JPH031045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、新規な繊維状エレクトレツトシート
およびその製法に関する。更に詳しくは、ダスト
捕集性および吸着性に著しく優れた新規な繊維状
エレクトレツトシートおよびその製法に関する。

［従来の技術］ 大気塵は、ボルツマン分布に従つた電荷分布を
有しているので、正電荷、負電荷、無電荷の塵埃
が混在している。又、人的発生源から発生した塵
埃は、電荷極性が片寄つた分布をすると言われて
いる。

これらの塵埃を吸着、あるいは補修する場合、
その塵埃の持つ電荷の反対極性を有する布帛によ
つて補修するのが望ましいことは知られている。

しかしながら、従来のエレクトレツト化材、例
えばエレクトレツト化フイルムを割繊集合化した
エレクトレツト布帛の場合、に分極した構成
繊維がアトランダムに混じり合つているために、
正極正、負極正が打ち消しあう部分があり、捕集
性能や吸着性能が劣ることがその後の検討で判明
した。又、表面が同極性に揃つたシートの場合、
異極性の混在したエアロゾルを吸着又は、補修す
る場合には、同極性のエアロゾルは反発され、吸
着性能が低下するという知見が得られている。

このようにこれまで、異極性の混在したエアロ
ゾルを吸着又は補修するのに最適な素材は存在し
なかつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らは、上記欠点のない、吸着性能、捕
集性能に優れた繊維状エレクトレツトシートにつ
いて鋭意検討した結果、本発明に到達した。本発
明は、特に、正極性や負極性の入り混つたエアロ
ゾルや、正、又は負に片寄つた電荷分布を有する
エアロゾルやダストに対しても優れた捕集性、吸
着性を有するエレクトレツトシートおよびその製
法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、次の構成を有する。

(1) 繊維状シートの少なくとも表面が、区画化さ
れた正極性部分と負極性部分で配置されている
ことを特長とする繊維状エレクトレツトシー
ト。

(2) 体積固有抵抗値が10¹²Ω・cm以下の素材から
なる部分と、10¹³Ω・cm以上の素材からなる部
分で構成されたパターン材の一面を接地された
金属性平面又は金属性回転ロール表面に密着さ
せ、該パターン材の他面に布帛を密着させた状
態で高圧印加することを特徴とする繊維状エレ
クトレツトシートの製法。

本発明の繊維状エレクトレツトシートの製法に
ついて説明する。

先ず接地された金属平面又は金属性回転ロール
面上に、体積固有抵抗値が10¹²Ω・cm以下の素材
からなる部分と、10¹³Ω・cm以上の素材からなる
部分を直接金属面に形成させる。また、そのよう
に作られたシート状物（以下パターン材と称す
る）で覆うか、または貼着してもよい。このパタ
ーン材の上に加工対象の布帛を置き、空間に設置
された印加電極、すなわち針状又はワイヤー電極
等によつて正又は負電圧の直流コロナ放電処理を
行なうことによつて、同一面に異極性にエレクト
レツト化された繊維状エレクトレツトシートを得
ることができる。

例えば、縦、横１cm角の体積固有抵抗値が
10¹²Ω・cm以下の部分と、体積固有抵抗値が
10¹³Ω・cm以上の部分を交互に縦方向、横方向に
並べて作つたパターン材の一方を、接地された金
属平板上に密着し、他方に加工対象布帛を密着さ
せる。

次に針状電極を用いて、負電圧でコロナ放電処
理を行なうと、体積固有抵抗値が10¹²Ω・cm以下
の素材の上でコロナ放電処理加工された部分は、
正にエレクトレツト化す。又、体積固有抵抗値が
10¹³Ω・cm以上の素材の上でコロナ放電処理加工
された部分は、負にエレクトレツト化し、略１cm
間隔毎に区画化された異極性部分が混在配置され
た形態で形成される。

一方、印加電圧を正電圧でコロナ放電処理した
場合には、全く逆のエレクトレツト極性を有する
繊維状エレクトレツトシートが得られる。すなわ
ち、負極性を示した部分は、正極性に、正極性を
示した部分は、負極性にそれぞれエレクトレツト
化する。

このように、エレクトレツト化される異極性の
パターンは、アース極上面の２種の体積固有抵抗
値素材のパターン配置とほとんど同一となる。従
つて、この素材の配置面積割合によつて、得られ
る繊維状エレクトレツトシートの正および負の面
積割合も任意に区画化変更することができる。

エレクトレツトの方法はコロナ放電処理の他
に、エレクトロエレクトレツト法によつても、こ
の繊維状エレクトレツトシートの製造が可能であ
る。この場合、コロナ放電方式と違う点は、体積
固有抵抗値が10³〜10¹²Ω・cmの範囲の素材、好適
にナイロンシートで被覆された金属性平板電極又
は金属性回転ロールと、パターン材の間に、直
接、布帛をはさみ直流電圧印加する方法によつて
行なうことである。

本発明で用いるパターン材の素材としては、体
積固有抵抗値10¹²Ω・cm以下では、金属、または
カーボンブラツクや帯電防止剤などを練り込んで
体積固有抵抗値を調整したポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ナイロンなどのポリマーである。又、
体積固有抵抗値が10¹³Ω・cm以上では、ポリオレ
フイン系、ポリエステル系、フツソ系のポリマー
などである。

これらの素材を用いてパターン材を作製する方
法は、金属平面上に、体積固有抵抗値10¹³Ω・cm
以上のシートを、パターン材に合せた形状に切断
し接着剤で貼る方法で達成される。又、別の方法
は、溶融した体積固有抵抗値10¹²Ω・cm以下と
10¹³Ω・cm以上の２種のポリマーを同一の矩型口
金に数箇所に分割して導き、フイルム状のシート
を溶融紡出することによつてスジ状の体積固有抵
抗値の違つたシートを得ることができる。このシ
ートを金属面に密着してパターン材を形成する方
法で達成される。更に、別の方法は、体積固有抵
抗値10¹²Ω・cm以下の金属以外の素材と、
10¹³Ω・cm以上の素材をパターン材に合せた形に
切断し、それぞれの素材を密接し、接着剤を用い
て金属面に貼り付ける方法などで達成される。

又、本発明で用いる加工対象布帛は、体積固有
抵抗値が10¹⁴Ω・cm以上の有機重合体繊維からな
る布帛で、その布帛の繊維充填率が25％以下、目
付が80ｇ／m²以下のものが用いられる。

図面を用いて、更に詳細に説明する。

第１図は、コロナ放電法による製法であつて、
図中の１は、加工対象の布帛、２は矢印Ａ方向に
回転する接地された金属ロール、３はパターン
材、４は体積固有抵抗値が10¹²Ω・cm以下の素材
の部分、５は体積固有抵抗値が10¹³Ω・cm以上の
素材の部分、６は印加電極、７は直流高電圧発生
機である。

又、第２図はエレクトロエレクトレツト方法の
場合であつて、８はナイロンシート、９は金属ロ
ールである。その他の番号は第１図と同様であ
る。

図中の矢印Ｂ，Ｃは回転方向を示す。

本発明の繊維状エレクトレツトシートが得られ
る原理は、次のように説明できる。

すなわち、アース材の体積固有抵抗値と得られ
る布帛のエレクトレツト極性は第３図の様な関係
にある。この関係は、ポリプロピレンメルトブロ
ー不織布（平均繊維直径2.5μｍ、目付20ｇ／m²、
繊維充填率15％）を、種々の体積抵抗値の異なる
シート（アース材）を介して、接地された金属性
平板上で、負30KVで60秒間、処理したときの関
係を示す。従つて、第３図から明らかなように、
10¹²Ω・cm以下では、印加面となる表面（電極
側）は正極性に、裏側（アース側）は負極性に帯
電する。一方、10¹³Ω・cm以上では、この関係が
逆転する。正電圧で処理した場合には、全く逆の
関係になる。

従つて、10¹²Ω・cm以下と10¹³Ω・cm以上のそ
れぞれ違つた体積抵抗値を有する素材の上で処理
することによつて、同時に本発明の繊維状エレク
トレツトシートが得られるのである。

しかし、繊維充填率が25％を上回り、かつ目付
も80ｇ／m²を上回るような加工布帛の場合には、
パターン材の体積抵抗値の影響をほとんど受けな
くなり、印加電圧極性に従つたエレクトレツト極
性を示すようになる。又、エレクトレツト的性能
も低下するようになる。従つて、加工布帛は比較
的粗な構造を有することが好ましく、繊維充填率
25％以下、目付80ｇ／m²以下が好適である。

ここで繊維充填率は、布帛の見掛厚さに占める
繊維だけの体積率である。

第４図〜第９図は、繊維状エレクトレツトシー
トの正負極性の区画パターン例を示すものであつ
て、斜線部は正極性部分を、また白地の部分は、
負極正の部分を表現している。この他にも無数の
パターンに変形して用いることができる。もちろ
ん、絵模様のようなパターンも可能である。

第１０図は、本発明の繊維状エレクトレツトシ
ートの表面付近の横断面模式図を示す。図のよう
に、同一極性の区画は複数本の繊維又はそれより
多い繊維数で構成されているものである。図中の
線Ｃは異極性の区画範囲を、また、図中の１０は
エレクトレツト化繊維を示す。

区画の間隔が小さくなると、電気力線のクロー
ズ化が起り、吸着力が低下するので、一区画範囲
の幅は0.1mmより広くするのが好ましい。

極性の面積比の選択は、大気塵を対象とする場
合には、ほぼ５：５が望ましい。それは大気塵が
ボルツマン分布に従つた荷電分布であるためであ
る。又、人的発生源のエアロゾルを対象とする場
合は、片寄つた荷電分布を示すことが多いので、
その電界分布に合せて１：９〜９：１の範囲内で
選択するのが捕集性や吸着性を向上させる上で必
要である。

本発明の製法で作製される繊維状エレクトレツ
トシートの特製は、次の通りである 活性化エネルギーが0.2eV以上を有する。
0.2eV未満では、充分なエレクトレツト安定性が
得られない。また熱刺激脱分極電荷量は7.0×
10^-11クーロン／cm²以上のものが得られる。これ
は、エアロゾルを吸着し、又は補集する上で必要
な電荷量である。

熱刺激脱分極電荷量の求め方は、エレクトレツ
ト熱分析装置（東洋精器(株)製）に同一極性部分の
みの試料をセツトし、５℃／分で昇温する。

この時、観測された熱刺激脱物極電流と温度の
関係をデータ処理装置のレコーダーで記録し、熱
刺激脱分極電流曲線を求める。次いで、得られた
曲線と温度とによつて囲まれた面積を試料の面積
で割つて得られた数値が熱刺激脱分極電荷量であ
る。

また活性化エネルギーの求め方は、この曲線の
立ち上りは、次式に従うので、ピークの立ち上り
部についてInJ対１／Ｔのプロツトをとり、得ら
れた直線の勾配から分極電荷の活性化エネルギー
を算出することができる。

InJ＝Ｃ−△Ｅ／kT ［式中、Ｊ：脱分極電流(A) Ｃ：定数 △Ｅ：活
性化エネルギー（eV） ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：温度（〓）を示す］ 活性化エネルギーは電荷の安定性の点から室温
以上での電流ピークで、少なくとも0.2eVを有す
ることが重要である。

すなわち、活性化エネルギーの値が大きい程、
そのエレクトレツトの寿命が優れているのであ
る。

また、表面電荷密度の求め方は、第１１図に示
した方法で行なう。図中の番号、１１と１２は接
地された金属製の箱、１３は金属性平板電極、１
４は試料、１５はコンデンサー、１６はピコアン
ペアメーターである。図１１の装置を用いて求め
た電位より、Ｑ＝CV／Ｓの関係式に従つて表面
電荷密度を求める。

Ｑ：表面電荷密度（クーロン／cm²） Ｃ：コンデンサー（0.03μF） Ｖ：測定電位 Ｓ：試料面積（cm²） ［作用］ 本発明の繊維状エレクトレツトシートは、同一
面に、異極性のエレクトレツトが小区画に分割さ
れて多数存在する。又一つ一つの小区画を区画化
配置されているために、境界線では、静電気の中
和が起るが、それ以外では、異極性区画の静電気
力の影響を受けにくい。従つて、正極性、負極性
の混じりあつたエアロゾルがシートにやや近づく
と、このシートの異極性区画に吸着される。この
ため、吸着性や捕集性に優れた物が得られる。

細いエレクトレツト繊維を均一に混繊した不織
布の場合、異極性繊維が隣接する数が多くなるの
で、静電気の中和が起り易い。

従つて、吸着性、捕集性が劣ると考えられる。

又、同一面が、同極性に揃つたシートの場合、
同極性のエアロゾルを反発するので、吸着性、捕
集性はやや劣る。

［実施例］ 以下の実施例によつて、更に詳細に説明する。

実施例 １ ポリプロピレンメルトブロー不織布（平均繊維
直径2.5μｍ、厚さ0.14mm、目付20ｇ／m²）を第１
図による方法で、電界強度−10KV／cm（電極−
アース間距離３cm）、印加時間10秒でエレクトレ
ツト加工した。この時、正および負極性の面積比
は、１：１でパターンは第５図（格子間距離12
mm）のものを用い、体積抵抗値が10⁴Ω・cmの素
材（ポリエチレンにカーボンを練り込んだ物）と
10¹⁶Ω・cmの素材（ポリプロピレン）を用いてパ
ターン材を作製した。

このエレクトレツトシートを、モンロー型イソ
プローブ電位計（モデル244型、(株)クニコー）で
走査して表面極性を調べたところ、明確な異極性
区画が存在する繊維状エレクトレツトシートであ
ることが確認された。

このシートの吸塵性を次の方法で測定した。

に帯電したトナーを0.2ｇ、一方が空いた容
器の底に置き、このエレクトレツトシートでフタ
をした。この容器の底部には電動フアンがあり、
そのフアンを２秒間回転させてトナーを舞い上が
らせた。10分後に、エレクトレツトシートのフタ
を取つてみたところ、に帯電した部分に極めて
多く付着していた。付着量は0.5ｇ／m²であつた。
繊維状エレクトレツトシートが優れていることが
わかる。

又、この繊維状エレクトレツトシートを３枚重
ね、大気塵を用いて捕集性能を評価した。

測定風速（1.5ｍ／min）、エアロゾルカウンタ
ーはCNC（日本カノマツクス(株)製）を用いた。補
集効率の求め方は100−｛（フイルター通過後の大
気塵数）／（フイルター通過前の大気塵数）×
100｝で行なつたところ99.9994％であつた。

極めて高い補集効率を有していることがわか
る。

比較例 １ 実施例１で用いたポリプロピレンメルトブロー
不織布をアースされた金属性平板上に置き、電界
強度10KV／cm（針状電極−アース間距離６cm）
で直流高電圧処理を10秒間行なつた。この物を、
モンロ型イソプローブ電位計で極性を調べたとこ
ろ、表面が正に、裏面は負にそれぞれ帯電してい
た。

このエレクトレツトシートのトナー付着性を調
べるために、負に帯電した面を下側にして、に
帯電したトナーの入つた容器にフタをした。実施
例１と全く同様の方法でトナーの吸着状態を調べ
たところ、ほとんど吸着は認められなかつた。付
着量は0.1ｇ／m²であつた。同極性による反発効
果によることがわかる。又、実施例１と同様の方
法で補集効率を求めたところ、99.9989％であつ
た。

比較例 ２ エレクトレツト化フイルムを割繊集合化したシ
ート（ポリプロピレン）を用いて、トナー吸着性
を実施例１と全く同様の方法で実施した。

その結果、吸着状態にむらがあることがわかつ
た。

吸着量は0.2ｇ／m²であつた。

正極性、負極性に分極した面がアトランダムに
入り乱れて集合化しているため、静電気力の中和
化によつて吸着力が弱められたと推察された。

［発明の効果］ 繊維状エレクトレツトシートは、次の特性を有
する。

同一面に、異極性区画が混在配置されているの
で、正負に荷電したエアロゾルを同時に吸着、捕
集することができる。又、異極性の面積比や区画
面積パターンを任意に製造可能であるので、捕集
を対象とするエアロゾルの電荷分布に合せて、繊
維状エレクトレツトシートを使い分けることが可
能である。

この繊維状エレクトレツトシートを一枚、また
は数枚積層してフイルターやダスト吸着材、マス
クなどに応用可能である。又、この加工技術は帯
電された染料や薬品を吸着させることにより、特
定部分の染色や薬品処理にも利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の繊維状エレクト
レツトシートの製造例を表わす斜視図、第３図は
表面電荷密度と体積固有抵抗値の関係図、第４図
〜第９図は正負極性の区画パターン例を表わす平
面図、第１０図は本発明の繊維状エレクトレツト
シート表面付近の横断面模式図、第１１図は表面
電荷密度の測定装置を表わす側面図である。 １：加工対象布帛、２：接地された金属ロー
ル、３：パターン材、４：体積固有抵抗値
10¹²Ω・cm以下の素材、５：体積固有抵抗値
10¹³Ω・cm以上の素材、６：印加電極、７：直流
高圧発生機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維状シートの少なくとも表面が、区画化さ
   れた正極性部分と負極性部分で配置されているこ
   とを特徴とする繊維状エレクトレツトシート。 ２ 区画化された正極性部分と負極性部分が多数
   混在配置されている特許請求の範囲第１項記載の
   繊維状エレクトレツトシート。 ３ 正極性部分のトータル面積と負極性部分のト
   ータル面積比が１：９から９：１である特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の繊維状エレクト
   レツトシート。 ４ 体積固有抵抗値が10¹²Ω・cm以下の素材から
   なる部分と、10¹³Ω・cm以上の素材からなる部分
   で構成されたパターン材の一面を接地された金属
   性平面又は金属性回転ロール表面に密着させ、該
   パターン材の他面に布帛を密着させた状態で高圧
   印加することを特徴とする繊維状エレクトレツト
   シートの製法。 ５ 高圧印加が、直流コロナ放電方式による方法
   である特許請求の範囲第４項記載の繊維状エレク
   トレツトシートの製法。 ６ 高圧印加が、エレクトロエレクトレツト方式
   による方式である特許請求の範囲第４項記載の繊
   維状エレクトレツトシートの製法。 ７ 加工する布帛が、体積固有抵抗値が10¹⁴Ω・
   cm以上の有機重合体繊維である特許請求の範囲第
   ４項記載の繊維状エレクトレツトシートの製法。 ８ 加工する布帛の繊維充填率が25％以下であ
   り、かつ目付が80ｇ／m²以下である特許請求の範
   囲第４項、又は第７項記載の繊維状エレクトレツ
   トシートの製法。