JP2018193658A5

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Publication number: JP2018193658A5
Application number: JP2017101191A
Authority: JP
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2037-05-22

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）。

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−ＳｐｒａｙＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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７．０７ｍｍ^２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７．０７ｍｍ^２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

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。