JP2015081392A - Nanofiber nonwoven fabric containing metal oxide as main component - Google Patents

Nanofiber nonwoven fabric containing metal oxide as main component Download PDF

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孔明 原尻
Komei Harajiri
孔明 原尻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nanofiber nonwoven fabric containing a metal oxide as a main component that is excellent in flexibility and tensile strength.SOLUTION: The nanofiber nonwoven fabric is mainly composed of a nanofiber containing a metal oxide as a main component and having a fiber diameter of 0.2 μm to 1.0 μm, and has a flexural rigidity of 0.01 to 0.05×10NM/m and a flexural hysteresis of 0.01 to 0.20×10NM/m. The component constituting the nanofiber may have an amorphous structure or the component constituting the nanofiber may comprise a crystal phase having a crystallite diameter of 2.4 to 11.8 nm.

Description

本発明は、金属酸化物を主成分とするナノファイバー不織布に関する。詳しくは柔軟性に富み、かつ、種々の用途に使用できる物性を有するナノファイバー不織布に関する。 The present invention relates to a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of a metal oxide. Specifically, the present invention relates to a nanofiber nonwoven fabric that is rich in flexibility and has physical properties that can be used in various applications.

金属酸化物繊維は、耐熱性、断熱性、高温雰囲気での寸法安定性等の優れた特性を備える一方、硬くて脆い特性をも備える関係上、金属酸化物繊維自体の製造場面や、輸送場面、金属酸化物繊維を用いた製品の製造等における取り扱いに慎重を期す必要がある等の欠点を有している。それゆえ、金属酸化物繊維によって形成される布帛である不織布においても、かかる金属酸化物繊維自体の特性による欠点を内包し、とりわけ引張強力を維持しつつ柔軟性を備えた不織布を形成することは困難である。 Metal oxide fiber has excellent properties such as heat resistance, heat insulation, and dimensional stability in high temperature atmospheres, but also has hard and brittle properties. In addition, there are drawbacks such as careful handling in the manufacture of products using metal oxide fibers. Therefore, even in a non-woven fabric that is a fabric formed of metal oxide fibers, it is difficult to form a non-woven fabric having flexibility while maintaining the tensile strength, including defects due to the characteristics of the metal oxide fibers themselves. Have difficulty.

この点、繊維は、一般に繊維径を小さくすることにより柔軟性が向上することから、金属酸化物繊維の繊維径をナノレベルまで小さくすることにより、上述の欠点を改善しようとする研究が行われ、種々の提案がなされている。しかし、金属酸化物を主成分とする不織布に関しては、繊維径をナノレベルに小さくしても、曲げ応力がかかることで繊維が簡単に折れる、繊維が折れることで不織布の形が崩れる等の、金属酸化物繊維の基本特性により生ずる欠点についての改善には至っていない。 In this respect, since the flexibility of fibers is generally improved by reducing the fiber diameter, studies have been conducted to improve the above-mentioned drawbacks by reducing the fiber diameter of metal oxide fibers to the nano level. Various proposals have been made. However, for non-woven fabrics mainly composed of metal oxides, even if the fiber diameter is reduced to the nano level, the fibers can be easily folded by applying bending stress, and the shape of the non-woven fabric is broken by breaking the fibers. It has not yet been improved on the defects caused by the basic properties of metal oxide fibers.

特許文献1には、アスペクト比が30〜5,000のアルミナナノファイバーが収束してなり、かつ、3〜70mmの幅を有する収束体が不規則に交絡して成る多孔質構造を有するアルミナ成形体が開示されている。 Patent Document 1 discloses an alumina molding having a porous structure in which alumina nanofibers having an aspect ratio of 30 to 5,000 converge and a converging body having a width of 3 to 70 mm is irregularly entangled. The body is disclosed.

特許文献2には、無機塩(ハロゲン化物)及びポリマーを溶解させて調製した紡糸原液を静電紡糸し、焼成して無機繊維集積体を製造するに際し、紡糸工程から焼成炉への搬送工程までを相対湿度35%以下の雰囲気下で行うことで無機繊維シートの物性低下を防止する方法が開示されている。 In Patent Document 2, when spinning an undiluted spinning solution prepared by dissolving an inorganic salt (halide) and a polymer, and spinning to produce an inorganic fiber assembly, from the spinning process to the transporting process to a firing furnace. Is performed in an atmosphere with a relative humidity of 35% or less to prevent a decrease in physical properties of the inorganic fiber sheet.

特許文献3には、無機系ゾルからなる紡糸原液を静電紡糸法により紡糸するに際し、紡糸原液を湿度40%以下の雰囲気に供給し、形成したゲル繊維を、前記供給雰囲気湿度より10%以上高い高湿度雰囲気に曝した後に集積して繊維ウエブを形成し、その後、焼成して無機繊維シートを製造する方法が開示されている。この方法は特許文献2と同様に、紡糸雰囲気および得られた繊維ウエブの物性低下を防止するために高湿度雰囲気に曝した後に焼成する方法である。 In Patent Document 3, when spinning a spinning stock solution composed of an inorganic sol by an electrostatic spinning method, the spinning stock solution is supplied to an atmosphere having a humidity of 40% or less, and the formed gel fiber is 10% or more from the supply ambient humidity. A method is disclosed in which after being exposed to a high humidity atmosphere, the fibers are accumulated to form a fiber web, and then fired to produce an inorganic fiber sheet. This method is a method of firing after exposure to a high-humidity atmosphere in order to prevent deterioration in physical properties of the spinning atmosphere and the obtained fiber web, as in Patent Document 2.

特開2012−36034号公報JP 2012-36034 A 特開2009−235629号公報JP 2009-235629 A 特開2009−263802号公報JP 2009-263802 A

特許文献1には、得られた収束体が紙のような可撓性を有するとの記載がなされ、その根拠として、得られた収束体の可撓性をマンドレル径(JIS K5600−5−1)を測定し、マンドレル径が10〜15mmであるから可撓性に優れる旨の記載がなされている。しかし、マンドレル径が10〜15mmであるということは、10〜15mm径の棒に巻き付けた際には収束体が折れることをも示している。換言すれば、収束体は曲率半径10〜15mmの曲げで折れることを意味し、未だ柔軟性に課題が残る。また、マンドレル径が10〜15mmとの柔軟性では、収束体は引張応力や曲げ応力がかかるだけで、収束体を構成する繊維の切断が起こり易い。切断箇所は引張強力も損なわれることになるため、引張強力の面においても課題が残る。 In Patent Document 1, it is described that the obtained convergent body has flexibility like paper, and as a basis for this, the flexibility of the obtained convergent body is expressed as a mandrel diameter (JIS K5600-5-1). ) And the mandrel diameter is 10 to 15 mm, so that it is excellent in flexibility. However, the mandrel diameter of 10 to 15 mm also indicates that the converging body breaks when wound around a 10 to 15 mm diameter rod. In other words, it means that the convergent body is bent by bending with a radius of curvature of 10 to 15 mm, and a problem still remains in flexibility. Moreover, in the softness | flexibility with a mandrel diameter of 10-15 mm, the convergence body will only receive the tensile stress and the bending stress, and the fiber which comprises a convergence body will occur easily. Since the tensile strength of the cut portion is also impaired, there remains a problem in terms of tensile strength.

特許文献2、3には、静電紡糸法により無機繊維シートを得る旨の記載がある。具体的には、相対湿度を35%以下にすることで繊維の吸湿による影響を小さくし、繊維同士の一体化やフィルム化を抑制し、ある程度の面積を持つ無機繊維シートを得られるとするものである。これは、一般に、焼成前の繊維シートは、湿度に対して敏感で、繊維表面が溶解することもありうるため、調湿によってこれを回避するものである。しかし、ある程度の面積を持つ無機繊維を得られることと、得られた無機繊維シートが柔軟性を有するかどうかはまた別の問題であって、これらの文献には得られた無機繊維シートの柔軟性等の性能については何ら示されていない。 Patent Documents 2 and 3 describe that an inorganic fiber sheet is obtained by an electrostatic spinning method. Specifically, by setting the relative humidity to 35% or less, it is possible to reduce the influence of moisture absorption of fibers, suppress the integration of fibers and film formation, and obtain an inorganic fiber sheet having a certain area. It is. In general, the fiber sheet before firing is sensitive to humidity, and the fiber surface may be dissolved. However, it is another problem that inorganic fibers having a certain area can be obtained and whether or not the obtained inorganic fiber sheets have flexibility, and these documents describe the flexibility of the obtained inorganic fiber sheets. There is no indication of performance such as sex.

すなわち、得られた金属酸化物を主成分とするナノファイバー不織布の取り扱いの観点からは、単にナノファイバー不織布として成立しているだけでは足りず、不織布が十分な柔軟性、引張強力、曲げ応力に対して折れ難い等の性能を備えているかについて考慮する必要がある。また、上記性能を有する不織布により、かかる不織布性能を利用した種々の用途向けの商品に加工できる。 In other words, from the viewpoint of handling of the nanofiber nonwoven fabric mainly composed of the obtained metal oxide, it is not sufficient to simply establish it as a nanofiber nonwoven fabric, and the nonwoven fabric has sufficient flexibility, tensile strength, and bending stress. On the other hand, it is necessary to consider whether it has a performance such as being hard to break. Moreover, it can process into the goods for various uses using this nonwoven fabric performance with the nonwoven fabric which has the said performance.

そこで、本発明者は鋭意研究の結果、紡糸原液の粘性に着目することにより、引張強力を維持しつつ柔軟性が向上した金属酸化物を主成分とするナノファイバー不織布を得られることを見出した。 Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have found that a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of a metal oxide having improved flexibility while maintaining tensile strength can be obtained by paying attention to the viscosity of the spinning dope. .

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、柔軟性及び引張強力に優れる金属酸化物を主成分とするナノファイバー不織布を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the nanofiber nonwoven fabric which has a metal oxide which is excellent in a softness | flexibility and tensile strength as a main component.

本発明の一形態に係るナノファイバー不織布は、金属酸化物を主成分とし繊維径が0.2μm〜1.0μmであるナノファイバーを主体とするナノファイバー不織布であって、 曲げ剛性値が0.01〜0.05×10−4NM/mであり、曲げヒステリシス値が0.01〜0.20×10−2NM/mであることにより上記課題を解決する。 A nanofiber nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention is a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of a nanofiber having a metal oxide as a main component and a fiber diameter of 0.2 μm to 1.0 μm, and has a flexural rigidity value of 0.00. The above-mentioned problem is solved by being 01 to 0.05 × 10 −4 NM 2 / m and the bending hysteresis value being 0.01 to 0.20 × 10 −2 NM / m.

一般に、ナノファイバーの繊維径は細いほど不織布の柔軟性に寄与するが、あまり細いと引張強度が小さくなり過ぎるので好ましくなく、あまり太いと引張強度は大きくなるが柔軟性を損なう畏れが生じる。そこで、引張強度と柔軟性を十分に備えた繊維径として300〜700nmの範囲とする。 Generally, the thinner the fiber diameter of the nanofiber, the more contributes to the flexibility of the nonwoven fabric. However, if the fiber diameter is too thin, the tensile strength becomes too small, which is not preferable. If it is too thick, the tensile strength increases but the flexibility is impaired. Therefore, the fiber diameter having sufficient tensile strength and flexibility is set in the range of 300 to 700 nm.

また、柔軟性に関し、上述のマンドレル径(JIS K5600−5−1)を測定する方法では、本発明において課題とする不織布の柔軟性の程度まで十分に評価することができないことから、曲げ試験機で曲げ剛性値および曲げヒステリシス値を測定することで柔軟性を評価する。一般に、布帛、紙、糸の曲げ剛性値は0.1×10−4NM/m以上の値を示すことから、曲げ剛性値が0.1×10−4NM/m以下の0.01〜0.05×10−4NM/mであることは、布帛、紙、糸と比較しても柔軟性が大幅に向上しているといえる。 In addition, regarding the flexibility, the method for measuring the mandrel diameter (JIS K5600-5-1) described above cannot sufficiently evaluate the degree of flexibility of the nonwoven fabric, which is the subject of the present invention, and therefore a bending tester. The flexibility is evaluated by measuring the bending stiffness value and the bending hysteresis value. In general, since the bending stiffness value of fabric, paper, and yarn shows a value of 0.1 × 10 −4 NM 2 / m or more, the bending stiffness value is 0.1 × 10 −4 NM 2 / m or less. It can be said that it is 01-0.05 * 10 < -4 > NM < 2 > / m that the softness | flexibility is improving significantly compared with a fabric, paper, and a thread | yarn.

さらに、曲げヒステリシス値は、しわや折り目の付き易さに関係し、一般に、曲げヒステリシス値が0.20×10−2NM/mを超えると、しわや折り目が付き易いといえる。すなわち、0.20×10−2NM/m以下の0.01〜0.20×10−2NM/mの範囲では、折り目が付き難いことを示す Furthermore, the bending hysteresis value is related to the ease of wrinkles and creases, and in general, when the bending hysteresis value exceeds 0.20 × 10 −2 NM / m, it can be said that wrinkles and creases are likely to occur. That is, in the range of 0.20 × 10 -2 NM / m less 0.01~0.20 × 10 -2 NM / m, indicating that hardly marked with folds

本発明の一形態に係るナノファイバー不織布は、前記ナノファイバーの金属酸化物が非晶構造であることにより上記課題を解決する。 The nanofiber nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention solves the above-described problem by the metal oxide of the nanofiber having an amorphous structure.

不織布を形成するナノファイバーを構成する成分の結晶構造をXRD測定すると、焼成の度合いによって結晶の状態が異なることが確認できる。ここで、XRDの測定上、十分な結晶が観測されない状態、換言すると、不織布を形成するナノファイバーを構成する成分の結晶構造が非晶構造であるといえる場合には、上述の優れた曲げ剛性や曲げヒステリシスを有する。すなわち、柔軟性や引張強力に優れるナノファイバー不織布であるといえる。 When the crystal structure of the component constituting the nanofiber forming the nonwoven fabric is measured by XRD, it can be confirmed that the crystal state varies depending on the degree of firing. Here, in the state where sufficient crystals are not observed in the XRD measurement, in other words, when it can be said that the crystal structure of the component constituting the nanofiber forming the nonwoven fabric is an amorphous structure, the above-mentioned excellent bending rigidity And has bending hysteresis. That is, it can be said that it is a nanofiber nonwoven fabric excellent in flexibility and tensile strength.

本発明の一形態に係るナノファイバー不織布は、前記ナノファイバーの金属酸化物の結晶子のサイズが2.4〜11.8nmであることにより上記課題を解決する。 The nanofiber nonwoven fabric which concerns on one form of this invention solves the said subject because the size of the crystallite of the metal oxide of the said nanofiber is 2.4-11.8 nm.

不織布を形成するナノファイバーを構成する成分の結晶構造について、XRDの測定上、結晶化が確認された場合においても、観測された結晶子径が2.4〜11.8nmの場合、上述の場合と同様、柔軟性や引張強力に優れるナノファイバー不織布となる。 For the crystal structure of the components constituting the nanofiber forming the nonwoven fabric, even when crystallization is confirmed in the XRD measurement, the observed crystallite diameter is 2.4 to 11.8 nm, In the same manner as above, the nanofiber nonwoven fabric is excellent in flexibility and tensile strength.

本発明によれば、柔軟性及び強力に優れる金属酸化物を主成分とするナノファイバー不織布を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nanofiber nonwoven fabric which has a metal oxide which is excellent in a softness | flexibility and strength as a main component can be provided.

本発明のナノファイバー不織布の製造に用いる電界紡糸装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrospinning apparatus used for manufacture of the nanofiber nonwoven fabric of this invention. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にポリビニルアルコール(PVA)を用い、700℃で焼成した場合のXRDチャートを示す図である。It is a figure which shows the XRD chart at the time of baking at 700 degreeC about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, using polyvinyl alcohol (PVA) for a spinning aid. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用い、700℃で焼成した場合のXRDチャートを示す図である。It is a figure which shows an XRD chart at the time of baking at 700 degreeC about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, using pullulan as a spinning aid. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用い、900℃で焼成した場合のXRDチャートを示す図である。It is a figure which shows an XRD chart at the time of baking at 900 degreeC about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, using pullulan as a spinning aid. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用い、1000℃で焼成した場合のXRDチャートを示す図である。It is a figure which shows an XRD chart at the time of baking at 1000 degreeC about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, using pullulan as a spinning aid. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用い、1200℃で焼成した場合のXRDチャートを示す図である。It is a figure which shows an XRD chart at the time of baking at 1200 degreeC about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, using pullulan as a spinning aid. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用い、700℃で焼成した場合の繊維表面の電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope。以下、「SEM」と省略する。)写真である。1 is a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as “SEM”) photograph of a fiber surface when an example of the nanofiber nonwoven fabric of the present invention is obtained by using pullulan as a spinning aid and firing at 700 ° C. FIG. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用い、1000℃で焼成した場合の繊維表面のSEM写真である。It is a SEM photograph of the fiber surface at the time of baking at 1000 degreeC about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, using pullulan as a spinning aid. 本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用い、1200℃で焼成した場合の繊維表面のSEM写真である。It is a SEM photograph of the fiber surface at the time of baking at 1200 degreeC about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, using pullulan as a spinning aid. 本発明のナノファイバー不織布の一例の両端を手で把持し、平面方向に伸張させた状態を示す写真である。It is a photograph which shows the state which hold | gripped both ends of an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention by the hand, and was extended | stretched in the plane direction.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明において、ナノファイバー不織布は、次のように得る。金属有機化合物水溶液と紡糸助剤とを混合し、紡糸原液を得る。得られた紡糸原液を電界紡糸法によって紡糸し、前駆体不織布を得る。得られた前駆体不織布を焼成し、不織布を得る。 In the present invention, the nanofiber nonwoven fabric is obtained as follows. A metal organic compound aqueous solution and a spinning aid are mixed to obtain a spinning dope. The obtained spinning dope is spun by electrospinning to obtain a precursor nonwoven fabric. The obtained precursor nonwoven fabric is fired to obtain a nonwoven fabric.

本発明のナノファイバー不織布の主成分である金属酸化物は、Al2O3、SiO2、またはTiO2を用いる。これらの金属酸化物は水溶性ではない。従って、紡糸原液には、Al、Si、Tiを含む金属有機化合物水溶液を使用する。紡糸原液として使用するアルミナ源としては、例えば、オキシ塩化アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシドを用いることができる。シリカ源としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランを用いることができる。チタニア源としては、例えば、チタニウムテトライソプロポキシド、チタンラクテートを用いることができる。ただし、これらに限定されることはなく、それぞれ組成上Al、Si、Tiを含むものであって、水に溶けるものであればよい。 Al 2 O 3 , SiO 2 , or TiO 2 is used as the metal oxide that is the main component of the nanofiber nonwoven fabric of the present invention. These metal oxides are not water soluble. Therefore, a metal organic compound aqueous solution containing Al, Si, and Ti is used as the spinning dope. As the alumina source used as the spinning dope, for example, aluminum oxychloride and aluminum isopropoxide can be used. As the silica source, for example, tetramethoxysilane or tetraethoxysilane can be used. As the titania source, for example, titanium tetraisopropoxide and titanium lactate can be used. However, it is not limited to these, What is necessary is just to contain Al, Si, and Ti on the composition, respectively, and to melt | dissolve in water.

また、これら金属有機化合物の混合水溶液を用いることもできる。例えば、AlとSi、AlとTi、SiとTiの組合せである。2種混合物とする場合、金属酸化物成分の混合比率は重量比で40:60〜60:40とすることが好ましい。 A mixed aqueous solution of these metal organic compounds can also be used. For example, a combination of Al and Si, Al and Ti, or Si and Ti. When setting it as a 2 types mixture, it is preferable that the mixing ratio of a metal oxide component shall be 40: 60-60: 40 by weight ratio.

紡糸助剤としては、紡糸原液の粘度を増加させ、安定に紡糸ができる化合物であればどのようなものでもよい。中でも、曳糸性を有し、焼成時の加熱により分解して残渣を残さない水溶性高分子や水溶性多糖類を好ましく用いることができる。水溶性高分子としてはポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールを挙げることができる。また、水溶性多糖類としてはプルラン、カラギーナン、アルギン酸ナトリウム、トリハロース、ポリグルタミン酸、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アガロースを挙げることができ、中でもプルラン、カラギーナンを好ましく用いることができる。 As the spinning aid, any compound can be used as long as it increases the viscosity of the spinning dope and enables stable spinning. Among these, water-soluble polymers and water-soluble polysaccharides that have spinnability and are not decomposed by heating during firing to leave a residue can be preferably used. Examples of the water-soluble polymer include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, and polyethylene glycol. Examples of water-soluble polysaccharides include pullulan, carrageenan, sodium alginate, trihalose, polyglutamic acid, carboxymethylcellulose (CMC), and agarose. Among them, pullulan and carrageenan can be preferably used.

紡糸助剤としてプルランを使用した紡糸原液は、紡糸の際の延伸性が格段に向上する。延伸性が向上すると、繊維径を細くできることになる。繊維径が細くなると、一般的に、繊維の柔軟性が向上する。また、紡糸の際に延伸されることにより、分子が配列し、引張強力も向上する。従って、柔軟性および引張強力に優れるナノファイバーが得られる。また、柔軟性が向上すると紡糸時の切断が生じにくくなることから、アスペクト比が少なくとも100以上のナノファイバーを得ることができる。 A spinning dope using pullulan as a spinning aid greatly improves the stretchability during spinning. When the stretchability is improved, the fiber diameter can be reduced. Generally, when the fiber diameter is reduced, the flexibility of the fiber is improved. Further, by stretching during spinning, the molecules are aligned and the tensile strength is improved. Therefore, nanofibers excellent in flexibility and tensile strength can be obtained. Further, since the improvement in flexibility makes it difficult for cutting during spinning, nanofibers having an aspect ratio of at least 100 or more can be obtained.

また、乳酸を紡糸助剤として用いることもできる。乳酸は、電界紡糸を行う際、静電反発が大きい場合に好ましく用いることができる。 Lactic acid can also be used as a spinning aid. Lactic acid can be preferably used when electrostatic repulsion is large during electrospinning.

その他、紡糸原液の表面張力が大きい場合には、紡糸原液の表面張力を下げる作用を持つアルコール類、例えば、イソプロピルアルコールを表面張力調整剤として用いると、より安定な紡糸が可能となる。 In addition, when the surface tension of the spinning dope is large, more stable spinning is possible by using an alcohol having an action of lowering the surface tension of the spinning dope, for example, isopropyl alcohol as a surface tension adjusting agent.

本発明のナノファイバー不織布は、電界紡糸法を用いることにより得る。図1に、電界紡糸装置1の模式図を示す。まず、前述の水溶性の金属有機化合物と紡糸助剤とを混合し、紡糸原液2である金属酸化物ゾルを調製する。紡糸原液の濃度が薄い場合には、加熱して濃度を上げる。紡糸原液2を電界紡糸装置1の紡糸原液収容筒3に収容する。紡糸原液収容筒3には、紡糸原液2を紡糸原液収容筒3から押出するための押子4を備える構成とすることが好ましい。紡糸原液収容筒3は、押子4と反対側に紡糸原液2を吐出する為のノズル5を備える。押子4を押圧することで、紡糸原液収容筒3に収容された紡糸原液に圧力がかかり、紡糸原液収容筒3に設けられたノズル5から紡糸原液が吐出される。また、必ずしも押子4を備えていなくとも、紡糸原液が帯電することによる静電気力のみによってノズル5から紡糸原液が吐出し、紡糸可能である。 The nanofiber nonwoven fabric of the present invention is obtained by using an electrospinning method. In FIG. 1, the schematic diagram of the electrospinning apparatus 1 is shown. First, the above-mentioned water-soluble metal organic compound and a spinning aid are mixed to prepare a metal oxide sol that is a spinning dope 2. If the concentration of the spinning dope is low, the concentration is increased by heating. The spinning dope 2 is stored in the spinning dope storage cylinder 3 of the electrospinning apparatus 1. The spinning stock solution storage cylinder 3 preferably includes a pusher 4 for extruding the spinning stock solution 2 from the spinning stock solution storage tube 3. The spinning stock solution storage cylinder 3 includes a nozzle 5 for discharging the spinning stock solution 2 on the side opposite to the presser 4. By pressing the pusher 4, pressure is applied to the spinning solution stored in the spinning solution storage cylinder 3, and the spinning solution is discharged from the nozzle 5 provided in the spinning solution storage cylinder 3. Even if the presser 4 is not necessarily provided, the spinning solution can be discharged from the nozzle 5 only by electrostatic force generated by charging the spinning solution and can be spun.

ノズル5の吐出方向に、ナノファイバー不織布を形成するためのコレクター6を設置する。紡糸原液2とコレクター6は、それぞれ反対の極性になるように印加し帯電させる。すなわち、紡糸原液収容筒3にプラスの電圧を印加する場合は、コレクター6にはマイナス電圧を印加する。また、その逆でもよい。紡糸原液2とコレクター6には、20〜80kvの電圧を印加する。帯電し、ノズル5から吐出された紡糸原液2は静電気力の斥力によって無数の微細な繊維に分裂し、瞬時に溶媒を蒸発させ、微細径の極細繊維7となる。ここで、コレクター6は極細繊維7の飛散方向に極細繊維7を捕集できるように配置する。飛散した極細繊維7はコレクター6に捕集され、コレクター6上に集積する。極細繊維7が集積することと、前駆体不織布が形成されることは同義である。形成された前駆体不織布は、コレクター6から素手で取り外すことができる。コレクター6の形状を適宜変更することにより、得られるナノファイバー不織布の形状を自在に形成することができる。 A collector 6 for forming a nanofiber nonwoven fabric is installed in the discharge direction of the nozzle 5. The spinning dope 2 and the collector 6 are applied and charged so as to have opposite polarities. That is, when a positive voltage is applied to the spinning stock solution storage cylinder 3, a negative voltage is applied to the collector 6. The reverse is also possible. A voltage of 20 to 80 kv is applied to the spinning dope 2 and the collector 6. The spinning dope 2 charged and discharged from the nozzle 5 is split into countless fine fibers by the repulsive force of electrostatic force, and the solvent is instantly evaporated to form ultrafine fibers 7 having a fine diameter. Here, the collector 6 is arranged so that the ultrafine fibers 7 can be collected in the scattering direction of the ultrafine fibers 7. The scattered ultrafine fibers 7 are collected by the collector 6 and accumulated on the collector 6. Accumulation of the ultrafine fibers 7 is synonymous with the formation of the precursor nonwoven fabric. The formed precursor nonwoven fabric can be removed from the collector 6 with bare hands. By appropriately changing the shape of the collector 6, the shape of the obtained nanofiber nonwoven fabric can be freely formed.

次に、得られたナノファイバー前駆体不織布を空気中、電気炉を用いて300〜1200℃で焼成し、金属酸化物を主成分とするナノファイバー不織布を得る。ここで、加熱焼成温度が300℃以下では、焼成が不十分で不織布中に完全に分解されなかった有機物が残留するおそれがあるので好ましくない。また、焼成温度が1200℃以上では、有機物の分解は十分であるが、金属酸化物の結晶化が進み、繊維が脆くなることがあるので好ましくない。そこで、好ましくは300〜1000℃、より好ましくは400〜800℃の範囲で焼成を行う。 Next, the obtained nanofiber precursor nonwoven fabric is fired at 300 to 1200 ° C. in the air using an electric furnace to obtain a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of a metal oxide. Here, it is not preferable that the heating and baking temperature is 300 ° C. or less because baking may be insufficient and organic substances that are not completely decomposed may remain in the nonwoven fabric. In addition, when the firing temperature is 1200 ° C. or higher, the organic matter is sufficiently decomposed, but this is not preferable because the crystallization of the metal oxide proceeds and the fiber may become brittle. Therefore, firing is preferably performed in the range of 300 to 1000 ° C, more preferably in the range of 400 to 800 ° C.

前駆体不織布を焼成することにより、不織布を構成するナノファイバーを構成する成分の結晶化が進み、ナノファイバーの引張強力と耐熱性が向上する。なお、焼成条件によっては、焼成残渣が残る場合もあるが、不織布の主体は金属酸化物を主成分とするナノファイバーである。 By firing the precursor nonwoven fabric, crystallization of components constituting the nanofibers constituting the nonwoven fabric proceeds, and the tensile strength and heat resistance of the nanofibers are improved. In addition, although a baking residue may remain depending on baking conditions, the main body of a nonwoven fabric is the nanofiber which has a metal oxide as a main component.

前駆体不織布の焼成温度とナノファイバーを構成する成分の結晶化との関係、および結晶子径との関係をXRDの測定結果を用いて説明する。なお、ここでは金属酸化物としてアルミナを用いた場合について説明する。 The relationship between the firing temperature of the precursor nonwoven fabric and the crystallization of the components constituting the nanofiber and the relationship with the crystallite diameter will be described using the measurement results of XRD. Here, the case where alumina is used as the metal oxide will be described.

説明に際し、本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にPVAを用い、700℃で焼成した場合のXRDチャートを図2に示して説明する。また、本発明のナノファイバー不織布の一例について、紡糸助剤にプルランを用いた場合のXRDチャートを図3〜図6に示して説明する。なお、図3〜図6は、それぞれ焼成温度が異なり、図3は700℃、図4は900℃、図5は1000℃、図6は1200℃で焼成した場合を示す。 In the description, an example of the nanofiber nonwoven fabric of the present invention will be described with reference to FIG. 2 which shows an XRD chart when PVA is used as a spinning aid and fired at 700 ° C. Moreover, about an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention, the XRD chart at the time of using a pullulan for a spinning aid is shown in FIGS. 3-6, and is demonstrated. 3 to 6 show different firing temperatures, FIG. 3 shows a case of firing at 700 ° C., FIG. 4 shows a firing temperature of 900 ° C., FIG. 5 shows a firing temperature of 1000 ° C., and FIG.

さらに、紡糸助剤にプルランを用いた場合の、不織布を形成するナノファイバーを構成する成分の結晶相および結晶子径を表1〜表3に示して説明する。なお、表1〜表3は、それぞれ焼成温度が異なり、表1は900℃、表2は1000℃、表3は1200℃で焼成した場合を示す。そして、上記図4と表1、図5と表2、図6と表3がそれぞれ対応関係にあり、同じ不織布の場合を示す。以下、それぞれの場合について説明する。 Furthermore, the crystal phase and the crystallite diameter of the component which comprises the nanofiber which forms a nonwoven fabric at the time of using a pullulan for a spinning aid are shown in Table 1-Table 3, and are demonstrated. Tables 1 to 3 have different firing temperatures, Table 1 shows a case of 900 ° C, Table 2 shows a case of 1000 ° C, and Table 3 shows a case of firing at 1200 ° C. And the said FIG. 4 and Table 1, FIG. 5 and Table 2, FIG. 6 and Table 3 have a corresponding relationship, respectively, and shows the case of the same nonwoven fabric. Hereinafter, each case will be described.

図2は、上述のように、紡糸助剤としてPVAを用いて得た前駆体不織布を、700℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布のXRDチャートである。図2から、2θ=67°の位置に弱いピークが確認できるものの、その他の範囲ではピークを確認できず、全体として強いピークは確認できない。よって、ナノファイバー不織布を構成する物質全体における結晶の占める割合が低いことが分かる。これは、非晶構造であることを示すものと考えられる。すなわち、紡糸助剤としてPVAを用い、700℃で焼成した場合のアルミナを主成分とするナノファイバー不織布は、非晶構造であることを示すといえる。 FIG. 2 is an XRD chart of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric obtained by using PVA as a spinning aid at 700 ° C. as described above. From FIG. 2, although a weak peak can be confirmed at a position of 2θ = 67 °, a peak cannot be confirmed in other ranges, and a strong peak as a whole cannot be confirmed. Therefore, it can be seen that the proportion of crystals in the entire material constituting the nanofiber nonwoven fabric is low. This is considered to indicate an amorphous structure. That is, it can be said that the nanofiber nonwoven fabric containing alumina as a main component when PVA is used as a spinning aid and fired at 700 ° C. has an amorphous structure.

図3は、上述のように、紡糸助剤としてプルランを用いた前駆体不織布を、700℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布のXRDチャートである。図3から、2θ=25°付近や2θ=25°から2θ=35°の位置に連続した弱いピークを確認でき、2θ=58°や2θ=62°近辺等の位置にも弱いピークを確認できるが、図2の場合と同様、全体として強いピークは確認できない。よって、紡糸助剤としてプルランを用い、700℃で焼成した場合のアルミナを主成分とするナノファイバー不織布は、非晶構造であることを示すといえる。 FIG. 3 is an XRD chart of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric using pullulan as a spinning aid at 700 ° C. as described above. From FIG. 3, a continuous weak peak can be confirmed in the vicinity of 2θ = 25 ° or at a position of 2θ = 25 ° to 2θ = 35 °, and a weak peak can also be confirmed at a position around 2θ = 58 ° or 2θ = 62 °. However, as in the case of FIG. 2, a strong peak as a whole cannot be confirmed. Therefore, it can be said that the nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina when it is fired at 700 ° C. using pullulan as a spinning aid shows an amorphous structure.

この場合のナノファイバー不織布は、柔軟性や引張強力に優れることが予め確認できているところ、不織布を形成するナノファイバーを構成する成分が非晶構造であることが、ナノファイバーの柔軟性に影響するものと考える。これは、非晶構造の場合、分子の結合がフレキシブルになり、柔軟性を獲得できるものと考えられる。 The nanofiber nonwoven fabric in this case has been confirmed in advance to be excellent in flexibility and tensile strength. However, the component of the nanofiber forming the nonwoven fabric has an amorphous structure, which affects the flexibility of the nanofiber. I think to do. In the case of an amorphous structure, it is considered that molecular bonding becomes flexible and flexibility can be obtained.

図4は、上述のように、紡糸助剤としてプルランを用いて得た前駆体不織布を、900℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布のXRDチャートである。また、表1は、上述のように、この場合の結晶相および結晶子径を示す。 FIG. 4 is an XRD chart of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric obtained using pullulan as a spinning aid at 900 ° C. as described above. Table 1 shows the crystal phase and crystallite diameter in this case as described above.

まず、表1から、結晶相は酸化アルミニウムであることが確認でき、結晶子径は2.41nm〜11.78nm(24.06〜117.80Å)の範囲にある結晶子径の異なる酸化アルミニウムの混合物であることが確認できる。また、図4から、2θ=46°と2θ=68°近辺にピークを確認でき、それからに2θ=37°近辺にもピークを確認できる。しかし、それ以外の範囲では十分に強いピークを確認できないことから、結晶化は完全には進んでいないものと考えられる。 First, it can be confirmed from Table 1 that the crystal phase is aluminum oxide, and the crystallite diameter is in the range of 2.41 nm to 11.78 nm (24.06 to 117.80 mm). It can be confirmed that it is a mixture. Further, from FIG. 4, peaks can be confirmed around 2θ = 46 ° and 2θ = 68 °, and peaks can also be confirmed around 2θ = 37 °. However, since a sufficiently strong peak cannot be confirmed in other ranges, it is considered that crystallization has not progressed completely.

この場合のナノファイバー不織布についても、柔軟性や引張強力に優れることが予め確認できているところ、不織布を形成するナノファイバーを構成する成分の結晶子径が小さいことが、結晶化が完全に進んでいないことと相俟って、優れた柔軟性を獲得できることに影響するものと考えられる。 The nanofiber nonwoven fabric in this case has also been confirmed in advance to be excellent in flexibility and tensile strength. However, the crystallite diameter of the component constituting the nanofiber forming the nonwoven fabric is small, and crystallization proceeds completely. This is thought to affect the ability to obtain excellent flexibility.

図5は、上述のように、紡糸助剤としてプルランを用いて得た前駆体不織布を、1000℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布のXRDチャートである。また、表2は、上述のように、この場合の結晶相および結晶子径を示す。 FIG. 5 is an XRD chart of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric obtained using pullulan as a spinning aid at 1000 ° C. as described above. Table 2 shows the crystal phase and crystallite diameter in this case as described above.

まず、表2から、結晶相がη−アルミナ相とコランダム(α−アルミナ)相の混合相となっていることが確認できる。結晶子径は5.68〜56.91nm(56.81〜569.07Å)の範囲にあることが確認できる。また、図5から、強いピークを示す箇所もコランダム相主体の部分であることが確認できる。900℃で焼成した場合のナノファイバー不織布と比べると、柔軟性は比較的劣っているが、簡単に折れる不織布ではなく、取扱いには問題がない。これは、ナノファイバー不織布を構成するナノファイバーの繊維径が、十分に細いことが影響しているものと考えられる。 First, it can be confirmed from Table 2 that the crystal phase is a mixed phase of η-alumina phase and corundum (α-alumina) phase. It can be confirmed that the crystallite diameter is in the range of 5.68 to 56.91 nm (56.81 to 569.07 mm). Further, it can be confirmed from FIG. 5 that the portion showing a strong peak is also a portion of the corundum phase. Compared with the nanofiber nonwoven fabric fired at 900 ° C., the flexibility is relatively inferior, but it is not a nonwoven fabric that can be easily folded and has no problem in handling. This is thought to be due to the fact that the fiber diameter of the nanofibers constituting the nanofiber nonwoven fabric is sufficiently thin.

図6は、上述のように、紡糸助剤としてプルランを用いて得た前駆体不織布を、1200℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布のXRDチャートである。また、表3は、上述のように、この場合の結晶相および結晶子径を示す。 FIG. 6 is an XRD chart of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric obtained using pullulan as a spinning aid at 1200 ° C. as described above. Table 3 shows the crystal phase and crystallite diameter in this case as described above.

まず、表3から、結晶相は全てコランダム(α−アルミナ)相であり、結晶子径は29.66〜79.64nm(296.57〜796.44Å)の範囲であることが確認できる。これは、完全に結晶化が進んでいるものといえる。また、図6から、結晶相が強いピークを示すことが確認できる。このことはナノファイバーが硬く、脆いことを示している。 First, it can be confirmed from Table 3 that the crystal phases are all corundum (α-alumina) phases and the crystallite diameter is in the range of 29.66 to 79.64 nm (296.57 to 796.44 mm). It can be said that crystallization is completely advanced. Moreover, it can confirm that a crystalline phase shows a strong peak from FIG. This indicates that the nanofiber is hard and brittle.

この場合のナノファイバー不織布は、これまでの場合と比較すると、柔軟性や引張強力は劣ることが予め確認できているところ、結晶化の程度がある程度進行すると、ナノファイバーが硬く、脆くなるものと考えられる。 The nanofiber nonwoven fabric in this case has been confirmed in advance to be inferior in flexibility and tensile strength compared to the conventional cases, and when the degree of crystallization progresses to some extent, the nanofiber becomes hard and brittle. Conceivable.

本発明のナノファイバー不織布の一例の繊維表面のSEM写真を図7〜図9に示す。このうち、図7(a)は、紡糸助剤としてプルランを用いて得た前駆体不織布を、700℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布の繊維表面を5000倍に拡大したSEM写真であり、図7(b)はこれに一部の繊維径について数値表示したものである。図7(c)は、図7(a)、(b)と同様に700℃で焼成して得られたナノファイバー不織布の繊維表面を10000倍に拡大し、一部の繊維径について数値表示したSEM写真である。 The SEM photograph of the fiber surface of an example of the nanofiber nonwoven fabric of this invention is shown in FIGS. Among these, FIG. 7 (a) shows a fiber surface of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric obtained by using pullulan as a spinning aid at 700 ° C. by a factor of 5000. FIG. 7B is an enlarged SEM photograph in which numerical values are displayed for a part of the fiber diameter. FIG.7 (c) expanded the fiber surface of the nanofiber nonwoven fabric obtained by baking at 700 degreeC similarly to FIG.7 (a), (b) by 10000 time, and numerically displayed about some fiber diameters. It is a SEM photograph.

図7(a)〜図7(c)のSEM写真から、少なくとも繊維径0.27μm(270nm)〜0.69μm(690nm)のナノファイバーを確認できる。また、SEM写真中のスケールから換算して、0.97μm(970nm)のナノファイバーをも確認できる。 From the SEM photographs of FIGS. 7A to 7C, nanofibers having a fiber diameter of at least 0.27 μm (270 nm) to 0.69 μm (690 nm) can be confirmed. Moreover, 0.97 micrometer (970 nm) nanofibers can also be confirmed in terms of the scale in the SEM photograph.

図8(a)は、紡糸助剤としてプルランを用いて得た前駆体不織布を、1000℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布の繊維表面を5000倍に拡大し、一部の繊維径について数値表示したSEM写真であり、図8(b)は図8(a)と同じナノファイバー不織布の繊維表面を10000倍に拡大し、一部の繊維径について数値表示したSEM写真である。 FIG. 8 (a) enlarges the fiber surface of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven obtained using pullulan as a spinning aid at 1000 ° C. by a factor of 5000, FIG. 8B is an SEM photograph showing numerical values for a part of the fiber diameters. FIG. 8B is an SEM showing the same nanofiber nonwoven fabric as FIG. It is a photograph.

図8(a)および図8(b)のSEM写真から、少なくとも繊維径0.24μm(240nm)〜0.71μm(710nm)のナノファイバーを確認できる。 From the SEM photographs of FIG. 8A and FIG. 8B, nanofibers having a fiber diameter of at least 0.24 μm (240 nm) to 0.71 μm (710 nm) can be confirmed.

図9(a)は、紡糸助剤としてプルランを用いて得た前駆体不織布を、1200℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布の繊維表面を5000倍に拡大したSEM写真である。また、図9(b)は、図9(a)と同じナノファイバー不織布の繊維表面を10000倍に拡大したSEM写真であり、図9(c)は、これに一部の繊維径について数値表示したSEM写真である。 FIG. 9 (a) is an SEM in which the fiber surface of a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric obtained using pullulan as a spinning aid at 1200 ° C. is magnified 5000 times. It is a photograph. Moreover, FIG.9 (b) is the SEM photograph which expanded the fiber surface of the same nanofiber nonwoven fabric as Fig.9 (a) by 10000 time, and FIG.9 (c) shows numerical display about a part of fiber diameter to this. It is the SEM photograph which was done.

図9(a)〜図9(c)のSEM写真から、少なくとも繊維径0.22μm(220nm)〜0.30μm(300nm)のナノファイバーを確認できる。 From the SEM photographs of FIGS. 9A to 9C, nanofibers having a fiber diameter of at least 0.22 μm (220 nm) to 0.30 μm (300 nm) can be confirmed.

以上より、図7〜図9のSEM写真によれば、繊維径が0.2μm〜1.0μmのナノファイバーを確認できる。また、図7〜図9のSEM写真のすべての写真において、繊維長からアスペクト比を算出したところ、アスペクト比は少なくとも100以上であることが確認できる。 From the above, according to the SEM photographs of FIGS. 7 to 9, nanofibers having a fiber diameter of 0.2 μm to 1.0 μm can be confirmed. Moreover, when the aspect ratio was calculated from the fiber length in all the SEM photographs of FIGS. 7 to 9, it can be confirmed that the aspect ratio is at least 100 or more.

図10に、本発明のナノファイバー不織布の一例のナノファイバー不織布の一端部とこれに対向する他の端部を手で把持し、平面方向に伸張させた状態を示す写真を示す。図10のナノファイバー不織布は、紡糸助剤としてプルランを用いて得た前駆体不織布を、900℃で焼成して得られたアルミナを主成分としたナノファイバー不織布である。ナノファイバー不織布表面にあった皺が完全に無くなるまで、伸張させても、ナノファイバー不織布は、破断することはなかった。すなわち、ナノファイバー不織布は十分な引張強力を有しているといえる。また、また、柔軟性にも優れることから、かかる特性を生かした種々の用途に使用できる商品に加工することができる。 FIG. 10 shows a photograph showing a state in which one end of a nanofiber nonwoven fabric as an example of the nanofiber nonwoven fabric of the present invention and the other end facing the nanofiber nonwoven fabric are gripped by hand and stretched in the plane direction. The nanofiber nonwoven fabric of FIG. 10 is a nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina obtained by firing a precursor nonwoven fabric obtained using pullulan as a spinning aid at 900 ° C. The nanofiber nonwoven fabric did not break even when stretched until the wrinkles on the surface of the nanofiber nonwoven fabric were completely eliminated. That is, it can be said that the nanofiber nonwoven fabric has sufficient tensile strength. Moreover, since it is excellent also in a softness | flexibility, it can process into the goods which can be used for the various uses which utilized this characteristic.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、アルミナを主成分としたナノファイバー不織布を以下、「アルミナナノファイバー不織布」といい、PVAを主成分としたナノファイバー不織布を以下、「PVAナノファイバー不織布」という。 Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. The nanofiber nonwoven fabric mainly composed of alumina is hereinafter referred to as “alumina nanofiber nonwoven fabric”, and the nanofiber nonwoven fabric mainly composed of PVA is hereinafter referred to as “PVA nanofiber nonwoven fabric”.

[実施例1](アルミナナノファイバー不織布;焼成温度700℃)
アルミニウムの水溶性有機金属化合物として、オキシ塩化アルミを11.8g、紡糸助剤としてプルラン0.9gを混合し、紡糸原液を調製した。電解紡糸法により紡糸し、ナノファイバー不織布を得るために、紡糸原液を図1に示す電界紡糸装置と同様の構成の装置を用いた。
[Example 1] (Alumina nanofiber nonwoven fabric; firing temperature 700 ° C.)
As a water-soluble organometallic compound of aluminum, 11.8 g of aluminum oxychloride and 0.9 g of pullulan as a spinning aid were mixed to prepare a spinning dope. In order to perform spinning by electrospinning and obtain a nanofiber nonwoven fabric, an apparatus having the same configuration as the electrospinning apparatus shown in FIG. 1 was used as the spinning dope.

ここで、ノズルとコレクター間の距離は20cm、ノズルとコレクターの間に23kvの電圧を印加したところ、ノズルからコレクターに向かって紡糸原液が吐出され、コレクター上に乾燥した前駆体不織布が集積した。得られた前駆体不織布をコレクターから取り外し、空気中700℃に加熱した電気炉中で1時間加熱焼成し、アルミナナノファイバー不織布を得た。 Here, when the distance between the nozzle and the collector was 20 cm and a voltage of 23 kv was applied between the nozzle and the collector, the spinning stock solution was discharged from the nozzle toward the collector, and the dried precursor nonwoven fabric was accumulated on the collector. The obtained precursor nonwoven fabric was removed from the collector and baked for 1 hour in an electric furnace heated to 700 ° C. in air to obtain an alumina nanofiber nonwoven fabric.

得られたアルミナナノファイバー不織布は非常に柔軟性に富み、かつ、手で引っ張っても破れることがない程度の引張強力を有することが確認できた。 It was confirmed that the obtained alumina nanofiber nonwoven fabric was very flexible and had a tensile strength that would not be torn even if pulled by hand.

[比較例1](PVAナノファイバー不織布)
平均重合度2000、ケン化度98%のPVAを、濃度10wt%の水溶液とし、紡糸原液を調整した。アルミナナノファイバー不織布と同様、電界紡糸法により紡糸するため、アルミナナノファイバー不織布の製造に用いた装置を用い、同条件の処理を行うことにより、前駆体不織布を得た。得られた前駆体不織布を2枚の鉄板に挟んで乾燥機に入れ、200℃で1分間熱処理してPVAナノファイバー不織布を得た。
[Comparative Example 1] (PVA nanofiber nonwoven fabric)
PVA having an average polymerization degree of 2000 and a saponification degree of 98% was made into an aqueous solution having a concentration of 10 wt% to prepare a spinning dope. As with the alumina nanofiber nonwoven fabric, the precursor nonwoven fabric was obtained by performing the same conditions using the apparatus used for the production of the alumina nanofiber nonwoven fabric for spinning by the electrospinning method. The obtained precursor nonwoven fabric was sandwiched between two iron plates, put into a dryer, and heat treated at 200 ° C. for 1 minute to obtain a PVA nanofiber nonwoven fabric.

上記実施例1のアルミナナノファイバー不織布の各種物性を、上記比較例1のPVAナノファイバー不織布、ガラスろ紙およびセルロースろ紙を比較対象として測定した。 Various physical properties of the alumina nanofiber nonwoven fabric of Example 1 were measured using the PVA nanofiber nonwoven fabric, glass filter paper, and cellulose filter paper of Comparative Example 1 as comparative objects.

測定には、以下の試料を用いた。実施例1のアルミナナノファイバー不織布(厚み94〜96μm、目付167g/m2)を試料Aとする。また、比較例1のPVAナノファイバー不織布(厚み45〜53μm、目付6.6g/m2)を試料Bとする。また、試料Cとしてガラスろ紙(Whatman GF/A 、厚み240μm、目付54g/m2)、試料Dとしてセルロースろ紙(ADVANTEC5A 、厚み200μm、目付103g/m2)を用いた。各試料は、幅10mm、長さ20mmの短冊状に切り出した。 The following samples were used for the measurement. Sample A is the alumina nanofiber nonwoven fabric of Example 1 (thickness 94 to 96 μm, basis weight 167 g / m 2 ). Moreover, the PVA nanofiber nonwoven fabric of Comparative Example 1 (thickness: 45 to 53 μm, basis weight: 6.6 g / m 2 ) is designated as sample B. The glass filter paper as a sample C (Whatman GF / A, thickness 240 .mu.m, basis weight 54 g / m 2), using the cellulose filter paper (ADVANTEC5A, thickness 200 [mu] m, basis weight 103 g / m 2) as a sample D. Each sample was cut into a strip shape having a width of 10 mm and a length of 20 mm.

(引張強力の測定)
試料A、試料Bおよび試料Cを用いて、引張強力を測定した。各試料は、幅10mm、長さ20mmの短冊状サンプルとして切り出した。引張強力の測定には、エー・アンド・ディ社製、RTG−1310型テンシロンを用いて、引張速度30mm/minで測定を行った。この測定結果を表4に示す。
(Measurement of tensile strength)
Using Sample A, Sample B and Sample C, the tensile strength was measured. Each sample was cut out as a strip sample having a width of 10 mm and a length of 20 mm. The tensile strength was measured using an RTG-1310 type Tensilon manufactured by A & D Co., Ltd. at a tensile speed of 30 mm / min. The measurement results are shown in Table 4.

表4から、試料Aのアルミナナノファイバー不織布は十分な引張強力を有していることが確認できた。 From Table 4, it was confirmed that the alumina nanofiber nonwoven fabric of Sample A had sufficient tensile strength.

(通気抵抗の測定)
試料A、試料B、試料Cおよび試料Dを用いて、通気抵抗を測定した。通気抵抗の測定には、カトーテック社製試験機、KES−F8−APIを用いた。通気抵抗の測定は、各試料について1枚および2枚重ねで行った。この測定結果を表5に示す。
(Measurement of ventilation resistance)
Using Sample A, Sample B, Sample C, and Sample D, the airflow resistance was measured. For the measurement of the ventilation resistance, a testing machine manufactured by Kato Tech Co., Ltd., KES-F8-API was used. The measurement of the airflow resistance was performed for each sample with one sheet and two sheets. The measurement results are shown in Table 5.

表5の測定結果から、アルミナナノファイバー不織布(試料A)の通気抵抗が小さいことが確認できた。 From the measurement results in Table 5, it was confirmed that the ventilation resistance of the alumina nanofiber nonwoven fabric (Sample A) was small.

[実施例2](アルミナナノファイバー不織布;焼成温度1000℃)
1000℃に加熱した電気炉中で1時間焼成した以外は実施例1と同様の方法でアルミナナノファイバー不織布を得た。実施例2のアルミナナノファイバー不織布(厚み94〜96μm、目付167g/m2)を試料Eとする。
[Example 2] (Alumina nanofiber nonwoven fabric; firing temperature 1000 ° C.)
An alumina nanofiber nonwoven fabric was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was fired in an electric furnace heated to 1000 ° C. for 1 hour. Sample A is the alumina nanofiber nonwoven fabric of Example 2 (thickness 94 to 96 μm, basis weight 167 g / m 2 ).

(柔軟性の測定)
試料A,試料B、試料C、試料Dおよび試料Eを用いて、柔軟性を測定した。柔軟性は、曲げ剛性について測定した。曲げ剛性の測定には、カトーテック社製自動化純曲げ試験機、KES−FB2−AUTO−Aを用いた。この測定結果を表6に示す。
(Measurement of flexibility)
Using Sample A, Sample B, Sample C, Sample D, and Sample E, the flexibility was measured. Flexibility was measured in terms of bending stiffness. For measurement of bending rigidity, an automated pure bending tester, KES-FB2-AUTO-A, manufactured by Kato Tech Co., Ltd. was used. The measurement results are shown in Table 6.

曲げ剛性は、値が大きいほど曲げ難く、曲げヒステリシスは、値が大きいほど回復性が悪いことを示す(Nmはトルク)。布帛の場合、曲げ剛性値が1.0×10−4NM/m以下、曲げヒステリシスが0.20×10−2NM/m以下のものは稀である。この点に鑑みると、表6から、試料Aのアルミナナノファイバー不織布は、極めて高い柔軟性を備えることが確認でき、曲げヒステリシス値の低さから、折り目もつき難いことが確認できた。一方、試料Eのアルミナナノファイバー不織布は、試料Aと比較すると曲げ剛性値は大きくなっているが、十分な柔軟性を備えることが確認できた。ただし、曲げヒステリシス値が0.1×10−2NM/mを超えているため、試料Aと比較するとしわや折り目が付き易いといえることが確認できた。 The larger the value is, the more difficult the bending rigidity is to bend, and the larger the value is, the lower the hysteresis is, the lower the recovery is (Nm is torque). In the case of a fabric, it is rare that the bending rigidity value is 1.0 × 10 −4 NM 2 / m or less and the bending hysteresis is 0.20 × 10 −2 NM / m or less. In view of this point, from Table 6, it was confirmed that the alumina nanofiber nonwoven fabric of Sample A was provided with extremely high flexibility, and it was confirmed that it was difficult to bend due to the low bending hysteresis value. On the other hand, the alumina nanofiber nonwoven fabric of Sample E has a larger bending rigidity value than Sample A, but it has been confirmed that it has sufficient flexibility. However, since the bending hysteresis value exceeded 0.1 × 10 −2 NM / m, it was confirmed that it was easy to be wrinkled or creased as compared with Sample A.

金属酸化物は、もともと上述のように耐熱性、断熱性、高温雰囲気での寸法安定性等の優れた特性を備えるところ、本発明のナノファイバー不織布はこれに加えて、極めて柔軟性に優れ、かつ、引張強度も優れ、気体を透過させた時の通気抵抗も低いため、種々の用途向け商品に加工できる。とりわけ、優れた耐熱性およびナノファイバーの比表面積が大きいという特性を利用する技術分野、例えば、断熱材、防音材、吸着材、フィルター、触媒担体などの用途、排ガスフィルターや防塵マスクなど種々の分野への用途展開が期待できる。 The metal oxide originally has excellent properties such as heat resistance, heat insulation, and dimensional stability in a high temperature atmosphere as described above, and in addition to this, the nanofiber nonwoven fabric of the present invention is extremely excellent in flexibility, In addition, since it has excellent tensile strength and low ventilation resistance when gas is permeated, it can be processed into products for various applications. In particular, technical fields that utilize the characteristics of excellent heat resistance and large specific surface area of nanofibers, such as heat insulating materials, soundproofing materials, adsorbents, filters, catalyst carriers, various fields such as exhaust gas filters and dust masks Application expansion to can be expected.

1 …… 電界紡糸装置
2 …… 紡糸原液
3 …… 紡糸原液収容筒
4 …… 押子
5 …… ノズル
6 …… コレクター
7 …… 極細繊維
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrospinning apparatus 2 ... Spinning stock solution 3 ... Spinning stock solution storage cylinder 4 ... Pusher 5 ... Nozzle 6 ... Collector 7 ... Extra fine fiber

Claims (3)

金属酸化物を主成分とし繊維径が0.2μm〜1.0μmであるナノファイバーを主体とするナノファイバー不織布であって、
曲げ剛性値が0.01〜0.05×10−4NM/mであり、曲げヒステリシス値が0.01〜0.20×10−2NM/mであることを特徴とするナノファイバー不織布。
A nanofiber nonwoven fabric mainly composed of nanofibers having a metal oxide as a main component and a fiber diameter of 0.2 μm to 1.0 μm,
Nanofiber nonwoven fabric characterized by a bending stiffness value of 0.01 to 0.05 × 10 −4 NM 2 / m and a bending hysteresis value of 0.01 to 0.20 × 10 −2 NM / m. .
前記ナノファイバーを構成する成分が非晶構造であることを特徴とする請求項1記載のナノファイバー不織布。   The nanofiber nonwoven fabric according to claim 1, wherein the component constituting the nanofiber has an amorphous structure. 前記ナノファイバーを構成する成分の結晶子径が2.4〜11.8nmであることを特徴とする請求項1記載のナノファイバー不織布。   The nanofiber nonwoven fabric according to claim 1, wherein a crystallite diameter of a component constituting the nanofiber is 2.4 to 11.8 nm.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017053078A (en) * 2015-09-10 2017-03-16 国立大学法人信州大学 Alumina fiber, alumina fiber sheet, alumina fiber-organic resin composite sheet and manufacturing method of alumina fiber
CN111893638A (en) * 2020-07-30 2020-11-06 新材料与产业技术北京研究院金华分院 Preparation method of electrostatic nano-grade fiber non-woven fabric with antibacterial and antivirus functions and application of electrostatic nano-grade fiber non-woven fabric in protective mask

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