JPH0561384B2

JPH0561384B2 -

Info

Publication number: JPH0561384B2
Application number: JP60014396A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Ando; Isao Ogawa; Ryoichi Togashi
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1985-01-30
Publication date: 1993-09-06
Also published as: JPS61174471A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は耐熱性、耐薬品性にすぐれた電荷寿命
の長い、耐久性に富むエレクトレツトに関するも
のである。

（従来技術）従来、エレクトレツトとしては、特公昭56−
47299号公報や特公昭59−124号公報で提案された
ものが知られている。前者はエレクトレツトフイ
ルムを繊維状に裁断して、これをウエブにしたも
ので、後者は紡糸時に繊維をエレクトレツト化
し、これをコンベヤー上に捕集してウエブにする
ものである。

これらのエレクトレツトは、いずれも該繊維を
ランダムに分散してウエブを形成するために、分
極電荷の配向がランダムとなつており、その結果
相互に電荷を弱め合い、相殺する不都合が発生す
る。したがつて、かかるエレクトレツトの電界強
度は弱く、さらにかかる電荷も経時的に弱くなる
という欠点を有するものである。さらにかかる作
用は溶媒などの薬品の存在下ではさらに強く、電
荷消失の速度は大きくなる傾向を有し、耐久性の
点で問題があつた。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、かかる従来エレクトレツトには見ら
れない、すぐれた安定性を有し、長期間に亘つて
高い電荷を保持するものであり、しかも薬品や熱
にもすぐれた耐久性を有するエレクトレツトとそ
の製造方法を提供するものである。その用途は
材、吸着材、センサーなど極めて広い用途に適用
できる。

（問題点を解決するための手段）すなわち、本発明のエレクトレツト繊維シート
は、表面に電荷を有する繊維シートであつて、該
繊維シートの表面と裏面とで相異する極性を有
し、かつ、分極電荷の活性化エネルギーが0.5eV
以上であることを特徴とするものである。

また、本発明のエレクトレツト繊維シートの製
造方法は、繊維シートの片面を水電極に漬けて負
高圧印加し、さらに該シートに付いている水を乾
燥させた後、前記片面とは反対側の片面を水電極
に漬けて正高圧印加することを特徴とするもので
ある。

本発明でいう、表面に電荷を有するとは、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には限定はないが、あ
まり弱すぎては性能的に問題があるので、繊維シ
ート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。

本発明でいう繊維シートには、電気比抵抗が
10¹³Ω・cm以上である素材であれば何なるもので
も適用され得る。たとえばポリオレフイン、ポリ
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実質
的に繊維状のものからなるシート状物があげられ
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。

さらに本発明の繊維として、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も含まれ
る。

かかるシート状物の形態としては、別に限定さ
れるものではないが、布帛状であるのが、柔軟性
や各種用途での設計のし易さから選択される。か
かる布帛としては、たとえば不織布、編織物、紙
状物などが含まれる。無論、上記布帛の少なくと
も一部または片面がフイルム化されたものや繊維
状のポーラスフイルム、スポンジ状シートなども
含まれる。さらにかかるシートに電気比抵抗が
10¹³Ω・cm以上の有機化合物で樹脂加工されたも
のが含まれる。

本発明のエレクトレツト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、温度にしたがつて記録した第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は、第６図のよ
うに、温度コントロール装置５を有する加熱槽６
の中に設置した該エレクトレツト繊維シート２の
両面を電極３，４で強くはさんで、この電極と高
感度電流計７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８を経てレコーダー９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。

このチヤートの、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0.5ev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、初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、特に好ましくは0.7ev以上であるもの
が、さらに耐熱、耐薬品性にすぐれた特徴を発揮
する。

また、ピークの出る温度（脱分極温度）領域が
高い程、そのエレクトレツトの寿命がすぐれてい
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℃、好ましくは80℃以上、特に
好ましくは130℃以上であるもの方が、耐久性や
安定性にすぐれている。

本発明のエレクトレツトシートの電気的性能
は、分極電荷量の大きい方がすぐれており、少な
くとも７×10^-11ｃ／cm²、さらに好ましくは２×
10^-10ｃ／cm²以上、特に好ましくは５×10^-10ｃ／
cm²以上の電荷量を有するのが好ましい。

本発明のエレクトレツト繊維シートの他の特徴
は、第１図、第２図のように、該繊維シートにお
いて、分極電荷１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。具体的には該シートの
同一面では同種の電荷を有するものであつて、そ
して、繊維シートの表面と裏面とで相異する極性
を有してなるものである。本発明においては、さ
らに第５図のようにシート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３図のような通常
のエレクトレツト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４図で説明する。

第４図は第３図の従来エレクトレツトシートを
構成するエレクトレツト繊維が有する分極電荷１
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、本発明のエレクトレツトシートは
第１図ならびに第２図から明らかなように、分極
電荷１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。

本発明のエレクトレツト繊維シートにおいて、
活性化エネルギーの値は、上述のように0.5eVが
下限であり、また、表面電荷密度の値は、上述の
ように７×10^-11ｃ／cm²が下限であるものである。
なお、本発明者らの各種知見によれば、活性化エ
ネルギーに関しては、その上限値は繊維シートの
素材によつても異なるものであり、明確な上限値
を定めることは難しいが、一般に３〜5eVと言わ
れており（たとえば、「静電気学会誌」４，５
（1980）、262〜274頁に記載の家田、高井：「高分
子中の電荷トラツプについて」や、電気学会論文
誌A50巻２号、23〜30頁に記載の日野、北村：
「ガラス転移温度に観測される熱刺激電流」等の
論文等）、本発明のエレクトレツト繊維シートに
おいても、活性化エネルギーの上限値はその付近
になるものと考えられる。また、表面電荷密度に
関しては、現在の加工技術レベルでは、空中放電
を発生することを避ける等の現実的安定加工プロ
セス上の要因・問題等から、その上限値は５×
10^-8ｃ／cm²程度になるものと推定される。

本発明のエレクトレツトシートは、単独でもす
ぐれた特徴を有するが、さらにかかるシートを複
数、集合し積層させることによつて、さらに寿命
の長い、外的条件に対し耐久性の高いものが得ら
れる。

たとえば、第８図は本発明のエレクトレツトシ
ートを３枚積層した、分極電荷１の配向方向が同
一である、電力ベクトル線図を示したものである
が、かかる構造体において、積層するシートの積
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層目のシートを、ベ
クトル線の方向が逆の方向になるように積層させ
てもよいし、各シート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。本発明のエレクト
レツトシートの場合は、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
ツトシートとは大きな違いである。

本発明のエレクトレツトシートは、たとえば第
９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繊維シ
ート１０を適切な温度に設定した水電極１１の上
に載せる。この場合、該シート１０と該電極１１
の接触面積を多くするのが好ましい。水電極１１
の反対側の該シート表面に針状電極１２を用いて
直流電流を高圧印加する。

印加電圧は、シートを構成する素材の種類やそ
の分子内構造、シートの厚さ、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。印加時間は瞬間的でもよいが、通常、0.1秒
間以上、さらには１〜120秒間である。

この場合該シート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シー
トが得られ易い。特に、分極電荷の活性化エネル
ギーが0.5eV以上である本発明のエレクトレツト
繊維シートを得るためには、本発明者らの知見に
よれば、前述のように、繊維シートの片面を水電
極に漬けて負高圧印加し、さらに該シートに付い
ている水を乾燥させた後、前記片面とは反対側の
片面をやはり水電極に漬けて正高圧印加して、エ
レクトレツト化をするというプロセスをとること
が重要な点であり、かかる特別なエレクトレツト
化法を採用しなければ、高度な分極電荷の活性化
エネルギーを持つエレクトレツト繊維シートを得
ることは難しい。

また、被処理シートは目付80ｇ／m²以下、さら
には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。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、好ま
しくは20μ以下、さらに好ましくは10μ以下がよ
い。かかる繊維からなるシートの見掛密度は0.05
ｇ／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。

なお、本発明において、繊維シートの表面と裏
面とが相異する極性を有しているというのは、下
記する方法によつてエレクトレツト繊維シートの
表面電位を、表の面と裏の面のそれぞれについて
測定した場合に、電位を示す曲線が記録紙上で、
一方の面の測定では正側領域に記録され、それに
対して、他方の面の測定では負側領域に記録され
るものであることを言うものである。

すなわち、該表面電位は、第１１図に概略を示
した装置により測定されるものであり、駆動モー
タ１９と駆動ベルト２０および金属製ターンロー
ル１８を介して、連続的に、走行速度１ｍ／分で
回転走行するアースされたコンベアーベルト１３
（ステンレス製平板）の３mm上方の空間に、チヤ
ート式記録計１７に接続された表面電位計１６と
プローブ１５を設置する。次に、円形のエレクト
レツト繊維シート１４（直径：133mm）をコンベ
アーベルト１３表面に密着するように載せ、プロ
ーブ１５直下にエレクトレツトシートの中央部を
走行させ、検出される表面電位値を記録紙上に記
録させる。

使用する計器類および測定条件は、次の通りと
するものである。

表面電位計：名称 ELECTOSTATIC
VOLTMETER 型式 ISOPROVER 244型（米国モンロー社製）（プローブ型式：1017）記録計：名称テクニコーダー型式 3047（横河電機(株)製）記録紙走行速度：60cm／分コンベアーベルト：材質ステンレス製平板（厚さ0.5mm×幅20cm）（実施例）実施例１平均繊維径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0.131ｇ／cm³のポ
リプロピレン不織布シートを第９図の装置により
エレクトレツト化した。水電極の温度は50℃で、
針電極の電極間距離は３cmで、印加電圧は−
30kv、処理時間は60秒間であつた。次いでこの
シートを乾燥し、該シートを裏返して水電極に設
置し、今度は＋20kvで該シートの裏面を60秒間、
さらにエレクトレツト化処理した。

得られたエレクトレツト繊維シートの電流ピー
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と0.85evであつ
た。このシートの分極電荷量は8.5×10^-10ｃ／cm²
で、130℃以上での分極電荷量は4.8×10^-10ｃ／
cm²であり、また、該シートの表面と裏面とで相異
する極性を有しているものであつた。

このシートは１カ月間、20℃×65％RHの条件
で放置した後、分極電荷を測定したが分極電荷量
の低下は極微量で、認められないに等しかつた。

実施例２実施例１で得たエレクトレツト繊維シートを５
枚、各シートの積層側の表面の電荷極性が異極性
になるよう（第３図と同様のベクトル線方向）に
積層した。

このシートの次の条件でテストした。

(1) 室温にてメタノール中に１週間浸漬した。

(2) 80℃の乾燥機の中に１週間放置した。

(3) 室温の水中に１週間放置した。

これらのテストのいずれにおいても分極電荷量
の変化は殆ど認められなかつた。

比較例１ポリプロピレン・エレクトレツトフイルムを裁
断して、幅32μm、厚さ10μmのスリツトフイルム
をカードを用いて、目付360ｇ／m²、厚さ6.5mmの
不織布シートを形成した。得られたこのシートの
脱分極電流を測定したところ、第１０図に示すよ
うなチヤートが得られた。このデータは該シート
の電界構造がランダム構造を有するものであるこ
とを示すものであり、本発明でいう特徴的な電流
ピークを有さないものであつた。

このシートの吸塵効果を評価した。

テストはそのまま試料とする場合と、実施例１
の(1)に従つて放置した後、乾燥して試料とする場
合の２水準を行つた。

評価は平均粒径0.3μmのポリスチレンエアロゾ
ルを2.5cm／secの風速下で流して該試料を通過さ
せて、試料前後の粒子数をカウントして行つた。

試料として実施例２のエレクトレツト繊維シー
トを用いた場合は、メタノール浸漬前後でも変ら
ず、99.997％の吸塵率を示した。これに対し比較
例のものはメタノール浸漬前では99.98％の吸塵
率であつたが、浸漬後では90.72％に低下してい
た。

（発明の効果）本発明は、従来エレクトレツトシートに比較し
て、長期間に亘つて安定して高い電荷を保持し、
しかも薬品や熱にも強い、耐久性にすぐれたエレ
クトレツト繊維シートを提供するものである。本
発明のエレクトレツト繊維シートはフイルター素
材、吸着素材、さらにマスク、センサー、たとえ
ば放射線線量計、温度センサー、マイクロホン、
ヘツドホーンなど、さらにガーゼ、造骨促進材な
どの医療素材など各種の用途に有効性を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例であるエレクトレツト繊
維シートの断面の分極電荷状態を示す。第２図は
第１図の繊維の有する電力ベクトル線（矢印）を
示す模式図である。第３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
示す。第４図は第３図の繊維の有する電力ベクト
ル線を示す模式図である。第５図は本発明のエレ
クトレツト繊維シートの他の例における断面の分
極電荷状態を示す。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であ
る。第７図は本発明のエレクトレツト繊維シート
が示す脱分極電流曲線である。第８図は本発明の
エレクトレツト繊維シートを３層に積層した構造
体のベクトル線の状態を示す断面図である。第９
図は本発明のエレクトレツト繊維シートを製造す
るための装置の一例を示す断面模式図である。第
１０図は従来のエレクトレツト繊維シートの示す
脱分極電流曲線である。第１１図は、表面電位を
測定する装置の概略を示した側面図である。図中、１……分極電荷、２……エレクトレツト
シート、３，４……電極、５……温度コントロー
ル装置、６……加熱槽、７……高感度電流計、８
……データー処理装置、９……レコーダー、１０
……繊維シート、１１……水電極、１２……針電
極。

Claims

【特許請求の範囲】１表面に電荷を有する繊維シートであつて、該
繊維シートの表面と裏面とで相異する極性を有
し、かつ、分極電荷の活性化エネルギーが0.5eV
以上であることを特徴とするエレクトレツト繊維
シート。２表面電荷密度が、７×10^-11ｃ／cm²以上であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
エレクトレツト繊維シート。３分極電荷の脱分極温度が少なくとも40℃であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
エレクトレツト繊維シート。４表面に電荷を有する繊維シートであつて、該
繊維シートの表面と裏面とで相異する極性を有
し、かつ分極電荷の活性化エネルギーが0.5eV以
上であるエレクトレツト繊維シートが、複数枚積
層されてなることを特徴とするエレクトレツト繊
維シート構造体。５繊維シートの片面を水電極に漬けて負高圧印
加し、さらに該シートに付いている水を乾燥させ
た後、前記片面とは反対側の片面を水電極に漬け
て正高圧印加することを特徴とするエレクトレツ
ト繊維シートの製造方法。