JP4133269B2 - 無機系繊維の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無機系繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、無機系繊維（例えば、ガラス繊維）からなる無機系繊維シートは、濾過性能や分離性能等に優れているため、濾過材や鉛蓄電池用のセパレータなどとして好適に使用されている。
【０００３】
このような無機系繊維シートを構成する無機系繊維は、ブロー法や遠心法により製造されていた。つまり、前者のブロー法は、押し出された溶融物に対してガスを噴射して前記溶融物を繊維化して無機系繊維を製造する方法（例えば、特公昭３７−７９２５号公報）であり、後者の遠心法は、高速回転板へ溶融セラミック組成物を供給し、前記高速回転板の高速回転による遠心力により前記溶融セラミック組成物を繊維化する方法（例えば、特開昭５３−３８７１９号公報）である。しかしながら、これらいずれの方法を用いても、得られる繊維の太さは不均一であり、またフレーク状の膜や粒など、繊維化していないもの（いわゆるショット）が発生しやすい方法であった。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭３７−７９２５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開昭５３−３８７１９号公報（特許請求の範囲）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、繊維の太さが均一で、しかもショットが発生しにくい無機系繊維の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる発明は、「（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程、（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程、（３）集積前の前記無機系ゲル状繊維に電界の作用方向とは異なる方向から気体を作用させ、無機系ゲル状繊維の移動方向を変える工程、（４）気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程、（５）前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程、とを含むことを特徴とする、無機系繊維の製造方法」である。このようにノズルから押し出したゾル溶液に対して電界を作用させると、繊維の太さが均一で、しかもショットの発生しにくい方法であること、及び集積前に電界の作用方向とは異なる方向から気体を作用させ、無機系ゲル状繊維の移動方向を変えることにより、繊維同士が接着した繊維シートではなく、繊維同士が接着しておらず、個々の繊維が独立した状態にある無機系繊維を製造できることを見出したものである。
【０００７】
本発明の請求項２にかかる発明は、「前記気体作用無機系ゲル状繊維又は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して、無機系焼結繊維を形成する工程、を更に含むことを特徴とする、請求項１記載の無機系繊維の製造方法」である。この方法によれば、請求項１と同様の作用効果に加えて、焼結した無機系繊維を製造することができる。
【０００８】
本発明の請求項３にかかる発明は、「前記気体の温度が４０℃以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の無機系繊維の製造方法」である。このように気体の温度が４０℃以下であれば、無機系繊維同士の接着を効率的に防ぐことができる。
【０００９】
本発明の請求項４にかかる発明は、「前記気体の相対湿度が５５％以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように、相対湿度が５５％以下であると、気体作用無機系ゲル状繊維をある程度乾燥することができるため、接着していない無機系繊維を効率的に製造することができる。
【００１０】
本発明の請求項５にかかる発明は、「電界作用方向とは異なる方向に位置する捕集部材に、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように位置する捕集部材に集積することによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突力を弱めることができるため、接着していない無機系繊維を効率的に製造することができる。
【００１１】
本発明の請求項６にかかる発明は、「前記捕集部材が非導電性材料から構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように、捕集部材が非導電性材料から構成されており、気体作用無機系ゲル状繊維は直接捕集部材に集積しないため、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を効率的に防ぐことができると同時に、効率的に捕集することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の無機系繊維の製造方法では、まず、（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程を実施する。本明細書において「無機成分を主体とする」とは、無機成分が５０ｍａｓｓ％以上を占めていることを意味し、６０ｍａｓｓ％以上を占めているのがより好ましく、７５ｍａｓｓ％以上を占めているのがより好ましい。
【００１３】
このゾル溶液は、本発明の製造方法で最終的に得られる無機系繊維である、無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維を構成する元素を含む化合物を含む溶液（原料溶液）を、約１００℃以下程度の温度で加水分解させ、縮重合させることによって得ることができる。前記原料溶液の溶媒は、例えば、有機溶媒（例えばアルコール）又は水である。
【００１４】
この化合物を構成する元素は特に限定するものではないが、例えば、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、セシウム、バリウム、ランタン、ハフニウム、タンタル、タングステン、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、又はルテチウムなどを挙げることができる。
【００１５】
前記の化合物としては、例えば前記元素の酸化物を挙げることができ、具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＶＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＣｄＯ、ＬｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＰｂＴｉ４Ｏ９、ＬｉＮｂＯ３、 ＢａＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＫＴａＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＮｉＦｅ２Ｏ４、ＳｒＴｉＯ３などを挙げることができる。前記の無機成分は、一成分の酸化物から構成されていても、二成分以上の酸化物から構成されていても良い。例えば、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３のニ成分から構成することができる。
【００１６】
前記のゾル溶液は、前記原料溶液に対して、前記化合物を縮重合させる処理を行うことにより得られ、主として無機成分からなる。すなわち、無機成分が５０ｍａｓｓ％以上を占めており、好ましくは６０ｍａｓｓ％以上、より好ましくは７５ｍａｓｓ％以上を占めている。
【００１７】
前記のゾル溶液は、後述する繊維を形成する工程においてノズルからの紡糸が可能となる粘度を有していることが必要である。その粘度は、紡糸可能な粘度である限り特に限定されるものではないが、好ましくは０．１〜１００ポイズ、より好ましくは０．５〜２０ポイズ、特に好ましくは１〜１０ポイズ、最も好ましくは１〜５ポイズである。粘度が１００ポイズを超えると細繊維化が困難となり、０．１ポイズ未満になると繊維形状が得られなくなる傾向があるためである。なお、ノズル先端部分における雰囲気を原料溶液と同様の溶媒ガス雰囲気とする場合には、１００ポイズを超えるゾル溶液であっても紡糸可能な場合がある。
【００１８】
本発明のゾル溶液は、上述のような無機成分以外に、有機成分を含んでいることができ、この有機成分として、例えば、シランカップリング剤、染料などの有機低分子化合物、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子化合物、などを挙げることができる。より具体的には、前記原料溶液に含まれる化合物がシラン系化合物である場合には、メチル基やエポキシ基で有機修飾されたシラン系化合物が縮重合したものを含んでいることができる。
【００１９】
前記原料溶液は、前記原料溶液に含まれる化合物を安定化する溶媒（例えば、有機溶媒（例えば、エタノールなどのアルコール類、ジメチルホルムアミド）又は水）、前記原料溶液に含まれる化合物を加水分解するための水、及び加水分解反応を円滑に進行させる触媒（例えば、塩酸、硝酸など）を含んでいることができる。また、前記原料溶液に含まれる、例えば、化合物を安定化させるキレート剤、前記化合物の安定化のためのシランカップリング剤、圧電性などの各種機能を付与することができる化合物、接着性改善、柔軟性、硬度（もろさ）調整のための有機化合物（例えば、ポリメチルメタクリレート）、あるいは染料などの添加剤を含んでいることができる。なお、これらの添加剤は、加水分解を行う前、加水分解を行う際、或いは加水分解後に添加することができる。
【００２０】
また、前記原料溶液は、無機系又は有機系の微粒子を含んでいることができる。前記無機系微粒子としては、例えば、酸化チタン、二酸化マンガン、酸化銅、二酸化珪素、活性炭、金属（例えば、白金）を挙げることができ、有機系微粒子として、色素又は顔料などを挙げることができる。また、微粒子の平均粒径は特に限定されるものではないが、好ましくは０．００１〜１μｍ、より好ましくは０．００２〜０．１μｍである。このような微粒子を含んでいることによって、光学機能、多孔性、触媒機能、吸着機能、或いはイオン交換機能などを付与することができる。
【００２１】
テトラエトキシシランの場合、水の量がアルコキシドの４倍（モル比）を超えると曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、アルコキシドの４倍以下であるのが好ましい。
【００２２】
触媒として塩基を使用すると、曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、塩基を使用しないのが好ましい。
【００２３】
反応温度は使用溶媒の沸点以下であれば良いが、低い方が適度に反応速度が遅く、曳糸性のゾル溶液を形成しやすい。あまり低すぎても反応が進行しにくいため、１０℃以上であるのが好ましい。
【００２４】
本発明においては、次いで、（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程を実施する。
【００２５】
このゾル溶液の押し出し方向は特に限定するものではないが、ゾル溶液の滴下が生じにくいように、ノズルからの押し出し方向と重力の作用方向とが一致しないのが好ましい。特には、重力の作用方向と反対方向又は重力の作用方向と直角方向にゾル溶液を押し出すのが好ましい。
【００２６】
このゾル溶液を押し出すノズルの直径は、無機系繊維（つまり無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）の繊維径によって変化する。例えば、無機系繊維の繊維径が２μｍ以下の場合には、ノズルの直径が０．１〜３ｍｍ程度であるのが好ましい。
【００２７】
また、ノズルは金属製であっても、非金属製であっても良い。ノズルが金属製であればノズルを１つの電極として使用することができ、ノズルが非金属製である場合には、ノズル内に電極を設置することにより、押し出したゾル溶液に電界を作用させることができる。
【００２８】
このようなノズルからゾル溶液を押し出した後、押出物に電界を作用させることにより延伸して、無機系ゲル状繊維を形成する。この電界は、目的とする無機系繊維（無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）の繊維径、ノズルと対向電極との距離、原料溶液の溶媒、ゾル溶液の粘度などによって変化するため、特に限定するものではないが、例えば、無機系繊維（無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）の繊維径を３μｍ以下程度とする場合には、０．５〜５ｋＶ／ｃｍであるのが好ましい。印加する電界が大きければ、その電界値の増加に応じて無機系ゲル状繊維の繊維径が細くなり、同時にノズルから安定してゾル溶液を押し出すことのできる量が増加するが、５ｋＶ／ｃｍを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすいので好ましくない。また、０．５ｋＶ／ｃｍ未満になると、繊維形状となりにくい。
【００２９】
なお、電界を印加することにより、ゾル溶液に静電荷が蓄積され、対向電極によって電気的に引張られ、引き伸ばされて繊維化する。特に電気的に引き伸ばしているため、無機系ゲル状繊維が支持体に近づくにしたがって繊維の速度が加速され、より細くなる。
【００３０】
このような電界は、例えば、ノズル（金属製ノズルの場合にはノズル自体、非金属製ノズルの場合にはノズル内の電極）と対向電極との間に電位差を設けることによって、作用させることができる。例えば、ノズルに電圧を印加するとともに対向電極をアースすることによって電位差を設けることができるし、逆に、対向電極に電圧を印加するとともにノズルをアースすることによって電位差を設けることもできる。
【００３１】
本発明においては、次いで、（３）集積前の前記無機系ゲル状繊維に気体を作用させる工程を実施する。この工程は無機系ゲル状繊維の移動方向を変えることによって、集積時における気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突力を和らげて、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を防止する意味合いと、無機系ゲル状繊維をある程度乾燥することによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を防止する意味合いの少なくとも一方があり、いずれにしても本発明の目的物である、繊維同士が接着しておらず、独立した繊維である無機系繊維を製造するために必要な工程である。なお、無機系ゲル状繊維に対して気体を作用させると、溶媒の蒸発によって無機系ゲル状繊維が細くなり、静電気密度が高まる結果、その電気的反発力によって分裂し、更に細径の気体作用無機系ゲル状繊維となると考えている。
【００３２】
この作用させる気体は無機系ゲル状繊維に対して作用させることのできる気体であれば良く、特に限定されるものではないが、空気を使用するのが製造上好適である。なお、気体の温度が４０℃以下である場合や、気体の相対湿度が５５％以下である場合には、無機系ゲル状繊維の乾燥を行うことができ、後工程である集積の際に気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を効果的に防止し、個々の気体作用無機系ゲル状繊維が独立した状態で集積しやすいため好適である。なお、より好ましい相対湿度は４０％以下である。また、相対湿度の下限は０％である。
【００３３】
前記気体を作用させる方向は電界作用方向（ノズルから対向電極とを結ぶ方向）と同じ方向であっても良いし、異なる方向であっても良いが、前者のように電界作用と同じであると、静電気力と気体による物理力の両方の力により、気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に対して強く衝突させることになり、気体作用無機系ゲル状繊維同士を接着させる可能性が高くなるため、個々に独立した気体作用無機系ゲル状繊維を集積しやすいように、気体を作用させる方向は電界作用方向とは異なる方向であるのが好ましい。電界による延伸作用をできるだけ損なわないようにできる点から、電界の作用方向に対して直角方向から気体を作用させるのが好ましい。
【００３４】
なお、無機系ゲル状繊維に対して気体を作用させる方法としては、例えば、気体吐出ノズルから気体を噴出させる方法がある。なお、このように気体を作用させる場合には、無機系ゲル状繊維があまり拡散しないように、ある程度真っ直ぐ気体を噴出できる気体吐出ノズルを使用するのが好ましい。このような気体吐出ノズルとして、フラットエアノズル（例えば、吐出部が狭いスリットからなるノズル）を挙げることができる。
【００３５】
また、このような気体吐出ノズルは非導電性材料から構成されているのが好ましい。気体吐出ノズルが導電性材料から構成されていると、ゾル溶液を押し出すノズルとの間に電界が形成されてしまい、無機系ゲル状繊維が気体吐出ノズルに集積してしまう場合があるためである。なお、本発明における「非導電性」とは、電気抵抗（体積固有抵抗）が１０１２Ω以上のものをいう。なお、気体吐出ノズルが導電性材料から構成されている場合には、気体吐出ノズルは電気的に孤立したものであることが好ましい。
【００３６】
本発明においては、次いで、（４）気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程を実施する。
【００３７】
この捕集部材としては、特に限定するものではないが、例えば、気体吸い取りノズル、通気性支持体などを挙げることができる。前者のように気体吸い取りノズルを使用した場合、気体の吸い取り量によっては、気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突によって、繊維同士が接着してしまう場合があるため、接着を避けるために、サイクロン式の気体吸い取りノズルを使用するのが好ましい。また、後者の通気性支持体のように、特に吸い取り装置を備えていない場合には、前述のような気体吐出ノズルからの気体の流れによって集積することになるため、緩やかな流れの中で気体作用無機系ゲル状繊維を集積することになるが、気体作用無機系ゲル状繊維は同極に帯電した状態にあるため、繊維同士の反発力によって、繊維同士が接着しにくい状態で集積することができる。
【００３８】
このような捕集部材は、電界作用方向と同じ方向に位置していても良いし、異なる方向に位置していても良いが、前述のように、電界作用方向とは異なる方向に気体を作用させるのが好ましいため、捕集部材も電界作用方向とは異なる方向に位置して、気体作用無機系ゲル状繊維を集積するのが好ましい。このように位置していることによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を避けることが容易となる。また、電界による延伸作用をできるだけ損なわないようにできる点から、電界作用方向に対して直角方向に捕集部材が位置しているのが好ましい。
【００３９】
なお、前述のような捕集部材も非導電性材料から構成されているのが好ましい。捕集部材が導電性材料から構成されていると、ゾル溶液を押し出すノズルとの間に電界が形成されてしまい、気体作用無機系ゲル状繊維が直接捕集部材に集積してしまい、繊維同士の接着が生じやすくなるためである。なお、捕集部材が導電性材料から構成されている場合には、捕集部材は電気的に孤立したものであることが好ましい。
【００４０】
また、捕集部材を気体が通過する速度は特に限定するものではないが、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を避けることが容易であるように、１０００ｃｍ／ｓｅｃ．以下であるのが好ましく、１００ｃｍ／ｓｅｃ．以下であるのがより好ましい。また、集積した気体作用無機系ゲル状繊維の飛散防止のために、１０ｃｍ／ｓｅｃ．以上であるのが好ましい。
【００４１】
次いで、（５）前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程を実施して、取り扱い可能な無機系乾燥ゲル状繊維、つまり無機系繊維を製造する。
【００４２】
この乾燥温度は気体作用無機系ゲル状繊維を構成する無機成分によって変化するため特に限定されるものではないが、有機成分の分解温度未満の温度、例えば、２００℃以下程度の温度で実施するのが好ましい。この乾燥は、オーブンなどで加熱することによって実施することができるし、凍結乾燥、或いは超臨界乾燥によっても実施することができる。この乾燥工程においては、必要な取り扱い強度を有するまで乾燥する。
【００４３】
以上は無機系乾燥ゲル状繊維（無機系繊維）を製造する方法であるが、無機系焼結繊維（無機系繊維）を製造する場合には、更に無機系乾燥ゲル状繊維を焼結する工程を実施する。焼結工程を実施することにより、強度及び耐熱性の優れる無機系焼結繊維を製造することができる。なお、焼結工程は例えば焼結炉を用いて実施することができ、その温度は無機系乾燥ゲル状繊維を構成する無機成分によって適宜設定する。例えば、無機系乾燥ゲル状繊維がシリカ成分からなる場合、８００℃以上の温度で焼結すれば、シリカ焼結繊維を製造することができる。
【００４４】
なお、無機系焼結繊維は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して製造することができるばかりでなく、気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥させることなく、直接焼結しても製造することができる。なお、この場合、いきなり焼結温度で焼結すると、気体作用無機系ゲル状繊維が急激に収縮して損傷する場合があるため、焼結温度まで徐々に昇温して焼結するのが好ましい。
【００４５】
なお、このようにして製造した無機系繊維（無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）は、基本的に繊維が連続した長繊維であるが、必要に応じて、無機系繊維を切断又は破砕して、短繊維とすることもできる。
【００４６】
本発明の無機系繊維の製造方法を、無機系繊維を製造できる装置の概念図である図１をもとに説明する。
【００４７】
まず、前述のようにして調製されたゾル溶液は、ゾル溶液貯留部（図示せず）から定量ポンプ等（図示せず）によって、金属製のノズル１へと供給される。このノズル１への供給量は特に限定されるものではないが、ノズル１本あたり０．０１ｍＬ／時間〜１００ｍＬ／時間で変化させることができる。なお、図１においては、１本のノズルを備えているが、２本以上であっても良い。
【００４８】
このようにノズル１へ供給されたゾル溶液は、ノズル１から押し出される。一方、前記ノズル１に対して電圧が印加され、対向電極２はアースされているため、ノズル１と対向電極２との間には電界が形成され、この電界によって押し出されたゾル溶液は延伸されて繊維化し、無機系ゲル状繊維が形成される。なお、電界強度を０．５〜５ｋＶ／ｃｍに調整できるように、ノズル１と対向電極２との距離を１０〜５００ｍｍ程度、好ましくは５０〜３００ｍｍ程度に設定できるように、ノズル１の位置を変えることができるのが好ましい。また、前記方法とは逆に、ノズル１をアースし、対向電極２に電圧を印加しても良い。
【００４９】
ノズル１から押し出されたゾル溶液を延伸して形成された無機系ゲル状繊維は、電界の作用によって対向電極２に引き付けられ、対向電極２へ向かう途中で、電界作用方向Ｄに対して直角方向に位置する気体吐出ノズル３から吐出された気体の作用によって、電界作用方向Ｄに直交する方向へ進路を変更して移動する。この時、無機系ゲル状繊維は気体の作用によってある程度乾燥した気体作用無機系ゲル状繊維となる。なお、図１においては電界作用方向Ｄに直交する方向に気体を吐出して作用させているが、直交方向である必要はない。
【００５０】
このように形成された気体作用無機系ゲル状繊維は気体の流れに沿って移動し、気体吐出ノズル３に対面する位置に設置された捕集部材４によって捕集される。図１においては気体吐出ノズル側面が開口しており、気体吐出ノズル側面に対向する面が通気性材料からなる直方体状の捕集部材４を使用している。また、捕集部材４は通気性材料からなる面が排気ファン５とダクトを介して接続されており、適度に吸引することができるため、集積した気体作用無機系ゲル状繊維の飛散を防止できるようになっている。
【００５１】
このように集積した気体作用無機系ゲル状繊維は、所望集積量となった後に、ヒーター（図示せず）へと供給し、ヒーターの熱によって乾燥され、無機系乾燥ゲル状繊維となる。あるいは、集積した気体作用無機系ゲル状繊維は、所望集積量となった後に、焼結炉（例えば、電気炉）へと供給し、焼結炉の熱によって焼結され、無機系焼結繊維となる。なお、無機系乾燥ゲル状繊維を焼結炉へ供給して焼結する場合もある。
【００５２】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５３】
【実施例】
（実施例１）
（１）ゾル溶液の形成
金属化合物としてテトラエトキシシラン、溶媒としてエタノール、加水分解のための水、及び触媒として１規定の塩酸を、１：５：２：０．００３のモル比で混合し、温度７８℃で１０時間の還流操作を行い、次いで、溶媒をロータリーエバポレーターにより除去して濃縮した後、温度６０℃に加熱して、粘度が２ポイズのゾル溶液を形成した。
【００５４】
（２）無機系ゲル状繊維の形成
ポンプにより前記ゾル溶液を１本のステンレス製ノズル（内径：０．６ｍｍ）へ供給し、１ｍＬ／時間の割合で、重力の作用方向とは反対方向へノズルから押し出すとともに、ノズルに−２０ｋＶの電圧を印加し、前記ノズルから１０ｃｍ離れた位置に設置した対向電極をアースして、対向電極へ向かう無機系ゲル状繊維を形成した。
【００５５】
（３）気体作用無機系ゲル状繊維の形成
前記無機系ゲル状繊維の流れ（電界作用方向）に対して、電界作用方向に対して直角方向に配置したポリプロピレン製フラットエアノズルから空気（温度：２５℃、相対湿度：２０％）を、無機系ゲル状繊維移動箇所を横切る空気速度が１００ｃｍ／ｓｅｃ．となるように吐出し、無機系ゲル状繊維に気体を作用させて一部乾燥し、気体作用無機系ゲル状繊維を形成すると同時に、電界作用方向に対して直角方向へ流れを変えさせた。
【００５６】
（４）気体作用無機系ゲル状繊維の集積
前記フラットエアノズルの対向する位置（電界作用方向に対して直角方向）に配置した通気性捕集部材により、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積した。なお、通気性捕集部材として、外形が直方体状であり、前記気体作用無機系ゲル状繊維の入り口側の面が開口しており、この面が１辺２０ｃｍの正方形状であり、前記入り口側の面と対向する出口面が６０メッシュのポリプロピレンネットからなるものを使用した。また、前記通気性捕集部材は排気ファンと接続されており、排気ファンによって、通気性捕集部材内の風速が約１０ｃｍ／ｓｅｃ．となるように、通気性捕集部材の出口側から吸引した。
【００５７】
（５）無機系乾燥ゲル状繊維の形成
このように集積した気体作用無機系ゲル状繊維を温度１５０℃に設定されたヒーターにより乾燥して、無機系乾燥ゲル状繊維（ＳｉＯ２からなる）を製造した。この無機系乾燥ゲル状繊維は、ノズルからの押し出し質量の約７０％に相当し、無機系乾燥ゲル状繊維１ｇの嵩は約１５０ｍＬであった。また、無機系乾燥ゲル状繊維同士の接着はほとんど観察されなかった。更に、フレークやショットのような不純物も観察されなかった。
【００５８】
（６）シリカ焼結繊維の形成
前記無機系乾燥ゲル状繊維を温度８００℃で焼結を行い、シリカ焼結繊維を製造した。このシリカ焼結繊維の平均繊維径（１００点における繊維径の算術平均値）は０．６μｍであり、繊維径のＣＶ値（＝標準偏差／平均繊維径）は０．４と細く、かつ繊維の太さが均一であった。
【００５９】
（実施例２）
（４）気体作用無機系ゲル状繊維の集積工程における、通気性捕集部材内の風速が２０ｃｍ／ｓｅｃ．となるように、排気ファンによって吸引したこと以外は実施例１と全く同様にして、無機系乾燥ゲル状繊維を製造した。
【００６０】
この無機系乾燥ゲル状繊維は、ノズルからの押し出し質量の約７０％に相当し、無機系乾燥ゲル状繊維１ｇの嵩は約１００ｍＬであった。また、無機系乾燥ゲル状繊維同士の接着はほとんど観察されなかった。更に、フレークやショットのような不純物も観察されなかった。
【００６１】
次いで、実施例１と同様に無機系乾燥ゲル状繊維の焼結を行い、シリカ焼結繊維を製造した。このシリカ焼結繊維の平均繊維径（１００点における繊維径の算術平均値）は０．６μｍであり、繊維径のＣＶ値（＝標準偏差／平均繊維径）は０．４と細く、かつ繊維の太さが均一なものであった。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の無機系繊維の製造方法によれば、繊維の太さが均一で、しかもショットを発生させることなく、無機系繊維を製造することができる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の無機系繊維を製造できる装置の概念図
【符号の説明】
１ ノズル
２ 対向電極
３ 気体吐出ノズル
４ 捕集部材
５ 排気ファン
【発明の属する技術分野】
本発明は無機系繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、無機系繊維（例えば、ガラス繊維）からなる無機系繊維シートは、濾過性能や分離性能等に優れているため、濾過材や鉛蓄電池用のセパレータなどとして好適に使用されている。
【０００３】
このような無機系繊維シートを構成する無機系繊維は、ブロー法や遠心法により製造されていた。つまり、前者のブロー法は、押し出された溶融物に対してガスを噴射して前記溶融物を繊維化して無機系繊維を製造する方法（例えば、特公昭３７−７９２５号公報）であり、後者の遠心法は、高速回転板へ溶融セラミック組成物を供給し、前記高速回転板の高速回転による遠心力により前記溶融セラミック組成物を繊維化する方法（例えば、特開昭５３−３８７１９号公報）である。しかしながら、これらいずれの方法を用いても、得られる繊維の太さは不均一であり、またフレーク状の膜や粒など、繊維化していないもの（いわゆるショット）が発生しやすい方法であった。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭３７−７９２５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開昭５３−３８７１９号公報（特許請求の範囲）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、繊維の太さが均一で、しかもショットが発生しにくい無機系繊維の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる発明は、「（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程、（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程、（３）集積前の前記無機系ゲル状繊維に電界の作用方向とは異なる方向から気体を作用させ、無機系ゲル状繊維の移動方向を変える工程、（４）気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程、（５）前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程、とを含むことを特徴とする、無機系繊維の製造方法」である。このようにノズルから押し出したゾル溶液に対して電界を作用させると、繊維の太さが均一で、しかもショットの発生しにくい方法であること、及び集積前に電界の作用方向とは異なる方向から気体を作用させ、無機系ゲル状繊維の移動方向を変えることにより、繊維同士が接着した繊維シートではなく、繊維同士が接着しておらず、個々の繊維が独立した状態にある無機系繊維を製造できることを見出したものである。
【０００７】
本発明の請求項２にかかる発明は、「前記気体作用無機系ゲル状繊維又は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して、無機系焼結繊維を形成する工程、を更に含むことを特徴とする、請求項１記載の無機系繊維の製造方法」である。この方法によれば、請求項１と同様の作用効果に加えて、焼結した無機系繊維を製造することができる。
【０００８】
本発明の請求項３にかかる発明は、「前記気体の温度が４０℃以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の無機系繊維の製造方法」である。このように気体の温度が４０℃以下であれば、無機系繊維同士の接着を効率的に防ぐことができる。
【０００９】
本発明の請求項４にかかる発明は、「前記気体の相対湿度が５５％以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように、相対湿度が５５％以下であると、気体作用無機系ゲル状繊維をある程度乾燥することができるため、接着していない無機系繊維を効率的に製造することができる。
【００１０】
本発明の請求項５にかかる発明は、「電界作用方向とは異なる方向に位置する捕集部材に、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように位置する捕集部材に集積することによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突力を弱めることができるため、接着していない無機系繊維を効率的に製造することができる。
【００１１】
本発明の請求項６にかかる発明は、「前記捕集部材が非導電性材料から構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法」である。このように、捕集部材が非導電性材料から構成されており、気体作用無機系ゲル状繊維は直接捕集部材に集積しないため、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を効率的に防ぐことができると同時に、効率的に捕集することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の無機系繊維の製造方法では、まず、（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程を実施する。本明細書において「無機成分を主体とする」とは、無機成分が５０ｍａｓｓ％以上を占めていることを意味し、６０ｍａｓｓ％以上を占めているのがより好ましく、７５ｍａｓｓ％以上を占めているのがより好ましい。
【００１３】
このゾル溶液は、本発明の製造方法で最終的に得られる無機系繊維である、無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維を構成する元素を含む化合物を含む溶液（原料溶液）を、約１００℃以下程度の温度で加水分解させ、縮重合させることによって得ることができる。前記原料溶液の溶媒は、例えば、有機溶媒（例えばアルコール）又は水である。
【００１４】
この化合物を構成する元素は特に限定するものではないが、例えば、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、セシウム、バリウム、ランタン、ハフニウム、タンタル、タングステン、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、又はルテチウムなどを挙げることができる。
【００１５】
前記の化合物としては、例えば前記元素の酸化物を挙げることができ、具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＶＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＳｎＯ２、ＣｄＯ、ＬｉＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＰｂＴｉ４Ｏ９、ＬｉＮｂＯ３、 ＢａＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＫＴａＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＮｉＦｅ２Ｏ４、ＳｒＴｉＯ３などを挙げることができる。前記の無機成分は、一成分の酸化物から構成されていても、二成分以上の酸化物から構成されていても良い。例えば、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３のニ成分から構成することができる。
【００１６】
前記のゾル溶液は、前記原料溶液に対して、前記化合物を縮重合させる処理を行うことにより得られ、主として無機成分からなる。すなわち、無機成分が５０ｍａｓｓ％以上を占めており、好ましくは６０ｍａｓｓ％以上、より好ましくは７５ｍａｓｓ％以上を占めている。
【００１７】
前記のゾル溶液は、後述する繊維を形成する工程においてノズルからの紡糸が可能となる粘度を有していることが必要である。その粘度は、紡糸可能な粘度である限り特に限定されるものではないが、好ましくは０．１〜１００ポイズ、より好ましくは０．５〜２０ポイズ、特に好ましくは１〜１０ポイズ、最も好ましくは１〜５ポイズである。粘度が１００ポイズを超えると細繊維化が困難となり、０．１ポイズ未満になると繊維形状が得られなくなる傾向があるためである。なお、ノズル先端部分における雰囲気を原料溶液と同様の溶媒ガス雰囲気とする場合には、１００ポイズを超えるゾル溶液であっても紡糸可能な場合がある。
【００１８】
本発明のゾル溶液は、上述のような無機成分以外に、有機成分を含んでいることができ、この有機成分として、例えば、シランカップリング剤、染料などの有機低分子化合物、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子化合物、などを挙げることができる。より具体的には、前記原料溶液に含まれる化合物がシラン系化合物である場合には、メチル基やエポキシ基で有機修飾されたシラン系化合物が縮重合したものを含んでいることができる。
【００１９】
前記原料溶液は、前記原料溶液に含まれる化合物を安定化する溶媒（例えば、有機溶媒（例えば、エタノールなどのアルコール類、ジメチルホルムアミド）又は水）、前記原料溶液に含まれる化合物を加水分解するための水、及び加水分解反応を円滑に進行させる触媒（例えば、塩酸、硝酸など）を含んでいることができる。また、前記原料溶液に含まれる、例えば、化合物を安定化させるキレート剤、前記化合物の安定化のためのシランカップリング剤、圧電性などの各種機能を付与することができる化合物、接着性改善、柔軟性、硬度（もろさ）調整のための有機化合物（例えば、ポリメチルメタクリレート）、あるいは染料などの添加剤を含んでいることができる。なお、これらの添加剤は、加水分解を行う前、加水分解を行う際、或いは加水分解後に添加することができる。
【００２０】
また、前記原料溶液は、無機系又は有機系の微粒子を含んでいることができる。前記無機系微粒子としては、例えば、酸化チタン、二酸化マンガン、酸化銅、二酸化珪素、活性炭、金属（例えば、白金）を挙げることができ、有機系微粒子として、色素又は顔料などを挙げることができる。また、微粒子の平均粒径は特に限定されるものではないが、好ましくは０．００１〜１μｍ、より好ましくは０．００２〜０．１μｍである。このような微粒子を含んでいることによって、光学機能、多孔性、触媒機能、吸着機能、或いはイオン交換機能などを付与することができる。
【００２１】
テトラエトキシシランの場合、水の量がアルコキシドの４倍（モル比）を超えると曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、アルコキシドの４倍以下であるのが好ましい。
【００２２】
触媒として塩基を使用すると、曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、塩基を使用しないのが好ましい。
【００２３】
反応温度は使用溶媒の沸点以下であれば良いが、低い方が適度に反応速度が遅く、曳糸性のゾル溶液を形成しやすい。あまり低すぎても反応が進行しにくいため、１０℃以上であるのが好ましい。
【００２４】
本発明においては、次いで、（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程を実施する。
【００２５】
このゾル溶液の押し出し方向は特に限定するものではないが、ゾル溶液の滴下が生じにくいように、ノズルからの押し出し方向と重力の作用方向とが一致しないのが好ましい。特には、重力の作用方向と反対方向又は重力の作用方向と直角方向にゾル溶液を押し出すのが好ましい。
【００２６】
このゾル溶液を押し出すノズルの直径は、無機系繊維（つまり無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）の繊維径によって変化する。例えば、無機系繊維の繊維径が２μｍ以下の場合には、ノズルの直径が０．１〜３ｍｍ程度であるのが好ましい。
【００２７】
また、ノズルは金属製であっても、非金属製であっても良い。ノズルが金属製であればノズルを１つの電極として使用することができ、ノズルが非金属製である場合には、ノズル内に電極を設置することにより、押し出したゾル溶液に電界を作用させることができる。
【００２８】
このようなノズルからゾル溶液を押し出した後、押出物に電界を作用させることにより延伸して、無機系ゲル状繊維を形成する。この電界は、目的とする無機系繊維（無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）の繊維径、ノズルと対向電極との距離、原料溶液の溶媒、ゾル溶液の粘度などによって変化するため、特に限定するものではないが、例えば、無機系繊維（無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）の繊維径を３μｍ以下程度とする場合には、０．５〜５ｋＶ／ｃｍであるのが好ましい。印加する電界が大きければ、その電界値の増加に応じて無機系ゲル状繊維の繊維径が細くなり、同時にノズルから安定してゾル溶液を押し出すことのできる量が増加するが、５ｋＶ／ｃｍを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすいので好ましくない。また、０．５ｋＶ／ｃｍ未満になると、繊維形状となりにくい。
【００２９】
なお、電界を印加することにより、ゾル溶液に静電荷が蓄積され、対向電極によって電気的に引張られ、引き伸ばされて繊維化する。特に電気的に引き伸ばしているため、無機系ゲル状繊維が支持体に近づくにしたがって繊維の速度が加速され、より細くなる。
【００３０】
このような電界は、例えば、ノズル（金属製ノズルの場合にはノズル自体、非金属製ノズルの場合にはノズル内の電極）と対向電極との間に電位差を設けることによって、作用させることができる。例えば、ノズルに電圧を印加するとともに対向電極をアースすることによって電位差を設けることができるし、逆に、対向電極に電圧を印加するとともにノズルをアースすることによって電位差を設けることもできる。
【００３１】
本発明においては、次いで、（３）集積前の前記無機系ゲル状繊維に気体を作用させる工程を実施する。この工程は無機系ゲル状繊維の移動方向を変えることによって、集積時における気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突力を和らげて、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を防止する意味合いと、無機系ゲル状繊維をある程度乾燥することによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を防止する意味合いの少なくとも一方があり、いずれにしても本発明の目的物である、繊維同士が接着しておらず、独立した繊維である無機系繊維を製造するために必要な工程である。なお、無機系ゲル状繊維に対して気体を作用させると、溶媒の蒸発によって無機系ゲル状繊維が細くなり、静電気密度が高まる結果、その電気的反発力によって分裂し、更に細径の気体作用無機系ゲル状繊維となると考えている。
【００３２】
この作用させる気体は無機系ゲル状繊維に対して作用させることのできる気体であれば良く、特に限定されるものではないが、空気を使用するのが製造上好適である。なお、気体の温度が４０℃以下である場合や、気体の相対湿度が５５％以下である場合には、無機系ゲル状繊維の乾燥を行うことができ、後工程である集積の際に気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を効果的に防止し、個々の気体作用無機系ゲル状繊維が独立した状態で集積しやすいため好適である。なお、より好ましい相対湿度は４０％以下である。また、相対湿度の下限は０％である。
【００３３】
前記気体を作用させる方向は電界作用方向（ノズルから対向電極とを結ぶ方向）と同じ方向であっても良いし、異なる方向であっても良いが、前者のように電界作用と同じであると、静電気力と気体による物理力の両方の力により、気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に対して強く衝突させることになり、気体作用無機系ゲル状繊維同士を接着させる可能性が高くなるため、個々に独立した気体作用無機系ゲル状繊維を集積しやすいように、気体を作用させる方向は電界作用方向とは異なる方向であるのが好ましい。電界による延伸作用をできるだけ損なわないようにできる点から、電界の作用方向に対して直角方向から気体を作用させるのが好ましい。
【００３４】
なお、無機系ゲル状繊維に対して気体を作用させる方法としては、例えば、気体吐出ノズルから気体を噴出させる方法がある。なお、このように気体を作用させる場合には、無機系ゲル状繊維があまり拡散しないように、ある程度真っ直ぐ気体を噴出できる気体吐出ノズルを使用するのが好ましい。このような気体吐出ノズルとして、フラットエアノズル（例えば、吐出部が狭いスリットからなるノズル）を挙げることができる。
【００３５】
また、このような気体吐出ノズルは非導電性材料から構成されているのが好ましい。気体吐出ノズルが導電性材料から構成されていると、ゾル溶液を押し出すノズルとの間に電界が形成されてしまい、無機系ゲル状繊維が気体吐出ノズルに集積してしまう場合があるためである。なお、本発明における「非導電性」とは、電気抵抗（体積固有抵抗）が１０１２Ω以上のものをいう。なお、気体吐出ノズルが導電性材料から構成されている場合には、気体吐出ノズルは電気的に孤立したものであることが好ましい。
【００３６】
本発明においては、次いで、（４）気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程を実施する。
【００３７】
この捕集部材としては、特に限定するものではないが、例えば、気体吸い取りノズル、通気性支持体などを挙げることができる。前者のように気体吸い取りノズルを使用した場合、気体の吸い取り量によっては、気体作用無機系ゲル状繊維同士の衝突によって、繊維同士が接着してしまう場合があるため、接着を避けるために、サイクロン式の気体吸い取りノズルを使用するのが好ましい。また、後者の通気性支持体のように、特に吸い取り装置を備えていない場合には、前述のような気体吐出ノズルからの気体の流れによって集積することになるため、緩やかな流れの中で気体作用無機系ゲル状繊維を集積することになるが、気体作用無機系ゲル状繊維は同極に帯電した状態にあるため、繊維同士の反発力によって、繊維同士が接着しにくい状態で集積することができる。
【００３８】
このような捕集部材は、電界作用方向と同じ方向に位置していても良いし、異なる方向に位置していても良いが、前述のように、電界作用方向とは異なる方向に気体を作用させるのが好ましいため、捕集部材も電界作用方向とは異なる方向に位置して、気体作用無機系ゲル状繊維を集積するのが好ましい。このように位置していることによって、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を避けることが容易となる。また、電界による延伸作用をできるだけ損なわないようにできる点から、電界作用方向に対して直角方向に捕集部材が位置しているのが好ましい。
【００３９】
なお、前述のような捕集部材も非導電性材料から構成されているのが好ましい。捕集部材が導電性材料から構成されていると、ゾル溶液を押し出すノズルとの間に電界が形成されてしまい、気体作用無機系ゲル状繊維が直接捕集部材に集積してしまい、繊維同士の接着が生じやすくなるためである。なお、捕集部材が導電性材料から構成されている場合には、捕集部材は電気的に孤立したものであることが好ましい。
【００４０】
また、捕集部材を気体が通過する速度は特に限定するものではないが、気体作用無機系ゲル状繊維同士の接着を避けることが容易であるように、１０００ｃｍ／ｓｅｃ．以下であるのが好ましく、１００ｃｍ／ｓｅｃ．以下であるのがより好ましい。また、集積した気体作用無機系ゲル状繊維の飛散防止のために、１０ｃｍ／ｓｅｃ．以上であるのが好ましい。
【００４１】
次いで、（５）前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程を実施して、取り扱い可能な無機系乾燥ゲル状繊維、つまり無機系繊維を製造する。
【００４２】
この乾燥温度は気体作用無機系ゲル状繊維を構成する無機成分によって変化するため特に限定されるものではないが、有機成分の分解温度未満の温度、例えば、２００℃以下程度の温度で実施するのが好ましい。この乾燥は、オーブンなどで加熱することによって実施することができるし、凍結乾燥、或いは超臨界乾燥によっても実施することができる。この乾燥工程においては、必要な取り扱い強度を有するまで乾燥する。
【００４３】
以上は無機系乾燥ゲル状繊維（無機系繊維）を製造する方法であるが、無機系焼結繊維（無機系繊維）を製造する場合には、更に無機系乾燥ゲル状繊維を焼結する工程を実施する。焼結工程を実施することにより、強度及び耐熱性の優れる無機系焼結繊維を製造することができる。なお、焼結工程は例えば焼結炉を用いて実施することができ、その温度は無機系乾燥ゲル状繊維を構成する無機成分によって適宜設定する。例えば、無機系乾燥ゲル状繊維がシリカ成分からなる場合、８００℃以上の温度で焼結すれば、シリカ焼結繊維を製造することができる。
【００４４】
なお、無機系焼結繊維は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して製造することができるばかりでなく、気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥させることなく、直接焼結しても製造することができる。なお、この場合、いきなり焼結温度で焼結すると、気体作用無機系ゲル状繊維が急激に収縮して損傷する場合があるため、焼結温度まで徐々に昇温して焼結するのが好ましい。
【００４５】
なお、このようにして製造した無機系繊維（無機系乾燥ゲル状繊維又は無機系焼結繊維）は、基本的に繊維が連続した長繊維であるが、必要に応じて、無機系繊維を切断又は破砕して、短繊維とすることもできる。
【００４６】
本発明の無機系繊維の製造方法を、無機系繊維を製造できる装置の概念図である図１をもとに説明する。
【００４７】
まず、前述のようにして調製されたゾル溶液は、ゾル溶液貯留部（図示せず）から定量ポンプ等（図示せず）によって、金属製のノズル１へと供給される。このノズル１への供給量は特に限定されるものではないが、ノズル１本あたり０．０１ｍＬ／時間〜１００ｍＬ／時間で変化させることができる。なお、図１においては、１本のノズルを備えているが、２本以上であっても良い。
【００４８】
このようにノズル１へ供給されたゾル溶液は、ノズル１から押し出される。一方、前記ノズル１に対して電圧が印加され、対向電極２はアースされているため、ノズル１と対向電極２との間には電界が形成され、この電界によって押し出されたゾル溶液は延伸されて繊維化し、無機系ゲル状繊維が形成される。なお、電界強度を０．５〜５ｋＶ／ｃｍに調整できるように、ノズル１と対向電極２との距離を１０〜５００ｍｍ程度、好ましくは５０〜３００ｍｍ程度に設定できるように、ノズル１の位置を変えることができるのが好ましい。また、前記方法とは逆に、ノズル１をアースし、対向電極２に電圧を印加しても良い。
【００４９】
ノズル１から押し出されたゾル溶液を延伸して形成された無機系ゲル状繊維は、電界の作用によって対向電極２に引き付けられ、対向電極２へ向かう途中で、電界作用方向Ｄに対して直角方向に位置する気体吐出ノズル３から吐出された気体の作用によって、電界作用方向Ｄに直交する方向へ進路を変更して移動する。この時、無機系ゲル状繊維は気体の作用によってある程度乾燥した気体作用無機系ゲル状繊維となる。なお、図１においては電界作用方向Ｄに直交する方向に気体を吐出して作用させているが、直交方向である必要はない。
【００５０】
このように形成された気体作用無機系ゲル状繊維は気体の流れに沿って移動し、気体吐出ノズル３に対面する位置に設置された捕集部材４によって捕集される。図１においては気体吐出ノズル側面が開口しており、気体吐出ノズル側面に対向する面が通気性材料からなる直方体状の捕集部材４を使用している。また、捕集部材４は通気性材料からなる面が排気ファン５とダクトを介して接続されており、適度に吸引することができるため、集積した気体作用無機系ゲル状繊維の飛散を防止できるようになっている。
【００５１】
このように集積した気体作用無機系ゲル状繊維は、所望集積量となった後に、ヒーター（図示せず）へと供給し、ヒーターの熱によって乾燥され、無機系乾燥ゲル状繊維となる。あるいは、集積した気体作用無機系ゲル状繊維は、所望集積量となった後に、焼結炉（例えば、電気炉）へと供給し、焼結炉の熱によって焼結され、無機系焼結繊維となる。なお、無機系乾燥ゲル状繊維を焼結炉へ供給して焼結する場合もある。
【００５２】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５３】
【実施例】
（実施例１）
（１）ゾル溶液の形成
金属化合物としてテトラエトキシシラン、溶媒としてエタノール、加水分解のための水、及び触媒として１規定の塩酸を、１：５：２：０．００３のモル比で混合し、温度７８℃で１０時間の還流操作を行い、次いで、溶媒をロータリーエバポレーターにより除去して濃縮した後、温度６０℃に加熱して、粘度が２ポイズのゾル溶液を形成した。
【００５４】
（２）無機系ゲル状繊維の形成
ポンプにより前記ゾル溶液を１本のステンレス製ノズル（内径：０．６ｍｍ）へ供給し、１ｍＬ／時間の割合で、重力の作用方向とは反対方向へノズルから押し出すとともに、ノズルに−２０ｋＶの電圧を印加し、前記ノズルから１０ｃｍ離れた位置に設置した対向電極をアースして、対向電極へ向かう無機系ゲル状繊維を形成した。
【００５５】
（３）気体作用無機系ゲル状繊維の形成
前記無機系ゲル状繊維の流れ（電界作用方向）に対して、電界作用方向に対して直角方向に配置したポリプロピレン製フラットエアノズルから空気（温度：２５℃、相対湿度：２０％）を、無機系ゲル状繊維移動箇所を横切る空気速度が１００ｃｍ／ｓｅｃ．となるように吐出し、無機系ゲル状繊維に気体を作用させて一部乾燥し、気体作用無機系ゲル状繊維を形成すると同時に、電界作用方向に対して直角方向へ流れを変えさせた。
【００５６】
（４）気体作用無機系ゲル状繊維の集積
前記フラットエアノズルの対向する位置（電界作用方向に対して直角方向）に配置した通気性捕集部材により、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積した。なお、通気性捕集部材として、外形が直方体状であり、前記気体作用無機系ゲル状繊維の入り口側の面が開口しており、この面が１辺２０ｃｍの正方形状であり、前記入り口側の面と対向する出口面が６０メッシュのポリプロピレンネットからなるものを使用した。また、前記通気性捕集部材は排気ファンと接続されており、排気ファンによって、通気性捕集部材内の風速が約１０ｃｍ／ｓｅｃ．となるように、通気性捕集部材の出口側から吸引した。
【００５７】
（５）無機系乾燥ゲル状繊維の形成
このように集積した気体作用無機系ゲル状繊維を温度１５０℃に設定されたヒーターにより乾燥して、無機系乾燥ゲル状繊維（ＳｉＯ２からなる）を製造した。この無機系乾燥ゲル状繊維は、ノズルからの押し出し質量の約７０％に相当し、無機系乾燥ゲル状繊維１ｇの嵩は約１５０ｍＬであった。また、無機系乾燥ゲル状繊維同士の接着はほとんど観察されなかった。更に、フレークやショットのような不純物も観察されなかった。
【００５８】
（６）シリカ焼結繊維の形成
前記無機系乾燥ゲル状繊維を温度８００℃で焼結を行い、シリカ焼結繊維を製造した。このシリカ焼結繊維の平均繊維径（１００点における繊維径の算術平均値）は０．６μｍであり、繊維径のＣＶ値（＝標準偏差／平均繊維径）は０．４と細く、かつ繊維の太さが均一であった。
【００５９】
（実施例２）
（４）気体作用無機系ゲル状繊維の集積工程における、通気性捕集部材内の風速が２０ｃｍ／ｓｅｃ．となるように、排気ファンによって吸引したこと以外は実施例１と全く同様にして、無機系乾燥ゲル状繊維を製造した。
【００６０】
この無機系乾燥ゲル状繊維は、ノズルからの押し出し質量の約７０％に相当し、無機系乾燥ゲル状繊維１ｇの嵩は約１００ｍＬであった。また、無機系乾燥ゲル状繊維同士の接着はほとんど観察されなかった。更に、フレークやショットのような不純物も観察されなかった。
【００６１】
次いで、実施例１と同様に無機系乾燥ゲル状繊維の焼結を行い、シリカ焼結繊維を製造した。このシリカ焼結繊維の平均繊維径（１００点における繊維径の算術平均値）は０．６μｍであり、繊維径のＣＶ値（＝標準偏差／平均繊維径）は０．４と細く、かつ繊維の太さが均一なものであった。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の無機系繊維の製造方法によれば、繊維の太さが均一で、しかもショットを発生させることなく、無機系繊維を製造することができる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の無機系繊維を製造できる装置の概念図
【符号の説明】
１ ノズル
２ 対向電極
３ 気体吐出ノズル
４ 捕集部材
５ 排気ファン
Claims (6)
- （１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成する工程、
（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状繊維を形成する工程、
（３）集積前の前記無機系ゲル状繊維に電界の作用方向とは異なる方向から気体を作用させ、無機系ゲル状繊維の移動方向を変える工程、
（４）気体を作用させた気体作用無機系ゲル状繊維を捕集部材に集積する工程、
（５）前記気体作用無機系ゲル状繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状繊維を形成する工程、
とを含むことを特徴とする、無機系繊維の製造方法。 - 前記気体作用無機系ゲル状繊維又は無機系乾燥ゲル状繊維を焼結して、無機系焼結繊維を形成する工程、を更に含むことを特徴とする、請求項１記載の無機系繊維の製造方法。
- 前記気体の温度が４０℃以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の無機系繊維の製造方法。
- 前記気体の相対湿度が５５％以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法。
- 電界作用方向とは異なる方向に位置する捕集部材に、前記気体作用無機系ゲル状繊維を集積することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法。
- 前記捕集部材が非導電性材料から構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の無機系繊維の製造方法。
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