JP2010229563A - Method for producing particle-polymer fibrous composite - Google Patents

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勁風 陳
Satoshi Omori
智 大森
Toru Hikosaka
徹 彦坂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing a particle-polymer composite in which particles are highly dispersed. <P>SOLUTION: The method for producing a particle-polymer fibrous composite includes: a step (32) for preparing a fiber-forming composition containing particles and a polymer; and a step of jetting the fiber-forming composition from a spinning portion (31) by an electrospinning method and spinning a fiber. In the spinning, vibration is supplied (31a) to the spinning portion (31). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、粒子−高分子繊維状複合体の製造方法、特に無機ナノ粒子−高分子繊維状複合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a particle-polymer fibrous composite, and more particularly to a method for producing an inorganic nanoparticle-polymer fibrous composite.

粒子と高分子材料との複合体を用い、粒子に由来する性質とマトリックスである高分子に由来する性質との両方の提供することが検討されている。   Using composites of particles and polymer materials, it has been studied to provide both properties derived from particles and properties derived from a polymer that is a matrix.

これに関し、特に、マトリックスである高分子に分散させる粒子として、粒径が非常に小さい場合、例えば粒径が30nm以下であるナノ粒子を用いることが提案されている。このような無機ナノ粒子は、サイズ効果や量子効果等により、化学的、物理的、電気的、磁気的、光学的特性が、バルク材料と大きく異なっており、したがって無機ナノ粒子をマトリックス材料中に均一に分散させ、更にその分散状態を制御して、固定化する技術の確立は、無機ナノ粒子の応用研究にとって非常に重要な課題であった。   In this regard, in particular, it has been proposed to use nanoparticles having a particle size of 30 nm or less, for example, when the particle size is very small as the particles to be dispersed in the matrix polymer. Such inorganic nanoparticles have significantly different chemical, physical, electrical, magnetic, and optical properties from bulk materials due to size effects, quantum effects, etc. Therefore, inorganic nanoparticles are incorporated into matrix materials. Establishment of a technique for uniformly dispersing and controlling the dispersion state and immobilizing it was an extremely important issue for applied research of inorganic nanoparticles.

無機ナノ粒子−高分子複合体(複合材料)の製造方法については、大きく分けると下記の3つの方法が知られている。
(1)無機ナノ粒子を直接高分子材料に分散させる方法(直接混練法)(特許文献1及び2参照)。
(2)有機モノマーを無機ナノ粒子と配合し、その後有機モノマーを重合させる方法(in−situ重合法)(特許文献3〜7参照)。
(3)高分子材料に金属イオン又は金属錯体をドープした後、還元ガス中での過熱還元処理により、高分子材料中において金属ナノ粒子を析出させるイオンドープ還元法(特許文献8参照)。
As for the method for producing the inorganic nanoparticle-polymer composite (composite material), the following three methods are known.
(1) A method of directly dispersing inorganic nanoparticles in a polymer material (direct kneading method) (see Patent Documents 1 and 2).
(2) A method of blending an organic monomer with inorganic nanoparticles and then polymerizing the organic monomer (in-situ polymerization method) (see Patent Documents 3 to 7).
(3) An ion doping reduction method in which metal nanoparticles are precipitated in a polymer material by superheating reduction treatment in a reducing gas after the polymer material is doped with metal ions or metal complexes (see Patent Document 8).

なお、極細繊維(特に「ナノファイバー」として言及される超極細繊維)からなる繊維集合体を製造する方法として、静電紡糸法(エレクトロスピニング)と呼ばれる方法が知られている。静電紡糸法については例えば、特許文献9を参照することができる。   As a method for producing a fiber assembly made of ultrafine fibers (particularly, ultrafine fibers referred to as “nanofibers”), a method called electrostatic spinning (electrospinning) is known. For example, Patent Document 9 can be referred to for the electrostatic spinning method.

静電紡糸法では、静電界場が形成された雰囲気中へ荷電した紡糸液を紡糸して、これを繊維集合体として捕集することにより、繊維径がサブミクロン・オーダー又はミクロン・オーダーのウェッブを得る技術であり、近年においては、ナノメータ・オーダーの繊維径を持った繊維状の集合体を得ることができるようにもなってきている。   In the electrostatic spinning method, a charged spinning solution is spun into an atmosphere in which an electrostatic field is formed, and collected as a fiber assembly, whereby a web having a fiber diameter of submicron order or micron order is obtained. In recent years, it has become possible to obtain a fibrous aggregate having a fiber diameter of nanometer order.

また、特許文献10では、静電紡糸法等の紡糸方法における紡糸部への超音波の供給について検討している。   Patent Document 10 examines the supply of ultrasonic waves to the spinning section in a spinning method such as an electrostatic spinning method.

特開2000−294441号公報JP 2000-294441 A 特開2007−314667号公報JP 2007-314667 A 特開昭62−84155号公報JP-A-62-84155 特開平10−72552号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-72552 特開2002−179931号公報JP 2002-179931 A 特開2007−56115号公報JP 2007-56115 A 特開2007−239022号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-239022 特開2005−139438号公報JP-A-2005-139438 特開2008−190055号公報JP 2008-190055 A 特開2008−223208号公報JP 2008-223208 A

本発明は、粒子が高度に分散している粒子−高分子複合体を効率的に生産するための方法を提供するものである。   The present invention provides a method for efficiently producing a particle-polymer complex in which particles are highly dispersed.

本件発明者らは、粒子を均一に分散させた高分子溶液を用いて、この高分子溶液から静電紡糸法(エレクトロスピニング法)にて繊維集合体を作成し、且つこの静電紡糸法において紡糸部に振動を与えることにより、上記の課題を解決できることを見出して、下記の本発明を完成するに至った。   The present inventors use a polymer solution in which particles are uniformly dispersed to create a fiber assembly from the polymer solution by an electrostatic spinning method (electrospinning method), and in this electrostatic spinning method, The inventors have found that the above problems can be solved by applying vibration to the spinning section, and have completed the present invention described below.

〈1〉粒子と高分子とを含む繊維形成用組成物を調製するステップ、及び
静電紡糸法にて紡糸部から上記繊維形成用組成物を噴出して、繊維を紡糸するステップ、
を含み、上記紡糸の際に、上記紡糸部に振動を供給する、粒子−高分子繊維状複合体の製造方法。
〈2〉上記振動が超音波振動である、上記〈1〉項に記載の方法。
〈3〉上記粒子−高分子繊維状複合体の平均繊維径が50nm以上4μm以下である、上記〈1〉又は〈2〉項に記載の方法。
〈4〉上記粒子の平均一次粒子径が100nm以下である、上記〈1〉〜〈3〉項のいずれかに記載の方法。
〈5〉上記粒子の含有量が、上記繊維状複合体全体に対して20質量%以上である、上記〈1〉〜〈4〉項のいずれかに記載の方法。
〈6〉上記〈1〉〜〈5〉項のいずれかに記載の方法によって上記繊維状複合体を得、そして上記繊維状複合体を、上記粒子の分散状態を維持する条件で加圧するステップを含む、粒子−高分子バルク状複合体の製造方法。
〈7〉上記繊維状複合体を加圧して成形する、上記〈6〉項に記載の方法。
<1> a step of preparing a fiber-forming composition containing particles and a polymer, and a step of spinning the fiber by ejecting the fiber-forming composition from a spinning part by an electrostatic spinning method.
And a method for producing a particle-polymer fibrous composite comprising supplying vibration to the spinning section during spinning.
<2> The method according to <1>, wherein the vibration is ultrasonic vibration.
<3> The method according to <1> or <2>, wherein the particle-polymer fibrous composite has an average fiber diameter of 50 nm to 4 μm.
<4> The method according to any one of <1> to <3>, wherein the average primary particle diameter of the particles is 100 nm or less.
<5> The method according to any one of <1> to <4>, wherein the content of the particles is 20% by mass or more based on the entire fibrous composite.
<6> Obtaining the fibrous composite by the method according to any one of <1> to <5> above, and pressurizing the fibrous composite under conditions for maintaining a dispersed state of the particles. A method for producing a particle-polymer bulk composite.
<7> The method according to <6> above, wherein the fibrous composite is pressed and molded.

粒子−高分子繊維状複合体を製造する本発明の方法によれば、静電紡糸法によって、粒子の凝集を一次元の極細繊維内に抑えながら、荷電させた粒子同士間の静電反発力を利用することにより、粒子の凝集を有効に防ぐことができ、また、繊維が細い分、瞬間的に溶媒が蒸発することによって、粒子の均一分散を実現することができる。また更に、本発明の方法によれば、紡糸部に振動を供給することによって、繊維形成用組成物の粘度の上昇を抑制して、粒子分散性の維持又は促進、紡糸部として用いるノズルの詰まりの抑制等を達成することができる。すなわち、この本発明の方法によれば、粒子−高分子繊維状複合体の安定的な生産、粒子の分散性の促進等を達成することができる。   According to the method of the present invention for producing a particle-polymer fibrous composite, electrostatic repulsive force between charged particles is suppressed by electrostatic spinning while suppressing aggregation of particles within one-dimensional ultrafine fibers. Can be used to effectively prevent the particles from agglomerating, and the solvent can be instantly evaporated by the amount of fine fibers, thereby achieving uniform dispersion of the particles. Still further, according to the method of the present invention, by supplying vibration to the spinning section, the increase in the viscosity of the fiber-forming composition is suppressed to maintain or promote particle dispersibility, and the nozzle used as the spinning section is clogged. And the like can be achieved. That is, according to the method of the present invention, stable production of the particle-polymer fibrous composite, promotion of particle dispersibility, and the like can be achieved.

また、バルク状複合体を製造する本発明の方法によれば、含有されている粒子に特有の機能を、成形されたバルクの形態で利用することができる。なお、本発明に関して「バルク」は、複合体が三次元的な拡がりを有し、それによって表面の効果が無視でき、且つ特定の形状を有する材料としての特性を発揮できる状態にある複合体を意味している。すなわち、本発明に関して「バルク」は、微細繊維、微細粉末等とは反対の意味で用いられる概念である。   In addition, according to the method of the present invention for producing a bulk composite, the functions specific to the contained particles can be utilized in the form of a shaped bulk. In the context of the present invention, “bulk” refers to a composite in which the composite has a three-dimensional extension, whereby the effect of the surface can be ignored, and the properties as a material having a specific shape can be exhibited. I mean. That is, “bulk” in the present invention is a concept used in the opposite sense to fine fibers, fine powders and the like.

本発明の方法を実施できる静電紡糸装置の概略図である。It is the schematic of the electrospinning apparatus which can implement the method of this invention. 粒子として誘電体材料の無機ナノ粒子を用いる場合の紡糸部の粘度上昇機構を示す図である。It is a figure which shows the viscosity raise mechanism of a spinning part when using the inorganic nanoparticle of dielectric material as particle | grains. 倒立包埋法によるTEM観察用サンプル作製イメージである。It is a sample preparation image for TEM observation by an inverted embedding method. 実施例1で得られたFeナノ粒子分散PVB繊維の堆積物の透過電子顕微鏡(TEM)写真である。2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a deposit of Fe 3 O 4 nanoparticle-dispersed PVB fibers obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られたFeナノ粒子分散PVB繊維の堆積物の透過電子顕微鏡(TEM)写真である。 4 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a deposit of Fe 3 O 4 nanoparticle-dispersed PVB fibers obtained in Comparative Example 1. FIG. 参考例1で得られたFeナノ粒子分散PVB繊維の堆積物の光学顕微鏡写真(3000倍)である。 4 is an optical micrograph (magnification 3000 times) of a deposit of Fe 3 O 4 nanoparticle-dispersed PVB fibers obtained in Reference Example 1. 参考例1で得られたFeナノ粒子分散PVB繊維の堆積物の透過電子顕微鏡(TEM)写真である(36万倍)。It is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the obtained Fe 3 O 4 nanoparticles dispersed PVB fibers deposit in Reference Example 1 (360,000-fold). 参考例2で得られたFeナノ粒子分散PVBバルクサンプルの透過電子顕微鏡写真である。 4 is a transmission electron micrograph of a Fe 3 O 4 nanoparticle-dispersed PVB bulk sample obtained in Reference Example 2.

以下、本発明の詳細について説明する。
〈〈粒子−高分子繊維状複合体を製造する本発明の方法〉〉
本発明の方法は、粒子と高分子とを含む繊維形成用組成物を調製するステップ、及び静電紡糸法にて紡糸部から繊維形成用組成物を噴出して、繊維を紡糸するステップを含む。ここで、この本発明の方法では、紡糸の際に、紡糸部に振動、特に超音波振動を供給することによって、繊維形成用組成物の粘度の上昇を抑制して、粒子分散性の維持又は促進、ノズル詰まりの抑制等を達成できる。
Details of the present invention will be described below.
<Method of the present invention for producing particle-polymer fibrous composite>
The method of the present invention includes a step of preparing a fiber-forming composition containing particles and a polymer, and a step of spinning the fiber by ejecting the fiber-forming composition from a spinning portion by an electrostatic spinning method. . Here, in the method of the present invention, at the time of spinning, by supplying vibration, particularly ultrasonic vibration, to the spinning part, an increase in the viscosity of the fiber-forming composition is suppressed, and particle dispersibility is maintained or maintained. Promotion, suppression of nozzle clogging, etc. can be achieved.

〈繊維形成用組成物の調製工程〉
本発明の方法では始めに、粒子と高分子とを含む繊維形成用組成物を調製する。この繊維形成用組成物は、静電紡糸法によって紡糸可能である範囲で任意の組成を有することができる。また、高分子中への粒子の分散のためには、ビーズミル等の分散補助装置を使用することもできる。また、この繊維形成用組成物の濃度は、適当な溶媒を用いて、静電紡糸に適切な濃度に調節できる。
<Process for preparing fiber-forming composition>
In the method of the present invention, first, a fiber-forming composition containing particles and a polymer is prepared. This fiber-forming composition can have an arbitrary composition as long as it can be spun by an electrospinning method. In addition, a dispersion assisting device such as a bead mill can be used for dispersing the particles in the polymer. The concentration of the fiber-forming composition can be adjusted to an appropriate concentration for electrospinning by using an appropriate solvent.

〈紡糸工程〉
本発明の方法では次に、静電紡糸法にて紡糸部から繊維形成用組成物を噴出して、繊維を紡糸する。また、この紡糸においては、紡糸部に振動、特に超音波振動を供給する。
<Spinning process>
Next, in the method of the present invention, the fiber forming composition is ejected from the spinning portion by an electrospinning method, and the fiber is spun. Further, in this spinning, vibration, particularly ultrasonic vibration is supplied to the spinning portion.

ここで、「静電紡糸法」又は「エレクトロスピニング法」とは、繊維形成性の基質等を含む溶液又は分散液を、電極間で形成された静電場中に吐出し、溶液又は分散液を電極に向けて曳糸することにより、繊維状物質を形成する方法である。なお、紡糸により得られる繊維状物質は、通常、捕集基板である電極上に積層される。   Here, “electrospinning method” or “electrospinning method” means that a solution or dispersion containing a fiber-forming substrate is discharged into an electrostatic field formed between electrodes, and the solution or dispersion is discharged. In this method, a fibrous material is formed by spinning toward an electrode. The fibrous material obtained by spinning is usually laminated on an electrode that is a collection substrate.

また、形成される繊維状物質は、繊維形成用組成物に含まれていた繊維形成性溶質や溶媒等が完全に留去した状態のみならず、これらが繊維状物質に含まれたまま残留する状態も含む。   In addition, the fibrous substance to be formed is not only in a state where the fiber-forming solute and solvent contained in the fiber-forming composition are completely distilled off, but also remains in the fibrous substance. Including state.

〈繊維状複合体〉
本発明の方法では、任意の形態の繊維状複合体を得ることができる。ただし、本発明の静電紡糸装置において得ることができる繊維状複合体の平均繊維径は、通常50nm以上4μm以下、好ましくは50nm以上2μm以下、より好ましくは100nm以上1μm以下、更により好ましくは150nm以上800nm又は500nm以下の範囲である。
<Fibrous composite>
In the method of the present invention, an arbitrary form of fibrous composite can be obtained. However, the average fiber diameter of the fibrous composite that can be obtained in the electrospinning apparatus of the present invention is usually from 50 nm to 4 μm, preferably from 50 nm to 2 μm, more preferably from 100 nm to 1 μm, and even more preferably 150 nm. The range is 800 nm or more and 500 nm or less.

平均繊維径が充分に小さい場合であれば、繊維内に分散している粒子の凝集可能な空間が三次元から一次元に制限されたとみなされ、その結果、キャスト法等によって得られるフィルムと比較して、物理的に粒子の凝集を防ぐことができる。また、平均繊維径が小さくなるに伴って、繊維の表面積が大幅に増大するため、静電紡糸法によって繊維形成用組成物をノズルから噴射する際に、高速延伸によって多くの溶媒を一瞬に蒸発させることが可能となり、その結果、粒子が凝集を起こす前に極細繊維内に固定することができる。すなわち、本発明においては、これら二つの相乗効果によって、高分子マトリックスにおける粒子の凝集確率を大幅に低減し、粒子をほぼ一次粒子の状態で高度に分散させることを実現できる。   If the average fiber diameter is sufficiently small, it is considered that the space in which the particles dispersed in the fiber can be aggregated is limited from three dimensions to one dimension, and as a result, compared with a film obtained by a casting method or the like. Thus, particle aggregation can be physically prevented. In addition, as the average fiber diameter decreases, the surface area of the fiber greatly increases, and when a fiber forming composition is ejected from a nozzle by an electrostatic spinning method, a large amount of solvent is instantly evaporated by high-speed stretching. As a result, the particles can be fixed in the ultrafine fibers before aggregation occurs. That is, in the present invention, by these two synergistic effects, it is possible to significantly reduce the probability of aggregation of the particles in the polymer matrix and to highly disperse the particles almost in the state of primary particles.

一方で、平均繊維径が小さすぎる場合には、粒子を含有する繊維を安定に製造することが困難となり、また繊維の長さ方向への強烈な延伸力により、粒子の応力凝集の恐れがある。   On the other hand, if the average fiber diameter is too small, it is difficult to stably produce fibers containing particles, and there is a risk of stress aggregation of the particles due to the strong drawing force in the fiber length direction. .

当然ながら、得られる繊維の繊維径にはバラつきがあってもよい。しかしながら、上記の平均繊維径の範囲であれば、繊維に分散している粒子の分散性には大きく影響しない。なお、ここでいう「平均繊維径」とは、極細繊維の堆積物をサンプルとした光学顕微鏡写真から、無作為に選んだ25本の繊維の直径の平均値とする。   Of course, the fiber diameter of the obtained fiber may vary. However, within the above average fiber diameter range, the dispersibility of the particles dispersed in the fiber is not greatly affected. Here, the “average fiber diameter” is an average value of the diameters of 25 fibers randomly selected from an optical micrograph using a sample of ultrafine fibers as a sample.

〈バルク状複合体の形成〉
このような粒子−高分子繊維状複合体からなる繊維は、粒子の分散状態を維持する条件で加圧するステップを含む方法によって、バルクの形態にすることができる。ここで、この加圧において、高温が高すぎる場合又は加える圧力が大きすぎる場合、高分子鎖の運動性が高くなり、粒子に対する保持力が低下して、繊維中の粒子の分散状態が維持できなくなることがある。一方で、適切な温度及び圧力で加圧を行う場合、粒子を保持しながら、高分子鎖の運動性が増加させて繊維間の融着を行わせ、それによって繊維内の粒子の分散状態を維持しつつ、バルク状複合体にすること、特に成形されたバルク状複合体にすることができる。すなわち、粒子の分散状態を維持しつつ、加圧によってバルク状複合体にできる条件は、高分子が粒子の分散状態を維持し、且つ高分子が充分な成形性を有する条件である。
<Formation of bulk composite>
The fiber comprising such a particle-polymer fibrous composite can be made into a bulk form by a method including a step of pressurizing under a condition for maintaining the dispersed state of the particles. Here, in this pressurization, when the high temperature is too high or the applied pressure is too large, the mobility of the polymer chain is increased, the retention force on the particles is reduced, and the dispersed state of the particles in the fiber can be maintained. It may disappear. On the other hand, when pressurization is performed at an appropriate temperature and pressure, while maintaining the particles, the mobility of the polymer chains is increased to cause fusion between the fibers, thereby changing the dispersion state of the particles in the fibers. While maintaining, it can be made into a bulk composite, in particular a shaped bulk composite. That is, the conditions for forming a bulk composite by pressing while maintaining the dispersed state of the particles are the conditions in which the polymer maintains the dispersed state of the particles and the polymer has sufficient moldability.

このような条件は、例えば粒子−高分子繊維状複合体を構成する高分子が単一の非結晶性高分子である場合、このような粒子−高分子繊維状複合体は、高分子のガラス転移温度付近の温度、例えば高分子のガラス転移温度±10℃の範囲において、加圧して成形することができる。また、例えば粒子−高分子繊維状複合体を構成する高分子が、結晶性高分子から実質的に構成されている場合又は結晶性高分子成分を主成分とする場合、このような粒子−高分子繊維状複合体は、その軟化点付近の温度、例えばこの軟化点±10℃の範囲において、加圧して成形することができる。また更に、例えば粒子−高分子繊維状複合体を構成する高分子が、結晶性高分子成分と非結晶性高分子のブレンドである場合、このような粒子−高分子繊維状複合体は、結晶性高分子に由来する融点と非結晶性高分子に由来するガラス転移温度との間の適切な温度範囲において、加圧して成形することができる。   Such a condition is that, for example, when the polymer constituting the particle-polymer fibrous composite is a single amorphous polymer, such a particle-polymer fibrous composite is made of polymer glass. It can be molded by pressurizing at a temperature around the transition temperature, for example, within the range of the glass transition temperature of the polymer ± 10 ° C. Further, for example, when the polymer constituting the particle-polymer fibrous composite is substantially composed of a crystalline polymer, or when the crystalline polymer component is a main component, such particles-high The molecular fibrous composite can be molded by pressurization at a temperature in the vicinity of the softening point, for example, within the range of the softening point ± 10 ° C. Furthermore, for example, when the polymer constituting the particle-polymer fibrous composite is a blend of a crystalline polymer component and an amorphous polymer, such a particle-polymer fibrous composite is Can be molded by pressing in an appropriate temperature range between the melting point derived from the crystalline polymer and the glass transition temperature derived from the amorphous polymer.

ここで、粒子−高分子繊維状複合体の加圧は、随意に、雰囲気の減圧を伴って行って、繊維間の空隙の減少を促進することができる。なお、粒子−高分子繊維状複合体の成形は一般に、高分子の融点よりも低い温度において行うことが好ましい。これは、高分子の融点よりも高い温度においては、高分子中に分散していた粒子が再凝集する可能性があることによる。   Here, the pressurization of the particle-polymer fibrous composite can optionally be accompanied by a reduced pressure of the atmosphere to promote the reduction of voids between the fibers. In general, the particle-polymer fibrous composite is preferably molded at a temperature lower than the melting point of the polymer. This is because particles dispersed in the polymer may reaggregate at a temperature higher than the melting point of the polymer.

〈繊維形成用組成物〉
本発明の方法において紡糸される繊維形成用組成物は、粒子と高分子とを含有している。
<Composition for fiber formation>
The fiber-forming composition spun in the method of the present invention contains particles and a polymer.

〈繊維形成用組成物−粒子〉
(粒子の一次粒径)
本発明で用いられる粒子は、粒子−高分子繊維状複合体に分散させる前に、1μm以下、500nm以下、100nm以下、50nm以下、30nm以下、20nm以下、又は10nm以下の平均一次粒径を有することが好ましい。また、平均一次粒径が充分に小さいことは、本発明の方法によって粒子−高分子繊維状複合体を安定に製造するために好ましい。また、平均一次粒径が充分に小さく、例えば100nm以下であることは、粒子に特有の特性を効果的に発現することができる点、光散乱を抑制でき、それによって光学材料への応用展開を行える点で好ましい。
<Fiber forming composition-particles>
(Primary particle size of particles)
The particles used in the present invention have an average primary particle size of 1 μm or less, 500 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or 10 nm or less before being dispersed in the particle-polymer fibrous composite. It is preferable. Moreover, it is preferable that the average primary particle size is sufficiently small in order to stably produce the particle-polymer fibrous composite by the method of the present invention. In addition, the average primary particle size is sufficiently small, for example, 100 nm or less, the characteristic characteristic of the particles can be effectively expressed, light scattering can be suppressed, and thereby the application development to optical materials can be suppressed. It is preferable in that it can be performed.

なお、粒子を粒子−高分子繊維状複合体に分散させる前の「平均一次粒径」は、粒子の分散液を乾燥させ、得られた乾燥物を透過電子顕微鏡(TEM)により撮影(34万倍又は75万倍)し、取得した画像について画像解析ソフト(NEXUS NEW QUBE)を用いて、100個の一次粒子について、画像上で同一の面積をもつ円の径を求める画像解析を行い、この径の平均値として得られる値である。   The “average primary particle size” before dispersing the particles in the particle-polymer fibrous composite is obtained by drying the dispersion of the particles and photographing the resulting dried product with a transmission electron microscope (TEM) (340,000). Image analysis software (NEXUS NEW QUEBE) is used for the acquired image, and image analysis is performed to determine the diameter of a circle having the same area on the image for 100 primary particles. It is a value obtained as an average value of diameters.

(粒子の材料)
本発明で用いられる粒子の材料は、特に限定されるものではない。本発明においては、例えば無機材料の粒子を用いることが可能であり、複合体に発現させたい機能や特性に基づいて、適宜選択して使用することができる。なお、本発明における粒子は、1種単独であっても、又は複数種を同時に用いてもよい。
(Particle material)
The material of the particles used in the present invention is not particularly limited. In the present invention, for example, particles of an inorganic material can be used, and can be appropriately selected and used based on functions and characteristics desired to be expressed in the composite. In addition, the particle | grains in this invention may be single 1 type, or may use multiple types simultaneously.

誘電体材料の粒子を含有する繊維形成用組成物を静電紡糸する場合、本発明の方法を特に有効に適用することができる。これは、このような繊維形成用組成物を保持している紡糸部に対して電圧を印加する場合、紡糸部内の粒子が電界の作用によって整列し、それによって繊維形成用組成物の見かけ上の粘度が大きくなることによる。   When the fiber-forming composition containing particles of dielectric material is electrospun, the method of the present invention can be applied particularly effectively. This is because, when a voltage is applied to a spinning part holding such a fiber-forming composition, the particles in the spinning part are aligned by the action of an electric field, thereby making the apparent fiber-forming composition appear. By increasing the viscosity.

このような繊維形成用組成物の見かけ上の粘度の上昇に関して、図2を用いて説明する。ここで、図2では、紡糸部に対応する流路23に、誘電体材料の粒子21と高分子22とを含有する繊維形成用組成物が、矢印25で示す方向に流れていることを示している。紡糸部に対応する流路23に電圧が印加されていない場合、図2(a)で示すように、繊維形成用組成物中において粒子が実質的にランダムに分布している。これに対して、流路23に電圧が印加される場合、図2(b)で示すように、繊維形成用組成物中において粒子が電界の方向に整列し、それによって繊維形成用組成物の見かけ上の粘度が大きくなる。   The increase in the apparent viscosity of such a fiber-forming composition will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 shows that the fiber-forming composition containing the dielectric material particles 21 and the polymer 22 flows in the flow path 23 corresponding to the spinning portion in the direction indicated by the arrow 25. ing. When no voltage is applied to the flow path 23 corresponding to the spinning portion, the particles are substantially randomly distributed in the fiber-forming composition, as shown in FIG. On the other hand, when a voltage is applied to the flow path 23, as shown in FIG. 2 (b), the particles are aligned in the direction of the electric field in the fiber-forming composition, thereby forming the fiber-forming composition. Apparent viscosity increases.

(粒子の被覆)
本発明に用いられる粒子は、粒子そのままであってもよいが、その表面が、粒子との親和性、配位性、及び結合性等を有する表面修飾分子、例えばアルキルアミンによって保護されていることが好ましい。表面修飾分子によって被覆された粒子を用いることにより、粒子同士の凝集を抑制し、一次粒子の状態で安定に存在させることができる。これによれば、粒子−高分子繊維状複合体を製造する本発明の方法において、より高度な分散状態を形成することができる。
(Particle coating)
The particles used in the present invention may be used as they are, but the surface thereof is protected by a surface modifying molecule having affinity, coordination and binding properties with the particles, for example, alkylamine. Is preferred. By using the particles coated with the surface modifying molecules, aggregation between the particles can be suppressed and the particles can be stably present in the state of primary particles. According to this, a higher dispersion state can be formed in the method of the present invention for producing a particle-polymer fibrous composite.

(粒子の含有量)
粒子−高分子繊維状複合体における金属粒子の含有量(充填率)は好ましくは、質量分率で、複合体全体に対して5質量%以上、9質量%以上、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上又は25質量%以上である。また、粒子−高分子繊維状複合体における粒子の含有量(充填率)は好ましくは、体積分率で、複合体全体に対して0.5体積%以上、0.8体積%以上、1.0体積%以上、1.5体積%以上、3体積%以上、4体積%以上、5体積%以上、又は8体積%以上である。含有量(充填率)が充分に大きい場合には、粒子の機能を十分発揮することができ、得られる複合体の応用可能性を更に広げることができる。例えば含有量(充填率)が充分に大きい場合には、高密度記録媒体の記録密度等のマクロな材料特性を、効率的に発現させることができる。
(Particle content)
The content (filling rate) of the metal particles in the particle-polymer fibrous composite is preferably a mass fraction, and is 5% by mass, 9% by mass, 10% by mass, and 15% by mass with respect to the entire complex. % Or more, 20 mass% or more, or 25 mass% or more. Further, the content (filling rate) of the particles in the particle-polymer fibrous composite is preferably a volume fraction of 0.5% by volume or more, 0.8% by volume or more, and 1. It is 0 volume% or more, 1.5 volume% or more, 3 volume% or more, 4 volume% or more, 5 volume% or more, or 8 volume% or more. When the content (filling rate) is sufficiently large, the function of the particles can be sufficiently exhibited, and the applicability of the resulting composite can be further expanded. For example, when the content (filling rate) is sufficiently large, macroscopic material properties such as the recording density of a high-density recording medium can be efficiently expressed.

なお、複合体における粒子の含有量(充填率)は、例えば熱重量天秤(TGA)(理学電機社製、商品名:TGA8120)により測定できる値である。   The particle content (filling rate) in the composite is a value that can be measured by, for example, a thermogravimetric balance (TGA) (trade name: TGA8120, manufactured by Rigaku Corporation).

〈繊維形成用組成物−高分子〉
繊維形成用組成物に含有される高分子としては、任意の材料を用いることができ、これは、粒子−高分子繊維状複合体を使用する用途、分散させる粒子との親和性等に基づいて決定することができる。
<Fiber forming composition-polymer>
As the polymer contained in the fiber-forming composition, any material can be used, which is based on the use of the particle-polymer fibrous composite, the affinity with the particles to be dispersed, and the like. Can be determined.

繊維形成用組成物に含有される高分子は、曳糸性のある高分子であれば、特に限定されるものではない。また、このような高分子としては、複数の高分子の混合物を用いることもできる。   The polymer contained in the fiber-forming composition is not particularly limited as long as it is a spinnable polymer. In addition, as such a polymer, a mixture of a plurality of polymers can be used.

曳糸性の観点で好ましい高分子材料としては例えば、ポリビニルブチラール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド、エーテルセルロース、ペクチン、澱粉、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸、及びこれらの共重合体等が挙げられる。   Preferred polymer materials from the viewpoint of spinnability include, for example, polyvinyl butyral, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl ester, polyvinyl ether, polyvinyl pyridine, polyacrylamide, ether cellulose, pectin, starch, polyvinyl chloride, poly Examples include acrylonitrile, polylactic acid, and copolymers thereof.

本発明においては、曳糸性に加え、粒子配位性の高い官能基を有する高分子材料を用いると、粒子をより高度に分散させるこができるため好ましい。このような粒子配位性官能基としては、粒子に対する捕獲能を有するものであれば特に限定されるものではない。本発明においては、用いる粒子の種類によって、好適な官能基を選択することができ、例えばカルボン酸基(酸無水物、カルボン酸塩も含める)、アミノ基、イミド基、アミド基等を挙げることができる。   In the present invention, it is preferable to use a polymer material having a functional group having a high particle coordinating property in addition to the spinnability, because the particles can be dispersed to a higher degree. Such a particle coordinating functional group is not particularly limited as long as it has a capturing ability for particles. In the present invention, a suitable functional group can be selected depending on the type of particles used, and examples include carboxylic acid groups (including acid anhydrides and carboxylates), amino groups, imide groups, amide groups, and the like. Can do.

(高分子(分子量))
用いられる高分子には、曳糸性は勿論必要であるが、更に、得られる極細繊維の自立性、機械強度、加工性等を考慮すると、5万〜150万の範囲の分子量とすることが好ましい。これらに加えて更に、粒子をより安定に分散させることを考慮する場合には、高分子の分子量を8万〜50万の範囲とすることが最も好ましい。
(Polymer (molecular weight))
Needless to say, the polymer to be used must have a spinnability. However, in consideration of the self-supporting property, mechanical strength, workability, etc. of the obtained ultrafine fiber, the molecular weight may be in the range of 50,000 to 1,500,000. preferable. In addition to these, when considering the more stable dispersion of the particles, the molecular weight of the polymer is most preferably in the range of 80,000 to 500,000.

〈繊維形成用組成物−他の成分〉
繊維形成用組成物には、上記した粒子と高分子以外に、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、添加剤等が含まれていてもよい。すなわち、例えば繊維形成用組成物には、粒子の分散を促進する分散助剤、酸化防止剤、凍結防止剤、pH調整剤、隠蔽剤、着色剤、増塑剤、特殊機能剤等の添加剤、又はエラストマーや樹脂等が含まれていてもよい。
<Composition for fiber formation-other components>
The fiber-forming composition may contain additives and the like as long as the effects of the present invention are not impaired in addition to the above-described particles and polymer. That is, for example, for fiber-forming compositions, additives such as dispersion aids, antioxidants, antifreeze agents, pH adjusters, hiding agents, colorants, plasticizers, special functional agents, etc., that promote particle dispersion Or an elastomer, resin, etc. may be contained.

〈〈静電紡糸装置〉〉
本発明の方法を実施するための紡糸装置は例えば、図1に示すようなものである。この図1で示す静電紡糸装置30では、繊維形成用組成物33を供給する繊維形成用組成物供給部としてシリンジ32を用いており、紡糸部として紡糸ノズル31を用いており、この紡糸ノズル31と対面する捕集部として繊維捕集電極35を用いている。また、紡糸ノズル31と捕集電極35との間には、電圧発生器34によって電圧を印加している。また更に、紡糸ノズル31に振動を供給する振動供給部31aは、紡糸ノズル31の先端部に配置されている。なお、紡糸ノズル31から紡糸される繊維状複合体は、図1において点線で示している。
<Electrostatic spinning device>
A spinning device for carrying out the method of the present invention is, for example, as shown in FIG. In the electrostatic spinning device 30 shown in FIG. 1, a syringe 32 is used as a fiber-forming composition supply unit for supplying a fiber-forming composition 33, and a spinning nozzle 31 is used as a spinning unit. A fiber collecting electrode 35 is used as a collecting portion facing the 31. Further, a voltage is applied between the spinning nozzle 31 and the collecting electrode 35 by a voltage generator 34. Furthermore, a vibration supply unit 31 a that supplies vibration to the spinning nozzle 31 is disposed at the tip of the spinning nozzle 31. The fibrous composite spun from the spinning nozzle 31 is indicated by a dotted line in FIG.

ここで、この静電紡糸装置のための紡糸部としては、粒子−高分子繊維状複合体を紡糸できる任意の紡糸部、例えば紡糸ノズルを用いることができる。   Here, as the spinning section for the electrostatic spinning apparatus, any spinning section capable of spinning the particle-polymer fibrous composite, for example, a spinning nozzle can be used.

なお、繊維形成用組成物を噴出するためのノズルの形状は、先端が鋭角を形成していることが好ましい。噴出ノズルの先端が鋭角を形成している場合には、ノズルの先端における液滴形成の制御が容易となる。ノズルの材質については、特に制限されるものではないが、通常、ガラスと金属製のものが多い。ガラスの場合には、ノズル内に白金等の導線を固定し、これを電極として用いる。   In addition, as for the shape of the nozzle for ejecting the composition for fiber formation, it is preferable that the front-end | tip forms an acute angle. When the tip of the ejection nozzle forms an acute angle, it is easy to control droplet formation at the tip of the nozzle. The material of the nozzle is not particularly limited, but usually glass and metal are often used. In the case of glass, a conducting wire such as platinum is fixed in a nozzle and used as an electrode.

適切なノズルの口径は、用いる繊維形成用組成物によって異なるが、好ましくは0.05〜1mmの範囲である。ノズル口径が小さすぎる場合には、粒子がノズル内に詰まったり、噴射が不連続となる場合があり、安定な繊維製造が困難となる。一方で、ノズル口径が太すぎる場合には、製造する繊維径が太くなることから、本発明の効果を十分に発現することができなくなる。繊維の細さの確保と操作性を考慮すると、0.1〜0.5mmとすることが更に好ましい。   The appropriate nozzle diameter varies depending on the fiber-forming composition used, but is preferably in the range of 0.05 to 1 mm. When the nozzle diameter is too small, the particles may be clogged in the nozzle or the injection may be discontinuous, making it difficult to produce stable fibers. On the other hand, when the nozzle diameter is too large, the fiber diameter to be manufactured becomes large, and thus the effect of the present invention cannot be sufficiently exhibited. In consideration of securing the fineness of the fiber and operability, the thickness is more preferably 0.1 to 0.5 mm.

また、本発明の静電紡糸装置のための紡糸部としては、特許文献9に示すような先細突起を有する紡糸部を用いることもできる。   Further, as the spinning section for the electrostatic spinning device of the present invention, a spinning section having a tapered protrusion as shown in Patent Document 9 can also be used.

またここで、紡糸部に供給される振動の強度及び振動数は、繊維形成用組成物の粘度上昇の抑制、複合体における粒子分散性の維持又は促進、紡糸部の詰まりの抑制等を達成するように選択することができる。また、この振動の強度及び振動数は、紡糸部の共振、蓄熱等を起こさないように選択することが好ましい。したがって例えば、この振動供給部によって供給される振動は、超音波振動、すなわち例えば20kHz以上、例えば30〜200kHzの振動とすることができる。   Further, here, the strength and frequency of vibration supplied to the spinning section achieves suppression of increase in viscosity of the fiber-forming composition, maintenance or promotion of particle dispersibility in the composite, suppression of clogging of the spinning section, and the like. Can be selected. Further, it is preferable to select the intensity and frequency of the vibration so as not to cause resonance of the spinning section, heat storage, and the like. Therefore, for example, the vibration supplied by the vibration supply unit can be ultrasonic vibration, that is, vibration of, for example, 20 kHz or more, for example, 30 to 200 kHz.

また、この振動は、紡糸部の先端部分に達するようにして供給することが好ましく、したがって例えば紡糸部から繊維状複合体が紡糸される方向に向けて振動を供給することができる。   Further, this vibration is preferably supplied so as to reach the tip portion of the spinning portion. Therefore, for example, the vibration can be supplied from the spinning portion toward the direction in which the fibrous composite is spun.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何等限定を受けるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

〈測定方法〉
以下の実施例及び参考例においては、以下の項目について、以下の方法によって測定・評価を実施した。
<Measuring method>
In the following examples and reference examples, the following items were measured and evaluated by the following methods.

(1)繊維の平均繊維径
極細繊維の堆積物を採取し、DIGITALMICROSCOPY(KEYENCE製、商品名:VHX−200)により、透過写真(5000倍)を撮影した。得られた写真から無作為に測定エリア5つを選定し、1つのエリアから5本の繊維を無作為に抽出し、トータル25本の繊維につき、繊維径を測定した。すべての測定結果(n=25)の平均値を求めて、得られた値を繊維の平均繊維径とした。
(1) Average fiber diameter of fiber An ultrafine fiber deposit was collected, and a transmission photograph (5000 times) was taken with DIGITALMICROSCOCOPY (manufactured by KEYENCE, trade name: VHX-200). Five measurement areas were randomly selected from the obtained photographs, five fibers were randomly extracted from one area, and the fiber diameter was measured for a total of 25 fibers. An average value of all measurement results (n = 25) was obtained, and the obtained value was defined as an average fiber diameter of the fibers.

(2)複合体繊維における金属粒子の分散状態
極細繊維の堆積物を採取し、図3に示す倒立包埋法による透過型電子顕微鏡(TEM)観察用サンプルを製造した。なお、図3において、記号6は繊維堆積体を示し、記号7はPtを示し、記号8は未硬化樹脂を示し、記号9はスライドガラスを示し、記号10は硬化樹脂を示している。
(2) Dispersion state of metal particles in composite fiber A deposit of ultrafine fibers was collected, and a transmission electron microscope (TEM) observation sample by an inverted embedding method shown in FIG. 3 was produced. In FIG. 3, symbol 6 indicates a fiber deposit, symbol 7 indicates Pt, symbol 8 indicates an uncured resin, symbol 9 indicates a slide glass, and symbol 10 indicates a cured resin.

引き続き、ミクロトーム(ライカ社製、商品名:ULTRACUT−S)を用いて90nmの薄片とし、透過型電子顕微鏡(FEI社製、商品名:TECNAI G2)によって、加速電圧120kVで、TEM観察及び撮影を実施した。   Subsequently, a 90-nm thin piece was formed using a microtome (Leica, trade name: ULTRACUT-S), and TEM observation and photographing were performed with a transmission electron microscope (FEI, trade name: TECNAI G2) at an acceleration voltage of 120 kV. Carried out.

なお、TEM観察用サンプルの製造に使用した包埋樹脂(エポキシ樹脂:日新EM社製)の具体的な配合比は、以下の通りである。   In addition, the specific compounding ratio of the embedding resin (epoxy resin: Nisshin EM Co.) used for manufacture of the sample for TEM observation is as follows.

主剤 :Quetol812 77.2
軟性硬化剤:DDSA 60
硬性硬化剤:MNA 35.6
重合促進剤:DMP−30 2.6
Main agent: Quetol 812 77.2
Soft curing agent: DDSA 60
Hard curing agent: MNA 35.6
Polymerization accelerator: DMP-30 2.6

(3)繊維における粒子の含有量(充填率評価)
熱重量天秤(理学電機社製、商品名:TGA8120)を用いて、空気気流中、900℃における熱分析を行い、その残渣量から評価した。なお、評価にあたっては、サンプル3点の平均値を採用した。
(3) Particle content in fibers (filling rate evaluation)
Using a thermogravimetric balance (trade name: TGA8120, manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.), thermal analysis was performed at 900 ° C. in an air stream, and the residue amount was evaluated. In the evaluation, the average value of three samples was adopted.

〈実施例1〉
PVB2400/Ag(50wt%)
70℃において一週間乾燥を行ったポリビニルブチラール(以下では「PVB」として言及)(和光純薬製、商品名:ポリビニルブチラール一級、平均重合度:2400)1gを、ジクロロメタン19gに完全に溶解し、PVB溶液を得た。
<Example 1>
PVB2400 / Ag (50wt%)
1 g of polyvinyl butyral (hereinafter referred to as “PVB”) dried at 70 ° C. for 1 week (trade name: polyvinyl butyral first grade, average polymerization degree: 2400) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, completely dissolved in 19 g of dichloromethane, A PVB solution was obtained.

上記で得られたPVB溶液を10gに、ガンマ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(以下では「MPTMS」として言及)(チッソ社製、商品名:サイラエースS810)0.06gを滴下し、充分に攪拌してカップリング反応を実施することにより、MPTMSカップリングPVB(以下では「MPTMS−PVB」として言及)溶液を得た。   To 10 g of the PVB solution obtained above, 0.06 g of gamma-mercaptopropyltrimethoxysilane (hereinafter referred to as “MPTMS”) (manufactured by Chisso, trade name: Silaace S810) was added dropwise and stirred sufficiently. An MPTMS coupling PVB (hereinafter referred to as “MPTMS-PVB”) solution was obtained by carrying out the coupling reaction.

上記で得られたMPTMS−PVB溶液に、界面活性剤としてアルキルアミンを含むAgコロイド溶液(戸田工業社製、商品名:ナノシルバー分散体、Agナノ粒子含有量:53質量%、アルキルアミン含有量:11質量%、分散液:トルエン、Ag粒径:6.0nm)1.0gを滴下し、2時間攪拌することにより、複合体分散液を得た。   In the MPTMS-PVB solution obtained above, an Ag colloid solution containing alkylamine as a surfactant (trade name: nano silver dispersion, Ag nanoparticle content: 53% by mass, alkylamine content, manufactured by Toda Kogyo Co., Ltd.) : 11% by mass, dispersion: toluene, Ag particle size: 6.0 nm) 1.0 g was added dropwise and stirred for 2 hours to obtain a composite dispersion.

複合体分散液を静電紡糸装置(メック株式会社製、NF−103A)のシリンジ(容量5ml)にセットし、ノズルとして22G注射針(内径0.48mm、外径0.70mm)を用いた。紡糸条件として、吐出量を5.0μl/min、ノズル先端から捕集基板の間の距離を20cm、印加電圧を18kVに制御しながら、繊維形成用複合体分散液を噴射し、捕集電極に貼りつけたアルミ箔の上に堆積させた。   The composite dispersion was set in a syringe (capacity 5 ml) of an electrostatic spinning apparatus (manufactured by MEC, NF-103A), and a 22G injection needle (inner diameter 0.48 mm, outer diameter 0.70 mm) was used as a nozzle. As the spinning conditions, the discharge amount was 5.0 μl / min, the distance between the nozzle tip and the collection substrate was 20 cm, and the applied voltage was controlled to 18 kV, while the fiber-forming composite dispersion was jetted to the collection electrode. It was deposited on the affixed aluminum foil.

この静電紡糸においては、ノズル上に配置された超音波発振子(108kHz搭載)の出力を5Wに設定し、超音波振動をノズルに対して連続的に供給した。これによれば、20分以上にわたって、ノズル詰まりがなく、連続かつ安定的に紡糸が行われ、それによって不連続噴射による欠陥がない、良質な繊維堆積物シートが得られた。得られた繊維堆積物シートについて断面のTEM観察を行った(結果を図4に示す)。   In this electrostatic spinning, the output of the ultrasonic oscillator (108 kHz mounted) arranged on the nozzle was set to 5 W, and ultrasonic vibration was continuously supplied to the nozzle. According to this, a good quality fiber deposit sheet free from nozzle clogging and continuously and stably spun for 20 minutes or more and free from defects due to discontinuous jetting was obtained. A cross-sectional TEM observation was performed on the obtained fiber deposit sheet (results are shown in FIG. 4).

また、超音波振動をノズルに対して連続的に供給する代わりに、一定の時間間隔で超音波の提供を停止した場合、具体的には4分間にわたって超音波を供給した後で1分間にわたって超音波の供給を停止することを繰り返した場合にも、同様にノズル詰まりがなく、連続かつ安定的に紡糸が行われた。   In addition, instead of continuously supplying ultrasonic vibration to the nozzle, when the provision of ultrasonic waves is stopped at regular time intervals, specifically, after supplying ultrasonic waves for 4 minutes, the ultrasonic waves are applied for 1 minute. When the supply of sonic waves was repeatedly stopped, there was no nozzle clogging, and spinning was performed continuously and stably.

〈比較例1〉
超音波照射を行わなかったことを除いて実施例1と同様にして、静電紡糸を行った。この場合、紡糸開始から5分以内に、ノズル先端から固まりを生じ、噴射が不連続となり、最終的にはノズルが完全に詰まった。安定紡糸が行われていた間に得られた繊維堆積物シートについて断面のTEM観察を行った(結果を図5に示す)。
<Comparative example 1>
Electrospinning was performed in the same manner as in Example 1 except that ultrasonic irradiation was not performed. In this case, within 5 minutes from the start of spinning, a lump was formed from the tip of the nozzle, the injection became discontinuous, and finally the nozzle was completely clogged. A cross-sectional TEM observation was performed on the fiber deposit sheet obtained during stable spinning (the result is shown in FIG. 5).

また、機械式自動掃除機能、すなわち一定の紡糸時間毎に、固定された糸がノズル先端の固まりを擦り落として、安定な紡糸を行わせる機能を使用した場合には、連続的な防止を行えたものの、糸によってノズル先端から擦り落とされた液滴が、繊維堆積物表面に落ちて、欠陥となった。   In addition, when using a mechanical automatic cleaning function, that is, a function in which the fixed yarn rubs off the lump of the nozzle tip at a certain spinning time and performs stable spinning, continuous prevention can be performed. However, the droplets rubbed off from the nozzle tip by the thread fell on the surface of the fiber deposit and became a defect.

〈参考例1〉PVB2400/Fe(33.3質量%)
70℃において一週間乾燥を行ったポリビニルブチラール(以下では「PVB」として言及)(和光純薬製、商品名:ポリビニルブチラール一級、平均重合度:2400)1gを、DCM19gに完全に溶解し、PVB溶液を得た。
<Reference Example 1> PVB2400 / Fe 3 O 4 (33.3 mass%)
1 g of polyvinyl butyral (hereinafter referred to as “PVB”) dried at 70 ° C. for one week (trade name: polyvinyl butyral first grade, average polymerization degree: 2400) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, completely dissolved in 19 g of DCM, A solution was obtained.

得られたPVB溶液に、界面活性剤としてアルキルアミンを含むFeナノ粒子のコロイド溶液(戸田工業社製、商品名:磁性ナノ粒子分散体、分散液:トルエン、Feナノ粒子含有量:16質量%、ナノ粒子平均粒径:15±3nm)を3.25g添加し、チューブミキサーで15分間にわたって撹拌して、Feナノ粒子−PVB複合体溶液を調製した。 To the obtained PVB solution, a colloidal solution of Fe 3 O 4 nanoparticles containing alkylamine as a surfactant (manufactured by Toda Kogyo Co., Ltd., trade name: magnetic nanoparticle dispersion, dispersion: toluene, Fe 3 O 4 nanoparticles) 3.25 g of content: 16% by mass, average particle size of nanoparticles: 15 ± 3 nm) was added, and the mixture was stirred for 15 minutes with a tube mixer to prepare a Fe 3 O 4 nanoparticle-PVB composite solution.

この時点で、得られたFeナノ粒子−PVB複合体溶液には、Feナノ粒子の凝集による色調変化は確認されず、また、ガラス容器の壁にFeナノ粒子の析出は確認されなかった。 At this time, in the obtained Fe 3 O 4 nanoparticle-PVB composite solution, no color tone change due to aggregation of the Fe 3 O 4 nanoparticles is confirmed, and the Fe 3 O 4 nanoparticles are formed on the wall of the glass container. The precipitation of was not confirmed.

更に、得られたFeナノ粒子−PVB複合体溶液10gを、ジクロロメタン(以下では「DCM」として言及)とクロロホルム(70質量%/30質量%)の混合溶媒を用いて、静電紡糸に適切な濃度まで希釈することにより、繊維形成用組成物を調製した。 Furthermore, 10 g of the obtained Fe 3 O 4 nanoparticle-PVB complex solution was electrospun using a mixed solvent of dichloromethane (hereinafter referred to as “DCM”) and chloroform (70% by mass / 30% by mass). The composition for fiber formation was prepared by diluting to an appropriate concentration.

[紡糸工程]
上記で得られた繊維形成用組成物(紡糸溶液)を用いて、図1に示す静電紡糸装置により繊維形成用組成物を噴出し、連続的に紡糸を行うことにより繊維を蓄積させて、繊維堆積物を製造した。
[Spinning process]
Using the fiber-forming composition (spinning solution) obtained above, the fiber-forming composition is ejected by the electrostatic spinning device shown in FIG. 1, and the fibers are accumulated by continuously spinning, A fiber deposit was produced.

このときの噴出ノズル1の内径は0.4mm(注射針:23G)、シリンジ2の容量は10ml、電圧は16.5kV、噴出ノズル1から繊維捕集電極5(ステンレス板)までの距離は20cmであった。シリンジポンプ(BioanalyticalSystemsInc社製、商品名:MD−1020)により繊維形成用組成物の吐出量を50μl/minに制御しながら、繊維形成用組成物を噴射し、捕集電極に貼りつけたPETフィルムの上に堆積させた。   At this time, the inner diameter of the ejection nozzle 1 is 0.4 mm (injection needle: 23 G), the capacity of the syringe 2 is 10 ml, the voltage is 16.5 kV, and the distance from the ejection nozzle 1 to the fiber collecting electrode 5 (stainless steel plate) is 20 cm. Met. PET film in which the fiber-forming composition is jetted and attached to the collecting electrode while controlling the discharge amount of the fiber-forming composition to 50 μl / min by a syringe pump (trade name: MD-1020, manufactured by Bioanalytical Systems Inc.) Deposited on top of.

[測定評価]
得られたFeナノ粒子−PVB複合体繊維の堆積物を採取し、光学顕微鏡にて撮影した透過写真(3000倍)を図6に、また、透過型電子顕微鏡(TEM)による写真(観察倍率36万倍)を図7に示す。得られた繊維の平均繊維径が3.24μmであり、TEM観察からFeナノ粒子が均一に分散し、50nm以上の凝集は確認されなかった。Feの充填率がTGA測定により30.7質量%となった。
[Measurement evaluation]
The obtained Fe 3 O 4 nanoparticle-PVB composite fiber deposit was collected, and a transmission photograph (magnified 3000 times) taken with an optical microscope is shown in FIG. 6 and a transmission electron microscope (TEM) photograph ( FIG. 7 shows the observation magnification (360,000 times). The average fiber diameter of the obtained fibers was 3.24 μm, and Fe 3 O 4 nanoparticles were uniformly dispersed by TEM observation, and aggregation of 50 nm or more was not confirmed. The filling rate of Fe 3 O 4 was 30.7% by mass by TGA measurement.

〈参考例2〉PVB2400/Fe(33.3質量%)(バルク)
参考例1で製造したFeナノ粒子分散繊維堆積物を掻き集めて、80℃のオープンで1時間熱処理を行ったIR測定錠剤製造用ペレット(SPACAC製、直径13mm)に入れて、真空を引きながら、300kg/cmの圧力において、15分間成型を行った。成型した円盤状の塊(直径13×1〜2mm)を取り出し、光学顕微鏡にて表面の繊維模様を確認し、80℃×50kg/cmの条件において熱プレスを1分間ずつ5回行った。なお、繊維堆積物を構成する高分子(PVB)のガラス転移温度(Tg)は、70〜80℃であった。
<Reference Example 2> PVB2400 / Fe 3 O 4 (33.3 mass%) (bulk)
The Fe 3 O 4 nanoparticle-dispersed fiber deposit produced in Reference Example 1 was scraped and placed in pellets for IR measurement tablet production (made by PACAC, 13 mm in diameter) that had been heat-treated at 80 ° C. for 1 hour. While pulling, molding was performed at a pressure of 300 kg / cm 2 for 15 minutes. The molded disc-shaped lump (diameter 13 × 1 to 2 mm) was taken out, the surface fiber pattern was confirmed with an optical microscope, and hot pressing was performed 5 times per minute under the condition of 80 ° C. × 50 kg / cm 2 . In addition, the glass transition temperature (Tg) of the polymer (PVB) constituting the fiber deposit was 70 to 80 ° C.

一分間毎にサンプル表面を光学顕微鏡で確認し、繊維模様が完全になくなった後、ステンレス板に挟まれたまま80℃のオーブンで1時間熱処理を行い、ナノ粒子分散繊維堆積物からなるバルク成型体サンプルを得た。   The surface of the sample is checked with an optical microscope every minute, and after the fiber pattern has completely disappeared, it is heat-treated in an oven at 80 ° C. for 1 hour while being sandwiched between stainless steel plates, and bulk molding is made of nanoparticle-dispersed fiber deposits. A body sample was obtained.

製造したバルク成型体サンプルをエポキシ樹脂に包埋、ミクロトーム(ULTRACUT−S、ライカ製)より薄切し、バルクサンプル断面のTEM観察を行った。繊維中におけるナノ粒子の高分散性を維持したまま、空隙もなく繊維模様も無くなることは確認された(図8に示す)。   The manufactured bulk molded body sample was embedded in an epoxy resin, sliced from a microtome (ULTRACUT-S, manufactured by Leica), and a TEM observation of a cross section of the bulk sample was performed. It was confirmed that there was no void and no fiber pattern while maintaining the high dispersibility of the nanoparticles in the fiber (shown in FIG. 8).

30 静電紡糸装置
31a 振動供給部
31 紡糸部(紡糸ノズル)
32 繊維形成用組成物供給部(シリンジ)
33 繊維形成用組成物
34 電圧発生器
35 捕集部(繊維捕集電極)
30 Electrostatic spinning device 31a Vibration supply unit 31 Spinning unit (spinning nozzle)
32 Fiber forming composition supply unit (syringe)
33 Fiber forming composition 34 Voltage generator 35 Collection part (fiber collection electrode)

Claims (7)

粒子と高分子とを含む繊維形成用組成物を調製するステップ、及び
静電紡糸法にて紡糸部から前記繊維形成用組成物を噴出して、繊維を紡糸するステップ、
を含み、前記紡糸の際に、前記紡糸部に振動を供給する、粒子−高分子繊維状複合体の製造方法。
A step of preparing a fiber-forming composition comprising particles and a polymer, and a step of spinning the fiber by ejecting the fiber-forming composition from a spinning part by an electrostatic spinning method.
And a method for producing a particle-polymer fibrous composite comprising supplying vibration to the spinning part during spinning.
前記振動が超音波振動である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the vibration is ultrasonic vibration. 前記粒子−高分子繊維状複合体の平均繊維径が50nm以上4μm以下である、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein an average fiber diameter of the particle-polymer fibrous composite is 50 nm or more and 4 µm or less. 前記粒子の平均一次粒子径が100nm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method in any one of Claims 1-3 whose average primary particle diameter of the said particle | grain is 100 nm or less. 前記粒子の含有量が、前記繊維状複合体全体に対して20質量%以上である、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   The method in any one of Claims 1-4 whose content of the said particle | grain is 20 mass% or more with respect to the said whole fibrous composite. 請求項1〜5のいずれかに記載の方法によって前記繊維状複合体を得、そして前記繊維状複合体を、前記粒子の分散状態を維持する条件で加圧するステップを含む、粒子−高分子バルク状複合体の製造方法。   A particle-polymer bulk comprising the steps of obtaining the fibrous composite by the method according to any one of claims 1 to 5 and pressurizing the fibrous composite under conditions that maintain a dispersed state of the particles. Method for producing a composite. 前記繊維状複合体を加圧して成形する、請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the fibrous composite is pressed and shaped.
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