JP2015085232A

JP2015085232A - 耐油性エレクトレットろ材

Info

Publication number: JP2015085232A
Application number: JP2013224008A
Authority: JP
Inventors: 俊克円城寺; Toshikatsu Enjoji
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】オイルミストに耐久性に優れたエレクトレットフィルターを提供することにある。【解決手段】ポリパーフルオロアルキルエチルメタクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリアルキルエチレン、およびポリエチレンの共重合体からなる融点９０〜２００℃を有するフッ素含有樹脂を、平均繊維径０．１〜３０μｍの不織布の少なくとも片面に固形成分量０．０１〜２５．０ｇ／ｍ２を添着させたことを特徴とするエレクトレットろ材。【選択図】なし

Description

本発明は、粒子をガスから除去、特にエーロゾルを空気から除去するのにエレクトレットフィルターに使用するエレクトレットろ材に関する。詳しくは、オイルミスト（すなわち、液体エーロゾル）の存在下でのろ材寿命を向上したエレクトレットろ材に関する。

エレクトレットフィルターは粉塵の負荷により電気力線の遮蔽や表面電荷の減衰が生じ、とくにオイルミストの付着による効率低下が顕著であることが知られている。

このエレクトレットフィルター効率低下に対処するために多くの方法が開発されている。例えば、エレクトレットフィルター効率低下を抑制する方法として、フッ素系樹脂やフッ素系添加剤をポリマーに加え、ウェブ状にした物品をエレクトレット化したエレクトレットフィルターが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

または、フッ素含有化学種を含む雰囲気にポリマー物品を曝露することにより、ポリマー物品の表面が変性されたフッ素原子を含有する物品（例えば、特許文献２参照）や、フッ素含有撥水撥油剤を添着した物品をエレクトレット化したものが挙げられる（例えば、特許文献３参照）。このようなフッ素含有フィルターは繊維の表面張力が小さくなりオイルミストを弾く特徴を有する。そのためオイルミストの液滴の拡がりを最小化し、オイルミスト負荷がかかってもエレクトレット効果の低下を抑制しフッ素を含有しないフィルターよりも長寿命となる。

しかし、かかる従来技術のうち、フッ素含有撥水撥油剤のみを付着させたエレクトレットろ材は繊維表面においてフッ素含有樹脂の分子運動により帯電繊維の電荷を放出し、時間経過とともにフィルター効率が低下してしまう問題があった。

特開２００９−６３１３号公報特表２００８−５４０８５６号公報特開２００４−３５２９７６号公報

本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の目的は、オイルミスト耐久性および電荷安定性に優れた耐油性エレクトレットろ材を提供することにある。

本発明者が鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
１．ポリパーフルオロアルキルエチルメタクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリアルキルエチレン、およびポリエチレンの共重合体からなる融点９０〜２００℃を有するフッ素含有樹脂を、平均繊維径０．１〜３０μｍの不織布の少なくとも片面に固形成分量０．０１〜２５．０ｇ／ｍ^２となるよう添着させた後、エレクトレット化処理したエレクトレットろ材。

本発明の耐油性エレクトレットろ材は、フッ素含有樹脂の不織布を構成する繊維表面への付着によりろ材を構成する繊維の表面張力値が低下し撥水撥油性および耐油性が向上する。

タバコ負荷試験のイメージ図である。

本発明の耐油性エレクトレットろ材に使用する不織布としては、種々のものを使用できるが、スパンボンド不織布、スパンレース不織布、メルトブローン不織布またはフィルムスプリット不織布のいずれかであることが好ましい。不織布の目付としては、１〜２００ｇ／ｍ^２のものが好ましく使用でき、５〜１００ｇ／ｍ^２のものがより好ましく使用でき、１０〜５０ｇ／ｍ^２のものがさらに好ましく使用できる。

本発明の耐油性エレクトレットろ材に使用する不織布は、平均繊維径が０．１〜３０μｍである繊維より形成される。より好ましい平均繊維径は０．５〜２５μｍである。平均繊維径が０．１μｍより小さいと、自己支持性が乏しいため好ましくなく、３０μｍより大きいと、表面積が小さくなり、目詰まり効果が低減されるため好ましくない。

本発明の耐油性エレクトレットろ材に使用する不織布の空隙率は５０〜９５％であることが好ましい。空隙率が５０％未満であると通気抵抗が高いため好ましくなく、９５％を超えると繊維の引張強度の低下が著しくろ材として使用できなくなるため好ましくない。
不織布を構成する繊維の断面形状は円形、多角形、矩形、中空形、Ｙ形、Ｘ形などが挙げられる。

本発明の耐油性エレクトレットろ材に使用する不織布を構成する繊維に使用するポリマーの具体例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ポリヒドロキシブチレート-ポリヒドロキシバリレート共重合体、ポリカプロラクトン等の脂肪族ポリエステルおよびその共重合体、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン１０、ナイロン１２、ナイロン６１２等の脂肪族ポリアミドおよびその共重合体、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィンおよびその共重合体、エチレン単位を２５モル％から７０モル％含有する水不溶性のエチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリスチレン系、ポリジエン系、塩素系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、芳香族ポリアミド系、フッ素系のエラストマー等の中から少なくとも一種類を選んで用いることができる。もちろん、これらのポリマーは、共重合成分により共重合されていても良い。例えば、上記芳香族ポリエステルでは、テレフタル酸の一部やジオールの一部が他のジカルボン酸やジオールで置換されていてもよい。

本発明の耐油性エレクトレットろ材に使用する不織布の少なくとも片面にフッ素含有樹脂を添着させるためには、例えばフッ素含有樹脂のエマルジョンもしくはフッ素系溶媒に溶解させたフッ素含有樹脂を不織布に付与し、これを乾燥させればよい。これによって不織布の表面にフッ素含有樹脂を膜状に付着させることができる。そして、乾燥後に熱処理を施すことで、不織布の表面に付着したフッ素含有樹脂の密着性を高めることができる。フッ素含有樹脂のエマルジョンもしくはフッ素系溶媒に溶解させたフッ素含有樹脂を不織布の少なくとも片面に付与する方法としては、例えばディッピング（含浸）させたり、スプレー噴霧したりする方法が挙げられる。

本発明に使用するフッ素含有樹脂は、単量体としてパーフルオロアルキルエチルメタクリレートモノマー、アルキルメタクリレートモノマー、アルキルエチレンモノマー、およびエチレンモノマーを共重合した樹脂である。熱や経時変化に伴うフッ素含有樹脂の分子運動を抑制するために使用するフッ素含有樹脂の融点は９０〜２００℃である。

パーフルオロアルキルエチルメタクリレートモノマーのフルオロアルキル基数は、長鎖フルオロアルキル化合物の一種であるＰＦＯＡ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｏｃｔａｎｏｉｃａｃｉｄ）に対する環境負荷が問題となっていることから６以下が好ましい。

アルキルメタクリレートモノマーのアルキル基炭素数は、熱や経時変化に伴うフッ素含有樹脂の分子運動による帯電繊維の電荷放出を抑制するために、側鎖結晶性および融点を高める８以上が好ましい。

このようなフッ素含有樹脂としては、例えばフロロテクノロジー社製フロロサーフ（登録商標）ＦＳ−１０４０ＴＨ−０．５などを用いることができる。

不織布に付着させるフッ素含有樹脂の量は固形成分量で０.０１〜２５.０ｇ／ｍ^２である。固形成分量で０．０１ｇ／ｍ^２より付着量が少なすぎると撥油性が不十分となり、２５．０ｇ／ｍ^２より多すぎるとろ材の通気性が低下してしまう問題がある。

フッ素含有樹脂を添着させた不織布をエレクトレット化する方法としては、コロナ荷電、電界荷電、熱間電界荷電、電子線照射などを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、高帯電量で電荷が安定的に保持されるのであれば他の荷電方法を用いてもよい。コロナ荷電、電界荷電で行う場合は、１０ｋＶ／ｃｍ以上で電界強度が好ましく、１５ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度が一層好ましい。電子線照射の場合は、０．１〜１Ｍｒａｄ程度で照射することが好ましい。

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

まず、本実施例で用いたろ材の試験方法を以下に示す。

（タバコ負荷試験によるオイルミスト耐久性評価）
オイルミストの負荷として、タバコ煙を用いて評価した。評価手順は下記にタバコ負荷装置図は図１に示す。
（１）通気用フォルダに２０ｃｍ^２のサンプルを装着する。
（２）ＢＯＸ内でタバコ２本を機械吸引する。
（３）消炎後にダイアフラムポンプを用いて風速１０ｃｍ／ｓにて１０分間循環濾過する。
（４）風速５ｃｍ／ｓにおける大気塵捕集効率を計測する。
（５）（１）〜（４）を繰り返し行う。
（４）の大気塵捕集効率評価は下記条件で行った。
評価粒子：大気塵
計測法：光散乱計数法（範囲０．３―０．５μｍ）
評価風速：５ｃｍ／ｓ
なお、フィルターの捕集効率は上流側と下流側の粒子数から下式にて算出した。
フィルター捕集効率（％）＝（１−（下流側個数÷上流側個数））×１００

（電荷安定性評価）
作製したサンプルを８０℃、３０分間の高温環境下におき、サンプルの耐熱性および経時劣化の加速試験を行った。電荷安定性は、高温熱処理前後での大気塵捕集効率から下記式にて性能維持率を算出した。これは、本検討で用いているエレクトレット濾材は風速５ｃｍ／ｓにおける０．３〜０．５μｍの初期捕集効率に関し、静電引力の寄与する割合が９割程度であるため電荷量の代替指標として利用できるためである。
性能維持率＝Ｌｎ(劣化処理後透過率)÷Ｌｎ（劣化処理前透過率）
（※ただし透過率＝１−捕集効率（％）÷１００）

＜実施例１＞
フッ素コーティング剤であるフロロテクノロジー社製フロロサーフ（登録商標）ＦＳ−１０４０ＴＨ−０．５(固形分０．５％)を２０ｗｔ％、塩化メチレン８０ｗｔ％となるように溶液を混合し混合液を得た。次にポリプロピレン不織布（平均繊維径１．５〜３μｍ、目付３０ｇ／ｍ^２）に前記混合液を不織布重量に対し約１１００ｗｔ％添着し、風乾させた後、８０℃で２０分乾燥処理を行った。このようにして、フッ素含有樹脂（融点１００〜１３０℃）を１．６ｗｔ％（対不織布重量）付着させた。エレクトレット化はフッ素含有樹脂を付着させた不織布をアルミ平板の接地電極上に置き、不織布との１ｃｍの距離から針状電極を用いて電圧２０ｋＶ、１０秒間のコロナ荷電処理を実施した。このろ材において、タバコ負荷試験によるオイルミスト耐久性評価と電荷安定性の評価を行った。

＜比較例１＞
ポリプロピレン不織布（平均繊維径１．５〜３μｍ、目付３０ｇ／ｍ^２）をアルミ平板の接地電極上に置き、不織布との１ｃｍの距離から針状電極を用いて電圧２０ｋＶ、１０秒間のコロナ荷電処理を実施し、エレクトレットろ材を得た。このろ材において、タバコ負荷試験によるオイルミスト耐久性評価と電荷安定性の評価を行った。

＜比較例２＞
フッ素樹脂エマルジョンである旭硝子株式会社製アサヒガード（登録商標）ＡＧ−Ｅ０９２（固形分２０ｗｔ％）を４ｗｔ％、水を７６ｗｔ％、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を２０ｗｔ％となるよう溶液を混合し混合液を得た。次にポリプロピレン不織布（平均繊維径１．５〜３μｍ、目付３０ｇ／ｍ^２）に前記混合液を不織布重量に対し約２００ｗｔ％添着し、８０℃で１０分乾燥処理を行った。このようにして、フッ素含有樹脂（融点３５〜５０℃）を１．４ｗｔ％(対不織布重量)付着させた。エレクトレット化はフッ素樹脂を付着させた不織布をアルミ平板の接地電極上に置き、不織布との１ｃｍの距離から針状電極を用いて電圧２０ｋＶ、１０秒間のコロナ荷電処理を実施したものを用いた。このろ材において、タバコ負荷試験によるオイルミスト耐久性評価と電荷安定性の評価を行った。

実施例１と比較例１を比べることにより、フッ素含有樹脂を付着させることによりタバコ煙のオイルミストに対する寿命向上の効果が得られることがわかる。

実施例１と比較例２を比べることにより、フッ素含有樹脂の融点が高いもので加工したほうが電荷安定性が向上することがわかる。

本発明により、顔面マスクなどのマスク、家庭及び産業用冷房装置、加熱炉、空気クリーナ、真空クリーナ、医用及び送気管フィルター、及び車両中及びコンピュータ及びディスクドライブなどの電子装置における空気浄化系等、多数の濾過用途に使用することができ、産業界への寄与大である。

１：ダイヤフラムポンプ
２：デジタル粉塵計
３：タバコ吸引機
４：タバコ煙拡散用ファン
５：サンプルホルダー
６：１ｍ^３密閉ボックス

Claims

ポリパーフルオロアルキルエチルメタクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリアルキルエチレンおよびポリエチレンの共重合体からなる融点９０〜２００℃を有するフッ素含有樹脂を、平均繊維径０．１〜３０μｍの不織布の少なくとも片面に固形成分量０．０１〜２５.０ｇ/ｍ^２を添着させたことを特徴とするエレクトレットろ材。