JP2012197527A - ポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置及びセパレーター - Google Patents

ポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置及びセパレーター Download PDF

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Abstract

【課題】均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能なポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を提供する。
【解決手段】ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法であって、３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第１温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する過程と、前記ポリマー溶液の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第２温度に維持しながら前記ポリマー溶液をノズルに供給する過程と、ノズルの温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第３温度に維持しながら前記ポリマー溶液を前記ノズルから吐出することにより前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を電界紡糸する過程とを含むポリオレフィン製ナノ繊維不織布。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置及びセパレーターに関する。
多孔性ポリオレフィンフィルムは、薄膜化（例えば２０μｍ〜４０μｍ）が容易で、化学的安定性及び機械的強度が高く、適切な伸度及び弾性率を有し、さらには一定の温度域（例えば１４０℃〜１６０℃）で溶融・閉孔して電流を遮断する特性を有するため、例えばリチウムイオン二次電池やキャパシターのセパレーターとして広く用いられている。
ところで、多孔性ポリオレフィンフィルムの空隙率を従来より高くすることができれば、セパレーターのイオン伝導性をより一層高くすることが可能となり、ひいてはリチウムイオン二次電池やキャパシターの性能をより一層高くすることができると考えられる。しかしながら、多孔性ポリオレフィンフィルムは、相分離法又は延伸開孔法により製造されたものであるため、空隙率をより一層高くすることが容易ではない。
そこで、リチウムイオン二次電池やキャパシターのセパレーターとして、多孔性ポリオレフィンフィルムの代わりにポリオレフィン製ナノ繊維からなる不織布（以下、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布という。）を用いることが考えられる。ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリオレフィン製ナノ繊維からなるため上記した多孔性ポリオレフィンフィルムと同様の特性を有するのに加えて、上記した多孔性ポリオレフィンフィルムよりも空隙率を高くすることができると考えられるからである。
図８は、このようなポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することができるポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を説明するために示す図である（例えば、特許文献１参照。）。図８中、符号９３２はノズルを示し、符号９４０はコレクターを示し、符号９５０は電源装置を示し、符号９７０は原料タンクを示す。
従来のポリオレフィン製ナノ繊維の製造方法は、図８に示すように、加熱装置９７４を備えるポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置を用いてポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するものであるため、ポリオレフィンを例えば５０℃〜１００℃で加熱して多成分溶媒に完全に溶解させて均一なポリマー溶液を作製し、当該均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行いポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するというものである。
従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、元来溶媒に対する溶解性が低いポリオレフィンを原材料として用いながらも、均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行うことが可能となるため、上記した優れた特性を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。
なお、本発明における「セパレーター」は、非導電性のセパレーターのことをいう。また、本発明において、ナノ繊維とは、平均径が数ｎｍ〜数千ｎｍの繊維のことをいう。
特表２００９−５１７５５４号公報
しかしながら、本発明の発明者らの研究により、従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法においては、時間の経過とともにポリマー溶液の粘度が高くなってノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまい、これに起因して均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが困難となるという問題があることが分かった。
なお、このような問題は、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布をセパレーターとして用いる場合だけに存在する問題ではなく、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布をセパレーター以外の用途に用いる場合にも存在する問題である。また、このような問題は、ポリオレフィンのみを含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合だけに存在する問題ではなく、ポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーを含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合にも存在する問題である。
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能なポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を提供することを目的とする。また、上記のようなポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を実施可能なポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置を提供することを目的とする。さらにまた、上記のようなポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法により製造されるポリオレフィン製ナノ繊維不織布からなるセパレーターを提供することを目的とする。なお、本発明において、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とは、ポリオレフィンのみを含有するナノ繊維不織布のみならず、ポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーを含有するナノ繊維不織布をも含むものとする。
［１］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、電界紡糸法によりポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法であって、３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第１温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する第１過程と、前記ポリマー溶液の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第２温度に維持しながら前記ポリマー溶液をノズルに供給する第２過程と、前記ノズルの温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第３温度に維持しながら前記ポリマー溶液を前記ノズルから吐出することにより、前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を作製する第３過程とを含むことを特徴とする。
このため、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第１温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する第１過程を含むため、従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法の場合と同様に、元来溶媒に対する溶解性が低いポリオレフィンを原材料として用いながらも、均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行うことが可能となるため、上記した優れた特性を有するポリオレフィン製ナノ繊維を製造することが可能となる。
また、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、ポリマー溶液の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第２温度に維持しながらポリマー溶液をノズルに供給する第２過程と、ノズルの温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第３温度に維持しながらポリマー溶液をノズルから吐出することによりポリオレフィン製ナノ繊維不織布を電界紡糸する第３過程とを含むため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
なお、第１温度を３０℃〜１００℃の範囲内としたのは、第１温度が３０℃未満の場合には、ポリオレフィンを溶媒に完全に溶解するのが困難となる場合があるからであり、第１温度が１００℃を超える場合には、溶媒の蒸発量が大きくなりすぎてポリマー溶液中のポリオレフィンの濃度を一定に維持するのが困難となる場合があるからである。この観点から言えば、第１温度を５０℃〜９０℃の範囲内とすることがより一層好ましい。
また、第２温度及び第３温度を３０℃〜１００℃の範囲内としたのは、第２温度及び第３温度が３０℃未満の場合には、時間の経過とともにポリマー溶液が不均一化してポリマー溶液の粘度が高くなり過ぎる場合があるからであり、第２温度及び第３温度が１００℃を超える場合には、溶媒の蒸発量が大きくなりすぎてポリマー溶液中のポリオレフィンの濃度を一定に維持するのが困難となる場合があるからである。この観点から言えば、第２温度及び第３温度を５０℃〜９０℃の範囲内とすることがより一層好ましい。
［２］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法においては、前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリマー成分としてポリオレフィンのみを含有することが好ましい。
このように、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、ポリマー成分としてポリオレフィンのみを含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合に適用可能である。
［３］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法においては、前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリマー成分としてポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーをも含有することが好ましい。
このように、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、ポリマー成分としてポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーをも含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合にも適用可能である。
［４］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置は、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するためのポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置であって、コレクターと、前記コレクターに対向する位置に位置しポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有するノズルユニットと、前記コレクターと前記複数のノズルとの間に高電圧を印加する電源装置と、前記ポリマー溶液を貯蔵する原料タンクと、前記原料タンクから前記ノズルユニットに至るポリマー溶液供給経路と、前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のそれぞれを３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置とを備えることを特徴とする。
このため、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置によれば、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置とを備えるため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
［５］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記保温装置は、電熱ヒーターからなることが好ましい。
このような構成とすることにより、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の温度に保温することが可能となる。この場合、ノズルユニットの温度、原料タンクの温度及びポリマー溶液供給経路の温度のそれぞれを、容易に、かつ、独立に制御することができる。
［６］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記保温装置は、温水循環装置からなることが好ましい。
このような構成とすることによっても、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の温度に保温することが可能となる。この場合、ノズルユニットの温度、原料タンクの温度及びポリマー溶液供給経路の温度の時間的変動を小さなものにすることができる。
［７］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記保温装置は、温風循環装置からなることが好ましい。
このような構成とすることによっても、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の温度に保温することが可能となる。
［８］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記電源装置は、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルユニットに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位となるように、前記電源装置が前記コレクターと前記ノズルユニットとに接続されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、ノズルユニットをはじめとして「ノズルから吐出される前のポリマー溶液」、原料タンク、ポリマー溶液供給経路（例えば、配管や送りポンプなど。）のすべてが接地電位となるため、原料タンクやポリマー溶液供給経路を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンクやポリマー溶液供給経路を高耐電圧仕様にものにすることに起因してポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置の機構が複雑化することがなくなる。
また、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクターに高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルユニットを接地した状態で電界紡糸することができるため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
［９］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記電界紡糸装置は、前記複数のノズルとして、前記ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有することが好ましい。
このような構成とすることにより、従来の下向きノズルを用いたポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象（下向きノズルから紡糸されなかったポリマー溶液の塊がそのまま基材層等に付着する現象）が発生することがなく、高品質なポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。
［１０］本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記コレクターに対向する位置に位置しポリオレフィンを含まない第２ポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有する第２ノズルユニットと、前記第２ポリマー溶液を貯蔵する第２原料タンクと、前記第２原料タンクから前記第２ノズルユニットに至る第２ポリマー溶液供給経路とを備え、前記保温装置は、前記ノズルユニット、前記第２ノズルユニット、前記原料タンク、前記第２原料タンク、前記ポリマー溶液供給経路及び前記第２ポリマー溶液供給経路のうち、前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のみを保温するように構成されていることが好ましい。
このような構成とすることによって、常温でポリマー溶液を作製することが可能な第２ポリマー溶液については、ポリマー溶液を作製したり、ポリマー溶液をノズルに供給したり、ポリマー溶液をノズルから吐出することによりナノ繊維不織布を作製したりする過程を常温で行うことが可能となるため、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とポリオレフィンを含まないナノ繊維不織布とをそれぞれ適切な方法にて作製することが可能となる。
本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法又はポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置により製造されるポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、二次電池のセパレーター、コンデンサーのセパレーター、各種触媒の担体、各種センサー材料などの電子・機械材料、ワイピングクロス、フィルターなど産業資材、再生医療材料、バイオメディカル材料、医療用ＭＥＭＳ材料、バイオセンサー材料などの医療材料、高機能・高感性テキスタイルなどの衣料品、ヘルスケア、スキンケアなど美容関連用品その他の幅広い用途に使用可能である。
［１１］本発明のセパレーターは、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によって製造されたポリオレフィン製ナノ繊維不織布からなることを特徴とする。
このため、本発明のセパレーターは、薄膜化（例えば２０μｍ〜４０μｍ）が容易で、化学的安定性及び機械的強度が高く、適切な伸度及び弾性率を有し、さらには一定の温度域（例えば１４０℃〜１６０℃）で溶融・閉孔して電流を遮断する特性を有するうえ、高い空隙率ひいては高いイオン伝導性を有する、優れたセパレーターとなる。
［１２］本発明のセパレーターは、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によって製造されたポリオレフィン製ナノ繊維不織布を備えることを特徴とする。
このため、本発明のセパレーターは、薄膜化（例えば２０μｍ〜４０μｍ）が容易で、化学的安定性及び機械的強度が高く、適切な伸度及び弾性率を有し、さらには一定の温度域（例えば１４０℃〜１６０℃）で溶融・閉孔して電流を遮断する特性を有するうえ、高い空隙率ひいては高いイオン伝導性を有するセパレーターとなる。
実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の断面図である。 実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によってセパレーター２００が製造されていく様子を示す図である。 実施形態２に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置２の断面図である。 実施形態３に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置３の断面図である。 実施形態４に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置４の断面図である。 実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置５の断面図である。 実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によってセパレーター２０２が製造されていく様子を示す図である。 従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置９００を説明するために示す図である。
以下、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置及びセパレーターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
［実施形態１］
１．ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置
図１は、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の断面図である。実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１は、図１に示すように、長尺シートＷを搬送する搬送装置１０と、電界紡糸装置２０と、原料タンク７０と、ポリマー溶液供給経路８０と、保温装置１００とを備える。
搬送装置１０は、長尺シートＷを繰り出す繰り出しローラー１１及び長尺シートＷを巻き取る巻き取りローラー１２並びに繰り出しローラー１１と巻き取りローラー１２との間に位置する補助ローラー１３，１４を備える。繰り出しローラー１１、巻き取りローラー１２は、図示しない駆動モーターにより回転駆動される構造となっている。
電界紡糸装置２０は、図１に示すように、下方から長尺シートＷにポリオレフィンを含むナノ繊維を堆積させる。以下、電界紡糸装置２０の構成について詳しく説明する。
電界紡糸装置２０は、図１に示すように、導電体からなる筐体４４と、複数の上向きノズル３２を有するノズルユニット３０と、コレクター４０と、電源装置５０と、補助ベルト装置６０とを備える。
本発明のセパレーター製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルユニットを用いることができるが、ノズルユニット３０は、上面から見たときに一辺が０．５ｍ〜３ｍの長方形（正方形を含む）に見える大きさで、ブロック状の形状を有する。
複数の上向きノズル３２は、後述するポリマー溶液供給経路８０から供給されるポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出するノズルである。複数の上向きノズル３２を構成する材料としては、導電体を用いることができ、例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム等を用いることができる。
複数の上向きノズル３２は、例えば、１．５ｃｍ〜６．０ｃｍのピッチで配列されている。複数の上向きノズル３２の数は、例えば、３６個（縦横同数に配列した場合、６個×６個）〜２１９０４個（縦横同数に配列した場合、１４８個×１４８個）とすることができる。
コレクター４０は、ノズルユニット３０よりも上方に配置されている。コレクター４０は導電体からなり、図１に示すように、絶縁部材４２を介して筐体４４に取り付けられている。
電源装置５０は、複数の上向きノズル３２と、コレクター４０との間に高電圧を印加する。電源装置５０の正極はコレクター４０に接続され、電源装置５０の負極はノズルユニット３０及び筐体４４に接続されている。
補助ベルト装置６０は、長尺シートＷの搬送速度に同期して回転する補助ベルト６２と、補助ベルト６２の回転を助ける５つの補助ベルト用ローラー６４とを有する。５つの補助ベルト用ローラー６４のうち１つ又は２つ以上の補助ベルト用ローラーが駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター４０と長尺シートＷとの間に補助ベルト６２が配設されているため、長尺シートＷは、正の高電圧が印加されているコレクター４０に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。
原料タンク７０は、ポリオレフィン製ナノ繊維の原料となるポリオレフィンを含むポリマー溶液を貯蔵する。原料タンク７０は、ポリマー溶液の分離や凝固を防ぐための撹拌装置７２を有する。原料タンク７０には、ポリマー溶液経路装置８０のパイプ８２が接続されている。
ポリマー溶液供給経路８０は、ポリマー溶液を通過させるパイプ８２と、供給動作を制御するバルブ８４からなり、原料タンク７０に貯蔵されたポリマー溶液をノズルユニット３０に供給する。
保温装置１００は、図１に示すように、電熱ヒーター１０２，１０４，１０６を備える。電熱ヒーター１０２は、原料タンク７０の側面側に設置されている。電熱ヒーター１０２の出力を制御することにより、原料タンク７０を３０℃〜１００℃の所定の第１温度に保温する。電熱ヒーター１０４は、ポリマー溶液供給経路８０を覆うように設置されている。電熱ヒーター１０４の出力を制御することにより、ポリマー溶液供給経路８０を３０℃〜１００℃の所定の第２温度に保温する。電熱ヒーター１０６は、ノズルユニット３０の下方に設置されている。電熱ヒーター１０６の出力を制御することにより、ノズルユニット３０を３０℃〜１００℃の所定の第３温度に保温する。保温装置１００は、原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０及びノズルユニット３０を覆う保温ジャケットを備える。
２．ポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法
図２は、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によってセパレーター２００が製造されていく様子を示す図である。
実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、以下の第１過程〜第３過程を含む。以下、各過程に沿って、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を説明する。
１．第１過程
第１過程は、３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第１温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する過程である。具体的には、ポリオレフィンを含むポリマー材料及び多成分溶媒を原料タンク７０に投入し、原料タンク７０を電熱ヒーター１０２により３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第１温度に保温しながらこれらを撹拌することにより、ポリマー材料を多成分溶媒に完全に溶解させて粘度が低く均一なポリマー溶液を作製する。第１温度は、ポリマー材料及び使用する溶媒の種類や分量に応じて設定する。
２．第２過程
第２過程は、ポリマー溶液の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第２温度に維持しながらポリマー溶液を複数の上向きノズル３２に供給する過程である。具体的には、電熱ヒーター１０４によってポリマー溶液供給経路８０を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第２温度に保温した状態で、第１過程で作製したポリマー溶液をポリマー溶液供給経路８０を介してノズルユニット３０へ供給する。第２温度は、ポリマー材料及び使用する溶媒の種類や分量に応じて設定する。
３．電界紡糸工程
第３過程は、複数の上向きノズル３２の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第３温度に維持しながらポリマー溶液をノズルから吐出することにより、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を作製する過程である。具体的には、まず、長尺シートＷを搬送装置１０にセットし、その後、長尺シートＷを繰り出しローラー１１から巻き取りローラー１２に向けて所定の搬送速度で搬送させる。その後、電熱ヒーター１０６によってノズルユニット３０を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第３温度に保温した状態で、ノズルユニット３０に供給されたポリマー溶液を複数の上向きノズル３２の吐出口から長尺シートＷに向かって上向きに吐出する。第３保温温度は、ポリマー材料及び使用する溶媒の種類や分量に応じて設定する。
これにより、図２に示すように、長尺シートＷの一方の面上にポリオレフィン製ナノ繊維が堆積し、長尺シートＷの一方の面上にポリオレフィン製ナノ繊維不織布２１０を作製することができる（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照。）。作製したポリオレフィン製ナノ繊維不織布２１０は、セパレーター２００としてそのまま使用することができる（図２（ｃ）参照。）。
以下に、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法における紡糸条件を例示的に示す。
ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ‐１‐ブテン(ＰＢ)、ポリ‐１‐ペンテン、ポリ‐１‐ヘキセン、ポリ(３‐メチル‐１‐ブテン)、ポリ(４‐メチル‐１‐ペンテン)(ＰＭＰ)、ポリ(４‐メチル‐１‐ヘキセン)、ポリ(５‐メチル‐１‐ヘプテン)等を使用することができる。
溶媒としては、ＨＦＩＰ、ジクロロメタン、ジメチルアセトアミド、クロロホルム、キシレン、メチルシクロヘキサン、アセトン、クロロホルム、エタノール、イソプロパノール、メタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、水、ベンゼン、ベンジルアルコール、１，４‐ジオキサン、プロパノール、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、フェノール、ピリジン、トリクロロエタン、酢酸；Ｎ，Ｎ‐ジメチルホルムアミド(ＤＭＦ)、ジメチルスルホキシド(ＤＭＳＯ)、Ｎ，Ｎ‐ジメチルアセトアミド(ＤＭＡｃ)、１‐メチル‐２‐ピロリドン(ＮＭＰ)、炭酸エチレン(ＥＣ)、炭酸プロピレン(ＰＣ)、炭酸ジメチル(ＤＭＣ)、アセトニトリル(ＡＮ)、Ｎ‐メチルモルホリン‐Ｎ‐オキシド、炭酸ブチレン(ＢＣ)、１，４‐ブチロラクトン(ＢＬ)、炭酸ジエチル(ＤＥＣ)、ジエチルエーテル(ＤＥＥ)、１，２‐ジメトキシエタン(ＤＭＥ)、１，３‐ジメチル‐２‐イミダゾリジノン(ＤＭＩ)、１，３‐ジオキソラン(ＤＯＬ)、炭酸エチルメチル(ＥＭＣ)、ギ酸メチル(ＭＦ)、３‐メチルオキサゾリジン‐２‐オン(ＭＯ)、プロピオン酸メチル(ＭＰ)、２‐メチルテトラヒドロフラン(ＭｅＴＨＦ)またはスルホラン(ＳＬ)を用いることができる。
長尺シートＷとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物、フィルム、シート、紙などを用いることができる。長尺シートＷの厚さは、例えば５μｍ〜５００μｍのものを用いることができる。長尺シートＷの長さは、例えば１０ｍ〜１０ｋｍのものを用いることができる。
搬送速度は、例えば０．２ｍ／分〜１００ｍ／分に設定することができる。コレクター４０とノズルユニット３０とに印加する電圧は、１０ｋＶ〜８０ｋＶに設定することができる。
紡糸区域の温度は、ノズルユニット３０の近傍を除き、例えば１０℃〜４０℃に設定することができる。また、紡糸区域の湿度は、例えば２０％〜６０％に設定することができる。
３．ポリオレフィン製ナノ繊維の製造方法の効果
実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第１温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する第１過程を含むため、従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法の場合と同様に、元来溶媒に対する溶解性が低いポリオレフィンを原材料として用いながらも、均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行うことが可能となるため、上記した優れた特性を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。
また、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、ポリマー溶液の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第２温度に維持しながらポリマー溶液を複数の上向きノズル３２へ供給する第２過程と、複数の上向きノズル３２の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第３温度に維持しながらポリマー溶液をノズルから吐出することによりポリオレフィン製ナノ繊維不織布を電界紡糸する第３過程とを含むため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
４．ポリオレフィン製ナノ繊維製造装置の効果
実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１によれば、ノズルユニット３０、原料タンク７０及びポリマー溶液供給経路８０のそれぞれを３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置１００を備えるため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
また、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１によれば、保温装置１００が電熱ヒーターからなるため、ノズルユニット３０の温度、原料タンク７０の温度及びポリマー溶液供給経路８０の温度のそれぞれを、容易に、かつ、独立に制御することができる。
また、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１によれば、電源装置５０の正電極がコレクター４０に接続され、負電極がノズルユニット３０に接続されるとともに当該負電極の電位が接地電位となるように、電源装置５０がコレクター４０とノズルユニット３０とに接続されているため、ノズルユニット３０をはじめとして「上向きノズル３２から吐出される前のポリマー溶液」、原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０（例えば、配管や送りポンプなど。）のすべてが接地電位となるため、原料タンク７０やポリマー溶液供給経路８０を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンク７０やポリマー溶液供給経路８０を高耐電圧仕様にものにすることに起因してポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置の機構が複雑化することがなくなる。
また、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクター４０に高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルユニット３０を接地した状態で電界紡糸することができるため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１においては、電界紡糸装置２０が、複数の上向きノズル３２として、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有するため、従来の下向きノズルを用いたポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置９００の場合に見られるようなドロップレット現象（下向きノズルから紡糸されなかったポリマー溶液の塊がそのまま基材層等に付着する現象）が発生することがなく、高品質なポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。
［実施形態２］
図３は、実施形態２に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置２の断面図である。
実施形態２に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置２は、基本的には実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１と同様の構成を有するが、保温装置の構成が実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と異なる。すなわち、実施形態２に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置２は、図３に示すように、電熱ヒーター１０２，１０４，１０６からなる保温装置１００の代わりに、温水循環装置からなる保温装置１１０を備える。
保温装置１１０は、温水タンク１１２と、加熱器１１４と、温水パイプ１１６とを備える。温水タンク１１２は加熱器１１４により加熱された温水を貯蔵する。そして、温水は温水パイプ１１６を循環する過程で、原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０及びノズルユニット３０を暖め、これにより原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０及びノズルユニット３０は、３０℃〜１００℃の間の所定の第１温度、第２温度及び第３温度にそれぞれ保温される。
このように、実施形態２に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置２は、保温装置の構成が実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と異なるが、ノズルユニット３０、原料タンク７０及びポリマー溶液供給経路８０を保温する保温装置１１０を備えるため、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と同様に、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
なお、実施形態２に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置２は、保温装置の構成以外の点では実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１と同様の構成を有するため、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。
［実施形態３］
図４は、実施形態３に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置３の断面図である。
実施形態３に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置３は、基本的には実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１と同様の構成を有するが、保温装置の構成が実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と異なる。すなわち、実施形態３に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置３は、図４に示すように、電熱ヒーター１０２，１０４，１０６からなる保温装置１００の代わりに、温風循環装置からなる保温装置１２０を備える。
保温装置１２０は、温風発生装置１２２と、温風供給経路１２４とを備える。
保温装置１２０は、温風発生装置１２２によって発生させた温風が原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０及びノズルユニット３０を覆う温風供給経路１２４を循環する過程で、原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０及びノズルユニット３０を暖め、これにより原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０及びノズルユニット３０は、３０℃〜１００℃の間の所定の第１温度、第２温度及び第３温度にそれぞれ保温される。
このように、実施形態３に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置３は、保温装置の構成が実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と異なるが、ノズルユニット３０、原料タンク７０及びポリマー溶液供給経路８０を保温する保温装置１２０を備えるため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
なお、実施形態３に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置３は、保温装置の構成以外の点では実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１と同様の構成を有するため、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。
［実施形態４］
図５は、実施形態４に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置４の断面図である。
実施形態４に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置４は、基本的には実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１と同様の構成を有するが、原料タンクの配置位置が実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と異なる。すなわち、実施形態４に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置４においては、図５に示すように、ノズルユニット３０の下方の空間に原料タンク７０が配置されている。また、これに対応して、ノズルユニット８０の下方の空間に、ポリマー溶液供給経路８０及び保温装置１３０が配置されている。保温装置１３０は、電熱ヒーター１３２，１３４を備える。
このように、実施形態４に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置４は、原料タンク７０の配位位置が実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と異なるが、ノズルユニット３０、原料タンク７０及びポリマー溶液供給経路８０を保温する保温装置１３０を備えるため、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と同様に、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
なお、実施形態４に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置４は、原料タンク７０の配置位置以外の点では実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。
［実施形態５］
図６は、実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置５を説明するために示す図である。図７は、実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によってセパレーター２０２が製造されていく様子を示す図である。
実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置５は、基本的には実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１と同様の構成を有するが、図６に示すように、ポリオレフィンを含まない第２ポリマー溶液を吐出するための複数のノズル３２ａを有する第２ノズルユニット３０ａと、第２ポリマー溶液を貯蔵する第２原料タンク７０ａと、第２原料タンク７０ａから第２ノズルユニット３０ａに至る第２ポリマー溶液供給経路８０ａとを備える点及び保温装置１３０が、ノズルユニット３０、原料タンク７０及びポリマー溶液供給経路８０のみを保温するように構成されている点で実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１とは異なる。
このため、実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置５によれば、ノズル３２からポリオレフィンを含有するポリマー溶液を吐出させて長尺シートＷ上にポリオレフィン製ナノ繊維不織布２１０を作製し（図７（ａ）及び図７（ｂ）参照。）、その後、ノズル３２ａからポリオレフィンを含有しないポリマー溶液を吐出させてポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布２２０を作製することにより、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布２１０とポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布２２０とが積層されたナノ繊維不織布を作製することが可能となる（図７（ｃ）参照。）。作製した「ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布とが積層されたナノ繊維不織布」は、セパレーター２０２としてそのまま使用することができる（図７（ｄ）参照。）。
このように、実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置５は、ポリオレフィンを含まない第２ポリマー溶液を吐出する複数のノズル３２ａを有する第２ノズルユニット３０ａと、第２ポリマー溶液を貯蔵する第２原料タンク７０ａと、第２原料タンク７０ａから第２ノズルユニット３０ａに至る第２ポリマー溶液供給経路８０ａとを備える点及び保温装置１３０がノズルユニット３０、原料タンク７０及びポリマー溶液供給経路８０のみを保温するように構成されている点で実施形態１に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置１の場合と異なるが、ノズルユニット３０、原料タンク７０及びポリマー溶液供給経路８０を保温する保温装置１３０を備えるため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸する際には、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
また、実施形態５に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置５によれば、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布とが積層されたナノ繊維不織布を製造することが可能となる。
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
（１）上記実施形態１においては、原料タンク７０、ポリマー溶液供給経路８０及びノズルユニット３０のそれぞれを別個の電熱ヒーター１０２，１０４，１０６を用いて保温しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、原料タンク、ポリマー溶液供給経路及びノズルユニットを１つの保温ジャケットで覆うとともに１つの電熱ヒーターを用いて保温ジャケット内の空間全体を保温してもよい。
（２）上記各実施形態においては、上向きノズルを有する上向き式電界紡糸装置を用いて本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下向きノズルを有する下向き式電界紡糸装置や横向きノズルを有する横向き式電界紡糸装置を備えるポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置に本発明を適用することもできる。
１，２，３，４，５…ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置、１０…搬送装置、１１…繰り出しローラー、１２…巻き取りローラー、１３，１４…補助ローラー、２０，２０ａ、２０ｂ…電界紡糸装置、３０，３０ａ…ノズルユニット、３２，３２ａ、９３２…ノズル、４０，９４０…コレクター、４２…絶縁部材、４４…筐体、５０，９５０…電源装置、６０…補助ベルト装置、６２…補助ベルト、６４…補助ベルト用ローラー、７０，９７０…原料タンク、７０ａ…第２原料タンク、７２，７２ａ…撹拌装置、８０…ポリマー溶液供給経路、８０ａ…第２ポリマー溶液供給経路、８２，８２ａ…パイプ、８４，８４ａ…バルブ、１００，１１０，１２０，１３０…保温装置、１０２，１０４，１０６，１３２，１３４…電熱ヒーター、１１２…温水タンク、１１４…加熱器、１１６…温水パイプ、１２２…温風発生装置、１２４…温風供給経路、９７４…加熱装置、Ｗ…長尺シート

Claims (12)

  1. 電界紡糸法によりポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法であって、
    ３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第１温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する第１過程と、
    前記ポリマー溶液の温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第２温度に維持しながら前記ポリマー溶液をノズルに供給する第２過程と、
    前記ノズルの温度を３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の第３温度に維持しながら前記ポリマー溶液を前記ノズルから吐出することにより、前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を作製する第３過程とを含むことを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法。
  2. 請求項１に記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法において、
    前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリマー成分としてポリオレフィンのみを含有することを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法。
  3. 請求項１に記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法において、
    前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリマー成分としてポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーをも含有することを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法。
  4. ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するためのポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置であって、
    コレクターと、
    前記コレクターに対向する位置に位置しポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有するノズルユニットと、
    前記コレクターと前記複数のノズルとの間に高電圧を印加する電源装置と、
    前記ポリマー溶液を貯蔵する原料タンクと、
    前記原料タンクから前記ノズルユニットに至るポリマー溶液供給経路と、
    前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のそれぞれを３０℃〜１００℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置とを備えることを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。
  5. 請求項４に記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置において、
    前記保温装置は、電熱ヒーターからなることを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。
  6. 請求項４に記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置において、
    前記保温装置は、温水循環装置からなることを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。
  7. 請求項４に記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置において、
    前記保温装置は、温風循環装置からなることを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。
  8. 請求項４〜７のいずれかに記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置において、
    前記電源装置は、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルユニットに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位となるように、前記電源装置が前記コレクターと前記ノズルユニットとに接続されていることを特徴とするナノ繊維製造装置。
  9. 請求項４〜８のいずれかに記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置において、
    前記電界紡糸装置は、前記複数のノズルとして、前記ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有することを特徴とするナノ繊維製造装置。
  10. 請求項４〜９のいずれかに記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置において、
    前記コレクターに対向する位置に位置しポリオレフィンを含まない第２ポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有する第２ノズルユニットと、
    前記第２ポリマー溶液を貯蔵する第２原料タンクと、
    前記第２原料タンクから前記第２ノズルユニットに至る第２ポリマー溶液供給経路とを備え、
    前記保温装置は、前記ノズルユニット、前記第２ノズルユニット、前記原料タンク、前記第２原料タンク、前記ポリマー溶液供給経路及び前記第２ポリマー溶液供給経路のうち、前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のみを保温するように構成されていることを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。
  11. 請求項１〜３のいずれかに記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によって製造されたポリオレフィン製ナノ繊維不織布からなることを特徴とするセパレーター。
  12. 請求項１〜３のいずれかに記載のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によって製造されたポリオレフィン製ナノ繊維不織布を備えることを特徴とするセパレーター。
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