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技術 海島分域エレクトレット材料とその製造方法

出願人 東レ株式会社
発明者 安藤勝敏近藤五郎
出願日 1992年10月7日 (28年1ヶ月経過) 出願番号 1992-268895
公開日 1994年5月6日 (26年6ヶ月経過) 公開番号 1994-123063
状態 未査定
技術分野 濾過材 繊維製品の化学的、物理的処理 不織物
主要キーワード パルス休止 電荷量測定 カーボン入り 直流パルス電圧 直流パルス 島部分 エレクトレット材料 コロナ荷電
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年5月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

目的

外部への電気的作用が強く、長期間に亘って安定な電荷を有するエレクトレット材料を得ること。

構成

正負電荷が海島分域にわかれて表面に混在するエレクトレット材料であって、表面での正また負の電荷の島分域全面積率が25〜60%で、また裏面での反対電荷の海分域全面積率が40〜95%であり、かつ表裏面の極性が全体として異極性であることを特徴とするエレクトレット材料。

概要

背景

概要

外部への電気的作用が強く、長期間に亘って安定な電荷を有するエレクトレット材料を得ること。

正負電荷が海島分域にわかれて表面に混在するエレクトレット材料であって、表面での正また負の電荷の島分域全面積率が25〜60%で、また裏面での反対電荷の海分域全面積率が40〜95%であり、かつ表裏面の極性が全体として異極性であることを特徴とするエレクトレット材料。

目的

そこで、本発明は上述の外部への電気的作用の弱い点を解消し、長期間に亘って安定な電荷を有するエレクトレット材料を得ることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

正負電荷が海島分域にわかれて表面に混在するエレクトレット材料であって、表面での正また負の電荷の島分域全面積率が25〜60%で、また裏面での反対電荷の海分域全面積率が40〜95%であり、かつ表裏面の極性が全体として異極性であることを特徴とするエレクトレット材料。

請求項2

島分域の図形が、樹枝状あるいはドット状、またはそれらの混合図形状であることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット材料。

請求項3

表面電荷密度が3×10-10 〜8×10-9クーロン/cm2 であることを特徴とする請求項1項記載のエレクトレット材料。

請求項4

エレクトレット材料が、繊維よりなるものであることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット材料。

請求項5

エレクトレット材料が、不織布であることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット材料。

請求項6

不織布の構成繊維平均繊度が0.1デニール以下であることを特徴とする請求項5記載のエレクトレット材料。

請求項7

島分域数密度が、20〜5000個/cm2 であることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット材料。

請求項8

1島分域の最大面積が30mm2 以下であることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット材料。

請求項9

樹枝状の島分域数密度が20〜500個/cm2 であることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット材料。

請求項10

島分域がドット状であり、該ドット状の島分域数密度が100〜5000個/cm2 であることを特徴とする請求項1記載のエレクトレット材料。

請求項11

電極間に被エレクトレット材料を設置し、電極直流パルス電圧を印荷することにより海島分域を持って正負電荷が表面に混在するエレクトレット材料を得ることを特徴とするエレクトレット材料の製造方法。

請求項12

アース電極上に体積抵抗率10-1〜1010Ω・cmの付設材料を設置し、直流パルス電圧を印荷することを特徴とする請求項11記載のエレクトレット材料の製造方法。

請求項13

パルス印荷時間が2秒以下であることを特徴とする請求項11記載のエレクトレット材料の製造方法。

請求項14

パルス休止時間が2秒以下である請求項11記載のエレクトレット材料の製造方法。

請求項15

荷電圧が10〜70KVであることを特徴とする請求項11記載のエレクトレット材料の製造方法。

請求項16

直流パルス印加に際して、正パルス印荷と負パルス印荷の両方を行なうことを特徴とする請求項11記載のエレクトレット材料の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、電荷密度が高く、電荷定性の良いエレクトレット材料で、フィルターマスクワイパー帽子センサー幅広い分野に使用できるもの及びその製造方法に関するものである。

0002

従来エレクトレット材料は、特開昭52−61794号公報、特公昭56−47299号公報に見られるように表裏面で正負分極するか、またはランダムに正負電荷が混在するかであった。

0003

前者は表裏面に電荷が分離しているため、実用上で反対電荷に対す電気的作用が弱くなる欠点があった。

0004

また、後者はランダムな正負電荷が内部で相互にキャンセルして有効な電界が得られない欠点があった。また、これらのエレクトレット材料を得る製造方法は特公昭56−47299号公報に見られるごとく直流電圧を材料に長時間印荷する方法であった。

0005

これらの方法では電荷密度が高く、電荷安定性の良いエレクトレット材料は得られない欠点があった。

発明が解決しようとする課題

0006

そこで、本発明は上述の外部への電気的作用の弱い点を解消し、長期間に亘って安定な電荷を有するエレクトレット材料を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明のエレクトレット材料は、正負電荷が海島分域にわかれて表面に混在するエレクトレット材料において、表面での正また負の電荷の島分域全面積率が25〜60%で、また裏面での反対電荷の海分域全面積率が40〜95%であり、かつ表裏面の極性が全体として異極性であることを特徴とするエレクトレット材料である。

0008

また、本発明のエレクトレット材料の製造方法は、電極間に被エレクトレット材料を設置し、電極直流パルス電圧を印荷することにより海島分域を持って正負電荷が表面に混在するエレクトレット材料を得ることを特徴とする製造方法である。

0009

本発明を、実施態様に基づき説明する。

0010

図1は、負パルスコロナ荷電で得られた本発明の海島分域エレクトレット材料1の荷電面を負トナーを用いて可視化した拡大図である。樹枝状の島分域2は正電荷で、海分域3は負電荷である。

0011

図2は、正パルスコロナ荷電で得られた本発明の海島分域エレクトレット材料1の荷電面を正トナーを用いて可視化した拡大図である。ドット状の島分域4は負電荷で、海分域5は正電荷である。

0012

図3は、負パルスコロナ荷電で得られた本発明の海島分域エレクトレット材料1の裏面を負トナーを用いて可視化した拡大図である。樹枝状の島分域2とドット状の島分域6が正電荷で混在し、かつ海分域3が負電荷で存在する。かかる図3に示すように、このような電荷の海島分域は、荷電面の反対面である裏面にも現われる。

0013

本発明の材料は、体積抵抗率1013Ω・cm以上が好ましく、例えばポリプロピレン樹脂ポリエチレン樹脂ポリカーボネート樹脂弗素樹脂ナイロン樹脂ポリエステル樹脂、その他共重合樹脂などが使用できる。

0014

形態は不織布、織物編み物、紙、フイルムシートなど用いることができるが、特に凹凸のあり、空隙が多い繊維製品が好ましい。

0015

この場合、繊度は細い方が1つの島分域の大きさを小さくして、かつ、その全面積率を多くすることから平均繊度デニール以下、好ましくは0.5デニール以下、さらに好ましくは0.1d以下が良い。特に、メルトブロー不織布は極細繊維で構成されいるため好ましい。

0016

材料の目付は100g/m2 以下が島分域の面積を大きくする意味から好ましく、特に50g/m2 以下がよい。

0017

島分域の全面積率は25〜60%、好ましくは33〜60%、さらに好ましくは35〜60%が良い。この測定面積は5×5cmを用いて、かつ、トナーで可視化した試料コンピュター画像解析を行なって島分域面積を求めた。また、同様の方法で解析して海分域全面積率を求め、その面積率は40〜95%が好ましく、さらには45〜90%が好ましい。トナー法で海分域の可視化が不明瞭な場合は、全面積から島分域を差し引いた値を海分域としても良い。海分域には正負いずれでもない中性部分を含む場合もある。

0018

島形状は、樹枝状、ドット状またはこれらの混合図形で形成されている。1つの島分域の大きさは、樹枝状島分域で30mm2 以下、好ましくは15mm2 以下、またドット状分域で3mm2 以下、好ましくは1.3mm2 以下である。

0019

島分域数度は20〜5000個/cm2 で、好ましくは樹枝状の分域密度は20〜500個/cm2 で、ドット状の分域密度は100〜5000個/cm2である。

0020

さらに好ましくは樹枝状の分域密度は30〜500個/cm2 で、ドット状分域密度は300〜5000個/cm2 、混合の場合は20〜3000個/cm2である。

0021

本発明のエレクトレット材料の表面電荷極性は、全体としては正また負で、表裏面で極性は異なる。

0022

表裏面の極性は、表裏面の島分全域面積率を比較して、大きい面積率を持つ面がその島分域の電荷極性となることが多い。

0023

この極性および電荷量測定図4に示す方法で行なった。すなわち、電極7、8に測定試料9(5cm直径)で挟み、既知コンデンサー10に発生する電圧エレクトロメーター11で測定して極性および電荷量を測定する。

0024

電荷量(クーロン/cm2 )=C×V/S
ここで、Cは既知コンデンサー(F)、Vは電圧(V)、Sは試料面積(cm2 )である。

0025

本発明の電荷量は、3×10-10 〜8×10-9クーロン/cm2 (以下、「C/cm2 」と略する)、好ましくは7×10-10 〜8×10-9クーロン/cm2である。

0026

図5に、本発明の海島分域エレクトレット材料の製造方法を示すモデル図を示す。

0027

被エレクトレット材料12を付設材料13を介してアース電極14の上に設置して、高電圧発生装置15とパルス発生装置16につないだ印荷電極17よりパルスコロナ荷電を行なって材料11をエレクトレット化する。

0028

パルス印荷電圧は、10〜70KVで、電極間は2〜10cmが好ましい。印荷電流は負電流で0.01〜0.3mA、正電流で0.005〜0.05mAを用いる。1回のパルス印荷時間は2秒以下、好ましくは0.05〜1秒、さらに好ましくは0.05〜0.5秒が良い。1回のパルス印荷時間が2秒以上では面積率の大きな、細かい、また均一な島分域が得られない。また、0.05秒以下では島分域が得られない。パルス休止時間は0.01〜2秒が好ましい。

0029

休止時間を含めた全パルス印荷時間は、60秒以下、好ましくは30秒以下、さらに好ましくは10秒以下、また0.1秒以上が好ましい。

0030

印荷極性は正負いずれでも良く、また、両面から両方を使用することも可能である。また、表面を印荷した後に裏面を再印荷すること、またそのとき、極性を変えることはさらに好ましい。

0031

付設材料は、体積抵抗率1×101 〜1×1010Ω・cmの半導体材料が好ましく、特に1×102 〜1×108 Ω・cmが良い。

0032

このようにして得られた本発明エレクトレット材料は電荷が混在するため安定で、電荷密度も高く長期間の使用することができる。このためフィルター、マスク、ヘヤーキャップ、ワイパーなどに適する。

0033

実施例1
体積抵抗率が1×1016Ω・cmのPP(ポリプロピレン)繊維からなる平均繊度0.01d、目付25g/m2 のメルトブロー不織布を用いて図4に示す装置で、エレクトレット化した。

0034

印加電極とアース電極を5cmとし、付設材料は体積抵抗率1×104 Ω・cmのカーボン入りポリエチレンフィルムを用いた。

0035

パルス印荷時間を0.1秒間、パルス休止時間を0.1秒間として休止時間を含めて3秒間、−20kvの負パルスコロナ荷電を行なった。

0036

得られたエレクトレット化不織布は表面が全体として正、裏面が負に帯電しており、表面電荷密度は2×10-9C/cm2 であった。

0037

トナーを用いて表面の帯電を可視化したところ、樹枝状の正帯電分域が島状に認められ、コンピュター画像解析で測定した結果、島分域全面積率は36%、島部分の分域数密度は51個/cm2 であった。

0038

一方、裏面のトナーによる可視化図では樹枝状とドット状の混合図形が認められ、画像解析による負帯電の海分域全面積率は80%であった。

0039

この不織布を用いてフィルターとしての性能を評価したところ、0.3μm粒子風速1.5m/分で、93%という高い捕集効率を示した。また、3カ月保管後、再度フィルター性能を測定したが低下は認められなかった。

0040

実施例2
実施例1で用いたメルトブロー不織布を同一装置で、パルス印荷時間を0.2秒間、パルス休止時間を0.3秒間とし、休止時間も含めて5秒間、−20kvの負パルスコロナ荷電でエレクトレット化した。

0041

次に、メルトブロー不織布の表裏を裏返して、パルス印荷時間0.2秒間、パルス休止時間0.3秒間で休止時間も含めて5秒間、+20kvの正パルスコロナ荷電でエレクトレット化した。

0042

得られたエレクトレット化不織布は、表面(正パルスコロナ荷電側面)が負に裏面が正に全体として帯電しており、表面電荷密度は4×10-9C/cm2 であった。

0043

表面には負帯電したドット状の島分域が認められ、島分域全面積率は45%、島分域数密度は450個/cm2 であった。

0044

裏面は負帯電部がドット状の島分域として認められ、正帯電部の海分域全面積率は70%であった。

0045

この不織布を用いたフィルター評価を実施例1と同じ条件で実施したところ、96%という高い捕集効率を示した。また、6カ月保管後、再度フィルター性能を測定したが低下は認められなかった。

0046

比較例1
実施例1で用いたメルトブロー不織布を、実施例1の装置からパルス発生装置を除いて、−20kvで3秒間、連続コロナ荷電によりエレクトレット化した。得られた不織布は表面が正、裏面が負に帯電しており、表面電荷密度は2×10-10 C/cm2 であった。

0047

トナーを用いて帯電状態を可視化した結果、表面には島分域が認められたが、数が少なく、島分域全面積率は15%であった。

0048

また、この不織布のフィルターとしての性能は実施例1と同条件で83%であった。

図面の簡単な説明

0049

図1本発明の海島分域エレクトレット材料を示したモデル図である。
図2本発明の海島分域エレクトレット材料を示したモデル図である。
図3負パルスコロナ荷電で得られた本発明の海島分域エレクトレット材料1の裏面を負トナーを用いて可視化した拡大図である。
図4図4に、極性および電荷量の測定方法を示すモデル図を示す。
図5図5に、本発明の海島分域エレクトレット材料の製造方法を示すモデル図を示す。

--

0050

1:本発明の海島分域エレクトレット材料
2:正電荷の樹枝状島分域
3:負電荷の海分域
4:負電荷のドット状島分域
5:正電荷の海分域
6:正電荷のドット状島分域
7:電極
8:電極
9:試料
10:既知コンデンサー
11:エレクトロメーター
12:被エレクトレット試料
13:付設材料
14:アース電極
15:高電圧発生装置
16:パルス発生装置
17:印荷電極

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