(57)【要約】【課題】特にトナー粒子の様な、一方の極性に荷電した粒子の捕集において優れた性能を発揮するエレクトレット体及び気体浄化用フィルターを提供する。【解決手段】（Ａ）２種類以上の繊維を含有し、帯電電荷量の絶対値が１．０×１０-8クーロン／ｇ以上であるエレクトレット、（Ｂ）摩擦帯電によって製造する事を特徴とする（Ａ）に記載のエレクトレットフィルター、（Ｃ）ポリオレフィン系繊維を使用する事を特徴とする（Ａ）あるいは（Ｂ）に記載のエレクトレット、（Ｄ）（Ａ）〜（Ｃ）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ー。【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類以上の繊維を含有し、帯電電荷量の絶対値が１．０×１０-8クーロン／ｇ以上であるエレクトレット。
【請求項２】
摩擦帯電によって製造する事を特徴とする請求項１に記載のエレクトレットフィルター。  
【請求項３】
ポリオレフィン系繊維を使用する事を特徴とする請求項１あるいは２に記載のエレクトレット。
【請求項４】
請求項１〜３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ー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に気体中のトナー等の単一極性帯電粒子を高い効率で捕集する事が出来るエレクトレット、及びそれを用いた気体浄化フィルター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、一般に気体浄化フィルター等の分離材料、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。
【０００３】
気体浄化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微細塵や帯電粒子を高効率で除去する事が出来るという特徴を有する。この分野で用いられるエレクトレットを構成する誘電材料はポリプロピレン、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樹脂、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樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成高分子材料等高い電気抵抗率を有する材料である。
【０００４】
エレクトレットの製造方法としては不織布或いはフィルムに対してコロナ放電などにより高電圧を印加する方法や、二種以上の異なる繊維を摩擦させ、その際に生ずる摩擦帯電を利用する方法が従来用いられている。前者については繊維或いはフィルム内で正電荷と負電荷が存在する分極が起こっており、後者については帯電列に従い一方の繊維が正、もう一方の繊維が負に帯電している。いずれの場合もエレクトレット内の正電荷と負電荷の数がほぼ同一、つまりエレクトレット全体で見ると電気的にほぼ中性である。
【０００５】
ところでコピー機やプリンター、ファックス等の印字にはトナーが用いられている。トナーは一般にカーボンブラック等で黒色に着色した樹脂微粒子であり、装置から排出されると周囲の美観を損ねたり、電子機器等の誤作動の原因となったり、健康に影響を与えたりする恐れがある。よって排出経路にフィルターを設置してトナーを捕集しその排出を防ぐ手段が有効である。特に最近の高画質化においてトナーは小粒径化の方向にあり、よりトナーを効率的に捕集するフィルターへの要望が高まっている。エレクトレットはその静電気力によりトナーを高効率で捕集するフィルターの材料として期待出来、適用が検討されて来た（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
ところが一般的な気体浄化フィルターの捕集対象である気体中の微細塵や粉塵等の粒子は正電荷と負電荷の数がほぼ同一、つまり全体で見ると電気的にほぼ中性であるのに対して、多くのトナー粒子は正或いは負どちらか一方に偏った極性で帯電している。その為、トナーの様な単一極性帯電粒子を捕集する際にフィルター材料として前記のエレクトレットを用いる場合、フィルターが粒子と同一の極性に帯電している部分では粒子との反発が起こる為捕集には無効であり、粒子と逆の極性で帯電している部分か、全く帯電していない部分のみが捕集に有効である。前記の様にエレクトレット上に存在する正電荷と負電荷の数は基本的にほぼ同一である事を考えるとエレクトレットのかなりの部分がトナー粒子の捕集には寄与していない事になり、その結果として捕集効率が低くなる点が問題である。
【０００７】
上記の様な問題を解決する手段として、シートが保有する正負の電荷量の差が大きいエレクトレットを用いる事がある（例えば特許文献２及び特許文献３参照）。しかし該文献においてはコロナ放電を用いた高電圧印加という方法が用いられており、単一材料内の分極のバランスが若干崩れた結果電荷量の偏りはあるものの、正負両方の電荷がそれぞれ相当数存在すると考えられ、やはりトナー捕集には有効ではない部分を多く含むエレクトレットしか得る事が出来ない。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−１８３８５号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８７０１２号公報
【特許文献３】特開平０５−２２６１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は上記公知のエレクトレットの問題を解決し、トナー等の単一極性に帯電した粒子について高い捕集効率を有するエレクトレット及びそれを利用した気体浄化フィルターを提供することにある。
【００１０】
即ち、除去対象粒子とは逆の極性で帯電した部分を多く有するエレクトレット及びそれを利用した気体浄化フィルターを作成する事が本発明の課題である。
【００１１】
本発明者は上記課題を解決する為にエレクトレットの作成方法を種々検討した結果、２種類以上の繊維から成る帯電電荷量の絶対値が１．０×１０-8クーロン／ｇ以上であるエレクトレットが、コロナ放電等従来の方法で製造したエレクトレットより高いトナー捕集性能を有する事を見出した。このエレクトレットは、その帯電電荷の極性の多くが除去対象のトナーとは逆の極性である為、高いトナー捕集性能を有すると考えられた。
【００１２】
本発明者らは上記の知見を基に更に重ねて検討した結果、本発明に到達したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明は２種類以上の繊維を含有し、捕集対象である荷電粒子の極性と逆の極性に偏って帯電しているエレクトレット、及びそれを含む気体浄化フィルターを提供するものである。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態は、前記エレクトレットの帯電電荷量の絶対値が１．０×１０-8クーロン／ｇ以上である事である。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態は、前記エレクトレットが摩擦帯電により製造される事である。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態は、前記エレクトレットがポリオレフィン系繊維を含む事である。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態は、気体浄化フィルター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である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明におけるエレクトレット体及び気体浄化用フィルターは、特にトナー粒子の様な、一方の極性に荷電した粒子の捕集において優れた性能を発現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】
【００１９】
本発明では、捕集対象である単一極性粒子を高効率で捕集する為に、その粒子の帯電極性と同一極性の電荷をエレクトレットから除く必要がある。その為には二種以上の異なる繊維からエレクトレットを構成し、繊維間の電荷保持特性の違い等を利用して粒子の帯電極性と同一極性の電荷を積極的に漏洩させる方法が好ましく用いられる。その方法は特に限定しないが、長時間放置して電荷漏洩の速度がより大きい繊維上の電荷を積極的に漏洩させる方法、或いは高湿度雰囲気に曝露して、高湿度条件下で電荷漏洩の速度がより大きい繊維上の電荷を積極的に漏洩させる方法が好ましく用いられる。一般的に固有電気抵抗値が低い材料は電荷の漏洩速度がより大きく、公定水分率が高い、つまり吸水性が高い材料は高湿条件下での電荷漏洩速度がより大きい傾向にある。高湿度雰囲気に曝露する手段については特に限定はしないが、エレクトレットを高湿漕に一定時間入れるバッチ式の方法、あるいは帯電工程に高湿漕を設置して連続的に処理する連続式の方法のいずれもが好ましく用いられる。電荷漏洩に必要な長時間放置や高湿度雰囲気暴露の時間、及び雰囲気の湿度については特に限定しないが、最終的にエレクトレットが達する帯電電荷量と製造上、実用的な処理速度を鑑みて決定する事が好ましい。
【００２０】
本発明で用いられるエレクトレットの帯電電荷の極性については、捕集対象である単一極性帯電粒子の帯電極性と逆である必要がある。エレクトレットの帯電電荷量の絶対値は１．０×１０-8クーロン／ｇ以上である事が好ましく、１．２×１０-8クーロン／ｇ以上であるとより好ましい。もしエレクトレットの帯電電荷量の絶対値が１．０×１０-8クーロン／ｇに満たない場合は捕集対象である単一極性帯電粒子と同一極性の帯電電荷の漏洩が十分でなく、捕集時にその電荷と捕集対象が反発し合う為、十分高い捕集効率を得ることが出来ない。
【００２１】
本発明において、捕集対象の単一極性帯電粒子の帯電極性やエレクトレットの帯電極性や帯電量を測定する為の方法は特に限定はしないが、エレクトロメーターにファラデーカップ、つまり互いを絶縁した二重の金属カップを接続し、内側のカップに目的の粒子やエレクトレットを入れ、外側にあるカップに生じる誘導電荷を計測する手段が好ましく用いられる。
【００２２】
本発明で用いられる繊維材料種については特に限定される物ではなく、最終的にエレクトレットが有する電荷の極性や帯電電荷量の絶対値を鑑みて決定する事が望ましい。その為には前に述べた様に固有電気抵抗値や公定水分率がそれぞれ大きく異なる繊維材料を組み合わせて用いるという方法がある。例えばポリプロピレンやポリエチレンの様なポリオレフィン系繊維材料は一般的に固有電気抵抗値が高い上、公定水分率が低く、高湿雰囲気下でも吸湿しにくい為電荷漏洩が起こりにくい。よってポリオレフィン系繊維材料と、他の固有電気抵抗値が低い、或いは公定水分率が高い繊維とを組み合わせる方法もある。ポリオレフィン系繊維材料は特に限定されるものではなくポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、エチレン−ポリプロピレン共重合体、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が用いられ、特にポリエチレン、ポリプロピレンが好ましく用いられる。ポリオレフィン系繊維材料を用いる場合も、組み合わせる繊維材料は特に限定せず、アクリル、モダクリル、綿、ポリエステル、ポリイミド等いずれも好適に用いる事が出来る。
【００２３】
本発明におけるエレクトレットを製造する手段は特に限定せず、帯電させる前にシート状にする方法、帯電させると同時にシート状にする方法、或いは帯電後にシート状にする方法のいずれでも構わない。シート状にする方法としては従来知られているメルトブロー法、スパンボンド法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法、スパンレース法等のいずれも好ましく用いられる。
【００２４】
一般に繊維は加工性を良好にする為に潤滑剤や帯電防止剤など各種の油剤が塗布されているが、繊維上に油剤が付着したままでは摩擦させても十分に帯電しない。従って本発明において、使用する繊維上に油剤が付着している場合は帯電させる前に繊維から油剤を除去しておく事が有効である。洗浄の方法としては水、温水、アルコール等の溶剤を用いる方法、更に非イオン系の洗浄剤等を併用する等の手段がある。油剤除去の程度に関しては、ＪＩＳ Ｌ−１０１５化学ステープル試験方法に記載されているメタノール抽出分法で測定して０．２％未満であれば油剤が除去されているとみなす事が出来る。
【００２５】
本発明におけるエレクトレットの目付は５〜３００ｇ／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ー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。
【００２６】
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。
【００２７】
本発明で用いられるエレクトレットの製造法は特に限定される物ではなく、不織布或いはフィルムに対してコロナ放電などにより高電圧を印加する方法や、二種以上の異なる繊維を摩擦させ、その際に生ずる摩擦帯電を利用する方法等がある。中でも摩擦帯電の場合は基本的に繊維材料によって異なる極性で帯電する為に、繊維材料間の電荷漏洩によって一方の極性に偏った電荷を持つエレクトレットを製造し易い。摩擦帯電させる方法についても特に限定しないが、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等がいずれも好ましく用いられる。
【００２８】
本発明のエレクトレットの使用方法については特に限定しないが、本発明の気体浄化フィルターは、上記エレクトレットのシートをプリーツ状や波状、ハニカム状に成型してなる事が好ましい。なお、その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。
【実施例】
【００２９】
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。
【００３０】
実施例及び比較例中のトナー捕集効率の値は以下の様に測定・算出した。空気中にトナー粒子をフルダイズドベッドエアロゾルジェネレーターにより供給し、トナー粒子を１ｃｃ当たり０．５ｇ含む空気を調整した。そのトナー含有空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５ｃｍ／秒で通過させた。エレクトレットの下流部には、エレクトレットを透過したトナー粒子を全て捕集する高性能のアブソリュートフィルターを設置した。上流から１分間トナー粒子を供給し、供給前後のエレクトレット及びアブソリュートフィルターの重量を測定し、エレクトレットの重量増加分をエレクトレットのトナー捕集量、アブソリュートフィルターの重量増加分をエレクトレットのトナー透過量とし、エレクトレットのトナー捕集効率を下記の式を用い算出した。
トナー捕集効率（％）＝｛１−トナー透過量／（トナー捕集量+トナー透過量）｝×１００
【００３１】
トナー捕集効率の測定に用いるトナーの極性、及びエレクトレットの極性と帯電電荷量の判定についてはファラデー・ケージＴＲ８０３１（アドバンテスト社）を振動容量型エレクトロメーターＴＲ８４０１（アドバンテスト社）に接続し、電荷測定モードにて測定を行った。トナーの場合はファラデー・ケージ内に５ｇを投入し、その計測値の正負によって正極性トナーか負極性トナーかを判断した。正極性トナー（平均粒径３μｍ）と負極性トナー（平均粒径３μｍ）をそれぞれ用いた。エレクトレットの場合は直径７２ｍｍの円形にカットしてファラデー・ケージ内に投入し、その測定値と測定したエレクトレットの重量から下記の式を用いエレクトレット１ｇ当たりの帯電電荷量（単位はクーロン／ｇ）を算出した。
エレクトレットの帯電電荷量（クーロン／ｇ）＝帯電電荷量測定値（クーロン）／測定に用いたエレクトレットの重量（ｇ）
【００３２】
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５ｃｍ／秒で通風した場合での値で、差圧計を用いて測定した。
【００３３】
（実施例１）
繊維径１８μｍ・繊維長５１ｍｍのポリプロピレン短繊維と繊維径１３μｍ・繊維長５１ｍｍのポリイミド短繊維とを重量比１：１で混合し、カーディング及びニードルパンチを用いて不織布シート化した。シートをノニオン系界面活性剤を用いて洗浄後、乾燥した。ＪＩＳ Ｌ−１０１５化学ステープル試験方法に記載されているメタノール抽出分法で測定して残留油剤がシートに対して０．１５重量％と０．２重量％未満である事が確認された。このシートをニードルパンチし摩擦帯電させ、得られたエレクトレットを恒温恒湿機内で５０℃・相対湿度８０％（絶対湿度６．７％）の高湿気体雰囲気下において２４時間放置後、５０℃で４時間乾燥した。目付６９ｇ／ｍ2、圧力損失２４Ｐａ、荷電電荷量が＋１．２×１０-8クーロン／ｇのエレクトレットが得られ、正極性のトナーでトナー捕集効率を測定したところ、５５％と高い値であった。
【００３４】
（実施例２）
繊維径１８μｍ・繊維長５１ｍｍのポリプロピレン短繊維及び繊維径１４μｍ・繊維長５１ｍｍのアクリル短繊維を重量比１：１で混合し、カーディング及びニードルパンチを用いて不織布シート化した。シートをノニオン系界面活性剤を用いて洗浄後、乾燥した。ＪＩＳ Ｌ−１０１５化学ステープル試験方法に記載されているメタノール抽出分法で測定して残留油剤がシートに対して０．１８重量％と０．２重量％未満である事が確認された。このシートをニードルパンチし摩擦帯電させ、得られたエレクトレットを恒温恒湿機内で３０℃・相対湿度８０％（絶対湿度２．１％）の高湿気体雰囲気下において２４時間放置後、５０℃で４時間乾燥した。目付７２ｇ／ｍ2、圧力損失２２Ｐａ、荷電電荷量が−１．１×１０-8クーロン／ｇの負極性のエレクトレットが得られ、正極性のトナーでトナー捕集効率を測定したところ、６０％と高い値であった。
【００３５】
（比較例１）
繊維径１８μｍ・繊維長５１ｍｍのポリプロピレン短繊維と繊維径１３μｍ・繊維長５１ｍｍのポリイミド短繊維とを重量比１：１で混合し、カーディング及びニードルパンチを用いて不織布シート化した。シートをノニオン系界面活性剤を用いて洗浄後、乾燥した。ＪＩＳ Ｌ−１０１５化学ステープル試験方法に記載されているメタノール抽出分法で測定して残留油剤がシートに対して０．１５重量％と０．２重量％未満である事が確認された。このシートをニードルパンチし摩擦帯電させ、得られたエレクトレットを荷電後、１時間放置したところ、目付６９ｇ／ｍ2、圧力損失２４Ｐａ、荷電電荷量が＋０．３×１０-8クーロン／ｇのエレクトレットが得られ、正極性のトナーでトナー捕集効率を測定したところ、４６％と低い値であった。
【００３６】
（実施例２）
繊維径１８μｍ・繊維長５１ｍｍのポリプロピレン短繊維及び繊維径１４μｍ・繊維長５１ｍｍのアクリル短繊維を重量比１：１で混合し、カーディング及びニードルパンチを用いて不織布シート化した。シートをノニオン系界面活性剤を用いて洗浄後、乾燥した。ＪＩＳ Ｌ−１０１５化学ステープル試験方法に記載されているメタノール抽出分法で測定して残留油剤がシートに対して０．１８重量％と０．２重量％未満である事が確認された。このシートをニードルパンチし摩擦帯電させ、得られたエレクトレットを１時間放置したところ、目付７２ｇ／ｍ2、圧力損失２２Ｐａ、荷電電荷量が−０．３×１０-8クーロン／ｇの負極性のエレクトレットが得られ、正極性のトナーでトナー捕集効率を測定したところ、５０％と低い値であった。
【００３７】
（比較例３）
繊維径１８μｍ・繊維長５１ｍｍのポリプロピレン短繊維をカーディング及び通常の金属性のニードルパンチを用いて不織布シート化した。シートをノニオン系界面活性剤を用いて洗浄後、乾燥した。ＪＩＳ Ｌ−１０１５化学ステープル試験方法に記載されているメタノール抽出分法で測定して残留油剤がシートに対して０．１１重量％と０．２重量％未満である事が確認された。得られた不織布を＋２０ＫＶ／ｃｍにて１分間のコロナ放電を実施して静電性の付与を行ったところ、目付７２ｇ／ｍ2、圧力損失３２Ｐａ、荷電電荷量が＋０．２×１０-10クーロン／ｇのエレクトレットが得られ、荷電後１時間で負極性のトナーでトナー捕集効率を測定したところ、３５％と実施例１より低い値であった。
【００３８】
（比較例４）
比較例３と同様の方法で不織布シートを作成し、得られた不織布を＋２０ＫＶ／ｃｍにて１分間のコロナ放電を実施して静電性の付与を行ったところ、目付７１ｇ／ｍ2、圧力損失３２Ｐａ、荷電電荷量が＋０．２×１０-10クーロン／ｇのエレクトレットが得られ、荷電後１時間で正極性のトナーでトナー捕集効率を測定したところ、３１％と低い値であった。
【００３９】
【表１】
2006097190.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明におけるエレクトレット体及び気体浄化用フィルターは、特にトナー粒子の様な、一方の極性に荷電した粒子の捕集において優れた性能を発現することが可能であり、近年急速に普及しているコピー機やプリンター、ファックス等の用途におけるトナーの小粒子化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。