JPH0633571B2

JPH0633571B2 - エレクトレット不織布の製造方法

Info

Publication number: JPH0633571B2
Application number: JP63256771A
Authority: JP
Inventors: 良一富樫; 勝敏安藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1994-05-02
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPH02104765A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、エレクトレット性に優れ、特に、フイルター
材として使用する場合に低圧力損失で高捕集効率という
良好な性能を発揮し得るエレクトレット不織布の製造方
法に関する。

［従来技術］従来、上記のような低圧力損失化を特にねらったエレク
トレットフイルターの生産方法としては、特公昭５６−
４７２９９号公報に見られるように、エレクトレット化
フイルムを割繊維化したものを不織布化する等の方法が
知られている。

しかし、この方法では、エレクトレット化フイルムを割
繊維化して不織布とするので、極細繊維化して用いるに
は限界があり、このため、単位目付当たりのエアロゾル
捕集効率が必ずしも高くないという欠点を有するもので
あった。

一方、エレクトレット化メルトブロー繊維不織布の場合
には極細繊維で構成され、かつ比較的緻密に構成される
ので、単位目付当たりのエアロゾル捕集効率は高いが、
圧力損失もやや高いものであった。

また、特公昭６１−３００６５号公報では、メルトブロ
ー紡糸され、流体によって搬送されるメルトブロー繊維
中に、短繊維を吹き込む方法が示されているが、この製
造方法は、嵩高不織布の製造方法にとどまるものであ
り、エレクトレット化不織布の製造とは異なる技術分野
のものであった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、従来技術の欠点であるエレクトレット化フイ
ルムを割繊化して不織布とする場合に見られた加工工程
数の増加による不経済性や、フイルター性能として、単
位目付当たりのエアロゾル捕集効率の低さなどの欠点、
また、エレクトレット化メルトブロー不織布フイルター
の場合に見られた高圧力損失などの欠点等の各種問題を
解決することができるエレクトレット不織布の製造方法
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］本発明は、次の構成を有する。

すなわち、メルトブロー紡糸され流体によって搬送され
るメルトブロー繊維と、エアーにより解繊状態で供給さ
れる短繊維または／および長繊維とを合流混合せしめ、
該合流混合繊維を電界強度１kv／cm以上の直流電場内の
捕集装置表面に捕集しエレクトレット不織構造体を得る
ことを特徴とするエレクトレット不織布の製造方法であ
る。

［作用］以下、本発明のエレクトレット不織布の製造方法につい
て更に詳しく説明する。

第１図および第２図は、本発明のエレクトレット不織布
の製造方法の１実施態様例を説明するための概略側面図
である。

図中において、連続回転が可能な捕集装置１、直流高圧
電源２及び２′、印加電極３及び３′、メルトブロー口
金４、メルトブロー繊維５、短繊維または長繊維供給装
置６および６′、短繊維または長繊維（以後、混入繊維
と称する）７および７′、エレクトレット不織布８、電
場９、捕集装置の回転方向１０をそれぞれ示す。

メルトブロー口金４より紡糸されたメルトブロー繊維５
は、印加電極３と捕集装置１との間に形成された電場９
内に空気流によって搬送される。

混入繊維７は、繊維供給装置６および６′によって空気
流にて搬送されて、電場９内においてメルトブロー繊維
流れの中へ合流混合され、捕集装置表面でメルトブロー
繊維と該混入繊維の両方が捕集される。

この電場は、電界強度が１kv／cm以上に設定されてお
り、少なくともメルトブロー繊維がエレクトレット化さ
れてエレクトレット不織布８となる。

次に、メルトブロー繊維について説明すると、メルトブ
ロー繊維は、体積固有抵抗値が１０¹⁴Ω・cm以上のエレ
クトレット化が可能な素材、例えばポリエチレン系、ポ
リプロピレン系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリ
カーボネート系、ポリウレタン系、２フッカエチレン、
３フッカエチレンなどの極性ポリマーや非極性ポリマー
からなるポリマーや共重合ポリマーからなるものが好適
である。

中でも、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネ
ート、２フッカエチレン、３フッカエチレン、などのポ
リマーや共重合ポリマーはエレクトレット性に優れてい
るので好適なポリマーである。これらの中から、使用目
的によって選ばれた適宜のポリマーを用いて、目的の繊
度のものが得られるように、紡糸温度や熱風温度を調整
してメルトブロー紡糸を行う。

次に、混入繊維について説明すると、構成素材は、混入
繊維もエレクトレット化したい場合は、先に説明した体
積固有抵抗値が１０¹⁴・cm以上のエレクトレット化が可
能な素材を用いて該混入繊維をも構成すればよい。ただ
し、繊維の表面が、油剤や界面活性剤などで表面処理さ
れている場合には、混入繊維のエレクトレット化が十分
達成されない場合もあり得るので、これらの薬剤を取り
去って用いることが好ましい。

混入繊維をエレクトレット化する必要がない場合には、
繊維状形態を有する各種天然繊維や合成繊維等、無機繊
維などもその対象として使用可能である。

次に、混入繊維の形態について説明すると、エレクトレ
ット不織布に嵩高性を発現させるためには、直線状の繊
維より、捲縮を有する繊維の方が適する。これは、嵩密
度が捲縮を有する繊維の方が大きいためであり、この場
合、捲縮数は２個／ｉｎｃｈ以上が適する。また、繊度
は０．１デニール以上１０デニール以下が適する。０．
１デニール以下では、形態保持性が小さいので好ましく
ない。１０デニール以上では、均一な嵩高性を不織布全
面で出すためには、大量に吹き込み混合させる必要が生
じ、高い捕集効率が得られにくくなるので好ましくな
く、また、短繊維を混入繊維に用いた場合には、短繊維
の先端がメルトブロー不織布表面から多数突出し製品外
観を低下させ、さらにエレクトレット化の際に火花放電
を誘発させるので好ましくない。このような点から、好
ましい範囲は１デニール以上７デニール未満である。

繊維長は、短繊維、長繊維の双方とも使用でき、特別に
限定されるものではない。ただ、長繊維は、長繊維同志
で絡合しやすいので解繊を十分に行う必要がある。この
方法として擦過法による帯電や、積極的にコロナ放電を
行うと帯電量が増し解繊性を向上させることができるの
で好ましい。

次に、混入繊維の融点について説明すると、その融点の
値がメルトブロー繊維の融点よりも低い繊維を用いれ
ば、次の利点が得られ好ましい。

すなわち、混入繊維の融点以上で熱処理を行うことによ
り、混入繊維の少なくとも一部を溶融させ、メルトブロ
ー繊維と融着させることにより、混入繊維とメルトブロ
ー繊維との一体性が得られ不織布全体の形態安定性が増
すので好ましい。

ただし、混入繊維を、融点がメルトブロー繊維よりも低
い融点の繊維成分１００％で構成させる必要は必ずしも
なく、混入繊維がメルトブロー繊維の融点よりも低融点
の繊維成分を少なくとも含んで構成されていれば十分で
あり、例えば、具体的には、より一体性を強固なものと
するためには、高融点繊維成分を芯に低融点繊維成分を
鞘とする複合繊維を用いることが好ましい。

例えば、芯の高融点繊維成分にポリプロピレンを用い、
また鞘の低融点繊維成分にポリエチレンを用いた複合繊
維の混入繊維は、メルトブロー繊維にポリプロピレンを
用いた場合でも、融点差が大きいので、熱処理を施して
もエレクトレット性が損なわれず、かつエレクトレット
不織布の収縮が少なく済むので最適な素材である。

次に、混入繊維のメルトブロー繊維中への合流混合方法
について説明する。

第一の混合方法は、予めカードなどで均一に解繊してほ
ぐした短繊維を、メルトブロー口金と捕集装置の間で、
ほぼ自然落下に近い状態で落下させ混合する方法であ
り、すなわち第２図に示すような方法で行うものであ
る。

この方法で得られるエレクトレット不織布の特徴は、断
面の比較的片側（図面上において上側）に多く混入繊維
が混入されていることである。

すなわち、この方法では、断面方向に嵩密度が異なるエ
レクトレット不織布の製造が可能であり、この不織布を
用いたフイルター構造は、嵩密度の大きい側をエアー上
流側としてフイルターに使用した場合、ダスト付着量が
増えるので長寿命なフイルターとなるので好ましい。

混入繊維の混合位置は、メルトブロー口金４と印加電極
３間で行うが、メルトブローとともに排出されるエアー
の流れが整流域から乱流域に変わる乱流域以降で混合さ
せるのが好ましい。

これは、整流域で混合するとメルトブロー繊維の流れを
乱し、不織布の均一性を損なうからである。乱流域は、
エアーの流れが失速する領域で、繊維の絡合が生じ始め
るところであるので、メルトブロー繊維が比較的混入繊
維に絡まった状態となるが、不織布の均一性を損なう程
度が少なく好ましい。

第二の混合方法は、解繊されてエアー中に分散された短
繊維などを第１図に示すように電場内に装置によって吹
き込む方法で行う。

電場内に吹き込むこの方法の特徴は、混入繊維が空気に
よって搬送されているメルトブロー繊維群中の内奥部に
まで達するので、エレクトレット不織布全体に混入繊維
がよく混ざり、比較的均一な嵩密度を有するエレクトレ
ット不織布が得られることである。また、電場内に吹き
込むのでメルトブロー繊維の均一性低下を起こすことも
比較的少ないことである。それは、電場の電界の方向と
空気の流れ方向を同じにできるため、吹き込まれた繊維
は、速やかに電界の方向に繊維軸方向が揃うためメルト
ブロー繊維の流れを乱すことが少ないためと考えられ
る。

混入繊維の吹き込み方向は、メルトブロー繊維の流れ方
向を０度とするとき、１４５度以内が好ましい。

なお、本発明の方法は、特に嵩密度８８〜９８％程度と
いう嵩高な不織布を得たい場合に適用して効果が大であ
る。すなわち、そのような８８〜９８％という嵩高なメ
ルトブロー不織布は、一般にメルトブロー繊維を搬送し
捕集するだけというメルトブロー方式ではどうしても嵩
がでないので、得ることが難しいのであるが、本発明の
方法によれば、前記したような嵩の高いものを容易に得
ることができる。

なお、むろん、本発明の方法は、嵩密度が８０〜８７％
以下程度の、嵩の点では通常のメルトブロー不織布のも
のの製造をもできるものである。

また、上述のような嵩高な不織布をいったん得て、さら
にエンボス加工やカレンダー加工の仕上加工で、嵩を調
節したり所望の後仕上げを行うことができ、各種の付加
価値の高いメルトブロー不織布を製造することもでき
る。

なお、上記嵩密度は、不織布見掛け体積中に占める繊維
だけの体積割合から求められる値である。

混入繊維のメルトブロー繊維への混合の範囲は、上記の
ような嵩高な効果を得るというためには５〜７０％（対
メルトブロー繊維重量）にするのが良い。

また、特別な機能特性を混入繊維の混入により与えたい
というときには、該混合比はもっと小さくてもよく、３
〜３０％（対メルトブロー繊維重量）とするのがよい。

次に、本発明の方法においては、所期の目的の優れたエ
レクトレット性を有するエレクトレット不織布を得るた
めには、電界強度が極めて重要であり、電界強度１kv／
cm以上の電場内で流体によって搬送された繊維と混入繊
維を捕集装置表面に堆積・捕集しながら、エレクトレッ
ト化を行うことが重要である。

電界強度が１kv／cm以下では、十分にコロナ放電が発生
しないので得られるエレクトレット性、例えば表面電荷
密度が低いものとなり、これをフイルター用途に使用す
る場合には得られるフイルター性能が低いものとなって
しまう。

本発明者らの知見によれば、好ましい電界強度は３kv／
cm以上である。

なお電界強度は、印加電極と捕集装置間の直線距離で印
加電圧値を割って求めるものである。

次に、捕集装置について説明すると、連続回転の可能な
ドラムやエンドレスベルトが最適であり、その表面材料
は、金属性のネットや多孔質の金属平板で構成されるも
のが適している。また、捕集装置内部または下部にエア
ーサクション装置などの補助装置を用いてもよい。

更に、その材料表面を体積固有抵抗値１０⁰〜１０¹²Ω
・cm範囲の材料でコーティングしたものを用いることに
よって、さらに優れたエレクトレット不織布を得ること
ができる。

［実施例］実施例をもって更に詳しく本発明を説明する。

実施例１第１図に示す方法を用いて、次の要領でエレクトレット
不織布を得た。

４０メッシュのステンレス製ネットで覆われた捕集装置
表面を、メルトブロー口金のポリマー吐出孔先端から最
短距離で結ぶ３５cmの位置になるよに設置した。

次に、印加電極を捕集装置表面から繊維捕集位置の上方
８cmの位置に設置し、これに、−４８kvの直流高電圧を
印加し、電界強度６kv／cmの電場を捕集ドラムと印加電
極との間に形成した。

この電場内に、繊度０．０４デニールのポリプロピレン
をメルトブロー紡糸し、次の条件で混入繊維を供給しエ
レクトレット不織布を得た。

すなわち、繊度３デニール、繊維長５０mm、捲縮数１４
個／インチ、素材ポロプロピレンを混入角度６０度で混
入し、捕集装置表面で堆積．捕集し、エレクトレット不
織布（目付１００ｇ／m²、厚さ３．０mm）を５ｍ／ｍｉ
ｎで得た。

得られたエレクトレット不織布のメルトブロー繊維と混
入繊維の目付の内分けは、メルトブロー繊維８０ｇ／
m²、混入繊維２０ｇ／m²で、その混合比は３５％であっ
た。また嵩密度は、９６．３％であった。

このエレクトレット不織布のエレクトレット性につい
て、フイルターとして用いたときのエアロゾル捕集効率
と圧力損失の大小により、また表面電荷密度で評価し
た。

エアロゾル捕集効率と圧力損失の評価は、第３図に示す
評価装置を用いて、試料通過風速１．５ｍ／ｍｉｎ、エ
アロゾル粒子径０．３μｍのポリスチレンを用いた条件
で行った。

エアロゾル捕集効率の求め方は、評価試料上流側と下流
側のエアロゾル濃度をパーティクルカウンターで求め、
次式により求める。

Ｃｏ：下流側のエアロゾル濃度（個／Ｆｔ³）Ｃｉ：上流側のエアロゾル濃度（個／Ｆｔ³）圧力損失は、直接計器から読み取った。

図中の番号は、パーティクルカウンター１１（米国ＰＭ
Ｓ社のＬＡＳ−Ｘ−ＣＲＴ）、評価試料１２、圧力損失
計１３（映光産業のマノスターゲージ）、サンプリング
管１４、流量計１５、エアー吸引ポンプ１６、アトマイ
ザー１７（日本カノマックス株製）、加圧エアー源１
８、ポリスチレン液１９、乾燥筒２０、試料ホルダー２
１をそれぞれ示す。

表面電荷密度の評価方法は、第４図に示す評価装置を用
いて行った。

図中、金属性平板電極２２、金属製の箱２４、エレクト
レット試料２４、コンデンサー２５、微少電流計１２を
示す。

該微少電流計によって求められた電位より、次式にした
がって表面電荷密度を求める。

Ｑ＝ＣＶ／ＳＱ＝表面電荷密度（クーロン／cm²）Ｃ＝コンデンサー容量Ｓ＝エレクトレット試料面積初めに、表面電荷密度を評価したところ、表面−８．０
×１０^-10クーロン／cm²、裏面７．５×１０^-10クーロ
ン／cm²であり、十分にエレクトレット化されているこ
とがわかる。

次に、エアロゾル捕集効率と圧力損失を評価した。この
結果、捕集効率が９９％以上で、圧力損失が１．３ｍｍ
Ａｑであった。圧力損失が極めて低い割りには、高い捕
集効率であることがわかる。

断面を観察すると、混入繊維が全体的に、比較的均一に
混入されているのが観察できた。

実施例２第２図の方法を用いて、次の要領でエレクトレット不織
布を得た。

４０メッシュのステンレス製ネットで覆われた捕集装置
表面を、メルトブロー口金のポリマー吐出孔先端から最
短距離で結ぶ３５cmの位置になるように設置した。

繊度２デニール、繊維長５５mm、捲縮数１５個／イン
チ、素材ポロプロピレンをほぼ自然落下状態で混入し、
捕集装置表面で堆積、捕集し、エレクトレット不織布
（目付１００ｇ／m²、厚さ２．２mm、混合比２５％，嵩
密度９５％）を５ｍ／ｍｉｎで得た。このエレクトレッ
ト不織布のエレクトレット性について、フイルターとし
て用いたときのエアロゾル捕集効率と圧力損失の大小に
より、また表面電荷密度で評価した。

表面電荷密度は、表面が−５．２×１０^-10クーロン／c
m²、裏面が７．４×１０^-10クーロン／cm²であり、良好
にエレクトレット化されていることがわかる。

次に、捕集効率と圧力損失を評価したところ、捕集効率
は、９９．９％以上であり、また圧力損失は２．５ｍｍ
Ａｑであった。

断面を観察すると、表面側に比較的混入繊維が多く存在
するために、裏面は、嵩密度が小さく、また、表面は嵩
密度が大きいことがわかった。

この構造が、低い圧力損失と高い捕集効率を実現する要
因であることがわかった。

実施例３第１図に示す方法を用いて、次の要領でエレクトレット
不織布を得た。

この電場内に、繊度０．０１デニールのポリプロピレン
をメルトブロー紡糸し、次の条件で混入繊維を供給しエ
レクトレット不織布を得た。

繊度６デニール、繊維長５０mm、捲縮数１２個／イン
チ、素材、芯がポロプロピレン、鞘がポリエチレンの複
合繊維（紡糸油剤付着）を混入角度６０度で混入し、捕
集装置表面で堆積．捕集し、エレクトレット不織布（目
付１００ｇ／m²、厚さ２．７mm）を５ｍ／ｍｉｎで得
た。

得られたエレクトレット不織布のメルトブロー繊維と混
入繊維の目付は、メルトブロー繊維７０ｇ／m²、混入繊
維３０ｇ／m²で混合比は４３％、また嵩密度は、９５．
９％であった。

得られたエレクトレット不織布を、熱処理機で１２０℃
２分の処理を行った結果、ポリエチレンの鞘部分が溶融
しメルトブロー繊維が付着した結果、形態安定性が著し
く向上することが確認できた。

また、この不織布は良好なエレクトレット性を有するも
のであった。

比較例１４０メッシュのステンレス製ネットで覆われた捕集装置
表面を、メルトブロー口金のポリマー吐出孔先端から最
短距離で結ぶ３５cmの位置になるように設置した。

この電場内に、繊度０．０４デニールのポリプロピレン
をメルトブロー紡糸し、目付１００ｇ、厚さ０．５mmの
エレクトレット化不織布を加工速度５ｍ／ｍｉｎで得
た。

表面電荷密度は、表面が−９．２×１０^-10クーロン／c
m²、裏面が８．４×１０^-10クーロン／cm²であり、良好
にエレクトレット化されていることがわかる。

次に、捕集効率と圧力損失を評価したところ、捕集効率
は、９９．９９％以上であり、また圧力損失は５．５ｍ
ｍＡｑであった。

捕集効率は、極めて高いが、圧力損失が高く低圧力損失
を要求する一般室内の空気清浄機用途には、やや不適で
あることがわかった。

［発明の効果］本発明の効果は、流体によって搬送されたメルトブロー
繊維群中に、短繊維や長繊維を混合した状態で、電界強
度１kv／cm以上の電場内で、捕集装置面上に不織構造層
として捕集しつつ、エレクトレット化を行うので、流体
によって搬送されたメルトブロー繊維と混入繊維の双方
は不織布内部まで十分にエレクトレット化され、表面電
荷密度の高いエレクトレット不織布を得ることが可能で
ある。

また、混入繊維と一緒にメルトブロー繊維を捕集するの
で、メルトブロー繊維の捕集が立体的となる結果、不織
布内部に空間を持つようになり、得られたエレクトレッ
ト不織布は嵩高となり、低圧力損失のエレクトレット不
織布を得ることが可能となる。

さらに、第１図や第２図の方式のように混入方法を適宜
に変えることにより、混入繊維をエレクトレット不織布
のどの位置に混入させるかをコントロールすることがで
き、圧力損失や捕集効率を選定することが可能である。

すなわち、自然落下に近い状態で混入する方法では、密
度勾配を持たせたエレクトレット不織布の加工が可能で
あり、このものは、ダスト付加量が多くなる構造なの
で、初期捕集効率を維持しつつフイルター寿命の長いも
のとなる。

また、電場内に混入繊維を吹き込む方法では、電界の作
用により、混入繊維を吹き込むことによるメルトブロー
繊維のむら発生を極力小さくすることが可能である。

さらに、混入繊維をメルトブロー不織布全体層に混入、
分布させることが可能であるので、特に圧力損失の低い
良好なエレクトレット不織布の加工が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明のエレクトレット不織布
の製造方法の１実施態様例を説明するための概略側面図
である。第３図は、エアロゾル捕集効率と圧力損失の評価装置の
概略側面図である。第４図は、表面電荷密度の評価装置の概略側面図であ
る。１：捕集装置２及び２′：直流高圧電源３及び３′：印加電極、４：メルトブロー口金５：メルトブローされた繊維６及び６′：短繊維または長繊維供給装置７及び７′：短繊維または長繊維（混入繊維）８：エレクトレット不織布９：電場、10：回転方向 11：パーティクルカウンター 12：評価試料、13：圧力損失計 14：サンプリング管、15：流量計 16：エアー吸引装置、17：アトマイザー 18：加圧エアー源、19：ポリスチレン液 20：乾燥筒、21：試料ホルダー 22：アメニシユウム２４１（放射性同位元素） 23：金属性平板電極、24：金属性の箱 25：コンデンサー、26：微少電流計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メルトブロー紡糸され流体によって搬送さ
れるメルトブロー繊維と、エアーにより解繊状態で供給
される短繊維または／および長繊維とを合流混合せし
め、該合流混合繊維を電界強度１kv／cm以上の直流電場
内の捕集装置表面に捕集し、エレクトレット不織構造体
を得ることを特徴とするエレクトレット不織布の製造方
法。
【請求項２】短繊維または長繊維が、メルトブロー繊維
の融点よりも、低融点の繊維成分を少なくとも含んで構
成されて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不織布の製造方法。
【請求項３】短繊維または長繊維が、１０¹⁴Ω・cm以上
の体積固有抵抗値を有する繊維であることを特徴とする
特許請求の範囲第(1)項あるいは第(2)項記載のエレクト
レット不織布の製造方法。