JPS61102476A - エレクトレツト繊維シ−トおよびその製造方法 - Google Patents

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］ 本発明はフィルタなどに応用できるエレクトレット繊維
及びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、エレクトレット繊維シートを得る技術として特公
昭５６−４７２９９号公報が提案されている。しかしな
がら、この方法で得られるシートは第２図にモデル図で
示すように正極と負極を有する繊維状スリットフィルム
１を、ウェブ２内にランダムに分散した構成を有するも
のであるため、内部の空隙部分の電界強度は正負極の電
荷を持つ繊維状スリットフィルムによって相互に相殺さ
れて小さな電界強度となってしまう欠点があり、これを
フィルタとして使用すると、十分な静電気力が捕集粒子
に働かないので、捕集効率の向上が乏しくなる欠点があ
った。

また特公昭５９−１２４号公報においては、メルトプロ
ーせしめた繊維を口金の直下で高圧印加してエレクトレ
ット化した後、コンベヤー上に捕集してウェア化する技
術が提案されているが、この技術も第２図に示すものと
同様にエレクトレット繊維が内部にランダムに分散して
いるため、内部電界が小さくなってしまう欠点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、ウェ
ブ内に高い電界強度を確実に、しかも長時間に亙って保
持せしめることができるようにした繊維シートおよびそ
の製造方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段１ 即ち、本発明は目付が８０　Ｑ　／　ｍ２以下、カバー
ファクターが６０％以上のｍ維シートからなり、表面電
荷密度が５Ｘ　１０−　’ＩＣ１０ｔＦ以上で、かつシ
ートの表裏両面で異なる極性を有してなるエレクトレッ
ト繊維シートおよび体積抵抗率１０　Ω・Ｃｆｆ１以上
を有する繊維からなるｍ維シートの片面を体積抵抗率１
０８Ω・ｃｍｌＸ下の液体電極に接触させ、直流高圧を
印加することを特徴とするエレクトレットｔｓｒａシー
トの製造方法により達成される。

本発明において繊維シートを構成する繊維としては、エ
レクトレット繊維シートの安定性からポリオレフィン、
ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ弗素化合物、塩
化ビニール系などの合成繊維であって、その体積抵抗率
が１０　Ω・ｃｍ以上有するものが好ましい。

本発明において、エレクトレット化処理を効率的に行な
うことが可能で、かつ表面電荷密度の高いエレクトレッ
ト繊維シートを得るためには目付８０ｇ／ｍ”以下の繊
維シートを用いることが重要であり、ＭＡＮシートの目
付が８０口／ｍ２を越える場合は、アース電極から十分
な補償電荷が得られず、表面電荷密度が低下するため好
ましくない。

また本発明においてエレクトレット効果が大で、かつ表
面電荷密度の大きいエレクトレット繊維を得るためには
、繊維シートのカバーファクターを６０％以上とするこ
とが重要である。カバーファクターを出来る限り低目付
で多くするためには極細繊度の繊維を用いるのが好まし
く、その平均繊度は１ｄ以下がよい。

本発明のエレクトレット繊維シートは、上述のような特
定の目付およびカバーファクターを満足する繊維シート
からなるもので、その表面電荷密度が５　Ｘ　１０−　
”／ｃ１以上であり、しかもシートの表裏両面で異なる
極性を有することが重要であり、このエレクトレット繊
維シートは該シート単独又は同種シートの積層或いは他
のシートと積層して使用される。

以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明に係るエレクトレッ・ト繊維シートをモ
デル的に説明する概略図で、積層された状態を示すもの
である。即ち、体積抵抗率１０１３Ω・０１以上の繊維
１で構成さ、れ、カバーファクターが６０％以上で、か
つ、両表面に相異なる極性を有する電荷を一様に持った
エレクトレット繊維シート２が２枚以上多層に積層され
て積層エレクトレット繊維シート３を構成してなるもの
である。

このような構造を有するエレクトレット繊維シートにお
いては、積層シート内に層状に電荷が存在するため、相
互に相殺されることはなく、各繊維シート２の表面に存
在する正電荷と負電荷の間で高い内部電界強度を各シー
ト内に維持することができ、例えばフィルタとして使用
する場合は、捕集粒子に大きな静電気力を与えることが
でき、捕集性能を著しく向上することができる。

次に本発明のシートの積層方法は、第３図に示すように
、各エレクトレット８Ｍシート２を、その極性が積層面
で同極性になるように積層することもできる。この積層
方法は、第１図に示した積層面が異極性同志となるよう
に積層した場合と異なり、厚さ方向に各エレクトレット
繊維シート内の電界方向が反転するため、フィルタとし
て使用する場合、捕集粒子の滞留時間を長くすることが
でき、捕集性能が一段と向上するものである。

本発明において表面電荷密度とは次の方法で測定したも
のをいう。

即ち、表面電荷密度の測定装置の概略図は第４図に示す
通りで、試料７をアースした金属板６上に置き、次に他
の金属板８を上方から接近させて試料に接触させ、試料
表面に存在する電荷を静電誘導で金属板８に生じせしめ
、この電荷をコンデンサー９にためて、電位計１０によ
ってその電位を測定して下式によって試料表面の表面電
荷密度を求めたものである。

表面電荷密度（ｃ／ｃ／）＝ＣＸＶ／ＡＣ：コンデンサ
ー容量（ファラッド） Ｖ：電位（ポルト） Ａ：試料面積（ｆｆｌ） 上記方法で求めた本発明のエレクトレットｌ１Ｍシート
は５Ｘ１０−”’／ＱＴＦ以上の表面電荷密度を有して
いるが、第２図に示すような従来技術によるエレクトレ
ット繊維シートは、殆ど表面電荷密度を示さない。

これは、シート表面に第２図に示したごとく正、負極性
が混在して存在するため相互に電界強度を弱め合ってい
るためである。

本発明に係るエレクトレットシートは極性の異なる高い
表面電荷密度を持ったエレクトレット繊維シートを多層
に積層して積層エレクトレット繊維シートとして用いる
ことが特に望ましい。

即ち、層状に正極、負極の電荷が分布した多層構造を持
った本発明の積層エレクトレット繊維シートは安定な電
荷を長時間に亙って維持することができる。

この効果を得るにはエレクトレット繊維シートの積層枚
数を出来る限り多くすることが好ましく、積層するエレ
クトレット繊維シートの目付は使用目的からできる限り
８０　Ｑ　／　ｔｎ”以下の低目付、特にクリーンルー
ム用途向けなどのフィルタに用いる場合には５０Ｑ／ｍ
’以下とするのが好ましい。

なお、積層枚数は２枚でもよいが、電荷の長期安定性の
点からは３枚以上積層するのがよい。

次に本発明のエレクトレット化繊維シートの製造方法に
ついて説明する。

即ち、本発明の製造方法は体積抵抗率１０′３Ω・ｃｍ
以上を有するｊｌＡＮからなる繊′維シートの片面を体
積抵抗率１０８Ω・ｃｍ以下の液体電極に接触させ、直
流高圧を印加してエレクトレット化した繊維シートとな
すもので、得られたシートを積層して積層エレクトレッ
ト繊維シートとすることにより高度にエレクトレット化
された繊維を得ることができるのである。

第５図は本発明の製造方法を示丈概略図で、１１はアー
スされた金属容器、１２は該金属容器１１内に入れられ
た電極用液体で、該液体上に成維シート１３の片面のみ
を接触させ、その状態で直流高圧発生器１４で発生させ
た電圧を高圧電極１５から繊維シート１３に対して印加
してエレクトレット繊維シートを製造するものである。

従来、エレクトレット化技術として特公昭５６−４７２
９９号公報に見られるごとく、高圧を負荷したワイヤー
電極と金属平板を用いたアース電極との間で試料をエレ
クトレット化する方法があるが、この方法の場合、第６
図に示すごと（、アース電極１６上のシート１７の表面
は、フィルムと異なり凹凸を有しているためアース電極
との接触面積が少なく、特に低目付の繊維シートとなる
とその傾向は著しい。このため高圧印加した場合、アー
ス電極から十分な補＠電荷が得られず、表面電荷密度の
大きなエレクトレットｌ１Ｍシートを得ることができな
い欠点があった。

そこで本発明者等はアース電極として液体電極を用いて
第７図に示すごとく繊維とアース液体電極との間の接触
面積を多くしてアース電極からの補償電荷を受は入れ易
くして表面電荷密度の大きい低目付のエレクトレット繊
維シートを得ることに成功しものである。

本発明において、エレクトレット化処理を効率的に行な
い、かつ、表面電荷密度の高いエレクトレット繊維シー
トを得るためには目付８０　Ｑ　／　ｒｎ２以下のｉｌ
ｌシートを用いるのがよい。

繊維シートはその片面を液体電極に接触させて所定の高
圧印加が施されるが、この場合、電極用液体が繊維シー
トの他面側、つまり表面側に浸透してその表面を被覆し
ないようにすることが望ましく、そのためには繊維シー
トのカバーファクターを６０％以上とするのが好ましい
。繊維シートの表面が液体で被覆されると、かえってエ
レクトレット化の効果が落ちるためである。

また、液体のＩＭレシート面への浸透を防止するため、
＄１１１シートの見掛密度を大きくした方が好ましく、
０．０５ｇ／ａ＋ｆ以上が優れたエレクトレット性能を
示す。

ざらに本発明に用いる繊維シートとしては、構成繊維が
一方向に配列しているものがよい。このようなＨＡＭ１
シートは凹凸が少ないため液体電極との接着面積を多く
することができ、このため高圧印加時の補償電荷が十分
に得られ、表面電荷密度の大きなエレクトレット繊維シ
ートが得られるからである。

このため、シート配向度は２以上が好ましい。

ここでシート配向度とは、シートの配向方向の引張強度
とその直角方向の引張強度との比をいう。

液体電極にる処理時間はエレクトレット化効果の低下し
ない範囲で適宜選択することができるが、通常は、２０
秒〜８０秒の範囲が使用される。

液体電極の液体温度は繊維シートのガラス転移点温度以
上、融点以下の温度範囲に設定するのがよく、かかる温
度条件で高圧印加すると、表面電荷密度が大きく、かつ
トラップ電荷の深いものが得られ、経日変化の影響が少
なく安定したエレクトレット繊維シートが得られる。

即ち、ガラス転移温度以上であると分子運動が活発とな
り、注入される電荷固も多く、かつ深いトラップとなる
。なおトラップ深さは一定速度に昇温して脱分極電流を
求める熱刺激電流測定で調べることができる。

本発明において電極に用いる液体としては、体積抵抗率
が１０８Ω・ＣＩ以下の電流を流し易いものがよく、例
えば水、アルコール類やアセトンなどの有機溶剤、界面
活性剤を含む水などを用いることができる。

所定のエレクトレット化処理の施されたｍ雑シートは次
いで２枚以上積層されて積層エレクトレットとなされる
。

本発明の積層エレクトレット繊維シートは必要に応じて
ニードルパンチング、ステッチ、ウォーターパンチング
、エンボス、高周波ウエルダーなど後加工を施すことで
シート強度の改善など行なうこともできる。

また本発明のシートは他のシートとさらに積層して用い
ることもできる。

なお、本発明に用いる繊維シートとしては、短ＩＩ維不
織布、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布、その
他布帛、ｔａ維状状ポーラスフィルムどを用いることが
できる。

上記好ましい条件を満たす本発明の積層エレクトレット
繊維シートは長期に亙って高い内部電界強度を保有する
ので、フィルタ、ワイパー、マスクなど広く使用するこ
とができる。

本発明において、カバーファクター及びシート見掛密度
とはそれぞれ次の方法で測定したものである。

カバーファクターは拡大透影器を用いて試料（１０ｃｍ
ｘ　１０ｃｍ）の陰影を作り、光の透過してできた明る
い面積部分をＢ、！ａ［によって光がさえぎられてでき
た影面積部分をＣとして下式により求めたものである。

カバーファクター（％）＝−Ω−×１００β＋Ｃ シートの見掛密度は下式から求めたものである。

Ｄ二単位面積当りの重さくｑ／＋ｏ＃）Ｅ：厚み（ｃｍ
） Ｆ：単位面積（１ｄ） なお、厚みは５０−ｇｌｏ（荷重にて測定したものであ
る。

［発明の効果］ 本発明は上述のごとく構成したので、高い表面電荷密度
を有し、かつその電荷を長時間に亙って安定して保持す
ることのできるエレクトレット繊維を効率的に得ること
ができたものである。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ 体積抵抗率１０１６Ω・ｃｍのポリプロピレンを用いた
メルトブロー繊維シートを用いた。該シートは１４寸２
０　Ｑ　／　ｍ２、カバーファクター９９％、シート見
掛密度０．１３ｇ／ａ＋ｆ、平均繊度０．２ｄ。

シート配向度３．９であった。

該シートを本発明の製造方法である体積抵抗率１０３Ω
・Ｃ１ｌの水を用いた電極上に片面を接触させて針状電
極で一３０ＫＶの印加電圧にて６０秒間処理した。この
時の水の温度は４０℃、針状電極と印加するｍＭレシー
トの距離は３ｃｍであった。

得られたエレクトレットｍ維シートの表面電荷密度は片
面が一電荷で１．５Ｘ１０−９°１０ｎ、他面が十電荷
で１　、　ＯＸ　１０−９’−／ｆｆｌを示した。

このシートを５枚積層して積層エレクトレット繊維シー
トを得た。

積層方法は、各ｃｍシートの積層面が同極性になるよう
に積層した。

ここで本発明シートのフィルタ性能を従来と比較して評
価した。

測定条件は０．３３μポリスチレン標準ラテックス粒子
を用いて、測定風速１．５ｍ　／１ｎで測定試料前後の
粒子個数を光散乱方式のダストカウンターでカウントし
て捕集効率を求めた。この結果、本発明シートの捕集効
率は９９．９９９％であった。

比較試料として従来技術による第２図に示すようなエレ
クトレット繊維シート（目付１００（１／ｍ２）を測定
した結果、９８．２００％であり、本発明シートが著し
く優れていることが確認できた。

実施例２ 実施例１で作成したエレクトレット繊維シートの積層方
法を変えてフィルタ性能を評価した。一つは二枚のエレ
クトレット繊維シートを積層面の極性が異なるように積
層したエレクトレット繊維シートとした。他方は、エレ
クトレット繊維シートの積層面の極性が同極性となるよ
うにした積層エレクトレット繊維シートを作成した。

この両者を比較したところ、前者の捕集効率は９９．７
２３％、後者は９９．９５５％であり、後者が明らかに
優れているものであった。

実施例３ 体積抵抗率１０　Ω・Ｃｌ１ｌのポリプロピレンｍＨか
らなる繊維シートを用いた。該シートは目付５０　Ｑ　
／　ｍ２、カバーファクター９９％、シート見掛密度０
．１０ｇ／ａ＋！、平均繊度０，８ｄ、シート配向度３
．０である。

該シートを用いて本発明の製造方法により体積抵抗率１
０３Ω・ｃｍの水／エチルアルコール（混合比９０／１
０）混合液を液体電極を用いて一１０ＫＶ／３ｃｍで５
０秒間印加してエレクトレット繊維シートを作成した。

また比較例として従来方法のアース電極に１１０ｌ１厚
のステンレス板を用いてこの上に該繊維シートを置き、
上記と同一の印加条件で処理してエレクトレット繊維シ
ートを作成した。本発明によるエレクトレット繊維シー
トの表面固有茫度は片面カー２．５Ｘ　１０−　ＩＯＣ
／ｌｎ、他面が＋１，５ｘ１０−幻Ｃ／ａｆであった。

これに対して、従来方法による表面電荷密度は片面が−
２，３Ｘ　１０−　Ｉ＋’／ａｒＩ、他面が＋１．２Ｘ
　１０−１１’／ｃｉであり、前者の本発明が明らかに
優れたものであった。

実施例４ ポリプロピレン繊維からなる繊度０．９ｄ、目付３０　
Ｑ　／　ｒｎ２、シート配向度１．１と４．５の繊維シ
ートよ用いて本発明方法によってエレクトレット化した
。なお、印加電圧は＋２０ＫＶ／３ｃｍ、液体電極に水
／エチルアルコール（混合比９０／１０）混合液を用い
て５０秒間印加処理した。

この結果、シート配向度１．１の繊維シートを用いてエ
レクトレット化したシート両面の平均の表面電荷密度は
２　Ｘ　１０−　ｌｏ′−／ａｔであたったが、シート
配向度４．５の！Ｉ維レシート用いてエレクトレット処
理したシート両面の表面電荷密度は８．０Ｘ１０−９°
／ｄを示し、シート配向度によって表面電荷密度が異な
ることが判る。

実施例５ 体積抵抗率１０１４Ω・ｃｍのポリエチレンテレフタレ
ート繊維からなる繊度３ｄ、目付３０　Ｑ　／　ｔｎ２
、カバーファクター８１％、シート見掛密度０．２１　
ｇ／　ＧｌＩ　Ｎシート配向度２．３の繊維シートを用
いて実施例１と同一条件でエレクトレットｍ　維シート
を作成した。

このシートの表面電荷密度は片面−ｇ　×１０−１Ｑｅ
ｌｃｄ、他面＋７　Ｘ　１０−　”’／ｃ／であった。

次にこのシートを３枚積層して、積層エレクトレット繊
維シートを得た。

積層方法は、相互の積層面の極性が同極性になるように
した。得られた積層エレクトレットシートをワイパーと
して用いたところ、ダストの吸着率が極めてよかった。

実施例６ ポリプロピレン繊維からなる目付３０　Ｑ　／　ｒｎ２
、カバーファクター９９％、シート見掛密度０．０８０
／ａ＋ｔ、繊度０，５ｄのｍ維シートを用いて、実施例
１の条件でエレクトレット繊維シートを得た。

このシートの表面電荷密度は片面が−８，１×１０−”
１０ＴＦ、他面が＋６．２　Ｘ　１０−　ＩＱｃ／ｃｉ
であった。

次にこのシートの２枚積層した棲、該積層シート上に実
施例１で作ったシート見掛密度の大きな！ｌ維シートを
２枚積層して密度勾配を持った積層エレクトレット繊維
シートを得た。

得られたシートをフィルタとしてシート見掛密度の小さ
い側を捕集面に用いて使用したところ、大きな粒子がシ
ート見掛密度の小さい側で捕集されるため、長期間に亙
っで使用することができた。

実施例７ 実施例１で用いた目付２０　Ｑ　／　ｖｎ２の繊維シー
トを３枚重ね、該積層シートを実施例１と同条件でエレ
クトレット化処理を行なった。

得られたエレクトレット繊維シートの表面電荷密度は、
片面が−５ｘ　１０−　”ｅｌｏｆｆ、他面が＋４Ｘ１
０−”／ｄであった。３枚重ねのシートのうち、中間の
繊維シートの表面電荷密度は１Ｑ−１１ｃ／ｄ以下であ
った。これは３枚重ねシートの両表面は大きい表面電荷
密度となるが、内部は少ないことを示している。

次に上記３枚重ねシートを２枚積層してこの積層エレク
トレットｍ維シートを作った。このシートをフィルタを
用いて評価したところ、捕集効率９９．９５％と高い値
を示した。ただし、実施例１の１枚毎にエレクトレット
化処理した積層エレクトレット繊維シートの結果は劣っ
ていた。

実施例８ 実施例７で作ったポリプロピレン！！維からなる目付６
０ｇ／１Ｔ１２の３枚重ねエレクトレット繊維シートと
、実施例１で作った本発明を満足する積層エレクトレッ
トの長期安定性について検討した。

即ち、上記両シートを２０℃、６０％湿度中にそれぞれ
１力月間放置した後、取出し、両者の表面電荷密度の低
下率を測定したところ、前者は２０％低下したが、後者
の本発明シートは殆ど低下が認められなかった。

これは多層化した本発明シートが経日安定性に対して優
れていることを示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエレクトレット繊維シートをモデ
ル的に説明するもので、積層構造シートの一例を示す概
略図、第２図は従来のエレクトレット繊維シートをモデ
ル的に説明する概略図、第３図は本発明に係るエレクト
レットａ維シートの他の例を説明する概略図、第４図は
表面電荷密度の測定装置を説明する概略図、第５図は本
発明方法を説明する概略図、第６図は従来のアース電極
とシートとの接触状態を説明する概略図、第７図は本発
明における液体電極と繊維シートとの接触状態を説明す
る概略図である。 ２：エレクトレットｍ維シート ３：積層エレクトレット繊維シート １１：金属容器 １２：電極用液体 １３：繊維シート １４：高圧発生器 １５：高圧電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）目付が８０ｇ／ｍ＾２以下、カバーファクターが
   ６０％以上の繊維シートからなり、表面電荷密度が５×
   １０−＾１＾１ｃ／ｃｍ＾２以上で、かつシートの表裏
   両面で異なる極性を有してなるエレクトレット繊維シー
   ト。
2. （２）エレクトレット繊維シートが２枚以上積層されて
   なる積層エレクトレット繊維シート。
3. （３）繊維シートを構成する繊維が１ｄ以下の繊度を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第
   （２）項記載のエレクトレット繊維シート。
4. （４）繊維シートの見掛密度が０．０５ｇ／ｃｍ＾２以
   下である特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載
   のエレクトレット繊維シート。
5. （５）繊維シートの積層面の極性が同一になるように積
   層されてなる特許請求の範囲第（２）項記載のエレクト
   レット繊維シート。
6. （６）体積抵抗率１０＾１＾３Ω・ｃｍ以上を有する繊
   維からなる繊維シートの片面を体積抵抗率１０＾８Ω・
   ｃｍ以下の液体電極に接触させ、直流高圧を印加するこ
   とを特徴とするエレクトレット繊維シートの製造方法。
7. （７）液体電極の液体温度が、繊維シートを構成する繊
   維のガラス転移点以上、融点以下に保持されてなる特許
   請求の範囲第（６）項記載のエレクトレット繊維シート
   の製造方法。
8. （８）印加側電極を繊維シートに対して非接触状態で高
   圧印加することを特徴とする特許請求の範囲第（６）項
   記載のエレクトレット繊維シートの製造方法。