JP2003311112A

JP2003311112A - エレクトレット濾過材

Info

Publication number: JP2003311112A
Application number: JP2002121061A
Authority: JP
Inventors: Tadao Masumori; 忠雄増森
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】内部まで十分に、かつ、高度にエレクトレット
化された濾過材、および、その製造方法を提供する。【解決手段】本発明のエレクトレット濾過材は、多孔性
誘電体シートに高速気流を衝突させ、作製されることを
特徴としている。つまり、多孔性誘電体シートに、気体
を毎秒５ｍ以上の速度で衝突させることにより、該多孔
性誘電体シート内部まで十分に荷電することができ、ま
た、衝突時の電荷減衰がなく高度に荷電することがで
き、その結果、高帯電エレクトレット濾過材を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多孔性誘電体シート
から作製されたエレクトレット濾過材に関する。また本
発明は、空気から特定物質を除去する多孔性エレクトレ
ットフィルターの改良された製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多孔性誘電体シートをエレクトレット化
する従来の技術として、直流コロナ荷電法、水流噴霧荷
電法、振動荷電法等が挙げられる。

【０００３】直流コロナ荷電法は、正もしくは負のコロ
ナイオンを多孔性誘電体シートに衝突させることにより
エレクトレット化する方法である。しかしながら、この
方法では、多孔性誘電体シートの表面部分、すなわち、
コロナイオンに曝されている部分にのみ電荷が蓄積して
しまう。そして、その蓄積電荷により形成される反発電
界により、コロナイオンが多孔性誘電体シート内部まで
浸透することができず、その結果、多孔性誘電体シート
内まで十分に荷電されないという欠点を有する。

【０００４】特表平９−５０１６０４号公報には、水の
噴流または水滴流を多孔性誘電体シートに衝突させるこ
とによりエレクトレット化する方法が開示されている。
しかしながら、この方法では、水の噴流または水滴流を
衝突させるため、水の導電性により多孔性誘電体シート
中の蓄積電荷が減衰してしまうという欠点を有する。ま
た、衝突後に、多孔性誘電体シートを乾燥させる工程が
必須であり、乾燥時の熱の影響で、多孔性誘電体シート
中に蓄積された電荷が減衰してしまうという欠点を有す
る。

【０００５】特開平１１−９９２１号公報には、２種類
以上の繊維材料で構成される複合繊維を８０重量％以上
含む繊維シート材からなることを特徴とするエアーフィ
ルター材を荷電する方法として、通常の通風でエアーフ
ィルター材に電荷を付与する方法が開示されている。し
かしながら、実施例に記載されている毎秒３ｃｍ程度の
通風では、異なる異種繊維材料間の摩擦帯電のみで、気
流と繊維間の摩擦帯電は生じておらず、エアーフィルタ
ー材は高度にエレクトレット化されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の問
題点を鑑みて、多孔性誘電体シートにおいて、その内部
まで十分に、かつ、高度にエレクトレット化されたエレ
クトレット濾過材、および、その製造方法の提供を目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明でのエレクトレッ
ト化方法は、高速気流処理、つまり、多孔性誘電体シー
トに高速気流を衝突させる荷電方法を意味する。本発明
者らは鋭意研究した結果、多孔性誘電体シート内部まで
十分に、かつ、高度にエレクトレット化するためには、
多孔性誘電体シートに高速気流処理を施すことが重要で
あることを見いだした。つまり、多孔性誘電体シート
に、気体を毎秒５ｍ以上の速度で衝突させることによ
り、該多孔性誘電体シート内部まで十分に荷電すること
ができ、また、衝突時の電荷減衰がなく高度に荷電する
ことができ、その結果、高帯電エレクトレット濾過材を
実現できることを見出したのである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明で処理することのできる多
孔性誘電体シートとしては、繊維シート（例えば、織
物、編み物、不織布、及び、これらの複合体）、多孔フ
ィルム（例えば、穴開きフィルム）、発泡体、或いはこ
れらの複合体などがある。好ましくは、メルトブロー法
により作製された極細繊維不織布である。極細繊維不織
布は繊維表面積が大きく、多孔性誘電体シートの粒子捕
集効率、および、生分解性が向上する。多孔性誘電体シ
ートの目付は５〜１０００ｇ／ｍ²が好ましく、特に好
ましくは１０〜５００ｇ／ｍ²である。

【０００９】被荷電処理体としての多孔性誘電体シート
は、一枚、あるいは、複数枚積層した構成であってもよ
い。また、多孔性誘電体シート強度を高めるためにスパ
ンボンド等の補強材を積層して高速気流処理を施しても
よい。

【００１０】多孔性誘電体シートの材質としては、一種
類、あるいは、複数の種類から構成されてもよいが、電
荷保持の点から体積抵抗率１０¹⁴Ωｃｍ以上の材質を少
なくとも一種類以上含むことが好ましい。もし、該多孔
性誘電体シートが体積抵抗率１０¹⁴Ωｃｍ以下の材質の
みで構成されていれば、電荷が蓄積しにくく、該シート
を高度にエレクトレット化することはできない。また、
電荷寿命が極端に短くなってしまうという問題が生じ
る。具体的な材質としては、ポリオレフィン、ポリエス
テル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、フッ素化ポリオレフィンなどが挙
げられるが、特にこれらに限定するわけではなく、ま
た、耐熱性、帯電性を向上させるため、これらのポリマ
ーにヒンダードアミン、ヒンダードフェノール、脂肪族
金属塩、結晶核剤などの添加剤を添加したものでもよ
い。好ましくは、ポリオレフィン、或いは、上記添加剤
を添加したポリオレフィンを含有しているのがよい。ま
た、環境汚染への配慮から、ポリ乳酸といった生分解性
ポリエステルを含有しているのがより好ましい。

【００１１】本発明で使用することができる気体につい
ては特に規定はしないが、導電率が低く、誘電率が大き
い方が好ましい。気体の導電率が低いほど、気流との接
触による電荷減衰が少なくなる。気体の誘電率が大きい
ほど、気流との摩擦により多孔性誘電体シートを高度に
エレクトレット化することができる。使用できる気体の
例として、気体状態が存在するものであればよい。た
だ、取り扱い性の点から、常温常圧で気体である化合
物、例えば、窒素、酸素、水素、大気、六フッ化硫黄、
窒素酸化物、硫黄酸化物、二酸化炭素、水蒸気、アルゴ
ン、ヘリウム、ネオン、有機化合物および、それらの混
合物といったものが好ましく、特に好ましくは、水蒸
気、大気である。

【００１２】多孔性誘電体シートに衝突させる高速気流
の速度については、多孔性誘電体シートの引っ張り強
度、帯電性といった性質によって異なる。速度の下限値
は多孔性誘電体シートの帯電性によって決まる。例え
ば、ポリプロピレンを主成分とする多孔性誘電体シート
であれば、１０ｍ／ｓ以上が好ましく、より好ましくは
３００ｍ／ｓである。また、ヒンダードアミン等の高エ
レクトレット化に寄与する添加剤を添加したポリプロピ
レンが主成分であれば、速度が５ｍ／ｓ以上が好まし
い。もし、気流速度が下限値より小さければ、気流との
摩擦よって多孔性誘電体シートにもたらされる荷電量よ
り、気流接触時に気流中に流れ出てしまう電荷量の方が
大きくなり、多孔性誘電体シートを高度にエレクトレッ
ト化することはできない。速度の上限値については、多
孔性誘電体シートの強度により決定する。例えば、メル
トブロー不織布といった極細繊維で形成されたシートは
１０００ｍ／ｓ以上の気流を衝突させると、層間剥離、
表面の毛羽立ちなどにより目付むらが生じ、シートの均
一性が失われる。その結果、高度にエレクトレット化す
ることができないという問題が生じる。

【００１３】高速気流は１２０℃以下であることが好ま
しく、より好ましくは４０℃以下である。もし、１２０
℃以上であると熱により多孔性誘電体シートの電荷が減
衰してしまい、高度にエレクトレット化することができ
ない。

【００１４】高速気流を形成する分子、微粒子は個々の
レベルでは、正もしくは負に帯電していてもよいが、気
流全体としては非帯電であることが好ましい。もし、例
えば、正に帯電した気流を多孔性誘電体シートに衝突さ
せると、気流との接触機会の多い表面部分が正に帯電す
る。すると、その表面部分に、帯電気流に対する反発電
界が形成され、結果として、シート内部まで十分に荷電
されないという問題が生じる。

【００１５】高速気流処理を施す前に行う多孔性誘電体
シートの前処理として、直流コロナ荷電処理を行うこと
が好ましい。前処理として直流コロナ荷電処理を行う
と、高速気流処理前にあらかじめシート表面部分には電
荷が蓄積しており、高速気流処理によりシート内部のみ
を荷電すればよいため、少ない高速気流処理回数で短時
間に、かつ、高度にエレクトレット化することができ
る。

【００１６】また、前処理として、水流交絡処理を行う
ことが好ましい。水流交絡処理を行うことにより、多孔
性誘電体シートのシートムラをなくし均一にすることで
きる。より均一なシートの方が、シート全体を均一に荷
電することができ、結果として、高度にかつ短時間でエ
レクトレット化することができる。

【００１７】以下、実施例によって本発明の作用効果を
より具体的に示すが、下記実施例は本発明方法を限定す
る性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変
更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるも
のである。

【００１８】（圧力損失、粒子捕集効率の評価方法）圧
力損失、粒子捕集効率の評価は、粒子径０．３μmのDOP
粒子を線速１０ｃｍ／ｓで試験用フィルターに供給した
とき、フィルターの上流、下流のDOP粒子個数を粒子計
測器（（株）RION製KC-14）で計測した。また、同時
に、多孔性誘電体シートの圧力損失を測定した。なお、
粒子捕集効率は以下の数式を用いて算出した。粒子捕集効率（％）＝（１−下流側粒子個数／上流側粒
子個数）×１００

【００１９】粒子捕集効率および圧力損失を用いて以下
の式により、ＱＦ値を計算する。ＱＦ値が高いほど、濾
過性能が良好であることを示す。一般に、ＱＦ値は約
０．２５以上が好ましく、約０．５以上がより好まし
い。ＱＦ＝−ｌｎ（１−捕集効率［％］／１００）／圧力損
失［ｍｍＨ₂Ｏ］

【００２０】（実施例１）ポリプロピレンメルトブロー
不織布（目付３０ｇ／ｍ²）上の電荷を除くため、アル
コール浸漬後、乾燥させるという前処理を行った。前処
理を行った不織布に対して、孔径０．１０ｍｍ，孔径ピ
ッチ０．６ｍｍの口金より３００ｍ／ｓの大気を３０秒
間、不織布両面に各３回、噴射させた。その後、粒子捕
集効率、圧力損失を測定し、ＱＦ値を算出した。結果を
表１に示す。

【００２１】（実施例２）実施例１と同様の前処理を施
したポリプロピレンメルトブロー不織布（目付３０ｇ／
ｍ²）をアルミ平板の接地極に置き、コロナ針電極を用
いて、１０ｋＶ／ｃｍの高電圧を５秒間印加した。次い
で、孔径０．１０ｍｍ，孔径ピッチ０．６ｍｍの口金よ
り３００ｍ／ｓの大気を３０秒間、不織布両面に各３
回、噴射させた。その後、粒子捕集効率、圧力損失を測
定し、ＱＦ値を算出した。結果を表１に示す。

【００２２】（実施例３）実施例１と同様の前処理を施
したポリプロピレンメルトブロー不織布（目付３０ｇ／
ｍ²）をアルミ平板の接地極に置き、コロナ針電極を用
いて、１０ｋＶ／ｃｍの高電圧を５秒間印加した。次い
で、孔径０．１０ｍｍ，孔径ピッチ０．６ｍｍの口金よ
り３００ｍ／ｓの大気を３０秒間、不織布両面に各３
回、噴射させた。その後、粒子捕集効率、圧力損失を測
定し、ＱＦ値を算出した。結果を表１に示す。

【００２３】（実施例４）実施例１と同様の前処理を施
したポリプロピレンメルトブロー不織布（目付３０ｇ／
ｍ²）に孔径０．１３ｍｍ，孔径ピッチ１．０ｍｍの口
金より、水圧２ＭＰａで水流を両面に１回ずつ噴射させ
た。次いで、孔径０．１０ｍｍ，孔径ピッチ０．６ｍｍ
の口金より３００ｍ／ｓの大気を３０秒間、不織布両面
に各３回、噴射させた。その後、粒子捕集効率、圧力損
失を測定しＱＦを算出した。結果を表１に示す。

【００２４】（実施例５）実施例１と同様の前処理を施
したポリ乳酸メルトブロー不織布（目付３０ｇ／ｍ²）
に孔径０．１０ｍｍ，孔径ピッチ０．６ｍｍの口金より
２５０ｍ／ｓの大気を３０秒間、不織布両面に各３回、
噴射させた。その後、粒子捕集効率、圧力損失を測定
し、ＱＦ値を算出した。結果を表１に示す。

【００２５】（実施例６）ポリエチレンテレフタレート
／ポリエチレン複合繊維（チッソＥＴＣ繊維、ＰＥＴ／
ＰＰ＝５０／５０（重量比）、２ｄ×５１ｍｍ）１００
部を用い、カード機でシートを形成し、当該シートを水
流交絡機で繊維を交絡させて、目付１００ｇ／ｍ²の繊
維シート材を作製した。次いで、実施例１と同様の前処
理を施した後、孔径０．１０ｍｍ，孔径ピッチ０．６ｍ
ｍの口金より１００ｍ／ｓの大気を３０秒間、不織布両
面に各３回、噴射させた。その後、粒子捕集効率、圧力
損失を測定し、ＱＦ値を算出した。結果を表１に示す。

【００２６】（比較例１）実施例１と同様の前処理を施
したポリプロピレンメルトブロー不織布（目付３０ｇ／
ｍ²）の粒子捕集効率、圧力損失を測定し、ＱＦ値を算
出した。結果を表１に示す。

【００２７】（比較例２）実施例１と同様の前処理を施
したポリプロピレンメルトブロー不織布（目付３０ｇ／
ｍ²）に対して、孔径０．１０ｍｍ，孔径ピッチ０．６
ｍｍの口金より３ｍ／ｓの大気を３０秒間、不織布両面
に各３回、噴射させた。その後、粒子捕集効率、圧力損
失を測定し、ＱＦ値を算出した。結果を表１に示す。

【００２８】（比較例３）実施例１と同様の前処理を施
したポリプロピレンメルトブロー不織布（目付３０ｇ／
ｍ²）をアルミ平板の接地極に置き、コロナ針電極を用
いて、１０ｋＶ／ｃｍの高電圧を５秒間印加した。その
後、粒子捕集効率、圧力損失を測定し、ＱＦ値を算出し
た。結果を表１に示す。

【００２９】（比較例４）実施例１と同様の前処理を施
したポリプロピレンメルトブロー不織布（目付３０ｇ／
ｍ²）に、孔径０．１３ｍｍ，孔径ピッチ１．０ｍｍの
口金より、水圧２ＭＰａで水流を両面に１回ずつ噴射さ
せた。その後、粒子捕集効率、圧力損失を測定し、ＱＦ
値を算出した。結果を表１に示す。

【００３０】（比較例５）実施例１と同様の前処理を施
したポリ乳酸メルトブロー不織布（目付３０ｇ／ｍ²）
をアルミ平板の接地極に置き、コロナ針電極を用いて、
１０ｋＶ／ｃｍの高電圧を５秒間印加した。その後、粒
子捕集効率、圧力損失を測定し、ＱＦ値を算出した。結
果を表１に示す。

【００３１】（比較例６）実施例１と同様の前処理を施
したポリ乳酸メルトブロー不織布（目付３０ｇ／ｍ²）
に、孔径０．１３ｍｍ，孔径ピッチ１．０ｍｍの口金よ
り、水圧２ＭＰａで水流を両面に１回ずつ噴射させた。
その後、粒子捕集効率、圧力損失を測定し、ＱＦ値を算
出した。結果を表１に示す。

【００３２】（比較例７）実施例６において作製した不
織布について、実施例１と同様の前処理を施した後、孔
径０．１０ｍｍ，孔径ピッチ０．６ｍｍの口金より０．
０３ｍ／ｓの大気を３０秒間、不織布両面に各３回、噴
射させた。その後、粒子捕集効率、圧力損失を測定し、
ＱＦ値を算出した。

【００３３】

【表１】

【００３４】実施例１、比較例１〜２より、気流の速度
が下限値以下であると、ほとんど荷電されないことが分
かる。

【００３５】実施例１、比較例３〜４より、従来の荷電
処理方法より高速気流処理方法の方が、粒子捕集効率、
ＱＦ値ともに優れており、より高度にエレクトレット化
されていることが分かる。また、実施例５、比較例５〜
６より、ポリ乳酸不織布のようなやや親水性の多孔性誘
電体シートでは、より顕著にその傾向が現れていること
が分かる。これは、以下のような理由であると考えられ
る。シートの親水性が増すと含水率が大きくなり、シー
トを構成する材質の体積抵抗率が低下するため、蓄積電
荷が減衰してしまう。特に、外気に最も曝されやすいシ
ート表面部分が吸水しやすく、シート表面の電荷が最も
減衰しやすいといえる。それ故、主に不織布表面に電荷
を蓄積させる直流コロナ荷電では、電荷の減衰が激しく
なる。また、シート内部まで水流を衝突させる水流噴霧
荷電法では、シート内部まで吸水してしまい、体積抵抗
率の低下が生じ、その結果、電荷の蓄積が少なくなって
いると考えられる。

【００３６】実施例１〜３より、直流コロナ荷電処理を
前もって行った方が、高速気流処理の回数が少なくて済
み、また、高度にエレクトレット化されていることが分
かる。

【００３７】実施例１、４より、水流交絡処理を前もっ
て行った方が、多孔性誘電体シートの均一性が増し、高
度にエレクトレット化されていることが分かる。

【００３８】実施例６、比較例７より、通常の通風程度
の流速より、毎秒１００ｍの高速気流の方が高度にエレ
クトレット化されていることが分かる。これは、通常の
通風程度では異種繊維材料間の摩擦帯電しか起こらない
のに対し、高速気流条件下では繊維と気流の間でも摩擦
帯電が生じるため、より高度にエレクトレット化され
る。

【００３９】

【発明の効果】多孔性誘電体シートに、気体を毎秒５ｍ
以上の速度で衝突させることにより、該多孔性誘電体シ
ート内部まで十分に荷電することができ、また、衝突時
の電荷減衰がなく高度に荷電することができ、その結
果、高帯電エレクトレット濾過材を提供できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔性誘電体シートに高速気流を衝突さ
せることによりエレクトレット化したことを特徴とする
エレクトレット濾過材。
【請求項２】高速気流の衝突速度が毎秒５ｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット濾
過材。
【請求項３】該多孔性誘電体シートが生分解性ポリエ
ステルを含有することを特徴とする請求項１乃至２のい
ずれかに記載のエレクトレット濾過材。