JPH0663175B2 - エレクトレツトシ−トの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エレクトレットシートの製造方法に関する。
さらに詳しくは、ダスト捕集性、吸着性に優れた異極性
区画を有するエレクトレットシートの製造方法に関す
る。

［従来の技術］ 大気塵は、ボルツマン分布に従がった電荷分布を有して
いるので、正電荷、負電荷、無電荷の塵埃が混在してい
る。又、人的発生源から発生した塵埃は、電荷極性が片
寄った分布をすると言われている。

これらの塵埃を吸着、あるいは捕集する場合、その塵埃
の持つ電荷の反対極性を有する布帛によって捕集するの
が望ましいことは知られている。

しかしながら、従来のエレクトレットシート、例えばエ
レクトレット化フィルムを割繊集合化してなるエレクト
レットシートの場合、＋−に分極した構成繊維がアトラ
ンダムに混じり合っているがために、正極性、負極性が
打ち消しあい、捕集性能や吸着性が劣る。また、表面が
同極性に揃ったシートは、極性の混在したエアロゾルを
吸着又は、捕集する場合には、同極性のエアロゾルは反
発され、吸着性能が低下する。

これまで、異極性の粒子が混在しているエアロゾルを吸
着又は捕集するのに最適な極性の異なる区画を混在した
エレクトレットシートは存在しなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らは、上記欠点のない、吸着性能、捕集性能に
優れたエレクトレットシートについて鋭意検討した結
果、本発明に到達した。特に本発明は異極性の粒子が混
在した塵埃をまたは捕集するのに優れたエレクトレット
シートを提供することを目的とする。

［問題点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、 ２極の電荷間においてエレクトレット化するに際し、体
積固有抵抗値が、10¹²Ω・cm以上の素材で構成された隔
離体を用いて、印加電極およびエレクトレットシート表
面の一部を隔離し、該エレクトレットシート表面の隔離
部の極性が逆極性になるように印加電圧極性を選択して
隔離部のみに高圧印加することを特徴とするエレクトレ
ットシートの製造方法に関する。

第１図および第２図は、本発明の製造方法の１例を表わ
す模式図である。

第１図において、加工対象物１を接地された金属性平板
電極２に密着し、高電圧発生機３に接続した印加電極４
によってコロナ放電処理する高圧印加方法を示す。第１
図の方法により、まず加工対象物１表面を同一極性にエ
レクトレット化させる。

次に、第２図に示す方法で、第１図の方法でエレクトレ
ット化されたシート６表面の一部を印加電極４を隔離し
た隔離体５を用いて、図のように隔離し、前記シート６
表面の隔離部Ｂの極性が逆極性になるように印加電圧極
性を選択し、隔離部Ｂのみに高圧印加する。この結果、
隔離部Ｂには非隔離部Ａの極性とは逆極性の極性の異な
る区画が形成される。

従って、極性の異なる区画がエレクトレットシート表面
に混在することになる。

本発明で用いる隔離体とは、10¹²Ω・cm以上の体積固有
抵抗値を有する素材からなるものであって、ポリオレフ
ィン系、ポリエステル系、フッソ系などのポリマーから
なる、厚さ0.1ミリ以上の厚板で構成される。隔離体の
形状は、第２図のように下部のみ空いた構造でもよい
し、上部の一部又は、全部が空いた構造であっても良
い。いずれの形状にしても隔離体の体積固有抵抗値が10
¹²Ω・cm以上であることが必要である。それは、電界の
広がりを制限し、隔離部のみを高圧印加する必要がある
ためである。例えば、10¹²Ω・cm未満の素材で隔離体を
形成すると次のような欠点が生じる。電界の広がりを制
限する能力が低いので、その分だけ厚い素材を使用しな
ければならない。その結果、極性の異なる区画間の間隔
を小さくすることが困難になる。

又、薄い素材で隔離体を構成すると、隔離体を通して洩
れた電気力線によって隔離部以外が逆極性に弱くエレク
トレット化され、エレクトレット性が低下する、また、
極性の違いが判然としない物になってしまう。従って、
隔離体を構成する素材の体積固有抵抗値が10¹²Ω・cm以
上、好しくは10¹⁴Ω・cm以上であることが必要である。

高圧印加する場合の剥離体下部と加工対象物との距離
は、０〜3mm程度、好ましくは０〜1mm程度にあるのが好
ましい。これは、電気力線が隔離体下部より洩れ出たた
め生じるエレクトレット性の低下を最小限にするためで
ある。

隔離体の形状は、作成しようとする極性の異なる区画を
混在したエレクトレットシートの区画の形状、大きさ、
意匠等に合せて決めることが出来る。

又、エレクトレット加工に際し用いる隔離体の数も自由
に選択することができる。

印加電極のタイプは、針状タイプ、ワイヤータイプ、更
にはこれらの電極にグリッド電極を併用しても本発明は
実施可能である。

また、布帛を用いて高圧印加する場合には、エレクトレ
ット特性の向上目的のために、10^２〜10^６Ω・cm、又は
10¹⁴Ω・cm以上の体積固有抵抗値を有するシートの一面
を接地された金属性平板電極上に密着し、次いで、該シ
ートの他面に該布帛を密着して高圧印加する方法で行な
うと、更に優れた極性の異なる区画を混在したエレクト
レットシート布帛を得ることができる。

第３図および第４図は、かかる方法を示す模式図であ
る。

すなわち、第３図は、該シート７を介して第１図と同様
に布帛８表面を高圧印加する方法を示す。第４図は、第
３図で得られたエレクトレット布帛９を、該シート７を
介して第２図と同様にしてエレクトレット布帛９表面の
一部を、印加電極４を隔離した隔離体５を用いて図のよ
うに隔離し、前記エレクトレット布帛９表面の隔離部Ｂ
の極性の逆極性になるように印加電圧極性を選択し、隔
離部Ｂのみに高圧印加する。この結果隔離部Ｂには、非
隔離部Ａの極性とは異なる逆極性の区画が形成される。

本発明で用いる該シート７の素材は、体積固有抵抗値が
10¹²Ω・cm以上の場合、ポリオレフィン系、ポリエステ
ル系、ポリアミド系、フッ素系ポリマーからなるシート
をそのまま使用すればよい。又、10^２〜10^６Ω・cmの体
積固有抵抗値を有するシートの場合は、ポリオレフィン
系、ポリアミド系などのポリマーに帯電防止剤、カーボ
ンブラック、カーボン繊維、導電性亜鉛華などを練り込
んで体積固有抵抗値を調整して作ったシートである。

本発明で用いる加工対象物とは、体積固有抵抗値が10¹⁴
Ω・cm以上の有機重合体素材からなる、織編物、不織布
などの布帛やフィルム、プラスチックシート状物などを
指す。優れたエレクトレットであるためには、高圧印加
によって有機重合体中にトラップされる電荷担体が素材
内部に留まる必要がある。しかし10¹⁴Ω・cm未満では、
電荷担体が容易に移動するので高圧印加による分極が維
持できない。

従って、極性の異なる区画を混在したエレクトレットシ
ートが得られない。

本発明の極性の異なる区画を混在したエレクトレットシ
ートの製造に際し、高圧印加の回数は、一回以上行なっ
ても構わない。又、高圧印加する際の温度は、対象素材
のTgからTgプラス150℃高い温度範囲内が好ましい。

体積固有抵抗値の測定法は、ASTM−D257に準じて行なっ
た。

［作用］ エレクトレットシートの表面と裏面の極性の関係は、表
面が正極性なら、裏面は負極性を示す。又、表面が負極
性から裏面は、正極性を示す逆関係にある。

これは、素材内部にトラップした電荷担体の極性によ
る。すなわち、正極性の面には、正の電荷を有した電荷
担体が存在する。この面に、正の電荷量と同量の負の電
荷担体を与えると、中和され無電荷となる。更に過剰の
負の電荷担体を与えると負のトラップ電荷担体が増え負
極性を示すようになる。負極性の面に、正極性の電荷を
与えても同様に負極性から正極性に変化する。

したがって、隔離部分のみを、逆極性となるように高圧
印加することによって、極性の異なる区画を混在したエ
レクトレットシートを作ることができる。

又、ダストの捕集性、吸着性が優れているのは、エレク
トレットシートの同一表面に極性の異なる区画が混在し
ているため、電気的な中和が少なくない。

第５図および第６図は、この様子を示した模式図を示
す。第５図はエレクトレット化繊維の電気力線の方向が
アトランダムに入り乱れてなるエレクトレット不織布で
ある。第６図は、本発明の極性の異なる区画を混在した
エレクトレット不織布を示す。いずれも表面部分のみを
示す横断面図である。図中の線a,bはそれぞれの電気力
線の方向を示す。

第５図は電気力線ａが相殺されて効果が低下するが、第
６図の本発明のエレクトレットシートの場合は、エレク
トレットシート最表面の電気力線ｂの相殺が少ないの
で、有効に作用しダストの捕集性、吸着性が優れたシー
トになる。

［実施例］ 次に実施例をもって更に詳細に説明する。

実施例中に示した表面電荷密度の評価方法は、次のよう
にして行なう。第７図の評価装置を用いて、試料を接地
された金属性箱の底辺部にセットし、電極によってはさ
む。観測される電位から次式によって表面電荷密度を求
める。

Ｑ＝CV／Ｓ Q:表面電荷密度（クーロン／cm^２） C:コンデンサー容量（μＦ） V:測定電位（Ｖ） S:試料面積（cm^２） 図中の番号10および11は、金属性箱、12はエレクトレッ
トシート、13は金属性平板電極、14はコンデンサー、15
はピコアンペアメーター。

又、捕集効率の求め方は、次のようにして行なう。エア
ロゾルを含むエアーを、毎秒2.5cmで試料に通し、試料
通過前のエアロゾル濃度（個数／ft^３）と試料通過後の
エアロゾルの濃度変化から、次式を用いて捕集効率を求
める。尚、エアロゾル濃度の測定は、凝縮刻測定器（CN
C）（日本カノマックス製）を用いた。

η＝100−｛（Ｃ_ｏ／Ｃ_ｉ）×100｝ η＝捕集効率（％） Ｃ_ｉ＝試料通過前のエアロゾル濃度（個数／ft^３） Ｃ_ｏ＝試料通過後のエアロゾル濃度（個数／ft^３） 尚、エアロゾルは大気塵を用いた。

［実施例］ 実施例１ ポリプロピレンフィルム（厚さ10μｍ）を第１図のよう
にして接地された金属性平板電極上に密着し、針状電極
と金属性平板電極間距離3cmで−20KVの電圧で10秒間高
圧印加した。このフィルムの極性を表面電荷密度を測定
する方法でしらべた。表面が−８×10^−９クーロン／cm
^２で負にエレクトレット化されていた。次に、第２図の
ようにしてフィルムの表面を上にして、接地さた金属性
平板電極上に再度密着し、側壁が2mm厚さで作られたテ
フロン製隔離体（タテ×ヨコ×高さ＝2cm×2cm×3.5c
m）の中央最奥部に5mm長さの針状電極をセットした隔離
体２個をフィルム上に、20mm間隔で直接置き、正20KVで
60秒間高圧印加した。隔離部分Ｂの表面電荷密度を測定
したところ、＋９×10^−９クーロン／cm^２で正に帯電し
ていた。これに対して非隔離部Ａは−８×10^−９クーロ
ン／cm^２で何ら影響を受けていなかった。極性の異なる
区画を混在したエレクトレットフィルムが得られた。

実施例２ ポリプロピレンフィルム（5.0μｍの厚さ）を第３図の
ようにして金属性平板電極上に密着し、該ポリプロピレ
ンフィルムの他面に、ポリプロピレンメルトブロー不織
布（平均繊維直径2.5μｍ、繊維充填率15％、目付20g／
ｍ^２）を密着した。

金属性平板電極から、3cm離した空間にセットし、＋20K
Vの直流正電圧で10秒間処理した。この不織布の表面
は、正にエレクトレット化されていた。つぎに、第４図
のようにして針状電極のセットされた隔離体（タテ×ヨ
コ×高さ＝1cm×1cm×3.5cm）を1cm間隔で、先に、正に
エレクトレット化された面上にタテ方向５個、ヨコ方向
５個、計25個並べて負−20KVで60秒間コロナ放電処理し
た。隔離部分Ｂの表面電荷密度は、−７×10⁻¹⁰クーロ
ン／cm^２で負に帯電していた。これに対して非隔離部分
Ａは＋８×10⁻¹⁰クーロン／cm^２で正に帯電していた。
極性の異なる区画を混在したエレクトレット不織布が得
られた。

このシートを３枚重ね、捕集性能を評価したところ99.9
994％であった。

異極性化する前のエレクトレット不織布も３枚重ね、同
様に捕集性能を評価したところ99.9990％であった。極
性の異なる区画を混在したエレクトレットの方がやや優
れていることがわかる。

［発明の効果］ 本発明のエレクトレットシートは同一表面に、極性の異
なる区画が混在している。その区画は、電気的に中和さ
れない程度の面積に大きく作られているので、正極性、
負極性に帯電したダストがエレクトレットシート付近に
浮遊してくると異極性区画の静電気力によって引き寄せ
られて捕集、吸着される。このため、極性の異なる区画
を混在したエレクトレットシートを用いることにより優
れた捕集材、吸着材を作ることが可能である。

用途としては、マスク、フィルター、ダスト吸着材、あ
るいは帯電させた染料や薬品を選択的にエレクトレット
シートに吸着させることにより染色や特定部分の薬品処
理を行なうことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明の実施態様の１例をあらわす
模式図、第５図はエレクトレット化繊維から構成された
エレクトレット不織布横断面の模式図、第６図は本発明
の製造方法で作られた極性の異なる区画が混在したエレ
クトレット不織布横断面の模式図、第７図は表面電荷密
度測定装置の模式図である。 1:加工対象物、 2:接地された金属性平板電極 3:高電圧発生機 4:印加電極、5:隔離体 6:エレクトレット化シート 7:シート、8:布帛 9:エレクトレット化布帛 10,11:接地された金属性箱 12:エレクトレットシート 13:金属性平板電極 14:コンデンサー 15:ピコアンペアメーター A:非隔離部 B:隔離部 a,b:電気力線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２極の電荷間においてエレクトレット化す
   るに際し、体積固有抵抗値が、10¹²Ω・cm以上の素材で
   構成された隔離体を用いて、印加電極およびエレクトレ
   ットシート表面の一部を隔離し、該エレクトレットシー
   ト表面の隔離部の極性が逆極性になるように印加電圧極
   性を選択して隔離部のみに高圧印加することを特徴とす
   るエレクトレットシートの製造方法。