Электретный волокнистый фильтрующий материал и способ его получения

 

Предложен электретный волокнистый фильтрующий материал, состоящий из полимерных волокон, предварительно полученных из расплава или раствора полимера, а затем заряженных стабильным зарядом не менее 1,0 Кл/см² в тлеющем разряде при давлении ниже атмосферного. При этом время уменьшения заряда не более чем в 2 раза составляет не менее 6 месяцев при относительной влажности, равной или меньшей 100%, и температуре 25^oС. Предложен также способ получения электретного волокнистого фильтрующего материала путем электризации предварительно полученных полимерных волокон из расплава или из раствора полимера, при этом электризацию осуществляют обработкой тлеющим разрядом при давлении ниже атмосферного с образованием стабильно заряженных волокон. Изобретение позволяет повысить эффективность задержания аэрозольных частиц фильтрующим материалом, а также улучшить экологичность процесса получения электретных волокнистых фильтрующих материалов. 2 с. и 12 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к фильтрующим материалам (ФМ) на основе полимерных волокон, предназначенным для удаления микрочастиц загрязнений из газов и жидкостей, а именно к электретным волокнистым фильтрующим материалам, обладающим высокой эффективностью фильтрации, и способам их получения.

Полимерные волокнистые фильтрующие материалы, полученные из расплава, например, методом раздува, или из растворов в органических растворителях, например, методом электростатического формования, широко используются в различных областях. Материалы, полученные методом электростатического формования, обладают улучшенными фильтрующими свойствами по сравнению с другими волокнистыми материалами благодаря наличию в волокнах электрического заряда, возникающего в процессе формования. Однако полученный заряд полностью исчезает при смачивании и постепенно стекает за несколько десятков часов при прохождении атмосферного воздуха через слой волокнистого материала, а при повышенной влажности еще быстрее [Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс). М.: Нефть и газ, 1997. С.216].

Примером такого материала является сорбционно-фильтрующий материал с низкой термоусадкой для бактериальных фильтров на основе полимерных волокон диаметром 0,1-10мкм, полученных методом электростатического формования из растворов политрифторстирола-полисульфона, поли-2,6-диметил-фениленоксида, поли-2,6-дифенилфениленоксида, полидифениленфталида или полиоксидифениленфталида (Патент РФ 2055632, кл. В 01 D 39/16, 1996). Недостатком этого волокнистого фильтрующего материала является быстрое ухудшение его фильтрующих характеристик при пропускании через него влажного воздуха, связанное с нестабильностью заряда на волокнах.

Для придания заряда волокнистым фильтрующим материалам, состоящим из полимерных волокон, полученных из расплава, например, методом раздува, используют обработку коронным разрядом. Такие материалы получили название электретных.

Известны электретные полимерные волокнистые материалы, которые обладают повышенной фильтрующей способностью по сравнению с незаряженными волокнистыми фильтрующими материалами.

Известен электретный волокнистый фильтрующий полимерный материал, полученный из термопластичного полимера, например полипропилена, путем обработки волокон коронным разрядом при напряжении до 15 кВ в момент формования волокон методом раздува из расплава полимера (US 4215682, кл. 128/205, 1980). Диаметр волокон материала составляет, в частности, менее 25 мкм, а концентрация полученных зарядов - около 10^-8 Кл/г, т.е. порядка 0,1 нКл/см². Время уменьшения заряда не более чем в 2 раза составляет не менее 1 недели при комнатной температуре и 100% относительной влажности, а в случае волокон диаметром менее чем 10 мкм - не менее 6 месяцев.

Недостатком данного материала является то, что он может быть получен только из расплава полимера, т.е. только из термопластичных полимерных материалов. Основное существенное свойство - наличие заряда придается волокнам непосредственно в процессе их формования, т.е. круг используемых для получения материала полимеров ограничен термопластичными материалами и заряд не может быть получен на уже готовых волокнах. Способ получения материала по патенту US 4215682 включает обработку в коронном разряде, которая ведется с использованием высокого напряжения (до 15 кВ) при атмосферном давлении, что сопряжено с особыми повышенными требованиями как к электробезопасности самого процесса, так и к условиям труда обслуживающего персонала. Кроме того, в рабочую зону выделяются вредные вещества, в том числе озон и продукты деструкции полимеров, что существенно ухудшает экологичность процесса.

Известен способ получения электретного фильтрующего материала путем обработки ранее сформованного нетканого материала на основе полипропиленовых волокон, находящегося в контакте с непористой диэлектрической подложкой, в коронном разряде переменного тока или постоянного тока при напряжении 7 кВ (US 4588537, кл. 264/436, 1986). Способ включает одновременное уплотнение полученного материала, в том числе путем приложения давления со стороны непористой подложки.

Известен способ получения электретного полимерного волокнистого фильтрующего материала из полиолефинов, в частности из полипропилена, путем обработки готового волокнистого материала пропусканием между заземленным и разрядным электродами в высоковольтном поле напряженностью 5-10 кВ/см, с вариантом дополнительной предварительной обработки ионами, генерированными коронным разрядом или ионизирующим излучением (US 4592815, кл. 204/165, 1986).

Общими недостатками указанных выше способов и материалов по патентам US 4588537 и US 4592815 являются: нестабильность заряда во времени и их использование применительно только к узкому кругу волокнистых материалов на основе термопластичных полимеров. Кроме того, в обоих способах используют высокое напряжение, требующее специальных мер электробезопасности. Коронный разряд на воздухе при атмосферном давлении является активным источником озона, что существенно ухудшает экологичность процесса. Использование стадии обработки ионизирующим излучением (патент US 4588537) требует дополнительных мер контроля радиационной безопасности.

Наиболее близким к заявляемому является материал и способ получения электретного волокнистого фильтрующего материала из полипропилена и/или других термопластичных полимеров с диаметром волокон от 0,3 до 80 мкм путем электризации волокон обработкой двумя коронными разрядами противоположной полярности при напряжении 5-25 кВ (US 4375718, кл. 29/592, 1983).

Существенными недостатками материала являются, прежде всего, нестабильность заряда во времени, связанная с природой коронного разряда, и то, что способ применяется для заряжения волокон из ограниченного круга термопластичных полимеров, а именно волокон, полученных методом раздува из расплава. Кроме того, процесс проводится при высоком напряжении до 25 кВ, что требует соблюдения повышенных мер электробезопасности для работающего персонала. В связи с тем, что коронный разряд осуществляется на воздухе при атмосферном давлении, в рабочую зону выделяются значительные количества озона и другие вредные продукты деструкции полимеров. Поэтому данный способ получения электретных волокнистых материалов не является экологически чистым.

Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективного волокнистого фильтрующего материала, состоящего из заряженных полимерных волокон, и сохраняющего свои фильтрующие характеристики длительное время, а также возможность расширения ассортимента используемых волокон.

Задачей является также создание универсального способа, позволяющего получить высокоэффективный волокнистый фильтрующий материал из любых полимерных волокон с требуемым комплексом свойств, при этом достигнуть улучшение электробезопасности и экологичности процесса получения материала, а также безопасности и условий труда обслуживающего персонала.

Поставленная задача решается заявленным электретным волокнистым фильтрующим материалом, состоящим из полимерных волокон, заряженных стабильным зарядом в тлеющем разряде при давлении ниже атмосферного. Заряд, в частности, составляет не менее 1,0 нКл/см², при этом уменьшение заряда не более чем в 2 раза происходит не менее чем за 6 месяцев при относительной влажности, равной или меньшей 100%, и температуре 25^oС. Полимерные волокна могут быть предварительно получены из полимера, выбранного из группы: полипропилен, полиэтилентерефталат, полистирол, сополимер стирола с акрилонитрилом, тройной сополимер стирола с акрилонитрилом и метилметакрилатом, полиметилметакрилат, сополимер метилметакрилата с этилакрилатом, поли-4-метилпентен, поликарбонат, ацетаты целлюлозы, полиакрилонитрил, поливинилбутираль, фенолформальдегидная смола, полисульфон, поливинилиденфторид, сополимер винилиденфторида с тетрафторэтиленом, сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Диаметр волокон, в частности, составляет 0,5-25 мкм. Волокна могут быть предварительно получены из расплава, например, методом раздува, или из раствора, например, методом электростатического формования, в виде нетканого материала.

Поставленная задача решается также тем, что разработан способ получения заявленного электретного волокнистого фильтрующего материала, заключающийся в том, что электризацию волокон осуществляют обработкой тлеющим разрядом при давлении ниже атмосферного с образованием стабильно заряженных волокон. При этом в качестве исходного волокнистого материала используют материал, полученный из расплава или из раствора полимера, выбранного, в частности, из группы полипропилен, полиэтилентерефталат, полистирол, сополимер стирола с акрилонитрилом, тройной сополимер стирола с акрилонитрилом и метилметакрилатом, полиметилметакрилат, сополимер метилметакрилата с этилакрилатом, поли-4-метилпентен, поликарбонат, ацетаты целлюлозы, полиакрилонитрил, поливинилбутираль, фенолформальдегидная смола, полисульфон, поливинилиденфторид, сополимер винилиденфторида с тетрафторэтиленом, сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. Диаметр волокон, в частности, составляет 0,5-25 мкм, а материал может быть получен в виде нетканого. Обработку проводят низкочастотным (НЧ) тлеющим разрядом в интервале частот преимущественно 50 Гц-10 кГц или тлеющим разрядом постоянного тока, при остаточном давлении, в частности, 1-100 Па в присутствии воздуха и/или газа, выбранного из группы: аргон, кислород, азот, в течение преимущественно 10-300 секунд при плотности тока, например, 0,01-0,5 мА/см² и напряжении, в частности, от 300 до 800 В.

Технический результат заключается в том, что материал в объеме заявленной совокупности признаков обладает улучшенными фильтрующими характеристиками за счет наличия стабильного и большого по величине заряда. Концентрация зарядов в ФМ непосредственно после заряжения составляет не менее 1,0 нКл/см² (10^-7Кл/г), тогда как в известном материале заряд составляет не менее 10^-8 Кл/г. При хранении на воздухе при относительной влажности 100% в течение 6 месяцев величина заряда уменьшается не более чем в 2 раза по сравнению с исходной. Высокая устойчивость заряда в обработанном материале связана с тем, что поверхность подвергается одновременному воздействию низкоэнергетических электронов с энергией от 0,1 до 5 эВ (в зависимости от расположения образца в межэлектродном пространстве) и вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ) разряда. Низкоэнергетические электроны захватываются поверхностными ловушками. Под действием ВУФ-излучения происходит перераспределение этих электронов от поверхности в глубинные слои полимера. В результате захваченные заряды оказываются недоступными для воздействия факторов внешней среды (кислород и влага воздуха, молекулы жидких сред и т.д.) и сохраняются в полимерном материале в течение длительного времени.

Высокая устойчивость заряда в полимерном материале, обработанном по предлагаемому способу, связана со специфическим - более мягким и избирательным воздействием на материал компонентов тлеющего НЧ-разряда и разряда постоянного тока, в то время как локальная температура в зоне действия коронного разряда достигает 1000 К, а энергия частиц до 1 кэВ [Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. М.: Наука, 1980, 415 с.]. Кроме того, в условиях коронного разряда образец находится на воздухе при атмосферном давлении, то есть в среде с высоким содержанием кислорода, в результате чего его поверхность подвергается термической и термоокислительной деструкции. В выбранных нами условиях обработки в тлеющем НЧ-разряде и разряде постоянного тока процесс проходит при пониженном давлении (1-100 Па) и, следовательно, в тысячу раз более низком содержании кислорода в зоне обработки, без локального разогрева, а средняя энергия частиц не превышает нескольких электрон-вольт. В результате не наблюдается деструкция полимеров. Кроме того, процесс успешно осуществляется в атмосфере азота и аргона. Процесс является экологически чистым, так как обработка ФМ проводится в вакуумной камере, а вредные компоненты отходящих газов поглощаются специальными ловушками. В процессе используется ток промышленной частоты (50 Гц) и напряжение до 800 В, что существенно снижает как требования к электробезопасности в целом, так и улучшает условия труда обслуживающего персонала. Предлагаемый способ является универсальным и может быть применен не только к нетканым волокнистым полимерным материалам, полученным методом раздува из расплавов, но и к нетермопластичным нетканым полимерным материалам, полученным любыми другими методами, например, электростатическим формованием из растворов.

Сущность изобретения подтверждается нижеприведенными примерами электретных волокнистых фильтрующих материалов и условиями их получения.

Измерения заряда в ФМ материале проводили по известному методу динамического конденсатора ["Ferroelectric polymers: chemistry, physics, and applications" Ed. by H.S.Nalwa. Marcel Dekker Inc., N.Y., 1995].

Измерения эффективности задержания по атмосферному аэрозолю с диаметром частиц 1 мкм (Е₃) и коэффициента проскока по наиболее проникающему аэрозолю с диаметром частиц 0,3 мкм (К) проводили по известным методам [И.В.Петрянов, В.И.Козлов, П.И.Басманов, Б.И.Огородников. Волокнистые фильтрующие материалы ФП. М.: Знание, 1968].

Расчеты Е₃ и К проводили по формулам, приведенным ниже E₃=(C_исх-С_конечн)/С_конечн•100%; К=С_конечн/С_исх•100%, где С_исх - концентрация аэрозоля до фильтра, а С_конечн - концентрация аэрозоля после фильтра.

Все нетканые материалы, изготовленные из волокон, полученных из раствора методом электростатического формования, были предварительно разряжены путем погружения в этиловый спирт на 10 минут и затем высушены при комнатной температуре в течение 1 суток.

Пример 1 Образец ФМ на основе полипропилена в виде нетканого материала, со средним диаметром волокон 5 мкм, полученных методом раздува из расплава, обрабатывают тлеющим НЧ-разрядом (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 10 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 480 В течение 60 секунд. Плотность отрицательного поверхностного заряда ФМ составляет -1,5 нКл/см². После хранения на воздухе в течение 20 суток при 20^oС и влажности 50% плотность поверхностного заряда составляет -1,25 нКл/см². Заряд обработанного ФМ и выдержанного в этиловом спирте в течение 5 часов составляет -1,2 нКл/см². Эффективность задержания по атмосферному аэрозолю с диаметром частиц 0,3 мкм для образца ФМ, обработанного в тлеющем НЧ-разряде, при указанных в примере параметрах составляет сразу после обработки 94% по сравнению с 80% у исходного ФМ. После хранения обработанного в тлеющем НЧ-разряде образца ФМ в течение 20 суток при относительной влажности 100% эффективность задержания по указанному атмосферному аэрозолю составляет 90%. После выдержки обработанного образца ФМ в этиловом спирте эффективность задержания составляет 90%.

Сравнительный пример 1 Образец ФМ на основе полипропилена в виде нетканого материала со средним диаметром волокон 5 мкм, полученных методом раздува из расплава, обрабатывают коронным разрядом (коронирующий электрод в форме ножа перемещают вдоль обрабатываемой поверхности со скоростью 0,5 см/с, межэлектродное расстояние составляет 2 см, напряжение разряда 15 кВ). Обработанный образец ФМ имеет плотность поверхностного заряда -1,2 нКл/см². После выдержки в течение 5 часов в этиловом спирте заряд становится ниже чувствительности измерительного прибора (0,01 нКл/см²).

Пример 2 ФМ на основе полисульфона в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 0,5 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере кислорода при давлении 10 Па, плотности тока 0,3 мА/см² и напряжении 420 В в течение 60 секунд. Плотность отрицательного заряда ФМ составляет -4,5 нКл/см², при этом коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю с диаметром частиц 0,3 мкм уменьшается в 3 раза по сравнению с исходным ФМ и составляет 2% по сравнению с 6% у исходного ФМ. После хранения обработанного в разряде ФМ на воздухе в течение 20 суток при влажности 100% плотность заряда составляет -4,1 нКл/см², а коэффициент проскока 2,4%. Заряд обработанного в разряде ФМ и выдержанного в течение 5 часов в этиловом спирте составляет -4,0 нКл/см², а коэффициент проскока 2,5%.

Сравнительный пример 2 Величина заряда ФМ на основе полисульфона в виде нетканого материала со средним диаметром волокон 0,5 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, составляет -0,5 нКл/см². Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю с диаметром частиц 0,3 мкм составляет 6%. При хранении ФМ на воздухе с относительной влажностью 100% в течение суток или в течение 5 часов в этиловом спирте заряд становится ниже чувствительности измерительного прибора (0,01 нКл/см²). Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю с диаметром частиц 0,3 мкм увеличивается до 9%.

Сравнительный пример 2а Образец ФМ на основе полисульфона в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 0,5 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают коронным разрядом (коронирующий электрод в форме ножа перемещают вдоль обрабатываемой поверхности со скоростью 0,5 см/с, межэлектродное расстояние составляет 2 см, напряжение разряда 15 кВ). Такой ФМ имеет поверхностный заряд -1,4 нКл/см²; после выдержки в течение 1 суток на воздухе с относительной влажностью 100% или в течение 5 часов в этиловом спирте он имеет величину заряда ниже чувствительности прибора (0,01 нКл/см²) и коэффициент проскока 8%.

Пример 3 ФМ на основе полиэтилентерефталата в виде нетканого материала со средним диаметром волокон 25 мкм, полученных из расплава методом раздува, обрабатывают в разряде постоянного тока в атмосфере аргона при давлении 1 Па, плотности тока 0,01 мА/см² и напряжении 800 В в течение 300 секунд. Плотность отрицательного заряда ФМ составляет -5,3 нКл/см², при этом эффективность задержания по атмосферному аэрозолю увеличивается с 4% для необработанного в разряде ФМ до 38%, т.е. в 9,5 раза.

Пример 4
ФМ на основе диацетата целлюлозы в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 3 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (10 кГц) в атмосфере азота при давлении 100 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 300 В течение 300 секунд. Плотность отрицательного заряда ФМ составляет -2,6 нКл/см², коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю уменьшается с 9% (исходный ФМ) до 3%, т.е. в 3 раза.

Пример 5
ФМ на основе фенолформальдегидной смолы в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 5 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 1 Па, плотности тока 0,01 мА/см² и напряжении 800 В в течение 10 секунд. Плотность отрицательного заряда ФМ составляет -1,9 нКл/см². Коэффициент проскока уменьшается с 15% для необработанного в разряде ФМ до 7%, т.е. в 2,1 раза.

Пример 6
ФМ на основе поливинилбутираля в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 5 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в разряде постоянного тока в атмосфере воздуха при давлении 10 Па, плотности тока 0,1 мА/см² и напряжении 500 В в течение 60 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -1,2 нКл/см². Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю уменьшается с 20% для необработанного в разряде ФМ до 12%, т.е. 1,6 раза.

Пример 7
ФМ на основе полиметилметакрилата в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 2 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 100 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 300 В в течение 300 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -1,4н Кл/см². Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю составляет 4%, т.е. уменьшается в 2 раза по сравнению с необработанным в разряде ФМ (8%).

Пример 8
ФМ из поливинилиденфторида в виде нетканого материала со средним диаметром волокон 10 мкм, полученных методом раздува из расплава, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере азота при давлении 10 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 480 В в течение 300 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -5,78 нКл/см². Эффективность задержания по атмосферному аэрозолю возрастает с 8 до 56%, т.е. в 7 раз по сравнению с необработанным в разряде ФМ.

Пример 9
ФМ на основе полистирола в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 7 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (10 кГц) в атмосфере кислорода при давлении 10 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 450 В в течение 10 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -1,0 нКл/см², при этом эффективность задержания по атмосферному аэрозолю возрастает с 50 до 75%.

Пример 10
ФМ на основе поликарбоната в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 2 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (500 Гц) в атмосфере азота при давлении 1 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 760 В в течение 300 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -4,2 нКл/см², при этом коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю уменьшается с 10% для необработанного в разряде ФМ до 2,5%, т.е. в 4 раза.

Пример 11
ФМ на основе полиакрилонитрила в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 1 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в разряде постоянного тока в атмосфере кислорода при давлении 100 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 370 В в течение 10 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -4,4 нКл/см². Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю уменьшается в 5 раз по сравнению с необработанным в разряде (5%) и составляет 1%.

Пример 12
ФМ из полиэтилентерефталата в виде нетканого материала, со средним диаметром волокон 10 мкм, полученных из расплава методом раздува, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 10 Па, плотности тока 0,1 мA/cм² и напряжении 500 В в течение 60 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -24 нКл/см², при этом эффективность задержания по атмосферному аэрозолю увеличивается с 9 до 87%, т.е. в 9,5 раз по сравнению с исходным ФМ. После хранения в течение 6 месяцев при комнатной температуре и относительной влажности 100% плотность поверхностного заряда составляет -8,1 нКл/см², а эффективность 55%.

Пример 13
ФМ на основе сополимера стирола с акрилонитрилом в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 2 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 10 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 300 В в течение 30 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -3,1 нКл/см². Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю составляет 3%, т.е. уменьшается в 2,6 раза по сравнению с необработанным в разряде ФМ (8%).

Пример 14
ФМ на основе сополимера метилметакрилата со стиролом и акрилонитрилом в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 2 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 100 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 300 В в течение 60 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -1,4 нКл/см². Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю составляет 3%, т.е. уменьшается в 3 раза по сравнению с необработанным в разряде ФМ (9%).

Пример 15
ФМ на основе сополимера метилметакрилата с этилакрилатом в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 5 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 10 Па, плотности тока 0,1 мА/см² и напряжении 500 В в течение 300 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -1,6 нКл/см². Коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю составляет 4%, т.е. уменьшается в 2 раза по сравнению с необработанным в разряде ФМ (8%).

Пример 16
ФМ на основе поли-4-метилпентена в виде нетканого материала, со средним диаметром волокон 20 мкм, полученных методом раздува из расплава, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 10 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 700 В в течение 300 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -4,5 нКл/см², при этом эффективность задержания по атмосферному аэрозолю возрастает с 8 до 53%, т.е. в 6,6 раза по сравнению с необработанным в разряде ФМ.

Пример 17
ФМ из сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом в виде нетканого материала, предварительно разряженного в спирте, со средним диаметром волокон 2 мкм, полученных из раствора методом электростатического формования, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере азота при давлении 10 Па, плотности тока 0,5 мА/см² и напряжении 480 В в течение 300 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -5,5 нКл/см², при этом коэффициент проскока по наиболее проникающему аэрозолю уменьшается с 8% для необработанного в разряде ФМ до 2%, т.е. в 4 раза.

Пример 18
ФМ из сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом в виде нетканого материала со средним диаметром волокон 10 мкм, полученных методом раздува из расплава, обрабатывают в тлеющем НЧ-разряде (50 Гц) в атмосфере воздуха при давлении 10 Па, плотности тока 0,4 мА/см² и напряжении 480 В в течение 300 секунд. Плотность заряда ФМ составляет -5,2 нКл/см². Эффективность задержания по атмосферному аэрозолю возрастает с 8 до 52%, т.е. в 6,5 раз по сравнению с необработанным в разряде ФМ.

Таким образом, предлагаемый электретный волокнистый фильтрующий материал и способ его получения позволяют достичь следующей совокупности полезных качеств:
- существенно повысить эффективность задержания аэрозольных частиц по сравнению с аналогичным материалом из незаряженных волокон за счет образования в волокнах долгоживущих электретных состояний;
- обеспечить сохранность образованных электретных состояний при хранении и эксплуатации ФМ в течение длительного времени, в том числе в присутствии влаги;
- обеспечить возможность получения электретных волокнистых фильтрующих материалов на основе любых готовых нетканых волокнистых материалов, сформованных из расплава или из раствора; тем самым существенно расширить ассортимент получаемых электретных волокнистых фильтрующих материалов, улучшить экологичность процесса получения электретных волокнистых фильтрующих материалов, а также электробезопасность и условия труда обслуживающего персонала по сравнению со способами обработки волокнистых материалов с использованием коронного разряда.

Формула изобретения

1. Электретный волокнистый фильтрующий материал, состоящий из заряженных полимерных волокон, отличающийся тем, что он содержит стабильно заряженные волокна, полученные путем обработки в тлеющем разряде при давлении ниже атмосферного.

2. Электретный волокнистый фильтрующий материал по п. 1, отличающийся тем, что заряд волокон составляет не менее 1,0 нКл/см², при этом время уменьшения заряда не более чем в 2 раза составляет не менее 6 месяцев при относительной влажности, равной или меньшей 100%, и температуре 25^oС.

3. Электретный волокнистый фильтрующий материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что волокна получены из полимера, выбранного из группы: полипропилен, полиэтилентерефталат, полистирол, сополимер стирола с акрилонитрилом, тройной сополимер стирола с акрилонитрилом и метилметакрилатом, полиметилметакрилат, сополимер метилметакрилата с этилакрилатом, поли-4-метилпентен, поликарбонат, ацетаты целлюлозы, полиакрилонитрил, поливинилбутираль, фенолформальдегидная смола, полисульфон, поливинилиденфторид, сополимер винилиденфторида с тетрафторэтиленом, сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом.

4. Электретный волокнистый фильтрующий материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что волокна предварительно получены из расплава, например, методом раздува или из раствора, например, методом электростатического формования в виде нетканого материала.

5. Электретный волокнистый фильтрующий материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что диаметр волокон составляет 0,5-25 мкм.

6. Способ получения электретного волокнистого фильтрующего материала, включающий электризацию предварительно полученных полимерных волокон, отличающийся тем, что электризацию осуществляют обработкой тлеющим разрядом при давлении ниже атмосферного с образованием стабильно заряженных волокон.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве полимера для получения исходных волокон используют полимер, выбранный из группы: полипропилен, полиэтилентерефталат, полистирол, сополимер стирола с акрилонитрилом, тройной сополимер стирола с акрилонитрилом и метилметакрилатом, полиметилметакрилат, сополимер метилметакрилата с этилакрилатом, поли-4-метилпентен, поликарбонат, ацетаты целлюлозы, полиакрилонитрил, поливинилбутираль, фенолформальдегидная смола, полисульфон, поливинилиденфторид, сополимер винилиденфторида с тетрафторэтиленом, сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом.

8. Способ по п. 6 или 7, отличающийся тем, что обработке подвергают волокна диаметром 0,5-25 мкм.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что исходный волокнистый полимерный фильтрующий материал получен из расплава, например, методом раздува или из раствора, например, методом электростатического формования в виде нетканого материала.

10. Способ по одному из пп. 6-9, отличающийся тем, что обработку проводят низкочастотным тлеющим разрядом в интервале частот преимущественно 50 Гц - 10 кГц.

11. Способ по одному из пп. 6-9, отличающийся тем, что обработку проводят тлеющим разрядом постоянного тока.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что обработку тлеющим разрядом проводят при остаточном давлении 1-100 Па в присутствии воздуха и/или газа, выбранного из группы: аргон, кислород, азот.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что обработку проводят в течение преимущественно 10-300 с при плотности тока 0,01-0,5 мА/см² и напряжении от 300 до 800 В.

14. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что обработку осуществляют до достижения концентрации заряда не менее 1,0 нКл/см².