JP3874181B2

JP3874181B2 - 生分解性多孔性誘電体シート

Info

Publication number: JP3874181B2
Application number: JP2002121063A
Authority: JP
Inventors: 忠雄増森
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003311113A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気から特定物質を除去する生分解処理可能なエレクトレット濾過材、および、その製造方法に関する。ここでいう生分解処理可能とは、土壌中に濾過材を埋設して、６ヶ月後に分解状態を目視にて評価し、元の形態が失われていることを意味する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平０１−１９９６１４号公報には、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とからな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、その製造方法について開示されている。この電荷保持構造体のエレクトレット繊維としては、ポリプロピレン樹脂等の電荷を安定凍結状態に固定できるものが使用されている。しかしながら、これらの樹脂を主成分として構成されているフィルターは生分解処理可能ではなく、環境汚染といった欠点を有する。また、このフィルターはエレクトレット繊維に微粒子を付着した構成であるが、繊維と微粒子の付着が不十分であり、微粒子の脱落といった欠点を有する。
【０００３】
特開平１３−１４６６７２号公報には、脂肪族ポリエステルを主成分とするポリマーの繊維よりなる荷電処理された不織布を含む、高温での荷電特性に優れた荷電不織布について開示されている。脂肪族ポリエステルは高温での電荷保持特性は優れているものの、含水率がオレフィンに比べて高い。そのため、雨天等の高湿度条件下においては電荷が減衰してしまい、寿命が短いという欠点を有する。また、減衰してしまった電荷を再度保持させるためには、コロナ処理などの荷電処理を改めて行う必要があり、簡便に電荷を回復することができないという欠点を有する。なお、含水率とは標準状態（２０℃、６５％ＲＨ）における重量水分率のことを意味する。
【０００４】
特開平１１−１０４４１６号公報には、生分解性プラスチックを含有する繊維からなる不織布に、結着剤を使用して無機粉末を分散担持して構成されることを特徴とする空気清浄用エレクトレットフィルターについて開示されている。結着剤としては、無機系のアルミナゾル、有機系のアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等を使用している。無機系の結着剤では、接着力不足のため無機粉末の脱落という欠点を有する。また、有機系樹脂は、接着力としては問題ないものの、帯電特性が低く、高湿度条件下における寿命が短いという欠点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を鑑みて、生分解処理可能であり、微粒子の脱落がなく、高湿度条件下においても長寿命で、かつ、簡便に電荷を回復することができるエレクトレット濾過材とその製造方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の問題を解決するために行われたものである。本発明者らは鋭意研究した結果、生分解処理可能であり、微粒子の脱落がなく、高湿度条件下においても長寿命であり、かつ、簡便に電荷を回復することができるためには、多孔性誘電体シートが、生分解性ポリエステルを主成分とする繊維集合体、および、該繊維集合体に熱融着させた有機微粒子から構成され、該多孔性誘電体シートに荷電処理を施すことが重要であることを見出した。つまり、該多孔性誘電体シートが生分解性ポリエステルを主成分とするため生分解処理可能であり、有機微粒子を繊維集合体に熱融着させるため微粒子の脱落がなくなり、また、有機微粒子として、融点が該繊維集合体を形成するポリマーの融点より低く、含水率が０．５％以下で、かつ、体積抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以上であるものを選定することにより、高湿度条件下においても長寿命で、かつ、簡便に電荷を回復することができるエレクトレット濾過材を実現できることを見出したのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる繊維集合体は生分解性ポリエステルを主成分とすることが必要である。生分解性ポリエステルとしては、ポリ乳酸および／またはポリ乳酸を主体とする熱可塑性樹脂であることが好ましい。ポリ乳酸を主体とする熱可塑性樹脂としては、乳酸にε−カプロラクトンなどの環状ラクトン類、α−ヒドロキシ酪酸、α−ヒドロキシイソ酪酸、α−ヒドロキシ吉草酸などのα−オキシ酸類、エチレングリコール、１，４−ブタンジオールなどのグリコール類、コハク酸、セバシン酸などのジカルボン酸類が１種あるいは２種以上共重合されたものを用いることができる。共重合体には、ランダム共重合体および／またはブロック共重合体を用いることができる。また、分子末端にカルボキシル基を持つ化合物でポリマー分子末端をエステル化処理することが好ましく、このことにより熱成形時の安定性を改善することができる。
【０００８】
繊維集合体の製造方法や形態、目付は特に規定されないが、繊維集合体としては、短繊維、もしくは、割繊フィルム等に、カード処理および繊維交絡処理を施して作製した不織布や、スパンボンド法やメルトブロー法などにより製造された長繊維不織布が好ましい。また、それらが、複数枚積層した構成であってもよい。目付は５〜５００ｇ／ｍ²が好ましく、より好ましくは１０〜１００ｇ／ｍ²である。
【０００９】
繊維集合体から有機微粒子の脱落を防ぐため、繊維集合体に有機微粒子を熱融着させることが必須である。熱融着させる方法として、特に規定はしないが、繊維集合体上に有機微粒子を分散噴霧した後に加熱し、熱融着させる方法や、繊維集合体上に熱溶融した有機微粒子を噴霧する方法などを用いることができる。
【００１０】
有機微粒子の成分は特に規定はしないが、電荷保持の点から体積抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以上であり、かつ、含水率が０．５％以下であることが好ましい。また、繊維集合体に熱融着させるため該繊維集合体を形成するポリマーの融点より低いことが好ましい。有機微粒子の体積抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以下であると、電荷が蓄積しにくく、該シートを高度にエレクトレット化することはできず、電荷寿命が短くなってしまうという問題が生じる。また、有機微粒子の含水率が０．５％以上であると、高湿度条件下において体積抵抗率が低下し、電荷寿命が短くなってしまうという問題が生じる。有機微粒子の融点が繊維集合体を形成するポリマーの融点よりも高いと、有機微粒子を該繊維集合体に熱融着させる工程において、該繊維集合体の形状が保てないという問題が生じる。有機微粒子の具体的な成分としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素化ポリオレフィンなどが挙げられるが、特にこれらに限定するわけではなく、また、耐熱性，帯電性を向上させるため、これらのポリマーにヒンダードアミン、ヒンダードフェノール、脂肪族金属塩、各種結晶核剤などの添加剤を添加したものでもよい。好ましくは、ポリオレフィン、或いは、上記添加剤を添加したポリオレフィンがよい。
【００１１】
有機微粒子の平均粒径は、繊維集合体の繊維径や、除去対象物質の大きさ等により異なるが、１００μｍ以下であることが好ましい。有機微粒子の平均粒径が１００μｍ以上であると、繊維集合体の繊維間に、溶融した有機微粒子が広がってしまい、多孔性誘電体シートにおける圧力損失の上昇という問題が生じる。有機微粒子の平均粒径が小さければ小さいほど、単位重量あたりの微粒子の表面積が増え、多孔性誘電体シートの濾過性能が向上する。より好ましくは、２０μｍ以下である。
【００１２】
有機微粒子の分散量については、有機微粒子の平均粒径により異なるが、不織布に対して０．０１〜２０重量％以下であることが好ましい。２０重量％以上であると、溶融した有機微粒子が、繊維集合体を構成する繊維の被覆度合いが甚だしくなり、生分解処理が進行しにくくなるという問題が生じる。
【００１３】
繊維集合体と有機微粒子からなる多孔性誘電体シートを荷電処理する方法としては、通常の直流コロナ処理を用いることが可能である。印加電圧は高い方がより高い静電気力を付与することが可能であるが、スパーク等の問題を生じる可能性があるため２０ｋV前後が好ましい。荷電処理時間は５〜３０秒程度が一般的であるが、時間が長すぎてもあまり性能差がなく、適当な処理時間を選択することが可能である。通常の処理する温度は２０℃前後の室温からポリマーの融点までの温度を適用することが可能であるが、該多孔性誘電体シートでは、高温で処理したほど高温条件における静電気力の安定性が向上するため５０〜１３０℃くらいの温度で処理を行うのが好ましい。
【００１４】
また、直流コロナ処理の他に、通風による荷電処理を用いることができる。多孔性誘電体シートに通風処理を施すことにより、繊維集合体と有機微粒子の間で摩擦が生じる。その摩擦帯電現象により、高度にエレクトレット化することが可能である。この通風処理は、空気清浄機、エアコン、換気扇、扇風機の他、自然の風で行うことができるため、減衰してしまった電荷を簡便に回復することができる。
【００１５】
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示すが、下記実施例は本発明方法を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００１６】
（圧力損失、粒子捕集効率の評価方法）
圧力損失、粒子捕集効率の評価は、粒子径０．３μmのDOP粒子を線速１０ｃｍ／ｓで試験用フィルターに供給したとき、フィルターの上流、下流のDOP粒子個数を粒子計測器（（株）RION製KC-14）で計測した。また、同時に、多孔性誘電体シートの圧力損失を測定した。なお、粒子捕集効率は以下の数式を用いて算出した。
粒子捕集効率（％）＝（１−下流側粒子個数／上流側粒子個数）×１００
【００１７】
（生分解性の評価方法）
生分解性の評価は、１０ｃｍ角のサンプルを土壌中に濾過材を埋設し、６ヶ月後における濾過材の外観と重量変化率で行った。なお、重量変化率は以下の数式を用いて算出した。
重量変化率（％）＝（（埋設前重量）−（埋設後重量））／（埋設前重量）×１００
【００１８】
（粒子脱落の評価方法）
粒子脱落の評価は、１０ｃｍ角のサンプルに毎秒５ｍの風を通風させ、通風前後の濾過材の重量変化を元にして算出できる粒子脱落率で行った。粒子脱落率はフィルターとしての実用上、５％以下が好ましく、より好ましくは０．５％以下である。
粒子脱落率（％）＝（（通風前重量）−（通風後重量））／（粒子付着量）×１００
【００１９】
（耐湿性の評価方法）
耐湿性の評価は、荷電処理を施したサンプルを４５℃９５％ＲＨの雰囲気下に１２０時間放置し、その後に粒子捕集効率を測定した。
【００２０】
（実施例１）
ポリ乳酸からなる不織布（目付３０ｇ／ｍ²）に、ポリエチレン微粒子（平均粒径１．５μｍ）０．１重量％を均一に噴霧し、８０℃で５秒間加熱し、不織布繊維上にポリエチレン微粒子を熱融着させた。次いで、アルミ平板の接地極上に半導体シートを置き、その上に該不織布を接触させた後、コロナ針電極を用いて、２０ｋＶ／ｃｍの高電圧を１０秒間印加した。荷電処理を施された不織布について、圧力損失、粒子捕集効率を測定した。さらに、生分解性、粒子脱落、および、耐湿性の測定を行った。結果を表１に示す。
【００２１】
（実施例２）
実施例１と同様の処理を施された多孔性誘電体シートをアルコールに３０秒間浸漬させ、シート上の電荷を除いた後、毎秒３ｃｍの風を１０秒間通風させ、圧力損失、粒子捕集効率を測定した。結果を表１に示す。実施例１とほぼ同水準の粒子捕集効率であり、電荷が回復していることが分かる。
【００２２】
（比較例１）
ポリプロピレン不織布（目付３０ｇ／ｍ²）に、カーボンブラック粒子（平均粒径０．１μｍ）０．１重量％を付着させた。次いで、該不織布について、実施例１と同様に荷電処理を行った。荷電処理を施された不織布について、圧力損失、粒子捕集効率を測定した。さらに、生分解性、粒子脱落、および、耐湿性の測定を行った。結果を表１に示す。粒子捕集効率、耐湿性に関しては問題ないが、粒子脱落が多いことが分かる。
【００２３】
（比較例２）
ポリ乳酸不織布（目付３０ｇ／ｍ²）について、実施例１と同様に荷電処理を行った。処理を施された不織布について、圧力損失、粒子捕集効率を測定した。さらに、生分解性、粒子脱落、および、耐湿性の測定を行った。結果を表１に示す。耐湿試験後に粒子捕集効率が低下していることが分かる。
【００２４】
（比較例３）
結着剤としてアルミナゾルを１．０重量％含有する水溶液に、活性アルミナ微粒子（平均粒径０．４μm）を分散させ、ポリ乳酸不織布（目付３０ｇ／ｍ²）にスプレー塗布した後、８０℃で乾燥させた。活性アルミナ粒子の不織布への担持量は１０重量%であった。次いで、該不織布について、実施例１と同様に荷電処理を行い、圧力損失、粒子捕集効率を測定した。さらに、生分解性、および、粒子脱落、および、耐湿性の測定を行った。結果を表１に示す。粒子脱落が多いことが分かる。
【００２５】
（比較例４）
結着剤としてポリビニルアルコール系樹脂を０．５重量％含有する水溶液に、活性アルミナ微粒子（平均粒径０．４μm）を分散させ、ポリ乳酸不織布（目付３０ｇ／ｍ²）にスプレー塗布した後、８０℃で乾燥させた。活性アルミナ粒子の不織布への担持量は１０重量%であった。次いで、該不織布について、実施例１と同様に荷電処理を行い、圧力損失、粒子捕集効率を測定した。さらに、生分解性、粒子脱落、および、耐湿性の測定を行った。結果を表１に示す。粒子脱落、生分解性については問題ないが、耐湿試験前後における粒子捕集効率が実施例１より低水準であることが分かる。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、多孔性誘電体シートが生分解性ポリエステルを主成分とする繊維集合体、および、該繊維集合体に熱融着させた有機微粒子から構成され、該多孔性誘電体シートに荷電処理を施すことにより、生分解処理可能であり、微粒子の脱落がなく、高湿度条件下においても長寿命であり、かつ、簡便に電荷を回復することができるエレクトレット濾過材を提供できる。つまり、多孔性誘電体シートが生分解性ポリエステルを主成分とするため生分解処理可能であり、有機微粒子を繊維集合体に熱融着させるため微粒子の脱落が少なくなり、また、有機微粒子として、融点が該繊維集合体を形成するポリマーの融点より低く、含水率が０．５％以下で、かつ、体積抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以上であるものを選定することにより、高湿度条件下においても長寿命で、かつ、簡便に電荷を回復することができるエレクトレット濾過材を提供できる。

Claims

生分解性ポリエステルを主成分とする繊維集合体に有機微粒子を熱融着させてなる多孔性誘電体シートからなることを特徴とする生分解処理可能なエレクトレット濾過材。
該生分解性ポリエステルがポリ乳酸を含むことを特徴とする請求項１記載の生分解処理可能なエレクトレット濾過材。
該有機微粒子の融点が該繊維集合体を形成するポリマーの融点より低いことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の生分解処理可能なエレクトレット濾過材。
該有機微粒子の含水率が０．５％以下で、かつ、体積抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の生分解処理可能なエレクトレット濾過材。
該有機微粒子がオレフィン樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生分解処理可能なエレクトレット濾過材。
通風処理により簡便に電荷回復することができることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の生分解処理可能なエレクトレット濾過材。