CN110392601A - 驻极体化片材及过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于,提供一种低压力损失型过滤器,具有较高的集尘能力,且洗净后也抑制集尘能力的降低。本发明涉及驻极体化片材及使用了其的过滤器,驻极体化片材至少包含表面层、高电介质层、以及背面层,且在表面层与背面层之间具有高电介质层,其特征在于,表面层及背面层分别是100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜,高电介质层是100kHz下的相对介电常数为6以上的材料,表面层及背面层具有带电处理产生的静电。

Description

驻极体化片材及过滤器
技术领域
本发明涉及驻极体化片材及使用了其的过滤器。详细而言,涉及压力损失少、灰尘及尘埃的过滤效率优异、即使洗净也容易恢复集尘效率的带电型的空气过滤材料。
背景技术
目前,已知有将膜连续地折弯并层叠等,成型为特定的立体结构而得到的、具有空隙的结构体。还已知有在该结构体中使膜带电(驻极体化),当包含灰尘及尘埃的空气流通于空隙时,通过静电力吸附灰尘及尘埃的原理的驻极体过滤器。
例如,专利文献1中公开有使用驻极体化片材形成空气流路的过滤器,其特征在于,该驻极体化片材的空孔率为1~70%,该过滤器的空气的流路截面率为10~99%,该过滤器的空间电荷密度为10~5000nC/cm3
一般而言,在过滤器被弄脏的情况下,具有利用水洗等去除污垢并再利用的请求。但是,存在洗净后的过滤器的构成材料表面的电荷消失的课题。
对于这样的课题,进行着通过利用耐水性材料包覆构成材料的表面而解决上述课题的尝试。例如,专利文献2中已知有耐水性驻极体片材,其特征在于,通过在驻极体化片材的两面粘固具有耐水性的膜而成。
另一方面,热塑性树脂膜容易带电,因此,具有在合成纸领域中印刷时由于静电的斥力引起纸的不齐,或半导体领域中在带式载体与芯片之间引起放电而破坏芯片的问题。
对于这些问题,例如专利文献3中公开了,在层叠体的内部封闭带电处理的电荷,但层叠体的表面利用抗静电剂将表面电阻控制成1×10-1~9×1012Ω。另外,专利文献4中公开了由介电常数不同的三层结构物构成的抗静电用片材及粘合带,并将介电常数在各层内最小的结构物设为中央。如后述,作为抗静电剂优选的物质的相对介电常数比一般的热塑性树脂高,因此,也能够认为两者基于相同的原理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-098022号公报
专利文献2:日本特开2008-018350号公报
专利文献3:日本特开2010-023502号公报
专利文献4:日本特开2004-136625号公报
目前,使用驻极体过滤器时,当洗净集尘后的过滤器并要再利用时,驻极体化片材的带电量减少,因此,集尘能力降低的问题没有改变,得不到令人满意的驻极体过滤器。
发明内容
【发明所要解决的课题】
本发明的目的在于,提供一种低压力损失型过滤器,具有较高的集尘能力,且洗净后也抑制集尘能力的降低。
用于解决课题的方案
本发明人等鉴于所述课题进行了各种研究,结果发现,特定的层叠结构、特别是在表面层与背面层之间具有高电介质层的驻极体化片材恢复洗净后的表面电位,及使用所述驻极体化片材,对其进行立体加工而得到的过滤器可解决所述课题,并到达本发明。
即,本发明如下述。
(1)一种驻极体化片材,至少包含表面层、高电介质层、以及背面层,且在所述表面层与所述背面层之间具有所述高电介质层,其特征在于,
所述表面层及所述背面层分别是100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜,
所述高电介质层是100kHz下的相对介电常数为6以上的材料,
所述表面层及所述背面层具有带电处理产生的静电。
(2)根据所述(1)所记载的驻极体化片材,其中,所述高电介质层包含相对介电常数为10~30的、具有季铵盐型结构的水溶性聚合物。
(3)根据所述(1)或(2)所记载的驻极体化片材,其中,所述表面层及背面层为聚烯烃类树脂膜。
(4)根据所述(1)~(3)中任一项所记载的驻极体化片材,其中,以温度15℃的条件在离子交换水中浸渍1分钟并提起,且擦除水,并在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置24小时时的表面电位(洗净24小时后表面电位E24)为0.2kV以上且5kV以下。
(5)根据所述(1)~(4)中任一项所记载的驻极体化片材,其中,将以温度15℃的条件在离子交换水中浸渍1分钟并提起,且擦除水,在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置24小时时的表面电位设为洗净24小时后表面电位E24,将以温度15℃的条件在离子交换水中浸渍1分钟并提起,且擦除水,并在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置30分钟时的表面电位设为洗净0.5小时后表面电位E0.5时,所述洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位之差(E24-E0.5)为0.1kV以上且5kV以下。
(6)一种过滤器,其中,使用所述(1)~(5)中任一项所记载的驻极体化片材形成空气的流路。
(7)根据所述(6)所记载的过滤器,其中,空气的流路截面率为10%以上且99%以下。
发明效果
根据本发明,能够提供即使洗净也容易恢复表面电位的驻极体化片材。另外,根据本发明,通过使用所述驻极体化片材,能够提供压力损失少、即使洗净也容易恢复灰尘及尘埃的集尘效率的带电型过滤器。
附图说明
图1是本发明的驻极体化片材的一个方式;
图2是本发明的驻极体化片材的另一个方式;
图3是本发明的驻极体化片材的另一个方式;
图4是可用于本发明的驻极体化片材的制造的间歇式电晕放电处理装置的一例;
图5是可用于本发明的驻极体化片材的制造的连续式电晕放电处理装置的一例;
图6是本发明的实施例中使用的驻极体化片材的制造装置的概略图;
图7是本发明的实施例中使用的评价用过滤器的概略图;
图8是本发明的实施例中使用的吸附力测定方法的概略图。
具体实施方式
以下,详细地说明本发明,但以下所记载的构成要件的说明是本发明的实施方式的一例(代表例),本发明不特定于这些说明内容。
此外,本说明书中记载为“~”时是指,将在其前后记载的数值分别设为最小值及最大值而包含的范围。
另外,记载为“(甲基)丙烯酸酯”时是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯双方。(甲基)丙烯酸衍生物也一样。
另外,本说明书中“层叠体”是指,在表面层与背面层之间具有高电介质层的层叠物,且不具有带电处理产生的静电。
另外,驻极体化片材包含长条或卷取的形式。
[驻极体化片材]
本发明的驻极体化片材是至少包含表面层、高电介质层、以及背面层,且在上述表面层与上述背面层之间具有上述高电介质层,其特征在于,上述表面层及上述背面层分别是100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜,上述高电介质层是100kHz下的相对介电常数为6以上的材料,上述表面层及上述背面层具有带电处理产生的静电。
(层结构)
如上述,本发明的驻极体化片材由至少包含表面层、高电介质层、以及背面层的层叠体构成,且在表面层与背面层之间具有高电介质层。
此外,本发明的表面层和背面层均是本发明的驻极体化片材(或层叠体)的最外层。另外,在表面层及背面层呈现比存在于比这些层靠内侧的任一层低的相对介电常数的情况下,难以引起存在于最外层表面的电荷的移动,而难以产生带电衰减,故优选。
表面层和背面层(相反面)分别由100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜构成。表面层和背面层也可以是同种的热塑性树脂膜,也可以是组成不同的热塑性树脂膜,也可以是成型方法不同的热塑性树脂膜。对于能够使用的热塑性树脂膜的种类进行后述。
本发明的驻极体化片材也可以在表面层与背面层之间具有后述的粘接剂层。粘接剂层也可以是一层,也可以是两层,也可以是三层以上。
另外,本发明的驻极体化片材也可以在表面层与背面层之间具有多个后述的高电介质层。高电介质层的数优选为1~10层,更优选为1~5层。
另外,本发明的驻极体化片材也可以在表面层与背面层之间还具有由后述的100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜构成的中间层。中间层的数优选为1~10层,更优选为1~5层。
作为本发明的驻极体化片材优选的方式,例如,可举出:
·按照表面层2a/高电介质层3/背面层2b的顺序层叠的驻极体化片材1(参照图1),
·按照表面层/粘接剂层/高电介质层/背面层的顺序层叠的驻极体化片材,
·按照表面层2a/第一粘接剂层4a/高电介质层3/第二粘接剂层4b/背面层2b的顺序层叠的驻极体化片材1(参照图2),
·按照表面层/第一高电介质层/粘接剂层/第二高电介质层/背面层的顺序层叠的驻极体化片材,
·按照表面层2a/第一高电介质层3a/中间层2c/第二高电介质层3b/背面层2b的顺序层叠的驻极体化片材1(参照图3),
·表面层/第一粘接剂层/第一高电介质层/第二粘接剂层/中间层/第三粘接剂层/第二高电介质层/第四粘接剂层/背面层等。
本发明的驻极体化片材的表面及背面的表面电阻率分别独立地优选为1×1013Ω以上,更优选为1×1014Ω以上。表面电阻率在温度23℃、相对湿度50%的条件下,根据JISK6911:2006且通过同心圆环法测定。
从将本发明的驻极体化片材设为后述的过滤器等的立体结构时的强度及洗净后的带电恢复性的观点来看,本发明的驻极体化片材的厚度优选为20μm以上,更优选为50μm以上。另一方面,从带电处理的效率及适于弯曲加工的驻极体化片材的柔软性的观点来看,驻极体化片材的厚度优选为250μm以下,更优选为150μm以下。
另外,从设为立体结构时的强度的观点来看,优选驻极体化片材的密度为0.5g/cm3以上,更优选为0.7g/cm3以上。另一方面,从带电处理的效率的观点来看,驻极体化片材的密度优选为1.7g/cm3以下,更优选为1.5g/cm3以下。
驻极体化片材的Gurley刚度优选为0.3~1.0mN。Gurley刚度根据JISL-1096:2010A法(Gurley法)进行测定。
将驻极体化片材在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置24小时时的表面电位(静态表面电位EA)优选为0.3kV以上,更优选为1.0kV以上,且优选为15kV以下,更优选为10kV以下。
将驻极体化片材以温度15℃的条件在离子交换水中浸渍1分钟并提起,擦除水,在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置24小时时的表面电位(洗净24小时后表面电位E24)优选为0.2kV以上,更优选为0.3kV以上。优选为5kV以下,更优选为3kV以下。
另外,同样将驻极体化片材以温度15℃的条件在离子交换水中浸渍1分钟并提起,擦除水,在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置30分钟时的表面电位设为洗净0.5小时后表面电位E0.5时,上述洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位之差(E24-E0.5)优选为0.1kV以上,更优选为0.2kV以上。另外,优选为5kV以下,更优选为3kV以下。洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位之差较大是指,由于洗净而损失的层叠体的表面电荷形成内部电荷的镜像,由此,表观上容易恢复。
在内部具有高电介质层的本发明的驻极体化片材在去除表面的电荷之后表观上表面电荷恢复的效果较高的原因是认为,在高电介质层与相邻于该层的层(表面层、背面层、或中间层等)的界面容易保持电荷。另外,也能够认为是由于,高电介质层其本身具有电荷的保持力。无论哪个方法成立,也推测是由于,即使利用水洗净驻极体化片材的表面,也不会损坏内部的电荷,随着时间的经过,在表面形成镜像电荷。另外,通过高电介质层与相邻于该层的层的界面的数或高电介质层的层数较多,能够期待能够在驻极体化片材内部保持的总电荷量的增加。
(高电介质层)
本发明的驻极体化片材在表面层与背面层之间设置高电介质层。在此,高电介质层由作为主体材料的以100kHz测定时相对介电常数为6以上的材料构成。
构成高电介质层的材料也可以是单一材料,也可以是组成物。构成高电介质层的材料为组成物时的相对介电常数是构成该组成物的各材料的相对介电常数与该材料的体积分率之积的总和。
从提高驻极体化片材的洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位之差(E24-E0.5)的观点来看,构成高电介质层的材料的相对介电常数优选为6以上,更优选为7以上。另一方面,构成高电介质层的材料的相对介电常数优选为5000以下,更优选为2000以下。
100kHz下的相对介电常数能够基于平行板电容器的电容的原理求得。平行板电容器的电容Cx[F]与平行板电极的一方的面积A[m2]成比例,且与电极的距离h[m]成反比例。在此,在将平行板电极之间利用相对介电常数εr的绝缘体填满的情况下,以下式(1)表示。
Cx=εr×A/h···(1)
相对介电常数的测定中,制作利用板状电极夹着测定对象物的试样,施加电压,扫描频率并测定100kHz下的电容(Cx),并代入上述式(1)而求得相对介电常数。
上述试样的制作方法也可以在可涂布测定对象物的情况下,在金属电极上涂布测定对象物,并设置对电极。另一方面,在不能涂布测定对象物的情况下,也可以在测定对象物上涂布设置导电性涂料。
构成高电介质层的材料可包含有机物及无机物。一般而言,无机电介质存在比有机电介质相对介电性更高的倾向,因此,能够期待通过含有无机物,而带电性变高。
作为无机电介质,例如可举出:氧化铝、氧化钇、氮化硅、氮化铝、氧化锆、氧化钛、硫酸钡、硝酸铅、沸石、云母、玻璃纤维、钠石灰玻璃、酒石酸钙钠、钛酸钡、钛酸锆酸铅(PZT)、钛酸锆酸锶、钛酸锆酸钡、钛酸锆酸钡锶、钛酸锆酸镁、钛酸锆酸钙、以及钛酸锆酸钡钙等。其中,从电荷保持的观点来看,优选为钛酸钡及钛酸锆酸铅(PZT)等。
另一方面,无机电介质不均匀地存在于层叠体中,因此,有时层叠体的绝缘破坏电压降低,因此,从提高绝缘破坏电压的观点来看,也可以选择有机电介质。
作为有机电介质,从提高相对介电常数的观点来看,优选为在聚合物的主链或侧链具有原子序数7以上的元素,或在聚合物的侧链具有共轭系的基团的聚合物类的有机电介质。
作为原子序数7以上的元素,从导入的容易度及稳定性的观点来看,例如可举出:N、O、F、Si、P、S、Cl、Br、以及I等。
作为共轭系的基团,例如可举出:苯基、取代苯基、以及萘基等单元素环式化合物基;咪唑基、及吡唑基等杂环式化合物基;羰基、羧基、酰基、氰基、磷酸基、以及磺基等。
含有原子序数7以上的元素的聚合物型的有机电介质中,作为含有N原子的聚合物,例如可举出:聚亚乙基亚胺、碳原子数1~12的烷基改性聚亚乙基亚胺、以及聚(亚乙基亚胺-尿素)等聚亚乙基亚胺类聚合物;聚胺聚酰胺、及聚胺聚酰胺的亚乙基亚胺加成物等聚胺类聚合物;聚吡咯类;聚苯胺类等。
另外,含有原子序数7以上的元素的聚合物型的有机电介质中,作为含有O原子的聚合物,例如可举出:丙烯酸酯共聚物、甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酰胺的衍生物、以及含有噁唑啉基的丙烯酸酯类聚合物等丙烯酸类聚合物;聚乙烯醇、以及聚乙烯醇缩丁醛等乙烯醇类聚合物;聚乙二醇、聚丙二醇、以及聚四亚甲基二醇等聚醚多元醇类;纤维素;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、马来酸改性聚乙烯、以及马来酸改性聚丙烯等含有官能团的烯烃类聚合物;酚醛树脂、聚碳酸酯类树脂、以及环氧树脂等。
另外,含有原子序数7以上的元素的聚合物型的有机电介质中,作为具有F、Cl、Br、以及I中的任一原子的聚合物,例如可举出:聚偏二氟乙烯等含氟聚合物;氯丁橡胶、聚胺聚酰胺的表氯醇加成物、氯乙烯树脂、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂、偏二氯乙烯树脂、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物树脂、氯化乙烯树脂、以及氯化丙烯树脂等含氯聚合物;聚三氟氯乙烯等。
另外,含有原子序数7以上的元素的聚合物型的有机电介质中,作为具有Si、P、以及S中的任一原子的聚合物,例如可举出硅烷醇改性聚乙烯醇及聚噻吩等。
另外,作为在侧链具有共轭系的基团的聚合物,例如可举出:聚乙烯吡咯烷酮、硝基纤维素树脂、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂、以及丙烯腈-丁二烯共聚物等。
如根据上述例子可知,在聚合物的主链或侧链具有原子序数7以上的元素,与在聚合物的侧链具有共轭系的基团没有严格地区别,也可以在聚合物的主链或侧链具有多个原子序数7以上的元素,作为原子序数7以上的元素也可以具有不同的2种以上的元素,也可以含有原子序数7以上的元素而成的共轭系的基团处于聚合物的侧链。这些结构发挥提高聚合物的相对介电常数的效果。
另外,有机电介质也可以是作为有机类抗静电剂而已知的化合物。
作为抗静电剂,例如可举出:硬脂酸单甘油酯、烷基二乙醇胺、山梨醇酐单月桂酸酯、烷基苯磺酸盐、烷基二苯基醚磺酸盐等低分子量有机化合物类抗静电剂;ITO(铟掺杂氧化锡)、ATO(锑掺杂氧化锡)、以及石墨晶须等导电性无机充填剂;利用分子链内的共轭电子发挥导电性的聚噻吩、聚吡咯、以及聚苯胺等电子导电性聚合物;聚乙二醇、聚氧乙烯二胺、以及聚氧乙烯烷基醚等非离子性高分子型抗静电剂;聚乙烯基苄基三甲基氯化铵、以及聚甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯季取代物的盐等具有季铵盐型结构的水溶性聚合物;聚丙烯酸类聚合物、马来酸酐类共聚物、以及聚丙烯腈皂化物等含有磺酸基、羧酸基、以及它们的盐的阴离子性高分子型抗静电剂;添加锂的聚环氧乙烷等向含有环氧烷烃基及/或羟基的聚合物等添加碱金属离子而得到的含碱金属盐的聚合物等。
表面活性剂中,从热稳定性良好的观点来看,还优选为高分子型表面活性剂。另一方面,如果可与上述粘接剂混溶,则表面活性剂的离子性没有限制。
构成高电介质层的材料中,从对高电介质层赋予粘接功能等的多样化的观点来看,也优选为有机电介质。有机电介质中,从表面层及背面层与高电介质层的密合性及带电处理以后的耐分解性的观点来看,也优选为聚合物材料。另外,从提高驻极体化片材的静态表面电位的观点来看,优选为聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、以及聚四氟乙烯等含氟树脂。
这些构成高电介质层的材料从调整相对于驻极体化片材的用途的最佳的介电常数的观点来看,上述材料中也可以将任一种单独使用,也可以将2种以上混合使用。另外,上述材料能够以稀释或分散于有机溶剂或水中的方式使用。这些方式中,从溶解·混合得到的涂料的稳定性及涂布适性的观点来看,优选为聚醚氨基甲酸酯、聚酯聚氨酯、以及丙烯酸聚氨酯等氨酯树脂或丙烯酸酯共聚物。
本发明中,能够使用上述的广泛范围的高电介质材料,但本发明的高电介质层优选包含环境湿度对抗静电性能的影响较小,且具有季铵盐型结构的水溶性聚合物或含碱金属盐的聚合物,特别优选包含相对介电常数为10~30的、具有季铵盐型结构的水溶性聚合物。
高电介质层也能够通过将低电介质材料与高电介质材料混合而进行制作,在该情况下,将低电介质材料与高电介质材料混合得到的膜状的材料设为主体材料,如果在以100kHz测定时,相对介电常数未呈现6以上,则能够将该材料作为本发明的高电介质层进行处理。
从提高驻极体化片材的洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位之差(E24-E0.5)的观点来看,高电介质层的厚度优选为0.01μm以上,更优选为0.05μm以上。另外,由于同样的原因,高电介质层的厚度优选为驻极体化片材的厚度的0.005%以上,更优选为0.01%以上。
另一方面,从提高静态表面电位的观点来看,高电介质层的厚度优选为100μm以下,更优选为50μm以下。另外,由于同样的原因,高电介质层的厚度优选为驻极体化片材的厚度的70%以下,更优选为35%以下。
(粘接性材料及粘接剂层)
高电介质层设置于表面层与背面层之间,但粘接于任一层的内侧并作为层叠体构成驻极体化片材,因此,优选高电介质层具有粘接性。因此,优选构成高电介质层的材料的至少一种具有粘接性。
另一方面,在高电介质层不具有粘接性的情况下,通过经由粘接剂层将高电介质层与其它层接合,能够形成层叠体。因此,粘接性材料也可以包含于高电介质层,也可以包含于粘接剂层,但作为粘接性材料,在任意情况下均能够使用共同的物质。通常,优选将高电介质材料与粘接材料混合并设置于表面层及/或背面层的内侧。
在高电介质层中使用粘接性材料的情况下,从高电介质层体现粘接性的观点来看,优选相对于高电介质层的质量将粘接性材料含有10质量%以上,更优选含有30质量%以上。另一方面,从高电介质层体现预定的相对介电常数的观点来看,优选相对于高电介质层的质量将粘接性材料含有99质量%以下,更优选含有90质量%以下。
另一方面,在设置粘接剂层的情况下,从粘接剂层体现粘接性的观点来看,优选相对于粘接剂层的质量含有20质量%以上,更优选含有50质量%以上的粘接性材料。另一方面,也可以相对于粘接剂层的质量含有100质量%的粘接性材料。另外,由于同样的原因,粘接剂层的厚度优选为1.0μm以上,更优选为10μm以上。
另一方面,从提高驻极体化片材的洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位(E24-E0.5)之差的观点来看,粘接剂层的厚度优选为50μm以下,更优选为5.0μm以下。另外,由于同样的原因,粘接剂层的厚度优选为驻极体化片材的厚度的70%以下,更优选为35%以下。
粘接剂层的100kHz下的相对介电常数低于6,优选低于4。另外,通常,下限为1.1以上。
作为粘接性材料的性状,可举出:以水或有机溶剂为介质的溶液型或乳液型的方式的液状的粘接剂;当加热时可熔融涂布,当冷却时固化并体现粘接性的热熔型粘接剂。
作为溶液型或乳液型的方式的液状的粘接剂,例如可举出:醚树脂、酯树脂、氨酯树脂、脲醛树脂、丙烯酸树脂、酰胺树脂、以及环氧树脂等。
作为醚树脂,例如可举出:聚丙二醇、聚乙二醇、以及聚四亚甲基二醇等聚醚多元醇类。聚醚多元醇类通过例如使环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、以及四氢呋喃等的氧杂环丙烷化合物与丙二醇、乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、双酚A、乙二胺等低分子量多元醇进行开环聚合而得到。
作为酯树脂,可举出多元酸与多元醇的脱水缩合物。在此,作为多元羧酸类,例如可举出:间苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、己二酸、壬二酸、癸二酸、戊二酸、以及六氢邻苯二甲酸酐等。另外,作为多元醇,例如可举出:乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、三羟甲基丙烷、丙二醇、二丙二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、氢化双酚A、1,4-丁二醇、1,4-环己烷二甲醇、2,2,4-三甲基戊烷-1,3-二醇、以及聚乙二醇等。进行聚合时,能够从上述多元酸中使用1种以上,并从上述多元醇中使用1种以上。
作为氨酯树脂,可举出多元醇与异氰酸酯化合物的缩合反应物。在此,多元醇能够从上述的多元醇、醚树脂、以及酯树脂中使用1种以上。另外,作为异氰酸酯化合物,例如可举出:六亚甲基二异氰酸酯、2,4-甲基环己烷二异氰酸酯、二异氰酸酯环丁烷、四亚甲基二异氰酸酯、邻-(或间-、对-)亚二甲苯基二异氰酸酯、氢化亚二甲苯基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二甲基二环己基甲烷二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、十二烷二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯及异佛尔酮二异氰酸酯等脂肪族异氰酸酯;甲苯-2,4-二异氰酸酯、甲苯-2,6-二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、3-甲基二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、间-(或对-)亚苯基二异氰酸酯、氯亚苯基-2,4-二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、二苯基-4,4'-二异氰酸酯、3,3'-二甲基二苯基-1,3,5-三异丙基苯-2,4-二异氰酸酯碳二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯、以及聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯等芳香族异氰酸酯;二苯基醚二异氰酸酯等的异氰酸酯单体类等。另外,作为异氰酸酯化合物,从提高分子量,并且赋予粘接力或稳定性等的各种性能的观点来看,也可以使用由多元醇改性的多异氰酸酯化合物。
作为脲醛树脂,可举出胺化合物与上述异氰酸酯化合物的缩聚物。作为胺化合物,例如可举出:乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺或、六亚甲基二胺、二亚甲基三胺、三亚甲基四胺、及四亚甲基五胺等脂肪族胺;异佛尔酮二胺、二环己基甲烷二胺、甲基环己烷二胺、亚异丙基双-4-环己基二胺、以及1,4-环己烷二胺等脂环式胺;哌嗪、甲基哌嗪、及氨基乙基哌嗪等杂环式胺等。
作为丙烯酸树脂的例子,以有机过氧化物为聚合引发剂,将(甲基)丙烯酸化合物进行加成聚合而得到的树脂是代表性的。作为丙烯酸化合物的具体的例子,例如可举出:(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸十三烷酯、(甲基)丙烯酸十八烷酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、以及(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等。
作为酰胺树脂,可举出胺化合物与多元酸的缩聚物等。
作为环氧树脂,作为羟基化合物类或羧酸化合物类与表卤代醇类、1,2-二醇类、聚缩水甘油醚类的缩合反应物而得到。该缩合反应类中也可以添加上述的醚树脂、酯树脂、氨酯树脂、脲醛树脂丙烯酸树脂、酰胺树脂。
作为羟基化合物类,可举出上述的多元醇类及多元酚类。作为多元酚类,例如可举出:2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷(双酚B)、2,2-双(4-羟基苯基)乙烷(双酚E)、2,2-双(4-羟基苯基)砜(双酚S)、2,2-双(4-羟基苯基)-4-甲基戊烷、1,1-双(4-羟基苯基)-2-甲基丙烷、双(4-羟基苯基)苯基甲烷、2,2-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)甲烷、2,2-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)乙烷、2,2-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)丁烷、2,2-双(4-羟基-3-甲基苯基)丁烷、2,2-双(4-羟基-3-甲基苯基)-2-苯基乙烷、联苯酚、双(4-羟基苯基)醚、以及双(4-羟基苯基)酮等双酚类等。作为羧酸化合物类,可举出上述的多元羧酸类。
其中,从上述的多元醇、醚树脂、以及酯树脂的任一种以上与异氰酸酯化合物的缩合反应即使在室温也反应的加工性的观点来看,优选为氨酯树脂。
作为热熔型粘接剂,例如可举出:低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯·(甲基)丙烯酸共聚物及其金属盐(所谓的离聚物树脂)、氯化聚乙烯、以及氯化聚丙烯等的改性聚烯烃类树脂、乙烯·α-共聚物、苯乙烯·丁苯橡胶、以及丙烯腈·丁苯橡胶等的热塑性弹性体;聚酰胺类树脂、聚缩丁醛类树脂、以及聚氨酯类树脂。热熔型粘接剂中,为了提高加热时的粘性,能够添加粘合赋予剂,或为了抑制室温附近的温度下的粘连,能够添加抗粘连剂或润滑剂等。
另外,通过向上述的粘接剂中添加电介质材料,并提高粘接剂层的相对介电常数,由此,能够使粘接剂层兼备上述的高电介质层的功能。其结果,能够合并粘接剂层和高电介质层。
在此,作为电介质材料,能够使用与构成上述的高电介质层的无机电介质或有机电介质、抗静电剂、表面活性剂等同种的材料。
(表面层,背面层)
本发明的驻极体化片材在最表面分别具有表面层及背面层。即,表面层及背面层均是本发明的驻极体化片材的最外层。
这些表面层及背面层均由100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜构成。
另外,表面层及背面层的相对介电常数从其组成及密度来看,通常分别独立地为1.1以上,从提高电荷密度的观点来看,优选为1.2以上,更优选为1.25以上。另一方面,从驻极体化片材长期间保持电荷的观点来看,优选为4以下,更优选为3.5以下,进一步优选为3以下。
表面层及背面层通过进行带电处理,从使驻极体化片材保持电荷的观点来看,优选体积电阻率为1×1014Ω·cm以上。另外,设为层叠体时,优选表面层和背面层的表面电阻率均为1×1013Ω·cm以上。
表面层及背面层是包含热塑性树脂的膜,因此,上述的绝缘性及成型性变得良好。
从驻极体化片材的电荷保持力及挠性的观点来看,也可以在表面层或背面层形成孔隙(空隙)。作为孔隙的形成方法,可举出:将热塑性树脂与可利用溶剂萃取的物质混炼并进行片材成型,将得到的片材根据需要拉伸,并利用上述溶剂萃取的湿式法;使用具有热塑性树脂和无机微细粉末或有机填料的至少1种的热塑性树脂进行片材成型,将得到的片材以预定的温度拉伸的干式法;将热塑性树脂与发泡剂混炼并片材成型,将得到的片材加热并使发泡剂发泡的发泡法。
表面层及背面层的水蒸气透过系数分别优选为0.01~2.50,更优选为0.02~1.50,进一步优选为0.05~1.00,特别优选为0.10~0.70的范围内。水蒸气透过系数超过2.50时,在高湿度下的带电性降低,膜的吸附性能降低,作为吸附标签可能不能充分发挥性能。另一方面,为了将水蒸气透射率设为低于0.01,需要在表面、背面层使用特殊的树脂,技术的难易度高。
上述水蒸气透过系数根据JIS-Z-0208,通过杯法,以40℃、90%RH能够测定。根据得到的透湿度(g/(m2·24hr))和膜的厚度(mm),求得水蒸气透过系数(g·mm/(m2·24hr))。
表面层及背面层的厚度从提高驻极体化片材的洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位之差(E24-E0.5)的观点来看,优选分别独立地为10μm以上,更优选为20μm以上。另外,从同样的观点来看,表面层及背面层的厚度优选为驻极体化片材的厚度的10%以上,更优选为35%以上。
另一方面,从挠性的观点来看,表面层及背面层的厚度优选分别独立地为100μm以下,更优选为50μm以下。另外,从同样的观点来看,表面层及背面层的厚度优选分别独立地低于驻极体化片材的厚度的100%。在存在粘接剂层的情况下,优选为99%以下,更优选为98%以下。
作为测定驻极体化片材的各层的相对介电常数的测定装置,优选为能够施加1V程度的电压,且在20Hz~3MHz的范围内能够任意地选定测定频率的测定装置。作为这种测定装置,例如,可举出阻抗分析仪(Keysight Technologies株式会社制造,产品名:E4990A)、横河电机(株式会社)社的“LCR测试仪4274A”、日置电机(株式会社)社的“HIOKI 3522LCRHI-TESTER”等。
为了测定各层的相对介电常数,制作在该层的两个表面设置有金属电极的试样,并供于测定。在表面层或背面层的情况下,能够在该两面涂布导电性涂料并设置电极。另一方面,在高电介质层或粘接剂层的情况下,能够将该层的材料涂布于金属板并设置电极。接着,在温度23℃、相对湿度50%的环境条件下对试样施加1V的电压,以20Hz~1MHz的范围的频率进行测定,并将频率100kHz的电容(Cx)测定值用作代表值。
驻极体化片材的各层的相对介电常数根据以下的式算出求得。
εr=Cx×h/(ε0×A)
εr:驻极体化片材的各层的相对介电常数(-)
Cx:驻极体化片材的各层的电容(pF)
h:驻极体化片材的各层的厚度(m)
ε0:真空的介电常数=8.854(pF/m)
A:主电极的面积=3.848×10-4(m2)
(热塑性树脂)
用于表面层及背面层的热塑性树脂的种类没有特别限制,但以100kHz测定时的相对介电常数比高电介质层低,因此,作为热塑性树脂的例子,可举出:高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、丙烯类树脂、以及聚甲基-1-戊烯等聚烯烃类树脂;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯·丙烯酸共聚物、马来酸改性聚乙烯、以及马来酸改性聚丙烯等含有官能团的聚烯烃类树脂;尼龙-6、及尼龙-6,6等聚酰胺类树脂;聚对苯二甲酸乙二醇酯或其共聚物、聚对苯二甲酸丁二酯、以及脂肪族聚酯等热塑性聚酯类树脂;聚碳酸酯类树脂;无规聚苯乙烯、以及间规聚苯乙烯等聚苯乙烯类树脂等。
这些树脂中,从绝缘性、加工性及作为驻极体化片材的电荷保持性能优异的观点来看,也优选使用与高电介质层的相对介电常数之差较大的聚烯烃类树脂及聚烯烃类共聚物的任一种以上。
聚烯烃类树脂例如可举出由:乙烯、丙烯、丁烯、己烯和辛烯、丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯、甲基-1-戊烯、以及环状烯烃等烯烃类的1种以上构成的(共)聚合物。另外,聚烯烃类共聚物只要作为表面层及背面层而相对介电常数低于6,则也可以是上述烯烃类的1种以上与可与烯烃类聚合的其它单体的1种以上的共聚物。本发明中,特别优选为聚丙烯类树脂。
表面层及背面层的热塑性树脂根据需要能够配合无机微细粉末及/或有机填料,通常优选配合上述粉末或填料。此时的上述粉末或填料的配合量通常低于50质量%,优选为45质量%以下,特别是40质量%以下。
(无机微细粉末及有机填料)
表面层及背面层在其中形成孔隙(空隙),增加树脂与空气的界面(表面积),由此,从提高驻极体化片材的带电性的观点来看,能够配合无机微细粉末及有机填料的至少1种,优选配合无机微细粉末。
作为无机微细粉末,例如可举出:碳酸钙、煅烧粘土、二氧化硅、硅藻土、白土、滑石、氧化钛、硫酸钡、氧化铝、沸石、云母、绢云母、膨润土、海泡石、蛭石、白云石、硅灰石、以及玻璃纤维等。其中,从降低构成表面层及背面层的膜的相对介电常数的观点来看,更优选为碳酸钙。
无机微细粉末的体积平均粒径是指利用激光衍射的粒度分布计测定的值,从在表面层及背面层中生成空隙并提高驻极体化片材的带电性的观点来看,优选为0.01μm以上,更优选为0.1μm以上,进一步优选为0.5μm以上。从同样的观点来看,无机微细粉末的体积平均粒径优选为15μm以下,更优选为10μm以下,进一步优选为5μm以下。
作为有机填料,例如可举出:聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、尼龙-6、尼龙-6,6、环状聚烯烃、聚苯乙烯、以及聚甲基丙烯酸酯等聚合物。这些填料中,优选具有比聚烯烃类树脂的熔点高的熔点(例如170~300℃)或玻璃化转变温度(例如170~280℃),且非相容的填料。另外,从降低构成表面层及背面层的膜的相对介电常数的观点来看,更优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
有机填料的平均分散粒径是指利用激光衍射的粒度分布计测定的值。从在表面层及背面层中生成空隙并提高驻极体化片材的带电性的观点来看,有机填料的平均分散粒径优选为0.01μm以上,更优选为0.1μm以上,进一步优选为0.5μm以上。另一方面,从同样的观点来看,有机填料的平均分散粒径优选为15μm以下,更优选为10μm以下,进一步优选为5μm以下。
(添加剂)
表面层及背面层的热塑性树脂组成物中,根据需要能够添加热稳定剂(抗氧化剂)、光稳定剂、分散剂、以及润滑剂等。
在添加热稳定剂的情况下,向热塑性树脂组成物中通常添加0.001~1质量%。作为热稳定剂,例如可举出受阻酚类、磷类、以及胺类等。
在添加光稳定剂的情况下,向热塑性树脂组成物中通常添加0.001~1质量%。作为光稳定剂(抗氧化剂),可举出受阻胺类及苯并三唑类、二苯甲酮类。
在添加分散剂或润滑剂的情况下,向热塑性树脂组成物中通常添加0.01~4质量%。作为分散剂或润滑剂は,例如可举出:硅烷偶联剂、及马来酸改性聚丙烯等改性聚烯烃;油酸、及硬脂酸等的高級脂肪酸;金属皂、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或它们的盐等。利用分散剂或润滑剂,无机微细粉末的分散提高,或驻极体化片材的可操作性也变得良好。
(中间层)
驻极体化片材从立体形状赋予的观点来看,除了表面层及背面层之外,也可以具有由100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜层构成的中间层。也能够经由中间层将高电介质层层叠多个。
作为中间层包含的热塑性树脂,可举出与作为上述表面层及背面层中使用的热塑性树脂举出的树脂同样的树脂,作为该层可含有的无机微细粉末、有机填料及添加剂也可举出同样的材料。另外,中间层也可以具有与上述表面层及背面层同样的物性。
[驻极体化片材的制造]
本发明的驻极体化片材的制造工序包含:成型在表面层与背面层之间具有高电介质层的层叠体的工序;对上述层叠体进行带电处理的工序。驻极体化片材的制造工序中的带电处理工序的位置能够考虑带电处理工序的复杂度、带电处理片材的处理、设备上的制约、过滤器的要求性能等适宜决定。即,也可以成型层叠体的工序中进行带电处理而得到直接驻极体化片材,也可以相对于层叠体进行带电处理而得到驻极体化片材,也可以将未进行带电处理的层叠体加工成过滤器的立体形状后进行带电处理,而得到具有驻极体化片材的过滤器。
这些方法中,从将立体形状的加工设为容易,且将带电处理的电极结构设为不复杂的观点来看,优选为相对于得到的层叠体进行带电处理的方法。另一方面,从提高过滤器的集尘效率的观点来看,优选为将未进行带电处理的层叠体加工成过滤器的立体形状后进行带电处理,而得到具有驻极体化片材的过滤器的方法。
在此,以制造包含上述的表面层、背面层及高电介质层而成的层叠体的工序和对得到的层叠体进行带电处理的方法为中心进行说明。
(热塑性树脂膜的成型)
表面层、背面层、以及根据需要设置的中间层作为热塑性树脂膜成型。
表面层、背面层、中间层的成型方法能够分别单独地适宜利用通常的膜成型法中使用的要素技术。例如可举出:将原料的热塑性树脂组成物利用挤出机熔融混炼;使用T模头或I模头等挤出成片状;利用金属辊、橡胶辊、金属带等冷却而成型片材;将得到的片材以预定的温度拉伸;通过将包含无机微细粉末或有机填料的片材拉伸而在各层中形成孔隙;进行热处理,使这些要素技术适宜组合,能够得到适于过滤器的加工的预定的片材的物性。
作为拉伸方法,例如可举出:利用辊组的周速差的纵向拉伸、使用了拉幅机烘箱的横向拉伸、通过纵向拉伸与横向拉伸的组合的逐次双轴拉伸、压延、拉幅机烘箱与线性马达的组合产生的同时双轴拉伸、拉幅机烘箱与受电弓的组合产生的同时双轴拉伸等。另外,可举出使用圆形的模头挤出成管状,通过管内的内压力膨胀为一定的倍率,一边利用空气或水冷却的吹塑成型等。拉伸倍率没有特别限定,考虑表面层及背面层中使用的热塑性树脂的特性等适宜决定。
另外,从赋予以注入的电荷不向外部逃逸的方式密封的能力提高、驻极体化片材彼此粘接等二次加工适性等功能性的观点来看,这些表面层、背面层、中间层也可以分别是两层以上的多层结构。
在将热塑性树脂膜设为多层结构的情况下,能够使用公知的各种方法。例如,可举出供料块、使用了多料道的多层模头方式、使用多个模头的挤出层压方式等。或,也可以使多层模头方式和挤出层压方式组合使用。
(层叠方法)
作为用于得到包含表面层、背面层、高电介质层、以及根据需要设置的中间层而成的层叠体的层叠方法,可举出:与上述的热塑性树脂膜的多层化同样的共挤出法及挤出层压法的内联法、利用作为表面层的热塑性树脂膜和作为背面层的另一热塑性树脂膜夹着高电介质层等的外联法。也可以在层叠时使用上述粘接剂层将各层结合。
一般而言,高电介质层的材料及粘接剂层用的材料多是由于热而容易分解的物质,多是容易溶解或分散于水或有机溶剂的材料、这些层的厚度也可以较薄等,因此,作为设置高电介质层的方法,优选为使高电介质层的材料溶解或分散于水或有机溶剂而制成涂料,并将该涂料涂布于表面层、背面层、或中间层,并根据需要进行干燥的方法。
这些涂料的涂布利用例如点胶涂布机、棒式涂布机、逗点涂布机、唇涂布机、辊涂机、棒式涂布机、帘式涂布机、凹版涂布机、喷涂机、刮刀涂布机、反向涂布机、气刀涂布机、滑斗等进行。
在使用热熔型粘接剂的情况下,在表面层、背面层或中间层的表面上,通过例如拍桨涂布、帘式涂布、槽式涂布等的方法涂布粘接剂。
接着,将其它层重叠,并利用压接辊进行加压粘接,由此,层叠完成。
(带电处理)
作为对层叠体进行带电处理的方法,例如可举出:摩擦带电、剥离带电、施加电晕放电或脉冲状高电压的电子驻极体化法、将热塑性树脂膜的两面利用电介质保持并对两面施加直流高电压的方法、向热塑性树脂膜照射γ射线或电子束等的电离射线的辐射驻极体化法等。
其中,优选在与直流高压电源连接的施加电极与接地电极之间固定层叠体的间歇式(参照图4),或通过两电极之间的连续式(参照图5)。
主电极与对电极的间隔从将两电极间平行地保持的精度的观点来看,优选为1mm以上,更优选为2mm以上,进一步优选为5mm以上。另一方面,电晕放电是伴随空气的离子化的绝缘破坏,因此,从稳定地产生电晕放电的观点来看,优选设为50mm以下,更优选设为30mm以下,进一步优选设为20mm以下。
施加电极优选使用以等间隔无数配置针状的电极或使用金属丝,接地电极使用平金属板或金属辊。
主电极及对电极的材质根据导电性的物质适宜选择,但通常使用铁、不锈钢、铜、铜、钨等金属制或碳制的材质。
施加方式优选设为直流式。
综合这些条件,如图4~图6中示例那样,特别优选使用将针状或线状的主电极(施加电极)和平板状或辊状的对电极(接地电极)连接于直流高压电源的装置,在对电极上设置层叠体,通过对主电极与对电极之间施加直流高电压而产生的电晕放电,向层叠体注入电荷的方法。
施加于主电极与对电极之间的电压根据层叠体的绝缘破坏电压等电特性、作为驻极体化片材的要求性能(表面电位,相对介电常数等)、主电极和对电极的形状或材质、以及主电极与对电极的间隔等而决定。
通过带电处理导入层叠体的电荷的量依赖于处理时流通于主电极和对电极的电流量,该电流量随着两电极间的电压越高而越多。另一方面,当层叠体引起绝缘破坏时,使两电极间短路,因此,理论上带电处理量成为0。从提高驻极体化片材的处理效果的观点来看,施加电压相对于层叠体的绝缘破坏电压优选为99%以下,更优选为95%以下。
另外,施加电压从一般的直流电晕放电的稳定性的观点来看,优选为1kV以上,优选为3kV以上,更优选为5kV以上,进一步优选为10kV以上。另一方面,从层叠体的绝缘破坏电压的观点来看,施加电压优选为100kV以下,更优选为70kV以下,进一步优选为50kV以下,特别优选为30kV以下。
施加电力的极性中,将主电极侧设为负极性的一方可进行较稳定的电晕放电处理,故优选。
层叠体的带电处理后也可以直接进行,也可以进行除电处理。通过进行除电处理,发挥避免包含从驻极体化片材向过滤器的加工的制造工序中的尘埃的吸附、片材彼此的张贴、片材与制造设备的张贴等故障的效果。此外,即使进行除电处理,除去驻极体化片材的表面的电荷,保持于驻极体化片材内部的电荷的镜像也随时间显现于驻极体化片材的表面,因此,不损坏过滤器的集尘功能。
作为除电处理的方法,可举出使用电压施加式除电器(负离子发生器)或自放电式除电器等公知的除电装置,暂时性地减少/除去表面的电荷的方法。但是,这些一般的除电器能够减少/除去片材表面的电荷,但不能除去至蓄积于片材内部的电荷。其结果,能够对驻极体化片材赋予静态表面电位与洗净24小时后表面电位(E24-E0.5)之差较小的性质。
另外,也能够在层叠体的带电处理后进行热处理。作为热处理的方法,例如,可举出将驻极体化片材静置于烤箱内的方法、向驻极体化片材照射热风或红外线等的方法等。热处理时的温度优选为比常温高10℃程度的温度。另外,优选为30℃以上。另一方面,优选为120℃以下,更优选为100℃以下。热处理时间优选为1分钟以上,更优选为10分钟以上。另一方面,优选为500小时以下,更优选为100小时以下。
(电荷量及表面电位)
本发明的驻极体化片材,通过带电处理在其表面及内部保持电荷,由此,体现吸附力。表面电荷根据除电处理、环境条件(特别是相对湿度)、表面的洗净等进行变动,由此,例如,通过测定在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置24小时时的表面电位(静态表面电位),能够评价吸附力。当上述表面电位(静态表面电位)变高时,具有吸附力变高的倾向。此外,上述吸附力如实施例中后述那样,也能够使用图8所示的吸附力测定装置进行测定。
一般而言,电荷量[C]、电容[Q]与电位[V]的关系为Q=CV,但表面电位根据驻极体化片材的材质、厚度、密度等而电容[Q]变化,因此,即使电荷量[C]相同,驻极体化片材的电位[V]也变动。
作为表面电位测定器,例如使用“(株式会社)KEYENCE制,高精度静电传感器SK”或“TREK·Japan(株式会社)制,高压高速表面电位计模型341B”等。测定以不受到气温、湿度的影响的方式,在23℃、相对湿度50%的环境下进行。另外,以不受到周围物品的影响的方式,在将驻极体化片材设为悬挂的状态下进行。
驻极体化片材的表面电位在温度23℃、湿度50%RH的环境下通常呈现-1~-30KV的电位。另外,在温度40℃、湿度80%RH的环境下通常呈现0~-20KV的电位。
[过滤器及其制造方法]
本发明的过滤器能够通过对上述驻极体化片材进行立体加工而得到,或对层叠体进行立体加工后进行带电处理而得到。另外,也可以在过滤器中包含未进行带电处理的片材。在此,立体加工后的带电处理只要应用带电处理方法中间歇式的方法即可,因此,在此,说明对驻极体化片材进行立体加工而得到的过滤器。
(流路结构)
过滤器使用驻极体化片材形成空气的流路。该立体结构没有特别限定,例如可举出:卡板结构、蜂窝结构、桁架结构、支柱结构、以及肋结构等。
作为卡板结构,可举出将通过波纹加工而加工成波板状的驻极体化片材与未波纹加工的平板状的驻极体化片材交替地层叠,并将它们粘接或熔接而得到的结构。该结构如根据瓦楞纸推测那样,具有结构坚固,即使提高驻极体化片材的带电量,该结构也难以压垮,且制造简单的优点。
另外,作为蜂窝结构,可举出将加工成百褶状的同形状的片材层叠,将两者的接触点或接触面粘接的形状,具体而言,可举出流路的截面形状为六边形的蜂窝芯那样的结构。另外,即使截面形状不是六边形,也可举出百褶状的羽毛芯、加工成波状的瓦楞芯、加工成圆形的卷芯等的具有截面形状的结构也作为蜂窝结构的变形并被举出。
另外,也可以在两张驻极体化片材之间具有支柱结构或肋结构。在该情况下,从降低驻极体化片材的带电衰减速度的观点来看,支柱结构或肋结构优选利用绝缘性材料构成。
构成这种流路的截面形状的图案(例如蜂窝结构中的六边形)也可以以一定的间距等间隔地配置,也可以随机地配置。这种图案在以一定的间距配置的情况下,从向过滤器的加工性及灰尘及尘埃的集尘效率的观点来看,该间距优选为0.5~10mm的范围,更优选为1~3mm的范围。
其中,通过将经由波纹加工加工成波板状的驻极体化片材和未波纹加工的平板状的驻极体化片材交替地层叠,将两者的接点使用压敏粘接剂粘接,或通过热封性粘接剂的热熔接等进行粘接,由此,能够得到作为过滤器的立体结构或空气的流路。
(流路截面率)
过滤器中的空气的流路截面率是空气的流路相对于过滤器的截面占据的比例。因此,其值越低,则过滤器的强度越增加,同时成为相对于空气的流通的电阻,存在压力损失增加的倾向。空气的流路截面率是过滤器的截面面积除以片材基材厚度与用于流路成型的片材基材的长度之积即片材基材的截面面积的值。另外,该值也能够根据截面的图像观察求得。
从减少相对于空气的流通的压力损失的观点来看,空气的流路截面率的下限优选为10%以上,更优选为30%以上,进一步优选为50%以上。另一方面,从过滤器的强度的观点来看,空气的流路截面率优选为99%以下,更优选为97%以下,进一步优选为95%以下。
本发明的过滤器的洗净24小时后表面电位与洗净0.5小时后表面电位之差(E24-E0.5)较高,因此,即使水洗过滤器,吸附力也容易恢复,实用上可承受数次的水洗净。
此外,本发明中,对具有高电介质层的层叠片材进行电荷注入并进行表面带电处理,或带电处理也可以在形成上述流路结构物后进行。
实施例
[试验例]
(厚度)
层叠体全部层及驻极体化片材的厚度根据JIS K7130:1999,使用定压厚度测定器((株式会社)Teclock制,产品名:PG-01J)测定。
表面层、背面层、粘接剂层、高电介质层各个层的厚度如下求得,将测定对象试样利用液氮冷却至-60℃以下的温度,对于放置于玻璃板上的试样使用剃刀刀片(Schick·Japan(株式会社)制,产品名:Proline Blade)直角地抵接切断,制作截面观察用的试样,将得到的试样使用扫描型电子显微镜(日本电子(株式会社)制,产品名:JSM-6490)进行截面观察,根据组成观察像判别层间的边界线,并求得观察的层厚度比率,进一步该层厚度比率乘以层叠体全部层及驻极体化片材的厚度。
(相对介电常数)
在各制造例中得到的表面层材料或背面层材料的一面上,将导电性涂料((株式会社)藤仓化成制,产品名:Dotite D-500)以成为直径70mm的圆的方式进行丝网印刷,常温下固化24小时以上而形成主电极,接着,在相反侧的面上,将同导电性涂料以成为直径100mm的同心圆的方式进行丝网印刷,在常温下固化24小时以上,形成对电极,而得到试样。
另外,各调整例中得到的粘接剂层用组成物或高电介质层用组成物在金属铝片材上,以成为涂布量50g/m2的方式利用涂抹器涂布该涂料,以40℃干燥1分钟后,在涂布面上重叠另一张金属铝片材,利用辊压接,切出成10cm四方,在温度23℃、相对湿度50%的环境条件下调湿一天,得到试样。
作为电容的测定装置,使用了阻抗分析仪(KeysightTechnologies株式会社制造,产品名:E4990A)。在温度23℃、相对湿度50%的环境条件下对各驻极体化片材施加1V的电压,以20Hz~1MHz的范围的频率测定电容,并将频率100kHz下的电容(Cx)作为代表值进行测定。接着,使用同值和额外测定的厚度,根据以下的式通过计算求得相对介电常数。
εr=Cx×h/(ε0×A)
εr:驻极体化片材的各层的相对介电常数(-)
Cx:驻极体化片材的各层的电容(pF)
h:驻极体化片材的各层的厚度(m)
ε0:真空的介电常数=8.854(pF/m)
A:主电极的面积=3.848×10-4(m2)
(水蒸气透射率)
各制造例中得到的表面层及背面层的水蒸气透过系数根据JIS-Z-0208,通过杯法,以40℃、90%RH进行测定。根据得到的透湿度(g/(m2·24hr))和膜的厚度(mm),求得水蒸气透过系数(g·mm/(m2·24hr))。
(表面电位)
将铝板设为接地,以使用表面电位计(春日电机(株式会社)制,产品名:KSD-3000)的探测器与纸面的间隔成为1cm的方式,测定5点的表面电位,并将其平均设为值。以下,表示测定条件。
电荷注入之后的电位EA:将利用间歇式带电装置带电之后的试样使用放电刷除去表面的电荷,立即放置于上述铝板上,并测定表面电位。洗净0.5小时后的表面电位E0.5:在积存于容器的离子交换水中将样品浸渍并静置1分钟,取出样品并利用卫生纸擦除多分的水,在温度23℃、相对湿度50%的条件下悬挂0.5小时,将干燥的试样放置于上述铝板上,并测定表面电位。
洗净24小时后的表面电位E24:将测定了洗净0.5小时后的表面电位的样品再次在温度23℃、相对湿度50%的条件下悬挂23.5小时的试样放置于上述铝板上,测定表面电位。
(吸附力)
如图8所示,将各实施例及比较例中得到的驻极体化片材切割成200mm×220mm的尺寸,并将其在温度23℃、相对湿度50%的环境下保管24小时之后,在相同环境下,在图8中表示概略图的吸附力测定装置的玻璃板52上,将驻极体化片材51以吸附面积成为200mm×200mm,且下端20mm宽露出的方式贴附,在驻极体化片材51的下端部分安装夹子54,将安装有鱼线55的10g的砝码56逐一追加于夹子54,根据驻极体化片材51从玻璃板52滑落时的砝码56的重量换算成每平米求得吸附力。
[具有抗静电功能的聚合物的制备]
(P-1)
将聚乙二醇单甲基丙烯酸酯(日本油脂(株式会社)制,产品名:BLEMMERPE-350)100重量份、高氯酸锂(和光纯药工业(株式会社)制,试剂)20重量份、对苯二酚(和光纯药工业(株式会社)制,试剂)1重量份及二丙二醇单乙醚(和光纯药工业(株式会社)制,试剂)400重量份导入装配有搅拌装置、回流冷却管(电容器)、温度计、以及滴液漏斗的四颈烧瓶中,在体系内进行氮气置换,以60℃反应40小时。向其中添加甲基丙烯酸硬脂酯(和光纯药工业(株式会社)制,试剂)5重量份、甲基丙烯酸正丁酯(和光纯药工业(株式会社)制,试剂)5重量份、偶氮二异丁腈(和光纯药工业(株式会社)制,试剂)1重量份,以80℃聚合反应3小时之后,添加二丙二醇单乙醚,将固体成分调整成20重量%,得到重均分子量约30万、固体成分中的锂浓度0.6重量%的具有由含碱金属盐的聚合物(聚环氧乙烷)构成的抗静电功能的聚合物的溶液(缩写P-1)。
(P-2)
向安装有环流冷却器、温度计、氮气置换用玻璃管、以及搅拌装置的四颈烧瓶中添加甲基丙烯酸二甲氨基乙酯35质量份、甲基丙烯酸乙酯20质量份、甲基丙烯酸环己酯20质量份、甲基丙烯酸十八酯25质量份、乙醇150质量份、偶氮二异丁腈1质量份,在氮气气流下,以80℃进行6小时聚合反应。
接着,添加3-氯-2-羟丙基氯化铵的60质量%溶液70质量份,进一步以80℃反应15小时后,一边滴加水一边蒸馏除去乙醇,得到固体成分浓度30质量%的季铵盐型共聚物(缩写P-2)。
[高分子粘合剂的制备]
(P-3)
直接使用聚亚乙基亚胺(日本催化剂制,产品名:EPOMIN P-1000,固体成分浓度100质量%,缩写P-3)。
(P-4)
直接使用丙烯酸酯类共聚物(东亚合成(株式会社)制,产品名:ARONTACK S-1511X,固体成分浓度40质量%,缩写P-4)。
[固化剂]
直接使用六亚甲基二异氰酸酯(TOSOH制(株式会社),产品名:HDI)。[粘接剂层·高电介质层用组成物的制备]
(调整例1:粘接剂层用组成物)
将高分子粘合剂P-4利用醋酸乙酯稀释成固体成分浓度30质量%,一边搅拌一边用5分钟滴加固化剂。如下述表1所示,P-4与固化剂的固体成分比设为1:1。
(调整例2:高电介质层用组成物)
将高分子粘合剂P-4利用醋酸乙酯稀释成固体成分浓度25质量%,一边搅拌一边添加具有抗静电功能的聚合物P-1之后,继续15分钟搅拌。接着,一边搅拌一边用5分钟滴加固化剂后,利用醋酸乙酯将固体成分浓度调整成20质量%。如下述表1所示,P-1、P-4、固化剂的固体成分比设为15:42.5:42.5。
(调整例3:高电介质层用组成物)
一边搅拌离子交换水,一边添加具有抗静电功能的聚合物P-2,进行5分钟搅拌。接着,添加高分子粘合剂P-3后,继续15分钟搅拌。接着,利用离子交换水将固体成分浓度调整成1.5质量%。如下述表1所示,P-2与P-3的固体成分比设为1:4。
(调整例4:高电介质层用组成物)
如下述表1所示,直接使用具有抗静电功能的聚合物P-1。
【表1】
表1涂料调整例
[表面层材料及背面层材料的制造]
(制造例1)
直接使用市售的双轴拉伸聚丙烯膜(东洋纺(株式会社)制,产品名:OT-P2108,厚度:40μm)。本品中,对一面进行电晕放电处理,但不进行抗静电处理。
(制造例2)
直接使用市售的双轴拉伸聚丙烯膜(东洋纺(株式会社)制,产品名:OT-P2102,厚度:20μm)。本品中,对一面进行电晕放电处理,但不进行抗静电处理。
(制造例3)
将由丙烯均聚物(日本Polypropylene(株式会社)制,产品名:NOVATECPP FY4)70质量%、高密度聚乙烯(日本聚乙烯(株式会社)制,产品名:NOVATECHD HJ360)10质量%、重质碳酸钙(备北粉化工业(株式会社)制,产品名:Softone1800)20质量%构成的热塑性树脂组成物a利用设定成230℃的挤出机进行熔融混炼后,向设定成250℃的挤出模头供给并片状地挤出,将其利用冷却装置冷却至60℃,得到无拉伸片材。
将该无拉伸片材加热至135℃,利用辊组的周速差沿着纵向进行5倍拉伸。
接着,将由丙烯均聚物(日本Polypropylene(株式会社)制,产品名:NOVATECPP MA3)45质量%、高密度聚乙烯(日本聚乙烯(株式会社)制,产品名:NOVATECHD HJ360)10质量%、重质碳酸钙(备北粉化工业(株式会社)制,产品名:Softone1800)45质量%构成的树脂组合物b利用设定成250℃的两台挤出机进行熔融混炼后,片状地挤出,分别层叠于上述5倍拉伸片材的两面,得到三层结构的层叠片材。
接着,将该层叠片材冷却至60℃,使用拉幅机烘箱再次加热至约150℃,沿着横向进行8.5倍拉伸后,进一步加热至160℃并进行热处理。
接着,将冷却至60℃,且切除耳部后,对该层叠片材的两面实施电晕放电的表面处理,得到厚度为80μm、三层结构〔各层树脂组成(b/a/b),各层厚度(25μm/30μm/25μm),各层拉伸轴数(单轴/双轴/单轴)〕的热塑性树脂膜。
[带电处理]
使用图6中表示概略图的驻极体化片材制造装置,将实施例1~3及比较例1中得到的层叠体利用辊(21)卷绕,在连接于直流高压电源(23)的针状施加电极(24)与辊状接地电极(25)间实施直流式的电晕放电的电荷注入处理,将其卷绕,得到各实施例及比较例的驻极体化片材(22)。作为电荷注入处理的条件,将图6中的针状施加电极(24)与辊状接地电极(25)间的距离设定为1cm,使用表3中记载的施加电压。
比较例1:将调整例1的粘接剂层用组成物以干燥后的厚度成为20μm的方式利用凹版涂布机涂布于成为表面层的制造例1的热塑性树脂膜,一边干燥,一边贴合成为背面层的另一制造例1的热塑性树脂膜并进行压接,得到制造例1的热塑性树脂膜(表面层)/调整例1的粘接剂层用组成物/制造例1的热塑性树脂膜(背面层)的层叠体。该层叠体不具有高电介质层。接着,将该层叠体通过上述的带电处理方法进行处理,得到表2所示的结构的比较例1的驻极体化片材。
实施例1:比较例1中,代替调整例1的粘接剂层用组成物,除了将调整例2的高电介质层用组成物以干燥后的厚度成为5μm的方式涂布之外,与比较例1一样地进行,得到制造例1的热塑性树脂膜(表面层)/调整例2的高电介质层用组成物/制造例1的热塑性树脂膜(背面层)的层叠体。该层叠体具有高电介质层。
接着,将该层叠体通过上述的带电处理方法进行处理,得到表2所示的结构的实施例1的驻极体化片材。
实施例2:在成为背面层的制造例3的热塑性树脂膜的一面上,将调整例3的高电介质层用组成物以干燥后的涂布量成为0.05g/m2的方式利用凹版涂布机进行涂布并干燥。高电介质层用组成物的干燥后的厚度是低于0.1μm、能够无视的范围。
接着,在上述调整例3的高电介质层用组成物的涂布面上,将调整例1的粘接剂层用组成物以干燥后的厚度成为10μm的方式涂布,一边干燥,一边贴合成为表面层的制造例2的热塑性树脂膜并压接,得到制造例2的热塑性树脂膜(表面层)/调整例1的粘接剂层用组成物/调整例3的高电介质层用组成物/制造例3的热塑性树脂膜(背面层)的层叠体。
接着,将该层叠体通过上述的带电处理方法进行处理,得到表2所示的结构的实施例2的驻极体化片材。
实施例3:在成为背面层的制造例1的热塑性树脂膜上,利用逗点涂布机将调整例4的高电介质层用组成物以干燥后的厚度成为40μm的方式涂布,并进行干燥。接着,在上述调整例4的高电介质层用组成物的涂布面上,将调整例1的粘接剂层用组成物以干燥后的厚度成为7μm的方式涂布,贴合成为表面层的制造例2的热塑性树脂膜并压接,得到制造例2的热塑性树脂膜(表面层)/调整例1的粘接剂层用组成物/调整例4的高电介质层用组成物/制造例1的热塑性树脂膜(背面层)的结构的层叠体。
接着,将该层叠体通过上述的带电处理方法进行处理,得到表2所示的结构的实施例3的驻极体化片材。
另外,将测定各实施例及比较例的驻极体化片材的表面电位、及吸附力的结果在表3中表示。
【表2】
【表3】
表3测定结果
[过滤器的制造]
将实施例1的驻极体化片材供给于纸制瓦楞纸的制造中使用的单面机,以成为峰高3mm、间距3mm的波纹的方式进行波纹加工,额外将实施例1的驻极体化片材作为衬进行供给,在波纹的顶上部分涂布压敏粘接剂来制作单面瓦楞纸。
在制作的单面瓦楞纸的另一波纹的顶上部涂布粘接剂,将另外制作的单面瓦楞纸以单面瓦楞纸彼此成为同方向的方式(以波纹与衬交替层叠的方式)层叠,得到图7中图示的实施例1的驻极体过滤器。
同样地制作将比较例1的驻极体化片材用作波纹及衬的比较例1的过滤器。
如根据上述表3可知,在由100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜构成的表面层及背面层之间,显示具有100kHz下的相对介电常数呈现6以上的高电介质层的驻极体化片材(实施例1~3)中,洗净24小时后的表面电位E24与洗净0.5小时后的表面电位E0.5之差(E24-E0.5)较大,洗净后的表面电位恢复的能力高。另一方面,在由100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜构成的表面层及背面层之间,不具有100kHz下的相对介电常数为6以上的材料的驻极体化片材(比较例1)中,上述(E24-E0.5)较小,洗净后的表面电位恢复的能力较低。
另外,认为将洗净后的表面电位高的驻极体化片材进行加工而得到的过滤器的洗净后的集尘能力的恢复率高。
使用特定的方式详细地说明本发明,但对于本领域技术人员而言,可在不脱离本发明的意图和范围的情况下进行各种变更和变形。此外,本申请基于在2017年3月10日申请的日本专利申请(日本特愿2017-046213),其整体通过引用而引用。
产业上的可利用性
使用了本发明的驻极体化片材的过滤器是具有较高的集尘能力,且即使洗净而集尘能力的恢复性也优异的低压力损失型过滤器,因此,作为集尘机、空气调和装置、空调、加湿器等的过滤器是有用的,在办公室、工厂、洁净室、家庭等的封闭空间的集尘中极其有用。
符号说明
1 驻极体化片材
2a 表面层
2b 背面层
2c 中间层
3 高电介质层
3a 第一高电介质层
3b 第二高电介质层
4a 第一粘接剂层
4b 第二粘接剂层
11 热塑性树脂膜
12 直流高压电源
13 针状施加电极
14 板状接地电极(面状排列)
15 针状施加电极
16 辊状接地电极
21 层叠体的辊
22 驻极体化片材
23 直流高压电源
24 针状施加电极(横向一列配置)
25 辊状接地电极
26 导向辊(地面接地连接)
27 夹辊
28 夹辊
38 评价用过滤器
51 驻极体化片材
52 玻璃板
53 支柱
54 夹子
55 鱼线
56 砝码

Claims (7)

1.一种驻极体化片材,至少包含表面层、高电介质层、以及背面层,且在所述表面层与所述背面层之间具有所述高电介质层,其特征在于,
所述表面层及所述背面层分别是100kHz下的相对介电常数低于6的热塑性树脂膜,
所述高电介质层是100kHz下的相对介电常数为6以上的材料,
所述表面层及所述背面层具有带电处理产生的静电。
2.根据权利要求1所述的驻极体化片材,其中,所述高电介质层包含相对介电常数为10~30的、具有季铵盐型结构的水溶性聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的驻极体化片材,其中,所述表面层及背面层为聚烯烃类树脂膜。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的驻极体化片材,其中,在温度15℃的条件下在离子交换水中浸渍1分钟并提起,擦除水,并在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置24小时时的表面电位、即洗净24小时后的表面电位E24为0.2kV以上且5kV以下。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的驻极体化片材,其中,在温度15℃的条件下在离子交换水中浸渍1分钟并提起,擦除水,在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置24小时,将此时的表面电位设为洗净24小时后的表面电位E24,并且,
在温度15℃的条件下在离子交换水中浸渍1分钟并提起,擦除水,并在温度23℃、湿度50%RH的环境下放置30分钟,将此时的表面电位设为洗净0.5小时后的表面电位E0.5
在此情况下,所述洗净24小时后的表面电位与洗净0.5小时后的表面电位之差、即E24-E0.5为0.1kV以上且5kV以下。
6.一种过滤器,其中,使用权利要求1~5中任一项所述的驻极体化片材形成空气的流路。
7.根据权利要求6所述的过滤器,其中,空气的流路截面率为10%以上且99%以下。
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