JP3176972B2 - エレクトレット繊維集合物 - Google Patents
エレクトレット繊維集合物Info
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Description
性に優れたエアーフィルターおよび保塵性に秀でた乾式
ワイパー等の材料としてとして都合よく利用できる、帯
電寿命が長いエレクトレット繊維集合物に関するもので
ある。
00号公報に記載のようにポリメチルメタクリレート、
ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの
有極性高分子が比較的長寿命であり、ポリエチレンおよ
びポリプロピレンなどの無極性高分子物質でもイオン性
不純物によってエレクトレット化が可能である高分子エ
レクトレットシートがある。ポリプロピレンがメルトブ
ローによって繊維化とエレクトレット化が行われる技術
は特公昭59−124号公報および特開昭54−113
900号公報に開示されている。ポリプロピレンフィル
ムをコロナ放電でエレクトレット化し、その後、破砕し
て小繊維化する技術は特公昭56−47299号公報お
よび特開昭62−102809号公報に開示されてい
る。また絶縁性高分子物質を溶融紡糸して得られた未延
伸糸を延伸し、緊張下でコロナ放電してエレクトレット
繊維とするものは特開昭60−199970号公報があ
り、さらに長寿命化を狙った中空形状のエレクトレット
繊維が特開昭60−199971号公報に示されてい
る。そして現在、企業化されているエレクトレットフィ
ルターはポリプロピレンでなるもののみである。
は、ポリプロピレンなど1種類の高分子からなるフィル
ムを破断繊維化したもの、およびメルトブロー手段もし
くはスパンボンド手法で作られた繊維があり、無極性の
ポリプロピレンを用いているため、帯電圧が低く、フィ
ルターとして用いるとエレクトレットフィルターとして
まだまだ不十分なレベルであり、より高帯電圧で、より
長寿命であることが要求されている。 また特開昭60
−199971号公報に記載されているように従来のエ
レクトレット繊維集合物は、同一繊維の表面に異なる電
荷が存在し、中和されて電荷密度が低下するため、同公
報に示される中空繊維化し、繊維表面を同一種の電荷の
みとする試みがあるが、帯電圧の向上の余地は大きい。
マーを組み合わせた芯鞘型複合繊維のエレクトレット化
を検討したところ、熱可塑性樹脂の種類によって帯電圧
の大小、荷電の種類が異なり、且つ適当な組み合わせの
繊維は、帯電寿命が長いことを見いだし本発明に至っ
た。本発明は平衡水分率(H%:相対湿度65%、25
℃における吸着水分率)が2%未満で、融点(Tms
℃)が150℃を超えるポリエステル類、ポリオレフィ
ン類およびポリアクリロニトリルのホモポリマー、共重
合体または変性体から選ばれた1つまたは複数の樹脂か
らなる合成繊維の表面の一部または全部が融点(Tm
℃)を70<Tm<Tms−20とするポリブテン−
1、エチレン−酢酸ビニル共重合体もしくはアクリル酸
エステル、メタクリル酸エステル、アクリル酸およびメ
タクリル酸から選ばれた1つ、または複数種のモノマー
とエチレンの共重合体から選ばれた1又は複数の樹脂で
ある熱エレクトレット性熱可塑性樹脂で被覆された複合
合成繊維の集合体であって、該熱エレクトレット性熱可
塑性樹脂を軟化もしくは溶融状態で帯電させたことを特
徴とするエレクトレット繊維集合物である。本発明は、
熱エレクトレット性熱可塑性樹脂で繊維が被覆されてお
り、該樹脂の軟化点を超える、最も好ましくは融点以上
の温度で該樹脂を溶融もしくは軟化させながら強直流電
圧で生じる電界中で分極させてエレクトレット化した繊
維集合物に関する。尚、上記樹脂は熱接着成分として使
用可能なため、熱接着とエレクトレット化が同時に行え
て都合がよい。
複合繊維の芯成分に用いることができる樹脂は、非導電
性が帯電の長寿命化および高帯電圧化のため要求され、
あまり吸湿性が高くない樹脂が好ましく、高温でのエレ
クトレット化処理で望まれるため、エレクトレット化加
工時、溶融しないよう高融点である必要があり、ポリエ
ステル類、ポリオレフィン類およびポリアクリロニトリ
ルなどの平衡水分率が2%未満で、融点が150℃を超
える該樹脂のホモポリマー、共重合体および変性体であ
り、ポリアミドは吸湿性の点で好ましくない。また、本
発明に用いる繊維は、1種のみならず、複数種の繊維か
らなっていてもよく、これらが層状もしくは混合された
形の繊維集合物であってもさしつかえない。
レフタレート(PBT)およびポリエチレンテレフタレ
ート(PET)など、ポリオレフィン類には、ポリプロ
ピレン(PP)およびポリメチルペンテン(TPX)な
ど、ポリアクリロニトリルは、繊維としてアクリルおよ
びモダアクリル繊維(AF)などのアクリル系繊維が好
ましく、熱エレクトレット性熱可塑性樹脂を含浸などの
手段で被覆する場合には、耐溶剤性の点でポリエステル
類からなる繊維およびアクリル系繊維が特に好ましい。
性樹脂は、分子内で分極可能な樹脂であればよく、熱エ
レクトレット化加工時、溶融もしくは軟化し、分子運動
して分極しやすくするため、熱可塑性の必要があり、ま
た使用の都合上、その融点は70℃を超えることが好ま
しい。このような樹脂は、主鎖が分極するよりもあまり
長くない多数の側鎖が分極するほうが高帯電しやすいた
め、分極性側鎖を持つ結晶性の方が帯電寿命を長くする
点で好ましい。尚、側鎖があまり長くなると分極しにく
くなり、不都合である。さらに共重合体であまり側鎖の
数が少ないと分極性が低下するので好ましくなく、少な
くとも分極性側鎖を持つモノマーを2モル%以上含むこ
とが好ましい。
テン−1、正の電荷に帯電する融点が100℃以下のエ
チレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリ
レート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合
体、エチレン−メチルメタアクリレート共重合体、エチ
レン−エチルメタアクリレート共重合体、エチレン−メ
チルアクリレート−アクリル酸共重合体などである。ま
たこれも正の電荷に帯電する融点が100℃以下のアク
リル酸エステル、メタアクリル酸エステル、アクリル酸
およびメタクリル酸から選ばれた1つまたは複数種のモ
ノマーとエチレンの共重合体である。これらはポリプロ
ピレンより高い帯電圧を示す。また上記樹脂にはポリス
チレン、ポリメチルメタクリレートおよびポリメチルア
クリレートなどのポリアルキルアクリレートおよびポリ
アルキルメタクリレート、ポリメタアクリロニトリル、
ポリメトキシエチレンおよびアクリル−スチレン共重合
体などの側鎖を有するモノマーからなる高分子および/
またはこれらのモノマーとエチレン、プロピレン、ブテ
ン−1などのα−オレフィンとの共重合体を用いること
もできる。
繊維の芯成分に用いる樹脂は融点(Tms℃)が、熱エ
レクトレット化加工温度(Te℃)より少なくとも20
℃高いものを用いて、エレクトレット化加工と同時に樹
脂が溶融するのを防止しなければならない。前記熱エレ
クトレット性熱可塑性樹脂の融点(Tm℃)は、該樹脂
が溶融している時、エレクトレット化加工をするのが最
も好ましいため、Te≧Tmの関係となり、最も好まし
くは、70<Tm≦Te<Tms−20の関係が成立す
る。本発明にいう繊維集合物とは、紙、不織布、紡績
糸、織編物、フェルトおよび固綿などをいう。
るため、繊維表面および内部に導電性物質を有すること
は極めて好ましくないので界面活性剤などの空気中の水
分を捕集して帯電防止する吸湿性低分子化合物を含む繊
維処理剤を用いることなく、繊維化可能なスパンボンド
紡糸手法、メルトブロー紡糸手法および溶剤を用いた乾
式紡糸手法で製造されることが最も好ましい。また同じ
く繊維処理剤を用いず製造されたマルチフィラメント繊
維を織編物もしくはトウ開繊不織布として繊維集合物と
するのがこれに次ぎ、ステープル繊維を用いスパンレー
ス不織布化したものがこれに次ぐ。従って、含浸法など
を用いて作られる本発明の繊維集合物を構成する合成繊
維は、スパンボンド手法および/またはメルトブロー手
法で作られるのが最も好ましい。このような繊維集合物
をエレクトレット化加工する方法として、含浸法があ
る。 上記含浸法では、有機溶剤に熱エレクトレット化
熱可塑性樹脂を溶解し前記繊維集合物をこの中に浸漬し
所定の温度に保ちながら帯電させる方法である。また含
浸法以外の合成繊維への被覆方法は、繊維集合物へパウ
ダー状の熱エレクトレット化樹脂をふりかけ、高温でエ
レクトレット化加工時に溶融付着させて被覆する方法が
ある。
維を用いる方法がある。前記合成繊維を形成する樹脂と
熱エレクトレット化熱可塑性樹脂を並列型もしくは芯鞘
型に溶融紡糸して、所定の形状に整えた後、熱エレクト
レット化熱可塑性樹脂を溶融しつつ電界をかけて帯電さ
せる方法である。本発明に用いるエレクトレット性繊維
集合物は、エレクトレット化処理する以前もしくは同処
理中に物理的交絡法もしくは熱溶融接着法で一体化され
ており、本発明に用いる熱エレクトレット性熱可塑性樹
脂は、エレクトレット化処理温度で溶融状態であり、熱
溶融接着機能を生ず。物理的交絡法とは、圧力水を利用
したスパンレース手法およびニードルパンチング手法を
指し、熱溶融接着法とは、スポットボンド熱ロール法、
カレンダー熱ロール法および熱風熱溶融接着法を指す。
熱可塑性樹脂を該樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度
で高圧直流電流によって作られた電界中で分極させ、冷
却、固化させた後、電界中より取り出す熱エレクトレッ
ト手法による。具体的には熱風貫通型熱加工機および熱
ロール加工機を改造すると都合よい。また、電界を発生
する電極板等に用いる材質の耐熱性を考慮すると180
℃以下、より好ましくは150℃以下でエレクトレット
化加工が可能である。本発明を構成する繊維は、中実繊
維および中空繊維のいずれであってもよく、外形は円断
面およびT型、十字型などの異形断面の繊維のいずれで
もよい。
成するエレクトレット繊維は、繊維表面となる熱エレク
トレット性熱可塑性樹脂と他の合成樹脂の少なくとも2
種類でなる。即ち、エレクトレット性の異なる2種類の
樹脂が界面を形成し、接しているため、熱エレクトレッ
ト性熱可塑性樹脂が帯電すると上記界面で図1〜図3に
示すよう繊維断面においてに正と負の電荷が相対し、1
種のコンデンサーを形成し、従来の単一成分からなるエ
レクトレット繊維より高帯電圧と帯電寿命の向上が達成
できる。
どの吸湿性低分子化合物を繊維表面および内部に含まな
い平衡水分率が2%未満の合成高分子でなっており、ま
た熱エレクトレット性熱可塑性樹脂によって被覆されて
いるため、通常の状態では空気中より吸湿することも少
なく電気絶縁性に優れており、帯電寿命のアップが達成
できる。本発明に用いる熱エレクトレット性熱可塑性樹
脂の大部分の種類は、溶融状態でエレクトレット化加工
されているため、熱溶融接着作用も同時に行うことがで
き、本発明の繊維集合物の強度向上と同時に達成でき好
都合な場合が多い。
す熱エレクトレット性熱可塑性樹脂を塩化メチレン(M
C)に溶解した有機溶剤液中に目付60g/m2 で2デ
ニールのポリエチレンテレフタレート(PET)スパン
ボンド不織布を浸漬し、ドラフト中に放置して溶剤を気
化させて除去し、含浸不織布とした。尚、このスパンボ
ンド不織布には帯電を妨げるような繊維処理剤は一切使
用していない。これを加熱し、45KVの直流電圧差を
持ち、間隔が30mmで一方が多針状電極、もう一方が
アースされた金属板電極である帯電装置の金属板電極上
に上記含浸不織布を1時間位置させ、次いで電圧をかけ
ながら雰囲気を40℃以下に下げた後、電圧を切ってエ
レクトレット不織布サンプルとした。これをポリエチレ
ンの袋に収納し、1週間後にその残留帯電圧を測定した
結果を表1に示す。
エレクトレット性熱可塑性樹脂について目付60g/m2で
2デニールのポリプロピレン(PP)スパンボンド不織
布を用い実施例1と同様にしてエレクトレット不織布を
得た結果は、ポリエチレンテレフタレート(PET)ス
パンボンド不織布と同様であった。
に示す組み合わせで芯鞘型複合繊維を複合比(芯成分/
鞘成分)が50/50で溶融複合紡糸して未延伸糸と
し、この未延伸糸を熱水中で延伸し、スタフィングボッ
クスを用い機械捲縮加工を行い、コンベア型熱風貫通型
乾燥機で15分間乾燥し、51mmに切断してステープ
ル繊維となした。このステープル繊維を静電中和装置が
付いたローラーカードを用い、目付60g/m2 のウェ
ッブとし、50kg/cm2 の圧力水を用いてスパンレ
ース不織布となし、更に新鮮水で水洗した後、乾燥して
エレクトレット性不織布とした。これを実施例と同様に
して帯電処理し、その残留帯電圧を測定した結果を表2
に示す。
ト性不織布を120℃のフラット熱ロールに速度5m/
minで通したところ、正に帯電した熱接着不織布を得
た。
アーフィルターとして用いれば、圧力損失が少ない高性
能フィルターとして用いることができ、ワイパーとして
用いれば捕塵性に優れたワイパーとして有用であり、熱
接着と熱エレクトレット化加工を同時に行えるため、経
済的であり、コンデンサー効果のため、長寿命、高帯電
のエレクトレットとして種々の用途に用いることができ
る。
合繊維の一例を示した繊維断面図である。
合繊維の一例を示した繊維断面図である。
合繊維の一例を示した繊維断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 平衡水分率(H%:相対湿度65%、2
5℃における吸着水分率)が2%未満で、融点(Tms
℃)が150℃を超えるポリエステル類、ポリオレフィ
ン類およびポリアクリロニトリルのホモポリマー、共重
合体または変性体から選ばれた1つまたは複数の樹脂か
らなる合成繊維の表面の一部または全部が融点(Tm
℃)を70<Tm<Tms−20とするポリブテン−
1、エチレン−酢酸ビニル共重合体もしくはアクリル酸
エステル、メタクリル酸エステル、アクリル酸およびメ
タクリル酸から選ばれた1つ、または複数種のモノマー
とエチレンの共重合体から選ばれた1又は複数の樹脂で
ある熱エレクトレット性熱可塑性樹脂で被覆された複合
合成繊維の集合体であって、該熱エレクトレット性熱可
塑性樹脂を軟化もしくは溶融状態で帯電させたことを特
徴とするエレクトレット繊維集合物。 - 【請求項2】 複合合成繊維は熱エレクトレット性熱可
塑性樹脂が鞘成分、合成繊維が芯成分の鞘芯型複合繊維
であることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット
繊維集合物。 - 【請求項3】 電気絶縁性繊維を50重量%未満含むこ
とを特徴とする請求項1記載のエレクトレット繊維集合
物。
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1992
- 1992-01-30 JP JP04187592A patent/JP3176972B2/ja not_active Expired - Fee Related
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