JP2553054B2 - エレクトレツト化繊維およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，半導体製造，病院等のクリーンルーム，防
塵マスク，家庭用の室内空気清浄器等に用いられる防塵
用フィルタ用のエレクトレット化繊維およびその製造方
法に関し，特に,1μｍ以下の塵埃粒子を高効率にて除去
し得る防塵フィルタに用いられるエレクトレット化繊維
およびその製造方法に関する。

（従来の技術） １μｍ以下の塵埃粒子を高効率で除去する防塵用フィ
ルタには，従来，繊維径がサブミクロン単位の極めて細
いガラス繊維を，例えば湿式製紙法によりシート状にし
たものが広く採用されている。このような防塵用フィル
タは，ガラス繊維の径がサブミクロン単位であることか
ら，サブミクロン単位の塵埃も除去し得て除塵効率が高
い反面，通気抵抗が高く，また，シート状になっている
ため強度が弱くて脆いという欠点を有している。さら
に，ガラス繊維を100％用いたフィルタは，使用後の廃
棄に際して減容が困難であるという欠点も有している。

このような欠点を有するガラス繊維を用いた防塵用フ
ィルタに代わり，高い除塵効率を維持しつつ，通気抵抗
を低くするべく，高分子物質を用いた極細の繊維を，持
続性のある分極特性を示すようにエレクトレット化し
て，防塵用フィルタに用いることが提案されている。

例えば，特公昭56−47299号公報には，無極性の高分
子物質をフィルム状に延伸した後に，コロナ電荷装置に
てエレクトレット化し，このエレクトレット化されたフ
ィルムを，スプリット法により細かく裂いて繊維状にす
る方法が開示されている。このような方法により得られ
るエレクトレット化繊維を用いた防塵用フィルタは，静
電気力により高効率にて除塵することができ，しかも通
気抵抗が低いという長所を有している。しかし，スプリ
ット法により繊維化するため，繊維径を小さくすること
には限界があり，得られる繊維の径が太くなる。このよ
うな繊維を用いたフィルタは，フィルタの厚さが薄けれ
ば，サブミクロン単位の塵埃を除去することができず，
また，塵埃保持量も低下する。除塵効率を高めるために
は，フィルタを厚くしなければならない。さらに，フィ
ルムをエレクトレット化した後にスプリット法により繊
維化しているため，工程が多く，経済性を損ねている。

特公昭59−124号公報には，溶融した高分子物質と，
高速気体との複合流とにより，高分子物質を微細繊維化
するメルトブロー法により得られた繊維を，溶融もしく
は半溶融状態でエレクトレット化し，エレクトレット化
した繊維を不織布化する方法が開示されている。この方
法では，エレクトレット化された極細の繊維が得られる
が，溶融状態もしくは半溶融状態で，コロナ荷電により
エレクトレット化しているため，分極作用と共に電荷の
中和作用も同時に起こり，得られる繊維を高帯電レベル
に維持することが困難である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記従来の問題を解決するものであり，その
目的は，安定した高帯電レベルにエレクトレット化さ
れ，防塵用フィルタに用いて好適なエレクトレット化繊
維を提供することにある。

本発明の他の目的は，短時間に安定した高帯電レベル
のエレクトレット化繊維を製造し得る方法を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のエレクトレット化繊維は，防塵用フィルタに
用いられるエレクトレット化繊維であり，絶縁性高分子
材料に脂肪酸金属塩が配合された極細のメルトブロー繊
維状物が冷却固化された状態でエレクトレット化されて
なり，そのことにより上記目的が達成される。

また，本発明のエレクトレット化繊維の製造方法は防
塵用フィルタに用いられるエレクトレット化繊維の製造
方法であり，脂肪酸金属塩を絶縁性高分子材料に配合し
て，これをメルトブロー法により極細の繊維状物とする
工程と，該極細の繊維状物が冷却固化した後にエレクト
レット化する工程とを包含してなり，そのことにより上
記目的が達成される。

電気絶縁性の高分子材料は，メルトブロー法にて極細
の繊維状にするためには，熱可塑性樹脂が用いられる。
また，該高分子材料の電気絶縁性の程度は，体積抵抗率
で10¹²Ω・cm以上のものが好ましい。このような高分子
材料としては，ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリエ
チレンテレフタレート，ナイロン，ポリメチルメタクリ
レート等が好適である。

高分子材料に配合される脂肪酸金属塩は，エレクトレ
ット化する際に，例えばコロナ電極から放出されるイオ
ン流から，繊維上に到達した電荷を効果的にトラップす
るものと考えられる。このような脂肪酸金属塩として
は，ラウリン酸，パルミチン酸，ステアリン酸，オレイ
ン酸等の脂肪酸と，アルミニウム，マグネシウム，カル
シウム，亜鉛等の金属との化合物が挙げられる。このよ
うな脂肪酸金属塩を，金属基準で100ppm以上，好ましく
は300ppm以上で2000ppm以下の範囲にて配合すればよ
い。

脂肪酸金属塩が配合された高分子材料は，メルトブロ
ー法で極細の繊維状にし，冷却固化した後にエレクトレ
ット化される。高分子材料を極細の繊維状にする方法と
しては，フラッシュ紡糸法，静電場紡糸法，遠心紡糸法
等があるが，高分子材料を極細の繊維状として高帯電レ
ベルにエレクトレット化するためには，メルトブロー法
が最適である。メルトブロー法は，第１図に示すよう
に，加熱部材12にて加熱されたノズル11先端の周囲へ，
エア供給管13より加熱エアを高速にて噴出させておき，
ノズル11先端から溶融高分子材料14を該加熱エア中へ吐
出させることにより，溶融高分子と加熱エアとの複合流
を形成し，吐出される溶融高分子材料14を極細の繊維状
とする。

メルトブロー法により繊維状とされた溶融高分子材料
14は，冷却固化された後に，例えば第２図に示すように
コロナ電極15を用いて荷電することによりエレクトレッ
ト化して，エレクトレット化繊維が得られる。メルトブ
ロー法によれば，溶融あるいは半溶融状態のように，未
硬化状態で高分子材料が高速でノズルから吐出されるた
め，このような高分子材料をコロナ荷電すれば，電荷の
捕捉と共に電荷の中和作用も並行して起こり，ある程度
の帯電レベルとされるが，十分な帯電レベルにならな
い。しかし，繊維状の高分子材料には脂肪酸金属塩が配
合されているため，高速で通流する繊維状高分子材料
は，コロナ荷電時間が数ミリ秒と極めて短くても，脂肪
酸金属塩が効果的に電荷を捕捉し得るため，高帯電レベ
ルとされる。しかも，高分子材料が完全に固化した後
に，脂肪酸金属塩が高分子材料の表面に到達した電荷を
効果的に捕捉するため，確実に高帯電レベルとされる。

このようにして得られるエレクトレット化繊維は，例
えば，不織布とされて，防塵用フィルタとして用いられ
る。

エレクトレット化の評価は，エレクトレット化された
材料が例えばフィルム状であれば，その表面電荷を，振
動容量型電位計等を利用して直接測定し，その経時変化
を追跡することで，比較的容易に行えるが，エレクトレ
ット化された繊維を不織布とした場合には，不織布の表
層においては，電界がほとんど形成されず，表面電荷を
測定できないために困難である。これは，不織布内にエ
レクトレット化繊維がランダムに配列されていることか
ら，個々の繊維が形成する電界が，不織布内にて相殺さ
れるためである。このため，不織布のエレクトレット化
の評価は，該不織布を防塵フィルタとして用いて，その
除塵効率を評価することによる，間接的方法により行わ
れる。つまり，不織布が高帯電レベルにエレクトレット
化されていれば，除塵効率が向上し，防塵フィルタとし
て長期にわたって使用される。

（実施例） 以下に本発明の実施例について説明する。

実施例１ 絶縁性高分子材料として，ポリプロピレンを用い，こ
れに脂肪酸金属塩としてステアリン酸マグネシウム
〔（C₁₇H₃₅COO）₂Mg〕を，マグネシウム基準で500ppm配
合し，径が200mmの横型押出機を用いて，直列に配列さ
れた径が0.2mmのノズルから押し出した。それぞれのノ
ズルの両側に配設したスリットから300℃の加熱空気を
噴出させて，メルトブロー法により極細の繊維を形成し
た。ノズル面から，下流側250mmの位置にコロナ電極を
配設し，該コロナ電極に−30KVの電圧を印加して，ノズ
ルから吐出されて該コロナ電極に達するまでに冷却固化
された繊維状物をエレクトレット化した。該コロナ電極
の下流にはサクションボックスが配設されており，該サ
クションボックス上にて，エレクトレット化された繊維
を通気性シートに挟み取って，目付40g/m²,平均繊維径
５μｍのエレクトレット化繊維のウェブを得た。

このウェブにサブミクロン単位の食塩粒子を含む空気
を，通気速度10cm/secで流通させ,0.5〜1.0μｍの粒子
について，入口濃度および出口濃度を光散乱計数法で測
定して除塵効率を求めた。この場合の除塵効率は95％で
あった。

実施例２ 脂肪酸金属塩として配合されるステアリン酸マグネシ
ウムが，マグネシウム基準で1000ppmとしたこと以外
は，実施例１と同様である。この場合の除塵効率は98％
であった。

実施例３ 絶縁性高分子材料として，ポリプロピレンを用い，こ
れに脂肪酸金属塩として，パルミチン酸アルミニウム
〔（C₁₅H₃₁COO）₃Al〕をアルミニウム基準で500ppm配合
し，実施例１と同様の方法で目付40g/m²,平均繊維径５
μｍのエレクトレット化繊維のウェブを作成し，実施例
１と同様の方法で除塵効率を求めた。除塵効率は96％で
あった。

実施例４ 脂肪酸金属塩として配合されるパルミチン酸アルミニ
ウムをアルミニウム基準で1000ppm配合したこと以外
は，実施例３と同様である。除塵効率は98％であった。

比較例１ コロナ電極の配設位置をノズル面から30mmとして，ノ
ズルから吐出される繊維が完全に固化しない状態でコロ
ナ荷電を行ったこと以外は実施例１と同じである。除塵
効率は80％であった。

比較例２ コロナ電極によるコロナ荷電を行わなかったこと以外
は，実施例１と同じである。除塵効率は44％であった。

比較例３ 脂肪酸金属塩としてのステアリン酸マグネシウムを配
合せず，絶縁性高分子材料であるポリプロピレンのみを
用いたこと以外は，実施例１と同様である。除塵効率は
75％であった。

比較例４ コロナ電極の配設位置をノズル面から30mmとして，ノ
ズルから吐出される繊維（ポリプロピレンのみ配合）が
未固化の状態でコロナ荷電を行ったこと以外は，比較例
３と同様である。除塵効率は70％であった。

比較例５ コロナ電極によるコロナ荷電を行わなかったこと以外
は，比較例３と同じである。除塵効率は30％であった。

比較例６ 絶縁性高分子材料としてポリプロピレンを用い，脂肪
酸金属塩としてステアリン酸マグネシウムをマグネシウ
ム基準で500ppm配合したものを，メルトブロー法ではな
く，通常の溶融紡糸により未延伸糸とし,3.5倍に延伸す
る過程で，−30KVでコロナ荷電を施して，平均繊維径20
μｍのエレクトレット化繊維を得た。これを通気性シー
トに挟みとって，目付40/m²のウェブとして，実施例１
と同様の方法にて除塵効率を求めた。除塵効率は53％で
あった。

比較例７ コロナ電極によるコロナ荷電を行わなかったこと以外
は，実施例３と同様である。除塵効率は46％であった。

実施例１〜4,および比較例１〜７を表１にまとめた。

本発明方法により得られるエレクトレット化繊維は，
除塵効率が95％以上の防塵フィルタとして機能し，しか
も４ヶ月経過後も，除塵効率はほとんど低下しなかっ
た。

（発明の効果） 本発明のエレクトレット化繊維は，このように，絶縁
性の高分子材料に脂肪酸金属塩を配合し，かつ極細のメ
ルトブロー繊維状物を冷却固化した状態でエレクトレッ
ト化しているため，脂肪酸金属塩が高分子材料の表面に
到達した電荷を効果的に捕捉するため，確実に高電荷レ
ベルとされ，安定した高帯電レベルにエレクトレット化
された極細のエレクトレット化繊維が得られ，このエレ
クトレット化繊維を用いると高除塵効率の防塵用フィル
タが容易に得られる。

また，本発明のエレクトレット化繊維の製造方法によ
れば，安定した高帯電レベルにエレクトレット化された
極細の繊維が得られるため，製造されたエレクトレット
化繊維は，防塵用フィルタに用いて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はメルトブロー法の原理説明図，第２図はコロナ
荷電によるエレクトレット化の模式図である。 11……ノズル,14……高分子材料,15……コロナ電極。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０６Ｍ 10/00 Ｄ０６Ｍ 10/00 Ｌ (72)発明者 高瀬 敏 大津市堅田２丁目１番１号 東洋紡績株 式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−122021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−168511（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】防塵用フィルタに用いられるエレクトレッ
   ト化繊維であり， 絶縁性高分子材料に脂肪酸金属塩が配合された極細のメ
   ルトブロー繊維状物が冷却固化された状態でエレクトレ
   ット化されてなるエレクトレット化繊維。
2. 【請求項２】防塵用フィルタに用いられるエレクトレッ
   ト化繊維の製造方法であり， 脂肪酸金属塩を絶縁性高分子材料に配合して，これをメ
   ルトブロー法により極細の繊維状物とする工程と， 該極細の繊維状物が冷却固化した後にエレクトレット化
   する工程と， を包含するエレクトレット化繊維の製造方法。