CN111902215A - 驻极体化片材和过滤器 - Google Patents
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- B01D46/521—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material
- B01D46/525—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material which comprises flutes
- B01D46/526—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filters embodying folded corrugated or wound sheet material using folded, pleated material which comprises flutes in stacked arrangement
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- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
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- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
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Abstract
本发明提供清洗后的带电性降低以及片材彼此的剥离少,且耐水性优异的驻极体化片材和过滤器。驻极体化片材具有:芯层(A),其为至少包含热塑性树脂的多孔膜;表面层(X),其设置于上述芯层(A)的一侧;以及背面层(Y),其设置于上述芯层(A)的另一侧,上述表面层(X)和背面层(Y)的最外表面带电,上述驻极体化片材的水蒸气透过系数为0.1~2.5g·mm/m2·24hr,上述芯层(A)的空孔的纵横比为5~50,且空孔的平均高度为2.5~15μm,上述表面层(X)和背面层(Y)的厚度分别为5~200μm,上述表面层(X)包含热封层(B),上述热封层(B)包含上述最外表面,上述热封层(B)的熔点为50~140℃。
Description
技术领域
本发明涉及驻极体化片材和过滤器。
背景技术
以往,在捕集空气中的灰尘、尘埃等异物的过滤器中,已知使用驻极体化片材的过滤器。例如,公开了一种将反复弯折的驻极体化片材和平板状的驻极体化片材交替层叠而成的过滤器,其流路截面率处于特定范围(例如,参照专利文献1)。
作为上述驻极体化片材,提出了由通过带电处理蓄积电荷的聚丙烯等树脂构成的无纺布(例如,参照专利文献2)。另外,由于内部具有空孔的静电吸附膜也具有容易保持电荷的结构,因此可作为利用静电力吸附灰尘等的驻极体化片材使用(例如,参照专利文献3)。
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
发明内容
(发明要解决的课题)
驻极体化片材通常通过驻极体化而在片材内部产生极化,电子和空孔移动到表面,从而产生静电力。因此,当清洗因使用而变脏的过滤器时,有时因水等清洗液而使表面的电荷消失,集尘效果降低。
与此相对,上述专利文献2公开的驻极体化片材通过在表面固定具有耐水性的膜,实现耐水性的提高。但是,由于必须进一步设置表面保护用膜,因此导致过滤器的成本增加。
另外,过滤器利用糊等粘接剂将层叠的各驻极体化片材之间粘接。因此,在清洗时,也存在因清洗液而使粘接剂剥离,过滤器结构破坏的情况。另外,因大量的粘接剂具有的极性基团的影响,也存在带电性降低的趋势。
本发明的目的在于提供清洗后的带电性降低以及片材彼此的剥离少,且耐水性优异的驻极体化片材和过滤器。
(用于解决课题的技术方案)
本发明人等为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现,通过在含有热塑性树脂的多孔膜的两面设置比较厚的树脂层,且在上述树脂层的至少一侧的最外表面设置熔点处于特定范围的热封层(B),可解决上述课题,从而完成本发明。
即,本发明如以下所示。
(1)一种驻极体化片材,其特征在于,具有:
芯层(A),其为含有热塑性树脂的多孔膜;
表面层(X),其设置在上述芯层(A)的一侧;以及
背面层(Y),其设置在上述芯层(A)的另一侧,
上述表面层(X)和背面层(Y)的最外表面带电,
上述驻极体化片材的水蒸气透过系数为0.1~2.5g·mm/m2·24hr,
上述芯层(A)的空孔的纵横比为5~50,且空孔的平均高度为2.5~15μm,
上述表面层(X)和背面层(Y)的厚度分别为5~200μm,
上述表面层(X)含有包含上述最外表面的热封层(B),
上述热封层(B)的熔点为50~140℃。
(2)根据(1)记载的驻极体化片材,其特征在于,
上述芯层(A)的空孔界面数为50~1000个/mm。
(3)根据(1)或(2)记载的驻极体化片材,其特征在于,
上述芯层(A)含有的热塑性树脂为聚烯烃系树脂。
(4)根据(1)~(3)中任一项记载的驻极体化片材,其特征在于,上述热封层(B)为含有低密度聚乙烯的树脂膜。
(5)根据(1)~(4)中任一项记载的驻极体化片材,其特征在于,上述芯层(A)含有0.07~10质量%的金属皂。
(6)根据(1)~(5)中任一项记载的驻极体化片材,其特征在于,上述驻极体化片材为至少在单轴方向拉伸的膜。
(7)根据(1)~(6)中任一项记载的驻极体化片材,其特征在于,
上述芯层(A)含有选自无机填料和有机填料中的至少一种,
上述无机填料和有机填料的体积平均粒径为0.1~30μm。
(8)一种设置有空气流路的过滤器,其特征在于,
上述过滤器具有接合部,
上述接合部是将波板状驻极体化片材与平板状驻极体化片材交替层叠,并将上述层叠的各驻极体化片材互相热熔接而成的,上述波板状驻极体化片材与平板状驻极体化片材分别为(1)~(7)中任一项记载的驻极体化片材。
(发明效果)
根据本发明,可提供清洗后的带电性降低以及片材彼此的剥离少,且耐水性优异的驻极体化片材和过滤器。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的驻极体化片材的构成的截面图。
图2是表示本发明的另一实施方式的驻极体化片材的构成的截面图。
图3是表示驻极体化装置的示例的图。
图4是表示本发明的一个实施方式的过滤器的立体结构的侧视图。
图5是表示波纹加工装置的示例的图。
图6是表示加工前的沟纹用层叠片材的图。
图7是表示加工成波板状的沟纹用层叠片材的图。
图8是表示层叠在加工成波板状的沟纹用层叠片材上的平板状衬垫用层叠片材的图。
具体实施方式
以下,对本发明的驻极体化片材和过滤器进行详细说明,以下记载的构成要件的说明是作为本发明的一个实施方式的示例(代表例),并不限定于这些内容。
在以下说明中,“(甲基)丙烯酸”的记载表示丙烯酸和甲基丙烯酸这两者。另外,使用“~”表示的数值范围是指包含“~”前后记载的数值作为下限值和上限值的范围。
(驻极体化片材)
本发明的驻极体化片材具有:芯层(A),其是含有热塑性树脂的多孔膜;表面层(X),其设置于芯层(A)的一侧;以及背面层(Y),其设置在芯层(A)的另一侧。表面层(X)和背面层(Y)的最外表面带电,表面层(X)具有包含该最外表层的热封层(B)。应予说明,本发明的驻极体化片材的背面层(Y)也可具有包含该最外表层的热封层(B)。
本发明的驻极体化片材的表面层(X)和背面层(Y)覆盖芯层(A)的表面,因此即使在表面附着有清洗液,也不易发生电荷从芯层(A)的表面向驻极体化片材的外部的移动。因此,可抑制清洗后的带电性的降低。另外,可利用构成表面层(X)的最外表层的热封层(B)将驻极体化片材彼此热熔接而接合。由于可将片材彼此牢固地接合,并且对清洗液的耐久性也优异,因此清洗后的片材彼此的剥离少。如此,使用耐水性优异的本发明的驻极体化片材的过滤器在被污染的情况下也可通过清洗而再利用。
本发明的驻极体化片材的表面层(X)可以是由热封层(B)构成的单层,也可以是在最外表层具有热封层(B),在芯层(A)与热封层(B)之间具有中间层(C)的多层,即包含中间层(C)和热封层(B)的表面层(X)。在后者的情况下,通过中间层(C)增加表面层(X)的厚度,可减少来自芯层(A)的电荷的移动。
图1表示本发明的一个实施方式的驻极体化片材11的构成。
如图1所示,驻极体化片材11具有芯层2、热封层3和背面层4。热封层3层叠于芯层2的一侧的面,背面层4层叠于芯层2的另一侧的面。在驻极体化片材11的例子中,表面层(X)由热封层(B)构成。
图2表示其它实施方式的驻极体化片材12的构成。
如图2所示,驻极体化片材12具有芯层2和分别层叠于芯层2的两面的表面层4a和背面层4。表面层4a具有热封层3作为芯层2的一侧的面上的最外表层,芯层2与热封层3之间具有中间层5。在驻极体化片材12的示例中,表面层(X)由热封层(B)和中间层(C)构成。
<芯层(A)>
如上所述,芯层(A)是至少含有热塑性树脂的多孔膜。芯层(A)通过驻极体化,在表面或内部保持电荷而带电,将吸附灰尘、尘埃等异物的静电吸附力赋予驻极体化片材。
<<热塑性树脂>>
可用作芯层(A)的热塑性树脂没有特别限定,绝缘性优异的热塑性树脂容易保持蓄积于芯层(A)内部的电荷,因此优选。
作为芯层(A)中使用的热塑性树脂,例如可举出聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、聚丁烯、4-甲基-1-戊烯(共)聚合物等聚烯烃系树脂;
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物的金属盐(离聚物)、乙烯-(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物(烷基的碳原子数优选为1~8)、马来酸改性聚乙烯、马来酸改性聚丙烯等含官能团的烯烃类树脂;
芳香族聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等)、脂肪族聚酯(聚丁二酸丁二醇酯、聚乳酸等)等聚酯系树脂;
尼龙-6、尼龙-6,6、尼龙-6,10、尼龙-6,12等聚酰胺类树脂;
间规聚苯乙烯、无规聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯(AS)共聚物、苯乙烯-丁二烯(SBR)共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物等苯乙烯系树脂;
聚氯乙烯树脂;
聚碳酸酯树脂;
聚苯硫醚等。
作为聚乙烯系树脂,例如可举出低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、低结晶性或非晶性乙烯·α-烯烃共聚物、乙烯-环状烯烃共聚物等。
作为聚丙烯系树脂,例如可举出结晶性聚丙烯、低结晶性聚丙烯、非晶性聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物(无规共聚物或嵌段共聚物)、丙烯-α-烯烃共聚物、丙烯-乙烯-α-烯烃共聚物等)等。
另外,作为上述α-烯烃,只要能够与乙烯和丙烯共聚则没有特别限定,例如可举出乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯等。
这些热塑性树脂中,优选为绝缘性和加工性优异的聚烯烃系树脂或含官能团的烯烃系树脂。
作为芯层(A)所包含的热塑性树脂,可以从上述热塑性树脂中选择1种单独使用,也可以选择2种以上组合使用。
另外,上述聚烯烃系树脂中,从绝缘性、加工性、耐水性、耐化学药品性、成本等观点出发,特别优选为聚丙烯系树脂。在聚丙烯系树脂中,从膜成型性的观点出发,优选相对于热塑性树脂总量配合使用2~25质量%的熔点低于丙烯均聚物的树脂。作为这样的熔点低的树脂,可举出聚乙烯系树脂,其中,优选为高密度或低密度的聚乙烯。
芯层(A)中的热塑性树脂的配合量为除去后述的任意成分的含量后的量即可,但从容易成型为芯层(A),得到的芯层(A)因该热塑性树脂的绝缘性而容易保持电荷的观点出发,优选为50质量%以上,更优选为51质量%以上,进一步优选为60质量%。
<<空孔形成成核剂>>
芯层(A)优选含有选自无机填料和有机填料中的至少一种。通过含有无机填料或有机填料,在芯层(A)中形成空孔(空隙),使热塑性树脂与空气的界面(表面积)增加,由此芯层(A)的带电性容易提高。另外,可在芯层(A)的表面形成由无机填料或有机填料引起的起伏(突起结构),使芯层(A)的表面为粗糙面。通过粗糙面化,芯层(A)的表面积增大,驻极体化片材的吸附面积增大,其结果,可提高过滤器的集尘效果。
作为无机填料,例如可举出重质碳酸钙、轻质碳酸钙、煅烧粘土、二氧化硅、硅藻土、白粘土(white clay)、滑石、氧化钛、硫酸钡、氧化硅、氧化镁、氧化铝、沸石、云母、绢云母、膨润土、海泡石、蛭石、白云石、硅灰石、玻璃纤维、以及利用脂肪酸、高分子表面活性剂、抗静电剂等对它们进行表面处理的无机粒子等。其中,由于重质碳酸钙、轻质碳酸钙、煅烧粘土或滑石的空孔成型性好、廉价,因此优选。
在添加有机填料的情况下,优选为与作为芯层(A)的主成分的热塑性树脂不相容,熔点或玻璃化转变温度高于热塑性树脂,在热塑性树脂的熔融混炼条件下进行微分散的有机颗粒。例如,在热塑性树脂为聚烯烃系树脂的情况下,作为有机填料,可使用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、尼龙-6、尼龙-6,6、环状聚烯烃、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等聚合物,具有比聚烯烃系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℃),且不相容的材料。
从在芯层(A)中形成空孔的容易性的观点出发,无机填料和有机填料的体积平均粒径优选为0.1μm以上,更优选为1μm,进一步优选为3μm以上。另一方面,从提高芯层(A)的耐久性和带电性的观点出发,无机填料和有机填料的体积平均粒径优选为30μm以下,更优选为20μm以下,进一步优选为15μm以下。因此,无机填料的体积平均粒径优选为0.1~30μm,更优选为1~20μm,进一步优选为3~15μm。
应予说明,填料的体积平均粒径可通过以下方法求出,利用电子显微镜观察芯层(A)的切断面,将测定至少10个粒子的最大直径时的平均值作为通过熔融混炼和分散而分散于热塑性树脂中时的体积平均粒径。
从芯层(A)中的空孔的成型性的观点出发,芯层(A)中的无机填料和有机填料的配合量优选为1质量%以上,更优选为5质量%以上。另外,从芯层(A)的带电量的控制的容易性和过滤器的集尘效果的持续性的观点出发,该配合量优选为49质量%以下,更优选为40质量%以下。因此,该配合量优选为1~49质量%,更优选为5~40质量%。
<<金属皂>>
芯层(A)可含有金属皂。以往,认为如果树脂膜包含金属皂,则树脂膜的介电常数变高,电荷保持性能降低,并且耐热性降低。然而,根据本发明人的研究,表明通过实际含有金属皂,可在不降低带电性的情况下提高耐热性。即,通过芯层(A)含有金属皂,容易提高芯层(A)的电荷保持性能,将该芯层(A)驻极体化而得到的驻极体化片材即使在高温环境下保管或使用的情况下,也容易抑制其电荷保持性能降低。另外,水洗后进行加热干燥时,电荷保持性也不会降低,因此优选。
此外,表明通过适量配合金属皂,抑制得到的驻极体化片材的水洗后的带电性的降低的效果也增大。
作为适合于驻极体化片材的使用的金属皂,在芯层(A)的原料的混炼阶段熔化而均匀分散在热塑性树脂中,在驻极体化片材的使用时或保管时的环境温度下为固体的金属皂容易发挥高的电荷保持性能,因此优选。因此,金属皂的熔点优选为50℃以上且比热塑性树脂的熔点高50℃的温度以下的范围内,更优选为70℃以上且比热塑性树脂的熔点高40℃的温度以下的范围内,进一步优选为100℃以上且比热塑性树脂的熔点高30℃的温度以下的范围内。例如在使用熔点为160~170℃左右的聚丙烯系树脂作为热塑性树脂的情况下,优选使用熔点为50℃~220℃的金属皂,更优选使用熔点为70℃~210℃的金属皂,进一步优选使用熔点为100℃~200℃的金属皂。
熔点在上述优选的温度范围内的金属皂在芯层(A)的成型时熔化而均匀分散在热塑性树脂中,成型后在热塑性树脂中保持其分散状态固化而难以流动。而且,在驻极体化时,推定通过该分子内的偶极子使金属皂取向,通过该金属皂的取向而提高驻极体化片材的电荷保持性能。
金属皂优选为脂肪酸的金属盐,更优选为高级脂肪酸的金属盐。其中,作为脂肪酸,可举出碳原子数5~30的、优选碳原子数6~28的、更优选碳原子数8~24的、进一步优选碳原子数10~20的饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、它们的结构异构体等。应予说明,这些碳原子数表示每1分子脂肪酸的碳原子数。
作为饱和脂肪酸的具体例,可举出戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸、12-羟基十八烷酸、二十烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸、二十六烷酸、二十八烷酸等,但并不特别限定于这些。
作为不饱和脂肪酸的具体例,可举出反式-2-丁烯酸、9-十四碳烯酸、9-十六碳烯酸、顺式-6-十六碳烯酸、顺式-9-十八碳烯酸、反式-9-十八碳烯酸、顺式-9-二十碳烯酸、顺式-13-二十二碳烯酸、顺式-15-二十四碳烯酸、顺式,顺式-9,12-十八碳二烯酸、9,11,13-十八碳三烯酸、顺式,顺式,顺式-9,12,15-十八碳三烯酸、顺式,顺式,顺式-8,11,14-二十碳三烯酸、6,9,12,15-十八碳四烯酸、5,8,10,12,14-十八碳五烯酸、4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸等,但并不特别限定于这些。
上述脂肪酸中,饱和脂肪酸的金属盐具有熔点变高的趋势,具有容易得到耐热性优异的驻极体化片材的趋势,因此优选。
金属皂的金属元素只要是与脂肪酸形成稳定的盐的金属就没有特别限定。从得到的金属皂的熔点和电荷保持性能的观点出发,通常优选使用一价、二价或三价的金属,且属于周期表的第1族~第13族(以旧周期表编号计属于IA族~IIIB族)的金属元素中的至少一种,更优选使用二价或三价的金属且周期表的第2族~第13族(以旧周期表编号计属于IIA族~IIIB族)的金属元素中的至少一种,进一步优选使用周期表的第2族、第12族和第13族(以旧周期表编号计属于IIIA族、IIB族和IIIB族)的金属元素中的至少一种。更具体而言,进一步优选使用钠(第1族)、镁(第2族)、钙(第2族)、钡(第2族)、锌(第12族)和铝(第13族)中的至少一种。其中,从安全性的观点出发,特别优选使用钙、锌和铝中的至少一种,从进一步提高电荷的保持性能的观点出发,特别优选使用钙或铝,最优选使用铝。另外,金属皂也可以是碱性盐。
本发明的驻极体化片材中最优选使用的金属皂是饱和高级脂肪酸铝盐。作为饱和高级脂肪酸铝盐的具体例,可举出十八烷酸二羟基铝、二(十八烷酸)羟基铝、三(十八烷酸)铝、十二烷酸二羟基铝、二(十二烷酸)羟基铝、三(十二烷酸)铝、2-乙基己酸二羟基铝、二-2-乙基己酸羟基铝、三-2-乙基己酸铝等,但并不特别限定于这些。
上述金属皂在塑料业界通常用作各种添加剂,例如稳定剂、润滑剂、填料分散剂、防胶质剂(メヤニ防止剤)、流动性改善剂、成核剂、抗粘连剂等。但是,本发明的驻极体化片材中的金属皂是用于增补芯层(A)的带电性的添加剂,特别是作为抑制以往的驻极体化片材的在高温环境下的带电性降低的添加剂使用。因此,出于抑制带电性降低的目的而使用金属皂的本发明中,优选添加与作为上述以往的通常的添加剂使用时的配合量(例如0.01质量%)相比较多的量的金属皂。
因此,从维持电荷保持能力、抑制水洗后的带电性降低的观点出发,芯层(A)中的金属皂的含量优选为0.07质量%以上,更优选为0.1质量%以上,进一步优选为0.2质量%以上,特别优选为0.3质量%以上。
另一方面,从得到金属皂的充分效果。并且抑制渗出等的产生的观点出发,芯层(A)中的金属皂的含量优选为10质量%以下,更优选为5质量%以下,进一步优选为3质量%以下,特别优选为1.0质量%以下,最优选为0.7质量%以下。
<<其它添加剂>>
芯层(A)根据需要可含有热稳定剂(抗氧化剂)、光稳定剂、分散剂、润滑剂等添加剂。在芯层(A)含有热稳定剂的情况下,其含量通常为0.001~1质量%。作为热稳定剂,例如可举出立体位阻酚系、磷系、胺系等稳定剂等。在芯层(A)使用光稳定剂的情况下,其含量通常为0.001~1质量%。作为光稳定剂,例如可举出立体位阻胺系、苯并三唑系、二苯甲酮系光稳定剂等。分散剂或润滑剂例如出于使无机填料或有机填料分散的目的可使用。分散剂或润滑剂的使用量通常为0.01~4质量%的范围内。作为分散剂或润滑剂,例如可举出硅烷偶联剂、油酸、硬脂酸等高级脂肪酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、它们的盐等。
<<多层结构>>
芯层(A)可以是单层结构,也可以是多层结构。
多层结构的芯层(A)可提高通过驻极体化注入电荷时的耐电压性能。提高以注入的电荷不向外部逃逸的方式密封的功能,赋予驻极体化片材彼此的接合等的二次加工适应性、防静电性等各种功能。
<<膜成型>>
芯层(A)优选通过挤出成型进行膜成型。作为挤出成型,例如可举出:利用设定为比芯层(A)的熔点或玻璃化转变温度高的温度的挤出机将芯层(A)的原料熔融混炼,使用T型模具、I型模具等挤出为片状,例用金属辊、橡胶辊、金属带等进行冷却的片材成型;一边使用圆形模具挤出为管状,通过管内的内压力使其膨胀为一定的倍率,一边用空气或水进行冷却的吹胀成型等。在对芯层(A)进行片材成型的情况下,作为冷却用金属辊或橡胶辊,可以使用表面具有凹凸形状的辊,使表面粗糙面化。通过粗糙面化,驻极体化片材的吸附面积变大,过滤器的集尘效果提高。
作为多层结构的芯层(A)的情况下的成型方法,可举出使用进料块、多歧管的多层模具方式、使用多个模具的挤出层压方式等。多层模具方式和挤出层压方式也可以组合。
<<拉伸>>
芯层(A)优选为至少在1个轴方向上拉伸的拉伸膜。树脂膜的拉伸可通过通常使用的各种方法中的任一者来进行。在芯层(A)为单层的情况下,该层优选为通过单轴拉伸或双轴拉伸而形成的层,在芯层(A)为多层结构的情况下,例如可举出包含各层的拉伸轴数分别为单轴/单轴、单轴/双轴、单轴/单轴/双轴、单轴/双轴/单轴、单轴/双轴/双轴、双轴/双轴/双轴等层叠结构的层。
作为拉伸方法,可举出利用辊组的圆周速度差的纵向拉伸、使用拉幅炉的横向拉伸、基于纵向拉伸和横向拉伸的组合的逐次双轴拉伸、轧制、利用拉幅炉和线性电动机的组合的同时双轴拉伸、利用拉幅炉和导电弓的组合的同时双轴拉伸等。作为吹胀膜的拉伸方法,可举出基于管式法的同时双轴拉伸等。应予说明,纵向为膜的流动方向(MD),横向为膜的宽度方向(TD)。
拉伸倍率没有特别限定,考虑芯层(A)中使用的热塑性树脂的特性等而适当确定。例如,使用丙烯均聚物或其共聚物作为热塑性树脂,将该树脂膜进行单轴拉伸时的拉伸倍率通常为1.2~12倍,优选为2~10倍。在双轴拉伸的情况下,以面积倍率计通常为1.5~60倍,优选为4~50倍。将使用其它热塑性树脂的树脂膜进行单轴拉伸时的拉伸倍率通常为1.2~10倍,优选为2~5倍,双轴拉伸时的面积倍率通常为1.5~20倍,优选为4~12倍。
拉伸的温度可在主要用于芯层(A)的热塑性树脂的玻璃化转变温度以上、结晶部的熔点以下的范围内,且在适合热塑性树脂的公知的温度范围内进行。具体而言,例如在芯层(A)的热塑性树脂为丙烯均聚物(熔点155~167℃)的情况下为100~166℃,在高密度聚乙烯(熔点121~136℃)的情况下为70~135℃,是比熔点低1~70℃的温度。另外,拉伸速度优选为20~350m/分钟。
<表面层(X)>
表面层(X)设置于芯层(A)的一侧,具有作为保护层的功能,该保护层相对于通过带电处理形成于芯层(A)的电偶极子不易受到结露水等外部的影响。表面层(X)可以是仅由后述的热封层(B)构成的单层,也可以在芯层(A)与热封层(B)之间具有后述的中间层(C)。应予说明,中间层(C)可以为一层,也可以为两层以上。
<<热封层(B)>>
热封层(B)如上述所示位于表面层(X)的最外表层,通过使该热封层(B)热熔接,可将驻极体化片材彼此接合。
热封层(B)的熔点为50℃以上,优选为55℃以上。通过设为下限值以上,在片材成型时和对过滤器加工时,难以产生对辊的贴附或辊的污染,另外,得到的过滤器难以变形。另外,热封层(B)的熔点为140℃以下,优选为120℃以下,更优选为100℃以下。通过设为上限值以下,热封性变得更良好,制造过程中的过滤器和得到的过滤器更容易维持立体结构。即,该熔点为50~140℃,优选为55~120℃,更优选为55~100℃。
作为热封层(B)的材料,可使用聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、聚丁烯等聚烯烃系树脂;乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物的金属盐(离聚物)、乙烯-(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物(烷基的碳原子数优选为1~8)、马来酸改性聚乙烯、马来酸改性聚丙烯、氯化聚乙烯、氯化聚丙烯等含官能团的烯烃系树脂;聚酰胺系树脂、聚缩丁醛系树脂、聚氨酯系树脂等,优选为具有比芯层(A)的熔点低的熔点的材料。
作为聚乙烯系树脂,例如可举出低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、低结晶性或非晶性乙烯-α-烯烃共聚物、乙烯-环状烯烃共聚物等。
作为聚丙烯系树脂,优选结晶性较低的树脂,例如可举出非晶性聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物(无规共聚物或嵌段共聚物)、丙烯-α-烯烃共聚物、丙烯-乙烯-α-烯烃共聚物等)等。
应予说明,作为上述α-烯烃,只要能够与乙烯和丙烯共聚则没有特别限定,例如可举出乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯等。
其中,优选为带电性良好的聚烯烃系树脂,从提高热熔接性的观点出发,更优选为低密度聚乙烯或丙烯-乙烯共聚物(无规共聚物或嵌段共聚物),进一步优选低密度聚乙烯。
<<中间层(C)>>
中间层(C)如上述所示,作为表面层(X)的一部分,可设置在芯层(A)与热封层(B)之间。通过中间层(C)调整表面层(X)的厚度,可进一步抑制芯层(A)的表面电荷的移动。另外,通过调整中间层(C)的相对介电常数,也可提高芯层(A)的电荷保持性能。
中间层(C)是包含热塑性树脂的层,作为该热塑性树脂,没有特别限定,从拉伸特性的观点出发,优选使用与芯层(A)同种的树脂,具体而言,聚烯烃系树脂。中间层(C)特别优选含有熔点比前述的热封层(B)高的树脂。通过使用包含这样的中间层(C)的表面层(X),与使用仅由热封层(B)构成的表面层(X)的情况相比,可得到电荷保持性高的驻极体化片材。
如果中间层(C)为拉伸的层,则可提高表面层(X)的厚度的均匀性,因此优选。如果表面层(X)的厚度的均匀性高,则可减少驻极体化时的高电压下放电在薄的部位局部集中,可提高表面层(X)的电特性的均匀性。
从对表面层(X)的介电常数等电特性进行改性的观点出发,中间层(C)优选含有无机填料或有机填料。作为无机填料或有机填料,可使用与上述芯层(A)同样的材料。其中,无机填料通常与热塑性树脂相比介电常数高,因此适合表面层(X)的电特性的改性。特别是,在使用聚烯烃系树脂等的介电常数低的树脂作为中间层(C)的热塑性树脂的情况下,通过含有无机填料,在驻极体化时可通过无机填料的介电效果使电荷迅速到达芯层(A),因此优选。
中间层(C)优选与芯层(A)相比空孔率低。与芯层(A)相比,空孔率低的中间层(C)例如可通过与芯层(A)相比减少填料的含量,使用平均粒径小的填料,减少拉伸轴数,减小拉伸倍率等方法得到。
中间层(C)可以是单层结构,也可以是多层结构。如果中间层(C)为多层结构,则可变更各层的热塑性树脂、无机填料、有机填料的种类和含量,可设计电荷保持性能优异的驻极体化片材。
<背面层(Y)>
如上所述,背面层(Y)相对于芯层(A)设置于与设置有热封层(B)的面相反的面侧。通过背面层(Y)覆盖芯层(A)的另一侧的面,可减少来自芯层(A)的另一侧的面的电荷的移动。另外,通过背面层(Y),在驻极体化时容易在高电压下注入更多的电荷。
背面层(Y)可以是与芯层(A)相同的热塑性树脂膜。作为背面层(Y)的热塑性树脂,没有特别限定,从拉伸特性的观点出发,优选使用与芯层(A)同种的树脂,具体而言,优选使用聚烯烃系树脂。
如果背面层(Y)为拉伸膜,则可提高厚度的均匀性。如果厚度的均匀性高,则可减少驻极体化时的高电压下放电在薄的部位局部集中,可提高背面层(Y)的电特性的均匀性。
背面层(Y)也可以不含有无机填料或有机填料,从改性背面层(Y)的介电常数等电特性的观点出发,优选含有无机填料或有机填料。无机填料或有机填料可使用与上述芯层(A)相同的材料。其中,无机填料通常与热塑性树脂相比介电常数高,因此适合背面层(Y)的电特性的改性。特别是在使用聚烯烃系树脂等介电常数低的树脂作为背面层(Y)的热塑性树脂的情况下,通过含有无机填料,在驻极体化时可通过无机填料的介电效果使电荷到达芯层(A),因此优选。
背面层(Y)优选与芯层(A)相比空孔率低。与芯层(A)相比,空孔率低的背面层(Y)例如可通过与芯层(A)相比减少填料的含量,使用平均粒径小的填料,减少拉伸轴数,减小拉伸倍率等方法得到。
背面层(Y)可以是单层结构,也可以是多层结构。如果背面层(Y)为多层结构,则可变更各层的热塑性树脂、无机填料、有机填料的种类和含量,可设计电荷保持性能优异的驻极体化片材。
(驻极体化片材的制造)
驻极体化片材是通过对包含芯层(A)、含热封层(B)的表面层(X)和背面层(Y)的层叠片材实施驻极体化处理,使电荷保持在层叠片材的表面或内部而得到的。
包含芯层(A)、含热封层(B)的表面层(X)和背面层(Y)的多层结构的层叠片材可通过使用进料块或多层模具的多层模具方式;在芯层(A)或中间层(C)上层叠熔化的热封层(B)的挤出层压方式、在芯层(A)或中间层(C)上涂布热封层(B)的溶液或水分散体后使其干燥的涂布方式、在芯层(A)或中间层(C)上介由粘接剂层叠另外制作的热封层(B)的干式层压方式等来制造。其中,优选容易得到带电性良好的热封层(B)的多层模具方式、挤出层压方式。应予说明,在单独对层叠片材的各层进行膜成型的情况下,可与上述的芯层(A)同样地进行膜成型。
层叠片材优选具有至少在单轴方向拉伸的层。层叠片材例如可以通过在纵向拉伸的芯层(A)上层叠表面层(X)和背面层(Y)而得到,另外,也可以在纵向拉伸的芯层(A)上层叠表面层(X)和背面层(Y)后,进一步在横向拉伸,由此制成具有分别单轴/双轴/单轴拉伸的层的层叠片材。优选的拉伸方法、拉伸倍率、拉伸温度等条件与上述芯层(A)相同。
<驻极体化>
层叠片材的驻极体化可以在后述的过滤器的制造工艺之前、之后也可以在中途。为了使立体结构物均匀地驻极体化,驻极体化装置的结构变得复杂。因此,从通过简易的结构的装置进行驻极体化的观点出发,优选预先将层叠片材驻极体化,使用得到的驻极体化片材构成过滤器。
驻极体化的方法没有特别限制,可按照公知的方法实施。例如可举出对层叠片材的表面进行电晕放电、或者施加脉冲状高电压的电驻极体化法;利用电介质保持层叠片材的两面,在两面施加直流高电压的方法;对层叠片材照射γ射线、电子束等电离放射线的自由基驻极体化法等。
<<电驻极体化法>>
作为电驻极体化法,例如优选为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片材的分批方式、或者使其通过的输送方式。在电驻极体化方法中,优选以等间隔配置无数个针状电极,或者使用金属线,在接地电极中使用平坦的金属板或金属辊。
驻极体化更优选使用直流式电晕放电处理。
图3表示在直流式电晕放电处理中使用的分批方式的驻极体化装置的示例。如图3所示,驻极体化装置70在直流高压电源71上连接有针状主电极(施加电极)72和平板状对电极(接地电极)73。驻极体化装置70中,在主电极72与对电极73之间设置驻极体化的膜10(例如前述的层叠片材)。通过利用直流高压电源71在主电极72与对电极73之间施加直流高电压,产生电晕放电,可在膜10中注入电荷。
由于间隔越长,越容易均匀维持电极间距离,因此主电极与对电极的间隔优选为1mm以上,更优选为2mm以上,进一步优选为5mm以上。另一方面,由于主电极与对电极的间隔越短则越容易产生电晕放电,芯层(A)的带电性的均匀性容易提高,因此优选为50mm以下,更优选为30mm以下,进一步优选为20mm以下。因此,主电极与对电极的间隔优选为1~50mm,更优选为2~30mm,进一步优选为5~20mm。
施加于主电极与对电极之间的电压根据芯层(A)的绝缘性等电特性、驻极体化片材要求的表面电位、相对介电常数等电特性、主电极与对电极的形状或材质、主电极与对电极的间隔等来决定。
通过直流式电晕放电处理导入芯层(A)的电荷的量依赖于处理时流过主电极和对电极的电流量。两电极间的电压越高,电流量越多。因此,在期望施加电压具有更高的处理效果的情况下,优选将芯层(A)设定为高使其为不会绝缘破坏的程度。另一方面,在设想常见的直流电晕放电处理的情况下,具体而言,施加电压优选为1~100kV,更优选为3~70kV,进一步优选为5~50kV的范围,特别优选为10~30kV。
主电极侧的极性可以为正,也可以为负,但由于可进行比较稳定的电晕放电处理,因此优选使主电极侧为负极性。
主电极和对电极的材质可从导电性的物质中适当选择,通常使用铁、不锈钢、铜、黄铜、钨等金属制或碳制材料。
层叠片材可以在驻极体化后实施除电处理。通过在除电处理中暂时减少或除去表面的电荷,容易避免包括从驻极体化片材至对过滤器的加工的制造工序中的尘埃的吸附、片材彼此的贴附、片材与制造设备的贴附等。除电处理可使用电压施加式除电器(电离器)、自放电式除电器等公知的除电装置。这些常见的除电装置虽然可减少或除去片材表面的电荷,但由于无法除去蓄积在片材内部的电荷,所以通过除电处理驻极体化片材的静电吸附力不会受到大的影响。
(驻极体化片材的物性)
<厚度>
芯层(A)的厚度优选为10μm以上,更优选为20μm以上,进一步优选为30μm以上。芯层(A)越厚,越可在芯层(A)中蓄积充分的电荷,因此容易得到耐水性优异的驻极体化片材。另一方面,芯层(A)的厚度优选为300μm以下,更优选为200μm,更优选为100μm以下。芯层(A)越薄,在波纹加工等用于形成波板状的弯曲加工时,空孔越不易被压坏,细小的螺距的波纹加工变得容易,因此容易得到集尘效果高的过滤器。
表面层(X)和背面层(Y)的厚度各自独立地为5μm以上,优选为7μm以上,更优选为10μm以上,进一步优选为15μm以上。应予说明,表面层(X)的厚度和背面层(Y)的厚度可以相同也可以不同。表面层(X)和背面层(Y)越厚,则清洗时越容易抑制芯层(A)蓄积的电荷的移动,容易得到耐水性优异的驻极体化片材。另一方面,表面层(X)和背面层(Y)的厚度各自独立地为200μm以下,优选为100μm以下,更优选为80μm以下,进一步优选为70μm以下,特别优选为30μm以下。表面层(X)越薄,则清洗后越容易将蓄积于芯层(A)的电荷介电于驻极体化片材表面,容易得到优异的耐水性。根据以上,表面层(X)的厚度为5~200μm,优选为5~100μm,更优选为7~80μm,进一步优选为10~70μm,特别优选为15~30μm。
在表面层(X)由热封层(B)构成的情况下,热封层(B)的厚度相当于上述的表面层(X)的厚度。
另一方面,在芯层(A)与热封层(B)之间设置中间层(C)的情况下,热封层(B)和中间层(C)的厚度的合计相当于表面层(X)的厚度。在该情况下,热封层(B)的厚度优选为1μm以上,更优选为2μm以上,进一步优选为3μm以上。通过使热封层(B)的厚度为下限值以上,表现出稳定的粘接强度,因此优选。另一方面,从电荷保持的观点出发,热封层(B)的厚度优选为50μm以下,更优选为20μm以下,进一步优选为10μm以下,特别优选为7μm以下。
应予说明,中间层(C)的厚度在与热封层(B)组合的情况下,只要以热封层(B)和中间层(C)的厚度的合计为前述的表面层的厚度的范围的方式适当调整即可。
本发明的驻极体化片材的厚度优选为20μm以上,更优选为30μm以上,进一步优选为40μm以上。驻极体化片材越厚,则在进行波纹加工时越容易维持形状,容易得到加工性优异的驻极体化片材。另一方面,驻极体化片材的厚度优选为400μm以下,更优选为300μm以下,进一步优选为200μm以下。如果驻极体化片材薄,则容易通过波纹加工等进行折弯加工,容易得到形状稳定的过滤器。
上述驻极体化片材的厚度依据JIS-K7130:1999,使用厚度计进行测定。
另外,构成驻极体化片材的各层的厚度能够以如下方式测定。利用液体氮冷将测定对象试样却至-60℃以下的温度。对于放置在玻璃板上的试样,将剃刀刀片(Schick Japan株式会社制造,商品名:Proline Blade)以直角抵接进行切断,制成截面观察用试样。使用扫描型电子显微镜(日本电子株式会社制造,商品名:JSM-6490),观察得到的试样的截面图像,根据空孔形状和组成外观判别各层的边界线。根据各层的边界线算出各层的厚度相对于驻极体化片材的总厚度的比率。根据利用厚度计测定的驻极体化片材的总厚度、截面图像的倍率比以及各层的厚度比率,求出各层的厚度。
<空孔率>
芯层(A)和具有芯层(A)的驻极体化片材在内部具有微细的空孔。表示芯层(A)中的空孔的比例的空孔率优选为1%以上,更优选为5%以上,进一步优选为25%以上。空孔率越大,则带电衰减速度越慢,过滤器性能的持续性容易提高。另一方面,芯层(A)的空孔率优选为70%以下,更优选为60%以下,进一步优选为55%以下。空孔率越小,则互相连通的空孔越减少,存在电荷的保持能力提高的趋势。因此,芯层(A)的空孔率优选为1~70%,更优选为5~60%,进一步优选为25~55%。通过将空孔率控制在上述范围,尘埃等的吸附力容易稳定。
上述空孔率(%)可通过电子显微镜测定。具体而言,切取测定对象的片材的任意的一部分,利用环氧树脂包埋并使其固化后,使用切片机在片材的面方向垂直切断,制作截面观察用样品。将样品以样品的切割面成为观察面的方式贴附于观察试样台,在观察面蒸镀金、金-钯等,在利用电子显微镜容易观察的任意倍率(例如,500倍~3000倍的放大倍率)下观察空孔,将观察到的区域作为图像数据读取。通过图像解析装置对得到的图像数据进行图像处理,计算出空孔部分的面积率(%),可以将该面积率(%)作为空孔率(%)而得到。在该情况下,可将任意10处以上的观察中的测定值平均,作为空孔率。
通过驻极体化片材在内部具有空孔,容易在驻极体化片材内部封入电荷,电荷不易逃逸。因此,容易得到集尘效果高、集尘效果的持续性也优异的过滤器。另外,通过在驻极体化片材内部具有空孔,驻极体化片材的密度降低,因此从过滤器的轻量化的观点出发也是优选的。
<空孔界面数>
芯层(A)和驻极体化片材的空孔界面数优选为50个/mm以上,更优选为70个/mm以上,进一步优选为100个/mm以上。空孔界面数越多,芯层(A)越容易保持充分的电荷,存在得到耐水性优异的驻极体化片材的趋势。另一方面,芯层(A)的空孔界面数优选为1000个/mm以下,更优选为800个/mm以下,进一步优选为600个/mm以下,特别优选为500个/mm以下。空孔界面数越少,则越可充分确保空孔的高度(芯层(A)的厚度方向的空孔的直径),存在容易在空孔内部保持电荷的趋势。根据以上,芯层(A)和驻极体化片材的空孔界面数优选为50~1000个/mm,更优选为70~800个/mm,进一步优选为100~800个/mm,特别优选为100~600个/mm,最优选为100~500个/mm。
芯层(A)的空孔界面数可按照以下方式进行而求出。使用扫描型电子显微镜(日本电子(株)制造,商品名:JSM-6490)以500倍的倍率拍摄上述厚度的测定中制作的截面观察用样品。将拍摄的截面图像以观测长度成为1mm宽度的方式贴合,在得到的截面图像中划出任意的5点垂直线。测量与各垂直线相交的芯层(A)部分的空孔的界面的数量,求出5点的平均值,除以芯层(A)的厚度,由此求出空孔界面数。应予说明,空孔界面数的频率测定使用膜的宽度方向(TD)和流动方向(MD)方向的平均值。
<空孔的平均高度>
芯层(A)的厚度方向的空孔的平均直径(以下,有时简称为“空孔的平均高度”)优选为2.5μm以上,更优选为3.0μm以上,进一步优选为4.0μm以上。存在空孔的平均高度越大,在空孔内部越容易蓄积电荷的趋势,容易得到耐水性优异的驻极体化片材。另一方面,芯层(A)的空孔的平均高度优选为15μm以下,更优选为12μm以下,进一步优选为10μm以下。存在空孔的平均高度越小,在空孔内部越容易蓄积电荷的趋势,存在成为耐水性优异的驻极体化片材的趋势。根据以上,空孔的平均高度优选为2.5~15μm,更优选为3.0~12μm,进一步优选为4.0~10μm。
芯层(A)的空孔的平均高度可按照以下方式进行而求出。在通过上述空孔界面数的测定而制作的截面图像中,选择任意20点的空孔,在芯层(A)的厚度方向测量各空孔的尺寸最大的部位的直径。根据测量值和截面图像的拍摄时的倍率,求出选择的20点的空孔的直径的平均值作为空孔的平均高度。应予说明,空孔的平均高度使用树脂膜的宽度方向(TD)和流动方向(MD)方向的平均值。
<纵横比>
芯层(A)的空孔的纵横比优选为5以上,更优选为10以上,进一步优选为15以上。存在芯层(A)的空孔的纵横比越大,越容易在空孔内部维持电荷的趋势,容易得到耐水性优异的驻极体化片材。另一方面,芯层(A)的空孔的纵横比优选为50以下,更优选为45以下,进一步优选为40以下。空孔的纵横比越小,则空孔彼此越连通,容易避免空气或水从端面流入而使电荷消失。
芯层(A)的空孔的纵横比可按照以下方式进行而求出。对于测定平均高度的空孔,测定宽度方向(即通过空孔界面数的测定制作的截面图像中,与芯层(A)的厚度方向垂直的方向)的最大直径(以下,有时简称为“空孔的宽度”)。将测定的空孔的宽度除以空孔的高度而求出的20个各空孔的值进行平均,将得到的平均值用作纵横比。应予说明,空孔的平均高度分别对树脂膜的宽度方向(TD)和流动方向(MD)方向进行测定。宽度方向(TD)和流动方向(MD)方向中的任一个的纵横比也优选为上述的范围。
<水蒸气透过系数>
驻极体化片材的水蒸气透过系数是判断所连通的空孔的有无的系数,如果水蒸气透过系数大,则电荷容易因连通空孔表面或夹杂的水蒸气而放电。
本发明的驻极体化片材的水蒸气透过系数优选为2.5g·mm/m2·24hr以下,更优选为2.0g·mm/m2·24hr以下,进一步优选为1.8g·mm/m2·24hr以下。如果水蒸气透过系数为2.5g·mm/m2·24hr以下,则容易抑制高湿度下的带电性的降低,容易发挥本发明期望的性能。另一方面,构成驻极体化片材的各层含有的热塑性树脂,例如聚烯烃系树脂的水蒸气透过系数为0.1g/m2·24hr左右,因此驻极体化片材的水蒸气透过系数通常为0.1g/m2·24hr以上,可以为0.2g·mm/m2·24hr以上,也可以为0.3g·mm/m2·24hr以上。因此,上述水蒸气透过系数优选为0.1~2.5g·mm/m2·24hr,更优选为0.2~2.0g·mm/m2·24hr,进一步优选为0.3~1.8g·mm/m2·24hr。
水蒸气透过系数(g·mm/m2·24hr)是通过依据JIS-Z-0208:1976的卡普法(KappMethod),在温度40℃、相对湿度90%的条件下测定透湿度(g/(m2·24hr)),根据片材的厚度(mm)换算而求出的值。本发明的驻极体化片材的表面层(X)和背面层(Y)具有绝缘的效果,以使得蓄积在芯层(A)中的电荷不会逃逸到外部,但在该效果低的情况下,水蒸气透过系数变高,电荷的保持能力变差。另外,本发明的驻极体化片材中的上述空孔的大多数连通的情况下,同样地水蒸气透过系数变高,电荷的保持能力变差。
<相对介电常数>
驻极体化片材是构成过滤器的构件,并且具有密封的作用以使电荷不逃逸到过滤器外部。封入该电荷的能力可由驻极体化片材的相对介电常数ε(驻极体化片材的介电常数εB与真空的介电常数ε0之比εB/ε0)表示。
通常,存在驻极体化片材的相对介电常数越低,即使是相同的电荷量,表面电位也越高的趋势,容易得到尘埃的集尘效果优异的过滤器。驻极体化片材的相对介电常数可通过包含介电常数低的绝缘性的树脂、或在驻极体化片材的内部形成空孔而成为更低的期望的范围。
本发明的驻极体化片材的相对介电常数优选为1.1以上,更优选为1.2以上,进一步优选为1.25以上。相对介电常数越大,在空孔率为70%以下的驻极体化片材中,越容易得到电荷的保持能力难以降低的过滤器。另一方面,驻极体化片材的相对介电常数优选为2.5以下,更优选为2.2以下,进一步优选为2.0以下,特别优选为1.9以下。存在相对介电常数越小,则驻极体化片材越容易长时间保持电荷,过滤器的静电吸附力难以降低的趋势。根据以上,驻极体化片材的相对介电常数优选为1.1~2.5,更优选为1.1~2.2,进一步优选为1.2~2.0,特别优选为1.25~1.9。
驻极体化片材的相对介电常数的测定法根据测定频率的范围来选择。在测定频率为10Hz以下的情况下可使用超低频率电桥,在10Hz~3MHz的情况下使用变压器电桥,在超过1MHz的情况下使用并联T型电桥、高频西林电桥、Q仪表、共振法、驻波法、空腔共振法等。另外,对于测定频率的交流信号,也利用测定针对电路部件的电压·电流矢量,并根据该值计算静电电容的LCR计等进行测定。
作为驻极体化片材的相对介电常数的测定装置,优选为可施加5V左右的电压,可任意选择测定频率的测定装置。根据这样的测定装置,通过变更频率,可掌握试样的频率依赖性,成为适当使用范围的指标。作为这样的测定装置,例如可举出安捷伦科技公司的“4192A LFIMPEDANCE ANALYZER”、横河电机(株)公司的“LCR测量仪-4274A”,日置电机(株)公司的“HIOKI 3522LCR high tester”等。
在驻极体化片材的相对介电常数的测定时,首先在片材的两面涂布银导电性涂料,或者通过进行真空金属蒸镀来形成电极而得到试样。接着,在温度23℃、相对湿度50%的环境条件下对试样施加5V的电压,以10Hz~1MHz的频率测定静电电容(CX),将频率100kHz的静电电容(CX)的测定值作为代表值。根据得到的静电电容(CX),通过以下数学式算出相对介电常数(εr)。
εr=CX×h/(ε0×A)
εr:驻极体化片材的比介电常数(-)
CX:驻极体化片材的静电电容(pF)
h:驻极体化片材的厚度(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)
<表面的中心面平均粗糙度>
从制造过滤器时的加工性的观点出发,驻极体化片材的表面优选为平滑,因此驻极体化片材的表面的中心面平均粗糙度(SRa)优选为5μm以下,更优选为4μm以下。另一方面,从保持过滤器吸附的异物的观点出发,驻极体化片材的表面优选具有凹凸。因此,驻极体化片材的表面的中心面平均粗糙度(SRa)优选为0.1μm以上,更优选为0.3μm以上。根据以上,驻极体化片材的表面的中心面平均粗糙度(SRa)优选为0.1~5μm,更优选为0.3~4μm。
驻极体化片材的表面的中心面平均粗糙度(SRa)可使用触针式三维表面粗糙度计进行测定。作为测定装置的具体例,可举出东京精密(株)公司制造的“SURFCOM系列(5000DX、2000DX3/SX3、1500DX3/SD3、1900DX3/SX、2900DX3/SX)”(商品名)、(株)小坂研究所公司制造的“Surfcoder系列(SE3500K、SE4000)”(商品名)等。在中心面平均粗糙度(SRa)的测定中,优选使用测定精度为0.01μm以下的装置。
<表面电阻率>
为了将具有表面层(X)、芯层(A)和背面层(Y)的层叠片材进行驻极体化而得到驻极体化片材,表面层(X)和背面层(Y)的表面电阻率优选为1×1013~9×1017Ω。该表面电阻率更优选为5×1013~9×1016Ω,进一步优选为1×1014~9×1015Ω。如果表面电阻率为1×1013Ω以上,则驻极体化时赋予的电荷难以沿着膜表面移动,容易抑制电荷注入层叠片材的效率的降低。其结果,也容易抑制驻极体化片材表面的电荷密度的降低、空间电荷密度的降低和静电吸附性能的降低。另外,也可减少驻极体化需要的能量。另一方面,如果该表面电阻率为9×1017Ω以下,则使用公知的材料容易形成这样的高绝缘性的表面,成本也容易降低。
表面层(X)和背面层(Y)的表面电阻率可通过使用绝缘性优异的聚烯烃系树脂作为热塑性树脂、调整配合于热塑性树脂的无机填料的种类或量等,来调整至目标范围内。
(过滤器)
本发明的过滤器具有接合部,该接合部是交替层叠波板状驻极体化片材和平板状驻极体化片材,形成空气的流路,层叠的各驻极体化片材互相热熔接而成的。本发明的过滤器中使用的驻极体化片材为上述本发明的驻极体化片材,因此可得到清洗后的带电性的降低和片材彼此的剥离少的过滤器。
图4表示本发明的一个实施方式的过滤器的结构。
如图4所示,本实施方式的过滤器50是波板状驻极体化片材11和平板状驻极体化片材11交替反复层叠而成的。通过波板状和平板状各驻极体化片材11的立体结构,在过滤器50中设置成为空气的流路的空间。过滤器50具有各驻极体化片材在其接触部分互相热熔接而成的接合部11a。
(过滤器的制造方法)
设置有空气流路的过滤器的立体结构可通过波纹加工等形成。在形成立体结构后,通过使层叠的各驻极体化片材接触的部分的热封层(B)热熔接,可将片材彼此接合,固定过滤器的立体结构。接合方法没有特别限定,例如在波纹加工时层叠驻极体化片材,利用加热的加压辊对片材表面进行加热,由此可使相邻的驻极体化片材的接触部分热熔接而设置接合部。另外,通过利用电热丝切割机等对层叠的各驻极体化片材进行裁断,可使裁断部分热熔接。
<波纹加工>
在对驻极体化片材进行波纹加工而制造过滤器的情况下,可适当利用通常的纸制蜂窝芯的制造中使用的蜂窝机等、通常的纸制瓦楞板的制造中使用的单面机等瓦楞机(singlefacer)进行制造。
在使用在纸制瓦楞板的制造中使用的单面机的情况下,通过将驻极体化片材供给至啮合的一对齿轮之间并使其弯曲,从而波纹加工成波板状。接着,在波纹加工的波板状片材(以下,有时称为“沟纹”)的单面或两面,使未进行波纹加工的平板状片材(以下有时称为“衬垫”)热熔接,由此得到波纹芯。此时,作为衬垫,也可以使用从T型模具熔化挤出成型的其它树脂片材等,从提高过滤器的空间电荷密度的观点出发,更优选使用与沟纹相同的前述驻极体化片材。
(滤波器的特性)
<空间电荷密度>
过滤器的空间电荷密度表示占过滤器的空间容积的电荷的总量。空间电荷密度的值越高,表示灰尘、尘埃的捕集性能越高。具体而言,过滤器的空间电荷密度可通过将过滤器的片材基材具有的电荷量除以该片材基材形成的空间容积而得到。过滤器的片材基材具有的电荷量使用实测值,空间容积可以根据过滤器形状理论性求出,也可以根据过滤器的密度求出。
例如,在根据过滤器形状理论性求出空间容积的情况下,将该单位空间规定为纵1cm×横1cm×高1cm的立方体。根据滤波器形状计算或测定而求出存在于每个与驻极体滤材的流路垂直切断的截面的纵1cm×横1cm的正方形(单位面积)的驻极体化片材的总长度Ls(cm/cm2)。
每单位空间容积存在的驻极体化片材的总面积Ss(cm2/cm3)分别是以截面正方形(每单位面积)存在的驻极体化片材的总长度Ls乘以作为片材的宽度的单位空间的深度而得到的值,因此如以下数学式所示,Ss和Ls为相同值。
Ss(cm2/cm3)=Ls(cm/cm2)×1cm/1cm
=Ls(cm/cm2)
另一方面,驻极体化片材的每单位面积的电荷量Qs(nC/cm2)通过实测求出。因此,每单位空间存在的驻极体化片材的电荷量Qa(nC/cm3)、即空间电荷密度由以下数学式表示。
Qa(nC/cm3)=Ss(cm2/cm3)×Qs(nC/cm2)
=Ls(cm/cm2)×Qs(nC/cm2)
如上述所示,空间电荷密度可由截面的每单位面积的驻极体化片材的总长度Ls和驻极体化片材的每单位面积的电荷量Qs的乘积求出。另外,在过滤器由多种驻极体化片材构成的情况下,例如由1、2…n种驻极体化片材构成的情况下,每单位空间存在的驻极体化片材的电荷量Qa由各个驻极体化片材的每单位空间的电荷量Qa1、Qa2、···Qan之和表示。
过滤器的空间电荷密度越高,该过滤器的捕集效率越高,如果过滤器要求的捕集效率恒定,则可缩短空气的流路的长度(过滤器的深度·厚度)。另一方面,如果空气流路的长度恒定,则可延长过滤器的寿命。
从提高捕集效率的观点出发,空间电荷密度的下限为10nC/cm3以上,优选为50nC/cm3以上,更优选为80nC/cm3以上,特别优选为110nC/cm3以上。另一方面,由于片材基材可保有的电荷量的制约,其上限为5000nC/cm3以下,但从片材基材制造上的简便性出发,优选为2000nC/cm3以下,更优选为1000nC/cm3以下。
<流路截面积>
过滤器的空气的流路截面率是空气的流路相对于过滤器的截面所占的比例。因此,流路截面率的值越低,则过滤器的强度越增加,并且存在形成相对于空气的流通的阻力而而使压力损失增加的趋势。
具体而言,空气的流路截面率通过将过滤器的截面积除以片材基材厚度与在流路成型中使用的片材基材的长度的乘积即片材基材的截面积而得到。另外,流路截面率也可根据截面的图像观察来求出。
从减少相对于空气流通的压力损失的观点出发,过滤器的空气的流路截面率优选为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出发,过滤器的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。
实施例
以下,使用制造例、制备例、实施例、比较例和试验例对本发明进行更具体的说明。以下示出的材料、使用量、比例、操作等只要不脱离本发明的主旨则可适当变更。因此,本发明的范围并不限定于以下示出的具体例。应予说明,以下所记载的%只要没有特别说明则为质量%。
在各实施例及比较例中使用以下原料。
(原料)
<空孔形成成核剂>
·重质碳酸钙(备北粉化工业(株)制造,商品名:BF100,中值粒径(D50):10.1μm,密度:2.7g/cm3)
·重质碳酸钙(备北粉化工业(株)制造,商品名:SOFTON 1800,中值粒径(D50):2.2μm,密度:2.7g/cm3)
<热塑性树脂>
·丙烯均聚物(日本聚丙烯(株)制造,商品名:Novatec PP FY4,
MFR(230℃、2.16kg载荷):5g/10分钟,熔点:162℃,密度:0.91g/cm3)
·丙烯-α-烯烃无规共聚物(日本聚丙烯(株)制造,商品名:Novatec PP FX4G,MFR(230℃、2.16kg载荷):5.0g/10分钟,熔点:127℃,密度:0.90g/cm3)
·聚丙烯系弹性体(三井化学(株)制造,商品名:TAFMER XM-7070,MFR(230℃、2.16kg载荷):7.0g/10分钟,熔点:75℃,密度:0.90g/cm3)
·丙烯-乙烯无规共聚物(日本聚丙烯(株)制造,商品名:Novatec PP FW4B,MFR(230℃、2.16kg载荷):7.0g/10分钟,熔点:140℃,密度:0.90g/cm3)
·高密度聚乙烯(日本聚乙烯(株)制造,商品名:NOVATEC HD HJ360,MFR(190℃、2.16kg载荷):5.5g/10分钟,熔点:131℃,密度:0.95g/cm3)
·低密度聚乙烯(日本聚乙烯公司制造,商品名:Kernel KS340T),MFR(190℃、2.16kg载荷):3.5g/10分钟,熔点:60℃,密度:0.880g/cm3)
<添加剂>
·十八烷酸二羟基铝(和光纯药工业(株)制造,试剂,熔点:172℃)
·亚乙基双油酸酰胺(和光纯药工业(株)制造,试剂,熔点:115℃)
(树脂组合物的制造例)
<树脂组合物(a)~(d)、(f)和(g)>
如表1所示配合丙烯均聚物、高密度聚乙烯、重质碳酸钙和添加剂,利用设定为210℃的双轴混炼机进行熔融混炼。接着,利用设定为230℃的挤出机挤出成股线状,冷却后利用切粒机(strand cutter)进行切断而制成颗粒,在以后的制造中使用。
<树脂组合物(e)>
利用设定为120℃的双轴混炼机对表1记载的低密度聚乙烯和添加剂进行熔融混炼。接着,利用设定为120℃的挤出机挤出成股线状,冷却后利用切粒机(strand cutter)进行切断而制成树脂组合物(e)的颗粒,在以后的制造中使用。
<树脂组合物(i)~(n)>
如表1所示配合聚丙烯系树脂、高密度聚乙烯、重质碳酸钙和添加剂,利用设定为200℃的双轴混炼机进行熔融混炼。接着,利用设定为200℃的挤出机挤出成股线状,冷却后利用切粒机(strand cutter)进行切断而制成颗粒,在以后的制造中使用。
表1表示树脂组合物(a)~(n)的组成。应予说明,作为树脂组合物(h),单独直接使用表1记载的丙烯均聚物。
【表1】
(层叠片材的制造)
<制造例1>
利用设定为230℃的挤出机对树脂组合物(a)进行熔融混炼后,供给至设定为250℃的挤出模具而挤出为片状,通过冷却装置将其冷却至60℃,得到未拉伸片材。将该未拉伸片材加热至145℃,利用辊组的圆周速度差纵向拉伸5倍,得到单轴拉伸膜。接着,利用设定为250℃的挤出机对树脂组合物(b)进行熔融混炼后,利用挤出模具挤出为片状,层叠于上述单轴拉伸膜的背面。另外,例用设定为250℃的挤出机对树脂组合物(b)和树脂组合物(e)分别进行熔融混炼后,在挤出模具内层叠而挤出为片状,以树脂组合物(e)成为外侧的方式层叠于上述单轴拉伸膜的表面,得到与图2中记载的结构相同的4层结构的层叠体。
将得到的4层结构的层叠体冷却至60℃,使用拉幅炉再次加热至150℃并横向拉伸9倍后,进一步利用烘箱加热至160℃进行热处理。接着,冷却至60℃,对耳部进行分切而得到4层结构(层结构:e/b/a/b,各层厚度:5/10/60/15μm,各层拉伸轴数:单轴/单轴/双轴/单轴)的层叠片材。该片材的厚度为90μm,表面电阻率在两面均为1015Ω台。另外,通过该片材的截面观察,测量芯层(A)的空孔形状,其结果是,空孔率为45%,空孔界面数为400个/mm,芯层(A)的空孔的平均高度为4.0μm,纵横比在片材的流动方向(MD)为19,片材的宽度方向(TD)为23。将这些测定结果示于表2。
<制造例3~11、14及15>
分别使用表2记载的树脂组合物代替树脂组合物(a)、(b)和(e),除此以外,与制造例1同样得到4层结构的层叠片材。
另外,与制造例1同样,通过截面观察,测定芯层(A)的空孔率、空孔界面数、空孔的平均高度和纵横比。将测定结果示于表2。
<制造例2>
利用设定为230℃的挤出机对树脂组合物(c)进行熔融混炼后,供给至设定为250℃的挤出模具而挤出为片状,通过冷却装置冷却至60℃而得到未拉伸片材。将得到的未拉伸片材加热至145℃,利用辊组的圆周速度差纵向拉伸5倍,得到单轴拉伸膜。接着,利用设定为250℃的挤出机对树脂组合物(d)进行熔融混炼后,利用挤出模具挤出为片状,层叠于上述单轴拉伸膜的背面。另外,利用设定为250℃的挤出机对树脂组合物(d)进行熔融混炼后,利用挤出模具挤出为片状,层叠于上述单轴拉伸膜的表面,得到3层结构的层叠体。
将得到的3层结构的层叠体冷却至60℃,使用拉幅炉再次加热至150℃并横向拉伸9倍后,进一步利用烘箱加热至160℃进行热处理。接着,冷却至60℃,对耳部进行分切,得到3层结构(层结构:d/c/d,各层厚度:17/46/17μm,各层拉伸轴数:单轴/双轴/单轴)的层叠片材。该片的厚度为80μm,表面电阻率在两面均为1015Ω台。另外,通过该片材的截面观察,测量芯层(A)的空孔形状,其结果是,空孔率为30%,空孔界面数为680个/mm,芯层(A)的空孔的平均高度为2.1μm,纵横比在片材的流动方向(MD)为17,片材的宽度方向(TD)为20。将这些测定结果示于表2。
<制造例12>
利用设定为230℃的2台挤出机对树脂组合物(h)、树脂组合物(a)和树脂组合物(e)分别单独进行熔融混炼后,供给至设定为230℃的1台共挤出模具,在模具内部层叠后将其挤出为片状,通过冷却装置将其冷却至60℃,得到未拉伸片材。将该未拉伸片材加热至145℃,利用辊组的圆周速度差纵向拉伸5倍,得到单轴拉伸膜。将得到的单轴拉伸膜冷却至60℃,使用拉幅炉再次加热至150℃并横向拉伸9倍后,进一步利用烘箱加热至160℃进行热处理。接着,冷却至60℃,对耳部进行分切,得到3层结构(层结构:h/a/e,各层厚度:2/60/2μm,各层拉伸轴数:.双轴/双轴/双轴)的层叠片材。
另外,与制造例1相同,通过截面观察,测定芯层(A)的空孔率、空孔界面数、空孔的平均高度和纵横比。将测定结果示于表2。
<制造例13>
将芯层(A)的厚度设为60μm,将未拉伸片材的纵向拉伸的温度设为130℃,将3层结构的层叠体的横向拉伸的温度变更为140℃,除此以外,与制造例2相同得到3层结构的层叠片材。对于得到的树脂片材,与制造例1相同,通过截面观察,测定芯层(A)的空孔率、空孔界面数、空孔的平均高度和纵横比。将测定结果示于表2。
【表2】
(驻极体化片材的制造)
<实施例1~12和比较例1~3>
在与图3所示的结构相同的驻极体化装置中,将主电极的针间距离设定为10mm,将主电极-接地电极间距离设定为10mm,将通过制造例1得到的层叠片材的背面以与接地电极面接触的方式放置在接地电极盘上。接着,以表3所示的施加电压对层叠片材进行电荷注入,得到实施例1的驻极体化片材。另外,使用通过制造例3~11、14和15得到的层叠片材,除此以外,与实施例1同样进行,得到实施例2~12的驻极体化片材。进而,使用通过制造例2、12和13得到的层叠片材,除此以外,与实施例1同样进行,得到比较例1~3的驻极体化片材。
(评价)
<热封性>
以热封层彼此相接的方式分别使2片各实施例和比较例的驻极体化片材重叠而夹持在热倾斜试验机(TYPEHG-100,株式会社东洋精机制作所制造)中,在90~140℃的10℃刻度的温度设定下压接5秒钟。根据2片驻极体化片材粘接时的温度,按照以下评价基准判定热封性。
A:在90℃以上且小于120℃发生粘接。
B:在120℃以上且小于130℃发生粘接(实用下限)。
C:在140℃不粘接(不适合实用)。
<水蒸气透过系数>
对于各实施例和比较例的驻极体化片材,依据JIS-Z-0208,通过卡普法(KappMethod),在40℃、90%RH的条件下进行测定。由得到的透湿度(g/(m2·24hr))和膜的厚度(mm)求出水蒸气透过系数(g·mm/m2·24hr)。
<耐水性试验>
按照以下方式测定各实施例和比较例的驻极体化片材的清洗前后的电位差和衰减率。将测定结果示于表3。
清洗前的电位差:将驻极体化片材放置在铝板上,利用除电刷除去表面的电荷,测定表面电位。
清洗后的电位差:将驻极体化片材浸渍于在容器中储存的离子交换水中并静置1分钟后,取出驻极体化片材。利用薄叶纸擦拭多余的水,在温度23℃、相对湿度50%的条件下悬挂24小时,将干燥后的试样放置于铝板上,利用除电刷除去表面的电荷,测定表面电位。
衰减率:{(清洗前的电位差)-(清洗后的电位差)}×100/(清洗前的电位差)
在进行上述表面电位的测定时,将上述铝板作为接地,使表面电位计(春日电机(株)制造,产品名:KSD-3000)的探针与纸面的间隔为1cm,分别对铝板上的驻极体化片材的表面和背面的表面电位进行5点测定。对表面和背面的5点的测定值分别进行平均,求出得到的表面与背面的平均值之差作为电位差。
【表3】
(过滤器的制造)
如图5所示,使用金属制齿条21(山间距3.0mm,山高度3.5mm)、金属制小齿轮(piniongear)22和加压辊23,按照以下方式对制造例1和制造例2的层叠片材进行波纹加工,分别得到20片波纹片材。
在波纹加工时,如图6所示,在加热板24上放置齿条21,以使齿条21的表面温度成为120℃的方式进行加热,将宽度10cm、长度20cm的沟纹用层叠片材25放置在齿条21上。接着,如图7所示,利用手使在烘箱中加热至60℃的小齿轮22转动,使沟纹用层叠片材25的形状变形为与齿条21的表面形状相同的形状。如图8所示,将宽度10cm、长度15cm衬垫用层叠片材26配置在先前变形的沟纹用层叠片材25上,利用手使在烘箱中加热至60℃的加压辊23转动,将层叠片材彼此热熔接。应予说明,在制造例1的层叠片材为沟纹用层叠片材25和衬垫用层叠片材26中的任一种情况下,均将树脂组合物(e)的层始终配置于下侧而进行加工。
接着,在与图3所示的结构相同的驻极体化装置中,将主电极的针间距离设定为10mm,将主电极-接地电极间距离设定为10mm,将上述波纹片材的平坦的面以与接地电极面接触的方式放置在接地电极盘上,以20kv的施加电压进行电荷注入。在将全部20片的波纹片材层叠后,一边使用设定为约200℃的电热丝切割机进行热熔接一边裁断,以使厚度为20mm,制造过滤器。
制造例1和3~12、14和15的层叠片材可在波纹加工、驻极体加工、热熔接裁断加工中没有问题地加工。另一方面,制造例2和13的层叠片材在波纹加工时不能热熔接而被剥离,因此无法得到过滤器。
本申请主张基于2018年3月30日提出申请的日本专利申请的日本特愿2018-068731号和2018年07月31日提出申请的日本专利申请的日本特愿2018-143512号的优先权,引用该日本专利申请的所有记载内容。
符号说明
11、12 驻极体化片材
2 芯层(A)
3 热封层(B)
4 背面层(Y)
4a 表面层(X)
5 中间层(C)
Claims (8)
1.一种驻极体化片材,其特征在于,具有:
芯层(A),其为含有热塑性树脂的多孔膜;
表面层(X),其设置在所述芯层(A)的一侧;以及
背面层(Y),其设置在所述芯层(A)的另一侧,
所述表面层(X)和背面层(Y)的最外表面带电,
所述驻极体化片材的水蒸气透过系数为0.1~2.5g·mm/m2·24hr,
所述芯层(A)的空孔的纵横比为5~50,且空孔的平均高度为2.5~15μm,
所述表面层(X)和背面层(Y)的厚度分别为5~200μm,
所述表面层(X)包含热封层(B),所述热封层(B)包含所述最外表面,
所述热封层(B)的熔点为50~140℃。
2.根据权利要求1所述的驻极体化片材,其特征在于,
所述芯层(A)的空孔界面数为50~1000个/mm。
3.根据权利要求1或2所述的驻极体化片材,其特征在于,
所述芯层(A)含有的热塑性树脂为聚烯烃系树脂。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的驻极体化片材,其特征在于,
所述热封层(B)为含有低密度聚乙烯的树脂膜。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的驻极体化片材,其特征在于,
所述芯层(A)含有0.07~10质量%的金属皂。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的驻极体化片材,其特征在于,
所述驻极体化片材为至少在单轴方向拉伸的膜。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的驻极体化片材,其特征在于,
所述芯层(A)含有选自无机填料和有机填料中的至少一种,
所述无机填料和有机填料的体积平均粒径为0.1~30μm。
8.一种设置有空气流路的过滤器,其特征在于,具有接合部,
所述接合部是将波板状驻极体化片材与平板状驻极体化片材交替层叠,并将所述层叠的各驻极体化片材相互热熔接而成的,
所述波板状驻极体化片材与平板状驻极体化片材分别为权利要求1~7中任一项所述的驻极体化片材。
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