エレクトレット、空気浄化用フィルタ及びそれらの製造方法
【課題】微細塵捕集において優れた性能を発揮するエレクトレット及び気体浄化用フィルタを提供する。
【解決手段】ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維の様な二種以上の異なる長繊維が混合してなる不織布を摩擦帯電して製造する事を特徴とする気体浄化フィルタ。通常，不織布に用いられる短繊維には静電防止能を有する界面活性剤などの油剤が原綿上に付着されており、エレクトレット化する前に洗浄除去していたが、長繊維の場合は油剤を除去することが不要で、かつ微細塵除去性能が高いエレクトレットを得ることが出来る。
【解決手段】ポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維の様な二種以上の異なる長繊維が混合してなる不織布を摩擦帯電して製造する事を特徴とする気体浄化フィルタ。通常，不織布に用いられる短繊維には静電防止能を有する界面活性剤などの油剤が原綿上に付着されており、エレクトレット化する前に洗浄除去していたが、長繊維の場合は油剤を除去することが不要で、かつ微細塵除去性能が高いエレクトレットを得ることが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリオレフィン系繊維及びポリエステル系繊維からなる長繊維不織布エレクトレットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、比較的長寿命の静電電荷が付与された誘電材料をエレクトレットと称し、一般に気体浄化用フィルタ等の分離材料、マスク等の衛生材料、マイクロフォン等の電子材料に利用している。気体浄化用等の分野でエレクトレットは、その静電気力により通常の繊維材料では除去しにくいサブミクロンサイズやナノサイズの微細塵を高効率で除去する事が出来るという特徴がある。
【０００３】
特に自動車内用等で用いられる空気清浄機、事務機器、ビルや事務所等で用いられる空調装置等で用いられる気体浄化フィルタ分野では一般的に微細塵除去性能と共に低圧力損失、高粉塵保持量という様な性能が要求される事が多い。その様な用途でのフィルタ材料としては嵩高い構造を持つエレクトレットが適している。しかし嵩高い不織布に対し、低厚みの不織布のエレクトレット化の際に一般に行われているコロナ放電を利用して帯電させる手段ではシート全体が十分に帯電せず、微細塵除去性能が低くなる傾向にある。嵩高い構造を持ち、かつ高い微細塵除去性能を有するエレクトレットの製造方法としてはポリオレフィン系繊維とアクリル系繊維やポリオレフィン系繊維とポリ塩化ビニル繊維等の二種以上の異なる繊維を組み合わせで混合してカーディングにより混繊ウェブを作成してニードルパンチやウォーターパンチにより不織布シート化し、ニードルパンチやカーディングの過程で異なる繊維同士が摩擦帯電する事を利用して帯電させる方法が数多く報告されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
上記の短繊維を用いた不織布の製造で用いられる短繊維には、通常静電気防止能を有する界面活性剤などの油剤が原綿上に付着されている。しかしながら、このような油剤が摩擦帯電の際に残留していると、摩擦帯電させても油剤の親水性によってすぐに電荷が漏洩してしまい、得られる微細塵除去性能が低くなる。
【０００５】
その為、これまで不織布をエレクトレット化する前に付着している油剤を洗浄除去したりするなどの手法が提案されているが、この場合、工程の増加や新たな設備が必要で、製造コストが高くなるという問題が生じる。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２９００２６号公報
【特許文献２】特表２００３−５１２１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで、油剤を除去する事が不要で、かつ微細塵除去性能が高いエレクトレットを得る事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達したものである。即ち本発明は、（１）２種以上の異なる繊維が混合して成る長繊維不織布を含む事を特徴とするエレクトレット、（２）長繊維不織布がポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維を含む事を特徴とする（１）に記載のエレクトレット、（３）長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率が３０〜７０重量％である（１）又は（２）のいずれかに記載のエレクトレット、（４）繊維同士を摩擦させる事によって製造する事を特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット、（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のエレクトレットを含むシートがプリーツ状又は波状に成型されてなることを特徴とする気体浄化フィルタである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明におけるエレクトレット及び気体浄化用フィルタは、高い微細塵除去性能と粉塵保持量を有するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明のエレクトレットは、２種以上の異なる繊維が混合されて構成する長繊維不織布であることが好ましい。
【００１１】
２種以上の繊維を混合させることにより、後工程で摩擦を加えることにより優れたエレクトレットを得ることができるからである。
【００１２】
そして、長繊維不織布とすることにより、優れた強度を有するものとすることができる。
【００１３】
本発明で用いられるエレクトレットを構成する長繊維不織布の製造法は、例えば樹脂を二種以上の異なる繊維を異なるノズル孔から吐出するスパンボンド法が好ましく用いられる。
【００１４】
本発明のエレクトレットは、前記長繊維不織布がポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維であることが好ましい。
【００１５】
かかる繊維の組み合わせの繊維を混繊することにより、優れた荷電性能を有するエレクトレットが得られることを知見したことに基づくものである。
【００１６】
具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等のポリオレフィン系繊維材料とポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系繊維材料の組み合わせが好ましく用いられる。
【００１７】
本発明のエレクトレットは、前記長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率が３０〜７０重量％であることが好ましい。
【００１８】
かかる範囲であれば、優れた荷電性能が得られるからである。含有率は、前記製造方法において、吐出量の比によって決定することができる。
【００１９】
本発明のエレクトレットは、繊維同士を摩擦させて製造することが好ましい。具体例として、ニードルパンチを用いて行う方法、凹凸があるロールを通過させて行う方法、手によって揉む方法等がいずれも好ましく用いられる。一層だけでなく、ニードルパンチ等で複数層を積層して同時に摩擦する手段も好ましく用いられる。
【００２０】
本発明のエレクトレットは、気体浄化フィルタが前記エレクトレットを含むシートがプリーツ状又は波状に成型されてなることが好ましい。かかる形状とすることにより、限られた製品サイズの中で、有効面積を大きくすることができるからである。
【００２１】
なお、成形する際にはエレクトレット単独ではなく、不織布や脱臭剤を含むシート等の材料を強度や除塵能力増強、脱臭や抗菌等の機能付与等の目的で積層する事も出来る。積層の方法としては単に重ねる以外に接着剤を用いる方法やニードルパンチ等により交絡させる方法が好ましく用いられる。
【００２２】
本発明におけるエレクトレットの目付は２０〜３００ｇ／ｍ2が好ましく、１０〜２００ｇ／ｍ2が更に好ましい。目付が高すぎるとフィルタとして用いた場合の圧力損失が大きくなり好ましくない。目付が低すぎると粒子捕集性能が低くなり過ぎ実用的ではない。
【００２３】
本発明におけるエレクトレットに用いられる繊維の径は、要求される性能によって異なるが１〜１００μｍとするのが好ましく、１〜８０μｍであると更に好ましい。繊維の径が１μｍより小さいとエレクトレットの圧力損失が高くなり過ぎ、繊維の径が大き過ぎると粒子捕集効率が大きく低下するので好ましくない。繊維の断面は円形、三角形、矩形、異形など種々の形状の物を使用出来る。
【００２４】
（実施例）
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２５】
実施例及び比較例中の微細塵捕集効率の値は以下の様に測定・算出した。大気を平面状のエレクトレットに対し、面に垂直方向に線速１０ｃｍ／秒で通過させ、エレクトレットの上流部と下流部中の０．３μｍ大気塵粒子数（粒子径範囲：０．３〜０．５μｍ）をパーティクルカウンターを用い測定し、エレクトレットの０．３μｍ粒子捕集効率を下記の式を用い算出した。
０．３μｍ粒子捕集効率（％）＝｛１−出口０．３μｍ粒子数／入口０．３μｍ粒子数｝×１００
【００２６】
圧力損失の値は、平面状のシートに対しシート面と垂直方向に線速１０ｃｍ／秒で通風した場合での値で、差圧計を用いて測定した。
【００２７】
（実施例１）
ポリプロピレン樹脂とポリエステル樹脂とを同じ吐出量で、１ｃｍ間隔で交互に存在するノズル孔から吐出して長繊維不織布を製造した。つまり長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率は５０重量％である。顕微鏡観察したところポリプロピレン繊維の繊維径は１２μｍ、ポリエステル繊維の繊維径は１１μｍであった。このシートを手で１０分間揉む事により摩擦帯電させ、得られたエレクトレット目付７２ｇ／ｍ2、圧力損失１３Ｐａのエレクトレットが得られ、０．３μｍ粒子捕集効率を測定したところ７２％と高い値であった。
【００２８】
（比較例１）
ポリプロピレン樹脂とポリエステル樹脂とを同じ２：８の吐出量で、１ｃｍ間隔で交互に存在するノズル孔から吐出して長繊維不織布を製造した。つまり長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率は２０重量％である。顕微鏡観察したところポリプロピレン繊維の繊維径は１２μｍ、ポリエステル繊維の繊維径は１１μｍであった。このシートを手で１０分間揉む事により摩擦帯電させ、得られたエレクトレット目付７５ｇ／ｍ2、圧力損失１５Ｐａのエレクトレットが得られ、０．３μｍ粒子捕集効率を測定したところ３２％と低い値であった。
【００２９】
（比較例２）
実施例１で作成した長繊維不織布に対し、＋２０ｋＶ、１５秒間の条件でコロナ荷電を行った。目付７２ｇ／ｍ2、圧力損失１５Ｐａのエレクトレットが得られ、０．５μｍ粒子
捕集効率を測定したところ３７％と低い値であった。
【００３０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明におけるエレクトレット及び気体浄化用フィルタは、特に微細塵の捕集において優れた性能を発現しており、近年急速に普及している空気清浄機に対応することができるものであり、産業上の利用性は大である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリオレフィン系繊維及びポリエステル系繊維からなる長繊維不織布エレクトレットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、比較的長寿命の静電電荷が付与された誘電材料をエレクトレットと称し、一般に気体浄化用フィルタ等の分離材料、マスク等の衛生材料、マイクロフォン等の電子材料に利用している。気体浄化用等の分野でエレクトレットは、その静電気力により通常の繊維材料では除去しにくいサブミクロンサイズやナノサイズの微細塵を高効率で除去する事が出来るという特徴がある。
【０００３】
特に自動車内用等で用いられる空気清浄機、事務機器、ビルや事務所等で用いられる空調装置等で用いられる気体浄化フィルタ分野では一般的に微細塵除去性能と共に低圧力損失、高粉塵保持量という様な性能が要求される事が多い。その様な用途でのフィルタ材料としては嵩高い構造を持つエレクトレットが適している。しかし嵩高い不織布に対し、低厚みの不織布のエレクトレット化の際に一般に行われているコロナ放電を利用して帯電させる手段ではシート全体が十分に帯電せず、微細塵除去性能が低くなる傾向にある。嵩高い構造を持ち、かつ高い微細塵除去性能を有するエレクトレットの製造方法としてはポリオレフィン系繊維とアクリル系繊維やポリオレフィン系繊維とポリ塩化ビニル繊維等の二種以上の異なる繊維を組み合わせで混合してカーディングにより混繊ウェブを作成してニードルパンチやウォーターパンチにより不織布シート化し、ニードルパンチやカーディングの過程で異なる繊維同士が摩擦帯電する事を利用して帯電させる方法が数多く報告されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
上記の短繊維を用いた不織布の製造で用いられる短繊維には、通常静電気防止能を有する界面活性剤などの油剤が原綿上に付着されている。しかしながら、このような油剤が摩擦帯電の際に残留していると、摩擦帯電させても油剤の親水性によってすぐに電荷が漏洩してしまい、得られる微細塵除去性能が低くなる。
【０００５】
その為、これまで不織布をエレクトレット化する前に付着している油剤を洗浄除去したりするなどの手法が提案されているが、この場合、工程の増加や新たな設備が必要で、製造コストが高くなるという問題が生じる。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２９００２６号公報
【特許文献２】特表２００３−５１２１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで、油剤を除去する事が不要で、かつ微細塵除去性能が高いエレクトレットを得る事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達したものである。即ち本発明は、（１）２種以上の異なる繊維が混合して成る長繊維不織布を含む事を特徴とするエレクトレット、（２）長繊維不織布がポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維を含む事を特徴とする（１）に記載のエレクトレット、（３）長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率が３０〜７０重量％である（１）又は（２）のいずれかに記載のエレクトレット、（４）繊維同士を摩擦させる事によって製造する事を特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット、（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のエレクトレットを含むシートがプリーツ状又は波状に成型されてなることを特徴とする気体浄化フィルタである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明におけるエレクトレット及び気体浄化用フィルタは、高い微細塵除去性能と粉塵保持量を有するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明のエレクトレットは、２種以上の異なる繊維が混合されて構成する長繊維不織布であることが好ましい。
【００１１】
２種以上の繊維を混合させることにより、後工程で摩擦を加えることにより優れたエレクトレットを得ることができるからである。
【００１２】
そして、長繊維不織布とすることにより、優れた強度を有するものとすることができる。
【００１３】
本発明で用いられるエレクトレットを構成する長繊維不織布の製造法は、例えば樹脂を二種以上の異なる繊維を異なるノズル孔から吐出するスパンボンド法が好ましく用いられる。
【００１４】
本発明のエレクトレットは、前記長繊維不織布がポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維であることが好ましい。
【００１５】
かかる繊維の組み合わせの繊維を混繊することにより、優れた荷電性能を有するエレクトレットが得られることを知見したことに基づくものである。
【００１６】
具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等のポリオレフィン系繊維材料とポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル系繊維材料の組み合わせが好ましく用いられる。
【００１７】
本発明のエレクトレットは、前記長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率が３０〜７０重量％であることが好ましい。
【００１８】
かかる範囲であれば、優れた荷電性能が得られるからである。含有率は、前記製造方法において、吐出量の比によって決定することができる。
【００１９】
本発明のエレクトレットは、繊維同士を摩擦させて製造することが好ましい。具体例として、ニードルパンチを用いて行う方法、凹凸があるロールを通過させて行う方法、手によって揉む方法等がいずれも好ましく用いられる。一層だけでなく、ニードルパンチ等で複数層を積層して同時に摩擦する手段も好ましく用いられる。
【００２０】
本発明のエレクトレットは、気体浄化フィルタが前記エレクトレットを含むシートがプリーツ状又は波状に成型されてなることが好ましい。かかる形状とすることにより、限られた製品サイズの中で、有効面積を大きくすることができるからである。
【００２１】
なお、成形する際にはエレクトレット単独ではなく、不織布や脱臭剤を含むシート等の材料を強度や除塵能力増強、脱臭や抗菌等の機能付与等の目的で積層する事も出来る。積層の方法としては単に重ねる以外に接着剤を用いる方法やニードルパンチ等により交絡させる方法が好ましく用いられる。
【００２２】
本発明におけるエレクトレットの目付は２０〜３００ｇ／ｍ2が好ましく、１０〜２００ｇ／ｍ2が更に好ましい。目付が高すぎるとフィルタとして用いた場合の圧力損失が大きくなり好ましくない。目付が低すぎると粒子捕集性能が低くなり過ぎ実用的ではない。
【００２３】
本発明におけるエレクトレットに用いられる繊維の径は、要求される性能によって異なるが１〜１００μｍとするのが好ましく、１〜８０μｍであると更に好ましい。繊維の径が１μｍより小さいとエレクトレットの圧力損失が高くなり過ぎ、繊維の径が大き過ぎると粒子捕集効率が大きく低下するので好ましくない。繊維の断面は円形、三角形、矩形、異形など種々の形状の物を使用出来る。
【００２４】
（実施例）
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に沿って設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２５】
実施例及び比較例中の微細塵捕集効率の値は以下の様に測定・算出した。大気を平面状のエレクトレットに対し、面に垂直方向に線速１０ｃｍ／秒で通過させ、エレクトレットの上流部と下流部中の０．３μｍ大気塵粒子数（粒子径範囲：０．３〜０．５μｍ）をパーティクルカウンターを用い測定し、エレクトレットの０．３μｍ粒子捕集効率を下記の式を用い算出した。
０．３μｍ粒子捕集効率（％）＝｛１−出口０．３μｍ粒子数／入口０．３μｍ粒子数｝×１００
【００２６】
圧力損失の値は、平面状のシートに対しシート面と垂直方向に線速１０ｃｍ／秒で通風した場合での値で、差圧計を用いて測定した。
【００２７】
（実施例１）
ポリプロピレン樹脂とポリエステル樹脂とを同じ吐出量で、１ｃｍ間隔で交互に存在するノズル孔から吐出して長繊維不織布を製造した。つまり長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率は５０重量％である。顕微鏡観察したところポリプロピレン繊維の繊維径は１２μｍ、ポリエステル繊維の繊維径は１１μｍであった。このシートを手で１０分間揉む事により摩擦帯電させ、得られたエレクトレット目付７２ｇ／ｍ2、圧力損失１３Ｐａのエレクトレットが得られ、０．３μｍ粒子捕集効率を測定したところ７２％と高い値であった。
【００２８】
（比較例１）
ポリプロピレン樹脂とポリエステル樹脂とを同じ２：８の吐出量で、１ｃｍ間隔で交互に存在するノズル孔から吐出して長繊維不織布を製造した。つまり長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率は２０重量％である。顕微鏡観察したところポリプロピレン繊維の繊維径は１２μｍ、ポリエステル繊維の繊維径は１１μｍであった。このシートを手で１０分間揉む事により摩擦帯電させ、得られたエレクトレット目付７５ｇ／ｍ2、圧力損失１５Ｐａのエレクトレットが得られ、０．３μｍ粒子捕集効率を測定したところ３２％と低い値であった。
【００２９】
（比較例２）
実施例１で作成した長繊維不織布に対し、＋２０ｋＶ、１５秒間の条件でコロナ荷電を行った。目付７２ｇ／ｍ2、圧力損失１５Ｐａのエレクトレットが得られ、０．５μｍ粒子
捕集効率を測定したところ３７％と低い値であった。
【００３０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明におけるエレクトレット及び気体浄化用フィルタは、特に微細塵の捕集において優れた性能を発現しており、近年急速に普及している空気清浄機に対応することができるものであり、産業上の利用性は大である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種以上の異なる繊維が混合して成る長繊維不織布を含む事を特徴とするエレクトレット。
【請求項２】
長繊維不織布がポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維を含む事を特徴とする請求項１に記載のエレクトレット。
【請求項３】
長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率が３０〜７０重量％である請求項１又は２のいずれかに記載のエレクトレット。
【請求項４】
繊維同士を摩擦させる事によって製造する事を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトレット
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のエレクトレットを含むシートがプリーツ状又は波状に成型されてなることを特徴とする気体浄化フィルタ。
【請求項１】
２種以上の異なる繊維が混合して成る長繊維不織布を含む事を特徴とするエレクトレット。
【請求項２】
長繊維不織布がポリオレフィン系繊維とポリエステル系繊維を含む事を特徴とする請求項１に記載のエレクトレット。
【請求項３】
長繊維不織布中のポリオレフィン系繊維の比率が３０〜７０重量％である請求項１又は２のいずれかに記載のエレクトレット。
【請求項４】
繊維同士を摩擦させる事によって製造する事を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトレット
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のエレクトレットを含むシートがプリーツ状又は波状に成型されてなることを特徴とする気体浄化フィルタ。
【公開番号】特開２００７−９３８１（Ｐ２００７−９３８１Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９５３５４（Ｐ２００５−１９５３５４）
【出願日】平成１７年７月４日（２００５．７．４）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月４日（２００５．７．４）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
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