JP2009167559A - Device for producing nanofiber and apparatus for producing nonwoven fabric - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、エレクトロスピニング法(静電爆発)を用いてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置、及び、エレクトロスピニング法で製造されるナノファイバを堆積させて不織布を製造する不織布製造装置に関し、特に、メンテナンス間隔を広げて長期間の操業に供することのできるナノファイバ製造装置、不織布製造装置に関する。 The present invention relates to a nanofiber manufacturing apparatus that manufactures nanofibers using an electrospinning method (electrostatic explosion), and a non-woven fabric manufacturing apparatus that manufactures nonwoven fabrics by depositing nanofibers manufactured by an electrospinning method. Further, the present invention relates to a nanofiber manufacturing apparatus and a non-woven fabric manufacturing apparatus that can be used for a long-term operation with an extended maintenance interval.
高分子物質などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状(繊維状)物質(ナノファイバ)を製造する方法として、エレクトロスピニング(電荷誘導紡糸)法が知られている。 An electrospinning (charge-induced spinning) method is known as a method for producing a filamentous (fibrous) material (nanofiber) made of a polymer material or the like and having a submicron-scale diameter.
このエレクトロスピニング法とは、溶媒中に高分子物質などを分散または溶解させた原料液を空間中に噴射(吐出)させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させ、空間を飛行中の原料液を静電爆発させることにより、ナノファイバを得る方法である。 This electrospinning method is a method in which a raw material liquid in which a polymer substance or the like is dispersed or dissolved in a solvent is ejected (discharged) into the space, and a charge is imparted to the raw material liquid to charge it. In this method, nanofibers are obtained by electrostatic explosion of a liquid.
より具体的には、空間を飛行中の原料液の粒から溶媒が蒸発するに伴い原料液の体積は減少していくが、原料液に付与された電荷は維持されるため、結果として原料液の粒の電荷密度が上昇する。そして、溶媒は、継続して蒸発するため、原料液の粒の電荷密度がさらに高まり、原料液の粒の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力より勝った時点で高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象(静電爆発)が生じる。この静電爆発が、空間において次々とねずみ算式に発生することで、直径がサブミクロンの高分子から成るナノファイバが製造される(例えば、特許文献1参照)。 More specifically, the volume of the raw material liquid decreases as the solvent evaporates from the particles of the raw material liquid in flight, but the charge imparted to the raw material liquid is maintained. The charge density of the grains increases. Since the solvent continuously evaporates, the charge density of the raw material liquid particles is further increased, and the polymer is rebounded when the repulsive Coulomb force generated in the raw material liquid grains exceeds the surface tension of the raw material liquid. A phenomenon (electrostatic explosion) in which the solution is stretched linearly occurs. This electrostatic explosion is generated in a spiral manner one after another in the space, thereby producing a nanofiber made of a polymer having a submicron diameter (for example, see Patent Document 1).
前記エレクトロスピニング法により製造されるナノファイバを糸や不織布の原料として用いる場合、大量のナノファイバを高密度で収集する必要がある。そのために、例えば特許文献2には、ナノファイバを収集するための電極に向けて原料液を噴射する多数のノズルを配置し、多量のナノファイバを高密度で製造する発明が記載されている。
ところが、収集用の電極方向に多数のノズルを向けて原料液を噴射した場合、原料液は帯電しているために相互に反発し合いながら広がってしまい、製造されるナノファイバの空間における密度を高い状態で維持することが困難となっている。また、製造されるナノファイバの空間における密度を均一にすることも困難であった。 However, when the raw material liquid is sprayed with a large number of nozzles directed toward the collecting electrode, the raw material liquid is charged and spreads while repelling each other, and the density in the space of the manufactured nanofiber is reduced. It is difficult to maintain it in a high state. In addition, it is difficult to make the density of the manufactured nanofibers uniform in space.
そこで、本願の発明者らは、原料液を空間に噴射させる噴射手段として周壁に噴射口を多数備えた円筒状の容器であって、当該容器の軸を収集電極に向け、当該軸を回転軸として前記容器を回転させることで、収集電極に向かう方向に対し略垂直に原料液を遠心力で噴射させる構造を開発した。さらに、収集電極と略平行に噴射された原料液の飛行方向を別途発生させた気体流で強制的に変更し、原料液を収集電極に向かわせることによって、高密度にナノファイバを製造する発明を別途出願している。 Therefore, the inventors of the present application provide a cylindrical container having a large number of injection ports on the peripheral wall as an injection means for injecting the raw material liquid into the space, with the axis of the container facing the collection electrode, and the axis being the rotation axis. As a result, a structure has been developed in which the raw material liquid is injected by a centrifugal force substantially perpendicular to the direction toward the collecting electrode by rotating the container. Further, the invention for manufacturing nanofibers at high density by forcibly changing the flight direction of the raw material liquid injected substantially parallel to the collecting electrode with a separately generated gas flow and directing the raw material liquid toward the collecting electrode Is filed separately.
そして、本願の発明者らは、上記構造・方法に関し研究を進めていく段階で、新たな課題を見いだすに至った。すなわち当該課題とは、上記噴射手段を用い長時間ナノファイバを製造すると、次第にナノファイバの製造効率が低下し、製造されるナノファイバの密度を高い状態で維持することが困難となることである。 The inventors of the present application have found a new problem at the stage of conducting research on the structure and method. That is, when the nanofiber is manufactured for a long time using the jetting means, the manufacturing efficiency of the nanofiber gradually decreases, and it becomes difficult to maintain the density of the manufactured nanofiber in a high state. .
上記課題に鑑み、本願発明者らは鋭意実験と研究との結果本願発明を完成するに至った。つまり、本願発明は長時間の操業でも安定して高密度にナノファイバを製造することのできるナノファイバ製造装置、及び、当該ナノファイバ製造技術を用いて不織布を製造する不織布製造装置の提供を目的とする。 In view of the above problems, the present inventors have completed the present invention as a result of intensive experiments and research. That is, the present invention aims to provide a nanofiber manufacturing apparatus that can stably manufacture nanofibers at high density even during long-time operation, and a non-woven fabric manufacturing apparatus that manufactures non-woven fabrics using the nanofiber manufacturing technology. And
上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造装置は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射口を備える噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と、前記噴射された原料液または製造されたナノファイバの飛行方向を変更する気体流を発生させる気体流発生手段とを備えるナノファイバ製造装置であって、前記気体流発生手段により発生する気体流が前記噴射口に当たらないよう前記気体流を制御する気体流制御手段を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a nanofiber manufacturing apparatus according to the present invention includes an injection unit having an injection port for injecting a raw material liquid that is a raw material of nanofibers into a space, and charging by applying an electric charge to the raw material liquid. A nanofiber manufacturing apparatus comprising: a charging means for generating a gas flow; and a gas flow generating means for generating a gas flow for changing a flight direction of the jetted raw material liquid or the manufactured nanofiber. And a gas flow control means for controlling the gas flow so that the gas flow does not hit the injection port.
これにより、噴射口近傍に存在する原料液の蒸発が気体流により促進されにくくなり、噴射口がナノファイバを形成する溶質により狭窄状態となったり、閉塞されたりすることを可及的に回避することが可能となる。従って、長期間にわたって安定した状態で原料液を噴射させることが可能となり、ナノファイバの生産性を向上させることが可能となる。 Thereby, evaporation of the raw material liquid existing in the vicinity of the injection port is hardly promoted by the gas flow, and it is avoided as much as possible that the injection port becomes constricted or blocked by the solute forming the nanofiber. It becomes possible. Accordingly, the raw material liquid can be jetted in a stable state over a long period of time, and the productivity of the nanofiber can be improved.
さらに、前記気体流発生手段が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱手段を備えることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to provide a heating means for heating the gas constituting the gas flow generated by the gas flow generating means.
これにより、噴射口近傍以外では原料液の蒸発が促進されるため、長期間の安定噴射を維持したまま、効率よくナノファイバを製造することが可能となる。 Thereby, since the evaporation of the raw material liquid is promoted except near the injection port, it becomes possible to efficiently manufacture the nanofiber while maintaining the long-term stable injection.
また、不織布製造装置に、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射口を備える噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と、前記噴射された原料液または製造されたナノファイバの飛行方向を変更する気体流を発生させる気体流発生手段と、前記気体流発生手段により発生する気体流が前記噴射口に当たらないよう前記気体流を制御する気体流制御手段と、前記空間中で製造されたナノファイバを収集する収集手段と、収集されるナノファイバを搬送する搬送手段とを備えるものとすれば、上記作用、効果を享受して、安定した状態で不織布を製造することが可能となる。 In addition, the non-woven fabric manufacturing apparatus includes an injection unit including an injection port for injecting a raw material liquid that is a raw material of the nanofiber into the space, a charging unit that applies an electric charge to the raw material liquid and charges, and the injected raw material liquid Alternatively, gas flow generating means for generating a gas flow for changing the flight direction of the manufactured nanofiber, and gas flow control for controlling the gas flow so that the gas flow generated by the gas flow generating means does not hit the injection port Means, a collecting means for collecting the nanofibers manufactured in the space, and a transporting means for transporting the collected nanofibers. A nonwoven fabric can be produced.
また、上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造方法は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射口を備える噴射手段により原料液を噴射する噴射ステップと、前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電ステップと、前記噴射された原料液または製造されたナノファイバの飛行方向を変更する気体流を発生させる気体流発生ステップと、前記噴射口から噴射された原料液が前記噴射口から所定距離飛行した後に前記気体流発生手段により発生する気体流と当たるよう前記気体流を制御する気体流制御ステップとを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the nanofiber manufacturing method according to the present invention includes an injection step of injecting a raw material liquid by an injection unit including an injection port for injecting a raw material liquid as a raw material of the nanofiber into the space; A charging step for charging the raw material liquid by charging it, a gas flow generating step for generating a gas flow for changing the flight direction of the injected raw material liquid or the manufactured nanofiber, and injection from the injection port And a gas flow control step of controlling the gas flow so that the raw material liquid hits the gas flow generated by the gas flow generation means after flying a predetermined distance from the injection port.
これにより、噴射直後の原料液に気体流が当たることを防止し、噴射口における目詰まりを可及的に回避することが可能となる。 Thereby, it is possible to prevent the gas flow from hitting the raw material liquid immediately after injection, and to avoid clogging at the injection port as much as possible.
噴射された原料液の飛行方向を気体流により変更された場合においても、長期間の高い効率を維持し続け、高密度にナノファイバを製造し続けることが可能になる。 Even when the flight direction of the injected raw material liquid is changed by the gas flow, it is possible to maintain high efficiency over a long period of time and to manufacture nanofibers at a high density.
次に、本発明にかかるナノファイバ製造装置を備える不織布製造装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Next, an embodiment of a nonwoven fabric manufacturing apparatus including a nanofiber manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明にかかる不織布製造装置を概略的に示す斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a non-woven fabric manufacturing apparatus according to the present invention.
これらの図に示すように、不織布製造装置100は、ナノファイバ製造装置200と、収集手段101と、搬送手段102とを備えている。さらに、不織布製造装置100は、隔壁103と、ガス供給源104と、排気装置105とを備えている。なお、同図は、不織布製造装置100の内部を示すために隔壁103の一部を省いて不織布製造装置100を示している。
As shown in these drawings, the nonwoven
収集手段101は、空間中で製造されたナノファイバが堆積する対象となる部材であり、堆積したナノファイバと容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシートである。収集手段101は、ロール状に巻き付けられた状態で供給ロール111から供給されるものとなっている。
The
搬送手段102は、長尺の収集手段101を巻き取りながらゆっくりと移動させ、収集手段101上に堆積するナノファイバを搬送するものとなっている。搬送手段102は、ナノファイバが堆積してなる不織布を収集手段101とともに巻き取ることができるものとなっている。 The conveyance means 102 is configured to convey the nanofibers deposited on the collection means 101 by slowly moving the long collection means 101 while winding it. The conveyance means 102 can wind up the nonwoven fabric on which nanofibers are deposited together with the collection means 101.
隔壁103は、通気性のない部材であり、不織布製造装置100のほぼ全体を覆うチャンバを形成する部材である。隔壁103は、例えば樹脂製のパネルを組み立てて箱状としたものや、柔軟性があり通気性のほぼないシートを金属製の枠体に張り渡したものが挙示できる。なお、不織布製造装置100が載置される床を隔壁103として用いてもよい。
The
なお、隔壁103に囲われて形成されチャンバは、室外と室内とを異なる雰囲気で維持できるものとなっている。従って、チャンバは、ガス供給源104から安全ガスが導入されることにより、外部空間よりも低酸素状態が維持できる。
Note that the chamber formed by being surrounded by the
ガス供給源104は、チャンバに安全ガスを供給する装置である。ガス供給源104が供給する安全ガスとしては、空気から酸素を樹脂膜(中空糸膜)によりある程度除去した低酸素濃度ガスや、過熱水蒸気を挙示することができる。チャンバ内を安全ガスで満たし、低酸素状態とすれば、ナノファイバを製造するための原料液から蒸発する溶剤に引火性があっても、爆発を回避することが可能となる。ここで、低酸素濃度とは、空気の酸素濃度よりも低い濃度を意味する。より具体的には蒸発した溶剤が爆発することのない臨界酸素濃度以下である。なお、本記載は酸素の含有がほとんどない高純度なガスなどの使用を除外するものではなく、液体や気体等の状態でボンベに封印された高純度な窒素やドライアイスから供給される二酸化炭素なども利用可能である。
The
排気装置105は、チャンバ内に存在する雰囲気(低酸素濃度ガスや蒸発した溶剤)を排気することができる装置である。また、排気装置105は、排気される雰囲気中に含まれる溶剤などを回収することができる回収装置を備えている。
The
上記ガス供給源104のガス供給量と排気装置105のガス排気量とのバランスによりチャンバ内を陽圧に維持することが可能となっている。なお、陽圧とは隔壁の外空間の圧力より内空間の圧力が高い状態を意味する。
The inside of the chamber can be maintained at a positive pressure by the balance between the gas supply amount of the
図2は、不織布製造装置を模式的に示す側面図である。
ナノファイバ製造装置200は、帯電させた原料液300を空間中に噴射し、空間中で静電爆発を発生させてナノファイバ301を製造する装置であり、噴射手段201と、帯電手段202と、気体流発生手段203と、気体流制御手段204(図示せず)と、加熱手段205(図示せず)と、収集電極207と、収集電源208とを備えている。なお、ナノファイバを製造するための原料液については原料液300と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ301と記すが、製造に際しては原料液300とナノファイバ301との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。
FIG. 2 is a side view schematically showing the nonwoven fabric manufacturing apparatus.
The
収集電極207は、噴射手段201と所定の電位差が生じるように収集電源208により電位が付与される金属製の電極である。この収集電極207は、シート状の収集手段101に対し噴射手段201の反対側に、噴射手段201と対向して配置されている。また、収集電極207は、噴射手段201から噴射され生成した帯電状態のナノファイバ301を電気的に吸引し、収集手段101上にナノファイバ301を堆積させる機能を担っている。本実施の形態の場合、収集電極207は、直径が50cm〜数mの円筒形状となっており、収集電極207の外周面に沿って配置される収集手段101の移動と同期して回転することができるものとなっている。
The
収集電源208は、収集電極207を所定の電位とするための電源である。収集電極207の電位は、ナノファイバ301の帯電の極性と逆極性にすることが望ましい。
The
図3は、噴射手段や気体流制御手段などを概略的に示す断面図である。
図4は、噴射手段や気体流制御手段などの外観を概略的に示す斜視図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an injection unit, a gas flow control unit, and the like.
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the appearance of the injection means, the gas flow control means, and the like.
同図に示すように、噴射手段201は、原料液300を空間中に噴射する装置であり、回転容器211と、回転軸体212と、モータ213とを備えている。
As shown in the figure, the injection means 201 is a device that injects the
回転容器211は、原料液300を一時的に貯留し、貯留する原料液300を空間中に噴射することのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には噴射口206を多数備えている。回転容器211の他端部は、内方に突出するフランジ部214を備えている。当該フランジ部214は、回転容器211の内部に所定量の原料液300を貯留するための堤として機能するものである。また、回転容器211は、貯留する原料液300に電荷を付与するため、導電体で形成されている。
The
回転軸体212は、回転容器211を回転させ遠心力により原料液300を噴射させるための駆動力を伝達するための軸体であり、回転容器211の他端から回転容器211の内部に挿通され、回転容器211の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端はモータ213の回転軸と接合されている。
The
帯電手段202は、原料液300に電荷を付与して帯電させる装置であり、誘導電極221と、誘導電源222と、接地手段223とを備えている。
The charging
誘導電極221は、自身がアースに対し高い電圧となることで、近傍に配置され接地されている回転容器211に電荷を誘導するための部材であり、回転容器211の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。
The
誘導電源222は、誘導電極221に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源222は、直流でも交流でもかまわない。
The
接地手段223は、回転容器211と電気的に接続され、回転容器211を接地電位に維持することができる部材であり、その一端は回転容器211が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。
The grounding means 223 is a member that is electrically connected to the
本実施の形態のように帯電手段202に誘導方式を採用すれば、回転容器211を接地電位に維持したまま原料液300に電荷を付与することができる。回転容器211が接地電位の状態であれば、回転容器211に接続される回転軸体212やモータ213などの部材を回転容器211から電気的に絶縁する必要が無くなり、噴射手段201として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。
If an induction method is employed for the
なお、帯電手段として、回転容器211に直接電源を接続し、回転容器211を高電圧に維持して原料液300に電荷を付与してもよい。また、回転容器211を絶縁体で形成すると共に、回転容器211に貯留される原料液300に直接接触する電極を回転容器211内部に配置し、当該電極を用いて原料液300に電荷を付与するものでもよい。
As a charging means, a power source may be directly connected to the
気体流発生手段203、回転容器211から噴射される原料液300の飛行方向を変更するための気体流を発生させる装置である。本実施の形態の場合、気体流発生手段203として、周りにある雰囲気(安全ガス)を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。気体流発生手段203は、モータ213の背部に備えられ、モータ213から回転容器211の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段203は、遠心力により回転容器211から径方向に噴射される原料液300を誘導電極221に到達するまでに軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。
This is a device for generating a gas flow for changing the flight direction of the
なお、図3において、気体流は矢印で示している。
また、気体流発生手段203は、シロッコファンなど他の送風機により構成しても良く、また、ガス供給源104からの安全ガス流を気体流として用いてもかまわない。また、気体流を構成する気体を空気としてもよく、窒素などの不活性ガスでもかまわない。
In FIG. 3, the gas flow is indicated by arrows.
Further, the gas flow generation means 203 may be constituted by another blower such as a sirocco fan, or a safe gas flow from the
気体流制御手段204は、気体流発生手段により発生する気体流が前記噴射口に当たらないよう前記気体流を制御する機能を有するものであり、本実施の形態の場合、気体流制御手段204として、気体流を所定の領域に流れるように案内する風路体が採用されている。気体流制御手段204は、気体流発生手段203で発生する気体流が導入される円環状の導入口241を備え、前記気体流が、噴射口206に直接当たることなく、かつ、回転容器211から径方向に噴射される原料液300を軸方向に変換できる領域に気体流を導出する導出口242を備えている。また、導入口241と導出口242を結ぶ風路243を備えている。なお、導入口241と導出口242と風路243とは樹脂製の風路体により形成されている。
The gas flow control means 204 has a function of controlling the gas flow so that the gas flow generated by the gas flow generation means does not hit the injection port. In this embodiment, as the gas flow control means 204, An air passage body that guides the gas flow so as to flow in a predetermined region is employed. The gas
加熱手段205は、気体流発生手段203が発生させる気体流を構成する気体(安全ガス)を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段205は、風路243内の導入口241近傍に配置される円環状のヒータであり、加熱手段205を通過する気体(安全ガス)を加熱することができるものとなっている。
The
加熱手段205により気体流を加熱することにより、空間中に噴射される原料液300は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。
By heating the gas flow by the heating means 205, the
次に、ナノファイバ301の製造方法の概略を説明する。
まず、ガス供給源104によりチャンバ内に安全ガスを供給する。一方、排気装置105により、チャンバ内の雰囲気を吸引する。以上により、安全ガスがチャンバ内に供給されつつ、チャンバ内の雰囲気が吸引されるため、チャンバ内は、所定の圧力、所定の酸素濃度で平衡状態となり、防爆状態となる。
Next, an outline of a manufacturing method of the
First, a safety gas is supplied into the chamber by the
次に、回転容器211に原料液300を供給する。原料液300は、別途タンク(図示せず)に蓄えられており、原料液供給路106(図3参照)を通過して回転容器211の他端部から回転容器211内部に供給される。次に、誘導電源222により回転容器211に貯留される原料液300に電荷を供給しつつ、回転容器211をモータ213により回転させて、遠心力により噴射口206から帯電した原料液300を噴射する。
Next, the
ここで、ナノファイバ301を製造するための原料液300としては、エポキシ系樹脂や、ポリイミド系樹脂、LCP(液晶ポリマー)樹脂などに、有機溶媒を溶解、混合するものが例示できる。
Here, as the
さらに、他の溶質として例示できる物質は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−m−フェニレンテレフタレート、ポリ−p−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等である。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 Further, examples of other solute materials include polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isophthalate, polyvinylidene fluoride, Polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, nylon, aramid, polycaprolactone, Examples thereof include polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, and polypeptide. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
また、原料液に無機質固体材料を添加してもかまわない。無機質固体材料により得られるナノファイバの特性を変えることが可能である。無機質固体材料としては、金属、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を例示することができる。さらに、無機質固体材料の具体例としては、Al2O3、SiO2、TiO2、Li2O、Na2O、MgO、CaO、SrO、BaO、B2O3、P2O5、SnO2、ZrO2、K2O、Cs2O、ZnO、Sb2O3、As2O3、CeO2、V2O5、Cr2O3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO、Y2O3、Lu2O3、Yb2O3、HfO2、Nb2O5等を挙示できる。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 Moreover, you may add an inorganic solid material to a raw material liquid. It is possible to change the properties of nanofibers obtained from inorganic solid materials. Examples of inorganic solid materials include metals, oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, fluorides, sulfides, and the like. Furthermore, specific examples of the inorganic solid material include Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, B 2 O 3 , P 2 O 5 , SnO 2. , ZrO 2, K 2 O, Cs 2 O, ZnO, Sb 2 O 3, As 2 O 3, CeO 2, V 2 O 5, Cr 2 O 3, MnO, Fe 2 O 3, CoO, NiO, Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , HfO 2 , Nb 2 O 5 and the like can be listed. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
原料液に使用できる溶媒としては、原料液が空間を飛行中に蒸発(揮発)するものが好ましい。具体的には、アセトニトリル、トルエン、ジクロロメタン、メタノール、エタノールなどのアルコール、アセトンなどが例示できる。さらには、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、メチル−n−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、o−クロロトルエン、p−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、o−キシレン、p−キシレン、m−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ピリジン、水等を例示することができる。また、上記1種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。 As the solvent that can be used for the raw material liquid, a solvent in which the raw material liquid evaporates (volatilizes) while flying in space is preferable. Specific examples include acetonitrile, toluene, dichloromethane, alcohols such as methanol and ethanol, and acetone. Furthermore, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl -N-hexyl ketone, methyl-n-propyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, acetone, hexafluoroacetone, phenol, formic acid, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, ethyl benzoate, propyl benzoate, Methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, methyl chloride, ethyl chloride, methylene chloride, chloroform, o-chlorotoluene, p Chlorotoluene, chloroform, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, acetic acid, benzene, toluene, Examples include hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, pyridine, water and the like. Moreover, the above-mentioned one type may be used, or a plurality of types may be mixed and used at a predetermined ratio.
原料液の中の溶媒の占める割合は、60%位から98%位が好適で、使用するファイバの材料、溶媒の種類、生成するファイバの径等で決定を行う。 The proportion of the solvent in the raw material liquid is preferably about 60% to 98%, and is determined by the fiber material to be used, the type of solvent, the diameter of the fiber to be produced, and the like.
噴射された原料液300は、気体流により飛行方向が変更される。これにより、ナノファイバ301の堆積面に対し垂直または略垂直に噴射口206を並べることができ、一定の空間中に多量の原料液300を噴射することが可能となる。また、気体流が加熱されているため、溶媒の蒸発が促進され、静電爆発が促進され効率よくナノファイバ301を製造することが可能となる。
The direction of flight of the injected
ここで、原料液300の飛行方向を変更し溶媒の蒸発を促進させる気体流は、気体流制御手段204により噴射口206およびその近傍に到達しないように制御されている。従って、噴射口206の近傍では原料液300に含まれる溶媒の蒸発が促進されにくい状態となるため、溶質により噴射口206が狭められ、また、封鎖されることが無い。よって、回転容器211から長期間原料液300を噴射し続けても、噴射量が低下することを可及的に抑止することができる。つまり、空間中の原料液300やナノファイバ301の濃度を高い状態で長期間維持することが可能となる。
Here, the gas flow that changes the flight direction of the
そして、製造されたナノファイバ301は、収集電極207に吸引され、収集手段101上にナノファイバ301が堆積する。ナノファイバ301が堆積する収集手段101は、搬送手段102の巻き取りにより一定の移動速度で移動しており、これに伴い円筒形の収集電極207も回転している。
The manufactured
以上のようにして収集手段101の上に堆積したナノファイバ301は、不織布を形成しながら収集手段101と共に移動し、搬送手段102に巻き取られる。
The
以上のように、本実施の形態に係る不織布製造装置100は、原料液300や製造されたナノファイバ301の空間中の濃度を高い状態に維持し、かつ、当該高い濃度状態を長期間維持することが可能となる。従って、高い品質の不織布を安定して製造し続けることが可能となる。
As described above, the nonwoven
(実施の形態2)
次に、他の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態と共通する部分はその説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, another embodiment will be described. Note that in this embodiment, description of portions common to the above embodiment is omitted.
図5は、噴射手段や気体流制御手段などを概略的に示す断面図である。
同図に示すように、気体流発生手段203は、回転容器211の他端部周壁に取り付けられた複数枚のフィン231であり、回転容器211と共に回転することにより原料液の飛行方向を変更する気体流を発生させるものである。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an injection unit, a gas flow control unit, and the like.
As shown in the figure, the gas flow generating means 203 is a plurality of
気体流制御手段204は、回転容器211の外周壁から径方向に突出したフランジであり、厚さの薄い円環形状となされている。また、気体流制御手段204は、噴射口206とフィン231との間に配置さており、フィン231により発生した気体流が噴射口206の近傍に到達しないように気体流を制御している。
The gas flow control means 204 is a flange that protrudes in the radial direction from the outer peripheral wall of the
なお、回転容器211には帯電電源224を備えた帯電手段202が接続されている。
これにより、簡単な構造で、上記と同様の作用、効果を奏することが可能となる。
The
This makes it possible to achieve the same operations and effects as described above with a simple structure.
(実施の形態3)
次に、他の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態と共通する部分はその説明を省略する。
(Embodiment 3)
Next, another embodiment will be described. Note that in this embodiment, description of portions common to the above embodiment is omitted.
図6は、噴射手段や気体流制御手段などを概略的に示す断面図である。
回転容器211は、気体流発生手段203側の径が大きい円錐台形状となされており、径の大きい部分が気体流を制御する気体流制御手段204としての機能も併せ持っている。従って、回転容器211の他端部近傍が、噴射口206の近傍に気体流が到達するのを防止している。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an injection unit, a gas flow control unit, and the like.
The
気体流発生手段203は、円環状に配置されたフィン231を備えており、円筒状に気体流を発生させることができるものである。従って、気体流発生手段203は、気体流が噴射口206に当たらないよう気体流を発生させることができるものであり、気体流制御手段204としての機能を併せ持っている。
The gas flow generation means 203 includes
なお、回転容器211の直径は、10mmから100mm位が好適である。モータ213の回転数は、数百rpmから10000rpmの間が好ましい。噴射口206の直径は、0.01mmから2mm位が好適である。誘導電極221の大きさは、回転容器211の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、200mmから600mmの間が好適である。誘導電源222や帯電電源224や収集電源208の各電源の電圧は、10KVから200KVの中で、設定されるのが好適である。
The diameter of the
なお、上記実施の形態においては、原料液300を遠心力により噴射させる装置に基づき説明したが、本願発明はこれに限定されるわけではない。例えば、原料液300を圧力により噴射させてもかまわない。
In the above-described embodiment, the description has been made based on the apparatus for injecting the
本発明は、ナノファイバ製造装置や、製造されたナノファイバを用いて紡糸する装置、製造されたナノファイバを用いて不織布を製造する装置などに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to a nanofiber manufacturing apparatus, an apparatus for spinning using the manufactured nanofiber, an apparatus for manufacturing a nonwoven fabric using the manufactured nanofiber, and the like.
100 不織布製造装置
101 収集手段
102 搬送手段
103 隔壁
104 ガス供給源
105 排気装置
106 原料液供給路
111 供給ロール
200 ナノファイバ製造装置
201 噴射手段
202 帯電手段
203 気体流発生手段
204 気体流制御手段
205 加熱手段
206 噴射口
207 収集電極
208 収集電源
211 回転容器
212 回転軸体
213 モータ
214 フランジ部
221 誘導電極
222 誘導電源
223 接地手段
224 帯電電源
231 フィン
241 導入口
242 導出口
243 風路
300 原料液
301 ナノファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記気体流発生手段により発生する気体流が前記噴射口に当たらないよう前記気体流を制御する気体流制御手段を備えるナノファイバ製造装置。 An injection means having an injection port for injecting a raw material liquid as a raw material of the nanofiber into the space; a charging means for applying an electric charge to the raw material liquid for charging; and the injected raw material liquid or the manufactured nanofiber A nanofiber manufacturing apparatus comprising a gas flow generating means for generating a gas flow for changing a flight direction,
A nanofiber manufacturing apparatus comprising gas flow control means for controlling the gas flow so that the gas flow generated by the gas flow generation means does not hit the injection port.
前記気体流発生手段が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱手段を備える請求項1に記載のナノファイバ製造装置。 further,
The nanofiber manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a heating unit that heats a gas constituting the gas flow generated by the gas flow generation unit.
前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と、
前記噴射された原料液または製造されたナノファイバの飛行方向を変更する気体流を発生させる気体流発生手段と、
前記気体流発生手段により発生する気体流が前記噴射口に当たらないよう前記気体流を制御する気体流制御手段と、
前記空間中で製造されたナノファイバを収集する収集手段と、
収集されるナノファイバを搬送する搬送手段と
を備える不織布製造装置。 Injecting means comprising an injection port for injecting a raw material liquid as a raw material of nanofibers into the space,
Charging means for charging by charging the raw material liquid;
A gas flow generating means for generating a gas flow for changing a flight direction of the jetted raw material liquid or the manufactured nanofiber; and
Gas flow control means for controlling the gas flow so that the gas flow generated by the gas flow generation means does not hit the injection port;
A collecting means for collecting nanofibers produced in the space;
A non-woven fabric manufacturing apparatus comprising transport means for transporting collected nanofibers.
前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電ステップと、
前記噴射された原料液または製造されたナノファイバの飛行方向を変更する気体流を発生させる気体流発生ステップと、
前記噴射口から噴射された原料液が前記噴射口から所定距離飛行した後に前記気体流発生手段により発生する気体流と当たるよう前記気体流を制御する気体流制御ステップと
を含むナノファイバ製造方法。 An injection step of injecting the raw material liquid by an injection means including an injection port for injecting a raw material liquid to be a raw material of the nanofiber into the space;
A charging step of charging by charging the raw material liquid; and
A gas flow generating step for generating a gas flow for changing a flight direction of the jetted raw material liquid or the manufactured nanofiber; and
And a gas flow control step of controlling the gas flow so that the raw material liquid injected from the injection port hits the gas flow generated by the gas flow generation means after flying a predetermined distance from the injection port.
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