CZ295232B6 - Způsob výroby výrobků z elektretu a filtrů se zvýšenou odolností proti olejové mlze - Google Patents

Abstract

Výrobek z elektretu se vyrábí prudkým zchlazením roztavené směsi, obsahující polymer a aditivum, zvyšující účinnost. Výsledný málo krystalický materiál se žíhá a nabíjí pro vytvoření materiálu pro výrobu filtrů z elektretu, majících vynikající vlastnost při zatížení olejovou mlhou.ŕ

Description

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 (to je kapalných aerosolů).

Dosavadní stav techniky

Vědci a technici již dlouho usilují o zlepšení filtrační účinnosti vzduchových filtrů. Některé z nejúčinnějších vzduchových filtrů využívají výrobky z elektretu. Výrobky z elektretu vykazují vytrvalý nebo kvazipermanentní 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 efekty změn zpracovacích podmínek.

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 kroky, 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 patentech US 5 411 576 a US 5 472 481 filtry z elektretu, které jsou vyrobeny extruzí směsi polymeru a sloučeniny fluoru, zpracovatelné tavením, pro vytvoření mikrovláknové tkaniny, která se poté žíhá a upravuje koránovým výbojem. Lifshutz aj. ve WO 96/26783 (odpovídající patentu US 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 koránovým výbojem.

Byly popsány i další techniky, zlepšující elektrostatické vlastnosti výrobků z elektretu. Například Klaase aj. v patentu US4588537 popisují použití koránového zpracování pro zavedení náboje do elektretového filtru. Angadjivand aj. v patentu US 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 textilie.

Matsuura aj. v patentu US 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.

-1 CZ 295232 B6

Podstata vynálezu

Vynález poskytuje způsob výroby výrobku zelektretu, 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 (například 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 chladicího 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 zchlazení 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 aditivum, 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 nichž jsou zabudovány výrobky z elektretu, vyrobené výše uvedeným způsobem, a zahrnuje také způsoby odstraňování částicové pevné látky nebo kapalného aerosolu z plynu za použití výrobků z elektretu podle vynálezu.

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 sníženou 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 klimatizačnch zařízení, pecí, čističů vzduchu, vysavačů, lékařských a leteckých filtrů, systémů čištění vzduchu ve vozidlech a v elektronickém zařízení, jako jsou počítače a diskové jednotky.

-2CZ 295232 B6

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“ (to je 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 vyžíhaného filtru z elektretu, který nebyl prudce zchlazen, na indexu krystalinity vzorku před žíháním. Jak bude detailně objasněno v příkladové části, tato data byla získány vystavením filtračních tkanin DOP kapalnému aerosolu v přístroji, který měří koncentraci aerosolu kapalného DOP před a za filtrem. Penetrace v procentech je vypočtena dělením koncentrace aerosolu za filtrem koncentrací před filtrem a násobením 100.

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

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

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

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

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

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

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

-3 CZ 295232 B6 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 (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.

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 koránovým výbojem nabitých, elektrickému poli nevystavených textilií, obsahující 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 koránovým 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 koránovým 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 ad') 15 minut.

Obr. 17 představuje závislost hustoty náboje na době vystavení elektrickému poli pro nepodrobenou prudkému zchlazení (plná čára) a prudce zchlazenou (tečkovaná čára), žíhanou a koránovým nábojem nabitou textilií, obsahující polymer a aditivum, zvyšující účinnost.

Podrobný popis výhodného provedení vynálezu

Výrobky z elektretu podle vynálezu obsahují polymer a aditivum, zvyšující účinnost. Polymerem může být nevodivá termoplastická pryskyřice, to znamená pryskyřice, mající měrný odpor větší než 10¹⁴ ohm.cm, s výhodou 10¹⁶ ohm.cm. Polymer by měl mít schopnost mít trvalý zachycený náboj. Polymerem může být homopolymer, kopolymer nebo polymerní směs. Jak uvádí Klaase aj. v patentu US 4 588 537, výhodné polymery zahrnují polyethylen, polystyren, polykarbonáty a polyester. Hlavní složkou polymeru je s výhodou polypropylen pro svůj vysoký měrný odpor, schopnost zvlákňování vyfukováním taveniny na vlákna s průměru, použitelnými pro filtraci vzduchu, uspokojivou stabilitu náboje, hydrofobnost a odolnost vůči vlhkosti. Na druhé straně, polypropylen není zpravidla olejofobní. 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 aerosol se měří zkouškami zatížení DOP, popsanými v příkladové části. Konkrétní aditiva, zvyšující účinnost, zahrnují aditiva, popsaná Jonesem aj. v patentu US 5 472 481 a Rousseauem aj. ve WO 97/07272. Aditiva, zvyšující účinnost, zahrnují sloučeniny fluoru, například fluorové sloučeniny oxazolidinonu, popsané v patentu US 5 025 052 (Crater aj.), fluorochemické piperaziny a estery kyseliny stearové a perfluoralkoholů. Z hlediska jejich

-4CZ 295232 B6 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 US 5 411 576, která mají následující strukturu <j> N-(CHi>OF17S02N(CH3)CH2CH-CH2 i

\ /

CH2-CH~CH2N(CHi)SO2C8F17

C8F17SO2N(CHj)CH2CH-CH2

\ /

CH2-CH-CH2N(CHj)SO2C8F i 7

CsF17SO2N(CH3)CH2CH-CH2

CH2- CH-CH2N(CHj)SOžCsF i

Výrobek z elektretu s výhodou obsahuje asi 0,2 až 10 procent hmotnostních aditiva, zvyšujícího účinnost, ještě výhodněji asi 0,5 až 5,0 procent hmotn. a nejvýhodněji asi 1,0 až 2,0 procent hmotnostních, 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 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, například 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 Association, Amsterdam, 5.-7. květen 1981). Výhodný způsob extruze používá dva extrudéry, přičemž se asi 10 až asi 20 procent hmotn. sloučeniny fluoru jako aditiva a asi 80 až asi 90 procent hmotn. polymeru mísí v prvním extrudéru a tato tavenina s poměrně vysokým obsahem sloučeniny fluoru se přivádí do druhého extrudéru 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 reologie extrudátu a pro zabránění tepelné degradace sloučeniny fluoru. Různé extrudéry zpravidla vyžadují různé teplotní profily, a pro optimalizaci extruzních podmínek mohou být nebytné 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. Extrudéry pokud jsou použity, jsou s výhodou, pro lepší míšení, dvoušnekového typu, například komerčně dostupné extrudéry 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, „Superfíne Thermoplastics Fibers“, Ind. Eng. Chem., sv. 48, str. 1342 až 46 (1956). Obecně, vyfukování taveniny podle předloženého vynálezu se provádí za použití konvenčních postupů stou modifikací, že materiál se prudce zchlazuje (kvenčuje) na výstupu z formy.

Pod pojem prudké zchlazení tvarovaného, zahřátého materiálu se v rámci vynálezu rozumí zpracování tohoto materiálu technikou stříkání vodou, stříkání těkavou kapalinou, nebo kontaktování se studeným vzduchem nebo kryogenickými plyny, například oxidem uhličitým nebo dusíkem. Zpravidla se chladicí tekutina (kapalina nebo plyn) stříká z trysek, umístěných do asi 5 centimetrů od otvorů formy. V případě, že se materiály extrudují skrze formu, chladicí 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 textilie. Chladicí 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 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 polymemích 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 nejvýhodněji 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 procent hmotnostních organického polymeru a 0,2 až 10 procent hmotnostních 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, chladicím 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). 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 procento hmotn. 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 (například rozhraní polymervzduch, 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

-6CZ 295232 B6

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, neboť 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 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 vtahuje irelevantní, neboť cílem vynálezu je zlepšení účinnosti filtru z elektretu.

S prudkým zchlazením nebo bez něho, kok 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 patentech US RE 30 782 (van Tumhout), US RE 31 285 (van Tumhout), US 5 401 446 (Tsai aj.), US 4 375 718 (Wadsworth aj.), US 4 588 537 (Klaase aj.) a US 4 592 812 (Nakao). Elektretové materiály mohou být také nabity hydraulicky (viz patent US 5 496 507, Angadjivand aj.). Nařezaná vlákna mohou být nabita třením, valchováním nebo třesením s nepodobnými vlákny (viz patent US 4 798 850, Brown aj.). Proces nabíjení s výhodou zahrnuje podrobení materiálu koránovému výboji nebo pulznímu 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 5 až 30 mikrometrů (pm), s výhodou asi 6 až 10 pm, vypočteno způsobem podle Davies, C. N., „The Separation of Airbome 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, vybíjený ze vzorku se měří ampérmetrem. TSDC je dobře známá technika. Viz, například, US patent US 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 teplotou 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.

-7 CZ 295232 B6

Jak naznačují četné výzkumy (viz například Sessler, „Electrets“, Springer-Verlag, 1987 a Van Turhnout, „Thermally Stimulated Discharge of Polymer Electrets, „Elsevier Scientifíc 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 amorfhě-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 účinnosti, 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 (pC/m²), 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 při asi 130 až 140 °C.

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, měřenů 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 patentu US 4 118 531, Hauser. Jestliže jsou použita střižní vlákna, textilie s výhodou obsahuje méně než 90 procent hmotn. střižních vláken, ještě výhodněji méně než 70 procent hmotn. Z důvodů jednoduchosti a optimalizace účinnosti může textilie 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 patentech US 3 971 373, Braun, US 4 100 324, Anderson, a US 4429 001, Kolpin aj. Jestliže je přidán částicový materiál, textilie s výhodou obsahuje méně než 80 procent objemových částicového materiálu, ještě výhodněji méně než 60 procent obj.. Ve vytvořeních, kdy filtr z elektretu nemusí odstraňovat plynné kontaminanty, může filtr obsahovat pouze vlákna, vytvořená vyfukováním taveniny.

-8CZ 295232 B6

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 příliš 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 tloušťce 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 vDevore, „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 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 (to je 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 například patent US 5 307 796 a US 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 1.8. 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 například patent US 5 307 796). Tvarová vrstva nebo vrstvy jsou zpravidla vytvořeny z dvousložkových vláken, která mají jádro z materiálu, tavitelného při vysoké teplotě, například polyethylen tereftalátu, obklopené pláštěm z materiálu, tavitelného při nižší teplotě,

-9CZ 295232 B6 takže při zahřívání ve formě zaujímá tvarová vrstva tvar formy, který si podrží při ochlazení na pokojovou teplotu. Při slisování s jinou vrstvou, například s filtrační vrstvou, může nízkotavitelný plášťový 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 například patent US 5 558 089). Respirátory mohou také mít další znaky, jako přídavné vrstvy, ventily (viz například patent US 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, US 4 827 924, US 5 325 892, US 4 807 619, US 4 886 058 a patentové přihlášce US 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 500 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 H₂O), výhodněji menší než 98 Pa (10 mM H₂O), 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 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 H₂O), 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 použití 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 dvoušnekového extrudéru spolu s polypropylenem pro vytvoření proudu taveniny, obsahujícího asi 11 hmotn. procent sloučeniny fluoru. Hlavní množství polypropylenu bylo přidáno do hrdla druhého dvoušnekového extrudéru. V některých případech byl také přidáván peroxid pro snížení viskozity. Výstup extrudéru, obsahujícího sloučeninu fluoru, byl čerpán do extrudéru, obsahujícího polypropylen v množství, potřebném pro dosažení celkového obsahu aditiva, tvořeného sloučeninou fluoru, na výstupu asi 1,1 procenta hmotn.

-10CZ 295232 B6

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 neinterferovaly, a tlak vody byl nastaven na minimální úroveň, která mohla udržet stejnoměrný postřik.

Způsob B

Lišta se zvukovým rozstřikovacím systémem s 15 atomizačními rozstřikovacími tryskami model č. SDC 305 od Sonic Environmental Corp., Pennsauken, NJ, byla namontována přibližně 178 mm (7 palců) pod středovou čárou a asi 25,4mm (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 tryska 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, tvořeného sloučeninou fluoru, na fázová rozhraní vláken.

Nabíjení

Po žíhání byly textilie dále zpracovány nabíjením koránovým výbojem za použití elektrického pole vysokého napětí, vytvořeného napříč textilie lineárními zdroji koránového výboje a zemní elektrodou, s koránovým proudem 2,6xl0^_3miliampér/cm délky koránového zdroje a dobou prodlevy asi 15 sekund.

Specifická textilie

Tloušťka textilie byla měřena podle ASTM D1777-64 za 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 DOP

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 TSU Incorporated, St. Paul, Minnesota), upraveného pro aerosol DOP.

-11 CZ 295232 B6

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 koncentrací před filtrem 100 miligramů na 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 byly 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 palců (15,2 cm) byl vystaven aerosolu. Celní 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, čímž 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 použití ekvivalentních 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 H₂O a zjistitelnou penetraci menší než 36 % 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 (to je 102,6 cm² pro postup 2).

Stanovení indexu krystalinity 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 (2Θ) 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 intenzity, a podrobeny zpracování dat pomocí softwaru Origin™ (dostupný od Microcal Software lne.,

-12CZ 295232 B6

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 maxima. Tyto široké inílexe byly primárně způsobeny mezoformou polypropylenu (diskusi mezoformního polypropylenu viz vKrueger aj., patent US 4 931 230, a v odkazech tam citovaných). Rozptylový příspěvek mezoformního polypropylenu byl spojen s amorfním rozptylem. Indexy krystalinity byly vypočteny jako poměr plochy píků, odpovídajících krystalické fázi, k celkové rozptýlené intenzitě (krystalické + amorfní fáze) v rozmezí úhlu rozptylu 6 až 36 stupňů (2Θ). 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 ofStanford, 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 na milimetr (kV/mm) ve výše 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 zahřívá se 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 vybíjejícího proudu při teplotě nad asi 110 °C (například 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 (to je pík, pozorovaný po ohřevu nad teplotou 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 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 30 °C, a měření šířky píku v polovině výšky.

-13CZ 295232 B6

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 neboje extrapolována na nulový proud, a integrací plochy pod pikem.

Srovnávací příklady 1 až 3

Příklady 1 až 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 sloučeninu fluoru

O O

A A

O ν-^ηλ-ν^ο

C_sF_i7SO2N(CH₃)CH₂CH-CH2 CH2-CH-CH₂N(CH₃)SO2C_sF₁₇ při rychlosti 50 liber za hodinu (23 kilogramů za hodinu, kg/h) a teplotě taveniny 288 °C za použití 48 palcové (121,9 cm) formy svítanými otvory. Textilie měla základní hmotnost 71 gramů na metr čtvereční a tloušťku 1,3 mm a tlakovou ztrátu 65 Pa (6,6 mm H₂O) 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 nařezané 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 žíháním. 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).

-14CZ 295232 B6

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 H₂O) 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 nežíhané 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 extrudéru byl zároveň uváděn peroxidový koncentrát, obsahující 2,5-dimethyl-2,5-di(tercbutylperoxyjhexan pro řízení reologie 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 zkoušena 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.

-15CZ 295232 B6

Příklady 4 až 8

Příklad 4 až 8 ilustrují, že prudké zchlazení nebo malá krystalinita nežíhaných vláken (tj. polotovarové kompozice) koreluje s vynikajícími vlastnostmi žíhané filtrační textilie z elektretu při zatížení olejovou mlhou.

Příklad 4

BMF textilie byla připravena a zpracována jako v příkladu 1. Textilie měla základní hmotnost 69 gramů na metr čtvereční, tloušťku 1,3 mm a tlakovou ztrátu 61 Pa (6,2 mm H₂O) 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 deionizovaná. Při tomto pokusu pokrývala stříkací lišta jen 2/3 šířky formy. Sběrací prostředek se pohyboval od asi 30 do asi 20 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 až 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 filtrům, majícím průměrnýMin@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.

-16CZ 295232 B6

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 reologie polypropylenu a fyzikálních vlastností textilie, 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 H₂O), 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 H₂O), 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

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 až 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, tloušťku 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

-17CZ 295232 B6 ztrátu 65 Pa (6,6 mm H₂O), 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 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 až 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 800 mg.

Příklad 7

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

-18CZ 295232 B6

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 až 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 900 mg.

Příklad 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	0,21	0,55	583
5	0,12	0,55	456

Stejně jako v příkladech 4 až 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,

-19CZ 295232 B6 že některé filtry z elektretu, vyrobené z prudce zchlazených materiálů, mohou mít Min@Chl větší než 500 mg.

Tabulky 9A a 9B představují data průměrného Min@Chl pro příklady 4 až 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 200mg.

Příklady 9 a 10

Příklady 9 a 10 ukazují, že přídavek aditiva, zvyšujícího účinnost, vyvolává silný signál v TSDC spektru. 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 význačný vybíjecí pík kolem 110 °C. Naproti tomu textilie bez aditiva, zvyšujícího účinnost, nevykazuje význačný pík. Toto pozorování naznačuje, že vybíjecí proud, vyvíjený vzorkem, obsahující aditivum, zvyšující účinnost, je způsoben depolarizací aditiva, zvyšujícího účinnost, při zahřívání. Předpokládá se, že aditivum, zvyšující účinnost, je polarizováno během kroku vystavení elektrickému poli.

Příklady 11 až 15

Příklady 11 až 15 ukazují, že prudce zchlazené textilie, po vystavení 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)

-20CZ 295232 B6 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 přibližuje bodu tavení zkoušeného výrobku.

Složené vzorky nabité a žíhané textilie, popsané v příkladu 7, byly testovány, jak je popsáno v příkladech 11-15 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 (pC/m²). 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 pC/m², měřeno TSDC zkušebním postupem 1, mají také vynikající účinnost při zatížení DOP po nabití.

Příklady 17 a 18

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 vTSC přístroji vzhledem k orientaci při nabíjení pomocí koránového výboje.

Příklady 19 a 20

Příklady 19 a 20 ilustrují TSDC spektra prudce zchlazené a nezchlazené, žíhané, pomocí koránového 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 137 °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 s relativně vysokou krystalinitou). Vynálezci tedy s překvapením objevili charakteristický

-21 CZ 295232 B6 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 na obr. 16b se liší jen dobami vystavení elektrickému poli: a' 1 minuta, b' 5 minut, c' 10 minut, a d' 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(d') 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), 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 mají výrobky šířky píků menší než 25 °C, ještě výhodněji menší než 20 °C.

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 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 (pC/m²) v závislosti na době vystavení elektrickému poli

Doba vystavení elektrickému poli (min)	Hustota náboje (pC/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

-22CZ 295232 B6 zřejmé z obr. 17, prudce zchlazené (s vynikající účinností při zatížení) výrobky (tečkované čar) 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.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (17)

1. Způsob výroby výrobku z elektretu, v y z n a č u j í c í se t í m , že se provádí:

vytváření zahřátého roztaveného materiálu, obsahujícího směs polymeru a aditiva, zvyšujícího účinnost, na bázi sloučenin fluoru, přičemž polymerem 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 zelektretu.

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.

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.

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 laž 6, vyznačující se tím, že aditivum, zvyšující účinnost, je zvoleno ze skupiny, sestávající z

-23CZ 295232 B6 <j> N-(CH2>-l·

C8F17SO2N(CH3)CH2CH-CH2 CH2\ /

CH2-CH~CH2N(CHj)SO2C8Fj7 (J N— CH2

C8F17SO2N(CH3)CH2CHFCH2

CH, p

CH2-CH—CH2N(CH3)SO2CsFi 7

a.

N—CHi

C8F17SO2N(CH3)CFÍ2CH-CH2 p

CH2- CH-CH2N(CH3)SO2C8Fn

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

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, vy z n a č u j í c í 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 6až 8, vyznačující se tím, že sloučenina fluoru má bod tavení vyšší než je bod tavení polypropylenu a nižší než je teplota extruze.

15. Způsob podle některého z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že polymer je zvolen ze skupiny, sestávající z polypropylenu, poly(4-methyl-l-pentenu), lineárního nízkohustotního polyethylenu, 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 pík, mající v polovině výšky šířku menší než 25 °C, měřeno testovacím postupem 3.

17. Filtr z elektretu, obsahující množství vláken, vyrobených způsobem podle nároků 3 až 16.

13 výkresů