JP4686896B2

JP4686896B2 - エレクトレット加工品の製造方法

Info

Publication number: JP4686896B2
Application number: JP2001141831A
Authority: JP
Inventors: 泰義堀口; 幸雄八塚; 正明武田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2021-05-11
Also published as: JP2002339232A

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、高品質で高性能のエレクトレット加工品を生産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、低圧損性に優れた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使用されている。このエレクトレット化繊維シートを製造する従来の方法としては、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】
しかしながら、上記従来の方法は、いずれもアース電極の上に高分子材料シートを載せ、その表面に近接するように針状或いはワイヤー電極を配置し、両電極間に直流高電圧を印加することによりコロナ放電させて、エレクトレット化するものであるため、アース電極と印加電極との間隙精度の調整によりムラを生じやすく、その結果として荷電ムラを生じたり、また火花放電によりシートが損傷を受けるなどの問題があった。
【０００４】
【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、高品質で高性能のエレクトレット加工品を生産可能にした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。
【０００５】
【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、水を充満した耐圧容器に非導電性シートを浸漬すると共に、該水を加圧して前記非導電性シートに浸透させ、次いで該非導電性シートを乾燥処理してエレクトレット化するエレクトレット加工品の製造方法において、前記水として、イオン交換水、蒸留水または逆浸透膜濾過水から選ばれるいずれかを使用し、かつ、前記耐圧容器に水を充満させる前に該耐圧容器内部を減圧して前記非導電性シートを脱気処理することを特徴とするものである。
【０００６】
このように水を充満した耐圧容器に非導電性シートを浸漬し、その水を加圧して浸透処理するため、その加圧水が非導電性シート内部の隅々まで均等に分布するように浸透させることができる。したがって、これを乾燥処理することにより、高度かつ均一な電荷密度を有する高品質、高性能のエレクトレット加工品にすることができる。
【０００７】
上記の非導電性シートに対する水の浸透処理において、非導電性シートを予め脱気処理しておくと、水を一層内部にまで均等に分布させることが可能になり、さらに高品質、高性能のエレクトレット加工品にすることができる。
【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或いは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がよい。
【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及びトリアジン系添加剤の少なくとも１種を配合することが好ましい。このような添加剤を非導電性シートに含有させることにより、非導電性シートに対して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。
【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）、ハコク酸ジメチル−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が好ましい。
【００１４】
非導電性シートに対する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％の範囲にするのがよく、更に好ましくは０．７〜３重量％の範囲がよい。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は難しくなる。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。
【００１５】
また、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してもよい。
【００１６】
本発明において、非導電性シートのエレクトレット化のために浸透させる水としては、液体フィルター等により汚れを除去し、出来るだけ清浄にした水を使用することが重要である。特に、イオン交換水、蒸留水、逆浸透膜濾過水などの純水から選ばれるいずれかを使用することが重要である。純水の純度としては、導電率で１０³μＳ／ｍ以下であるものが好ましく、さらに好ましくは１０²μＳ／ｍ以下にしたものがよい。
【００１７】
上記水には水溶性有機溶剤を添加したものを使用することができる。水溶性有機溶剤を添加することにより、非導電性シートに対する水の浸透性を一層向上させることが可能になるからである。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、非導電性シートに対する水の浸透性を向上するために添加するので、一度シートに水を浸透させたら、なるべく早く気化させ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℃以上ある水溶性有機溶剤がよい。
【００１８】
水溶性有機溶剤の種類は、非導電性シートに対する水の浸透性を向上するものであ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、アルコール類またはケトン類は好ましく、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。
【００１９】
水に対する水溶性有機溶剤の濃度は、浸透性を向上する効果を奏すれば特に限定はされないが、好ましくは３〜１５重量％にするのがよい。特に、イソプロピルアルコールの場合は、３〜１０重量％の範囲が好ましい。
【００２０】
本発明において、非導電性シートに水を浸透させる処理は、耐圧容器に充満させた水中において、かつその水を加圧状態にして行う。水を加圧状態にすることにより、非導電性シートに対する水の浸透性が向上し、非導電性シート内部の隅々まで均一に分布するように浸透させることができる。そのため、乾燥処理後の非導電性シートを高性能なエレクトレット加工品にすることができる。
【００２１】
充満した水に対する加圧圧力は０．１〜５．０ＭＰａの範囲が好ましく、より好ましくは、０．５〜３．０ＭＰａの範囲がよい。加圧圧力が０．１ＭＰａよりも低くては、無加圧の場合との差を顕著にすることが難しい。また、５．０ＭＰａよりも高くしても、非導電性シートに対する水の浸透効果はほぼ飽和状態になるため、エネルギーの無駄になる。
【００２２】
非導電性シートを加圧状態にした水で浸透処理するに際して、予め非導電性シートを減圧下で脱気処理しておくことも重要なことである。このように脱気処理しておくことにより、非導電性シートを加圧状態の水に浸漬させたとき、水の浸透作用を一層効率よく行うことができる。脱気処理は、同一の耐圧容器内で水を満たす前に容器を減圧処理するようにすればよい。また、連続処理の場合には、加圧状態の水が充満する耐圧容器に非導電性シートを連続的に導入する前に、予め脱気処理する工程を設けるようにしておけばよい。
【００２３】
水を浸透処理した後の非導電性シートは、次いで乾燥処理すると表面に電荷を帯びた状態にエレクトレット化される。乾燥方法としては、従来公知の方法がいずれも適用可能である。例えば、熱風乾燥法、真空乾燥法、自然乾燥法等の方法が適用可能である。これらのうちでも熱風乾燥法は、連続処理が可能にであるため好ましい。
【００２４】
熱風乾燥法の場合は、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、熱風乾燥する前に、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過剰な水分を取り除いておくと効率のよい乾燥を行うことができる。
【００２５】
図１は、本発明のエレクトレット加工品の製造方法において、非導電性シートに水を浸透処理するための装置を例示したものである。
【００２６】
図１において、１は耐圧容器、２は浸透処理用の水Ｗを貯留した水槽、３は送水兼加圧を行うポンプである。
【００２７】
耐圧容器１には、多孔板又は金網などで支持面を構成した載せ台４が設けられ、その載せ台４の上に多数枚の非導電性シートＳが積み重ねられた積層体６０が設置される。また、耐圧容器１には吸気管５が連結され、その吸気管５は開閉弁５１を介して負圧源（図示せず）に連結されている。また、ポンプ３は、吸水管３１と供給管３２を介し、水槽２内の水Ｗを耐圧容器１側に供給すると共に、さらに水が充満後は加圧する作用を行う。
【００２８】
上記装置を使用して、非導電性シートＳに対する水の浸透処理は次のようにして実施される。
【００２９】
非導電性シートＳには、例えば合成繊維のメルトブロー不織布が使用され、かつ好ましくはヒンダードアミン系添加剤及び／又はトリアジン系添加剤を配合したものが使用される。また、水Ｗには純水が使用され、好ましくはイソプロピルアルコールなどの水溶性有機溶剤を添加した水溶液が使用される。
【００３０】
まず、まだ水Ｗを充填していない耐圧容器１の中の載せ台４に、非導電性シートＳの積層体６０を載せる。次いで、耐圧容器１を密閉状態にして開閉弁５１を開け、負圧源により容器内を減圧にする。この減圧により積層体６０内の非導電性シートＳに含有される空気が脱気される。
【００３１】
非導電性シートＳの脱気処理が終了すると、開閉弁５１を閉じ、次いでポンプ３を作動させて水槽２の水Ｗを耐圧容器１へ供給する。ポンプ３による水の供給は、耐圧容器１の内部に水Ｗが充満状態になった後も更に続け、その充満状態の水を加圧し、加圧圧力が０．１〜５．０ＭＰａの範囲になった状態で３０秒〜１２０分の範囲で維持する。
【００３２】
上記のように耐圧容器１内の水Ｗを加圧状態にすると、予め脱気処理された非導電性シートＳには水Ｗが内部に容易に浸透していき、その後の加圧圧力により一層内部の隅々まで均等に満遍なく水が浸透する。
【００３３】
一定時間の加圧状態による水の浸透処理を終了した後、耐圧容器１から水を排水し、非導電性シートＳを取り出し、それを乾燥処理する。この乾燥処理を終了すると、非導電性シートＳは表面に多量の電荷が帯電してエレクトレット化された状態になる。乾燥処理方法は、前述したいずれの方法であってもよい。
【００３４】
図２は、非導電性シートに水を浸透処理する他の実施形態を示す。図１では、枚葉状態の非導電性シートを積層して処理する場合を示したが、図２では、非導電性シートＳをロール体６１にして処理する場合を例示する。
【００３５】
非導電性シートＳはコア６に多層に巻き上げられたロール体６１になっており、このロール体６１を載せ台４の上に載置するようにしている。その他の構成は図１の場合と同じであり、浸透操作も同じに行えばよい。
【００３６】
ロール体６１のコア６は管材からなり、その管材は壁面を多孔構造にしたものが好ましい。コア６の壁面が多孔構造であることにより、水Ｗをロール体６１の内側からも水を浸透させることができるため、非導電性シート内部への浸透を良好にすることができる。
【００３７】
上述した各実施形態において、脱気処理は必ずしも必要とするものではない。しかし、この脱気処理工程を設けることにより、水を非導電性シートの一層内部の隅々まで均等に分布させることが可能になり、一層高品質で高性能のエレクトレット加工品にすることができる。
【００３８】
【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。
【００３９】
〔捕集性能〕
図３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１１の上流側にダスト収納箱１２を連結し、下流側に流量計１３、流量調整バルブ１４、ブロワ１５を連結している。また、サンプルホルダー１１にパーテクルカウンター１６が設けられ、このパーテクルカウンター１６を使用し、切替コック１７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。
【００４０】
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１２に充填し、サンプルＭをホルダー１１にセットし、風量をフィルター通過速度が６．５ｍ／分になるように流量調整バルブ１４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１６（リオン社製、ＫＣ−０１Ｂ）で１０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。
【００４１】
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繊維１００本について繊維径を測定し、その平均値を求めた。
【００４２】
実施例１
メルトインデックスＭＩが７００で、トリアジン系添加剤（チバガイギー製、キマリーブ９４４）を１％添加したポリプロピレンを原料とし、通常のメルトブロー法により、目付４０ｇ／ｍ²、平均繊維径２．０μｍのメルトブロー不織布を製造した。
【００４３】
上記メルトブロー不織布を、図１の装置を使用して、浸透用の水として逆浸透膜濾過水を使用して、下記の条件で浸透処理をしたのち、水切り後に８０℃で２０分間熱風乾燥して、エレクトレット化されたメルトブロー不織布を得た。
【００４４】
脱気処理：減圧圧力 −９８ｋＰａ，処理時間２分
浸透処理：加圧圧力３．０ＭＰａ，加圧時間５分
上記ようにして得られたエレクトレット化メルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９９．９９９７％と非常に高いレベルであった。
【００４５】
参考例１
実施例１において、脱気処理をしなかった以外は、実施例１と同一条件で含浸処理、乾燥処理してエレクトレット化メルトブロー不織布を得た。
【００４６】
このエレクトレット化メルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９９．９９７％と高いレベルであった。
【００４７】
比較例１
実施例１と同じメルトブロー不織布を原料として、高電圧印加装置により高電圧（＋２５ｋＶ）で印加処理した。
【００４８】
得られたメルトブロー不織布の捕集性能を測定したところ、９９．６％であり、実施例１、参考例１に比べて低いレベルであった。
【００４９】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、水を充満させると共に加圧状態にした耐圧容器において非導電性シートを浸透処理するため、その加圧した水を非導電性シート内部の隅々まで均等に分布するように浸透させることができることにより、高度かつ均一な電荷密度を有する高品質、高性能のエレクトレット加工品にすることができる。
【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に使用する浸透処理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に使用する浸透処理装置の他の一例を示す概略図である。
【図３】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。
【符号の説明】
１耐圧容器
２水槽
３ポンプ
４載せ台
５吸気管
６０（非導電性シートの）積層体
６１（非導電性シートの）ロール体
Ｓ非導電性シート

Claims

水を充満した耐圧容器に非導電性シートを浸漬すると共に、該水を加圧して前記非導電性シートに浸透させ、次いで該非導電性シートを乾燥処理してエレクトレット化するエレクトレット加工品の製造方法において、前記水として、イオン交換水、蒸留水または逆浸透膜濾過水から選ばれるいずれかを使用し、かつ、前記耐圧容器に水を充満させる前に該耐圧容器内部を減圧して前記非導電性シートを脱気処理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。
前記非導電性シートをロール状に巻き上げた状態で前記浸透処理を行うことを特徴とする請求項１記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記水に加える加圧圧力を０．１〜５．０ＭＰａにす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加工品の製造方法。
前記非導電性シートにヒンダードアミン系添加剤及びトリアジン系添加剤の少なくとも１種を０．５〜５重量％配合した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加工品の製造方法。
前記非導電性シートが合成繊維シートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエレクトレット加工品の製造方法。
前記合成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５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ことを特徴とする請求項７に記載のエレクトレット加工品の製造方法。