JPH01148320A - エレクトレットフィルターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） エレクトレットフィルターは、半永久的な電気分極を有
した誘電体物質の繊維よりなるエアフィルターで、在来
の静電気力を利用しないエアフィルターに比べて、微粒
子に対し高捕集効率を低圧力損失で達成できる特徴を持
っている。このフィルターは、エレクトロニクス、バイ
オテクノロジーなど高度清浄空気が要求される分野、あ
るいは一般家庭におけるハウスダスト、タバコ煙の除去
を目的として使用できる。

（従来の技術） エレクトレットフィルターの製造方法としてはこれまで
数多（のちのが提案されている。例えば、特公昭５Ｂ−
４７２９９号公報に記載されたフィルム吠誘電体物質を
延伸、コロナ荷電しスプリット化した後シート状とする
方法、あるいは特公昭５９−１２４号公報に記載された
１０１４Ωｅｌ１以上の繊維形成性物質をメルトブロー
し、オリフィス出口で荷電粒子を衝突させ、その後冷却
してシート状とする方法、また特公昭５９−１５１６７
号公報に記載された多孔性シートを絶縁性フィルム、Ｌ
：、でコロナ荷電する方法、特開昭ｅｔ−１０２４７Ｅ
３号公報に記載されたアース電極として液体電極を用い
繊維シートをコロナ荷電する方法などがある。しかしな
がら、上記何れの方法を用いても被エレクトレット材料
である誘電体物質中に保持される電荷量には限界があり
、フィルター性能中滴足できるものではなかった。こう
した背景から、より高密度に電荷を誘電体物質中にトラ
ップさせる方法が切望されていた。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のエレクトレットフィルターの製造方法は、先に述
べたように、コロナ荷電などの荷電要素を用い、誘電体
物質中に荷電を打ち込みトラップさせるもので、被エレ
クトレット材料である誘電体物質には何らの処理も施こ
していない。このためトラップされる電荷の量は誘電体
物質中に存在する電荷をトラップする場所、すなわち結
晶界面や欠陥の数でその上限が決ってしまう。それ故、
上記荷電要素をいかに長時間行っても、何日繰り返し行
ってもそれ以上電荷トラップ匿を向上させることは不可
能であった。

（問題点を解決するための手段） かかる従来のエレクトレットフィルターの製造方法の問
題点を解決するため、各種の荷電処理法を鋭意検討して
きた結果、誘電体物質をその結晶分散域で熱処理し、冷
却した後荷電処理を施こす操作を繰り返し行うと電荷の
トラップ量が飛躍的に増大し、フィルターの性能も大１
１に向−卜することを見い出した。すなわち、本発明は
エレクトレット化した誘電体物質を用いてエレクトレッ
トフィルターを製造する方法において、誘電体物質に熱
処理と荷電処理を施す工程を含む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である。

一般に誘電体物質中に電子やイオンの電荷を打ち込み、
誘電体物質をエレクトレット化した場合、電荷は、誘電
体物質の結晶界面、欠陥といった結晶の不規則部分にト
ラップされ、そのままの状態で凍結されるものと理解さ
れている。この為、いかなる荷電要素を用いても電荷の
トラップ量は結晶界面欠陥といった結晶の不規則部分の
数でその上限が決ってしまう。これが、いかなる荷電要
素を用い、荷電処理を長時間行っても、あるいは何回繰
り返し行っても電荷のトラップ量が増加しない原因であ
る。本発明に係る、誘電体物質をその結晶分散域温度で
熱処理し、冷却した後荷電処理を施こす操作を繰り返す
方法は、上記熱処理により誘電体物質中に存在する内部
イオンを誘電体表面に引き出し凍結させるところに特徴
がある。具体的な熱処理温度は６０〜１４０℃、好まし
くは７０〜１２０℃、更に好ましくは８０〜１００℃で
あり、１回の熱処理時間は１〜３００秒、好ましくは２
〜１２０秒更に好ましくは３〜６０秒である。本発明に
おいて電荷トラップ量が増大する理由を第１図、第２図
、第３図および第４図を用いて説明する。第１図は、荷
電処理前の誘電体繊維の模式図で、誘電体繊維中には、
ある一定の電荷のトラップされる場所（ロ）と内部イオ
ン（ハ）が存在している。内部イオン（ハ）は具体的に
は触媒残渣などに起因する不純物イオンである。第２図
は、第１図に示した誘電体繊維を荷電処理（この場合は
プラスの荷電処理）したもので、誘電体繊維中の電荷ト
ラップ場所には、プラスの電荷（ニ）がトラップされ凍
結される。この際、繊維上には、荷電要素より過剰に打
ち出された不安定なプラス電荷（ネ）が残る。電荷（ネ
）は、空気中のイオンとの中和などにより徐々に消滅し
てしまい、安定な電荷とはならず、電荷トラ、ンプ量は
、電荷（ニ）により決ってしまい、電荷（ニ）がトラッ
プ場所（０）を全て埋めつくせば、電荷トラップ量は増
加しない。ここまでが、従来より行なわれてきた荷電処
理法である。

本発明は、第２図に示した誘電体繊維をその結晶分散域
の温度で熱処理し、さらに冷却後荷電処理し、この熱処
理、荷電処理を繰り返すところに特徴がある。第３図は
、第２図に示した誘電体繊維を結晶分散温度で熱処理し
た状態を示したものである。熱処理により不安定な繊維
上の電荷（ネ）とトラップされた電荷（ニ）の一部は消
失してしまうが、この際移動度の増した内部イオン（ハ
）は、消失する寸前の電荷（ネ）の電界作用により繊維
内部から表面へ引き寄せられ冷却により固定される。

その後さらに荷電処理を行うと、熱処理により失なわれ
た電荷上）が再びトラップされ、第４図に示す杖態とな
り、結果として誂電体繊維中に含まれる内部イオン（ハ
）が繊維表面に出た量だけ電荷トラップ量は増大する。

上記熱処理、荷電処理をさらに繰り返せば繊維表面にお
ける内部イオンの量が増加し、電荷トラップ量を増加さ
せることができる。

本発明で言うところの荷電処理に用いる荷電要素はいか
なるものでも良く、コロナ荷電、電界荷電や電子線照射
、γ線照射、Ｘ線照射などが挙げられ、これらは単独あ
るいは組み合わされて応用される。

本発明において用いられる電極には針、ワイヤー、ナイ
フ、バー等のコロナ電極や平板、ロール等の電界電極が
挙げられる。又、照射による荷電においては直接、易導
体物質に高エネルギー線を照射しても良いが、帯電レベ
ルを向上させるためにエネルギー調整シートで表面を覆
っても良い。

また本発明において用いられる熱処理方法もまったく制
限されるものではなく例えば熱風、熱板、熱ロール、赤
外線等何を用いても良い。

本発明における製造方法としては種々の組み合せが考え
られるが、中でもコロナ荷電と熱風の処理が好ましい例
である。熱処理と荷電処理は交互に繰返し施すことが好
ましい。

本発明において誘電体物質としては高絶縁性物質が望ま
しく、ポリエチレン、ポリプロピレンやアルファーポリ
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、ポリ弗化ビニリデン、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があり、
川には無極性ガラスなどが挙げられる。

本発明で用いられる誘電体物質の形態としては、多孔性
シート、織物、不織布、及びその混合体などが挙げられ
る。

（作用） 本発明において、誘電体の電荷トラップ号が増大する理
由は、誘電体内部のイオンを表面に引き寄せ固定するこ
とによる。つまり、従来の荷電処理では、電荷トラップ
量がトラップ場所となる結晶界面、欠陥の数で決ってし
まうため、満足しうる電荷トラップ量を得ることが出来
ず、滴足しうる性能のフィルターが作成できなかった。

しかし本発明に係わる方法を用いた場合それが可能とな
るのである。

（実施例） 実施例１ ポリプロピレン微細繊維（平均繊維径３．５μ）からな
る目付３０　ｇ／ｒｌ、厚み０．３■１のシートを針電
極を用い２０ｋｖで１０秒間コロナ荷電した後、８０℃
の熱風により１０秒間処理し室温に冷却後、さらに２０
ｋｖ１１０秒間のコロナ荷電を施こした。この熱処理と
荷電処理を３回繰り返し行った。

該シートをフィルターとして使用し、その除塵効率を食
塩粒子（平均粒径０．３μ、幾何標準偏差１．２）を用
い、測定は第５図に示すフィルター除塵効率測定器によ
り行った。エレクトレット化されたシート１０は、第５
図のダクト９に設置され、流量計１１を通風速度５．３
ｃｍ／ｓになるよう風量をコントロールし、シート上流
、Ｆ流の食塩粒子個数をレーザーパーティクルカウンタ
ー８（ＲＩＯＮ社製ＫＡ−１４）により計測した。

除塵効率は、９９．５％であった。除塵効率は次式を用
いて算出した。

比較例１ 実施例１と同じポリプロピレンシートを針？［ｆ極より
２０ｋｖで１分間コロナ荷電した。該シートの除塵効率
は９０．０％であった。

比較例２ 実施例１と同じポリプロピレンシートを針電極により２
０ｋｖで１０秒間コロナ荷電する操作を３回繰り返した
。該シートの除塵効率は８０．３％であった。

実施例２ 厚み５０μ、空隙率０．５のポリカーボネート多孔質シ
ートを電子線照射による荷電処理と、遠赤外を用いて熱
処理した。処理手順は、５Ｍｒａｄで１秒間荷電処理後
、遠赤外によりシート表面温度を１２０℃に５秒間保ち
室温まで冷却し、再び５Ｍｒａｄで１秒間荷電処理した
。該シートの除塵効率を実施例１と同じ方法で測定した
ところ９５．０％であった。

比較例３ 実施例２と同じポリカーボネート多孔質シートを５　Ｍ
ｒａｄで１秒間電子線照射した。該シートの除塵効率は
５６％であった。

エレクトレットフィルターでは、その除塵効率が高い程
電荷トラップ量が多いことを意味しており、以上の実施
例と比較例から本発明によるエレクトレットフィルター
製造法がすぐれたものであることがわかる。

（発明の効果） 本発明に係る熱処理と荷電処理を施すエレクトレットフ
ィルターの製造方法は、従来の荷電法では得ることの出
来なかった高いレベルの電荷トラップ量を持つエレクト
レットフィルターを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、荷電処理前の誘電体繊維の断面図、第２図は
荷電後、第３図は熱処理後、第４図はさらに荷電処理し
た時の誘電体繊維の電荷のトラップ状態である。第５図
はフィルター除塵効率測定装置の概略図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エレクトレット化した誘導体物質を用いてエレク
   トレットフィルターを製造する方法において、誘電体物
   質に熱処理と荷電処理を施す工程を含むことを特徴とす
   るエレクトレットフィルターの製造方法。
2. （２）熱処理温度が誘電体物質の結晶分散域である特許
   請求の範囲第１項記載のエレクトレットフィルターの製
   造方法。
3. （３）荷電処理が、コロナ荷電、電界荷電、電子線照射
   、γ線照射およびＸ線照射である特許請求の範囲第１項
   記載のエレクトレットフィルターの製造方法。