PL195918B1

PL195918B1 - Wyrób elektretowy i filtr elektretowy, materiał pośredni do wytwarzania filtra elektretowego, zastosowanie wyrobu elektretowego i filtra elektretowego w respiratorze oraz respirator

Info

Publication number: PL195918B1
Application number: PL98339650A
Authority: PL
Inventors: Alan D. Rousseau; Marvin E. Jones; Betty Z. Mei
Original assignee: Minnesota Mining & Mfg
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2007-11-30
Also published as: EP1402934A1; DE69837864T2; BR9812585A; EP1402934B1; US6261342B1; DE69837864D1; EP1019173B9; CN1272069A; US6214094B1; PL339650A1; WO1999016532A1; KR100496233B1; KR20010024378A; EP1402934B8; RU2199372C2; EP1019173A1; JP2003520659A; DE69839703D1; EP1019173B1; US6238466B1

Abstract

1. Wyrób elektretowy, zawierajacy polimer i do- datek polepszajacy dzialanie, znamienny tym, ze ma widmo termicznie stymulowanego pradu rozladowa- nia TSDC z pikiem o szerokosci mniejszej niz oko- lo 30°C w polowie jego wysokosci w pomiarze prze- prowadzonym wedlug procedury 3 badania TSDC. 12. Filtr elektretowy, znamienny tym, ze wyka- zuje poczatkowa wykrywalna penetracje DOP mniej- sza niz 5% oraz srednia wartosc Min@Chl wieksza niz 200 mg DOP mierzona wedlug procedury 1 bada- nia obciazania wlókniny przez DOP oraz zawiera wyrób elektretowy zawierajacy polimer i dodatek polepszajacy dzialanie, z charakterystycznym wid- mem termicznie stymulowanego pradu rozladowa- nia TSDC z pikiem o szerokosci mniejszej niz oko- lo 30°C w polowie jego wysokosci, w pomiarze prze- prowadzonym wedlug procedury 3 badania TSDC. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy wyrobów elektretowych, filtrów elektretowych, materiału pośredniego do wytwarzania filtrów, zastosowania wyrobów elektretowych i filtrów elektretowych w respiratorach, oraz respiratorów, które wykorzystują filtry elektretowe do usuwania cząstek z gazu, a zwłaszcza do usuwania aerozoli z powietrza. Wynalazek dotyczy szczególnie filtrów elektretowych, które mają ulepszone właściwości, takie jak stabilność elektretu w obecności mgieł olejowych, czyli aerozoli cieczy.

Naukowcy i inżynierowie od dawna starają się ulepszyć zdolność filtracyjną filtrów powietrza. Niektóre z najskuteczniejszych filtrów wykorzystują wyroby elektretowe. Wyroby elektretowe wykazują stały lub prawie stały ładunek elektryczny. Patrz G.M. Sessler, Electrets, Springer Verlag, Nowy Jork, 1987. Badacze dołożyli znacznych starań, by polepszyć właściwości wyrobów elektretowych do stosowania w filtrach. Pomimo rozległych badań mających na celu wytworzenie ulepszonych wyrobów elektretowych wyniki przetwarzania zmiennych nie są dobrze zrozumiałe, a na ogół wyniki zmieniania warunków przetwarzania są trudne, jeżeli nie niemożliwe do przewidzenia.

Od wyrobów elektretowych wymagane są specjalne właściwości, takie jak stabilność ładunku, zdolność obciążania, odporność na wilgoć i olej itd., na które znaczny wpływ mogą mieć etapy przetwarzania, które byłyby zasadniczo nieszkodliwe lub korzystne w przypadku wyrobów tekstylnych typu włóknin i tkanin. Przy braku bogatych danych doświadczalnych często bardzo trudno jest zrozumieć wpływ, jaki dany etap przetwarzania (np. hartowanie) może mieć na właściwości wynikowego produktu elektretowego.

Opisanym sposobem polepszania działania filtru elektretowego jest domieszanie dodatku polepszającego działanie do polimeru stosowanego do utworzenia włókien elektretowych. Przykładowo w patentach USA nr 5.411.576 i 5.472.481 (Jones i inni) opisano filtry elektretowe, które są wykonane przez wytłaczanie mieszanki polimeru i nadającej się do obróbki w stanie roztopionym substancji fluorochemicznej, by utworzyć włókninę z mikrowłókien, którą następnie odpręża się i ładuje ulotowo. W WO 9626783 (Liftshutz i inni) (analogiczny patent USA nr 5.645.627) opisuje filtry elektretowe, które są wykonane przez wytłaczanie mieszanki polimeru i amidu kwasu tłuszczowego lub oksazolidynonu jako substancji fluorochemicznej w celu utworzenia włókniny z mikrowłókien, którą następnie odpręża się i ładuje ulotowo.

Opisywano również inne sposoby, które polepszają właściwości ładunkowe wyrobów elektretowych. Przykładowo w patencie USA nr 4.588.437 (Klaase i inni) opisano obróbkę wyładowaniem ulotowym w celu wprowadzenia ładunków w filtr elektretowy. W patencie USA nr 5.496.507 (Angadjivand i inni) stwierdzono, że uderzenia kropelek wody we włókninę z mikrowłókien powoduje naładowanie włókniny, a w WO 97/07272 (Rousseau i inni) opisano filtry elektretowe, które są wytwarzane przez wytłaczanie mieszanek polimeru i substancji fluorochemicznej lub organicznego związku trójazynowego w celu wytworzenia włókniny z mikrowłókien, którą następnie bombarduje się kropelkami wody, by naładować ją elektrycznie i przez to polepszyć działanie filtrujące takiej włókniny.

W patencie USA nr 5.256.176 (Matsuura i inni) opisano proces wytwarzania stabilnych elektretów przez wystawienie elektretu na działanie przemiennych cykli doprowadzania ładunku elektrycznego i następnie grzania wyrobu. Nie opisano tam elektretów posiadających dodatki, które polepszają obciążanie mgłą olejową.

Wynalazek dotyczy wyrobu elektretowego zawierającego polimer i polepszający działanie dodatek. Wynalazcy odkryli, że kompozycje o słabej krystaliczności, zawierające polimer i dodatek polepszający działanie, są szczególnie wartościowe, ponieważ mogą być przetwarzane w filtry elektretowe o lepszych właściwościach. Jak opisano poniżej kompozycje o słabej krystaliczności mogą być wytwarzane przez wprowadzenie etapu hartowania podczas przetwarzania. Hartowanie redukuje uporządkowanie materiału (np. krystaliczność) w porównaniu z uporządkowaniem materiału bez procesu hartowania. Etap hartowania przebiega równocześnie z lub tuż po nadaniu roztopionemu materiałowi żądanego kształtu. Zwykle materiał jest kształtowany przez wytłaczanie go przez dyszę i hartowany (zwykle przez doprowadzenie do wytłoczonego materiału płynu chłodzącego) natychmiast po wyjściu z otworu dyszy.

Wynalazek dotyczy wyrobu elektretowego zawierającego polimer i dodatek polepszający działanie, który charakteryzuje się tym, że ma widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania (TSDC) z pikiem o szerokości na połowie wysokości mniejszej niż około 30°C, jeżeli mierzyć według procedury 3 badania TSDC. Korzystnie, gdy na powierzchniach międzyfazowych polimeru znajduje się fluor lub gdy dodatek polepszający działanie zawiera substancję fluorochemiczną, zaś widmo

PL 195 918 B1 termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC ma pik o szerokości mniejszej niż około 25°C na połowie jego wysokości w pomiarze przeprowadzonym według procedury 3 badania TSDC. Korzystne jest również, gdy polimer występujący w wyrobie zawiera polipropylen. Dodatek polepszający działanie jest korzystnie wybrany z grupy złożonej z grupy związków o podanych poniżej wzorach strukturalnych:

-A

1J+—(CH2)6C8Fi7SO2N(CH3)CH2CH-CHj CHj-CH-CH2N(CH))SO2C8Fi7

CsFi7SO2N(CH3)CH2CH-CH2

CH2

Ofc-CH-CH2N(CHJ)S02C8Fi7 ^oraz Ϊ JL <j> N— CH2-[<^>—CH2-i<y)

CeFi7SO2N(CH3)CH2CH-CH2 CH2-CH-CH2N(CH3)SO2C8Fi7

Najkorzystniej jest, gdy wyrób według wynalazku zawiera od 95 do 99,5% wagowych polipropylenu oraz od 0,5 do 5% wagowych substancji fluorochemicznej, ale polimer może też być wybrany z grupy złożonej z polipropylenu, poli(4-metylo-1-pentenu), liniowego polietylenu o małej gęstości, polistyrenu, poliwęglanu, poliestru i ich kombinacji.

Wyrób elektretowy według wynalazku charakteryzuje się korzystnie tym, że posiada rosnącą gęstość ładunku w ciągu 1-5 min czasu polaryzowania w pomiarze przeprowadzonym według procedury 4 badania TSDC. Dla wyrobu według wynalazku korzystne jest, gdy stanowią go włókna, korzystnie włókna wytworzone metodą wydmuchiwania z roztopionego polimeru, a najkorzystniej gdy włókna są w postaci włókniny. Wspomniane włókna mają strukturę osłona-rdzeń, gdzie osłona zawiera 95 - 99,5% wagowych polipropylenu i 0,5 - 5% wagowych substancji fluorochemicznej.

Wynalazek obejmuje również filtr elektretowy.

Filtr elektretowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykazuje początkową wykrywalną penetrację DOP mniejszą niż 5% oraz średnią wartość Min@Chl większą niż 200 mgDOP mierzoną według procedury 1 badania obciążania włókniny przez DOP oraz zawiera wyrób elektretowy zawierający polimer i dodatek polepszający działanie, z charakterystycznym widmem termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC z pikiem o szerokości mniejszej niż około 30°C w połowie jego wysokości, w pomiarze przeprowadzonym według procedury 3 badania TSDC. Korzystne jest przy tym, gdy zawarty w filtrze wyrób elektretowy posiada rosnącą gęstość ładunku w ciągu 1-5 min czasu polaryzowania w pomiarze przeprowadzonym według procedury 4 badania TSDC oraz gdy wyrób elektretowy ma postać włókien, korzystnie włókien wytworzonych metodą wydmuchiwania z roztopionego polimeru, przy czym wyrób wykazuje początkową wykrywalną penetrację DOP mniejszą niż 5% oraz średnią wartość Min@Chl większą niż 200 mg DOP mierzoną według procedury 1 badania obciążania włókniny przez DOP. Ponadto korzystne jest, gdy filtr według wynalazku wykazuje spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa (13 mm H2O) oraz początkową wykrywalną penetrację DOP mniejszą niż 5% oraz wartość Min@Chl około 800 - 1000 mg DOP mierzoną według procedury 1 badania obciążania włókniny filtru przez DOP.

Wynalazek obejmuje także zastosowanie omówionego powyżej filtra elektretowego określonego w respiratorze, gdzie respirator zawiera filtr elektretowy, warstwę kształtującą oraz paski przystosowane do podtrzymywania respiratora na twarzy człowieka.

Wynalazek obejmuje również respirator z filtrem elektretowym, zawierający włókninę, która zawiera włókna elektretowe wykonane z mieszanki polimeru i dodatku polepszającego działanie oraz

PL 195 918 B1 strukturę wsporczą do umieszczenia respiratora na osobie i miskowy człon, przystosowane do założenia na usta i nos osoby noszącej respirator.

Respirator według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykazuje wartość Min@Chl większą niż 400 mg DOP w badaniu zgodnie z procedurą badania przechodzenia materiałów cząstkowych przez filtr, ustaloną przez Państwowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy NIOSH w zakresie badania respiratorów podciśnieniowych wobec cząstek cieczy wg procedury APRS-STP0051-00 oraz posiada odsłonięte pole powierzchni około 180 cm² albo w trakcie badania ma ustawione odsłonięte pole powierzchni na około 180 cm². Dla respiratora według wynalazku korzystne jest, gdy na powierzchniach międzyfazowych polimeru zawartego w respiratorze znajduje się fluor, a respirator wykazuje spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa (13 mm H2O), zaś dodatkiem polepszającym działanie jest substancja fluorochemiczna, a polimerem jest polipropylen.

Wynalazek obejmuje również odmianę wyrobu elektretowego zawierającego polimer i dodatek polepszający działanie, który charakteryzuje się tym, że ma widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC z pikiem o szerokości mniejszej niż około 15- 30°C poniżej temperatury topnienia wyrobu w pomiarze przeprowadzonym według procedury 2 badania TSDC. Dla omawianego wyrobu korzystne jest, gdy na powierzchniach międzyfazowych polimeru znajduje się fluor. W odmianie wyrobu elektretowego dodatkiem polepszającym działanie jest substancja fluorochemiczna, zaś widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC ma pik o szerokości mniejszej niż około 15 - 25°C poniżej temperatury topnienia wyrobu w pomiarze przeprowadzonym według procedury 2 badania TSDC. Dla odmiany wyrobu korzystne jest, gdy polimerem zawartym w wyrobie jest polipropylen, a widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC ma pik przy 130 - 140°C. Korzystne jest również, gdy odmianę wyrobu stanowią włókna, najkorzystniej włókna wytworzone metodą wydmuchiwania z roztopionego polimeru, a jeszcze korzystniej lub gdy włókna są w postaci włókniny.

Wynalazek obejmuje także zastosowanie odmiany wyrobu elektretowego, które polega na tym, że stosuje się go jako filtr w respiratorze.

Wynalazek obejmuje również materiał pośredni do wytwarzania filtra elektretowego. Materiał pośredni według wynalazku, zawierający włókninę z włókien polimeru oraz dodatek polepszający działanie, charakteryzuje się tym, że polimer ma wskaźnik krystaliczności, mierzony jako stosunek intensywności piku krystalicznego na dyfraktogramie rentgenowskim do całkowitej rozproszonej intensywności w zakresie kąta rozproszenia 6 - 36 stopni, mniejszy niż 0,3, a najkorzystniej gdy polimer ma wskaźnik krystalicznosci w granicach 0 - 0,2. Dla materiału pośredniego według wynalazku korzystne jest, gdy dodatkiem polepszającym działanie jest substancja fluorochemiczna, a polimerem jest polipropylen, oraz gdy materiał ma gęstość ładunku co najmniej 10 mikrokulombów na metr kwadratowy przy badaniu według procedury 1 badania TSDC.

Wynalazek obejmuje również kolejną odmianę wyrobu elektretowego, który charakteryzuje się tym, że jest wykonany z materiału pośredniego zawierającego włókninę z włókien polimeru i dodatek polepszający działanie, przy czym polimer ma wskaźnik krystalicznosci, mierzony jako stosunek intensywności piku krystalicznego na dyfraktogramie rentgenowskim do całkowitej rozproszonej intensywności w zakresie kąta rozproszenia 6- 36 stopni, mniejszy niż 0,3.

Wynalazek obejmuje także kolejną odmianę respiratora. Respirator według odmiany wynalazku obejmuje maskę do zakrywania co najmniej nosa i ust użytkownika oraz filtr elektretowy umieszczony na masce tak, że umożliwione jest przejście przez niego powietrza zanim zostanie zainhalowane przez użytkownika, gdzie respirator charakteryzuje się tym, że filtr elektretowy obejmuje włókninę zawierającą nieprzewodzące włókna polimerowe z atomami fluoru na ich powierzchniach oraz wykazuje on ładunek elektretowy, przy czym respirator ma wartość Min@Chl większą niż 400 mg DOP przy badaniu zgodnie z procedurą ustaloną przez Państwowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy NIOSH w zakresie badania respiratorów podciśnieniowych wobec cząstek cieczy wg procedury APRS-STP-0051-00.

Respirator według odmiany wynalazku dodatkowo charakteryzuje się tym, że jego odsłonięte pole powierzchni wynosi około 180 cm² albo w trakcie badania ma ustawione odsłonięte pole powierzchni na około 180 cm² oraz że wykazuje spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa (13 mm H2O), zaś nieprzewodzące włókna polimerowe zawierają termoplastyczny polipropylen.

Omówione powyżej rozwiązania według wynalazku wykazują szereg korzystnych cech i właściwości w stosunku do dotychczasowych rozwiązań, znanych ze stanu techniki.

Przede wszystkim filtry elektretowe zawierające wyroby elektretowe o charakterystycznych dla wynalazku cechach widma TSDC mają niespodziewanie lepsze działanie filtracyjne. Włókna wykonane

PL 195 918 B1 z mieszanki polimeru i dodatku polepszającego działanie wykazują lepsze obciążanie aerozolem ciekłego dwuoktyloftalanu (DOP). Obciążanie aerozolem ciekłego DOP definiuje się w odniesieniu do konkretnych badań w przykładach. Filtry elektretowe mają polepszone obciążanie mgłą olejową, wykazują zmniejszoną penetrację aerozoli lub cząstek oraz stabilność ładunku w obecności aerozolu cieczy przy równocześnie mniejszym spadku ciśnienia na filtrze.

Wyroby elektretowe według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie w licznych urządzeniach filtrowania, łącznie z respiratorami, takimi jak maski twarzowe, domowe i przemysłowe urządzenia klimatyzacyjne, piece, filtry powietrza, odkurzacze, filtry medyczne i w przewodach pneumatycznych oraz systemy oczyszczania powietrza w pojazdach i w sprzęcie elektronicznym, takim jak komputery i napędy dysków. Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przebiegu procesu wytwarzania materiałów na filtry elektretowe według wynalazku, fig. 2 - wykres obciążenia przy minimum masy dwuoktyloftalanu (DOP), która trafiła na włókninę filtru w chwili, gdy procent penetracji DOP osiąga wartość minimalną, fig. 3 - wykres Min@Chl próbek wyciętych z nie hartowanego, odprężonego filtru elektretowego w funkcji współczynnika krystaliczności próbek przed odprężaniem, fig. 4 - wykres Min@Chl próbek wyciętych z nie hartowanego, odprężonego filtru elektretowego w funkcji współczynnika krystaliczności próbek przed odprężaniem, fig. 5 - wykres Min@Chl próbek wyciętych z hartowanych i nie hartowanych, odprężonych filtrów elektretowych w funkcji współczynnika krystaliczności próbek przed odprężaniem, fig. 6 - wykres Min@Chl próbek wyciętych z hartowanych i nie hartowanych, odprężonych filtrów elektretowych w funkcji współczynnika krystaliczności próbek przed odprężaniem, fig. 7 przedstawia wykres Min@Chl próbek wyciętych z hartowanych i nie hartowanych, odprężonych filtrów elektretowych w funkcji współczynnika krystaliczności próbek przed odprężaniem, fig. 8 - wykres Min@Chl próbek wyciętych z hartowanych i nie hartowanych, odprężonych filtrów elektretowych w funkcji współczynnika krystaliczności próbek przed odprężaniem, fig.9 - wykres Min@Chl próbek wyciętych z hartowanych i nie hartowanych, odprężonych filtrów elektretowych w funkcji współczynnika krystaliczności próbek przed odprężaniem, fig. 10 - respirator lub filtrującą maskę twarzową 10, zawierającą filtr elektretowy według wynalazku, fig. 11 - przekrój poprzeczny korpusu 17 respiratora, fig. 12 - widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania (TSDC) włóknin zawierających nie naładowany polimer i dodatek polepszający działanie, które zostały spolaryzowane w poiu elektrycznym 2,5 kV/mm przy 100°C przez 1 min. Włókniny były wytworzone przy zastosowaniu następujących czterech warunków przetwarzania: a) hartowane, bez odprężania, b) nie hartowane, nie odprężane, c) hartowane, odprężane oraz d) nie hartowane, odprężane, fig. 13a - wykres współczynnika krystaliczności 6 próbek włókniny zawierających nie odprężony i nie naładowany polimer i dodatek polepszający działanie w funkcji gęstości ładunku po odprężeniu (bez ładowania), które zostały spolaryzowane w polu elektrycznym 2,5 kV/mm przy 100°C przez 1min, fig. 13b - wykres skuteczności ładowania DOP (w Min@Chl) 6 odprężonych i naładowanych próbek włókniny zawierających polimer i dodatek polepszający działanie w funkcji gęstości ładunku próbek po odprężeniu (bez ładowania), które zostały spolaryzowane w polu elektrycznym 2,5 kV/mm przy 100°C przez 1min, fig. 14 - widma TSDC odprężonych i ładowanych ulotowo, nie polaryzowanych włóknin zawierających polimer bez dodatku polepszającego działanie. Próbki a i b były hartowane podczas obróbki, natomiast próbki a' i b' nie były hartowane. Strona A oznacza tę stronę włókniny, która styka się z elektrodą górną, kiedy prąd rozładowania jest dodatni, natomiast strona B oznacza stronę przeciwną włókniny, która przy zetknięciu z górną elektrodą wyładowuje prąd ujemny, fig. 15 przedstawia widma TSDC odprężonych i ładowanych ulotowo włóknin zawierających nie spolaryzowany polimer i dodatek polepszający działanie. Próbki a i b były hartowane podczas przetwarzania, natomiast próbki a' i b' nie były hartowane. Strona A oznacza tę samą stronę co strona A na fig. 14 w odniesieniu do styku z górną elektrodą, a strona B oznacza przeciwną stronę włókniny, fig. 16a przedstawia widma TSDC odprężonych i ładowanych ulotowo, hartowanych włóknin zawierających polimer i dodatek polepszający działanie, które zostały spolaryzowane w polu elektrycznym 2,5 kV/mm przy 100°C przez a) 1min, b) 5 min, c) 10 min i d) 15 min, fig. 16b - widma TSDC odprężonych i ładowanych ulotowo, nie hartowanych włóknin zawierających polimer i dodatek polepszający działanie, które zostały spolaryzowane w polu elektrycznym 2,5 kV/mm przy 100°C przez a') 1min, b') 5 min, c') 10 min i d') 15 min, zaś fig. 17 - wykres gęstości ładunku w funkcji czasu polaryzowania w przypadku nie hartowanych (linia ciągła) i hartowanych (linia przerywana) odprężonych i ładowanych ulotowo włóknin zawierających polimer i dodatek polepszający działanie.

Wyroby elektretowe według wynalazku zawierają polimer i dodatek polepszający działanie. Polimerem może być nieprzewodząca żywica termoplastyczna, to znaczy żywica o rezystywności więk6

PL 195 918 B1 szej niż 10¹⁴ omem, korzystnie 10¹⁶ om-cm. Polimer ten powinien mieć możliwość posiadania nieprzejściowego lub długotrwale przechwyconego ładunku. Polimerem tym może być homopolimer, kopolimer lub mieszanka polimerów. Jak podano w patencie USA nr 4.588.537 (Klaase i inni), korzystne polimery obejmują polipropylen, pooli-4-metylo-1-penten, linowy polietylen o małej gęstości, polistyren, poliwęglan i poliester. Głównym składnikiem polimeru jest korzystnie polipropylen ze względu na swą dużą rezystywność, zdolność do tworzenia wydmuchiwanych w stanie roztopionym włókien o średnicach nadających się do filtrowania powietrza, zadowalającej stabilności ładunku i odporności na wilgoć. Z drugiej strony polipropylen nie jest typowo oleofobowy. Wyroby elektretowe według wynalazku korzystnie zawierają 90-99,8% wag. polimeru, korzystniej 95 - 99,5% wag, a najkorzystniej 98-99% wag. w stosunku do ciężaru wyrobu.

Dodatkami polepszającymi działanie według wynalazku są te dodatki, które zwiększają zdolność elektretowego wyrobu do filtrowania olejowego aerozolu po wykonaniu z niego filtru elektretowego. Zdolność filtrowania olejowego aerozolu mierzona jest przez testy obciążania DOP opisane w przykładach. Dodatki polepszające działanie obejmują dodatki opisane w patencie USA nr 5.472.481 (Jones i inni) oraz w WO 97/07272 (Rousseau i inni). Dodatki polepszające działanie obejmują dodatki fluorochemiczne, takie jak fluorochemiczne oksazolidinony, np. opisane w patencie USA nr 5.025.052 (Crater i inni), fluorochemiczne piperazyny i stearynianowe estry nadfluoroalkoholi. Ze względu na wykazywaną skuteczność polepszania właściwości elektretu dodatkiem polepszającym działanie jest korzystnie substancja fluorochemiczna, jeszcze korzystniej fluorochemiczny oksazolidinon. Korzystnie substancja fluorochemiczna ma temperaturę topnienia powyżej temperatury topnienia polimeru, a poniżej temperatury wytłaczania. Jeśli chodzi o przetwarzanie przy stosowaniu polipropylenu substancje fluorochemiczne korzystnie mają temperaturę topnienia powyżej 160°C, a korzystniej temperaturę topnienia 1 60 - 290°C. Szczególnie korzystne dodatki fluorochemiczne obejmują dodatki A, B i C z patentu USA nr 5.411.576, mające odpowiednio wzory

Wyrób elektretowy według wynalazku korzystnie zawiera 0,2-10% wag. dodatku polepszającego działanie, korzystniej 0,5-5,0% wag., w stosunku do ciężaru wyrobu.

Polimer i dodatek polepszający działanie mogą być zmieszane jako ciała stałe przed ich roztopieniem, ale składnikisą korzystnie roztapiane oddzielnie i mieszane ze sobą jako ciecze. Alternatywnie fluorochemiczny dodatek i część polimeru miesza się ze sobą jako ciała .stałe i roztapia w celu utworzenia stosunkowo bogatej w substancję fluorochemiczną mieszanki, którą następnie łączy się z polimerem nie zawierającym substancji fluorochemicznej.

Roztopionej mieszance nadaje się następnie kształt przez wytłaczanie przez dyszę, ale w mniej korzystnych przykładach realizacji mieszankę można kształtować przez alternatywne procesy, takie jak ciągnienie w polu elektrostatycznym (patrz np. Y. Trouilhet, New Method of Manufacturing Nonwovens by Electrostatic Laying, w Index 81 Congress Papers, Advances In Web Forming, European Disposables And Nonwovens Association, Amsterdam, 5-7 maja 1981. Korzystny proces wytłaczania wykorzystuje dwie wytłaczarki, przy czym w tym procesie 10-20% wag. fluorochemicznego dodatku i 80 - 90% wag. polimeru miesza się w pierwszej wytłaczarce, a tę roztopioną mieszankę o stosunkowo dużej zawartości substancji fluorochemicznej podaje się do drugiej wytłaczarki z roztopionym polimerem (nie zawierającym substancji fluorochemicznej), aby utworzyć mieszankę wytłaczaną przez dyszę. Roztopioną mieszankę o dużej zawartości substancji fluorochemicznej korzystnie łączy się z nie zawierającym substancji fluorochemicznej polimerem tuż przed wytłoczeniem roztopionego materiału przez dyszę. Skraca to do minimum czas narażenia substancji fluorochemicznej na wysoką temperaturę. Temperatura podczas wytłaczania powinna być kontrolowana w celu zapewnienia pożądanej reologii wytłoczonego materiału i aby uniknąć termicznego zniszczenia substancji fluorochemicznej. Różne wytłaczarki zwykle wymagają różnych profili temperatury i mogą być potrzebne pewne doświadczenia, by zoptymalizować warunki wytłaczania określonego systemu. W przypadku mieszanki polipropylenu z substancją fluorochemiczną temperaturę podczas wytłaczania korzystnie utrzymuje się poniżej około 290°C, aby zmniejszyć termiczne zniszczenie substancji fluorochemicznej. Jeżeli stosuje się wytłaczarki, są one korzystnie dla lepszego mieszania dwuślimakowe i mogą to być wytłaczarki dostępne w handlu, takie jak wytłaczarki z firmy Werner & Pfleiderer lub Berstorff.

Roztopioną mieszankę korzystnie wytłacza się poprzez dyszę, a korzystniej mieszankę wytłacza się poprzez dyszę w warunkach rozdmuchiwania roztopionego materiału. Wiadomo, że rozdmuchiwanie roztopionego materiału ma liczne zalety, zwłaszcza związane z wytwarzaniem włóknin, a wyroby według wynalazku mogą być wytwarzane z zastosowaniem procesów i urządzeń rozdmuchiwania roztopionego materiału, które są znane. Wydmuchiwanie włókien z roztopionego materiału

PL 195 918 B1 zostało początkowo opisane przez Van Wente, Superfine Thermoplastic Fibers, Ind. Eng. Chem. wol. 48, s. 1342 - 46, (1956). Zwykle rozdmuchiwanie roztopionego materiału według przedmiotowego wynalazku prowadzi się z wykorzystaniem konwencjonalnych procedur z tą modyfikacją, że materiał jest hartowany (chłodzony) przy wyjściu z dyszy.

Odpowiednie techniki hartowania obejmują natryskiwanie wodą, natryskiwanie lotną cieczą lub kontaktowanie z ochłodzonym powietrzem albo gazami kriogenicznymi, takimi jak dwutlenek węgla lub azot. Zwykle płyn chłodzący (ciecz lub gaz) jest natryskiwany z otworów umieszczonych w odległości około 5 cm od dysz. W przypadku materiałów wytłaczanych przez dyszę płyn chłodzący pada na roztopiony materiał wytłoczony bezpośrednio po jego wytłoczeniu z dyszy (znacznie przed zbieraniem materiału). Przykładowo w przypadku włókien wydmuchiwanych z roztopionego materiału roztopiony materiał wytłoczony musi być hartowany zanim zostanie zebrany w postaci włókniny. Płynem chłodzącym jest korzystnie woda. Może to być woda z kranu, ale korzystnie jest to woda destylowana lub zdejonizowana.

Celem etapu hartowania jest zmniejszenie do minimum krystalizacji polimeru w gotowym wyrobie. Wynalazcy odkryli, że filtry elektretowe wykonane z hartowanych materiałów wykazują nieoczekiwanie dobre działanie filtracyjne wobec aerozolu cieczy, jeżeli są później odprężane i ładowane. Etap hartowania zmniejsza zawartość kryształów w polimerze w porównaniu z nie hartowanym polimerem wytłaczanym w takich samych warunkach. Materiał hartowany korzystnie ma mały stopień krystaliczności mierzony na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich. Korzystnie polimer w hartowanym materiale ma współczynnik krystaliczności mniejszy niż 0,3, korzystniej mniejszy niż 0,25, jeszcze korzystniej mniejszy niż 0,2, a jeszcze korzystniej mniejszy niż 0,1, mierzony jako stosunek natężenia przy szczytowej krystaliczności do całkowitego natężenia rozproszonego w zakresie kąta rozproszenia 6 - 36 stopni. Korzystna kompozycja pośrednia do wytwarzania filtru elektretowego utworzona jest przez mieszanie i wytłaczanie mieszaniny 90 - 99,8% wag. organicznego polimeru i 0,2 - 10% wag. dodatku polepszającego działanie, przy czym materiał jest wytłaczany przez dyszę w warunkach wydmuchiwania w stanie roztopionym, by utworzyć włókna, które są zbierane jako włóknina. Włókna te są hartowane przed zbieraniem przez proces chłodzenia, taki jak natryskiwanie wodą, natryskiwanie lotną cieczą lub kontaktowanie z ochłodzonym powietrzem albo gazami kriogenicznymi, takimi jak dwutlenek węgla lub azot.

Po hartowaniu materiał zbiera się. Jeżeli materiał jest w postaci włókien, można go zbierać, ciąć i gręplować we włókninę. Wydmuchane w stanie roztopionym włókna zwykle można zbierać jako włókninę na obrotowym bębnie lub ruchomym pasie. Korzystnie etapy hartowania i zbierania przeprowadza się tak, że nie ma nadmiaru płynu chłodzącego (jeżeli jest resztkowy płyn, zwykle jest to woda) pozostającego na zebranym materiale. Płyn pozostający na zebranym materiale może powodować problemy przy składowaniu i wymaga dodatkowego grzania podczas odprężania, by usunąć ten płyn hartujący. Zebrany materiał zawiera zatem korzystnie mniej niż 1% wag. płynu hartującego, a korzystniej nie zawiera w ogóle resztkowego płynu hartującego.

Hartowany materiał jest odprężany w celu zwiększenia stabilności ładunku elektrostatycznego w obecności mgły olejowej. Korzystnie dodatek polepszający działanie jest substancją, która prezentuje powierzchnie o małej energii, taką jak substancja fluorochemiczna, a etap odprężania przeprowadza się w wystarczającej temperaturze i przez wystarczający czas, by spowodować dyfuzję tego dodatku na powierzchniach międzyfazowych materiału (np. powierzchnia międzyfazowa polimer-powietrze i granica pomiędzy fazą krystaliczną a fazą bezpostaciową). Zwykle wyższe temperatury odprężania umożliwiają krótsze czasy. Aby uzyskać pożądane właściwości gotowego wyrobu, odprężanie materiałów polipropylenowych należy przeprowadzać powyżej temperatury około 100°C. Korzystnie odprężanie przeprowadza się w temperaturze 130 - 155°C przez 2 - 20 min, korzystniej 140 - 150°C przez 2- 10 min, a jeszcze korzystniej 150°C przez 4,5 min. Odprężanie należy przeprowadzać w warunkach, które zasadniczo nie psują struktury włókniny. W przypadku włóknin polipropylenowych temperatury odprężania znacznie powyżej około 155°C mogą być niepożądane, ponieważ materiał może zostać uszkodzony.

Włókniny, które nie zostały odprężone, zwykle nie mają możliwego do zaakceptowania obciążania mgłą olejową. Nie odprężone włókniny zwykle mają zerową wartość Min@Chl. Wynalazcy wysuwają hipotezę, że lepsze działanie odprężonych włóknin może być spowodowane zwiększeniem powierzchni międzyfazowej i/lub zwiększeniem liczby miejsc stabilnego wychwytywania ładunku. Zamiast odprężania można zatem zastosować alternatywne sposoby zwiększania powierzchni międzyfazowej.

PL 195 918 B1

Odprężanie zwiększa stopień krystaliczności polimeru w materiale. Wiadomo również, że odprężanie zwiększa sztywność i kruchość materiału oraz zmniejsza wydłużenie, miękkość i odporność na rozerwanie. Jednakże zmniejszenie miękkości i odporności na rozerwanie jest nieistotne, ponieważ celem wynalazku jest polepszenie działalności filtru elektretowego.

Z hartowaniem lub bez hartowania etap odprężania jest zwykle etapem ograniczającym wydajność produkcyjną przy wytwarzaniu włóknin filtrów elektretowych odpornych na aerozol cieczy. W jednym przykładzie realizacji włóknina wytwarzana jest w procesie wydmuchiwania roztopionego materiału z prędkością 2,48 - 6,94 g/sTm (0,5 1,4 funt/h/cal) dyszy.

Sposób według wynalazku obejmuje ponadto etap elektrostatycznego ładowania materiału po hartowaniu. Przykłady sposobów ładowania elektrostatycznego użytecznych dla wynalazku obejmują sposoby opisane w patentach USA nr Re. 30.782 (van Turnhout), Re. 31.285 (van Turnhout), 5.401.446 (Tsai i in.), 4.375.718 (Wadsworth i in.), 4.588.537 (Klasse i in.) oraz 4.592.815 (Nakao). Materiały elektretowe mogą być również hydroładowane (patrz patent USA nr 5.496.507, Angadjivand i in.) . Włókna cięte mogą być tryboładowane przez pocieranie lub wstrząsanie z niepodobnymi włóknami (patrz patent USA nr 4.798.850, Brown i in.). Korzystnie proces ładowania obejmuje poddawanie materiału działaniu wyładowania koronowego lub działaniu impulsowego wysokiego napięcia, jak to opisano w niektórych spośród wymienionych wyżej patentów.

Włókna mogą mieć konfigurację osłonowo-rdzeniową, a w takim przypadku osłona musi zawierać dodatek polepszający działanie, jak opisano w mieszankach omówionych powyżej. Korzystnie wytłoczony materiał ma postać mikrowłókien o skutecznej średnicy 5 - 30 μm, korzystnie 6-10 mm, obliczając zgodnie ze sposobem przedstawionym w publikacji Davies, C.N., The Separation of Airborne Dust and Particulates, Inst. ofMech. Eng. Londyn, Proceedings 1B, 1952.

Wyroby elektretowe według wynalazku mogą być scharakteryzowane przez badania TSDC. W badaniu TSDC próbkę umieszcza się pomiędzy dwiema elektrodami, nagrzewa się ze stałą prędkością, a prąd odprowadzany z próbki mierzy się za pomocą amperomierza. TSDC jest dobrze znaną techniką. Patrz np. patent USA nr 5.256.176, Lavergne i in., A Review of Thermo-Stimulated Current, IEEE Electrical Lnsulation Magazine, wol. 9, nr 2, 5-21, 1993 oraz Chen i in. Analysis of Thermally Stimulated Processes, Pergamon Press, 1981. Prąd odprowadzany z próbki jest funkcją polaryzowalności i chwytania ładunku przez badany wyrób. Naładowane wyroby można badać bezpośrednio. Alternatywnie wyroby naładowane i nie naładowane można najpierw polaryzować w polu elektrycznym przy podwyższonej temperaturze, a następnie szybko chłodzić poniżej temperatury (Tg) przejścia polimeru w stan szklisty z włączonym polem polaryzującym, aby zamrozić wywołaną polaryzację. Próbkę następnie podgrzewa się ze stałą prędkością i mierzy się uzyskany odprowadzany prąd. W procesie polaryzacji może występować wprowadzanie ładunku, ustawianie dipoli, redystrybucja ładunków lub pewna ich kombinacja.

Podczas rozładowania stymulowanego termicznie ładunki zmagazynowane w elektrecie stają się ruchome i są neutralizowane albo na elektrodach, albo w masie próbki przez rekombinację z ładunkami przeciwnego znaku. Na skutek tego powstaje zewnętrzny prąd elektryczny, który ma pewną liczbę pików, gdy jest rejestrowany jako funkcja temperatury w postaci graficznej (widmo TSDC). Kształt i usytuowanie tych pików zależy od poziomów energii uchwycenia ładunków i od fizycznej lokalizacji miejsc uchwycenia.

Jak podaje wielu badaczy (patrz np. Sessler, ed., Electrets, Springer-Verlag, 1987 i Van Turnhout, Thermally Stimulated Discharge of Polymer Electrets, Elsevier Scientific Publishing Co., 1975), ładunki elektretu są zwykle zmagazynowane w anomaliach strukturalnych, takich jak zanieczyszczenia, wady jednostek monomerowych, nieregularności łańcucha itd. Szerokość piku TSDC jest zależna od rozkładu poziomów wychwytywania ładunków w elektretach. W polimerach semikrystalicznych często ładunki będą gromadzić się lub będą zanikać w pobliżu powierzchni przejściowych pomiędzy fazą bezpostaciową afazą krystaliczną na skutek różnicy przewodności tych faz (zjawisko Maxwella-Wagnera). Takie miejsca chwytania są zwykle związane z różnymi energiami chwytania, gdzie będzie oczekiwany ciągły rozkład energii aktywacji i będzie oczekiwane, że piki TSDC nałożą się wzajemnie i połączą w jeden szeroki pik.

W szeregu pomiarów TSDC opisanych w przykładach niespodziewanie odkryto, że różne właściwości w widmie TSDC są skorelowane z lepszym działaniem obciążania mgłą olejową. Właściwości widma TSDC skorelowanez lepszym działaniem obejmują cechy omówione poniżej w korzystnych przykładach realizacji.

PL 195 918 B1

W jednym korzystnym przykładzie realizacji pośrednią kompozycją do wytwarzania filtru elektretowego jest kompozycja zawierająca włókninę z włókien mających gęstość ładunku co najmniej około ₂ mikrokulombów na metr kwadratowy (mC/m²) przy badaniu zgodnie z procedurą badań 1 TSDC (jak przedstawiono w przykładach).

W innym korzystnym przykładzie realizacji wyrób elektretowy ma widmo TSDC wykazujące pik przy około 15 - 30°C, korzystniej 15 - 25°C, poniżej temperatury topnienia wyrobu, przy przeprowadzaniu procedury badania 2 TSDC. Kiedy polimerem jest polipropylen, badanie TSDC wykazuje pik przy 130 - 140°C.

W jeszcze innym korzystnym przykładzie realizacji wyrób elektretowy ma widmo TSDC wykazujące pik o szerokości na połowie wysokości mniejszej niż około 30°C, korzystniej o szerokości na połowie wysokości mniejszej niż 25°C, a jeszcze korzystniej o szerokości na połowie wysokości mniejszej niż 20°C, przy przeprowadzaniu procedury badania 3 TSDC. W przypadkach, gdzie polimerem jest polipropylen, wąski pik opisany powyżej ma swe maksimum przy około 138 - 142°C.

W innym korzystnym przykładzie realizacji wyrób elektretowy wykazuje zwiększającą się gęstość ładunku od pierwszej do piątej minuty i/lub od piątej do dziesiątej minuty czasu polaryzowania przy przeprowadzaniu procedury badania 4 TSDC.

Wyrób elektretowy może być w postaci włókna, a z wielu takich włókien może być utworzony filtr elektretowy. Filtr elektretowy może przyjmować postać włókniny zawierającej przynajmniej pewną ilość włókien elektretowych połączonych ze strukturą wsporczą. W każdym przypadku wyrób elektretowy może być połączony z pewnym materiałem nieelektretowym. Przykładowo strukturą wsporczą mogą być nieelektretowe włókna lub wspierające włókniny nieelektretowe. Filtr elektretowy jest korzystnie elektretową włókniną zawierającą naładowane elektrycznie mikrowłókna wydmuchane z roztopionego materiału.

Włókniny filtrów elektretowych mogą również zawierać włókna cięte, które zapewniają mniej twardą włókninę o mniejszej gęstości. Wprowadzanie włókien ciętych we włókninę można przeprowadzać jak opisano w patencie USA nr 4.118.531 (Hauser). Jeżeli stosuje się włókna cięte, włóknina korzystnie zawiera mniej niż 90% wag. włókien ciętych, korzystniej mniej niż 70% wag. Ze względu na prostotę i optymalizację działania włóknina elektretową może w pewnych okolicznościach być złożona zasadniczo z włókien wydmuchanych z roztopionego materiału i nie zawiera włókien ciętych.

Filtr elektretowy może ponadto zawierać cząstki sorbentu, takiego jak tlenek glinowy lub węgiel aktywowany. Cząstki te mogą być dodane do filtru, by pomóc w usuwaniu gazowych zanieczyszczeń ze strumienia powietrza przechodzącego przez filtr. Takie włókniny naładowane cząstkami opisano przykładowo w patentach USA nr 3.971.373 (Braun), 4.100.324 (Anderson) oraz 4.429.001 (Kolpin i in.). Jeżeli dodany jest materiał ziarnisty, włóknina korzystnie zawiera mniej niż 80% obj. materiału ziarnistego, korzystniej mniej niż 60% obj. W przykładach realizacji, gdzie filtr elektretowy nie musi usuwać zanieczyszczeń gazowych, filtr ten może zawierać tylko włókna wydmuchane z roztopionego materiału.

Materiał użyty do wytworzenia filtru elektretowego jest korzystnie zasadniczo pozbawiony materiałów, takich jak czynniki antystatyczne, które mogłyby zwiększać przewodność elektryczną lub inaczej zakłócać zdolność wyrobu do przyjmowania i przytrzymywania ładunku elektrostatycznego. Ponadto wyrobu elektretowego nie należy poddawać niepotrzebnym obróbkom, takim jak wystawienie na działanie promieniowania gamma, promieniowania ultrafioletowego, pirolizy, utleniania itd., co mogłoby zwiększyć przewodność elektryczną. W korzystnym przykładzie wykonania wyrób elektretowy jest wytworzony i używany bez wystawiania na promieniowanie gamma lub inne promieniowa nie jonizujące.

Filtry elektretowe wykonane z włókien wydmuchanych z roztopionego materiału zwykle mają gramaturę 10 - 500 g/m², korzystniej 10 - 100 g/m². Filtry, które są zbyt gęste, mogą być trudne do ładowania, natomiast zbyt lekkie lub zbyt cienkie mogą być kruche i mieć niewystarczającą zdolność filtrowania. Dla wielu zastosowań filtry elektretowe mają grubość 0,25 - 20 mm, a zwykle 0,5 - 2 mm. Filtry elektretowe o takich gramaturach i grubościach mogą być szczególnie użyteczne w respiratorze.

Filtry według wynalazku korzystnie wykazują początkową penetrację DOP mniejszą niż 5% i średnią wartość Min@Chl większą niż 200 mg DOP, korzystniej większą niż 400 mg DOP, przy pomiarze według testu obciążania włókniny filtrującej DOP, procedura 1, jak opisano w przykładach. Użyte w tabelach i przykładach słowo „średnia” oznacza pomiary z 4 - 6 próbek wyciętych z równomiernie rozmieszczonych części na całej szerokości włókniny filtracyjnej. Dla każdego innego zestawu próbek średnia jest definiowana jako średnia wartość Min@Chl z odpowiedniej liczby próbek, które są wybrane i badane na obciążenie za pomocą testu t opisanego w publikacji Devore, Probability and

PL 195 918 B1

Statistics for Engineering and the Sciences, Brooks/Cole Publishing Co. (1987), by określić statystycznie znaczącą średnią w ramach jednego standardowego odchylenia.

Lepsze działanie filtracyjne uzyskuje się przez korzystne filtry według wynalazku, w których każdy filtr wzięty oddzielnie bez uśredniania (dalej po prostu każdy filtr) wykazuje wartość Min@Chl większą niż 500 g DOP, korzystniej większą niż około 600, a jeszcze korzystniej 800-1000 mg DOP. Filtry te korzystnie wykazują spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa (13 mm H2O) , korzystniej mniejszy niż 1,0 hPa (10 mm H2O), a jeszcze korzystniej mniejszy niż 0,8 hPa (8mm H2O), przy pomiarze sposobem podanym w procedurze l testu obciążania w przykładach.

Penetrację DOP zwykle mierzy się za pomocą przyrządu znanego jako automatyczny tester filtrów (AFT, Automated Filter Tester). Potrzebny jest pewien czas inicjalizacji, by aerozol DOP doszedł do filtru i by układ elektroniczny w testerze AFT osiągnął stan ustalony. Początkowa penetracja DOP odnosi się do procentu penetracji DOP przez włókninę podczas początkowego oddziaływania, zwykle 6-40 sekund, kiedy urządzenie do testowania dochodzi do stanu równowagi. Początkowa pentracja DOP jest pierwszym wskazaniem przedstawianym przez AFT zgodnie z wbudowanym programem. Filtry według przedmiotowego wynalazku mają co najmniej wykrywalną penetrację (to znaczy penetrację większą niż 0,001% dla przyrządów AFT opisanych w przykładach).

W respiratorach włókniny elektretowe mogą być specjalnie kształtowane lub umieszczane np. w postaci uformowanych lub składanych masek na pół twarzy, elementów filtrujących do wymiennych wkładów lub puszek, albo filtrów wstępnych.

Przykład respiratora 10 według przedmiotowego wynalazku przedstawiono na fig. 10 i 11. Korpus 17 maski respiratora może mieć krzywoliniowy kształt półkulisty lub też może mieć inne żądane kształty (patrz np. patenty USA nr 5.307.796 i 4.827.924). W respiratorze 10 elektretowy filtr 15 jest umieszczony sandwiczowo pomiędzy przykrywającą włókniną 11 a wewnętrzną kształtującą warstwą 16. Warstwa kształtująca 16 zapewnia kształt konstrukcji maski 10 i wspiera warstwę filtrującą 18. Warstwa kształtująca 16 może być usytuowana po wewnętrznej i/lub zewnętrznej stronie warstwy filtrującej 18 i może być wykonana przykładowo z włókniny ze spajanych cieplnie włókien ukształtowanych miskowo. Warstwa kształtująca może być uformowana zgodnie ze znanymi procedurami (patrz np. patent USA nr 5.307.796). Warstwa kształtująca lub warstwy zwykle są wykonane z włókien dwuskładnikowych, które mają rdzeń z materiału o wysokiej temperaturze topnienia, takiego jak politereftalan etylenu, otoczony przez osłonę z materiału o niższej temperaturze topnienia, tak że przy ogrzaniu w formie warstwa kształtująca dopasowuje się do kształtu formy i zachowuje ten kształt po ochłodzeniu do temperatury pokojowej. Przy ściśnięciu razem z inną warstwą, taką jak warstwa filtrująca, materiał osłony o niskiej temperaturze topnienia może również służyć do spojenia obu warstw ze sobą. Aby maska ciasno pasowała do twarzy użytkownika, korpus maski może posiadać przymocowane do niej taśmy 12, sznury do wiązania, uprząż maski itd. Na korpusie 17 maski może być przewidziany składany miękki pas 13 z metalu, takiego jak aluminium, aby mógł zostać ukształtowany w celu przytrzymywania maski twarzowej w żądanym położeniu dopasowania na nosie użytkownika (patrz np. patent USA nr 5.558.089). Respiratory mogą również mieć dodatkowe właściwości, takie jak dodatkowe warstwy, zawory (patrz np. patent USA nr 5.509.436), uformowane elementy twarzowe itd. Przykładyrespiratorów, które mogą zawierać ulepszone filtry elektretowe według przedmiotowego wynalazku, obejmują respiratory opisane w patentach USA nr 4.536.440, 4.827.924, 5.325.892, 4.807.619, 4,886.058i w zgłoszeniu patentowym USA nr 08/079.234.

₂

Respiratory według wynalazku, posiadające pole powierzchni w przybliżeniu 180 cm², korzystnie mają wartość Min@Chl większą niż 400 mg DOP, korzystniej większą niż 600 mg DOP, przy badaniu zgodnie z procedurą badania przechodzenia materiałów cząstkowych przez filtr, ustaloną przez Państwowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy w celu badania respiratorów podciśnieniowych wobec cząstek cieczy (procedura APRS-STP-0051-00, Morgantown WV, Dział Badań Bezpieczeństwa NIOSH, 31 maja 1995). Respiratory korzystnie mają początkową penetrację DOP mniejszą niż 5%.Respiratory badane według tej procedury korzystnie mają spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa (13 mm H2O), korzystniej mniejszy niż 1,0 hPa (10 mm H2O), a jeszcze korzystniej mniejszy niż 0,8 hPa (8mm H2O) . Respiratory o większym polu powierzchni badane są według tej normy przy zmniejszeniu narażonego pola powierzchni do 180 cm². Mniejsze respiratory są badane według tej normy przez dostosowanie zamocowania do kilku respiratorów, które razem mają obszar narażony około 180 cm².

Elementy filtrujące według wynalazku, posiadające pole powierzchni około 150 cm², korzystnie mają wartość Min@Chl większą niż 300 mg DOP, korzystniej większą niż 450 mg DOP, przy badaniu według procedury NIOSH oznaczonej APRS-STP-0051-00. Filtry używane parami w respiratorze

PL 195 918 B1 badane są z użyciem jednego filtru z pary. Filtry badane według tej procedury korzystnie wykazują początkową penetrację DOP mniejszą niż 5%. Filtry te korzystnie wykazują spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa (13 mm H2O), korzystniej mniejszy niż 1,0 hPa (10 mm H2O), a jeszcze korzystniej mniejszy niż 0,8 hPa (8 mm H2O).

₂

Filtry wstępne według wynalazku, posiadające pole powierzchni około 65 cm² korzystnie wykazują wartość Min@Chl większą niż 170mg DOP, korzystniej większą niż 255 mg DOP, przy badaniu zgodnie z procedurą NIOSH oznaczoną APRS-STP-0051-00. Filtry wstępne używane jako pary w respiratorze są badane na podstawie jednego filtru z pary. Filtry wstępne korzystnie wykazują początkową penetrację DOP mniejszą niż 5%. Filtry wstępne badane według tej procedury korzystnie wykazują spadek ciśnienia mniejszy niż 1,67 (17 mm H2O), korzystniej mniejszy niż 1,4 (14 mm H2O), a jeszcze korzystniej mniejszy niż 1,2 hPa (12 mm H2O).

Przykłady

Ogólne zasady przygotowywania próbek i badania.

Wytłaczanie włóknin

Poniższy opis przedstawia pewne korzystne przykładowe sposoby wytwarzania wyrobów elektretowych zawierających polimer i dodatek polepszający działanie. Wyrobami w tych przykładach są włókniny filtrujące wykonane z mieszanki polipropylenu i substancji fluorochemicznej, którą to mieszankę wytłacza się w warunkach wydmuchiwania z roztopionego materiału i zbiera się, by utworzyć włókninę z wydmuchanych mikrowłókien (BMF). Roztopiony dodatek fluorochemiczny doprowadzano do gardzieli wytłaczarki dwuślimakowej wraz z polipropylenem, by wytworzyć roztopiony strumień zawierający w przybliżeniu 11% wag. substancji fluorochemicznej. Większość polipropylenu doprowadzano do gardzieli drugiej wytłaczarki dwuślimakowej. W niektórych przypadkach dozowano również nadtlenek, aby zmniejszyć lepkość. Materiał wychodzący z wytłaczarki, do której doprowadzano substancję fluorochemiczną, był pompowany do wytłaczarki zawierającej polipropylen z prędkością taką, aby uzyskać w całym materiale wyjściowym zawartość roztopionego dodatku fluorochemicznego 1,1% wag.

Temperatura roztopionego strumienia zawierającego roztopiony dodatek fluorochemiczny była utrzymywana we wszystkich punktach poniżej 290°C. Samą włókninę wytwarzano w konwencjonalny sposób, podobny do sposobu opisanego w publikacji Van Wente i in., za wyjątkiem tego, że zastosowano dyszę z przewierconym otworem.

Stosowane były dwa sposoby hartowania, które są opisane poniżej.

Sposób A

Drążek rozpylający, zawierający 13 oddzielnych dysz płaskowachlarzowych z końcówkami rozpylającymi UniJet Spray Nozzle Tips Nr 9501, rozmieszczonych w odstępach w przybliżeniu 10 cm zamontowano w odległości 1,91 cm (0,75 cala) od czoła dyszy i 6,35 cm (2,5 cala) poniżej strumieni roztopionego polimeru wychodzących z dyszy. Każda z tych dysz rozpylających była obrócona o 10° od kierunku w poprzek włókniny, tak że wachlarze kropelek wody nie zderzały się ze sobą, a ciśnienie wody było ustawione na wartość minimalną, która utrzymywała równomierne rozpylanie.

Sposób B

Pręt rozpylający Sonic Spray System z 15 dyszami rozpylającymi model nr SDC 035 z firmy Sonic Environmental Corp. z Pennsauken, NJ zamontowano w przybliżeniu 17,78 cm (7 cali) poniżej linii środkowej i około 2,5 cm (1 cala) poniżej strumienia z końcówki dyszowej. Ciśnienie powietrza ustawiono na 345 kPa (50 psi), a ciśnienie wody ustawiono na 207 kPa (30 psi). Regulatory przepływu wody, jeżeli nie podano inaczej, ustawiono tak, że każda dysza dawała 30 ml wody na minutę. Każda dysza wytwarzała stożek z kropelek wody skierowany na strumienie roztopionego polimeru wychodzące z dyszy.

Wytłoczone wstęgi były dodatkowo obrabiane przez przepuszczenie ich przez piec nagrzany do średniej temperatury około 150°C z taką prędkością, że czas przebywania w piecu wynosił około 4,5 minuty. Ten proces odprężania powoduje dodatkową krystalizację polimeru i dyfuzję roztopionego dodatku fluorochemicznego na powierzchniach międzyfazowych włókien.

Ładowanie

Po odprężeniu wstęgi były dalej obrabiane przez wyładowanie ulotowe za pomocą silnego pola elektrycznego utworzonego pomiędzy 30 liniowymi, przebiegającymi w poprzek wstęgi źródłami wyładowania ulotowego a elektrodą uziemienia, przy czym natężenie prądu ulotowego wynosiło 2,6·10^-3 mA/cm długości źródła wyładowania ulotowego przy czasie przebywania w przybliżeniu 15 s.

PL 195 918 B1

Grubość wstęgi mierzona była według ASTM D1777-64 za pomocą ciężarka 230 g na krążku o średnicy 10 cm. Spadek ciśnienia można mierzyć według ASTM F778. Gramaturę obliczano z ciężaru krążka o średnicy 5,25 cala (13,3 cm).

Pomiary obciążania dwuoktyloftalanem (DOP) przeprowadzano przez kontrolowanie penetracji aerozolu DOP poprzez próbkę przy długotrwałym wystawieniu na działanie kontrolowanego aerozolu DOP. Pomiary przeprowadzano z zastosowaniem automatycznego testera filtrów (AFT) model nr 8110 lub nr 8130 (dostępne z firmy TSI Incorporated, St. Paul, Minnesota), dostosowanego do aerozolu DOP.

Procent penetracji DOP definiowany jest następująco:

Procent penetracji DOP=100 (stężenie DOP za filtrem/stężenie DOP przed filtrem), gdzie stężenia przed filtrem i za filtrem mierzone były na podstawie rozproszenia światła, a procent pentracji DOP obliczany był automatycznie przez tester AFT. Aerozol DOP wytwarzany przez testery AFT 8110 i 8130 był nominalnie aerozolem monodyspersyjnym o masowo średniej średnicy cząstek 0,3 μm ze stężeniemprzed filtrem wynoszącym 100 mg/m³, mierzonym przez filtr wzorcowy. Badane próbki były również sprawdzane z wyłączonym jonizatorem aerozolu i przy natężeniu przepływu przez próbkę włókniny filtru 85 dm³/min.

Procedura 1badania obciążania włókniny filtru przez DOP

Pomiary przeprowadzano za pomocą testera AFT model nr 8110 dostosowanego do aerozolu DOP. Wytłaczaną wstęgę cięto na krążki o średnicy 17,15 cm (6,75 cala). Dwa takie krążki ułożono w stos bezpośrednio jeden na drugim i zamontowano w uchwycie próbki tak, że koło o średnicy 15,2 cm (6,0 cala) było wystawione na działanie aerozolu. Prędkość powierzchni czołowej wynosiła 7,77 cm/s.

Próbki ważono przed wprowadzeniem ich w uchwyt próbek. Każde badanie kontynuowano aż do wystąpienia wyraźnej tendencji do zwiększenia procentu penetracji DOP przy dalszym wystawieniu na działanie aerozolu DOP lub przynajmniej aż do narażenia na 200 mg DOP. Procent penetracji DOP i odpowiedni spadek ciśnienia przekazywano do dołączonego komputera, gdzie dane te zostały zapisane. Po zakończeniu badania obciążania DOP obciążone próbki ważono ponownie, by sprawdzić ilość DOP zgromadzonego na próbkach włókniny. Służy to do kontroli narażenia na DOP ekstrapolowanego ze zmierzonego stężenia DOP działającego na włókninę i ze zmierzonego natężenia przepływu aerozolu przez włókninę.

Uzyskane dane obciążania importowano do arkusza kalkulacyjnego w celu obliczenia obciążenia przy minimum (Min@Chl).Wartość Min@Chl definiowana jest jako całkowite obciążenie DOP lub masa DOP, która trafiła (to znaczy masa DOP na próbce i poprzez próbkę) na włókninę filtru w punkcie, gdzie procent penetracji DOP osiąga swą wartość minimalną. Taka wartość Min@Chl służy docharakteryzowania działania włókniny wobec obciążenia DOP, przy czym im większa jest wartość Min@Chl, tym lepsza jest charakterystyka obciążania DOP.

Procedura 2 badania obciążania włókniny filtru przez DOP

Procedura 2 była taka sam jak procedura 1 z tymwyjątkiem, że wycinano próbki o średnicy 13,34 cm (5,25 cala) i umieszczono je w uchwycie próbek pozostawiając odsłonięte koło o średnicy 11,4 cm (4,5 cala), a prędkość czołowa wynosiła 13,8 cm/s.

W każdej procedurze testy można przeprowadzać stosując równoważne testery filtrów. Można również badać raczej pojedyncze warstwy zamiast podwójnych warstw włókniny filtrującej, jeżeli chwilowe działanie filtracyjne pojedynczej warstwy jest takie, że istnieje spadek ciśnienia 0,8 - 2,0 hPa (8-20 mm H2O) i mierzona jest wykrywalna penetracja DOP mniejsza niż 36% przy odsłoniętej po23 wierzchni 102,6 cm² i przy natężeniu przepływu 85 dm³/min przy zastosowaniu testera AFT model nr TSI 8110 z włączonym jonizatorem. Każda procedura obejmuje testowanie filtrów o małym polu powierzchni przy użyciu uchwytu próbek, który montuje medium filtrujące z równoważnym odsłoniętym obszarem (to znaczy 102,6 cm² w procedurze 2).

Dane dotyczące krystaliczności zebrano przy użyciu pionowego dyfraktometru rentgenowskiego firmy Philips z zastosowaniem promieniowania miedzi Ko i proporcjonalnego rejestru detektorów promieniowania rozproszonego. Dyfraktometr był wyposażony w regulowane szczeliny wejściowe, stałą szczelinę odbiorczą i monochromator wiązki ugiętej. Generator promieniowania rentgenowskiego pracował przy 45 kV i 35 mA. Stopniowe skanowania przeprowadzano pod kątem 5-40 stopni (2θ), stosując wielkość jednego etapu 0,05 stopnia i czas zliczania 5 s. Próbki były montowane na aluminiowych uchwytach za pomocą dwustronnie powlekanej taśmy bez stosowania płytki podłoża albo podpory pod włókniną.

Obserwowane dane rozproszenia zredukowano do par x-y kąta rozproszenia i wartości intensywności i przeprowadzono ustalenie profilu przez zastosowanie oprogramowania analizy danych

PL 195 918 B1

Origin™ (dostępne z firmy Microcal Software Inc., Northhampton MA). Model w kształcie krzywej gaussowskiej użyto do opisania sześciu wierzchołków polipropylenu w kształcie alfa i udziałów wierzchołków bezpostaciowych. Dla niektórych zestawów danych pojedynczy pik bezpostaciowy nie liczył się odpowiednio dla rozproszonej intensywności kształtu różnego od alfa. W takich przypadkach wykorzystywano dodatkowe szerokie maksima w celu pełnego uwzględnienia obserwowanej intensywności. Te szerokie przegięcia były głównie spowodowane mezomorficzną postacią polipropylenu (omówienie mezomorficznego polipropylenu - patrz Krueger i in., patent USA nr 4.931.230 i publikacje cytowane tam). Rozproszony udział spowodowany przez mezomorficzną postać polipropylenu łączono z bezpostaciowym rozproszeniem. Wskaźniki krystaliczności obliczono jako stosunek pola powierzchni piku krystalicznego do całkowitej rozproszonej intensywności (krystaliczna + bezpostaciowa) z zakresem kąta rozproszenia 6-36 stopni (2θ). Wartość jeden reprezentuje krystaliczność 100%, a wartość zero reprezentuje brak krystaliczności.

Badania TSDC prowadzono za pomocą przyrządu Solomat TSC/RMA model 91000 z przechylną elektrodą, dostępnego z firmy TherMold Partners, L.P., Thermal Analysis Instruments of Stanford, CT. Próbki włókniny wycięto i umieszczono pomiędzy elektrodami w przyrządzie Solomat TSC/RMA. W przyrządzie Solomat termometr jest umieszczony przy próbce, ale nie dotyka jej. Próbki włókniny powinny być optycznie gęste, ale nie powinno być widocznych otworów przebiegających przez próbkę włókniny. Próbki powinny być wystarczająco duże, by całkowicie przykryły górną elektrodę stykową. Ponieważ elektroda ta ma średnicę około 7 mm, próbki wycinano o średnicy większej niż 7 mm. Aby zapewnić dobry kontakt elektryczny z elektrodami, próbki włókniny ściskano ze współczynnikiem 10 na grubości. Powietrze usuwano z komory próbki i zastąpiono helem pod ciśnieniem około 1100. Zastosowano chłodzenie ciekłym azotem.

Procedura 1badania TSDC

Wyrób polaryzuje się przy 100°C przez 1min w polu elektrycznym 2,5 kV/mm w urządzeniu opisanym powyżej. Z włączonym polem próbkę szybko chłodzi się (przy maksymalnej prędkości przyrządu) do -50°C. Próbkę utrzymuje się w temperaturze -50°C przez 5 minut z wyłączonym polem, a następnie ogrzewa się z prędkością 3°C/min mierząc prąd rozładowania. Gęstości ładunku można obliczyć z każdego piku widma TSDC przez narysowanie linii podstawy pomiędzy minimami po każdej stronie wybranego piku i przez scałkowanie obszaru pod pikiem.

Procedura 2 badania TSDC

Prąd rozładowania niespolaryzowanego wyrobu mierzy się zaczynając od 25°C i nagrzewając z prędkością 3°C/min. Dwie próbki z wyrobu bada się identycznie z tym wyjątkiem, że próbki są zorientowane w przeciwnych kierunkach przy umieszczeniu pomiędzy elektrodami. Położenia pików mierzy się dla wyrobu, który był ustawiony na wytwarzanie dodatniego prądu rozładowania przy temperaturach powyżej około 110°C (np. strona B na fig. 15).

Temperatura topnienia wyrobu określana jest za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) przeprowadzanej przy prędkości grzania 10°C/min i jest określana jako maksimum piku powodowane przez topnienie, które jest obserwowane w drugim cyklu grzania DSC (to znaczy pik obserwowany po nagrzaniu powyżej temperatury topnienia, schłodzeniu do zamrożenia wyrobu i powtórnym nagrzaniu).

Procedura 3 badania TSDC

Próbkę bada się sposobem badania TSDC według procedury 2, by określić prawidłową orientację próbki. Następnie wyroby ustawia się w przyrządzie Solomat TSC w takim kierunku, który zapewnia dodatni prąd rozładowania w niższym piku temperatury w procedurze 2. Następnie wyroby bada się według procedury 1z tym wyjątkiem, że każda próbka jest polaryzowana przy 100°C przez 1, 5, 10 albo 15 minut. Wartość szerokości piku na połowie wysokości każdego piku oblicza się przez wykreślenie linii podstawy w oparciu o nachylenie krzywej 0-30°C i zmierzenie szerokości piku na połowie wysokości.

Procedura 4 badania TSDC

Procedura ta jest identyczna jak procedura 3 z tym wyjątkiem, że gęstość ładunku wyrobu przy każdym czasie polaryzowania oblicza się przez wykreślenie linii podstawy pomiędzy minimami po każdej stronie wybranego piku, albo jeżeli nie ma minimum po wysokotemperaturowej stronie piku, gdzie krzywa przecina lub jest ekstrapolowana do przecięcia zerowej wartości prądu i przez całkowanie pola powierzchni pod pikiem.

PL 195 918 B1

Przykłady porównawcze 1-3

Przykłady 1-3 wykazują, że ulepszone obciążanie można osiągnąć przez odprężenie kompozycji zawierających polimer i dodatek polepszający działanie, mających stosunkowo niski wskaźnik krystaliczności.

Przykład 1

Włókninę filtrującą przygotowano z Exxon Escorene 3505G z firmy Exxon Chemical Company i z substancji fluorochemicznej

z prędkością 23 kg/h (50 funtów na godzinę) z temperaturą topnienia 288°C przy użyciu przewierconej dyszy 121,9 cm (48 cali). Włóknina miała gramaturę 71 g/m², grubość 1,3 mm i spadek ciśnienia 64,7 Pa (6,6 mm H2O) mierzony przy prędkości czołowej 13,8 cm/s. Po odprężeniu i naładowaniu włókniny, jak opisano powyżej, przeprowadzono badanie obciążania DOP na dwuwarstwowych próbkach o średnicy 13,34 cm (5,25 cala) pobranych z sześciu miejsc na całej szerokości włókniny. Wskaźnik krystaliczności polipropylenu określono dla próbek wyciętych uprzednio z tych samych sześciu miejsc włókniny (miejsca 1, 4 i 6) i po odprężeniu (miejsca 1-6) . Dane obciążania (w Min@Chl) i wskaźniki krystaliczności tych sześciu miejsc podano w tabeli 1, a wskaźnik krystaliczności bez odprężenia w funkcji wartości Min@Chl w miejscach 1, 4 i 6 wykreślono na fig. 2.

Tabela 1

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,4	0,57	149
2	-	0,53	83
3	-	0,52	78
4	0,44	0,59	83
5	-	0,51	150
6	0,31	0,47	340

Jak wynika z wartości podanych w tabeli 1dla miejsc 1, 4 i 6 oraz z wykresu na fig. 2, istnieje korelacja pomiędzy zdolnością obciążania DOP (w Min@Chl) a współczynnikiem krystaliczności włókniny przed odprężeniem. Im mniejsza jest krystaliczność przed odprężeniem, tym większa jest wartość Min@Chl. Z drugiej strony, jak pokazano w tabeli 1, nie ma korelacji pomiędzy współczynnikiem krystaliczności włókniny po odprężeniu a zdolnością obciążania DOP (w Min@Chl).

Przykład 2

Włókninę BMF przygotowano i obrobiono, jak opisano w przykładzie 1. Włóknina ta miała gramaturę 74 g/m², grubość 1,4 mm i spadek ciśnienia 68,7 Pa (7,0 mm H2O) mierzony przy prędkości czołowej 13,8 cm/s. Włókninę badano pod względem obciążania DOP i analizowano pod względem wskaźnika krystaliczności jak w przykładzie 1, a uzyskane dane przedstawiono w tabeli 2 i na fig. 3.

PL 195 918 B1

Tabe l a 2

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,34	0,64	182
2	0,36	0,66	166
3	0,45	0,66	87
4	0,45	0,64	59
5	0,43	0,67	117
6	0,44	0,67	178

Znów wartości z tabeli 2 i fig. 3 wykazują ogólną tendencję, że mniejsze wskaźniki krystaliczności kompozycji bez odprężenia są skorelowane z lepszą zdolnością obciążania, natomiast nie obserwuje się żadnej korelacji w przypadku filtrów poddanych odprężeniu.

P r zyk ł a d 3

Włókninę BMF przygotowano i obrobiono, jak opisano w przykładzie 1 z tym wyjątkiem, że zastosowano żywicę polipropylenową Fina 3860 z firmy Fina Oil and Chemical Company i koncentrat nadtlenkowy zawierający 2,5-dwumetylo-2,5-dwu(czterobutyloperoksy)heksan doprowadzano równocześnie do wytłaczarki, aby skontrolować reologię roztopionego polipropylenu i parametry fizyczne włókniny wydmuchiwanej z roztopionego materiału. Włóknina miała gramaturę 73 g/m², grubość 1,4 mm i spadek ciśnienia 68,7 Pa (7,0 mm H2O) mierzony przy 85 dm³/min. Włókninę badano pod względem obciążania i analizowano pod względem współczynnika krystaliczności jak w przykładzie 1, a uzyskane dane przedstawiono w tabeli 3 i na fig. 4.

T ab e l a 3

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,38	0,52	66
2	0,42	0,54	49
3	0,44	0,54	62
4	0,39	0,53	45
5	0,33	0,53	119
6	0,32	0,53	98

Znów wartości w tabeli 3 i na fig. 4 wykazują ogólną tendencję, że mniejsze wskaźniki krystaliczności kompozycji bez odprężania są skorelowane z lepszą zdolnością obciążania, natomiast nie obserwuje się żadnej korelacji w przypadku filtrów odprężonych.

Przykłady 4 - 8

Przykłady 4- 8 ilustrują, że hartowanie lub słaba krystaliczność włókien bez odprężenia (to znaczy kompozycja przejściowa) są skorelowane z lepszymi właściwościami obciążania mgłą olejową odprężonych włóknin filtru elektretowego.

P r zyk ł a d 4 ₂

Włókninę BMF przygotowano i obrobiono jak w przykładzie 1. Włóknina miała gramaturę 69 g/m², grubość 1,3 mm i spadek ciśnienia 60,8 Pa (6,2 mm H2O) mierzony przy czołowej prędkości 13,8 cm/s. Po zebraniu wystarczającej ilości włókniny do dalszej obróbki i testowania wytłoczony materiał natryskano wodą opisanym wyżej sposobem A. Zastosowano wodę oczyszczoną przez odwrotną osmozę i dejonizację. W doświadczeniu tym drążek rozpylający obejmował tylko około 2/3 szerokości dyszy. Kolektor był przemieszczany w zakresie 30 - 20 cm (12- 8 cali), aby utrzymać żądane parametry włók16

PL 195 918 B1 niny. Włókniny badano pod względem obciążania DOP i analizowano pod względem współczynnika krystalicznosci, jak w przykładzie 1, a uzyskane dane przedstawiono w tabelach 4A i 4B oraz na fig. 5.

Tabe la 4A

Bez hartowania, przykłady porównawcze

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,36	0,62	84
2	0,39	0,6	97
3	0,36	0,63	73
4	0,35	0,63	67
5	0,37	0,62	119
6	0,37	0,64	200

Tabela 4B Z hartowaniem

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,31	0,61	198
2	0,19	0,6	344
3	0,24	0,6	106
4	0,19	0,6	343

Dane w tabelach 4A i 4B wykazują, że hartowanie zmniejsza współczynnik krystaliczności wytłoczonych włókien. Odprężanie kompozycji o małym współczynniku krystaliczności polepsza zdolność obciążania odprężonej i naładowanej włókniny filtracyjnej. Dane te wykazują ponadto, że odprężanie kompozycji o współczynniku krystaliczności poniżej około 0,3 powoduje uzyskanie filtrów elektretowych o większej zdolności obciążania. W szczególności odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności poniżej około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl większej niż 200 mg, podczas gdy odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności powyżej 0,3 daje w rezultacie filtry o średniej wartości Min@Chl mniejszej niż 200 mg.

Przykład 5

Włókninę BMF przygotowano i obrobiono jak w przykładzie 1z tym wyjątkiem, że prędkość wytłaczania wynosiła 100 funtów na godzinę (45 kg/h), a nadtlenek dodawano jak w przykładzie 3, by kontrolować reologię roztopionego polipropylenu i parametry fizyczne włókniny wydmuchiwanej ze stanu roztopionego. Włóknina miała gramaturę 73 g/m², grubość 1,3 mm i spadek ciśnienia 64,7 Pa (6,6 mm H2O) mierzony przy prędkości czołowej 13,8 cm/s. Po zebraniu ilości włókniny wystarczającej do dalszej obróbki i testowania (patrz przykłady w tabebli 5A) wytłoczony materiał natryskano wodą sposobem B opisanym powyżej. Drążek rozpylający obejmował całą włókninę, która miała gramaturę 74 g/m², grubość 1,3 mm i spadek ciśnienia 60,8 Pa (6,2 mm H2O) mierzony przy 85 dm³/min. Kolektor przemieszczano w zakresie 30-28 cm (12-11 cali), by utrzymywać parametry włókniny. Stosowano wodę z kranu bez oczyszczania. Włókniny badano pod względem obciążania DOP i analizowano pod względem współczynnika krystaliczności, jak w przykładzie 1, z tym wyjątkiem, że do badania obciążania użyto kół o średnicy 17,15 cm (6,75 cala), a uzyskane dane przedstawione są w tabelach 5A i 5B oraz na fig. 6.

PL 195 918 B1

Tabe la 5A

Bez hartowania, porównawczo

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,37	0,63	68
2	0,38	0,64	78
3	0,41	0,64	90
4	0,38	0,62	-
5	0,34	0,62	139

Tabe la 5B

Z hartowaniem

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,1	0,63	539
2	0,1	0,58	194
3	0,1	0,61	289
4	0,1	0,61	595
5	0,28	0,62	256

Jak w przykładzie 4, dane w tabelach 5A i 5B wykazują, że hartowanie zmniejsza wskaźnik krystaliczności włókniny bez odprężania i polepsza zdolność obciążania włókniny bez odprężania i naładowanej. Dane te wykazują ponadto, że odprężanie włóknin o wskaźniku krystaliczności poniżej oko-ło 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl większej niż 200 mg, podczas gdy odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności powyżej około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl mniejszej niż 200 mg. Dane te wykazują również, że kompozycje o niższej krystaliczności, np. posiadające wskaźnik krystaliczności około 0,1, mogą prowadzić do dalszego polepszenia zdolności obciążania. Przykładowo niektóre filtry elektretowe mogą mieć wartość Min@Chl większą niż 500 mg.

Przykład 6

Włókninę BMF przygotowano i obrobiono jak opisano w przykładzie 1. Włóknina ta miała gramaturę 73 g/m², grubość 1,3 mm i spadek ciśnienia 68,7 Pa (7,0 mm H2O) mierzony przy czołowej prędkości 13,8 cm/s. Po zebraniu włókniny wystarczającej do dalszego przetwarzania i badania wytłoczony materiał spryskano wodą, jak w przykładzie 5, opisanym powyżej sposobem B. Kolektor przemieszczano w zakresie 25-21,6 cm (10-8,5 cal), by utrzymywać parametry włókniny. Włóknina spryskana wodą miała gramaturę 71 g/m², grubość 1,4 mm i spadek ciśnienia 64,7 Pa (6,6 mm H2O) mierzony przy 35 dm³/min. Włókniny badano pod względem obciążania DOP i analizowano pod względem wskaźnika krystaliczności jak w przykładzie 5, a uzyskane dane przedstawiono w tabelach 6A i 6B i na fig. 7.

Tabe la 6A

Bez hartowania, przykład porównawczy

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	2	3	4
1	0,42	0,62	139
2	0,41	0,63	121

PL 195 918 B1 ciąg dalszy tabeli 6A

1	2	3	4
3	0,4	0,62	162
4	0,37	0,62	162
5	0,3	0,65	165

T ab e l a 6B Z hartowaniem

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0, 31	0,62	537
2	0,16	0,61	875
3	0,21	0,62	403
4	0,21	0,6	544
5	0,28	0,61	544

Jak w przykładach 4 - 7, dane w tabelach 6A i 6B wykazują, że hartowanie zmniejsza wskaźnik krystaliczności nie odprężonej włókniny i polepsza zdolność obciążania włókniny odprężonej i naładowanej. Dane te wykazują ponadto, że odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności mniejszym niż 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl większej niż 200 mg, podczas gdy odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności większym niż około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl mniejszej niż 200 mg. Dane te wykazują również, że pewne filtry elektretowe wykonane z hartowanych materiałów mogą mieć wartość Min@Chl większą niż 500 mg, a niektóre wartość Min@Chl większą niż 800 mg.

P r zyk ł a d 7

Włókniny BMF wykonano i obrobiono jak w przykładzie 6 z natryskiem wodnym sposobem B i bez natrysku. W przykładzie tym woda była oczyszczona przez odwrotną osmozę i dejonizację. Dane włókniny były podobne jak w przykładzie 6. Włókniny badano pod względem obciążania i analizowano pod względem wskaźnika krystaliczności jak w przykładzie 6, a uzyskane dane przedstawiono w tabelach 7A i 7B oraz na fig. 8.

T ab e l a 7A

Bez natrysku wodnego

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,42	0,6	120
2	0,46	0,62	122
3	0, 41	0,62	79
4	0,34	0,63	153
5	0,34	0,62	189

PL 195 918 B1

Tabe la 7B

Z natryskiem wodnym

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,32	0,62	502
2	0,1	0,59	899
3	0,12	0,61	702
4	0,22	0,61	911
5	0,34	0,6	219

Jak w przykładach 4-6, dane w tabelach 7A i 7B wykazują, że hartowanie zmniejsza wskaźnik krystaliczności włókniny bez odprężenia, a polepsza zdolność obciążania włókniny odprężonej i naładowanej. Dane te wykazują ponadto, że odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności poniżej około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl większej niż 200 mg, podczas gdy odprężanie włóknin o wskaźniku krystaliczności powyżej około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej watości Min@Chl mniejszej niż 200 mg. Dane te wykazują również, że pewne filtry elektretowe wykonane z materiałów hartowanych mogą mieć wartość Min@Chl większą niż 500 mg, a nie które wartość Min@Chl większą niż 800 mg.

Przykład 8

Włókniny BMF wykonano i obrobiono jak w przykładzie 7 z natryskiem wodnym sposobem B i bez natrysku. Włókniny te miały dane podobne jak w przykładzie 7. Włókniny badano pod względem obciążania i analizowano pod względem wskaźnika krystaliczności jak w poprzednich przykładach, a uzyskane dane przedstawiono w tabelach 8A i 8B oraz na fig. 9.

Tabe la 8A

Bez hartowania, przykład porównawczy

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,41	0,6	130
2	0,39	0,62	90
3	0,41	0,63	135
4	0,33	0,63	219
5	0,35	0,55	415

Tabe la 8B

Z hartowaniem

Miejsce	Wskaźnik krystaliczności, bez odprężenia	Wskaźnik krystaliczności, z odprężeniem	Min@Chl (mg)
1	0,11	0,55	421
2	0,13	0,55	312
3	0,11	0,55	368
4	0,11	0,55	583
5	0,12	0,55	456

Jak w przykładach 4-7, dane w tabelach 8A i 8B wykazują, że hartowanie zmniejsza wskaźnik krystaliczności włókniny bez odprężania i polepsza zdolność obciążania włókniny odprężonej i na20

PL 195 918 B1 ładowanej. Dane te wykazują ponadto, że odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności poniżej około 0,3daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl większej niż 200mg, natomiast odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności powyżej około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl mniejszej niż 200 mg. Dane te wykazują również, że pewne filtry elektretowe wykonane z materiałów hartowanych mogą mieć wartość MinOChl większą niż 500 mg.

Tabele 9A i 9B podają średnie wartości Min@Chl dla przykładów 4-8w przypadku próbek nie hartowanych i hartowanych.

Tabe la 9A

Uśrednione dane Min@Chl (mg) - bez hartowania, porównawcze

Przykład	Minimum Min@Chl	Maksimum Min@Chl	Średnia wartość Min@Chl
4	66	200	106
5	68	133	93
6	121	165	150
7	79	189	133
8	90	415	198

Tabe la 9B

Uśrednione dane Min@Chl (mg) -hartowane

Przykład	Minimum Min@Chl	Maksimum Min@Chl	Średnia wartość Min@Chl
4	106	344	248
5	194	594	375
6	392	375	550
7	219	899	647
8	312	583	428

Uśrednione dane w tabelach 9A i 9B w połączeniu z wartościami krystaliczności podanymi w poprzednich tabelach wykazują, że hartowanie może zmniejszyć wskaźnik krystaliczności włókniny bez odprężania poniżej około 0,3, a ponadto odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności poniżej około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl większej niż 200 mg, natomiast odprężanie włóknin o współczynniku krystaliczności większym niż około 0,3 daje w wyniku filtry o średniej wartości Min@Chl mniejszej niż 200 mg.

Przykłady 9 i 10

Przykłady 9 i 10 pokazują, że wprowadzenie dodatków polepszających działanie powoduje silny sygnał w widmie TSDC. Włóknina została przygotowana jak opisano w przykładzie 4 (łącznie z hartowaniem). Drugą próbkę przygotowano identycznie z tym wyjątkiem, że bez dodatku polepszającego działanie. Obie próbki włókniny badano sposobem zgodnym z procedurą 1badań TSDC. Próbka zawierająca dodatek polepszający działanie wykazywała znaczny pik rozładowania przy około 110°C. Dla porównania włóknina bez dodatku polepszającego działanie nie wykazywała znacznego piku. Obserwacja ta sugeruje, że prąd rozładowania wytwarzany przez próbkę zawierającą dodatek polepszający działanie jest spowodowany przez depolaryzację dodatku polepszającego działanie po podgrzaniu. Uważa się, że dodatek polepszający działanie jest polaryzowany w etapie polaryzacji.

PL 195 918 B1

Przykłady 11-15

Przykłady 11-15 wykazują, że hartowane włókniny po polaryzowaniu mają większą gęstość ładunku niż włókniny nie hartowane. Próbki włóknin a (hartowana, bez odprężania) i c (hartowana, odprężana) były takie same jak opisano w przykładzie 4, pozycja 4 (z tym wyjątkiem, że bez ładowania ulotowego). Próbka b (nie hartowana, nie odprężana) była taka sama jak opisana w przykładzie 2, pozycja 4 (z tym wyjątkiem, że bez ładowania ulotowego), a próbka d (bez hartowania, odprężona) była taka sama jak opisano w przykładzie 2, pozycja 6 (z tym wyjątkiem, że bez ładowania ulotowego). Wszystkie próbki włókniny badano sposobem według procedury 1badania TSDC.

Uzyskane widma TSDC pokazano na fig. 12. Gęstości ładunku można obliczyć z każdego piku widma TSDC przez wykreślenie linii bazowej pomiędzy minimami po każdej stronie wybranego piku i scałkowanie pola powierzchni pod pikiem. Jak pokazano na fig. 12, widmaTSDC zwykle wykazują stopniowo rosnące natężenie prądu rozładowania, gdy temperatura zbliża się do temperatury topnienia badanego wyrobu.

Wiele próbek włóknin nie naładowanych i odprężonych, jak opisano w przykładzie 7, badano zgodnie z przykładami 11- 15 dla włóknin zarówno nie hartowanych (pozycje 2 i 6) jak i hartowanych (pozycje 3, 4, 5 i 6). Żadna z tych nie hartowanych włóknin nie miała gęstości ładunku powyżej 10 μC/m². Wskaźniki krystaliczności nie odprężonych włóknin w funkcji gęstości ładunku odprężonych, nie naładowanych włóknin wykreślono na fig. 13a. Fig. 13a przedstawia, że włókniny nie odprężoneo stosunkowo małym współczynniku krystaliczności zwykle mają większą gęstość ładunku określoną przez procedurę 1badania TSDC.

Obciążanie DOP (w Min@Chl) odprężonych i naładowanych włóknin w funkcji gęstości ładunku odprężonych, nie naładowanych włóknin wykreślono na fig. 13b. Fig. 13b pokazuje całkowicie niespodziewany wynik, że odprężone, nie naładowane włókniny o gęstości ładunku większej niż 10 μC/m², zmierzonej zgodnie z procedurą 1 badania TSDC mają również większe obciążanie DOP po naładowaniu.

Przykłady 17 i 18

Przykłady 17 i 18 przedstawiają widma TSDC hartowanych i nie hartowanych, odprężonych włóknin ładowanych ulotowo, wykonanych bez dodatku polepszającego działanie. Hartowane (a, b) i nie hartowane (a', b') włókniny wykonano, jak opisano w przykładzie 4 z tym wyjątkiem, że we włókninach nie było żadnego dodatku fluorochemicznego. Widma TSDC niespolaryzowanych włóknin ustalono stosując procedurę 2 badania TSDC i pokazano na fig. 14. Znak prądu rozładowania (dodatni lub ujemny) jest funkcją orientacji włókniny w przyrządzie do badania TSDC względem orientacji podczas ładowania ulotowego.

Przykłady 19 i 20

Przykłady 19 i 20 przedstawiają widma TSDC hartowanych i nie hartowanych, odprężonych włóknin ładowanych ulotowo, wykonanych z polimeru i dodatku polepszającego działanie. Hartowane (a, b) i nie hartowane (a', b') włókniny przygotowano jak opisano w przykładzie 1, pozycja 1. Włókniny badano według procedury 2 testu TSDC. Wyniki badania TSDC przedstawiono na fig. 15. Jako część tej procedury badań przeprowadzono pomiar temperatury topnienia badanego wyrobu przez DSC i w tym przypadku określono temperaturę 159°C.

Jak pokazano na fig. 15, przy ustawieniu na dodatki prąd rozładowania powyżej około 110°C widmo hartowanej włókniny a ma stosunkowo wąski pik ześrodkowany wokół 137°C. Widmo to pokazuje, że hartowanie powoduje zwężenie rozkładu energii miejsc chwytania ładunków we włókninie odprężonej i naładowanej. Dla porównania widmo włókniny nie hartowanej a'ma tylko bardzo szeroki pik ześrodkowany przy znacznie niższej temperaturze (około 120°C), wykazując stosunkowo szeroki rozkład poziomów energetycznych miejsc chwytania ładunków. Wyroby według wynalazku mogą zatem wykazywać znamienną właściwość piku prądowego skupionego około 15-30°C poniżej temperatury topnienia wyrobu przy mierzeniu według procedury 2 badania TSDC.

Jak wykazują poprzednio omówione wyniki badań obciążania DOP, włókniny z hartowanych (lub mających stosunkowo małą krystaliczność) materiałów pośrednich mają znacznie lepsze obciążanie DOP w porównaniu z włókninami wykonanymi z materiałów pośrednich nie hartowanych (lub o stosunkowo dużej krystaliczności). Wynalazcy odkryli zatem niespodziewanie charakterystyczną cechę widmową (to znaczy opisany powyżej pik prądowy), która jest skorelowana z polepszonym obciążaniem DOP.

Przykłady 20 i 21

Przykłady 20 i 21 pokazują widma TSDC wyrobów hartowanych (fig. 16a) i nie hartowanych (fig. 16b)i ilustrują właściwości widmowe, które mogą charakteryzować pewne wyroby według wyna22

PL 195 918 B1 lazku. Przykładami tymi były włókniny opisane w przykładzie 8, pozycja 3 (hartowane i nie hartowane). Badania TSDC przeprowadzono jak opisano wprocedurze 3 badań TSDC. Wyroby z fig. 16a różnią się tylko swymi czasami polaryzowania: a -1min, b -5 min, c -10 min, a d -15 min. Podobnie, wyroby z fig, 16b różnią się tylko swymi czasami polaryzowania: a' -1min, b' -5 min, c' -10 min, ad' -15 min.

Widma TSDC na fig. 16a pokazują szerokości piku na połowie wysokości 18 (b), 14 (c) i 19 (d) dla czasów polaryzowania odpowiednio 5, 10 i 15 minut. Te trzy piki mają maksima przy 140 lub 141°C. Dla porównania nie hartowane porównawcze przykłady z fig. 16b mają szerokości pików na połowie wysokości 40 (b'), 32 (c') i 34 (d') odpowiednio dla czasów polaryzowania 5, 10 i 15 minut °C oraz odpowiednio maksima przy 121, 132 i 136°C. Lepsze właściwości obciążania wyrobów hartowanych omówione są powyżej w odniesieniu do badania obciążania DOP.

Zatem fig. 16a i 16b oraz badanie obciążania DOP pokazują niespodziewane odkrycie, że wyroby charakteryzujące się szerokościami piku TSDC poniżej 30°C (mierzone według procedury badań 3) są skorelowane z lepszym obciążaniem mgłą olejową. Wyniki te sugerują, że wyroby o węższym rozkładzie poziomów energetycznych wychwytywania ładunków w stanie spolaryzowanym są korelowane z lepszym obciążaniem. Korzystniejsze wyroby majązatem szerokości piku mniejsze niż 25°C, a jeszcze korzystniej mniejsze niż 20°C.

Dane te pokazują również, że przynajmniej w przypadku wyrobów zawierających polipropylen istnieje korelacja pomiędzy położeniem piku a obciążaniem, przy czym korzystne wyroby mają położenia piku przy około 138-142°C.

Przykłady 22 i 23

Inny zestaw danych TSDC otrzymano dla próbek przygotowanych i badanych tak samo, jak opisano w przykładach 20 i 21. Gęstości ładunku obliczono dla każdego warunku badania, jak opisano w procedurze 4 badania TSDC i są przedstawione w tabeli 10 oraz wykreślone na fig. 17.

Tabela 10

Gęstość ładunku ^C/m²) w funkcji czasu polaryzowania

Czas polaryzowania (min)	Gęstość ładunku ^C/m²)
hartowane	hartowane	nie hartowane	nie hartowane
1	1,55	0,94	14,2	18,4
5	4,47	5,5	8,23	8,97
10	9,05	8,0	4,18	8,81
15	14,57	10,57	4,08	10,8

Porównanie gęstości ładunku wyrobów hartowanych i nie hartowanych, mierzonej według procedury badań 4, z odpowiednim badaniem obciążania DOP niespodziewanie wykazuje korelację pomiędzy zmianą gęstości ładunku przy polaryzowaniu wyrobu a obciążaniem. Jak pokazano na fig. 17, wyroby hartowane (lepsze obciążanie) (linie przerywane) mają gęstość ładunku rosnącą, gdy wyrób jest polaryzowany przez 1-10 min. Natomiast wyroby nie hartowane (słabsze obciążanie) majągęstość ładunku malejącą w tym samym czasie polaryzowania. Cechą charakterystyczną korzystnych wyrobów według wynalazku jest zatem zwiększanie się gęstości ładunku przez 1-5 i/lub 5-10 min polaryzowania przy mierzeniu według procedury 4 badania TSDC.

Niniejszy opis powołuje się w całości na wszystkie wymienione powyżej patenty i zgłoszenia patentowe.

Wynalazek może mieć różne modyfikacje i zmiany bez odchodzenia od zakresu wynalazku. Wynalazek nie ogranicza się zatem do powyższych przykładów, ale podlega ograniczeniom zawartym w następujących zastrzeżeniach patentowych lub w dowolnych ich równoważnikach.

Claims

1. Wyrób elektretowy, zawierający polimer i dodatek polepszający działanie, znamienny tym, że ma widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC z pikiem o szerokości mniejszej niż około 30°C w połowie jego wysokości w pomiarze przeprowadzonym według procedury 3 badania TSDC.

2. Wyrób według zastrz. 1, znamienny tym, że na powierzchniach międzyfazowych polimeru znajduje się fluor.

3. Wyrób według zaostrz. 1, znamienny tym, że dodatek polepszający działanie zawiera substancję fluorochemiczną, zaś widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC ma pik o szerokości mniejszej niż około 25°C na połowie jego wysokości w pomiarze przeprowadzonym według procedury 3 badania TSDC.

4. Wyrób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że polimer zawiera polipropylen.

5. Wyrób według zastrz. 3, znamienny tym, że dodatek polepszający działanie jest wybrany z grupy złożonej z

N— (CH2>- QFi7SO2N(CH3)CH2ĆH-CHi CH2-CH-CH2N(CHj)SO2C8Fi7

N— CH2

CsFi7SO2N(CH3)CH2ĆH-CH2

-Cffc-N^O

Ofc-ĆH— CH2N(CHj)SO2CsFi7 ^oraz ϊ JL ^N-CHi-K^pCHJ-N^O C8Fi7SO2N(CH3X3fcCH-CH2 CH2-CI

CH2-CH-CH2N(CHj)SO2C8Fi7

6. Wyrób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że zawiera 95 - 99,5% wagowych polipropylenu i 0,5 - 5% wagowych substancji fluorochemicznej .

7. Wyrób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że polimer jest wybrany z grupy złożonej z polipropylenu, poli(4-metylo-1-pentenu), liniowego polietylenu o małej gęstości, polistyrenu, poliwęglanu, poliestru i ich kombinacji.

8. Wyrób według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada rosnącą gęstość ładunku w ciągu 1-5 min czasu polaryzowania w pomiarze przeprowadzonym według procedury 4 badania TSDC.

9. Wyrób według zastrz. 1, znamienny tym, że stanowią go włókna, korzystnie włókna wytworzone metodą wydmuchiwania z roztopionego polimeru.

10. Wyrób według zastrz. 9, znamienny tym, żema postać włókniny.

11. Wyrób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że włókna mają strukturę osłona-rdzeń, przy czym osłona zawiera 9 - 99,5% wagowych polipropylenu i 0,5-5% wagowych substancji fluorochemicznej.

12. Filtr elektretowy, znamienny tym, że wykazuje początkową wykrywalną penetrację DOP mniejszą niż 5% oraz średnią wartość Min@Chl większą niż 200 mg DOP mierzoną według procedury 1 badania obciążania włókniny przez DOP oraz zawiera wyrób elektretowy zawierający polimer i dodatek polepszający działanie, z charakterystycznym widmem termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC z pikiem o szerokości mniejszej niż około 30°C w połowie jego wysokości, w pomiarze przeprowadzonym według procedury 3 badania TSDC.

13. Filtr według zastrz. 12, znamienny tym, że wyrób elektretowy posiada rosnącą gęstość ładunku w ciągu 1 - 5 min czasu polaryzowania w pomiarze przeprowadzonym według procedury 4 badania TSDC.

PL 195 918 B1

14. Filtr według zastrz. 12, znamienny tym, że wyrób elektretowy ma postać włókien, korzystnie włókien wytworzonych metodą wydmuchiwania z roztopionego polimeru oraz wykazuje początkową wykrywalną penetrację DOP mniejszą niż 5% oraz średnią wartość Min@Chl większą niż 200 mg DOP mierzoną według procedury 1 badania obciążania włókniny przez DOP.

15. Filtr według zastrz. 12 albo 13, albo 14, znamienny tym, że wykazuje spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa.

16. Filtr według zastrz. 15, znamienny tym, że wykazuje początkową wykrywalną pentrację DOP mniejszą niż 5% oraz wartość Min@Chl około 800 - 1000 mg DOP mierzoną według procedury 1 badania obciążania włókniny filtru przez DOP.

17. Zastosowanie filtra elektretowego określonego w zastrz. 12 w respiratorze, gdzie respirator zawiera filtr elektretowy, warstwę kształtującą oraz paski przystosowane do podtrzymywania respiratora na twarzy człowieka.

18. Respirator z filtrem elektretowym, zawierający włókninę, która zawiera włókna elektretowe wykonane z mieszanki polimeru i dodatku polepszającego działanie oraz strukturę wsporczą do umieszczenia respiratora na osobie i miskowy człon, przystosowane do założenia na usta i nos osoby noszącej respirator, znamienny tym, że wykazuje wartość Min@Chl większą niż 400 mg DOP w badaniu zgodnie z procedurą badania przechodzenia materiałów cząstkowych przez filtr, ustaloną przez Państwowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy NIOSH w zakresie badania respiratorów podciśnieniowych wobec cząstek cieczy wg procedury APRS-STP-0051-00 oraz posiada odsłonięte pole powierzchni około 180 cm² albo w trakcie badania ma ustawione odsłonięte ₂ pole powierzchni na około 180 cm².

19. Respirator według zastrz. 18, znamienny tym, że na powierzchniach międzyfazowych polimeru znajduje się fluor.

20. Respirator według zastrz. 18, znamienny tym, że wykazuje spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa, zaś dodatkiem polepszającym działanie jest substancja fluorochemiczna, a polimerem jest polipropylen.

21. Wyrób elektretowy zawierający polimer i dodatek polepszający działanie, znamienny tym, że ma widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC z pikiem o szerokości mniejszej niż około 15 - 30°C poniżej temperatury topnienia wyrobu w pomiarze przeprowadzonym według procedury 2 badania TSDC.

22. Wyrób według zastrz. 21, znamienny tym, że na powierzchniach międzyfazowych polimeru znajduje się fluor.

23. Wyrób według zaostrz. 21, znamienny tym, że dodatkiem polepszającym działanie jest substancja fluorochemiczna, zaś widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC ma pik o szerokości mniejszej niż około 15 - 25°C poniżej temperatury topnienia wyrobu w pomiarze przeprowadzonym według procedury 2 badania TSDC.

24. Wyrób według zastrz. 21, znamienny tym, że polimerem jest polipropylen, a widmo termicznie stymulowanego prądu rozładowania TSDC ma pik przy 130 - 140°C.

25. Wyrób według zastrz. 21, znamienny tym, że stanowią go włókna, korzystnie włókna wytworzone metodą wydmuchiwania z roztopionego polimeru.

26. Wyrób według zastrz. 25, znamienny tym, że ma postać włókniny.

27. Zastosowanie wyrobu elektretowego określonego w zastrz. 26 jako filtra w respiratorze.

28. Materiał pośredni do wytwarzania filtra elektretowego, zawierający włókninę z włókien polimeru oraz dodatek polepszający działanie, znamienny tym, że polimer ma wskaźnik krystaliczności, mierzony jako stosunek intensywności piku krystalicznego na dyfraktogramie rentgenowskim do całkowitej rozproszonej intensywności w zakresie kąta rozproszenia 6- 36 stopni, mniejszy niż 0,3.

29. Materiał według zastrz. 28, znamienny tym, że dodatkiem polepszającym działanie jest substancja fluorochemiczna.

30. Materiał według zastrz. 28 albo 29, znamienny tym, że polimer ma wskaźnik krystaliczności 0 - 0,2.

31. Materiał według zastrz. 30, znamienny tym, że polimerem jest polipropylen.

32. Materiał według zastrz. 28 albo 29, znamienny tym, że ma gęstość ładunku co najmniej 10 mikrokulombów na metr kwadratowy przy badaniu według procedury 1 badania TSDC.

33. Wyrób elektretowy, znamienny tym, że jest wykonany z materiału pośredniego zawierającego włókninę z włókien polimeru oraz dodatek polepszający działanie, przy czym polimer ma wskaźnik krystaliczności, mierzony jako stosunek intensywności piku krystalicznego na dyfraktogramie rentPL 195 918 B1 genowskim do całkowitej rozproszonej intensywności w zakresie kąta rozproszenia 6 - 36 stopni, mniejszy niż 0,3.

34. Respirator obejmujący maskę do zakrywania co najmniej nosa i ust użytkownika oraz filtr elektretowy umieszczony na masce tak, że umożliwione jest przejście przez niego powietrza zanim zostanie zainhalowane przez użytkownika, znamienny tym, że filtr elektretowy obejmuje włókninę zawierającą nieprzewodzące włókna polimerowe z atomami fluoru na ich powierzchniach oraz wykazuje on ładunek elektretowy, przy czym respirator ma wartość Min@Chl większą niż 400 mg DOP przy badaniu zgodnie z procedurą ustaloną przez Państwowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy NIOSH w zakresie badania respiratorów podciśnieniowych wobec cząstek cieczy wg procedury APRS-STP-0051-00.

35. Respirator według zastrz. 34, znamienny tym, że odsłonięte pole jego powierzchni wynosi około 180 cm² albo w trakcie badania ma ustawione odsłonięte pole powierzchni na około 180 cm².

36. Respirator według zastrz. 34, znamienny tym, że wykazuje spadek ciśnienia mniejszy niż 1,3 hPa, zaś nieprzewodzące włókna polimerowe zawierają termoplastyczny polipropylen .