JPH01199614A - エレクトレットフィルターおよびその製造方法 - 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） 本発明はクリーンルームの空気清θ、ビルの空気調和や
工場排気のｎ化用等のエアーフィルター、空気清ゆ機、
掃除機、複写機などのエアーフィルターやマスクなどに
用いることのできる高帯電ｉｉ１エレクトレットフィル
ターに間するものである。

（従来技術） 従来、エレクトレットフィルターには特公昭５６−４７
２９９に開示されているエレクトレットフィルターがあ
る。このフィルターはフィルムをエレクトレット化し、
次いで小繊維化してシート化されるため、フィルターの
もつ帯電には大きいが、フィルムのスプリット幅を狭く
切ることが出来ないため、繊維が矩型で繊維の形状によ
る機械的捕集効果が小さく、これが原因でフィルターを
長期にわたって使用すると静電気の中和現象によって捕
集効率が経時的に低下し捕集効率が回復しないとごう問
題があった。特公昭５３−４００７３に開示されている
絶縁フィルムをアース電極ｌ−に敷いて、その上に繊維
シートを置き、エレクトレット化する方法から作製され
るフィルターは繊維シートが多孔質のために帯電量が低
く、高い捕集効率が得られないと言う問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はかかる従来技術における問題点すなゎち長期に
わたって使用しても捕集効率が低ドしない、高レベルに
帯電したエレクトレットフィルターの提供を目的とする
ものである。

（問題点を解決するための−Ｌ段） 本発明はかかる問題点に鑑み、鋭、α検討した結果、本
発明に到達したものである。

本発明は電荷保持構造体が主としてエレクトレット繊維
と微粒子とから成ることを特徴とする高帯電量エレクト
レットフィルターおよび繊維物質に有機および／または
無機微粒子を存在させて荷電処理を施すエレクトレット
フィルターの製造方法である。

本発明において電荷保持構造体とは静電気放電によって
電荷を中和消失させることなく、電荷を安定凍結状態に
固定できる構造体である。

本発明におけるエレクトレット繊維と微粒子とから成る
、電荷保持構造体とは１本のエレクトレット繊維の表面
に多数個の微粒子が付着した構造体や微粒子の付着した
エレクトレット繊維が多数本交絡したバルク状やシート
状の構造体などかあり、これら構造体中に多量の電荷を
固定することによって高帯電量エレクトレットフィルタ
ーとなり得るものである。第１図に本発明の一例を示し
た。構造体中の電荷の固定位置はエレクトレット繊維お
よび微粒子とそれらの接触界面がありこれら構造体にお
いて、微粒子はエレクトレット、非エレクトレットのい
ずれでもよいが、繊維はエレクトレットであることが必
須の要件である。繊維が非エレクトレットである場合に
は構造体中での電荷安定性が著しく悪く、高帯電量エレ
クトレットフィルターとして使えないものとなる。

本発明において、高帯電量エレクトレットフィルターは
エレクトレット繊維と微粒子のそれぞれに固定された電
４イの総］１１を越える電荷を安定的に保持することが
できる。この現象は荷電後、エレクトレット繊維と微粒
子の相互作用によってそれら弔独で保持される電６：ｆ
以外に構造体中の接触界面に電荷が保持されることによ
るものと１１１．定され、この点が従来のエレクトレッ
トフィルターと全く児なる本発明における微粒子とエレ
クトレット繊維間の重要な作用効果なのである。

更に重要なことは、こうした相互作用によって生じた電
荷は容易に中和消失することなく、安定的にエレクトレ
ットフィルターに電信保持されると言う点である。

本発明におけるエレクトレット繊維には、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリ−３−メチル−１−ブテン、ポ
リ−４−メチル−１−ペンテン、／ ポリ弗化ビニリブν、ポリテトラフロロエチレン、ポリ
カーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、′ポリア
ミド、ポリアクリロニトリル、ポリサルホン、ポリフェ
ニレンオキサイド等の絶縁性有機質繊維やホウケイ酸ガ
ラス、石英ガラスなどの絶縁性無機質繊維があるが好ま
しくはポリプロピレン、ポリ−３−メチル−１−ブテン
、ポリ−４−チメルー１−ペンテン、ポリ弗化ビニリデ
ン、ポリカーボネートなどである。

本発明におけるエレクトレット繊維は短繊維と長繊維が
あり、その集合形聾としては織物、編物や不織布などが
ある。これらの繊維の断面形状は円形、三角形、矩形、
異形などがあり、そのＯ１λイＥ径は１１００ｐ以下、
好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは４μｍ以下で
ある。

本発明において、エレクトレット繊維はその繊維表面を
あらかじめ紫外線、放射線のごとき高エネルギー線によ
る処理、酸アルカリ等の薬液処理や表面コーテング処理
を施すことによって、電荷の保持安定性、電荷の帯電ｉ
ｉ向」−をさせることができる。

本発明における微粒子には無機質、有機質あるいはそれ
ら二種以上の混合された常温において固体の物質があり
、具体的にはガラスなどのセラミック微粒子、銅、ニッ
ケル、アルミニウムなどの金属や微粒子、酸化チタン、
酸化けい素、酸化鉄、チタン酸、バリウムなどの金属酸
化物微粒子、窒化ニッケル、窒化チタンなどの金属窒化
物微粒子、カーボン、タルク、などの無機質微粒子、ス
テアリン酸、セパチン酸なとのカルボン酸やその金属塩
やカルナウバ−ワックス、松やになとの微粉子、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート
、ポリアミド、ポリ弗化ビニリデン、ポリテトラフロロ
エチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビ
ニリデン、セルロース、ポリビニルアルコールなどの有
機質微粒子が挙げられるが好ましくは、カーボン、アル
ミニウム、ポリエチレン、セパチン酸、カルナウバ−ワ
ックス、史に好ましくはセパチン酸、カルナウバ−ワッ
クスである。

本発明における微粒子の大きさは一次粒子として２０μ
ｍ以下、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは０．２
μｍ以ドである。これら−次粒子は繊維表面に独立して
個々に付着していることが好ましいが、凝集した二次粒
子として付着していてもさしつかえない。

本発明における微粒子の形杖は球状、楕円状、ｑ方体状
、直方体状、星状、針状、台形杖などがある。

本発明における微粒ｒの付着量はエレクトレット繊維の
重量に対して０．０１〜２０市け％以Ｆ１好ましくは０
．０５〜５重量％以下、より好ましくは０．１〜１％以
下である。微粒子の大きさが小さければ小さい程、微粒
子の単位重量あたりの表面積は増え、エレクトレット繊
維表面との接触界面は増加するため、微粒子の付着量が
少くても、高帯電に化の効果は大きい。　本発明におい
て、エレクトレット繊維に対する微粒子の付着にはエレ
クトレット繊維と微粒子との一次結合あるいはエレクト
レット繊維と微粒子との静電気、粘行、ファンデアワー
ルスや毛管付着水による結合などの二次結合が働いてお
りエレクトレット繊維が付着している微粒子はフィルタ
ー使用時の風圧や振動では容易にＩ＋′Ｇ飛散すること
はない。

本発明において、高帯電量エレクトレットフィルターの
前駆体である繊維と微粒子との構造体はガス中に分散さ
せた微粒子を繊維に付着させたり、真空中で蒸発生成さ
せた微粒子を飛散させて繊維に付着させるなどの方法で
作製される。高帯電はエレクトレットフィルターの前駆
体である繊維はエレクトレット、非エレクトレットのい
ずれでもよく、かつ繊維は弔−繊維から集合形態として
のバルク状物やンート状物がある。

本発明における高帯電量エレクトレ・ントフイルクーは
、かかる構造体を荷電し、その結果エレクトレット繊維
と微粒子とから成る電荷保持÷構造体にすることによっ
て作製される。

本発明において高帯電酸エレクトレ・ントフイルターに
する荷電方法としてはコロナ荷電、゛４界４Ｎ電、熱間
電界荷電、電子線照射など力（ある力（、”にこれらに
限定するものではなく、繊維と微才立二Ｆから成る構造
体に電荷を１１人し高帯電量で電４：ｆ　７！ｌ（安定
に保持される荷電法であればｌ、１カ）なる４イ電？去
も用いることができる。コロナ放電　？Ｔｔ界＜ａｆ　
’ｉｎの場合はｌ　Ｑ　ｋｖ／　ｃｖａ以１−１好まし
くは１５　ｋｖ／　Ｃ１１以１−９の電界強度が適して
おり、電子線！！（１射の場合ＣｔＱ、ｌ〜１Ｍｒａｄ
の則１射が望ましｔ）。

本発明において高帯電量エレクトレットフ４）レターは
（１）式により求められる１１１−繊維捕集効）宇り比
η／η。が１．５以ｌ二をイエする。

η／ηｏ＝＜２ｎ（Ｉ　　　Ｅ） Ｑｎ（１−Ｅｏ　）　　　（１） ただし、 η。：従来法で作製されるエレクトレットフィルターの
！１を繊維捕集効率 η　：本発明の高帯電晴エクレトレ・ットフィルターの
単繊維捕集効率 Ｅｏ：従来法で作製されるエレクトレットフィルターの
実測される粒子捕集効率 Ｅ　：本発明の高帯電量エレクトレットフィルターの実
測される粒子捕集効率 ここにおいて、従来法で作製されるエレクトレットフィ
ルターとは本発明における微粒子を繊維に付着させるこ
となど、本発明におけると同゛じ荷電方法でエレクトレ
ットフィルターを作製することを意味する。

粒子捕集効率のｆｌｌ１１定は０．３μｍの直径のＮａ
ｃＱ粒子を線速５　ｃｒａ　／　ｓｅｅで試験用フィル
ターに供給したときのフィルターの」二流側と下流側と
のＮａｃＱ拉了濃度をレーザーパーティクルカランター
（リオンＫＡ−１４）で５１／！川し２式から求めた値
である。

ただし、 Ｃ１：試験用フィルターの上流側における０、３ｐｍ直
径のＮａｃ（２粒子１５度Ｃ２：試験用フィルターの上
流側における０、３μｍの直径のＮａｃ（７粒子１度こ
の１．５倍の９１繊維捕集効率の増大は機械的な捕集効
率の寄与は小さく、そのほとんどが静電気的な捕集効率
の増大なのであり、つまり帯電量が従来法のエレクトレ
ットフィルターに比べ大幅に増えたことを示唆している
。

本発明によるエレクトレットフィルターの荷電量（粒子
捕集効率から求めた値）は０　、８　ｎｃ／　ｃｎ１以
上、好ましくは１．０ｎｃ／ｃＪ以上である（従来法で
は０．３〜０．８ｎｅ／−で０．６ｎｃ／ｃＪ以」二の
荷電は付与できなかった）。

次の実施例でもっと具体的に示す。

（実施例） 実施例１ ｍ維径１．５μｍのポリプロピレンメルトブロー不織布
シート（繊維ｆＭ３０　ｇ／♂）にエアエジェクターで
分散させた０、０２μｍ直径の酸化硅素粒子を５ｃ■／
ｓｅｃで浸透させ、０．Ｉｇ／ぜの付着ｊａを不織布シ
ートに付着させた。次いで、コロナ針電極を用いて半導
体シートを敷いたアース電極面りに酸化硅素粒子を付着
させたメルトブロー不織布シートを置き、２０　ｋｖ／
　（ｊｌの高電圧を４秒間印加して高帯電量エレクトレ
ットフィルターを作製した。このエレクトレットフィル
ターを試験線速５　ｃ＋ｓ　／　ｓｅｃで０．３＊ｍｍ
のＮａｃＱ粒子の捕集効率をレーザパーティクルカウン
ター（リオンＫＡ−１４）で測定した。又、同時に高帯
電ら１エレクトレツトフイルターの圧力損失をマノスタ
ーゲージにてｉ’１１１１定した。

比較例１ 実施例１のメルトブロー不織布を微粒子を付着処理せず
に実施例１と同じ荷電条件でエレクトレット化し、比較
例１のエレクトレットフィルターを作製し、粒子捕集効
率と圧力損失を測定した。

表１ 表１に実施例１と比較例１の結果を示した。

実施例１の圧力損失は比較例１の１．２倍と微増したが
、単繊維捕集効率比η／η。は２．１と著しい増加を示
し、本発明における微粒子何首の効果が明らかであった
。

実施例２ 比較例１のエレクトレットメルトブロー不織布シートに
液化石油ガスの不完全燃焼で発生させた０、ＩＰｌＭの
直径のカーボンブラック粒子を１００■／ｓｅｃで浸透
させ、０．２ｇ／♂を付着させた。

次いでコロナ針電極を用いて半導体シートを敷いたアー
ス電極面、１−にカーボンブラック粒子を付着させたエ
レクトレットメルトブロー不織布シートを置き、２０ｋ
ｖ／ｃ■の高電圧を４秒間印加して高帯電ｊｌｋエレク
トレットフィルターを作製した。

このエレクトレットフィルターを試験線速５Ｃ■／ｓｅ
ｃで０．３μ躊のＮａＣＱ拉子の捕集効率をレーザーパ
ーティクルカウンター（リオンＫＡ−１４）で測定した
。又、同時に高帯電ｔｙエレクトレットフィルターの圧
力損失をマノスターゲージにて測定した。

比較例２ 比較例１のエレクトレットメトルブロー不織布シートに
０１１２ｍの直径のカーボンブラック粒子をｌ　Ｏａｍ
　／　ｓｅｅで浸透させ、ｏ−２ｇ／ｒｌを付着させた
エレクトレットフィルターを実施例２と同じ試験条件で
捕集効率と圧力損失を測定した。

以下余白 表２ 実施例２と比較例２の結果を表２に示した。実施例２は
表１の比較例１と比べると、圧力損失は１．３倍である
がり１繊維捕集効率ｔＱη／η。は２．４とその高帯電
は化は顕著であった。

一方、比較例２は比較例１に比べ圧力損失が１．３倍と
増加したのに単繊維捕集効率ｔＱη／η。は１．０４と
比較例１とほとんど変らない。つまり、エレクトレット
繊維に微粒子が付着したたけでは高帯電らｌは得られず
、エレクトレット繊維に微粒子を付着させた構造体を荷
電し電荷保持体とした時にのみ高帯電腋となるのである
。

比較例３ 比較例１のエレクトレットメルトブロー不織布ソートを
微粒子付着処理することなしに、実施例２と同じ印加電
圧条件にて荷電処理し、実施例２と同じ試験条件で捕集
効率と圧力損失を測定した。

実施例３ 繊維径ＩＯμｍのポリプロピレンスパンボンドシート（
繊維酸４０　ｇ／♂）に噴霧乾燥した０、３μｍ直径の
ポリテトラフロロエチレン粒子を１０ｃｍ／ｓｅｃで浸
透させ、０．４ｇ／♂を付着させた。

次いで実施例２と同様の荷電条件で荷電し高帯電１１エ
レクトレツトフイルターを作製した。このエレクトレッ
トフィルターを実施例２と同じ試験条件で捕集効率と圧
力ｉ’１ｌ１１定した。結果を表３に示す。

実施例４ ｍ維径１０μｍのポリプロピレンスパンボンドシー　ト
（繊維１ｉｔ４　ｏ　ｇ／♂）にペルジャー内でアルミ
ニウムを２００オングストロームの厚さに真空蒸着させ
た。

次いで、実施例２と同様の荷電条件で高帯電ｉ配エレク
トレットフィルターを作製した。このエレクトレットフ
ィルターを実施例２と同様、捕集効率と圧力損失を測定
した。結果を表３に示す。

比較例４ 繊維径１０μｍのポリプロピレンスパンボンドシート（
繊維＠　４０　ｇ　／　Ｊ　）に微粒子を付着させるこ
とで、実施例２と同様の荷電条件で荷電し、エレクトレ
ットフィルターを作製、次いで実施例２と同じ試験条件
で捕集効率と圧力損失を測定し、結果を表３に示した。

表３ 実施例３，４はいずれも比較例４に比べ単繊維捕集効率
ｔＱη／η。が１．５以１−であった。

次に、実施例２と比較１，２の表面電位を川口電機製Ｓ
−２１１型の表面電位計で測定した。表４にそれらの結
果を示した。この結果から明らかなごと（、エレクトレ
ット繊維と微粒子とから成る電荷保持構造体のエレクト
レットフィルターは外界に対し非常に高い表面電位を示
した。

表４ （発明の効果） 本発明によると粒子捕集効率が向上し少ない繊維用でか
つより薄い厚さで高い粒子捕集効率のエレクトレットフ
ィルターを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における実施例のひとつでありｌはエレ
クトレット繊維、２は微粒子、３は凝集した微粒子をそ
れぞれ示している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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。
2. （２）繊維物質に荷電処理を施してエレクトレットフィ
   ルターを製造する方法において、該繊維物質に有機およ
   び／または無機微粒子を存在させた状態で荷電処理を施
   す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。