JP4581213B2

JP4581213B2 - エレクトレット加工品の製造方法

Info

Publication number: JP4581213B2
Application number: JP2000310740A
Authority: JP
Inventors: 正明武田; 泰義堀口
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: JP2002115178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明はエレクトレット加工品の製造方法に関し、さらに詳しくは、高品質のエレクトレット加工品を低コストで生産可能にするエレクトレット加工品の製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、低圧損のエアフィルター用材料として、エレクトレット加工された繊維シートが優れた性能を有するため使用されている。このエレクトレット化繊維シートの製造方法としては、合成繊維不織布等の繊維シートに高電圧を印加し、コロナ放電によりエレクトレット化する方法（特開昭６１−１０２４７６号公報等参照）や、フィルムシートにワイヤ電極により高電圧を印加し、同じくコロナ放電によりエレクトレット化した後、そのフィルムシートを繊維化して不織布にする方法（特公昭５７−１４４６７号公報等参照）などが知られている。
【０００４】
しかし、図６に示すように、いずれもアース電極２１の上に高分子材料シートＳを裁置又は移動させながら、その表面に直流高電圧発生装置２３の高電圧を針状或いはワイヤー電極２２から印加し、コロナ放電によりエレクトレット化するものであるため、高電圧印加電極２２とアース電極２１の間隙精度等によりムラを生じて荷電ムラが出来たり、また火花放電によりシートが損傷するという問題があった。
【０００５】
さらに、高電圧設備が高価である上に、高い安全維持管理費が必要になるというコスト上の問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の諸問題を解消し、高品質、高性能のエレクトレット加工品を低コストで生産可能にするエレクトレット加工品の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のエレクトレット加工品の製造方法は、ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤を配合した非導電性シートを、水と水溶性有機溶剤との混合溶液であり該水溶性有機溶剤の濃度が１０〜５０重量％である混合溶液を充填した槽に浸漬させ、該非導電性シートに該混合溶液を浸透させた後、該非導電性シートを乾燥することによりエレクトレット化することを特徴とするものである。
【０００８】
このように水と水溶性有機溶剤の混合溶液を付与するだけの処理であるため、混合溶液を非導電性シートの全面に均等に分布させることは容易であり、しかも非導電性シートにヒンダードアミン系添加剤或いはトリアジン系添加剤を配合したものを使用したことにより高度かつ均一な電荷密度を有する高品質、高性能のエレクトレット加工品を得ることができる。しかも、生産設備としては混合溶液の付与設備と乾燥設備でよいため、高電圧発生設備に比べて低廉ですむばかりでなく、維持管理を低コストで行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する非導電性シートは、非導電性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、プラスチックフィルムシート、合成繊維或いは天然繊維の織物、編み物、不織布等の繊維シートなどを挙げることができる。これらの中でも特に合成繊維シートは好ましい。また、エアフィルター用の場合には、合成繊維不織布が好ましく、中でも高性能フィルター用には、メルトブロー不織布を使用することが好ましい。
【００１０】
非導電性シートの素材は、非導電性を有する材料であれば特に限定されるものではない。好ましくは、体積抵抗率が１０¹²・Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０¹⁴・Ω・ｃｍ以上の素材を主体とするものを使用するとよい。
【００１１】
例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイト、フッ素系樹脂、およびこれらの混合物などを挙げることができる。これらの中でも、ポリオレフィンまたはポリ乳酸を主体とするものはエレクトレット性能の点から好ましく、さらにポリプロピレンを主体とするものは一層好ましい。
【００１２】
本発明に使用する非導電性シートには、ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤が少なくとも１種配合されている。非導電性シートがこの添加剤を含有していることにより、特に高いエレクトレット性能を保持することができるようになる。
【００１３】
上記２種類の添加剤のうちヒンダードアミン系添加剤としては、ポリ〔（（６−（１，１，３，３，−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）〕（チバガイギー製、キマソープ９４４ＬＤ）、ハコク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン重縮合物（チバガイギー製、チヌピン６２２ＬＤ）、２−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−２−ｎ−ブチルマロン酸ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）（チバガイギー製、チヌピン１４４）などが挙げられる。
【００１４】
また、トリアジン系添加剤としては、前述のポリ〔（（６−（１，１，３，３，−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）〕（チバガイギー製、キマソープ９４４ＬＤ）、２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−（（ヘキシル）オキシ）−フェノール（チバガイギー製、チヌピン１５７７ＦＦ）などを挙げることができる。これらのなかでも特にヒンダードアミン系添加剤が好ましい。
【００１５】
非導電性シートには、上記添加剤の他に、熱安定剤、耐候剤、重合禁止剤等の一般にエレクトレット加工品の非導電性シートに使用されている公知の添加剤を添加するようにしてもよい。
【００１６】
本発明における、ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤の添加量は、特に限定されないが、好ましくは０．５〜５重量％の範囲がよく、更に好ましくは０．７〜３重量％の範囲がよい。添加量が０．５重量％未満では、目的とする高レベルのエレクトレット性能を得ることは難しくなる。また、５重量％を超えるほど多く配合すると製糸性や製膜性を悪くし、かつコスト的にも不利になるので好ましくない。
【００１７】
本発明のエレクトレット化加工方法は、上述した非導電性シートに対し、水と水溶性有機溶剤との混合溶液を付与し、この混合溶液が付与された非導電性シートを乾燥処理するものである。すなわち、水と水溶性有機溶剤との混合溶液を非導電性シートに付与して十分浸透させた後、乾燥するだけで、均一な電荷密度にエレクトレット化されたシートにすることができる。
【００１８】
本発明において、非導電性シートに混合溶液を付与する方法は、混合溶液が充填された槽に非導電性シートを浸漬させる浸漬法を採用する。浸漬法は、設備的に簡単に実施できる点で好ましい方法である。付与方法は、バッチ式であっても、連続式であってもよく、また、非導電性シートに対する混合溶液の浸透を全体に均一に行うため、混合溶液付与後のシートに片面から負圧を掛けることにより、吸引透過させるようにしてもよい。
【００１９】
混合溶液を付与した後のシートの乾燥方法としては、従来公知の方法がいずれも使用可能である。例えば、熱風乾燥法、真空乾燥法、自然乾燥法等の方法が適用可能である。これらのうちでも熱風乾燥法は、連続処理が可能にであるため好ましい。熱風乾燥法の場合、乾燥温度としてはエレクトレットを失活させない程度の温度にする必要がある。好ましくは１２０℃以下、より好ましくは１００℃以下、さらに好ましくは８０℃以下にするのがよい。また、熱風乾燥前に、予備乾燥として、ニップロール、吸水ロール、サクション吸引等によって過剰な水分を取り除いておくと尚良い。
【００２０】
図１〜図２は、上述した本発明の方法に従い非導電性シートに上記混合溶液の付与と乾燥とを行う装置を例示したものである。
【００２１】
図１（Ａ）（Ｂ）は、非導電性シートをバッチ処理でエレクトレット加工する装置である。図１（Ａ）の１は、混合溶液Ｗが貯留された浸漬槽、図１（Ｂ）の２は熱風が入口２ａから入り、出口２ｂから排出するようにした熱風乾燥装置である。エレクトレット加工される非導電性シートＳは、先ず浸漬槽１で含浸処理され、次いで熱風乾燥装置２に移されて乾燥処理されることでエレクトレット化される。
【００２２】
図２は、非導電性シートを連続処理によってエレクトレット加工する装置である。
【００２３】
図２の装置は、浸漬槽１に浸漬ローラ３を内設し、出口側にニップローラ４を設けている。また、熱風乾燥装置２には複数のガイドローラ５が設けられている。非導電性シートＳは浸漬槽１に連続供給されながら浸漬ローラ３を介して混合溶液Ｗ中に浸漬される。次いで浸漬槽１を出るときニップローラ４で余剰の混合溶液が除去され、熱風乾燥装置２に搬送される。熱風乾燥装置２では、ガイドローラ５を介してジグザグ状に走行する間に乾燥処理され、エレクトレット化処理が完了する。
【００２４】
図３は、本発明方法以外の方法を実施する装置を説明する参考図であり、浸漬槽１を持たないようにした装置である。すなわち、浸漬槽１に代えて、スット状吐出口６ａを有するノズル６を設けている。また、非導電性シートＳを挟んで反対側に吸引器７を配置するようにしている。ノズル６は混合溶液Ｗを非導電性シートＳの表面にフィルム状に吐出し、反対側の吸引器７が吸引することにより、混合溶液Ｗを非導電性シートＳの反対側に貫通させ均一に分布させるようにする。混合溶液Ｗを含浸した非導電性シートＳは、ニップロール４で余剰の混合溶液が除去されたのち熱風乾燥装置２に送られる。
【００２５】
図４は、本発明以外の方法を実施する図３の装置において、ノズル６に代えて混合溶液Ｗを噴霧状に噴射するノズル８を設けるようにした態様を説明する参考図である。
【００２６】
本発明において、混合溶液に用いる水としては、液体フィルター等で汚れを除去したもので、出来るだけ清浄なものを使用することが好ましい。特にイオン交換水、蒸留水等の純水を使用することが好ましい。また、純水は導電率で１０³μＳ／ｍ以下のものを用いるのが好ましく、さらに好ましくは１０²μＳ／ｍ以下であるものがよい。
【００２７】
また、混合溶液に用いる水溶性有機溶剤には、沸点が水の沸点より低いものを使用することが好ましい。すなわち、水溶性有機溶剤は、水のシートへの浸透性を付与するものであるので、一度シートに浸透したならば、なるべく早く気化して乾燥することが好ましいからである。より好ましくは、水との沸点差が１０℃以上であるものがよい。
【００２８】
水溶性有機溶剤の種類は、混合溶液の非導電性シートへの浸透性が良ければ特に限定されない。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン類のケトン類、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類、その他アルデヒド類、カルボン酸類等を挙げることができる。特に、浸透性の点からアルコール類またはケトン類が好ましく、特にアセトン、イソプロピルアルコール、エタノールのうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。さらに好ましくは、イソプロピルアルコールを主成分とするものが好ましい。
【００２９】
本発明において、混合溶液における水溶性有機溶剤の濃度は、非導電性シートに対する浸透性を有するものを用いて１０〜５０重量％の範囲とするのが重要である。特に、イソプロピルアルコールの場合は、２０〜４０重量％の範囲が好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下に説明する実施例において使用する特性値は、次の測定法により測定したものである。
【００３１】
〔捕集性能〕
図５に示す捕集性能測定装置で測定した。この捕集性能測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１１の上流側にダスト収納箱１２を連結し、下流側に流量計１３、流量調整バルブ１４、ブロワ１５を連結している。また、サンプルホルダー１１にパーテクルカウンター１６が設けられ、このパーテクルカウンター１６を使用し、切替コック１７を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。
【００３２】
捕集性能の測定に当たっては、径０．３μｍのポリスチレン標準ラテックスパウダーをダスト収納箱１２に充填し、サンプルＭをホルダー１１にセットし、風量をフィルター通過速度が１．５ｍ／分になるように流量調整バルブ１４で調整し、ダスト濃度を１万〜４万個／2.83×10^-4ｍ³（0.01ft³）の範囲で安定させ、サンプルＭの上流のダスト個数Ｄおよび下流のダスト個数ｄをパーティクルカウンター１６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で５回測定し、ＪＩＳＫ−０９０１に基づいて下記計算式にて捕集性能（％）を求めた。
【００３３】
捕集性能（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、ｄ：下流のダスト個数
Ｄ：上流のダスト個数
〔平均繊維径〕
ＳＥＭ写真により拡大した繊維１００本について繊維径を測定し、その平均値を求めた。
【００３４】
実施例１
耐候剤としてトリアジン系添加剤（チバガイギー製、キマソープ９４４）を１％含有し、かつメルトインデックスＭＩが７００のポリプロピレンを原料とし、通常のメルトブロー法により、目付４０ｇ／ｍ²、平均繊維径２．０μｍのメルトブロー不織布を製造した。次いで、純水にイソプロピルアルコールを３０重量％溶解した混合溶液を調整し、この混合溶液を貯留した浴中に上記メルトブロー不織布を１０秒間浸漬したのち引き上げ、さらに水切り後に８０℃で２０分間熱風乾燥して、エレクトレット化されたメルトブロー不織布を得た。
【００３５】
得られたエレクトレット化メルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９９．９９９５％と非常に高いレベルであった。
【００３６】
実施例２
実施例１において、イソプロピルアルコールの溶解濃度を４０重量％の混合溶液にした以外は、実施例１と同様にして、エレクトレット化されたメルトブロー不織布を製造した。
【００３７】
得られたエレクトレット化メルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９９．９９７％と高いレベルであった。
【００３８】
比較例１
ポリプロピレン原料として、トリアジン系添加剤を含まない原料を用いた以外は、実施例１と同様にしてエレクトレット化メルトブロー不織布を製造した。
【００３９】
このエレクトレット化メルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９７．２％と低いものであった。
【００４０】
比較例２
実施例１のメルトブロー不織布を用い、図６に示すような高電圧印加装置により高電圧（＋２５ｋＶ）で印加処理した。
【００４１】
得られたメルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９９．９６％であり、実施例１，２に比べて低いレベルであった。
【００４２】
比較例３
実施例１において、イソプロピルアルコールの溶解濃度を６０重量％の混合溶液にした以外は、実施例１と同様にして、エレクトレット化されたメルトブロー不織布を製造した。
【００４３】
得られたエレクトレット化メルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９９．９５％であり、比較例２の電圧印加によるエレクトレット化メルトブロー不織布と同程度であった。なお、電荷密度は比較例１のものに比べて一段と均一になっており、高品質であった。また、製造設備も高電圧印加装置に比べ簡単であり、低コストで用意することができた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、水と水溶性有機溶剤の混合溶液を付与するだけの処理であるため、混合溶液を非導電性シートの全面に均等に分布させることは容易であり、しかも非導電性シートにヒンダードアミン系添加剤或いはトリアジン系添加剤を配合したものを使用したことにより高度かつ均一な電荷密度を有する高品質、高性能のエレクトレット加工品を得ることができる。しかも、生産設備としては混合溶液の付与設備と乾燥設備でよいため、高電圧発生設備に比べて低廉ですむばかりでなく、維持管理を低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用する装置の一例を示し、（Ａ）は非導電性シートを浸漬する装置の概略図、（Ｂ）は乾燥する装置の概略図である。
【図２】本発明の実施に使用する装置の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明の方法以外の方法を実施する装置を説明する参考図である。
【図４】本発明以外の方法を実施する図３の装置において、ノズル６に代えて混合溶液Ｗを噴霧状に噴射するノズル８を設けた態様を説明する参考図である。
【図５】本発明の実施例で用いた捕集性能測定装置を示す概略図である。
【図６】従来の高電圧印加によるエレクトレット化方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１浸漬槽
２熱風乾燥装置
３浸漬ローラ
４ニップローラ
５ガイドローラ
６，８ノズル
７吸引装置
Ｓ非導電性シート

Claims

ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤を配合した非導電性シートを、水と水溶性有機溶剤との混合溶液であり該水溶性有機溶剤の濃度が１０〜５０重量％である混合溶液を充填した槽に浸漬させ、該非導電性シートに該混合溶液を浸透させた後、該非導電性シートを乾燥することによりエレクトレット化することを特徴とするエレクトレット加工品の製造方法。
前記ヒンダードアミン系添加剤或いはトリアジン系添加剤の配合量が０．５〜５重量％である請求項１に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記非導電性シートが合成繊維からなるシートである請求項１又は２に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記合成繊維からなるシートがメルトブロー不織布シートである請求項３に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水溶性有機溶剤が水よりも低い沸点を有する請求項１、２、３又は４に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記非導電性シートがポリオレフィンを主体に構成されている請求項１〜５のいずれかに記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記ポリオレフィンがポリプロピレンを主体に構成されている請求項６に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水溶性有機溶剤がアルコール類又はケトン類を主成分に構成されている請求項１〜７のいずれかに記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水溶性有機溶剤がイソプロピルアルコール、エチルアルコール、アセトンのうちの少なくとも１種である請求項８に記載のエレクトレット加工品の製造方法。