JPH047243B2 - - Google Patents

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JPH047243B2
JPH047243B2 JP60101415A JP10141585A JPH047243B2 JP H047243 B2 JPH047243 B2 JP H047243B2 JP 60101415 A JP60101415 A JP 60101415A JP 10141585 A JP10141585 A JP 10141585A JP H047243 B2 JPH047243 B2 JP H047243B2
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JP
Japan
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fiber sheet
fiber
charge
filter element
sheet
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JP60101415A
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Katsutoshi Ando
Ryoichi Togashi
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Publication date
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表面に荷電した電荷が、高度に分極し
て、かつ規則的に荷電した電荷構成を有する捕集
効率の高い、圧力損失の小さいエレクトレツト繊
維シートからなる高性能フイルターエレメント、
特にクリーンルーム用として有用なフイルターエ
レメントに関する。
〔従来の技術〕
従来、クリーンルーム用フイルターエレメント
として極細ガラス繊維を緻密に、かつ均一に抄紙
したシートを用い、濾過面積を大きくするために
ジグザグ状に折曲げて収納したエレメントが知ら
れているが、このエレメントは極細繊維からなる
緻密な構造に起因して、シート内の空隙が小さ
く、濾過時の圧力損失の上昇が大きく、かつシー
トの折曲げ数を多くしようとするとシートの厚み
に限界があつたり、スペーサーを挿入する必要が
生ずるために圧力損失の低下をまぬがれ得なかつ
た。
他方、エレクトレツト化した繊維からなる繊維
シートは公知であり(特開昭59−124号公報)、そ
れによるとメルトブローによつて紡出された繊維
糸条に高圧印加し、繊維糸条に電荷粒子を衝突せ
しめ繊維表面を荷電し、この繊維糸条をコンベア
上に捕集してエレクトレツト化した繊維シートを
得る方法が提案されている。しかしながら、かか
る方法によつて得られるエレクトレツト化繊維シ
ートは、繊維シート内の分極電荷の配向がランダ
ム(不規則)になるから、相互に電荷が弱め合
い、電界強度が経時的に低下する欠点があり、製
品としてもエレクトレツト化によるメリツトが必
ずしも十分に発揮されないという問題があつた。
このようなエレクトレツト繊維シートを濾過体
として使用しても本発明の目的とする高性能フイ
ルターエレメントを得ることはできないのであ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、上記公知のガラス繊維紙から
なるフイルターエレメントの欠点を解消し、かつ
前記公知のエレクトレツト化繊維からなる繊維シ
ートとは、そのエレクトレツト化の電界構造を全
く異にする構造を有し、経時的にその高度の電荷
が失われることのない、安定したエレクトレツト
性能を発揮し、高い捕集効率ならびに低い圧力損
失を示すエレクトレツトメルトブロー繊維シート
(以下、繊維シートと略す)からなる高性能フイ
ルターエレメント、特にクリーンルーム用として
有用なフイルターエレメントを提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような本発明の目的は、表面に電荷を有
し、該電荷を構成する分極電荷の活性化エネルギ
ーが少なくとも0.5eVで、分極電荷量が2×10-10
クーロン/cm2以上であり、かつ目付が80g/m2
下、見掛け密度が0.05g/cm3以上、構成繊維の平
均直径が10ミクロン以下である繊維シートを少な
くとも2層積層してなる積層繊維シートを用い
て、該積層繊維シートを所定の厚さに折畳み、該
折畳まれた積層繊維シートを収納体に収納するこ
とによつて達成することができる。
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明になる高性能フイルターエレメ
ントの一実施態様を示す一部切開斜視図である。
図において、1はフイルターエレメント、2は折
畳まれた繊維シート、3はスペーサーを示し、4
のフレーム内には繊維シート2が折畳まれて収納
されており、該繊維シート2の折畳み部分にはス
ペーサー3が介在している。エレメント収納体の
形態は、矩形、円形、円筒など種々可能である。
また、流体がリークしないように、繊維シート2
はフレーム4に接着剤で接合されている。このフ
イルターエレメントにおいて、濾過されるべき流
体はA面からエレメントに導入され、裏側のB面
に抜ける。
ここで、本発明の該高性能フイルターエレメン
トを構成する繊維シートはエレクトレツト化、す
なわち、その表面に正電荷または負電荷を有する
が、該電荷は分極しており、しかもこの分極電荷
は0.5eV以上の活性化エネルギーを有することに
一つの特徴がある。
すなわち、第2図は、本発明になる高性能フイ
ルターエレメントを構成する繊維シートの荷電状
態の一態様を示す模式断面図であり、図におい
て、2は繊維シート、5は該繊維シートを構成す
る繊維を示す。図に示すように、本発明になる繊
維シートに荷電した電荷は一方の面は正電荷、他
方の面には負電荷が荷電し、電荷が分極してい
る。
このような分極電荷によつて発生する電力の方
向をベクトル線(矢印)によつて模式的に示す
と、第3図に示す通りであり、本発明の繊維シー
トは、繊維シート内の分極電荷が一方向に配向し
た電界構成を有しており、前記第3図の分極電荷
の方向がランダムな電界構成を有する従来のエレ
クトレツト化繊維シートとは明白に相違してい
る。
これに対して、第4図および第5図は、前記公
知のエレクトレツト化された繊維から得られる繊
維シートの分極電荷状態を示す模式断面図および
繊維シートに荷電した分極電荷の電力方向をベク
トル(矢印)で示した模式図である。図に示すよ
うに、該繊維シート2を構成する繊維5に荷電し
た電荷は、その電力方向がランダムであり、第5
図から明らかなようにそのベクトル量は相互に相
殺される。したがつて、電力方向がランダムな電
界構造を有するこれらの繊維シートを積層して
も、電気的力は相互に打消されるから、エレクト
レツト化の効果は助長されることはないといえ
る。
本発明の繊維シートは、上記分極の方向がラン
ダムな従来の繊維シートのように、繊維シートに
荷電された電荷が相殺されることがないから、繊
維シートとして長期間に亙つて安定したエレクト
レツト機能を発揮する。さらに、第9図に繊維シ
ートの積層の様子を示す。この積層によつて全電
荷量が増加するために、それだけフイルターの性
能も向上する。積層したシートの極性については
同極または異極のいずれであつてもよいが、第9
図に示したように、繊維シートが、異極同志を対
面するようにして積層されるのが好ましいもので
ある。また、積層数は、少なくとも2層の積層と
すればよく、その上限は特に限定されない。
また、本発明において、該繊維シートの活性化
エネルギーは、第7図の昇温速度−電流曲線関係
図に示すように、温度を上げていつたときに、分
極電荷が脱分極されたときに発生する電気量によ
つて表わされる値であり、この活性化エネルギー
は、第6図に示す測定方法によつて測定される。
すなわち、第6図は、該活性化エネルギーを測定
するための測定法のフローチヤート図であり、図
において、2はエレクトレツト化された繊維シー
ト試料、6および7は電極、8は温度コントロー
ル装置、9は加熱槽、10は高感度温度計、11
はデータ処理装置、12はレコーダーを示し、電
極6および7によつて両面を強く挟持されたエレ
クトレツト化された繊維シート試料2は、加熱槽
9中に設置され、電極6,7を介して高感度温度
計10に接続されている。加熱槽9を一定昇温速
度、たとえば室温から繊維の融点付近まで5℃/
分で昇温すると、トラツプされた電荷が脱分極
し、電流が流れる。この電流をデータ処理装置1
1を経由してレコーダー12で記録すると、第7
図に示すような昇温温度に対する電流曲線が得ら
れるが、この電流曲線の面積を測定試料の面積で
割つた値が分極電荷量である。
このチヤートの、それぞれのピークの立ち上り
部分についてInJ対1/Tのプロツトを採り、得
られた直線の勾配から、次式により分極電荷の活
性化エネルギー(ΔE)を算出する。
InJ=C−ΔE/kT 上式において、Jは脱分極電流(A)、Cは定数、
ΔEは活性化エネルギー(eV)、kはボルツマン
定数、Tは温度(〓)を示す。
本発明のフイルターエレメントを構成する繊維
シートが有する電荷は、これを構成する分極電荷
が少なくとも0.5eV、好ましくは0.7eV以上の活
性化エネルギーを有する点で特徴的である。この
活性化エネルギーはエレクトレツトにおける電荷
のトラツプの深さを表わすものであり、エレクト
レツトの寿命、耐久性に大きな影響を与える。
そして、上記のチヤートにおいて、ピークの出
る温度領域が高いほど、繊維シートのエレクトレ
ツトの耐久性および安定性が大きいが、本発明の
繊維シートは、該ピークの値が少なくとも40℃、
好ましくは80℃以上、最も好ましくは130℃以上
の高温領域にあり、寿命のみならず耐久性ならび
に安定性においても極めて優れている。
さらに該繊維シートの分極電荷量は、該高性能
フイルターエレメントの電気的性能と直接関係す
るが、本発明の繊維シートは、該分極電荷量が少
なくとも7×10-11クーロン(c)/cm2、好ましくは
2×10-10c/cm2以上さらに好ましくは5×
10-10c/cm2以上の電荷量を有する。さらに、本発
明の高性能エレクトレツトフイルターを構成する
繊維シートの電界構成は、その分極した電荷が一
方向に配向した構成を有しているから、前記公知
のエレクトレツト化繊維シートのように、分極電
荷がランダム方向に分布した電界構成を有するも
のに比較して、電界構成が極めて安定しており、
かつこのことは本発明の繊維シートがエレクトレ
ツト化されているにもかかわらず、少なくとも
0.5eVという高度の分極電荷の活性化エネルギー
を具備する一つの大きな要因となつているのであ
る。
ここで、本発明のエレメントに介在するスペー
サーとしては、繊維シートの間隙を形成し、流体
が容易にシートの間を流れるようにするものであ
ればよく、特に限定されないが、たとえば紙、不
織布、金属フオイル、プラスチツクシート、また
はフイルムなどを挙げることができる。
このような本発明になるエレクトレツトフイル
ターエレメントを構成する繊維シートの製造法と
しては、公知のエレクトレツト化可能な各種ポリ
マ、好ましくは電気比抵抗が1013Ω・cm以上のポ
リマまたはガラス、その他の無機化合物、具体的
には、ポリオレフイン、ポリエステル、ポリカー
ボネート、ポリ弗化系樹脂、塩化ビニル系樹脂な
ど、好ましくはポリオレフイン、特にポリプロピ
レンを使用し、メルトブロー、即ち、前記繊維形
成性素材を紡糸口金から吐出すると共に、紡出さ
れた吐出繊維糸条を高速気流に随伴させて一挙に
繊維化し、繊維化された極細繊維糸条を捕集して
繊維シートとする方法によつて不織布状である繊
維シートを作成し、次いで得られた繊維シートを
エレクトレツト化する、好ましくは次の方法によ
つてエレクトレツト化するのがよい。
すなわち、第8図は、本発明の繊維シートの製
造に使用される装置の一態様を示す断面図であ
り、図において、2は繊維シート、13は水電
極、14は針状電極を示し、メルトブロー法によ
つて作成された本発明に規定する目付、見掛け密
度および繊維直径を満足する繊維シート2は、適
切な温度に保たれた水電極13上に載置され、該
水電極13の反対側の繊維シート面に針状電極1
4を繋いで直流電流を高圧印加し、該繊維シート
をエレクトレツト化するのである。
この場合に、該繊維シート2と該水電極13と
の接触面積を大きくすることによつて、より有効
に繊維シートをエレクトレツト化することができ
る。また、印加電圧は、繊維シートを構成する繊
維素材や電極間の距離などによつて相違するが、
たとえば電極間距離を3cmとした場合は、少なく
とも10KV、好ましくは15〜50KV、さらに好ま
しくは25〜40KVの印加電圧を瞬間的もしくは約
0.1秒以上、好ましくは1〜120秒の時間印加する
のがよい。
高電圧印加手段として、繊維シートの片面を正
に高電圧印加し、反対面を負に高電圧印加する両
面処理によつて、さらに電荷の分極を大きくし、
容易に本発明に規定する高度の活性化エネルギー
を繊維シートに付与することができる。特に、本
発明で規定する分極電荷の活性化エネルギーが少
なくとも0.5eV以上であるエレクトレツト繊維シ
ートを得るためには、特別にその方法が限定され
るわけではないが、本発明者らの各種知見によれ
ば、上述したように水電極を用いてエレクトレツ
ト化加工をして、それにより繊維と電極との接触
を良好になさしめ、同接触面積の極めて大きい状
態下(繊維シート表面の、繊維の重なり合いから
くる表面凹凸にかかわらず、繊維間間隙にまで水
電極たる水が入つていくので、繊維と電極との接
触が良好になされ、接触面積も大きくなるのであ
る。)でのエレクトレツト加工を実現すること、
かつ、正負の両面2段エレクトレツト加工処理を
行うことが重要である。
かくして得られた繊維シートは、所定の厚さに
折畳まれる。この場合に、上記方法によつてエレ
クトレツト化される繊維シートは、その目付が80
g/m2以下、見掛け密度が0.05g/cm3以上、構成
繊維の平均直径が10ミクロン以下である繊維シー
トを用い、かかる繊維シートの少なくとも2層を
折畳むことが慣用であり、かつ該繊維シートとし
ては、シートムラ変動率が10%以下、好ましくは
6%以下である均一な繊維シートが好ましい。こ
こで、シートムラ変動率は10cm角のサンプルを50
〜100個採取して、その重量を測定し、統計的に
算出した値である。この繊維シートを少なくとも
2層に積層することにより、フイルター捕集効
果、捕集効率はさらに大きく向上する。
このような目付、見掛け密度、シートムラ変動
率および繊維直径を満足することによつて、高電
圧による印加効率のよい、良好な電荷安定性およ
び大きい分極電荷量を有する繊維シートにするこ
とができる。特に、繊維シートとして本来の布帛
性能、機能を保有するから、該繊維シートを積層
して捕集効率を向上させる場合に、積層が容易で
あるばかりでなく、任意の折畳み構造、たとえ
ば、ピツチが0.4〜5山/cmの折畳み構造をとつ
てもその高度のエレクトレツト効果および濾過特
性が失われることがないのである。
〔発明の効果〕
本発明になる高性能フイルターエレメントは、
繊維シートに荷電された電荷が長期間に亙つて安
定しており、しかも活性化エネルギーが大きいた
めに薬品、熱によつてもその電荷が失われること
が少なく、優れた耐久性を示す。
そして、該エレメントは、通常のエレメントと
同等以上の均一性、機械的・物理的物性を有し、
しかも極細繊維であるために柔軟性、ドレープ性
質などに優れた繊維シートであるから、多くの多
種用途に使用することが可能である。
以下、実施例、比較例により、本発明の効果を
具体的に説明する。
実施例 1 ポリプロピレンをメルトブロー紡糸法によつて
紡糸し、平均直径3.5μmの繊維からなる目付が18
g/m2、見掛密度が0.13g/cm3およびシートムラ
変動率が4.4%の繊維シートを作成し、第8図に
示す装置を用いてエレクトレツト化した。エレク
トレツト化の条件としては、水電極の温度を50
℃、針電極の電極間距離を3cm、印加電圧を−
30KV、処理時間を60秒とした。
このエレクトレツト化処理後、繊維シートを乾
燥し、該繊維シートを裏返して水電極上に載置
し、+20KVで60秒間再度エレクトレツト化した。
かくして得られた高性能フイルターエレメントの
電流ピークは、92℃と153℃であり、それぞれの
ピークにおける活性化エネルギーは0.55eVおよ
び0.84eVであり、分極電荷量は8.5×10-10c/cm2
であつた。
この繊維シート5枚を表面電荷極性が異極にな
るように積層した。得られた繊維シートをピツチ
間隔21山/20cmに折畳み、折畳み間隙に波状の紙
製のスペーサーを挿入し、木枠に接着剤を用いて
流体のリークがないように接合し、第1図に示す
ようなサイズが20cm角のフイルターエレメントを
作成した。
このエレメントのフイルター面は8400cm2であつ
た。
このフイルターエレメントを用いて、0.3ミク
ロンのポリスチレンエアゾール(米国ダウケミカ
ル社製:ポリスチレンユニフオームラテツクスパ
ーテル)を通過速度2.5cm/秒に設定して通過さ
せ、フイルターの性能を調べた。
同フイルター性能を調べるに当たつては、フイ
ルターエレメントの捕集効率を光散乱方式のエア
ゾールカウンター(日立製作所製)を使用し、フ
イルターエレメント通過前後の粒子カウントを測
定して求めた。同様にフイルター通過前後の圧力
損失を測定した。
その結果、初期性能は捕集効率99.997%、圧力
損失5mm・aqであつた。また、1ケ月使用後の
性能を測定したところ、捕集効率は99.997%、圧
力損失は5.7mm・aqであり、初期性能とほとんど
変わりなかつた。
実施例 2 実施例1と同様にメルトブロー法により平均繊
維直径が4.5ミクロンのポリプロピレン繊維から
なる目付60g/m2、見掛密度0.135g/cm2の繊維
シートを作成し、実施例1に準じてエレクトレツ
ト化した。
得られた繊維シートの電流ピーク温度は85℃と
149℃であり、それぞれのピークにおける活性化
エネルギーは0.24eVおよび0.62eVであり、繊維
シートの分極電荷量は5×10-10c/cm2であり、
130℃以上の分極電荷量は5×10-10c/cm2であつ
た。
実施例1と同様にしてフイルターエレメントを
作成し、そのフイルター性能を測定した結果、初
期性能は捕集効率99.992%、圧力損失3.0mm・aq
であつた。
比較例 1 繊維直径が0.75ミクロンのガラス繊維からな
る、目付が78g/m2、シートの見掛密度が0.18
g/cm2であるガラスフイルターを用いて実施例1
と同様のフイルターエレメントを作成した。
このフイルターエレメントの性能を実施例1と
同様に測定した結果、初期性能は捕集効率99.985
%、圧力損失23mm・aqであり、また、1ケ月使
用後の性能は捕集効率99.988%、圧力損失24.5
mm・aqであつた。圧力損失が非常に高く、捕集
効率も本発明のエレメントに比較して劣つてい
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になるフイルターエレメントの
一実施態様を示す一部切開斜視図、第2図および
第3図は該フイルターエレメントを構成する繊維
シートの模式断面図およびシート内の分極電荷の
配向状態を電力ベクトルで表示した断面図、第4
図および第5図は同様に従来の繊維シートの模式
断面図およびシート内の分極電荷の配向状態を電
力ベクトルで表示した断面図、第6図は本発明の
繊維シートの活性化エネルギーを測定するのに使
用される装置のフローチヤート図、第7図はエレ
クトレツト化された繊維シートの温度に対する脱
分極により発生する電気量の変化を示すグラフ、
第8図はエレクトレツト化装置の一例を示す模式
図、第9図は繊維シートの積層の様子を示す図で
ある。 1……エレメント、2……繊維シート、6,7
……電極、8……温度コントロール装置、9……
加熱槽、10……高感度温度計、11……データ
処理装置、12……レコーダー、13……水電
極、14……針状電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 表面に電荷を有し、該電荷を構成する分極電
    荷の活性化エネルギーが少なくとも0.5eVで、分
    極電荷量が2×10-10クーロン/cm2以上であり、
    かつ、目付が80g/m2以下、見掛け密度が0.05
    g/cm3以上、構成繊維の平均直径が10ミクロン以
    下であるエレクトレツトメルトブロー繊維シート
    を少なくとも2層積層してなる積層繊維シートを
    用いて、該積層繊維シートを所定の厚さに折畳
    み、該折畳まれた積層繊維シートを収納体に収納
    してなる高性能フイルターエレメント。 2 エレクトレツトメルトブロー繊維シートの構
    成繊維が、ポリプロピレン系重合体である特許請
    求の範囲第1項に記載の高性能フイルターエレメ
    ント。 3 エレクトレツトメルトブロー繊維シートが、
    異極同志が対面して積層されてなる特許請求の範
    囲第1項または第2項のいずれか1項に記載の高
    性能フイルターエレメント。
JP10141585A 1985-05-15 1985-05-15 高性能フイルタ−エレメント Granted JPS61230711A (ja)

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