RU2748032C1 - Method for manufacturing electret material based on fluoropolymer - Google Patents
Method for manufacturing electret material based on fluoropolymer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748032C1 RU2748032C1 RU2020133240A RU2020133240A RU2748032C1 RU 2748032 C1 RU2748032 C1 RU 2748032C1 RU 2020133240 A RU2020133240 A RU 2020133240A RU 2020133240 A RU2020133240 A RU 2020133240A RU 2748032 C1 RU2748032 C1 RU 2748032C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electret
- fluoropolymer
- film
- vanadium
- carrier gas
- Prior art date
Links
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- ZHXZNKNQUHUIGN-UHFFFAOYSA-N chloro hypochlorite;vanadium Chemical compound [V].ClOCl ZHXZNKNQUHUIGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 7
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 abstract description 13
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- 101100160821 Bacillus subtilis (strain 168) yxdJ gene Proteins 0.000 description 1
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- MXTOFRMIIQQSOE-UHFFFAOYSA-N butane;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCC[CH2-].CCC[CH2-].CCC[CH2-].CCC[CH2-] MXTOFRMIIQQSOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229920006113 non-polar polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 1
- LFGREXWGYUGZLY-UHFFFAOYSA-N phosphoryl Chemical group [P]=O LFGREXWGYUGZLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
- H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологий изготовления электретных материалов и изделий на их основе и может быть применено при производстве электретных микрофонов, электретных фильтров для очистки газов и электромеханических преобразователей. Способ изготовления электретного материала включает нанесение на металлический электрод слоя фторполимера и синтез ванадийоксидных структур на его поверхности путем последовательной обработки полимерной матрицы газообразным реагентом (VOCl3), осушенным газом-носителем, парами воды и снова осушенным газом-носителем, и последующим электретированием в коронном разряде. Упрощение технологии изготовления электретного материала на основе фторполимера является результатом данного изобретения.The invention relates to the field of technologies for the manufacture of electret materials and products based on them and can be used in the production of electret microphones, electret filters for gas purification and electromechanical converters. The method of making an electret material includes the deposition of a fluoropolymer layer on a metal electrode and the synthesis of vanadium oxide structures on its surface by sequential treatment of the polymer matrix with a gaseous reagent (VOCl 3 ), a dried carrier gas, water vapor and again dried carrier gas, and subsequent electreting in a corona discharge ... Simplification of the technology for making an electret material based on a fluoropolymer is the result of the present invention.
Электретные материалы широко используются для создания акустических преобразователей, таких, как электретные микрофоны, сурдотелефоны, гидрофоны. Кроме того, на основе электретов изготавливаются электретные воздушные фильтры и электромеханические преобразователи - звукосниматели, сенсорные переключатели, ударные датчики и т.д. Пленочные полимерные электреты используются в электрических генераторах, фильтрах, элементах узлов трения и герметизации, антикоррозионных покрытиях. Электретный эффект используется в медицине для создания искусственных сосудов [1-2].Electret materials are widely used to create acoustic transducers such as electret microphones, deaf phones, hydrophones. In addition, electret air filters and electromechanical transducers - pickups, touch switches, shock sensors, etc. are made on the basis of electrets. Film polymer electrets are used in electric generators, filters, elements of friction and sealing units, anti-corrosion coatings. The electret effect is used in medicine to create artificial vessels [1-2].
Эффективность практического использования электретных материалов определяется величиной и стабильностью сформированного электретного заряда. В первую очередь имеется в виду стабильность во времени, которая определяется длительностью жизненного цикла электрета (τ) - временем, за которое эффективная поверхностная плотность заряда σ уменьшается в определенное число раз. Для материалов, обладающих ярко выраженными электретными свойствами, этот параметр составляет от нескольких суток до нескольких лет при нормальных условиях. Поскольку время жизни электретного материала резко уменьшается с увеличением эффективной поверхностной плотности заряда, важным критерием качества таких материалов также является величина стабильной остаточной плотности заряда σст. Значения стабильной остаточной плотности заряда, которые удается получить на практике, составляют порядка 10-6-10-5 Кл/м2, что существенно сужает области применения таких материалов.The efficiency of the practical use of electret materials is determined by the magnitude and stability of the formed electret charge. First of all, we mean stability over time, which is determined by the duration of the electret's life cycle (τ) - the time during which the effective surface charge density σ decreases by a certain number of times. For materials with pronounced electret properties, this parameter ranges from several days to several years under normal conditions. Since the lifetime of an electret material sharply decreases with an increase in the effective surface charge density, an important criterion for the quality of such materials is also the value of the stable residual charge density σ st . The values of the stable residual charge density that can be obtained in practice are of the order of 10 -6 -10 -5 C / m 2 , which significantly narrows the field of application of such materials.
Важнейшей комплексной характеристикой электретных материалов является термостабильность заряда, которая определяет температурные условия эксплуатации и максимальные температуры, до которых допустим кратковременный нагрев материала без существенного спада электретного заряда [3]. В качестве параметров, определяющих термостабильность заряда, используются температуры начала спада заряда (Т*) и полуспада заряда, когда поверхностная плотность заряда уменьшается в два раза относительно начального значения (Т**).The most important complex characteristic of electret materials is the thermal stability of the charge, which determines the temperature conditions of operation and the maximum temperatures to which short-term heating of the material is permissible without a significant drop in the electret charge [3]. The temperatures of the onset of charge decay (T *) and charge half-decay, when the surface charge density is halved relative to the initial value (T **), are used as parameters that determine the thermal stability of the charge.
Выбор фторполимеров для изготовления электретных материалов обусловлен их наилучшими диэлектрическими свойствами и электретными характеристиками среди неполярных полимеров. Поверхностная плотность заряда на пленках из фторполимеров способна сохраняться неизменной в течение нескольких лет. Кроме того, в условиях большой влажности пленочные электреты из фторполимеров так же являются самыми стабильными. Именно на основе электретированных фторполимеров изготавливают искусственные сосуды, способствующие профилактике тромбоза [4], биполярные электретные микрофоны, пьезодатчики с большим пьезомодулем [3]. Основное затруднение при эксплуатации электретных материалов на основе фторполимеров заключается в недостаточной стабильности их положительного электретного заряда, в то время как отрицательно заряженные фторполимерные электреты очень стабильны. Для стабилизации положительного электретного заряда фторполимеров используется электретирование в коронном разряде, в том числе и при повышенных температурах, а также введение в полимерную пленку различных добавок [5-7] и химическое модифицирование поверхности полимеров, основанное на принципах метода молекулярного наслаивания [8].The choice of fluoropolymers for the manufacture of electret materials is due to their best dielectric properties and electret characteristics among non-polar polymers. The surface charge density on fluoropolymer films can remain unchanged for several years. In addition, fluoropolymer film electrets are also the most stable in high humidity conditions. It is on the basis of electreted fluoropolymers that artificial vessels are made that contribute to the prevention of thrombosis [4], bipolar electret microphones, piezoelectric sensors with a large piezomodule [3]. The main difficulty in the operation of electret materials based on fluoropolymers is the insufficient stability of their positive electret charge, while negatively charged fluoropolymer electrets are very stable. To stabilize the positive electret charge of fluoropolymers, electreting in a corona discharge is used, including at elevated temperatures, as well as the introduction of various additives into the polymer film [5-7] and chemical modification of the polymer surface based on the principles of the molecular layering method [8].
Известен электретный материал на основе фторполимера, представляющий из себя полимерную пленку, к поверхности которой привиты фосфорсодержащие функциональные группировки по методу молекулярного наслаивания, и впоследствии заряженный в положительном коронном разряде [9]. Также известен способ стабилизации положительного электретного заряда путем жидкофазной модификации фторполимерной пленки тетраэтоксисиланом, тетрабутилтитаном и ортофосфорной кислотой с последующим электретированием в коронном разряде [10]. Электретные материалы, изготовленные такими способами, обладают недостаточной термостабильностью (Т* = 140, 160 и 165°С; Т** = 185, 225 и 230°С соответственно) положительного заряда. При жидкофазной обработке фторполимера реагентами [10] имеется целый ряд технологических недостатков: затруднен контроль над процессом поверхностной модификации, концентрацией и составом привитых функциональных групп. Известны фторполимерные электреты, состоящие из электрода и полимерной пленки, на которую нанесен дискретный слой наноразмерных агрегатов титансодержащих структур [3]. Перед нанесением модификатора поверхность полимерной пленки была трибоэлектризована и отрицательно заряжена [3]. Недостатком таких электретных материалов является необходимость проведения дополнительных стадий процесса: предварительная подготовка полимерной пленки перед химическим модифицированием.Known electret material based on a fluoropolymer, which is a polymer film, to the surface of which phosphorus-containing functional groups are grafted by the method of molecular layering, and subsequently charged in a positive corona discharge [9]. Also known is a method of stabilizing a positive electret charge by liquid-phase modification of a fluoropolymer film with tetraethoxysilane, tetrabutyltitanium and orthophosphoric acid, followed by electreting in a corona discharge [10]. Electret materials made by such methods have insufficient thermal stability (T * = 140, 160, and 165 ° C; T ** = 185, 225, and 230 ° C, respectively) of a positive charge. During the liquid-phase treatment of a fluoropolymer with reagents [10], there are a number of technological disadvantages: it is difficult to control the process of surface modification, the concentration and composition of grafted functional groups. Known fluoropolymer electrets, consisting of an electrode and a polymer film, on which a discrete layer of nanosized aggregates of titanium-containing structures is applied [3]. Before applying the modifier, the surface of the polymer film was triboelectrified and negatively charged [3]. The disadvantage of such electret materials is the need for additional stages of the process: preliminary preparation of the polymer film before chemical modification.
В работе [11] предложен способ стабилизации положительного гомозаряда в электретном материале на основе фторполимера, заключающийся в нанесении на поверхность полимера в разной последовательности двух дискретных слоев титансодержащих и фосфорсодержащих структур, химически связанных с полимерной матрицей и друг с другом. Недостатками этого способа является недостаточная термостабильность положительного заряда в электретах, изготовленных таким образом (Т* = 150 и 170°С; Т** = 219 и 225°С), по сравнению с электретным материалом с одиночным дискретным слоем наноразмерных агрегатов титансодержещих структур на поверхности (Т* = 180°С; Т** = 237°С), и нецелесообразность нанесения двух слоев дискретных элементсодержащих структур, химически связанных с поверхностью полимера и между собой.In [11], a method was proposed for stabilizing a positive homocharge in an electret material based on a fluoropolymer, which consists in applying on the polymer surface in a different sequence of two discrete layers of titanium-containing and phosphorus-containing structures chemically bonded to the polymer matrix and to each other. The disadvantages of this method is the insufficient thermal stability of the positive charge in electrets made in this way (T * = 150 and 170 ° C; T ** = 219 and 225 ° C), compared with an electret material with a single discrete layer of nanosized aggregates of titanium-containing structures on the surface (T * = 180 ° C; T ** = 237 ° C), and the inexpediency of applying two layers of discrete element-containing structures chemically bonded to the polymer surface and to each other.
Прототипом изобретения является способ изготовления пленочного электрета [12], включающий нанесение на металлический электрод слоя фторполимера, обработку в течение 15 секунд поверхности фторполимера плазмой высокочастотного (частота 27,12 МГц) емкостного разряда в атмосфере насыщенного водяного пара при давлениях 500-1000 Па и удельных мощностях разряда 2-4 кВт/м2, нанесение на поверхность фторполимера дискретного слоя изолированных друг от друга наноразмерных агрегатов титансодержащих структур и последующее электретирование в положительном коронном разряде. В результате обработки поверхности фторполимера плазмой высокочастотного емкостного разряда повышается его реакционная способность, и при дальнейшей нанесении на фторполимер дискретного слоя изолированных друг от друга агрегатов титансодержащих структур к поверхностным макромолекулам фторполимера прививается большее количество наноструктур.The prototype of the invention is a method for making a film electret [12], including applying a fluoropolymer layer on a metal electrode, treating the fluoropolymer surface for 15 seconds with a plasma of a high-frequency (27.12 MHz) capacitive discharge in an atmosphere of saturated water vapor at pressures of 500-1000 Pa and specific discharge power 2-4 kW / m2, deposition on the surface of the fluoropolymer of a discrete layer of isolated from each other nanosized aggregates of titanium-containing structures and subsequent electreting in a positive corona discharge. As a result of treating the surface of a fluoropolymer with a plasma of a high-frequency capacitive discharge, its reactivity increases, and upon further deposition of a discrete layer of aggregates of titanium-containing structures isolated from each other on the fluoropolymer, a greater number of nanostructures are grafted to the surface macromolecules of the fluoropolymer.
Недостаток прототипа:Disadvantage of a prototype:
необходимость предварительной обработки поверхности фторполимера плазмой для увеличения его реакционной способности.the need for pretreatment of the surface of the fluoropolymer with plasma to increase its reactivity.
Цель изобретения - упрощение технологии изготовления электретного материала на основе фторполимера.The purpose of the invention is to simplify the technology of manufacturing an electret material based on a fluoropolymer.
Искомый технический результат достигается за счет того, что в известном способе изготовления электретного материала после нанесения на металлический электрод слоя фторполимера, наносится дискретный слой, состоящий из изолированных друг от друга наноразмерных агрегатов ванадийсодержащих структур, затем производится электретирование в положительном коронном разряде.The desired technical result is achieved due to the fact that in the known method of making an electret material, after applying a layer of fluoropolymer to a metal electrode, a discrete layer is applied, consisting of nano-sized aggregates of vanadium-containing structures isolated from each other, then electreting is performed in a positive corona discharge.
В результате модифицирования на поверхности фторполимера формируется дискретный слой ванадийсодержащих структур, что способствует достижению термостабильности фторполимерного электретного материала (Т* = 205°С; Т** = 257°С) (фиг. 1, кривая 1), близкой к термостабильности материала, описываемого в прототипе (Т* = 207°С; Т** = 260°С) (фиг. 1, кривая 2).As a result of modification on the surface of the fluoropolymer, a discrete layer of vanadium-containing structures is formed, which contributes to the achievement of thermal stability of the fluoropolymer electret material (T * = 205 ° C; T ** = 257 ° C) (Fig. 1, curve 1), close to the thermal stability of the material described in the prototype (T * = 207 ° C; T ** = 260 ° C) (Fig. 1, curve 2).
Последовательность операций для реализации заявляемого способа изготовления пленочного электрета состоит в следующем. На металлический электрод наносят пленку фторполимера. Затем металлофторполимер помещают в реактор проточного типа, где при температуре 100°С в токе сухого воздуха (влагосодержание <100 мг/м3) происходит удаление с поверхности пленки физически сорбированной воды. Затем в реактор в токе осушенного газа-носителя подают пары оксохлорида ванадия (VOCl3). После прекращения подачи оксохлорида ванадия реактор продувается осушенным газом-носителем для удаления избытка реагента и побочных продуктов реакции. Затем в реактор в потоке газа-носителя подают пары воды. После завершения парофазного гидролиза из реактора осушенным газом-носителем удаляются избыток паров воды и побочные продукты реакции. Далее модифицированная пленка фторполимера извлекается из реактора, охлаждается, а затем электретируется в положительном коронном разряде на воздухе при комнатной температуре.The sequence of operations for the implementation of the proposed method of manufacturing a film electret is as follows. A fluoropolymer film is applied to the metal electrode. Then the metal fluoropolymer is placed in a flow-through reactor, where at a temperature of 100 ° C in a stream of dry air (moisture content <100 mg / m 3 ), physically sorbed water is removed from the film surface. Then, vapors of vanadium oxochloride (VOCl 3 ) are fed into the reactor in a stream of dried carrier gas. After stopping the vanadium oxochloride feed, the reactor is purged with a dried carrier gas to remove excess reagent and reaction by-products. Then, water vapor is fed into the reactor in a carrier gas stream. After the completion of vapor-phase hydrolysis, excess water vapor and reaction by-products are removed from the reactor with a dried carrier gas. Next, the modified fluoropolymer film is removed from the reactor, cooled, and then electreted in a positive corona discharge in air at room temperature.
Примеры реализации способаExamples of implementation of the method
Пример 1 (по прототипу). На металлический электрод наносится пленка фторполимера, после чего в течение 15 секунд осуществляют обработку поверхности фторполимера плазмой высокочастотного (частота 27,12 МГц) емкостного разряда в атмосфере насыщенного водяного пара при давлениях 500-1000 Па и удельных мощностях разряда 2-4 кВт/м2. После плазменной обработки поверхность политетрафторэтилена обрабатывается парами тетрахлорида титана (TiCl4) в реакторе проточного типа при температуре 130°С в течение 10 мин. Затем реактор продувается потоком осушенного газа-носителя (воздух) без подачи реагента (TiCl4) и охлаждается в течение 5 мин. После извлечения образца из реактора он электретируется положительным зарядом. Электретирование производится в положительном коронном разряде на воздухе до величины начальной поверхностной плотности заряда 27,2⋅10-4 Кл/м2. Результаты испытаний полученных электретов на основе фторполимера на термостабильность электретного заряда в режиме линейного нагрева образцов со скоростью 8,15°С/мин представлены на фиг. 1 (кривая 2).Example 1 (prototype). A film of a fluoropolymer is applied to the metal electrode, after which, for 15 seconds, the surface of the fluoropolymer is treated with a plasma of a high-frequency (frequency 27.12 MHz) capacitive discharge in an atmosphere of saturated water vapor at pressures of 500-1000 Pa and specific discharge powers of 2-4 kW / m 2 ... After plasma treatment, the surface of polytetrafluoroethylene is treated with titanium tetrachloride vapor (TiCl 4 ) in a flow-through reactor at a temperature of 130 ° C for 10 minutes. The reactor is then purged with a stream of dried carrier gas (air) without supplying a reagent (TiCl 4 ) and cooled for 5 min. After removing the sample from the reactor, it is electreted with a positive charge. Electreting is performed in a positive corona discharge in air to an initial surface charge density of 27.2⋅10 -4 C / m 2 . The results of testing the obtained electrets based on a fluoropolymer for the thermal stability of an electret charge in the mode of linear heating of samples at a rate of 8.15 ° C / min are shown in Fig. 1 (curve 2).
Пример 2 (согласно заявляемому изобретению). На металлический электрод наносят пленку фторполимера. Затем фторполимер помещают в реактор проточного типа, где при температуре 100°С в токе сухого воздуха (влагосодержание <100 мг/м3) происходит удаление с поверхности пленки физически сорбированной воды и прочих загрязнений. Затем в реактор в токе осушенного газа-носителя подают пары оксохлорида ванадия (VOCl3). После завершения стадии обработки оксохлоридом ванадия реактор продувается осушенным газом-носителем для удаления избытка реагента и побочных газообразных продуктов реакции. Затем в реактор в потоке газа-носителя подают пары воды. После завершения парофазного гидролиза из реактора осушенным газом-носителем удаляются избыток паров воды и побочные продукты реакции. Далее модифицированная пленка фторполимера извлекается из реактора, охлаждается и электретируется в положительном коронном разряде до значения поверхностного потенциала 215 В, что соответствует поверхностной плотности накопленного заряда σ=2,93⋅10-4 Кл/м2. Результаты испытаний полученных электретов на основе фторполимера на термостабильность электретного заряда в режиме линейного нагрева образцов со скоростью 8,15°С/мин представлены на фиг. 1 (кривая 1).Example 2 (according to the claimed invention). A fluoropolymer film is applied to the metal electrode. Then the fluoropolymer is placed in a flow-through reactor, where at a temperature of 100 ° C in a stream of dry air (moisture content <100 mg / m 3 ), physically sorbed water and other contaminants are removed from the film surface. Then, vapors of vanadium oxochloride (VOCl 3 ) are fed into the reactor in a stream of dried carrier gas. After completion of the vanadium oxochloride treatment step, the reactor is purged with a dried carrier gas to remove excess reagent and by-product gaseous reaction products. Then, water vapor is fed into the reactor in a carrier gas stream. After the completion of vapor-phase hydrolysis, excess water vapor and reaction by-products are removed from the reactor with a dried carrier gas. Next, a modified fluoropolymer film is removed from the reactor, cooled and elektretiruetsya in positive corona discharge to a value of the surface potential of 215 V, which corresponds to the surface density of the accumulated charge σ = 2,93⋅10 -4 C / m 2. The results of testing the obtained electrets based on a fluoropolymer for the thermal stability of an electret charge in the mode of linear heating of samples at a rate of 8.15 ° C / min are shown in Fig. 1 (curve 1).
Анализ результатов, представленных на фиг. 1, свидетельствует о следующем:An analysis of the results presented in FIG. 1 indicates the following:
1. Термостабильность поверхностной плотности положительного заряда у фторполимерных электретов, изготовленных согласно изобретению (фиг. 1, кривая 1) близка к термостабильности поверхностной плотности заряда у электретов, изготовленных согласно прототипу (фиг. 1, кривая 2). Температуры начала спада заряда Т* = 205°С (изобретение) и Т* = 207°С (прототип); температуры полуспада заряда Т** = 257°С (изобретение) и Т** = 260°С (прототип).1. The thermal stability of the surface charge density of the fluoropolymer electrets made according to the invention (Fig. 1, curve 1) is close to the thermal stability of the surface charge density of the electrets made according to the prototype (Fig. 1, curve 2). The temperature of the beginning of the decay of the charge T * = 205 ° C (invention) and T * = 207 ° C (prototype); the temperature of the half-decay of the charge T ** = 257 ° C (invention) and T ** = 260 ° C (prototype).
2. При близких значениях термостабильности поверхностной плотности заряда электретных материалов, изготовленных по способу-прототипу и согласно изобретению, заявляемый способ изготовления исключает процедуру обработки поверхности фторполимера плазмой высокочастотного емкостного разряда.2. With close values of the thermal stability of the surface charge density of electret materials made according to the prototype method and according to the invention, the inventive manufacturing method excludes the procedure for treating the surface of the fluoropolymer with a high-frequency capacitive discharge plasma.
Таким образом, цель изобретения, заключающаяся в упрощении технологии производства фторполимерных электретных материалов, достигнута.Thus, the object of the invention, which is to simplify the technology for the production of fluoropolymer electret materials, has been achieved.
Источники информацииInformation sources
1. Гороховатский Ю.А. Электретный эффект и его применение / Соросовский образовательный журнал. - 1997. - №8. - С. 92-98.1. Gorokhovatsky Yu.A. The electret effect and its application / Soros Educational Journal. - 1997. - No. 8. - S. 92-98.
2. Губкин А.Н. Электреты / А.Н. Губкин. - М.: Наука, 1978. - 192 с.2. Gubkin A.N. Electrets / A.N. Gubkin. - Moscow: Nauka, 1978 .-- 192 p.
3. Пат. 2523337 Российская Федерация, МПК H01G 7/02. Способ изготовления пленочного электрета / Рычков А.А., Рычков Д.А., Кузнецов А.Е., Иванов В.А., Малыгин А.А., Ефимов Н.Ю.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена. - 2012157405/07; заявл. 25.12.2012; опубл. 20.07.2014.3. Pat. 2523337 Russian Federation, IPC H01G 7/02. Method of making a film electret / Rychkov A.A., Rychkov D.A., Kuznetsov A.E., Ivanov V.A., Malygin A.A., Efimov N.Yu .; applicant and patentee FGBOU VPO Russian State Pedagogical University named after A.I. Herzen. - 2012157405/07; declared 12/25/2012; publ. 07/20/2014.
4. Zelt D.Т., Abbott W.М. Vascular prostheses // Oxford Textbook of Surgery. Ed. P.J. Morris, R.A. Malt. Oxford University Press, 1994: 349-353.4. Zelt D.T., Abbott W.M. Vascular prostheses // Oxford Textbook of Surgery. Ed. P.J. Morris, R.A. Malt. Oxford University Press, 1994: 349-353.
5. Влияние диоксида титана на электретные свойства полиэтилена высокого давления / М.Ф. Галиханов, Д.А. Еремеев, РЛ. Дебердеев // Вестник Казанского технологического университета. - 2003. - №1. - С. 299-305.5. Influence of titanium dioxide on electret properties of high-pressure polyethylene / M.F. Galikhanov, D.A. Eremeev, RL. Deberdeev // Bulletin of Kazan Technological University. - 2003. - No. 1. - S. 299-305.
6. Patent US 6573205, IPC H01G 7/02; B03C 3/28; D01F 6/04; D04H 1/00; D04H 3/00. Stable electret polymeric articles. / Myers D.L., Lasslg J.J., Turkevich L.A., Midkiff D.G. // Publ. 03.06.2003.6. Patent US 6573205, IPC H01G 7/02; B03C 3/28; D01F 6/04;
7. Патент RU №2568488, МПК C08L 101/16, C08L 23/08, C08L 3/02, C08J 5/18, B65D 65/38. Композитный полимерный упаковочный материал на основе полиэтилена высокого давления с добавками крахмала и диоксида кремния. / Бурда В.В., Гороховатский Ю.А. // Опубл. 20.11.2015.7. Patent RU No. 2568488, IPC C08L 101/16, C08L 23/08, C08L 3/02, C08J 5/18, B65D 65/38. Composite polymer packaging material based on high pressure polyethylene with additives of starch and silicon dioxide. / Burda V.V., Gorokhovatsky Yu.A. // Publ. 20.11.2015.
8. Технология молекулярного наслаивания и некоторые области ее применения // А.А. Малыгин. - Журнал прикладной химии. - 1996. - Т. 69, №10. - с. 1585-1593.8. Molecular layering technology and some areas of its application // А.А. Malygin. - Journal of Applied Chemistry. - 1996. - T. 69, No. 10. - from. 1585-1593.
9. Рычков А.А. Влияние химического модифицирования поверхности политетрафторэтилена на его электретные свойства / А.А. Рычков, А.А. Малыгин, С.А. Трифонов и др. // Журнал прикладной химии. - 2004. - Т. 77. - №2. - С. 280-284.9. Rychkov A.A. Influence of chemical modification of the surface of polytetrafluoroethylene on its electret properties. Rychkov, A.A. Malygin, S.A. Trifonov et al. // Journal of Applied Chemistry. - 2004. - T. 77. - No. 2. - S. 280-284.
10. Рычков А.А. Эффект стабилизации электретного заряда в пленках политетрафторэтилена с химически модифицированной поверхностью / А.А. Рычков, В.Н. Пак, А.Е. Кузнецов и др. // Известия российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. - 2007. - Т. 7. - №26. - С. 137-142.10. Rychkov A.A. Effect of Electret Charge Stabilization in Polytetrafluoroethylene Films with a Chemically Modified Surface / A.A. Rychkov, V.N. Pak, A.E. Kuznetsov et al. // Bulletin of the Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen. - 2007. - T. 7. - No. 26. - S. 137-142.
11. Радюк Е.А. Свойства пленок политетрафторэтилена, модифицированных титан- и фосфороксидными структурами / Е.А. Радюк, Е.А. Соснов, А.А. Малыгин и др. // Журнал прикладной химии. - 2019. - Т. 92. - №8. - С. 1036-1042.11. Radyuk E.A. Properties of polytetrafluoroethylene films modified with titanium and phosphorus oxide structures / E.A. Radyuk, E.A. Sosnov, A.A. Malygin et al. // Journal of Applied Chemistry. - 2019. - T. 92. - No. 8. - S. 1036-1042.
12. Патент RU №2528618, МПК H01G 7/02, В82В 3/00. Способ изготовления пленочного электрета. / Рычков А.А., Кузнецов А.Е., Рычков Д.А., Малыгин А.А., Юленец Ю.П., Ефимов Н.Ю. // Опубл. 20.09.2014.12. Patent RU No. 2528618, IPC H01G 7/02, В82В 3/00. A method of making a film electret. / Rychkov A.A., Kuznetsov A.E., Rychkov D.A., Malygin A.A., Yulenets Yu.P., Efimov N.Yu. // Publ. 09/20/2014.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020133240A RU2748032C1 (en) | 2020-10-08 | 2020-10-08 | Method for manufacturing electret material based on fluoropolymer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020133240A RU2748032C1 (en) | 2020-10-08 | 2020-10-08 | Method for manufacturing electret material based on fluoropolymer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2748032C1 true RU2748032C1 (en) | 2021-05-19 |
Family
ID=75919922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020133240A RU2748032C1 (en) | 2020-10-08 | 2020-10-08 | Method for manufacturing electret material based on fluoropolymer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2748032C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793453C1 (en) * | 2022-05-04 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Method for manufacturing film electret |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6573205B1 (en) * | 1999-01-30 | 2003-06-03 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Stable electret polymeric articles |
| JP2005191467A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Nippon Valqua Ind Ltd | Manufacturing method of laminated plate for electret-fixing electrode |
| RU2523337C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" | Method of film electret production |
| RU2528618C1 (en) * | 2013-11-19 | 2014-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" (РГПУ им. А.И. Герцена) | Method of film electret production |
-
2020
- 2020-10-08 RU RU2020133240A patent/RU2748032C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6573205B1 (en) * | 1999-01-30 | 2003-06-03 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Stable electret polymeric articles |
| JP2005191467A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Nippon Valqua Ind Ltd | Manufacturing method of laminated plate for electret-fixing electrode |
| RU2523337C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" | Method of film electret production |
| RU2528618C1 (en) * | 2013-11-19 | 2014-09-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" (РГПУ им. А.И. Герцена) | Method of film electret production |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793453C1 (en) * | 2022-05-04 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Method for manufacturing film electret |
| RU2812339C1 (en) * | 2023-07-16 | 2024-01-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Method for manufacturing electret material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Choi et al. | Plasma-induced graft co-polymerization of acrylic acid onto the polyurethane surface | |
| DE60214513T2 (en) | PROCESS FOR SURFACE MODIFICATION | |
| US3808113A (en) | Method for manufacturing medical articles composed of various synthetic high polymers coated with collagen and exposed to radiation | |
| DE69636460T2 (en) | PLASMA-INDUCED POLYMER COATINGS | |
| Vasilets et al. | Microwave CO2 plasma-initiated vapour phase graft polymerization of acrylic acid onto polytetrafluoroethylene for immobilization of human thrombomodulin | |
| EP3538287B1 (en) | Method for depositing hydrophilic, multifunctional ultra-thin coatings with excellent stability and durability | |
| AU744202B2 (en) | Non-fouling, wettable coated devices | |
| WO2005042795A2 (en) | Plasma polymerization of atomically modified surfaces | |
| KR20160029985A (en) | A method for generating plasma uniformly on dielectric material | |
| KR20110037976A (en) | Filtration media | |
| Calderon et al. | Stability of plasma‐polymerized allylamine films with sterilization by autoclaving | |
| RU2748032C1 (en) | Method for manufacturing electret material based on fluoropolymer | |
| DE19604173C2 (en) | Method for producing antithrombogenic surfaces on medical objects to be used extracorporeally and / or intracorporeally | |
| TW200940161A (en) | Filtration membranes | |
| Sugiyama et al. | Evaluation of biocompatibility of the surface of polyethylene films modified with various water soluble polymers using Ar plasma‐post polymerization technique | |
| Upadhyay et al. | Surface modification and characterization of dichloromethane plasma treated polypropylene film | |
| Shcherbina et al. | Plasma chemical modification of polymer surface. Polyethylene terephthalate | |
| JP5066768B2 (en) | Modified carbonaceous film | |
| Sevast’yanov et al. | Plasmochemical modification of fluorocarbon polymers for creation of new hemocompatible materials | |
| RU2648360C1 (en) | Electret material based on polyethylene and method of its manufacture | |
| RU2812339C1 (en) | Method for manufacturing electret material | |
| Carette et al. | Atmospheric plasma: A simple way of improving the interface between natural polysaccharides and polyesters | |
| JP3463099B2 (en) | Polymer surface treatment method | |
| CN106861469A (en) | The method of polypropylene screen surface construction binary pattern | |
| Imai et al. | Ultra-hydrophilic Diamond-like Carbon Coating on an Inner Surface of a Small-diameter Long Tube with an Amino Group by AC High-voltage Plasma Discharge |