JPH02197110A - エレクトレットメルトブロー不織布の製造法 - Google Patents

エレクトレットメルトブロー不織布の製造法

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JPH02197110A
JPH02197110A JP1132985A JP13298589A JPH02197110A JP H02197110 A JPH02197110 A JP H02197110A JP 1132985 A JP1132985 A JP 1132985A JP 13298589 A JP13298589 A JP 13298589A JP H02197110 A JPH02197110 A JP H02197110A
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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、高性能フィルタ、吸着材などに効果的に用い
ることのできる安定な分極電荷を有するエレクトレット
メルトブロー不織布を製造する方法に関する。
[従来の技術] 従来、メルトブロー不織布のエレクトレット化手法とし
ては、特公昭59−124号公報に記載されている如く
、オリフィスから出たメルトブロー繊維が噴射流中を走
行するときに該繊維に高圧印加を付与することによって
エレクトレット化し、その繊維を捕集してエレクトレッ
ト化メルトブロー不織布を製造するという方法が提案さ
れている。
しかし、この方法で得られたエレクトレットメルトブロ
ー不織布の分極電荷の方向は、第4図に示すように、ラ
ンダムな方向を持っているものであった。
このために該不織布内部で分極電荷を持つ繊維が相互に
電荷を弱め合うことになり、電荷の安定性が良くなかっ
た。したがって、たとえば、フィルタとして使用する場
合、捕集ずべきエアロゾルに対して有効な電気力を作用
し得ないため、高い捕集効率が得られないという欠点が
あった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、たとえば、フィルタとして使用される
場合の捕集効率を上げるため、従来の分極電荷の方向が
ランダムなメルトブロー不織布とは性能的に太き(異な
る、第5図に示すような分極電荷が厚さ方向に配向を有
する良好なエレクトレット特性を持つエレクトレットメ
ルトブロー不織布を製造することを可能にする方法、そ
れも、メルトブロー不織布の製造プロセス上において連
続的にそのようなエレクトレットメルトブロー不織布を
製造することができるという、特異な方法を提供せんと
するものであって、特に長期にわたって電荷の安定性が
良好な高性能のエレクトレットメルトブロー不織布を製
造する方法を提供せんとするものである。
[課題を解決するための手段] 上述した目的を達成する本発明のエレクトレットメルト
ブロー不織布の製造法は、噴射されたメルトブロー繊維
をメルトブロー不織布として捕集面上に捕集して後、該
メルトブロー不織布がローラに巻取られる前または容器
に収納される前の該捕集面上あるいは該捕集面からさら
に移されたメルトブロー不織布を移送せしめる移送面上
において、該メルトブロー不織布に対し、前記捕集面あ
るいは移送面をアース電極としてかつ非接触型電極を用
いて高圧印加処理を施すことによりエレクトレット化せ
しめることを特徴とするエレクトレットメルトブロー不
織布の製造法である。
[作用] 以下、本発明のエレクトレットメルトブロー不織布の製
造法の実施態様を示した図面などにしたがって、さらに
詳しく本発明について説明をする。
第1図と第2図は、それぞれ本発明のエレクトレットメ
ルトブロー不織布の製造法の1実施態様例を示す模式図
であり、1はメルトブロー繊維、2は捕集ドラム、3は
アース、4は印加電極、5はメルトブロー不織布、6は
メルトブロー繊維、7はエレクトレットメルトブロー不
織布であり、8は高電圧発生機である。
第1図に示した態様においては、メルトブロー繊維1よ
り噴射されたメルトブロー繊維6は、矢印入方向に回転
する捕集ドラム2上に集められ、メルトブロー不織布5
を形成する。その後、アースされた捕集面9に接触した
メルトブロー不織布5に対して印加電極4で、たとえば
負極性で高圧印加処理して、コロナ放電を発生させて、
メルトブロー不織布を形成する繊維に電荷注入を行なつ
うことにより安定した分極状態を持つとともに高いエレ
クトレット性能を持つエレクトレットメルトブロー不織
布7を得るものである。
また、第2図に示した態様においては、捕集面9からさ
らに不織布が移送面(移送用コンベア11上)に移され
てさらに移送をされていく該移送面上で、該移送面をア
ース電極としてかつ非接触型電極によって、たとえば負
極性で高圧印加処理して、コロナ放電を発生させて、メ
ルトブロー不織布を形成する繊維に電荷注入を行なって
エレクトレット化をせしめるものであり、捕集面から移
されて後、たとえば、負極性で、アース3′されかつサ
クション10′を有する移送用の移送コンベア11に接
圧するメルトブロー不織布5に対して高圧印加処理を行
なうことにより安定した分極状態を持つとともに高いエ
レクトレット性能を持つエレクトレットメルトブロー不
織布7を得るものである。
かかる第1図や第2図に示した本発明の製造法によって
得られるエレクトレットメルトブロー不織布は、第3図
に示した如く、分極電荷の荷電状態を有するエレクトレ
ット繊維20より構成されたものとなり、その分極電荷
の方向は、第5図のモデル図に示したベクトル線の如く
、不織布の厚さ方向に概して整然と配向されている構成
となっている。
本発明の方法において、捕集面あるいは移送面には、た
とえばドラム、コンベアベルトなどを使用することがで
き、開孔を持った材料を用いることもできる。たとえば
ネット、パンチメタルなどを使用できる。捕集面あるい
は移送面の材質としては、アースを取る必要があるため
に、たとえば金属材料などの体積抵抗率の低いものが用
いられ得るものである。また、金属材料より体積抵抗率
の高い材料でコーティングしたものでも本発明の実施を
妨げないが、捕集面あるいは移送面は、直接的であれ間
接的であれアースが取られていることが肝要である。
直流高電圧を印加するに際し、電界強度は3KV/cm
〜30 KV/cmの範囲内とすることが適当である。
印加電極は、コロナ放電を容易にして良好に連続的にエ
レクトレット化を行なっていく上で、非接触型電極を使
用することが必要であり、たとえば、針状電極やワイヤ
ー状電極が最適に用いられ得るものである。該電極とア
ース極側の捕集面、移送面との間隙は5〜100non
の範囲内とするのが好ましく、特に1.5〜70mmの
範囲内とするのがより好ましい。
これに対して、接触型電極は、コロナ放電がしにくい点
から、連続的で確実なエレクトレット化加工を必要とす
る本発明の方法には使用することができないものである
本発明の方法を実施するに際して、溶融ポリマーがメル
トブロー繊維化されて捕集されるものであるため、メル
トブロー不織布は室温より高温度を有しているものであ
って、これがエレクトレット化に好ましい条件の場合も
多くあるが、あまり温度が高いと逆にエレクトレット化
が阻害される場合もある。したがって、そのような場合
には、メルトブロー不織布を冷却した後、高電圧印加処
理をするようにしてもよい。
このような点に関して、本発明者らの各種知見によれば
、印加時のメルトブロー不織布の温度は、該重合体のガ
ラス転移点の上下100℃以内の範囲内として処理をす
ることが好ましい。
また、印加処理時には、アースされた捕集面あるいは移
送面にメルトブロー不織布が、より密着して接触してい
ることが望ましく、このためサクション作用を該メルト
ブロー不織布に与えること等によって該接触性を向上さ
せる工夫をすることが好ましい。
また、メルトブロー不織布の目付は、100g/rr1
′以下であるものが、エレクトレット性から好ましく、
さらには60g/m2がよい。
これは、不織布の目付が多くなると、印加電界強度を放
電のため上げることができなくなり、また捕集面あるい
は移送面のアース側からの補償電荷が入り難くなるため
で、このためエレクトレット化が十分に行なわれなくな
るからである。
なお、エレクトレット性能は、後述の熱刺激電流を測定
することで知ることができる。
さらにまた、前述のメルトブロー不織布を捕集面に密着
、接触させることは、高圧印加によるエレクトレット化
時に、アース面よりの補償電荷を得るため重要なもので
あって、このためメルトブロー条件として、次の如くし
て捕集させたメルI・ブロー不織布を用いることが好ま
しい。
すなわち、メルトブロー条件と捕集面との距離L]:、
15cm〜100cmの範囲内であることが密着性を上
げる意味から好ましい。これは、このような距離である
と、メルトブロー繊維がまだ可撓性のある状態で捕集す
ることができるために捕集面に沿って密着させることが
できるからである。
この理由と同様の理由で、捕集時のメルトブロー不織布
の表面温度は、少なくともガラス転移点より60℃引い
た値よりも高い温度であることが好ましい。また、捕集
距離が近い状態では、噴射流による風圧も強く、密着性
に効果的である。
メルトブロー不織布に用いるポリマーの体積抵抗率は、
エレクトレット性から1013Ω・cm以上が好ましく
、たとえば、そのようなポリマーとして、ポリオレフィ
ン(ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン)、
ポリエステル、アクリル樹脂、ナイロン、ポリカーボネ
ート、弗素系樹脂などを使用することができる。
また、メルトブロー繊維の平均繊度は、1.0μm以下
とすることが好ましい。これは繊維表面積を多くして電
荷密度を上げることに有効である。
以上説明した本発明の方法で得られるエレクトレットメ
ルトブロー不織布は高度なエレクトレット性能を有する
ものである。
このようなエレクトレット性能を判断する手段として、
前述熱刺激電流測定法があり、この方法から、分極電荷
のトラップ深さを表わすものとして活性化エネルギー及
び分極電荷量を求めることができる。
ちなみに、活性化エネルギーとしては、0.2eV以上
、好ましくは0. 4eV以上、分極電荷量としては7
 x 10 ””’c/cd以上、好ましくは2×10
  ”c/cJ以上を有することがエレクトレットの長
期安定性から好ましいものであり、また、フィルタ特性
としてもこれら数値を満足することは好ましいものであ
る。
かかる熱刺激電流測定は、第6図に示すように、温度コ
ントロール装置12を有する加熱槽13の中に設置した
試料エレクトレットメルトブロー不織布14(試料は、
直径2cmの円形状)の両面を電極15.16で強くは
さんで、この電極と高感度電流計17を接続して測定す
る。すなわち、加熱槽を一定昇温速度、たとえば、室温
から融点付近まで5℃/分で昇温すると、トラップされ
た電荷が脱分極して電流が流れる。この電流をデーター
処理装置18を経てレコーダー19に記録すると種々の
温度領域に対する電流曲線が得られる(第7図)。この
電流曲線の面積を測定試料の面積で割った商が分極電荷
量である。
このチャートの、それぞれのピークの立ち上がりは次式
に従うので、ピークの立ち上がり部についてInJ対1
/Tのプロットをとり、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。
丁 nJ=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(°K)を示すコ 活性化エネルギー及び分極電荷量の他に、活性化エネル
ギー曲線のピーク温度が高いほど、エレクトレットの寿
命が優れているため、少なくともそのピーク温度が40
℃以上、好ましくは80’C以」二であるものが耐久性
や安定性から好ましいものである。
[実施例] 以下、実施例にしたがって、本発明の具体的構成、効果
について説明する。
実施例1 体積抵抗率1016Ω・cmのポリプロピレンを溶融温
度325°C1噴射空気温度335°Cでメルトブロー
して、80メツシユの捕集ドラム面(10Qcm径)上
に堆積させて、目付40g/rrtのメルトブロー不織
布を得た。捕集距離40cm、メルトブロー不織布の捕
集直後の温度は50℃であった。
また、平均繊度3.0μmであった。
このメルトブロー不織布の捕集条件下において、第1図
に示した態様例に準じて、針状電極を長さ方向に15c
m間隔で2列並べて、かつ幅方向にも15cm間隔で5
本並べて印加電界強度マイナスIQKI//cm、針状
電極とアース捕集面との間隔3cmの条件でエレクトレ
ット化処理を施した。
メルトブロー不織布の表面温度は40℃であった。
得られたエレクトレットメルトブロー不織布の熱刺激電
流特性は、次の通りであった。
分極電荷のピーク温度は92℃と152°Cで、その活
性化エネルギーは0.35eVと0.62eYであった
。また、分極電荷量は7.2X10 ”c/cnfであ
った。
こうして得られた不織布を2枚積層してフィルタ性能を
評価した。
なお、フィルタ性能は、1.5m/分の風速下で、アト
マイザ−を用いて0.33μmポリスチレンエアロゾル
(米国ダウケミカル社製、ポリスチレンユニホーム・ラ
テックスパーティクル)を発生させて、試料前後の粒子
カウント数をエアロゾルモニター(日立製)で測定する
ことによって、捕集効率を評価したものである。
この結果、本発明で得られた不織布は、99゜998%
の捕集効率で優れた値を示した。
実施例2 実施例1で採用したメルトブロー不織布の製造条件はそ
のままにして、エレクトレット化処理のみを第2図に示
した態様で行なった。
詳細条件は、以下の通りである。
すなわち、針状電極を長さ方向に15cm間隔で2列並
べて、かつ幅方向にも15cm間隔で5本並べて印加電
界強度マイナス10KV/cm 、針状電極とアース移
送面との間隔3cmの条件でエレクトレット化処理を施
した。
メルトブロー不織布の表面温度は40℃であった。
得られたエレクトレットメルトブロー不織布の熱刺激電
流特性は、次の通りであった。
分極電荷のピーク温度は88℃と148℃で、その活性
化エネルギーは0.31eVと0.50eVであった。
また、分極電荷量は5.lXl0−10C/ crlで
あった。
こうして得られた不織布を2枚積層してフィルタ性能を
評価した。その結果、こうして得られた不織布は、99
.91%の捕集効率で優れた値を示した。
ただし、上述のエレクトレット性能や捕集効率の値から
れかるように、実施例1のものと比較すれば、それより
は若干数値的に劣る特性のものであった。
比較例1 実施例1で説明したメルトブロ一方法において、口金直
下5cmで走行中のメルトブロー繊維に対して針状電極
とアース板の間隔5cmでマイナス40KVで高圧印加
処理してエレクトレット化した後に80メツシユドラム
(100cm径)で捕集して目付100g/dのエレク
トレットメルトブロー不織布を得た。ただし、針状電極
は10cm間隔で5本を幅方向に一列に並べた。
こうして得られた不織布について熱刺激電流を測定した
結果、第8図のごとくになり明確な曲線は得られず、分
極電荷の方向はランダムであると推定できた。
こうして得られた不織布のフィルタ性能を実施例1に示
す方法で評価したところ、捕集効率99゜815%で、
上述の本発明の製法によるものに比して低い値であった
また、この不織布を1日間水中に浸漬した後に、水分を
自然乾燥させた。それのフィルタ捕集効率は98.25
1%で低下が認められた。
[発明の効果] 以上述べた通りの本発明の方法によれば、高いエレクト
レット性能を有するとともに長期にわたって電荷の安定
性のよいエレクトレットメルトブロー不織布を簡単に生
産性良く製造することができるものである。
本発明の方法によれば、特に、アースされた捕集面ある
いは移送面に処理を受けるメルトブロー不織布が一般に
密着されているので、高圧印加されるとアース電極とし
ての捕集面または移送面から補償電荷が入りやすくなり
安定にエレクトレット化ができるものである。
特に、このため、本発明の製造方法で得られるエレクト
レットメルトブロー不織布は、分極電荷が配向した構造
を持ち、かつトラップ電荷が深くその電荷量が大きいた
め長期にわたって安定なエレクトレット性能を示し得る
ものである。
このため、高性能フィルタ、吸着材、マスク、防塵衣、
クリーンふとんなど種々の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、それぞれ本発明にかがるエレク
トレットメルトブロー不織布の製造法の1例を示す模式
図である。 第3図は、本発明により得られるエレクトレットメルト
ブロー不織布の分極電荷の荷電状態を示[また模式断面
図であり、第4図は、従来の方法により得られるエレク
トレットメルトブロー不織布の分極電荷の方向をベクト
ル線によって示した模式図である。 第5図は、本発明によって得られるエレクトレットメル
トブロー不織布の分極電荷の方向をベクトル線によって
示す模式図である。 第6図は、活性化エネルギーの測定装置を示す模式図で
あり、第7図、第8図は、脱分極電流と温度の関係例を
示した線図である。 1:メルトブロー繊維 2.9:捕集ドラム 3.3′ :アース 4.4′ :印加電極 5:メルトブロー不織布 6:メルトブロー繊維 7.7’   14:エレクトレッ ー不織布 8.8′ :高電圧発生機 9:捕集面 10.10′:サクション 11:捕集コンベアー 20:エレクトレット繊維

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)噴射されたメルトブロー繊維をメルトブロー不織
    布として捕集面上に捕集して後、該メルトブロー不織布
    がローラに巻取られる前または容器に収納される前の該
    捕集面上あるいは該捕集面からさらに移されたメルトブ
    ロー不織布を移送せしめる移送面上において、該メルト
    ブロー不織布に対し、前記捕集面あるいは移送面をアー
    ス電極としてかつ非接触型電極を用いて高圧印加処理を
    施すことにより該不織布をエレクトレット化せしめるこ
    とを特徴とするエレクトレットメルトブロー不織布の製
    造法。
  2. (2)捕集面あるいは移送面として、開孔を有している
    ものを用い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メルトブロー不織布の製造法。
  3. (3)捕集面でのメルトブロー不織布の捕集あるいは移
    送面でのメルトブロー不織布の移送に際して、メルトブ
    ロー不織布に対してサクション作用を与えて、捕集面あ
    るいは移送面に密着せしめ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メルトブロー不
    織布の製造法。
  4. (4)メルトブロー不織布が、目付100g/m^2以
    下のものであ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メルトブロー不織布の製造法
  5. (5)高圧印加処理が、メルトブロー不織布を形成する
    合成有機重合体のガラス転移点の上下100℃以内の範
    囲で行なわれるものであ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メルトブロー不織
    布の製造法。
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