JP2006283240A - Web-producing apparatus - Google Patents

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Yasushi Kobayashi
靖 小林
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    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0061Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a web-producing apparatus enabling substantial increase of web production speed of an electrospinning web production process. <P>SOLUTION: The apparatus for producing a web by electrospinning process has a spinning head having a nozzle to eject a polymer substance, a collector to collect the polymer substance ejected from the nozzle and an electric source to supply a voltage between the nozzle and the collector. The apparatus has a plurality of nozzles on the spinning head and auxiliary electrodes formed between the multiple nozzles and the nozzle has an electric potential different from that of the auxiliary electrode. The potential applied to the auxiliary electrode of the web-production apparatus is 50.0-99.9% of the potential between the nozzle and the collector. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子溶液又は高分子熔融物等の高分子物質からエレクトロスピニング(Electrospinning;静電紡糸)法を用いて、サブミクロン〜ミクロン径の繊維をウェブとして形成する製造装置、及び該製造装置によるウェブの製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、エレクトロスピニングウェブ法によるウェブ製造速度の飛躍的向上を可能とする製造装置である。   The present invention relates to a manufacturing apparatus for forming a submicron to micron diameter fiber as a web from a polymer material such as a polymer solution or a polymer melt using an electrospinning method. The present invention relates to a method of manufacturing a web using an apparatus. More specifically, the present invention is a manufacturing apparatus that can dramatically improve the web manufacturing speed by the electrospinning web method.

合成樹脂より繊維やウェブを得る方法としては様々なものがあるが、溶融紡糸法、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法で製造可能な繊維は、直径数〜数十μmの範囲であって、サブミクロンから数ミクロンの繊維を製造することは、特定高分子の繊維の一部を溶かして除去する等の特殊な手段を除いて不可能であった。(非特許文献1)   There are various methods for obtaining fibers and webs from synthetic resins. Fibers that can be produced by the melt spinning method, wet spinning method, and dry and wet spinning method have a diameter in the range of several to several tens of μm. It has been impossible to produce fibers of micron to several microns except for special means such as melting and removing a part of fibers of a specific polymer. (Non-Patent Document 1)

一方、エレクトロスピニング法によれば、様々な種類の高分子物質を数nm〜数μm径の繊維のウェブとすることが可能であり、従って、他の方法に比べて体積に対する表面積の比が大きく高い多孔性を有するウェブの製造が可能である。
その原理は以下の通りである。即ち、対向に配置させた電極板との間に電圧を有するノズルから、導電性を有する液状の高分子物質を噴射すると、高分子物質の液滴が帯電すると同時にコレクター部方向に引き伸ばされて筋状に伸びる。液滴の表面張力を、帯電した電荷による反発力が上回ったとき、状態が不安定になってフラッシュ的に広がる現象、即ちジェットのブレークアップが起こり、これによってジェットが微細繊維状となって対向電極上に網目状に付着することでウェブが形成される。
エレクトロスピニング法の特許は、米国特許第1975504号(特許文献1)が最初と言われており、その歴史は古いが、製造速度が遅いという問題があるため、近年までは工業的には応用されていなかった(非特許文献1〜3)。
On the other hand, according to the electrospinning method, various kinds of polymer materials can be made into a web of fibers having a diameter of several nanometers to several micrometers, and therefore, the ratio of the surface area to the volume is larger than other methods. A web with high porosity can be produced.
The principle is as follows. That is, when a liquid polymer material having electrical conductivity is ejected from a nozzle having a voltage between the electrode plates arranged opposite to each other, a droplet of the polymer material is charged and simultaneously stretched in the direction of the collector portion. It grows in a shape. When the surface tension of the droplet exceeds the repulsive force due to the charged charge, the state becomes unstable and spreads like a flash, that is, the jet breaks up. A web is formed by adhering in a mesh form on the electrode.
It is said that US Patent No. 1975504 (Patent Document 1) is the first patent for the electrospinning method. Although its history is old, there is a problem that the production speed is slow. (Non-Patent Documents 1 to 3).

しかし、近年では、エレクトロスピニング法によるウェブの製造は、その特性から人工血管や人工臓器等の医療・バイオテクノロジー等の応用分野で精力的に研究されている(特許文献2〜8)。また、1990年代初頭にアメリカで、生物兵器用のガスフィルターを製造するための軍事研究として取り上げられ、その他にも単一ノズルによるエレクトロスピニング技術に関する様々な報告がなされている。例えば、特許文献9には、EVOH(エチレンビニルアルコール共重合体)やPVA(ポリビニルアルコール)の(水)性溶液からエレクトロスピニングし、EVOHやPVAのナノファイバー体を製造する方法が開示されている。実用化された例としては、Donaldson Companyにおいてガスタービンや自動車用の特殊エアフィルターとして実用化されている(非特許文献4)。   However, in recent years, the production of webs by the electrospinning method has been energetically studied in application fields such as medical and biotechnology such as artificial blood vessels and artificial organs due to its characteristics (Patent Documents 2 to 8). Also, in the United States in the early 1990s, it was taken up as military research for producing gas filters for biological weapons, and various other reports on electrospinning technology using a single nozzle were made. For example, Patent Document 9 discloses a method for producing EVOH or PVA nanofiber bodies by electrospinning from an (aqueous) solution of EVOH (ethylene vinyl alcohol copolymer) or PVA (polyvinyl alcohol). . As an example of practical use, it is put into practical use as a special air filter for gas turbines and automobiles by Donaldson Company (Non-Patent Document 4).

しかし、製造速度の遅さによる生産性の悪さは依然として問題であった。紡糸ヘッドにノズルを多数設けることによって製造速度を上げる試みもなされてきたが、ノズルを多数設けるとノズル間の電界干渉による不具合が発生した。
多数のノズルを用いる例として、特許文献14には、紡糸ヘッドとコレクター部の間に平板電極を設けたり、走査電極、静電四極子レンズを設けたりすることにより、ノズルを多数配列した工業的に製造可能な装置の提案がなされ、スリット状の紡糸金口なども提案されているが、十分な加工速度が得られるものではなかった。また、特許文献15には、多数配列したノズルの中間に電荷分配板を用いることにより、加工速度を向上させる方法が提案されているが、ノズル(特許本文中ではニードル)間の電界干渉について考慮されておらず、電界が集中せず弱いために、繊維に粒状の塊が含まれる等の品質上の問題が生じ、また、加工条件にも制約が多いという問題はあった。
However, poor productivity due to slow manufacturing speed remained a problem. Attempts have been made to increase the production speed by providing a large number of nozzles in the spinning head. However, when a large number of nozzles are provided, problems due to electric field interference between the nozzles occurred.
As an example of using a large number of nozzles, Patent Document 14 discloses an industrial technique in which a large number of nozzles are arranged by providing a plate electrode, a scanning electrode, or an electrostatic quadrupole lens between a spinning head and a collector. A device that can be manufactured is proposed, and a slit-shaped spinneret is also proposed, but a sufficient processing speed cannot be obtained. Further, Patent Document 15 proposes a method of improving the processing speed by using a charge distribution plate in the middle of a large number of arranged nozzles. However, electric field interference between nozzles (needles in the patent text) is considered. However, since the electric field does not concentrate and is weak, there is a problem in quality such as a granular lump contained in the fiber, and there are many problems in processing conditions.

米国特許第1975504号U.S. Pat. No. 1975504 米国特許第4044404号U.S. Pat.No. 4,044,404 米国特許第4323525号U.S. Pat. No. 4,323,525 米国特許第4552707号U.S. Pat. No. 4,552,707 米国特許第4842505号U.S. Pat. No. 4,842,505 米国特許第4904272号U.S. Pat. No. 4,904,272 米国特許第5866217号US Pat. No. 5,866,217 米国特許US2003/0215624号US Patent US2003 / 0215624 米国特許US2003/0190383号US Patent US2003 / 0190383 米国特許第6713011号U.S. Patent No. 6713011 特許第3525382号Japanese Patent No. 3525382 繊維学会誌 Vol.59, No.1 p3(2003)Journal of the Textile Society of Japan Vol.59, No.1 p3 (2003) 高分子論文集,Vol.59,No.11, pp.706-709(Nov.,2002)Journal of Polymer Science, Vol.59, No.11, pp.706-709 (Nov., 2002) Journal of Polymer Science: Part b: Polymer Physics,Vol.37,3488-3493(1999)Journal of Polymer Science: Part b: Polymer Physics, Vol. 37, 3488-3493 (1999) International Nonwovens Technical Conference (Joint INDA TAPPI Conference), Atlanta, Georgia, September 24-26, 2002.International Nonwovens Technical Conference (Joint INDA TAPPI Conference), Atlanta, Georgia, September 24-26, 2002.

本発明の目的は、複数のノズルを有するエレクトロスピニング法によるウェブ製造装置のノズル間の電界の干渉を防止し、多数のノズルから効率よく繊維を取り出しウェブの製造速度を向上させるウェブ製造装置を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a web manufacturing apparatus that prevents interference of an electric field between nozzles of a web manufacturing apparatus by an electrospinning method having a plurality of nozzles, efficiently takes out fibers from a large number of nozzles, and improves the web manufacturing speed. The task is to do.

上記課題を解決するために本発明は以下の手段をとる。
本発明の第1は、高分子物質を噴射するノズルを有する紡糸ヘッド部と、ノズルから噴射される高分子物質を捕集するコレクター部と、前記ノズルとコレクター部間に電圧を供給する電源を有するエレクトロスピニング法によるウェブ製造装置において、紡糸ヘッド部に複数のノズルと前記ノズル間に存在する補助電極を有し、前記ノズルと補助電極とを異なる電位とすることが可能なウェブ製造装置である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means.
A first aspect of the present invention is a spinning head unit having a nozzle for injecting a polymer material, a collector unit for collecting the polymer material injected from the nozzle, and a power source for supplying a voltage between the nozzle and the collector unit. A web manufacturing apparatus using an electrospinning method having a plurality of nozzles and an auxiliary electrode existing between the nozzles in a spinning head unit, wherein the nozzle and the auxiliary electrode can have different potentials. .

本発明の第2は、補助電極に印加される電位が、ノズルのコレクター部に対する電位の50.0〜99.9%である本発明の第2に記載のウェブ製造装置である。   A second aspect of the present invention is the web manufacturing apparatus according to the second aspect of the present invention, wherein the potential applied to the auxiliary electrode is 50.0 to 99.9% of the potential with respect to the collector portion of the nozzle.

本発明の第3は、ノズルの周囲が補助電極で囲われた構造である本発明の第1〜2のいずれかに記載のウェブ製造装置である。   A third aspect of the present invention is the web manufacturing apparatus according to any one of the first and second aspects of the present invention, wherein the nozzle is surrounded by an auxiliary electrode.

本発明の第4は、補助電極が格子状のセルを形成し、該セル内にノズルが配置された本発明の第1〜3のいずれかに記載のウェブ製造装置である。   A fourth aspect of the present invention is the web manufacturing apparatus according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the auxiliary electrode forms a lattice-like cell, and a nozzle is disposed in the cell.

本発明の第5は、補助電極の先端がノズル先端と同じ、もしくはノズル先端より突出している本発明の第1〜4のいずれかに記載のウェブ製造装置である。   A fifth aspect of the present invention is the web manufacturing apparatus according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the tip of the auxiliary electrode is the same as the tip of the nozzle or protrudes from the tip of the nozzle.

本発明の第6は、ノズルと補助電極との間隔が、ノズル先端とコレクター部の間隔の10〜50%である本発明の第1〜5のいずれかに記載のウェブ製造装置である。   A sixth aspect of the present invention is the web manufacturing apparatus according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, wherein a distance between the nozzle and the auxiliary electrode is 10 to 50% of a distance between the nozzle tip and the collector portion.

本発明の第7は、ノズルの外径が直径2mm以下、内径が直径1mm以下であって、長さが前記外径の10倍以上である本発明の第1〜6のいずれかに記載のウェブ製造装置である。   A seventh aspect of the present invention is the nozzle according to any one of the first to sixth aspects, wherein the outer diameter of the nozzle is 2 mm or less, the inner diameter is 1 mm or less, and the length is 10 times or more of the outer diameter. It is a web manufacturing device.

本発明により、エレクトロスピニングニング法によるウェブの製造速度の飛躍的な向上が可能となった。   According to the present invention, it has become possible to dramatically improve the web production speed by the electrospinning method.

本発明者は、高分子物質を噴射するノズルを有する紡糸ヘッド部と、ノズルから噴射される高分子物質を捕集するコレクター部と、前記ノズルとコレクター部間に電圧を供給する電源を有するエレクトロスピニング法によるウェブ製造装置において、紡糸ヘッド部に複数のノズルと前記ノズル間に存在する補助電極を設け、前記ノズルと補助電極とを異なる電位とすることで、複数のノズル間での電気的な干渉を防止することが可能となり、ウェブの製造速度を大きく向上させることが可能となることを見出した。補助電極によってノズル間の電気的な干渉を防止することによって、各ノズル先端の電界強度が強まるために製造速度を向上させることが可能となる。   The inventor of the present invention provides a spinning head unit having a nozzle that ejects a polymer material, a collector unit that collects the polymer material ejected from the nozzle, and an electropower source that supplies a voltage between the nozzle and the collector unit. In a web manufacturing apparatus using a spinning method, a plurality of nozzles and auxiliary electrodes existing between the nozzles are provided in a spinning head unit, and the nozzles and the auxiliary electrodes are set to different potentials, so that electrical It has been found that interference can be prevented and the web production speed can be greatly improved. By preventing electrical interference between the nozzles by the auxiliary electrode, the manufacturing speed can be improved because the electric field strength at the tip of each nozzle is increased.

補助電極とは、ノズルよりも低い電圧を印加された電極である。補助電極の電圧が、ノズルの電圧に等しい、またはより高いと、ノズル間で発生する電気的な干渉を遮断できないため、加工速度を向上させることができない。
また、補助電極の電圧をノズル電圧より低くすると、補助電極による遮蔽効果が生じ、各ノズル先端に電界強度分布が圧縮されるので、加工速度が向上する効果が得られる。
しかし、補助電極の電圧が低すぎると、ノズルから噴射された繊維がコレクター部に引き寄せられる力と、補助電極に引き寄せられる力が均衡し、補助電極に繊維が付着するという問題が発生する。
The auxiliary electrode is an electrode to which a voltage lower than that of the nozzle is applied. If the voltage of the auxiliary electrode is equal to or higher than the voltage of the nozzle, the electrical interference generated between the nozzles cannot be cut off, so that the processing speed cannot be improved.
Further, when the voltage of the auxiliary electrode is made lower than the nozzle voltage, the shielding effect by the auxiliary electrode is produced, and the electric field strength distribution is compressed at the tip of each nozzle, so that the effect of improving the processing speed can be obtained.
However, if the voltage of the auxiliary electrode is too low, the force that attracts the fibers ejected from the nozzle to the collector and the force that is attracted to the auxiliary electrode balances, causing a problem that the fibers adhere to the auxiliary electrode.

本発明における、ノズルとコレクター部間の電圧は、好ましくは1〜500kV、より好ましくは2kV〜200kV、さらに好ましくは5kV〜100kVとする。電圧が500kVを越えると、電極間(ノズルとコレクター間)で短絡が発生しやすくなる恐れがある。また、装置の漏電や放電現象が発生しやすくなり、絶縁が困難となる。また、電圧が1kV未満になるとエレクトロスピニング現象が発生しにくい。
なお、エレクトロスピニング法においては、一般に印加電圧が高いほど得られる繊維は細くなる。
In the present invention, the voltage between the nozzle and the collector is preferably 1 to 500 kV, more preferably 2 kV to 200 kV, and still more preferably 5 kV to 100 kV. If the voltage exceeds 500 kV, a short circuit may occur between the electrodes (between the nozzle and the collector). In addition, device leakage and discharge are likely to occur, making insulation difficult. In addition, when the voltage is less than 1 kV, the electrospinning phenomenon hardly occurs.
In the electrospinning method, generally, the higher the applied voltage, the thinner the fiber obtained.

補助電極に印加する電位の、ノズルのコレクター部に対する電位に対する比率は、加工速度を左右する。補助電極の電圧を小さくするほど、電界の集中が強くなり、その結果製造速度が上昇する。しかし、電圧を小さくしすぎると、ノズルとコレクター部の距離よりもノズルと補助電極間の距離の方が小さいため、ノズルと補助電極の間で放電が起こったり、ノズルから噴射された繊維がコレクター部に向かわずに補助電極に付着し易くなるという問題が発生する恐れがある。
上記の問題について、ノズルと補助電極の電圧比の最適範囲を検証した結果、ノズルの電圧(主電源の電圧)に対する補助電極の電圧(補助電源の電圧)の比は、本発明において、好ましくは50〜99.9%、より好ましくは70〜99.9%である。
The ratio of the electric potential applied to the auxiliary electrode to the electric potential with respect to the collector portion of the nozzle affects the processing speed. The smaller the voltage of the auxiliary electrode, the stronger the concentration of the electric field, and as a result, the production speed increases. However, if the voltage is too low, the distance between the nozzle and the auxiliary electrode is smaller than the distance between the nozzle and the collector, so that a discharge occurs between the nozzle and the auxiliary electrode, or the fibers ejected from the nozzle are collected in the collector. There is a possibility that the problem that it becomes easy to adhere to the auxiliary electrode without going to the portion may occur.
As a result of verifying the optimum range of the voltage ratio between the nozzle and the auxiliary electrode for the above problem, the ratio of the voltage of the auxiliary electrode (voltage of the auxiliary power supply) to the voltage of the nozzle (voltage of the main power supply) is preferably in the present invention. 50 to 99.9%, more preferably 70 to 99.9%.

さらに、本発明においては、各ノズルの周囲が補助電極で囲われた構造であることが、効果的にノズル間の電気的な干渉を防止することが可能であるため望ましい。
ノズルが補助電極で囲われた構造とは、ノズルと同じく紡糸ヘッドに取り付けられた補助電極が、ノズルの周囲をある程度の高さで包囲可能なセル構造を有し、該セル内にノズルが配置された構造を意味する。
例えば、厚みのある鋼板等金属板に孔を開けるなどしてセルを形成したものを補助電極とし、前記セル内に各ノズルを配置して紡糸ヘッドを製造することができる。
Furthermore, in the present invention, it is desirable that each nozzle be surrounded by an auxiliary electrode because it is possible to effectively prevent electrical interference between the nozzles.
The structure in which the nozzle is surrounded by the auxiliary electrode is a cell structure in which the auxiliary electrode attached to the spinning head, like the nozzle, can surround the nozzle at a certain height, and the nozzle is arranged in the cell. Means a structured.
For example, a spinning head can be manufactured by forming a cell by forming a hole in a metal plate such as a thick steel plate as an auxiliary electrode, and disposing each nozzle in the cell.

しかし、より軽量で、資材を節約し、製造が簡単でコストが安価な補助電極を得るためには、具体的には、板状の補助電極が格子状に組み合わされたセルを形成し、該セル内にノズルが配置されるような構造を取ることが望ましい。   However, in order to obtain an auxiliary electrode that is lighter, saves material, is simple to manufacture, and is low in cost, specifically, a cell in which plate-like auxiliary electrodes are combined in a lattice shape is formed, It is desirable to adopt a structure in which the nozzle is arranged in the cell.

なお、補助電極の高さは、補助電極の先端がノズル先端と同じか、もしくはノズル先端より突出している構造であることがより望ましい。
エレクトロスピニング法においては、ノズルの先端から噴射された高分子物質(ジェット)がコレクター部方向に引き伸ばされて筋状に伸び、ある程度の距離を経たところで、状態が不安定になってフラッシュ的に広がる、即ちジェットのブレークアップが起こる。
このとき、ブレークアップ前のジェットは、電気伝導性を持っているので、ノズル間の電気的な干渉と同様に干渉の原因となる。
このため、補助電極がより高い遮蔽性を発揮するためには、補助電極の先端がノズル先端と同じ、もしくはノズル先端より突出していることが望ましい。
ただし、補助電極の先端が、上記ジェットがブレークアップする位置よりもコレクター部側に突出すると、補助電極への繊維の付着が生じやすくなる。また、ノズルより噴射された液状高分子物質は、ノズルから離れるほどに溶媒の蒸発による移動度の低下(溶液の場合)、もしくは温度低下による固体化(熔融物の場合)によって抵抗が増加し、急激に電圧が降下するので、補助電極の先端をブレークアップする位置よりコレクター部側の方向へ必要以上に突出させる必要はない。
The height of the auxiliary electrode is more preferably a structure in which the tip of the auxiliary electrode is the same as the nozzle tip or protrudes from the nozzle tip.
In the electrospinning method, a high-molecular substance (jet) sprayed from the tip of the nozzle is stretched in the direction of the collector and stretched in a streak, and after a certain distance, the state becomes unstable and spreads in a flash manner. That is, jet breakup occurs.
At this time, since the jet before breakup has electrical conductivity, it causes interference as well as electrical interference between nozzles.
For this reason, in order for the auxiliary electrode to exhibit higher shielding properties, it is desirable that the tip of the auxiliary electrode is the same as the nozzle tip or protrudes from the nozzle tip.
However, if the tip of the auxiliary electrode protrudes to the collector side from the position where the jet breaks up, the fibers are likely to adhere to the auxiliary electrode. In addition, as the liquid polymer material ejected from the nozzle moves away from the nozzle, the resistance increases due to a decrease in mobility due to evaporation of the solvent (in the case of a solution) or solidification due to a decrease in temperature (in the case of a melt). Since the voltage drops abruptly, it is not necessary to protrude the tip of the auxiliary electrode more than necessary in the direction of the collector part from the break-up position.

ブレークアップによる繊維の広がりを考慮すると、補助電極の先端の位置は、ノズル先端と並ぶ位置を0mmとした場合0〜30mm、より望ましくは0〜20mmだけコレクター部側へ突出させることが好ましい。
なお、ノズルとコレクター部間の電圧を上げて電界を強めていくと、ノズル先端とジェットがブレークアップする地点との距離は短くなり、ノズル先端でブレークアップを発生させることも可能である。したがって、補助電極の突出させる距離は、ノズルとコレクター部間の電圧を上げると小さくなる。
Considering the spread of fibers due to breakup, the position of the tip of the auxiliary electrode is preferably 0 to 30 mm, more preferably 0 to 20 mm when the position aligned with the nozzle tip is 0 mm, and preferably protrudes to the collector side.
If the electric field is increased by increasing the voltage between the nozzle and the collector, the distance between the nozzle tip and the point where the jet breaks up becomes shorter, and it is possible to generate a breakup at the nozzle tip. Therefore, the distance by which the auxiliary electrode is projected decreases as the voltage between the nozzle and the collector is increased.

エレクトロスピニングウェブ法においては、ノズル先端とコレクター部間の距離を変化させることによって、得られる繊維の繊維径や繊維長、ウェブの上の繊維の交絡する網目構造の形態が変化する。例えば、距離が長いほど繊維径は小さくなり、短いほど、繊維径は大きくなる。
また、距離を大きくし、ジェットの広がりを大きくして、塗布範囲を大きくしたり、繊維の乾燥度を向上することが出来る。逆に、距離を短くすると、塗布面積は減少するが、繊維が弱乾燥状態で積層されるので、密着性を向上することができる。
ノズル先端とコレクター部との距離は目的に応じて調節可能であるが、好ましくは1cm〜1mの範囲である。
In the electrospinning web method, by changing the distance between the nozzle tip and the collector portion, the fiber diameter and fiber length of the obtained fiber and the form of the mesh structure in which the fibers on the web are entangled change. For example, the longer the distance, the smaller the fiber diameter, and the shorter, the larger the fiber diameter.
Further, the distance can be increased, the jet spread can be increased, the coating range can be increased, and the dryness of the fibers can be improved. On the other hand, when the distance is shortened, the coating area is reduced, but the fibers are laminated in a weakly dried state, so that the adhesion can be improved.
The distance between the nozzle tip and the collector can be adjusted according to the purpose, but is preferably in the range of 1 cm to 1 m.

また、本発明において、ノズル先端とコレクター部の距離に対して、ノズルと補助電極間の距離を大きくすると、ノズル先端における電界強度分布の圧縮が弱くなり、加工速度が低下する。
一方、距離を小さくすると電界強度分布の圧縮が強まるが、距離が小さすぎると、繊維状高分子物質が、コレクター部に引き寄せられる力に対して、補助電極に引き寄せられる力が均衡してくるため、繊維が補助電極に付着するという問題が発生したり、また空気の放電が生じる場合がある。
ノズルとコレクター部の距離に対する、ノズルと補助電極の距離の最適範囲を検証した結果、本発明において、好ましくは10〜50%、より好ましくは10〜30%である。
これらの範囲とすることで、上記の問題を解決し、より速い加工速度の実現が可能となる。
In the present invention, if the distance between the nozzle and the auxiliary electrode is increased with respect to the distance between the nozzle tip and the collector portion, the compression of the electric field strength distribution at the nozzle tip becomes weak, and the processing speed is reduced.
On the other hand, when the distance is reduced, the compression of the electric field strength distribution is strengthened. However, if the distance is too small, the force that the fibrous polymer substance is attracted to the collector portion is balanced with the force that is attracted to the collector part. There may be a problem that the fibers adhere to the auxiliary electrode, or air discharge may occur.
As a result of verifying the optimum range of the distance between the nozzle and the auxiliary electrode with respect to the distance between the nozzle and the collector, it is preferably 10 to 50%, more preferably 10 to 30% in the present invention.
By setting it as these ranges, said problem can be solved and realization of a higher processing speed is attained.

本発明においては、ノズルの形状は、外径2mm以下、内径1mm以下の直径を有し、外形の10倍以上の長さを有することが好ましい。このような形状とすることによって、ジェットの形成が容易であり製造速度を向上させることが可能である。
また、ノズル内径は、細い内径は低粘度、太いものは高粘度の高分子物質に好適であって、使用高分子物質の粘度に応じて調整可能であるが、好ましくは10μm〜10mm、さらに好ましくは100μm〜1mmである。
In the present invention, the shape of the nozzle preferably has an outer diameter of 2 mm or less and an inner diameter of 1 mm or less, and has a length of 10 times or more of the outer shape. By adopting such a shape, it is easy to form a jet and it is possible to improve the production speed.
Further, the inner diameter of the nozzle is suitable for a high-viscosity polymer substance having a thin inner diameter and low viscosity, and can be adjusted according to the viscosity of the polymer substance used, but preferably 10 μm to 10 mm, more preferably Is 100 μm to 1 mm.

ノズル先端の電界を強めるためには、ノズルは金属性が望ましい。但し、上記のような細長い形状の金属管をノズルとして用いた場合、変形しやすいという欠点がある。また、ノズル先端から空気放電などにより短絡が生じる可能性があり、安全性を考慮する必要がある。
また、ノズル材質は、金属に限定されるものではなく、用いられる溶液の電気伝導度が高ければ、絶縁体を使用することも可能である。しかし、電気伝導度が高い溶液は電気伝導的に電界の集中を緩和するため、エレクトロスピニングし難い傾向があり、溶液の電気伝導度の加工可能範囲を広げる意味で、適度な導電性を有するものが好ましい。多くの条件で最適な範囲を検証した結果、ノズルが長さ方向で0〜10MΩの抵抗値の導電性材料であれば、ノズル先端に十分な電界の集中が発生することが判明した。
また、適度な導電性を有する材料としては、ガラス、プラスチックなどの絶縁体に導電性物質を付加して適度な導電性を付与したものが望ましい。
In order to increase the electric field at the tip of the nozzle, the nozzle is preferably metallic. However, when the long and narrow metal tube as described above is used as a nozzle, there is a drawback that it is easily deformed. Further, there is a possibility that a short circuit may occur due to air discharge from the nozzle tip, and safety needs to be taken into consideration.
Further, the nozzle material is not limited to metal, and an insulator can be used if the electric conductivity of the solution used is high. However, a solution with high electrical conductivity has a tendency to be difficult to electrospin because the concentration of the electric field is relaxed electrically, and it has moderate conductivity in the sense of expanding the workable range of electrical conductivity of the solution. Is preferred. As a result of verifying the optimum range under many conditions, it was found that if the nozzle is a conductive material having a resistance value of 0 to 10 MΩ in the length direction, a sufficient electric field concentration occurs at the nozzle tip.
In addition, as a material having moderate conductivity, a material obtained by adding a conductive substance to an insulator such as glass or plastic to impart moderate conductivity is desirable.

エレクトロスピニング法では、帯電したジェットがブレークアップすることにより微細繊維を形成するため、コレクター部に到達する繊維も帯電している。繊維が帯電しているため、隣接したノズルから出た繊維同士が互いに反発する。従って、ノズル間の中間点付近では、微細繊維の付着量が減少したり、全く付着しない場合があり、均一なウェブを得る上で問題であった。
上記問題を解決するには、紡糸ヘッド部の複数のノズルが、直線上に一定間隔で配置されたノズル列が複数配列(ノズルマトリクス)されており、第1列のノズルの同士の中間点の位置に隣接する第2列のノズル中心がくるように配置し、この繰り返しによって半ピッチのシフトを有するマトリクスを構成することが、より均一なウェブを得る上で望ましい。
In the electrospinning method, since the charged jet breaks up to form fine fibers, the fibers reaching the collector portion are also charged. Since the fibers are charged, the fibers coming out of adjacent nozzles repel each other. Therefore, in the vicinity of the intermediate point between the nozzles, the amount of fine fibers attached may decrease or may not adhere at all, which is a problem in obtaining a uniform web.
In order to solve the above problem, a plurality of nozzle rows (nozzle matrix) in which a plurality of nozzles of the spinning head portion are arranged at regular intervals on a straight line are arranged, and an intermediate point between the nozzles in the first row is arranged. In order to obtain a more uniform web, it is desirable to arrange the nozzle centers of the second row adjacent to the positions so as to form a matrix having a half-pitch shift by repeating this process.

なお、本発明において、補助電極の材質としては、接続端子と最遠の位置までの抵抗が1MΩcm以下の低効率の導電性材料であることが望ましい。   In the present invention, the auxiliary electrode is preferably made of a low-efficiency conductive material having a resistance of 1 MΩcm or less to the farthest position from the connection terminal.

なお、本発明において、コレクター部(ロールもしくはベルトコンベア)の材質としては、接続端子と最遠の位置までの抵抗率1MΩcm以下のものを用いることが望ましい。
この範囲であれば、ウェブ製造時の繊維捕集効率が良好であって、異常放電や、故障時の安全を図れる。また、上記抵抗率であれば、素材は金属以外にも、プラスチック等任意の素材のものを用いてもよい。
In the present invention, it is desirable to use a collector part (roll or belt conveyor) having a resistivity of 1 MΩcm or less from the connection terminal to the farthest position.
If it is this range, the fiber collection efficiency at the time of web manufacture will be favorable, and the abnormal discharge and the safety at the time of failure can be aimed at. In addition to the metal, any material such as plastic may be used as long as the resistivity is the above.

以下、本発明において使用する高分子物質について述べる。
エレクトロスピニング法において繊維が形成される、噴射された高分子物質のジェットがブレークアップする際、該ジェットの導電性が5μScm未満の場合、ジェット先端の電位が下がり、電界強度の集中が弱くなる恐れがある。
一方、導電率が500mS/cmを越えると、エレクトロスピニング現象が不安定になりやすい。導電率が大きいとジェット表面に生じた電荷の集中が、流体力学的に緩衝されるのではなく、電気伝導により電荷が分散してしまい、ジェットのブレークアップ現象が発現がおきにくくなるためである。
本発明でウェブを製造するために使用する高分子物質としては、5μScm〜500mScm、好適には5μScm〜50mScmの導電率を有するものを用いることが望ましい。このような範囲のものを用いることで、ノズルから噴射された後のジェット先端の電界集中を強め、より細く良好な形状の繊維を得ることが可能であり、製造速度も向上する。
また、使用する高分子物質は、その分子量は数千のオリゴマーから百万に及ぶオリゴマーまで特に制限はなく、液状にしてノズルから噴射可能なものであれば任意のものが使用可能であり、例えば、水及び/又は有機溶剤を加えて溶液又は分散液とすることが可能な高分子物質や、常温、もしくは、加熱熔融して液体状態を示す高分子物質等が任意に使用可能である。
なお、これらの高分子物質は、本発明において、主として水溶液や水分散液の形態で使用されるが、アルコールやトルエン、メチルエチルケトン(MEK)、キシレン、酢酸エチルなどの有機溶剤に溶解した有機溶剤溶液や有機溶剤分散液として使用することも可能である。
Hereinafter, the polymer substance used in the present invention will be described.
When a jet of a polymer substance ejected, in which fibers are formed in the electrospinning method, breaks up, if the conductivity of the jet is less than 5 μScm, the potential at the tip of the jet may drop and the concentration of electric field strength may be weakened There is.
On the other hand, if the electrical conductivity exceeds 500 mS / cm, the electrospinning phenomenon tends to become unstable. If the electrical conductivity is high, the concentration of charges generated on the jet surface is not hydrodynamically buffered, but the charges are dispersed by electrical conduction, making it difficult for the jet breakup phenomenon to occur. .
As the polymer material used for producing the web in the present invention, it is desirable to use a material having a conductivity of 5 μScm to 500 mScm, preferably 5 μScm to 50 mScm. By using a material in such a range, it is possible to increase the electric field concentration at the tip of the jet after being ejected from the nozzle, to obtain a finer and better shaped fiber, and to improve the production speed.
In addition, the polymer substance to be used is not particularly limited in molecular weight from thousands of oligomers to millions of oligomers, and any material can be used as long as it can be liquefied and ejected from a nozzle. A polymer substance that can be made into a solution or dispersion by adding water and / or an organic solvent, a polymer substance that shows a liquid state when melted at room temperature or by heating, and the like can be arbitrarily used.
In the present invention, these polymer substances are mainly used in the form of an aqueous solution or an aqueous dispersion, but an organic solvent solution dissolved in an organic solvent such as alcohol, toluene, methyl ethyl ketone (MEK), xylene, or ethyl acetate. It can also be used as an organic solvent dispersion.

以下、本発明で使用可能な高分子物質を具体的に示す。
本発明で使用可能な加熱熔融して液状となる高分子物質は、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリスチレンやポリエステル、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン等である。
Hereinafter, polymer substances that can be used in the present invention are specifically shown.
Polymeric substances which can be used in the present invention and become liquid by heating and melting are polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polystyrene, polyester, polyamide, polyethylene terephthalate, nylon, polycarbonate, polyvinylidene fluoride, polyurethane, polyacrylonitrile, poly Tetrafluoroethylene and the like.

本発明で使用可能な水溶性高分子物質とは、各種親水性基を有する天然高分子又は合成高分子であって、その中でも特に、水素結合性官能基、例えば、水酸基、カルボン酸、アミノ基、スルホン酸、アミド基などを有する高分子が好適である。
具体的には、酸化デンプン、デキストリン等のデンプン類;ポリビニルアルコール及びその誘導体類;カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、パルプ繊維を溶解したセルロースそのもの等の天然又は合成のセルロース;ゼラチン、カゼイン、でんぷん、コラーゲン、ゼラチン;ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリアクリロイルモルホリン、水溶性ポリビニルアセタール、ポリ−N−ビニルアセトアミド、ポリ−N−ビニルホルムアミド、ポリエチレングリコール、ポリ乳酸ポリ(L−乳酸)、ポリ(ラクチド−CD−グリコシド)ポリカプロラクタン、ポリリン酸エステルポリ(グリコール酸)、ポリ(DL−乳酸)及びこれらの共重合体、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、プロテオグリカン、デキストラン、キチン、キトサン絹、ヒアルロン酸、アルブミン、エラスチン、核酸、ヘパリン及びヘパラン硫酸、又はそれらの誘導体、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリラクチド、ポリグルタミン酸、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリ−p−ジオキサン、ポリα−リンゴ酸及びポリ−β−ヒドロキシ酪酸、並びにポリ乳酸とポリカプロラクトンとの共重合体、ポリグルタミン酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸とポリカプロラクトンとの共重合体、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリ−p−ジオキサン、ポリα−リンゴ酸、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸など、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリNイソプロピルアクリルアミド、ポリビニルクロライド、ポリメタクリル酸メチル、ポリジメチルシロキサン、ポリアリルスルホン及びポリスルホンなどがある。
The water-soluble polymer substance that can be used in the present invention is a natural polymer or a synthetic polymer having various hydrophilic groups, and in particular, a hydrogen bonding functional group such as a hydroxyl group, a carboxylic acid, and an amino group. , A polymer having a sulfonic acid, an amide group or the like is preferable.
Specifically, starches such as oxidized starch and dextrin; polyvinyl alcohol and its derivatives; carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, carboxymethylcellulose, and pulp fiber Natural or synthetic cellulose such as cellulose itself; gelatin, casein, starch, collagen, gelatin; polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyacrylic acid, polyhydroxyethyl acrylate, polyacryloylmorpholine, water-soluble polyvinyl acetal, poly-N-vinyl Acetamide, poly-N-vinylformamide, polyethylene glycol, poly Lactic acid poly (L-lactic acid), poly (lactide-CD-glycoside) polycaprolactan, polyphosphate ester poly (glycolic acid), poly (DL-lactic acid) and copolymers thereof, polyimide, polymethyl methacrylate, Polyvinyl ester, polyether, polycarbonate, polyacrylonitrile, polyvinyl pyrrolidone, proteoglycan, dextran, chitin, chitosan silk, hyaluronic acid, albumin, elastin, nucleic acid, heparin and heparan sulfate, or derivatives thereof, polylactic acid, polyglycolic acid, polylactide , Polyglutamic acid, poly-ε-caprolactone, poly-p-dioxane, polyα-malic acid and poly-β-hydroxybutyric acid, and a copolymer of polylactic acid and polycaprolactone, polyglutamic acid, polyglycolic acid Polylactic acid, polycaprolactone, copolymer of polylactic acid and polycaprolactone, poly-ε-caprolactone, poly-p-dioxane, poly α-malic acid, poly-β-hydroxybutyric acid, polyamide, polyester, polyurethane, polyvinyl Examples include alcohol, poly N isopropyl acrylamide, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, polydimethylsiloxane, polyallylsulfone, and polysulfone.

これらの中でも、ポリビニルアルコール及びその誘導体、並びにデンプン類などが安価であり、様々な目的に応じた性状の微細繊維を得ることが可能なので好ましい。
また、ポリアニリンやポリアセチレン、ポリアズレン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリベンズチオフェン、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリイミダゾール、ポリベンヅイミダゾールなどの導電性高分子も好適に使用できる。
また、これら導電性高分子に水酸基やアミノ基、カルボン酸、スルホン酸などの置換基を導入した高分子を使用することが可能である。
Among these, polyvinyl alcohol and its derivatives, and starches are preferable because they are inexpensive and can obtain fine fibers having properties according to various purposes.
In addition, conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polyazulene, polyphenylacetylene, polydiacetylene, polypyrrole, polythiophene, polybenzthiophene, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, polyimidazole, and polybenzimidazole can also be suitably used. .
Moreover, it is possible to use a polymer in which a substituent such as a hydroxyl group, an amino group, a carboxylic acid, or a sulfonic acid is introduced into these conductive polymers.

これらの高分子物質はそれぞれ単独で用いてもよく、また、目的に応じて2種以上を混合して用いてもよい。2種以上の高分子材料を混合して用いることにより、その相溶性や、製造時に用いられる溶剤(水又は有機溶剤)に対する溶解度の差等を調節して、得られる繊維の親水性や疎水性、モルホロジー(長繊維の繊維径、繊維長、断面形状、繊維表面の形状など)を調節することができる。   These polymer substances may be used alone or in combination of two or more depending on the purpose. By mixing and using two or more kinds of polymer materials, the compatibility and the difference in solubility in the solvent (water or organic solvent) used at the time of production are adjusted, and the hydrophilicity and hydrophobicity of the resulting fiber. , Morphology (fiber diameter, fiber length, cross-sectional shape, fiber surface shape, etc.) can be adjusted.

本発明で使用可能な水分散可能な高分子物質とは、いわゆる水分散型のエマルジョン樹脂であり、具体的にはアクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル、スチレン、エチレン、ブタジエン、カルボン酸やマレイン酸などをその重合体の構成要素として含む合成高分子重合体やそのラテックス等であり、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体などの共役ジエン系重合体ラテックス、アクリル系重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体などのビニル系共重合体ラテックス、ポリウレタン系ラテックス、ポリエステル系ラテックス等である。   The water-dispersible polymer substance that can be used in the present invention is a so-called water-dispersed emulsion resin, specifically, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, styrene, ethylene, butadiene, carboxylic acid or maleic acid. For example, conjugated diene polymer latex such as styrene-butadiene copolymer, methyl methacrylate-butadiene copolymer, acrylic polymer, and the like. A copolymer copolymer latex such as a styrene-vinyl acetate copolymer, a polyurethane latex, and a polyester latex.

また、本発明においては、水溶性高分子、水分散性高分子以外にも、アルコールやトルエンなどの有機溶剤に溶解可能な疎水性樹脂も使用可能である。具体的には、エチルセルロース、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸プロピル、ポリメタクリル酸イソプロピル等のポリメタクリル酸エステル、又はポリメタクリル酸誘導体からなる樹脂、ポリスチレン系樹脂(PS)、アクリロニトリル/スチレン共重合樹脂(AS)、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合樹脂(ABS)、ポリウレタン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂等等が使用可能である。   In the present invention, in addition to the water-soluble polymer and the water-dispersible polymer, a hydrophobic resin that can be dissolved in an organic solvent such as alcohol or toluene can be used. Specifically, resins made of polymethacrylic acid esters such as ethyl cellulose, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polypropyl methacrylate, polyisopropyl methacrylate, or polymethacrylic acid derivatives, polystyrene resins (PS), acrylonitrile / Styrene copolymer resin (AS), acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer resin (ABS), polyurethane resin, polyvinyl acetate resin and the like can be used.

なお、本発明においては、常温で液体状態を示す高分子物質、例えばシリコン樹脂や、放射線硬化用のオリゴマーやプレポリマー等の放射線硬化性不飽和有機化合物を有機溶剤の一部として使用可能である。
これらの放射線硬化型不飽和有機化合物は、繊維層形成後の後処理として、放射線照射を行うことにより、繊維同士、または繊維層と基材との密着、繊維の強度向上に効果がある。
また、シリコン樹脂は、摩擦を軽減したり、表面エネルギーを小さくすることで、水の染み込みを防止するなどの面で効果がある。
放射線硬化性不飽和有機化合物としては、高架橋の樹脂層を形成しうるものであれば、単官能モノマー、多官能モノマーあるいはオリゴマーでもよく、これらは単独で使用しても、あるいはそれらを二種類以上混合したものであってもよい。例えば、オリゴマーとしては、(1)ビスフェノールA型、ビスフェノールS型、ビスフェノールF型、エポキシ化油型、フェノールノボラック型、脂環型などのエポキシアクリレート、(2)ウレタンアクリレート(3)不飽和ポリエステル(4)ポリエステルアクリレート(5)ポリエーテルアクリレート(6)ビニル/アクリルオリゴマー(7)ポリエン/チオール(8)シリコンアクリレート(9)ポリブタジエンアクリレート(10)ポリスチリルエチルメタクリレート等が挙げられる。
また、シリコン樹脂としては、ポリジメチルシロキサンが用いられる。
In the present invention, a polymer substance that shows a liquid state at room temperature, for example, a silicon resin, or a radiation curable unsaturated organic compound such as a radiation curable oligomer or prepolymer can be used as a part of the organic solvent. .
These radiation curable unsaturated organic compounds are effective in improving the strength of fibers and the adhesion between fibers or between a fiber layer and a substrate by performing radiation irradiation as a post-treatment after forming the fiber layer.
In addition, the silicone resin is effective in terms of preventing water penetration by reducing friction and reducing surface energy.
The radiation curable unsaturated organic compound may be a monofunctional monomer, polyfunctional monomer or oligomer as long as it can form a highly crosslinked resin layer. These may be used alone or in combination of two or more. It may be a mixture. For example, oligomers include (1) epoxy acrylates such as bisphenol A type, bisphenol S type, bisphenol F type, epoxidized oil type, phenol novolac type, alicyclic type, (2) urethane acrylate (3) unsaturated polyester ( 4) Polyester acrylate (5) Polyether acrylate (6) Vinyl / acrylic oligomer (7) Polyene / thiol (8) Silicon acrylate (9) Polybutadiene acrylate (10) Polystyryl ethyl methacrylate
In addition, polydimethylsiloxane is used as the silicon resin.

本発明に使用可能な液状高分子物質としては、液状であって、ノズルから噴射可能であるものであれば限定なく使用可能である。従って、水溶液、水分散液、有機溶液、有機分散液等の各種形態の高分子物質を各々単独で用いても良いが、任意の比率で混合して用いることも可能である。
また、上記液状高分子物質には、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて各種物質を添加することが可能である。
例えば、高分子材料を溶液又は乳化物とした際の該溶液又は乳化物の粘性や表面張力、導電率を変化させるために、NaCl、ポリリン酸塩等の無機塩、各種カルボン酸のナトリウム塩やアンモニウム塩などの有機塩、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤などの界面活性剤、ポリカルボン酸やスルホコハク酸、ポリエチレングリコールなどの濡れ剤、消泡剤、さらには導電率を調整するためにスチレンスルフォン酸塩などの塩類や第4級のカチオンやアミン化合物等の添加物、カップリング剤や架橋剤、撥水剤などの耐水化剤、繊維の摩擦を低減する滑剤を添加することが可能である。また、上記高分子物質には、各種の顔料、染料、無機質ゾル、無機質ゲルを含むことができる。
The liquid polymer substance usable in the present invention can be used without limitation as long as it is liquid and can be ejected from a nozzle. Accordingly, various types of polymer materials such as an aqueous solution, an aqueous dispersion, an organic solution, and an organic dispersion may be used singly, but they can also be mixed and used at an arbitrary ratio.
In addition, various substances can be added to the liquid polymer substance as necessary within a range not impairing the effects of the present invention.
For example, in order to change the viscosity, surface tension, and conductivity of the solution or emulsion when the polymer material is used as a solution or emulsion, inorganic salts such as NaCl and polyphosphate, sodium salts of various carboxylic acids, Organic salts such as ammonium salts, anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, surfactants such as nonionic surfactants, wetting agents such as polycarboxylic acids, sulfosuccinic acid and polyethylene glycol, Foaming agents, and salts such as styrene sulfonate, additives such as quaternary cations and amine compounds, coupling agents, crosslinking agents, water repellents such as water repellents, fibers to adjust conductivity It is possible to add a lubricant that reduces the friction. The polymer substance can include various pigments, dyes, inorganic sols, and inorganic gels.

本発明で使用される高分子物質の粘度は、得られる繊維の繊維径に影響する。一般に粘度が低ければ繊維径が細くなり、高ければ太くなる。
また、高分子物質の粘度は、タンク内において、1cps〜10000cpsであることが好ましく、10cps〜1000cpsとすることがより好ましい。粘度が高いとノズルからの吐出量が低下し、また細い繊維が得られ難くなる。逆に、粘度が低すぎると、ノズルによる吐出量の制御が行い難くなる。
The viscosity of the polymer substance used in the present invention affects the fiber diameter of the resulting fiber. Generally, when the viscosity is low, the fiber diameter is thin, and when the viscosity is high, the fiber diameter is thick.
The viscosity of the polymer substance is preferably 1 cps to 10000 cps in the tank, and more preferably 10 cps to 1000 cps. When the viscosity is high, the discharge amount from the nozzle decreases, and it becomes difficult to obtain fine fibers. On the contrary, if the viscosity is too low, it becomes difficult to control the discharge amount by the nozzle.

エレクトロスピニング現象は、電荷の反発力が表面張力に打ち勝つために、生じるので、高分子物質の表面張力は、得られる繊維の繊維径に影響する。一般に表面張力が低ければ繊維径が細くなり、高ければ太くなる。
また、高分子物質の表面張力は、大きすぎるとエレクトロスピン現象が生じ難くなり、繊維が太くなるばかりか、液球の飛散を生じるため、70ダイン以下が好ましい。同様により好ましくは60ダイン以下、最も好ましくは50ダイン以下である。
また、液状高分子物質の導電率が大きいと、ノズルから出た原料溶液表面に電荷が集中せずに、原料溶液内部に電荷が分散してしまい、粘度や表面張力が勝つためエレクトロスピニング現象が発現しないと考えられるため、好ましくは1μS/m〜500mS/mである。同様の理由でより好ましくは5μS/cm〜50mS/cmである。一般に、導電率が500mS/cm以上になるとエレクトロスピニング現象が不安定になりやすい。
Since the electrospinning phenomenon occurs because the repulsive force of charges overcomes the surface tension, the surface tension of the polymer substance affects the fiber diameter of the resulting fiber. Generally, when the surface tension is low, the fiber diameter is thin, and when the surface tension is high, the fiber diameter is thick.
Further, if the surface tension of the polymer substance is too large, the electrospin phenomenon is difficult to occur, and not only the fiber becomes thick but also the liquid ball scatters. Similarly, it is preferably 60 dynes or less, and most preferably 50 dynes or less.
In addition, if the conductivity of the liquid polymer substance is large, the charge is not concentrated on the surface of the raw material solution coming out of the nozzle, and the electric charge is dispersed inside the raw material solution. Since it is thought that it does not express, it is preferably 1 μS / m to 500 mS / m. For the same reason, it is more preferably 5 μS / cm to 50 mS / cm. Generally, when the electrical conductivity is 500 mS / cm or more, the electrospinning phenomenon tends to become unstable.

エレクトロスピニング法によるウェブの製造においては、通常の場合、コレクター部に繊維を直接噴射するのではなく、シート状の連続する基材ウェブ上に繊維を捕集する。
その際、使用するウェブについては、表面抵抗が1012Ω/□以下の基材ウェブを用いることが望ましい。
エレクトロスピニング法によるウェブの製造においては、帯電した繊維を連続して捕集して繊維層を形成するため、該基材ウェブには、連続的に電荷が運ばれる。従って基材ウェブの表面抵抗が大きい場合、帯電した繊維の電荷が基材ウェブ上又は基材ウェブの縁で局所放電することがある。しかし、表面抵抗が1012Ω/□以下であることによって、上記の局所放電を防止し、コレクター部や基材ウェブ接地部から安全に電荷を除去することができる。もちろん、導電性の布、紐、ブラシをウェブに接触させたり、イオン化した空気をウェブに吹き付けたりする、一般的な除電設備を併設しても良い。
In the production of a web by the electrospinning method, the fibers are usually collected on a continuous substrate web in a sheet form, instead of directly spraying the fibers on the collector portion.
At that time, it is desirable to use a base web having a surface resistance of 10 12 Ω / □ or less as the web to be used.
In the production of a web by the electrospinning method, charged fibers are continuously collected to form a fiber layer, so that electric charges are continuously conveyed to the base web. Therefore, if the surface resistance of the base web is high, the charged fiber charges may locally discharge on the base web or at the edges of the base web. However, when the surface resistance is 10 12 Ω / □ or less, the above-described local discharge can be prevented, and charges can be safely removed from the collector portion and the substrate web ground portion. Needless to say, a general static elimination equipment for bringing a conductive cloth, string, or brush into contact with the web or blowing ionized air onto the web may be provided.

本発明で使用される基材ウェブとしては、紙、合成紙、フィルム、不織布等を任意に用いることが可能である。   As the base web used in the present invention, paper, synthetic paper, film, nonwoven fabric and the like can be arbitrarily used.

本発明で基材ウェブとして用いる紙は、各種パルプを抄紙した紙であればどのようなものでも良い。パルプの種類としては針葉樹、広葉樹をクラフト法、サルファイト法、ソーダ法、ポリサルファイド法などで蒸解した化学パルプ繊維、レファイナー、グラインダーなどの機械力によってパルプ化した機械パルプ繊維、薬品による前処理の後、機械力によってパルプ化したセミケミカルパルプ繊維、あるいは古紙パルプ繊維、ECFパルプ繊維、TCFパルプ繊維などを例示でき、それぞれ未晒もしくは晒の状態で使用することができる。草本類から製造される非木材繊維としては、例えば綿、マニラ麻、亜麻、藁、竹、パガス、ケナフなどを木材パルプと同様の方法でパルプ化した繊維が挙げられる。
また、上記パルプに加えて、サイズ剤、紙力剤、歩留り向上剤等の薬品や、炭酸カルシウム、タルク、クレー、シリカ等の填料を内添及び/又は外添することが可能である。
The paper used as the base web in the present invention may be any paper as long as it is a paper made from various pulps. As for the types of pulp, chemical pulp fibers obtained by digesting coniferous and hardwood craft methods, sulfite methods, soda methods, polysulfide methods, etc., mechanical pulp fibers that have been pulped by mechanical force such as refiners and grinders, and after chemical pretreatment Examples thereof include semi-chemical pulp fibers pulped by mechanical force, waste paper pulp fibers, ECF pulp fibers, TCF pulp fibers and the like, which can be used in an unbleached or bleached state, respectively. Non-wood fibers produced from herbs include, for example, fibers obtained by pulping cotton, manila hemp, flax, straw, bamboo, pagas, kenaf and the like in the same manner as wood pulp.
In addition to the above pulp, chemicals such as a sizing agent, a paper strength agent, a yield improver, and fillers such as calcium carbonate, talc, clay, and silica can be internally and / or externally added.

また、紙とは、主として各種パルプ由来のセルロース繊維によって構成されるものであるが、セルロース繊維の他に、その特性を損なわない範囲で、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維等の無機繊維や、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリオレフィン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリビニリデン繊維など有機繊維等を任意に含んだ物であっても良いが、その場合、セルロース繊維は、紙支持体を構成する総固形分に対し、50質量%以上含まれていると、十分な電気抵抗が得られるので好ましい。
また、紙としては一般に市販されているものが使用可能であり、また、紙表面にポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂を積層したものを使用することも可能である。
Further, paper is mainly composed of cellulose fibers derived from various pulps, but in addition to cellulose fibers, glass fibers, carbon fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, etc., as long as the properties are not impaired. Inorganic fibers, aramid fibers, polyarylate fibers, polyolefin fibers, polyester fibers, polyamide fibers, polyacrylonitrile fibers, polyvinylidene fibers, and other organic fibers may be used. When the content is 50% by mass or more based on the total solid content constituting the paper support, it is preferable because sufficient electric resistance can be obtained.
In addition, paper that is generally available on the market can be used, and paper that is laminated with a thermoplastic resin such as polyethylene resin on the paper surface can also be used.

基材ウェブとして用いるフィルムの素材としては、特に限定されないが、ポリプロピレンやポリエチレン、ポリブテン、環状ポリオレフィンなどのポリオレフィン類、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレーとのようなポリエステル類、ナイロン6やナイロン66、メタキシレン系ナイロンなどのポリアミド類などが好適に使用される。またこれ以外にも、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレン−ブタジンエン、アクリルスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルファン、ポリイミド、ポリアセタール、液晶高分子、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコールなどが使用可能である。上記合成樹脂を他のモノマーや添加剤などで変性したものも使用可能であり、必要に応じて複数の合成樹脂を混合したものも使用可能である。
これらの中でも、ポリプロピレン、ポリエチレン、環状オレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリスチレンが特に好適に使用可能である。
The material of the film used as the base web is not particularly limited, but polyolefins such as polypropylene, polyethylene, polybutene, and cyclic polyolefin, polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, nylon 6, nylon 66, metaxylene Polyamides such as nylon are preferably used. In addition, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, styrene-butadiene, acrylic styrene, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyethersulfane, polyimide, polyacetal, liquid crystal polymer, polyvinyl alcohol, polyethylene vinyl alcohol, etc. It can be used. What modified | denatured the said synthetic resin with another monomer, an additive, etc. can be used, and what mixed several synthetic resin can also be used as needed.
Among these, polypropylene, polyethylene, cyclic olefin, polyethylene terephthalate, nylon, and polystyrene can be particularly preferably used.

本発明で基材ウェブとして使用する上記の紙、合成紙、フィルム、不織布の表面は、基材上に生成する微細繊維の密着性を良くするための密着性向上処理を施すことが望ましい。
密着性向上処理とは、具体的には、コロナ放電処理、プラズマ放電処理、紫外線(UV)照射処理、放射線(EB)照射処理などの活性エネルギー線照射による方法、火炎処理、さらにアルカリ金属溶液処理、高周波スパッタエッチング処理、PVD,CVDなどのベーパーデポジット法があげられる。
また、他の方法として、密着性を向上させる樹脂等を主剤とする組成物を基材ウェブ表面に塗布する方法等が挙げられる。塗布層を構成する組成物としては、粘着剤や接着剤に用いられるアクリル酸エステル重合体、エポキシ系化合物、ウレタン系化合物やポリエチレンイミン、オキサゾリン基含有重合体、ポリアミドポリ尿素樹脂などが好適に使用される。
The surface of the paper, synthetic paper, film, and nonwoven fabric used as the base web in the present invention is desirably subjected to an adhesion improving treatment for improving the adhesion of fine fibers formed on the base.
Specifically, the adhesion improving treatment is a method using irradiation with active energy rays such as corona discharge treatment, plasma discharge treatment, ultraviolet (UV) irradiation treatment, radiation (EB) irradiation treatment, flame treatment, and alkali metal solution treatment. And vapor deposition methods such as high-frequency sputter etching, PVD, and CVD.
In addition, as another method, a method of applying a composition mainly containing a resin or the like that improves adhesion to the surface of the base web can be used. As the composition constituting the coating layer, acrylate polymer, epoxy compound, urethane compound, polyethyleneimine, oxazoline group-containing polymer, polyamide polyurea resin, and the like used for pressure-sensitive adhesives and adhesives are preferably used. Is done.

本発明で基材ウェブとして使用する上記の紙、合成紙、フィルム、不織布の表面は、微細繊維の有する電荷による帯電を防止する帯電防止処理を施すことが望ましい。
帯電防止処理をとは、具体的には、基材ウェブの表面固有抵抗率を低下させて帯電を防止する種々の方法(外的方法、内的方法)を採用することができるが、帯電防止剤を用いる内的方法が好ましい。使用する帯電防止剤としては、例えば界面活性剤(例えば、アルキル硫酸塩等のアニオン系、アルキルアンモニウム塩等のカチオン系、ポリオキシエチル、アルキルエーテル等のノニオン系等)、無機塩(塩酸、硫酸、リン酸、炭酸、亜硫酸、亜リン酸、その他の無機酸とアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムイオンとの塩類等:例えば食塩、塩化マグネシウム等)、多価アルコール(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等及びそれらの縮合物等)、金属化合物(例えば、チタン、錫、亜鉛、その他の金属酸化物等の導電性微粒子等)、カーボン等が挙げられる。
The surface of the paper, synthetic paper, film, or nonwoven fabric used as the base web in the present invention is preferably subjected to an antistatic treatment for preventing charging due to the charge of the fine fibers.
Specifically, the antistatic treatment can employ various methods (external method, internal method) for preventing charging by reducing the surface resistivity of the base web, An internal method using an agent is preferred. Examples of the antistatic agent to be used include surfactants (for example, anionic compounds such as alkyl sulfates, cationic compounds such as alkyl ammonium salts, nonionic compounds such as polyoxyethyl and alkyl ethers), inorganic salts (hydrochloric acid, sulfuric acid, etc.) , Phosphoric acid, carbonic acid, sulfurous acid, phosphorous acid, salts of other inorganic acids with alkali metals, alkaline earth metals, ammonium ions, such as sodium chloride, magnesium chloride, etc., polyhydric alcohols (for example, ethylene glycol, propylene) Glycol, glycerin and the like and condensates thereof), metal compounds (for example, conductive fine particles such as titanium, tin, zinc and other metal oxides), carbon and the like.

なお、前述の基材ウェブに対する各種密着性向上処理、及び帯電防止処理については、これらの処理が予め施された基材ウェブを使用しても良いが、本発明のエレクトロスピニングによる繊維層を設ける工程の前工程、もしくは後工程として、連続して行うことがより望ましい。   In addition, about the various adhesive improvement processing with respect to the above-mentioned base material web, and the antistatic processing, although the base material web to which these processing was given beforehand may be used, the fiber layer by the electrospinning of this invention is provided. It is more desirable to carry out continuously as a pre-process or post-process.

以下本発明によるウェブ製造装置、およびウェブの製造製法について、図面に基づいて具体的に説明する。
図1は、本発明のエレクトロスピニングウェブ製造装置の実施形態の1である。
高分子物質を蓄えるタンク1と、タンク1内の高分子物質を加圧するポンプ2と、ポンプによって供給された高分子物質を先端から噴射して微細繊維化するノズル3と、該ノズル3が複数取り付けられた紡糸ヘッド部4と、高分子物質の供給を制御する供給制御システム5と、紡糸ヘッド部4に付随する絶縁部6と、ノズル3間に存在する補助電極7と、ノズル3から噴射された繊維を捕集するコレクター部8と、紡糸ヘッド部4に高電圧を印加する主電源9と、補助電極7の電位を制御する補助電源10とで構成される。
Hereinafter, a web manufacturing apparatus and a web manufacturing method according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is one of the embodiments of the electrospinning web manufacturing apparatus of the present invention.
A tank 1 for storing a polymer substance, a pump 2 for pressurizing the polymer substance in the tank 1, a nozzle 3 for injecting a polymer substance supplied by the pump from the tip into a fine fiber, and a plurality of the nozzles 3 The attached spinning head unit 4, the supply control system 5 for controlling the supply of the polymer material, the insulating unit 6 associated with the spinning head unit 4, the auxiliary electrode 7 existing between the nozzles 3, and the jets from the nozzles 3 The collector unit 8 collects the produced fibers, the main power source 9 that applies a high voltage to the spinning head unit 4, and the auxiliary power source 10 that controls the potential of the auxiliary electrode 7.

なお、本発明の製造装置としては、図2に示すとおり、紡糸ヘッド部4を接地し、コレクター部8に電圧を印加したものも含まれる。また、図1、図2の実施形態とは逆の電気極性を印加したものも含まれる。
但し、高電圧を加えた場合は空気の放電が生じやすいため、本発明においては紡糸ヘッド部の電位がコレクター部より高い実施形態がより望ましい。
As shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus of the present invention includes an apparatus in which the spinning head unit 4 is grounded and a voltage is applied to the collector unit 8. Moreover, what applied the electrical polarity contrary to embodiment of FIG. 1, FIG. 2 is also contained.
However, since an electric discharge is likely to occur when a high voltage is applied, an embodiment in which the potential of the spinning head is higher than that of the collector is more desirable in the present invention.

また、本発明の図面においては、タンク及びポンプは各1つずつ記載しているが、複数のタンク及びポンプを使用することも可能である。例えば、複数のタンクに各々別の高分子物質を貯蔵して、流路で混合したり、またノズルごとに違う高分子物質を供給してウェブを製造することも可能である。   In the drawings of the present invention, one tank and one pump are shown, but a plurality of tanks and pumps can be used. For example, it is possible to store different polymer substances in a plurality of tanks and mix them in a flow path, or to supply a different polymer substance for each nozzle to produce a web.

なお、本発明で形成される繊維径は高分子物質の噴射量により変化する。また、ノズルから噴射される高分子物質の量が微量であるため、ポンプの脈動や出力の変動によって、噴射されたジェットの状態が不安定化し、繊維径にバラツキが発生したり、繊維に粒状の塊が含まれるなどの品質に問題を起こすことがある。また、高分子物質の過剰供給は、ノズルからの液垂れの原因となる。
従って、本発明においては、高分子物質の圧力や流量を制御、安定化し、一定圧一定流量で紡糸ヘッド部に供給可能とし、ノズルからの噴射量を調整可能な供給制御システム5を設けることが品質のよいウェブを得るために望ましい。
In addition, the fiber diameter formed by this invention changes with the injection amount of a polymeric material. In addition, since the amount of polymer substance injected from the nozzle is very small, the state of the injected jet becomes unstable due to the pulsation of the pump and fluctuations in the output, resulting in variations in the fiber diameter, and granularity in the fiber May cause problems in quality, such as the inclusion of lumps. Further, excessive supply of the polymer substance causes dripping from the nozzle.
Therefore, in the present invention, a supply control system 5 is provided which can control and stabilize the pressure and flow rate of the polymer substance, can supply the spinning head unit with a constant pressure and a constant flow rate, and can adjust the injection amount from the nozzle. Desirable to get a good web.

次に、補助電極7の構造を断面図である図3により示す。
補助電極7は、ノズル3を有する紡糸ヘッド部4に電気的に絶縁された状態で取り付けられ、該ノズルを囲むセル11を形成する。補助電極の高さは、ノズルの根元部分から、ノズルから噴射されるジェットのブレークアップする位置までとする。
また、補助電極7の構造を平面図である図4に示す。
補助電極7は、各ノズルを距離をおいて囲むセル11を有する。セルの配置はノズルの配置に合わせて配置される。セルの形状は、図4で示す円形が、ノズルと補助電極との距離が一定となるため理想的だが、実用上は図5で示すひし形や、四角形、六角形等その他任意の形状を採用することが可能である。なお、ひし形や六角形は補助電極の軽量化、剛性の向上に効果がある。
なお、ノズル3と補助電極7の間の距離は5mm〜10cmが好適であり、さらには1〜5cmが望ましい。
Next, the structure of the auxiliary electrode 7 is shown in FIG.
The auxiliary electrode 7 is attached to the spinning head portion 4 having the nozzle 3 in an electrically insulated state, and forms a cell 11 surrounding the nozzle. The height of the auxiliary electrode is from the base portion of the nozzle to the position where the jet jetted from the nozzle breaks up.
FIG. 4 is a plan view showing the structure of the auxiliary electrode 7.
The auxiliary electrode 7 has a cell 11 surrounding each nozzle at a distance. The arrangement of the cells is arranged in accordance with the arrangement of the nozzles. The shape of the cell is ideal because the circle shown in FIG. 4 is ideal because the distance between the nozzle and the auxiliary electrode is constant, but practically any other shape such as a rhombus, square, hexagon or the like shown in FIG. 5 is adopted. It is possible. The rhombus and hexagon are effective in reducing the weight and rigidity of the auxiliary electrode.
Note that the distance between the nozzle 3 and the auxiliary electrode 7 is preferably 5 mm to 10 cm, and more preferably 1 to 5 cm.

また、紡糸ヘッド部4には多数のノズルを任意に配置可能であるが、均一なウェブの形成のためには、図4、図5のように、隣接するノズル列が、互いに半ピッチのシフトを有する配置が、より均一なウェブを得る上で望ましい。
ノズルは紡糸ヘッド部で主電源と電気的に接続するが、液体状高分子に電気伝導性がある場合や接続部の多少の電気抵抗であれば、必ずしも完全に接続する必要はない。このことは、保守点検のためにノズルの取り外しが効くことで、大きな利便性をもたらす。
紡糸ヘッド部内の流路は、各ノズルへの高分子物質の供給量及び供給圧を等しくするように流路設計することが望ましい。紡糸ヘッド部内の流路内径をノズル内径より非常に大きく取れば各ノズルにかかる圧を均一することができる。さらに、流路内径を太くすれば、ポンプ出力の脈動を吸収する効果が得られ、安定したジェットを噴射することができる。
なお、図示しないが、ポンプと紡糸ヘッド部間に、圧力安定化装置、圧力溜めを設けることも可能である。
In addition, a large number of nozzles can be arbitrarily arranged in the spinning head unit 4, but in order to form a uniform web, adjacent nozzle rows are shifted by a half pitch as shown in FIGS. An arrangement with a is desirable to obtain a more uniform web.
The nozzle is electrically connected to the main power source at the spinning head portion. However, if the liquid polymer is electrically conductive or has some electrical resistance at the connecting portion, the nozzle need not be completely connected. This brings great convenience by removing the nozzle for maintenance and inspection.
Desirably, the flow path in the spinning head is designed so that the supply amount and supply pressure of the polymer substance to each nozzle are equal. The pressure applied to each nozzle can be made uniform if the inner diameter of the flow path in the spinning head is much larger than the inner diameter of the nozzle. Furthermore, if the flow path inner diameter is increased, an effect of absorbing the pulsation of the pump output can be obtained, and a stable jet can be ejected.
Although not shown, it is also possible to provide a pressure stabilizing device and a pressure reservoir between the pump and the spinning head unit.

コレクター部8は、ベルトコンベアで図示しているが、ロールなど、連続的に繊維を捕集しウェブとするものであればよい。また、コレクター部8からノズル3までの距離は、ノズルや補助電極の電位の関係や、目的とする繊維径等の状況に応じて適宜選択可能である。   Although the collector unit 8 is illustrated with a belt conveyor, any collector may be used as long as it can continuously collect fibers to form a web. Further, the distance from the collector portion 8 to the nozzle 3 can be appropriately selected according to the relationship between the potential of the nozzle and the auxiliary electrode and the situation such as the target fiber diameter.

ノズル3とコレクター部8の間に印加する、主電源9の電圧は、好ましくは1kV〜500kV、より好ましくは2kV〜200kV、さらに好ましくは5kV〜100kVの範囲で適宜選択する。   The voltage of the main power supply 9 applied between the nozzle 3 and the collector unit 8 is preferably selected in the range of preferably 1 kV to 500 kV, more preferably 2 kV to 200 kV, and even more preferably 5 kV to 100 kV.

本発明のエレクトロスピニングウェブ製造装置によるウェブ製造方法は、ポンプ2によって、タンク1中の液状の高分子物質を、紡糸ヘッド部4を通じて各ノズル3に供給する。主電源9により、ノズルとコレクター部の間に高電圧を印加した状態で、ノズル先端から高分子物質をジェット状に噴射する。ノズル先端の高分子物質は帯電し、細く変形しながら、溶液の場合には溶媒が蒸発、加熱融解液の場合は温度低下による固体化によって繊維状の固体となりコレクター部で捕集されてウェブとなる。このとき、補助電源10により、補助電極とコレクター部の間に電圧を印加する。補助電源の電圧の調整によって補助電極の電位を調整することで噴射したジェットの形状を最適に調整し、微細繊維の繊維径等を制御するものである。   In the web production method by the electrospinning web production apparatus of the present invention, the liquid polymer material in the tank 1 is supplied to each nozzle 3 through the spinning head unit 4 by the pump 2. The main power source 9 jets a polymer material in a jet form from the nozzle tip while a high voltage is applied between the nozzle and the collector. The polymer material at the tip of the nozzle is charged and deforms thinly, but in the case of a solution, the solvent evaporates, and in the case of a heated melt, it becomes a fibrous solid by solidification due to a temperature drop and is collected by the collector part and the web. Become. At this time, a voltage is applied between the auxiliary electrode and the collector by the auxiliary power source 10. By adjusting the potential of the auxiliary electrode by adjusting the voltage of the auxiliary power supply, the shape of the jet jetted is optimally adjusted, and the fiber diameter and the like of the fine fibers are controlled.

図6は、本発明エレクトロスピニングウェブ製造装置で、ウェブ供給システム及びウェブ回収システムを含めて図示したものである。基材ウェブ上に微細繊維層を形成する場合、基材ウェブをウェブ供給システムから繰り出し、コレクター部8に密着させて移動させながら微細繊維層を基材ウェブ上に形成し、ウェブ回収システムで回収する。なおウェブ供給システム、ウェブ回収システムは、既知のアンワインダー、ワインダー等を任意に採用可能である。   FIG. 6 shows an electrospinning web manufacturing apparatus according to the present invention including a web supply system and a web collection system. When a fine fiber layer is formed on a base web, the fine web layer is formed on the base web while moving the base web in close contact with the collector 8 and collected by the web collection system. To do. A known unwinder, winder, or the like can be arbitrarily employed for the web supply system and the web collection system.

なお、微細繊維は帯電した状態で基材ウェブ上に積層されるので、基材ウェブ上に電荷が蓄積される。電荷の多くはコレクター部への電流となるが、絶縁性の高い基材ウェブを使用した場合や絶縁性の高い微細繊維を積層した場合などには、局所的に電荷が溜まり、完全に除電されない場合がある。コレクター部とウェブ供給システム、コレクター部とウェブ回収システムの間に、図示した接地ロール等の除電処理設備を持つことがより望ましい。   In addition, since a fine fiber is laminated | stacked on the base material web in the charged state, an electric charge is accumulate | stored on a base material web. Most of the electric charge becomes current to the collector, but when using a highly insulating base web or when laminated with highly insulating fine fibers, the electric charge accumulates locally and is not completely discharged. There is a case. It is more desirable to have a static elimination processing facility such as a grounding roll shown between the collector section and the web supply system, and between the collector section and the web collection system.

図7は、本発明エレクトロスピニングウェブ製造装置で、前処理装置、及び後処理装置を有するものである。
ウェブ供給システムから繰り出された基材ウェブを、前処理装置によって前処理を施し、コレクター部8に密着させて移動させながら微細繊維層を形成し、後処理装置において、後処理を施し、ウェブ回収システムにより回収する。
FIG. 7 shows an electrospinning web manufacturing apparatus according to the present invention, which has a pretreatment device and a posttreatment device.
The base web fed out from the web supply system is pretreated by a pretreatment device, a fine fiber layer is formed while being moved in close contact with the collector 8, the posttreatment is performed in the posttreatment device, and the web is recovered. Collect by system.

前処理装置は、基材ウェブに対し、主として除塵処理や、易接着処理等を施すものである。除塵処理の手段としては、吸引法、静電除塵法など、既知の方法を任意に採用可能である。密着性向上処理としては、コロナ放電処理等の活性エネルギー線照射による方法や、火炎処理、アルカリ金属溶液処理、高周波スパッタエッチング処理、PVD,CVDなどのベーパーデポジット法等がある。他に、密着性を向上させる組成物を表面に塗工する方法がある。
また、他の方法として、密着性を向上させる樹脂等を主剤とする組成物を基材ウェブ表面に塗布する方法等が挙げられる。塗布層を構成する組成物としては、粘着剤や接着剤に用いられるアクリル酸エステル重合体、エポキシ系化合物、ウレタン系化合物やポリエチレンイミン、オキサゾリン基含有重合体、ポリアミドポリ尿素樹脂などが好適に使用される。
The pretreatment device mainly performs dust removal treatment, easy adhesion treatment, and the like on the base web. As a means for dust removal treatment, a known method such as a suction method or an electrostatic dust removal method can be arbitrarily adopted. Examples of the adhesion improving treatment include a method using irradiation of active energy rays such as a corona discharge treatment, a flame treatment, an alkali metal solution treatment, a high-frequency sputter etching treatment, and a vapor deposit method such as PVD and CVD. In addition, there is a method of coating a surface with a composition that improves adhesion.
In addition, as another method, a method of applying a composition mainly containing a resin or the like that improves adhesion to the surface of the base web can be used. As the composition constituting the coating layer, acrylate polymer, epoxy compound, urethane compound, polyethyleneimine, oxazoline group-containing polymer, polyamide polyurea resin, and the like used for pressure-sensitive adhesives and adhesives are preferably used. Is done.

後処理装置は、微細繊維が積層された基材ウェブに対して、主に除電処理、後硬化処理、易接着処理、平滑処理などを施すことができる。
除電方法は、ウェブの表面に接地された導電性を有する布、紐等を接触させる方法、水蒸気を吹き付け表面に微細な水滴を付着させる方法など各種ある。その中でも、積層表面の汚染や異物混入の防止といった観点からイオン化した空気をウェブの表面に吹き付ける方法が最も好ましい。特に、コロナ放電で空気をイオン化し、0.05MPa以上の圧力で吹き付ける装置は有効である。さらに具体的には、静電容量170pFの試料を50mmの距離から除電し、3秒以内に試料の帯電圧を3kVから0kVまで除電可能な装置を用いることが好ましい。
The post-processing apparatus can mainly perform a static elimination process, a post-curing process, an easy adhesion process, a smoothing process, and the like on the base web on which the fine fibers are laminated.
There are various static elimination methods, such as a method of bringing a conductive cloth, string, etc., in contact with the surface of the web into contact with each other, a method of spraying water vapor, and attaching fine water droplets to the surface. Among these, the method of blowing ionized air onto the surface of the web is most preferable from the viewpoint of preventing contamination of the laminated surface and mixing of foreign substances. In particular, an apparatus that ionizes air by corona discharge and sprays it at a pressure of 0.05 MPa or more is effective. More specifically, it is preferable to use a device that can discharge a sample having a capacitance of 170 pF from a distance of 50 mm and discharge the charged voltage of the sample from 3 kV to 0 kV within 3 seconds.

後硬化処理としては、加熱処理、紫外線(UV)照射処理、放射線(EB)照射処理などの活性エネルギー線照射処理などの方法が用いられる。易接着処理に関しては、前処理装置と同様のものを使用することができる。平滑処理としては、繊維層を基材ウェブ上に形成した後に、ロールのニップ間を通したり、加熱された鏡面に、ウェブの形成された繊維層側をあてて乾燥したり、形成された繊維層の表面近傍を圧縮処理等の手段をとることが可能である。   As the post-curing treatment, methods such as active energy ray irradiation treatment such as heat treatment, ultraviolet (UV) irradiation treatment, and radiation (EB) irradiation treatment are used. Regarding the easy adhesion treatment, the same one as the pretreatment device can be used. As the smoothing treatment, after the fiber layer is formed on the base web, it is passed through the nip of the roll, or the fiber layer on which the web is formed is applied to the heated mirror surface and dried, or the formed fiber. It is possible to take a means such as compression treatment in the vicinity of the surface of the layer.

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。また特に断らない限り、文中の部は質量部を示す。また、実施例、比較例の結果を表1に示す。   The present invention will be specifically described below with reference to examples. Moreover, unless otherwise indicated, the part in a sentence shows a mass part. Table 1 shows the results of Examples and Comparative Examples.

<実施例1>
高分子物質溶液としてポリビニルアルコール(PVA117:クラレ株式会社)の10%水溶液(導電率100μS/cm、表面張力48dyne/cm)を用い、後述するウェブ製造装置(紡糸ヘッドAを使用)により、上質紙を基材ウェブとしてその表面に微細繊維層を形成した。なお基材ウェブ(コレクター部)の速度は0.5m/分とし、ノズル電圧を80kV、補助電極の電圧を75kVとした。
このとき、繊維層が問題なく形成される溶液供給速度の上限は19cc/分であった。また、繊維の平均直径は0.4μmであった。
<Example 1>
Using a 10% aqueous solution (conductivity 100 μS / cm, surface tension 48 dyne / cm) of polyvinyl alcohol (PVA117: Kuraray Co., Ltd.) as the polymer material solution, a high-quality paper is produced by a web manufacturing apparatus (using a spinning head A) described later. As a base web, a fine fiber layer was formed on the surface. The speed of the substrate web (collector part) was 0.5 m / min, the nozzle voltage was 80 kV, and the auxiliary electrode voltage was 75 kV.
At this time, the upper limit of the solution supply rate at which the fiber layer was formed without any problem was 19 cc / min. The average fiber diameter was 0.4 μm.

<実施例2>
高分子物質溶液として、実施例1で使用したポリビニルアルコール水溶液50質量部に、ポリエチレングリコール(分子量:50万)50質量部を加えた水溶液(導電率180μS/cm、表面張力40dyne/cm)を用い、実施例1と同様にして上質紙を生地ウェブとしてその表面に微細繊維層を形成した。なお基材ウェブ(コレクター部)の速度は0.5m/分とし、ノズル電圧を80kV、補助電極の電圧を70kVとした。
このとき、繊維層が問題なく形成される溶液供給速度の上限は18cc/分であった。また、繊維の平均直径は0.3μmであった。
<Example 2>
As the polymer material solution, an aqueous solution (conductivity 180 μS / cm, surface tension 40 dyne / cm) obtained by adding 50 parts by mass of polyethylene glycol (molecular weight: 500,000) to 50 parts by mass of the aqueous polyvinyl alcohol solution used in Example 1 was used. In the same manner as in Example 1, a fine fiber layer was formed on the surface of a fine paper as a dough web. The speed of the substrate web (collector part) was 0.5 m / min, the nozzle voltage was 80 kV, and the auxiliary electrode voltage was 70 kV.
At this time, the upper limit of the solution supply rate at which the fiber layer was formed without any problem was 18 cc / min. The average fiber diameter was 0.3 μm.

<実施例3>
ノズル電圧を80kV、補助電極の電圧を40kVとした以外は、実施例1と同様の条件で微細繊維層の形成を行った。
このとき、繊維層が問題なく形成される溶液供給速度の上限は21cc/分であった。また、繊維の平均直径は0.4μmであった。
<Example 3>
A fine fiber layer was formed under the same conditions as in Example 1 except that the nozzle voltage was 80 kV and the auxiliary electrode voltage was 40 kV.
At this time, the upper limit of the solution supply rate at which the fiber layer was formed without any problem was 21 cc / min. The average fiber diameter was 0.4 μm.

<実施例4>
ノズル電圧を60kV、補助電極の電圧を15kVとした以外は、実施例1と同様の条件で微細繊維層の形成を行った。
このとき、繊維層が問題なく形成される溶液供給速度の上限は18cc/分であった。また、繊維の平均直径は0.4μmであった。
ただし、形成された繊維の一部が補助電極に付着する現象が発生するため、長時間の連続運転はできなかった。
<Example 4>
A fine fiber layer was formed under the same conditions as in Example 1 except that the nozzle voltage was 60 kV and the auxiliary electrode voltage was 15 kV.
At this time, the upper limit of the solution supply rate at which the fiber layer was formed without any problem was 18 cc / min. The average fiber diameter was 0.4 μm.
However, since a phenomenon that a part of the formed fibers adheres to the auxiliary electrode occurs, continuous operation for a long time cannot be performed.

<実施例5>
紡糸ヘッドBを使用した以外は、実施例1と同様の条件で微細繊維層の形成を行った。
このとき、繊維と共に液滴状の粒が混じり、繊維層が問題なく形成される溶液供給速度の上限は8cc/分であった。また、繊維の平均直径は0.4μmであった。
<Example 5>
A fine fiber layer was formed under the same conditions as in Example 1 except that the spinning head B was used.
At this time, the upper limit of the solution supply speed at which droplet-like particles were mixed with the fiber and the fiber layer was formed without any problem was 8 cc / min. The average fiber diameter was 0.4 μm.

<比較例1>
ウェブ製造装置の紡糸ヘッド部から補助電極と補助電源を外し、実施例1と同様な条件で繊維層形成を行った。
ノズル電圧は80kV、溶液の供給速度10cc/分とすると、ノズル先端に液だまりが生じ、コレクター部上に落下した。また、供給速度3cc/分では、液の落下はなくなるが、ジェットに振動が生じるなどの不安定が生じた。繊維の平均直径が0.3μmの繊維層は形成されたが、玉状の欠陥が多く発生した。
<Comparative Example 1>
The auxiliary electrode and the auxiliary power source were removed from the spinning head portion of the web manufacturing apparatus, and a fiber layer was formed under the same conditions as in Example 1.
When the nozzle voltage was 80 kV and the solution supply rate was 10 cc / min, a liquid pool was formed at the tip of the nozzle and dropped on the collector. Further, at the supply speed of 3 cc / min, the liquid did not drop, but instability such as vibration occurred in the jet. Although a fiber layer having an average fiber diameter of 0.3 μm was formed, many ball-shaped defects occurred.

<ウェブ製造装置>
(1)装置全体の構造
ノズル、および取り外し可能な補助電極を有する紡糸ヘッド(詳細は(2)参照)と、前記ノズルと補助電極に電圧を掛けるための電源と、液状の高分子物質のタンクと、タンクとノズルを接続して高分子物質を供給するチューブを有し、該高分子物質は加圧ポンプによって供給されるものとする。なお、ノズルおよび補助電極にかかる電圧、高分子物質の供給速度は可変的にコントロール可能なものとする。また、コレクター部は速度調整可能なベルトロールとする。
(2)紡糸ヘッドの構造
1:紡糸ヘッドA
内径0.2mm、外径0.6mmの長さ30mmのノズルを、50mm間隔で7×8で56本のマトリクスとして紡糸ヘッドに配置した。その際、隣接する列同士は互いに半ピッチずらした状態で配置した。
補助電極は、厚さ1mm、幅40mmの金属板を、ひし形の格子状に組み合せて、各ノズル間の中間点を金属板が通るように配置したものとした(図5参照)。金属板の先端はノズルの先端より10mm突出させてノズルを被う形状とした。なお、ノズルと補助電極の間の距離は21.6mm以上とした。
2:紡糸ヘッドB
補助電極は、厚さ1mm、幅20mmの金属板を、ひし形の格子状に組み合わせたものを使用し、ノズルの先端が補助電極より10mm突出する形状とした以外は、紡糸ヘッドAと同様の構成とした。
(3)
<Web manufacturing equipment>
(1) Structure of the entire apparatus A spinning head having a nozzle and a removable auxiliary electrode (refer to (2) for details), a power source for applying voltage to the nozzle and the auxiliary electrode, and a tank of liquid polymer material And a tube for connecting a tank and a nozzle to supply a polymer material, and the polymer material is supplied by a pressure pump. Note that the voltage applied to the nozzle and the auxiliary electrode and the supply rate of the polymer substance can be variably controlled. The collector section is a belt roll whose speed can be adjusted.
(2) Spinning head structure 1: Spinning head A
Nozzles with an inner diameter of 0.2 mm and an outer diameter of 0.6 mm and a length of 30 mm were arranged in the spinning head as 56 matrixes of 7 × 8 at intervals of 50 mm. At that time, adjacent rows were arranged with a half-pitch shift.
The auxiliary electrode was formed by combining metal plates having a thickness of 1 mm and a width of 40 mm in a rhombus lattice so that the metal plate passes through the midpoint between the nozzles (see FIG. 5). The tip of the metal plate protruded 10 mm from the tip of the nozzle so as to cover the nozzle. The distance between the nozzle and the auxiliary electrode was 21.6 mm or more.
2: Spinning head B
The auxiliary electrode has the same configuration as the spinning head A, except that a metal plate having a thickness of 1 mm and a width of 20 mm is used in combination with a rhombus lattice, and the tip of the nozzle protrudes 10 mm from the auxiliary electrode. It was.
(3)

Figure 2006283240
Figure 2006283240

これらの結果から、補助電極を用いた本発明の実施形態が、従来に比べて飛躍的に製造速度を向上していることは明らかである。   From these results, it is clear that the embodiment of the present invention using the auxiliary electrode has drastically improved the production speed as compared with the conventional one.

本発明のウェブ製造装置の該略図である。1 is a schematic view of a web manufacturing apparatus according to the present invention. 本発明のウェブ製造装置の他の該略図である。It is this other schematic of the web manufacturing apparatus of this invention. 本発明のノズル及び補助電極の断面図である。It is sectional drawing of the nozzle and auxiliary electrode of this invention. 本発明のノズル及び補助電極の平面図である。It is a top view of the nozzle and auxiliary electrode of the present invention. 本発明のノズル及び補助電極の他の平面図である。It is another top view of the nozzle and auxiliary electrode of this invention. 本発明のウェブ製造装置の他の該略図である。It is this other schematic of the web manufacturing apparatus of this invention. 本発明のウェブ製造装置の他の該略図である。1:タンク,2:ポンプ,3:ノズル,4:紡糸ヘッド部,5:供給制御システム,6:絶縁部,7:補助電極,8:コレクター部,9:主電源,10:補助電源,11:セルIt is this other schematic of the web manufacturing apparatus of this invention. 1: tank, 2: pump, 3: nozzle, 4: spinning head unit, 5: supply control system, 6: insulation unit, 7: auxiliary electrode, 8: collector unit, 9: main power source, 10: auxiliary power source, 11 :cell

Claims (7)

高分子物質を噴射するノズルを有する紡糸ヘッド部と、ノズルから噴射される高分子物質を捕集するコレクター部と、前記ノズルとコレクター部間に電圧を供給する電源を有するエレクトロスピニング法によるウェブ製造装置において、紡糸ヘッド部に複数のノズルと前記ノズル間に存在する補助電極を有し、前記ノズルと補助電極とを異なる電位とすることが可能なウェブ製造装置。   Web production by electrospinning method having spinning head unit having nozzle for injecting polymer material, collector unit for collecting polymer material ejected from nozzle, and power supply for supplying voltage between said nozzle and collector unit In the apparatus, a web manufacturing apparatus having a plurality of nozzles and auxiliary electrodes existing between the nozzles in a spinning head unit, wherein the nozzles and the auxiliary electrodes can have different potentials. 補助電極に印加される電位が、ノズルのコレクター部に対する電位の50.0〜99.9%であることを特徴とする請求項1記載のウェブ製造装置。   The web manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the potential applied to the auxiliary electrode is 50.0 to 99.9% of the potential with respect to the collector portion of the nozzle. ノズルの周囲が補助電極で囲われた構造であることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載のウェブ製造装置。   The web manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the nozzle is surrounded by an auxiliary electrode. 補助電極が格子状のセルを形成し、該セル内にノズルが配置されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のウェブ製造装置。   The web manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the auxiliary electrode forms a lattice-like cell, and a nozzle is disposed in the cell. 補助電極の先端がノズル先端と同じ、もしくはノズル先端より突出していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のウェブ製造装置。   The web manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the tip of the auxiliary electrode is the same as the tip of the nozzle or protrudes from the tip of the nozzle. ノズルと補助電極との間隔が、ノズル先端とコレクター部の間隔の10〜50%であることをと特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のウェブ製造装置。   The web manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a distance between the nozzle and the auxiliary electrode is 10 to 50% of a distance between the nozzle tip and the collector portion. ノズルの外径が直径2mm以下、内径が直径1mm以下であって、長さが前記外径の10倍以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のウェブ製造装置。
The web manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an outer diameter of the nozzle is 2 mm or less, an inner diameter is 1 mm or less, and a length is 10 times or more of the outer diameter.
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