Leichte SpracheMikroskopische Mechanismen der Ladungsstabilisierung in elektrisch geladenen Fein-Faser- Elektretmaterialien – MIKROLAST-EFFEKT
Filtration mit elektrisch geladenen Kunststofffasern (Quelle: REM Ausschnitte adaptiert von X. Zhang et al., Polymers (2021), 13, 485)
Beim Meltblown-Verfahren wird geschmolzenes Polymer über Düsen zu feinen Filter-Vliesen umgewandelt. Um die hohe Filtrationseffizienz zu erreichen, müssen die Vliese elektrisch aufgeladen werden. Durch eine geringe Ladungsstabilität in üblichen Meltblowns lässt die Filtrationseffizienz relativ schnell nach. Das Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung der molekularen Mechanismen der Ladungsspeicherung in Meltblown-Fasern. Darauf aufbauend sollen Methoden zur Erhöhung der Ladungsdichte und zur Ladungsstabilisierung entwickelt werden.
Die Hauptprojektidee beinhaltet eine gezielte Steuerung der Ladungsstabilität und der Ladungsdichte in elektrostatisch aufgeladenen Polymerfasern durch eine Kombination von physikalischen und chemischen Methoden. Dabei werden Folien, einzelne Fasern und Meltblown-Vliese in Koronaentladung aufgeladen. Die Entladungsprozesse werden unter Einfluss von externen Faktoren – zum Beispiel Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lösungsmitteldämpfe – systematisch untersucht. Damit gewonnene Kenntnisse über den Ladungstransport werden für die Entwicklung von Ladungsstabilisierungsmethoden eingesetzt. Auf mikroskopischer Ebene bedeutet dies, dass die Ladungsträger selektiv in tiefen Haftstellen gespeichert werden und die Polymermaterialien so modifiziert werden, dass zusätzlich zu den bestehenden Haftstellen neue tiefe Haftstellen entstehen.
Die beiden Lösungswege werden durch thermische Behandlung, Optimierung der Ladungsprozesse, Oberflächenmodifizierung von Vliesen und Granulat und durch Zugabe von Additiven mittels Compoundierung realisiert. Die entwickelten technologischen Ansätze werden für die Fertigung von Demofiltervliesen verwendet, die in Meltblown-Prozessen geprüft und validiert werden.
