JP2018193658A5 - - Google Patents
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Description
このナノファイバ製造の生産性を高めることを目的として、多数の企業や研究機関において、ナノファイバ製造の生産性を向上させるための技術開発が行われている。
例えば、電界解紡糸装置の紡糸能力を向上させるために、ノズルの近傍から、該ノズルに沿うように空気流を噴射させることで、該ノズルからの溶液の吐出を促進させる技術が知られている(特許文献1)。
例えば、電界解紡糸装置の紡糸能力を向上させるために、ノズルの近傍から、該ノズルに沿うように空気流を噴射させることで、該ノズルからの溶液の吐出を促進させる技術が知られている(特許文献1)。
本発明は、前記の電界紡糸装置を用いてナノファイバを製造するナノファイバの製造方法であって、前記電圧発生部により前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させ且つ前記第1空気流噴射口及び前記第2空気流噴射口のそれぞれから空気流を噴射させた状態下に、前記原料噴射部に前記原料液を供給して前記ノズルから噴射させ、噴射させた前記原料液から生じたナノファイバを捕集する、ナノファイバの製造方法を提供するものである。
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の電界紡糸装置の一実施形態であるナノファイバ製造装置の概略図が示されている。本実施形態のナノファイバ製造装置1は、基本的にはESD(Electro−Spray Deposition)と高速噴出気流(ジェット)を組み合わせたジェットESD法を採用したものである。製造装置1は、ナノファイバ製造用の原料液を噴射する導電性のノズル21を備えた原料噴射部2と、ノズル21と電気的に絶縁して配置された凹曲面3fを有する電極3と、ノズル21と電極3の間に電圧を発生させる電圧発生部4と、第1空気流噴射口5と、第2空気流噴射口6とを備えている。
図1は、本発明の電界紡糸装置の一実施形態であるナノファイバ製造装置の概略図が示されている。本実施形態のナノファイバ製造装置1は、基本的にはESD(Electro−Spray Deposition)と高速噴出気流(ジェット)を組み合わせたジェットESD法を採用したものである。製造装置1は、ナノファイバ製造用の原料液を噴射する導電性のノズル21を備えた原料噴射部2と、ノズル21と電気的に絶縁して配置された凹曲面3fを有する電極3と、ノズル21と電極3の間に電圧を発生させる電圧発生部4と、第1空気流噴射口5と、第2空気流噴射口6とを備えている。
本発明の電界紡糸装置においては、第1空気流噴射口5及び第2空気流噴射口6から空気流A1,空気流A2を噴射することによって、捕集用電極(電極表面)81とノズル21の先端との距離(最短距離)を、比較的大きくしても、ナノファイバ等の紡糸繊維が捕集部8に効率的に搬送される。捕集用電極(電極表面)81とノズル21の先端との距離(最短距離)は、例えば100mm以上2000mm以下であり、好ましくは500mm以上1500mm以下である。
本発明の電界紡糸装置でナノファイバを製造する場合、該ナノファイバは、その太さを円相当直径で表した場合、一般に10nm以上3000nm以下、特に10nm以上1000nm以下のものである。ナノファイバの太さは、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)観察によって測定することができる。
本発明の電界紡糸装置を使用して製造したナノファイバは、それを集積させたナノファイバ成型体として各種の目的に使用することができる。成型体の形状としては、シート、綿(わた)状体、糸状体などが例示される。ナノファイバ成型体は他のシートと積層したり、各種の液体、微粒子、ファイバなどを含有させたりして使用してもよい。ナノファイバシートは、例えば医療目的や、美容目的等の非医療目的でヒトの肌、歯、歯茎等に付着されるシートとして好適に用いられる。また、高集塵性でかつ低圧損の高性能フィルタ、高電流密度での使用が可能な電池用セパレータ、高空孔構造を有する細胞培養用基材等としても好適に用いられる。ナノファイバの綿状体は防音材や断熱材等として好適に用いられる。
原料液としては、化粧品用プルラン(株式会社林原)17.1%、95度エタノール(和光純薬工業株式会社)10.2%、及びイオン交換水(オルガノ株式会社製純水器G−10型通過水道水)72.7%の混合溶液を用いた。
ノズル21に原料液をシリンジポンプにて定量を送液した。ノズル21から噴射する原料液の吐出量は20mL/hに設定した。ノズル21の内径は0.3mm、長さは10mmであった。また、第1空気流噴射口5の総面積は7.07mm2であり、第1空気流噴射口5から噴射する空気流A1の流量は50L/min(風速118m/sec)に設定し、第2空気流噴射口6の総面積は7.07mm2であり、第2空気流噴射口6から噴射する空気流A2の流量は150L/min(風速354m/sec)に設定した。ノズル21の先端21aと電極3との距離(最短距離)は35mmとし、ノズル21の先端21aと捕集用電極(電極表面)との距離(最短距離)は900mmとした。そして、ノズル21と電極3の間に30kVの電圧を印加し、紡糸をおこなった。捕集部8上の捕集物を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって繊維を5000倍に拡大して観察したところ、平均繊維径が直径800nmのナノファイバが形成されていた。また、以下の基準により繊維切れの発生の有無を評価した。結果を表1に示した。尚、製造環境は、室温25℃で、湿度30%RHであった。
〔評価基準〕
繊維切れ有り:走査型電子顕微鏡(SEM)画像観察によって、繊維を50倍に拡大して観察し、拡大画像中に繊維の端部が見られれば繊維切れ有りとした。
繊維切れ無し:走査型電子顕微鏡(SEM)画像観察によって、繊維を50倍に拡大して観察し、拡大画像中に繊維の端部が見られなければ繊維切れ無しとした。
ノズル21に原料液をシリンジポンプにて定量を送液した。ノズル21から噴射する原料液の吐出量は20mL/hに設定した。ノズル21の内径は0.3mm、長さは10mmであった。また、第1空気流噴射口5の総面積は7.07mm2であり、第1空気流噴射口5から噴射する空気流A1の流量は50L/min(風速118m/sec)に設定し、第2空気流噴射口6の総面積は7.07mm2であり、第2空気流噴射口6から噴射する空気流A2の流量は150L/min(風速354m/sec)に設定した。ノズル21の先端21aと電極3との距離(最短距離)は35mmとし、ノズル21の先端21aと捕集用電極(電極表面)との距離(最短距離)は900mmとした。そして、ノズル21と電極3の間に30kVの電圧を印加し、紡糸をおこなった。捕集部8上の捕集物を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって繊維を5000倍に拡大して観察したところ、平均繊維径が直径800nmのナノファイバが形成されていた。また、以下の基準により繊維切れの発生の有無を評価した。結果を表1に示した。尚、製造環境は、室温25℃で、湿度30%RHであった。
〔評価基準〕
繊維切れ有り:走査型電子顕微鏡(SEM)画像観察によって、繊維を50倍に拡大して観察し、拡大画像中に繊維の端部が見られれば繊維切れ有りとした。
繊維切れ無し:走査型電子顕微鏡(SEM)画像観察によって、繊維を50倍に拡大して観察し、拡大画像中に繊維の端部が見られなければ繊維切れ無しとした。
Claims (7)
- 原料液を噴射する導電性のノズルを備えた原料噴射部と、
前記ノズルと電気的に絶縁して配置された凹曲面を有する電極と、
前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させる電圧発生部とを備えた電界紡糸装置であって、
前記ノズルが延びる方向と直交する方向における、前記ノズルと前記電極の間又は前記電極の配置位置に第1空気流噴射口を備えており、第1空気流噴射口より外側であって且つ前記電極の配置位置又はそれより外側に第2空気流噴射口を備えている、電界紡糸装置。 - 前記ノズルが延びる方向と平行な前後方向において、第2空気流噴射口が、第1空気流噴射口より原料液吐出方向における前方に位置する、請求項1に記載の電界紡糸装置。
- 前記ノズルが延びる方向と平行な前後方向において、第1空気流噴射口が、前記ノズルの先端より後方に位置し、第2空気流噴射口が、該ノズルの先端より前方に位置する、請求項1又は2に記載の電界紡糸装置。
- 第1空気流噴射口と第2空気流噴射口とが、前記ノズルを囲み、中心を共有し直径が相異なる同心円上に配されている、請求項1〜3の何れか1項に記載の電界紡糸装置。
- 第1空気流噴射口及び第2空気流噴射口が、それぞれ、前記ノズルを中心とする同心円上に、所定の角度間隔を隔てて複数形成されている、請求項1〜4の何れか1項に記載の電界紡糸装置。
- 前記ノズルの先端と第1空気流噴射口とを結ぶ直線と、該ノズルの中心線とのなす角度θ3が、15度以上45度以下であり、前記ノズルの先端と第2空気流噴射口とを結ぶ直線と、該ノズルの中心線とのなす角度θ4が、60度以上120度以下である、請求項1〜5の何れか1項に記載の電界紡糸装置。
- 請求項1〜6の何れか1項に記載の電界紡糸装置を用いてナノファイバを製造するナノファイバの製造方法であって、
前記電圧発生部により前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させ且つ前記第1空気流噴射口及び前記第2空気流噴射口のそれぞれから空気流を噴射させた状態下に、前記原料噴射部に前記原料液を供給して前記ノズルから噴射させ、噴射させた前記原料液から生じたナノファイバを捕集する、ナノファイバの製造方法。
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