JPS6287218A - 繊維状エレクトレツトシ−トおよびその製法 - 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、新規な繊維状エレクトレットシートおよびそ
の製法に関する。更に詳しくは、ダスト捕集性および吸
着性に著しく優れた新規な繊維状エレクトレットシート
およびその製法に関する。

［従来の技術］ 大気塵は、ボルツマン分布に従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、あるいは補集する場合、その塵埃
の持つ電荷の反対極性を有する布帛によって補集するの
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化材、例えばエレ
クトレット化フィルムを割繊集合化したエレクトレット
布帛の場合、■Ｏに分極した構成繊維がアトランダムに
混じり合っているために、正極性、負極性が打ち消しあ
う部分があり、捕集性能や吸着性能が劣ることがその後
の検討で判明した。又、表面が同極性に揃ったシートの
場合、異極性の混在したエアロゾルを吸着又は、補集す
る場合には、同極性のエアロゾルは反発され、吸着性能
が低下するという知見が得られている。

このようにこれまで、異極性の混在したエアロゾルを吸
着又は補集するのに最適な素材は存在しなかった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明者らは、上記欠点のない、吸着性能、捕集性能に
優れた繊維状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。本発明は、特に、正極性や
負極性の入り混ったエアロゾルや、正、又は負に片寄っ
た電荷分布を有するエアロゾルやダストに対しても優れ
た捕集性、吸着性を有するエレクトレットシートおよび
その製法を提供するものでめる。

［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。

（１）　　繊維状シートの少なくとも表面が、区画化さ
れた正極性部分と負極性部分で配置されていることを特
徴とする繊維状エレクトレノ１〜シート。

（２）　　体積固有抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ以下の素
材からなる部分と、１０１３Ω・ｃｔｎ以上の素材から
なる部分で構成されたパターン材の一面を接地された金
属性平面又は金属性回転ロール表面に密着させ、該パタ
ーン材の他面に布帛を密着させた状態で高圧印加するこ
とを特徴とする繊維状エレクトレノ１〜シートの製法。

本発明の繊維状エレクトレットシートの製法について説
明する。

先ず接地された金属平面又は金属性回転ロール面上に、
体積固有抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ以下の素材からなる
部分と、１０１３Ω・ｃｍ以上の素材からなる部分を直
接金属面に形成させる。また、そのように作られたシー
ト状物（以下パターン材と称する）で覆うか、または貼
着してもよい。このパターン材の上に加工対象の布帛を
置き、空間に設置された印加電極、すなわち針状又はワ
イヤー電極等によって正又は負電圧の直流コロナ放電処
理を行なうことによって、同一面に異極性にエレクトレ
フ１〜化された繊維状エレクトレットシートを得ること
ができる。

例えば、縦、横１ｃｍ角の体積固有抵抗値が１０１２Ω
・ｃｍ以下の部分と、体積固有抵抗値が１０１３Ω・ｃ
ｍ以上の部分を交互に縦方向、横方向に並べて作ったパ
ターン材の一方を、接地された金属平板上に密着し、他
方に加工対象布帛を密着させる。

次に針状電極を用いて、負電圧でコロナ放電処理を行な
うと、体積固有抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ以下の素材の
上でコロナ放電処理加工された部分は、正にエレクトレ
ノ１〜化す。又、体積固有抵抗値が１０１３Ω・ｃｍ以
上の素材の上でコロナ放電処理加工された部分は、負に
エレクトレット化し、略１ｃｍ間隔毎に区画化された異
極性部分が混在配置された形態で形成される。

一方、印加電圧を正電圧でコロナ放電処理した場合には
、全く逆のエレクトレット極性を有する繊維状エレクト
レットシートが得られる。すなわち、負極性を示した部
分は、正極性に、正極性を示した部分は、負極性にそれ
ぞれエレクトレット化する。

このように、エレクトレット化される異極性のパターン
は、アース極上面の２種の体積固有抵抗値素材のパター
ン配置とほとんど同一となる。従って、この素材の配置
面積割合によって、得られる繊維状エレクトレットシー
トの正および負の面積割合も任意に区画化変更すること
ができる。

エレクトレットの方法はコロナ放電処理の他に、エレク
トロエレクトレノ１〜法によっても、この繊維状エレク
トレットシートの製造が可能である。

この場合、コロナ放電方式と違う点は、体積固有抵抗値
が１０〜１０１２Ω・ｃｍの範囲の素材、好適にナイロ
ンシートで被覆された金属性平板電極又は金属性回転ロ
ールと、パターン材の間に、直接、布帛をはさみ直流高
圧印加する方法によって行なうことでおる。

本発明で用いるパターン材の素材としては、体積固有抵
抗値１０１２Ω・ｃｍ以下では、金属、またはカーボン
ブラックや帯電防止剤などを練り込んで体積固有抵抗値
を調整したポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンな
どのポリマーである。又、体積固有抵抗値が１０１３Ω
・ｃｍ以上では、ポリオレフィン系、ポリエステル系、
フッソ系のポリマーなどである。

これらの素材を用いてパターン材を作製する方法は、金
属平面上に、体積固有抵抗値１０１３Ω・ｃｍ以上のシ
ー１〜を、パターン材に合Ｖた形状に切断し接着剤で貼
る方法で達成される。又、別の方法は、溶融した体積固
有抵抗値１０１２Ω・ｃｍ以下と１０１３Ω・１以上の
２種のポリマーを同一の矩型口金に数箇所に分割して導
き、フィルム状のシートを溶融紡出することによってス
ジ状に体積固有抵抗値の違ったシートを得ることができ
る。このシートを金属面に密着してパターン材を形成す
る方法で達成される。更に、別の方法は、体積固有抵抗
値１０１２Ω・ｃｍ以下の金属以外の素材と、１０１３
Ω・ｃｍ以上の素材をパターン材に合せた形に切断し、
それぞれの素材を密接し、接着剤を用いて金属面に貼り
付ける方法などで達成される。

又、本発明で用いる加工対象布帛は、体積固有抵抗値が
１０１４Ω・ｃｍ以上の有機重合体繊維からなる布帛で
、その布帛の繊維充填率が２５％以下、目付が８０Ｑ／
ｍ２以下のものが用いられる。

図面を用いて、更に詳細に説明する。

第１図は、コロナ放電法による製法であって、図中の１
は、加工対象の布帛、２は矢印六方向に回転する接地さ
れた金属ロール、３はパターン材、４は体積固有抵抗値
が１０１２Ω・ｃｍ以下の素材の部分、５は体積固有抵
抗値が１０１３０・ｃｍ以上の素材の部分、６は印加電
極、７は直流高電圧発生機で必る。

又、第２図はエレクトロエレクトレット方法の場合であ
って、８はナイロンシー１〜．９は金属ロールである。

その他の番号は第１図と同様である。

図中の矢印Ｂ、Ｃは回転方向を示す。

本発明の繊維状エレクトレットシートが得られる原理は
、次のように説明できる。

すなわち、アース材の体積固有抵抗値と得られる布帛の
エレクトレット極性は第３図の様な関係にある。この関
係は、ポリプロピレンメルトブロー不織布（平均繊維直
径２．５μｍ、目付２０ＣＪ／ｍ２、繊維充填率１５％
）を、種々の体積抵抗値の異なるシート（アース材）を
介して、接地された金属性平板上で、貴３０ＫＶで６０
秒間、処理したときの関係を示す。従って、第３図から
明らかなように、１０１２Ω・ｃｍ以下では、印加面と
なる表面（電極側）は正極性に、裏側（アース側）は負
極性に帯電する。一方、１０１３Ω・ｃｍ以上では、こ
の関係が逆転する。正電圧で処理した場合には、全く逆
の関係になる。

従って、１０１２Ω−Ｃｍ以下と１０１３Ω−Ｃｍ以上
のそれぞれ違った体積抵抗値を有する素材の上で処理す
ることによって、同時に本発明の繊維状エレクトレット
シー１〜が得られるのである。

しかし、繊維充填率が２５％を上回り、かつ目付も８０
　Ｑ　／　ｍ２を上回るような加工布帛の場合には、パ
ターン材の体積抵抗値の影響をほとんど受けなくなり、
印加電圧極性に従ったエレクトレノ１−極性を示すよう
になる。又、エレクトレット的性能も低下するようにな
る。従って、加工布帛は比較的粗な構造を有することが
好ましく、繊維充填率２５％以下、目付８０　Ｑ　／　
ｍ２以下が好適である。

ここで繊維充填率は、布帛の見掛厚さに占める繊維だけ
の体積率である。

第４図〜第９図は、繊維状エレクトレットシートの正負
極性の区画パターン例を示すものであって、斜線部は正
極性部分を、また白地の部分は、負極性の部分を表現し
ている。この他にも無数のパターンに変形して用いるこ
とができる。もちろん、絵模様のようなパターンも可能
である。

第１０図は、本発明の繊維状エレクトレットシートの表
面付近の横断面模式図を示す。図のように、同一極性の
区画は複数本の繊維又はそれより多い繊維数で構成され
ているものである。図中の線Ｃは異極性の区画範囲を、
また、図中の１０はエレクトレット化繊維を示す。

区画の間隔が小さくなると、電気力線のクローズ化が起
り、吸着力が低下するので、一区画範囲の幅はＱ、’１
ｍｍより広くするのが好ましい。

極性の面積比の選択は、大気塵を対象とする場合には、
はぼ５：５が望ましい。それは大気塵がボルツマン分布
に従った荷電分布であるためである。又、人的発生源の
エアロゾルを対象とする場合は、片寄った荷電分布を示
すことが多いので、その電界分布に合せて１：９〜９：
１の範囲内で選択するのが捕集性や吸着性を向上さＵる
上で必要である。

本発明の製法で作製される繊維状エレク１〜レッ１〜シ
ートの特性は、次の通りである。

活性化エネルギーが０．２ｅＶ以上を有する。０゜２ｅ
Ｖ未満では、充分なエレクトレット安定性が１ｑられな
い。また熱刺激脱分極電荷量は７．０ＸＩＯ−１１クー
ロン／−以上のものが１ｑられる。これは、エアロゾル
を吸着し、又は補集する上で必要な電荷量である。

熱刺激脱分極電荷量の求め方は、エレクトレット熱分析
装置（東洋精器（株）製〉に同一極性部分のみの試料を
セットし、５°Ｃ／分で昇温する。

この時、観測される熱刺激脱分極電流と温度の関係をデ
ータ処理装置とレコーダーで記録し、熱刺激脱分極電流
曲線を求める。次いで、得られた曲線と温度とによって
囲まれた面積を試料の面積で割って得られた数値が熱刺
激脱分極電荷量である。

また活性化エネルギーの求め方は、この曲線の立ち上り
は、次式に従うので、ピークの立ち上り部についてＩｎ
Ｊ対１／Ｔのプロットをとり、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。

Ｉｎ　Ｊ＝Ｃ−ΔＥ／に丁 ［式中、Ｊ：脱分極電流（Ａ）　　　Ｃ：定数△Ｅ：活
性化エネルギー（ｅＶ）　　　に：ボルツマン定数　　
丁＝温度（０Ｋ）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
クトレットの寿命は優れているのである。

また、表面電荷密度の求め方は、第１１図に示した方法
で行なう。図中の番号、１１と１２は接地された金属製
の箱、１３は金属性平板電極、１４は試料、１５はコン
デンナー、１６はピコアンペアメーターである。図１１
の装置を用いて求めた電位より、Ｑ＝ＣＶ／Ｓの関係式
に従って表面電荷密度を求める。

Ｑ：表面電荷密度（クーロン／ｃＪ） Ｃ：コンデンナ−（０，０３μＦ） Ｖ二側定電位 Ｓ：試料面積　　（ＣＩＴｆ） ［作用］ 本発明の繊維状エレクトレフ１〜シー１〜は、同一面に
、異極性のエレクトレットが小区画に分割されて多数存
在する。又一つ一つの小区画を区画化配置されているた
めに、境界線では、静電気の中和が起るが、それ以外で
は、異極性区画の静電気力の影響を受けにくい。従って
、正極性、負極性の混じりめったエアロゾルがシー１へ
にやや近づくと、このシートの異極性区画に吸着される
。このため、吸着性や捕集性に優れた物が得られる。

細いエレクトレット繊維を均一に混繊した不織布の場合
、異極性繊維が隣接する故が多くなるので、静電気の中
和か起り易い。

従って、吸着性、捕集性が劣ると考えられる。

又、同一面が、同極性に揃ったシートの場合、同極性の
エアロゾルを反発するので、吸着性、捕集性はやや劣る
。

［実施例］ 以下の実施例によって、更に詳細に説明する。

実施例１ ポリプロピレンヌル１〜ブロー不織布（平均繊維直径２
．５．ｃｚｍ、厚さ０．１４ｍｍ、日付２０ｇ／ｍ２）
を第１図による方法で、電界強度−１０ＫＶ／ｃｍ（電
極−アース間距離３ｃｍ）、印加時間１０秒でエレクト
レット加工した。この時、正および負極性の面積比は、
１：１でパターンは第５図（格子間距離１２ｍｍ＞のも
のを用い、体積抵抗値が１０４Ω・ｃｍの素材（ポリエ
チレンにカーボンを練り込んだ物）と１０１６Ω・ｃｍ
の素材（ポリプロピレン）を用いてパターン材を作製し
た。

このエレクトレットシートを、モンロー型イソプローブ
電位計（モデル２４４型、（株）クニコ−）で走査して
表面極性を調べたところ、明確な異極性区画が存在する
繊維状エレクトレットシートであることが確認された。

このシー１〜の吸塵性を次の方法で測定した。

Ｏに帯電したトナーを０．２ｇ、一方が空いた容器の底
に置き、このエレクトレットシートでフタをした。この
容器の底部には電動ファンがおり、そのファンを２秒間
回転させてトナーを舞い上がらせた。１０分後に、エレ
クトレットシートのフタを取ってみたところ、■に帯電
した部分に極めて多く付着していた。付着量は０．５Ｑ
／ｍ２であった。繊維状エレクトレットシー１−が優れ
、ていることがわかる。

又、この繊維状エレクトレフ１−シー１−を３枚重ね、
大気塵を用いて捕集性能を評価した。

測定風速（１、５ｍ／ｍｉｎ　）　、エアロゾルカウン
ターはＣＮＣ（日本カッマックス（株）製）を用いた。

補集効率の求め方は１００−　（（フィルター通過後の
大気塵数）／（フィルター通過前の大気塵数）ｘｌｏｏ
）で行なったところ９９．９９９４％であった。

極めて高い補集効率を有していることがわかる。

比較例１ 実施例１で用いたポリプロピレンメルトプロー不織布を
７−スされた金属性平板上に置き、電界強度１０ＫＶ／
ｃｍ　（針状電極−アース間距離６ｃｍ＞で直流高電圧
処理を１０秒間行なった。この物を、モンロ型インプロ
ーブ電位ｈ４で極性を調べたところ、表面が正に、裏面
は角にそれぞれ帯電していた。

このエレクトレットシートのトナー付着性を調べるため
に、負に帯電した面を下側にして、Ｏに帯電したトナー
の入った容器にフタをした。実施例１と全く同様の方法
でトナーの吸着状態を調べたところ、はとんど吸着は認
められなかった。付＠量は０．１ｇ／ｍ２であった。同
極性による反発効果によることがわかる。又、実施例１
と同様の方法で補集効率を求めたところ、９９．９９８
９％でめった。比較例２ エレク１−レット化フィルムを割織集合化したシート（
ポリプロピレン）を用いて、トナー吸着性を実施例１と
全く同様の方法で実施した。

その結果、吸着状態にむらがあることがわかった。

吸着量は０．２（７／ｍ２であった。

正極性、負極性に分極した面がアトランダムに入り乱れ
て集合化しているため、静電気力の中和化によって吸着
力が弱められたと推察された。

［発明の効果］ 繊維状エレクトレットシー１〜は、次の特性を有する。

同一面に、異極性区画が混在配置されているので、正負
に荷電したエアロゾルを同時に吸着、捕集することがで
きる。又、異極性の面積比や区画面積パターンを任意に
製造可能であるので、捕集を対象とするエアロゾルの電
荷分布に合往て、繊維状エレクトレフ１〜シートを使い
分けることが゛可能である。

この繊維状エレクトレットシー１〜を一枚、または数枚
積層してフィルターやゲスト吸着材、マスクなどに応用
可能である。又、この加工技術は帯電された染料や薬品
を吸着・させることにより、特窓部分の染色や薬品処理
にも利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の繊維状エレクトレットシ
ートの製造例を表わす斜視図、第３図は表面電荷密度と
体積固有抵抗値の関係図、第４図〜第９図は正負極性の
区画パターン例を表わす平面図、第１０図は本発明の繊
維状エレクトレットシート表面付近の横断面模式図、第
１１図は表面電荷密度の測定装置を表わす側面図である
。 １：加工対象布帛 ２：接地された金属ロール ３：パターン材 ４：体積固有抵抗値１０１２Ω・ｃｍ以下の索材５：体
積固有抵抗値１０１３Ω・ｃｍ以上の素材６：印加電極 ７：直流高圧発生機

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維状シートの少なくとも表面が、区画化された
   正極性部分と負極性部分で配置されていることを特徴と
   する繊維状エレクトレットシート。
2. （２）区画化された正極性部分と負極性部分が多数混在
   配置されている特許請求の範囲第（１）項記載の繊維状
   エレクトレットシート。
3. （３）正極性部分のトータル面積と負極性部分のトータ
   ル面積比が１：９から９：１である特許請求の範囲第（
   １）項または第（２）項記載の繊維状エレクトレットシ
   ート。
4. （４）体積固有抵抗値が１０＾１＾２Ω・ｃｍ以下の素
   材からなる部分と、１０＾１＾３Ω・ｃｍ以上の素材か
   らなる部分で構成されたパターン材の一面を接地された
   金属性平面又は金属性回転ロール表面に密着させ、該パ
   ターン材の他面に布帛を密着させた状態で高圧印加する
   ことを特徴とする繊維状エレクトレットシートの製法。
5. （５）高圧印加が、直流コロナ放電方式による方法であ
   る特許請求の範囲第（４）項記載の繊維状エレクトレッ
   トシートの製法。
6. （６）高圧印加が、エレクトロエレクトレット方式によ
   る方式である特許請求の範囲第（４）項記載の繊維状エ
   レクトレットシートの製法。
7. （７）加工する布帛が、体積固有抵抗値が１０＾１＾４
   Ω・ｃｍ以上の有機重合体繊維である特許請求の範囲第
   （４）項記載の繊維状エレクトレットシートの製法。
8. （８）加工する布帛の繊維充填率が２５％以下であり、
   かつ目付が８０ｇ／ｍ＾２以下である特許請求の範囲第
   （４）項、又は第（７）項記載の繊維状エレクトレット
   シートの製法。