エレクトレット繊維シート
【課題】圧力損失が低いうえに捕集性能に優れる繊維シート、特にエアフィルターに好適に用いることができるエレクトレット繊維シートを提供する。
【解決手段】繊維シートは、主として非導電性繊維を含んでなり、ピベリジル基を含むトリアジン誘導体基から構成された窒素化合物を含有する。その含有率は、０．５〜５重量％の範囲にあることが好ましい。また、非導電性繊維は、ポリオレフィン繊維、中でも、ポリプロピレン繊維を主体に構成されていることが好ましい。
【解決手段】繊維シートは、主として非導電性繊維を含んでなり、ピベリジル基を含むトリアジン誘導体基から構成された窒素化合物を含有する。その含有率は、０．５〜５重量％の範囲にあることが好ましい。また、非導電性繊維は、ポリオレフィン繊維、中でも、ポリプロピレン繊維を主体に構成されていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレット繊維シートに関する。特にエアフィルターとして用いたときに、高い捕集性能と低圧力損失を発揮することができる、高性能エレクトレット繊維シートと、該高性能エレクトレット繊維シートを用いたエアフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体中の花粉・塵等を除去するためにエアフィルターが使用されており、濾材として繊維シートが多く用いられている。
【０００３】
エアフィルターに要求される性能は、ミクロなダストを多く捕集できる「高捕集性能」、および、エアフィルター内部を気体が通過する際に抵抗が少ない「低圧力損失特性」である。
【０００４】
エアフィルターの捕集機構は、主としてブラウン拡散、遮り、慣性衝突などの物理的作用によるものであるため、高い捕集性能を有する濾材を得るには、構成する繊維シートが細繊度であることが適しているが、その一方、シート内の繊維密度が増加することにより圧力損失が高くなる。
【０００５】
また、圧力損失が低い濾材を得るためには、構成する繊維シートが太繊度であることが適しているが、その一方、シート内の繊維間の空隙が広くなるため、捕集性能が低下する。
このように、「高捕集性能」を有することと「低圧力損失特性」を有することは相反する関係にあるものであり、この問題点を解決する方法として、繊維シートをエレクトレット化し、物理的作用に加えて静電気的作用を利用することにより、高捕集かつ低圧力損失を同時に満足させる試みがなされている。
【０００６】
例えば、アース電極上に繊維状シートを接触させた状態で、該アース電極と繊維シートを共に移動させながら非接触型印加電極で、高圧印加を行なって連続的にエレクトレット化する、エレクトレット繊維状シートの製造法が提案されている（特許文献１）。これは、繊維状シート内に、電子の注入、イオンの移動、双極子の配向などを生ぜしめることで分極させ、シートに電荷を付与するというものである。この方法によれば、ある程度は高捕集と低圧力損失の両立を図ることができるが、不十分であった。
【０００７】
また、繊維シートを構成する繊維に対して、添加剤を添加することにより、高捕集性能を有しかつ低圧力損失特性を持つシートを得る方法が提案され、例えば、高分子重合体に、ヒンダードアミン系、含窒素ヒンダードフェノール系、金属塩ヒンダードフェノール系あるいはフェノール系の安定剤から選ばれた少なくとも１種を配合してなる材料からなり、かつ１００℃以上における熱刺激脱分極電流からのトラップ電荷量が２．０×１０−１０クーロン／ｃｍ２以上であるという耐熱性エレクトレツト材料が提案されている（特許文献２）。
【０００８】
しかし、このように添加剤を含有させた繊維シートをエレクトレット化することにより、捕集性能と圧力損失のバランスは改善されたものの、まだまだ十分なレベルのものではなかった。
【特許文献１】特開昭６１−２８９１７７号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８０４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述したような従来技術に鑑み、圧力損失が低いうえに捕集性能に優れるエレクトレット繊維シート、特にエアフィルターに好適に用いることができるエレクトレット繊維シートを提供することにある。
【００１０】
また、該エレクトレット繊維シートを用いた、圧力損失が低いうえに捕集性能に優れているエアフィルターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決する本発明のエレクトレット繊維シートは、以下の（１）の構成を有する。
（１）主として非導電性繊維を含んでなるエレクトレット繊維シートであって、該エレクトレット繊維シートが下記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有することを特徴とするものである。
【００１２】
【化１】
【００１３】
（ここで、Ｒ１〜Ｒ３は水素または炭素原子数１〜２のアルキル基、Ｒ４は水素または炭素数１〜６のアルキル基である）。
【００１４】
かかるエレクトレット繊維シートのより具体的に好ましい態様は、以下の（２）〜（１０）のいずれかの構成を有するものである。
（２）該エレクトレット繊維シートが、前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を０．５〜５重量％含有することを特徴とする上記（１）に記載のエレクトレット繊維シート。
（３）前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物が、下記一般式［化２］で表される構造を有する化合物であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のエレクトレット繊維シート。
【００１５】
【化２】
【００１６】
（４）前記非導電性繊維が、ポリオレフィン繊維であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（５）前記ポリオレフィン繊維が、ポリプロピレンを主体に構成されているものであることを特徴とする上記（４）記載のエレクトレット繊維シート。
（６）前記非導電性繊維が、ポリ乳酸を主体に構成されているものであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（７）前記エレクトレット繊維シートが、メルトブロー不織布であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（８）前記エレクトレット繊維シートが、ナノ繊維を主体に構成された不織布であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（９）前記エレクトレット繊維シートの目付が、０．１〜８０ｇ／ｍ２であることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（１０）２枚以上の繊維シートが積層されてなる積層繊維シートであって、その少なくとも１層が上記（１）〜（９）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエレクトレット繊維シート。
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエアフィルター。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低圧力損失であるとともに高い捕集性能を有する、優れたエレクトレット繊維シートを提供することができる。
【００１８】
かかるエレクトレット繊維シートをエアフィルターの濾材に使用すれば、高捕集かつ低圧力損失を発揮できる高性能エアフィルターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のエレクトレット繊維シートは、主として非導電性繊維を含んでなり、下記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有することを特徴とするものであり、該シートを構成する繊維が一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有したエレクトレット繊維シートであるところに特徴を有する。
【００２０】
【化３】
【００２１】
（ここで、Ｒ１〜Ｒ３は水素または炭素原子数１〜２のアルキル基、Ｒ４は水素または炭素数１〜６のアルキル基である）
本発明者らの各種知見によれば、上記一般式［化１］で表される特定の構造を有する化合物を含有させた繊維からなる繊維シートを構成し、次いでエレクトレット化することにより、驚くべきことにフィルター性能が向上する。
【００２２】
かかる化合物としては、上記構造を有する化合物であればよく、特に限定されるものではないが、一般式［化１］のＲ１〜Ｒ４うち、Ｒ１〜Ｒ３が水素、Ｒ４が炭素数４のアルキル基、特にｎ−ブチル基である構造を有する化合物が好ましい。すなわち、下記一般式［化２］で表される構造を有する化合物であり、後述する実施例１で使用した化合物Ａが好ましい。
【００２３】
【化４】
【００２４】
なお、一般式［化１］で表される構造を有する化合物は、１種の使用であっても複数種の混合物であってもよい。
【００２５】
該化合物をエレクトレット繊維シートに存在させることにより、エレクトレット化することで付与された電荷をより効果的に安定化できるため、該繊維シートをエアフィルターの濾材に使用した場合には、捕集性能が向上し、低い圧力損失で高捕集性能を有したエアフィルターを実現できるのである。
【００２６】
該化合物の含有量の範囲は、好ましくは、繊維シートの０．５〜５重量％である。ここでいう化合物の含有量は、次のようにして求める。
【００２７】
繊維シート２ｇをクロロホルムでソックスレー抽出後、該抽出物についてＨＰＬＣ分取を繰り返し、各分取物について１Ｈ−ＮＭＲ測定で構造を確認する。該化合物の含まれる分取物の重量を合計し、シート全体に対する割合を求め、これを化合物含有量とする。
該化合物の含有量が０．５重量％未満では、エアフィルターにしたときの捕集性能が低下し好ましくなく、他方、化合物の含有量が５重量％を超えると、紡糸性を悪くし、かつコスト的にも不利になるので好ましくない。より好ましくは０．６重量％〜４重量％、さらに好ましくは０．７重量％〜３重量％である。
【００２８】
本発明の繊維シートは、上述のような化合物を含有する導電性ポリマーを含んでいるが、また、該ポリマーは上述した化合物に加えて、酸化防止剤、光安定剤、熱安定剤などの、樹脂材料に通常含まれる安定剤を含んでいてもよい。
【００２９】
本発明のエレクトレット繊維シートは、非導電性繊維を含んで構成されたものであればよく、そのシートとしての形態は特に限定されるものでなく、例えば、織物、編み物、不織布などが挙げられる。特に、エアフィルターとして使用する場合には、捕集性能の優れる点で不織布が好ましく、中でも高性能フィルターとしては、繊維径が小さいことから物理的作用による捕集性が優れる点で、メルトブロー不織布やナノ繊維を主体に構成された不織布であることが好ましい。
【００３０】
メルトブロー不織布は、不織布製造法の一つであるメルトブロー法により製造されるもので、一般に、紡糸口金から押し出された熱可塑性ポリマーを熱風噴射することにより繊維状に細化し、該繊維の自己融着特性を利用してウェブとして形成せしめる方法である。スパンボンド法等、他の不織布製造法に比べて複雑な工程を必要とせず、また数１０μｍから数μｍ以下の細い繊維が容易に得られる。メルトブロー法における紡糸条件としては、ポリマー吐出量、ノズル温度、エア圧力等があるが、これら紡糸条件の最適化を行うことで、所望の繊維径を有する不織布が得られる。
【００３１】
また、ナノ繊維を主体に構成された不織布は、特にその製法が限定されるものではないが、静電紡糸法（例えば、米国特許第６１０６９１３号明細書や特開２００２−２４９９６６号公報等に記載されている方法）や、易溶解性ポリマーが海成分、非導電性ポリマーが島成分の海島構造を形成する繊維から構成される不織布を得た後、該不織布の易溶解性ポリマー成分を溶剤により溶出する方法（例えば、特願２００５−２０２５６０に記載されている方法）等により得ることができる。
【００３２】
ここで、本発明において、ナノ繊維とは、繊維径が１μｍに満たないレベルの極細の繊維のことをいい、本発明においては、通常、平均繊維径が５０〜８００ｎｍである繊維を指すものである。また、ナノ繊維の平均繊維径は次の方法で求めた値をいう。すなわち、ナノ繊維を主体に構成された不織布の任意の場所から、１ｃｍ×１ｃｍの測定サンプルを３０個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を８００００倍に調節して、採取したサンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計３０枚を撮影する。写真の中の繊維直径がはっきり確認できるものについてすべて測定して、平均した値を平均繊維径とする。前述のメルトブロー法と比べると、一般的に生産性は劣りかつ複雑な工程を要するが、通常のメルトブロー法では得られない極細繊維を得ることができ、その結果、低い目付で高捕集に優れた繊維シートを得ることができる。
【００３３】
本発明でいう非導電性繊維は、非導電性ポリマーからなる繊維を主として含むものであればよく、特に限定されない。ここでいう非導電性は、体積抵抗率が１０１２・Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１０１４・Ω・ｃｍ以上であることがより好ましい。体積抵抗率はＡＳＴＭ Ｄ２５７に従い測定される。このような繊維シートをエレクトレット化した場合、電荷量を多く保持することができ、結果として捕集性能が優れ、圧力損失を小さくすることができる。
【００３４】
このような非導電性の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素系樹脂、およびこれらの共重合体または混合物などを挙げることができる。また、本発明でいう非導電性繊維は、これら材料から構成される２種以上の混合繊維であっても構わない。これらの材料の中でも、ポリオレフィンまたはポリ乳酸を主体とするものはエレクトレット性能を特に発揮する点から好ましい。またポリマーの性質を損なわない範囲で他の成分が共重合されていてもよい。
【００３５】
ポリオレフィンの中では、ポリプロピレンが耐熱性の点で優れているため、より好ましい。
【００３６】
また、ポリ乳酸を用いる場合、ポリ（Ｄ−乳酸）と、ポリ（Ｌ−乳酸）と、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸の共重合体、あるいはこれらのブレンド体が好ましい。ポリ乳酸の重量平均分子量は、紡糸性を良くする観点からは５万以上であることが好ましく、７万以上であることがより好ましい。また、繊維の細径化を容易にする観点からは２０万以下であることが好ましく、１５万以下であることがより好ましい。
【００３７】
またさらに、前記材料には、結晶核剤や艶消し剤、顔料、防カビ剤、抗菌剤、難燃剤、等を本発明による効果が損なわれない範囲で添加してもよい。
【００３８】
さらに、本発明の繊維シートはエレクトレット化されていることが重要であり、エレクトレット繊維シートとすることにより、静電気吸着効果により、より優れた低圧力損失特性と、高捕集性能を得ることができるのである。
【００３９】
なお、本発明における圧力損失および捕集性能は次の方法で求めた値をいう。繊維シートの縦方向１０カ所で１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に概略を示した捕集性能測定装置で測定した。この捕集性能測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１の上流側にダスト収納箱２を連結し、下流側に流量計３、流量調整バルブ４、ブロワ５を連結している。また、サンプルホルダー１にパーティクルカウンター６を使用し、切替コック７を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。さらにサンプルホルダー１は圧力計８を備え、サンプルＭ上流、下流の静圧差を読み取ることができる。捕集性能の測定にあたっては、ポリスチレン０．３０９Ｕ １０％溶液（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が１．５ｍ／ｍｉｎになるように流量調整バルブ４で調整し、ダスト濃度を１万〜４万個／２．８３×１０−４ｍ３（０．０１ｆｔ３）の範囲で安定させ、サンプルＭの上流のダスト個数Ｄおよび下流のダスト個数ｄをパーティクルカウンター６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて０．３〜０．５μｍ粒子の捕集性能（％）を求めた。１０サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
捕集性能（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
なお、高捕集の繊維シートほど、下流のダスト個数が少なくなるため、捕集性能の値は高くなる。
【００４０】
また、圧力損失は捕集性能測定時のサンプルＭ上流と下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めたものであり、１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
さらに、濾過性能の指標としてＱＦ値というものがあり、前記捕集性能および圧力損失を用いて以下の式により計算される。低圧力損失かつ高捕集性能であるほどＱＦ値は高くなり、濾過性能が良好であることを示す。
ＱＦ値（Ｐａ−１）＝−［ｌｎ（１−[捕集性能（％）]／１００）］／[圧力損失（Ｐａ）]
本発明のエレクトレット繊維シートを製造するにあたり、エレクトレット化方法は特に限定されるものでないが、本発明者らの各種知見によれば、特に、コロナ荷電法により、または不織布シートに水を付与した後に乾燥させることによりエレクトレット化する方法（例えば、特表平９−５０１６０４号公報、特開２００２−２４９９７８号公報等に記載されている方法）が好適に用いられる。コロナ荷電法の場合は、好ましくは１５ｋＶ／ｃｍ以上、より好ましくは２０ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度が適している。
【００４１】
また、本発明の繊維シートは、目付が０．１〜８０ｇ／ｍ２であることが好ましい。特に、繊維シートがメルトブロー不織布の場合、１〜８０ｇ／ｍ２であることが好ましく、より好ましくは１〜７０ｇ／ｍ２、さらに好ましくは１〜６０ｇ／ｍ２である。また、繊維シートがナノ繊維を主体とする不織布の場合、低目付で高いフィルター性能を得ることができるため、０．１〜１５ｇ／ｍ２であることが好ましい。より好ましくは０．１〜１０ｇ／ｍ２である。
【００４２】
さらに、本発明の繊維シートは、他のシートと積層して積層繊維シートにしてもよい。たとえば、繊維シートとそれよりも剛性の高いシートを積層して製品強力を向上させて使用することや、脱臭・抗菌等機能性を有するシートと組み合わせて使用することは好ましい。
【００４３】
本発明の繊維シートの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば以下の方法により製造することができる。
【００４４】
まず、前述のような一般式［化１］で表される構造を有する化合物及び樹脂材料を用意する。次いで、該化合物と樹脂材料とを混練した後に、押し出し機から押し出して、繊維、繊維ウェブ、或いは不織布など、所望の構造に加工する。化合物と樹脂材料とを混練する方法としては、紡糸機の押出機ホッパーにこれらを混合して供給し、押出機内で混練りし、直接口金へ供給する方法や、あらかじめ、化合物と樹脂材料を混練押出機や静止混練機等で混練りしてマスターチップを作製し、これを押出機内で溶融し口金部へ供給する方法等がある。
【００４５】
次いで、繊維を使用して、常法により繊維シートを形成する。例えば、繊維シートが織物又は編物からなる場合には、前記繊維を使用して糸を形成した後、織ったり、編むことによって製造することができる。また、繊維シートが不織布からなる場合には、前記繊維を使用して繊維ウェブを乾式法や湿式法により形成した後に、繊維ウェブを結合して不織布を製造すること、あるいは、前記繊維ウェブをスパンボンド法やメルトブロー法により形成した後に、繊維ウェブを結合して不織布を製造することができる。また静電紡糸法や海島繊維の海部分を溶出する方法によりナノ繊維を主体に構成された不織布を製造することができる。
【００４６】
次いで、この繊維シートに対し、エレクトレット化処理を実施して、エレクトレット繊維シートとする。エレクトレット化処理は繊維シート単層でも、他のシートと積層した積層繊維シートに実施しても構わない。
【００４７】
本発明の繊維シートは、フィルターの濾材として用いることができる。該濾材は、エアフィルター全般、なかでも空調用フィルター、空気清浄機用フィルター、自動車キャビンフィルターの高性能用途に好適であるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げてより具体的に本発明を説明する。実施例において使用する特性値は、次の測定法により測定したものである。
【００４９】
（１）目付
１５ｃｍ×１５ｃｍのシートの重量を測定し、得られた値を１ｍ２当たりの値に換算し、目付（ｇ／ｍ２）とした。
【００５０】
（２）平均繊維径
繊維シートの任意の場所から、１ｃｍ×１ｃｍの測定サンプルを３０個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を調節して、採取したサンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計３０枚を撮影した。倍率は、繊維シートがメルトブロー不織布の場合２０００倍、ナノ繊維不織布の場合８００００倍とした。写真の中の繊維直径がはっきり確認できるものについてすべて測定し、平均した値を平均繊維径とした。
【００５１】
（３）捕集性能、圧力損失
繊維シートの縦方向１０カ所で１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集性能測定装置で測定した。この捕集性能測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１の上流側にダスト収納箱２を連結し、下流側に流量計３、流量調整バルブ４、ブロワ５を連結している。また、サンプルホルダー１にパーティクルカウンター６を使用し、切替コック７を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。さらにサンプルホルダー１は圧力計８を備え、サンプルＭ上流と下流での静圧差を読み取ることができる。捕集性能の測定にあたっては、ポリスチレン０．３０９Ｕ １０％溶液（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が１．５ｍ／ｍｉｎになるように流量調整バルブ４で調整し、ダスト濃度を１万〜４万個／２．８３×１０−４ｍ３（０．０１ｆｔ３）の範囲で安定させ、サンプルＭの上流のダスト個数Ｄおよび下流のダスト個数ｄをパーティクルカウンター６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて０．３〜０．５μｍ粒子の捕集性能（％）を求めた。１０サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
捕集性能（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
高捕集の繊維シートほど、下流のダスト個数が少なくなるため、捕集性能の値は高くなる。
【００５２】
また、圧力損失は捕集性能測定時のサンプルＭ上流、下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
【００５３】
（４）ＱＦ値
濾過性能の指標となるＱＦ値は、前記捕集性能および圧力損失を用いて以下の式により計算される。低圧力損失かつ高捕集性能であるほどＱＦ値は高くなり、濾過性能が良好であることを示す。
ＱＦ値（Ｐａ−１）＝−［ｌｎ（１−[捕集効率（％）]／１００）］／[圧力損失（Ｐａ）]
（５）繊維シート内化合物含有量
繊維シート内に含まれる、一般式［化１］で表される構造を有する化合物の含有量は、以下のようにして求めた。
【００５４】
繊維シートサンプル２ｇをクロロホルムでソックスレー抽出後、該抽出物についてＨＰＬＣ分取を繰り返し、各分取物について１Ｈ−ＮＭＲ測定で構造を確認した。該化合物の含まれる分取物の重量を合計し、シート全体に対する割合を求め、これを繊維シート内化合物含有量とした。
【００５５】
実施例１
原料として、ポリプロピレン（ＭＦＲ＝８００）を使用し、これにキマソーブ（Ｒ）２０２０（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製、下記の一般式［化３］で表される構造を有するもの。以下化合物Ａと略す。）を１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、直径が０．４ｍｍの吐出孔を一直線上に配置した口金（孔ピッチ：１ｍｍ、孔数：１５１ホール、幅：１５０ｍｍ）を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２８０℃、エア圧力０．０６ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付が３０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００５６】
【化５】
【００５７】
得られた不織布シートを逆浸透膜濾過水が供給される水槽の水面に沿って走行させながら、その表面にスリット状の吸引ノズルを当接させて水を吸引することにより浸透処理し、次いで水切り後に８０℃で２０分熱風乾燥することにより、エレクトレット化メルトブロー不織布を得た。このエレクトレット化メルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。
【００５８】
実施例２
原料として、ポリ乳酸（重量平均分子量：１４万、融点：１６８℃）を使用し、これに化合物Ａを１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量２０ｇ／分、ノズル温度２３５℃、エア圧力０．１５ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付２０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
得られた不織布に、コロナ荷電法により２５ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施し、エレクトレット化不織布を得た。このエレクトレット化不織布の特性値を測定し、表１に示した。
【００５９】
実施例３
ポリプロピレン（ＭＦＲ＝５０）に化合物Ａを１重量％添加し、混練してマスターチップを作製し、このチップとポリ乳酸（溶融粘度３５０Ｐａ・ｓ／２３０℃、剪断速度１２１．６ｓｅｃ−１）を、２軸押出混練機でブレンド比８／２の割合で２３０℃で混練し、ポリマーアロイチップを得た。
【００６０】
このチップを使用し、実施例１と同じ口金を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２３０℃、エア圧力０．０３ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって目付が１５ｇ／ｍ２の不織布を得た。次いでこの不織布をアルカリ処理しポリ乳酸成分を溶出させ、ナノ繊維を主体としてなる目付が３ｇ／ｍ２の不織布を得た。
【００６１】
得られた不織布に、コロナ荷電法により２５ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施し、エレクトレット化不織布を得た。このエレクトレット化不織布の特性値を測定し、表１に示した。
【００６２】
比較例１
原料として、実施例１と同じ原料を使用し、これにキマソーブ（Ｒ）９４４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製、下記の一般式［化４］で表される構造を有するもの。以下化合物Ｂと略す）を１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２８０℃、エア圧力０．０６ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付が３０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００６３】
【化６】
【００６４】
得られた不織布シートを実施例１と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
比較例２
原料として、実施例１と同じ原料を使用し、これにサイアソーブ（Ｒ）ＵＶ３３４６（サイテック・インダストリーズ製、下記の一般式［化５］で表される構造を有するもの。以下化合物Ｃと略す）を１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２８０℃、エア圧力０．０６ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付が３０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００６５】
【化７】
【００６６】
得られた不織布シートを実施例１と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
【００６７】
比較例３
原料として、実施例２と同じ原料を使用し、これに化合物Ｂを１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量２０ｇ／分、ノズル温度２３５℃、エア圧力０．１５ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付２０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００６８】
得られた不織布シートを実施例２と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
【００６９】
比較例４
化合物Ａの代わりに化合物Ｂを使用した以外は実施例３と同じ方法でポリマーアロイチップを作製、このチップを使用し、実施例１と同じ口金を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２３０℃、エア圧力０．０３ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって目付が１５ｇ／ｍ２の不織布を得た。次いでこの不織布をアルカリ処理しポリ乳酸成分を溶出させ、ナノ繊維を主体としてなる目付が３ｇ／ｍ２の不織布を得た。
【００７０】
得られた不織布に、実施例３と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
【００７１】
【表１】
【００７２】
繊維シートの形態がメルトブロー不織布であって、構成ポリマー種がポリプロピレンである実施例１および比較例１、２について比較をすると、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を規定量含有している実施例１品は、低い圧力損失を有していながら高い捕集性能を示し、その結果高いＱＦ値を示した。一方、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有していない比較例１、２品では、目付、平均繊維径、圧力損失はそれぞれ実施例１と同レベルであったものの、捕集性能は低く、その結果ＱＦ値も低い値となった。
【００７３】
また、繊維シートの形態がメルトブロー不織布であって、構成ポリマー種がポリ乳酸である実施例２および比較例３について比較をすると、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を規定量含有している実施例２品では、低い圧力損失を有していながら高い捕集性能を示し、その結果高いＱＦ値を示した。一方、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有していない比較例３品は、目付、平均繊維径、圧力損失はそれぞれ実施例２と同レベルであったものの、捕集性能は低く、その結果ＱＦ値も低い値となった。
【００７４】
また、繊維シートの形態がナノ繊維を主体とする不織布である実施例３および比較例４について比較をすると、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を規定量含有している実施例３品は、低い圧力損失を有していながら高い捕集性能を示し、その結果高いＱＦ値を示した。一方、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有していない比較例４品は、目付、平均繊維径、圧力損失はそれぞれ実施例３と同レベルであったものの、捕集性能は低く、その結果ＱＦ値も低い値となった。
【００７５】
以上のように、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有したエレクトレット繊維シートは、低圧力損失特性を有しかつ高い捕集性能も有するという、本来は相反する二つの特性を同時に満足するものであった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明により、圧力損失が低く、高い捕集性能を示す繊維シートが得られ、この繊維シートは濾材としてエアフィルターに好ましく用いることができるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、捕集性能および圧力損失の測定装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７８】
１：ホルダー
２：ダスト収納箱
３：流量計
４：流量調整バルブ
５：ブロワ
６：パーティクルカウンター
７：切替コック
８：圧力計
Ｍ：測定サンプル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレット繊維シートに関する。特にエアフィルターとして用いたときに、高い捕集性能と低圧力損失を発揮することができる、高性能エレクトレット繊維シートと、該高性能エレクトレット繊維シートを用いたエアフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体中の花粉・塵等を除去するためにエアフィルターが使用されており、濾材として繊維シートが多く用いられている。
【０００３】
エアフィルターに要求される性能は、ミクロなダストを多く捕集できる「高捕集性能」、および、エアフィルター内部を気体が通過する際に抵抗が少ない「低圧力損失特性」である。
【０００４】
エアフィルターの捕集機構は、主としてブラウン拡散、遮り、慣性衝突などの物理的作用によるものであるため、高い捕集性能を有する濾材を得るには、構成する繊維シートが細繊度であることが適しているが、その一方、シート内の繊維密度が増加することにより圧力損失が高くなる。
【０００５】
また、圧力損失が低い濾材を得るためには、構成する繊維シートが太繊度であることが適しているが、その一方、シート内の繊維間の空隙が広くなるため、捕集性能が低下する。
このように、「高捕集性能」を有することと「低圧力損失特性」を有することは相反する関係にあるものであり、この問題点を解決する方法として、繊維シートをエレクトレット化し、物理的作用に加えて静電気的作用を利用することにより、高捕集かつ低圧力損失を同時に満足させる試みがなされている。
【０００６】
例えば、アース電極上に繊維状シートを接触させた状態で、該アース電極と繊維シートを共に移動させながら非接触型印加電極で、高圧印加を行なって連続的にエレクトレット化する、エレクトレット繊維状シートの製造法が提案されている（特許文献１）。これは、繊維状シート内に、電子の注入、イオンの移動、双極子の配向などを生ぜしめることで分極させ、シートに電荷を付与するというものである。この方法によれば、ある程度は高捕集と低圧力損失の両立を図ることができるが、不十分であった。
【０００７】
また、繊維シートを構成する繊維に対して、添加剤を添加することにより、高捕集性能を有しかつ低圧力損失特性を持つシートを得る方法が提案され、例えば、高分子重合体に、ヒンダードアミン系、含窒素ヒンダードフェノール系、金属塩ヒンダードフェノール系あるいはフェノール系の安定剤から選ばれた少なくとも１種を配合してなる材料からなり、かつ１００℃以上における熱刺激脱分極電流からのトラップ電荷量が２．０×１０−１０クーロン／ｃｍ２以上であるという耐熱性エレクトレツト材料が提案されている（特許文献２）。
【０００８】
しかし、このように添加剤を含有させた繊維シートをエレクトレット化することにより、捕集性能と圧力損失のバランスは改善されたものの、まだまだ十分なレベルのものではなかった。
【特許文献１】特開昭６１−２８９１７７号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８０４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上述したような従来技術に鑑み、圧力損失が低いうえに捕集性能に優れるエレクトレット繊維シート、特にエアフィルターに好適に用いることができるエレクトレット繊維シートを提供することにある。
【００１０】
また、該エレクトレット繊維シートを用いた、圧力損失が低いうえに捕集性能に優れているエアフィルターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決する本発明のエレクトレット繊維シートは、以下の（１）の構成を有する。
（１）主として非導電性繊維を含んでなるエレクトレット繊維シートであって、該エレクトレット繊維シートが下記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有することを特徴とするものである。
【００１２】
【化１】
【００１３】
（ここで、Ｒ１〜Ｒ３は水素または炭素原子数１〜２のアルキル基、Ｒ４は水素または炭素数１〜６のアルキル基である）。
【００１４】
かかるエレクトレット繊維シートのより具体的に好ましい態様は、以下の（２）〜（１０）のいずれかの構成を有するものである。
（２）該エレクトレット繊維シートが、前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を０．５〜５重量％含有することを特徴とする上記（１）に記載のエレクトレット繊維シート。
（３）前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物が、下記一般式［化２］で表される構造を有する化合物であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のエレクトレット繊維シート。
【００１５】
【化２】
【００１６】
（４）前記非導電性繊維が、ポリオレフィン繊維であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（５）前記ポリオレフィン繊維が、ポリプロピレンを主体に構成されているものであることを特徴とする上記（４）記載のエレクトレット繊維シート。
（６）前記非導電性繊維が、ポリ乳酸を主体に構成されているものであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（７）前記エレクトレット繊維シートが、メルトブロー不織布であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（８）前記エレクトレット繊維シートが、ナノ繊維を主体に構成された不織布であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（９）前記エレクトレット繊維シートの目付が、０．１〜８０ｇ／ｍ２であることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
（１０）２枚以上の繊維シートが積層されてなる積層繊維シートであって、その少なくとも１層が上記（１）〜（９）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエレクトレット繊維シート。
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエアフィルター。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低圧力損失であるとともに高い捕集性能を有する、優れたエレクトレット繊維シートを提供することができる。
【００１８】
かかるエレクトレット繊維シートをエアフィルターの濾材に使用すれば、高捕集かつ低圧力損失を発揮できる高性能エアフィルターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のエレクトレット繊維シートは、主として非導電性繊維を含んでなり、下記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有することを特徴とするものであり、該シートを構成する繊維が一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有したエレクトレット繊維シートであるところに特徴を有する。
【００２０】
【化３】
【００２１】
（ここで、Ｒ１〜Ｒ３は水素または炭素原子数１〜２のアルキル基、Ｒ４は水素または炭素数１〜６のアルキル基である）
本発明者らの各種知見によれば、上記一般式［化１］で表される特定の構造を有する化合物を含有させた繊維からなる繊維シートを構成し、次いでエレクトレット化することにより、驚くべきことにフィルター性能が向上する。
【００２２】
かかる化合物としては、上記構造を有する化合物であればよく、特に限定されるものではないが、一般式［化１］のＲ１〜Ｒ４うち、Ｒ１〜Ｒ３が水素、Ｒ４が炭素数４のアルキル基、特にｎ−ブチル基である構造を有する化合物が好ましい。すなわち、下記一般式［化２］で表される構造を有する化合物であり、後述する実施例１で使用した化合物Ａが好ましい。
【００２３】
【化４】
【００２４】
なお、一般式［化１］で表される構造を有する化合物は、１種の使用であっても複数種の混合物であってもよい。
【００２５】
該化合物をエレクトレット繊維シートに存在させることにより、エレクトレット化することで付与された電荷をより効果的に安定化できるため、該繊維シートをエアフィルターの濾材に使用した場合には、捕集性能が向上し、低い圧力損失で高捕集性能を有したエアフィルターを実現できるのである。
【００２６】
該化合物の含有量の範囲は、好ましくは、繊維シートの０．５〜５重量％である。ここでいう化合物の含有量は、次のようにして求める。
【００２７】
繊維シート２ｇをクロロホルムでソックスレー抽出後、該抽出物についてＨＰＬＣ分取を繰り返し、各分取物について１Ｈ−ＮＭＲ測定で構造を確認する。該化合物の含まれる分取物の重量を合計し、シート全体に対する割合を求め、これを化合物含有量とする。
該化合物の含有量が０．５重量％未満では、エアフィルターにしたときの捕集性能が低下し好ましくなく、他方、化合物の含有量が５重量％を超えると、紡糸性を悪くし、かつコスト的にも不利になるので好ましくない。より好ましくは０．６重量％〜４重量％、さらに好ましくは０．７重量％〜３重量％である。
【００２８】
本発明の繊維シートは、上述のような化合物を含有する導電性ポリマーを含んでいるが、また、該ポリマーは上述した化合物に加えて、酸化防止剤、光安定剤、熱安定剤などの、樹脂材料に通常含まれる安定剤を含んでいてもよい。
【００２９】
本発明のエレクトレット繊維シートは、非導電性繊維を含んで構成されたものであればよく、そのシートとしての形態は特に限定されるものでなく、例えば、織物、編み物、不織布などが挙げられる。特に、エアフィルターとして使用する場合には、捕集性能の優れる点で不織布が好ましく、中でも高性能フィルターとしては、繊維径が小さいことから物理的作用による捕集性が優れる点で、メルトブロー不織布やナノ繊維を主体に構成された不織布であることが好ましい。
【００３０】
メルトブロー不織布は、不織布製造法の一つであるメルトブロー法により製造されるもので、一般に、紡糸口金から押し出された熱可塑性ポリマーを熱風噴射することにより繊維状に細化し、該繊維の自己融着特性を利用してウェブとして形成せしめる方法である。スパンボンド法等、他の不織布製造法に比べて複雑な工程を必要とせず、また数１０μｍから数μｍ以下の細い繊維が容易に得られる。メルトブロー法における紡糸条件としては、ポリマー吐出量、ノズル温度、エア圧力等があるが、これら紡糸条件の最適化を行うことで、所望の繊維径を有する不織布が得られる。
【００３１】
また、ナノ繊維を主体に構成された不織布は、特にその製法が限定されるものではないが、静電紡糸法（例えば、米国特許第６１０６９１３号明細書や特開２００２−２４９９６６号公報等に記載されている方法）や、易溶解性ポリマーが海成分、非導電性ポリマーが島成分の海島構造を形成する繊維から構成される不織布を得た後、該不織布の易溶解性ポリマー成分を溶剤により溶出する方法（例えば、特願２００５−２０２５６０に記載されている方法）等により得ることができる。
【００３２】
ここで、本発明において、ナノ繊維とは、繊維径が１μｍに満たないレベルの極細の繊維のことをいい、本発明においては、通常、平均繊維径が５０〜８００ｎｍである繊維を指すものである。また、ナノ繊維の平均繊維径は次の方法で求めた値をいう。すなわち、ナノ繊維を主体に構成された不織布の任意の場所から、１ｃｍ×１ｃｍの測定サンプルを３０個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を８００００倍に調節して、採取したサンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計３０枚を撮影する。写真の中の繊維直径がはっきり確認できるものについてすべて測定して、平均した値を平均繊維径とする。前述のメルトブロー法と比べると、一般的に生産性は劣りかつ複雑な工程を要するが、通常のメルトブロー法では得られない極細繊維を得ることができ、その結果、低い目付で高捕集に優れた繊維シートを得ることができる。
【００３３】
本発明でいう非導電性繊維は、非導電性ポリマーからなる繊維を主として含むものであればよく、特に限定されない。ここでいう非導電性は、体積抵抗率が１０１２・Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１０１４・Ω・ｃｍ以上であることがより好ましい。体積抵抗率はＡＳＴＭ Ｄ２５７に従い測定される。このような繊維シートをエレクトレット化した場合、電荷量を多く保持することができ、結果として捕集性能が優れ、圧力損失を小さくすることができる。
【００３４】
このような非導電性の材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素系樹脂、およびこれらの共重合体または混合物などを挙げることができる。また、本発明でいう非導電性繊維は、これら材料から構成される２種以上の混合繊維であっても構わない。これらの材料の中でも、ポリオレフィンまたはポリ乳酸を主体とするものはエレクトレット性能を特に発揮する点から好ましい。またポリマーの性質を損なわない範囲で他の成分が共重合されていてもよい。
【００３５】
ポリオレフィンの中では、ポリプロピレンが耐熱性の点で優れているため、より好ましい。
【００３６】
また、ポリ乳酸を用いる場合、ポリ（Ｄ−乳酸）と、ポリ（Ｌ−乳酸）と、Ｄ−乳酸とＬ−乳酸の共重合体、あるいはこれらのブレンド体が好ましい。ポリ乳酸の重量平均分子量は、紡糸性を良くする観点からは５万以上であることが好ましく、７万以上であることがより好ましい。また、繊維の細径化を容易にする観点からは２０万以下であることが好ましく、１５万以下であることがより好ましい。
【００３７】
またさらに、前記材料には、結晶核剤や艶消し剤、顔料、防カビ剤、抗菌剤、難燃剤、等を本発明による効果が損なわれない範囲で添加してもよい。
【００３８】
さらに、本発明の繊維シートはエレクトレット化されていることが重要であり、エレクトレット繊維シートとすることにより、静電気吸着効果により、より優れた低圧力損失特性と、高捕集性能を得ることができるのである。
【００３９】
なお、本発明における圧力損失および捕集性能は次の方法で求めた値をいう。繊維シートの縦方向１０カ所で１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に概略を示した捕集性能測定装置で測定した。この捕集性能測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１の上流側にダスト収納箱２を連結し、下流側に流量計３、流量調整バルブ４、ブロワ５を連結している。また、サンプルホルダー１にパーティクルカウンター６を使用し、切替コック７を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。さらにサンプルホルダー１は圧力計８を備え、サンプルＭ上流、下流の静圧差を読み取ることができる。捕集性能の測定にあたっては、ポリスチレン０．３０９Ｕ １０％溶液（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が１．５ｍ／ｍｉｎになるように流量調整バルブ４で調整し、ダスト濃度を１万〜４万個／２．８３×１０−４ｍ３（０．０１ｆｔ３）の範囲で安定させ、サンプルＭの上流のダスト個数Ｄおよび下流のダスト個数ｄをパーティクルカウンター６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて０．３〜０．５μｍ粒子の捕集性能（％）を求めた。１０サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
捕集性能（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
なお、高捕集の繊維シートほど、下流のダスト個数が少なくなるため、捕集性能の値は高くなる。
【００４０】
また、圧力損失は捕集性能測定時のサンプルＭ上流と下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めたものであり、１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
さらに、濾過性能の指標としてＱＦ値というものがあり、前記捕集性能および圧力損失を用いて以下の式により計算される。低圧力損失かつ高捕集性能であるほどＱＦ値は高くなり、濾過性能が良好であることを示す。
ＱＦ値（Ｐａ−１）＝−［ｌｎ（１−[捕集性能（％）]／１００）］／[圧力損失（Ｐａ）]
本発明のエレクトレット繊維シートを製造するにあたり、エレクトレット化方法は特に限定されるものでないが、本発明者らの各種知見によれば、特に、コロナ荷電法により、または不織布シートに水を付与した後に乾燥させることによりエレクトレット化する方法（例えば、特表平９−５０１６０４号公報、特開２００２−２４９９７８号公報等に記載されている方法）が好適に用いられる。コロナ荷電法の場合は、好ましくは１５ｋＶ／ｃｍ以上、より好ましくは２０ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度が適している。
【００４１】
また、本発明の繊維シートは、目付が０．１〜８０ｇ／ｍ２であることが好ましい。特に、繊維シートがメルトブロー不織布の場合、１〜８０ｇ／ｍ２であることが好ましく、より好ましくは１〜７０ｇ／ｍ２、さらに好ましくは１〜６０ｇ／ｍ２である。また、繊維シートがナノ繊維を主体とする不織布の場合、低目付で高いフィルター性能を得ることができるため、０．１〜１５ｇ／ｍ２であることが好ましい。より好ましくは０．１〜１０ｇ／ｍ２である。
【００４２】
さらに、本発明の繊維シートは、他のシートと積層して積層繊維シートにしてもよい。たとえば、繊維シートとそれよりも剛性の高いシートを積層して製品強力を向上させて使用することや、脱臭・抗菌等機能性を有するシートと組み合わせて使用することは好ましい。
【００４３】
本発明の繊維シートの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば以下の方法により製造することができる。
【００４４】
まず、前述のような一般式［化１］で表される構造を有する化合物及び樹脂材料を用意する。次いで、該化合物と樹脂材料とを混練した後に、押し出し機から押し出して、繊維、繊維ウェブ、或いは不織布など、所望の構造に加工する。化合物と樹脂材料とを混練する方法としては、紡糸機の押出機ホッパーにこれらを混合して供給し、押出機内で混練りし、直接口金へ供給する方法や、あらかじめ、化合物と樹脂材料を混練押出機や静止混練機等で混練りしてマスターチップを作製し、これを押出機内で溶融し口金部へ供給する方法等がある。
【００４５】
次いで、繊維を使用して、常法により繊維シートを形成する。例えば、繊維シートが織物又は編物からなる場合には、前記繊維を使用して糸を形成した後、織ったり、編むことによって製造することができる。また、繊維シートが不織布からなる場合には、前記繊維を使用して繊維ウェブを乾式法や湿式法により形成した後に、繊維ウェブを結合して不織布を製造すること、あるいは、前記繊維ウェブをスパンボンド法やメルトブロー法により形成した後に、繊維ウェブを結合して不織布を製造することができる。また静電紡糸法や海島繊維の海部分を溶出する方法によりナノ繊維を主体に構成された不織布を製造することができる。
【００４６】
次いで、この繊維シートに対し、エレクトレット化処理を実施して、エレクトレット繊維シートとする。エレクトレット化処理は繊維シート単層でも、他のシートと積層した積層繊維シートに実施しても構わない。
【００４７】
本発明の繊維シートは、フィルターの濾材として用いることができる。該濾材は、エアフィルター全般、なかでも空調用フィルター、空気清浄機用フィルター、自動車キャビンフィルターの高性能用途に好適であるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げてより具体的に本発明を説明する。実施例において使用する特性値は、次の測定法により測定したものである。
【００４９】
（１）目付
１５ｃｍ×１５ｃｍのシートの重量を測定し、得られた値を１ｍ２当たりの値に換算し、目付（ｇ／ｍ２）とした。
【００５０】
（２）平均繊維径
繊維シートの任意の場所から、１ｃｍ×１ｃｍの測定サンプルを３０個採取し、走査型電子顕微鏡で倍率を調節して、採取したサンプルから繊維表面写真を各１枚ずつ、計３０枚を撮影した。倍率は、繊維シートがメルトブロー不織布の場合２０００倍、ナノ繊維不織布の場合８００００倍とした。写真の中の繊維直径がはっきり確認できるものについてすべて測定し、平均した値を平均繊維径とした。
【００５１】
（３）捕集性能、圧力損失
繊維シートの縦方向１０カ所で１５ｃｍ×１５ｃｍの測定用サンプルを採取し、それぞれのサンプルについて、図１に示す捕集性能測定装置で測定した。この捕集性能測定装置は、測定サンプルＭをセットするサンプルホルダー１の上流側にダスト収納箱２を連結し、下流側に流量計３、流量調整バルブ４、ブロワ５を連結している。また、サンプルホルダー１にパーティクルカウンター６を使用し、切替コック７を介して、測定サンプルＭの上流側のダスト個数と下流側のダスト個数をそれぞれ測定することができる。さらにサンプルホルダー１は圧力計８を備え、サンプルＭ上流と下流での静圧差を読み取ることができる。捕集性能の測定にあたっては、ポリスチレン０．３０９Ｕ １０％溶液（メーカー：ナカライテック）を蒸留水で２００倍まで希釈し、ダスト収納箱２に充填する。次にサンプルＭをホルダー１にセットし、風量をフィルター通過速度が１．５ｍ／ｍｉｎになるように流量調整バルブ４で調整し、ダスト濃度を１万〜４万個／２．８３×１０−４ｍ３（０．０１ｆｔ３）の範囲で安定させ、サンプルＭの上流のダスト個数Ｄおよび下流のダスト個数ｄをパーティクルカウンター６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１サンプル当り１０回測定し、ＪＩＳ Ｋ−０９０１に基づいて下記計算式にて０．３〜０．５μｍ粒子の捕集性能（％）を求めた。１０サンプルの平均値を最終的な捕集性能とした。
捕集性能（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、
ｄ：下流ダストの１０回測定トータル個数
Ｄ：上流のダストの１０回測定トータル個数
高捕集の繊維シートほど、下流のダスト個数が少なくなるため、捕集性能の値は高くなる。
【００５２】
また、圧力損失は捕集性能測定時のサンプルＭ上流、下流の静圧差を圧力計８で読み取り求めた。１０サンプルの平均値を最終的な圧力損失とした。
【００５３】
（４）ＱＦ値
濾過性能の指標となるＱＦ値は、前記捕集性能および圧力損失を用いて以下の式により計算される。低圧力損失かつ高捕集性能であるほどＱＦ値は高くなり、濾過性能が良好であることを示す。
ＱＦ値（Ｐａ−１）＝−［ｌｎ（１−[捕集効率（％）]／１００）］／[圧力損失（Ｐａ）]
（５）繊維シート内化合物含有量
繊維シート内に含まれる、一般式［化１］で表される構造を有する化合物の含有量は、以下のようにして求めた。
【００５４】
繊維シートサンプル２ｇをクロロホルムでソックスレー抽出後、該抽出物についてＨＰＬＣ分取を繰り返し、各分取物について１Ｈ−ＮＭＲ測定で構造を確認した。該化合物の含まれる分取物の重量を合計し、シート全体に対する割合を求め、これを繊維シート内化合物含有量とした。
【００５５】
実施例１
原料として、ポリプロピレン（ＭＦＲ＝８００）を使用し、これにキマソーブ（Ｒ）２０２０（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製、下記の一般式［化３］で表される構造を有するもの。以下化合物Ａと略す。）を１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、直径が０．４ｍｍの吐出孔を一直線上に配置した口金（孔ピッチ：１ｍｍ、孔数：１５１ホール、幅：１５０ｍｍ）を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２８０℃、エア圧力０．０６ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付が３０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００５６】
【化５】
【００５７】
得られた不織布シートを逆浸透膜濾過水が供給される水槽の水面に沿って走行させながら、その表面にスリット状の吸引ノズルを当接させて水を吸引することにより浸透処理し、次いで水切り後に８０℃で２０分熱風乾燥することにより、エレクトレット化メルトブロー不織布を得た。このエレクトレット化メルトブロー不織布の特性値を測定し、表１に示した。
【００５８】
実施例２
原料として、ポリ乳酸（重量平均分子量：１４万、融点：１６８℃）を使用し、これに化合物Ａを１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量２０ｇ／分、ノズル温度２３５℃、エア圧力０．１５ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付２０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
得られた不織布に、コロナ荷電法により２５ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施し、エレクトレット化不織布を得た。このエレクトレット化不織布の特性値を測定し、表１に示した。
【００５９】
実施例３
ポリプロピレン（ＭＦＲ＝５０）に化合物Ａを１重量％添加し、混練してマスターチップを作製し、このチップとポリ乳酸（溶融粘度３５０Ｐａ・ｓ／２３０℃、剪断速度１２１．６ｓｅｃ−１）を、２軸押出混練機でブレンド比８／２の割合で２３０℃で混練し、ポリマーアロイチップを得た。
【００６０】
このチップを使用し、実施例１と同じ口金を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２３０℃、エア圧力０．０３ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって目付が１５ｇ／ｍ２の不織布を得た。次いでこの不織布をアルカリ処理しポリ乳酸成分を溶出させ、ナノ繊維を主体としてなる目付が３ｇ／ｍ２の不織布を得た。
【００６１】
得られた不織布に、コロナ荷電法により２５ｋＶ／ｃｍの印加電圧でエレクトレット処理を実施し、エレクトレット化不織布を得た。このエレクトレット化不織布の特性値を測定し、表１に示した。
【００６２】
比較例１
原料として、実施例１と同じ原料を使用し、これにキマソーブ（Ｒ）９４４（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製、下記の一般式［化４］で表される構造を有するもの。以下化合物Ｂと略す）を１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２８０℃、エア圧力０．０６ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付が３０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００６３】
【化６】
【００６４】
得られた不織布シートを実施例１と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
比較例２
原料として、実施例１と同じ原料を使用し、これにサイアソーブ（Ｒ）ＵＶ３３４６（サイテック・インダストリーズ製、下記の一般式［化５］で表される構造を有するもの。以下化合物Ｃと略す）を１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２８０℃、エア圧力０．０６ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付が３０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００６５】
【化７】
【００６６】
得られた不織布シートを実施例１と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
【００６７】
比較例３
原料として、実施例２と同じ原料を使用し、これに化合物Ｂを１重量％添加して、紡糸機の原料ホッパーへ投入、実施例１と同じ口金を使用し、メルトブロー法により、ポリマー吐出量２０ｇ／分、ノズル温度２３５℃、エア圧力０．１５ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって、目付２０ｇ／ｍ２の不織布シートを得た。
【００６８】
得られた不織布シートを実施例２と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
【００６９】
比較例４
化合物Ａの代わりに化合物Ｂを使用した以外は実施例３と同じ方法でポリマーアロイチップを作製、このチップを使用し、実施例１と同じ口金を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量４０ｇ／分、ノズル温度２３０℃、エア圧力０．０３ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって目付が１５ｇ／ｍ２の不織布を得た。次いでこの不織布をアルカリ処理しポリ乳酸成分を溶出させ、ナノ繊維を主体としてなる目付が３ｇ／ｍ２の不織布を得た。
【００７０】
得られた不織布に、実施例３と同様の方法でエレクトレット処理した後、特性値を測定し、表１に示した。
【００７１】
【表１】
【００７２】
繊維シートの形態がメルトブロー不織布であって、構成ポリマー種がポリプロピレンである実施例１および比較例１、２について比較をすると、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を規定量含有している実施例１品は、低い圧力損失を有していながら高い捕集性能を示し、その結果高いＱＦ値を示した。一方、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有していない比較例１、２品では、目付、平均繊維径、圧力損失はそれぞれ実施例１と同レベルであったものの、捕集性能は低く、その結果ＱＦ値も低い値となった。
【００７３】
また、繊維シートの形態がメルトブロー不織布であって、構成ポリマー種がポリ乳酸である実施例２および比較例３について比較をすると、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を規定量含有している実施例２品では、低い圧力損失を有していながら高い捕集性能を示し、その結果高いＱＦ値を示した。一方、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有していない比較例３品は、目付、平均繊維径、圧力損失はそれぞれ実施例２と同レベルであったものの、捕集性能は低く、その結果ＱＦ値も低い値となった。
【００７４】
また、繊維シートの形態がナノ繊維を主体とする不織布である実施例３および比較例４について比較をすると、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を規定量含有している実施例３品は、低い圧力損失を有していながら高い捕集性能を示し、その結果高いＱＦ値を示した。一方、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有していない比較例４品は、目付、平均繊維径、圧力損失はそれぞれ実施例３と同レベルであったものの、捕集性能は低く、その結果ＱＦ値も低い値となった。
【００７５】
以上のように、一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有したエレクトレット繊維シートは、低圧力損失特性を有しかつ高い捕集性能も有するという、本来は相反する二つの特性を同時に満足するものであった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明により、圧力損失が低く、高い捕集性能を示す繊維シートが得られ、この繊維シートは濾材としてエアフィルターに好ましく用いることができるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、捕集性能および圧力損失の測定装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７８】
１：ホルダー
２：ダスト収納箱
３：流量計
４：流量調整バルブ
５：ブロワ
６：パーティクルカウンター
７：切替コック
８：圧力計
Ｍ：測定サンプル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主として非導電性繊維を含んでなるエレクトレット繊維シートであって、該エレクトレット繊維シートが下記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有することを特徴とするエレクトレット繊維シート。
【化１】
（ここで、Ｒ１〜Ｒ３は水素または炭素原子数１〜２のアルキル基、Ｒ４は水素または炭素数１〜６のアルキル基である）
【請求項２】
該エレクトレット繊維シートが、前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を０．５〜５重量％含有することを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項３】
前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物が、下記一般式［化２］で表される構造を有する化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のエレクトレット繊維シート。
【化２】
【請求項４】
前記非導電性繊維が、ポリオレフィン繊維であること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繊維シート。
【請求項５】
前記ポリオレフィン繊維が、ポリプロピレンを主体に構成されているものであることを特徴とする、請求項４に記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項６】
前記非導電性繊維が、ポリ乳酸を主体に構成されているものであること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繊維シート。
【請求項７】
前記エレクトレット繊維シートが、メルトブロー不織布であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項８】
前記エレクトレット繊維シートが、ナノ繊維を主体に構成された不織布であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項９】
前記エレクトレット繊維シートの目付が、０．１〜８０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項１０】
２枚以上の繊維シートが積層されてなる積層繊維シートであって、その少なくとも１層が請求項１〜９のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエレクトレット繊維シート。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエアフィルター。
【請求項１】
主として非導電性繊維を含んでなるエレクトレット繊維シートであって、該エレクトレット繊維シートが下記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を含有することを特徴とするエレクトレット繊維シート。
【化１】
（ここで、Ｒ１〜Ｒ３は水素または炭素原子数１〜２のアルキル基、Ｒ４は水素または炭素数１〜６のアルキル基である）
【請求項２】
該エレクトレット繊維シートが、前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物を０．５〜５重量％含有することを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項３】
前記一般式［化１］で表される構造を有する化合物が、下記一般式［化２］で表される構造を有する化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のエレクトレット繊維シート。
【化２】
【請求項４】
前記非導電性繊維が、ポリオレフィン繊維であること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繊維シート。
【請求項５】
前記ポリオレフィン繊維が、ポリプロピレンを主体に構成されているものであることを特徴とする、請求項４に記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項６】
前記非導電性繊維が、ポリ乳酸を主体に構成されているものであること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繊維シート。
【請求項７】
前記エレクトレット繊維シートが、メルトブロー不織布であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項８】
前記エレクトレット繊維シートが、ナノ繊維を主体に構成された不織布であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項９】
前記エレクトレット繊維シートの目付が、０．１〜８０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のエレクトレット繊維シート。
【請求項１０】
２枚以上の繊維シートが積層されてなる積層繊維シートであって、その少なくとも１層が請求項１〜９のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエレクトレット繊維シート。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートで構成されていることを特徴とするエアフィルター。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１７９９３２（Ｐ２００８−１７９９３２Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２０４７２（Ｐ２００７−３２０４７２）
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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