JPH0365206A - 高性能エレクトレット濾材 - 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浄、ビルの空気調和や
工場排気の浄化用等のエアーフィルター空気清浄機、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性能エレクトレット濾材に関するも
のである。

（従来の技術） 従来、エレクトレットフィルターには特公昭５６−４７
２９９号公報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
ターのもつ帯電量は大きいが、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、繊維が矩形で繊維の形
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
言う問題があった。特公昭５３−４００７３号公報に開
示されている絶縁フィルムをアース電極上に敷いて、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わち長期に
わたって使用しても捕集効率が低下しない、高レベルに
帯電した高性能エレクトレット濾材の堤供を［−１的と
するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意検討した結果、本発
明に到達したものである。

本発明は、電荷保持構造体がエレクトレット繊維シート
と微粒子から成るエレクトレット濾材において、該微粒
子を該繊維シートの一方の面に富に付着させ、該繊維シ
ートの２枚を該微粒子を富に付着させた面同志で貼り合
せたことを特徴とする高性能エレクトレット濾材である
。

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シートと微粒子から
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があり、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性能エレクトレット濾材と
なり得るものである。第１図に本発明の−・例を、ｊク
シた。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
必瑣の要件である。繊維が井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杆しく悪く、高性能エレ
クトレット濾材として使えないものとなる。

本発明において、高＋／１ミ能エレクトレット濾材はエ
レクトレット繊維と微粒−ｒ・のそれぞれに固定された
電荷の総量を越える電荷を安定的に保持することができ
る。この現象は電殉後、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り１独で保持される電荷以外に
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
と推定され、この点が従来のエレクトレット濾材と全く
異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。

史に重要なことは、こうした相互作用によって生した電
４：Ｉは容呂に中和消失することなく、安定的にエレク
トレット濾材に電荷保持されると言う点である。

本発明において、エレクトレット繊維シートへの微粒子
の付着噛分布は該繊維シートの厚さ方向に一方に富で、
他方に貧に付着した指数関数的に激減する分布であり、
該微粒子の富に付着した繊維シート而同志を貼り合せる
ことによって、高性能エレクトレット濾材は作製される
。

本発明において、微粒子をエレクトレット繊維シートの
厚さ方向に貧富の付着量分布をもたせ、該繊維シートの
２枚をその京に付着した面同志で貼り合せると、エレク
トレット濾材を長期間にわたって使用した場合、粉塵に
よる電荷の中和や電荷減衰によって濾材が保有している
電荷が失なわれたとしても、該繊維シートからの微粒子
の脱落やｒｔｆ飛散が起ることがなく、濾材の性能が長
期間にわたって支足であると８う特徴を発揮する。

繊維シートの貼り合せはエンボス熱溶着による貼り合せ
、あるいは接着剤シートを用いる貼り合せであることが
奸ましい。

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、ポリ弗化ビニリデン、
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
縁性イｆ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−メチル−
ｌ−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、その集合形態としては織物、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、その繊維径は１００−以下、好ましく
は４０ＩＩＡ以ド、より好ましくは４ＩＩＩＲ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ィング処
理を施すことによって、電６；ｆの保持安定性、電荷の
・：ｉ）電量向」二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、アビエチン酸などのカルボン酸
やその金属°塩やカルナウバ−ワックス、松やになどの
微粒子、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２リデン、セルロース、ポリビニルア
ルコールなどのイ１゛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゛ナウバーワックス、更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２０Ｉ
ＩＩＩ以下、奸ましくは１／Ａ１１以下、より奸ましく
は０．２ｐｔａ以下である。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状は球状、楕■状、在方体状
、直方体状、星状、針状、台形状などがある。

本発明における微粒子の付着量はエレクトレット繊維の
重量に対して０．０１〜２０重皐％以下、紅ましくは０
．０５〜５重量％以下、より好ましくは０．１〜１％以
ｆ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
維表面との接触界血は増加するため、微粒子の付着量が
少くても、高・；；）電量化の効果は大きい。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
エレクトレフ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、粘着、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に付着している微粒子は濾材
使用時の風圧や振動では容易に再飛散することはない。

本発明において、高性能エレクトレット濾材の前駆体で
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。高性能エレクトレット濾材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
つ繊維は単一繊維から集合形態としてのバルク状物やシ
ート状物がある。

本発明における高性能エレクトレット濾材は、かかる構
造体を荷電し、エレクトレット繊維と微粒子とから成る
電荷保持構造体として後、該微粒子の富に付着した繊維
シート而同志を２枚貼り合せることによって作製される
。

本発明において高性能エレクトレット濾材にする荷電方
法としてはコロナ荷電、電界荷電、熱間電界荷電、電子
線照射などがあるが、特にこれらに限定するものではな
く、繊維と微粒子から成る構造体に電荷を注入し高帯電
量で電荷が安定に保持される荷電法であればいかなる荷
電法も用いることができる。コロナ放電、電界荷電の場
合は１０　ｋｖ／　ｃ冒以」―、好ましくは１５　ｋｖ
／　（Ｊ以上の電界強度が適しており、電子線照射の場
合は０．１〜ｌ　Ｍｒａｄの照射が望ましい。

本発明において高性能エレクトレット濾材は（Ｉ）式に
より求められる単繊維補集効率化η／η０が１．５以上
を有する。

η／ηｏ　＝　１２　ｎ　（１−Ｅ）　／　Ｑ、ｎ　（
１−Ｅｏ）　　　（１）ただし、 η。：従来法で作製されるエレクトレットｍ材の＃１１
６繊維捕集効率 η　：本発明の高・；；７電１４エレクトレ、ｙト’？
１１ＭｔｔＡのｑｉ繊維抽集効率 Ｅｏ　：従来法で作製されるエレクトレ、ソト濾材の実
測される粒子捕集効率 Ｅ　：本発明の高’ＡＦ電量エレクトレ・ソト濾材の実
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濾材
とは本発明における微粒子を繊維に付着させることなく
、本発明におけると同じ荷電方法でエレクトレット濾材
を作製することを意味する。

粒子捕集効率の測定は０．３１ＩＪａの直径のＮａｃＱ
粒子粒子を線速５　ｃｍ　／　ｓｅｅで試験用フィルタ
ーに供給したときの濾材の上流側と下流側とのＮａｃ（
！粒子濃度をレーザーパーティクルカウンター（リオン
ＫＡ−１４）で計測し０式から求めた硝である。

ただし、 Ｃ１：試験用濾材の一１―流側における０、３７７Ｊ直
径のＮａｃ（！拉ｒ膿度 ｃｚ：試験用濾材のド流側における０、３ｕの直径のＮ
ａｃＱ粒子濃度 この１．５倍の７１１−繊維ｒｔｌｉ集効率の増大は機
械的な捕集効率の寄５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４１２電量が従
来法のエレクトレット濾材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濾材の前電量（粒子捕集効
率から求めた値）は０　、８　ｎｃ／　ｃｍ以−Ｅ１好
ましくはｉ　、　Ｏｎｃ／　ｃ＋ｉ以−１−である（従
来法では０、３〜Ｏ，Ｏｎｅ／ｃｒｉｌで０．６ｎｃ／
ｃＪ以上の荷電は付与できなかった）。

本発明において、微粒子の付着したエレクトレット繊維
シートの貼り合せはエンボス熱溶着による貼り合せや多
孔質接着剤シートによる貼り合せが用いられる。エンボ
ス熱溶着による貼り合せはエンボスローラによる熱押圧
方式、超音波溶着方式や高周波溶着方式が用いられる。

本発明の高性能エレクトレット濾材において、゛り気の
通る未溶着部と熱溶着によりフィルム化した溶着部の比
である溶着面積ａ分弔は１５％以下が好ましく、より好
ましくは１０％以下、更に好ましくは５％以ドである。

本発明において、エンボス熱溶着によるエンボス模様は
ひとつの溶着部の【ｆ０積が１ｏｎ２以下で丸状、点状
、星状、線状や矩型状などの形状の繰り返し模様で、本
発明の濾材の全体にわたって広がっている。

次に本発明を実施例でもって、具体的に示す。

（実施例） 実施例１ 繊維径２戸のポリプロピレンエレクトレフトメルトブロ
ー不織布（繊維清２０　ｇ　／　ｒｊ　）に蒸発凝縮で
作製した１戸直径のセパチン酸の微粒子を１０　ｃｍ　
／　ｓｅｅで浸透させ、１ｇ／イの付着駄を不織布シー
トに付着させた。次いで、コロナ針電極を用いて゛）ｉ
導体シートを敷いたアース電極面」二にセパチン酸粒子
を付着させたメルトブロー不織布シートを置き、２０　
ｋｖ／　ｃｍの高電圧を１０秒間、印加してエレクトレ
ット濾材とし、このエレクトレット濾材の２枚をセパチ
ン酸粒子の富に付着した而である浸透面同志で重ね合せ
、１１１１１２正方形の凸部の密度が２００−ｍ”あた
り１個のエンボスローラで熱押圧による貼り合せをして
、高１／１ミ能エレクトレツト濾材を作製した。

この高外能エレクトレット濾材を試験線速５　ｃｍ／ｓ
ｅｅで０．３戸の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ＫＣ−１４）で測定した。

又、同時にこの濾材の圧力損失をマノスターゲージにて
測定した。

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Ｇｆ電条件でエレクトレット化し次い
で、そのエレクトレット濾材の２枚を実施例１と同じ貼
り合せ条件で貼り合せ、比較例１のエレクトレット濾材
を作製し、粒子捕集効〉ネくと正力損失を測定した。

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／η０は１．８８と著しい増加を
示し、本発明における微粒子付着の効果が明らかであっ
た。

比較例２ 実施例１の高性能エレクトレット濾材において、貼り合
せを実施例１とは逆のセパチン酸粒子の浸透面を外側に
して実施例１と同じ条件でエンボスローラで熱押圧によ
る貼り合せをして比較例２のエレクトレット濾材を作製
した。

次いで、実施例１と比較例２についてそれぞれ一辺が３
００＋＊■の正方形で奥行きｌ　５０　、、のプリーツ
型フィルターユニット（濾過面積２．５．／）を作成し
た。これらフィルターユニットニ大気塵濃度０．０５ｇ
／ｒｒ？の空気を毎分３ｒ１１′で１乍間供給し、大気
塵負荷後の捕集効率をレーザーパーティクルカウンター
（リオンＫＣ−１４）でａｌり定した。

表２には、大気塵負荷後のフィルターユニットの試験風
ｍ３ｎ？／分および同じ試験風量でフィルターユニット
に積極的にバイブレータ−で加振ヲ与えたときの補集効
率を示している。３ｎ？／分の試験風量では実施例１と
比較例２の捕集効率は大差ないが、これにバイブレータ
で加振を与えながら、捕集効率を測定すると、比較例２
のフィルターユニットは捕集効率の著しい低下が認めら
れた。

この原因はフィルターユニットの下流側に付着させたセ
パチン酸粒子の脱落や再飛散によるものとＪｆｌ　測す
れ、一方実施例１の濾材のフィルターユニットではかか
る問題は発生しなかった。

表２ 実施例２ 繊維径１．５／ＪＪａのポリプロピレンエレクトレット
メルトブロー不織４１シート（繊維＠３０　ｇ、／／）
に蒸発凝縮で作製した１、５戸直径のアビエチン酸の微
粒子を１０ｃ璽／ｓｅｅで浸透させ、１．５ｇ／ｄの付
着量を不織布シートに付着させた。次いで、該不織布シ
ートの２枚を微粒子付着面を貼り合せ面として、多孔質
接着剤シート（ダイアポンド株式会社、商品名メルトロ
ンソフ）を用い、７０℃で貼り合せ加工し、実施例２の
高性能エレクトレット濾材を作製した。

比較例３ 実施例２のポリプロピレンメルトブロー不織Ａｉを微粒
子を付着させることなく、実施例１と同様の−ｉ／電条
件でエレクトレット化し、次いで、実施例２と同様に貼
り合せ加工し、比較例３のエレクトレット濾材を作製し
た。

表３に実施例２と比較例３の平板における粒子捕集効率
と圧力損失の測定結果を示した。

表３ 実施例２の圧力損失は比較例３の１．２倍と微増したが
、単繊維捕集効率比η／η０は１．９８と著しい増加を
示し、本発明における微粒子付着の効果は明らかであっ
た。

（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１社で
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
濾材を提供することができる。

屯

【図面の簡単な説明】

手続補正書（方式） 第１図は本発明における実施例のひとつであり１はエレ
ン トレ ト繊維、 ２は微粒子、 ３は凝集 平成２年 月 １ 日 した微粒子をそれぞれ示している。 特 許 庁 長 官 殿 特許出廓人 東洋紡績株式会社 １゜ 事件の表示 平成１年特許願第２０ １０６１、 発明の名称 高性能エレクトレッ ト濾材 ＆ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電荷保持構造体がエレクトレット繊維シートと微
   粒子から成るエレクトレットろ材において、該微粒子を
   該繊維シートの一方の面に富に付着させ、該繊維シート
   の２枚を該微粒子を富に付着させた面同志で貼り合せた
   ことを特徴とする高性能エレクトレット濾材。