna, přičemž tato prudce zchlazená vlákna se dále shromažďují pro vytvoření netkané textilie.

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že polymerem je polypropylen.

7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že aditivum zvyšující účinnost je zvoleno ze skupiny sestávající z

CsF i ?S O2N(CH3)CH2CH- CHi γ Ν— CFb

QFnSO2N(CH3)CH2CH-CH2 a

Y N-(CH2)6-í< '0

CH2-CH-CH2N(CH3)SO2CsFi7

CH2-CH—CH2N(CHJ)SO2C8Fi7

OFi7S02N(CH3)CH2CH-CH2

2CH-CH2 CH2-CÍ

CH2-CH-CH2N(CH3)SO2CsFi7

8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že směs obsahuje 95 až 99,5 hmotnostních procent polypropylenu a 0,5 až 5 hmotnostních procent sloučeniny fluoru.

9. Způsob podle některého z nároků 3 až 8, vyznačující se tím, že prudce zchlazená vlákna mají před žíháním index krystalinity menší než 0.3.

00 ·♦*«

-50- 00 «0 · • « 0 ··· 0 0 0 0 00 0 0* 0 00 0 0 0 « 0 0 0 0 · 0 0 0000 0 0 0 0 0 0 • 0 0 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 00 10. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že výrobek z elektretu je netkaná textilie, která obsahuje vlákna získaná vyfukováním taveniny. 11. Způsob podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že při kroku prudkého zchlazení se provádí vodní stříkání. 12. Způsob podle některého z nároků 1 až 10,

vyznačující se tím, že krok žíhání se provádí při asi 130 až 150 °C, a směs se extruduje rychlostí asi 2,48 až 6,94 g/s.m (0,5 až 1,4 lb/hr/palec) formy.

13. Způsob podle některého z nároků 5 až 12, vyznačující se tím, že krok nabíjení textilie zahrnuje zpracování korónovým výbojem, přičemž krok žíhání se provádí následně po kroku nabíjení.

14. Způsob podle některého z nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že sloučenina fluoru má bod tavení vyšší než je bod tavení polypropylenu a nižší než je teplota extruze.

podle některého tím, že polymer z polypropylenu, z

je nároků zvolen ze až 14, skupiny póly(4-metyl-l-pentenu),

15. Způsob vyznačující se sestávající lineárního nízkohustotního polyetylénu, polystyrenu, polykarbonátu, polyesteru a jejich kombinací.

16. Způsob podle některého z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že výrobek z elektretu má spektrum tepelně stimulovaného vybíjecího proudu (TSDC) vykazující • · · · · · · · 4 · • · · · · · · · ··· • · · · · · ···· · · 9 9 · ~51- ·· · · · · ·· ·· pík mající v polovině výšky šířku menší než 25 °C, měřeno testovacím postupem 3.

17. Výrobek z elektretu vyrobený způsobem podle nároků 1 až 16.

18. Výrobek z elektretu podle nároku 17, vytvořený ve formě vláken, fólie nebo netkané textilie.

19. Filtr z elektretu obsahující množství vláken vyrobených způsobem podle nároků 1 až 16.