CN101511485B - 驻极体整理剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分散型驻极体整理剂，驻极体涂层的制备方法，由该方法得到的驻极体涂层，以及驻极体涂层用于整理纺织品和地毯的用途，或者用于制备过滤器例如空气或水过滤器或卷烟滤嘴、传感器、电容式传声器、数据存储器或膜的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种分散型驻极体(electret)整理剂，驻极体涂层的制备方法，由该方法得到的驻极体涂层，以及驻极体涂层用于整理纺织品和地毯的用途，或者用于制备例如用于空气或水过滤的过滤器或卷烟滤嘴、传感器、电容式传声器、数据存储器或膜中的过滤器的用途。
背景技术
如DE 102004060593A1中可见，驻极体过滤器通常通过将可驻极化的物质涂施于载体材料、将其熔融并在电场中对其充电而制备。
根据US 5,191,905A，已知一种卷烟滤嘴，其中，磁性纤维和驻极体纤维用于过滤微尘。
US 5,162,608A说明了一种具有与含有磁性颗粒的显影物质相接触的驻极体涂层的印辊。
US 4,258,730A说明了一种用于卷烟滤嘴的涂层，其包括驻极体和磁体的开关，以提高卷烟滤嘴的效率。
JP 08038934A涉及一种空气过滤器，其中将不同粉末的混合物充填在容器中。因此驻极体材料与流入空气的接触面积非常小。由于只有很少的驻极体颗粒直接处于过滤器的表面，因此驻极体颗粒只有非常少的部分可以充以最大电压。不能用其中所述的材料进行二维整理。
在大多数这些实施方式中，磁性和驻极体成分从不同方向作用于要过滤的相同颗粒。另外，根据上述现有技术已知的驻极体材料，尤其是呈现为纤维时，通常可以充以至多500V的电压。因此，即使电荷消散缓慢，这些材料也会迅速变得失效。
因此，本发明目的在于使磁性材料和驻极体材料能够从相同的空间方向作用，在于能够以尽可能高的电压对驻极体材料充电。
发明内容
在第一实施方式中，含水驻极体整理剂的特征在于，含有其量在0.01重量％到6重量％的范围之内的铁磁颗粒和其量在0.1重量％到60重量％的范围之内的驻极体材料颗粒，从而实现本发明的目的。
根据本发明的驻极体整理剂中的颗粒的高含量特别适合于制备驻极体膜。
然而，有利地，根据本发明的驻极体整理剂含有其量在0.01重量％到1重量％的范围之内的铁磁颗粒和其量在0.1重量％到10重量％的范围之内的驻极体材料。根据本发明的驻极体整理剂中的颗粒的低含量特别适合于纺织品整理，或者适合于过滤器例如空气和液体过滤器或卷烟滤嘴、传感器、电容式传声器或数据存储器的整理或制备。
本发明含义内的“铁磁颗粒”有利地是在25℃下的磁化率为至少0.1的颗粒。另外，本发明含义内的“铁磁颗粒”应当包括反铁磁性的或铁磁性的或具有铁磁畴的颗粒，即，尽管铁磁畴自身也是铁磁性的，但铁磁畴的磁矩方向不同，从而整体或部分地抵消，使得从外部测量不到磁矩或只能测量到较弱的磁矩。本发明含义内的“驻极体材料”是介电性的或可以具有永久电偶极矩的材料。
本发明含义内的“含水整理剂”有利地包括任何含水整理剂。优选地，水的含量为至少20重量％。优选地，除了水之外或者替代水，可以含有溶剂，尤其是与水形成均相的溶剂。这些溶剂优选地包括醚、丙酮、醇，诸如乙醇、甲醇、异丙醇。
有利地，含有通常的添加剂，诸如粘合剂和分散助剂，但更优选其量不超过5重量％。
铁磁颗粒的磁化率有利地在25℃下至少为1。通过驻极体材料生成的电场而迁移的许多颗粒携带电荷。如果电荷移动，则除电场之外，还产生可以与磁性颜料的磁场相互作用的磁场。因此，例如，与已知的过滤器材料相比，通过存在铁磁颗粒更为有效地使微尘充分沉积。
铁磁颗粒的宽长比或纵横比优选在0.5到2的范围内。因此，与形状更加细长的颗粒诸如纤维相比，铁磁颗粒的机械稳定性更高。
铁磁颗粒的平均颗粒直径优选在5nm到50,000nm的范围内，特别是在10nm到200nm的范围内。这使得由此得到的驻极体涂层中的颗粒能够更均匀地分布，并使其能够以更低的层厚应用。
铁磁颗粒尤其优选在驻极体整理剂中在0.1重量％到0.5重量％的范围内存在。类似地，驻极体材料的颗粒尤其优选在驻极体整理剂中在0.6重量％到3重量％的范围内存在。
根据本发明的含水驻极体整理剂优选是分散体的形式，特别优选是悬浮液的形式。从而可以保证得到的驻极体涂层中的颗粒特别均匀地分布。
铁磁颗粒优选由选自以下的材料组成：铁、钴、镍、Fe2O3、Fe3O4、CrO2、钡铁氧体、钆、镝、钬、铒、铽、Al-Ni-Co合金、Sm-Co合金、Nd2Fe14B、Ni-Fe合金、Ni-Cu-Co合金、砷化锰、氧化铕、稀土金属合金、坡莫合金(permalloy)、硅钢、Mn-Zn铁氧体、含钼超导磁合金(supermalloy)、氧化钡、Nd-Fe-B合金或其混合物。
驻极体材料优选是自然的无机物或有机物，尤其是选自：甲基硅氧烷、氟代烷基硅烷、含氟聚氨酯、含氟聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚四氟乙烯丙烯、聚丙烯、聚乙烯、对苯二酸盐(酯)、聚偏二氟乙烯、上述聚合物的共聚物、二氧化硅、氮化硅、钛酸钡或棕榈蜡(carnaubawax)。
再更优选地，驻极体材料为含氟或不含氟的聚合物，例如LanxessAG的BaygardAFF，含氟或不含氟的丙烯酸系聚合物或共聚物，例如Huntsman Textile Effects公司的Dicrylan
AC，含氟或不含氟的聚氨酯，例如Alberdingk Boley GmbH的Alberdingk
U2101，含氟或不含氟的聚乙烯，例如Dick Peters B.V.的Permanol
HDL，氟代烷基硅烷或其盐，例如Degussa AG的Dynasilan
F8815。
根据本发明的含水驻极体整理剂的含水量优选在65.0重量％到99.9重量％的范围内，更优选在90.0重量％到99.8重量％的范围内。固体含量优选在0.1重量％到10重量％的范围内。
在另一实施方式中，制备驻极体涂层的方法的特征在于，在第一步中将根据本发明的驻极体整理剂涂施于基质，在随后的步骤中，首先将基质干燥，然后在电场中充电，从而实现本发明的目的。
由于水实际上阻止充电，因此干燥过程中的充电至少在干燥过程开始时是尤其不利的。
与现有技术对比，通过根据本发明的方法，磁性成分和驻极体成分可以首次定位成以下方式：它们可以基本上从相同的方向作用于颗粒。因此，由于电场和磁场可以从相同的方向作用，移动的经充电的颗粒因而也得到磁矩，可以特别有效地被吸引。通过根据本发明的方法，驻极体涂层可以充以特别高的电压。因此，电压有利地为至少0.5kV，特别地，电压在5kV到1000kV的范围内，特别是在10kV到50kV的范围内。出乎意料地，已经进一步发现，通过本发明的方法制备的涂层的电荷守恒相比于现有技术得到充分改善。
基质(substrate)有利地为非织造织物或玻璃。此外，例如，可以对塑料表面或纱线进行处理。
为了除去水，驻极体涂层优选在80℃到200℃的范围内的温度下干燥，更优选温度在120℃到140℃的范围内。干燥步骤的持续时间优选在1分钟到30分钟的范围内，更优选在5分钟到15分钟的范围内。
根据本发明的驻极体整理剂优选地通过喷射、浸渍、应用轧染机(padder application)或刮涂来涂施于基质。
在另一实施方式中，基质上的驻极体涂层的特征在于包括铁磁颗粒，从而实现本发明的目的。
除任选的普通添加剂例如粘合剂、染料或类似成分之外，涂层中还含有优选1重量％到20重量％的铁磁颗粒和优选80重量％到99重量％的驻极体材料。
有利地，根据本发明的驻极体涂层通过使用根据本发明的含水驻极体整理剂而根据本发明的方法得到。
优选地，根据本发明，铁磁颗粒实质上嵌入在驻极体涂层中的驻极体材料中。在本发明的含义内，如果铁磁颗粒表面的有利地至少80％、尤其铁磁颗粒重量的90％直接与驻极体材料接触至少80％、尤其至少90％，则铁磁颗粒被“嵌入”。
优选地，驻极体材料的颗粒和铁磁颗粒如上所述用于根据本发明的驻极体整理剂。具体地，这适用于纵横比、颗粒直径和磁化率。
根据本发明的驻极体涂层的层厚优选在0.1μm到100μm的范围内，尤其在1μm到30μm的范围内。
在另一实施方式中，通过根据本发明的驻极体涂层用于整理纺织品和地毯的用途，或者制备例如用于空气或水过滤的或者用于卷烟滤嘴的过滤器、传感器、电容式传声器、数据存储器或膜的用途，实现本发明的目的。
附图说明
图1示出在1分钟的过滤时间之后根据Palas的级分分离度(degreeof fraction separation)。
图2示出在10分钟的过滤时间之后根据Palas的级分分离度。
图3示出压力损失随除尘时间变化的情况。
具体实施方式
实施例
使用基准重为300g/m2、厚度为4mm且根据DIN EN ISO 9237透气性为1250l/dm2·min(±20％)的市售聚酯纺粘成网织物作为基质。除非另外说明，聚合物分散体在软化水中为大约50％(重量)。将磁性颜料通常在聚合物分散体中或直接在软化水中分散成粉末或分散体。
将含水驻极体整理剂通过喷射涂施于聚酯纺粘成网织物，随后在约130℃下干燥约10分钟。干燥后，经喷射的基质用电压为20kV的Eltex Elektrostatik GmbH的高电压生成器KNH 124与充电电极R23ART直接相邻，从而在涂层中引起表面充电。通过Eltex ElektrostatikGmbH的感应场测量装置KNH 34以某一间隔进行表面电荷的测量。通过Palas公司的过滤器测试工作台进行改善的过滤作用的测量，其中，测量根据Palas的级分分离度作为随单位为μm的粒度而变化的函数。流入速度通常为25cm/s，灰尘负荷为大约200mg/cm3的SAE微尘。
将以下11种驻极体整理剂相应地涂施于非织造织物基质，干燥，在电场中充电，其中如果必要，用软化水将所有组成补足100重量份：
实施例1：
在软化水中分散2重量份Lanxess AG的含水氟代聚合物BaygardAFF
和0.5重量份瑞士Bühler AG公司的粒度为30nm的磁性氧化铁颜料的水分散体MK06/D12。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例2(比较例)：
将0.5重量份来自实施例1的磁性氧化铁颜料大约20％的水分散体用软化水稀释，并喷射到基质表面上。如上所述进行干燥和充电。
实施例3(比较例)：
将0.5重量份瑞士Bühler AG的粒度为30nm的非磁性氧化铁颜料大约20％的水分散体(V306MP)分散在软化水中，并喷射到基质表面上。不用粘合剂的粘附是基于纤维表面与颗粒之间的静电作用。如上所述进行干燥和充电。
实施例4：
在软化水中分散2重量份Huntsman Textile Effects GmbH的丙烯酸酯水分散体Dycrylan
AC和0.5重量份DegussaAG的涂有粒度＜1μm的SiO2的磁性氧化铁颜料大约20％的水分散体。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例5：
在软化水中分散2重量份Lanxess AG的含氟聚合物水分散体Baygard AFF
和0.5重量份瑞士BühlerAG公司的粒度为30nm的整体非磁性但具有铁磁畴的氧化铁颜料约20％的水分散体(V306MP)。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例6：
在软化水中分散2重量份Alberdingk Boley GmbH的聚氨酯水分散体Alberdingk U 2101
和0.5重量份来自实施例1的磁性氧化铁颜料大约20％的水分散体。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例7：
在软化水中分散2重量份荷兰Dick Peters B.V.公司的聚乙烯水分散体Permanol HDL
和0.5重量份瑞士Bühler AG公司的粒度约30nm的磁性氧化铁颜料约20％的水分散体。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例8：
将0.5重量份Degussa AG公司的氟代烷基硅烷Dynasilan F 8261溶解在约70重量份异丙醇中，并与约30重量份软化水混合，并用0.05重量份硫酸在搅拌下进行水解。当溶液再次澄清时，可以加入0.5重量份来自实施例1的磁性氧化铁颜料约20％的水分散体。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例9：
将3重量份氨基官能团氟代烷基硅烷(Dynasilan F 8815
)溶解在软化水中，并用甲酸将pH调节到5。可以向该溶液中加入0.5重量份来自实施例1的磁性氧化铁颜料大约20％的水分散体。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例10：
2重量份聚氢甲基硅氧烷Perlite SI-SW
大约60％的含水乳剂可以加入有0.5重量份瑞士Bühler AG公司的粒度约30nm的磁性氧化铁颜料大约20％的水分散体。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
实施例11：
在软化水中分散2重量份Lanxess AG的含氟聚合物水分散体Baygard AFF和0.5重量份BASF AG的粒度＜1μm的磁性氧化铁颜料粉末Magnetpigment 346。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
参考例：
将2重量份Lanxess AG的含氟聚合物水分散体Baygard AFF
分散在软化水中。分散体可以通过上述方法涂施，并且在加热之后，可以如上所述对表面进行充电。
不同应用实施例中的电荷守恒(聚酯纺粘成网织物)：
| 应用实施例 | 2周后的表面电荷[kV] |
| 未处理，未充电 | 0 |
| 未处理，充电 | 0.6 |
| 参考例 | 2.5 |
| 应用实施例1 | 7.5 |
| 应用实施例2 | 1.5 |
| 应用实施例3 | 0.1 |
| 应用实施例4 | 4.5 |
| 应用实施例5 | 14 |
| 应用实施例11 | 10 |
Claims (11)
1.一种含水分散型驻极体整理剂，其特征在于，含有其量在0.01重量％到6重量％的范围之内的铁磁颗粒和其量在0.1重量％到60重量％的范围之内的驻极体材料。
2.根据权利要求1所述的驻极体整理剂，其特征在于，所述铁磁颗粒的材料在25℃下的磁化率为至少0.1。
3.根据权利要求1所述的驻极体整理剂，其特征在于，所述铁磁颗粒的宽长比在0.5到2的范围内。
4.根据权利要求1所述的驻极体整理剂，其特征在于，所述铁磁颗粒的平均颗粒直径在5nm到50,000nm的范围内。
5.根据权利要求1所述的驻极体整理剂，其特征在于，所述驻极体材料的含量超过所述铁磁颗粒的含量至少20重量％。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的驻极体整理剂，其形式为含水分散体。
7.一种制备驻极体涂层的方法，其特征在于，在第一步中，将如权利要求1所述的驻极体整理剂涂施于基质，在随后的步骤中，干燥，在电场中对所述基质进行充电。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用于产生所述电场的电压在10kV到50kV的范围内。
9.一种基质上的驻极体涂层，其特征在于，含有铁磁颗粒。
10.根据权利要求9所述的驻极体涂层，其特征在于，所述铁磁颗粒嵌入在驻极体材料中。
11.如权利要求10所述的驻极体涂层的用途，其用于整理纺织品和地毯，或者用于制备包括空气或水过滤器或卷烟滤嘴的过滤器，传感器、电容式传声器、数据存储器或膜。
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