JP5577669B2

JP5577669B2 - 集塵装置

Info

Publication number: JP5577669B2
Application number: JP2009243010A
Authority: JP
Inventors: 秀直平沢; 亮加藤; 国彦蓑島; 健吾中原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: JP2011088059A

Description

本発明は、空気清浄の分野において空気中の粒子状浮遊物質を除去する電気式集塵装置に用いる電極板の製造方法に関する。

空気中に存在する粒子状浮遊物質、すなわち粉塵は喘息などの疾病の原因として知られており従来から除去の対象となる物質であったが、近年の研究において粒子径２．５マイクロメートル以下の粉塵（いわゆるＰＭ２．５）が肺ガンなどの疾病を誘起する可能性があるとの報告があり、捕集技術の更なる向上が求められている。その中で電気集塵技術を用いた集塵装置は粒子径がマイクロメートル以下の小粒径の粉塵を捕集することに優れていて、従来のフィルタ方式に比べて圧力損失が低く、送風装置への負担が小さいという利点がある。

従来、この種の集塵装置として、放電によって粉塵を帯電する荷電部を前段に設け、その後段に、電極板を積層し、交互に異なる電圧を印加して電場を形成して帯電した粉塵を捕集する集塵部を設けたものが知られている。集塵効率の確保に必要な高い電圧下では集塵部の電極板間に火花放電が発生する可能性があり、これを回避するための設計を考慮に入れる必要がある。この火花放電を防ぐ方法として、電極板に半導電性材料を用いる手法がある。

従来この手法の一例として、ベース樹脂と導電性材料と硬化剤を配合した混合物を半導電性材料として用いたものがある（例えば特許文献１参照）。

すなわち、電極板の母材となる樹脂基板等の表面に、半導電性混合材料を塗料として薄膜状に塗布し、塗膜が硬化することで半導電性電極を成すという使い方が想定できるものである。

このような半導電性材料を塗料として、母材に半導電性塗膜を形成した電極板について図６を用いて説明する。図６に示すように、電極板１０１は母材１０２と半導電性塗膜１０３で構成され、半導電性塗膜１０３はベース樹脂１０４と導電性材料１０５から成る。半導電性塗膜１０３の導電効果は、導電性材料１０５の粒子と粒子の連続的な接触によって成り立つが、ベース樹脂１０４の中に導電性材料１０５の粒子が分散しているため、粒子同士は必ずしも接触しているわけではなく、ベース樹脂１０４を介在して隣接しているものが多いと考えられる。ベース樹脂１０４の中における導電性材料１０５の存在比率と、導電性材料１０５の粒子同士の密接度合いによって、半導電性塗膜１０３の導電率は決まるため、集塵装置を構成する電極板１０１の極板間に高電圧が印加されても、そこに火花放電が生じないような適切な導電性が発現する、すなわち半導電性塗膜１０３の表面上に適切な電気的表面抵抗率が発現するように塗料と塗膜を設計すればよいということである。

特開平５−８８５１０号公報

塗料を混合する一般的な手順は、塗料の主体であるベース樹脂に導電性材料を混合して分散させ、最後に樹脂硬化剤を配合する。樹脂硬化剤を加えた後、ベース樹脂と樹脂硬化剤が結合して高分子化し、強固な塗膜を形成するというものであるが、このような一般的な手順の場合、樹脂硬化剤を加える前に、導電性材料の粒子がベース樹脂中に分散していくとき、導電性材料の隣接し合う粒子と粒子の間に電気的に絶縁性であるベース樹脂が介入することで、導電性材料の粒子間に電気的抵抗が生じ、出来上がる塗膜の導電率を効率よく高く引出すことができないという課題がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、導電性材料の粒子同士の接触を確保することで、配合した量の導電性材料から効率よく高い導電率を引出した半導電性塗膜を持つ電極板の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の半導電性電極板の製造方法は上記目的を達成するために、ベース樹脂と樹脂硬化剤を混合してこのベース樹脂を高分子化させる第一の工程の後に、第一の工程で得られた混合液に前記ベース樹脂の重量に対応させて金属酸化物の重量比を調整した導電性材料を分散させる第二の工程を有し、第二の工程で得る混合液を半導電性塗料として電極板母材に塗布し、前記塗布によって形成した塗膜を常温で一定時間放置し、加熱乾燥して集塵部を構成する電極板とすることを特徴とするものである。

本発明の半導電性電極板の製造方法によって、配合した量の導電性材料から効率よく高い導電率を引出せるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１のフロー図本発明の実施の形態２における混合液の放置時間と塗膜の表面抵抗率の関係を表すグラフ本発明の実施の形態３における塗膜乾燥前の放置時間と塗膜の表面抵抗率の関係を表すグラフ本発明の実施の形態４におけるベース樹脂重量に対する導電性材料の重量比と塗膜の表面抵抗率の関係を表すグラフ従来の工程で混合した塗料を用いて作製した塗膜の概念図従来の工程のフロー図

本発明の請求項１に記載の半導電性電極板の製造方法は、ベース樹脂と樹脂硬化剤を混合してこのベース樹脂を高分子化させる第一の工程の後に、第一の工程で得られた混合液に前記ベース樹脂の重量に対応させて金属酸化物の重量比を調整した導電性材料を分散させる第二の工程を有し、第二の工程で得る混合液を半導電性塗料として電極板母材に塗布し、前記塗布によって形成した塗膜を常温で一定時間放置し、加熱乾燥して集塵部を構成する電極板とすることを特徴とするものである。電極板上で導電率が安定するように半導電性塗膜を形成するためには、半導電性塗料の調合時に、粒子状の導電性材料が塗料の中に均一に分散するよう、ベース樹脂は流動性のある液状のものが用いられる。樹脂硬化剤は、塗膜を硬化させることで衝撃や薬品等に対する塗膜の耐久性を持たせるために配合するものであり、ベース樹脂の分子と樹脂硬化剤の分子が強固に結合しながら高分子化することで塗膜が硬化する。

着色用の塗料などにおいては通常、ベース樹脂に粒子状の着色顔料を混合して分散させ、最後に樹脂硬化剤を配合したものを塗料と、その塗料を生地へ塗装して塗膜を硬化させるものであり、本発明で言及する半導電性塗料の中の導電性材料というのは、着色用塗料の中の着色顔料に相当する。塗膜の内部において、導電性材料の粒子の濃度と粒子同士の接近度合いが、塗膜の導電率を決定付けるものであり、集塵装置の電極板間で高電圧印加時に火花放電が発生しないような適切な導電率を持つように導電性材料の配合量が設定されるものである。しかし、ベース樹脂に導電性材料を配合して分散させる第一の工程の後に、第一の工程で得られた混合液に、第二の工程として樹脂硬化剤を混合するという従来の方法は、第一の工程において電気的に絶縁性のベース樹脂が、導電性材料に浸透して粒子間に介入するため、導電性材料が形成する電気的なつながりが弱まり、最終的な塗膜内部の導電率は本来発揮しうる値よりも低くなる。つまり、投入した一定量の導電性材料で、できる限り高い導電性を発揮させようとした場合には、導電性材料はベース樹脂中に高度に分散しない方が好都合である。

本発明の方法は、ベース樹脂と樹脂硬化剤を第一の工程として混合するものであるが、これによりベース樹脂と樹脂硬化剤が結合して高分子化してゆく。その高分子化の最中に、第二の工程として導電性材料を配合することで、ベース樹脂の一部の高分子化したものは、導電性材料の粒子間に介入しにくくなって導電性材料の粒子同士の接触が適度に確保され、塗膜が硬化したときの塗膜の導電率が従来の方法で製造するよりも高くなると考えられる。しかし、ベース樹脂と樹脂硬化剤の結合が進むと、導電性材料の粒子の分散性が悪くなり、塗膜の導電率が十分に得られなくなるため、第一の工程と第二の工程の時間的間隔は短い方がよい。

第二の工程を終えて得られる混合液は、電極板の母材に塗布する半導電性塗料となるが、塗布の方法は例えばスクリーン印刷法があり、この方法を用いれば安定した薄膜を形成することが可能である。塗装後の塗膜におけるベース樹脂と樹脂硬化剤との結合を促進するために一定時間加熱し、塗膜を硬化させる。塗装してから乾燥工程に入るまでに、一定時間塗膜を常温に放置すると安定した導電率が得られ、その放置時間を長く設けるほど、最終的な塗膜の導電率が高くなる。

本発明の請求項２に記載の集塵装置は、集塵部と帯電部を備えた集塵装置であって、前記集塵部と前記帯電部は、請求項１記載の半導電性電極板の製造方法を用いて製造した半導電性電極板を有し、ベース樹脂をポリオール、樹脂硬化剤をポリイソシアネートとし、混合液における前記ベース樹脂の重量に対する金属酸化物の重量比を１．５０〜２．１８とし、前記半導電性電極板が１０の７乗〜１０の１２乗Ω／□の表面抵抗率を持つようにしたものである。一定間隔を開けて、適度な導電性すなわち、１０の７〜１２乗Ω／□オーダーの表面抵抗率を有する半導電性電極板を積層することができ、積層ごとに交互に異なる電圧を印加することで、電場を形成しながら火花放電が起こらない集塵部を構成することができる。上流側の帯電部で帯電させた粉塵を下流側の集塵部に導入することで粉塵を捕集することができる。表面抵抗率とは面方向に一定の電圧を印加した際に流れる電流から求められる電気抵抗値のことである。この表面抵抗率が１０の７乗Ω／□以下では火花放電が発生する確率が大幅に上昇し、また、１０の１３乗Ω／□以上では面に電圧を印加した際にそれだけの表面電位を得るための時間が３分以上と非常に長くかかることがわかっており、表面抵抗率を１０の７〜１２乗Ω／□オーダーとすることで火花放電をなくし、かつ高い集塵性能を得るための電場を形成することが可能となる。

（実施の形態１）
ベース樹脂としてアクリルポリオール樹脂、樹脂硬化剤としてポリイソシアネート樹脂、導電性材料としてアンチモンをドープした酸化スズを酸化チタン担体に担持させたものを選び、半導電性塗料を作製した。図１は塗料作製のフロー図である。初めにベース樹脂と樹脂硬化剤を７：３の重量比で混合し、混合液を得る。この混合工程を第一の工程と呼ぶ。次に、第一の工程で得た混合液に、その２倍量の導電性材料を混ぜ合わせ、これを第二の工程とした。ここで得た混合液を半導電性塗料とし、電極板の母材であるＰＥＴ樹脂の平板にスクリーン印刷法によって塗布した。印刷後、塗膜を３０分間常温に放置し、１００℃で２０分間加熱して、塗膜を硬化させた。常温に放置する時間は、実施の形態３に記述する通り、長いほどよいが、ここでは３０分間とした。この塗膜をサンプルＡとする。

比較用サンプルとして、従来の工程で塗料を混合したものも用意した。図６はその工程のフロー図で、以下の通りである。ベース樹脂と導電性材料を混合し、これを第一の工程とし、第一の工程で得た混合液に、樹脂硬化剤を混ぜ合わせ、これを第二の工程とする。各材料はすべてサンプルＡのときと同じで、同量配合した。ここで得る塗料を、サンプルＡのときと同様にしてＰＥＴ樹脂板に塗布して、塗膜を硬化させた。これをサンプルＢとする。

サンプルＡ、Ｂについて、それぞれの塗膜の導電性を、塗膜表面の表面抵抗率を測定することで評価した。その結果、サンプルＡの表面抵抗率は２．４×１０の７乗Ω／□、サンプルＢは１．３×１０の９乗Ω／□となり、本発明の工程によって、従来の工程に対して約５０倍の抵抗率の減少、すなわち導電率が約５０倍増加した。

（実施の形態２）
実施の形態１と同様にして、ベース樹脂としてアクリルポリオール樹脂、樹脂硬化剤としてポリイソシアネート樹脂、導電性材料としてアンチモンをドープした酸化スズを酸化チタン担体に担持させたものを用い、ベース樹脂と樹脂硬化剤を７：３の重量比で混合し、これを第一の工程とした。

次に、第二の工程として、第一の工程で得た混合液に、ある量の導電性材料を混ぜ合わせるが、ここで、導電性材料を混ぜ合わせる前に、混合液を一定時間放置した。放置することで、ベース樹脂と樹脂硬化剤の結合が進むため、それによって最終的に得られる塗膜の導電率、すなわち表面抵抗率が変化するどうかを確認した。放置する時間は、１０分から２４時間までの間で数点設けた。設定した放置時間が経過したら、混合液に導電性材料を混ぜ合わせて半導電性塗料とし、ＰＥＴ樹脂の平板にスクリーン印刷法によって塗布した。印刷後、塗膜を３０分間常温に放置し、１００℃で２０分間加熱して、塗膜を硬化させた。

図３は、第一の工程と第二の工程の間における混合液の放置時間と、塗膜の表面抵抗率との関係を表したグラフである。このグラフから、第一の工程と第二の工程の間の放置時間が長くなるほど塗膜の表面抵抗率が高くなるということが言える。したがって、より少ない導電性材料でより高い導電率をもつ塗膜を得るためには、第一の工程と第二の工程の間の放置時間は短い方がよい。

（実施の形態３）
ベース樹脂としてアクリルポリオール樹脂、樹脂硬化剤としてポリイソシアネート樹脂、導電性材料としてアンチモンをドープした酸化スズを酸化チタン担体に担持させたものを選び、半導電性塗料を作製した。初めにベース樹脂と樹脂硬化剤を７：３の重量比で混合し、これを第一の工程とした。次に、第一の工程で得た混合液に、ある量の導電性材料を混ぜ合わせ、これを第二の工程とした。ここで得た混合液を半導電性塗料とし、電極板の母材であるＰＥＴ樹脂の平板にスクリーン印刷法によって塗布した。印刷後、塗膜を一定時間常温に放置し、１００℃で２０分間加熱して、塗膜を硬化させた。印刷後から乾燥前にかけて塗膜を常温に放置する時間を変えた場合に、得られる塗膜の表面抵抗率がどのように変化するかを確認した。

図４は、塗膜乾燥前の放置時間と塗膜の表面抵抗率の関係をグラフに表したものである。グラフから、放置する時間が長くなるほど塗膜の表面抵抗率は低くなる傾向があるということが言える。

（実施の形態４）
ベース樹脂としてアクリルポリオール樹脂、樹脂硬化剤としてポリイソシアネート樹脂、導電性材料としてアンチモンをドープした酸化スズを酸化チタン担体に担持させたものを選び、半導電性塗料を作製した。初めにベース樹脂と樹脂硬化剤を７：３の重量比で混合し、これを第一の工程とした。次に、第一の工程で得た混合液に、導電性材料を混ぜ合わせ、これを第二の工程とした。導電性材料を混ぜ合わせる重量に関しては、ベース樹脂の配合量に対して、１．５０、１．６７、２．００、２．３３、２．８３倍の４水準を用意し、それぞれの配合で半導電性塗料を作製した。それぞれの塗料について、半導電性塗膜を形成し、表面抵抗率を測定した。

図５は、半導電性塗料中のベース樹脂重量に対する導電性材料の配合重量の比率に関して、塗膜の表面抵抗率を対数値で表したグラフである。導電性材料の配合比が小さくなるほど塗膜の表面抵抗率は急激に高くなる傾向であるが、集塵装置の集塵部を構成するための半導電性電極板に適した表面抵抗率である１０の７〜１２乗Ω／□を持つ塗膜を得るには、その比率が１．５０〜２．１８となる。

本発明にかかる電極板および集塵装置は、油が付着しても高い集塵性能を得ると同時に集塵部の火花放電を回避することが可能なため、高い集塵性能と安全性が求められる集塵装置、例えば工場のオイルミスト集塵機や家庭用空気清浄機、または給気型換気扇などに搭載する集塵デバイスとして有用である。

１０１電極板
１０２母材
１０３半導電性塗膜
１０４ベース樹脂
１０５導電性材料

Claims

ベース樹脂と樹脂硬化剤を混合してこのベース樹脂を高分子化させる第一の工程の後に、第一の工程で得られた混合液に前記ベース樹脂の重量に対応させて金属酸化物の重量比を調整した導電性材料を分散させる第二の工程を有し、第二の工程で得る混合液を半導電性塗料として電極板母材に塗布し、前記塗布によって形成した塗膜を常温で一定時間放置し、加熱乾燥して集塵部を構成する電極板とする半導電性電極板の製造方法。
集塵部と帯電部を備えた集塵装置であって、前記集塵部と前記帯電部は、請求項１記載の半導電性電極板の製造方法を用いて製造した半導電性電極板を有し、ベース樹脂をポリオール、樹脂硬化剤をポリイソシアネートとし、混合液における前記ベース樹脂の重量に対する金属酸化物の重量比を１．５０〜２．１８とし、前記半導電性電極板が１０の７乗〜１０の１２乗Ω／□の表面抵抗率を持つようにした集塵装置。