CN113597482A - 无纺布制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够制造孔径从一端面朝向另一端面无边界地变化的无纺布的无纺布制造方法。无纺布制造设备(10)对收集器(52)与喷嘴(25a)之间施加电压，使溶液(23a)从喷嘴(25a)朝向收集器(52)喷出而形成纤维(11)。所形成的纤维(11)被收集器(52)捕集而形成无纺布(20)。无纺布制造设备(10)具备静电消除器(28)。在将无纺布20的单位面积重量设为W(g/m2)且将带电量设为V(kV)时，静电消除器(28)以满足“0.03＜V/W＜0.15”的方式进行无纺布(20)的静电消除。

Description

无纺布制造方法
技术领域
本发明涉及一种无纺布制造方法。
背景技术
已知有一种由纤维形成的无纺布。无纺布在各种领域中的用途开发正在积极进行。所期待的用途例如可以举出隔热材料、吸音材料、过滤器等，并且，作为医疗用或细胞支架材料的利用也受到期待。
无纺布例如通过静电纺丝法来制造。静电纺丝法也被称作电纺丝(electrospinning)法等，其对纤维材料(在溶剂中溶解有纤维材料的溶液)与收集器之间施加电压，使其中一方带正电(+)，另一方带负电(-)，并使纤维材料朝向收集器喷出而形成纤维，并用收集器捕集所形成的纤维，由此形成无纺布。
并且，下述专利文献1、2中记载有一种送出电荷风来对无纺布进行静电消除的结构。通过如此进行，能够将厚度抑制为较薄及将孔径抑制为较小。即，构成无纺布的纤维与无纺布带相同极性的电，因此纤维彼此之间产生斥力(相互排斥的力)，但通过利用静电消除来抑制(减小)斥力，能够将厚度及孔径抑制为较小。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-291397号公报
专利文献2：日本特开2007-092213号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
当将无纺布用作过滤器时，有时将孔径不同的多片无纺布以孔径从上游侧朝向下游侧阶段性地变小的方式层叠，从较大的异物开始依次在各层中阶段性地进行过滤。然而，在该情况下，存在异物等过滤对象物集中在层的边界的问题。
本发明是鉴于上述背景而完成的，其目的在于提供一种能够制造孔径从一端面朝向另一端面无边界地变化的无纺布的无纺布制造方法。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的无纺布制造方法中，用收集器将纤维作为无纺布进行捕集，所述纤维是通过对溶剂中溶解有纤维材料的溶液与所述收集器之间施加电压，使溶液朝向收集器喷出而形成的，其中，在将无纺布的单位面积重量设为W(g/m2)且将带电量的绝对值设为V(kV)时，满足0.03＜V/W＜0.15。
优选满足2(kV)≤V(kV)≤20(kV)。
优选溶剂为2种以上化合物的混合物。
优选溶剂的沸点为80℃以下。
优选溶剂包含二氯甲烷和甲醇。
优选纤维材料为纤维素类聚合物。
优选纤维素类聚合物为纤维素酰化物。
发明效果
根据本发明，能够制造孔径从一端面朝向另一端面无边界地变化的无纺布。
附图说明
图1是从支撑体的宽度方向观察的无纺布制造设备的示意图。
图2是从支撑体的长度方向观察的无纺布制造设备的示意图。
图3是表示无纺布的截面放大图像与厚度方向的各位置处的亮度的关系的说明图。
图4是表示无纺布的截面放大图像与厚度方向的各位置处的亮度的关系的说明图。
图5是表示无纺布的验证结果的说明图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明的无纺布制造设备10用于使用静电纺丝法形成纤维11及制造无纺布20，其具备溶液制备部23和无纺布制造部24。溶液制备部23用于制备形成纤维11的溶液23a。溶液制备部23通过将纤维11的材料(纤维材料)溶解于溶剂来制备溶液23a。
作为纤维材料，能够使用树脂(聚合物)。作为聚合物，优选使用能够通过溶解于溶剂而制成溶液的聚合物，更优选为能够通过溶解于有机溶剂而制成溶液的聚合物。例如，可以举出聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、纤维素类聚合物、聚酯、聚氨酯、弹性体等。
优选纤维素类聚合物为纤维素酰化物。纤维素酰化物是构成纤维素的羟基的氢原子的一部分或全部被酰基取代的纤维素酯。纤维素酰化物优选为乙酸丙酸纤维素(CAP)、三乙酸纤维素(TAC)及二乙酸纤维素(DAC)中的任一个。
溶剂可以由一种化合物构成，也可以由两种以上的化合物构成。其中，溶剂除了溶解纤维材料的观点以外，由于具有调整蒸发速度的功能，因此还在调整蒸发速度的观点上，溶剂优选为由两种以上的化合物构成的混合物。具体而言，可以举出二氯甲烷(DCM)与甲醇(MeOH)的混合物、氯仿(CHCl3)、水、二甲基甲酰胺(DMF)等。并且，作为溶剂，能够使用乙醇、异丙醇、丁醇、苄醇、甲基乙基酮、环己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、己烷、环己烷、四氯化碳、苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮、二乙醚、二噁烷、1-甲氧基-2-丙醇、甲苯、丙酮、四氢呋喃等。这些可以单独使用，也可以混合使用两种以上。
溶剂优选沸点为80℃以下。另外，当溶剂为2种以上化合物的混合物时，将质量比例最多的化合物的沸点视为溶剂的沸点。另外，当溶剂为3种以上的化合物的混合物且质量比例最多的化合物有多种时，在这些之中，将沸点最高的化合物的沸点视为溶剂的沸点。例如，当溶剂为化合物a、化合物b及化合物c的混合物且如(化合物a的质量):(化合物b的质量):(化合物c的质量)＝40:40:20那样，质量比例最多的化合物为化合物a和化合物b这两种时，将化合物a和化合物b中沸点高的一方的沸点视为溶剂的沸点。优选溶剂为有机化合物，即为有机溶剂。
无纺布制造部24具备喷嘴单元25、集积部26、电源27、静电消除器28及带电量计29。喷嘴单元25在后述的支撑体30的宽度方向上较长地形成(参考图1)。并且，在本实施方式中，在支撑体30的长度方向上排列配置有如前述那样在支撑体30的宽度方向上较长的喷嘴单元25，在本实施方式中，配置有3个喷嘴单元25(设置有3列喷嘴单元25)(参考图2)。在这些喷嘴单元25中，沿着喷嘴单元25的长度方向(即，支撑体30的宽度方向)排列配置有多个(在本实施方式中为3个)喷嘴25a(参考图1)。由溶液制备部23制备的溶液23a供给到各喷嘴25a，从各喷嘴25a朝向集积部26喷出溶液23a。另外，关于喷嘴单元25的数量及设置于各喷嘴单元25的喷嘴25a的数量，并不限定于本实施方式，能够适当进行变更。
集积部26具有收集器52、支撑体供给部57及支撑体卷取部58。收集器52用于吸引从喷嘴25a喷出的溶液23a并捕集所形成的纤维11而得到无纺布20，在本实施方式中，将纤维11捕集在后述的支撑体30上。收集器52由用金属制的带状物形成为环状的环状带构成，其拉紧设置在辊61、62上，随着辊61、62的旋转而循环移动。另外，在图1中，为了避免附图的复杂化，省略了关于支撑体供给部57、支撑体卷取部58、辊61、62及后述的静电消除器28、带电量计29的图示。
通过电源27，对收集器52与喷嘴单元25(喷嘴25a)之间施加电压。由此，收集器52和喷嘴25a中的一方带正电(+)，另一方带负电(-)。这样，溶液23a被吸引到收集器52侧，并从喷嘴25a朝向收集器52喷出。收集器52只要由通过被电源27施加电压而带电的材料形成即可，例如可以由不锈钢制成。另外，在本实施方式中，使喷嘴25a带(+)电，使收集器52带(-)电，但喷嘴25a与收集器52的极性也可以颠倒。并且，也可以设为将收集器52和喷嘴25a中的一方接地而使电位成为0的结构。
支撑体供给部57例如将由带状的铝片构成的支撑体30供给到收集器52。支撑体30随着收集器52的移动而移动，并在喷嘴单元25的下方通过。在此期间，从喷嘴25a喷出的纤维11依次被捕集在支撑体30上而形成带状的无纺布20。然后，支撑体30从无纺布20被剥离，支撑体30被卷取在支撑体卷取部58。如此形成的无纺布20通过纤维11彼此缠结并且相互重叠而具有厚度，并且具有多个孔(参考图3)。
另外，也可以设置加热工序，将无纺布20与支撑体30一同进行加热，或者剥离支撑体30之后，对无纺布20单体进行加热。通过对无纺布20进行加热，残余应力(是捕集时积蓄在纤维11中的力，并且是使纤维11弯曲的力)在无纺布20中被去除，从而纤维11变为直线(参考图4)。
静电消除器28朝向无纺布20送出用于进行无纺布20的静电消除的静电消除风(电荷风)。在本实施方式中，在沿支撑体30的长度方向(无纺布20的输送方向)排列的喷嘴单元25(喷嘴25a)之间配置有静电消除器28(参考图2)。在静电消除器28的附近(在本实施方式中为无纺布20的输送方向上游侧(以下，有时简称为上游侧))设置有用于测定无纺布20的带电量的带电量计29。而且，上游侧的静电消除器28根据同样由上游侧的带电量计29测定出的无纺布20的带电量来确定静电消除风的极性及带电量。并且，无纺布20的输送方向下游侧(以下，有时简称为下游侧)的静电消除器28根据同样由下游侧的带电量计29测定出的无纺布20的带电量来确定静电消除风的极性及带电量。通过该静电消除风到达无纺布20而无纺布20的静电被消除，无纺布20的带电量减少。
在此，构成无纺布20的纤维11与无纺布带相同极性的电，因此构成无纺布20的纤维11彼此之间产生斥力(相互排斥的力)。而且，无纺布20的带电量变得越多，斥力就变得越大，纤维11彼此分离，无纺布20的厚度变厚，并且孔径也变大，从而无纺布20变得杂乱而膨大化。另一方面，无纺布20的带电量变得越少，斥力就变得越小，纤维11彼此之间的排斥不够，难以确保厚度及难以将孔径保持为均匀，从而无纺布20压扁而薄膜化。
因此，在本实施方式中，在将无纺布20的带电量的绝对值设为V(kV)时，以满足2(kV)≤V(kV)≤20(kV)的方式，根据由带电量计29测定的无纺布20的带电量来控制从静电消除器28供给到无纺布20的电荷的极性及带电量。这样，能够防止膨大化及薄膜化，从而能够得到适当厚度及孔径的无纺布20。另外，以下有时将带电量的绝对值V(kV)简称为带电量V(kV)。
并且，在本实施方式中，在将无纺布20的单位面积重量(每单位面积的重量)设为W(g/m2)时，以满足“0.03＜V/W＜0.15”的方式控制无纺布20的带电量V(kV)。即，随着单位面积重量W(g/m2)变大(无纺布20的厚度变厚)而增大带电量V(kV)，以使“V/W”保持在规定的范围内。这样，随着无纺布20的厚度变厚而纤维11彼此之间的斥力变大，因此如图3、图4所示，能够得到孔径从一端面(在本实施方式中为收集器52侧的面)朝向另一端面(在本实施方式中为喷嘴25a侧的面)无边界地变化(在本实施方式中为扩大)的无纺布20。
在图3、图4中，在图的上段示出以满足“0.03＜V/W＜0.15”的方式控制带电量V(kV)来制造出的无纺布20的截面放大图像，在图的下段示出该无纺布20的厚度方向的各位置处的亮度(截面放大图像的亮度)。并且，图3示出不经过加热工序而形成的无纺布20，图4示出经过加热工序而形成的无纺布20(通过加热工序对图3的无纺布20进行了加热的无纺布20)。
在图3、图4中，在截面放大图像中，纤维11显示为白色，孔显示为黑色。即，在截面放大图像中，纤维11部分的亮度高，孔部分的亮度低。因此，表示如下：截面放大图像的亮度越高，纤维11就越致密(纤维密度越高)，孔径也越小，相反地，亮度越低，纤维11就越稀疏(纤维密度越低)，孔径也越大。而且，根据图3、图4能够确认到，以满足“0.03＜V/W＜0.15”的方式控制带电量V(kV)来制造出的无纺布20的孔径从收集器52侧朝向喷嘴25a侧无边界地扩大。如此，孔径在厚度方向上无边界地扩大的无纺布20，不像将孔径不同的两片无纺布层叠而用作过滤器的情况那样，存在去除对象物集中在层彼此之间的边界部分的情况，因此用作过滤器时特别适合。
另外，在本实施方式中，带电量V(kV)及单位面积重量W(g/m2)表示纤维11的捕集过程中的一个时间点的实时值。即，如上所述，关于带电量V(kV)，表示由带电量计29测定出的实时带电量。并且，关于单位面积重量W(g/m2)，使用根据从喷嘴25a喷出的溶液23a的量计算出的实时单位面积重量。但是，本发明并不限定于此，作为带电量V(kV)及单位面积重量W(g/m2)，也可以使用纤维11的捕集结束的时间点的最终值。
并且，在本实施方式中，以使用由带电量计29测定出的实测值作为带电量V(kV)的例子进行了说明，但也可以废除带电量计29，使用理论值作为带电量V(kV)。在该情况下，根据电源27的施加电压及来自静电消除器28的静电消除风的带电量等来计算带电量V(kV)的理论值即可。另外，在本实施方式中，以使用根据从喷嘴25a喷出的溶液23a的量计算出的理论值作为单位面积重量W(g/m2)的例子进行了说明，但本发明并不限定于此。作为纤维11的捕集结束的时间点的最终的单位面积重量W(g/m2)，也能够使用通过实际测定所制造出的无纺布20的每单位面积的重量而得到的实测值。
在图5中示出验证了带电量V(kV)与单位面积重量W(g/m2)的关系的验证结果。在验证中，将带电量V(kV)在“0.03＜V/W＜0.15”的范围内的例子设为适用例(适用例1～8)，将带电量V(kV)在“0.03＜V/W＜0.15”的范围外的例子设为参考例(参考例1～3)，在这些适用例1～8和参考例1～3中，设定不同的带电量V(kV)、单位面积重量W(g/m2)、纤维材料、溶剂、浓度来制造出无纺布20。然后，对如此制造出的适用例1～8及参考例1～3的无纺布20分别计算出纤维密度比，并根据所计算出的纤维密度比进行了评价。
另外，在图5中，作为单位面积重量W(g/m2)及带电量V(kV)，使用纤维11的捕集结束的时间点的最终值，关于V/W，也使用该值来进行了计算。并且，在将纤维材料的质量设为M1且将溶剂的质量设为M2时，浓度为{M1/(M1+M2)}×100的值。另外，纤维密度比为计算出无纺布20的另一端面侧的纤维密度(截面图像的亮度)相对于一端面侧的纤维密度(截面图像的亮度)的比例的值。并且，在评价中，将纤维密度比低于80％，且厚度方向上的孔径的变化足够大的无纺布设为“A”，将纤维密度比为80％以上但低于90％，且厚度方向上的孔径的变化大的无纺布设为“B”，将纤维密度比为90％以上但低于95％，且能够确认厚度方向上的孔径的变化的无纺布设为“C”，将纤维密度比为95％以上，且难以确认厚度方向上的孔径的变化的无纺布设为“D”。
适用例1～8及参考例1～3的无纺布20的制造条件及评价如图5所示。另外，关于参考例2，因纤维11解开而无法从支撑体30剥离无纺布20，从而无法计算纤维密度比，因此关于纤维密度比，标记为“-”，且将评价设为“D”。通过以上的验证能够确认到，通过将带电量V(kV)设在“0.03＜V/W＜0.15”的范围内，能够在厚度方向上产生孔径的变化，尤其能够制造用作过滤器时有效的无纺布20。带电量V(kV)与单位面积重量W(g/m2)的关系优选0.05＜V/W＜0.13，更优选0.09＜V/W＜0.12。
符号说明
10-无纺布制造设备，11-纤维，20-无纺布，23-溶液制备部，23a-溶液，24-无纺布制造部，25-喷嘴单元，25a-喷嘴，26-集积部，27-电源，28-静电消除器，29-带电量计，30-支撑体，52-收集器，57-支撑体供给部，58-支撑体卷取部，61、62-辊。

Claims (7)

1.一种无纺布制造方法，所述无纺布制造方法中，用收集器将纤维作为无纺布进行捕集，所述纤维是通过对溶剂中溶解有纤维材料的溶液与所述收集器之间施加电压，使所述溶液朝向所述收集器喷出而形成的，其中，
在将所述无纺布的单位面积重量设为W g/m2且将带电量的绝对值设为V kV时，
满足0.03＜V/W＜0.15。
2.根据权利要求1所述的无纺布制造方法，其中，
满足2kV≤V kV≤20kV。
3.根据权利要求1或2所述的无纺布制造方法，其中，
所述溶剂为2种以上化合物的混合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无纺布制造方法，其中，
所述溶剂的沸点为80℃以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的无纺布制造方法，其中，
所述溶剂包含二氯甲烷和甲醇。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的无纺布制造方法，其中，
所述纤维材料为纤维素类聚合物。
7.根据权利要求6所述的无纺布制造方法，其中，
所述纤维素类聚合物为纤维素酰化物。
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