JPH0533068B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電荷の安定性が良く、低圧力損失で、
高捕集効率を有するマスクに関するものである。

［従来の技術］ 従来、エレクトレツトを用いたマスクとして、
特公昭59−124号公報で提案されたものが知られ
ている。これは、メルトブロー繊維を形成する口
金付近で、高圧印加して繊維をエレクトレツト化
してシート状物を得る方法である。

本方法で得られた繊維状シートは、エレクトレ
ツト繊維をランダムに分散してシート状物を形成
するため、分極電荷の配向がランダムとなり、シ
ート内部で相互の分極電荷によつて電荷を弱め合
い、相殺する不都合が生じる。またそれに伴つて
電界強度も弱く、経時的な電荷の安定性も低下す
るという欠点があつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的はかかる従来エレクトレツトマス
クには見られない、優れた電荷の安定性を持ち、
低圧力損失でかつ高捕集効率を有するマスクを提
供するものである。

［問題点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マスクは、７
×10^-11c／cm²以上の分極電荷量と0.2eV以上の活
性化エネルギーを有するとともに、平均繊維系が
10μｍ以下の繊維から構成される目付50ｇ／m²以
下のエレクトレツト化メルトブロー不織布を少な
くとも内材に用いたことを特徴とするマスクであ
る。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明にかかるマスクの一例をあら
わす斜視図、第２図は第１図Ａ−A′線に沿つた
断面図である。

マスク１は、繊維状シートからなるマスク本体
２と紐３で構成されている。

マスク本体２は、エレクトレツト化メルトブロ
ー不織布からなる内材４と内材４を被覆する外材
５で構成される。外材５は通常内材４以外の他繊
維材料が用いられるが特に限定されない。

本発明のマスクは、外材５で通気量を大きくし
て粗いごみを捕集し、内材４は圧力損失を低くし
て電荷の安定性の良いエレクトレツト化メルトブ
ロー不織布で微細なごみを捕集するようにしてい
る。

第３図は、本発明にかかるマスクの他の一例を
あらわす正面図、第４図は第３図のＢ−B′線に
沿つた断面図である。第３図および第４図のマス
ク６は、前記マスク本体２にヒダ構造が設けられ
ている。ヒダ部分７は、マスク装着時に伸びて顔
面によりフイツトして側面からの横洩れを防止す
ることができる。

また、マスク形態としては第１図〜第４図のも
のに限定されるものではなく、第５図に示すよう
な成形マスク８の形態でも使用することが可能で
ある。この成形マスク８は、鼻９や口１０に間隔
を広くしているので息苦しさを全く感じさせず、
形態保持性に富んでいる。

本発明でいう、表面に電荷を有すると、通常の
エレクトレツトと同様に表面に正電荷または負電
荷を有することを意味する。

本発明のかかる電荷の量は、エレクトレツトを
使用した高い性能を得る上で、エレクトレツト化
メルトブロー不織布内に保有される分極電荷量と
しては、７×10^-11c／cm²以上、さらには２×
10^-10c／cm²以上であるのが好ましい。

本発明でいうメルトブロー不織布には、電気比
抵抗が10¹³Ω・cm以上である素材であれば如何な
るものでも適用され得る。たとえばポリオレフイ
ン、ホリエステル、ポリカーボネート、ポリ弗素
系樹脂、塩化ビニール系樹脂などの合成樹脂ある
いはガラスやその他の無機化合物などから形成さ
れる繊維状のものがあげられる。上記繊維状と
は、一部が繊維の形状を有するものであれば、い
かなる形態でもさしつかえない。

さらに、たとえば電気比抵抗が10¹³Ω・cm以上
の有機化合物を含有するものを被覆したもの、た
とえば芯鞘型繊維を含まれる。

本発明のマスクにおいて用いられる該マスクの
内材は、柔軟性や各種用途での設計のしやすさ、
成形の容易さなどからメルトブロー不織布を用い
ることが重要である。

本発明のエレクトレツト化メルトブロー不織布
が有する電荷は、これを構成する分極電荷が少な
くとも0.2eVの活性化エネルギーを有する点で特
徴的である。

かかる活性化エネルギーは、分極電荷が温度に
よつて脱分極することによつて発生する電流量
を、温度に従つて記録した第７図のチヤートから
求められるが、この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。

かかる活性化エネルギーの測定（熱刺激電流測
定）は、第６図のように、温度コントロール装置
１１を有する加熱槽１２の中に設置した該エレク
トレツト化メルトブロー不織布１３の両面を電極
１４，１５で強くはさんで、この電極と高感度電
流計１６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℃／minで昇温すると、トラツプされた電荷が
脱分極して電流が流れる。この電流をデーター処
理装置１７を経てレコーダー１８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
割つた商が分極電荷量である（測定面積）。

このチヤートの、それぞれのピーク立ち上りは
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−ΔE／kT ［式中、Ｊ：脱分極電流（Ａ） Ｃ：定数
ΔE：活性化エネルギー（eV） ｋ：ボルツマン
定数 Ｔ：温度（°Ｋ）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はすぐれているのであ
る。この事実は本発明のエレクトレツトシートに
よつて、始めてもたらされたものである。かかる
理由から、本発明においては、さらに活性化エネ
ルギーが0.5eV以上、特に好ましくは0.7eV以上
であるものが、さらに耐熱性、耐薬品性に優れた
特徴を発揮する。

なお、活性化エネルギーの上限値は、一般にフ
イルムシートでは４〜5eVといわれているが、本
発明の対象である繊維の場合、本発明者らの知見
によれば該値は2eV程度までである。この活性化
エネルギーの値は電荷の安定性、すなわち、電荷
の深さ（安定性）を示すものであり、前述の如く
長時間のマスクの使用に耐えるためのパラメータ
となるものである。

また、ピークの出る温度領域が高い程、そのエ
レクトレツトの寿命が優れていることも本発明に
よつてもたらされた事実であり、少なくとも40
℃、好まくは80℃以上であるものの方が、耐久性
や安定性に優れている。最も好ましくは、130℃
以上が優れている。

本発明に用いられるエレクトレツト化メルトブ
ロー不織布の電気的性能は、分極電荷量の大きい
方が優れており、少なくとも７×10^-11c／cm²、さ
らに好ましくは２×10^-10c／cm²以上の電荷量を有
するのが好ましい。最も好ましくは５×10^-11c／
cm²以上が適当である。

なお、分極電荷量の上限値は、本発明者らの知
見によれば、一般に空中放電限界となり、その値
は１×10^-8c／cm²近辺である。

本発明で用いられるエレクトレツト化メルトブ
ロー不織布の他の特徴は、第８図、第９図のよう
に、該メルトブロー不織布において、分極電荷１
９が一方向に配向した電界構造を有する形である
点にある。つまり具体的には、該メルトブロー不
織布の同一面では同種の電荷を有するものであ
る。本発明いにおいては、さらに第１０図のよう
にメルトブロー不織布の厚さ方向に異種の電荷を
有するものであつてもさしつかえない。

かかる電界構造を有さない第１１図のような通
常のエレクトレツト繊維では本発明の前記特徴あ
る電気的特性は有さない。この点を第１２図で説
明する。

第１２図は第１１図の従来エレクトレツト化メ
ルトブロー不織布を構成するエレクトレツト繊維
が有する分極電荷により発生する電力の方向をベ
クトル線（矢印）で模式的に示したものである。
この図から明らかなように分極の方向がランダム
であり、ベクトル量は相殺されて小さくなる電界
構造であることがわかる。このために、この種の
エレクトレツトは長時間の使用に耐えにくく、薬
品の存在や熱的刺激に極めて弱い傾向を有するの
である。

これに対し、本発明に用いるエレクトレツト化
メルトブロー不織布は第８図ならびに第９図から
明らかなように、分極電荷が一方向に配向した電
界構造を有するのである。この構造上の違いが上
記耐久性や電気的特性を発揮する要因である。

本発明において用いられるエレクトレツト化メ
ルトブロー不織布は、単独でもすぐれた特徴を有
するが、さらにかかるメルトブロー不織布を複
数、集合し積層させることによつて、さらに寿命
の長い、外的条件に対して耐久性の高いものが得
られる。

たとえば、第１３図は本発明において用いられ
るエレクトレツト化メルトブロー不織布を３枚積
層した構造体のベクトル線の状態を示しており、
分極電荷１９の配向方向が同一方向である。これ
を電力ベクトル線（矢印）図で示しているが、か
かる構造体において、積層するメルトブロー不織
布の積層表面での電荷の種類が互いに異なるよう
な形にしてもよい。たとえば、第１層目のメルト
ブロー不織布を、ベクトル線の方向が逆方向にな
るように積層させてもよいし、各メルトブロー不
織布間のベクトル線の方向を互いに逆方向に構成
してもよい。本発明において用いられるエレクト
レツト化メルトブロー不織布の場合は、いずれの
場合も上記耐久性の向上が達成される。この点も
従来エレクトレツト化メルトブロー不織布とは大
きな違いである。

本発明において用いられるエレクトレツト化メ
ルトブロー不織布は、たとえば第１４図に示す方
法で製造できる。

すなわち、通常の適宜の方法で形成したメルト
ブロー不織布２０を適切な温度に設定した比抵抗
10³Ω・cmの水電極２１の上に載せる。この場合、
該メルトブロー不織布２０と該電極２１との接触
面積を多くするのが好ましい。水電極２１の反対
側の該メルトブロー不織布表面に針状電極２２を
用いて直流電流を高圧印加する。水電極２１の水
を入れた容器２３は金属材料を用いる。

印加電圧は、メルトブロー不織布を構成する素
材の種類やその分子内構造、メルトブロー不織布
の厚さ、針電極の形状や電極間距離などによつて
異なるが、たとえば電極間距離が３cmの場合は、
少なくとも10KV、好ましくは15〜50KV、さら
に好ましくは25〜40KVである。印加時間は通常
0.1秒間以上、好ましくは1.0〜120秒間である。

この場合該メルトブロー不織布の片面を負高圧
印加し、反対側表面を正高圧印加して両面処理を
する方法を適用する方法を採用するのが、さらに
分極電荷の高いものが得られる上に、本発明の電
気特性を有するメルトブロー不織布が得られ易
い。

また、被処理メルトブロー不織布は目付50ｇ／
m²以下の薄さを有するものの方が本発明の目的を
達成し易くて好ましい。特にマスクとして使用す
る内材には、50ｇ／m²以下であることが圧力損失
の点から必要である。50ｇ／m²よりも大きけれ
ば、息苦しいマスクとなり好ましくない。繊維径
は太いものより細い方が分極電荷量を高くし易
く、10μｍ以下とすることが肝要である。かかる
繊維からなるメルトブロー不織布の見掛密度は
0.05ｇ／cm³以上、好ましくは0.1ｇ／cm³以上が、
印加効率を高くすることができ、得られるエレク
トレツトの電荷安定性も向上する。

マスクの外材として用いる他繊維材料は、エレ
クトレツト化してなくとも、またエレクトレツト
化したのもでも良いが、内材に対して構成繊度は
太く、また見掛密度は小さい方が、圧力損失を少
なくする立場から好ましい。素材、形態は問わな
いが、形態は捕集効率の上から不織布状物、編織
状物が好ましい。

また、成形マスクとして使用する場合は、内材
および外材の素材を熱可塑性素材、例えばポリオ
レフイン系有機重合体（ポリプロプレン、ポリエ
チレン）、ポリエステル、ポリ弗素化合物などが
適する。また形態は、不織布構造が成形性の容易
な点から好ましい。

［実施例］ 実施例 １ 平均繊維直径3.5μｍのポリプロピレン繊維で構
成された目付18ｇ／m²、見掛密度0.13ｇ／cm³のメ
ルトブロー不織布シートを第１４図の装置を用い
てエレクトレツト化した。水電極の温度は、50
℃、針電極の電極間距離は３cm、印加電圧は−
30KV、処理時間60secであつた。

次いでこのシートを常温乾燥し、該シートを裏
返して水電極に設置し、今度は印加電圧を＋
20KVで60sec間処理印加した。

得られたエレクトレツト化メルトブロー不織布
の脱分極電流のピーク温度は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と0.85eVであつた。このメルトブロー不
織布の分極電荷量は8.5×10^-10c／cm²で130℃以上
の分極電荷量は4.8×10^-10c／cm²であつた。

このエレクトレツト化メルトブロー不織布をマ
スク内材に用い、外材として平均直径15μｍ、目
付20ｇ／m²、見掛密度0.25ｇ／cm²のレーヨン短繊
維不織布を用いた。

外材の圧力損失は通過風速３ｍ／minの条件で
0.4ｍmaqであつた。なお内材の圧力損失は同条
件で2.6ｍmaqであつた。内材、外材を第１図、
第２図に示すような横18cm、縦10cmのマスクを作
製した。

本マスク性能をJIS−T851（防塵マスク）に準
じて測定した。使用粒子は0.3μｍのポリスチレン
標準ラテツクス（米国ダウケミカル社製：ポリス
チレンユニホームラテツクスパーテイクル）を用
いた。また、マスクの捕集効率を測定するパーテ
イクルカウンターは、光散乱方式のエアロゾルカ
ウンタ（日立製作所製：AN105形）を用いた。

この結果、本マクスの圧力損失は3.2ｍmaqで、
捕集効率は96.8％で優れた特性を示した。

実施例 ２ 実施例１で用いた内材及び外材を用いて、第
３，４図に示したヒダ構造のついたマスクを作製
した。マスク寸法は、横18cm、縦10cmでヒダの折
り曲げ幅は１cm、縦方向はヒダを３箇所設けた。
本マスクの圧力損失は3.4ｍmaq、捕集効率は
97.5％であつた。

実施例 ３ 実施例１で用いたと同様なエレクトレツト化メ
ルトブロー不織布を内材に用い、外材に平均直径
21μｍ、目付20ｇ／m²のポリプロピレンスパンボ
ンド不織布を用いて、熱成形でマスクを作つた。

本マスクの圧力損失は3.8ｍmaq、捕集効率は
93.5％であつた。

比較例 １ 実施例１に用いたポリプロピレンメルトブロー
不織布とエレクトレツト化していない他は同様の
不織布を内材に用いた以外は、実施例１と同様に
マスクを作つた。

本マスクの性能は、圧力損失3.2ｍmaqで、実
施例１と同値であつたが、捕集効率52.0％で著し
く劣つていた。

［発明の効果］ 本発明のマスクは、長時間電荷が安定なエレク
トレツト化メルトブロー不織布を内材に用いてい
るので低い圧力損失でもつて従来のマスクでは得
られない高捕集効率を得ることができる。対象捕
集物は塵埃、バクテリヤ、ビールス、花粉などの
空気中の浮遊物である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるマスクの一例をあら
わす斜視図、第２図は第１図Ａ−A′線に沿つた
断面図、第３図は本発明にかかるマスクの他の一
例をあらわす正面図、第４図は第３図のＢ−
B′線に沿つた断面図、第５図は本発明にかかる
マスクのさらに他の一例をあらわす断面図、第６
図は分極電荷量ならびに活性化エネルギーの測定
装置を示す模式図、第７図は本発明のエレクトレ
ツト化メルトブロー不織布が示す脱分極電流曲
線、第８図は本発明の一例であるエレクトレツト
化メルトブロー不織布の断面の分極電荷状態をあ
らわす模式図、第９図は第８図の繊維の有する電
力ベクトル線（矢印）を示す模式図、第１０図は
本発明のエレクトレツト化メルトブロー不織布の
他の例における断面の分極電荷状態を示す模式
図、第１１図は従来エレクトレツト繊維シートの
断面における繊維の分極電荷状態をあらわす模式
図、第１２図は第１１図の繊維の有する電力ベク
トル線を示す模式図、第１３図は本発明のエレク
トレツト化メルトブロー不織布を３層に積層した
構造体のベクトル線の状態を示す模式図、第１４
図は本発明のエレクトレツト化メルトブロー不織
布を製造するための装置の一例を示す断面模式図
である。 １，６，８：マスク、２：マスク本体、４：内
材、５：外材、７：ヒダ部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ７×10^-11c／cm²以上の分極電荷量と0.2eV以
   上の活性化エネルギーを有するとともに、平均繊
   維径が10μｍ以下の繊維から構成される目付50
   ｇ／m²以下のエレクトレツト化メルトブロー不織
   布を少なくとも内材に用いたことを特徴とするマ
   スク。 ２ エレクトレツト化メルトブロー不織布が、オ
   レフイン系繊維不織布である特許請求の範囲第１
   項記載のマスク。 ３ エレクトレツト化メルトブロー不織布の分極
   電荷の脱分極温度が少なくとも40℃以上である特
   許請求の範囲第１項記載のマスク。 ４ 内材の平均繊度が外材の平均繊度より細い特
   許請求の範囲第１項記載のマスク。 ５ 内材の分極電荷の活性化エネルギーが0.2eV
   以上であるエレクトレツト化メルトブロー不織布
   を複数積層した特許請求の範囲第１項記載のマス
   ク。 ６ 外材がエレクトレツト繊維シートである特許
   請求の範囲第１項記載のマスク。 ７ 内材と外材がともにヒダ構造を有している特
   許請求の範囲第１項記載のマスク。