JP2010168722A - ナノファイバシート - Google Patents
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Abstract
【課題】取り扱い性が良好なナノファイバのシートを提供すること。
【解決手段】ナノファイバシート１０は、高分子化合物のナノファイバから形成されるナノファイバ層１１と、ナノファイバ層１１の一方の面側に配された基材層と１２、ナノファイバ層１１の他方の面側に配された接着層１３とを備える。基材層１３は、ナノファイバ層１１と剥離可能に積層されていることが好適である。接着層１３が、ナノファイバ層１１上にナノファイバ状の接着剤が堆積されて形成されていることも好適である。
【選択図】図１
【解決手段】ナノファイバシート１０は、高分子化合物のナノファイバから形成されるナノファイバ層１１と、ナノファイバ層１１の一方の面側に配された基材層と１２、ナノファイバ層１１の他方の面側に配された接着層１３とを備える。基材層１３は、ナノファイバ層１１と剥離可能に積層されていることが好適である。接着層１３が、ナノファイバ層１１上にナノファイバ状の接着剤が堆積されて形成されていることも好適である。
【選択図】図１
Description
本発明は、ナノファイバから構成されるナノファイバ層を備えたナノファイバシートに関する。
ナノファイバは、例えば、ナノサイズ効果を利用した高透明性などの光学特性が要求される分野に応用されている。一例として、ナノファイバの直径を可視光の波長以下にすることで、透明なファブリックを実現できる。また、ナノファイバの直径を可視光の波長と同じにすることで、構造発色を発現させることができる。また、超比表面積効果を利用して、高吸着特性や高表面活性が要求される分野や、超分子配列効果を利用して、引張強度等の力学的特性や高電気伝導性等の電気的特性が要求される分野でも検討がなされている。このような特徴を有するナノファイバは、例えば単繊維として用いられるほか、集積体（ファブリック）や複合材としても用いられている。
ナノファイバの応用例として、多糖類を主原料とし、静電紡糸法によって得られ、直径が５００ｎｍ以下である多糖類のナノスケールの繊維が提案されている（特許文献１参照）。同文献の記載によれば、この繊維は、再生医療における生体組織培養の基材及び生体組織の欠損、修復、再生、治療を目的とした生体材料（人工弁、人工臓器、人工血管、創傷被覆材等）の一部として用いられるとされている。
また、高分子化合物のナノファイバからなる網目状構造体に、化粧料や化粧料成分を保持させてなる化粧用シートも提案されている（特許文献２参照）。同文献の記載によれば、この化粧用シートは、顔面や手足に対する密着性や装着感を向上させることができ、また、保存性も向上させることができるとされている。
しかし、前記の各特許文献に記載のナノファイバから構成されるシートは、該ナノファイバの極細さに起因して剛性が低く（コシが弱く）、取り扱い性が良好とは言えない。しかも、転写が容易に行える構成ではなかった。
本発明の目的は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得るナノファイバシートを提供することにある。
本発明は、高分子化合物のナノファイバから形成されるナノファイバ層と、該ナノファイバ層の一方の面側に配された基材層と、該ナノファイバ層の他方の面側に配された接着層とを備えたナノファイバシートを提供するものである。
本発明によれば、ナノファイバシートの取り扱い性が非常に向上する。しかも、本発明では、ナノファイバ層と基材層との間に接着手段を設けることなく、一方、他方の面に肌と密着性を有する接着層を設けることで、ナノファイバの肌への密着を容易に行うことができる。
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明のナノファイバシートの一実施形態の構造を模式的に示す縦断面図が示されている。同図に示すように、本実施形態のナノファイバシート１０は、３層構造の積層体から構成されている。詳細には、ナノファイバシート１０は、ナノファイバ層１１と、その一方の面に配された基材層１２と、他方の面に配された接着層１３とを備えている。なお、図１はナノファイバシート１０の構造を模式的に示すものであり、各層の厚みは実際の厚みを表すものではない。
ナノファイバ層１１は、ナノファイバから構成されている層である。ナノファイバ層１１は、ナノファイバのみから構成されていることが好ましい。尤も、ナノファイバ層１１が、ナノファイバに加えて他の成分を含むことは妨げられない。ナノファイバは、その太さを円相当直径で表した場合、一般に１０〜３０００ｎｍ、特に１０〜１０００ｎｍのものである。ナノファイバの太さは、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって測定することができる。
ナノファイバの長さは本発明において臨界的でなく、ナノファイバの製造方法に応じた長さのものを用いることができる。また、ナノファイバは、ナノファイバ層１１において、一方向に配向した状態で存在していてもよく、あるいはランダムな方向を向いていてもよい。更に、ナノファイバは、一般に中実の繊維であるが、これに限られず例えば図２に示すように、中空のナノファイバ２０を用いることもできる。
ナノファイバは、高分子化合物を原料とするものである。高分子化合物としては、天然高分子及び合成高分子のいずれをも用いることができる。この高分子化合物は、水溶性のものでもよく、水不溶性のものでもよい。天然高分子としては、例えばキチン、キトサン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、ケラト硫酸等のムコ多糖、セルロース、ペクチン、キシラン、リグニン、グルコマンナン、ガラクツロン、サイリウムシードガム、タマリンド種子ガム、アラビアガム、トラガントガム、変性コーンスターチ、大豆水溶性多糖、アルギン酸、カラギーナン、ラミナラン、寒天(アガロース)、フコイダン等を用いることができる。
合成高分子としては、例えばポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド６６、ポリアミド４６、ポリウレタン、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリエチレングリコール、ポリ乳酸グリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンオキシド等を用いることができる。
ナノファイバ層１１の厚みは、ナノファイバシート１０の具体的な用途に応じて適切な範囲が設定される。ナノファイバシート１０を、例えばヒトの肌に貼付するために用いる場合には、ナノファイバ層１１の厚みを５０ｎｍ〜１ｍｍ、特に５００ｎｍ〜５００μｍに設定することが好ましい。ナノファイバ層１１の厚みは、接触式の膜厚計ミツトヨ社製ライトマチックＶＬ−５０Ａ（Ｒ５ｍｍ超硬球面測定子）を使用することによって測定することができる。測定時にシートに加える荷重は０．０１Ｐａとする。
ナノファイバ層１１においては、ナノファイバは、それらの交点において結合しているか、又はナノファイバどうしが絡み合っている。それによって、ナノファイバ層１１は、それ単独でシート状の形態を保持することが可能となる。ナノファイバどうしが結合しているか、あるいは絡み合っているかは、ナノファイバ層１１の製造方法によって相違する。
ナノファイバ層１１の一方の面に配されている基材層１２は、ナノファイバシート１０の取り扱い性を高める目的で用いられているものである。具体的には、基材層１２は、ナノファイバシート１０の剛性を高める（コシを強くする）目的で用いられる。ナノファイバ層１１を、基材層１２と組み合わせて用いることで、剛性が低く、コシの弱いナノファイバ層１１を、例えばヒトの肌等の対象物に貼付するときの操作性が良好になる。
ナノファイバシート１０に適度な剛性を付与する観点から、基材層１２は、そのテーバーこわさが０．０１〜０．４ｍＮｍ、特に０．０１〜０．２ｍＮｍであることが好ましい。テーバーこわさは、ＪＩＳ Ｐ８１２５に規定される「こわさ試験方法」により測定される。
テーバーこわさとともに、基材層１２の厚みも、ナノファイバシート１０の取り扱い性に影響を及ぼす。この観点から、基材層１２の厚みは、該基材層１２の材質にもよるが、５〜５００μｍ、特に１０〜３００μｍであることが好ましい。基材層１２の厚みは、接触式の膜厚計ミツトヨ社製ライトマチックＶＬ−５０Ａを使用することによって測定することができる。
基材層１２は、ナノファイバ層１１の上に直接積層されている。この場合、基材層１２は、ナノファイバ層１１に対して剥離可能に積層されていることが好ましい。このような構成とすることで、ナノファイバ層１１を、例えばヒトの肌に貼付した後に、基材層１２をナノファイバ層１１から剥離除去して、ナノファイバ層１１を（正確にはナノファイバ層１１及び接着層１３を）、ヒトの肌に残すことが可能になるという利点がある。
基材層１２としては、例えばポリオレフィン系の樹脂やポリエステル系の樹脂を始めとする合成樹脂製のフィルムを用いることができる。基材層１２を、ナノファイバ層１１に対して剥離可能に積層する場合には、フィルムにおけるナノファイバ層１１との対向面に、シリコーン樹脂の塗布やコロナ放電処理などの剥離処理を施しておくことが、剥離性を高める観点から好ましい。フィルムの厚みやテーバーこわさは、先に述べた範囲に設定することが好ましい。
基材層１２としては、通気性を有するシートを用いることもできる。通気性を有するシートを用いることで、上述したシリコーン樹脂の塗布等の剥離処理をことさら行わなくても、基材層１２を、ナノファイバ層１１に対して剥離可能に積層することができる。この場合、基材層１２の通気性は、ＪＩＳ Ｐ８１１７に規定される透気抵抗度（ガーレー）で表して、３０秒／１００ｍｌ以下、特に２０秒／１００ｍｌ以下、とりわけ０．０１〜２０秒／１００ｍｌであることが好ましい。通気性を有するシートとしては、例えばメッシュシート；不織布、織布、編み地、紙などの繊維シート；及びそれらの積層体などを用いることができる。繊維シートを構成する繊維としては、繊維形成性の合成樹脂からなる繊維や、コットン及びパルプなどのセルロース系の天然繊維を用いることができる。繊維シートの坪量は、強度や取り扱い性を考慮して、０．１〜１００ｇ／ｍ2、特に０．５〜５０ｇ／ｍ2であることが好ましい。一方、通気性を有するシートとしてメッシュシートを用いる場合には、メッシュの目開きは、透気抵抗度が上述した範囲であることを条件として、２０〜２００メッシュ／インチ、特に５０〜１５０メッシュ／インチとすることが好ましい。また、メッシュの線径は、１０〜２００μｍ、特に３０〜１５０μｍであることが好ましい。メッシュシートを構成する材料としては、上述したフィルムを構成する材料と同様のものを特に制限なく用いることができる。
ナノファイバ層１１の他方の面に配されている接着層１３は、ナノファイバ層１１を、例えばヒトの肌等の対象物に貼付することを補助するために用いられる層である。この目的のために、接着層１３を構成する接着剤としては、例えばオキサゾリン変成シリコーンや、アクリル樹脂系、オレフィン樹脂系、合成ゴム系の粘着剤等が挙げられる。
接着層１３は、ナノファイバ層１１の他方の面の全面にわたって連続して（つまりベタで）施されていてもよいが、ナノファイバ層１１が有する特徴を最大限発揮させる観点からは、必要最小限の量でもって施されていることが好ましい。この目的のために、接着層１３は、ナノファイバ層１１の他方の面上に不連続に形成されていることが好ましい。接着層１３を不連続に形成する態様としては、例えば（ｉ）ナノファイバ層１１上に接着剤を散点状に分散配置して接着層１３を形成する態様や、（ii）ナノファイバ層１１上にナノファイバ状の接着剤を堆積させて接着層１３を形成する態様などが挙げられる。
接着層１３の態様が前記の（ｉ）及び（ii）のいずれの場合であっても、接着層１３の厚みは、１０ｎｍ〜１００μｍ、特に５０ｎｍ〜５０μｍであることが好ましい。接着層１３の厚みは、接触式の膜厚計ミツトヨ社製ライトマチックＶＬ−５０Ａを使用することによって測定することができる。
接着層１３の厚みに関し、この厚みを、先に説明したナノファイバ層１１の厚みと比較すると、ナノファイバ層１１の厚みの方が、接着層１３の厚みよりも大きくなっていることが好ましい。この理由は、ナノファイバ層がより肌に近い方がナノファイバの持つ有効成分を肌に供給しやすくするためである。この観点から、ナノファイバ層１１の厚みは、接着層１３の厚みの２〜１０００倍、特に１０〜５００倍であることが好ましい。
本実施形態のナノファイバシート１０は例えば次に述べる方法に従い好適に製造される。先ず、（イ）ナノファイバの製造方法としてエレクトロスピニング法を用い、基材層１２の一面にナノファイバを堆積させてナノファイバ層１１を形成する。次に、（ロ）形成されたナノファイバ層１１の表面に、所定の手段によって接着層１３を形成する。
図３には、前記のエレクトロスピニング法を実施するための装置３０が示されている。エレクトロスピニング法を実施するためには、シリンジ３１、高電圧源３２、導電性コレクタ３３を備えた装置３０が用いられる。シリンジ３１は、シリンダ３１ａ、ピストン３１ｂ及びキャピラリ３１ｃを備えている。キャピラリ３１ｃの内径は１０〜１０００μｍ程度である。シリンダ３１ａ内には、ナノファイバの原料となる高分子化合物の溶液が充填されている。この溶液の溶媒は、高分子化合物の種類に応じ、水又は有機溶媒とする。高電圧源３２は、例えば１０〜３０ｋＶの直流電圧源である。高電圧源３２の正極はシリンジ３１における高分子溶液と導通している。高電圧源３２の負極は接地されている。導電性コレクタ３３は、例えば金属製の板であり、接地されている。シリンジ３１におけるニードル３１ｃの先端と導電性コレクタ３３との間の距離は、例えば３０〜３００ｍｍ程度に設定されている。図３に示す装置３０は、大気中で運転することができる。運転環境に特に制限はなく、温度２０〜４０℃、湿度１０〜５０％ＲＨとすることができる。
シリンジ３１と導電性コレクタ３３との間に電圧を印加した状態下に、シリンジ３１のピストン３１ｂを徐々に押し込み、キャピラリ３１ｃの先端から高分子化合物の溶液を押し出す。押し出された溶液においては、溶媒が揮発し、溶質である高分子化合物が固化しつつ、電位差によって伸長変形しながらナノファイバを形成し、導電性コレクタ３３に引き寄せられる。このとき、導電性コレクタ３３の表面に基材層（図示せず）となるべきシートを配置しておくことで、該基材層の表面にナノファイバを堆積させることができる。このようにして形成されたナノファイバは、その製造の原理上は、無限長の連続繊維となる。なお、図２に示したような中空のナノファイバを得るためには、例えばキャピラリ３１ｃを二重管にして芯と鞘に相溶し合わない溶液を流せばよい。
次に、形成されたナノファイバ層の上に、接着層を形成する。接着層がナノファイバ状の接着剤からなる場合には、上述の操作と同様の操作を接着層の形成においても行えばよい。接着層が、散点状に分散配置された接着剤から構成される場合には、例えばスプレー噴霧で接着層を形成したり、溶液の濃度を薄くして、上述の操作と同様の操作を行い、接着剤を粒子状に形成すれば良い。また、接着剤をノズルから押し出し等することにより、接着層をライン状、格子状、薄膜状等に配置してもよい。特に均一に薄膜状に形成でき、且つ接着層に水溶性樹脂等を使用する場合には、表面積が高くなって接着層が溶解しやすくなる点から、接着層をナノファイバ状とすることが好ましい。
以上のようにして、目的とする３層構造のナノファイバシート１０が得られる。このナノファイバシート１０は、例えば、接着剤層１３を、ヒトの肌等の対象物に当接させて貼着した後、基材層１２をナノファイバ層１１から剥離するという用い方をすることができる。
ナノファイバシート１０の貼着対象物としては、ヒトの皮膚以外に、非ヒト哺乳類の皮膚や歯、枝や葉などの植物表面などが挙げられる。
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態においては、ナノファイバの製造方法として、エレクトロスピニング法を採用した場合を例にとり説明したが、ナノファイバの製造方法はこれに限られない。
また、図３に示すエレクトロスピニング法においては、形成されたナノファイバが板状の導電性コレクタ３３上に堆積されるが、これに代えて導電性の回転ドラムを用い、回転する該ドラムの周面にナノファイバを堆積させるようにしてもよい。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「重量％」を意味する。
〔実施例１〕
ポリ乳酸樹脂（東レ（株）製Ｌ１０１（商品名））をクロロホルムとジメチルホルムアミド（８０：２０重量比）に溶解して、９％の溶液を得た。この溶液を用い、図３に示すエレクトロスピニング法の装置によって、基材層となるべきフィルムの表面にナノファイバ層を形成した。ナノファイバの製造条件は次のとおりである。
・印加電圧：１７ｋＶ
・キャピラリ−コレクタ間距離：１５０ｍｍ
・水溶液吐出量：１ｍｌ／ｈ
・環境：２５℃、３０％ＲＨ
ポリ乳酸樹脂（東レ（株）製Ｌ１０１（商品名））をクロロホルムとジメチルホルムアミド（８０：２０重量比）に溶解して、９％の溶液を得た。この溶液を用い、図３に示すエレクトロスピニング法の装置によって、基材層となるべきフィルムの表面にナノファイバ層を形成した。ナノファイバの製造条件は次のとおりである。
・印加電圧：１７ｋＶ
・キャピラリ−コレクタ間距離：１５０ｍｍ
・水溶液吐出量：１ｍｌ／ｈ
・環境：２５℃、３０％ＲＨ
基材層となるべきフィルムは、ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚み：２５μｍ、テーバーこわさ：０．０８ｍＮｍ）の一面に、シリコーン剥離処理を施したものであった。ナノファイバ層は、剥離処理面に形成した。形成されたナノファイバ層の厚みは３０μｍであった。ナノファイバの太さは３００ｎｍであった。
次に、ナノファイバ層の表面に、エレクトロスピニング法によって接着層を形成した。エレクトロスピニング法は、図３に示す装置を用いて行った。高分子溶液として、オキサゾリン変性シリコーンをメタノールに溶解した濃度２０％の溶液を用いた。接着層の製造条件は次のとおりである。形成された接着層の厚みは５μｍであった。
・印加電圧：１７ｋＶ
・キャピラリ−コレクタ間距離：１５０ｍｍ
・水溶液吐出量：１ｍｌ／ｈ
・環境：２５℃、３０％ＲＨ
・印加電圧：１７ｋＶ
・キャピラリ−コレクタ間距離：１５０ｍｍ
・水溶液吐出量：１ｍｌ／ｈ
・環境：２５℃、３０％ＲＨ
このようにして、図１に示す構造のナノファイバシートを得た。このナノファイバシートを、接着層がヒトの上腕の肌に当接するように押し付けた。次いで、基材層をナノファイバ層から剥離した。この操作によって、ナノファイバ層をきれいに肌に転写することができた。
〔実施例２〕
実施例１で用いたポリエチレンテレフタレートフィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート製のメッシュシート（目開き：１２０メッシュ／インチ、線径：６３μｍ）を用いた。このメッシュシートには剥離処理は施されていない。このメッシュシートの透気抵抗度は０．１秒／１００ｍｌ以下、テーバーこわさは０．１３ｍＮｍであった。これ以外は実施例１と同様にして、図１に示す構造のナノファイバシートを得た。得られたナノファイバシートを用い、実施例１と同様の転写を行ったところ、実施例１よりも一層首尾良くナノファイバ層がヒトの肌に転写した。
実施例１で用いたポリエチレンテレフタレートフィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート製のメッシュシート（目開き：１２０メッシュ／インチ、線径：６３μｍ）を用いた。このメッシュシートには剥離処理は施されていない。このメッシュシートの透気抵抗度は０．１秒／１００ｍｌ以下、テーバーこわさは０．１３ｍＮｍであった。これ以外は実施例１と同様にして、図１に示す構造のナノファイバシートを得た。得られたナノファイバシートを用い、実施例１と同様の転写を行ったところ、実施例１よりも一層首尾良くナノファイバ層がヒトの肌に転写した。
〔実施例３〕
実施例１で用いたポリエチレンテレフタレートフィルムに代えて、坪量４０ｇ／ｍ2、厚さ０．２８ｍｍのスパンボンド不織布を用いた。この不織布の構成繊維は、芯がポリエチレンテレフタレートからなり、鞘がポリエチレンからなる芯鞘型複合繊維であった。この不織布の透気抵抗度は０．１秒／１００ｍｌ、テーバーこわさは０．０６ｍＮｍであった。これ以外は実施例１と同様にして、図１に示す構造のナノファイバシートを得た。得られたナノファイバシートを用い、実施例１と同様の転写を行ったところ、実施例１よりも一層首尾良くナノファイバ層がヒトの肌に転写した。
実施例１で用いたポリエチレンテレフタレートフィルムに代えて、坪量４０ｇ／ｍ2、厚さ０．２８ｍｍのスパンボンド不織布を用いた。この不織布の構成繊維は、芯がポリエチレンテレフタレートからなり、鞘がポリエチレンからなる芯鞘型複合繊維であった。この不織布の透気抵抗度は０．１秒／１００ｍｌ、テーバーこわさは０．０６ｍＮｍであった。これ以外は実施例１と同様にして、図１に示す構造のナノファイバシートを得た。得られたナノファイバシートを用い、実施例１と同様の転写を行ったところ、実施例１よりも一層首尾良くナノファイバ層がヒトの肌に転写した。
〔実施例４〕
実施例１で用いたポリエチレンテレフタレートフィルムに代えて、坪量７８ｇ／ｍ2、厚さ０．０９ｍｍのＰＰＣ用紙を用いた。この紙の透気抵抗度は２１秒／１００ｍｌ、テーバーこわさは０．１２ｍＮｍであった。これ以外は実施例１と同様にして、図１に示す構造のナノファイバシートを得た。得られたナノファイバシートを用い、実施例１と同様の転写を行ったところ、実施例１よりも一層首尾良くナノファイバ層がヒトの肌に転写した。
実施例１で用いたポリエチレンテレフタレートフィルムに代えて、坪量７８ｇ／ｍ2、厚さ０．０９ｍｍのＰＰＣ用紙を用いた。この紙の透気抵抗度は２１秒／１００ｍｌ、テーバーこわさは０．１２ｍＮｍであった。これ以外は実施例１と同様にして、図１に示す構造のナノファイバシートを得た。得られたナノファイバシートを用い、実施例１と同様の転写を行ったところ、実施例１よりも一層首尾良くナノファイバ層がヒトの肌に転写した。
１０ ナノファイバシート
１１ ナノファイバ層
１２ 基材層
１３ 接着層
２０ ナノファイバ
１１ ナノファイバ層
１２ 基材層
１３ 接着層
２０ ナノファイバ
Claims (8)
- 高分子化合物のナノファイバから形成されるナノファイバ層と、該ナノファイバ層の一方の面側に配された基材層と、該ナノファイバ層の他方の面側に配された接着層とを備えたナノファイバシート。
- 前記基材層が、前記ナノファイバ層と剥離可能に積層されている請求項１記載のナノファイバシート。
- 前記接着層が、前記ナノファイバ層上に接着剤が散点状に分散配置されて形成されているか、又は前記ナノファイバ層上にナノファイバ状の接着剤が堆積されて形成されている請求項１又は２記載のナノファイバシート。
- 前記ナノファイバ層の厚みの方が、前記接着層の厚みよりも大きくなっている請求項１ないし３のいずれかに記載のナノファイバシート。
- 前記基材層のテーバーこわさが０．０１〜０．４ｍＮｍである請求項１ないし４のいずれかに記載のナノファイバシート。
- 前記ナノファイバの直径が１０〜３０００ｎｍである請求項１ないし５のいずれかに記載のナノファイバシート。
- 前記基材層が、通気性を有するシートからなる請求項１ないし６のいずれかに記載のナノファイバシート。
- 通気性を有する前記シートの透気抵抗度（ガーレー）が３０秒／１００ｍｌ以下である請求項７記載のナノファイバシート。
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