(57)【要約】【課題】多孔性誘電体シートにおいて、その内部まで十分に、かつ、高度にエレクトレット化されたエレクトレット濾材の製造方法を提供する。【解決手段】ｐＨ７を超える水溶液を、該水溶液が多孔性誘電体シート内を通過するのに十分な圧力で噴射させ、次いでこれを乾燥させてエレクトレット濾材を製造する。該多孔性誘電体シートは、ヒンダードフェノール系安定剤、硫黄系安定剤、リン系安定剤、脂肪酸金属塩、結晶核剤のうち少なくとも一種類の添加剤を含有することが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性誘電体シートに、ｐＨ７を超える水溶液を、該水溶液が多孔性誘電体シート内を通過するのに十分な圧力で噴射させ、次いで乾燥することを特徴とするエレクトレット濾材の製造方法。
【請求項２】
多孔性誘電体シートがヒンダードフェノール系安定剤、硫黄系安定剤、リン系安定剤、脂肪酸金属塩、結晶核剤のうち少なくとも一種類の添加剤を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濾材の製造方法。
【請求項３】
ヒンダードフェノール系安定剤、硫黄系安定剤、リン系安定剤、脂肪酸金属塩、結晶核剤のうち少なくとも一種類の添加剤含有量が、多孔性誘電体シート１００重量部に対して０．０１〜５重量部であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のエレクトレット濾材の製造方法。
【請求項４】
水溶液噴射よりも前に、多孔性誘電体シートに直流コロナ荷電処理を施すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエレクトレット濾材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体中の微粒子の捕捉に用いられるエレクトレット濾材の、改良された製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多孔性誘電体シートをエレクトレット化する従来の技術として、直流コロナ荷電法、水流噴霧荷電法等が挙げられる。
【０００３】
直流コロナ荷電法は、正もしくは負のコロナイオンを多孔性誘電体シートに衝突させることによりエレクトレット化する方法である。しかしながら、この方法では、多孔性誘電体シートの表層部分、すなわち、コロナイオンに曝されている部分にのみ電荷が蓄積してしまう。そして、その蓄積電荷により形成される反発電界により、コロナイオンが多孔性誘電体シート内部まで浸透することができず、その結果、多孔性誘電体シート内部まで十分に荷電されないという欠点を有する。
【０００４】
特表平９−５０１６０４号公報には、水の噴流または水滴流を多孔性誘電体シートに衝突させることによりエレクトレット化する方法が開示されている。多孔性誘電体シートに衝突させる水としては、蒸留水、イオン交換水といったより純度の高い水を使用するのが好ましいとの記載があるが、そのような高純度の水では、多孔性誘電体シートと水との接触による荷電効果は低く、多孔性誘電体シートを高度にエレクトレット化することはできない。
【０００５】
特開２００２−１１５１７７号公報には、非導電性シートに水と水溶性有機溶剤との混合溶液を付与し、次いで該非導電性シートを乾燥するエレクトレット加工品の製造方法について開示されている。水と水溶性有機溶剤との混合溶液において、水としては、蒸留水、イオン交換水といったより純度の高い水を使用するのが好ましいとの記載があるが、そのような水では、非導電性シートと混合溶液との接触による荷電効果は低い。また、非導電性シートへの浸透性を高める目的で水溶性有機溶剤を混合しているため、非導電性シートと混合溶液との接触角が小さくなり、シート上の蓄積電荷が混合溶液中に流出しやすくなる。その結果、非導電性シートを高度にエレクトレット化できないという欠点を有する。
【０００６】
【特許文献１】
特表平９−５０１６０４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１５１７７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を鑑みて、多孔性誘電体シートにおいて、その内部まで十分に、かつ、高度にエレクトレット化されたエレクトレット濾材の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多孔性誘電体シートに、ｐＨ７を超える水溶液を、該水溶液が多孔性誘電体シート内を通過するのに十分な圧力で噴射させ、次いで乾燥するエレクトレット濾材の製造方法に関する。本発明者らは鋭意研究した結果、前記水溶液がｐＨ７を超える場合、多孔性誘電体シートがより高度にエレクトレット化されることを見出した。該水溶液では多孔性誘電体シートへの浸透性が比較的低く、多孔性誘電体シート上の蓄積電荷の流出が生じないため、高度なエレクトレット化が実現できるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で処理することのできる多孔性誘電体シートとしては、繊維シート（例えば、織物、編み物、不織布、及び、これらの複合体）、多孔フィルム（例えば、穴開きフィルム）、発泡体、或いはこれらの複合体などがある。好ましくは、メルトブロー法により作製された極細繊維不織布である。極細繊維不織布は繊維表面積が大きいため、粒子捕集効率が向上する。
【００１０】
被荷電処理体としての多孔性誘電体シートは、一枚、あるいは、複数枚積層した構成であってもよい。またシート強度を高めるためにスパンボンド等の補強材を積層して水溶液噴射処理を施してもよい。
【００１１】
多孔性誘電体シートの材質としては、一種類、あるいは、複数の種類から構成されてもよいが、電荷保持の点から体積抵抗率１０14Ωｃｍ以上の材質を少なくとも一種類以上含むことが好ましい。もし、該多孔性誘電体シートが体積抵抗率１０14Ωｃｍ未満の材質のみで構成されていれば、電荷が蓄積しにくく、高度にエレクトレット化することはできない。また、電荷寿命が極端に短くなってしまうという問題が生じる。具体的な材質としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等であるが、ポリオレフィンが好ましく、なかでもポリプロピレンが特に好ましい。
【００１２】
本発明における多孔性誘電体シートが、ポリプロピレンからなるメルトブロー不織布の場合、目付は５〜１００ｇ／ｍ2であり、好ましくは１０〜６０ｇ／ｍ2である。平均繊維径は１〜２０μｍであり、好ましくは１〜１０μｍである。
【００１３】
多孔性誘電体シートに噴射する水溶液は、ｐＨ７を超えることが必須である。
ｐＨ７以下の水溶液を使用した場合は、多孔性誘電体シートを高度にエレクトレット化することができない。水溶液の種類については特に限定するわけではないが、好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、次亜塩素酸塩、アンモニア、アンモニウム塩、アミン類、炭酸塩、炭酸水素塩等が溶解している水溶液が挙げられる。なお、界面活性剤や有機溶剤は多孔性誘電体シートへの水溶液の浸透性を高めるだけでなく、多孔性誘電体シート表面に被膜を形成し、多孔性誘電体シートの高エレクトレット化を妨げるため、該水溶液中に含有されるべきではない。
【００１４】
本発明において多孔性誘電体シートに前記水溶液を噴射する場合、シートを通気度５０〜４００ｃｍ3／ｃｍ2／秒の網状支持体に載せ、この上方より水溶液を噴射するとともに、該網状支持体の下方を減圧状態とすることが好ましい。通気度はＪＩＳ−Ｌ１０９６に記載のフランジール形試験機を用いて測定される。網状支持体とは具体的には金属ヤーンやプラスチックヤーンの織物からなる多孔構造物であり、平織り、綾織り、朱子織りなどの織り形状が挙げられる。金属素材としてはステンレス、ブロンズ等、またプラスチック素材としてはポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイドなどがある。
【００１５】
水溶液の噴射は多孔性誘電体シートの数ｃｍ上方に設置した、シートの幅方向に沿って多数のオリフィスを有するノズルより、水溶液が該シートを通過するのに十分な圧力で噴射する。通過するのに十分な圧力は、多孔性誘電体シートの目付によって異なる。例えば、目付が５〜２０ｇ／ｍ2のものでは、０．３〜２ＭＰａ、２０〜５０ｇ／ｍ2のものでは、０．６〜３ＭＰａ、５０〜１００ｇ／ｍ2のものでは、１〜４ＭＰａであることが好ましい。圧力が高すぎると、多孔性誘電体シートにピンホールが開き、濾過性能が低下してしまう。また圧力が低すぎることが原因で多孔性誘電体シート内を水溶液が十分に通過することができなければ、多孔性誘電体シートを高度にエレクトレット化することができない。ノズルは直径０．０５〜０．２ｍｍのオリフィスをピッチ０．５〜３ｍｍで１列あるいは複数列配置したものが好ましい。また網状支持体を可動とし、多孔性誘電体シートをその長手方向に搬送させることにより噴射処理を連続的に行うことが出来る。その搬送速度は特に限定されないが、好ましい範囲を挙げると１〜１００ｍ／分である。また最適な噴射回数や処理面（片面か両面か）は多孔性誘電体シートの目付や平均繊維径に依存するため特に限定されない。
【００１６】
また水溶液の噴射と同時に、網状支持体の下方を、排気ブロアー等を用いて減圧状態とすることが好ましい。吸引負圧は特に限定されないが、２００〜２０００ｍｍＡｑが好適である。減圧状態にすると、多孔性誘電体シート内を水溶液が十分に通過でき、多孔性誘電体シートを高度にエレクトレット化することができる。
【００１７】
多孔性誘電体シートに水溶液噴射処理した後の乾燥方法については、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消失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過剰な水分を取り除いておくと、より好ましい。
【００１８】
多孔性誘電体シートにはヒンダードフェノール系安定剤、硫黄系安定剤、リン系安定剤、脂肪酸金属塩、結晶核剤のうち少なくとも一種類の添加剤が含有されることが好ましい。これらの添加剤を含有することにより、多孔性誘電体シートのエレクトレット性が飛躍的に向上する。
【００１９】
上記ヒンダードフェノール系安定剤として、特に限定するわけではないが、具体的には、ペンタエリスリチル−テトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］（Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０、チバガイギー社製）、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート（Ｉｒｇａｎｏｘ１０７６、チバガイギー社製）、トリス−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）−イソシアヌレイト（Ｉｒｇａｎｏｘ３１１４、チバガイギー社製）、３，９−ビス−｛２−［３−（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）−プロピオニルオキシ］−１，１−ジメチルエチル｝−２，４，８，１０−テトラオキサスピロ−［５，５］ウンデカン（スミライザーＧＡ−８０、住友化学社製）等が挙げられる。
【００２０】
上記硫黄系安定剤として、特に限定するわけではないが、具体的には、ジ−ラウリル−３，３−チオジプロピオン酸エステル（ＤＬＴＤＰ）、ジ−ステアリル−３，３−チオジプロピオン酸エステル（ＤＳＴＤＰ）等が挙げられる。
【００２１】
上記リン系安定剤として、特に限定するわけではないが、具体的には、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト（Ｉｒｇａｆｏｓ１６８、チバガイギー社製）、ジ（２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェニル）−ペンタエリストール−ジフォスファイト（ＰＥＰ−３６、旭電化社製）、９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−フォスファフェナントレン−１０−オキサイド（ＨＣＡ、三光社製）等が挙げられる。
【００２２】
上記脂肪酸金属塩として、特に限定するわけではないが、直鎖状脂肪酸基を有するものが好ましい。また脂肪酸基は炭素数１０〜２０のものが好ましい。具体的には、ラウリル酸アルミニウム、ミリスチン酸アルミニウム、パルミチン酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、ラウリル酸マグムシウム、ミリスチン酸マグムシウム、パルミチン酸マグムシウム、ステアリン酸マグムシウム等が挙げられる。
【００２３】
上記結晶核剤として、特に限定するわけではないが、具体的にはリン酸ビス（４−ｔ−ブチルフェニル）ナトリウム（ＮＡ−１０、旭電化社製）、リン酸２，２'−メチレンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ナトリウム（ＮＡ−１１、旭電化社製）、ロジン系結晶核剤パインクリスタルＫＭ−１５００（荒川化学社製）等が挙げられる。
【００２４】
上記添加剤の含有量は、多孔性誘電体シート１００重量部に対して、０．０１〜５重量部であり、好ましくは０．０２５〜４重量部、最も好ましくは０．１〜３重量部である。含有量が少ないとエレクトレット化効果が十分ではなく、逆に含有量が多くても効果は飽和し、ブリードアウトするため好ましくない。
【００２５】
水溶液噴射処理を施す前に行う多孔性誘電体シートの前処理として、直流コロナ荷電処理を行うことが好ましい。直流コロナ荷電処理により予めシート表層部分に電荷を蓄積させておけば、水溶液噴射処理によりシート内部のみを荷電すればよいため、少ない処理回数で短時間に、かつ、高度にエレクトレット化することができる。
【００２６】
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示す。下記では多孔性誘電体として従来公知の方法で製造されるメルトブローン不織布を使用したが、これは本発明方法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。
【００２７】
（水溶液のｐＨ測定方法）
電極として低導電率水・非水溶媒用ｐＨ電極（ＨＯＲＩＢＡ製６３７７−１０Ｄ）を使用し、ＪＩＳ−Ｚ８８０２に記載のｐＨ測定方法に準じて、水温２５℃の条件で、調製した水溶液のｐＨを測定した。
【００２８】
（水溶液噴射処理）
多孔性誘電体シートを通気度１２０ｃｍ3／ｃｍ2／秒の網状支持体（９６メッシュ）に載せ、不織布の上方２ｃｍに位置する直径０．１ｍｍφ、ピッチ１ｍｍのノズルから、１ＭＰａの圧力で水溶液噴射処理を行った。なおベースとなる水は、一般的な水道水を二段の逆浸透膜処理、次いでイオン交換膜処理を施した高純度の水とし、そのベース水に化合物を溶解させ噴射水溶液を調製した。支持体の搬送速度を１０ｍ／分とし、ノズル直下の網状体の下方を６００ｍｍＡｑの減圧状態とした。この処理をシートの表裏について各２回ずつ行った。その後このシートを７０℃の熱風オーブン中に１分間滞留させて乾燥した。
【００２９】
（直流コロナ荷電処理）
多孔性誘電体シートを、アルミ平板の接地極上に敷いた厚み０．５ｍｍのシリコンシート上に置き、多孔性誘電体シート上方１ｃｍに設置した針状電極を用いて＋１５ｋＶの直流高電圧を１０秒間印加した。
【００３０】
（濾過特性の評価）
圧力損失（ＰＤ）は、エレクトレット濾材試料をダクト内に設置し、濾材通過線速度が１０ｃｍ／秒になるようコントロールし、エレクトレット濾材上流、下流の静圧差を圧力計で読み取り求めた。また粒子捕集効率Ｅ（％）の評価は粒子径０．３μｍのＤＯＰ粒子を用い、１０ｃｍ／秒にて行った。圧力損失ＰＤ（ｍｍＡｑ）と粒子捕集効率Ｅ（％）を用いて、数１より濾材品質係数ＱＦを算出した。
【００３１】
【数１】
2004195357.tif 000002
【００３２】
（平均繊維径の評価）
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。
【００３３】
まず、噴射する水溶液のｐＨの効果について示す。
（実施例1〜６）
メルトフローインデックス１０００のポリプロピレン樹脂１００重量部に対して表１に示したように、それぞれＩｒｇａｎｏｘ１０１０を０．３重量部配合した樹脂を使用して、目付３０ｇ／ｍ2、平均繊維径（Ｄｆｓ）２．９μｍのメルトブロー不織布を作製した。直流コロナ荷電処理を行った後、表１に示した化合物およびｐＨの水溶液を用いて噴射処理を行い、エレクトレット濾材を得た。これらの濾過特性を表１に示した。
【００３４】
（比較例1）
噴射する液体として何も添加しないベース水を用いる以外は、実施例１〜６と同様にしてエレクトレット濾材を得た。この濾過特性を表１に示した。この時、ベース水のｐＨを測定したところ、６．０であった。
【００３５】
（比較例２）
噴射する水溶液として表１に示した通り、クエン酸水溶液（ｐＨ４．０）を用いる以外は、実施例１〜６と同様にしてエレクトレット濾材を得た。この濾過特性を表１に示した。
【００３６】
（比較例３）
噴射する水溶液として表１に示した通り、塩化アンモニウム水溶液（ｐＨ６．５）を用いる以外は、実施例１〜６と同様にしてエレクトレット濾材を得た。この濾過特性を表１に示した。
【００３７】
（比較例４）
実施例１〜６と同様のメルトブロー不織布について、直流コロナ荷電処理のみを施し、エレクトレット濾材を得た。この濾過特性を表１に示した。
【００３８】
【表１】
2004195357.tif 000003
【００３９】
表１より明らかなように、実施例１〜６では何れも高い粒子捕集効率を示した。これに対して化合物を添加していない水を噴射した比較例１（ｐＨ６．０）、クエン酸水溶液（ｐＨ４．０）を噴射した比較例２、塩化アンモニウム水溶液（ｐＨ６．５）を噴射した比較例３では、直流コロナ荷電処理（比較例４）と同等もしくはこれより低い粒子捕集効率およびＱＦに留まり、高度にエレクトレット化できないことが確認できた。
【００４０】
次に、不織布の添加剤組成の効果について示す。
（実施例２、７〜１５）
メルトフローインデックス１０００のポリプロピレン樹脂１００重量部に対して表２に示したように、Ｉｒｇａｎｏｘ１０１０を０．３重量部、および、３重量部配合した樹脂、ジステアリルチオジプロピオネート（ＤＳＴＤＰ）を０．３重量部、および、３重量部配合した樹脂、９，１０−ジヒドロ−９−オキサ−１０−ホスファフェナンスレン−１０−オキサイド（ＨＣＡ）を０．３重量部、および、２重量部配合した樹脂、ステアリン酸マグネシウム（ＳＴＭＧ）を０．３重量部、および、１重量部配合した樹脂、ＮＡ−１１を０．３重量部、および、１重量部配合した樹脂を使用して、目付３０ｇ／ｍ2、平均繊維径２．９μｍのメルトブロー不織布を作製した。直流コロナ荷電処理を行った後、次いで次亜塩素酸ナトリウム水溶液（ｐＨ８．５）の噴射処理を行い、エレクトレット濾材を得た。これらの濾過特性を表２に示した。
【００４１】
（比較例５）
上記添加剤を配合しないこと以外は、実施例２、７〜１５と同様にしてエレクトレット濾材を得た。この濾過性能を表２に示した。
【００４２】
【表２】
2004195357.tif 000004
【００４３】
表２より明らかなように、実施例２、７〜１５では何れも粒子捕集効率が高く、高度にエレクトレット化されていることがわかる。これに対して添加剤を配合しない比較例５では捕集効率が低く、エレクトレット化が十分ではない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔性誘電体シートの内部まで十分に、かつ高度にエレクトレット化することができ、低圧損ながら高い粒子捕集効率を有するエレクトレット濾材を得ることができる。