JPH01298276A - エレクトレット繊維及びその製造方法 - 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、フィルター、マスク、ワイパーなどに用いら
れるエレクトレッ）Ｈ維とその製造方法に関する。

〈従来技術〉 従来、エレクトレット化された繊維は、エアフィルター
用素材やマスク周索を才として使われているが、これら
に用いられるエレクトレットａｔ廿の多くは、ポリプロ
ピレンやポリエチレンなとの無極性ポリマーからなる繊
維を高電圧下にさらし、ポリマー中に電荷を注入させて
なるものである。

これらの無極性ポリマーを用いたエレクトレット繊維に
おいては、電荷の注入によってエレクトレット化を行う
ので、大きな表面電荷密度をもつエレクトレット繊維を
得るためには、片面を有効に接地させ、接地側電極から
の補償電荷の注入がおこりやすくする必要がある。しか
るに、繊維形状のものでエレクトレット化を行う場合に
は、接地面積が極めて小さく、そのために補償電荷の注
入が有効におこらないという問題点があった。

この問題点を解決する方法として、特公昭５６−４７２
９９号公報、特開昭６０−１９９９７１号公報、特開昭
５３−１３０３２０号公報などに記載される方法が提案
されている。

すなわち、特公昭５６−４７２９９号公報に記載された
方法は、フィルムをエレクトレット化し、しかる後に該
フィルムを解繊することによってエレクトレット繊維を
得るものであり、この方法では、フィルム形状において
エレクトレット化を行うので、繊維形状でエレクトレッ
ト化を行う方法と比較して接地面積が大きく、補ｇ！Ｌ
電荷が効率的に注入されるために大きな表面電荷密度を
得ることができる。しかし、この方法では、解繊によっ
て！！２維化を行うことから十分に細い繊維が得られな
いことや、その使用にあたって薄く均一なシートが得ら
れないなどの問題点があった。

また、特開昭６０−１９９９７１号公報に記載された方
法は、中空の繊維を用い、中空繊維の厚み方向に電圧を
印加することにより中空繊維の内面に補償電荷を発生せ
しめ、内面と外面がそれぞれ正負に分極した繊維を得る
ものである。しかし、該方法において中空繊維の内面に
補償電荷を発生せしめ、内面と外面をそれぞれ正負に分
極させるためには、溶融紡糸時に紡糸口金を電極として
分極処理を行う必要があ°す、このため、溶融ポリマー
中の分子鎖の流動により、電荷の移動、消滅が生じやす
いばかりでなく、口金に直接高電圧を印加するため、絶
縁の維持が困難で、電圧を上げられないという問題点が
あった。

また、特開昭５３−１３０３２０号公報に記載された方
法は、上述の中空繊維における中空部の代りに体積抵抗
率の低い素材を用いて芯鞘構造とすることにより、補償
電荷の注入を効率的に行わせんとするものである。しか
し、この方法においても、体積抵抗率の小さい芯材を用
いて補償電荷の注入を効率的に行うためには、高電圧の
印加時に該芯材を電気的に接地しておくことが必要であ
り、鞘部な体積抵抗率の大きい素材で被覆した連続する
繊維において、この接地を有効に行うことは困難である
という問題点があった。また、この方法において、芯材
に導電性を付与するために用いられる芯材としては、金
属や、樹脂に導電性の粉体を練り込んだものが用いられ
るが、これらはいずれも無色ではないために、この複合
繊維は有色の外観を呈すばかりでなく、軽く柔軟性に冨
み、且つ実用上の強度を兼ね備えるという合成繊維の長
所をも損うという問題点をあわせ持っていた。

また、上記の２番目と３番目の公報に記載された方法に
おいては、繊維の外側の表面上に単一極性の電荷を保持
させるため、繊維間の反発が著しく、取り扱いが困難で
あるばかりか、繊維の外側表面上にある電荷と逆極性の
電荷を保持する塵埃に対してのみ強い吸着力を示すとい
う問題点もあった。

すなわち、繊維表面上に安定で大きな正負の電荷を持ち
、且つ十分な強度と易加工性を持ったエレクトレット繊
維を従来技術で得ることには限界があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明者らは、上記欠点のないエレクトレット！！維に
ついて鋭意検討した結果、本発明に到達した。本発明は
、特に、繊維表面に安定で大きな正負の電荷を持ち、且
つ実用上十分な強度と加工性を持つエレクトレッ）ＭＱ
維及び該繊維より形成されるエレクトレットヅート状物
と該エレクトレット繊維の製造方法を提供せんとするも
のである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は次の構成を有する。

すなわち、本発明のエレクトレット繊維は、芯部が体積
抵抗率１０１２Ωｃｍ以上の極性ポリマーからなり、鞘
部が体積抵抗率１０１４Ωｃｍ以上の無極性ポリマーか
らなる実質的に芯鞘状の繊維横断面形状を有し、かつ鞘
部表面に電荷を有することを特徴とするエレクトレット
繊維であり、また、本発明のエレクトレット繊維の製造
方法は、芯部が体積抵抗率１０１２Ωｃｍ以上の極性ポ
リマーからなり、鞘部が体積抵抗率１０１４Ωｃｍ以上
の無極性ポリマーから実質的になる芯鞘繊維を用い、か
つ該繊維をアース電極に接触させながら直流電界中でエ
レクトレット化処理することを特徴とするエレクトレッ
ト繊維の製造方法である。

〈作用〉 本発明は、芯部に用いた極性ポリマーの分子分極を利用
することによって鞘部の表面に注入される電荷を増加さ
せるとともに該電荷を安定化させるものであるが、以下
、さらに詳しく本発明について説明する。

無極性ポリマーからなる繊維の一部を接地された金属板
等に接触させ、該接地電極と、該繊維を介して対面する
位置に設けられた放電極との間に直流の高電圧を印加す
ると、電極間に生じる放電電荷の一部は繊維表面に捕捉
されると同時に接地側電極から補償電荷が注入され、放
電終了後も繊維表面上に電荷の残存するエレクトレット
繊維が得られる。この分極の様子を第１図に示す。すな
わち、放電電荷と補償電荷がそれぞれ表裏面に注入され
ることにより、繊維は正負の表面電荷を持ち得るのであ
る。第１図において、１は接地電極であり、２は繊維断
面、３は放電極である。

しかるに、通常の無極性ポリマーのみからなる繊維の場
合には、補償電荷の注入が十分には行われないことは上
述した通りである・ 一方、本発明にかかる芯部が体積抵抗率１０１２Ωｃｍ
以上の極性ポリマーからなり、鞘部が体（ｎ抵抗率１０
１４Ωｃｍは上の無極性ポリマーからなる特定の繊維を
用いて上記と同様の印加処理を行うと、無極性ポリマー
への電荷の注入と並行して、芯部の極性ポリマー中にお
いて双極子の配向及びイオンの移動による分極が起こり
、鞘部表面に効果的な電荷を生じさせることになる。こ
の様子は、第２図に示されるごときのものであるが、電
界中での極性ポリマーの分極は、無極性ポリマーの分極
と逆の方向性を持つ（ヘテロ分極）ために、極性ポリマ
ーの分極が無極性ポリマーの分極に対して補償電荷のご
とくに作用し、無極性ポリマーの分極を安定化させると
ともに増大させるため、外部に対して強い電界を形成す
ることができるのである。

また、芯部の極性ポリマーの分極に関しても、鞘部の分
極による電界は、芯部の分極を安定ならしめるものであ
り、これら２つの分極はこのように互いに補い合うこと
により、互いを安定ならしめるのである。

本発明のエレクトレット繊維に用いられる芯材としては
、その構成分子鎖中に極性基を含む体積抵抗率１０１２
Ωｃｍ以上のポリマーであることが必須であり、そのよ
うな材料として、例えば、各種のポリエステル、ポリア
ミド、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化
ビニリデンなどが挙げられる。体積抵抗率が１０１２Ω
ｃｍ未満のものは、芯部の分極の安定性に問題がある。

鞘部を形成する材料としては、その分子鎖中に実質的に
は極性基を含まないポリマーを用いることが重要である
が、本発明の効果を損わない範囲において極性を有する
ポリマーが混入されていてもよい。鞘部を形成する材料
の体積抵抗率としては１０１４Ωｃｍ以上、好ましくは
１０１６Ωｃｍ以上がよい。ポリマーの体積抵抗率が１
０１４Ωｃｍ未満であると、印加時に注入された電荷が
、ポリマー内での移動により中和するために好ましくな
い。このような無極性ポリマーとしては、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリスチレンのようなポリオレフィ
ンか特に有効である。

本発明の芯鞘繊維における芯鞘の断面（−α比は、特に
限定されろものて°はないが、好ましくは芯部の断面積
が全断面積の２０％以上、特に好ましくは４０％以上で
あるのがよい。芯部の断面積が、全断面積の２０％より
も小さいと、無極性ポリマーのみからなる繊維との差が
顕著ではなくなり、本発明の効果が概して乏しくなる。

また、全断面積に対する芯部断面積の比率の上限は、芯
鞘構造をとり得る範囲内で適宜大きな値まで適用が可能
なものである。

上述した芯鞘構造よりなるエレクトレット繊維は、実用
上はｆ−ａ　ＴＲ物や不撒布などのシート状の形態、あ
るいは球形などの繊維塊の形状で用いられる。これらの
形成物は、繊維をエレクトレット化し、しかる後に上記
の形状に成形をしたものであってもよく、あるいは上記
の形状に成形された後、エレクトレット化を行うように
したものであってもよい。成形された後にエレクトレッ
ト化する方法は、特に紡糸機から直接製布を行う場合な
どに有効である。本発明の芯鞘繊維、あるいは芯鞘繊維
より構成されるシート状物をエレクトレット化する際に
は、少なくとも該繊維あるいはシート状物の一部を接地
された電極に接触させなから１　ｋＶ／ｃｍ以上の直流
電界中で処理するのがよい。

このとき、印加電極として針状あるいは線状のものを用
いることや、電極の一方もしくは両方に針状あるいは線
状の突起を持たせることは放電電流を増加させるので好
ましい。

本発明において、芯鞘構造は、必ずしも芯と鞘が同心円
状である必要はなく、多芯型タイプのものや、任意の変
形された実質的に芯鞘形状の構造をもつものであっても
よい。

〈発明の効果〉 以上述べた通りの本発明の芯鞘エレクトレット繊維は、
電荷量が大きくかつ安定な表面電荷を保持しているため
、本発明のエレクトレット繊維を、フィルターやマスク
などに用いた場合には、圧力１員失が小さく、且つ塵埃
の捕集性能の優れたものが得られる。また、鞘部の無極
性ポリマーとして、芯部の極性ポリマーよりも融点もし
くは軟化点の低いものを用いれば、熱接着繊維あるいは
熱接着シートとして用いるこ・ともできるため、このよ
うな熱接着加工の後にエレクトレット化加工に供するこ
とによって、より簡易にフィルターやマスクを成形する
ことが可能になる。

〈実施例〉 実施例 芯部に体積抵抗率ＩＱＩ９Ωｃｍのポリエチレンテレフ
タレート、また、鞘部に体積抵抗率ＩＱ＋６Ωｃｍのポ
リエチレンを用いた芯鞘繊維からなる、繊度３デニール
、目付ｆｆ１３０ｇ／ｍ２の不織布を、接地された金属
板（アース電極）上に置き、室温下において５ｋＶ／ｃ
ｍの直流高電圧を１５秒間印加することによりエレクト
レット化し、エレクトレット繊維シートを得た。このシ
ートを２枚の金属板ではさみ、室温より５°Ｃ／分の速
度で昇温しながら両電極間に流れる電流（脱分極電流）
を測定した。このとき、十分に温度が上昇し、分極が完
全に消滅するまでに両電極間を移動した電荷量は２．５
Ｘ１０−１０ク一ロン／ｃｍ２であった。

かかる結果から明らかなように、本発明による繊維シー
トは良好なエレクトレット特性を有していることがわか
る。

比較例　１ 平均繊度０．３デニール、目付量２５ｇ／ｍ２のポリエ
チレンメルトブロー不織布を、接地された金属板（アー
ス電極）上に置き、室温下において５ｋＶ／ｃｍの直流
高電圧を１５秒間印加することによりエレクトレット化
し、エレクトレット繊維シートを得た。このシートの脱
分極電流を上記実施例と同し方法で測定した。このとき
、十分に温度が上昇し、分極が完全に消滅するまでに両
電極間を移動した電荷量は１　、５Ｘ　１０−１ｎク一
ロン／ｃｍ２てあり、上記実施例品に較べてエレクトレ
ット特性が小さいものであった。

比較例　２ ポリエチレンテレフタレートからなる繊度３デニール、
目付ｆｆ１３０ｇ／ｍ２の不織布を、接地された金属板
（アース電極）上に置き、室温下において５ｋＶ／ｃｍ
の直流高電圧を１５秒間印加することによりエレクトレ
ット化し、エレクトレット繊維シートを得た。°このシ
ートの脱分極？ｌｉ流を上記実施例と同じ方法で測定し
た。このとき、十分に温度が上昇し、分極が完全に消滅
するまでに両電極間を移動した電荷量は１．９Ｘ１０−
１ｎク一ロン／ｃｍ２であり、上記実施例品に較べてエ
レクトレット特性が小さいものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、繊維状物がエレクトレット化される場合の状
態を説明する概略説明モデル図である。 第２図は、特に本発明にががる芯鞘状横断面構造をもつ
繊維状物がエレクトレット化される場合の状態を説明す
る概略説明モデル図である。 １：接地電極 ２：繊維断面 ３：放電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯部が体積抵抗率１０＾１＾２Ωｃｍ以上の極性
   ポリマーからなり、鞘部が体積抵抗率１０＾１＾４Ωｃ
   ｍ以上の無極性ポリマーからなる実質的に芯鞘状の繊維
   横断面形状を有し、かつ鞘部表面に電荷を有することを
   特徴とするエレクトレット繊維。
2. （２）鞘部がポリオレフィンからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載のエレクトレット繊維。
3. （３）芯部が体積抵抗率１０＾１＾２Ωｃｍ以上の極性
   ポリマーからなり、鞘部が体積抵抗率１０＾１＾４Ωｃ
   ｍ以上の無極性ポリマーからなる芯鞘繊維が用いられて
   形成されてなることを特徴とするエレクトレットシート
   状物。
4. （４）芯部が体積抵抗率１０＾１＾２Ωｃｍ以上の極性
   ポリマーからなり、鞘部が体積抵抗率１０＾１＾４Ωｃ
   ｍ以上の無極性ポリマーから実質的になる芯鞘繊維を用
   い、かつ該繊維をアース電極に接触させながら直流電界
   中てエレクトレット化処理することを特徴とするエレク
   トレット繊維の製造方法。