WO2009103673A1 - Elektretbeschichtung auf einem substrat - Google Patents

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WO2009103673A1
WO2009103673A1 PCT/EP2009/051767 EP2009051767W WO2009103673A1 WO 2009103673 A1 WO2009103673 A1 WO 2009103673A1 EP 2009051767 W EP2009051767 W EP 2009051767W WO 2009103673 A1 WO2009103673 A1 WO 2009103673A1
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magnetic particles
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Salah Bendjaballah
Sylvia Klausnitzer
Yvonne Klawitter
Mathias Becker
Martin Klenke
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Nanogate Ag
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Definitions

  • the invention relates to an electret coating on a substrate, a dispersed aqueous electret equipment, a method for producing an electret coating on the substrate and the use of the electret coating for finishing textiles and carpets, for the production of filters, for example for air and water filtration or in cigarette filters, Sensors, condenser microphones, data storage or membranes.
  • electret filters are usually produced in such a way that an electretable substance is applied to a carrier material, melted and charged in an electric field.
  • US 5,162,608 A describes a pressure roller with an electret coating, which comes with a developer substance, containing magnetic particles, in contact.
  • US 4,258,730 A describes a jacket of a cigarette filter including a switch having an electret body and a magnetic body for improving the efficiency of the cigarette filter.
  • JP 08038934 A also relates to an air filter.
  • a mixture of different powders is poured into a container. This results in a very small contact surface of the electret material with the incoming air. Since there are only a few electret particles directly on the surface of the filter, only a very small proportion of the electret particles can be charged with the highest possible voltage. With the material described herein, a flat equipment is not possible.
  • magnetic and electret components act from different directions on the same particles to be filtered.
  • the electret materials known from the above prior art especially when present as fibers, can usually be charged with a voltage of at most 500V. Even with a slow degradation of the charge, these materials are therefore quickly ineffective.
  • meltblown fibers are relatively expensive.
  • polymers lose their surface charge too fast. So far, surfaces are usually charged via bar electrodes. A charge waste is accepted.
  • the aim is to continue to develop a water-based equipment for textiles and especially nonwovens made of PES, which by charging the hardened equipment an electret effect so charge storage and conservation shows.
  • Substrate characterized in that it comprises non-magnetic particles with an inorganic coating and / or magnetic particles.
  • the particles are substantially embedded in the electret material, so that they can develop a more evenly distributed a more uniform effect.
  • the coating contains the particles in an amount in a range of 0.01 to 6 wt.% And, independently, electret material in an amount in a range of 0.1 to 60 wt.%.
  • the electret coating of the present invention contains magnetic particles and / or nonmagnetic particles having an inorganic coating in an amount in a range of 0.01 to 1 wt%, and electret material in an amount in a range of 0.1 to 10 wt%.
  • Low levels of particles in the electret coating according to the invention are particularly suitable for sensors, condenser microphones or data memories. It goes without saying that also the magnetic particles can be coated in the same way as the non-magnetic particles.
  • the substrate comprises plastic films or fibers.
  • Magnetic particles according to the invention advantageously comprise those having a magnetic susceptibility at 25 0 C of at least 0.1 and higher, or at least -0.1 and less.
  • magnetic particles are understood as meaning particles which are diamagnetic, ferrimagnetic, paramagnetic, superparamagnetic, ferroelectric, antiferromagnetic, or ferromagnetic, or have ferromagnetic domains, which are therefore ferromagnetic as such, but the magnetic moments The domains have different directions and thus cancel all or part, so that no or only a weaker magnetic moment is measurable to the outside.
  • the ratio of width to length of the magnetic particles is preferably in a range of 0.01 to 1000, more preferably in a range of 0.5 to 2, even more preferably in a range of 0.1 to 20.
  • the magnetic particles have a higher mechanical stability than such particles, which have a more elongated shape such as fibers.
  • the average particle diameter of the magnetic particles and / or non-magnetic particles having an inorganic coating is preferably in a range of 5 to 60,000 nm, preferably in a range of 5 to 50,000 nm, more preferably in a range of 5 to 500 nm, most preferably in one range from 50 to 500 nm. This allows a more homogeneous distribution of the particles in the resulting electret coating and the application in smaller layer thicknesses.
  • the ferromagnetic particles are preferably made of a material selected from the group iron, cobalt, nickel, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , CrO 2 , barium ferrite, gadolinium, dysprosium, holmium, erbium, terbium, Al-Ni. Co alloy, Sm-Co alloy, Nd 2 Fe I4 B, Ni-Fe alloy, Ni-Cu-Co alloy, Manganarsenid, europium oxide, rare-earth alloy, permalloy, silicon iron, Mn-Zn-ferrites, superalloy, barium oxide, Nd-Fe-B alloy or a mixture thereof.
  • this group includes perovskites such as PZT (lead-zinc titanate) or barium titanate.
  • the non-magnetic particles include, for example, in particular consist of layered silicates (s).
  • the particles used according to the invention are nonmagnetic.
  • the particles preferably consist of mica. The advantage of mica is that these are platelets that deposit themselves largely flat on the substrate surface during the drying of the coating. It is therefore effective the whole surface of the plate.
  • the inorganic coating in particular of the mica particles, advantageously has a layer thickness in a range of 1 to 200 nm, in particular in a range of 10 to 100 nm, very particularly preferably 12 to 30 nm.
  • the coating thickness is advantageously as small as possible.
  • the coating is then amorphous, resulting in better charge storage. In addition, less coating material is required thereby, whereby these particles can be produced more economically.
  • the inorganic coating preferably contains a material selected from the group consisting of antimony-doped tin oxide, silicon oxide, titanium dioxide or mixtures thereof. Particularly preferably, the coating consists of it. Most preferably, the coating consists of antimony-doped tin oxide, a mixture of antimony-doped tin oxide and silicon oxide or a mixture of titanium dioxide, silicon oxide and antimony-doped tin oxide. These materials are partially semiconductors and can bind dust particles by electrical forces of attraction. The coating achieves better charge retention. Silica and tin oxide according to the invention comprises at least one of all known oxides of silicon or tin.
  • High levels of particles in the electret equipment according to the invention are particularly suitable for the production of electret membranes.
  • the weight ratio of electret material to magnetic particles and / or non-magnetic particles having an inorganic coating is advantageously at least 1.2: 1, since such a particularly good separation characteristics of dust can be realized.
  • Electret material according to the invention is a material that is dielectric and can have a permanent electric dipole moment. The dielectric effect occurs especially when the electret material is combined with the non-magnetic particles with an inorganic coating and / or magnetic particles according to the invention.
  • the electret material is preferably inorganic or organic, in particular selected from the group consisting of methylsiloxane, fluoroalkylsilane, fluoropolyurethane, fluoropolyacrylate, polytetrafluoroethylene,
  • fluorine-containing or fluorine-free polymers such as Baygard AFF ® from Lanxess AG
  • fluorine-containing or fluorine-free acrylic polymers or copolymers such as For example DICRYLAN ® AC Huntsman Textile Effects
  • the substrates according to the invention comprise polymers (if appropriate in addition to particles and an electret material), in particular thermoplastics and / or elastomers.
  • Thermoplastics for the purposes of the present invention include, for example, polyolefins, in particular polyethylene, polypropylene and copolymers thereof; Vinyl polymers, in particular polyvinyl alcohols and / or polyvinyl acetate; polyamides; Polyester; polyether; Polyacrylates, especially polymethylmethacrylate; polycarbonates; polyphenylene sulfide; polysulfones; polysiloxanes; so also polyurethanes and ionomers.
  • the substrates to be coated according to the invention in particular plastic film, preferably has a layer thickness of 20 to 200 ⁇ m.
  • the materials are preferably selected from the same groups which are also relevant for the electret coating.
  • the electret coating according to the invention has, for example, particles with a hardened inorganic coating.
  • any customary additives such as binders, dyes or similar constituents, for example, 1 to 20 wt.% Of particles with an inorganic Coating and preferably 80 to 99 wt.% Electret material included.
  • the electret coating according to the invention is obtained by the method according to the invention using the aqueous electret equipment according to the invention.
  • the particles having an inorganic coating in the electret coating according to the invention are substantially embedded in the electret material.
  • the concrete advantage of embedding lies in the fact that the particles with the inorganic coating are insulated from one another by the electret material, which is very important for the charge retention. Upon contact, the charge can drain.
  • the particles with an inorganic coating then, if advantageously at least 80% of the surface of the particles with an inorganic coating, in particular at least 90 wt .-% of the particles with an inorganic coating to at least 50%, in particular at least 90% to be in direct contact with electret material.
  • the aim of the invention is, for example, to transform an easily polarizable material by embedding particles of the invention in an electrostatically easily chargeable substrate.
  • the particles of electret material and the particles with an inorganic coating are configured as described in the context of the electret equipment according to the invention. This applies in particular to the materials, the aspect ratios and the particle diameter.
  • the layer thickness of the electret coating according to the invention is, for example, in a range from 0.1 to 100 .mu.m, in particular in a range from 1 to 30 .mu.m.
  • the object underlying the invention is achieved by a dispersed aqueous electret coating equipment for substrates, which is characterized in that it contains non-magnetic particles with an inorganic coating and / or magnetic particles in an amount in the range of 0, 01 to 6 wt.% And electret material in an amount in a range of 0.1 to 60 wt.% Based on the dispersion.
  • the electret equipment according to the invention contains particles with an inorganic coating and / or magnetic particles in an amount of 0.01 to 1 wt.% And electret material in an amount of 0.1 to 10 wt.%.
  • Low levels of particulates in the electret equipment of the present invention are particularly suitable for textile equipment or for the equipment or manufacture of filters, for example air and liquid filters or cigarette filters, sensors, condenser microphones or data memories.
  • Electret material according to the invention is a material which is dielectric and can have a permanent electric dipole moment.
  • the aqueous equipment according to the invention advantageously comprises all equipment containing water. Preferably, at least 20% by weight of water is contained.
  • solvents may preferably also be present or instead of water, in particular as long as they form a homogeneous phase with water. These include, for example, esters, acetone alcohols such as ethanol, methanol, isopropanol.
  • the aqueous equipment according to the invention can advantageously also contain wetting agents such as surfactants if the surface energy of the substrate and the equipment is so far apart that complete wetting is not effected. Other additives such as biocides can be used.
  • Binders may be included in an amount of up to 60% by weight.
  • co-binders i. a mixture of different (electret) binders.
  • particles having an inorganic coating and / or magnetic particles are present in the electret finish in an amount of from 0.1 to 0.5% by weight.
  • the electret material is present in a range of 0.6 to 3 wt% in the electret finish.
  • the aqueous electret finish according to the invention is preferably present as a dispersion, in particular as a suspension. As a result, a particularly uniform distribution of the particles in the resulting electret coating can be ensured.
  • the water content of the aqueous electret finish of the present invention is preferably in a range of 40 to 99.9% by weight, more preferably in a range of 90.0 to 99.8% by weight.
  • the solids content is preferably in a range of 0.1 to 10 wt .-%, in particular in a range of 0.1 to 5 wt.%.
  • the advantage of the low solids content is the resulting low layer thickness.
  • other types of fabric such as woven or knitted fabrics can be coated - in addition to PES, PP, PE, blended fabric or polyamide.
  • the coating composition can also be used for coating metal surfaces, plastics or ceramics.
  • aqueous polymer dispersions such as acrylate, fluorocarbon resin, fluoropolymer or
  • Polyurethane dispersions sol-gel systems, fluorine-containing binders, inorganic, organic and hybrid binders combined with magnetic and non-magnetic iron oxide particles of different sizes (about 30 nm-20 ⁇ m) and composition (such as magnetite, elemental iron, ferrites, mixed oxides) and mold , wherein by the selection of suitable components surface charges of over 200 kV / m 2 can be achieved.
  • the best result will be achieved for example by a combination of fluorocarbon resin coated with mica particles.
  • the coating advantageously consists either of antimony-doped tin oxide, a mixture of antimony-doped tin oxide and silicon dioxide, or a mixture of titanium dioxide, silicon dioxide and antimony-doped tin oxide. Further mixtures are conceivable.
  • the textile substrates in particular non-woven, can be equipped with the formulation and then dried for 10 minutes at 12O 0 C and fixed for example by spraying or by padding application. Thereafter, they can be electrically charged, for example, via a bar electrode, corona charging or the like.
  • the storage of the substrates for example, in a plastic wrap. Previous experiments show a good long-term stability of surface charging.
  • the object underlying the invention is achieved by a method for producing an electret coating, which is characterized in that, in a first step, the electret equipment according to the invention or an electret equipment which contains magnetic particles and / or non-magnetic particles with an inorganic coating , applied to a substrate, the coating dries and optionally in a subsequent step, the substrate is charged in an electric field.
  • the method according to the invention makes it possible for the first time to position inorganic-coated particles and / or magnetic particles and also electret components in such a way that they can act on particles essentially from the same direction.
  • the electret coating can be charged with particularly high voltages.
  • the charging takes place with a bar electrode or with the aid of corona charging.
  • the voltage is advantageously at least 0.5 kV, in particular, the voltage is in a range of 5 to 1000 kV, in particular in a range of 10 to 50 kV.
  • the substrate is for example fleece or glass.
  • plastic surfaces or yarns, glass, metal or ceramic surfaces can be treated.
  • the electret coating is dried to remove water, for example, at a temperature in a range of 80 to 200 0 C, in particular in a range of 120 to 140 0 C dried.
  • the duration of the drying step is, for example, in a range of 1 to 30 minutes, in particular in a range of 5 to 15 minutes.
  • the electret equipment according to the invention is, for example, by spraying, dipping, laminating, CVD, PVD (for example, sputtering or steaming), coextruding, padding or knife coating applied to the substrate.
  • particulate matter is deposited much more efficiently by existing particles having an inorganic coating compared to known filter materials.
  • the object underlying the invention is achieved by the use of the electret coating according to the invention for finishing textiles and carpets, or for producing filters, for example for air and liquid filtration or in cigarette filters, sensors, condenser microphones, data memories or membranes.
  • the present invention is primarily of interest to all air and dust filters to improve fine and particulate matter deposition.
  • electret coatings according to the invention can also be used in other industries and applications, such as in condenser microphones (electret membranes), electrophotography, data storage and in medical prosthetics.
  • the electret equipment contained a polymer dispersion in demineralised water with particles.
  • the surface charge was measured by means of an Influence E field meter KNH34 from Eltex Elektrostatik GmbH at specific time intervals.
  • the specimen is about 150 x 200 mm in size, (filter area of 100 cm 2 ), and is dusted according to predetermined parameters (flow velocity, mass concentration and time). It must be ensured that the upstream side is inserted into the filter holder.
  • the aqueous electret finish was applied by spraying / padding onto a commercial polyester spunbonded fabric and then dried at about 13O 0 C for about 10 minutes. After drying, the sprayed or padded substrate was in the immediate vicinity of a charging electrode R23 ATR with a high voltage generator KNH 124 of Eltex Elektrostatik GmbH with a voltage of 20 KV, whereby the surface charge could be induced in the coating.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • Embodiment 3 This embodiment was carried out according to Embodiment 1, wherein as a particle mica, a conductive pigment (Minatec ® 60CM Merck KGaA) was applied with a coating thickness of 50 to 100 nm.
  • a conductive pigment Minatec ® 60CM Merck KGaA
  • Example 2 Analogously to Example 1 was coated with an uncoated mica (mica 5/0 Mahlwerke Neubauer-Friedrich Geffers GmbH) with a layer thickness of 50 to 100 nm.
  • an uncoated mica mica 5/0 Mahlwerke Neubauer-Friedrich Geffers GmbH
  • aqueous fluoropolymer dispersion Baygard AFF Lanxess AG was with 0.5 parts by weight of an approximately 20% aqueous dispersion of antimony-doped tin oxide, and particles with a size of about 10-20 nm from Nanogate Advanced Materials GmbH, dispersed in deionised water.
  • the dispersion could be applied by the above method, the surface can be charged after drying as described.
  • Clariant was dispersed in deionized water. The dispersion was through Spraying analogously to Example 1 applied. The surface was charged after drying as described.
  • Fig. 1 shows the roundedsabscheidegrad after a minute filtration time.
  • Fig. 2 shows the fractional separation efficiency after ten minutes of filtration time.
  • Fig. 3 shows the pressure loss
  • Fig. 5 shows an EDX analysis at the location marked in Fig. 4.
  • Curve 1 gives the concentration of iron
  • curve 2 the Concentration of silicon
  • curve 3 the concentration of oxygen along the cross section of the particle again.
  • aqueous Flurosilans (Dynasilan ® F 8815 from Evonik) were mixed with 1 g of a mica having a coating of a mixture of titanium dioxide and silicon dioxide and antimony-doped tin oxide (particle size about 5 to 60 microns, Minatec.RTM 30CM Merck KGaA) in 94 g of deionised water dispersed.
  • the dispersion was dispersed by spraying on a 50 micron thick PET film and baked at 50 0 C to dryness. The dry film thickness was about 60 microns.
  • the coated film could be charged via a beam electrode as described above.
  • aqueous Flurosilans (Dynasilan ® F 8815 from Evonik) were mixed with 1 g of a 20% ethanolic dispersion of the non-magnetic iron oxide pigment of the Bühler AG (V306 MP) mixed with a particle size of about 30 nm and 94 g of deionized -Water dispersed.
  • the dispersion was dispersed by spraying on a 50 micron thick PET film and baked at 50 0 C to dryness. The Dry film thickness was about 250 nm.
  • the coated film could be charged via a beam electrode as described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektretbeschichtung auf einem Substrat, eine dispergierte wässrige Elektretausrüstung, ein Verfahren zum Herstellen einer Elektretbeschichtung auf dem Substrat sowie die Verwendung der Elektretbeschichtung zur Ausrüstung von Textilien und Teppichböden, zur Herstellung von Filtern, beispielsweise zur Luft-und Wasserfiltration oder in Zigarettenfiltern, Sensoren, Kondensatormikrofonen, Datenspeichern oder Membranen.

Description

ELEKTRETBESCHICHTUNG AUF EINEM SUBSTRAT
Die Erfindung betrifft eine Elektretbeschichtung auf einem Substrat, eine dispergierte wässrige Elektretausrüstung, ein Verfahren zum Herstellen einer Elektretbeschichtung auf dem Substrat sowie die Verwendung der Elektretbeschichtung zur Ausrüstung von Textilien und Teppichböden, zur Herstellung von Filtern, beispielsweise zur Luft- und Wasserfiltration oder in Zigarettenfiltern, Sensoren, Kondensatormikrofonen, Datenspeichern oder Membranen.
Wie der DE 10 2004 060 593 Al entnommen werden kann, werden Elektretfilter üblicherweise so hergestellt, dass eine elektretfähige Substanz auf ein Trägermaterial aufgebracht, aufgeschmolzen und in einem elektrischen Feld aufgeladen wird.
Aus der US 5,191,905 A ist ein Zigarettenfilter bekannt, in dem magnetische Fasern und Elektretfasern zum Filtern von Feinstaub genutzt werden.
US 5,162,608 A beschreibt eine Druckwalze mit einer Elektretbeschichtung, die mit einer Entwicklersubstanz, magnetische Teilchen enthaltend, in Kontakt kommt. US 4,258,730 A beschreibt eine Ummantelung eines Zigarettenfilters, die einen Schalter mit einem Elektretkörper und einem magnetischen Körper zur Verbesserung der Effizienz des Zigarettenfilters beinhaltet.
Auch die JP 08038934 A betrifft einen Luftfilter. Bei diesem wird eine Mischung verschiedener Pulver in einen Behälter eingefüllt. Es entsteht dadurch eine sehr geringe Kontaktfläche des Elektretmaterials mit der einströmenden Luft. Da sich nur wenige Elektretpartikel direkt an der Oberfläche des Filters befinden, kann nur ein sehr geringer Anteil der Elektretpartikel mit einer möglichst hohen Spannung aufgeladen werden. Mit dem hierin beschriebenen Material ist eine flächige Ausrüstung nicht möglich.
In den meisten dieser Ausgestaltungsformen wirken magnetische und Elektretkomponenten aus unterschiedlichen Richtungen auf dieselben zu filternden Partikel. Zudem können die aus dem obengenannten Stand der Technik bekannten Elektretmaterialien, gerade wenn sie als Fasern vorliegen, üblicherweise mit einer Spannung von höchstens 500 V aufgeladen werden. Selbst bei einem langsamen Abbau der Ladung werden diese Materialien deshalb schnell wirkungslos.
Die bekannten Meltblown-Fasern sind relativ teuer. Zudem verlieren Polymere ihre Oberflächenladung zu schnell. Bisher werden Oberflächen üblicherweise über Balkenelektroden aufgeladen. Ein Ladungsabfall wird dabei in Kauf genommen.
Es ist also die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ladungserhaltung zu verbessern und das Elektretmaterial mit einer möglichst hohen Spannung aufladen zu können, so dass mehr kleine und kleinste Partikel durch den ausgerüsteten Filter zurückgehalten werden. Ziel ist es weiterhin eine wässrige Ausrüstung für Textilien und speziell für Nonwovens aus PES zu entwickeln, welche durch Aufladen der ausgehärteten Ausrüstung eine Elektretwirkung also Ladungsspeicherung und -erhaltung zeigt. Es ist außerdem die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Einwirkung von magnetischen Teilchen und/oder beschichteten Teilchen und Elektretmaterial aus derselben räumlichen Richtung zu ermöglichen und das Elektretmaterial mit einer möglichst hohen Spannung aufladen zu können.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch eine Elektretbeschichtung auf einem
Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass sie nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und/oder magnetische Teilchen aufweist.
Vorteilhafterweise sind die Teilchen im Wesentlichen in das Elektretmaterial eingebettet, damit sie so gleichmäßiger verteilt eine gleichmäßigere Wirkung entfalten können.
Vorzugsweise enthält die Beschichtung die Teilchen in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 6 Gew.% und unabhängig davon Elektretmaterial in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 60 Gew.%.
Hohe Gehalte an Teilchen in der erfindungsgemäßen Elektretbeschichtung sind besonders zur Herstellung von Elektretmembranen geeignet. Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße Elektretbeschichtung jedoch magnetische Teilchen und/oder nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 1 Gew.% und Elektretmaterial in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.%. Niedrige Gehalte an Teilchen in der erfindungsgemäßen Elektretbeschichtung sind besonders für Sensoren, Kondensatormikrofonen oder Datenspeichern geeignet. Es versteht sich von selbst, dass auch die magnetischen Teilchen in gleicher Weise beschichtet sein können wie die nicht magnetischen Teilchen.
Beispielsweise umfasst das Substrat Kunststofffolien oder Fasern.
Magnetische Teilchen im Sinne der Erfindung umfassen vorteilhafterweise solche mit einer magnetischen Suszeptibilität bei 25 0C von wenigstens 0,1 und höher oder mindestens -0,1 und weniger. Unter magnetischen Teilchen im Sinne der Erfindung werden darüber hinaus Teilchen verstanden, die diamagnetisch, ferrimagnetisch, paramagnetisch, superparamagnetisch, ferroelektrisch, antiferromagnetisch, oder ferromagnetisch sind, oder ferromagnetische Domains aufweisen, die zwar somit als solche für sich ferromagnetisch sind, wobei aber die magnetischen Momente der Domainen unterschiedliche Richtungen aufweisen und sich somit ganz oder teilweise aufheben, so dass nach Außen hin kein oder nur ein schwächeres magnetisches Moment messbar ist.
Viele Partikel, die durch das vom Elektretmaterial aufgebaute elektrische Feld wandern, tragen eine elektrische Ladung. Wird eine elektrische Ladung bewegt, so wird neben dem elektrischen Feld ein magnetisches Feld erzeugt, welches mit dem Magnetfeld der magnetischen Pigmente (Teilchen) wechselwirken kann.
Das Verhältnis von Breite zu Länge der magnetischen Teilchen, das Aspektverhältnis, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 1000, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 2, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 20. Dadurch weisen die magnetischen Teilchen eine höhere mechanische Stabilität auf, als solche Teilchen, die eine länglichere Form haben wie beispielsweise Fasern.
Der mittlere Teilchendurchmesser der magnetischen Teilchen und/oder nichtmagnetische Teilchen mit anorganischer Beschichtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 60000 nm, bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 50000 nm, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 500 nm, ganz besonders bevorzugt in einem bereich von 50 bis 500 nm. Dadurch ist eine homogenere Verteilung der Teilchen in der daraus entstehenden Elektretbeschichtung und die Anwendung in geringeren Schichtdicken möglich.
Die ferromagnetischen Teilchen bestehen vorzugsweise aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe Eisen, Kobalt, Nickel, Fe2O3, Fe3O4, CrO2, Bariumferrit, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Terbium, Al-Ni-Co-Legierung, Sm-Co-Legierung, Nd2FeI4B, Ni- Fe-Legierung, Ni-Cu-Co-Legierung, Manganarsenid, Europiumoxid, Seltenerdenlegierung, Permalloy, Siliciumeisen, Mn-Zn-Ferrite, Superalloy, Bariumoxid, Nd-Fe-B-Legierung oder einer Mischung derselben. Weiterhin umfasst diese Gruppe Perovskite wie beispielsweise PZT (Blei-Zink-Titanat) oder auch Bariumtitanat. Die nichtmagnetischen Teilchen umfassen beispielsweise, insbesondere bestehen aus, Schichtsilikate(n). Zudem sind die erfindungsgemäß eingesetzten Teilchen nichtmagnetisch. Bevorzugt bestehen die Teilchen aus Glimmer. Der Vorteil von Glimmer ist, dass es sich hier um Plättchen handelt, die sich bei der Trocknung der Beschichtung zum großen Teil flach auf der Substratoberfläche ablegen. Es ist daher die ganze Oberfläche des Plättchens wirksam.
Die anorganische Beschichtung insbesondere der Glimmerteilchen weist vorteilhafterweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 200 nm, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 100 nm, ganz besonders bevorzugt 12 bis 30 nm auf. Die Beschichtungdicke ist vorteilhafterweise möglichst gering. Die Beschichtung ist dann amorph, was zu einer besseren Ladungsspeicherung führt. Zudem wird dadurch weniger Beschichtungsmaterial benötigt, wodurch diese Teilchen wirtschaftlicher hergestellt werden können.
Die anorganische Beschichtung enthält vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe Antimon-dotiertes Zinnoxid, Siliziumoxid, Titandioxid oder Mischungen derselben. Besonders bevorzugt besteht die Beschichtung daraus. Ganz besonders bevorzugt besteht die Beschichtung aus Antimon-dotiertem Zinnoxid, einem Gemisch aus Antimon-dotiertem Zinnoxid und Siliziumoxid oder einem Gemisch aus Titandioxid, Siliziumoxid und Antimon-dotiertem Zinnoxid. Diese Materialien sind teilweise Halbleiter und können Staubpartikel durch elektrische Anziehungskräfte binden. Durch die Beschichtung wird eine bessere Ladungserhaltung erreicht. Siliziumoxid und Zinnoxid im Sinne der Erfindung umfasst mindestens eines aller bekannten Oxide von Silizium beziehungsweise Zinn.
Hohe Gehalte an Teilchen in der erfindungsgemäßen Elektretausrüstung sind besonders zur Herstellung von Elektretmembranen geeignet.
Das Gewichtsverhältnis von Elektretmaterial zu magnetischen Teilchen und/oder nichtmagnetischen Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung beträgt vorteilhafterweise mindestens 1,2 : 1, da so eine besonders gute Abscheidecharakteristik von Staub verwirklicht werden kann.
Elektretmaterial im Sinne der Erfindung ist ein Material, dass dielektrisch ist und ein permanentes elektrisches Dipolmoment aufweisen kann. Die dielektrische Wirkung tritt vor allem auf, wenn das Elektretmaterial mit den nichtmagnetischen Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und/oder magnetischen Teilchen erfindungsgemäß kombiniert ist.
Das Elektretmaterial ist vorzugsweise anorganisch oder organisch, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe Methylsiloxan, Fluoralkylsilan, Fluorpolyurethan, Fluorpolyacrylat, Polytetrafluorethylen,
Polytetrafluorethylenpropylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylidenfluorid, Copolymere dieser vorgenannten Polymere, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Bariumtitanat oder Carnaubawachs.
Ganz besonders bevorzugt umfasst das Elektretmaterial Fluor-haltige oder Fluor-freie Polymere, wie beispielsweise Baygard ÄFF® der Lanxess AG, Fluor-haltige oder Fluor-freie Acrylpolymere bzw. -copolymere, wie beispielsweise Dicrylan® AC der Firma Huntsman Textile Effects, Fluor- haltige oder Fluor-freie Polyurethane, wie beispielsweise Alberdingk® U2101 der Alberdingk Boley GmbH, Fluor-haltiges oder Fluor-freies Polyethylen, wie beispielsweise Permanol® HDL der Dick Peters B. V. oder Fluoralkylsilane oder deren Salze, wie beispielsweise Dynasilan® F8815 der Degussa AG.
Die erfindungsgemäßen Substrate wie beispielsweise Folien oder Fasern umfassen (gegebenenfalls neben Teilchen und einem Elektretmaterial weitere) Polymere, insbesondere Thermoplaste und/oder Elastomere. Thermoplaste im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen beispielsweise Polyolefine, insbesondere Polyethylen, Polypropylen sowie deren Copolymere; Vinylpolymere, insbesondere Polyvinylalkohole und/oder Polyvinylacetat; Polyamide; Polyester; Polyether; Polyacrylate, insbesondere Polymethylmethacrylat; Polycarbonate; Polyphenylensulfid; Polysulfone; Polysiloxane; so auch Polyurethane und Ionomere.
Die erfindungsgemäß zu beschichtenden Substrate, insbesondere Kunststofffolie weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 20 bis 200 μm auf. Die Materialien sind vorzugsweise aus denselben Gruppen ausgewählt, die auch für die Elektretbeschichtung maßgebend sind.
Die erfindungsgemäße Elektretbeschichtung weist beispielsweise Teilchen mit einer ausgehärteten anorganischen Beschichtung auf.
In der Elektretbeschichtung sind neben gegebenenfalls üblichen Additiven wie Bindemitteln, Farbstoffen oder ähnlichen Bestandteilen beispielsweise 1 bis 20 Gew.% Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und vorzugsweise 80 bis 99 Gew.% Elektretmaterial enthalten.
Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Elektretbeschichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Elektretausrüstung erhalten.
Vorzugsweise sind die Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung in der erfindungsgemäßen Elektretbeschichtung im Wesentlichen in das Elektretmaterial eingebettet. Der konkrete Vorteil der Einbettung liegt darin, dass die Partikel mit der anorganischen Beschichtung durch das Elektretmaterial voneinander isoliert werden, was für den Ladungserhalt sehr wichtig ist. Bei Kontakt kann die Ladung abfließen.
Eingebettet im Sinne der Erfindung sind die Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung dann, wenn vorteilhafterweise mindestens 80 % der Oberfläche der Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung, insbesondere mindestens 90 Gew.-% der Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung zu mindestens 50 %, insbesondere mindestens 90 % mit Elektretmaterial in direktem Kontakt stehen.
Ziel der Erfindung ist es beispielsweise, ein leicht polarisierbares Material durch Einbettung von erfindungsgemäßen Teilchen in ein elektrostatisch leicht aufladbares Substrat zu transformieren.
Vorzugsweise sind die Teilchen aus Elektretmaterial und die Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung so ausgestaltet, wie dies im Rahmen der erfindungsgemäßen Elektretausrüstung beschrieben ist. Dies gilt insbesondere für die Materialien, die Aspektverhältnisse sowie die Teilchendurchmesser.
Die Schichtdicke der erfindungsgemäßen Elektretbeschichtung liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,1 bis 100 μm, insbesondere in einem Bereich von 1 bis 30 μm.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch eine dispergierte wässrige Elektretausrüstung zur Beschichtung von Substraten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und/oder magnetische Teilchen in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 6 Gew.% und Elektretmaterial in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 60 Gew.% bezogen auf die Dispersion enthält.
Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße Elektretausrüstung jedoch Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und/oder magnetische Teilchen in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.% und Elektretmaterial in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.%. Niedrige Gehalte an Teilchen in der erfindungsgemäßen Elektretausrüstung sind besonders für Textilausrüstungen oder zur Ausrüstung beziehungsweise Herstellung von Filtern, beispielsweise Luft- und Flüssigkeitsfiltern oder Zigarettenfiltern, Sensoren, Kondensatormikrofonen oder Datenspeichern geeignet.
Elektretmaterial im Sinne der Erfindung ist ein Material, das dielektrisch ist und ein permanentes elektrisches Dipolmoment aufweisen kann. Die wässrige Ausrüstung im Sinne der Erfindung umfasst vorteilhafterweise alle Ausrüstungen, die Wasser enthalten. Vorzugsweise ist mindestens 20 Gew.% Wasser enthalten. Dabei können vorzugsweise auch oder anstelle von Wasser Lösungsmittel enthalten sein, insbesondere solange diese mit Wasser eine homogene Phase ausbilden. Hierzu zählen beispielsweise Ester, Aceton Alkohole wie Ethanol, Methanol, Isopropanol. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße wässrige Ausrüstung vorteilhafterweise auch Benetzungsmittel wie Tenside enthalten, wenn die Oberflächenenergie von Substrat und Ausrüstung so weit auseinander liegt das keine vollständige Benetzung erfolgt. Auch weitere Additive wie Biozide können eingesetzt werden.
Beispielsweise sind auch übliche Additive und Dispersionshilfsmittel enthalten, insbesondere jedoch nicht mehr als zu 5 Gew.%. Bindemittel können in einer Menge von bis zu 60 Gew.% enthalten sein. Neben dem Elektretmaterial ist auch der Einsatz von Co-Bindemitteln möglich, d.h. ein Gemisch unterschiedlicher (Elektret-)bindemittel.
Es ist besonders bevorzugt, wenn Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und/oder magnetische Teilchen in der Elektretausrüstung in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-% vorhanden sind. Gleichermaßen ist es besonders bevorzugt, wenn das Elektretmaterial in einem Bereich von 0,6 bis 3 Gew.-% in der Elektretausrüstung vorhanden sind. Der Vorteil dieser Verteilung ist, dass die anorganischen Partikel durch die Polymerpartikel voneinander weitgehend isoliert werden, was nur bei einem Überschuss von Polymer gewährleistet ist. Dadurch wird eine bessere Ladungserhaltung und Ladungstrennung erreicht. Alternativ können beide Inhaltsstoffe auch in höheren Konzentrationen eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße wässrige Elektretausrüstung liegt vorzugsweise als Dispersion, insbesondere als Suspension vor. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Verteilung der Teilchen in der resultierenden Elektretbeschichtung gewährleistet werden.
Der Wassergehalt der erfindungsgemäßen wässrigen Elektretausrüstung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 40 bis 99,9 Gew.-%, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 90,0 bis 99,8 Gew.-%. Der Feststoffgehalt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gew.%. Vorteil des niedrigen Feststoffgehalts ist die daraus resultierende niedrige Schichtdicke. Neben Vlies und Glas können auch andere Stoffarten, wie beispielsweise Gewebe oder Gewirke beschichtet werden - neben PES auch PP, PE, Mischgewebe oder Polyamid. Die Beschichtungszusammensetzung kann auch zur Beschichtung von Metalloberflächen, Kunststoffen oder Keramiken eingesetzt werden.
Beispielsweise werden bei der Erfindung wässrige Polymerdispersionen wie Acrylat-, Fluorcarbonharz-, Fluorpolymer- oder
Polyurethandispersionen, Sol-Gel-Systeme, Fluor-haltige Bindemittel, anorganische, organische und hybride Bindemittel mit magnetischen und nichtmagnetischen Eisenoxidpartikeln unterschiedlicher Größe (etwa 30 nm- 20 μm) und Zusammensetzung (wie Magnetit, elementares Eisen, Ferrite, Mischoxide) und Form kombiniert, wobei durch die Auswahl geeigneter Komponenten Oberflächenladungen von über 200 kV/m2 erreicht werden können. Das beste Ergebnis wird beispielsweise durch eine Kombination von Fluorkarbonharz mit beschichteten Glimmerpartikeln erreicht. Die Beschichtung besteht vorteilhafterweise entweder aus Antimon-dotiertem Zinnoxid, einem Gemisch aus Antimon-dotiertem Zinnoxid und Siliciumdioxid, oder einem Gemisch aus Titandioxid, Siliciumdioxid und Antimon-dotiertem Zinnoxid. Weitere Mischungen sind denkbar.
Die textilen Substrate, insbesondere Vlies, können beispielsweise durch Sprühen oder über Foulard-Applikation mit der Formulierung ausgerüstet und anschließend für 10 Minuten bei 12O0C getrocknet und fixiert werden. Danach können sie beispielsweise über eine Balken- Elektrode, Corona-Aufladung oder ähnliches elektrisch aufgeladen werden. Die Lagerung der Substrate erfolgt beispielsweise in einer Plastikhülle. Bisherige Versuche zeigen eine gute Langzeitstabilität der Oberflächenaufladung.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Elektretbeschichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man in einem ersten Schritt die erfindungsgemäße Elektretausrüstung oder eine Elektretausrüstung, die magnetische Teilchen und/oder nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung enthält, auf ein Substrat aufträgt, die Beschichtung trocknet und gegebenenfalls in einem nachfolgenden Schritt das Substrat in einem elektrischen Feld auflädt.
Eine Aufladung während der Trocknung ist zumindest zu Beginn der Trocknung eher nachteilhaft, da anwesendes Wasser eine Aufladung praktisch verhindert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich im Unterschied zum Stand der Technik erstmals anorganisch beschichtete Teilchen und/oder magnetische Teilchen sowie Elektretkomponenten so positionieren, dass sie im Wesentlichen aus derselben Richtung auf Partikel einwirken können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die Elektretbeschichtung mit besonders hohen Spannungen aufladen. Vorteilhafterweise findet die Aufladung mit einer Balken-Elektrode oder mit Hilfe von Corona-Aufladung statt. So beträgt die Spannung vorteilhafterweise mindestens 0,5 kV, insbesondere liegt die Spannung in einem Bereich von 5 bis 1000 kV, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 50 kV. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde weiterhin überraschenderweise gefunden, dass so hergestellte Beschichtungen eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserte Ladungserhaltung aufweisen.
Das Substrat ist beispielsweise Vlies oder Glas. Ebenso können beispielsweise Kunststoffoberflächen oder Garne, Glas, Metall- oder Keramikoberflächen behandelt werden.
Die Elektretbeschichtung wird zur Entfernung von Wasser beispielsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 80 bis 200 0C, insbesondere in einem Bereich von 120 bis 140 0C getrocknet. Die Dauer des Trockenschrittes liegt beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 30 min, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 15 min.
Die erfindungsgemäße Elektretausrüstung wird beispielsweise durch Sprühen, Tauchen, Auflaminieren, CVD, PVD (beispielsweise Sputtern oder Bedampfen), Coextrudieren, Foulard-Applikation oder Rakeln auf das Substrat aufgetragen.
Bei der Filtration von Luft durch Vlies- oder andere Filtermedien werden Staubpartikel an dem Filtermedium abgeschieden. Kleine und kleinste Partikel, Feinstaub und Nanopartikel, passieren das Filtermedium jedoch oft ungehindert und werden somit nicht abgetrennt. Das erfindungsgemäße Ziel ist es also, auch diese Partikel abzuscheiden. Meist tragen die Staubpartikel entweder eine positive oder eine negative Ladung, was sich für die Staubabscheidung ausnutzen lässt. Bisher wird dies über die elektrische Aufladung von Beschichtungen des Filtermediums durchgeführt. Die vorliegende Erfindung nutzt genau diesen Effekt der Staubpartikel.
So wird bei Glimmerpartikeln durch die Beschichtung mit ATO (Antimon-dotiertes Zinnoxid) eine bessere Ladungserhaltung erreicht.
Es wird beispielsweise Feinstaub durch vorhandene Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung im Vergleich zu bekannten Filtermaterialien wesentlich effizienter abgeschieden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Elektretbeschichtung zur Ausrüstung von Textilien und Teppichen, oder zur Herstellung von Filtern, beispielsweise zur Luft- und Flüssigfiltration oder in Zigarettenfiltern, Sensoren, Kondensatormikrofonen, Datenspeichern oder Membranen. Die vorliegende Erfindung ist in erster Linie für alle Luft- und Staubfilter interessant, um die Fein- und Feinststaubabscheidung zu verbessern. Generell können jedoch erfindungsgemäße Elektretbeschichtungen auch in anderen Industriezweigen und Anwendungen, wie in Kondensatormikrofonen (Elektretmembranen), Elektrofotografie, Datenspeicherung und in der medizinischen Prothetik eingesetzt werden.
Ausführunαsbeispiele:
Für die nachstehenden Versuche und insbesondere die Prüfung auf Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 (1250 l/dm2 x min ± 20 %) wurde PES Spinnvlies (300 g/m2 , Dicke 4 mm) eingesetzt.
Prinzipiell enthielt die Elektretausrüstung eine Polymerdispersion in VE- Wasser mit Teilchen.
Die Aufladung der ausgerüsteten Oberfläche fand mit einem Hochspannungsgenerator KNH124 und einer Aufladeelektrode R23ATR der Firma Eltex Elektrostatik GmbH mit einer Spannung von 20 KV statt.
Die Messung der Oberflächenladung erfolgte mittels eines Influenz-E- Feldmeters KNH34 der Firma Eltex Elektrostatik GmbH in bestimmten Zeitabständen.
Die Messung der verbesserten Filterwirkung erfolgte mittels eines Filterprüfstands der Firma Palas, Messparameter (vgl. Figuren). Bestimmung der filtertechnischen Daten von Staupa nach Palas
1. Messprinzip
Durch Beaufschlagen des Prüflings mit einer definierten Staubmenge bei definierter Anströmgeschwindigkeit wird der Abscheidgrad und die Filterwiderstände bestimmt.
2. Geräte
AFP 2000- Filterprüfstand ( Fa. Palas)
3. Reagenzien SAE-Fine Staub
4. Durchführung der Prüfung
Der Prüfling ist ca. 150 x 200 mm groß, (Filterfläche von 100 cm2), und wird nach vorgegebenen Parametern (Anströmgeschwindigkeit, Massenkonzentration und Zeit) bestaubt. Es ist darauf zu achten, dass die anzuströmende Seite nach oben in die Filterhaltung eingelegt wird.
5. Prüfbedingungen Staupa allgemein : Anströmgeschwindigkeit: 25 cm/s Massenkonzentration: 200 mg/m3 Partikelbereich: 0,25-lOμm (16 Kanäle / Dekade) Bestaubungszeit: 10 Min
6. Auswertung
Erfolgt im Rahmen des PLAS-AFP 2000-Programms.
Auswertung der Staubanalvse:
- Berechnung des Fraktionsabscheidegrades nach individuell festgelegter Bestaubungszeit bzw. der Durchschnittswerte für
10 Minuten Bestaubung. - Ermittlung der Filterwiderstände nach jeweils 1 Minute Bestaubung.
Die wässrige Elektretausrüstung wurde durch Sprühen / Foulardierung auf ein handelsübliches Polyester-Spinnvlies aufgebracht und anschließend bei etwa 13O0C etwa 10 min getrocknet. Nach der Trocknung befand sich das besprühte bzw. foulardierte Substrat in direkter Nachbarschaft einer Aufladeelektrode R23 ATR mit einem Hochspannungsgenerator KNH 124 der Eltex Elektrostatik GmbH mit einer Spannung von 20 KV, wodurch die Oberflächenladung in der Beschichtung induziert werden konnte.
Ausführungsbeispiel 1 :
2 ml einer 20 Gew.%igen wässrigen Fluorpolymerdispersion (Nuva TTC® Nq von der Firma Clariant) wurden mit 0,5g eines Glimmers mit einer Beschichtung aus einer Mischung aus Titandioxid und Siliciumdioxid und Antimon-dotiertem Zinnoxid (Partikel große etwa 5 bis 60 μm) von der Merck KGaA, Darmstadt, (Minatec 30CM), Beschichtungsdicke 50 bis 100 nm, in 97,5 ml VE-Wasser dispergiert. Die Dispersion wurde durch Sprühen auf ein Polyestervlies appliziert. Die Oberfläche wurde nach dem Trocknen wie beschrieben aufgeladen.
Ausführungsbeispiel 2:
Dieses Ausführungsbeispiel wurde entsprechend Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt, wobei statt Nuva TTC® Nq von der Firma Clariant Baygard ÄFF® (ein Fluorcarbon-Polymer) von der Firma Tanatex (Lanxess) eingesetzt wurde.
Ausführungsbeispiel 3: Dieses Ausführungsbeispiel wurde entsprechend Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt, wobei als Partikel Glimmer, ein leitfähiges Pigment (Minatec ® 60CM der Merck KGaA) mit einer Beschichtungsdicke von 50 bis 100 nm aufgebracht wurde.
Ausführungsbeispiel 4:
Analog Beispiel 1 wurde mit einem unbeschichteten Glimmer (Glimmer 5/0 der Mahlwerke Neubauer-Friedrich Geffers GmbH) mit einer Schichtdicke von 50 bis 100 nm beschichtet.
Beispiel 5:
2 Gew- Teile einer wässrigen Fluorpolymerdispersion Baygard AFF der Lanxess AG wurde mit 0,5 Gew. Teilen eines Eisenpulvers, 025 BASF AG, Partikelgröße 4-6 μm, in VE-Wasser dispergiert. Die Dispersion konnte über obige Verfahren appliziert, die Oberfläche nach dem Trocknen wie beschrieben aufgeladen werden.
Beispiel 6 :
2 Gew- Teile einer wässrigen Fluorpolymerdispersion Baygard AFF der Lanxess AG wurde mit 0,5 Gew. -Teilen einer ca. 20%igen wässrigen Dispersion Antimon-dotiertem Zinnoxid, und Partikeln mit einer Größe von ca. 10-20 nm der Firma Nanogate Advanced Materials GmbH, in VE-Wasser dispergiert. Die Dispersion konnte über obige Verfahren appliziert, die Oberfläche nach dem Trocknen wie beschrieben aufgeladen werden.
Vergleichsbeispiel :
Eine 2 Gew.%ige Fluorpolymerdispersion Nuva TTC® Nq von der Firma
Clariant wurde in VE-Wasser dispergiert. Die Dispersion wurde durch Sprühen analog Beispiel 1 appliziert. Die Oberfläche wurde nach dem Trocknen wie beschrieben aufgeladen.
Ladungserhaltung bei verschiedenen Anwendungsbeispielen:
Figure imgf000021_0001
Fig. 1 zeigt den Fraktionsabscheidegrad nach einer Minute Filtrationszeit.
Fig. 2 zeigt den Fraktionsabscheidegrad nach zehn Minuten Filtrationszeit.
Fig. 3 zeigt den Druckverlust.
Fig. 4 zeigt eine TEM Aufnahme von Eisenoxidpartikeln, die mit einem siliziumhaltigen Fluorpolymer umhüllt sind (Beschleunigungsspannung 300 kV, Vergrößerung 62000 fach)
Fig. 5 zeigt eine EDX-Analyse an der Stelle, die in Fig. 4 markiert ist. Die Kurve 1 gibt die Konzentration an Eisen, die Kurve 2 die Konzentration an Silizium und die Kurve 3 die Konzentration an Sauerstoff entlang des Querschnittes des Teilchens wieder.
Das Beispiel für Eisenpartikel (Beispiel 5), sowie alternativ für Indiumdotiertes Zinnoxid (Beispiel 6), zeigt dass der EIe ktret- Effekt ebenfalls erzeugt werden kann.
Beispiel 7:
5 g eines wässrigen Flurosilans (Dynasilan® F 8815 der Firma Evonik) wurden mit 1 g eines Glimmers mit einer Beschichtung aus einer Mischung aus Titandioxid und Siliziumdioxid und Antimon-dotiertem Zinnoxid (Partikelgröße etwa 5 bis 60 μm, Minatec 30CM der Merck KGaA) in 94 g VE-Wasser dispergiert. Die Dispersion wurde durch Sprühen auf eine 50 μm dicke PET-Folie dispergiert und bei 50 0C bis zur Trockenheit ausgeheizt. Die Trockenschichtdicke betrug ca. 60 μm. Die beschichtete Folie konnte über eine Balkenelektrode wie oben beschrieben aufgeladen werden.
Beispiel 8:
5 g eines wässrigen Flurosilans (Dynasilan® F 8815 der Firma Evonik) wurden mit 1 g einer ca. 20 %igen ethanolischen Dispersion des nichtmagnetischen Eisenoxidpigments der Bühler AG (V306 MP) mit einer Partikelgröße von ca. 30 nm gemischt und in 94 g VE-Wasser dispergiert. Die Dispersion wurde durch Sprühen auf eine 50 μm dicke PET-Folie dispergiert und bei 50 0C bis zur Trockenheit ausgeheizt. Die Trockenschichtdicke betrug ca. 250 nm. Die beschichtete Folie konnte über eine Balkenelektrode wie oben beschrieben aufgeladen werden.
Beispiel 9:
2 g Nuva FDS fl. (Fluorpolymerdispersion der Firma Clariant), 6 g Lohtragon FOX 222 (magnetische Eisenoxidteilchen von der Firma Dr. Paul Lohmann) und 2 g Bayprotect Nano-Pollen (kationische Nanodispersion von der Firma Bayer) wurden in 90 g vollentsalztem Wasser dispergiert. Die Dispersion wurde durch Sprühen auf ein Polyestervlies appliziert. Die Oberfläche wurde nach dem Trocknen wie beschrieben aufgeladen. Die Ladung betrug nach 30 Minuten 13 kV, nach einem Tag 4 kV und nach 2 Tagen 2 kV.
In der TEM-Aufnahme (Fig. 4) sah man deutlich, dass die magnetischen Eisenoxidteilchen mit siliziumhaltigem Fluorpolymer weitgehend umhüllt sind. Die EDX-Analyse (Fig. 5) bestätigte, dass sich um die Eisenoxidteilchen eine entsprechende Hülle ausgebildet hat

Claims

Patentansprüche:
1. Elektretbeschichtung auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass sie nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und/oder magnetische Teilchen aufweist.
2. Elektretbeschichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen im Wesentlichen in das Elektretmaterial eingebettet sind.
3. Elektretbeschichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Teilchen in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 6 Gew.% und Elektretmaterial in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 60 Gew.% enthält.
4. Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Kunststofffolien oder Fasern umfasst.
5. Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der magnetischen Teilchen eine magnetische Suszeptibilität von mindestens 0,1 und höher oder mindestens -0,1 und weniger bei 25 0C aufweist.
6. Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Breite zu Länge der magnetischen Teilchen und/oder Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung in einem Bereich von 0,5 bis 2 liegt.
7. Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teilchendurchmesser der magnetischen Teilchen und/oder nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung in einem Bereich von 5 bis 50000 nm, insbesondere 5 bis 500 nm liegt.
8. Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Elektretmaterial zu magnetischen Teilchen und/oder nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung mindestens 1,2 : 1 beträgt.
9. Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetischen Teilchen Schichtsilikate umfassen.
10. Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Substrats, insbesondere der Kunststofffolie 20 bis 200 μm einschließlich der Beschichtung beträgt.
11. Dispergierte wässrige Elektretausrüstung zur Beschichtung von Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass sie nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung und/oder magnetische Teilchen in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 6 Gew.% und Elektretmaterial in einer Menge in einem Bereich von 0,1 bis 60 Gew.% bezogen auf die Dispersion enthält.
12. Elektretausrüstung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Beschichtung der Teilchen eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 200 nm aufweist.
13. Elektretausrüstung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Beschichtung ein Material ausgewählt aus der Gruppe Antimon-dotiertes Zinnoxid, Siliziumoxid, Titandioxid oder Mischungen derselben enthält, insbesondere daraus besteht.
14. Elektretausrüstung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teilchendurchmesser der Teilchen, insbesondere mit einer anorganischen Beschichtung in einem Bereich von 5 bis 60000 nm, insbesondere 5 bis 500 nm liegt.
15. Elektretausrüstung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Elektretmaterial zu Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung mindestens 1,2: 1 beträgt.
16. Verfahren zum Herstellen einer Elektretbeschichtung auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Schritt die Elektretausrüstung gemäß Anspruch 11 oder eine Elektretausrüstung, die magnetische Teilchen und/oder nichtmagnetische Teilchen mit einer anorganischen Beschichtung enthält, auf das Substrat aufträgt, die Beschichtung trocknet und gegebenenfalls in einem nachfolgenden Schritt das Substrat in einem elektrischen Feld auflädt.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Spannung zum Aufbau des elektrischen Feldes in einem Bereich von 10 bis 50 kV einsetzt.
18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass man als Substrat eine Kunststofffolie und/oder Kunststofffasern einsetzt.
19. Verwendung der Elektretbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Ausrüstung von Textilien und Teppichen, zur Herstellung von Filtern, beispielsweise Luft- und Flüssigkeitsfiltern oder Zigarettenfiltern, Sensoren, Kondensatormikrofonen, Datenspeichern oder Membranen.
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