JP2595586B2 - エレクトレットフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

エレクトレットフィルターおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はクリーンルームの空気清浄、ビルの空気調和
や工場排気の浄化用等のエアーフィルター、空気清浄
機、掃除機、複写機などのエアーフィルターやマスクな
どに用いることのできる高帯電量エレクトレットフィル
ターに間するものである。
(従来技術) 従来、エレクトレットフィルターには特公昭56−4729
9に開示されているエレクトレットフィルターがある。
このフィルターはフイルムをエレクトレット化し、次い
で小繊維化してシート化されるため、フィルターのもつ
帯電量は大きいが、フイルムのスプリット幅を狭く切る
ことが出来ないため、繊維が矩型で繊維の形状による機
械的捕集効果が小さく、これが原因でフィルターを長期
にわたって使用すると静電気の中和現象によって捕集効
率が経時時に低下し捕集効率が回復しないと言う問題が
あった。特開昭53−40073に開示されている絶縁フイル
ムをアース電極上に敷いて、その上に繊維シートを置
き、エレクトレット化する方法から作製されるフィルタ
ーは繊維シートが多孔質のために帯電量が低く、高い捕
集効率が得られないと言う問題があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明はかかる従来技術における問題点すなわち長期
にわたって使用しても捕集効率が低下しない、高レベル
に帯電したエレクトレットフィルターの提供を目的とす
るものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意検討した結果、本
発明に到達したものである。
本発明は電荷保持構造体が主としてエレクトレット繊
維と微粒子からなり、前記微粒子が前記繊維表面に繊維
重量に対し0.01〜20重量%付着していることを特徴とす
る高帯電エレクトレットフィルターおよび繊維物質表面
に有機および/または無機微粒子を存在させて荷電処理
を施すエレクトレットフィルターの製造方法である。
本発明において電荷保持構造体とは静電気放電によっ
て電荷を中和消失させることなく、電荷を安定凍結状態
に固定できる構造体である。
本発明におけるエレクトレット繊維と微粒子とから成
る、電荷保持構造体とは1本のエレクトレット繊維の表
面に多数個の微粒子が付着した構造体や微粒子の付着し
たエレクトレット繊維が多数本交絡したバルク状やシー
ト状の構造体などがあり、これら構造体中に多量の電荷
を固定することによって高帯電量エレクトレットフィル
ターとなり得るものである。第1図に本発明の一例を示
した。構造体中の電荷の固定位置はエレクトレット繊維
および微粒子とそれらの接触界面がありこれら構造体に
おいて、微粒子はエレクトレット、非エレクトレットの
いずれでもよいが、繊維はエレクトレットであることが
必須の要件である。繊維が非エレクトレットである場合
には構造体中での電荷安定性が著しく悪く、高帯電量エ
レクトレットフィルターとして使えないものとなる。
本発明において、高帯電量エレクトレットフィルター
はエレクトレット繊維と微粒子のそれぞれに固定された
電荷の総量を越える電荷を安定的に保持することができ
る。この現象は荷電後、エレクトレット繊維と微粒子の
相互作用によってそれら単独で保持される電荷以外に構
造体中の接触界面に電荷が保持されることによるものと
推定され、この点が従来のエレクトレットフィルターと
全く異なる本発明における微粒子とエレクトレット繊維
間の重要な作用効果なのである。
更に重要なことは、こうした相互作用によって生じた
電荷は容易に中和消失することなく、安定的にエレクト
レットフィルターに電荷保持されると言う点である。
本発明におけるエレクトレット繊維には、ポリプロピ
レン、ポリエチレン、ポリ−3−メチル−1−ブテン、
ポリ−4−メチル−1−ペンテン、ポリ弗化ビニリデ
ン、ポリテトラフロロエチレン、ポリカーボネート、ポ
リスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアクリロ
ニトリル、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド等
の絶縁性有機質繊維やホウケイ酸ガラス、石英ガラスな
どの絶縁性無機質繊維があるが好ましくはポリプロピレ
ン、ポリ−3−メチル−1−ブテン、ポリ−4−チメル
−1−ペンテン、ポリ弗化ビニリデン、ポリカーボネー
トなどである。
本発明におけるエレクトレット繊維は短繊維と長繊維
とがあり、その集合形態としては織物,編物や不織布な
どがある。これらの繊維の断面形状は円形、三角形、矩
形、異形などがあり、その繊維径は100μm以下、好ま
しくは40μm以下、より好ましくは4μm以下である。
本発明において、エレクトレット繊維はその繊維表面
をあらかじめ紫外線、放射線のごとき高エネルギー線に
よる処理、酸アルカリ等の薬液処理や表面コーテイング
処理を施すことによって、電荷の保持安定性、電荷の帯
電量向上をさせることができる。
本発明における微粒子には無機質、有機質あるいはそ
れら二種以上の混合された常温において固体の物質があ
り、具体的にはガラスなどのセラミック微粒子、銅、ニ
ッケル、アルミニウムなどの金属や微粒子、酸化チタ
ン、酸化ケイ素、酸化鉄、チタン酸、バリウムなどの金
属酸化物微粒子、窒化ニッケル、窒化チタンなどの金属
窒化物微粒子、カーボン、タルク、などの無機質微粒
子、ステアリン酸、セバチン酸などのカルボン酸やその
金属塩やカルナウバーワックス、松やになどの微粒子、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリアミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリテトラ
フロロエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ピリニデン、セルロース、ポリビニルアルコールな
どの有機質微粒子が挙げられるが好ましくは、カーボ
ン、アルミニウム、ポリエチレン、セバチン酸、カルナ
ウバーワックス、更に好ましくはセバチン酸、カルナウ
バーワックスである。
本発明における微粒子の大きさは一次粒子として20μ
m以下、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.2μ
m以下である。これら一次粒子は繊維表面に独立して個
々に付着していることが好ましいが、凝集した二次粒子
として付着していてもさしつかえない。
本発明における微粒子の形状は球状、楕円状、立方体
状、直方体状、星状、針状、台形状などがある。
本発明における微粒子の付着量はエレクトレット繊維
の重量に対して0.01〜20重量%以下、好ましくは0.05〜
5重量%以下、より好ましくは0.1〜1%以下である。
微粒子の大きさが小さければ小さい程、微粒子の単位重
量あたりの表面積は増え、エレクトレット繊維表面との
接触界面は増加するため、微粒子の付着量が少くても、
高帯電量化の効果は大きい。本発明において、エレクト
レット繊維に対する微粒子の付着にはエレクトレット繊
維と微粒子との一次結合あるいはエレクトレット繊維と
微粒子との静電気、粘着、ファンデアワールスや毛管付
着水による結合などの二次結合が働いておりエレクトレ
ット繊維が付着している微粒子はフィルター使用時の風
圧や振動では容易に再飛散することはない。
本発明において、高帯電量エレクトレットフィルター
の前駆体である繊維と微粒子との構造体はガス中に分散
させた微粒子を繊維に付着させたり、真空中で蒸発生成
させた微粒子を飛散させて繊維に付着させるなどの方法
で作製される。高帯電量エレクトレットフィルターの前
駆体である繊維はエレクトレット、非エレクトレットの
いずれでもよく、かつ繊維は単一繊維から集合形態とし
てのバルク状物やシート状物がある。
本発明における高帯電量エレクトレットフィルター
は、かかる構造体を荷電し、その結果エレクトレット繊
維と微粒子とから成る電荷保持構造体にすることによっ
て作製される。
本発明において高帯電量エレクトレットフィルターに
する荷電方法としてはコロナ荷電、電界荷電、熱間電界
荷電、電子線照射などがあるが、特にこれらに限定する
ものではなく、繊維と微粒子から成る構造体に電荷を注
入し高帯電量で電荷が安定に保持される電荷法であれば
いかなる荷電法を用いることができる。コロナ放電、電
界荷電の場合は10kv/cm以上、好ましくは15kv/cm以上の
電界強度が適しており、電子線照射の場合は0.1〜1Mrad
の照射が望ましい。
本発明において高帯電量エレクトレットフィルターは
(1)式により求められる単繊維捕集効率比η/η
1.5以上を有する。
η/η=ln(1−E)ln(1−E0) (1) ただし、 η0:従来法で作製されるエレクトレットフィルターの単
繊維捕集効率 η:本発明な高帯電量エレクトレットフィルターの単繊
維捕集効率 E0:従来法で作製されるエレクトレットフィルターの実
測される粒子捕集効率 E:本発明の高帯電量エレクトレットフィルターの実測さ
れる粒子捕集効率 ここにおいて、従来法で作製されるエレクトレットフ
ィルターとは本発明における微粒子を繊維に付着させる
ことなど、本発明におけると同じ荷電方法でエレクトレ
ットフィルターを作製することを意味する。
粒子捕集効率の測定は0.3μmの直径のNacl粒子を線
速5cm/secで試験用フィルターに供給したときのフィル
ターの上流側と下流側とのNacl粒子濃度をレーザーパー
ティクルカウンター(リオンKA−14)で計測し(2)式
から求めた値である。
ただし、 C1:試験用フィルターの上流側における0.3μm直径のNa
cl粒子濃度 C2:試験用フィルターの下流側における0.3μmの直径の
Nacl粒子濃度 この1.5倍の単繊維捕集効率の増大は機械的な捕集効
率の寄与は小さく、そのほとんどが静電気的な捕集効率
の増大なのであり、つまり帯電量が従来法のエレクトレ
ットフィルターに比べ大幅に増えたことを示唆してい
る。
本発明によるエレクトレットフィルターの荷電量(粒
子捕集効率から求めた値)は0.8nc/cm2以上、好ましく
は1.0nc/cm2以上である(従来法では0.3〜0.6nc/cm2
0.6nc/cm2以上の荷電は付与できなかった)。
次の実施でもっと具体的に示す。
(実施例) 実施例1 繊維径1.5μmのポリプロピレンメルトブロー不織布
シート(繊維量30g/m2)にエアエジェクターで分散させ
た0.02μm直径の酸化硅素粒子を5cm/secで浸透させ、
0.1g/m2の付着量を不織布シートに付着させた。次い
で、コロナ針電極を用いて半導体シートを敷いたアース
電極面上に酸化硅素粒子を付着させたメルトブロー不織
布シートを置き、20kv/cmの高電圧を4秒間印加して高
帯電量エレクトレットフィルターを作製した。このエレ
クトレットフィルターを試験線速5cm/secで0.3μmのNa
cl粒子の捕集効率をレーザパーティクルカウンター(リ
オンKA−14)で測定した。又、同時に高帯電量エレクト
レットフィルターの圧力損失をマノスターゲージにて測
定した。
比較例1 実施例1のメルトブロー不織布を微粒子を付着処理せ
ずに実施例1と同じ荷電条件でエレクトレット化し、比
較例1のエレクトレットフィルターを作製し、粒子捕集
効率と圧力損失を測定した。
表1に実施例1と比較例1の結果を示した。
実施例1の圧力損失は比較例1の1.2倍と微増した
が、単繊維捕集効率比η/ηは2.1と著しい増加を示
し、本発明における微粒子付着の効果が明らかであっ
た。
実施例2 比較例1のエレクトレットメルトブロー不織布シート
に液化石油ガスの不完全燃焼で発生させた0.1μmの直
径のカーボンブラック粒子を10cm/secで浸透させ、0.2g
/m2を付着させた。次いでコロナ針電極を用いて半導体
シートを敷いたアース電極面上にカーボンブラック粒子
を付着させたエレクトレットメルトブロー不織布シート
を置き、20kv/cmの高電圧を4秒間印加して高帯電量エ
レクトレットフィルターを作製した。
このエレクトレットフィルターを試験線速5cm/secで
0.3μmのNacl粒子の捕集効率をレーザーパーティクル
カウンター(リオンKA−14)で測定した。又、同時に高
帯電量エレクトレットフィルターの圧力損失をマノスタ
ーゲームにて測定した。
比較例2 比較例1のエレクトレットメトルブロー不織布シート
に0.1μmの直径のカーボンブラック粒子を10cm/secで
浸透させ、0.2g/m2を付着させたエレクトレットフィル
ターを実施例2と同じ試験条件で捕集効率と圧力損失を
測定した。
実施例2と比較例2の結果を表2に示した。実施例2
は表1の比較例1と比べると、圧力損失は1.3倍である
が単繊維捕集効率tlη/ηは2.4とその高帯電量化は
顕著であった。
一方、比較例2は比較例1に比べ圧力損失が1.3倍と
増加したのに単繊維捕集効率tlη/ηは1.04と比較例
1とほとんど変らない。つまり、エレクトレット繊維に
微粒子が付着しただけでは高帯電量は得られず、エレク
トレット繊維に微粒子を付着させた構造体を電荷し電荷
保持体とした時にのみ高帯電量となるのである。
比較例3 比較例1のエレクトレットメルトブロー不織布シート
を微粒子付着処理することなしに、実施例2と同じ印加
電圧条件にて荷電処理し、実施例2と同じ試験条件で捕
集効率と圧力損失を測定した。結果を表2に示す。再荷
電処理による捕集効率の向上はみられなかった。
実施例3 繊維径10μmのポリプロピレンスパンボンドシート
(繊維量40g/m2)に噴霧乾燥した0.3μm直径のポリテ
トラフロロエチレン粒子を10cm/secで浸透させ、0.4g/m
2を付着させた。次いで実施例2と同様の荷電条件で荷
電し高帯電量エレクトレットフィルターを作製した。こ
のエレクトレットフィルターを実施例2と同じ試験条件
で捕集効率と圧力測定した。結果を表3に示す。
実施例4 繊維径10μmのポリプロピレンスパンボンドシート
(繊維量40g/m2)にベルジャー内でアルミニウムを200
オングストロームの厚さに真空蒸着させた。
次いで、実施例2と同様の荷電条件で高帯電量エレク
トレットフィルターを作製した。このエレクトレットフ
ィルターを実施例2と同様、捕集効率と圧力損失を測定
した。結果を表3に示す。
比較例4 繊維径10μmのポリプロピレンスパンボンドシート
(繊維量40g/m2)に微粒子を付着させることで、実施例
2と同様の荷電条件で荷電し、エレクトレットフィルタ
ーを作製、次いで実施例2と同じ試験条件で捕集効率と
圧力損失を測定し、結果を表3に示した。
実施例3,4はいずれも比較例4に比べ単繊維捕集効率t
lη/ηが1.5以上であった。
次に、実施例2と比較1,2の表面電位を川口電機製S
−211型の表面電位計で測定した。表4にそれらの結果
を示した。この結果から明らかなごとく、エレクトレッ
ト繊維と微粒子とから成る電荷保持構造体のエレクトレ
ットフィルターは外界に対し非常に高い表面電位を示し
た。
(発明の効果) 本発明によると粒子捕集効率が向上し少ない繊維量で
かつより薄い厚さで高い粒子捕集効率のエレクトレット
フィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における実施例のひとつであり1はエレ
クトレット繊維、2は微粒子、3は凝集した微粒子をそ
れぞれ示している。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電荷保持構造体が主としてエレクトレット
    繊維と微粒子からなり、前記微粒子が前記繊維表面に繊
    維重量に対し0.01〜20重量%付着していることを特徴と
    する高帯電エレクトレットフィルター。
  2. 【請求項2】繊維物質に荷電処理を施してエレクトレッ
    トフィルターを製造する方法において、該繊維物質の表
    面に有機および/または無機微粒子を存在させた状態で
    荷電処理を施すことを特徴とするエレクトレットフィル
    ターの製造方法。
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