WO1989011724A1 - Electret material and method of producing the same - Google Patents

Description

明 細 エ レク ト レ ツ ト材及びその製造方法 技術分野

本発明はエ レク ト レ ツ ト材及びその製造方法に関し さ らに詳し く は表面電荷量が大き く 、 しかもその表面 電荷を安定に保持可能に したエ レク ト レ ツ ト材とその 製造方法に関する。

背景技術

エ レク ト レ ツ ト材は、 ポリ プロ ピレンゃボリ エチ レ ンなどの無極性ポリ マーからなる繊維ゃフ ィ ルム等の 成形体を高電圧下にさ らすこ とによって、 その成形体 中に電荷を注入し、 その表面に正負に分極された電荷 を分布させるよう に したものである。 このエ レク ト レ ッ ト材は上記表面電荷によって吸塵性能を有しており - 不織布， 編物， 織物などの多孔性シー トに加工されて、 エアフ ィ ルター， マスク， 防塵衣などの用途に応用さ れている。

エレク ト レ ッ ト材の吸麈性能は表面電荷密度によつ て左右され、 その表面電荷密度が大き く なる ほど吸塵 性能を大き く する こ とができる。 このよう に表面電荷 密度を上げるには、 エ レク ト レ ツ ト化処理する ときの 補償電荷の注入を出来るだけ多 く でき るよう にすれば よい。 例えば、 無極性ポ リ マー材料をフ ィ ルム状に し て接地電極に対する接触面積を大き くすれば、 鏃維の 場合に比べて補償電荷の注入を向上することができる しかし、 い ぐら接地電極に対する接触面積を大き く し ても、 従来の無極性ポリ マーだけを成形体基材として 使用する限り、 その表面電荷密度を大幅に向上するこ とには限界があった。 また、 従来のように無極性ボリ マーだけを成形体基材として使甩する限り、 一時的に は成形体基材の表面に多量の電荷を持たせることがで きたとしても、 それを長期間にわたり安定して維持さ せることは不可能であった。

したがって、 本発明の目的ば、 従来のエレク ト レ ツ ト材に比べて表面電荷量を大き くすることができ、 し かもその表面電荷を長期間にわたり安定して保持する ことができるエレク ト レツ ト材を提供する ことにある , また、 本発明の他の目的は、 上記のような優れた性能 を有するエ レク ト レッ ト材を製造する方法を提供する ことにある 発明の開示

上記目的を達成する本発明のエレク ト レッ ト材は、 横断面において体積抵抗率 1 0 ^{1 2} Ω αη以上の極性ポリ マ ーを内側成分として有し、 該内側成分の周囲の少な く とも互いに対向しあう面に、 それぞれ体積抵抗率 1 0 Ω αη以上の無極性ポリ マーを密着させるように配 置し、 該横断面の配置状態を長手方向に連続させるよ う に した成形体からなり、 かつ電荷を有している こ と を特徴とする ものである。

また、 このよう なエ レク ト .レ ツ ト材は、 本発明によ れば、 上記極性ボリ マーと無極性ボリ マーからなる複 合成形体を使用し、 該成形体の片面に接地電極を接触 させる と共に、 該接地電極が接する面とは反対側の面 に空間を介して放電極を配置し、 両電極間に直流電界 を発生させる こ とによ って製造する こ とができる。 本発明では、 エ レク ト レ ツ ト材が上述のよう な構成 である こ とによって、 内側成分の極性ポリ マーの分子 分極作用により、 その外側に配置した無極性ポリ マー に捕償電荷を注入させやす く し、 エ レク ト レ ツ ト材の 表面電荷量を増加させる こ とができる。 また、 同時に 極性ボリ マーの分子分極作用によって、 エ レク ト レ ッ ト材に帯電した表面電荷を長期間にわたり安定化させ る こ とができる。 図面の簡単な説明

第 1 図〜第 5図は、 それぞれ本発明のエ レク ト レ ツ ト材が繊維である場合の各実施例を示す横断面図であ る。

第 6 図は、 本発明のエ レク ト レ ツ ト材がフ ィ ルムで ある場合の実施例を示す横断面図である。

第 7 図は、 本発明の製造方法によって鏃維材料をェ レク ト レ ッ ト化処理する ときの原理を示す説明図であ る。

第 8図は、 本究明の製造方法を連続的に実施する場 合の一例を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明において極性ボリマーとは、 その分子鎮中に、 2原子間の結合モーメ ン トが 1. 0デバイ （Deb y e) 以上 であるような結合を有するポリ マーをいう。 このよう な極性ポリ マーの好ましい例としては、 ポリ エステル, ナイ ロ ン， ポリ塩化ビュル， ボリ フ ッ化ビ二リ デンな どを挙げることができる。 また、 本発明において無極 性ボリマーとば、 上記のような 2原子間の結合モーメ ン トが 1. 0デバイ以上になる結合を持たないボリ マー をいう。 このような無極性ポリ マーの好ましい例とし ては、 ポリ エチレン， ポリ プロピレン， ポリ スチレン などのポリオレフイ ンを挙げることができる。 上述し た結合モーメ ン トの具体的な数値例としては、 例えば 高分子学会編 「双極子モーメ ン ト 〈高分子実験学講座 1 〉 」 （共立出版） ，Ρ . 185 に記載されている。

本発明のエレク ト レツ ト材はポリマーの成形体を基 材として構成されている。 その成形体は上記極性ボリ マーが横断面において内側成分として配置され、 その 内側成分外周の少なく とも互いに対向する面に、 上記 無極性ボリマーが密着するように配置され、 かつその 断面の配置状態が長手方向に連統する構成となってい る。 無極性ボ リ マーは内側成分の極性ポ リ マー外周の 全周を囲むよう に配置されている こ とが望ま しいが、 少な く とも内側成分の互いに対向する面に配置されて いれば部分的な配置になっていてもよい。 さ らに、 内 側成分の極性ボリ マーには、 その体積抵抗率が 1 0 ^{1 2} Ω cm以上である ものを使用し、 また解極性ポ リ マーに は体積抵抗率が 1 0 " Ω αιι以上である ものを使用する ものとする。

第 1 図は本発明のエ レク ト レ ツ ト材のう ち、 基材の 成形体が繊維である場合の横断面を示したものである < この繊維 3 は、 芯部に極性ポリ マー 1 が内側成分と し て配置され、 その外周全体を無極性ポリ マー 2 が鞘部 と して覆う よ うに配置された芯鞘状横断面からなり、 この横断面の配置を長手方向に連続させるように して いる。 芯部の極性ポリ マー 1 は必ずしも一つである必 要はな く 、 第 2図のよう に複数本に分割された多芯状 であってもよい。 また、 繊維 3 の横断面形状は必ずし も円形である必要はな く 、 第 3図のような三角形、 第 4図， 第 5図のよう な四角形、 或いはその他の非円形 で、あってもよい。 また、 無極性ボリ マー 2 は芯部の極 性ポリ マー 1 の外周全部を覆わず、 第 5図のよう に互 いに対向する両面に配置されたサン ドィ ツチ状構成で の つ ご よい _e

第 6図は本発明のエ レク ト レ ツ ト材のう ち、 基材の 成形体がフ ィ ルムである場合の横断面を示す。 フ ィ ル ム 4 は芯部に極性ポリ マー 1を配置し、 その上下両面 に無極性ボリ マー 2を密着配置するサンドイ ツチ状搆 成になつている。 このフ ィ ルム は、 多数に割織され て、 第 5図のような緻維にすることもできる。

本発明のェレク ト レツ ト材は、 上述のような極性ボ リマーと無極性ポリマーとの複合成形体を、 直流の高 圧電界にさらしてエレク トレツ ト化することにより得 ることができる。 第 7図は、 このようなエレク トレッ ト化処理をするときの状況を、 織維を例にして示す原 理図である。

第 7図に示すように、 アースされた接地電極 6に線 維 3 の片面を接触させ、 その上方に空間を介して直流 高圧電源 8 に接続された放電極 7が配置される。 この 接地電極 6 と放電極 7との間に直流高圧電源 8からの 直流の高電圧を印加すると、 雨電極間に生じる放電電 荷の一部が織維 3の表面に捕捉されると同時に接地側 電極 6から補償電荷が注入されるため、 放電終了後も 織維表面上に電荷の残存するエレク ト レッ ト織維が得 られる。 すなわち、 放電電荷と捕償電荷がそれぞれ鐡 維 3 の表裏両面に注入されることにより、 その織維 3 は正負の表面電荷を持ったものとなるのである。

上記エレク ト レッ ト化処理は、 l kV Z on以上の直流 電界で処理することが好ましい。 また、 印加電極とし ては、 その少な く とも一方に針状あるいは線状のもの を用いることが望ましい。 このように電極の一方もし く は両方に針状あるいは線状の突起を持たせるこ とに より、 放電電流を増加させる こ とができ るからである 上記エ レク ト レ ツ ト化処理において、 織維 3 は芯部 が体積抵抗率 1 0 ' ² Ω on以上の極性ポリ マー 1 からな り、 鞘部が体積抵抗率 1 0 ^{1 4} Ω αη以上の無極性ボリ マ 一 2 からなつているため、 無極性ポリ マー 2 への電荷 の注入と並行して、 芯部の極性ボリ マ一 1 の中では双 極子の配向及びイ オ ンの移動による分極が起こ り、 鞘 部の無極性ポリ マー 2 の表面に効果的な電荷を生じさ せる こ とができ る。 すなわち、 電界中での極性ポ リ マ 一 1 中の分極は、 無極性ポリ マー 2 での分極とは逆の 方向性を持つヘテロ分極になる。 このため、 この極性 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、 その結果と して無極性ボ リ マーの電荷量を増大させる と共に、 その無極性ボリ マ 一の分極を安定化させるよう にするのである。 また、 同時に鞘部の分極による電界は、 芯部の分極を安定な ら しめるよう に作用するので、 これら 2 つの分極が互 いに補い合う こ とにより、 互いを安定化な ら しめるの である。 したがって、 エ レク ト レ ツ ト化処理後のエ レ ク ト レ ツ ト鏃維は、 外部に対して強い電界を形成する と共に、 それを長期間にわたって安定に維持する もの となるのである。

上述した効果を確実なものとするため、 本究明のェ レク ト レ ソ ト材に用いられる内側成分の極性ボ リ マ一 としては、 前述したようにその構成分子鎮中に極性基 を舍む体積抵抗率 1 0 ^{Ι 2} Ω η以上のポリマーであるこ とが必要である。 体積抵抗率が 1 0 ^{1 2} Ω αη未満のもの であっては、 内側成分の分極を安定にすることが難し く なる。 また、 無極性ポリ マーとしては、 その分子鎖 中に実質的に極性基を舍まないようなボリマーを用い ることが重要である。 しかし、 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。 この無極性ポリ マーの体積抵抗率としては 1 0 ^{1 4} Ω αη以上、 好ましく は 1 0 ^{1 6} Ω αη以上であるこ とがよい。 ポリ マーの体積抵抗率が 1 0 " Ω η未満で あると、 高電圧の印加時に注入された電荷が、 ポリマ 一内で移動して中和してしまうため、 本発明の効果を 発揮することが難し く なる。

本発明のエレク ト レッ ト材において、 その基材の成 形体を構成する極性ポリマーと無極性ポリ'マーとの模 断面における断面積比は、 特に限定されるものではな いが、 好まし く は内側成分の極性ポリ マーの断面積を 成形体全断面積の 2 り％以上、 より好ましく は 4 0 % 以上にするのがよい。 内側成分が占める断面積が、 成 形体全断面積の 2 0 %より も小さいと、 従来の無極性 ボリマーだけからなるェ レク ト レツ ト材との差が顕著 ではな く なる。 また、 成形体全断面積に対する内側成 分の断面積の上限は特に限定されず、 適宜大きな値ま で適用することができる c 成形体が織維であるエ レク ト レ ッ ト材の場合は、 こ れを不織布， 編物， 織物などの多孔性シー ト の形態に したり、 或いは球形などの繊維塊に加工して使用する こ とができ る。 これらの繊維加工物は、 繊維の状態で 予めエ レク ト レ ッ ト化したのち、 そのエ レク ト レ ッ ト 織維を上記各形態に加工するよう にしてもよいが、 ェ レク ト レ ツ 卜処理前の緻維を上記各形態に加工した後 に、 それら加工物をエ レク ト レ ツ ト化処理するよ う に してもよい。 加工後にエ レク ト レ ッ ト化する方法は、 特に紡糸機から紡糸した織維を直接シー ト状に形成す る、 所謂ダイ レク ト フ ア ブリ ケーショ ンで得られる不 織布に適用する場合に有効である。

また、 外側に使用する無極性ポリ マーと して、 内側 成分の極性ポリ マーより も融点または軟化点の低いも のを使用する と、 繊維をシー ト状に加工する場合に、 その無極性ポ リ マーを熱融着させる こ とによって接着 手段と して兼用させる こ とができる。

エ レク ト レ ッ ト化処理はバッチ処理であっても、 連 続処理であってもよい。 連続処理の場合には、 例えば 第 8図のよう にして実施する こ とができる。 この第 8 図では、 接地電極 6 と放電極 7 とが配置されたェ レク ト レ ッ ト化処理部の一方の側部に、 未処理成形体 8 0 がロール状に巻かれた供給 ドラム 8 2 を配置し、 他方 の側部に処理後のエ レク ト レ ツ ト材 8 1 が σ—ル状に 巻き取られる ¾取 ドラム 8 3 が配置されている。 接地 電極 6 と放電極 7 とは一対だけでもよいが、 必要によ り複数を連続して配置してあってもよい。 直流の高圧 電界を発生させた上記エレク ト レツ ト化処理部に、 供 給ドラム 8 2から未処理成形体 8 0を卷き しながら 供給し、 かつ接地電極 6 に接触させながら巻取ドラム 8 3に巻き取ると、 上記未処理成形体 8 0 は連続的に エレク ト レッ ト化処理されて表面電荷を帯びたエ レク ト レッ ト林 8 1 になる。 このときの未処理成形体 8 0 の形態は繊維ゃフィルムであってもよ く、 或いは鐡維 から加工された多孔性シー ト状物であってもよい。 上述したように、 本発明のエレク ト レツ ト林は、 成 形体の内側成分として極性ポリマーが配置されている ことによって、 エレク トレツ ト成形体全体としてみた とき、 その表面電荷量を非常に大き くすることができ かつその表面電荷を長期間にわたり安定に保持するこ とができる。

実施例 1

芯部に体積抵抗率 1 0 ^{1 9} Ω cmのボリ エチレンテレフ タ レー トを、 また雜部に体積抵抗率 1 0 ' ⁶ Ω σιιのポリ ェチレンを用いた镞度 3デニールの芯鞘織維を作製し この芯鞘織維から、 目付量 ·3 0 g/ m²の不織布を作製し た。 この不織布をアースされた接地電極上に置き、 放 電極との間で室温下において 5 kVZ cniの直流高電圧を 1 5秒間印加してエレク ト レツ ト化し、 エレク ト レツ ト不織布を得た。 得られたエ レク ト レ ツ ト不織布を 2枚の電極板では さみ、 室温より 5 て /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。 その結果 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 X 1 0 。 クーロ ン/ であった。

また、 得られたエ レク ト レ ツ ト不織布は、 印加後 6 0 日間を経過した後も、 印加直後の 9 5 %の表面電荷 を有しており、 経時的にも極めて安定していた。

比較例 1

ポリ エチ レンを溶融紡糸機から直接メ ル トブローさ せて平均繊度 0. 3 デニール、 目付量 2 5 g/ nf の不織布 を直接製布した。 こ の不織布を、 アースされた接地電 極上に置き、 放電極との間で室温下において 5 k V / cm の直流高電圧を 1 5秒間印加してエ レク ト レ ッ ト不織 布を得た。

こ のエ レク ト レ ッ ト不織布の脱分極電流を実施例 1 と同じ方法で測定した。 その結果、 十分に温度が上昇 し、 分極が完全に消滅するまでに電極間を移動した電 荷量は 1. 5 X 1 0 '。 クーロ ンノ ofであり、 実施例 1 の本発明のエ レク ト レ ツ ト不織布に比べて表面電荷量 が少なかった。

そ して、 印加後 3 0 日間経過した時点で、 得られた エ レク ト レ ツ ト不織布の表面電荷値を測定したとこ ろ、 実質的に表面電荷は測定されず、 電荷の安定性におい ても劣るものであった。

実施例 2

厚さ 2 0 / m のポ リ エチ レンテレフタ レー ト の両面 に、 それぞれ厚さ 1 0 〃 m のボリ エチレンを張り合わ せた複合フ ィ ルムを成形した。 この複合フ ィ ルムをァ ースされた接地電極上に置き、 放電極との間で室温下 において 5 IcV Z onの直流高電圧を 1 5秒間印加してェ レク ト レ ツ ト フ ィ ルムを得た。

得られたエレク ト レッ トフィルムを 2枚の電極板で はさみ、 室温より 5 て Z分の速度で异温しながら両電 極間に流れる電流 （脱分極電流） を測定した。 その結 果、 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 8 X I 0—⁹クーロ ン / ofであつ 7こ。

また、 得られたエ レク トレツ ト フ イ ルムは、 印加後

6 0 日間を経過した後も、 印加直後の 9 5 %の袠面電 荷を有しており、 経時的にも極めて安定していた。 比較例 2

厚さ 5 0 μ m のボ リ エチレ ンからなるフ ィ ルムを成 形した。 このフ ィ ルムをアースされた接地電極上に置 き、 放電極との間で室温下において 5 kV / cmの直流高 電圧を 1 5秒間印加してエ レク ト レッ ト フ イ ルムを得 た。

得られたエ レク 卜レ ト フ イ ルムを 2枚の電極板で はさみ、 室温より 5 で 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。 その結 果、 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 3 X 1 0 。 ク ーロ ン / ofであり、 実施例 2 の本発明によるェク レ ト レ ツ ト フ ィ ルムに比べて表面電荷量は少なかった。

そ して、 印加後 3 0 日間経過した時点で、 得られた エ レク ト レ 'ン ト フ イ ルムの表面電荷値を測定した と こ ろ、 実質的に表面電荷は測定されず、 電荷の安定性に おいても劣る ものであった。 産業上の利用可能性

上述した優れた特性を有する本発明のエ レク ト レ ソ ト材は、 フ ィ ルタ一， マスクなどに使用する とき、 圧 力損失が小さ く 、 且つ塵埃の捕集性能の優れたものに する こ とができ る。 また、 塵埃をき ら う集積回路の製 造現場などで作業者が着用する無麈衣， 防塵キ ャ ッ プ などにも有効に使用する こ とができ る。

Claims

請求の範囲

1 . 横断面において体積抵抗率 1 0 ^{Ι 2} Ω αη以上の極 性ポリ マーを内側成分として有し、 該内側成分の周囲 の少なく とも互いに対向しあう面に、 それぞれ体積抵 抗率 1 0 ' ⁴ Ω αη以上の無極性ポリ マーを密着するよう に配置し、 該横断面の配置状態を長手方向に連続させ るように した成形体からなり、 かつ電荷を有している エ レク ト レ ツ ト材。

2 . 成形体が織維であり、 該繊維は内側成分の極性 ボリマーが芯部となり、 該芯部の実質的全周を無極性 ポマリーが鞘部になって被覆した芯鞘状横断面になつ ている請求の範囲第 1項記載のヱ レク ト レ ツ ト材。

3 . 成形体が織維であり、 該繊維は内側成分の極性 ポリマーの両側面に、 それぞれ無極性ボマリ一が配置 されたサ ン ドイ ツチ状横断面形状になつている請求の 範囲第 1項記載のエ レク ト レッ ト材。

4 . 成形体がフ ィ ルムであり、 該フ ィ ルムは内側成 分の極性ポリ マーの両側面に、 それぞれ無極性ボマリ 一が配置されたサン ドィ ッチ状模断面形状になってい る請求の範囲第 1項記載のェレク ト レ ツ ト材。

5 . 成形体が繊維であり、 該繊維の多数本が立体的 に交絡して多孔性シー トを形成している請求の範囲第 1項記載のエ レク ト レ ツ ト材。

6 . 極性ポリ マーがボリ エステル， ナイ ロ ン- ボリ 塩化ビュル， ポリ フ ッ化ビニ リデンの群から選ばれた ボリ マーであり、 無極性ポリ マーがポリ オ レフ ィ ンで ある請求の範囲第 1 項記載のエ レク ト レ ツ ト材。

7 . ポ リ オ レフ イ ンカく、 ポ リ エチ レ ン， ポ リ プロ ピ レ ン， ポリ スチ レ ンの群から選ばれたポリ マーである 請求の範囲第 6項記載のエ レク ト レ ッ ト材。

8 . 横 ff面において極性ポ リ マーの占める断面積が 成形体の全断面積の 2 0 %以上である請求の範囲第 1 項記載のヱ レク ト レ ツ ト材。

9 . 横断面において体積抵抗率 1 0 ^{1 ζ} Ω αη以上の極 性ボリ マーを内側成分と して有し、 該内側成分の周囲 の少な く とも互いに対向しあう面に、 それぞれ体積抵 抗率 1 0 ^{1 4} Ω cm以上の無極性ボリ マ一を密着するよう に配置し、 該横断面の配置状態を長手方向に連続させ るよう に した成形体を使用し、 該成形体の片面に接地 電極を接触させる と共に、 該接地電極が接する面とは 反対側の面に空間を介して放電極を配置し、 前記両電 極間に直流電界を発生させて前記成形体をエ レク ト レ ッ ト化するエ レク ト レ ツ ト材の製造方法。

10 . 成形体が镞維であり、 該織維の形態でヱ レク ト レ ツ ト化する請求の範囲第 9項のエ レク ト レ ツ ト材の 製造方法。

1 1 . 成形体がフ ィ ルムであり、 該フ ィ ルムの形態で エ レク ト レ ッ ト化する請求の範囲第 9項のエ レク ト レ ン ト材の製造方法。

1 2 . 多数本の織維を多孔性シー ト に作製し、 該多孔 性シー トをエ レク ト レツ ト化する請求の範囲第 9項 載のヱ レク ト レ ツ ト材の製造方法。