JP2005264401A - 繊維の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スケールアップした場合であっても、日によって繊維径がばらつくことなく、連続して繊維を製造できる方法、及び装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の繊維の製造方法は、紡糸容器内において紡糸原液を紡糸原液供給部から吐出するとともに、吐出した紡糸原液に電界を作用させて延伸し、繊維化する繊維の製造方法において、所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に維持する方法である。本発明の繊維の製造装置は、紡糸原液を吐出できる紡糸原液供給部と、吐出した紡糸原液に電界を作用させて延伸し、繊維化することのできる印加手段と、所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に維持することのできるガス供給手段と、繊維化した繊維を捕集することのできる捕集体と、紡糸原液供給部と捕集体とを収納する紡糸容器とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は繊維の製造方法及び製造装置に関する。

繊維の繊維径が小さいと、分離性能、液体保持性能、払拭性能、隠蔽性能、絶縁性能、或いは柔軟性など、様々な性能に優れる繊維集合体を形成できるため、繊維の繊維径は小さいのが好ましい。このような繊維径の小さい繊維の製造方法として、紡糸原液をノズルから押し出すとともに、押し出した紡糸原液に電界を作用させて紡糸原液を延伸し、繊維径の小さい繊維とする、いわゆる静電紡糸法が知られている。

より具体的には、「高分子溶媒として揮発性溶媒を用いて高分子を溶解した高分子溶液を製造する段階と、前記高分子溶液を電荷誘導紡糸工程により紡糸する段階、及びコレクタ上に累積される微細繊維状高分子ウェブを得る段階とを含む微細繊維状高分子ウェブの製造方法であり、前記電荷誘導紡糸工程の操業空間の相対湿度は０〜４０％である微細繊維状高分子ウェブの製造方法」が開示されている（特許文献１）。

特開２００２−２４９９６６号公報（請求項４、段落番号００２９など）

この特許文献１においては、実際にどのような設備を用いて前記相対湿度とするかについては明示されていないが、一般的に考えて、電荷誘導紡糸工程の操業空間を容器中で行うことにより、前記相対湿度に管理しやすいと考えられる。

しかしながら、電荷誘導紡糸工程を行った場合、高分子溶液から揮発性溶媒が揮発するが、前述のように容器中で電荷誘導紡糸工程を行うと、揮発した揮発性溶媒ガスの速やかな除去を行うことが困難で、容器内における揮発性溶媒ガス濃度が高くなる結果、操業中に繊維径が徐々に細くなり、最終的には高分子溶液のまま捕集され、繊維を連続的に製造できないという問題があった。このような問題は、ノズル等の高分子溶液を供給する箇所が多ければ多い程、顕著に生じる問題であったため、工業化するためにスケールアップする場合に特に問題であった。

また、容器内における相対湿度を管理するために、調湿したガスを容器に供給することが考えられるが、季節や天候による環境変化の影響を受けて、所望相対湿度に調湿したガスを供給することが困難になる結果として、日によって繊維径がばらつくなど、繊維の品質管理が難しかった。特に、相対湿度の影響を受けやすい高分子溶液を使用して繊維径が０．５μｍ以下の微細繊維を製造しようとする場合には、相対湿度の影響を排除するためにできるだけ相対湿度が低いのが好ましいが、容器内を低湿度に保つことが困難で、日によって繊維径がばらつきやすかった。また、工業化するためにスケールアップする場合には、それだけ容器も大きくなるため、容器内における相対湿度の管理が更に難しいものであった。

本発明は、前記問題点を解決することを目的としてなされたもので、工業化できるようにスケールアップした場合であっても、日によって繊維径がばらつくことなく、連続して繊維を製造できる方法、及び装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる発明は、「紡糸容器内において紡糸原液を紡糸原液供給部から吐出するとともに、吐出した紡糸原液に電界を作用させて延伸し、繊維化する繊維の製造方法において、所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に維持することを特徴とする、繊維の製造方法」である。このように、所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを確実に所望相対湿度に維持しているため、スケールアップした場合であっても、季節や天候による環境変化の影響を受けず、日によって繊維径がばらつくことなく繊維を製造することができる。また、所望相対湿度のガスを紡糸原液供給部周辺へ供給することによって、紡糸原液から揮発した溶媒を速やかに除去することができ、紡糸原液供給部周辺の環境が飽和蒸気圧に達しないため、連続的に繊維を製造することができる。更に、所望相対湿度のガスを紡糸原液供給部周辺へ供給することによって、紡糸原液供給部からの紡糸原液の吐出量を多くすることができ、繊維の生産性が高まる、という効果も見出した。

本発明の請求項２にかかる発明は、「所望相対湿度のガスの供給方向が、紡糸原液の紡糸原液供給部からの吐出方向と同じであることを特徴とする、請求項１記載の繊維の製造方法」である。このように、所望相対湿度のガスの供給方向が紡糸原液の紡糸原液供給部からの吐出方向と同じであると、繊維の延伸方向と一致しているため、繊維を乱すことなく、安定して繊維を製造することができる。また、紡糸原液供給部周辺を所望相対湿度に維持して、連続的に繊維を製造しやすい。

本発明の請求項３にかかる発明は、「紡糸原液が溶媒として水への溶解性が１００ｇ／１００ｍｌ以上のものを主体として用いたものであり、しかも所望相対湿度のガスが相対湿度２０％以下のガスであることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の繊維の製造方法」である。このような水への溶解性が１００ｇ／１００ｍｌ以上の溶媒は水分を取り込みやすく、取り込んだ水分は紡糸原液の樹脂の貧溶媒として作用し、樹脂の溶解度が低下して紡糸原液の粘度が上昇し、更にゲル化や凝固が起こりやすい。そのため相対湿度が変化し、溶媒中に取り込まれる水分量が変化することによって、紡糸原液の粘度も変化し、一定電界を紡糸原液に作用させても、繊維径が変化してしまうが、相対湿度２０％以下のガスを供給し、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に確実に維持することができるため、季節や天候による環境変化の影響を受けず、日によって繊維径がばらつくことなく繊維を製造することができる。

本発明の請求項４にかかる発明は、「紡糸原液の主体とする溶媒が、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、蟻酸の中から選ばれる溶媒であることを特徴とする、請求項３記載の繊維の製造方法」である。これらの溶媒は、室温付近で飽和蒸気圧に達したとしても、爆発下限よりも十分に低い濃度にまでしかならず、繊維を製造している際に、仮にスパーク放電などが起こったとしても、爆発の心配が少ないため好適な溶媒である。また、これらの溶媒は樹脂の溶解性が比較的高く、更に蒸気圧がそれほど高くなく、急速に揮発することもないため好適である。

本発明の請求項５にかかる発明は、「紡糸原液が溶媒として水を主体として用いたものであり、しかも所望相対湿度のガスが相対湿度４０〜７０％のガスであることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の繊維の製造方法」である。このような水を主体とする紡糸原液は環境汚染がなく好適であるが、相対湿度が低すぎると、水が揮発して、紡糸原液供給部の吐出部で凝固し、安定した繊維の製造を妨げる傾向にある。また、相対湿度が高すぎると、水分の蒸発が抑制され繊維化が困難となる傾向にある。請求項５にかかる発明においては、相対湿度４０〜７０％のガスを供給し、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に確実に維持しているため、季節や天候による環境変化の影響を受けず、日によって繊維径がばらつくことなく、連続して繊維を製造することができる。

本発明の請求項６にかかる発明は、「紡糸原液を吐出できる紡糸原液供給部と、吐出した紡糸原液に電界を作用させて延伸し、繊維化することのできる印加手段と、所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に維持することのできるガス供給手段と、繊維化した繊維を捕集することのできる捕集体と、紡糸原液供給部と捕集体とを収納する紡糸容器とを備えていることを特徴とする、繊維の製造装置」である。ガス供給手段により所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを確実に所望相対湿度に維持できるため、スケールアップした場合であっても、季節や天候による環境変化の影響を受けず、日によって繊維径がばらつくことなく繊維を製造できる。また、ガス供給手段により所望相対湿度のガスを紡糸原液供給部周辺へ供給することによって、紡糸原液から揮発した溶媒を速やかに除去することができ、紡糸原液供給部周辺の環境が飽和蒸気圧に達しないため、連続的に繊維を製造することができる。更に、所望相対湿度のガスを紡糸原液供給部周辺へ供給することによって、紡糸原液供給部からの紡糸原液の吐出量を多くすることができ、繊維の生産性の高い装置である。

本発明の請求項７にかかる発明は、「ガス供給手段が、通気性壁面を有する整流容器と、前記整流容器へ所望相対湿度のガスを供給できるガス供給装置とを備えており、前記整流容器は通気性壁面から所望相対湿度のガスを紡糸原液供給部周辺へ供給できるように配置されていることを特徴とする、請求項６記載の繊維の製造装置」である。このような整流容器を介して所望相対湿度のガスを紡糸原液供給部周辺へ均等にガスを供給でき、相対湿度の制御やガス供給量の制御が容易であるため、日によって繊維径がばらつくことなく、連続して繊維を製造しやすい。また、紡糸原液供給部を複数箇所備えている場合であっても、それぞれの紡糸原液供給部に対して、均等にガスを供給できるため、繊維径が揃った繊維を製造しやすい、という効果も奏する。

本発明の請求項８にかかる発明は、「通気性壁面からの所望相対湿度のガスの供給方向が、紡糸原液の紡糸原液供給部からの吐出方向と同じであるように、整流容器が配置されていることを特徴とする、請求項７記載の繊維の製造装置」である。このように、所望相対湿度のガスの供給方向が紡糸原液の紡糸原液供給部からの吐出方向と同じであるように整流容器が配置されているため、供給したガスによって繊維を乱すことなく、安定して繊維を製造できる。また、紡糸原液供給部周辺を所望相対湿度に維持しやすいため、日によって繊維径がばらつくことなく、連続して繊維を製造しやすい。

本発明は、スケールアップした場合であっても、日によって繊維径がばらつくことなく、連続して繊維を製造できる方法、及び装置である。また、繊維の生産性が高い、という効果も奏する。

本発明の繊維の製造方法及び製造装置について、繊維製造装置の概念的模式断面図である図１をもとに説明する。

図１の製造装置は、紡糸原液をノズル２へ供給できる紡糸原液供給装置１、紡糸原液供給装置１から供給された紡糸原液を吐出できるノズル２、ノズル２から吐出され、電界によって延伸された繊維を直接捕集し、繊維集合体の形態で捕集できるアースされた捕集体３、ノズル２とアースされた捕集体３との間に電界を形成できるように、ノズル２に電圧を印加できる電圧印加装置４、前記ノズル２よりも上方に位置し、局所用ガス供給装置７から供給されたガスを整流した後にノズル２の周辺へガスを供給できる整流容器５、ノズル２の近傍に配置された補助電極９、前記ノズル２、捕集体３、整流容器５及び補助電極９を収納した紡糸容器６、前記整流容器５へ所定相対湿度のガスを供給できる局所用ガス供給装置７、前記紡糸容器６へ所定相対湿度のガスを供給できる全体用ガス供給装置７０、及び紡糸容器６内のガスを排気できる排気装置８、とを備えている。

このような製造装置を用いて繊維を製造する場合、まず、紡糸原液を用意する。この紡糸原液は静電紡糸可能な樹脂を溶媒に溶解させた溶液である。樹脂は特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレングリコール、部分けん化ポリビニルアルコール、完全けん化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、或いはポリプロピレンなどを使用できる。これら例示以外の樹脂も使用可能であり、例示以外の樹脂も含め、２種以上の樹脂を溶媒に溶解させた溶液（つまり、紡糸原液）を用いることもできる。

この紡糸原液の主体とする溶媒として、水への溶解性が１００ｇ／１００ｍｌ以上の溶媒（以下、「有機系溶媒」ということがある）であっても、本発明において使用することができる。つまり、このような有機系溶媒は水分を取り込みやすく、取り込んだ水分が樹脂の貧溶媒として作用し、樹脂の溶解度を低下させて紡糸原液の粘度が上昇し、更にゲル化や凝固が起りやすい。そのため、相対湿度が変化し、有機系溶媒中に取り込まれる水分量が変化することによって、紡糸原液の粘度も変化し、一定電界を紡糸原液に作用させても、繊維径が変化しやすいものである。本発明においては、ノズル２の周辺を所望相対湿度に維持し、このような影響を一定にできるため、日によって繊維径がばらつくことなく、繊維を製造することができる。なお、「水への溶解性」は、純水１００ｇに対して攪拌しながら溶媒を滴下していき、混合溶液が白濁したり、分離したりする直前の滴下量をいう。また、「主体としている」とは、溶媒の質量の５０％以上を占めていることをいう。

本発明の紡糸原液を構成する有機系溶媒は樹脂によっても変化するため、特に限定するものではないが、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，４−ジオキサン、ピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アセトニトリル、蟻酸などを挙げることができる。これらの中でも、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、又は蟻酸は、室温付近で飽和蒸気圧に達したとしても、爆発下限よりも十分に低い濃度にまでしかならず、繊維を製造している際に、仮にスパーク放電などが起こっても、爆発の心配が少なく、また、これらの有機系溶媒は樹脂の溶解性が比較的高く、更に蒸気圧がそれほど高くなく、急速に揮発することもないため好適に使用できる。なお、組成の異なる２種類以上の有機系溶媒（上記例示した有機系溶媒以外の溶媒も含む）であっても紡糸原液の溶媒として使用できる。

また、本発明の紡糸原液の溶媒は有機系溶媒に限定されず、水を主体として構成されていても良い。水は環境汚染がないため好適である。

本発明の紡糸原液の一部を構成する溶媒は、前記有機系溶媒、水以外に、水への溶解性が１００ｇ／１００ｍｌ未満の溶媒を含んでいても良い。より具体的には、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエタン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。

本発明の紡糸原液は上述のような樹脂を溶媒に溶解させたものであるが、その濃度は樹脂の組成、樹脂の分子量、溶媒等によって変化するため、特に限定するものではないが、静電紡糸への適用性の点から、粘度が１０〜５０００ｍＰａ・Ｓの範囲となるような濃度であるのが好ましく、２０〜４０００ｍＰａ・Ｓの範囲となるような濃度であるのがより好ましい。粘度が１０ｍＰａ・Ｓ未満であると、溶媒が蒸発せず繊維状になりにくい傾向があり、粘度が５０００ｍＰａ・Ｓを超えると、紡糸原液が延伸されにくく、繊維となりにくい傾向があるためである。なお、この「粘度」は、粘度測定装置を用い、温度２５℃で測定した、シェアレート１００ｓ^−１の時の値をいう。

このような紡糸原液は紡糸原液供給装置１によって、紡糸原液供給部であるノズル２へ供給される。この供給された紡糸原液をノズル２から吐出するとともに、吐出した紡糸原液に電界を作用させて延伸し、繊維を製造する。図１の製造装置においては、吐出された紡糸原液を、アースされた捕集体３と電圧印加装置４によって印加されたノズル２との間の電界により延伸し、繊維化させながら捕集体３へ向かって飛翔させている（いわゆる静電紡糸法）。図１の製造装置においては、飛翔した繊維を巻き取ることなく、直接、捕集体３上に集積させて、繊維集合体を形成できる。なお、紡糸原液供給装置１は特に限定されるものではないが、例えば、シリンジポンプ、チューブポンプ、ディスペンサ等を使用することができる。

図１における紡糸原液のノズル２からの吐出方向は、重力の作用方向と同じ方向であるが、紡糸原液のノズル２からの吐出方向は、図１とは異なる方向であっても良い。

このノズル２の直径は得ようとする繊維の繊維径によって変化するため、特に限定するものではないが、例えば、繊維の繊維径を０．７μｍ以下とする場合には、ノズル２の直径（内径）は０．１〜２．０ｍｍ程度であるのが好ましい。

また、ノズル２は金属製であっても、非金属製であっても良い。ノズル２が金属製であれば、電圧印加装置４から電圧を印加することにより、ノズル２を一方の電極として使用することができ、ノズル２が非金属製である場合には、ノズル２の内部に電極を設置し、この内部電極へ電圧印加装置４から電圧を印加することにより、紡糸原液に電界を作用させることができる。また、ノズル２が金属製であるか、非金属製であるかに関わらず、紡糸原液供給装置１からノズル２までの配管中における紡糸原液に対して直接電圧を印加することによって、紡糸原液に電界を作用させることもできる。

なお、図１の製造装置においては、紡糸原液供給部としてノズル２を使用しているが、ノズルである必要はない。例えば、ワイヤー、鋸歯状ロールであっても良い。

図１においては、電圧印加装置４によりノズル２に電圧を印加するとともに、捕集体３をアースすることにより電界を形成しているが、図１とは逆に、ノズル２をアースするとともに、捕集体３に電圧を印加して電界を形成しても良い。また、ノズル２と捕集体３の両方に電圧を印加するものの、電位差を設けるように印加して電界を形成しても良い。なお、この電界は、繊維の繊維径、ノズル２と捕集体３との距離、紡糸原液の溶媒、紡糸原液の粘度などによって変化するため、特に限定するものではないが、０．２〜５ｋＶ／ｃｍであるのが好ましい。電界強度が５ｋＶ／ｃｍを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすい傾向があり、０．２ｋＶ／ｃｍ未満であると、紡糸原液の延伸が不十分で繊維となりにくい傾向があるためである。

なお、電圧印加装置４は特に限定されるものではないが、例えば、直流高電圧発生装置やヴァン・デ・グラフ起電機を用いることができる。また、印加電圧は前述のような電界強度とすることができれば良く、特に限定するものではないが、５〜５０ＫＶ程度であるのが好ましい。

また、印加する電圧の極性はプラスとマイナスのいずれであっても良いが、繊維の拡がりを抑制できるように、ノズル２側がプラス電位となるようにするのが好ましい。特に、電圧印加時のコロナ放電を抑制しやすいように、捕集体３をアースし、ノズル２をプラスに印加して、ノズル２がプラス電位となるようにするのが好ましい。

図１の製造装置においては、捕集体３としてコンベアを使用しているが、繊維を捕集できるものであれば良く、特に限定されるものではない。例えば、金属や炭素などの導電性材料又は有機高分子などの非導電性材料からなる、不織布、織物、編物、ネット、平板、或いはドラムを、捕集体として使用することができる。また、場合によっては水や有機溶媒などの液体を捕集体として使用できる。更に、ボビン等を使用することによって、繊維がランダムに集積した状態ではなく、繊維を規則的に巻き付けた状態で捕集することもできる。

図１の製造装置のように、捕集体３を他方の電極として使用する場合には、捕集体３は体積抵抗が１０^９Ω以下の導電性材料（例えば、金属）からなるのが好ましい。一方、ノズル側から見て、捕集体よりも後方に対向電極として導電性材料を配置する場合には、捕集体は必ずしも導電性材料からなる必要はない。後者のように、捕集体よりも後方に対向電極を配置する場合、捕集体と対向電極とは接触していても良いし、離間していても良い。

図１の製造装置においては、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に維持することができるように、ノズル２よりも上方に整流容器５を備えている。この整流容器５の側壁の一部及び上壁を切り欠いた模式的斜視図を図２に示す。この整流容器５は下壁が通気性壁面５ａからなる、円柱状の容器である。この整流容器５には下壁から更に側壁に沿って延びるスカート部５ｂが形成されている。なお、整流容器５の側壁にはガス供給管７ａを介して局所用ガス供給装置７が接続されているため、所望相対湿度のガスを供給できるようになっている。また、前記通気性壁面５ａにはノズル２が取り付けられており、このノズル２には整流容器５の上壁を貫通した原液供給管１ａが接続されているため、紡糸原液をノズル２へ供給できるようになっている。

このような整流容器５に対し、局所用ガス供給装置７からガス供給管７ａを介して所望相対湿度のガスを供給すると、供給されたガスは整流容器５内に充填された後に、通気性壁面５ａを通ってノズル２の周辺へ均等に供給される。この整流容器５においては、通気性壁面５ａにノズル２が取り付けられているため、確実にノズル２の周辺のみを所望相対湿度に維持することができる。このような整流容器５を用いた場合、相対湿度の制御やガス供給量の制御が容易であるため、日によって繊維径がばらつくことなく、繊維を製造することができる。なお、供給したガスによって紡糸原液から揮発した溶媒を速やかに除去することができ、ノズル周辺の環境が飽和蒸気圧に達しないため、連続的に紡糸することができる。また、ノズル２からの紡糸原液の吐出量を多くすることができ、繊維の生産性を高めることができる。更に、図２においては、通気性壁面５ａからのガスの供給方向が紡糸原液の吐出方向と同じであるように整流容器５が配置しているため、供給したガスによって繊維を乱すことなく、安定して繊維を製造することができる。

なお、整流容器５は円柱状である必要はないが、ノズル２を通気性壁面５ａの中心に取り付けた場合、整流容器５が円柱状であることによって、ノズル周辺における相対湿度を均一に制御しやすい。また、通気性壁面５ａはどのような材料から構成されていても良いが、例えば、金属又は樹脂製のパンチングプレート、布、不織布などの多孔性材料から構成することができる。また、整流容器５にスカート部５ｂが取り付けられていることによって、ガスの供給方向を制御し、ノズル２の周辺を所望相対湿度に維持しやすいが、必ずしもスカート部は必要ではない。図２の整流容器５において、スカート部５ｂは側壁に沿って延びているが、沿って延びている必要はなく、円錐状又は逆円錐状に延びていても良い。図２の整流容器５においては、通気性壁面５ａにノズル２が取り付けられているが、通気性壁面５ａとノズル２とは分離していても良い。更に、図２の整流容器５は紡糸原液の吐出方向と同じであるように配置されているが、同じである必要はない。

なお、紡糸原液供給部（図１、図２においてはノズル２）周辺のみを所望相対湿度に維持することができるのであれば、整流容器を使用する態様に限定されない。

本発明における「紡糸原液供給部周辺（図１、図２においてはノズル周辺）」とは、紡糸原液供給部（図１、図２においてはノズル２）の中心を中心とする直径５０ｍｍの円を上壁面とする、高さ５０ｍｍの円柱体からなる仮想空間を意味する。

上記の整流容器５にはガス供給管７ａを介して局所用ガス供給装置７が接続されているため、この局所用ガス供給装置７から所望相対湿度のガスを供給できる。この局所用ガス供給装置７から供給するガスの相対湿度は、紡糸原液を構成する溶媒によって変化する。例えば、水への溶解性が１００ｇ／１００ｍｌ以上のものを主体とした有機系溶媒である場合、相対湿度２０％以下のガスを供給するのが好ましい。このように水分を取り込みやすい有機系溶媒を使用した場合、有機系溶媒中に水分が取り込まれることによって、紡糸原液の粘度が変化し、一定電界を紡糸原液に作用させても、繊維径が変化しやすいが、相対湿度を２０％以下とすることによって有機系溶媒中に取り込まれる水分量を少なくすることによって、水分の影響を少なくできるため、このような有機系溶媒を使用した場合であっても、日によって繊維径がばらつくことなく繊維を製造することができる。特に、有機系溶媒を主体とする紡糸原液を用いて、繊維径が０．５μｍ以下の微細繊維を製造する場合には、前記相対湿度の影響が大きいため、ノズル周辺を相対湿度２０％以下に維持するのが好ましい。

同様に、水を主体とした溶媒からなる紡糸原液の場合、相対湿度が４０％よりも低いと、水が揮発してノズル２の吐出部で凝固したり、繊維径の小さい繊維を紡糸することが困難になる傾向があり、一方で相対湿度が７０％を超えると、水分の蒸発が抑制され繊維化が困難となる傾向があるため、相対湿度を４０〜７０％とすることによって水分の影響を少なくして、日によって繊維径がばらつくことなく繊維を製造できるようにするのが好ましい。

なお、紡糸原液の溶媒として何を使用するかに関わらず、ノズル２の周辺を所望相対湿度に維持（所望相対湿度の±２％の範囲内）することが必要である。これは相対湿度が変化することで繊維径が変化しやすいため、水分の影響を一定とし、日によって繊維径がばらつくことなく繊維を製造できるようにするためである。相対湿度の変動が小さければ小さい程、水分の影響を一定とすることができるため、所望相対湿度の±１．５％以内であるのが好ましく、±１％以内であるのがより好ましい。このような状態とするために、局所用ガス供給装置７として、例えば、コンプレッサーを使用して調湿したガスを、整流容器５へ一定風量で供給して、ノズル２の周辺を所望相対湿度に維持するのが好ましい。

局所用ガス供給装置７から供給するガスの相対湿度をどの程度とするかは、相対湿度によって繊維径が変化することに加えて、紡糸原液（つまり溶媒や樹脂）によって影響度が異なるため、紡糸しようとする紡糸原液を用いて各種相対湿度のガスを供給しながら紡糸し、実験的に確定することができる。より具体的には、紡糸しようとする紡糸原液を用い、相対湿度が一定（±１％）のガスを供給しながら繊維を製造し、その条件で得られる繊維径を確認する。この操作を、ガスの相対湿度を何水準かに変えて行い、ガスの相対湿度と繊維径との関係を把握する。この結果から、所望の繊維径を得るために必要なガスの相対湿度を決定できる。

なお、一定風量で所望相対湿度のガスを供給して、ノズル２の周辺を所望相対湿度に維持しやすいように、局所用ガス供給装置７から整流容器５へ所望相対湿度のガスを一定風量で供給するのが好ましい。風量の変動が大きいと、風量の変動によって溶媒の揮発速度に差が生じ、結果として繊維径のバラツキが生じる傾向があるためである。この「一定風量」とは、風量の変化が±１０％以内であることをいい、風量の変化が小さければ小さい程、繊維径のバラツキを小さくすることができるため、風量の変化は±８％以内であるのが好ましく、±５％以内であるのがより好ましい。このような一定風量で所望の相対湿度のガスを供給できる方法として、例えば、流量計を通して供給する方法や、一定圧力に減圧した圧縮ガスを供給する方法、などを挙げることができる。

また、所望相対湿度のガスのノズル周辺への供給量は、吐出される紡糸原液の量と樹脂濃度によって適宜決定することができる。つまり、蒸発する溶媒量を計算し、飽和蒸気に達するガス量よりも多いガス量を供給量とすれば良い。なお、供給する所望相対湿度のガスの種類は特に制限はないが、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどを使用できる。経済的見地からは空気が好ましい。

本発明の製造装置においては、図１に示すように紡糸容器６を用い、ノズル２、捕集体３、整流容器５及び後述の補助電極９を収納しているとともに、上壁に接続されたガス供給管７ｂを介して全体用ガス供給装置７０（例えば、温湿度調節機）が接続されている。そのため、全体用ガス供給装置７０から所望相対湿度のガスを紡糸容器６へ供給することにより、ノズル周辺以外における紡糸容器６内の雰囲気を、所望相対湿度（ノズル２の周辺における所望相対湿度と同じ、又は異なる所望相対湿度）とすることができ、ノズル２の周辺における相対湿度の管理がしやすい。

なお、図１の製造装置においては、紡糸容器６の上方に上方多孔性材料６ａ（例えば、金属又は樹脂製のパンチングプレート、布、不織布など）を備えていることによって上方空間６ｓ_１を形成しているとともに、紡糸容器６の下方に下方多孔性材料６ｂ（例えば、金属又は樹脂製のパンチングプレート、布、不織布など）を備えていることによって下方空間６ｓ_２を形成している。このように上方多孔性材料６ａを備えていることによって、全体用ガス供給装置７０から供給されたガスの紡糸容器６への供給量を一定にすることができる。また、下方多孔性材料６ｂを備えていることによって、排気が局所的に起こらず、紡糸容器６の上方から下方への均一なガスの流れを形成することができる。

しかしながら、全体用ガス供給装置７０から紡糸容器６へガスを供給することは必ずしも必要ではないし、紡糸容器６に上方多孔性材料６ａ及び／又は下方多孔性材料６ｂを設けて、上方空間６ｓ_１及び／又は下方空間６ｓ_２を形成することも必ずしも必要ではない。

図１の製造装置においては、紡糸容器６内のガスを排出できるように、紡糸容器６の下壁に排気装置８が接続されている。紡糸容器６内で静電紡糸法により繊維を製造すると、紡糸容器６内における溶媒の蒸気濃度がどんどん高くなり、溶媒の蒸発が抑制され、繊維径が細くなり、最終的には溶媒の蒸気濃度が飽和に達してしまい、繊維を製造することが困難になるが、前述のようなノズル２周辺へのガスの供給に加えて、ガスを排出することによって紡糸容器６全体における溶媒の蒸気濃度を一定にできるため、繊維径のばらつきのない繊維を連続して製造しやすい。

なお、排気装置８は特に限定するものではないが、例えば、排気口に設置したファンであることができる。図１のように、局所用ガス供給装置７及び全体用ガス供給装置７０によって、それぞれ整流容器５、紡糸容器６へ所望相対湿度のガスを供給する場合には、紡糸容器６に単に排気口を設けるだけで供給量と同量のガスを排出することができるため、排気装置８は必ずしも設ける必要はない。なお、排気装置８により排気する場合には、排気量と供給量とを同じにするのが好ましい。供給量と排気量が異なると、ノズル２の周辺における圧力が変わることによって、溶媒の蒸発速度が変わって、繊維径のバラツキが生じやすくなるためである。

図１の製造装置においては、ノズル２近傍に補助電極９を備えている。この補助電極９の概念的模式斜視図を図３に示す。この補助電極９は紡糸を妨げないように中央部が円形状に開口した支持台９１に、４本のピン電極９ａ〜９ｄが開口部の中心から同じ距離、かつ隣接するいずれのピン電極とも等間隔であるように設置されており、これらピン電極９ａ〜９ｄには電圧を印加できるように、前述の電圧印加装置４が接続されている。このような補助電極９はノズル２が支持台９１の開口の中心に位置し、ノズル２の捕集体３側先端がピン電極９ａ〜９ｄの捕集体３側先端よりも捕集体３側に突出した状態となるように配置されている。このような補助電極９のピン電極９ａ〜９ｄにノズル２と同電圧を印加して電界を形成すると、ノズル２からの紡糸原液の吐出量を低下させることなく、この電界の作用によって、ノズル２から吐出され、繊維化した繊維の飛翔方向を制御することができる。

図１の補助電極９はノズル２へ電圧を印加する電圧印加装置と同じ電圧印加装置４に接続されているが、別の電圧印加装置に接続されていても良い。なお、図１の補助電極９はノズル２が支持台９１の開口の中心に位置し、ノズル２の捕集体３側先端がピン電極９ａ〜９ｄの捕集体３側先端よりも捕集体３側に突出した状態となるように配置されているが、ノズル２が支持台９１の開口の中心に位置し、ノズル２の捕集体３側先端がピン電極９ａ〜９ｄの捕集体３側先端よりも整流容器５側に奥まった状態となるように配置されていても良い。この場合には、ピン電極９ａ〜９ｄに対して、ノズル２よりも低い電圧を印加して、ノズル２からの紡糸原液の吐出量を低下させることなく、繊維の飛翔方向を制御するのが好ましい。

なお、図３の補助電極９は４本のピン電極９ａ〜９ｄを用いる態様であるが、補助電極９はこの態様に限定されず、図４に別の補助電極９Ａの概念的模式斜視図を示すように、円状に成形されたワイヤー電極１０であっても同様の効果を奏する。このような補助電極９Ａもピン電極９ａ〜９ｄを備えた補助電極９と同様に、ノズル２がワイヤー電極１０の中心に位置し、ノズル２の捕集体３側先端がワイヤー電極１０よりも捕集体３側に突出した状態となるように配置し、ノズル２と同電圧を印加するか、ノズル２がワイヤー電極１０の中心に位置し、ノズル２の捕集体３側先端がワイヤー電極１０よりも整流容器５側に奥まった状態となるように配置し、ノズル２よりも低い電圧を印加して、ノズル２からの紡糸原液の吐出量を低下させることなく、繊維の飛翔方向を制御するのが好ましい。

以上、図１及び図２をもとに、通気性壁面５ａに１本のノズル２を備えた整流容器５を使用した製造装置について説明したが、スケールアップする場合にはノズル本数が多い方が好ましい。このようなノズルを複数本備えた整流容器について、整流容器の側壁の一部及び上壁を切り欠いた模式的斜視図である図５を基に説明する。この整流容器５は下壁が通気性壁面５ａからなる、直方体状の容器である。この整流容器５には下壁から更に側壁に沿って延びるスカート部５ｂが形成されている。また、整流容器５の側壁には局所用ガス供給装置７に接続されたガス供給管７ａが接続されているため、所望相対湿度のガスを各ノズルの周辺へ供給できるようになっている。なお、前記通気性壁面５ａには９本のノズル２_１〜２_９が取り付けられており、このノズル２_１〜２_９には整流容器５の側壁を貫通した原液供給管１ａが接続されているため、紡糸原液をノズル２_１〜２_９へ供給できるようになっている。

このような整流容器５に対して局所用ガス供給装置７からガスを供給すると、供給されたガスは整流容器５内に充填された後に、通気性壁面５ａを通って各ノズルの周辺へ均等に供給される。この整流容器５においては、通気性壁面５ａにノズル２_１〜２_９が取り付けられているため、ノズル２_１〜２_９の周辺のみを確実に所望相対湿度に維持することができ、相対湿度の制御やガス供給量の制御が容易であるため、日によって繊維径がばらつくことなく、繊維を製造することができる。また、供給したガスによって紡糸原液から揮発した溶媒を速やかに除去することができ、ノズル２の周辺の環境が飽和蒸気圧に達しないため連続して繊維を製造することができる。この図５の整流容器５においては、通気性壁面５ａからのガスの供給方向が紡糸原液の吐出方向と同じであるように整流容器５が配置しているため、供給したガスによって繊維を乱すことなく、安定して繊維を製造することができる。また、ノズル１本当たりの紡糸原液吐出量を多くすることができるため、繊維の生産性を高めることができ、しかもノズル本数が多いため、この点からも生産性良く繊維を製造することができる。更に、このようなノズルを複数本備えた整流容器を複数個備えていると、更に繊維の生産性を高めることができる。

以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
（紡糸原液の調製）
重量平均分子量４２万のポリアクリロニトリルを、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに濃度１０ｍａｓｓ％となるように溶解させた紡糸原液（粘度：９３０ｍＰ・ｓ）を用意した。

（製造装置の準備）
シリンジ（紡糸原液供給装置１）をポリテトラフルオロエチレン製チューブを介して、内径が６ｍｍのステンレス管と接続した。次いで、前記ステンレス管に、内径が０．６ｍｍのステンレス製針状ノズルを、一直線状に、３０ｍｍ間隔で１０本接続するとともに、アクリル棒で各ノズルを固定してノズル群を形成した。

次いで、直方体状容器（長さ：３４０ｍｍ、幅：４５ｍｍ、高さ：１００ｍｍ）から高さ方向の下壁を取り払った状態の整流基礎容器を用意した。この整流基礎容器の下壁の一部をアクリル棒が構成するように、前記ノズル群を整流基礎容器の長さ方向と平行、かつ整流基礎容器の幅方向の中央部にノズル群が位置するように設置した。なお、ステンレス管は整流基礎容器の側壁を貫通するように取り付けた。次いで、整流基礎容器とアクリル棒との間に、残りの下壁を形成するように不織布を取り付けた。更に、整流基礎容器の下壁から更に側壁に沿って延びるスカート部５ｂ（長さ：２０ｍｍ）、及び長さ方向に対向する両側壁に、ガス供給管７ａを取り付けて、紡糸部ユニットを製造した。この紡糸部ユニットにおいては、整流基礎容器、アクリル棒及び不織布（通気性壁面５ａ）によって整流容器５を構成している。

次いで、前記紡糸部ユニットのノズル群に高電圧電源（電圧印加装置４）及び局所用ガス供給装置７をガス供給管７ａに接続し、更に補助電極９Ａとして四角形状（たて：４００ｍｍ、よこ：６０ｍｍ）のワイヤー電極を、前記紡糸部ユニットのノズル群列がワイヤー電極のたて方向と平行で、ワイヤー電極のたて方向の２辺から３０ｍｍづつ離間しており、ワイヤー電極のよこ方向の２辺から６５ｍｍづつ離間しており、しかもノズル先端がワイヤー電極よりも１５ｍｍ突出した状態で配置して、静電紡糸装置ユニットを製造した。このワイヤー電極はノズル群に接続した高電圧電源と同じ高電圧電源に接続した。なお、局所用ガス供給装置７は、エアコンプレッサー、中空糸膜式除湿装置、バルブ付流量計からなり、エアコンプレッサーのエアを中空糸膜式除湿装置に通した後、２分岐させ、それぞれをバルブ付流量計へ供給し、一方のエアは保温した水中にバブリング（バブリングエア）させ、もう一方のエア（除湿エア）はそのままの状態で、これらエアを再び混合して、調湿エアを供給できるものを使用した。このような静電紡糸装置ユニットを１０台製造した。

次いで、透明塩化ビニル製直方体紡糸容器６（幅：８００ｍｍ、高さ：８００ｍｍ、奥行き：１６００ｍｍ）に、前記静電紡糸装置ユニットを１０台（ノズル数：１００本）設置するとともに、ノズル群と対向し、１０ｃｍ離れた位置に、表面に導電フッ素加工を施したステンレス薄板を取り付けたコンベア（捕集体３、アース済み）を、各静電紡糸装置ユニットのノズル群の配置方向がコンベアの幅方向と一致するように設置した。なお、直方体紡糸容器６としては、上方多孔性材料６ａとして不織布を備えたものを使用した。

次いで、直方体紡糸容器６の上壁にガス供給管７ｂを接続するとともに、このガス供給管７ｂに温湿度調節器（全体用ガス供給装置７０、株式会社アピステ製、精密空気発生装置、ＰＡＵユニット ＰＡＵ−１４７００ＨＤＲ）を接続した。そして更に、直方体紡糸容器６の下壁の８箇所に排気ファン（排気装置８）を接続した。

（繊維の製造）
前記紡糸原液を各紡糸部ユニットのシリンジに入れ、マイクロフィーダーを用いて、重力の作用方向と平行方向へノズル群からそれぞれ吐出（ノズル１本あたりの紡糸溶液の吐出量：２１ｇ／時間）するとともに、前記コンベアを一定速度（表面速度：５ｃｍ／分）で移動させながら、各高電圧電源から各ノズル群及び各補助電極９Ａに＋１７.５ｋＶの電圧を印加し、吐出した紡糸原液に電界をそれぞれ作用させて繊維化し、前記コンベアのステンレス薄板上に集積させた。なお、繊維を製造する際に、局所用ガス供給装置７から相対湿度１５％に設定した調湿エアを５０Ｌ／分で整流容器５へそれぞれ供給（風量の変化率：±１％以下）し、通気性壁面５ａ（不織布）を介して紡糸原液の吐出方向と同じ方向に調湿エアをそれぞれ供給して、いずれのノズルの周辺も相対湿度１５％（湿度変化±０.５％以下）に維持するとともに、全体用ガス供給装置７０から相対湿度３０％のエアを３ｍ^３／分で紡糸容器６へ供給（風量の変化率：±１％以下）して、紡糸容器６内の相対湿度を２９．３〜３１．５％に維持した。また、紡糸容器６の排気口から出てくるガスを排気ファンで排気した。

（生産性の評価）
上述の条件で繊維の製造を開始したところ、８時間経過した後も安定して繊維を製造することができた。得られた繊維の電子顕微鏡写真を撮影し、電子顕微鏡写真から繊維径（５０点）を計測したところ、数平均繊維径が０．２２μｍで、標準偏差値は０．０４であった。このことから、本発明の製造方法及び装置によれば、繊維径のバラツキのない繊維を連続して製造できることがわかった。

（比較例１）
（繊維の製造）
実施例１の整流容器５を使用せず、個々のノズル周辺への調湿エアの供給を行わず、全体用ガス供給装置７０から相対湿度１５％の調湿エアを２００Ｌ／分で紡糸容器６へ供給（風量の変化率：±１％以下）して、紡糸容器６内の相対湿度を１４．３〜１６．８％に維持したこと以外は、実施例１と全く同様にして繊維の製造を開始した。

（生産性の評価）
上述のようにして繊維の製造を開始して直ぐに、繊維化せず液滴としてコンベア上に落下し、繊維を製造することができなかった。

本発明の繊維製造装置の概念的模式断面図 整流容器の側壁の一部及び上壁を切り欠いた模式的斜視図 補助電極の概念的模式斜視図 別の補助電極の概念的模式斜視図 別の整流容器の側壁の一部及び上壁を切り欠いた模式的斜視図

符号の説明

１ 紡糸原液供給装置
１ａ 原液供給管
２、２_１〜２_９ ノズル
３ 捕集体
４ 電圧印加装置
５ 整流容器
５ａ 通気性壁面
５ｂ スカート部
６ 紡糸容器
６ａ 上方多孔性材料
６ｂ 下方多孔性材料
６ｓ_１ 上方空間
６ｓ_２ 下方空間
７ 局所用ガス供給装置
７０ 全体用ガス供給装置
７ａ、７ｂ ガス供給管
８ 排気装置
９、９Ａ 補助電極
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ ピン電極
９１ 支持台
１０ ワイヤー電極

Claims (8)

1. 紡糸容器内において紡糸原液を紡糸原液供給部から吐出するとともに、吐出した紡糸原液に電界を作用させて延伸し、繊維化する繊維の製造方法において、所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に維持することを特徴とする、繊維の製造方法。
2. 所望相対湿度のガスの供給方向が、紡糸原液の紡糸原液供給部からの吐出方向と同じであることを特徴とする、請求項１記載の繊維の製造方法。
3. 紡糸原液が溶媒として水への溶解性が１００ｇ／１００ｍｌ以上のものを主体として用いたものであり、しかも所望相対湿度のガスが相対湿度２０％以下のガスであることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の繊維の製造方法。
4. 紡糸原液の主体とする溶媒が、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、蟻酸の中から選ばれる溶媒であることを特徴とする、請求項３記載の繊維の製造方法。
5. 紡糸原液が溶媒として水を主体として用いたものであり、しかも所望相対湿度のガスが相対湿度４０〜７０％のガスであることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の繊維の製造方法。
6. 紡糸原液を吐出できる紡糸原液供給部と、吐出した紡糸原液に電界を作用させて延伸し、繊維化することのできる印加手段と、所望相対湿度のガスを供給して、紡糸原液供給部周辺のみを所望相対湿度に維持することのできるガス供給手段と、繊維化した繊維を捕集することのできる捕集体と、紡糸原液供給部と捕集体とを収納する紡糸容器とを備えていることを特徴とする、繊維の製造装置。
7. ガス供給手段が、通気性壁面を有する整流容器と、前記整流容器へ所望相対湿度のガスを供給できるガス供給装置とを備えており、前記整流容器は通気性壁面から所望相対湿度のガスを紡糸原液供給部周辺へ供給できるように配置されていることを特徴とする、請求項６記載の繊維の製造装置。
8. 通気性壁面からの所望相対湿度のガスの供給方向が、紡糸原液の紡糸原液供給部からの吐出方向と同じであるように、整流容器が配置されていることを特徴とする、請求項７記載の繊維の製造装置。
   

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