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 ⁰ C 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, Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ , CrO ₂ , Bariumferrit, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Terbium, Al-Ni-Co-Legierung, Sm-Co-Legierung, Nd ₂ Fe _I4 B, 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/m ² 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 12O ⁰ C 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 ⁰ C, insbesondere in einem Bereich von 120 bis 140 ⁰ C 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/dm ² x min ± 20 %) wurde PES Spinnvlies (300 g/m ² , 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 cm ² ), 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/m ³ 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 13O ⁰ C 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:

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 ⁰ C 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 ⁰ C 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