[发明专利]具有改进电荷稳定性的聚合物电介体

说明书

本发明涉及使用添加剂生产具有改进电荷稳定性的聚合物电介体。更具体而言，本发明涉及使用与聚烯烃或其它聚合物混合的电荷控制剂，其浓度为0.01-30%（以重量计），优选0.1-5%（以重量计），以显著地增加所述电介体的电荷寿命。

众所周知，某些介电材料能够被永久地静电极化。施加高压电场后，通过加热激发材料，然后，在电场的影响下冷却该材料，从而使这些材料极化。当除去电场后，会发现适宜的介电材料已变成等电当量的永久磁铁。在极化场撤去后，场致极化的衰变速率减缓到大部分极化能长时期保持的程度，以致介电材料变成电介体。这类电介体可用各种方法，例如电晕起电、摩擦起电（摩擦）或任何其它的充电技术（例如通过液体接触）产生。

众所周知，用电介体纤维制成的空气过滤器能很有效地除去亚微细粒的气溶胶。与普通的非荷电纤维比较，静电收尘的机制可以提高这类荷静电纤维的非织物材料的效率。在不相应地增加压降的情况下，这类纤维机械捕获微粒的效率却已经提高。电介体应用也已在医学领域中（即伤口愈合和血液的配伍性）进行了研究，除此之外，还可应用于剂量测量，即荷电聚合物膜被用来测定放射性照射剂量。

早期的由热塑性纤维膜或纤丝制备纤维电介体的方法涉及在平行的小间距电极间产生的静电场中处理细丝或纤丝（美国专利No.2，740，184）。另一种制备电介体的方法在美国专利No.3，571，679中公开。该方法涉及将单丝纤维例如聚丙烯纤维紧绕在空心卷筒（已预先用聚酰胺贴面铝泊作了表面加工）上以制备电介体的过程。然而，该方法是不连续的和极慢的，因为这种绕丝卷筒所需的充电时间约为3小时。

目前采用的许多生产电介体的方法，在制造/充电技术和所用聚合物材料上有区别。

在一种方法中，如美国专利No.4，308，223和No.4，375，718中所示，聚合物膜最初通过电晕起电（在膜的相反的两面冲击正电荷和负电荷）。然后，将该膜用机械撕成细丝，接着将其制成过滤网。在第二种通常采用的方法中，如美国专利No.4，215，682中所示，在纤维纺丝过程中施加高压使聚合物熔体充电。Felton等在美国专利No.4，623，438和4，944，854中叙述了第三种较新的方法。在这些专利中，在金属细丝和表面电极间释放电荷。该金属细丝具有几千伏静电势的偏压。待充电的结构，无论是纤维还是织物，被放置于电极之间。这种方法称为"电晕"技术。

在文献（P.A.Smith，G.C.East;Journal    of    Electrostatics，21（1988）81-88）中介绍的另一种方法是摩擦起电。在该方法中，将两种或多种聚合物密切接触，由于它们具有不同的介电性能，电荷即从一种聚合物迁移至另一种聚合物上。在将两种聚合物撤开后，它们即处于荷电状态。由于在空气过滤器的结构中具有良好的效果，因而摩擦电的电荷交换显示出是实用的。

已经研究了许多类型的聚合物，供作由电介体纤维制成的空气过滤器。适宜于供作电介体的聚合物是聚烯烃类，例如聚丙烯或聚乙烯、缩聚物类，例如聚酰胺类、聚酯类、聚碳酸酯类或多芳基化合物类、聚丙烯酸酯类、聚缩醛类、聚酰亚胺类、纤维素酯类、聚苯乙烯类、含氟聚合物类和聚苯硫类。聚合物的组合物，例如共聚物和共混聚合物也是适宜的。有关适宜的电介体聚合物综合性的材料要求和性能特性例如在G.Sessler：Topics    in    Applied    Physics，Vol.33："Electrets"，Springer    Verlag，London，1987一书中均有介绍。

适宜的电介体聚合物的一些特性包括长期的电荷稳定性以及耐湿性和耐化学腐蚀性。众所周知，例如某些含氟聚合物如聚四氟乙烯（PTFE）或全氟化的乙烯/丙烯共聚物（PFEP）都是优异的电荷寿命长达几年至几十年的电介体。这些聚合物也具有很好的温度稳定性和低的吸湿性。然而，这些聚合物的价格昂贵，难以加工，因此没有广泛应用于商用过滤器织物。

比较经济和加工性能很好的电介体是聚烯烃类例如聚丙烯或聚乙烯和聚碳酸酯类。这些聚合物为过滤器织物提供了良好的化学和机械稳定性。然而，给这些纤维织物提供的电荷寿命仅约为1年，往往不足以供作绝对清洁室过滤器或汽车内的过滤器之用。对于电介体而言，为保持其高效率，它的寿命必须超过实际的使用寿命加上典型的贮存寿命，即生产和使用之间的时间。因此，非常理想的是发现性能更好、使用稳定而又与聚烯烃类似的经济的材料。