JP3780916B2

JP3780916B2 - エレクトレット加工品の製造方法

Info

Publication number: JP3780916B2
Application number: JP2001357021A
Authority: JP
Inventors: 正明武田; 泰義堀口
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP2002249978A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエレクトレット加工品の製造方法に関し、さらに詳しくは、高品質のエレクトレット加工品を低コストで生産可能にするエレクトレット加工品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低圧損のエアフィルター用材料として、エレクトレット加工された繊維シートが優れた性能を有するため使用されている。このエレクトレット化繊維シートの製造方法としては、合成繊維不織布等の繊維シートに高電圧を印加し、コロナ放電によりエレクトレット化する方法（特開昭６１−１０２４７６号公報等参照）や、フィルムシートにワイヤ電極により高電圧を印加し、同じくコロナ放電によりエレクトレット化した後、そのフィルムシートを繊維化して不織布にする方法（特公昭５７−１４４６７号公報等参照）などが知られている。
【０００３】
しかし、図５に示すように、従来のエレクトレット化方法は、いずれもアース電極３１の上に高分子材料シートＳを裁置するか又は移動させながら、その表面に直流高電圧発生装置３３の高電圧を針状或いはワイヤー電極３２から印加し、コロナ放電によりエレクトレット化するものである。そのため、高電圧印加電極３２とアース電極３１の間隙精度等によりムラを生じやすく、エレクトレット化シートに荷電ムラが出来たり、また火花放電によりシートが損傷するという問題があった。
【０００４】
さらに、高電圧設備は一般に高価である上に、安全維持管理のために費用がかかるため、コスト高になるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の諸問題を解消し、高品質、高性能のエレクトレット加工品を低コストで生産可能にするエレクトレット加工品の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のエレクトレット加工品の製造方法は、非導電性シートを水中もしくは水面に浸漬させて該非導電性シートに水を付与した後、又は非導電性シートを水中もしくは水面にて走行させて該非導電性シートに水を付与しながら、シート片面から吸引を行って該非導電性シートに前記水を浸透させ、次いで該非導電性シートを乾燥してエレクトレット化シートにすることを特徴とするものである。
【０００７】
このように非導電性シートを水中もしくは水面に浸漬させて該非導電性シートに水を付与した後、又は非導電性シートを水中もしくは水面にて走行させて該非導電性シートに水を付与しながら、シート片面から吸引することにより水をシート全体に満遍なく浸透させることができるので、これを乾燥するだけで、高品質、高性能のエレクトレット化シートにすることができる。しかも、製造設備としては、水付与設備、吸引設備、乾燥設備などであるので、従来の高電圧発生設備に比べて低廉であり、かつ安全維持管理を低コストで行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する非導電性シートは、非導電性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、合成繊維或いは天然繊維の織物、編み物、不織布等の繊維シートやプラスチックフィルムシートなどを挙げることができる。これらの中でも特に合成繊維シートが好ましい。また、エアフィルター用の場合には、合成繊維不織布が好ましく、中でも高性能フィルター用には、メルトブロー不織布を使用することが好ましい。
【０００９】
非導電性シートの素材は、非導電性を有する材料であれば特に限定されるものではない。好ましくは、体積抵抗率が１０¹²・Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０¹⁴・Ω・ｃｍ以上の素材を主体とするものを使用するとよい。
【００１０】
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ト、フッ素系樹脂、およびこれらの混合物などを挙げることができる。これらの中でも、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の点から好ましく、さらにポリプロピレンを主体とするものは一層好ましい。
【００１１】
本発明に使用する非導電性シートには、ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤を少なくとも１種配合することが好ましい。この添加剤を非導電性シートに含有させることにより、特に高いエレクトレット性能を保持させることが可能になるからである。
【００１２】
上記２種類の添加剤のうちヒンダードアミン系添加剤としては、ポリ〔（（６−（１，１，３，３，−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）〕（チバガイギー製、キマソープ９４４ＬＤ）、コハク酸ジメチル−１−（２−ヒドロキシエチル）−４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン重縮合物（チバガイギー製、チヌピン６２２ＬＤ）、２−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−２−ｎ−ブチルマロン酸ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）（チバガイギー製、チヌピン１４４）などが挙げられる。
【００１３】
また、トリアジン系添加剤としては、前述のポリ〔（（６−（１，１，３，３，−テトラメチルブチル）イミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）ヘキサメチレン（（２，２，６，６，−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ）〕（チバガイギー製、キマソープ９４４ＬＤ）、２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−（（ヘキシル）オキシ）−フェノール（チバガイギー製、チヌピン１５７７ＦＦ）などを挙げることができる。これらのなかでも特にヒンダードアミン系添加剤を使用することが好ましい。
【００１４】
非導電性シートには、上記添加剤の他に、熱安定剤、耐候剤、重合禁止剤等の一般にエレクトレット加工品の非導電性シートに使用されている公知の添加剤を添加するようにしてもよい。
【００１５】
上記ヒンダードアミン系添加剤又はトリアジン系添加剤の添加量としては、特に限定されないが、好ましくは０．５〜５重量％の範囲にするとよく、更に好ましくは０．７〜３重量％の範囲にするとよい。添加量が０．５重量％未満では、目的とする高レベルのエレクトレット性能を得ることが難しくなる。また、５重量％を超えるほど多く配合すると製糸性や製膜性を悪くし、かつコスト的にも不利になるので好ましくない。
【００１６】
本発明のエレクトレット加工品の製造方法は、上述した非導電性シートに水を付与して十分な浸透状態にし、この浸透状態のシートを乾燥する。水は非導電性シート全体に満遍なく十分に浸透した状態にする必要があり、そのため非導電性シートに水を付与した後又は水を付与しながら、シート片面に吸引を与えることにより反対側面の水を吸引側に透過させることが重要である。
【００１７】
吸引作用により、水は非導電性シートを貫通し、シート全体に満遍なく浸透状態になるので、以後この非導電性シートを乾燥するだけで、均一でかつ高密度に電荷が帯電した高品質のエレクトレット化シートにすることができる。特に水を付与しながら吸引する場合は、水を付与後に吸引する場合よりも水の浸透効果を大きくすることができる。これら一連の水付与、吸引、乾燥の各工程は、連続的に行ってもよく、バッチ式で行ってもよい。
【００１８】
非導電性シートに対する水の付与方法は、水中もしくは水面に浸漬させることができるものであれば水槽に浸漬させる方法でもよい。
【００１９】
また、水を付与しながら吸引する方法としては、シートを水中に走行させながら吸引する方法、水面を走行するシートの上面から吸引する方法などを好ましく使用することができる。これらのうちでも、特に水面を走行するシートの水面から吸引する方法が好ましい。
【００２０】
水の吸引量は特に限定されないが、好ましくは０．２ｇ／ｃｍ²以上がよく、さらに好ましくは０．３ｇ／ｃｍ²以上であるのがよい。０．２ｇ／ｃｍ²未満では十分な帯電効果を得ることができない。
【００２１】
水付与と吸引とにより水を浸透させた非導電性シートは、次いで乾燥処理する前に、この非導電性シートの片面からサクションノズルにより真空吸引処理をするとよい。この真空吸引処理により、一層帯電性能を向上することができる。
【００２２】
真空吸引圧力としては、−０．００５ＭＰａから−０．０５ＭＰａの範囲が好ましく、さらに好ましくは、−０．００６ＭＰａから−０．０４ＭＰａの範囲にするとよい。最も好ましくは、−０．０１ＭＰａから−０．０３ＭＰａの範囲である。真空吸引圧力が−０．００５ＭＰａ未満であっては吸引が不十分になり、また−０．０５ＭＰａより大きくては、吸引が強くなりすぎてシートが破れることがある。
【００２３】
また、水が浸透後の非導電性シートの乾燥方法は、従来公知の方法がいずれも使用可能である。例えば、熱風乾燥法、真空乾燥法、自然乾燥法等の方法を適用することができる。なかでも熱風乾燥法は、連続処理が可能であるため好ましい。熱風乾燥法の場合、乾燥温度としてはエレクトレットを失活させない程度の温度にする必要がある。好ましくは１２０℃以下、より好ましくは１００℃以下、さらに好ましくは８０℃以下にするのがよい。また、熱風乾燥前に、予備乾燥として、ニップロール、吸水ロール、サクション吸引等によって余剰の水分を取り除くようにすると尚良い。
【００２４】
本発明において、非導電性シートに対する浸透処理に用いる水は、液体フィルター等で汚れを除去したものであって、出来るだけ清浄なものを使用することが好ましい。特にイオン交換水、蒸留水、逆浸透膜で透過した濾過水等の純水が好ましい。また、純水としてのレベルは、導電率で１０³μＳ／ｍ以下が好ましく、さらに好ましくは１０²μＳ／ｍ以下であるものがよい。
【００２５】
また、上記水には、水溶性有機溶剤を混合することで非導電性シートに対する水の浸透性を一層向上することができる。この場合、水溶性有機溶剤の濃度としては通常２０重量％以下が用いられる。水に混合する水溶性有機溶剤としては、沸点が水の沸点より低いものが好ましい。すなわち、水溶性有機溶剤は、水のシートへの浸透性を向上させるためのものであるので、一度シートに浸透したら、なるべく早く気化して乾燥することが好ましいからである。より好ましくは、水との沸点差が１０℃以上低いものがよい。
【００２６】
水溶性有機溶剤の種類は、混合溶液の非導電性シートへの浸透性が良ければ特に限定されない。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン類のケトン類、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類、その他アルデヒド類、カルボン酸類等を挙げることができる。特に、浸透性の点からアルコール類またはケトン類が好ましく、特にアセトン、イソプロピルアルコール、エタノールのうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。さらに好ましくは、イソプロピルアルコールを主成分とするものが好ましい。
【００２７】
図１は、本発明のエレクトレット加工品の製造方法を実施する装置を例示したものである。
【００２８】
図１の装置において、１は浸漬槽、２は吸引器、３は乾燥装置である。浸漬槽１の槽内には、水Ｗが充填されている。被処理材の非導電性シートＳは、浸漬槽１内に送りローラ４と浸漬ローラ５を介して導入され、水Ｗの中に浸漬させられた後、次の吸引器２へ移送される。浸漬槽１から出た非導電性シートＳは、吸引器２の吸引口２ａの上を通過しながら、その下面側を吸引される。吸引器２は負圧源（図示せず）に連結され、その負圧を非導電性シートＳの下面に作用させることにより、シート上面側の水が下面側へ透過し、非導電性シートＳの表裏全体を浸透状態にする。この吸引器２は、図示のように１台に限定されず、複数台を非導電性シートＳの移送方向に連続して配置するようにしてあってもよい。
【００２９】
水が浸透状態になった非導電性シートＳは、予め一対のニップローラ６，６で余剰の水を絞り出された後、乾燥装置３に移送される。乾燥装置３には複数のガイドローラ７がジグザグ状に内設され、供給口３ａから加熱空気を供給し、排気口３ｂから排出することにより内部を加熱状態にしている。この乾燥装置３に移送された非導電性シートＳは、ガイドローラ７をジグザグ状に走行する間に乾燥され、エレクトレット化されたシートになって搬出される。
【００３０】
このようにして得られたエレクトレット化シートは、吸引器の吸引作用により水をシート全体に満遍なく浸透させているので、高電荷がシート全体に均一分布した高品質、高性能のエレクトレット加工品になる。
【００３４】
図２は、本発明のエレクトレット加工品の製造方法を実施する他の態様を例示する。
【００３５】
図２において、９は水浸漬処理槽、１１は吸引ノズル、１２は真空吸引ノズルである。水浸漬処理槽９は下面から水が常に供給され、オーバフロー槽１０にオーバフローさせることによって常に水面を一定に維持するようにしている。被処理材の非導電性シートＳは水浸漬処理槽９の水面に、送りローラ４と浸漬ローラ５を介して導入され、そこで負圧源（図示せず）に連結された吸引ノズル１１によりシート上面から吸引することにより、水がシート下面から上面に透過し、非導電性シートＳの表裏全体を浸透状態にする。吸引ノズル１１は図示の例のように１台だけでもよく、複数台を連続配置するようにしてもよい。
【００３６】
水が浸透状態になった非導電性シートＳは、必要により真空吸引ノズル１２によって真空吸引処理され、次いで図１の場合と同様に乾燥装置３に送られて乾燥処理され、エレクトレット化されたシートになって搬出される。
【００３７】
図３は、本発明のエレクトレット加工品の製造方法を実施する更に他の態様を例示する。
【００３８】
図３の装置は、図２の装置における水浸漬処理槽９の代わりに水槽１を設け、この水槽１の中で吸引ノズル１１によって非導電性シートＳに水を浸透させるようにしたものである。水を浸透させた後の工程は、図２の装置と同様である。
【００３９】
図２及び図３の装置から得られたシートも、高品質、高性能のエレクトレット加工品にすることができる。
【００４０】
【実施例】
以下に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。
【００４１】
〔捕集性能〕
図４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２１の上流側にダスト収納箱２２を連結し、下流側に流量計２３、流量調整バルブ２４、ブロワ２５を連結している。また、サンプルホルダー２１にパーテクルカウンター２６が設けられ、このパーテクルカウンター２６を使用し、切替コック２７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。
【００４２】
捕集性能の測定に当たっては、径０．３μｍのポリスチレン標準ラテックスパウダーをダスト収納箱２２に充填し、サンプルＭをホルダー２１にセットし、風量をフィルター通過速度が１．５ｍ／分になるように流量調整バルブ２４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２６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で５回測定し、ＪＩＳＫ−０９０１に基づいて下記計算式にて捕集性能（％）を求めた。
【００４３】
捕集性能（％）＝〔１−（ｄ／Ｄ）〕×１００
ただし、ｄ：下流のダスト個数
Ｄ：上流のダスト個数
〔平均繊維径〕
ＳＥＭ写真により拡大した１００本以上の繊維の径を測定し、その平均値を求めた。
【００４６】
実施例１
耐候剤としてトリアジン系添加剤（チバガイギー社製、キマソープ９４４）を１％含む、ＭＩ＝７００のポリプロピレンを原料として、通常のメルトブロー法により、目付４０ｇ／ｍ ² 、平均繊維径２．０μｍのメルトブロー不織布を作製した。次いで、このメルトブロー不織布を用い、図２の装置で水を浸透させた後、水切り乾燥した。
【００４７】
得られたエレクトレットメルトブロー不織布の捕集効率は、真空吸引を行わなかった場合は９９．９９４％、行った場合は９９．９９９５％であった。
【００４８】
実施例２
実施例１のメルトブロー不織布を用い、図３の装置で水を浸透させた後、水切り乾燥した。
【００４９】
得られたエレクトレットメルトブロー不織布の捕集効率は、真空吸引を行わなかった場合は９９．８％、行った場合は９９．９９２％であった。
【００５０】
比較例１
実施例１と同じメルトブロー不織布を用い、純水に１分間浸漬後、水切りした後乾燥した。処理後の不織布の捕集性能を測定したところ、５６．３％と低いものであった。
【００５１】
比較例２
実施例１と同じメルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、５７．５％と低いものであった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、非導電性シートを水中もしくは水面に浸漬させて該非導電性シートに水を付与した後、又は非導電性シートを水中もしくは水面にて走行させて該非導電性シートに水を付与しながら、シート片面から吸引吸引することにより水をシート全体に満遍なく浸透させることができるので、これを乾燥するだけで、高品質、高性能のエレクトレット化シートにすることができる。しかも、製造設備としては、水付与設備、吸引設備、乾燥設備などであるので、従来の高電圧発生設備に比べて低廉であり、かつ安全維持管理を低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエレクトレット加工品の製造方法を実施する装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明のエレクトレット加工品の製造方法を実施する装置の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明のエレクトレット加工品の製造方法を実施する装置の更に他の例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例で用いた捕集性能測定装置を示す概略図である。
【図５】従来の高電圧印加によるエレクトレット化方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１浸漬槽
２吸引器
３乾燥装置
４送りローラ
５浸漬ローラ
９水浸漬処理槽
１０オーバフロー槽
１１吸引ノズル
１２真空吸引ノズル
Ｓ非導電性シート
Ｗ水

Claims

非導電性シートを水中もしくは水面に浸漬させて該非導電性シートに水を付与した後、又は非導電性シートを水中もしくは水面にて走行させて該非導電性シートに水を付与しながら、シート片面から吸引を行って該非導電性シートに前記水を浸透させ、次いで該非導電性シートを乾燥してエレクトレット化シートにすることを特徴とするエレクトレット加工品の製造方法。
前記水を浸透後の非導電性シートを乾燥処理する前に、該非導電性シートの片面から真空吸引処理を行う請求項１に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記非導電性シートがヒンダードアミン系添加剤或いはトリアジン系添加剤を０．５〜５重量％含有している請求項１または２に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記非導電性シートが合成繊維からなるシートである請求項１，２又は３に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記合成繊維からなるシートがメルトブロー不織布である請求項４に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記非導電性シートがポリオレフィンを主体に構成されている請求項１〜５のいずれかに記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記ポリオレフィンがポリプロピレンを主体に構成されている請求項６に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水がイオン交換水、蒸留水又は逆浸透膜による濾過水である請求項１〜７のいずれかに記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水が、水よりも低い沸点を有する水溶性有機溶剤を含有する請求項１〜８のいずれかに記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水溶性有機溶剤がアルコール類又はケトン類を主成分に構成されている請求項９に記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水溶性有機溶剤がイソプロピルアルコール、エチルアルコール、アセトンのうちの少なくとも１種である請求項１０に記載のエレクトレット加工品の製造方法。