JP2910484B2 - エレクトレット不織布の製造方法 - Google Patents

エレクトレット不織布の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明のエレクトレット不織布
は、空気中の微粒子を効率良く除去するエアフィルター
やマスク、あるいは防塵性の帽子、衣料、靴カバー、さ
らに清掃用のワイパーなどに用いられる。
【0002】
【従来の技術】コロナイオンを用いてエレクトレット不
織布を製造する方法は、既に公知であり、特開昭53−
40073号公報、特公昭56−47299号公報、特
開昭62−126621号公報、特開平1−27286
5号公報などで開示されている。
【0003】しかしながら、上記何れの方法もコロナ発
生機が単にエレクトレット化の手段として用いられてい
るだけであり、高帯電量を有し、かつ安定なエレクトレ
ットを得る方法としては未だ不十分であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のコロナ荷電技術
で得られたエレクトレット不織布では、帯電量が低いた
め空気中の微粒子の除去性能が低い、帽子、衣料、靴カ
バーに用いても充分に発塵を抑えられない、帯電電荷の
安定性が悪いため長時間にわたる使用ができない、耐熱
性が悪いといった課題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる従来の方法で製造
されたエレクトレット不織布の課題を解決する方法を鋭
意検討した結果、エレクトレット化処理に際し電気的に
正のコロナイオンを用い、コロナ発生機まわりの雰囲気
の絶対水分量を0.006(kg水蒸気/kg乾きガス)以
上に制御して行うと、エレクトレットの帯電量が飛躍的
に向上し、またその安定性も改善されることを見出し
た。
【0006】すなわち本発明は、電気的に正のコロナイ
オンを用いてエレクトレット不織布を製造するに際し
て、コロナ発生機まわりの雰囲気中の絶対水分量を0.
006(kg水蒸気/kg乾きガス)以上に制御してエレク
トレット化処理を行うことを特徴とするエレクトレット
不織布の製造方法である。
【0007】
【作用】本発明の製造方法によって得られるエレクトレ
ット不織布の帯電量が飛躍的に向上する理由を以下に説
明する。エレクトレットの帯電量は、如何に多くのイオ
ンをそのトラップサイトに打ち込むかで決まる。コロナ
発生機を用いたエレクトレット化は、針、ワイヤー、ナ
イフエッジ等に高電圧を印加してそのまわりの気体をイ
オン化し、これを被エレクトレット体に打ち込む操作で
行われるが、従来技術においてはこの気体のイオン化を
全く制御していないため、イオンの発生量が不十分であ
った。そこでコロナイオンを大量に発生させる方法を検
討した結果、正のコロナイオンの実体が下記一般式 H+ ( H2 O)n (nは自然数) で示されるものであることが判明し、コロナ発生機まわ
りの絶対水分量を制御することで正のコロナイオンの発
生を大幅に増大できることを見出した。
【0008】即ち、従来技術では得ることができなかっ
た様な高濃度の正のコロナイオンを得てエレクトレット
化を行うので、エレクトレットの帯電量が飛躍的に向上
するのである。
【0009】また、驚くべきことに本発明の方法でエレ
クトレット化を行うと、エレクトレットの安定性も飛躍
的に改善されることがわかった。その理由は明らかでは
ないが、コロナイオンが従来技術では得ることのできな
い程の高濃度であるために、コロナイオンがエネルギー
的に深くトラップされるためと推察される。
【0010】コロナ発生機まわりの雰囲気の絶対水分量
としては0.006(kg水蒸気/kg乾きガス)以上が好
ましく、特に0.013から0.035(kg水蒸気/kg
乾き空気)の範囲が好ましい。その理由は、雰囲気の絶
対水分量が0.006(kg水蒸気/kg乾きガス)未満で
あるとコロナイオンの発生量が極端に減少しエレクトレ
ットの帯電量が急激に減少するためであり、尚上限は特
に定めないが、0.035(kg水蒸気/kg乾きガス)を
超えると、コロナ発生機から火花放電が起こり易くなっ
て安定したエレクトレット化処理ができなくないことが
ある。本発明でいう絶対水分量は、数1および数2から
求まる値をいう。
【0011】
【数1】
【0012】
【数2】
【0013】ここで、ps は気体中の飽和水蒸気圧(mm
Hg)、RH%は気体の相対湿度である。
【0014】コロナ発生機まわりの雰囲気の気体の成分
は特には限定しないが、空気、窒素、ヘリウム、アルゴ
ンなどが好ましい例であり、この雰囲気気体中を本発明
で規定した絶対水分量にすれば良い。また、該気体の温
度も特に限定しないが、省エネルギーの観点から通常の
外気温度で充分である。尚敢えて好適温度を示すなら
ば、0〜50℃が好ましく、10〜40℃が更に好まし
い領域である。
【0015】本発明で用いられるコロナ発生機として
は、一般に用いられているコロナ発生機で充分であり、
特に限定されるものではないが、針、ワイヤー、ナイフ
エッジ等がコロナ電極として好ましい例である。
【0016】本発明のエレクトレット不織布は、上記製
造方法を用いてエレクトレット化処理を行うことが必要
にして共通の要件であり、その他の事項は特定されな
い。従って例えば繊維集合体、いわゆる不織布を公知の
技術で直接エレクトレット化しても良く、繊維をエレク
トレット化後不織布化しても良く、フィルム状でエレク
トレット化処理し、これを繊維状に解繊した後不織布化
しても良い。ただし、不織布を直接エレクトレット化す
る場合は、効率的にエレクトレット化を行う観点から、
目付としては200g/m2以下が好ましく、100g/
m2以下が特に好ましい。また、フィルム状でエレクトレ
ット化した後、解繊・不織布化する場合は、フィルムの
解繊性の観点およびフィルムの帯電量を高くする観点か
らフィルムの厚みは20μm以下が好ましい。
【0017】本発明のエレクトレット不織布の材料とし
ては、高絶縁性で撥水性を有する物質が望ましく、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、その他各種α−ポリオレフ
ィンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエステル、ポリ
スチレン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン、ポリカー
ボネート、ポリサルホン、ポリアクリロニトリル、ポリ
塩化ビニリデンなどの合成樹脂、それらの2種以上の共
重合体やブレンド組成物などが挙げられるが、中でも高
絶縁性・撥水性の観点からはポリプロピレンやα−ポリ
オレフィンなどのオレフィン系ポリマーが最も好まし
い。
【0018】
【実施例】以下、実施例をもって詳しく本発明を説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0019】実施例1 メルトブロー法で得られたポリプロピレン不織布(平均
繊維径2.0μm、目付30g/m2、厚み0.3mm)を用
いた。雰囲気の気体は34℃の空気とし、その絶対水分
量を0.031(kg水蒸気/kg乾きガス)に調整した後、
該不織布を、半導体シートを敷いたアース板上に置き、
アース板の上方1cmに設置した針電極(春日電気(株)
製 帯電電極)に+20kVの直流高電圧を印加し、コ
ロナ正イオンを発生させ10秒間エレクトレット化処理
した。
【0020】実施例2 メルトブロー法で得られたポリプロピレン不織布(平均
繊維径2.0μm、目付30g/m2、厚み0.3mm)を用
いた。雰囲気の気体は22℃の空気とし、その絶対水分
量を0.013(kg水蒸気/kg乾きガス)に調整し後、該
不織布を実施例1と同じ条件でエレクトレット化処理し
た。
【0021】実施例3 メルトブロー法で得られたポリメチルペンテン不織布
(平均繊維径2.8μm、目付40g/m2、厚み0.3m
m)を用いた。雰囲気の気体は32℃の窒素とし、その
絶対水分量を0.025(kg水蒸気/kg乾きガス)に調整
した後、該不織布を実施例1と同じ条件でエレクトレッ
ト化処理した。
【0022】実施例4 スパンボンド法で得られたポリプロピレン不織布(平均
繊維径12μm、目付70g/m2、厚み0.8mm)を用い
た。雰囲気の気体は26℃の空気とし、その絶対水分量
を0.026(kg水蒸気/kg乾きガス)に調整した後、該
不織布を実施例1と同じ条件でエレクトレット化処理し
た。
【0023】実施例5 スパンボンド法で得られたポリプロピレン不織布(平均
繊維径20μm、目付100g/m2、厚み1.2mm)を用
いた。雰囲気の気体は15℃の空気とし、その絶対水分
量を0.008(kg水蒸気/kg乾きガス)に調整した後、
該不織布を実施例1と同じ条件でエレクトレット化処理
した。
【0024】実施例6 キャスト法で得られたポリプロピレン未延伸フィルム
(厚み50μm)を、130℃の熱板上にて8倍の延伸
倍率で一軸延伸し、厚み12μmの延伸フィルムとし
た。雰囲気の気体は28℃の空気とし、その絶対水分量
を0.018(kg水蒸気/kg乾きガス)に調整した後、該
フィルムをアース板上に置き、アース板上方1cmに設置
した針電極に+20kVの直流高電圧を印加し、コロナ
正イオンを発生させ10秒間エレクトレット化処理し
た。さらに該フィルムを解繊機で引き裂き、微細繊維状
にし、ニードルパンチングにより不織布化した。該不織
布の目付は100g/m2、厚みは0.30mm、平均の繊維
巾は28μmであった。
【0025】比較例1 雰囲気の絶対水分量を0.005(kg水蒸気/kg乾きガ
ス)とする以外は、実施例1と全て同じ条件でポリプロ
ピレン不織布をエレクトレット化処理した。
【0026】比較例2 雰囲気の絶対水分量を0.004(kg水蒸気/kg乾きガ
ス)とする以外は、実施例2と全て同じ条件でポリプロ
ピレン不織布をエレクトレット化処理した。
【0027】比較例3 雰囲気の絶対水分量を0.003(kg水蒸気/kg乾きガ
ス)とする以外は、実施例3と全て同じ条件でポリプロ
ピレン不織布をエレクトレット化処理した。
【0028】比較例4 雰囲気の絶対水分量を0.004(kg水蒸気/kg乾きガ
ス)とする以外は、実施例4と全て同じ条件でポリプロ
ピレン不織布をエレクトレット化処理した。
【0029】比較例5 雰囲気の絶対水分量を0.003(kg水蒸気/kg乾きガ
ス)とする以外は、実施例5と全て同じ条件でポリプロ
ピレン不織布をエレクトレット化処理した。
【0030】比較例6 雰囲気の絶対水分量を0.005(kg水蒸気/kg乾きガ
ス)とする以外は、実施例6で全て同じ条件でポリプロ
ピレンフィルムをエレクトレット化処理し、不織布化し
た。
【0031】以上の実施例、比較例で得られたエレクト
レット不織布を以下の方法で評価し比較した。結果を表
1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】粒子捕集効率(%) 粒子捕集効率の評価は粒子径0.3μmのDOP粒子を用
い、図1に示す粒子捕集効率測定器により行った。エレ
クトレット不織布3はダクト2内に設置され、流量計4
をフィルター通風速度が5.3cm/秒になるようバルブ5
でコントロールし、エレクトレット不織布の上流、下流
のDOP粒子個数を粒子計測器7((株)RION製
KC−14)で計測した。捕集効率は数3を用いて算出
した。
【0034】
【数3】
【0035】粒子捕集効率が高いほど、エレクトレット
不織布のエアフィルターとしての性能は優れている。
【0036】表面電荷密度(C/cm2) エレクトレット不織布3の表面電荷密度は、図2に示す
ごとく該不織布をアース板10上に置き、上方より表面
電位計9(川口電気(株)製 表面電位計S−211
型)の検出プローブ11で該不織布の表面電位を測定
し、数4で算出した。
【0037】
【数4】
【0038】ここで、εs はエレクトレット不織布の比
誘電率でほぼ1であり、εo は真空の誘電率で8.85×
10-14 F/cm、Vは表面電位(V)、tは該不織布の
厚み(cm)である。
【0039】表面電荷密度の値はエレクトレット不織布
の帯電量を意味し、この値が高いほど帯電量が高いこと
を表している。
【0040】エレクトレットの安定性 エレクトレットの安定性は、エレクトレット不織布を8
0℃で24時間処理した後の粒子捕集効率、表面電荷密
度を前記の方法で評価した。処理後の残存粒子捕集効率
が高い程、また残存表面電荷密度が高い程エレクトレッ
トの安定性は良い。
【0041】上記実施例の結果から、本発明のエレクト
レット不織布の製造方法により、従来の技術では得るこ
とのできない高い帯電量を有し、かつ安定性も優れたエ
レクトレット不織布の得られることがわかる。
【0042】
【発明の効果】本発明の製造方法により、従来のエレク
トレット化技術では得ることのできなかった高い帯電量
を有し、またその安定性も非常に優れたエレクトレット
不織布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】粒子捕集効率測定器の概略図である。
【図2】表面電位測定器の概略図である。
【符号の説明】
1 DOP粒子発生機 2 ダクト 3 エレクトレット不織布 4 流量計 5 バルブ 6 ブロワー 7 粒子計測器 8 サンプリング管 9 表面電位計 10 アース板 11 表面電位検出プローブ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的に正のコロナイオンを用いてエレ
    クトレット不織布を製造するに際して、コロナ発生機ま
    わりの雰囲気中の絶対水分量を0.006(kg水蒸気/
    kg乾きガス)以上に制御してエレクトレット化処理を行
    うことを特徴とするエレクトレット不織布の製造方法。
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