Development of new electret-materials for charge storage by purposeful morphology control and admixing of additives

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt
• Subject Area: Polymer Materials
• Term: from 2002 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5385876

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Im abgeschlossenen DFG-Projekt "Entwicklung neuer Elektretmaterialien zur Ladungsspeicherung durch gezielte Morphologiesteuerung und Additivierung" standen die Elektret- und piezoelektnschen Eigenschaften von Polypropylen (PP) im Mittelpunkt Derartige Matenalien sind beispielsweise für selbsthaftende Folien und für Filter-, Sensor- und Aktuatoranwendungen interessant Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine neue Additivklasse gefunden, von denen ausgewählte Verbindungen in der Lage sind, die Ladungsspeichereigenschaften von PP zu verbessem Bei den Verbindungen handelt es sich um Ttrisamide und Bisamide, die während der Verarbeitung über Selbstorganisation supramolekulare Nanostrukturen bilden, die bei einer optimalen Konzentration als effektive Ladungsfallen wirken Das andere von uns entwickelte und verfolgte Konzept zur Verbessemng der Elektreteigenschaften von Polypropylen bestand in der Erzeugung von porösen Filmen durch Verstrecken in Anwesenheit von geeigneten Partikeln Die Hohlräume stellen effektive Ladungsdrift-Barrieren dar, so dass die Elektreteigenschaften im Vergleich zu den kompakten, unverstreckten Proben erheblich verbessert werden Im weiteren Verlauf der Arbeiten wurde auch der Einfluss von Glashohlkugeln auf die Ladungs Speichereigenschaften des Polypropylens expenmentell bestimmt Da diese zellularen Glashohlkugelblends eine Zellhohe im Bereich der Glashohlkugeln aufweisen, wurde auch piezoelektrische Aktivität realisiert Basierend auf den Erfolgen des entwickelten Verstreckverfahrens zur Erzeugung von Hohlräumen in Polypropylen wurde ein spezielles Expansionsverfahren fitr eine Zel Vergrößerung der verstreckten i-PP-Filme entwickelt Ziel war es, eine derartige Zellaufweitung herbeizuführen, dass es möglich ist, in diesen Zellen Mikroplasmaentladungen zu erzeugen und so piezoelektrische Eigenschaften hervorzurufen. Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens erscheint vielversprechend und angesichts des Bedarfs an elektroaktiven Matenalen in der Technik auch notwendig

Publications

• Cosimav Salis-Soglio "PolymeradditivefUrElektretmaterialien", Dissertation seit 2006
  
  
• J Hillenbrand, N Behrendt, N Mohmeyer, G M Sessler, V Altstadt and H -W Schmidt "Electret properties ofbiaxially stretched polypropylene films containing various additives " J Phys D Appl Phys, Vol 39, pp 535-540, 2006
  
  
• J Hillenbrand, N Behrendt, N Mohmeyer, V Altstadt, H-W Schmidt and G M Sessler "Charge Retention in Biaxially-OrientedPolypropylene Films Containing Various Additives" 12^ Intemational Symposium on Electrets, Bahia (Brazil), 2005
  
  
• N Behrendt, F Fischer, V Altstadt, J Hillenbrand G M Sessler, N Mohmeyer and H -W Schmidt "Investigations on Electret Behavior of Cellular Polypropylene Films " BPS '05, Bayreuth Polymer Symposium, International Symposium on Functional and Stmctural Polymenc Matenals, Umversitat Bayreuth, 2005
  
  
• N Behrendt, J Hillenbrandt, V Altstadt and G M Sessler "Investigation on electret behavior of stretched filled polypropylene films " 21"* Annual Meeting ofthe Polymer Processing Society, Leipzig, 2005
  
  
• N Behrendt, N Mohmeyer, J Hillenbrand, M Klaiber, X Zhang, G M Sessler, H -W Schmidt andV Altstadt "Charge storage behavior of isotropic and biaxially-onented polypropylene films containing aand ß- nucleating agents " J Appl Polym SCI , Vol 99, pp 650-658, 2006
  
  
• N Behrendt, V Altstadt, H -W Schmidt, X Zhang and G M Sessler "Development of porous polypropylene blends with NAH particles and glass hollow spheres by biaxial stretching for electret applications " IEEE Trans Dielectr Electr Insul DEIS, Vol 13, pp 992-1000,2006
  
  
• N Behrendt, X Zhang, B Bergmann and G M Sessler "Piezoelectricity of cellular polypropylene films expanded by a dichlormethane evaporation process " Adv Eng Mat, Vol 10, No 1-2, pp 120-125,2008
  
  
• N Mohmeyer, H -W Schmidt, P M Knstiansen and V Altstadt "Infiuence of chemical structure and solubility of bisamide additives on the nucleation of isotactic polypropylene and the improvement of its charge storage properties " Macromolecules, Vol 39, pp 5760-5767, 2006
  
  
• N Mohmeyer, N Behrendt, X Zhang, P Smith, V Altstadt, G M Sessler and H -W Schmidt "Additives to improve the electret properties of isotactic polypropylene" Polymer, Vol 48, pp 1612-1619,2007
  
  
• Nico Behrendt " Entwicklung neuer zellularer Polymerelektrete durch gezielte Morphologie- Steuerung", Dissertation 2007
  
  
• Nils Mohmeyer " Synthesis, structure-property relations and applications of organogelatores and polymer additives for electret materials ", Dissertation 2006
  
  
• T Motzi,J Hillenbrandi, X Zhangi.N Behrendt2, C von Sahs-Sogli03, D P Erhards, V Altstadt2, H-W Schmidts, G M Sesslen "Charge decay of electron-beam irradiated Polypropylene films containing additives " 13* International Symposium on Electrets, Tokyo (Japan), 2008
  
  
• V Altstadt, N Behrendt, T Frese, H -W Schmidt, R Giesa, J Hillenbrand and G M Sessler "Development of Cellular Films for Electret Applications " 12* Intemational Symposium on Electrets, Bahia (Brazil), 2005