JP2022001688A - 繊維シート、電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 - Google Patents
繊維シート、電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022001688A JP2022001688A JP2021099059A JP2021099059A JP2022001688A JP 2022001688 A JP2022001688 A JP 2022001688A JP 2021099059 A JP2021099059 A JP 2021099059A JP 2021099059 A JP2021099059 A JP 2021099059A JP 2022001688 A JP2022001688 A JP 2022001688A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- nozzle
- fibers
- fiber sheet
- resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
- D01D5/0023—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer melt
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
- D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
- D01D5/0038—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion the fibre formed by solvent evaporation, i.e. dry electro-spinning
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
- D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/04—Dry spinning methods
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/08—Melt spinning methods
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/12—Stretch-spinning methods
- D01D5/14—Stretch-spinning methods with flowing liquid or gaseous stretching media, e.g. solution-blowing
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
- D04H1/4282—Addition polymers
- D04H1/4291—Olefin series
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
- D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
- D04H1/43835—Mixed fibres, e.g. at least two chemically different fibres or fibre blends
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
- D04H1/4391—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece characterised by the shape of the fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
- D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
- D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
- D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
- D04H1/732—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by fluid current, e.g. air-lay
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
- D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2321/00—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D10B2321/02—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds polyolefins
- D10B2321/022—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds polyolefins polypropylene
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
Abstract
Description
前記電界紡糸装置は、樹脂を含む原料液を吐出する複数のノズルと、該原料液に電荷を付与するための複数の電源とを備えることが好ましい。
前記電界紡糸装置は、前記各ノズルから吐出される原料液に対して異なる電荷が付与されるように前記各電源が接続されていることが好ましい。
前記繊維シートは、長繊維である第1繊維と、長繊維であり且つ該第1繊維とは異なる第2繊維とを含む長繊維不織布からなることが好ましい。
前記繊維シートは、該繊維シートの繊維径分布及び繊維本数の頻度に基づくヒストグラムにおいて、第1繊維と第2繊維とを含む繊維径分布のピークを示すことが好ましい。
前記繊維シートは、前記のピークが示す繊維径の位置において、第2繊維の繊維本数の頻度に対する第1繊維の繊維本数の頻度の比P1(第1繊維/第2繊維)が0.01以上100以下であることが好ましい。
これに加えて、又はこれに代えて、前記繊維シートは、繊維径分布のピークを2つ以上示すことが好ましい。
前記繊維シートは、繊維径3μm超の範囲で最も大きいピークにおける第2繊維の繊維本数の頻度に対する、繊維径が3μm以下の範囲で最も大きいピークにおける第1繊維の繊維本数の頻度の比P2(3mm以下/3mm超)が1以上1000以下であることが好ましい。
本発明の他の特徴は、請求の範囲および以下の説明から明らかになるであろう。
また本発明によれば、複数種類の繊維を混在状態で含有した繊維シートが提供される。
本明細書において数値の上限値若しくは下限値又は上下限値が規定されている場合、上限値及び下限値そのものの値も含まれる。また特に明示がなくても、数値の上限値以下若しくは下限値以上又は上下限値の範囲内におけるすべての数値又は数値範囲が記載されているものと解釈される。
本明細書において、「a」及び「an」等は、一又はそれ以上の意味に解釈される。
本明細書における上述の開示及び以下の開示に照らせば、本発明の様々な変更形態や改変形態が可能であることが理解される。したがって、請求の範囲の記載に基づく技術的範囲内において、本明細書に明記されていない実施形態についても本発明の実施が可能であると理解すべきである。
上述の特許文献及び以下の特許文献の記載内容は、それらのすべてが本明細書の内容の一部として本明細書に組み入れられる。
本願は、2020年6月19日に出願された日本国特許出願2020−106182号に基づく優先権を主張する出願であり、日本国特許出願2020−106182号の記載内容は、そのすべてが、本明細書の一部として本明細書に組み入れられる。
繊維シートを長繊維によって構成することによって、長繊維どうしが絡み合うことによって該シートからの繊維抜けを防止して、シート強度が維持されたものとなる。
電界紡糸とは、高電圧が印加されている状態で繊維の原料となる樹脂を含む溶液又は溶融液を電界中へ吐出することによって、吐出された液が細長く引き伸ばされ、細径の繊維を形成することができる方法である。
繊維シートの好適な製造方法として電界紡糸法を採用することによって、メルトブロー法と比較して、繊維長が長い繊維が得られやすく、且つ繊維どうしの融着点が少ないシートが得られやすい。これによって、長繊維どうしが絡み合うことによって該シートからの繊維抜けを防止できるとともに、繊維の動きの自由度が高くなるので、嵩高さや高い細孔容量を発現しやすい。その結果、通気性が良好であり且つ風合いが良好なシートを得ることができる。
繊維長は、例えば、繊維の交絡体からピンセット等を用いて任意の1本の繊維を取り出し、取り出した繊維の長さを直尺等で計測する方法や、走査型電子顕微鏡(SEM)又はデジタルマイクロスコープを用いて、繊維交絡体における繊維長10cm以上の範囲を複数に分割して撮影した後に、それらの画像を合成・貼り合わせることで広視野高解像度を生成し、繊維1本の長さをトレースする方法で測定される。
なお、本開示の繊維シートは、その製造にあたり長繊維以外の繊維を用いずに構成されたものであるが、長繊維でない繊維が不可避的に含まれていることは許容される。
長繊維でない繊維が不可避的に含まれる場合、繊維シートにおける含有量は、100本以上の構成繊維を測定対象とした本数基準で、好ましくは0%以上10%以下、より好ましくは5%以下、更に好ましくは非含有である。
測定する繊維シートが原反形態であれば幅方向、枚葉形態であれば全体に対して15点以上に分割し、その中央部分を測定サンプルとして切り出す。
その後、切り出した繊維シートを外力のかからない自然状態に静置し、フェザー安全剃刀株式会社製の片刃(品番FAS−10)を使用して繊維シートを所定の面積(例えば2cm×2cm)となるように切断する。その後、所定の面積に切断した繊維シートの質量を測定し、該質量を面積で除する。
これを測定サンプル15枚について行い、以下の式(a)によってばらつき(%)を求める。
ばらつき(%)=(測定サンプルの標準偏差/測定サンプルの平均値)×100 ・・・式(a)
(A)長繊維である第1繊維を含む第1繊維群と、長繊維である第2繊維を含む第2繊維群とを備え、繊維径分布のピークを少なくとも2つ有する繊維シート。本態様では、第1繊維と第2繊維とは繊維径分布が異なることによって、繊維の種類が異なっていると判断される。
(B)長繊維である第1繊維を含む第1繊維群と、長繊維である第2繊維を含む第2繊維群とを備え、繊維径分布のピークを少なくとも1つ有する繊維シート。本態様では、第1繊維と第2繊維とは繊維径分布以外の点で繊維の種類が異なる。
(C)1種類の長繊維のみから構成された繊維シート。
つまり、繊維シートを構成する長繊維どうしを比較したときに、各繊維の繊維径分布、各繊維の構成樹脂の種類及び含有量、並びに添加剤の種類及び含有量のうち少なくとも一つが異なるものは「繊維の種類が異なる」とし、各繊維の繊維径、各繊維の構成樹脂の種類及び含有量、並びに添加剤の種類及び含有量がすべて同じである場合は、「繊維の種類が同じ」とする。
所望の特性とは、親水性や疎水性等が挙げられるが、これらに限られない。
この繊維径分布のピークは1つ又は2つ以上観察され、好ましくは、該ピークは1つのみであるか、又は該ピークが2つのみである。
繊維径分布のピークは、繊維径が3μm未満である位置に少なくとも1つ観察されることが好ましい。
このような繊維径分布のピークを有する繊維シートの構成及びその製造方法は後述する。
まず、繊維径分布のピーク位置を求めるための繊維径及び繊維本数を測定する。繊維径及び繊維本数は、繊維シート全体を対象として、SEM観察によって、繊維を例えば2000倍に拡大して観察し、その二次元画像から導出する。繊維の本数は、得られた二次元画像の範囲で連続している繊維を1本として計測する。そして、繊維径の測定においては、SEM観察によって得られた矩形の二次元画像において、仮想対角線を引き、その仮想対角線と繊維が交差した位置での繊維径を対象として、繊維の塊、繊維の交差部分、ポリマー液滴といった欠陥を除いた繊維における繊維の長手方向に直交する線を引いたときの最大差し渡し長さを読み取った値を繊維径とする。なお、本測定は繊維径の測定数が100個以上になるまでSEM観察の位置を変えて繰り返し観察を行う。
ヒストグラムの作成には、x軸を繊維径(μm)を、10を底とする対数スケール上にプロットし、y軸は頻度の百分率とする。x軸上において、繊維径0.1(=10−1)μmから、繊維径50.1(=101.7)μmまでを、対数スケール上で均等に27分割してヒストグラムを作成する。そして、ある分割区間における代表繊維径は、分割区間のx軸の最小値と最大値との相乗平均の値とする。
詳細には、以下の方法で判定する。まず、測定対象となる繊維シートに対して、例えばSEM又は原子間力顕微鏡(AFM)を用いて繊維を2000倍に拡大して観察するとともに、元素マッピング分析又は各種物性のマッピング分析を行い、得られたマッピング分析結果から、繊維シートを構成する繊維の種類を区別する。
上述した分析によって得られたマッピングの状態において、特定の元素を含む繊維と含まない繊維とが存在するか、もしくは特定の元素によるマッピング状態が繊維どうしで異なると確認されるか、又は、AFM観察において測定される探針と繊維との吸着力、もしくは繊維の硬さが異なる繊維が存在すると確認される場合、繊維の種類が異なると判定する。一方、マッピングの状態において、測定対象となる繊維が同じ元素を同等の割合で含有し、且つAFM観察において測定される探針と繊維との吸着力、及び繊維の硬さが同等であると確認される場合、繊維の種類が同一であると判定する。
上述のマッピング分析で繊維の種類が異なると判定された場合、同一の種類で構成された繊維の集合体を一つの繊維群とし、繊維シート中に複数の繊維群が存在すると判定する。
そして、上述の方法で繊維径を測定してヒストグラムを作成し、繊維径分布から繊維径分布のピークを示す繊維径の位置を算出する。
繊維径分布のピークが1つ観察される場合には、第1繊維及び第2繊維の繊維径及びその分布が同等であるので、当該ピーク位置の値の繊維径を有する繊維を対象として、上述したマッピング分析を行って、繊維の異同を分類する。繊維の種類が異なると判定された場合、一方を第1繊維、他方を第2繊維とし、各繊維の本数の頻度を算出し、ピーク高さに対する各繊維の頻度の比P1を算出する。このようなピークが観察され且つ比P1が例えば後述する値となる形態は、典型的には上述した(B)の態様に包含される。
繊維径分布のピークが2つ以上観察される場合には、第1繊維及び第2繊維の繊維径及びその分布が異なっているので、ヒストグラムにおける繊維径が3μm以下の範囲で最も高さが大きいピークを第1繊維に由来するピークとし、繊維径3μm超の範囲で最も高さが大きいピークを第2繊維に由来するピークとする。そして、これらのピーク高さに基づいて本数頻度の比P2を算出する。このようなピークが観察される形態は、典型的には上述した(A)の態様に包含される。
頻度の比P1、P2の詳細は後述する。
詳細には、上述したヒストグラムによって示される繊維径分布のピークが1つのみ観察される場合、当該ピークが示す繊維径の位置において、第2繊維の繊維本数の頻度に対する第1繊維の繊維本数の頻度の比P1(第1繊維/第2繊維)が、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.5以上である。
また比P1は、好ましくは100以下、より好ましくは80以下、更に好ましくは50以下である。
これらの頻度の比P1は、繊維シートにおける各繊維の混在の度合いを示すものである。したがって、比P1が上述の範囲となっていることによって、第一繊維および第二繊維に由来するそれぞれの物理的な性質の両方が均一に表れやすくなり、所望の物性を有する繊維シートを効率的に得ることができる。
これらの頻度の比P2は、上述した比P1と同様に、繊維シートにおける各繊維の混在の度合いを示すものである。したがって、比P2が上述の範囲となっていることによって、第一繊維の繊維径に由来する物理的な性質(例えば、毛管力)と第二繊維の繊維径に由来する物理的な性質(例えば、繊維強度)の両方が効果的に且つ均一に発現させることができ、所望の物性を有する繊維シートを効率的に得ることができる。
同様に、上述の頻度の比P2は、繊維シートの一方の面及び他方の面のうち少なくとも一方が上述した範囲を満たせば良く、シートの構成繊維をシート中に均一に存在させる観点から、繊維シートの一方の面及び他方の面の双方において、上述の頻度の比P2を満たすことが好ましい。
測定対象の繊維シートについて、シート片の中央部分の一方の面と他方の面とを、上述した繊維径の測定及びヒストグラムの作成に供する。
A/B≧1.0×102 (X)
(前記式中、Aは50℃における前記繊維シートの樹脂溶融液の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示し、Bは前記樹脂の融点よりも50℃高い温度における該繊維シートの樹脂溶融液の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示す。)
各電気インピーダンスの測定方法は後述する。
本実施形態における繊維シートは、長繊維である第1繊維によって構成された第1繊維群と、長繊維である第2繊維によって構成された第2繊維群とを備えることが好ましい。これらの繊維群を構成する各長繊維は、層状体に分離されているよりも、混在状態で存在することが好ましい。
本実施形態における繊維シートは、シート全体として、繊維径分布のピークを所定の繊維径以下の位置に示すことが好ましい。詳細には、当該繊維径は、より好ましくは3μm以下である。
また本実施形態における繊維シートは、シート全体として、繊維径分布のピークを所定の繊維径超の位置に示すことが好ましい。
つまり、本実施形態の繊維シートは、繊維径分布のピークを少なくとも2か所の繊維径の位置で示すように構成されることが好ましい。
ここで、繊維径分布のピークを示す繊維径の位置とは、繊維径分布及び繊維本数の頻度でヒストグラムを作成した場合に、繊維本数の頻度において最も高い頻度を示す繊維径の位置である。本態様における繊維径分布のピークを示す繊維径の位置は、所定の繊維径以下の位置、および所定の繊維径超の範囲にそれぞれ観察される。繊維径分布の測定方法は後述する。
本態様においては、第1繊維と第2繊維とは繊維径分布において最頻のピーク位置が異なることによって、繊維の種類が異なっていると判断される。
また本実施形態の繊維シートにおいて、細径側のピークを示す繊維径の位置は、第1繊維の強度を向上する観点から、好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上である。
上述した細径側のピークを示す繊維径の位置は、好ましくは第1繊維の繊維径分布のピークを示す繊維径の位置であることも好ましい。
繊維シートにおける細径側のピークを示す繊維径の位置は、例えば後述する電界紡糸装置において、ノズル直径、原料樹脂の吐出量、電界紡糸時における電圧、並びに気体流の流量及び風速などの条件を適宜調整することによって制御することができる。
また本実施形態の繊維シートにおいて繊維径分布のピークが少なくとも2つ存在する場合、太径側のピークを示す繊維径の位置は、繊維シート全体が柔軟性を保ち、取り扱い性が向上できる観点から、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下である。
上述した太径側のピークを示す繊維径の位置は、好ましくは第2繊維の繊維径分布のピークを示す繊維径の位置であることも好ましい。
繊維シートにおける太径側のピークを示す繊維径は、例えばメルトブロー法に用いられる紡糸装置や、後述する電界紡糸装置において、ノズル直径、原料樹脂の吐出量、電界紡糸時における電圧、並びに気体流の流量及び風速などの条件を適宜調整することによって制御することができる。
繊維シートが繊維径分布のピークを2つ以上示すことによって、繊維径が細い繊維と繊維径が太い繊維とが混在していることが推認されるので、繊維径が太い繊維の剛性に起因して、繊維シートの強度をより高く発現させることができる。
詳細には、以下の方法で判定する。まず、測定対象となる繊維シートに対して、例えばSEM又は原子間力顕微鏡(AFM)を用いた繊維を2000倍に拡大して観察するとともに、元素マッピング分析又は各種物性のマッピング分析を行い、得られたマッピング分析結果から、繊維シートを構成する繊維の種類を区別する。
上述した分析によって得られたマッピングの状態において、特定の元素を含む繊維と含まない繊維とが存在するか、もしくは特定の元素によるマッピング状態が繊維どうしで異なると確認されるか、又は、AFM観察において測定される探針と繊維との吸着力、もしくは繊維の硬さが異なる繊維が存在すると確認される場合、繊維の種類が異なると判定する。一方、マッピングの状態において、測定対象となる繊維が同じ元素を同等の割合で含有し、且つAFM観察において測定される探針と繊維との吸着力、及び繊維の硬さが同等であると確認される場合、繊維の種類が同一であると判定する。
上述のマッピング分析で繊維の種類が異なると判定された場合、同一の種類で構成された繊維の集合体を一つの繊維群とし、繊維シート中に複数の繊維群が存在すると判定する。
いずれの繊維も電解紡糸によって得られた繊維によって構成されていることが好ましい。
融点を有する樹脂及び添加剤の詳細は後述する。
また、第2繊維群を構成する長繊維が添加剤を含む場合、第2繊維群を構成する長繊維においても、以下の式(I)の関係を満たすものであることが好ましい。また、第2繊維群が電解紡糸によって得られた繊維によって構成されていることも好ましい。
つまり、第1繊維群を構成する長繊維である第1繊維、及び第2繊維群を構成する長繊維である第2繊維のうち少なくとも一方が、以下の式(I)の関係を満たすものであることが好ましい。
(前記式中、Aは50℃における前記樹脂の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示し、Bは前記樹脂の融点よりも50℃高い温度における該樹脂の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示す。)
各電気インピーダンスの測定方法は後述する。
本実施形態における繊維シートは、長繊維によって構成された第1繊維群と、第1繊維群とは繊維の種類が異なる長繊維によって構成された第2繊維群とを備える。
つまり、本実施形態の繊維シートは、構成繊維の組成が異なることにより、繊維の種類が異なると判断される二種類の長繊維を少なくとも含んで構成される。ここで構成繊維の組成が異なるとは、繊維の構成成分である樹脂の種類及び含有量、及び添加剤の種類及び含有量のうち少なくとも一つが異なることを意味する。
これらの繊維群を構成する各長繊維は、層状体に分離されているよりも、混在状態で存在することが好ましい。
本実施態様における繊維シートは、繊維径が3μm未満である位置に繊維径分布のピークを示すことが好ましい。
第1繊維群が電解紡糸によって得られた繊維によって構成されていることも好ましい。
本実施形態における第2繊維群を構成する長繊維は、以下の構成(i)〜(iii)のいずれかであることが好ましい。つまり、第1繊維群と第2繊維群とは、構成繊維の組成が異なっていることが好ましい。第2繊維群が電解紡糸によって得られた繊維によって構成されていることも好ましい。
(i)第1繊維群を構成する長繊維に含有する樹脂と同種の樹脂を含み、且つ第1繊維群を構成する長繊維に含有する添加剤と異種の添加剤を含む。
(ii)第1繊維群を構成する長繊維に含有する樹脂と異種の樹脂を含み、且つ第1繊維群を構成する長繊維に含有する添加剤と同種の添加剤を含む。
(iii)第1繊維群を構成する長繊維に含有する樹脂と異種の樹脂を含み、且つ第1繊維群を構成する長繊維に含有する添加剤と異種の添加剤を含む。
ここで、添加剤が異種であるか同種であるかの判断基準は、構成繊維中の添加剤を分析した際に、添加剤の化学構造(骨格及び官能基を含む)又は平均分子量が異なる場合には、「添加剤が異種である」とし、添加剤の化学構造(骨格及び官能基を含む)が同一であり且つ平均分子量が同一である場合には、「添加剤が同種である」とする。
態様(B)において、樹脂が異種であるか同種であるかの判断基準は、構成繊維中の樹脂を分析した際に、樹脂の化学構造(骨格及び官能基を含む)が異なるか同一かである。
また、第1繊維群を構成する長繊維と、第2繊維群を構成する長繊維とは、いずれも次式(I)を満たすことがより好ましい。当該関係式は、上述の実施形態と同様のものである。各電気インピーダンスの測定方法は後述する。
(前記式中、Aは50℃における前記樹脂の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示し、Bは前記樹脂の融点よりも50℃高い温度における該樹脂の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示す。)
これに加えて、含有させる添加剤の種類に応じて、各繊維に所望の異なる物性を発現させることができるので、繊維シートの用途に応じて、異なる物性や相反する物性を有する繊維を混合して所望のシート物性を有するように調整したり、あるいは二種以上の機能を一枚のシートで発揮したりすることができる繊維シートを効率よく製造することができる。
上述の態様(C)における繊維シートは、一種類の長繊維のみから構成されている。
本実施形態における長繊維は、融点を有する樹脂と、添加剤とを含むことが好ましい。
また本実施形態においても同様に、長繊維は、以下の次式(I)を満たすことが好ましい。
A/B≧1.0×102 (I)
(前記式中、Aは50℃における前記樹脂の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示し、Bは前記樹脂の融点よりも50℃高い温度における該樹脂の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示す。)
融点を有する樹脂とは、樹脂を加熱していったときに、該樹脂が熱分解する前に、固体から液体へ相変化することに起因する吸熱ピークを示す樹脂のことである。
なお「融点」とは、示差走査熱量測定(DSC)で融解ピークが観察される温度のことであり、複数のピークが観察される場合は吸熱ピークが最も大きい温度のことである。成分の融点が上述した方法で明確に測定できない場合、軟化点を融点の代わりに用いる。
また樹脂の融点は、繊維の紡糸を首尾よく行う観点から、好ましくは100℃以上であり、好ましくは250℃以下である。
本開示において用いることのできる融点を有する樹脂としては、繊維形成性を有するものであることが好ましい。
ポリエステル樹脂としてはポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリグリコール酸、ポリ乳酸系樹脂が挙げられる。
ポリ乳酸系樹脂としてはポリ乳酸及び乳酸−ヒドロキシカルボン酸コポリマー等が挙げられる。
ポリアミド樹脂としてはナイロン6及びナイロン66等が挙げられる。
ビニル系ポリマーとしてはポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニル−エチレン共重合体及びポリスチレン等が挙げられる。
アクリル系ポリマーとしてはポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸及びポリメタクリル酸エステル等が挙げられる。
芳香族ポリエーテルケトン樹脂としてはポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエテーテルエーテルケトンケトン等が挙げられる。
これらの樹脂は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
繊維に発現する親水性とは、水又は水性液への繊維の分散性が高くなること、及び繊維間での水又は水性液の保持性が高くなることを指す。
繊維に発現する疎水性とは、水又は水性液への繊維の分散性が低下すること、及び繊維間に水若しくは水性液を保持しないか、又は保持性が低くなることを指し、撥水性の意味を包含する。
繊維の親水性及び疎水性は、例えば水との接触角を指標として評価することができる。
これらのうち、細径の長繊維を効率よく形成させる観点から、添加剤として帯電剤を用いることが好ましく、塩構造を有する各種化合物を用いることが更に好ましい。
また、樹脂中への分散性の観点から、添加剤は有機塩であることが好ましく、有機酸と無機塩基との塩であることがより好ましく、有機酸と無機塩基との塩であることがより好ましい。
このような塩を用いることによって、後述する電気インピーダンスの絶対値を容易に下げることができ、電界紡糸に適した原料樹脂に効果的に改質することができる。またこのような樹脂を電界紡糸に供したときに、連続繊維の形成を容易に行うことができる。
また添加剤としては、構造中の末端にアルキル基を有し、且つ構造中の任意の位置にスルホン酸塩基を有する化合物(以下、この化合物のことを「アルキルスルホン酸塩」とも言う。)も好適に用いることができる。添加剤として、アルキルスルホン酸塩を用いることによって、連続繊維の形成を一層容易に行うことができる。
スチレンアクリル樹脂としては、市販品を用いることもできる。そのような市販品としては、例えば藤倉化成株式会社製のアクリベース(登録商標)FCA−201−PSや、アクリベース(登録商標)FCA−207Pなどが挙げられる。
樹脂に対して、上述の添加物の1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることによって、後述する流動時における電気インピーダンスの絶対値を容易に下げることができ、電界紡糸に適した原料樹脂となる。
詳細には、当該化合物としては、例えばアルキルベンゼンスルホン酸塩(R−Ph−SO3M)、高級アルコール硫酸エステル塩(R−O−SO3M)、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩(R−O−(CH2CH2O)n−SO3M)、アルキルスルホこはく酸塩(R−O−CO−C−C(−SO3M)−O−CO−M)、ジアルキルスルホこはく酸塩(R−O−CO−C−C(−SO3M)−O−CO−R)、α−スルホ脂肪酸エステル(R−CH(−SO3M)−COOCH3)、α−オレフィンスルホン酸塩(R−CH=CH−(CH2)n−SO3M、R−CH(−OH)(CH2)n−SO3M)、アシルタウリン塩(R−CO−NH−(CH2)2−SO3M)、アシルアルキルタウリン塩(R−CO−N(−R’)−(CH2)2−SO3M)、アルカンスルホン酸塩(R−SO3M)などが挙げられる。これらのアルキルスルホン酸塩は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせた混合物として用いてもよい。
上述したアルキルスルホン酸塩においてRはアルキル基を表し、その炭素数は好ましくは8以上22以下、更に好ましくは10以上20以下、一層好ましくは12以上18以下である。
R’もまたアルキル基を表し、その炭素数は好ましくは5以下である。
Phは、置換されていてもよいフェニル基を表す。
Mは一価の陽イオンを表し、好ましくは金属イオンであり、更に好ましくはナトリウムイオンである。
nは、好ましくは6以上24以下、更に好ましくは8以上22以下、一層好ましくは10以上20以下の数を表す。
また、上述したアルキルスルホン酸塩のうち、アルカンスルホン酸塩(R−SO3M)を用いることが、一層安定的に原料樹脂を帯電させられる点から好ましく、この観点から、アルキル基の炭素数の異なる2種以上のアルカンスルホン酸塩(R−SO3M)の混合物を用いることが、一層好ましい。
アルカンスルホン酸塩(R−SO3M)には、構造の末端にスルホン酸塩基が結合している第1級アルカンスルホン酸塩と、構造の途中にスルホン酸塩基が結合している第2級アルカンスルホン酸塩とが存在するところ、原料樹脂を更に一層安定的に帯電させられる点から第2級アルカンスルホン酸塩を用いることが好ましく、アルキル基の炭素数の異なる2種以上の第2級アルカンスルホン酸塩を組み合わせた混合物を用いることが一層好ましい。
また、樹脂と混合する添加剤の割合は、樹脂と添加剤の合計100質量部に対して、好ましくは45質量部以下、より好ましくは40質量部以下である。
添加剤を2種以上含む場合、上述した質量割合は総量とする。
以下の説明では、前者の電気インピーダンス絶対値「A」を「固体時の電気インピーダンスの絶対値」とも言い、後者の電気インピーダンス絶対値「B」を「流動時の電気インピーダンスの絶対値」とも言い、特に断りのない限り、前記式(X)及び前記式(I)の双方に関する説明として適用される。
また以下の説明では、前記式(X)における繊維シートの構成樹脂の溶融液と、前記式(I)における繊維の原料となる樹脂とを総称して、「原料樹脂」ともいう。
また同様の観点から、原料樹脂の固体時の電気インピーダンスの絶対値Aは、好ましくは1.0×1020Ω以下、更に好ましくは1.0×1018Ω以下である。
また同様の観点から、原料樹脂の流動時の電気インピーダンスの絶対値Bは、好ましくは1.0×1010Ω以下、更に好ましくは9.0×109Ω以下である。
原料樹脂の流動時の電気インピーダンスの絶対値Bが上述の範囲内であることで、導電性が比較的高い状態の溶融樹脂を、後述する電界紡糸装置におけるノズルを介して樹脂を含む原料液を静電誘導によって帯電させることができ、且つ溶融樹脂を介した電界紡糸装置への意図しない電流の導通を低減することができる。
また、同様の観点から、A/Bは、好ましくは1.0×1010以下、更に好ましくは1.0×109以下である。
本開示においては、溶融紡糸法における長繊維の製造効率を高める観点から、A/Bの値が重要であるため、原料樹脂の種類並びに添加剤の含有量及び種類によっては、例えば固体時の電気インピーダンス絶対値Aが1.0×1012Ωであり、流動時の電気インピーダンス絶対値Bが1.0×1010Ωでもよい。
また例えば固体時の電気インピーダンス絶対値Aが1.0×1010Ωであり、溶融時の電気インピーダンス絶対値Bが1.0×108Ωであってもよい。
これらの電気インピーダンスの関係を、本開示の好適な製造方法である電界紡糸法に当てはめると、ノズルから溶融した原料樹脂が吐出される際には、溶融時の電気インピーダンス絶対値Bが寄与し、電源によって印加された電圧に起因する電流が強く発生しやすくなる。その結果、溶融状態の原料樹脂が帯電しやすくなり、樹脂どうしが電気的に反発しあって、溶融樹脂の延伸が更に促進される。
その後、溶融樹脂が固化して、繊維状の固体樹脂となったあとは電流が流れにくくなるので、後述する捕集部等の捕集部材に繊維状の固体樹脂が捕集される際には帯電が生じにくくなる。その結果、ノズルと捕集部材との間における樹脂を介した意図しない導通を防いで、溶融樹脂に対する帯電性を高めることができる。
このような理由によって、紡糸時においては細径の繊維を製造可能であり、また前記式(I)を満たす繊維は細径のものとなる。
特に断らない限り、「電気インピーダンス」は「周波数0.1Hzにおける電気インピーダンスの絶対値」を意味する。
電気インピーダンスは図1に示すとおりの方法で測定する。
図1(a)に示すように、測定システム130は、恒温槽131と、測定器132と、解析用コンピュータ133とを含んで構成される。
恒温槽131としては、強制循環式や自然対流式の一般的な電気炉や恒温器が使用できる。
測定器132としては、一般的な周波数応答アナライザを使用できる。インピーダンスアナライザー(solartron社製1260)と誘電率測定用インターフェース1296型(solartron社製)を使用できる。
恒温槽131で、固体状態及び溶融状態の原料樹脂の電気インピーダンスを測定するための治具として、図1(b)ないし(d)に示す治具134を使用することができる。
治具134は、試料の加熱のために、内部に電極135,135を配置した一対のポリエーテルエーテルケトン(PEEK)製セル(PEEK450G)136,136及び台座138を備えており、このセル136を用いることで、恒温槽131内での加熱測定が可能となる。
各電極135からは端子137が引き出されており、端子137は測定器132に接続されている。
一対のセル136,136は、図1(c)に示すとおり、それらの電極135,135が対向するように向かい合わせで配置し、台座138内に配置し固定する。この状態において、対向配置された電極135,135の間に一定の間隙が生じるようにしておく。
セル136における電極135は、例えばステンレス製とすることができ、その寸法は横20mm、縦30mm、及び厚み8mmとする。一対の電極135,135間の距離は2mmとする。
向かい合う電極表面と試料の投入面である上面以外はPEEK製セルで隙間なく覆われている。
印加電圧は溶融状態である210℃の測定ではAC0.1V、固体状態である50℃の測定ではAC1Vで測定するとし、印加周波数は0.1Hzとする。
測定温度は、固体状態である50℃と、溶融状態である210℃とする(融点が160℃である場合)。測定環境は、23℃、40%RHとする。
(1)原料樹脂と、必要に応じて添加剤とをそれぞれ所定の比率で合計が5gとなるよう計量し混合し、これを測定サンプルとする。例えば添加剤を5質量%混合する場合には、樹脂4.75gと添加剤0.25gとを混合する。
(2)治具134を恒温槽131内に配置し、恒温槽131を210℃まで昇温し治具134も同時に温める。
(3)測定サンプル5gを溶融する(恒温槽131で透明になるまで10分程度加熱する。)。
(4)図1(d)に示すとおり、治具134に溶融した測定サンプル139を流し込み、再び210℃に安定するまで静置する。
(5)恒温槽131内の温度を、210℃から50℃の順で順次低下させていき、各温度で電気インピーダンスを測定する。同じ試料を5個作って、最大、最小の各一つの値を切り捨てて3個の算術平均値をとる。
溶着部が多いほど繊維シートは硬く、シートの風合いが悪化するといった観点から、繊維シートにおける0.10mm2当たりの構成繊維どうしの融着部は少なければ少ないほど好ましいが、好ましくは0個以上である。
特に、繊維シートの好ましい態様の一実施形態として、第1繊維と、第1繊維よりも繊維径が太い第2繊維とを含むような、異種の繊維を2種以上含む繊維シートを構成した場合であっても、各繊維の意図しない偏在や、同一繊維どうしの偏在を低減することができるので、各繊維が均一に混在した状態で、坪量分布が均一な繊維シートが提供される。
本開示における電界紡糸装置は、典型的には、樹脂を含む原料液を吐出する複数のノズルと、当該原料液に電荷を付与する複数の電源とを備えている。各ノズルから吐出される各原料液に対して異なる電荷が付与されるように、複数のノズル、もしくは複数の電極に各電源が接続されていることが好ましい。
樹脂を含む原料液は、原料樹脂を含む溶液及び原料樹脂の加熱溶融液の双方を包含する。
電極の形態としては、各ノズルの延びる方向とは略直交して、ノズルと対向するように配された捕集電極の形態や、ノズルを囲むように配置された帯電電極の形態が挙げられる。
これらの電極はいずれか一方を単独で又は複数備えていてもよく、これらの双方をそれぞれ独立して単独で又は複数備えていてもよい。
例えば、電源がノズルに電気的に接続されて、該電源から正の電圧が供給されていれば、原料液には正電荷が付与される。他方、該電源から負の電圧が供給されていれば、原料液には負電荷が付与される。
これに代えて、例えば、電源が電極に電気的に接続されて、該電源から正の電圧が供給されていれば、原料液には負電荷が付与される。他方、該電源から負の電圧が供給されていれば、原料液には正電荷が付与される。
電界紡糸とは、高電圧が印加されている状態で繊維の原料となる樹脂を含む溶液又は溶融液を電界中へ吐出することによって、吐出された液が細長く引き伸ばされ、細径の繊維を形成することができる方法である。
紡糸ユニット20は、後述する捕集部50と対向するように配置されている。
以下の説明では、原料樹脂を含む溶液及び原料樹脂の溶融液を総称して「原料液」ともいう。
ノズル21は、金属などの導電性材料から構成された中空の部材であり、原料液供給部(図示せず)と連通して、原料液供給部から供給された原料液を吐出できるようになっている。
同図に示す電界紡糸装置10は、複数の紡糸ユニット20を間隔を空けて配置することによって、複数のノズル21を備えたものとなっている。
各ノズル21には、ノズル21に電源を印加する第1電源30又は第2電源40のうち一方が電気的に接続されている。
四本のノズル21のうち、二本のノズル21には第1電源30が接続されており、これらが第1ノズル群21Aとなっている。
また、第1ノズル群21Aに属していない二本のノズル21には第2電源40が接続されており、これらが第2ノズル群21Bとなっている。
これに代えて、第1電源30から発生する電圧が負であれば、第2電源40から発生する電圧は正である。
このようにして、第1ノズル群21Aに属するノズル21に印加される電圧の極性と、第2ノズル群21Bに属するノズル21に印加される電圧の極性とが、互いに異なるように各電源30,40が接続されている。またこれによって、各ノズルから吐出される各原料液に対して、互いに異なる電荷が付与されるように構成されている。
第1電源30及び第2電源40はそれぞれ、直流高圧電源などの、公知の装置を用いることができる。
同図に示すように、原料液の固化等によって形成された繊維を捕集する捕集電極51と、繊維を堆積させて搬送する搬送ベルト52とを備えている。
同図に示す捕集部50は、紡糸ユニット20の鉛直方向Hの下方に備えられている。
捕集電極51の板面と、各ノズル21の延びる方向とは略直交している。
同図に示す捕集電極51は接地されており、電圧が印加された各ノズル21と、捕集電極51との間に電場が形成される。この状態で帯電状態の原料液を吐出することによって、電界紡糸が可能となっている。
搬送ベルト52は、ノズル21と捕集電極51との間に配されており、搬送ベルト52が一方向MDに移動することによって、搬送ベルト52上に堆積した繊維を搬送できるようになっている。
搬送ベルト52として、二つの搬送ロール(図示せず)間に掛けわたされた無端ベルトや、長尺帯状のベルトがロール状の巻回体から繰り出されるような態様が挙げられる。
搬送ベルト52としては、例えばフィルム、メッシュ、不織布、紙などを用いることができる。
以下の説明では、図2(a)及び(b)に示す形態と異なる部分について主に説明し、上述した形態と同様の部分については、上述の形態に関する説明が適宜適用される。
図3(a)及び(b)並びに図4(a)及び(b)において、図2(a)及び(b)に示す部材と同一の部材には同一の符号を付してある。
図3(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10は、ノズル21を複数備えており、各ノズル21はいずれも接地されている。
一方、捕集部50における捕集電極51は、複数の捕集電極51からなる電極群を構成している。
電極群を構成する各捕集電極51は、搬送ベルト52の搬送方向MDと直交する方向CDに沿って間隔を空けて配されている。
これによって、第1電極群E1に属する捕集電極51に印加される電圧の極性と、第2電極群E2に属する捕集電極51に印加される電圧の極性とが、互いに異なっている。
図3(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10では、接地された各ノズル21と、ノズル21と対向する位置にある各捕集電極51との間に電場が形成される。
これによって、各ノズルから吐出される各原料液に対して、互いに異なる電荷が付与されるように構成されている。そして、この状態で、帯電状態の原料液を吐出することによって、電界紡糸が可能となっている。
帯電電極60は、金属等の導電性材料から構成されている。
同図における帯電電極60は、ノズル21を囲むように配置された略椀形状となっており、ノズル21と帯電電極60とは互いに離間している。
帯電電極60におけるノズル21に臨む面は凹曲面状に形成されている。
説明の便宜上、以下の説明では、帯電電極60におけるノズル21に臨む面を「凹曲面61」ともいう。
帯電電極60は、ノズル21の先端側に開口端を有しており、その開口端の平面形状は、真円形又は楕円形等の円形形状となっている。
帯電電極60は、第1電源30又は第2電源40に接続されており、各電源によって、正又は負の電圧が印加されている。
帯電電極60の開口端の平面形状の図心には、ノズル21が位置するように配されていることが、原料液の帯電性を高める点から好ましい。
これらの帯電電極60は、第1電極群E1に属し、第1電源30に接続されている帯電電極60と、第2電極群E2に属し、第2電源40に接続されている帯電電極60とからなる。
これによって、第1電極群E1に属する帯電電極60に印加される電圧の極性と、第2電極群E2に属する帯電電極60に印加される電圧の極性とが、互いに異なっている。このような構成を有することによって、各ノズルから吐出される各原料液に対して、互いに異なる電荷が付与されるように構成されている。
上述の具体的な配置としては、例えば、1つの第1電源30又は1つの第2電源40と、これらの電源のうち1つと電気的に接続された複数のノズル21又は複数の帯電電極60とする態様が挙げられる。これに代えて、例えば、複数のノズル21又は複数の帯電電極60を備え、各ノズル21又は各帯電電極60に対して、複数の第1電源30又は複数の第2電源40がそれぞれ電気的に接続された態様が挙げられるが、これらに限られない。
これに加えて、例えば、ノズル直径や、原料樹脂の吐出量、並びに電界紡糸時における電圧のうち少なくとも一種の条件が異なる紡糸ユニットを複数用いて紡糸すると、繊維径が互いに異なる長繊維が形成される。この点に関して、本発明によれば、帯電した原料液の極性が異なるように制御され、各ノズルから吐出された原料液どうしの電気的引力が生じやすくなっているので、各原料液は、面方向に均一に分散するように延伸されて、互いに混ざり合いながら長繊維として堆積させることができる。その結果、複数の繊維群を一度の工程で紡糸することができ、且つ各繊維の分布のムラが生じにくい繊維シートを電界紡糸法によって製造することができる。
更に、以上の構成を有する各実施形態の電界紡糸装置は、帯電した原料液の極性が異なるように制御されているので、一方の紡糸ユニットに供給される原料液の組成と、他方の紡糸ユニットに供給される原料液の組成とが互いに異なる場合でも、物性が互いに異なる長繊維を一度の工程で紡糸することができ、且つ各繊維の分布のムラが生じにくい繊維シートを電界紡糸法によって製造することができる。
同様に、図3(a)及び(b)に示す実施形態においては、第1電極群E1に属する捕集電極51と、第2電極群E2に属する捕集電極51とが、隣り合うように配置されていることが好ましい。つまり、隣り合う捕集電極51に印加されている電圧の極性は互いに異なることが好ましい。
また同様に、図4(a)及び(b)に示す実施形態においては、第1電極群E1に属する帯電電極60と、第2電極群E2に属する帯電電極60とが、隣り合うように配置されていることが好ましい。つまり、隣り合う帯電電極60に印加されている電圧の極性は互いに異なることが好ましい。
本明細書において「隣り合う」とは、紡糸ユニット及び電極が一方向に配列されている場合は、任意の一つのノズル21又は電極に着目したときに、文字通り隣り合う他のノズル21又は電極を指す。紡糸ユニット及び電極が一方向に配列されていない場合は、紡糸ユニットが該ノズル21から少なくとも最短距離にある他のノズル21のことを指し、また、任意の一つの電極に着目したときに、該電極から少なくとも最短距離にある他の電極のことを指す。
なお本開示においては、実際には、ノズル21、捕集電極51及び帯電電極60のうちいずれかに電源が接続されている態様であるが、説明の便宜上、各紡糸ユニット20を上面視したときに、各紡糸ユニット20内の帯電電極60に電源が接続されている模式図として説明する。
図5(b)に示す配置態様では、複数の紡糸ユニット20が搬送方向MDの前後に交互に位置するように配されており、搬送方向MDの下流側に位置する紡糸ユニット20に印加される電圧の極性と、搬送方向MDの上流側に位置する紡糸ユニット20に印加される電圧の極性とが、互いに異なるように電源が接続されている。
図5(d)に示す配置態様では、一つの紡糸ユニット20を配置し、該紡糸ユニット20を取り囲むように、且つ該紡糸ユニット20に印加される電圧の極性と異なる紡糸ユニット20が複数配置された態様となっている。
また、種類が異なる繊維を紡糸した場合であっても、各繊維の分布のムラの発生が一層低減され、且つより一層細径の繊維を含む繊維シートを電界紡糸法によって製造することができる。
また、壁部65は、帯電電極60と直接に接触して配されていることも好ましい。
これによって、ノズル21と帯電電極60との間、並びに帯電電極60どうしの間の放電を防いで、繊維の電界紡糸を安定して行うことができる。
これに加えて、ノズル21の帯電性を高めることができるので、クーロン力に起因した原料液の延伸効率を高めて、より細径の繊維を製造できるという利点もある。
壁部65は、例えばセラミックス材料や、樹脂系材料等の誘電体(絶縁体)から好ましく構成される。
各図における気体流噴射部80はいずれも、ノズル21の延びる方向に沿って、ノズル21の後端から先端方向に向けて、気体流を噴射できるようになっている。
気体流噴射部80は、紡糸ユニット20を正面からみたときに、ノズル21の位置を基準として外側に一個以上配されている。
気体流噴射部80には、気体流発生部(図示せず)が備えられており、噴射する気体流を気体流噴射部80に供給することができるようになっている。
なおノズル21の先端とは、原料液Lが吐出される方向に位置するノズル21の一端を指す。
利便性の観点から、気体流としては、例えば空気流を用いることができる。このような構成となっていることによって、接触させた気体流の外力に起因して、溶融液の延伸効率を高めることができ、細径化した極細繊維を効率良く製造することができる。
気体流噴射部80の構成材料は特に制限されないが、ノズル21の帯電性を考慮して選択することが好ましく、例えば壁部65と同様の材料を用いることができる。
天然高分子としては、例えばプルラン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ポリ−γ−グルタミン酸、変性コーンスターチ、β−グルカン、グルコオリゴ糖、ヘパリン、ケラト硫酸等のムコ多糖、セルロース、ペクチン、キシラン、リグニン、グルコマンナン、ガラクツロン酸、サイリウムシードガム、タマリンド種子ガム、アラビアガム、トラガントガム、大豆水溶性多糖、アルギン酸、カラギーナン、ラミナラン、寒天(アガロース)、フコイダン、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が挙げられる。
合成高分子としては、例えば部分鹸化ポリビニルアルコール、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。
これらの高分子化合物は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの高分子化合物のうち、繊維の紡糸が容易である観点から、プルラン、並びに部分鹸化ポリビニルアルコール、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリエチレンオキサイドを用いることが好ましい。
完全鹸化ポリビニルアルコールは繊維形成後に不溶化処理できる。
部分鹸化ポリビニルアルコールは架橋剤と併用することで繊維形成後に架橋処理できる。
オキサゾリン変性シリコーンとしてはポリ(N−プロパノイルエチレンイミン)グラフト−ジメチルシロキサン/γ−アミノプロピルメチルシロキサン共重合体等が挙げられる。
これらの高分子化合物は単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
熱可塑性樹脂を含む溶融液を原料液として用いる場合、溶融液の帯電性を更に高めて、細径の繊維を得やすくする観点から、図4(a)及び(b)に示す態様の電界紡糸装置10を用いることも好ましい。
またノズル21の直径は、内径として、好ましくは3000μm以下、更に好ましくは2000μm以下に設定することができる。
ノズルの直径をこの範囲内に設定することで、原料液Lを容易に、かつ定量的に送液できるとともに、原料液Lを効率よく帯電させることができる。
ノズル21の直径は、各紡糸ユニットごとに異なっていてもよく、同一の極性を有する電圧が負荷された紡糸ユニットどうしは同じであり且つ異なる極性を有する電圧が負荷された紡糸ユニットどうしは異なるように構成してもよく、あるいはすべての紡糸ユニットにおいて同じであってもよい。
具体的には、各電源30,40から、各ノズル21、各捕集電極51又は各帯電電極60に電圧を印加して電場を生じさせ、この状態下に、原料液をノズル21の先端から電場中に吐出して電界紡糸し、原料液から紡糸された繊維を捕集部50上に堆積させる。
また、細径の長繊維を効率よく得る観点から、気体流噴射部80から気体流を噴射させた状態で、原料液をノズル21から吐出して電界紡糸を行うことも好ましい。
本開示の電界紡糸装置は、樹脂溶液による電界紡糸方法及び溶融樹脂による電界紡糸方法のいずれにも適用することができる。
つまり、繊維シートは、樹脂含有溶液又は樹脂含有溶融液を用いた電界紡糸法によって製造されるものであり、好ましくは樹脂の溶融液を用いた溶融電界紡糸法によって製造されるものである。
また、樹脂の溶融液を用いた場合には、該溶融液は延伸されながら冷却固化し、微細な繊維状物となる。
これに加えて、原料液が延伸される際には、異なる極性の電荷を有する原料液どうしの間に生じた電気的引力によって、原料液どうしが互いに引き寄せられながら延伸するとともに、固化物が捕集部50上にランダムに堆積する。
これによって、細径の繊維を有し且つ坪量ムラが少ない繊維シートが形成される。これに加えて、複数種の繊維を有する場合には、繊維の分布ムラが少ない繊維シートが形成される。
同様の観点から、図3(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10を用いる場合には、第1電極群E1に属する捕集電極51と、第2電極群E2に属する捕集電極51とを隣り合うように配置した状態で電界紡糸することが好ましい。
また同様の観点から、図4(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10を用いる場合には、第1電極群E1に属する帯電電極60と、第2電極群E2に属する帯電電極60とが、隣り合うように配置されていることが好ましい。
また、ノズル21と各電極51,60との間における放電を防止する観点から好ましくは100kV以下、更に好ましくは50kV以下とする。
このような範囲の電位差となるように電圧を印加することによって、原料液Lの帯電性を高めて、延伸効率を高めるとともに、ノズル21と各電極51,60との間における放電を防止することができる。
同様の観点から、第1電極群E1に属する捕集電極51又は帯電電極60に印加される電圧の絶対値と、第2電極群E2に属する捕集電極51又は帯電電極60に印加される電圧の絶対値との差が、好ましくは40kV以内、更に好ましくは10kV以内、一層好ましくはゼロとなるように、各電源30,40の出力を設定することが好ましい。
また、隣り合うノズル21どうしの間の距離は、200mm以下が好ましく、150mm以下が更に好ましい。
隣り合うノズル21どうしの間の距離が上述した範囲であることによって、各ノズル21から吐出され、且つ異なる極性に帯電した原料液どうしが電気的引力により過度に接触することを防止しつつ、ノズル21と各電極51,60との間における意図しない放電を防止することができる。また、細径の繊維を有する繊維シートを坪量分布が均一な状態で得ることができる。
また、各ノズル21の先端と捕集部50との距離D1(図2(b)、図3(b)及び図4(b)参照)は、それぞれ独立して、好ましくは2000mm以下、更に好ましくは600mm以下である。
より細径の繊維を形成するとともに、坪量分布がより均一な繊維シートを得る観点から、各ノズル21の先端と捕集部50との距離D1の差がそれぞれ、好ましくは±100mm以内、更に好ましくは±50mm以内、一層好ましくはゼロとなるように、各ノズル21を配置することが好ましい。
図2(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10における印加電圧とは、第1ノズル群21Aに属するノズル21に印加される電圧と、第2ノズル群21Bに属するノズル21に印加される電圧とを指す。
図3(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10における印加電圧とは、第1電極群E1に属する捕集電極51に印加される電圧と、第2電極群E2に属する捕集電極51に印加される電圧とを指す。
図4(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10における印加電圧とは、第1電極群E1に属する帯電電極60に印加される電圧と、第2電極群E2に属する帯電電極60に印加される電圧とを指す。
また、原料液の吐出量を多くする場合には、得られる繊維の繊維径は大きくなる。これに対して、原料液の吐出量を少なくする場合には、得られる繊維の繊維径は小さくなる。
更に、印加電圧を高く負荷する場合には、得られる繊維の繊維径は小さくなる。これに対して、印加電圧を低く負荷する場合には、得られる繊維の繊維径は大きくなる。
このように、ノズルの直径、原料液の吐出量及び印加電圧のうち少なくとも一つを適宜変更することによって、繊維径分布ピークが所望の範囲に観察されるように制御された長繊維を複数種含む繊維シートが生産性高く形成される。
またこれによって、繊維の組成の異同に関係なく、繊維径が互いに異なるように構成して、繊維の種類を互いに異なるものとした複数種の繊維を有する繊維シートを容易に形成することができる。
ノズルの直径及び印加電圧は、上述した範囲内で調整することが好ましい。
また、ノズル21からの原料液の吐出量は、好ましくは50g/min以下、より好ましくは30g/min以下、更に好ましくは20g/min以下である。
また、含有される各繊維の種類が同じである繊維シートを製造するにあたり、図3(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10を用いる場合には、第1電極群E1に属する捕集電極51に対向するノズル21から吐出する原料液の組成と、第2電極群E2に属する捕集電極51に対向するノズル21から吐出する原料液の組成とが互いに同一となるようにして電界紡糸することが好ましい。
含有される各繊維の種類が同じである繊維シートを製造するにあたり、図4(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10を用いる場合には、第1電極群E1に属する帯電電極60を含む紡糸ユニットに備えられたノズル21から吐出する原料液の組成と、第2電極群E2に属する帯電電極60を含む紡糸ユニットに備えられたノズル21から吐出する原料液の組成とが互いに同一となるようにして電界紡糸することが好ましい。
電界紡糸装置10において、上述したいずれの構成を採用した場合でも、繊維径が異なる繊維が混合した繊維シートを、坪量ムラがない状態で得ることができる。
また、含有される各繊維の種類が異なる繊維シートを製造するにあたり、図3(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10を用いる場合には、第1電極群E1に属する捕集電極51に対向するノズル21から吐出する原料液の組成と、第2電極群E2に属する捕集電極51に対向するノズル21から吐出する原料液の組成とが互いに異なるようにして電界紡糸することが好ましい。
含有される各繊維の種類が異なる繊維シートを製造するにあたり、図4(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10を用いる場合には、第1電極群E1に属する帯電電極60を含む紡糸ユニットに備えられたノズル21から吐出する原料液の組成と、第2電極群E2に属する帯電電極60を含む紡糸ユニットに備えられたノズル21から吐出する原料液の組成とが、互いに異なるようにして電界紡糸することが好ましい。
電界紡糸装置10において、上述したいずれの構成を採用した場合でも、物性が異なる繊維が混合した繊維シートを、坪量ムラがなく、且つ各繊維の分布も均一な状態で得ることができる。
態様(A)において、含有される各繊維の種類が同じとなるように繊維シートを製造する場合に用いられる原料液の組成の具体例としては、樹脂の種類及び添加剤の種類がともに同種のものを含み、且つ各成分の含有量が同一である原料液が挙げられる。
また、態様(A)及び(B)において、含有される各繊維の種類が異なるように繊維シートを製造する場合に用いられる原料液の組成の具体例としては、(a)一方の原料液に含まれる樹脂と他方の原料液に含まれる樹脂とは互いに同種であるが、一方の原料液に含まれる添加剤と他方の原料液に含まれる添加剤とは互いに異種である態様、(b)一方の原料液に含まれる樹脂と他方の原料液に含まれる樹脂とは互いに異種であるが、一方の原料液に含まれる添加剤と他方の原料液に含まれる添加剤とは互いに同種である態様、及び(c)一方の原料液に含まれる樹脂と他方の原料液に含まれる樹脂とは互いに異種であり、且つ一方の原料液に含まれる添加剤と他方の原料液に含まれる添加剤とは互いに同種である態様、(d)両原料液に含有される樹脂の種類及び添加剤の種類はともに同種であるが、各原料液で含有量が異なる態様、並びに、(e)前記(a)〜(c)において、樹脂及び添加剤のうち少なくとも一方の含有量が異なる態様等が挙げられる。
樹脂の固化温度とは、繊維シートの製造原料として用いる樹脂の融点を指す。
加熱された気体流を噴射して繊維を製造することは、原料液として溶融樹脂を用いる際に、延伸効率を更に高めて、より一層細径の繊維を効率よく製造できる点で有利である。
気体流噴射部80の気体流の流量は、好ましくは40L/min以上、更に好ましくは80L/min以上であり、また、好ましくは500L/min以下、更に好ましくは400L/min以下である。
気体流噴射部80の気体流の風速は、好ましくは1m/min以上、更に好ましくは2m/min以上であり、また、好ましくは300m/min以下、更に好ましくは200m/min以下である。
上述した気体流の温度、流量及び風速は、各気体流噴射部80の末端での値とする。
気体流の温度、流量及び風速は、例えば、気体流供給源での加熱の度合及び供給の度合をそれぞれ変更することによって適宜調整することができる。
また、吹き付ける気体流の流量及び風速の少なくとも一方を高くするように変更する場合には、気体流によって発生した外力によって、溶融樹脂は延伸されやすくなるので、得られる繊維の繊維径は小さくなる。これに対して、吹き付ける気体流の流量及び風速の少なくとも一方を低くするように変更する場合には得られる繊維の繊維径は大きくなる。
またこれによって、繊維の組成の異同に関係なく、繊維径が互いに異なるように構成して、繊維の種類を互いに異なるものとした複数種の繊維を有する繊維シートを容易に形成することができる。
図2(a)及び(b)に示す電界紡糸装置10において、気体流噴射部80から噴射される気体流の流量及び風速のうち少なくとも一つが異なるようにするためには、第1ノズル群21Aに属するノズル21を有する紡糸ユニット20に配される第1気体流噴出部と、第2ノズル群21Bに配されるノズル21を有する紡糸ユニット20に配される第2気体流噴射部とから噴射される各気体流の流量及び風速のうち少なくとも一つを異なるようにすればよい。
これによって、複数の繊維群を含む繊維シートを製造することができる。
これによって、一種類の長繊維のみを有する繊維シートを坪量分布が均一な状態で得ることができ、また構成繊維が細径となる。
このような添加剤としては、例えば酸化防止剤、中和剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤、金属不活性剤、親水化剤などが挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、フォスファイト系酸化防止剤及びチオ系酸化防止剤などが例示できる。
中和剤としては、ステアリン酸カルシウムやステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸塩類が例示できる。
光安定剤及び紫外線吸収剤としては、ヒンダードアミン類、ニッケル錯化合物、ベンゾトリアゾール類、ベンゾフェノン類などが例示できる。
滑剤としては、ステアリン酸アマイドなどの高級脂肪酸アマイド類が例示できる。帯電防止剤としては、グリセリン脂肪酸モノエステルなどの脂肪酸部分エステル類が例示できる。
金属不活性剤としては、フォスフォン類、エポキシ類、トリアゾール類、ヒドラジド類、オキサミド類などが例示できる。
親水化剤としては多価アルコール脂肪酸エステル、エチレンオキサイド付加物、アミンアノマイド系などのノニオン性界面活性剤などが例示できる。
またナノファイバは、その繊維径が好ましくは30μm以下であり、より好ましくは10μm以下である。
また態様(A)のように、第1繊維よりも太径の第2繊維が含まれる場合、その繊維の繊維径分布のピークは200μm以下、好ましくは100μm以下であり、また、好ましくは3μm超、より好ましくは5μm以上である。
成形体の形状としては、上述した繊維シート、綿状体、糸状体などが挙げられる。繊維成形体は他のシートと積層したり、所望の寸法となるように切断したり、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。
繊維シートは、例えば医療目的や、あるいは美容目的、装飾目的、清掃目的等の非医療目的でヒトの肌、歯、歯茎、毛髪、非ヒト哺乳類の皮膚、歯、歯茎、枝や葉等の植物表面、又は物品表面等に付着される不織布として用いられる。
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。溶融電界紡糸繊維の綿状体は防音材や断熱材等として好適に用いられる。
上述の用途以外に、電磁波シールド材、生体人工器材、ICチップ、有機EL、太陽電池、エレクトロクロミック表示素子、光電変換素子などに用いることもできる。
例えば、電界紡糸装置10における各実施形態では、一つの紡糸ユニット20に一つのノズル21が配された態様として説明したが、本発明の効果が奏される限り、一つの紡糸ユニット20に二つ以上のノズル21が配されていてもよい。
また、原料液が吐出されるノズル21の吐出口は、一つのノズル21の先端に一つ配されているものとして説明したが、一つのノズル21に複数の吐出口を備えた態様となっていてもよい。
いずれの場合であっても、原料液の吐出量を高めて、繊維シートの製造効率を高めることができるという利点がある。
電圧の極性以外は図4(a)及び(b)に示す構造を有する電界紡糸装置10を用いて、原料となる樹脂としてポリプロピレン(PP;PolyMirae社製、MF650Y、融点160℃)95質量%と、添加剤としてアシルアルキルタウリン塩(N−ステアロイル−N−メチルタウリンナトリウム;日光ケミカルズ株式会社製、ニッコールSMT)を、5質量%を含む樹脂組成物からなる溶融樹脂の原料液Lを溶融電界紡糸法によって紡糸し、繊維からなる長尺帯状の繊維シートを製造した。
この電界紡糸装置10は、ノズル21と帯電電極60とを有する紡糸ユニット20を四つ備えており、これらの紡糸ユニット20が、隣り合うノズル21どうしの間の直交方向CDに沿う距離が100mmとなるように、直交方向CDに沿って一列に並んでいるものであった。溶融電界紡糸法の紡糸条件は以下のとおりであり、隣り合う帯電電極60に印加される電圧の極性を同一のものとした。
・原料液Lの加熱温度:200℃
・原料液Lの吐出量:2g/min
・ノズル21の内径:0.25mm
・各ノズル21(ステンレス製)への印加電圧:0kV(接地されている)
・各帯電電極60への印加電圧:−20kV
・気体流噴射部80から噴射される気体流の温度:300℃
・気体流噴射部80から噴出される気体流の流量:100L/min
・ノズル21の先端と捕集部50との間の距離:550mm
・捕集部50におけるMD方向における搬送速度:1.5m/min
図4(a)及び(b)に示す構造を有し、比較例1で説明した構成を有する電界紡糸装置10において、隣り合う紡糸ユニット20における帯電電極60に印加される電極の極性が互いに異なるように、第1電源30及び第2電源40を接続し、電圧を印加した。すなわち、第1電極群E1に接続されている第1電源30からは負の電圧(−20kV)を印加し、第2電極群E2に接続されている第2電源40からは正の電圧(+20kV)を印加した。その他の溶融電界紡糸法の紡糸条件は比較例1に示すとおりとし、長尺帯状の繊維シート(直交方向CDの長さ:400mm)を製造した。得られた繊維シートのCD方向の坪量分布を比較例1と同様の方法で算出し、グラフにプロットした。結果を図6(b)に示す。
図4(a)及び(b)に示す構造を有する電界紡糸装置10を用いて、比較例1と同様の組成を有する溶融樹脂の原料液Lを溶融電界紡糸法によって紡糸し、繊維からなる長尺帯状の繊維シートを製造した。
この電界紡糸装置10は、ノズル21と帯電電極60とを有する紡糸ユニット20を2つ備えており、これらの紡糸ユニット20が、隣り合うノズル21どうしの間の直交方向CDに沿う距離が100mmとなるように、直交方向CDに沿って一列に並んでいるものであった。隣り合う帯電電極60に印加される電圧の極性は異なるものとした。
・原料液Lの吐出量:1g/min / 2g/min
・気体流噴射部80から噴射される気体流の温度:350℃ / 250℃
・気体流噴射部80から噴出される気体流の流量:320L/min / 200L/min
・気体流噴射部80から噴出される気体流の風速:50m/min / 23m/min
・帯電電極60への印加電圧:−20kV / +5kV
実施例2で得られた繊維シートの一方の面のヒストグラムにおいて、繊維径3μm以下の繊維径分布ピーク位置は0.89μmであり、繊維径3μm超の繊維径ピーク位置は35.5μmであり、繊維径の異なる繊維が複数混在していた。
同様に、実施例2で得られた繊維シートの他方の面のヒストグラムにおいて、繊維径3μm以下の繊維径分布ピーク位置は1.12μmであり、繊維径3μm超の繊維径ピーク位置は35.5μmであり、繊維径の異なる繊維が複数混在していた。
また、繊維径3μm以上の範囲で最も大きいピークにおける繊維本数の頻度に対する、繊維径が3μm以下の範囲で最も大きいピークにおける繊維本数の頻度の比P2は、繊維シートの一方の面で5.1であり、繊維シートの他方の面で6.0であった。
そして、実施例2の繊維シートにおいて、繊維シートの一方の面と他方の面におけるP2の算術平均値Laは5.6と算出された。また、比P2のばらつきの度合いは、100×(比P2−算術平均値La)/算術平均値La(%)の計算式から±7.7%と算出され、繊維の分布ムラが少ないものであった。
また、実施例2で得られた繊維シートは、第1繊維群における細径の長繊維のインピーダンス比A/Bが2.1×102であり、繊維シート中の該長繊維の本数割合は70%以上であった。
表1及び表2に示されるように、各実施例のシートは、繊維どうしの融着部の個数が少なく、且つ各繊維が混在し且つ均一な状態で存在することが判る。
20 紡糸ユニット
21 ノズル
21A,21B ノズル群
30,40 電源
50 捕集部
51 捕集電極
60 帯電電極
80 気体流噴射部
L 原料液
MD 搬送方向
CD 搬送方向と直交する方向(直交方向)
H 鉛直方向
Claims (29)
- 樹脂を含む原料液を吐出する複数のノズルと、該原料液に電荷を付与するための複数の電源とを備え、
前記各ノズルから吐出される原料液に対して異なる電荷が付与されるように前記各電源が接続されている、電界紡糸装置。 - 複数の前記ノズルは、第1ノズル群に属するノズルと、第2ノズル群に属するノズルとからなり、
第1ノズル群に属するノズルに印加される電圧の極性と、第2ノズル群に属するノズルに印加される電圧の極性とが互いに異なるように前記電源が接続されることで、前記各原料液に対して異なる電荷が付与されるように構成されている、請求項1に記載の電界紡糸装置。 - 前記各ノズルと離間して配置され、該ノズルとの間に電界を生じさせる複数の電極を備え、
複数の前記電極は、第1電極群に属する電極と、第2電極群に属する電極とからなり、
第1電極群に属する電極に印加される電圧の極性と、第2電極群に属する電極に印加される電圧の極性とが互いに異なるように前記電源が接続されていることで、前記各原料液に対して異なる電荷が付与されるように構成されている、請求項1に記載の電界紡糸装置。 - 前記電極として、前記ノズルと対向して配された複数の捕集電極を備え、
第1電極群に属する前記捕集電極に印加される電圧の極性と、第2電極群に属する前記捕集電極に印加される電圧の極性とが互いに異なるように前記電源が接続されていることで、前記各原料液に対して異なる電荷が付与されるように構成されている、請求項3に記載の電界紡糸装置。 - 前記電極として、前記ノズルを囲むように配置された複数の帯電電極を備え、
第1電極群に属する前記帯電電極に印加される電圧の極性と、第2電極群に属する前記帯電電極に印加される電圧の極性とが互いに異なるように前記電源が接続されていることで、前記各原料液に対して異なる電荷が付与されるように構成されている、請求項3に記載の電界紡糸装置。 - 前記電極における前記ノズルに臨む面に配置された誘電体を有する、請求項5に記載の電界紡糸装置。
- 第1電極群に属する電極と、第2電極群に属する電極とが隣り合うように配置されている、請求項3〜6のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。
- 極性が同一の電圧が印加される前記ノズル、極性が同一の電圧が印加される前記電極、及び、極性が同一の電圧を印加する前記電源のうち一種又は二種以上が複数配されている、請求項3〜7のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。
- 第1ノズル群に属するノズルと、第2ノズル群に属するノズルとが隣り合うように配置されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。
- 前記原料液が溶融樹脂である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。
- 前記ノズルの延びる方向に沿って該ノズルの後端から先端方向に向けて、気体流を噴射する気体流噴射部を備える、請求項1〜10のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の電界紡糸装置を用いる繊維シートの製造方法。
- 各ノズル群におけるノズルの直径、原料液の吐出量及び印加電圧のうち少なくとも一つが異なるようにして電界紡糸する、請求項12に記載の繊維シートの製造方法。
- 前記電界紡糸装置は、樹脂を含む原料液を吐出するノズルと、該ノズルと離間して配置され、該ノズルとの間に電界を生じさせる電極とを有する複数の紡糸ユニットと、該電極に電圧を印加する複数の電源とを備え、
前記紡糸ユニットは、前記ノズルの延びる方向に沿って該ノズルの後端から先端方向に向けて、気体流を噴射する気体流噴射部を更に備え、
前記各ノズルに電圧を印加し且つ前記気体流を前記気体流噴射部から噴射させた状態で、前記原料液を前記各ノズルから吐出して電界紡糸する、請求項12又は13に記載の繊維シートの製造方法。 - 前記気体流噴射部は、第1ノズル群に属するノズルを有する紡糸ユニットに配される第1気体流噴射部と、第2ノズル群に配されるノズルを有する紡糸ユニットに配される第2気体流噴射部とからなり、
前記各気体流噴射部から噴射される気体流の流量及び風速のうち少なくとも一つが異なるようにして電界紡糸する、請求項14に記載の繊維シートの製造方法。 - 前記樹脂の固化温度よりも高い温度の気体流を前記気体流噴射部から噴射させる、請求項14または15に記載の繊維シートの製造方法。
- 長繊維である第1繊維と、長繊維であり且つ該第1繊維とは異なる第2繊維とを含む長繊維不織布からなる繊維シートであって、
前記繊維シートは、該繊維シートの繊維径分布及び繊維本数の頻度に基づくヒストグラムにおいて、
第1繊維と第2繊維とを含む繊維径分布のピークを示し、
該ピークが示す繊維径の位置において、第2繊維の繊維本数の頻度に対する第1繊維の繊維本数の頻度の比P1(第1繊維/第2繊維)が0.01以上100以下であり、
及び/又は、
繊維径分布のピークを2つ以上示し、
繊維径3μm超の範囲で最も大きいピークにおける第2繊維の繊維本数の頻度に対する、繊維径が3μm以下の範囲で最も大きいピークにおける第1繊維の繊維本数の頻度の比P2(3mm以下/3mm超)が1以上1000以下である、繊維シート。 - 前記比P1(第1繊維/第2繊維)が0.1以上、好ましくは0.5以上、また、80以下、好ましくは50以下である、請求項17に記載の繊維シート。
- 前記比P2(3mm以下/3mm超)が2以上、好ましくは3以上、より好ましくは5以上、また、800以下、好ましくは600以下、より好ましくは400以下である、請求項17又は18に記載の繊維シート。
- 第1繊維及び第2繊維のうち一方又は両方は熱可塑性樹脂を含む、請求項17〜19のいずれか一項に記載の繊維シート。
- 前記ヒストグラムにおいて、繊維径が10nm以上3μm以下、好ましくは1μm以下、また、好ましくは50nm以上である位置に第1繊維の繊維径分布のピークを示す、請求項17〜20のいずれか一項に記載の繊維シート。
- 前記ヒストグラムにおいて、2つ以上の繊維径分布のピークを示す、請求項17〜21のいずれか一項に記載の繊維シート。
- 前記ヒストグラムにおいて、繊維径が3μm超200μm以下、好ましくは5μm以上、より好ましくは8μm以上、更に好ましくは10μm以上、また、好ましくは100μm以下である位置に第2繊維の繊維径分布のピークを示す、請求項17〜22のいずれか一項に記載の繊維シート。
- 前記繊維シートを溶融し、均一溶融状態の樹脂溶融液を用いて測定した電気インピーダンスが、次式(X)を満たす、請求項17〜23のいずれか一項に記載の繊維シート。
A/B≧1.0×102 (X)
(前記式(X)中、Aは50℃における前記繊維シートの樹脂溶融液の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示し、Bは前記樹脂の融点よりも50℃高い温度における該繊維シートの樹脂溶融液の電気インピーダンスの絶対値(Ω)を示す。) - 第1繊維は、融点を有する樹脂と添加剤とを含み、
第2繊維は、前記樹脂と同種の樹脂を含み且つ前記添加剤と異種の添加剤を含むか、又は、前記樹脂と異種の樹脂を含み且つ前記添加剤と同種若しくは異種の添加剤を含む、請求項17〜24のいずれか一項に記載の繊維シート。 - 前記添加剤が塩構造を有する、請求項25に記載の繊維シート。
- 前記添加剤が2価以上の脂肪酸塩及び、構造中の末端にアルキル基を有し、且つ構造中の任意の位置にスルホン酸塩基を有する化合物から選ばれる1種又は2種以上である、請求項25又は26に記載の繊維シート。
- 前記第1繊維及び前記第2繊維が混在状態である、請求項17〜27のいずれか一項に記載の繊維シート。
- 前記繊維シート0.10mm2当たりの構成繊維どうしの融着部の個数が、0個以上20個以下であり、より好ましくは15個以下、更に好ましくは10個以下である、請求項17〜28のいずれか一項に記載の繊維シート。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021207315A JP7033233B2 (ja) | 2020-06-19 | 2021-12-21 | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020106182 | 2020-06-19 | ||
JP2020106182 | 2020-06-19 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021207315A Division JP7033233B2 (ja) | 2020-06-19 | 2021-12-21 | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022001688A true JP2022001688A (ja) | 2022-01-06 |
JP2022001688A5 JP2022001688A5 (ja) | 2022-02-10 |
Family
ID=79244285
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021099059A Pending JP2022001688A (ja) | 2020-06-19 | 2021-06-14 | 繊維シート、電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
JP2021207315A Active JP7033233B2 (ja) | 2020-06-19 | 2021-12-21 | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021207315A Active JP7033233B2 (ja) | 2020-06-19 | 2021-12-21 | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230228001A1 (ja) |
EP (1) | EP4170081A1 (ja) |
JP (2) | JP2022001688A (ja) |
KR (1) | KR102541677B1 (ja) |
CN (1) | CN115917069A (ja) |
WO (1) | WO2021256445A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022028029A (ja) * | 2020-06-19 | 2022-02-14 | 花王株式会社 | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
JP7241222B1 (ja) | 2022-07-06 | 2023-03-16 | 何乃繊維株式会社 | 繊維構造体 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117230572A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-12-15 | 浙江杰上杰新材料股份有限公司 | 一种高端装备用中低频段吸音功能性纳米纤维的制备方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004238749A (ja) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Japan Vilene Co Ltd | 静電紡糸方法及び静電紡糸装置 |
JP2005171408A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Unitika Ltd | 生分解性不織布およびその製造方法 |
CN1766181A (zh) * | 2005-11-25 | 2006-05-03 | 清华大学 | 一种电纺丝发生和收集的装置及方法 |
WO2008038536A1 (fr) * | 2006-09-25 | 2008-04-03 | Mitsui Chemicals, Inc. | Longue fibre composite du type fendu, tissu non tissé fait de longues fibres composites du type fendu, et tissu non tissé à fibres fendues |
JP2012001865A (ja) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 繊維状複合材料及びその製造方法、並びに繊維状複合材料を用いた繊維部材及び機能性デバイス |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7390760B1 (en) * | 2004-11-02 | 2008-06-24 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Composite nanofiber materials and methods for making same |
JP4809203B2 (ja) | 2006-12-13 | 2011-11-09 | パナソニック株式会社 | 不織布製造装置、不織布製造方法 |
JP5009100B2 (ja) | 2007-08-31 | 2012-08-22 | 日本バイリーン株式会社 | 極細繊維不織布及びその製造方法、並びにその製造装置 |
JP5719421B2 (ja) | 2012-10-11 | 2015-05-20 | 花王株式会社 | 電界紡糸装置及びそれを備えたナノファイバ製造装置 |
US20160074790A1 (en) | 2013-04-11 | 2016-03-17 | Toray Industries, Inc. | Mixed fiber nonwoven fabric and a production method therefor (as amended) |
JP6591817B2 (ja) * | 2015-07-30 | 2019-10-16 | 花王株式会社 | 電界紡糸装置 |
JP6577817B2 (ja) | 2015-10-08 | 2019-09-18 | 花王株式会社 | 電界紡糸装置 |
JP6664199B2 (ja) | 2015-11-24 | 2020-03-13 | 花王株式会社 | 溶融電界紡糸装置及びこれを用いた繊維の製造方法 |
JP6817131B2 (ja) | 2016-04-11 | 2021-01-20 | 花王株式会社 | 極細繊維の製造方法 |
JP7213682B2 (ja) | 2018-12-27 | 2023-01-27 | 日機装株式会社 | 加湿器 |
JP2022001688A (ja) * | 2020-06-19 | 2022-01-06 | 花王株式会社 | 繊維シート、電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
-
2021
- 2021-06-14 JP JP2021099059A patent/JP2022001688A/ja active Pending
- 2021-06-14 KR KR1020227043463A patent/KR102541677B1/ko active IP Right Grant
- 2021-06-14 EP EP21824276.6A patent/EP4170081A1/en active Pending
- 2021-06-14 CN CN202180042042.XA patent/CN115917069A/zh active Pending
- 2021-06-14 US US18/011,213 patent/US20230228001A1/en active Pending
- 2021-06-14 WO PCT/JP2021/022596 patent/WO2021256445A1/ja unknown
- 2021-12-21 JP JP2021207315A patent/JP7033233B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004238749A (ja) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Japan Vilene Co Ltd | 静電紡糸方法及び静電紡糸装置 |
JP2005171408A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Unitika Ltd | 生分解性不織布およびその製造方法 |
CN1766181A (zh) * | 2005-11-25 | 2006-05-03 | 清华大学 | 一种电纺丝发生和收集的装置及方法 |
WO2008038536A1 (fr) * | 2006-09-25 | 2008-04-03 | Mitsui Chemicals, Inc. | Longue fibre composite du type fendu, tissu non tissé fait de longues fibres composites du type fendu, et tissu non tissé à fibres fendues |
JP2012001865A (ja) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 繊維状複合材料及びその製造方法、並びに繊維状複合材料を用いた繊維部材及び機能性デバイス |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022028029A (ja) * | 2020-06-19 | 2022-02-14 | 花王株式会社 | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
JP7033233B2 (ja) | 2020-06-19 | 2022-03-09 | 花王株式会社 | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 |
JP7241222B1 (ja) | 2022-07-06 | 2023-03-16 | 何乃繊維株式会社 | 繊維構造体 |
JP2024007632A (ja) * | 2022-07-06 | 2024-01-19 | 何乃繊維株式会社 | 繊維構造体 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4170081A1 (en) | 2023-04-26 |
JP2022028029A (ja) | 2022-02-14 |
CN115917069A (zh) | 2023-04-04 |
JP7033233B2 (ja) | 2022-03-09 |
WO2021256445A1 (ja) | 2021-12-23 |
KR102541677B1 (ko) | 2023-06-13 |
US20230228001A1 (en) | 2023-07-20 |
KR20230003322A (ko) | 2023-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7033233B2 (ja) | 電界紡糸装置及び繊維シートの製造方法 | |
EP2907902B1 (en) | Electrospinning device and nanofiber manufacturing device provided with same | |
US10540952B2 (en) | Sound absorbing structure including nanofibers | |
Tomaszewski et al. | Investigation of electrospinning with the use of a multi-jet electrospinning head | |
Sun et al. | Self-assembly of a three-dimensional fibrous polymer sponge by electrospinning | |
KR101730663B1 (ko) | 부직 중합체성 웨브 | |
Kilic et al. | Effects of polarity on electrospinning process | |
JP4209734B2 (ja) | 不織布及びその製造方法 | |
JP6889072B2 (ja) | 溶融電界紡糸用組成物、並びに繊維及びその製造方法 | |
WO2012066929A1 (ja) | ナノファイバー製造方法 | |
JP2015045114A (ja) | 繊維シート及びこれを用いた繊維製品 | |
JP6904787B2 (ja) | 電界紡糸装置 | |
Niu et al. | Electrospinning: an advanced nanofiber production technology | |
JP6577817B2 (ja) | 電界紡糸装置 | |
JP5277109B2 (ja) | 極細繊維不織布の製造方法及び極細繊維不織布 | |
CN107794582B (zh) | 三维纳米结构的构建方法 | |
Yan et al. | Electro-aerodynamic field aided needleless electrospinning | |
Chowdhury et al. | Process optimization and alignment of PVA/FeCl 3 nano composite fibres by electrospinning | |
Vong et al. | Fabrication of radially aligned electrospun nanofibers in a three-dimensional conical shape | |
JP6978269B2 (ja) | 繊維及び繊維シートの製造方法 | |
Yeum et al. | Fabrication of highly aligned poly (vinyl alcohol) nanofibers and its yarn by electrospinning | |
Yan et al. | Guiding parameters for electrospinning process | |
JP2019044301A (ja) | 繊維堆積体の製造装置及び繊維堆積体の製造方法 | |
JP7099814B2 (ja) | 電界紡糸装置及びこれを用いた電界紡糸方法 | |
JP2009161889A (ja) | スパンボンドウェブの製造装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220202 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220202 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220202 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220329 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220519 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220927 |