DE4307398A1 - Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, Verfahren zu ihrer Herstellung, und Textilmaterial enthaltend diese Elektretfasern - Google Patents
Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, Verfahren zu ihrer Herstellung, und Textilmaterial enthaltend diese ElektretfasernInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektretfasern, die aufgrund
eines Gehaltes an Ladungssteuermitteln eine erheblich verbesserte
Ladungsstabilität aufweisen, deren Herstellung und faden- und
flächenförmige Textilmaterialien, insbesondere Garne Kabel und
Vliese, die aus diesen verbesserten Elektretfasern bestehen oder
diese enthalten.
Elektretfasern im Sinne dieser Erfindung sind Fasern aus
elektrisch nichtleitenden Materialien, die eine aufgebrachte
elektrostatische Ladung über längere Zeit zu speichern vermögen.
Elektretfasern sind bisher hauptsächlich im Zusammenhang mit dem
Problem der Feinststaubfiltration beschrieben worden. (Z.B. von
Biermann, "Evaluation of permanently charged elektrofibrous
filters", 17. DOE Nuclear Air Cleaning Conference, Denver, USA,
(1982) sowie in Chemiefasern/Textilindustrie 40/92, (1990/9)).
Die beschriebenen Filtermaterialien unterscheiden sich sowohl
hinsichtlich der Materialien, aus denen die Fasern bestehen als
auch bezüglich der Art und Weise wie die elektrostatische Ladung
auf die Fasern aufgebracht wird.
Die elektrostatische Ladung kann durch verschiedene Methoden
appliziert werden.
So ist es möglich, Polymer-Folien auf beiden Seiten
unterschiedlich elektrostatisch aufzuladen und anschließend
zu spalten. Man erhält hierbei sog. Split-Film-Fasern.
Weiterhin ist es bekannt, in ein starkes elektrostatisches Feld
hineinzuspinnen oder die ersponnenen Fasern oder
Fasererzeugnisse, z. B. Vliese werden einer elektrischen
Coronaentladung, z. B. zwischen hochgespannten Spitzen oder
Drähten und geerdeten Flächenelektroden, ausgesetzt.
Besonders vorteilhaft ist die Aufladung durch triboelektrische
Effekte, d. h. Ladungstrennung durch Reibung der Fasermaterialien
mit anderen Medien, z. B. anderen Polymermaterialien, Festkörpern
wie Metallflächen oder auch flüssigen oder gasförmigen Medien.
Verschiedene Faserrohstoffe wurden bisher untersucht und
empfohlen um Elektretfasern mit vorteilhaften
Elektreteigenschaften, wie langdauernder Ladungsstabilität,
Feuchtigkeits- und Chemikalienresistenz herzustellen. Dabei
sollen diese vorteilhaften Eigenschaften auch bei möglichst
geringen Kosten zu erzielen sein.
Dabei haben sich Fluorpolymere wie Polytetrafluorethylen oder
perfluorierte Ethylen/Propylen-Copolymere als sehr gute
Elektretwerkstoffe erwiesen, die hohe Ladungsstabilität,
charakterisiert durch eine Ladungs-Halbwertszeit (Ladungs-
Lebensdauer) von Jahren bis Jahrzehnten, mit guter
Temperaturstabilität und geringer Feuchtigkeitsaufnahme vereinen.
Gravierende Nachteile dieser Polymere, wie ihr hoher Preis und
ihre großen Schwierigkeiten ihrer Verarbeitung, haben jedoch
ihren Einsatz weitgehend verhindert.
Gute Resistenz gegen Chemikalien und Feuchtigkeit haben auch
Elektretfasern aus Polyolefinen, wie Polyethylen und
Polypropylen, oder aus Polycarbonaten. Handelsübliche
Feinststoffilter bestehen aus diesen Elektretmaterialien
(Chemiefasern/Textilindustrie, wie oben angegeben). Ein
gravierender Nachteil dieser Fasern ist die relativ geringe
Ladungs-Halbwertszeit die nur in der Größenordnung von etwa einem
Jahr liegt. Dies ist in der Regel ein zu geringer Zeitraum, wenn
man bedenkt, daß z. B. beim Einsatz der Fasern für die
Filterherstellung die Zeit von der Faserherstellung bis zur
Ingebrauchnahme des Filters plus der Filter-Lebensdauer leicht
über einem Jahr liegen kann.
Schon solange Elektretfasern zur Herstellung von
Feinststoffiltern empfohlen und benutzt wurden, bestand daher ein
stetiges dringendes Bedürfnis, einen Faserwerkstoff zu finden,
der Preiswürdigkeit mit deutlich verbesserter Ladungsstabilität,
Resistenz gegen Feuchtigkeit und Chemikalien, sowie gute
textiltechnische und mechanische Eigenschaften in sich vereint
und es sind auch bereits Vorschläge hierzu bekannt geworden.
In der US-Patentschrift 4 789 504 wird empfohlen, die
Effektivität von Polypropylen-Elektretfiltern dadurch zu
steigern, daß dem Polymermaterial ein Fettsäure-Salz zugesetzt
wird.
Aus Journal of Electrostatics, 24 (1990) S. 283-293 ist es
bekannt, daß die Temperatur, bei der die Halbwertszeit eines
Polyacrylat-Elektrets auf die Hälfte sinkt, von 126 auf 180°C
steigt, wenn dem Polymer ca. 10 Gew. -% Titandioxid zugesetzt
wird. Dieser Zusatz hat jedoch neben einer Verschlechterung
mechanischer Eigenschaften eine erhöhte
Feuchtigkeitsempfindlichkeit zur Folge, die einem Einsatz in
Filtermaterialien entgegensteht.
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist Fasern herzustellen,
die ausgezeichnete textile Eigenschaften und eine erheblich
verlängerte Halbwertszeit der elektrischen Ladung, d. h. eine
erheblich verbesserte Ladungsstabilität, aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern mit verbesserter
Ladungsstabilität sind dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem
Werkstoff bestehen, der überwiegend ein fadenbildendes
Polymerisat oder Polykondensat und 0,01 bis 30 Gew.-%
(vorzugsweise 0,01 bis 10, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-%),
bezogen auf das Gewicht des Werkstoffs, organischer oder
metallorganischer Ladungssteuermittel enthält.
Fasern im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Endlosfasern
(Filamente) oder Stapelfasern, vorzugsweise mit Stapellängen von
0,5 bis 50 mm oder Pulpe, Spaltfasern oder Split-Film-Fasern, die
auch in speziellen Ausführungsformen für spezielle
Anwendungszwecke vorliegen können.
Niedrig- oder teilorientierte Elektretfasern, d. h. solche die nur
wenig oder gar nicht verstreckt wurden, können wie Normalfasern
als Schmelzklebefaser zur Verfestigung von z. B. Vliesen
eingesetzt werden; Hochschrumpf-Elektretfasern können zur
Verdichtung und Verfestigung von textilen Flächengebilden,
insbesondere von Vliesen eingesetzt werden.
Mehrkomponenten-Elektretfasern, können in Kern/Mantelanordnung
oder auch in Seite an Seite-Anordnung vorliegen, wobei eine der
Komponenten die erfindungsgemäße Elektretfaser ist.
Mehrkomponentenfasern und ihre Herstellung sind beschrieben z. B.
in "Falkai, Synthesefasern", Seite 124 ff. insbes Abb 5.4.
Mehrkomponentenfasern mit einer erfindungsgemäßen
Elektretkomponente können für besondere Zwecke eingesetzt werden,
z. B. Seite an Seite -Fasern als selbstkräuselnde Fasern, wenn die
Komponenten einen unterschiedliche Hitzeschrumpf haben;
Kern/Mantel-Fasern als Klebefasern, wenn der Mantel einen relativ
niedrigen Schmelzpunkt hat, oder bei entsprechender
Querschnittsanordnung der Komponenten, z. B. in der Island/Sea-
Anordnung, auch als Spaltfasern zur Herstellung besonders feiner
Titer der Elektretfasern.
Eine weitere interessante Kern/Mantel Anordnung der
erfindungsgemäßen Fasern besteht aus einem Kern aus normalem
Polymerwerkstoff und einem Mantel aus Elektretwerkstoff.
Bevorzugt sind erfindungsgemäße Fasern mit besonders großer
Oberfläche, d. h. feine Titer z. B. unter 2 dtex, insbesondere
unter 1 dtex, oder multilobale Profilfasern z. B. mehrkantige oder
sternförmige Profile oder beispielsweise Bändchen- oder
Hantelprofile.
Die Fasern können in allen Verarbeitungszuständen, wie z. B. als
Monofilamente, als Haufwerk oder Flocke, als Pulp-Aufschlämmung,
als lineare Gebilde wie Spinnfasergarn, Multifilamentgarn, Kabel,
Sliver, oder als Flächengebilde wie Wirrvliese aus Stapel- oder
Endlosfasern insbesondere Spunbonds oder Krempel- oder
Kardenvliese, Gelege, Gewebe oder als Maschenware vorliegen.
Besonders bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Elektretfasern in
Form von Multifilamentgarnen, Kabel und Vliesen.
Gegenstand dieser Erfindung sind sowohl die elektrisch neutralen
Fasern und Faserprodukte, wie z. B. Garne, Kabel oder Vliesstoffe,
als auch die elektrostatisch geladenen. Dabei ist es unerheblich
ob die Ladung gezielt aufgebracht wurde (z. B. durch
Coronaentladung) oder spontan durch triboelektrische Effekte
entstanden ist.
Während die verbesserten elektrischen Eigenschaften der
erfindungsgemäßen Elektretfasern im wesentlichen auf dem
charakteristischen Elektretverhalten des zu ihrer Herstellung
eingesetzten Werkstoffs beruhen, ergeben sich die
anwendungstechnischen Vorzüge in ihrer Gesamtheit aus der
vorteilhaften Kombination elektrischer und mechanischer, und
formbedingter Eigenschaften.
Der Werkstoff, aus dem die erfindungsgemäßen Fasern bestehen
zeichnet sich dadurch aus, daß er
- a) nach einer elektrischen Aufladung ein Maximum des Entladestromes bei einer Temperatur oberhalb 100°C, vorzugsweise zwischen 100-250°C, insbesondere zwischen 100 und 180°C aufweist, wobei die Entladestromkurve nach Durchlaufen des Maximums wieder einen ausgeprägten abfallenden Ast aufweist, und
- b) bei 25°C eine Halbwertszeit der elektrischen Ladung von mindestens 6 Monaten hat, wobei
- c) seine Ladungs-Halbierungstemperatur oberhalb 100°C, vorzugsweise zwischen 100-250°C, insbesondere zwischen 100 und 180°C liegt und
- d) nach einer Standard-Aufladung (einseitig geerdete Folie von 50 µm Stärke, 3 Min. einer Corona-Entladung ausgesetzt) eine Ladungsdichte von mindestens 1 · 10-9 Coulomb/cm2 aufweist.
Die Verbesserung der Ladungsstabilität korreliert naturgemäß in
gewissen Grenzen mit der Konzentration des Ladungsteuermittels
in dem Werkstoff der erfindungsgemäßen Elektretfasern.
Die Konzentration wird so eingestellt, daß die Fasern gegenüber
herkömmlichen eine ausreichende Verbesserung der elektrischen
Eigenschaften bei gleichzeitigem Erhalt guter textiltechnischer
und mechanischer Eigenschaften aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern zeigen überraschenderweise
einen hohen triboelektrischen Effekt, d. h. sie neigen stark
dazu, sich spontan durch Wechselwirkung mit ihrer Umgebung
aufzuladen. Dies führt dazu, daß z. B. ein aus diesen Fasern
bestehendes oder diese Fasern enthaltendes Staubfilter auch ohne
gesonderte elektrische Aufladung (z. B. durch eine Corona-
Entladung) bei der Durchströmung mit Gasen (z. B. im Gebrauch)
oder durch Reibung an andersartigen festen Materialien spontan
eine erheblich höhere elektrostatische Aufladung und damit eine
wesentlich bessere Partikelabscheidung erreicht, als ein gleich
aufgebautes Staubfilter aus Normalfasern.
Die Messung des Entladestromes des Werkstoffs erfolgt in der
Weise, daß eine kreisförmige, in einem Halter eingespannte Probe
einer aus dem Werkstoff hergestellten Folie einseitig mit einer
Aluminiumschicht bedampft wird, mit der metallisierten Seite auf
einen geerdeten Metallblock aufgelegt wird und von der freien
Seite mit einer Coronaentladung 3 Min. aufgeladen wird. Danach
wird die Probe abgekühlt und einige Std. bei Normaltemperatur
konditioniert. Anschließend wird die Entladung der Elektretprobe
mit Hilfe der "Air Gap Current TSD "-Methode (beschrieben in
"Electrets" editor G.M.Sessler, in "Topics in Appied Physics",
vol 33, S.95 ff., Springer Verlag) bei einer
Aufheizgeschwindigkeit von 2°C/min. gemessen.
Während des Aufheizens wird kontinuierlich der Entladestrom
gemessen und gegen die Temperatur aufgezeichnet.
Charakteristisch für den Werkstoff ist, neben der Ladungsmenge,
die Lage der Temperaturpeaks des Entladestroms und das
Vorhandensein eines abfallendes Astes der Entladekurve hinter den
Peaks.
Die Halbwertszeit der elektrischen Ladung ist der Zeitraum,
innerhalb dessen die ursprünglich auf den Elektretwerkstoff
aufgebrachte Ladung bei 25°C auf die Hälfte abgesunken ist.
Unter der Ladungs-Halbierungstemperatur soll diejenige Temperatur
verstanden werden, bei der die Ladungsdichte des Werkstoffs auf
die Hälfte ihres bei 25°C geltenden Wertes absinkt.
Die verbesserten elektrischen Eigenschaften ergeben sich aus der
Zusammensetzung des Werkstoffs.
Der Werkstoff besteht in der Regel überwiegend aus einem
Polymerisat oder Polykondensat, kann jedoch andere Polymere oder
Monomere oder auch anorganische Zusatzstoffe enthalten, die
üblicherweise in synthetischen Fasermaterialien zur Ausbildung
spezieller Eigenschaften vorhanden sind. Als Beispiel seien nur
die Mattierungsmittel genannt.
Als Polymerisate im Sinne dieser Erfindung sind nicht nur die
durch Polymerisation erhaltenen hochmolekularen Verbindungen,
wie z. B. Polyolefine, Polyacrylate, Polyacrylnitril u. dgl.
anzusehen, sondern auch die durch Polykondensation herstellbaren,
wie z. B. Polyester oder Polyamide usw.
Die Polymerisate und Polykondensate, die in dem erfindungsgemäß
einzusetzenden Werkstoff überwiegend enthalten sind, haben in der
Regel intrinsische Viskositäten von 0,45 bis 1,2, vorzugsweise 0,6
bis 0,9 dl/g, gemessen in Dichloressigsäure bei 25°C.
Das fadenbildende Polymerisat oder Polykondensat des
erfindungsgemäß einzusetzenden Werkstoffs ist schmelzspinnbar
oder lösungsspinnbar.
Aus Lösungen durch Naß- oder Trockenspinnverfahren verspinnbare
Polymere gestatten den Einsatz von thermisch weniger stabilen
Ladungssteuermittel.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff überwiegend ein fadenbildendes Polymerisat
enthält aus der Gruppe der Polyolefine, der halogenierten
Polyolefine, der Polyacrylate, Polyacrylnitril, Polystyrol und
Fluorpolymeren.
Vorzugsweise enthält ein solcher Werkstoff überwiegend ein
fadenbildendes Polymerisat aus der Gruppe Polyethylen,
Polypropylen, Polyacrylnitril, Polytetrafluorethylen und
perfluoriertes Ethylen/Propylen-Copolymer, insbesondere aus der
Gruppe Polyethylen und Polypropylen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkstoff überwiegend ein fadenbildendes
Polykondensat enthält aus der Gruppe der Polyester,
Polycarbonate, Polyamide, Polyimide, Polyetherketone (z. B. PEK
und PEEK), Polyarylensulfide insbesondere Polyphenylensulfid,
Polyacetale und Zelluloseester.
Erfindungsgemäße Elektretfasern aus aromatischen Polyamiden,
Polyetherketonen (z. B. PEK und PEEK), und Polyarylensulfiden
insbesondere Polyphenylensulfiden, erfüllen insbesondere
Forderungen nach erhöhter chemischer und/oder thermischer
Beständigkeit.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkstoff überwiegend ein fadenbildendes
Polykondensat aus der Gruppe der Polyester, Polyetherketone und
Polyphenylensulfid, insbesondere Polyalkylenterephthalat enthält.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff überwiegend
Polypropylen enthält.
Erfindungsgemäße Polypropylen- und Polyester- Elektretfäden
können unter dem Gesichtspunkt der Sortenreinheit (leichte
Recyclisierbarkeit) mit besonderem Vorteil im Kraftfahrzeugbau
eingesetzt werden.
Der Werkstoff der erfindungsgemäßen Elektretfasern enthält ein
Ladungssteuermittel, wie es in Tonern für elektrophotographische
Prozesse enthalten ist.
Ladungssteuermittel für elektrophotographische Prozesse sind in
großer Zahl aus der Patentliteratur bekannt.
Demgemäß enthält der Werkstoff als Ladungssteuermittel eine oder
verschiedene Verbindungen aus folgenden Klassen:
Triphenylmethane; Ammonium- und Immoniumverbindungen; fluorierte Ammonium- und Immoniumverbindungen; biskationische Säureamide; polymere Ammoniumverbindungen; Diallylammoniumverbindungen; Arylsulfide-Derivate; Phenolderivate; Phosphoniumverbindungen und fluorierte Phosphoniumverbindungen; Calix(n)arene; Metallkomplexverbindungen; Benzimidazolone; oder Azine, Thiazine oder Oxazine, die im Color Index als Pigment Dyes, Solvent Dyes, Basic Dyes oder Acid Dyes aufgeführt sind.
Triphenylmethane; Ammonium- und Immoniumverbindungen; fluorierte Ammonium- und Immoniumverbindungen; biskationische Säureamide; polymere Ammoniumverbindungen; Diallylammoniumverbindungen; Arylsulfide-Derivate; Phenolderivate; Phosphoniumverbindungen und fluorierte Phosphoniumverbindungen; Calix(n)arene; Metallkomplexverbindungen; Benzimidazolone; oder Azine, Thiazine oder Oxazine, die im Color Index als Pigment Dyes, Solvent Dyes, Basic Dyes oder Acid Dyes aufgeführt sind.
Ladungssteuermittel, die einzeln oder in Kombination miteinander
in den erfindungsgemäßen Elektretfasern enthalten sind und den
Fasern sehr gute Elektreteigenschaften vermitteln sind:
1. Triarylmethan-Derivate wie beispielweise:
Color Index Pigment Blue 1, 1 : 2, 2, 3, 8, 9, 9 : 1, 10, 10 : 1, 11, 12, 14, 18, 19, 24, 53, 56, 57, 58, 59, 61, 62, 67 oder beispielsweise Color Index Solvent Blue 2, 3, 4, 5, 6, 23, 43, 54, 66, 71, 72, 81, 124, 125, sowie die im Color Index unter Acid Blue und Basic Dye aufgeführten Triarylmethan-Verbindungen, sofern sie hinsichtlich ihrer Temperaturstabilität und Verarbeitbarkeit geeignet sind, wie beispielsweise Color Index Basic Blue 1, 2, 5, 7, 8, 11, 15, 18, 20, 23, 26, 36, 55, 56, 77, 81, 83, 88, 89, Color Index Basic Green 1, 3, 4, 9, 10, wobei sich wiederum ganz besonders eignen Color Index Solvent Blue 125, 66 und 124.
Color Index Pigment Blue 1, 1 : 2, 2, 3, 8, 9, 9 : 1, 10, 10 : 1, 11, 12, 14, 18, 19, 24, 53, 56, 57, 58, 59, 61, 62, 67 oder beispielsweise Color Index Solvent Blue 2, 3, 4, 5, 6, 23, 43, 54, 66, 71, 72, 81, 124, 125, sowie die im Color Index unter Acid Blue und Basic Dye aufgeführten Triarylmethan-Verbindungen, sofern sie hinsichtlich ihrer Temperaturstabilität und Verarbeitbarkeit geeignet sind, wie beispielsweise Color Index Basic Blue 1, 2, 5, 7, 8, 11, 15, 18, 20, 23, 26, 36, 55, 56, 77, 81, 83, 88, 89, Color Index Basic Green 1, 3, 4, 9, 10, wobei sich wiederum ganz besonders eignen Color Index Solvent Blue 125, 66 und 124.
Besonders gut geeignet ist Color Index Solvent Blue 124 in Form
seines hochkristallinen Sulfats oder des Trichlor-triphenylmethyl
tetrachloraluminats.
Weitere Beispiele für zur Herstellung erfindungsgemäßer
Elektretfasern gut geeignete Ladungssteuermittel der
Triphenylmethan-Reihe sind die in der DE-PS 19 19 724 und der DE-
PS 16 44 619 beschriebenen Verbindungen.
Weiterhin Triphenylmethane wie beschrieben in US-A-5 051 585,
insbesondere solche der Formel 1
worin
R1 und R3 gleich oder verschieden sind und -NH₂, eine Mono- und Dialkylaminogruppe deren Alkylgruppen 1-4 vorzugsweise 1 oder 2, C-Atome haben, eine Mono- oder Di-omega hydroxyalkylaminogruppe deren Alkylgruppen 2-4, vorzugweise 2, C-Atome haben, eine ggf. N-Alkylsubstituierte Phenyl- oder Phenalkylaminogruppe deren Alkyl 1-4, vorzugsweise 1 oder 2 C- Atome hat, deren Phenalkylgruppe in der aliphatischen Brücke 1 bis 4, vorzugsweise 1 oder 2 C-Atome hat und deren Phenylkern einen oder zwei der folgenden Substituenten: Alkyl mit 1 oder 2 C-Atomen, Alkoxy mit 1 oder 2 C-Atomen und die Sulfonsäuregruppe tragen kann, bedeuten,
R2 Wasserstoff ist oder eine der für R1 und R3 genannten Bedeutungen hat,
R4 Wasserstoff, Halogen, vorzugsweise Chlor, oder eine Sulfonsäuregruppe bedeutet oder mit R5 zusammen einen ankondensierten Phenylring bildet,
R5 mit R4 zusammen einen ankondensierten Phenylring bildet,
R6, R7, R9 und R10 jeweils Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 oder 2 C-Atomen, vorzugsweise Methyl bedeuten und
R8 Wasserstoff oder Halogen, vorzugsweise Chlor, ist und
X- für ein Äquivalent eines Anions steht, insbesondere für ein Chlorid-, Sulfat-, Molybdat-, Phosphormolybdat- und Borat-Anion.
R1 und R3 gleich oder verschieden sind und -NH₂, eine Mono- und Dialkylaminogruppe deren Alkylgruppen 1-4 vorzugsweise 1 oder 2, C-Atome haben, eine Mono- oder Di-omega hydroxyalkylaminogruppe deren Alkylgruppen 2-4, vorzugweise 2, C-Atome haben, eine ggf. N-Alkylsubstituierte Phenyl- oder Phenalkylaminogruppe deren Alkyl 1-4, vorzugsweise 1 oder 2 C- Atome hat, deren Phenalkylgruppe in der aliphatischen Brücke 1 bis 4, vorzugsweise 1 oder 2 C-Atome hat und deren Phenylkern einen oder zwei der folgenden Substituenten: Alkyl mit 1 oder 2 C-Atomen, Alkoxy mit 1 oder 2 C-Atomen und die Sulfonsäuregruppe tragen kann, bedeuten,
R2 Wasserstoff ist oder eine der für R1 und R3 genannten Bedeutungen hat,
R4 Wasserstoff, Halogen, vorzugsweise Chlor, oder eine Sulfonsäuregruppe bedeutet oder mit R5 zusammen einen ankondensierten Phenylring bildet,
R5 mit R4 zusammen einen ankondensierten Phenylring bildet,
R6, R7, R9 und R10 jeweils Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 oder 2 C-Atomen, vorzugsweise Methyl bedeuten und
R8 Wasserstoff oder Halogen, vorzugsweise Chlor, ist und
X- für ein Äquivalent eines Anions steht, insbesondere für ein Chlorid-, Sulfat-, Molybdat-, Phosphormolybdat- und Borat-Anion.
Besonders bevorzugt ist ein Ladungssteuermittel der Formel 1
worin R1 und R3 Phenylaminogruppen R2 eine m-Methyl
phenylaminogruppe und die Reste R4 bis R10 alle Wasserstoff sind.
2. Ammonium- und Immoniumverbindungen wie beschrieben in US-A-5 015
676.
3. fluorierte Ammonium- und Immoniumverbindungen wie beschrieben in
US-A-5 069 994, insbesondere solche der Formel 3
worin
R1 perfluoriertes Alkyl mit 5-11 C-Atomen,
R2, R3 und R4 gleich oder verschieden sind und Alkyl mit 1-5, vorzugsweise 1-2 C-Atomen bedeuten,
X- ein Äquivalent eines Anions, vorzugsweise eines Tetrafluoborat- oder Tetra-Phenylborat-Anions ist.
R1 perfluoriertes Alkyl mit 5-11 C-Atomen,
R2, R3 und R4 gleich oder verschieden sind und Alkyl mit 1-5, vorzugsweise 1-2 C-Atomen bedeuten,
X- ein Äquivalent eines Anions, vorzugsweise eines Tetrafluoborat- oder Tetra-Phenylborat-Anions ist.
Vorzugsweise bedeutet
R1 perfluoriertes Alkyl mit 5-11 C-Atomen,
R2 und R3 Ethyl und
R4 Methyl.
R1 perfluoriertes Alkyl mit 5-11 C-Atomen,
R2 und R3 Ethyl und
R4 Methyl.
4. Biskationische Säureamide wie beschrieben in PCT-A-91/10172,
insbesondere solche der Formel 4
worin
R1, R2 und R3 gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1-5 C-Atomen, vorzugsweise Methyl sind,
n für eine ganze Zahl von 2 bis 5 steht,
und X- für ein Äquivalent eines Anions steht, vorzugsweise für ein Tetraphenylborat-Anion.
R1, R2 und R3 gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1-5 C-Atomen, vorzugsweise Methyl sind,
n für eine ganze Zahl von 2 bis 5 steht,
und X- für ein Äquivalent eines Anions steht, vorzugsweise für ein Tetraphenylborat-Anion.
5. Diallylammoniumverbindungen wie beschrieben in DE-A-41 42 541,
insbesondere solche der Formel 5
worin
R1 und R2 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1-5, vorzugsweise 1 oder 2, C-Atomen, bedeuten, insbesondere aber für Methylgruppen stehen und X- für ein Äquivalent eines Anions steht, vorzugsweise für ein Tetraphenylborat-Anion steht, sowie die aus diesen erhältlichen polymeren Ammoniumverbindungen wie beschrieben in DE-A-40 29 653 oder DE-A-41 03 610, insbesondere solche mit Molekulargewichten von 1000 bis 10 000.
R1 und R2 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1-5, vorzugsweise 1 oder 2, C-Atomen, bedeuten, insbesondere aber für Methylgruppen stehen und X- für ein Äquivalent eines Anions steht, vorzugsweise für ein Tetraphenylborat-Anion steht, sowie die aus diesen erhältlichen polymeren Ammoniumverbindungen wie beschrieben in DE-A-40 29 653 oder DE-A-41 03 610, insbesondere solche mit Molekulargewichten von 1000 bis 10 000.
6. Arylsulfide-Derivate wie beschrieben in DE-A-40 31 705,
insbesondere solche der Formel 7
worin
R1, R2, R3 und R4 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1-5, vorzugsweise 2 oder 3, C-Atomen, bedeuten und
R5 einer der zweiwertigen Reste -S-, -S-S-, -SO- oder -SO2- ist.
R1, R2, R3 und R4 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1-5, vorzugsweise 2 oder 3, C-Atomen, bedeuten und
R5 einer der zweiwertigen Reste -S-, -S-S-, -SO- oder -SO2- ist.
Beispielsweise sind R1 bis R4 Propylgruppen und R5 die Gruppe -S-
S-.
7. Phenolderivate wie beschrieben in EP-A-0 258 651, insbesondere
solche der Formel 8
worin
R1 und R3 Alkyl- oder Alkenylgruppen mit 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 C-Atomen und R2 und R4 Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 3, vorzugsweise Methyl bedeuten.
R1 und R3 Alkyl- oder Alkenylgruppen mit 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 C-Atomen und R2 und R4 Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 3, vorzugsweise Methyl bedeuten.
Als Beispiel seien genannt die Verbindungen in denen R1 bis R4
Methylgruppen sind oder in denen R2 und R4 Wasserstoff sind und
R1 und R3 für die Gruppe -CH2-CH=CH2 stehen.
8. Phosphoniumverbindungen und fluorierte Phosphoniumverbindungen
wie beschrieben in US-A-5 021 473 und in US-A-5 147 748,
insbesondere solche der Formeln 9
worin
R1, R2, R3 und R4 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1-8, vorzugsweise 3 bis 6, C-Atomen, bedeuten und X- für ein Äquivalent eines Anions steht, vorzugsweise für ein Halogenid- Anion und 10;
R1, R2, R3 und R4 gleiche oder verschiedene Alkylgruppen mit 1-8, vorzugsweise 3 bis 6, C-Atomen, bedeuten und X- für ein Äquivalent eines Anions steht, vorzugsweise für ein Halogenid- Anion und 10;
worin
R1 ein hochfluorierter Alkylrest mit 5-15, vorzugsweise 6-10, C- Atomen,
R2, R3 und R4 Alkyl mit 3-10 C-Atomen oder Phenyl und
X- für ein Äquivalent eines Anions steht.
R1 ein hochfluorierter Alkylrest mit 5-15, vorzugsweise 6-10, C- Atomen,
R2, R3 und R4 Alkyl mit 3-10 C-Atomen oder Phenyl und
X- für ein Äquivalent eines Anions steht.
Als Beispiel für eine Verbindung der Formel 9 sei genannt
Tetrabutyl-phosphonium-bromid, als Beispiele für Verbindungen der
Formel 10 seien genannt die Verbindungen mit R1 = C8F17-CH2-CH2-,
R2=R3=R4 Phenyl und X- = PF6- oder das Tetraphenylborat-Anion.
9. Calix(n)arene wie beschrieben in EP-A-0 385 580 und wie
beschrieben in EP-A-0 516 434, insbesondere solche der Formel 11
worin
R für Wasserstoff, Halogen, vorzugsweise Chlor, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1-12 C-Atomen, Aralkyl, z. B. Benzyl oder Phenethyl, -NO2, -NH2, -NHR1 oder HR1R2 steht, wobei R1 Alkyl mit 1-8 C-Atomen, ggf. substituiertes Phenyl oder -Si(CH3)3 bedeuten.
R für Wasserstoff, Halogen, vorzugsweise Chlor, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1-12 C-Atomen, Aralkyl, z. B. Benzyl oder Phenethyl, -NO2, -NH2, -NHR1 oder HR1R2 steht, wobei R1 Alkyl mit 1-8 C-Atomen, ggf. substituiertes Phenyl oder -Si(CH3)3 bedeuten.
10. Metallkomplexverbindungen, wie Chrom-, Kobalt-, Eisen-, Zink-
oder Aluminium-Azokomplexe oder Chrom-, Kobalt-, Eisen-, Zink-
oder Aluminium-Salicylsäurekomplexe der Formeln 12, 13 und 14
worin
M ein 2- oder 3-wertiges Metallatom, vorzugsweise Chrom, Kobalt, Eisen, Zink oder Aluminium bedeutet,
Y und Z für zweibindige aromatische Ringe, vorzugsweise der Formeln
M ein 2- oder 3-wertiges Metallatom, vorzugsweise Chrom, Kobalt, Eisen, Zink oder Aluminium bedeutet,
Y und Z für zweibindige aromatische Ringe, vorzugsweise der Formeln
stehen, m eine der Zahlen 1 oder 2 ist und K⁺ ein Äquivalent
eines Kations ist,
worin
M ein 2- oder 3-wertiges Metallatom, vorzugsweise Chrom, Kobalt, Eisen,
R1 Wasserstoff, Halogen, vorzugsweise Cl, Nitro oder Amidosulfonyl
R2 Wasserstoff oder Nitro,
R3 Wasserstoff, die Sulfonsäuregruppe, -CO-NH-R4 ist, wobei R4 = Phenyl, Alkyl mit 1-5 C-Atomen, das ggf. durch eine Mono-, Di- oder Trialkylaminogruppe substituiert sein kann und
Z ein Gegenion ist, das die Neutralität des Komplexes herstellt, vorzugsweise ein Proton, ein Alkali- oder ein Ammonium-Ion,
M ein 2- oder 3-wertiges Metallatom, vorzugsweise Chrom, Kobalt, Eisen,
R1 Wasserstoff, Halogen, vorzugsweise Cl, Nitro oder Amidosulfonyl
R2 Wasserstoff oder Nitro,
R3 Wasserstoff, die Sulfonsäuregruppe, -CO-NH-R4 ist, wobei R4 = Phenyl, Alkyl mit 1-5 C-Atomen, das ggf. durch eine Mono-, Di- oder Trialkylaminogruppe substituiert sein kann und
Z ein Gegenion ist, das die Neutralität des Komplexes herstellt, vorzugsweise ein Proton, ein Alkali- oder ein Ammonium-Ion,
worin
M ein zweiwertiges Metall-Zentralatom, vorzugsweise ein Zinkatom,
R1 und R2 gleiche oder verschiedene, geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen mit 1-8, vorzugsweise 3-6 C-Atomen, beispielsweise tert. Butyl, bedeuten.
M ein zweiwertiges Metall-Zentralatom, vorzugsweise ein Zinkatom,
R1 und R2 gleiche oder verschiedene, geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen mit 1-8, vorzugsweise 3-6 C-Atomen, beispielsweise tert. Butyl, bedeuten.
Derartige Verbindungen sind beschrieben in EP-A-0 162 632, US-A-4
908 225, EP-A-0 393 479, EP-A-0 360 617, EP-A-0 291 930, EP-A-0
280 272, EP-A-0 255 925, EP-A-0 251 326, EP-A-0 180 655, EP-A-0
141 377, US-A-4 939 061, US-A-4 623 606, US-A-4 590 141 und/oder
charakterisiert durch die CAS-Nummern 31714-55-3, 104815-18-1,
84179-68-8, 110941-75-8, 32517-36-5, 38833-00-00, 95692-86-7,
85414-43-3, 136709-14-3, 135534-82-6, 135534-81-5, 127800-82-2,
114803-10-0, 114803-08-6.
Beispiele für besonders bevorzugte Metallkomplexverbindungen der
obigen Formel 13 sind in der folgenden Tabelle angegeben.
11. Benzimidazolone wie beschrieben in EP-A-0 347 695, insbesondere
solche der Formel 15
worin
R1 Alkyl mit 1-5 C-Atomen und R2 Alkyl mit 1-12 C-Atomen und X- ein Äquivalent eines Anions, insbesondere ein Chlorid- oder tetrafluoborat-Anion ist.
R1 Alkyl mit 1-5 C-Atomen und R2 Alkyl mit 1-12 C-Atomen und X- ein Äquivalent eines Anions, insbesondere ein Chlorid- oder tetrafluoborat-Anion ist.
Als Beispiel sei genannt die Verbindung mit R1 = CH3 und R2 =
C11H23.
Oder Azine der folgenden Color-Index-Nummern: C.I. Solvent Black
5, 5 : 1, 5 : 2, 7, 31 und 50; C.I. Pigment Black 1, C.I. Basic Red
2 und C.I. Basic Black 1 und 2.
Vorzugsweise enthält der Werkstoff als Ladungssteuermittel eine
oder mehrere verschiedene Verbindungen aus folgenden Klassen:
Triphenylmethane der Formel 1; Diallylammoniumverbindungen der
Formel 5 und die daraus erhältlichen polymeren
Ammoniumverbindungen der Formel 6; Arylsulfide-Derivate der
Formel 7; Metallkomplexverbindungen der Formeln 12 und 13.
Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Elektretfasern deren
Werkstoff als Ladungssteuermittel eine Verbindung der Formel 1
enthält, worin R1 und R3 Phenylamino und R2 3-Methyl-phenylamino
und X- ein Sulfatäquivalent ist.
Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Elektretfasern deren
Werkstoff als Ladungssteuermittel eine Verbindung
der Formel 5 enthält, worin R1 und R2 Methyl und X- ein
Tetraphenylborat-Anion ist.
Weiterhin sind besonders bevorzugt erfindungsgemäße
Elektretfasern deren Werkstoff als Ladungssteuermittel eine
Verbindung der Formel 7, worin R1, R2, R3 und R4 Propyl und R5 eine
Disulfid-Brücke ist, oder der Formel 13, worin R1 Chlor, R2
Wasserstoff und Z ein Proton ist, enthält.
Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen
Elektretfasern werden ermöglicht durch die Kombination der oben
beschriebenen Werkstoffzusammensetzung mit den durch die bei der
Formgebung angewendeten Bedingungen einzustellenden
textiltechnischen Daten der Fasern. Es ist dabei überraschend,
daß die Elektretfasern sich mit praktisch der gleichen Bandbreite
textiltechnischer Eigenschaften herstellen lassen, wie die Fasern
die aus dem entsprechenden Polymer ohne Ladungssteuermittel-
Zusatz hergestellten wurden.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern haben einen Titer im Bereich
von 0,02 bis 20 dtex.
Für den Fall der "Split-Film-Fasern" kommt ein durchschnittlicher
Titer von 0,02 bis 30 dtex in Betracht, mit geringen Anteilen
gröberer und feinerer Fasern.
Fasern mit einem Titer von 0,02 bis 1 dtex, insbesondere von 0,02
bis 0,5 dtex vorzugsweise durch die "splitting" Technik (nicht
zu verwechseln mit der split-film-Technik hergestellt. Dabei
werden Bikomponentenfasern, die aus Elektretwerkstoff und einem
in einem Lösungsmittel löslichen Werkstoff mit "Island in the
Sea" - Querschnitte hergestellt werden und wobei der
Elektretwerkstoff die Inseln bildet, mit dem betreffenden
Lösungsmittel behandelt. Dabei lösen sich die löslichen Anteile
der Bikomponentenfaser auf und es werden die außerordentlich
feinen Inselfasern erhalten.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern sind weiterhin dadurch
gekennzeichnet, daß die Reißfestigkeit der Fasern 20 bis 80,
vorzugsweise 30 bis 65 cN/tex,
die Reißdehnung 10 bis 200%, vorzugsweise 10 bis 50%, insbesondere 20 bis 30%,
der Hitzeschrumpf 0 bis 50%, vorzugsweise < 10% beträgt.
die Reißdehnung 10 bis 200%, vorzugsweise 10 bis 50%, insbesondere 20 bis 30%,
der Hitzeschrumpf 0 bis 50%, vorzugsweise < 10% beträgt.
Die textiltechnischen Daten Reißfestigkeit, Dehnung und
Hitzeschrumpf werden in üblicher Weise bei der Herstellung durch
Einstellung der Spinngeschwindigkeit, der Verstreckung und der
Fixierbedingungen bedarfsgerecht gesteuert.
Reißfestigkeiten von 20-30 cN/tex werden für Spezialanwendungen
interessant, wo es darauf ankommt, daß die Fasern bei bestimmten
Belastungen reißen können. Der übliche textile Anwendungsbereich
erfordert Festigkeiten von ca. 30-60 cN/tex. Technische
Fasermaterialien dagegen müssen hohe Festigkeiten im Bereich bis
etwa 80 cN/tex aufweisen.
Auch die Dehnung wird anwendungsspezifisch eingestellt. Für
technische, hochfeste Garne werden geringe Dehnungen von etwa 10-
15% gefordert, normale textile Anwendungen sind auf
Fasermaterialien mit einer Dehnung von ca. 20-30% eingestellt,
für spezielle Anwendungen, z. B. zur Herstellung dreidimensional
verformbarer textiler Flächengebilde, sind Garne mit möglichst
hoher Dehnbarkeit, beispielsweise bis zu 200%, erwünscht.
Der Schrumpf der Fasermaterialien wird für übliche textile
Anwendungen auf Werte unter 10% eingestellt, für die Herstellung
von Stapelfaservliesen z. B. auf < 1%. Es können jedoch auch
ausgesprochene Hochschrumpf-Fasern für spezielle Anwendungen,
z. B. zur Verdichtung oder Kräuseln von textilen Flächengebilden
von Interesse sein.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern können einen
Präparationsauftrag von 0 bis 0,3 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 0,15
Gew.% aufweisen.
Wie oben bereits angedeutet können die erfindungsgemäßen
Elektretfasern in verschiedenen Formen als lineare oder
flächenförmige Gebilde vorliegen. Insbesondere können sie in Form
von Multifilamentgarnen, Kabel und Vliesen vorliegen.
Die erfindungsgemäßen Multifilamentgarne haben je nach geplantem
Einsatz in der Regel Titer von 20 bis 500 dtex und 10 bis 200
Kapillaren und weisen im wesentlichen die oben angegebenen
textiltechnischen Werte der erfindungsgemäßen Elektretfasern auf.
Selbstverständlich können die Garne auch als Mischgarne mit
anderen synthetischen aber auch natürlichen Fasern vorliegen,
wobei sich die Nicht-Elektretfasern nicht nur bezüglich ihrer
elektrischen Eigenschaften, sondern auch bezüglich ihrer üblichen
textiltechnischen Eigenschaften, wie Reißfestigkeit, Reißdehnung,
Schrumpfverhalten usw. von der erfindungsgemäßen Elektretfasern
unterscheiden können.
Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Spezialeffekte,
wie z. B. Hochbauscheffekte, Schlingengarn-Effekte, Kern-Mantel-
Strukturen u. dgl. erzeugt werden sollen, oder wenn die Garne
Schmelzfasern enthalten sollen, damit sie sich bei einer
Erhitzung versteifen.
Kabel sind Multifilamentstränge mit einigen Tausend bis einigen
Millionen Einzelkapillaren, wobei die Auswahl innerhalb dieses
Bereichs im Hinblick auf die geplante Endanwendung erfolgt.
In Form von Kabeln können die erfindungsgemäßen Elektretfasern
den weiteren Be- und Verarbeitungsstufen, z. B. der Kräuselung, der
Verstreckung, der Fixierung, der Ausrüstung der Färbung usw.
zugeführt werden.
Auch können die erfindungsgemäßen Elektretfasern in Form von
Kabeln leicht gelagert werden.
Die Vliese aus den erfindungsgemäßen Elektretfasern stellen eine
besonders wertvolle Form dieser Fasern dar. Sie werden im
einzelnen weiter unten beschrieben. Ihr Hauptanwendungsgebiet
liegt in der Herstellung von Feinstaubfiltern.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern können selbstverständlich
auch in Kombination mit einem Nichtelektret-Material als
Zweikomponentenfasern vorliegen.
Dabei können sie beispielsweise als Bikomponentenfaser mit mit
Kern/Mantel-Struktur mit einem Kern aus Elektretwerkstoff der im
Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung und einem Mantel aus
niedriger schmelzendem Polymermaterial vorliegen.
Derartige Fasern können mit besonderem Vorteil zur Herstellung
von Endlos- oder Stapelfaservliesen, die durch erwärmen gebondet
werden können, eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern können auch als
Bikomponentenfaser mit Kern/Mantel-Struktur mit einem Kern aus
Normalfaser-Werkstoff und einem Mantel aus Elektretwerkstoff der
oben angegebenen Zusammensetzung vorliegen.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern können auch mit anderen
Fasermaterialien, z. B. mit Effektgarnen oder Schmelzfasern
gemeinsam zu Vliesstoffen verarbeitet werden oder zu Mischgarnen,
z. B. Commingel-Garn versponnen oder verblasen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Elektretfasern durch Verspinnen
eines fadenbildenden Werkstoffs aus der Schmelze oder aus einer
Lösung in einem geeigneten Lösemittel, wobei in an sich bekannter
Weise nach dem Naßspinn- oder dem Trockenspinnverfahren
gearbeitet werden kann, erforderlichenfalls Abkühlung der
ersponnenen Filamente, Abziehen mit einer Geschwindigkeit im
Bereich von etwa 100 bis 8000 m/min, vorzugsweise von 1000 bis
5000 m/min und daran anschließenden weiteren, üblichen
Verfahrensschritten, wie erforderlichenfalls Verstreckung und je
nach dem vorgesehenen weiteren Einsatz Wirrablage,
Zusammenfassung zu Garnen oder Kabeln, Texturierung, Fixierung,
Schnitt zu Stapelfasern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein
Werkstoff versponnen wird, der überwiegend ein fadenbildendes
Polymerisat oder Polykondensat und 0,01 bis 30 Gew.-%
(vorzugsweise 0,01 bis 10, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-%),
bezogen auf das Gewicht des Werkstoffs, organischer oder
metallorganischer Ladungssteuermittel enthält.
Alternativ betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Elektretfasern durch Spalten
von spaltbaren multilobalen Fasern, die längs der Faserachse sich
erstreckende Segmente aus dem Elektretwerkstoff enthalten oder
durch Matrixauflösung eines "Island in the Sea"- Filaments dessen
Inselbereiche aus dem Elektretwerkstoff bestehen, oder durch
Spalten einer Folie aus dem Elektretwerkstoff, das ebenfalls
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Elektretwerkstoff überwiegend
ein fadenbildendes Polymerisat oder Polykondensat und 0,01 bis
30 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis 10, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-%),
bezogen auf das Gewicht des Werkstoffs, organischer oder
metallorganischer Ladungssteuermittel enthält.
Als weitere Alternativen zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Elektretfasern kommen in Betracht das Faser-Blasverfahren, wie
es in der Deutschen Patentanmeldung 19 64 060 beschrieben ist
oder das "Flash"-Spinnen im elektrostatischen Feld, wie es in
der US-Patentschrift 3 319 309 beschrieben ist, jeweils unter
Einsatz des erfindungsgemäß einzusetzenden Elektret-Werkstoffs.
Beim Schmelzspinnen wird der Elektret-Werkstoff auf eine
Temperatur von etwa 30-50°C über dem Schmelzpunkt des Polymers
erwärmt und die Schmelze in üblicher Weise durch Spinndüsen
extrudiert. Die Temperatur der Schmelze wird innerhalb des
angegebenen Bereichs so gewählt, daß sich ein optimaler Fluß des
Werkstoffs einstellt der bei nicht zu hohem Spinndruck die für
die Orientierung der Filamente erforderlichen Scherkräfte
aufzubauen gestattet.
Beispielsweise wird ein Werkstoff, der überwiegend aus
Polypropylen besteht, bei etwa 260°C, ein Werkstoff auf Basis
Polyester bei ca. 280-310°C versponnen.
Wird das Polymer aus der Schmelze versponnen, so müssen die aus
den Spinnöffnungen abgezogenen Filamente durch Abkühlung
verfestigt werden. Die Abkühlung kann in jeder bekannten Weise
ausgeführt werden und ermöglicht auch bei der Verarbeitung des
Elektretwerkstoffs die gezielte Steuerung der
Filamenteigenschaften. So ist z. B. eine Verzögerung der Abkühlung
durch einen Rechauffeur möglich, wenn Fasern mit einer speziellen
Schrumpf/Festigkeitscharakteristik hergestellt werden sollen oder
es kann eine scharfe asymmetrische Anblasung erfolgen wenn
selbstkräuselnde Fasern hergestellt werden sollen. Insbesondere
für die Herstellung feiner Einzeltiter unter 1 dtex empfiehlt sich
dagegen eine sog. Zentralanblasung, die eine besonders
gleichmäßige und damit spannungsfreie Abkühlung der Filamente
gewährleistet.
Das Erspinnen der erfindungsgemäßen Elektretfasern aus Lösungen
des Werkstoffs in einem geeigneten Lösemittel erfolgt ebenfalls
nach gut bekannten Verfahren. Dabei können prinzipiell die
gleichen Bedingungen gewählt werden wie bei Normal-Polymeren. Die
Verfestigung der aus der Spinndüse austretenden Lösung kann, beim
Trockenspinnen, durch Verdampfen des Lösemittels oder, beim
Naßspinnen, durch Ausfällung des Werkstoffs in Fadenform in einem
Fällbad erfolgen.
Hierbei ergeben sich Vorteile insbesondere hinsichtlich der
Werkstoffzusammensetzung. Es können dann nämlich auch solche
Werkstoffe eingesetzt werden, die ein Ladungssteuermittel
enthalten, welches bei der Schmelztemperatur des Polymermaterials
nicht beständig ist.
Bei den genannten Spinnverfahren können außer Spinndüsen mit
runden Spinnöffnungen auch solche mit Profilöffnungen eingesetzt
werden und es können durch an sich bekannte Spezialanordnungen
oder -Gestaltungen der Öffnungen Mehrkomponentenfilamente in
Seite an Seite - Anordnung oder vom Kern-Mantel-Typ ersponnen
werden.
Spinnabzugsgeschwindigkeiten herab bis zu 100 m/min werden
hauptsächlich zur Herstellung von Titern oberhalb 4 dtex benutzt.
Wirtschaftlich interessanter sind Spinnabzugsgeschwindigkeiten
zwischen 1000 und 5000 m/min, wobei insbesondere sehr feine Titer
bei den höchsten Geschwindigkeiten dieses Bereichs ersponnen
werden.
Die Herstellung des erfindungsgemäß zu verspinnenden Werkstoffs
geschieht durch homogenes Einarbeiten der Ladungssteuermittel in
das Polymermaterial aus dem der Werkstoff überwiegend besteht.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, das Ladungssteuermittel in
Form eines Masterbatch einzusetzen.
Die ersponnenen Filamente werden in der Regel einer Verstreckung
unterworfen, deren Ausmaß einerseits von der Spinnorientierung
der Filamente, andererseits von den gewünschten Festigkeits- und
Dehnbarkeiteigenschaften bestimmt wird. Während Filamente die bei
Spinngeschwindigkeiten unter 1000 m/min erhalten wurden einer
kräftigen Verstreckung bedürfen, wenn sie zu textilen Garnen oder
Flächengebilden verarbeitet werden sollen, nimmt das Ausmaß der
erforderlichen Verstreckung mit steigender Spinngeschwindigkeit
stetig ab, da diese Filamente schon eine relativ hohe
Spinnorientierung aufweisen.
Feinstiter, die bei den höchsten Geschwindigkeiten dieses
Bereichs ersponnen werden, stellen daher vollorientierte
Filamente (sog. FOY) dar und bedürfen keiner Nachverstreckung.
Sollen hochfeste Filamente hergestellt werden, so ist eine
Verstreckung bis auf eine Reißdehnung von ca. 10% und darunter
üblich, für besonders dehnbare Filamente, z. B. zur Herstellung
von tiefziehfähigen Flächengebilden, ist die Verstreckung nur
gering und wird so bemessen, daß sich Reißdehnungen von bis zu
200% ergeben.
Die Filamente können der Verstreckung entweder in Form von
Multifilamentgarnen oder in Form von Kabeln unterworfen werden.
Die zur Verstreckung erforderliche Fadenspannung kann durch
Galetten oder aber durch Verstreckdüsen oder Streckschächte
erzeugt werden. Während Galetten die Filamente bzw. Garne durch
Reibung an der drehenden Galettenoberfläche mit ziehen, werden
in Verstreckdüsen oder Streckschächten die Filamente durch einen
starken Luftstrom mitgerissen.
Eine besondere Bedeutung kommt den Streckschächten bei der
Wirrablage von Filamentmaterial zur Herstellung von Wirrvliesen,
insbesondere von "Spunbonds" zu.
Die Verstreckung kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhter
Temperatur, insbesondere oberhalb des Glasübergangspunktes
ausgeführt werden. Eine sog. Kaltverstreckung führt in der Regel
zu speziellen hochschrumpfenden Filamenten, die Heißverstreckung
führt zu filamenten mit textiltechnisch zweckmäßigen
Schrumpfwerten von 0 bis 10%.
Die Verstreckung der Filamentmaterialien kann in bekannte Weise
ein- oder mehrstufig erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Elektretfasern können auch mit allen
bekannten Texturierungen versehen werden. So ist es möglich, die
Filamente, vorzugsweise in Kabelform, einer
Stauchkammerkräuselung zu unterwerfen; sie können bei Vorliegen
feinerer Faserbündel durch Verwirbelungsdüsen mit oder ohne
Überfütterung eines Teils der zugeführten Fasern zu mehr oder
weniger geschlossenen Garnen oder auch zu Effektgarnen oder auch
zu Schlingengarnen verwirbelt werden oder sie können der
Falschdrahttexturierung oder auch der Streck-
Falschdrahttexturierung unterworfen werden.
Weitere textiltechnische Ausgestaltungen der Multifilamentgarne
ergeben sich wenn die erfindungsgemäßen Elektretfasern in
Kombination mit Fasern unterschiedlichen Schrumpfs zu
Bikomponentengarnen versponnen werden, bei denen die Auslösung
des Schrumpfs zu einer spontanen Kräuselung führt.
Auch die bereits oben erwähnten Seite-an-Seite
Bikomponentenfasern mit einem Elektretanteil können gekräuselt
werden.
Eine besonders bevorzugte Form für die erfindungsgemäßen
Elektretfasern ist, wie bereits oben gesagt, die Form von
Vliesen. Diese Vliese können nämlich mit besonderem Vorteil zur
Herstellung hochwirksamer und besonders langlebiger Staubfilter,
insbesondere von Feinstaubfiltern, eingesetzt werden.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß es gelingt, hohe
textiltechnische Eigenschaften, insbesondere Stabilität und eine
sehr variable Konstruktion mit einer sehr beachtlichen
Verlängerung der Halbwertszeit der elektrische Ladung zu
kombinieren, wenn das Fasermaterial des Vliesstoffs
erfindungsgemäße Elektretfasern enthält oder daraus besteht.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein
Vliesstoff, der aus Synthesefasern besteht oder solche enthält,
wobei dieser Vliesstoff zumindest zum Teil aus erfindungsgemäßen
Elektretfasern aufgebaut ist.
Der Anteil der Elektretfasern im Vliesstoff, der diesem die
gewünschte Eigenschaftskombination vermittelt, kann u. U.
überraschend klein sein.
Oft ergibt sich ein merklicher wirtschaftlicher und technischer
Vorteil bereits bei einem Vliesstoff, der mindestens 10%
Elektretfasern enthält.
In der Regel ist es zweckmäßig, einen Vliesstoff einzusetzen, der
50-100% Elektretfasern enthält, wobei die höchsten technischen
Anforderungsprofile naturgemäß mit Vliesstoffen erfüllt werden
können, die zu 100% aus Elektretfasern bestehen.
Die Titer der Synthesefasern des in den erfindungsgemäßen
Vliesstoffen und der ggf. daraus hergestellten Erzeugnisse,
insbesondere der Staubfilter, liegen in dem für diese Anwendungen
üblichen Bereich.
Von Fall zu Fall kann es zweckmäßig sein, Mischtiter einzusetzen,
insbesondere können bei solchen Vliesstoffen, die nicht zu 100
% aus Elektretfasern bestehen, Elektretfasern und Normalfasern
verschiedene Titer haben.
Die Synthesefasern können Endlosfasern oder Stapelfasern,
zweckmäßigerweise mit Stapellängen von 2-20 cm, sein.
Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, Vliesstoffe
einzusetzen, die sowohl Endlos- als auch Stapelfasern enthalten.
So läßt sich z. B. in vielen Fällen die gewünschte
Eigenschaftskombination eines Filamentvliesstoffes (ein solcher
besteht aus Endlosfilamenten) durch Einmischen eines geeigneten
Anteils von Elektret-Stapelfasern einstellen.
Selbstverständlich können auch Mischungen von Elektret-
Stapelfasern und normalen Stapelfasern zu einem Spinnfaservlies
in Wirrlage abgelegt werden.
Diese Ablage kann, wie üblich, durch trockenes oder nasses
Ablegen erfolgen.
Die geeigneten Synthesefasern bestehen im allgemeinen aus den
oben angegebenen spinnfähigem Polymeren, insbesondere aus
Polyamid, Polyacrylnitril, Polyethylen, Polypropylen oder
Polyester.
Bevorzugt sind Synthesefasern aus Polyester, insbesondere aus
Polyethylenterephthalat, und aus Polypropylen.
Die Verfestigung der Vliesstoffe kann prinzipiell in jeder
bekannten Weise erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, das
Vlies durch einen Binder zu verfestigen mit dem das Vlies
imprägniert wird und der anschließend ausgehärtet wird oder der
Binder kann ein Schmelzbinder sein, der z. B. in Pulverform oder
in Form von Binderfäden in das Vlies eingearbeitet wird, und der
das Vlies unter Wärmeeinwirkung zum Vliesstoff verfestigt.
Die Verfestigung des Vlieses zum Vliesstoff kann auch durch
Kalandrierung erfolgen, wobei teils eine mechanische Verfilzung
der Filamente, teils eine autogene Verschweißung an den
Kreuzungspunkten eintritt.
Als vorteilhaft haben sich erfindungsgemäße Vliesstoffe
erwiesen, die mechanisch verfestigt worden sind. Unter einer
mechanischen Verfestigung ist zum Beispiel das Nadeln zu
verstehen oder auch z. B. hydromechanische Verfestigung, wie sie
z. B. in der EP-A-0 108 621 beschrieben ist.
Eine Kombination der verschiedenen Verfestigungsarten kann nach
Bedarf ebenfalls erfolgen.
Das Flächengewicht der erfindungsgemäßen Vliesstoffe richtet sich
natürlich nach dem geplanten Einsatz. In der Regel liegt es bei
20 bis 300 g/m², vorzugsweise bei 100 bis 250 g/m2, kann aber für
besondere Aufgaben auch darüber z. B. bei bis zu 500 g/m2 liegen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Vliesstoffs sind ein Spunbond, insbesondere ein durch Nadeln oder
Schmelzkleber verfestigtes Spunbond oder auch ein trocken oder
naßgelegter durch Schmelzkleber verfestigter
Stapelfaservliesstoff.
Gegebenenfalls kann der Vliesstoff auch mit einem anderen
Textilmaterial z. B. einem weiteren Vliesstoff oder einem
Textilmaterial definierter Garnlage, das ebenfalls aus
Elektretfasern bestehen oder solche enthalten kann, kombiniert
werden.
Insbesondere ist gelegentlich die Kombination mit stützenden und
verstärkenden oder auch schützend abdeckenden Textilmaterialien
erwünscht. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die
erfindungsgemäßen elektretfaserhaltigen Vliese ein- oder
insbesondere beidseitig mit einem schützenden Textilmaterial,
z. B. einem Vliesstoff, insbesondere einem Feinvlies abgedeckt.
Insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vliese als
Staubfilter ist oft die Kombination mit Grob- oder Tiefenfiltern
zweckmäßig.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Vliesstoffe durch Wirrablage
von synthetischen Endlos- oder Stapelfasern in an sich bekannter
Weise (Vergl.: "Radko Krcema, Handbuch der Textilverbundstoffe",
Deutscher Fachverlag GmbH (1970), Seite 53) auf einer bewegten
Unterlage, oder durch Vliesbildung aus Stapelfasern auf der
Krempel oder Karde, anschließende Verfestigung das dadurch
gekennzeichnet ist, daß zumindest ein Teil der abgelegten
Synthesefasern Elektretfasern sind.
Bei der Herstellung von Spinnfaservliesstoffen, die
erfindungsgemäß einen Anteil von Elektretfasern enthalten, kann
eine Mischung von Elektretfasern und normalen Stapelfasern im
gewünschten Mischungsverhältnis in an sich bekannter Weise
trocken oder nach einem Naßlegeverfahren zum Vlies abgelegt und
anschließend verfestigt werden.
Es ist aber auch möglich, Vliesstoffe aus endlosen Fasern und
Stapelfasern zu erzeugen, indem man bei der Ablage der
Endlosfasern eine Beimischung der Stapelfasern vorsieht. In
diesem Fall können wahlweise die Endlosfasern oder die
Stapelfasern ganz oder teilweise aus Elektretfasern bestehen.
Auch bei der Herstellung der Vliesstoffe nach dem Spunbondprozeß
ist es möglich, Normalfasern und Elektretfasern bei der Ablage
zu mischen. Hierzu können beispielsweise die Elektretfasern
gesondert hergestellt werden und aus Faserreservoirs, z. B.
Spulengestellen, abgezogen und durch Blasdüsen in den auf die
Ablage gerichteten Faserstrom der Normalfasern eingespeist
werden, oder die Spinnbalken, die zur Erzeugung der
Vliesfilamente dienen, können neben Spinnöffnungen für
Normalfasern auch Spinnöffnungen für Elektretfasern aufweisen,
wobei das Verhältnis der verschiedenen Spinnöffnungen und die
Menge der daraus ersponnenen Filamente dem angestrebten
Verhältnis von Normal- und Elektretfasern im Vliesstoff
entspricht.
In der Regel werden zur Herstellung erfindungsgemäßer Vliesstoffe
mindestens 10 Gew. -% Elektretfasern abgelegt oder eine
Fasermischung, die mindestens 10 Gew. -% Elektretfasern enthält
auf der Krempel oder Karde zum Vlies verarbeitet.
Vorzugsweise beträgt der Anteil der abgelegten Elektretfasern 50
bis 100%, und zur Erzielung der maximalen Effekte sind 75 bis 100
% der abgelegten Fasern Elektretfasern.
Die Verfestigung des Vlieses zum Vliesstoff erfolgt in an sich
bekannter Weise unter Einsatz eines Binders, oder eines
Schmelzbinders oder durch Kalandrieren oder, vorzugsweise, auf
mechanischem Wege. Es ist jedoch auch möglich, verschiedene
dieser Verfestigungsverfahren miteinander zu kombinieren.
Binder können z. B. Polymerlösungen oder -Dispersionen oder
Latices sein, die auf das Vlies durch Imprägnieren oder
Aufsprühen appliziert werden und die nach dem Verdampfen der
flüssigen Phase an den Kreuzungspunkten der Filamente
"Bindesegel" ausbilden.
Es können aber auch Duroplastbinder eingesetzt werden, die, ggf.
bei einer Wärmebehandlung, aushärten und die Faserkreuzungspunkte
fixieren. Auch Schmelzbinder, die z. B. in Form von Pulvern oder
vorzugsweise in Form von Binderfasern dem Vlies einverleibt
werden, und die beim Erwärmen des Vlieses über ihren Schmelzpunkt
an den Faserkreuzungspunkten zusammenlaufen und Bindepunkte
ausbilden, die nach dem Wiederabkühlen das Vlies zum Vliesstoff
verfestigen, können mit gutem Erfolg eingesetzt werden.
Eine ähnliche Verfestigung läßt sich durch das "autogene"
Verschweißen der Vliesfilamente an ihren Kreuzungspunkten
erzielen, wenn man das Vlies einer Kalandrierung in der Nähe der
Schmelztemperatur der Vliesfilamente unterwirft.
Gute Ergebnisse ergibt auch eine mechanische Verfestigung z. B.
durch Nadeln oder durch hydromechanische Verfestigung, wie sie
beispielsweise in der EP-A-0 108 621 beschrieben ist. Hierbei
tritt keinerlei chemische oder thermische Belastung des
Filamentmaterials ein, so daß die vorteilhaften physikalischen
Eigenschaften die den Filamenten aufgrund ihrer Herstellung, z. B.
durch Schnellspinnen und Verstreckoperationen vermittelt werden,
ungeschmälert auf den Vliesstoff übertragen werden.
Zur Herstellung einer Kombination eines erfindungsgemäßen
Vliesstoffs mit einem Textilmaterial definierter Garnlage ist der
Vliesstoff mit diesem Textilmaterial so zu verbinden, daß keine
Delaminierung eintreten kann. Diese Forderung läßt sich am besten
erfüllen, wenn die Verbindung der Komponenten durch Nadeln,
Kleben oder Nähen erfolgt.
Besonders bevorzugt ist die Herstellung derartiger Verbundstoffe
durch Schußlegerascheltechnik.
Hierbei handelt es sich um eine Kettwirktechnik, bei der der
Vliesstoff richtungsorientiert durch Garne, vorzugsweise hoch
feste Garne mit oder ohne Elektretfaseranteil oder aus
Elektretfasern, verstärkt ist. Diese Kettwirktechnik wird auf
sogenannten Raschelmaschinen durchgeführt. Eine besonders
geeignete Raschelmaschine zur Herstellung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Verbundstoffes ist die vom Typ RS 3 MSU-V der Firma
Karl Mayer, Textilmaschinenfabrik GmbH, Obertshausen.
Die Vliese, welche aus den erfindungsgemäßen Elektretfasern
bestehen oder einen wirksamen Anteil an solchen enthalten, werden
- wie bereits oben gesagt - mit besonderem Vorteil zur
Herstellung von Feinststoffiltern benutzt.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch diese
Anwendung der Elektretfasern und der sie enthaltenden
Textilmaterialien insbesondere Vliesstoffe.
Aus herstellungstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, die
Fasern vor der Vliesbildung mit einer antistatischen Präparation
zu versehen, die erst am Ende des Herstellprozesses, z. B. nach
dem Konfektionieren der Filter, ausgewaschen wird. Anschließend
werden die Filter dann gezielt, z. B. in einer Coronaentladung,
elektrostatisch aufgeladen.
Im übrigen hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß bei der
Herstellung der Vliese aus den erfindungsgemäßen Elektretfasern
auf der Krempel oder bei ihrem Einsatz als Filter aufgrund der
Durchströmung mit Gasen durch triboelektrische Effekte in den
meisten Fällen bereits eine ausreichende elektrische Aufladung
der Vliese erfolgt, so daß ein gesonderter Aufladungsschritt
entfallen kann.
Das folgende Ausführungsbeispiel veranschaulicht eine mögliche,
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Polyethylenterephthalat-Faserrohstoff wurde erfindungsgemäß
modifiziert durch Vermischen mit soviel eines
Ladungssteuermittels der Formel 16 in Form eines Masterbatches,
daß dessen Konzentration 1 Gew.-% in der Spinnware betrug. Dabei
wurde das Masterbatch aus einem hochkristallinen Präparat des
Ladungssteuermittels hergestellt, dessen Röntgendiagramm (Cu-K-
α-Strahlung) einen starken Reflex bei 2 δ° = 18,47, drei
mittelstarke Reflexe bei 2 δ° = 6,97; 12,1 und 13,9 und schwache
breite Reflexe bei 2 δ° = 20,0; 21,7; 22,5; 24,8; 28,2; 30,7 und
32,2 aufweist.
Der so hergestellte Werkstoff wurde nach konventioneller
Schmelzspinntechnologie versponnen. Die Spinntemperatur betrug
285°C, die Spinnabzugsgeschwindigkeit lag bei 1500 m/min.
Die produzierte Spinnware wurde nach ebenfalls konventioneller
Bandstraßentechnologie (Stauchkammerkräuselung, Fixierung und
Schnitt) zu wollähnlichen, erfindungsgemäß modifizierten
Stapelfasern mit einem Einzeltiter von 1,3 dtex verarbeitet.
Aus den hergestellten modifizierten Stapelfasern sowie aus
Mischungen dieser Fasern mit Normalfasern (Titer der Normalfasern
ebenfalls 1,3 dtex) und jeweils 20 Gew.-% Bindefasern (Typ:
Bikomponentenfaser Polyester/Co-polyester in Kern/Mantelaufbau
mit einem Mantelschmelzpunkt von 110°C, Titer 3 dtex) in den
unten angegebenen Zusammensetzungen wurden auf einer
Versuchskrempel Vliese hergestellt. Variiert wurde dabei das
Flächengewicht (m) der Vliese und der Anteil der Normalfasern.
Die Vliesverfestigung erfolgte thermisch bei 160°C und einer
Verweilzeit von 3 Minuten.
Die Abscheideleistung der hergestellten Vliese wurden in einem
konventionellen Filterprüfstand, der nach dem Prinzip der
Streulichtmessung arbeitet, geprüft.
Dabei wurden folgende Prüfparameter eingestellt:
Anströmgeschwindigkeit: 20 cm/s, wobei sich jeweils die unten angegebene Druckdifferenz DD ergab,
Partikelmassenkonzentration: 50 mg/m3,
Bestaubungszeit: variiert von 1 bis 3 Minuten,
Teststaub: "ac fine" mit folgender Zusammensetzung:
Anströmgeschwindigkeit: 20 cm/s, wobei sich jeweils die unten angegebene Druckdifferenz DD ergab,
Partikelmassenkonzentration: 50 mg/m3,
Bestaubungszeit: variiert von 1 bis 3 Minuten,
Teststaub: "ac fine" mit folgender Zusammensetzung:
Partikelgröße | |
Anteil [Gew.-%] | |
0,3-0,5 µm | |
55,5 | |
0,5-1,0 µm | 17,3 |
1,0-3,0 µm | 26,6 |
3,0-5,0 µm | 0,5 |
<5,0 µm | nicht relevant |
m = 200 g/m2;
DD = 23 Pa;
80 Gew.-% erfindungsgemäß modifizierte Fasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
DD = 23 Pa;
80 Gew.-% erfindungsgemäß modifizierte Fasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
m = 200 g/m2;
DD = 26 Pa;
40 Gew.-% erfindungsgemäß modifizierte Fasern;
40 Gew.-% Normalfasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
DD = 26 Pa;
40 Gew.-% erfindungsgemäß modifizierte Fasern;
40 Gew.-% Normalfasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
m = 200 g/m2;
DD = 25 Pa;
80 Gew.-% Normalfasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
DD = 25 Pa;
80 Gew.-% Normalfasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
m = 100 g/m2;
DD = 10 Pa;
80 Gew.-% erfindungsgemäß modifizierte Fasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
DD = 10 Pa;
80 Gew.-% erfindungsgemäß modifizierte Fasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
m = 100 g/m2;
DD = 10 Pa;
80 Gew.-% Normalfasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
DD = 10 Pa;
80 Gew.-% Normalfasern;
20 Gew.-% Bikomponenten-Bindefasern.
Die mit diesen Vliesmustern erzielten Abscheideleistungen sind
den folgenden Tabellen zu entnehmen:
Claims (31)
1. Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, dadurch
gekennzeichnet, daß sie aus einem Werkstoff bestehen, der
überwiegend ein fadenbildendes Polymerisat oder
Polykondensat und 0,01 bis 30 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis
10, insbesondere 0,1 bis 5 Gew.-%), bezogen auf das Gewicht
des Werkstoffs, organischer oder metallorganischer
Ladungssteuermittel enthält.
2. Elektretfasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das fadenbildende Polymerisat oder Polykondensat
schmelzspinnbar ist.
3. Elektretfasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das fadenbildende Polymerisat oder Polykondensat
lösungsspinnbar ist.
4. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff überwiegend
ein fadenbildendes Polymerisat enthält aus der Gruppe der
Polyolefine, der halogenierten Polyolefine, der
Polyacrylate, Polyacrylnitril, Polystyrol und
Fluorpolymeren.
5. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff
überwiegend ein fadenbildendes Polymerisat enthält aus der
Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyacrylnitril,
Polytetrafluorethylen und perfluoriertes Ethylen/Propylen-
Copolymer.
6. Elektretfasern gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff überwiegend ein fadenbildendes
Polymerisat enthält aus der Gruppe Polyethylen und
Polypropylen.
7. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff überwiegend
ein fadenbildendes Polykondensat enthält aus der Gruppe der
Polyester, Polycarbonate, Polyamide, Polyimide,
Polyetherketone (z. B. PEK und PEEK), Polyarylensulfide
insbesondere Polyphenylensulfid, Polyacetale und
Zelluloseester.
8. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff
überwiegend ein fadenbildendes Polykondensat enthält aus
der Gruppe der Polyester, Polyetherketone und
Polyphenylensulfid.
9. Elektretfasern gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff überwiegend Polyalkylenterephthalat
enthält.
10. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff überwiegend
Polypropylen enthält.
11. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein
Ladungssteuermittel enthält wie es in Tonern für
elektrophotographische Prozesse enthalten ist.
12. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als
Ladungssteuermittel eine oder verschiedene Verbindungen aus
folgenden Klassen enthält:
Triphenylmethane; Ammonium- und Immoniumverbindungen; fluorierte Ammonium- und Immoniumverbindungen; biskationische Säureamide; polymere Ammoniumverbindungen; Diallylammoniumverbindungen; Arylsulfide-Derivate; Phenolderivate; Phosphoniumverbindungen und fluorierte Phosphoniumverbindungen; Calix(n)arene; Metallkomplexverbindungen; Benzimidazolone; oder Azine, Thiazine oder Oxazine, die im Color Index als Pigment Dyes, Solvent Dyes, Basic Dyes oder Acid Dyes aufgeführt sind.
Triphenylmethane; Ammonium- und Immoniumverbindungen; fluorierte Ammonium- und Immoniumverbindungen; biskationische Säureamide; polymere Ammoniumverbindungen; Diallylammoniumverbindungen; Arylsulfide-Derivate; Phenolderivate; Phosphoniumverbindungen und fluorierte Phosphoniumverbindungen; Calix(n)arene; Metallkomplexverbindungen; Benzimidazolone; oder Azine, Thiazine oder Oxazine, die im Color Index als Pigment Dyes, Solvent Dyes, Basic Dyes oder Acid Dyes aufgeführt sind.
13. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als
Ladungssteuermittel eine oder mehrere verschiedene
Verbindungen aus folgenden Klassen enthält:
Triphenylmethane der Formel 1; Ammonium- und Immoniumverbindungen der Formel 2; fluorierte Ammonium- und Immoniumverbindungen der Formel 3; biskationische Säureamide der Formel 4; Diallylammoniumverbindungen der Formel 5; die aus diesen erhältlichen polymeren Ammoniumverbindungen der Formel 6; Arylsulfide-Derivate der Formel 7; Phenolderivate der Formel 8; Phosphoniumverbindungen und fluorierte Phosphoniumverbindungen der Formeln 9 und 10; Calix(n)arene der Formel 11; Metallkomplexverbindungen der Formeln 12, 13 und 14; Benzimidazolone der Formel 15; oder Azine der folgenden Color-Index-Nummern: C.I. Solvent Black 5, 5 : 1, 5:2, 7, 31 und 50; C.I. Pigment Black 1, C.I. Basic Red 2, C.I. Basic Black 1 und 2 und C.I. Oxidation Base 1; oder Thiazine der folgenden Color-Index Nummern: C.I. Basic Blue 9, 24 oder 25 und C.I. Solvent Blue 8; oder Oxazine der Color-Index Nummern C.I. Pigment Violet 23, C.I. Basic Blue 3, 10 oder 12; sowie die im Color Index unter Basic Dye oder Acid Dye aufgeführten Azine, Thiazine und Oxazine soweit sie die Spinn- und Verarbeitungstemperaturen des Elektret-Werkstoffs vertragen.
Triphenylmethane der Formel 1; Ammonium- und Immoniumverbindungen der Formel 2; fluorierte Ammonium- und Immoniumverbindungen der Formel 3; biskationische Säureamide der Formel 4; Diallylammoniumverbindungen der Formel 5; die aus diesen erhältlichen polymeren Ammoniumverbindungen der Formel 6; Arylsulfide-Derivate der Formel 7; Phenolderivate der Formel 8; Phosphoniumverbindungen und fluorierte Phosphoniumverbindungen der Formeln 9 und 10; Calix(n)arene der Formel 11; Metallkomplexverbindungen der Formeln 12, 13 und 14; Benzimidazolone der Formel 15; oder Azine der folgenden Color-Index-Nummern: C.I. Solvent Black 5, 5 : 1, 5:2, 7, 31 und 50; C.I. Pigment Black 1, C.I. Basic Red 2, C.I. Basic Black 1 und 2 und C.I. Oxidation Base 1; oder Thiazine der folgenden Color-Index Nummern: C.I. Basic Blue 9, 24 oder 25 und C.I. Solvent Blue 8; oder Oxazine der Color-Index Nummern C.I. Pigment Violet 23, C.I. Basic Blue 3, 10 oder 12; sowie die im Color Index unter Basic Dye oder Acid Dye aufgeführten Azine, Thiazine und Oxazine soweit sie die Spinn- und Verarbeitungstemperaturen des Elektret-Werkstoffs vertragen.
14. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als
Ladungssteuermittel eine oder mehrere verschiedene
Verbindungen aus folgenden Klassen enthält:
Triphenylmethane der Formel 1; Diallylammoniumverbindungen der Formel 5 und die daraus erhältlichen polymeren Aminoniumverbindungen der Formel 6; Arylsulfide-Derivate der Formel 7; Metallkomplexverbindungen der Formeln 12 und 13.
Triphenylmethane der Formel 1; Diallylammoniumverbindungen der Formel 5 und die daraus erhältlichen polymeren Aminoniumverbindungen der Formel 6; Arylsulfide-Derivate der Formel 7; Metallkomplexverbindungen der Formeln 12 und 13.
15. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als
Ladungssteuermittel eine Verbindung der Formel 1 enthält,
worin R1 und R3 Phenylamino und R2 3-Methyl-phenylamino und
X- ein Sulfatäquivalent ist.
16. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
15, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als
Ladungssteuermittel eine Verbindung der Formel 5 enthält,
worin R1 und R2 Methyl und X- ein Tetraphenylborat-Anion ist.
17. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als
Ladungssteuermittel eine Verbindung der Formel 7 enthält,
worin R1, R2, R3 und R4 Propyl und R5 eine Disulfid-Brücke
ist.
18. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
17, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff als
Ladungssteuermittel eine Verbindung der Formel 13 enthält,
worin R1 Chlor, R2 Wasserstoff und Z ein Proton ist.
19. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
18, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Titer im Bereich
von 0,02 bis 15 dtex haben.
20. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
19, dadurch gekennzeichnet, daß die Reißfestigkeit der
Fasern 20 bis 80, vorzugsweise 30 bis 65 cN/tex,
die Reißdehnung 10 bis 200%, vorzugsweise 10 bis 50%, insbesondere 20 bis 30%,
der Hitzeschrumpf 0 bis 50%, vorzugsweise < 10% beträgt.
die Reißdehnung 10 bis 200%, vorzugsweise 10 bis 50%, insbesondere 20 bis 30%,
der Hitzeschrumpf 0 bis 50%, vorzugsweise < 10% beträgt.
21. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
20, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
Präparationsauftrag von 0 bis 0,3 Gew.-%, vorzugsweise 0
bis 0,08 Gew.% aufweisen.
22. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
21, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form von
Multifilamentgarnen, Kabel und Vliesen vorliegen.
23. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
22, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Kombination mit
einem Nichtelektret-Material als Zweikomponentenfasern
vorliegen.
24. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
23, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bikomponentenfaser
mit mit Kern/Mantel-Struktur mit einem Kern aus
Elektretwerkstoff der im Anspruch 1 angegebenen
Zusammensetzung und einem Mantel aus niedriger
schmelzendem Polymermaterial vorliegen.
25. Elektretfasern gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis
24, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bikomponentenfaser
mit Kern/Mantel-Struktur mit einem Kern aus
Tetrafluorethylen-Copolymer und einem Mantel aus
Elektretwerkstoff der im Anspruch 1 angegebenen
Zusammensetzung vorliegen.
26. Verfahren zur Herstellung der Elektretfasern des Anspruchs
1 durch Verspinnen eines fadenbildenden Werkstoffs aus der
Schmelze oder aus einer Lösung in einem geeigneten
Lösemittel, wobei in an sich bekannter Weise nach dem
Naßspinn- oder dem Trockenspinnverfahren gearbeitet werden
kann, erforderlichenfalls Abkühlung der ersponnenen
Filamente, Abziehen mit einer Geschwindigkeit im Bereich
von etwa 100 bis 8000 m/min, vorzugsweise von 1000 bis 5000
m/min und daran anschließenden weiteren, üblichen
Verfahrensschritten, wie erforderlichenfalls Verstreckung
und je nach dem vorgesehenen weiteren Einsatz Wirrablage,
Zusammenfassung zu Garnen oder Kabeln, Texturierung,
Fixierung, Schnitt zu Stapelfasern, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Werkstoff versponnen wird, der überwiegend ein
fadenbildendes Polymerisat oder Polykondensat und 0,01 bis
30 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis 10, insbesondere 0,1 bis
5 Gew.-%), bezogen auf das Gewicht des Werkstoffs,
organischer oder metallorganischer Ladungssteuermittel
enthält.
27. Verfahren zur Herstellung der Elektretfasern des Anspruchs
1 durch Spalten von spaltbaren multilobalen Fasern, die
längs der Faserachse sich erstreckende Segmente aus dem
Elektretwerkstoff enthalten oder durch Matrixauflösung
eines "Island in the Sea"- Filaments dessen Inselbereiche
aus dem Elektretwerkstoff bestehen, oder durch Spalten
einer Folie aus dem Elektretwerkstoff, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektretwerkstoff überwiegend ein
fadenbildendes Polymerisat oder Polykondensat und 0,01 bis
30 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis 10, insbesondere 0,1 bis
5 Gew.-%), bezogen auf das Gewicht des Werkstoffs,
organischer oder metallorganischer Ladungssteuermittel
enthält.
28. Vliesstoff bestehend aus oder enthaltend Elektretfasern des
Anspruchs 1.
29. Staubfilter bestehend aus oder enthaltend einen Vliesstoff
des Anspruchs 28.
30. Verwendung der Elektretfasern des Anspruchs 1 zur
Herstellung von Vliesstoffen.
31. Verwendung der Elektretfasern des Anspruchs 1 zur
Herstellung von Staubfiltern.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4307398A DE4307398A1 (de) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, Verfahren zu ihrer Herstellung, und Textilmaterial enthaltend diese Elektretfasern |
ES94103273T ES2218521T3 (es) | 1993-03-09 | 1994-03-04 | Fibras de electreto con una estabilidad de carga mejorada, el proceso para su produccion y materiales textiles que contienen estas fibras de electreto. |
DE59410352T DE59410352D1 (de) | 1993-03-09 | 1994-03-04 | Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, Verfahren zu ihrer Herstellung, und Textilmaterial enthaltend diese Elektretfasern |
EP94103273A EP0615007B1 (de) | 1993-03-09 | 1994-03-04 | Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, Verfahren zu ihrer Herstellung, und Textilmaterial enthaltend diese Elektretfasern |
AT94103273T ATE259007T1 (de) | 1993-03-09 | 1994-03-04 | Elektretfasern mit verbesserter ladungsstabilität,verfahren zu ihrer herstellung, und textilmaterial enthaltend diese elektretfasern |
FI941069A FI941069A (fi) | 1993-03-09 | 1994-03-07 | Elektreettikuidut, joilla on parantunut varausstabiilisuus, menetelmä niiden valmistamiseksi, ja näitä elektreettikuituja sisältävä tekstiilimateriaali |
NO940812A NO940812L (no) | 1993-03-09 | 1994-03-08 | Elektretfibrer med forbedret ladningsstabilitet, fremgangsmåte for fremstilling derav og tekstilmateriale inneholdende disse elektretfibrene |
JP6038020A JPH073521A (ja) | 1993-03-09 | 1994-03-09 | 改良された帯電安定性を有するエレクトレット繊維類、その製造方法及びこれらエレクトレット繊維類を含有する繊維材料 |
US08/208,646 US5871845A (en) | 1993-03-09 | 1994-03-09 | Electret fibers having improved charge stability, process for the production thereof and textile material containing these electret fibers. |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4307398A DE4307398A1 (de) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, Verfahren zu ihrer Herstellung, und Textilmaterial enthaltend diese Elektretfasern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4307398A1 true DE4307398A1 (de) | 1994-12-01 |
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ID=6482331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4307398A Withdrawn DE4307398A1 (de) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | Elektretfasern mit verbesserter Ladungsstabilität, Verfahren zu ihrer Herstellung, und Textilmaterial enthaltend diese Elektretfasern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4307398A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10053229A1 (de) * | 2000-10-26 | 2002-05-23 | Tesa Ag | Gewebe- oder gewirkartiger Pollenschutz für Fenster und Türen |
DE10155448A1 (de) * | 2001-07-30 | 2003-02-27 | Sandler Helmut Helsa Werke | Verfahren zur Herstellung von Fasern oder eines Faserprodukts in einem elektrostatischen Spinnverfahren |
US7004995B2 (en) | 2000-10-26 | 2006-02-28 | Tesa Aktiengesellschaft | Triboelectric charging of wovens and knitted fabrics |
EP2060311A1 (de) * | 2007-11-14 | 2009-05-20 | Wolf PVG GmbH & Co. Kommanditgesellschaft | Luftfiltermedium |
DE102010060262B4 (de) * | 2009-12-03 | 2021-04-22 | Hyundai Motor Company | Verfahren zum Herstellen eines Elektrostatik-Vlies-Einlassfilters und Elektrostatik-Vlies-Einlassfilter, der unter Verwendung dieses Verfahrens hergestellt ist |
-
1993
- 1993-03-09 DE DE4307398A patent/DE4307398A1/de not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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