(57)【要約】【課題】ガス中の粉塵やミストを高い効率で捕集し、かつ使用後の廃棄性に優れる環境負荷の少ないエレクトレット体、及びそれを用いた気体浄化用フィルターを提供する。【解決手段】生分解性を有する脂肪族ポリエステル系繊維材料と、ポリオレフィン系繊維の混合不織布を摩擦帯電し、電荷安定性が高く、嵩高い構造を持ち、且つ廃棄が容易であるエレクトレット体を作成可能とした。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系繊維材料（ａ）と脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）から成る事を特徴とするエレクトレット体。
【請求項２】
ポリオレフィン系繊維材料（ａ）と脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）の重量比率がａ：ｂ＝７０：３０〜１０：９０である事を特徴とする請求項１記載のエレクトレット体。
【請求項３】
摩擦帯電により製造する事を特徴とする請求項１乃至２記載のエレクトレット体。
【請求項４】
繊維材料から油剤を除去する事により製造する事を特徴とする請求項１乃至３記載のエレクトレット体。
【請求項５】
カーディングを含む工程により製造する事を特徴とする請求項１乃至４記載のエレクトレット体。
【請求項６】
ニードルパンチまたはウォーターパンチのいずれか、或いはその両方を含む工程により製造する事を特徴とする請求項１乃至５記載のエレクトレット体。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のエレクトレット体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用フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主にガス中の粉塵やミストを高い効率で捕集し、かつ使用後の廃棄性に優れる環境負荷の少ないエレクトレット体、及びそれを用いた気体浄化用フィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、一般に気体浄化用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】
気体浄化用等の分野でエレクトレット体は、その静電気力により通常の繊維材料では除去しにくいサブミクロンサイズやナノサイズの微細塵を高効率で除去する事が出来るという特徴がある。そ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としては、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がある。
【０００４】
ところが、前記のエレクトレット素材は、自然環境下においてほとんど分解が生じないか分解速度が極めて遅いという特性を有している。よって埋設廃棄を実施した場合に長期間にわたり形状を保持する事による環境破壊等の問題が顕在化してきているのが現状である。これらの素材から成る気体浄化フィルターは粉塵や微細塵を捕捉する事により目詰まりを生ずるので一定期間ごとに交換が実施され使用済みのフィルターは廃棄される。よってフィルター使用量が増えるに従いエレクトレット体を利用した製品の廃棄時における環境負荷を低減させる要望が高まっている。
【０００５】
前記の問題点を解決する為、酵素や微生物による代謝分解性や加水分解性、つまりいわゆる生分解性を有する素材を用いたエレクトレット体の検討がなされている。これまで報告されている物の多くはポリ乳酸等の脂肪族ポリエステルを素材とする不織布に対してコロナ放電などにより高電圧を印加する事により帯電させるという手法を取っている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、概して脂肪族ポリエステルは従来エレクトレット体の構成材料として用いられてきた繊維材料と比較してその電気抵抗が低い為繊維上から電荷が漏洩し易く、エレクトレット体として好ましい材料の検討を巧みに行わない限り電荷安定性に乏しく、結果的に微細塵除去性能が低いエレクトレット体しか得る事が出来ない事が予想される。従来はアルミナ粒子やチタニア粒子等の無機粉末を結着剤で生分解性繊維材料を含む不織布に塗布してコロナ放電により高電圧を印加した際の帯電効果を上げるという手段が報告されている（例えば特許文献１参照）が、埋設廃棄を実施した場合に無機粒子が土壌中に残存する事になり却って環境負荷が大きくなる。また無機粉末を塗布する際に繊維の表面が結着剤により被覆され繊維自体は帯電しにくくなり、不織布の帯電効果は必ずしも高くはならない事が懸念される。また無機粉末の塗布により繊維間の空隙が小さくなり、不織布の圧力損失増加や粉塵負荷時の急激な圧力上昇による早期の目詰まり等が発生する恐れもある。
【０００７】
一方、特に自動車内用等で用いられる空気清浄機、事務機器、ビルや事務所等で用いられる空調装置等で用いられる気体浄化フィルター分野では一般的に微細塵除去性能と共に低圧力損失、高粉塵保持量という様な性能が要求される事が多い。その場合使用条件も高風速下である事が多い。その様な用途でのフィルター材料としては嵩高い構造を持つエレクトレット体が有効である。嵩高い構造を持つエレクトレット体の製造方法としては静電性を付与したフィルムを延伸した物を解繊した物を用いるフィルムスプリット方法、或いは短繊維をカーディングする事により繊維のウェブを作成し更にニードルパンチを加えシート化し、洗浄後コロナ放電によりそのシートに高電圧を印加するニードルパンチ法等がある。しかしいずれにしても前述の様に脂肪族ポリエステルの電気抵抗が低いので繊維上の電荷が不安定であり、得られるエレクトレット体の微細塵除去性能も従来のエレクトレット材料のそれより劣る事が予想される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−１０４４１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記公知のエレクトレット体の問題を解決し、使用時においては高い微細塵除去性能及び低圧力損失で高粉塵保持量を有し、埋設廃棄時には分解減容性を有するエレクトレット体及びそれを利用した気体浄化フィルターならびにそれらの製造法を提供することにある。
【００１０】
即ち、生分解性を有する脂肪族ポリエステル系繊維材料を用いながらかつ電荷安定性が高く、嵩高い構造を持つエレクトレット体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体の作成方法を種々検討した結果、ポリオレフィン系繊維材料と脂肪族ポリエステル系繊維材料を一定の範囲の比率で混合する事により得られた繊維シートがエレクトレット体となり、脂肪族ポリエステル系繊維材料単独から成るエレクトレット体より微細塵除去性能が高く、ポリオレフィン系繊維材料単独から成るエレクトレット体と同等以上の微細塵除去性能を有する事を見出した。主として繊維同士の摩擦帯電により荷電されていると考えられるこのエレクトレット体は、生分解性のポリ乳酸を含むのでポリオレフィン系繊維材料単独のエレクトレット体より埋設廃棄時の分解減容性が遥かに大きく、更には嵩高い構造であるので低圧力損失でかつ多量の粉塵をその構造内に保持する事が出来る。
【００１２】
ポリオレフィン系繊維材料等の従来のエレクトレット体用素材より電気抵抗が低く電荷安定性が低い事が予想される脂肪族ポリエステル系繊維材料を含みながら、ポリオレフィン系繊維材料単独と同等以上の微細塵除去を有するエレクトレット体を得る事が出来る理由は必ずしも明らかになっていないが、恐らく次の様な現象に基づくものではないかと推測される。
【００１３】
すなわち、従来の単一の繊維に高電圧を印加して帯電させる方法ではエレクトレット体では繊維内で分極が起こる。同一繊維内に異なる極性の電荷が存在しているので繊維内の電子移動によって比較的容易に電荷の中和が起こり消失している。
【００１４】
これに対し、本発明のエレクトレット体では二種類以上の繊維から形成されており、繊維同士が摩擦した際には帯電列に従い片方の繊維が正、片方の繊維が負に荷電される。よって同一繊維内には単一極性の電荷しか存在しないので中和が起こらず、電荷が安定に存在する。
【００１５】
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。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、本発明におけるエレクトレット体はポリオレフィン系繊維材料（ａ）と脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）から成る事を特徴とするエレクトレット体を提供するものである。
【００１７】
本発明のエレクトレット体の好ましい実施形態はポリオレフィン系繊維材料（ａ）と脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）の重量比率がａ：ｂ＝７０：３０〜１０：９０である。
【００１８】
本発明のエレクトレット体の好ましい実施形態はポリオレフィン系繊維材料と脂肪族ポリエステル系繊維材料が摩擦帯電により製造される事である。
【００１９】
本発明のエレクトレット体の好ましい実施形態は繊維の混合前、或いは混合中、或いは混合後に前記繊維から油剤を実質的に除去する事により製造される事である。
【００２０】
本発明のエレクトレット体の好ましい実施形態はカーディングを含む工程により製造される事である。
【００２１】
本発明のエレクトレット体の好ましい実施形態はニードルパンチまたはウォーターパンチのいずれか、或いはその両方を含む工程により製造される事である。
【００２２】
本発明における気体浄化用フィルターの好ましい実施形態は上記のエレクトレット体を含むシートがプリーツ状又は波状に成型されてなる事である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるポリオレフィン系繊維材料としてはポリエチレン、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。
【００２４】
本発明に用いられる脂肪族ポリエステル系繊維材料は生分解性を有する事が好ましい。ここで言う生分解性とは分解の一過程において生物の代謝が関与して、低分子量化合物に変換する性質を言う。脂肪族ポリエステルとしてはポリ乳酸系、ポリサクシネート系、ポリカプロラクトン系等が用いられ、特にポリ乳酸またはポリ乳酸を主体とする熱可塑性樹脂である事が好ましく用いられる。またその融点は電荷安定性の面から１３０℃以上である事が好ましく、１６０℃以上であれば更に望ましい。
【００２５】
ポリオレフィン系繊維材料（ａ）と脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）の重量比率はａ：ｂ＝７０：３０〜１０：９０である事が好ましく、ａ：ｂ＝６０：４０〜１０：９０である事がより好ましい。生分解性による減容の目的では脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）の比率が大きい程良い。しかし、その一方で理想的にはそれぞれの繊維の接触面積が５０：５０になる場合に双方の繊維の摩擦による電荷発生が最も効果的に行われるので繊維径や繊維長、繊維形状に応じてａ：ｂ＝７０：３０〜３０：７０の範囲のいずれかの重量比率で微細塵除去性能は最大になり、脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）の比率がそれより大きくなる、或いは小さくなるほど微細塵除去性能は小さくなる。ａ：ｂ＝１０：９０よりポリオレフィン系繊維材料（ａ）の比率が小さくなると十分な微細塵除去性能が得られない。よってａ：ｂ＝７０：３０〜１０：９０の範囲でなるべく脂肪族ポリエステル系繊維材料（ｂ）の比率を大きくしながら、目標とする微細塵除去性能を得る事が出来る様に適宜ポリオレフィン系繊維材料（ａ）の比率を大きくする事で繊維の重量比率を最適化する事が出来る。
【００２６】
本発明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１０〜１００μｍとするのが好ましく、１０〜８０μｍであると更に好ましい。繊維の径が１０μｍより小さいとエレクトレット体の圧力損失が高くなり過ぎ、粉塵負荷時の圧力上昇も大きく粉塵保持量が小さくなり実用的ではなく好ましくない。繊維の径が大き過ぎると粒子捕集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。また、その繊維長はシート化の方法にもよるが１０〜１００ｍｍが好ましく、３０〜８０ｍｍであると更に好ましい。繊維長がこの範囲から外れるとカーディングによるウェブ作成が困難になり、シート化しにくくなり好ましくない。
【００２７】
２種類以上の繊維を混合してシート化する手段としては特に限定しないが、それらの繊維を混紡してカーディングによりウェブを作成し、それらをニードルパンチやウォーターパンチ等の手段で繊維の交絡を生じさせるのが好ましい。得られた繊維シートの目付は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。目付が低すぎると微細塵除去性能や粉塵保持量が低くなり過ぎ実用的ではない。
【００２８】
本発明におけるエレクトレット体を作成する手段としては、主に繊維同士の摩擦によって電荷を発生させる摩擦帯電法が好ましく用いられる。具体的な方法としては、カーディングやニードルパンチ等を使用したシート化の過程で繊維同士を摩擦する方法、シート化した後に機械や手等で揉み加工を施す方法等がある。
【００２９】
また、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繊維同士を摩擦させても十分に帯電しない。従って摩擦が発生す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ほう方法、更にノニ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。
【００３０】
本発明のエレクトレット体の使用方法については特に限定しないが、本発明の気体浄化用フィルターは、上記エレクトレット体のシートをプリーツ状や波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体単独ではなく、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。
【００３１】
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。
【００３２】
実施例及び比較例中の生分解性による減容効果の値とはエレクトレット体全体に占める生分解性を有する脂肪酸ポリエステルの重量比率である。
【００３３】
実施例及び比較例中の微細塵除去効率の値は以下の様に算出した。大気塵を含む空気を平面状のエレクトレット体に対し、面に垂直方向に線速５ｃｍ／秒で通過させ、上流側と下流側の空気をサンプリングしパーティクルカウンターを用い０．３〜０．５μｍの粒径の粒子数をカウントした。微細塵除去性能はエレクトレット体１００ｇ／ｍ２当たりの性能を示す値を下記の式を用い算出した。
微細塵除去性能（％）＝｛１−（下流粒子数／上流粒子数）＾（１００／試験を行ったエレクトレット体目付）｝×１００
【００３４】
また、実施例及び比較例中の粉塵保持量の値は以下の様に算出した。ＪＩＳ１５種粉塵を０．５ｇ／ｍ３含む空気を平面状のエレクトレット体に対し、面に垂直方向に線速３０ｃｍ／秒で初期の圧力損失から１５Ｐａ上昇するまで通過させ、粉塵負荷前のエレクトレット体重量と粉塵負荷後のエレクトレット体重量の差を粉塵保持量とした。なお、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３０ｃｍ／秒で通風した場合での値で、差圧計を用いて測定した値である。
【００３５】
（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のポリ乳酸短繊維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繊維に対してそれぞれ０．１２重量％、０．１０重量％と０．２重量％未満である事が確認されたそれぞれの短繊維を５０：５０の重量比率で混合してからカーディングによってウェブを作成し、ニードルパンチ加工を加えて最終的に３０ｇ／ｍ２目付のシートを作成した。得られたエレクトレット体はカーディング及びニードルパンチ加工の過程で帯電しており、その生分解性による減容効果は４０％、微細塵除去性能は６６％、圧力損失は１１Ｐａ、粉塵保持量は１５０ｇ／ｍ２といずれも良好な値を示した。
【００３６】
（実施例２）
繊維径１８μｍ・繊維長５１ｍｍのポリプロピレン短繊維と繊維径１３μｍ・繊維長５１ｍｍのポリ乳酸短繊維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繊維に対してそれぞれ０．１２重量％、０．１０重量％と０．２重量％未満である事が確認されたそれぞれの短繊維を１０：９０の重量比率で混合してからカーディングよってウェブを作成し、ニードルパンチ加工を加えて最終的に２９ｇ／ｍ２目付のシートを作成した。得られたエレクトレット体はカーディング及びニードルパンチ加工の過程で帯電しており、その生分解性による減容効果は９０％、微細塵除去性能は３４％、圧力損失は１２Ｐａ、粉塵保持量は１４２ｇ／ｍ２であった。実施例１より脂肪酸ポリエステルの重量比が大きい影響で微細塵除去性能はより低かったが、生分解性による減容効果がより大きかった。
【００３７】
（比較例１）
繊維径１３μｍ・繊維長５１ｍｍのポリ乳酸短繊維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繊維に対して０．１０重量％と０．２重量％未満である事が確認されたそのポリ乳酸短繊維をカーディングによってウェブとし、ニードルパンチ加工を加えて最終的に３２ｇ／ｍ２目付のシートを作成した。得られたシートに対して針電極を用い＋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。得られたエレクトレット体の生分解性による減容効果は１００％、微細塵除去性能は１８％、圧力損失は１４Ｐａ、粉塵保持は１４２ｇ／ｍ２であり、生分解性による減容効果は大きいものの微細塵除去性能が低く実用的なレベルに到達しなかった。
【００３８】
（比較例２）
繊維径１８μｍ・繊維長５１ｍｍのポリプロピレン短繊維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繊維に対して０．１２重量％と０．２重量％未満である事が確認されたそのポリプロピレン短繊維をカーディングによってウェブとし、ニードルパンチ加工を加えて最終的に３１ｇ／ｍ２目付のシートを作成した。得られたシートに対して針電極を用い＋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。得られたエレクトレット体の生分解性による減容効果は０％、微細塵除去性能は２９％、圧力損失は１０Ｐａ、粉塵保持量は１３５ｇ／ｍ２であり、微細塵除去性能は比較例２と同等レベルであったが生分解性による減容効果は全く無かった。
【００３９】
（比較例３）
それぞれ未洗浄の繊維径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のポリ乳酸短繊維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すると残留油剤が繊維に対してそれぞれ２．２重量％、１．８重量％と０．２重量％以上である事が確認されたそれぞれの短繊維を未洗浄の状態で５０：５０の重量比率で混合してからカーディングによってウェブを作成し、ニードルパンチ加工を加えて最終的に２８ｇ／ｍ２目付のシートを作成した。得られたエレクトレット体の生分解性による減容効果は４０％、微細塵除去性能は１４％、圧力損失は１１Ｐａ、粉塵保持量は１４５ｇ／ｍ２であり、生分解性による減容効果は比較的大きいものの微細塵除去性能が低く実用的なレベルに到達しなかった。繊維表面に残留している油剤により、繊維が摩擦しても帯電しなかった事が原因であると考えられる。
【００４０】
（比較例４）
ポリ乳酸よりなる平均繊維径２μｍ、目付３０ｇ／ｍ２の不織布を２１０℃の温度でメルトブロー法により紡糸して作成した。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。得られたエレクトレット体の生分解性による減容効果は１００％、微細塵除去性能は９５％、圧力損失は５２Ｐａ、粉塵保持量は５ｇ／ｍ２であり、生分解性による減容効果は高く微細塵除去効率も高いものの圧力損失が非常に高く上に粉塵保持量が非常に低かった。本発明が目的としている様な、低圧力損失・高粉塵保持量が要求される用途に用いるには使用開始後すぐに目詰まりするため実用的ではなかった。
【００４１】
実施例および比較例の結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2005028273.tif 000002
【００４３】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明におけるエレクトレット体及び空気浄化用フィルターは。特に本発明は空気清浄機や空調設備での使用条件において優れた性能を発現することが可能であると同時に環境負荷も小さく、本発明の産業上の利用性は大である。