JP4446748B2 - Manufacturing method of fiber assembly - Google Patents
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Description
本発明は繊維集合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fiber assembly.
繊維集合体を構成する繊維の繊維径が小さいと、分離性能、液体保持性能、払拭性能、隠蔽性能、絶縁性能、或いは柔軟性など、様々な性能に優れているため、繊維集合体を構成する繊維の繊維径は小さいのが好ましい。このような繊維径の小さい繊維からなる繊維集合体の製造方法として、紡糸原液をノズルから押し出すとともに、押し出した紡糸原液に電界を作用させて紡糸原液を延伸し、繊維径の小さい繊維とした後に捕集して繊維集合体とする、いわゆる静電紡糸方法が知られている。 If the fiber diameter of the fibers constituting the fiber assembly is small, the fiber assembly is configured because it has excellent performance such as separation performance, liquid retention performance, wiping performance, concealment performance, insulation performance, or flexibility. The fiber diameter of the fiber is preferably small. As a method for producing a fiber aggregate composed of fibers having such a small fiber diameter, the spinning dope is extruded from a nozzle, and an electric field is applied to the extruded spinning dope to stretch the spinning dope to obtain a fiber having a small fiber diameter. A so-called electrostatic spinning method is known in which a fiber assembly is collected.
より具体的には、「溶媒として揮発性溶媒を用いて高分子を溶解した高分子溶液を製造する段階と、前記高分子溶液を電荷誘導紡糸工程により紡糸する段階、及びコレクタ上に累積される微細繊維状高分子ウェブを得る段階とを含む微細繊維状高分子ウェブの製造方法であり、前記電荷誘導紡糸工程の操業空間の相対湿度は0〜40%である微細繊維状高分子ウェブの製造方法」が開示されている(特許文献1)。この方法は、確かに相対湿度をこの範囲とすることで安定して紡糸を行うことができる方法であったが、得られる微細繊維の繊維径のバラツキが大きく、所望の性能を持った繊維集合体を作製できないという問題があった。 More specifically, “a step of producing a polymer solution in which a polymer is dissolved using a volatile solvent as a solvent, a step of spinning the polymer solution by a charge-induced spinning process, and the accumulation on the collector. A method for producing a fine fibrous polymer web comprising the step of obtaining a fine fibrous polymer web, wherein the relative humidity of the operating space of the charge-induced spinning process is 0 to 40%. Method "is disclosed (Patent Document 1). This method is certainly a method that can be stably spun by setting the relative humidity within this range, but there is a large variation in the fiber diameter of the resulting fine fibers, and a fiber assembly having the desired performance. There was a problem that the body could not be made.
本発明は、前記問題点を解決することを目的としてなされたもので、繊維径のバラツキの少ない、つまり繊維径の揃った繊維集合体を製造できる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made for the purpose of solving the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method capable of producing a fiber assembly with little variation in fiber diameter, that is, with a uniform fiber diameter.
本発明の請求項1にかかる発明は、「樹脂を溶媒に溶解させた紡糸原液を用い、静電紡糸法により紡糸した繊維を直接集積させて繊維集合体を製造する方法において、紡糸原液の溶媒として水への溶解性が100g/100ml以上のものを主体として用いるとともに、静電紡糸法による紡糸空間を相対湿度40%以下の所定の相対湿度、かつ前記所定の相対湿度の±2%の相対湿度に維持した状態で実施することを特徴とする、繊維集合体の製造方法」である。本発明者らは、水への溶解性が100g/100ml以上の溶媒は水分を取り込みやすく、取り込んだ水分は紡糸原液の樹脂の貧溶媒として作用し、樹脂の溶解度が低下し、紡糸原液の粘度が上昇し、更にゲル化や凝固が起りやすいため、相対湿度が変化し、溶媒中に取り込まれる水分量が変化することによって、紡糸原液の粘度も変化するため、一定電界をノズルから押し出した紡糸原液に作用させても、繊維径が変化してしまうことを見出した。更に、その影響度は相対湿度が一定の範囲内にあれば一定であることも見出した。そこで、本発明においては、相対湿度40%以下の所定の相対湿度、かつ前記所定の相対湿度の±2%の相対湿度に維持した状態で静電紡糸を実施することで、相対湿度による紡糸原液に与える影響を一定とし、繊維径に与える影響を一定とすることによって、繊維径の揃った、所望の繊維径の繊維集合体を製造できるようにしたのである。
The invention according to
本発明の請求項2にかかる発明は、「前記紡糸原液の主体とする溶媒が、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンの中から選ばれる溶媒であることを特徴とする、請求項1記載の繊維集合体の製造方法」である。これらの溶媒は、室温付近で飽和蒸気圧に達したとしても、爆発下限よりも十分に低い濃度にまでしかならず、静電紡糸を行っている際に、仮にスパーク放電などが起こっても、爆発の心配が少ないため好適な溶媒である。また、これらの溶媒は樹脂の溶解性が比較的高く、更に蒸気圧がそれほど高くなく、急速に揮発することもないため、好適に使用できる。
The invention according to
本発明の請求項3にかかる発明は、「前記静電紡糸法による紡糸空間を取り囲むように閉鎖的空間とするとともに、前記所定の相対湿度の気体を一定風量で前記閉鎖的空間へ供給することを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の繊維集合体の製造方法」である。このように、紡糸空間を閉鎖的空間とすることによって、所定の相対湿度の±2%の相対湿度に維持した状態で静電紡糸法を実施しやすい。また、このような閉鎖的空間とすると、紡糸空間中における溶媒の蒸気濃度はどんどん高くなり、溶媒の蒸発が抑制され、繊維径が細くなり、繊維径のバラツキが発生しやすい傾向があり、最悪の場合には、溶媒の蒸気濃度が飽和に達してしまい、静電紡糸を行うことが困難となるため、前記所定の相対湿度の気体を一定風量で前記閉鎖的空間へ供給することによって、紡糸空間における溶媒の蒸気濃度も一定とし、繊維径の揃った、所望の繊維径の繊維からなる繊維集合体を安定して製造することができる。
According to a third aspect of the present invention, “a closed space is formed so as to surround the spinning space by the electrostatic spinning method, and a gas having a predetermined relative humidity is supplied to the closed space with a constant air volume. The method for producing a fiber assembly according to
本発明の繊維集合体の製造方法によれば、繊維径の揃った、所望の繊維径の繊維集合体を製造することができる。 According to the method for producing a fiber assembly of the present invention, a fiber assembly having a desired fiber diameter and a uniform fiber diameter can be produced.
本発明の繊維集合体の製造方法について、繊維集合体の製造方法を実施できる製造装置の概念的模式断面図である図1をもとに説明する。 The method for producing a fiber assembly of the present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a conceptual schematic cross-sectional view of a production apparatus capable of performing the method for producing a fiber assembly.
図1の製造装置は、紡糸原液をノズル2へ供給できる紡糸原液供給装置1、紡糸原液供給装置1から供給された紡糸原液を吐出するノズル2、ノズル2から吐出され、電界によって延伸された繊維を捕集するアースされた捕集体3、ノズル2とアースされた捕集体3との間に電界を形成するために、ノズル2に電圧を印加できる電圧印加装置4、ノズル2と捕集体3とを収納した紡糸容器6、紡糸容器6へ所定相対湿度の気体を供給できる気体供給装置7、及び紡糸容器6内の気体を排気できる排気装置8を備えている。
The production apparatus of FIG. 1 includes a spinning stock
このような製造装置を用いて繊維集合体を製造する場合、まず、紡糸原液を用意する。この紡糸原液は静電紡糸可能な樹脂を溶媒に溶解させた溶液である。樹脂は特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレングリコール、部分けん化ポリビニルアルコール、完全けん化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、或いはポリプロピレンなどを使用できる。これら例示以外の樹脂も使用可能であり、例示以外の樹脂も含め、2種以上の樹脂を溶媒に溶解させた溶液(つまり、紡糸原液)を用いることもできる。 When a fiber assembly is manufactured using such a manufacturing apparatus, first, a spinning dope is prepared. This spinning solution is a solution in which a resin that can be electrospun is dissolved in a solvent. Resin is not particularly limited, for example, polyethylene glycol, partially saponified polyvinyl alcohol, fully saponified polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polylactic acid, polyglycolic acid, polyacrylonitrile, polymethacrylic acid, polymethyl methacrylate, polycarbonate, Polystyrene, polyamide, polyimide, polyethylene, polypropylene, or the like can be used. Resins other than those exemplified above can also be used, and a solution in which two or more resins including those other than those exemplified are dissolved in a solvent (that is, a spinning dope) can also be used.
この紡糸原液の主体とする溶媒は、水への溶解性が100g/100ml以上の溶媒(以下、「主溶媒」ということがある)である。このような主溶媒は水分を取り込みやすく、取り込んだ水分が樹脂の貧溶媒として作用し、樹脂の溶解度を低下させ、紡糸原液の粘度が上昇し、更にゲル化や凝固が起りやすいため、相対湿度が変化し、主溶媒中に取り込まれる水分量が変化することによって、紡糸原液の粘度も変化するため、一定電界を紡糸原液に作用させても、繊維径が変化しやすいものである。この傾向は水への溶解性が高いものほど顕著であり、完全に水と混和する主溶媒は最も影響を受けやすい。本発明においては、相対湿度の管理を行うことによって、このような影響を一定とし、完全に水と混和するような主溶媒を用いた場合であっても、繊維径の揃った繊維集合体を製造することができる。なお、「水への溶解性」は、純水100gに対して攪拌しながら溶媒を滴下していき、混合溶液が白濁したり、分離したりする直前の滴下量をいう。また、「主体としている」とは、溶媒の質量の50%以上を占めていることをいう。 The main solvent of the spinning dope is a solvent having a solubility in water of 100 g / 100 ml or more (hereinafter sometimes referred to as “main solvent”). Such a main solvent is easy to take up moisture, and the taken-in moisture acts as a poor solvent for the resin, lowers the solubility of the resin, increases the viscosity of the spinning dope, and further tends to cause gelation and coagulation. Since the viscosity of the spinning dope also changes as the amount of water taken into the main solvent changes, the fiber diameter is likely to change even when a constant electric field is applied to the spinning dope. This tendency is more prominent as the solubility in water increases, and the main solvent that is completely miscible with water is most susceptible. In the present invention, by controlling the relative humidity, even if a main solvent that makes such an effect constant and is completely miscible with water is used, a fiber assembly having a uniform fiber diameter is obtained. Can be manufactured. The “solubility in water” refers to a dripping amount immediately before the mixed solution becomes cloudy or separated by adding dropwise the solvent to 100 g of pure water while stirring. Further, “mainly” means that it occupies 50% or more of the mass of the solvent.
この主溶媒としては、樹脂によっても変化するため、特に限定するものではないが、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,4−ジオキサン、ピリジン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、アセトニトリル、ギ酸などを挙げることができる。これらの中でも、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンは、室温付近で飽和蒸気圧に達したとしても、爆発下限よりも十分に低い濃度にまでしかならず、静電紡糸を行っている際に、仮にスパーク放電などが起こっても、爆発の心配が少なく、また、これらの主溶媒は樹脂の溶解性が比較的高く、更に蒸気圧がそれほど高くなく、急速に揮発することもないため、好適に使用できる。なお、水への溶解性が100g/100ml以上である限り、例示以外の主溶媒も使用可能である。また、水への溶解性が100g/100ml以上で、組成の異なる2種類以上の溶媒(上記例示した主溶媒以外の溶媒も含む)の総量が、紡糸原液を構成する溶媒全体の質量の50%以上を占めている混合溶液も主溶媒として使用できる。 The main solvent varies depending on the resin, and is not particularly limited. For example, acetone, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,4-dioxane, pyridine, N, N- Examples thereof include dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, acetonitrile, formic acid and the like. Among these, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone have concentrations that are sufficiently lower than the lower explosion limit even if they reach saturation vapor pressure near room temperature. Of course, even if spark discharge occurs during electrostatic spinning, there is little risk of explosion, and these main solvents are relatively high in resin solubility and vapor pressure is not so high. Since it does not volatilize rapidly, it can be suitably used. In addition, as long as the solubility in water is 100 g / 100 ml or more, main solvents other than those illustrated can be used. Further, the total amount of two or more kinds of solvents (including solvents other than the main solvents exemplified above) having a solubility in water of 100 g / 100 ml or more and different compositions is 50% of the total mass of the solvent constituting the spinning dope. The mixed solution which occupies the above can also be used as a main solvent.
本発明の紡糸原液の一部を構成する溶媒は、前記主溶媒以外に、水への溶解性が100g/100ml未満の溶媒(以下、「従溶媒」ということがある)を含んでいても良い。より具体的には、従溶媒として、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエタン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。 The solvent constituting a part of the spinning dope of the present invention may contain a solvent having a solubility in water of less than 100 g / 100 ml (hereinafter sometimes referred to as “secondary solvent”) in addition to the main solvent. . More specifically, the co-solvent includes toluene, benzene, cyclohexane, cyclohexanone, carbon tetrachloride, methylene chloride, chloroform, trichloroethane, ethylene carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, and the like.
本発明の紡糸原液は上述のような樹脂を主溶媒に溶解させたもの(従溶媒を含む場合もある)であるが、その際の濃度は、樹脂の組成、樹脂の分子量、主溶媒等によって変化するため、特に限定するものではないが、静電紡糸への適用性の点から、粘度が10〜5000mPa・sの範囲となるような濃度であるのが好ましく、20〜4000mPa・sの範囲となるような濃度であるのがより好ましい。粘度が10mPa・s未満であると、主溶媒が蒸発せず繊維状になりにくい傾向があり、粘度が5000mPa・sを超えると、紡糸原液が延伸されにくくなり、繊維状となりにくい傾向があるためである。なお、この「粘度」は、粘度測定装置を用い、温度25℃で測定した、シェアレート100s−1の時の値をいう。 The spinning dope of the present invention is a solution obtained by dissolving the resin as described above in a main solvent (there may include a subsolvent), but the concentration at that time depends on the composition of the resin, the molecular weight of the resin, the main solvent, etc. Since it varies, it is not particularly limited, but from the viewpoint of applicability to electrospinning, the concentration is preferably such that the viscosity is in the range of 10 to 5000 mPa · s, and in the range of 20 to 4000 mPa · s. More preferably, the concentration is such that If the viscosity is less than 10 mPa · s, the main solvent does not evaporate and tends to be in a fibrous state, and if the viscosity exceeds 5000 mPa · s, the spinning dope becomes difficult to be stretched and tends to be in a fibrous state. It is. The “viscosity” refers to a value at a shear rate of 100 s −1 measured at a temperature of 25 ° C. using a viscosity measuring device.
このような紡糸原液は紡糸原液供給装置1によって、ノズル2へ供給される。この供給された紡糸原液はノズル2から押し出されるとともに、アースされた捕集体3と電圧印加装置4によって印加されたノズル2との間の電界による延伸作用を受け、繊維化しながら捕集体3へ向かって飛翔する(いわゆる静電紡糸法)。そして、この飛翔した繊維は直接、捕集体3上に集積し、繊維集合体を形成する。なお、紡糸原液供給装置1は特に限定されるものではないが、例えば、シリンジポンプ、チューブポンプ、ディスペンサ等を使用することができる。
Such a spinning dope is supplied to the
図1における紡糸原液のノズル2からの押し出し方向は、重力と直交する方向、かつ捕集体3の方向であるため、捕集体3に紡糸原液の滴下が生じない構成となっている。しかしながら、紡糸原液のノズル2からの押し出し方向は、図1とは異なる方向であっても良い。
The pushing direction of the spinning dope from the
この紡糸原液を押し出すノズル2の直径は、得ようとする繊維の繊維径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、繊維の繊維径を0.7μm以下とする場合には、ノズル2の直径(内径)は0.1〜2.0mm程度であるのが好ましい。
The diameter of the
また、ノズル2は金属製であっても、非金属製であっても良い。ノズル2が金属製であれば、電圧印加装置4から電圧を印加することにより、ノズル2を一方の電極として使用することができ、ノズル2が非金属製である場合には、ノズル2の内部に電極を設置し、この内部電極へ電圧印加装置4から電圧を印加することにより、押し出した紡糸原液に電界を作用させることができる。
The
図1においては、電圧印加装置4によりノズル2に電圧を印加するとともに、捕集体3をアースすることにより電界を形成しているが、図1とは逆に、ノズル2をアースするとともに、捕集体3に電圧を印加して電界を形成しても良いし、ノズル2と捕集体3の両方に電圧を印加するものの、電位差を設けるように印加して電界を形成しても良い。なお、この電界は、繊維の繊維径、ノズル2と捕集体3との距離、紡糸原液の主溶媒、紡糸原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、0.2〜5kV/cmであるのが好ましい。電界強度が5kV/cmを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすい傾向があり、0.2kV/cm未満であると、紡糸原液の延伸が不十分で繊維形状となりにくい傾向があるためである。
In FIG. 1, a voltage is applied to the
なお、電圧印加装置4は特に限定されるものではないが、例えば、直流高電圧発生装置やヴァン・デ・グラフ起電機を用いることができる。また、印加電圧は前述のような電界強度とすることができれば良く、特に限定するものではないが、5〜50KV程度であるのが好ましい。
The
また、印加する電圧の極性はプラスとマイナスのいずれであっても良いが、繊維の拡がりを抑制し、繊維が均一に分散した繊維集合体を製造しやすいように、ノズル2側がプラス電位となるようにするのが好ましい。特に、電圧印加時のコロナ放電を抑制しやすいように、捕集体3をアースし、ノズル2をプラスに印加して、ノズル2がプラス電位となるようにするのが好ましい。
The polarity of the voltage to be applied may be either positive or negative, but the
図1における捕集体3はドラムであるが、繊維を捕集できるものであれば良く、特に限定されるものではない。例えば、金属製や炭素などからなる導電性材料又は有機高分子などからなる非導電性材料からなる、不織布、織物、編物、ネット、平板、或いはベルトを、捕集体3として使用することができる。また、場合によっては水や有機溶媒などの液体を捕集体3として使用できる。
Although the
図1のように、捕集体3を他方の電極として使用する場合には、捕集体3は体積抵抗が109Ω以下の導電性材料(例えば、金属製)からなるのが好ましい。一方、ノズル2側から見て、捕集体3よりも後方に対向電極として導電性材料を配置する場合には、捕集体3は必ずしも導電性材料からなる必要はない。後者のように、捕集体3よりも後方に対向電極を配置する場合、捕集体3と対向電極とは接触していても良いし、離間していても良い。
As shown in FIG. 1, when the
本発明の製造方法を実施できる図1においては、上述のような静電紡糸法を、紡糸容器6内に設置したノズル2及び捕集体3を用いるとともに、紡糸容器6へ所定の相対湿度の気体を気体供給装置7を用いて一定風量で供給することによって、ノズル2から捕集体3までの間の紡糸空間5を相対湿度40%以下の所定の相対湿度、かつ前記所定の相対湿度の±2%の相対湿度に維持した状態で実施するとともに、紡糸容器6内の気体を排気装置8を用いて排出することができる。そのため、水分を取り込みやすい主溶媒を使用した紡糸原液であっても、相対湿度による影響を一定とすることができ、紡糸原液に与える相対湿度の影響を一定とすることができるため、繊維径の揃った、所望の繊維径の繊維集合体を製造できる。
In FIG. 1 in which the production method of the present invention can be carried out, the electrostatic spinning method as described above uses a
このように気体供給装置7から供給される気体の相対湿度が40%以下であるのは、紡糸原液が水分を取り込むことによる樹脂の溶解性の低下、紡糸原液の粘度上昇、及びゲル化や凝固の影響が比較的少なく、繊維化可能であるためである。なお、気体供給装置7から供給する気体の相対湿度をどの程度とするかは、前述のように相対湿度によって繊維径が変化することに加えて、紡糸原液(つまり主溶媒や樹脂)によって影響度が異なるため、紡糸しようとする紡糸原液を用いて各種相対湿度で紡糸を行って、実験的に確定することができる。より具体的には、紡糸しようとする紡糸原液を相対湿度が一定(±1%)の状態下で静電紡糸を実施し、その条件で得られる繊維径を確認する。この操作を、相対湿度を何水準かに変えて行い、相対湿度と繊維径との関係を把握する。この結果から、所望の繊維径を得るために必要な相対湿度を決定できる。
As described above, the relative humidity of the gas supplied from the
例えば、図5に概念的模式断面図を示すような製造装置(捕集体3がアルミ箔を貼ったアルミ板11であること、及び排気装置8の位置が異なること以外は、図1の製造装置と同じ)を用い、重量平均分子量42万のポリアクリロニトリルを、N,N−ジメチルホルムアミドに濃度10mass%となるように溶解させた紡糸原液を用いて、内径が0.4mmのステンレス製ノズル2から10cm離れた位置に配置した、アルミ箔を貼ったアルミ板11上に、紡糸した繊維を集積させて、繊維集合体を形成した。この繊維集合体の形成は、紡糸空間5の相対湿度を20±1%、25±1%、30±1%、35±1%、及び40±1%に維持した状態で実施した。そして、各相対湿度で製造した繊維集合体の平均繊維径を計測した。この結果は図6に示す通りであった。この図6から明らかなように、平均繊維径が0.3μmの繊維集合体を製造したい場合には、相対湿度を20.9%にすれば良いことがわかる。なお、平均繊維径は繊維集合体の両表面における電子顕微鏡写真を撮影し、各電子顕微鏡写真から繊維径(各表面50本づつ)を計測し、算術平均した値である。
For example, a manufacturing apparatus as shown in the schematic schematic cross-sectional view of FIG. 5 (the manufacturing apparatus of FIG. 1 except that the
また、本発明においては、所定の相対湿度の±2%の相対湿度に維持することが重要である。これは前述の通り、主溶媒の水への溶解性が100g/100ml以上であると、相対湿度が変化することで繊維径が変化してしまうため、水分の影響を一定とし、繊維径の揃った繊維集合体を製造できるようにするためである。このことは、前述の図6の結果から、所定の相対湿度の±2%の相対湿度に維持すれば、ほぼ同じ平均繊維径とすることができることが明らかである。図6の結果からも明らかなように、この相対湿度の変動が小さければ小さい程、水分の影響を一定とすることができるため、所定相対湿度の±1.5%以内であるのが好ましく、±1%以内であるのがより好ましい。このように所定相対湿度に保つには、例えば、市販の温湿度調節装置を用いて調湿した気体を紡糸空間5へ一定風量で供給したり、一定圧力に加圧した気体を紡糸空間5へ一定風量で供給することで達成することができる。
In the present invention, it is important to maintain a relative humidity of ± 2% of a predetermined relative humidity. As described above, when the solubility of the main solvent in water is 100 g / 100 ml or more, the fiber diameter changes due to the change of the relative humidity. This is because a fiber assembly can be manufactured. From this result of FIG. 6 described above, it is apparent that the average fiber diameter can be made substantially the same if the relative humidity is maintained at ± 2% of the predetermined relative humidity. As is clear from the results of FIG. 6, the smaller the variation of the relative humidity, the more constant the influence of moisture, so that it is preferably within ± 1.5% of the predetermined relative humidity. More preferably, it is within ± 1%. In order to maintain the predetermined relative humidity in this way, for example, a gas conditioned using a commercially available temperature and humidity controller is supplied to the spinning
図1においては、紡糸容器6を用いることによって、紡糸空間5(つまり、ノズル2と捕集体3との間の空間)を取り囲み、閉鎖的空間としているため、所定の相対湿度の±2%の相対湿度に維持した状態で静電紡糸法を実施しやすい。
In FIG. 1, by using the spinning
なお、図1のように、紡糸容器6へ所定の相対湿度の気体を一定風量で供給するのが好ましい。風量に変動があると、風量の変動によって主溶媒の揮発速度に差が生じ、結果として繊維径のバラツキの大きい繊維集合体となる傾向があるためである。この「一定風量」とは、風量の変化が±10%以内であることをいい、風量の変化が小さければ小さい程、繊維径のバラツキの小さい繊維集合体とすることができるため、風量の変化は±8%以内であるのが好ましく、±5%以内であるのがより好ましい。このような一定風量の所定の相対湿度の気体を供給できる方法として、例えば、流量計を通して供給する方法や、一定圧力に減圧された圧縮空気を供給する方法などを挙げることができる。なお、所定相対湿度の気体の供給個所は1ヶ所である必要はなく、2ヶ所以上から供給することができる。また、複数のノズルがある場合には、個々のノズル毎に供給することもできる。
In addition, as shown in FIG. 1, it is preferable to supply a gas having a predetermined relative humidity to the spinning
なお、所定相対湿度の気体の供給方向は、紡糸空間5における相対湿度を所定相対湿度に維持できるのであれば、特に限定するものではないが、図1のように、繊維の飛翔方向と所定の相対湿度の気体の供給方向とが一致するように供給すると、繊維の飛翔を妨げないため好ましい供給方向である。なお、図1において、ノズル2よりも上方から下方へ供給しても良いし、反対に、ノズル2よりも下方から上方へ供給しても良い。
The gas supply direction of the predetermined relative humidity is not particularly limited as long as the relative humidity in the spinning
また、所定相対湿度の気体の供給量は、押し出される紡糸原液の量と樹脂濃度によって適宜決定することができる。つまり、蒸発する溶媒量を計算し、飽和蒸気に達する気体量よりも多い気体量を供給量とすれば良い。なお、供給する所定相対湿度の気体の種類は特に制限はないが、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどを使用できる。経済的見地からは空気が好ましい。 Further, the supply amount of the gas having a predetermined relative humidity can be appropriately determined depending on the amount of the spinning dope to be extruded and the resin concentration. That is, the amount of solvent to be evaporated may be calculated, and the amount of gas larger than the amount of gas reaching the saturated vapor may be used as the supply amount. In addition, although there is no restriction | limiting in particular in the kind of gas of the predetermined relative humidity to supply, For example, air, nitrogen, a carbon dioxide, argon etc. can be used. Air is preferred from an economic standpoint.
なお、気体供給装置7としては、例えば、プロペラファン、シロッコファン、エアコンプレッサー、或いは温湿度調整機能を備えた送風機などを使用することができる。
As the
図1のように紡糸容器6によって閉鎖的空間を形成する場合、紡糸容器6はノズル2と捕集体3とを収納できるものであれば良く、特に限定するものではない。
When the closed space is formed by the spinning
図1においては紡糸容器6内の気体を排気装置8を用いて排出しながら静電紡糸を行うことができる。これは、静電紡糸を行っていると、紡糸容器6内における溶媒の蒸気濃度がどんどん高くなり、溶媒の蒸発が抑制され、繊維径が細くなり、繊維径のバラツキが発生しやすい傾向があり、最悪の場合には、溶媒の蒸気濃度が飽和に達してしまい、静電紡糸を行うことが困難となるが、気体を排出することによって紡糸空間5における溶媒の蒸気濃度も一定として、繊維径の揃った、所望の繊維径の繊維からなる繊維集合体を、安定して製造することができるようにするためである。なお、排気装置8は特に限定するものではないが、例えば、排気口に設置されたファンであることができる。図1のように、気体供給装置7によって紡糸容器6へ所定相対湿度の気体を供給する場合には、単に排気口を設けるだけで供給量と同量の気体を排出することができるため、排気装置8は必ずしも設ける必要はない。なお、図1のように排気装置8により排気する場合、排気量は供給量と同じであることが好ましい。供給量と排気量が異なると、紡糸空間5における圧力が変わることによって、溶媒の蒸発速度が変わって、繊維径のバラツキが生じやすいためである。
In FIG. 1, electrostatic spinning can be performed while the gas in the spinning
図1の製造装置は上述のように、紡糸容器6を使用して閉鎖的空間を形成する態様であるが、本発明は紡糸容器6を使用する態様に限定されず、例えば、図2に別の繊維集合体製造装置の概念的模式断面図を示すように、一部が開放された紡糸容器本体6aと、前記紡糸容器本体6aの開放部との間に隙間を形成できる紡糸容器補助部材6bとを組み合わせることによって、閉鎖的空間を形成し、紡糸空間5を所定相対湿度に維持することができる。図2における製造装置は、紡糸容器6に替えて紡糸容器本体6aと紡糸容器補助部材6bを使用していること、気体供給装置7の位置を繊維の飛翔方向と直交する方向に配置し、所定相対湿度の気体を供給していること、及び排気装置8を設けていないこと以外は、図1の製造装置と全く同様であることができる。なお、図2においては、紡糸容器本体6aの開放部よりも大きい紡糸容器補助部材6bを使用しているが、紡糸容器本体6aの開放部と同じ大きさ又は小さい大きさであっても、閉鎖的空間を形成することができる。また、図2においては、紡糸容器本体6aと紡糸容器補助部材6bとによって形成される排気口8aから気体を排気しやすいように、気体供給装置7の位置を繊維の飛翔方向と直交する方向に配置しているが、紡糸空間5を所定相対湿度に維持できる限り、気体供給装置7はどこに配置しても良い。更に、図2においては、紡糸容器本体6aと紡糸容器補助部材6bとによって単に排気口8aを形成しているが、排気口8aにファンを接続するなど、図1と同様に排気装置8を設置しても良い。
As described above, the manufacturing apparatus in FIG. 1 is an embodiment in which a closed space is formed by using the spinning
図1の製造装置は上述のように、紡糸容器6を使用して閉鎖的空間を形成する態様であるが、紡糸空間5を所定相対湿度に維持することができる限り、図3(概念的模式断面)に示すような開放的な状態で実施することもできる。つまり、図3は図1のような紡糸容器6を備えておらず、気体供給装置7からの所定相対湿度の気体を緩衝箱9を通して、紡糸空間5を所定相対湿度に維持している。図3における製造装置は、紡糸容器6を備えていないこと、排気装置8を備えていないこと、及び気体供給装置7からの所定相対湿度の気体を緩衝箱9を通していること以外は、図1と全く同様であることができる。なお、緩衝箱9は気体が局所的に風量が変わることがないように、つまり紡糸空間5における風量が一定であるように調整するためのものであって、例えば、気体の供給口に、金属又は樹脂製のパンチングプレート、布、不織布などの多孔性材料を備えた箱から構成することができる。
As described above, the manufacturing apparatus of FIG. 1 is an embodiment in which a closed space is formed by using the
図1の製造装置は前述のように、気体供給装置7から単に気体を供給する態様であるが、図4の製造装置のように、多孔性材料10a(例えば、金属又は樹脂製のパンチングプレート、布、不織布など)を介して気体を供給することができる。つまり、図4は気体供給装置7から供給された気体の紡糸空間5への供給量を一定にすることができるように、多孔性材料10aを備えている。図4における製造装置は、気体供給装置7からの気体供給方向が紡糸原液の吐出方向と直交する方向であること、上述の通り、多孔性材料10aを備えていること、及び上記と同様の多孔性材料10bを排気装置8の手前に備えていること以外は、図1と全く同様であることができる。なお、多孔性材料10bを備えていることによって、排気が局所的に起こらず、紡糸容器6内の上方から下方への均一な気体の流れを形成でき、紡糸空間5における相対湿度と風量とを一定にすることができる。
As described above, the manufacturing apparatus in FIG. 1 is a mode in which gas is simply supplied from the
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。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例)
重量平均分子量42万のポリアクリロニトリルを、N,N−ジメチルホルムアミドに濃度10mass%となるように溶解させた紡糸原液(粘度:930mPa・s)を用意した。
(Example)
A spinning stock solution (viscosity: 930 mPa · s) was prepared by dissolving polyacrylonitrile having a weight average molecular weight of 420,000 in N, N-dimethylformamide so as to have a concentration of 10 mass%.
また、図4に示すような製造装置を用意した。つまり、シリンジ(紡糸原液供給装置1)にポリテトラフルオロエチレン製チューブを接続し、更に前記チューブの先端に、内径が0.4mmのステンレス製ノズル2を取り付けた。次いで、前記ノズル2に高電圧電源(電圧印加装置4)を接続した。更に、前記ノズル2と対向し、10cm離れた位置に、表面に導電フッ素加工を施したステンレス薄板を取り付けたドラム(捕集体3、アース済み)を設置した。上記ノズル2及びドラム3を透明塩化ビニル製直方体紡糸容器6(幅:800mm、高さ:800mm、奥行き:650mm)に入れた。また、直方体紡糸容器6の上方に、気体供給装置7を接続した。この気体供給装置7は、エアコンプレッサー、中空糸膜式除湿装置、バルブ付流量計及びバブラーからなり、エアコンプレッサーのエアを中空糸膜式除湿装置に通した後、2分岐させ、それぞれをバルブ付流量計へ供給し、一方のエアは保温した水中にバブリング(バブリングエア)させ、もう一方のエア(除湿エア)はそのままの状態で、これらエアを再び混合して、直方体紡糸容器6へ調湿エアを供給できるものである。更に、直方体紡糸容器6の下方に排気ファン(排気装置8)を接続するとともに、直方体紡糸容器6の排気ファン8を接続した排気口の手前に湿度センサーを設置した。なお、直方体紡糸容器6は、気体供給装置7から供給された気体の供給量を一定にすることができ、紡糸空間5における相対湿度と風量とを一定にできる、パンチングプレート(多孔性材料10a)、及びパンチングプレート(多孔性材料10b)を備えたものを使用した。
A manufacturing apparatus as shown in FIG. 4 was prepared. That is, a polytetrafluoroethylene tube was connected to the syringe (spinning stock solution supply device 1), and a
次いで、前記紡糸原液を前記シリンジ1に入れ、マイクロフィーダーを用いて、重力の作用方向と直角の方向へ押し出す(押し出し量:2.5g/時間)とともに、前記ドラム3を一定速度(表面速度:0.9m/分)で回転させながら、前記高電圧電源4からノズル2に+16kVの電圧を印加して、押し出した紡糸原液に電界を作用させて繊維化し、前記ドラム3のステンレス薄板上に集積させて繊維集合体を形成した。なお、繊維集合体を形成する際に、気体供給装置7の除湿エアとバブリングエアのそれぞれの流量を調節することにより、相対湿度30%に設定した調湿エアを200L/分で供給(風量の変化率:±1%以下)するとともに、排気口から出てくる気体を排気ファン8で排気し、直方体紡糸容器6内、つまり紡糸空間5における相対湿度を29.3〜31.5%に維持した。また、繊維集合体を形成する際に、前記ノズル2はドラム3の回転方向と直角方向に一定速度(移動速度:2.5cm/分)で往復揺動させて、繊維集合体の均一性を高めた。
Next, the spinning solution is put into the
得られた繊維集合体の両表面を電子顕微鏡写真を撮影し、各電子顕微鏡写真から繊維径(50本)を計測し、平均繊維径を算出したところ、表面、裏面ともに0.36μmで、繊維径の揃った繊維集合体であった。 An electron micrograph was taken of both surfaces of the obtained fiber assembly, the fiber diameter (50 fibers) was measured from each electron micrograph, and the average fiber diameter was calculated. It was a fiber assembly having a uniform diameter.
(比較例)
実施例の気体供給装置7に替えて、送風機を用いて空気を200L/分で供給(風量の変化率:±5%以下)するとともに排気口から出てくる気体を排気ファン8で排気したこと以外は、実施例と全く同様にして繊維集合体を製造した。なお、直方体紡糸容器6内、つまり紡糸空間5における相対湿度は28.8〜37.5%で、相対湿度は後半のほうが低くなるように変動した。
(Comparative example)
In place of the
得られた繊維集合体の両表面を電子顕微鏡写真を撮影し、各電子顕微鏡写真から繊維径(50本)を計測し、平均繊維径を算出したところ、片面が0.40μmであったのに対して、他面が0.35μmで、繊維径のバラツキの大きい繊維集合体であった。 An electron micrograph was taken of both surfaces of the obtained fiber assembly, the fiber diameter (50 fibers) was measured from each electron micrograph, and the average fiber diameter was calculated, but one side was 0.40 μm. On the other hand, the other surface was 0.35 μm, and the fiber aggregate had a large variation in fiber diameter.
1 紡糸原液供給装置
2 ノズル
3 捕集体
4 電圧印加装置
5 紡糸空間
6 紡糸容器
6a 紡糸容器本体
6b 紡糸容器補助部材
7 気体供給装置
8 排気装置
8a 排気口
9 緩衝箱
10a 多孔性材料
10b 多孔性材料
11 アルミ板(捕集体)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
The closed space is formed so as to surround the spinning space by the electrostatic spinning method, and the gas having the predetermined relative humidity is supplied to the closed space with a constant air volume. The manufacturing method of the fiber assembly of description.
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