JP4886610B2 - Method for producing electrospun nonwoven fabric - Google Patents
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Description
本発明は静電紡糸不織布の製造方法に関する。より具体的には、皺やムラを発生させることなく、紡糸原液の溶媒を除去できる、静電紡糸不織布の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an electrospun nonwoven fabric. More specifically, the present invention relates to a method for producing an electrospun nonwoven fabric that can remove the solvent of the spinning dope without causing wrinkles or unevenness.
不織布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、不織布を構成する繊維の繊維径を小さくするのが好ましい。このような繊維径の小さい繊維からなる不織布の製造方法として、ポリマーを溶解させた紡糸原液を紡糸空間へ供給するとともに、供給した紡糸原液に電界を作用させて繊維化し、延伸して繊維径の小さい繊維とした後に直接捕集して不織布とする、いわゆる静電紡糸法が知られている。 If the fiber diameter of the fibers that make up the nonwoven fabric is small, the fiber diameter of the fibers that make up the nonwoven fabric is excellent because it has excellent performance such as separation performance, liquid retention performance, wiping performance, concealment performance, insulation performance, or flexibility. Is preferably small. As a method for producing a nonwoven fabric composed of fibers having such a small fiber diameter, a spinning solution in which a polymer is dissolved is supplied to the spinning space, and an electric field is applied to the supplied spinning solution to form a fiber, which is then stretched to obtain a fiber diameter. A so-called electrospinning method is known in which a small fiber is directly collected and made into a nonwoven fabric.
このような静電紡糸法により不織布を製造する場合、紡糸原液の紡糸空間への供給手段(例えば、ノズル)の数が1つでは紡糸原液の供給量が少ないため、生産性が悪かった。そのため、本願出願人は多数のノズルを長円状に循環移動させることにより、静電紡糸不織布の生産性を高める方法を提案した(特許文献1)。 In the case of producing a nonwoven fabric by such an electrostatic spinning method, if the number of means for supplying the spinning solution to the spinning space (for example, nozzles) is one, the supply amount of the spinning solution is small, resulting in poor productivity. Therefore, the applicant of the present application has proposed a method for increasing the productivity of the electrospun nonwoven fabric by circulating and moving a large number of nozzles in an oval shape (Patent Document 1).
通常、静電紡糸法により紡糸した繊維を直接捕集して形成した不織布には、紡糸原液の溶媒が残存しているため、実際に使用する用途において、前記溶媒が悪影響を及ぼす可能性があった。 In general, the solvent of the spinning solution remains in the nonwoven fabric formed by directly collecting fibers spun by the electrospinning method. Therefore, the solvent may have an adverse effect in the actual use. It was.
そのため、前記特許文献1においても、静電紡糸法により紡糸した繊維を直接捕集して形成した長尺状の不織布を巻き取る前に、乾燥するのが好ましいことを開示している。そのため、実際に静電紡糸不織布を加熱したボックス内を浮かせた状態で通過させることにより乾燥し、紡糸原液の溶媒を除去したが、この際に静電紡糸不織布が収縮又は伸長してしまい、皺や繊維分散のムラが発生してしまい、不織布の商品価値を著しく低下させてしまった。 Therefore, also in the said patent document 1, it is disclosed that it is preferable to dry before winding up the elongate nonwoven fabric formed by directly collecting the fiber spun by the electrostatic spinning method. For this reason, the electrospun nonwoven fabric was dried by passing it through a heated box in a floating state, and the solvent of the spinning stock solution was removed. As a result, unevenness of fiber dispersion occurred and the commercial value of the nonwoven fabric was significantly reduced.
そこで、本発明者らは静電紡糸不織布を乾燥する際に、延伸することを考えた。しかしながら、乾燥の際に皺が発生しないように延伸するためには、高い倍率で延伸する必要があり、本来たて方向とよこ方向における強度差の小さい静電紡糸不織布が、たて方向における強度が強くなり、静電紡糸不織布本来の物性を損ねてしまった。 Therefore, the present inventors have considered stretching when the electrospun nonwoven fabric is dried. However, in order to stretch so as not to cause wrinkles during drying, it is necessary to stretch at a high magnification, and an electrospun nonwoven fabric having a small difference in strength between the warp direction and the transverse direction has a strength in the warp direction. It became strong and the original physical properties of the electrospun nonwoven fabric were damaged.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、皺や繊維分散のムラを発生させることなく、紡糸原液の溶媒を除去して、たて方向とよこ方向における強度差の小さい静電紡糸不織布を製造することのできる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and without causing wrinkles or fiber dispersion unevenness, the solvent of the spinning dope is removed, and an electrostatic force having a small strength difference between the warp direction and the transverse direction is obtained. It aims at providing the method which can manufacture a spinning nonwoven fabric.
本発明の請求項1にかかる発明は、「溶媒を含む紡糸原液を静電紡糸法により紡糸した繊維を、直接捕集して繊維ウエブを形成した後、前記溶媒の沸点以上に加熱したロールに繊維ウエブを接触させるとともに、繊維ウエブを1.1〜1.2倍延伸することを特徴とする、静電紡糸不織布の製造方法。」である。 The invention according to claim 1 of the present invention is such that “a fiber obtained by spinning a spinning stock solution containing a solvent by an electrospinning method is directly collected to form a fiber web, and then heated to a temperature higher than the boiling point of the solvent. “A method for producing an electrospun nonwoven fabric, comprising contacting a fiber web and stretching the fiber web 1.1 to 1.2 times”.
本発明の請求項1にかかる発明は、溶媒の沸点以上に加熱したロールに繊維ウエブを接触させることによって、確実に溶媒を除去できるとともに、加熱ロールに繊維ウエブを接触させて繊維ウエブの自由度を低くしていること、及び1.1倍以上で延伸することによって繊維ウエブの収縮又は伸長を抑え、皺や繊維分散のムラを発生させず、しかも延伸倍率を1.2倍以下とすることによって、繊維がたて方向に配向することを抑制し、たて方向とよこ方向における強度差の小さい静電紡糸不織布を製造することができる方法である。 In the invention according to claim 1 of the present invention, the solvent can be reliably removed by bringing the fiber web into contact with the roll heated to the boiling point of the solvent or more, and the degree of freedom of the fiber web can be obtained by bringing the fiber web into contact with the heating roll. The fiber web shrinkage or elongation is suppressed by stretching at a magnification of 1.1 times or more, wrinkles or fiber dispersion unevenness is not generated, and the stretching ratio is 1.2 times or less. Thus, it is possible to produce an electrospun non-woven fabric with a small difference in strength between the warp direction and the transverse direction by suppressing the fiber from being oriented in the warp direction.
本発明の静電紡糸不織布の製造方法においては、まず、溶媒を含む紡糸原液を静電紡糸法により紡糸した繊維を、直接捕集して繊維ウエブを形成する。この静電紡糸法は従来から公知の方法であり、ノズル等の紡糸原液供給部から紡糸空間へ供給した紡糸原液に対して電界を作用させることにより、紡糸原液を延伸し、繊維化する方法である。この紡糸原液供給部から紡糸空間への紡糸原液の供給は、繊維分散ムラの小さい静電紡糸不織布を製造できるように、また、ある程度の幅と長さをもった静電紡糸不織布を製造できるように、特開2006−112023号公報に開示の方法により行うのが好ましい。つまり、ノズル等の紡糸原液供給部を捕集体の幅方向に直線的に移動(特には長円状に移動)させながら、紡糸原液を供給するのが好ましい。このように直線的に移動させると、紡糸原液供給部の移動速度を一定にできるため、繊維分散ムラの小さい不織布を製造しやすい。なお、静電紡糸法によれば、平均繊維径が1μm以下の連続繊維を紡糸することができる。 In the method for producing an electrospun nonwoven fabric of the present invention, first, fibers obtained by spinning a spinning stock solution containing a solvent by an electrospinning method are directly collected to form a fiber web. This electrostatic spinning method is a conventionally known method, in which an electric field is applied to a spinning solution supplied from a spinning solution supply unit such as a nozzle to a spinning space, whereby the spinning solution is stretched and fiberized. is there. The supply of the spinning dope from the spinning dope supply section to the spinning space can produce an electrospun nonwoven fabric with small fiber dispersion unevenness, and can produce an electrospun nonwoven fabric having a certain width and length. Moreover, it is preferable to carry out by the method disclosed in JP-A-2006-112023. That is, it is preferable to supply the spinning dope while moving the spinning dope supply unit such as a nozzle linearly (particularly in an oval shape) in the width direction of the collector. When moved linearly in this way, the moving speed of the spinning dope supply unit can be made constant, so that it is easy to produce a nonwoven fabric with small fiber dispersion unevenness. According to the electrostatic spinning method, continuous fibers having an average fiber diameter of 1 μm or less can be spun.
なお、紡糸原液は溶媒を含むものであり、繊維の素となる材料を溶媒に溶解させたものである。この繊維の素となる材料は静電紡糸不織布の使用用途等によって異なり、特に限定するものではないが、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、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンなどの有機材料、或いは石英ガラスなどの無機材料を挙げることができる。なお、無機材料の場合、金属アルコキシドを加水分解した曳糸性のゾル溶液を紡糸原液として使用することができる。また、繊維の素となる材料は1種類の材料から構成されている必要はなく、2種類以上の材料から構成されていても良い。 The spinning dope contains a solvent, and is a solution obtained by dissolving a material that becomes a fiber base in a solvent. The material of the fiber varies depending on the use application of the electrospun nonwoven fabric and is not particularly limited. For example, polyethylene glycol, partially saponified polyvinyl alcohol, fully saponified polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polylactic acid, polyglycol Examples thereof include organic materials such as acid, polyacrylonitrile, polystyrene, polyamide, polyimide, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, and inorganic materials such as quartz glass. In the case of an inorganic material, a spinnable sol solution obtained by hydrolyzing a metal alkoxide can be used as a spinning dope. Moreover, the material used as the element of a fiber does not need to be comprised from one type of material, and may be comprised from two or more types of materials.
なお、紡糸原液の溶媒は繊維の素となる材料によって異なり、特に限定するものではないが、例えば、水、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、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、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、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、ピリジン、トリクロロエタン、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、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、アセトニトリルなどを挙げることができる。これら例示以外の溶媒も使用可能であり、例示以外の溶媒も含めて、2種以上の溶媒を用いた混合溶媒も使用することができる。 The solvent of the spinning dope varies depending on the material of the fiber and is not particularly limited. For example, water, acetone, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, toluene, benzene, cyclohexane, cyclohexanone, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide 1,4-dioxane, carbon tetrachloride, methylene chloride, chloroform, pyridine, trichloroethane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, ethylene carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate And acetonitrile. Solvents other than those exemplified above can also be used, and mixed solvents using two or more solvents including solvents other than those exemplified can also be used.
本発明においては、前述の静電紡糸法により紡糸した繊維を捕集体で直接捕集して繊維ウエブを形成する。この繊維を直接捕集できる捕集体は特に限定するものではないが、例えば、金属製や炭素などの導電性材料、又は有機高分子などの非導電性材料からなる、不織布、織物、編物、ネット、平板、ドラム、或いはベルトを使用できる。場合によっては水や有機溶媒などの液体を捕集体として使用できる。特には、繊維捕集面にシリコーン系樹脂又はフッ素系樹脂を有しており、繊維ウエブの剥離性に優れた捕集体を使用するのが好ましい。 In the present invention, a fiber web is formed by directly collecting fibers spun by the above-described electrostatic spinning method with a collector. Although the collection body which can collect this fiber directly is not specifically limited, For example, it is a nonwoven material, a textile fabric, a knitted fabric, a net | network which consists of electroconductive materials, such as metal and carbon, or nonelectroconductive materials, such as an organic polymer. A flat plate, a drum, or a belt can be used. In some cases, a liquid such as water or an organic solvent can be used as a collector. In particular, it is preferable to use a collector having a silicone-based resin or a fluorine-based resin on the fiber collection surface and excellent in the peelability of the fiber web.
次いで、捕集体で捕集して形成した繊維ウエブを、前述の溶媒の沸点以上に加熱したロールに接触させるとともに、繊維ウエブを1.1〜1.2倍延伸することにより、静電紡糸不織布を製造する。このように、溶媒の沸点以上に加熱したロールに繊維ウエブを接触させているため、確実に紡糸原液の溶媒を除去することができる。また、繊維ウエブを加熱したロールと接触させて繊維ウエブの自由度を低くしていることに加え、1.1倍延伸することによって、紡糸原液を除去することによる繊維の収縮又は伸長を抑え、皺や繊維分散のムラの発生を抑制している。更に、延伸倍率を1.2倍以下にすることによって、繊維がたて方向に配向することを抑制し、たて方向とよこ方向における強度差の小さい静電紡糸不織布を製造することができる。 Then, the fiber web formed by collecting with the collector is brought into contact with a roll heated to the boiling point of the above-mentioned solvent or more, and the fiber web is stretched 1.1 to 1.2 times. Manufacturing. Thus, since the fiber web is brought into contact with the roll heated to the boiling point of the solvent or higher, the solvent of the spinning dope can be reliably removed. In addition to lowering the degree of freedom of the fiber web by bringing the fiber web into contact with a heated roll, by stretching 1.1 times, fiber shrinkage or elongation due to removal of the spinning dope is suppressed, Occurrence of wrinkles and uneven fiber dispersion is suppressed. Furthermore, by setting the draw ratio to 1.2 times or less, it is possible to suppress the fiber from being oriented in the vertical direction, and to produce an electrospun nonwoven fabric with a small difference in strength between the vertical direction and the transverse direction.
このロールは溶媒の沸点以上に加熱できるものであれば良く、特に限定するものではないが、一般的に金属ロールを使用できる。なお、ロールは溶媒の沸点以上に加熱されていれば良いが、効率的に溶媒を除去できるように、沸点よりも10℃高い温度以上に加熱されているのが好ましく、沸点よりも30℃高い温度以上に加熱されているのがより好ましい。ロールの加熱温度の上限は特に限定するものではないが、繊維の素となる材料の分解温度よりも低いのが好ましい。本発明における溶媒の「沸点」はJIS K5601−2−3により得られる値をいう。
The roll is not particularly limited as long as it can be heated to the boiling point of the solvent or higher, and a metal roll can be generally used. In addition, although the roll should just be heated more than the boiling point of a solvent, it is preferable that it is heated more than the
このような加熱したロールへの繊維ウエブの接触は、繊維ウエブが収縮又は伸長して皺が発生しにくいように、ロール表面に沿わせて接触させるのが好ましい。このようにロール表面に沿わせる場合、ロールとの接触は繊維ウエブの片面のみであっても良いし、片面を沿わせた後に反対面をロールに沿わせて接触させても良い。片面ずつ両面をロールに沿わせて接触させる場合には、いずれの面に対しても溶媒の沸点以上に加熱されたロールと沿わせて接触させれば良く、同じ温度のロールに沿わせて接触させる必要はない。 The contact of the fiber web with such a heated roll is preferably performed along the surface of the roll so that the fiber web contracts or stretches and hardly generates wrinkles. In this way, when it is along the surface of the roll, the contact with the roll may be only on one side of the fiber web, or after the one side is aligned, the opposite surface may be contacted along the roll. When contacting both sides along the roll one side at a time, it is sufficient to contact either side along the roll heated above the boiling point of the solvent, and contact along the roll at the same temperature. There is no need to let them.
なお、加熱したロールに繊維ウエブを接触させる際には、加圧しても良いし、加圧しなくても良い。しかしながら、繊維ウエブの強度が低いため、金属ロールによって加圧すると、金属ロールの凹凸で繊維ウエブが損傷し、穴や裂け目が発生する場合があるため、加圧する場合には、ゴムロールなどの弾性ロールで加圧するのが好ましい。 In addition, when making a fiber web contact a heated roll, it may pressurize and does not need to pressurize. However, since the strength of the fiber web is low, pressing with a metal roll may damage the fiber web due to the unevenness of the metal roll, resulting in holes and tears. When pressing, an elastic roll such as a rubber roll It is preferable to pressurize with.
また、繊維ウエブの加熱ロールとの接触時間は溶媒を十分に除去できる時間であれば良く、繊維の素となる材料、繊維ウエブの目付、溶媒、加熱温度等によって異なるため、特に限定するものではないが、5秒以上であるのが好ましい。 Further, the contact time of the fiber web with the heating roll may be a time that can sufficiently remove the solvent, and varies depending on the material of the fiber, the basis weight of the fiber web, the solvent, the heating temperature, etc. Although it is not, it is preferable that it is 5 seconds or more.
このように加熱したロールと接触させた場合、ロールを回転させることによって、繊維ウエブを損傷することなく搬送でき、連続的に静電紡糸不織布を製造できるという効果も奏する。 When brought into contact with the heated roll as described above, by rotating the roll, the fiber web can be transported without being damaged, and the effect of continuously producing the electrospun nonwoven fabric can be achieved.
本発明においては、繊維ウエブを加熱したロールと接触させると同時に、1.1倍以上で延伸することによって、溶媒を除去することによる繊維の収縮又は伸長を抑え、皺や繊維分散のムラの発生を抑えている。より好ましくは1.13倍以上で延伸する。他方、延伸倍率を1.2倍以下とすることによって、繊維配向の変化を抑制し、たて方向とよこ方向における強度差の小さい静電紡糸不織布の製造を可能としている。より好ましくは1.17倍以下で延伸する。この「延伸倍率」は延伸後(加熱ロールと接触後)の静電紡糸不織布の長さ(La)を延伸前(加熱ロールと接触前)の繊維ウエブの長さ(Lb)で除した値(=La/Lb)をいい、例えば、加熱ロールの回転速度がVrで、静電紡糸不織布の巻取り速度がVnの場合、Vn/Vr値が延伸倍率である。このような延伸は、例えば、加熱ロールよりも下流側に配置した駆動手段(例えば、駆動ロール、巻取りロールなど)を調節して実施できる。なお、繊維ウエブを2つ以上の加熱ロールと接触させる場合、各加熱ロールの回転速度は同じであっても良いし、違っていても良い。 In the present invention, the fiber web is brought into contact with a heated roll, and at the same time, the fiber web is stretched by 1.1 times or more to suppress the shrinkage or elongation of the fiber by removing the solvent, and the occurrence of wrinkles and fiber dispersion unevenness Is suppressed. More preferably, the film is stretched by 1.13 times or more. On the other hand, by setting the draw ratio to 1.2 times or less, it is possible to suppress the change in fiber orientation and to manufacture an electrospun nonwoven fabric having a small difference in strength between the vertical direction and the transverse direction. More preferably, the film is stretched at 1.17 times or less. This “stretch ratio” is a value obtained by dividing the length (La) of the electrospun nonwoven fabric after stretching (after contact with the heating roll) by the length (Lb) of the fiber web before stretching (before contact with the heating roll) ( = La / Lb), for example, when the rotation speed of the heating roll is Vr and the winding speed of the electrospun nonwoven fabric is Vn, the Vn / Vr value is the draw ratio. Such stretching can be carried out, for example, by adjusting driving means (for example, a driving roll, a winding roll, etc.) disposed on the downstream side of the heating roll. In addition, when making a fiber web contact with two or more heating rolls, the rotational speed of each heating roll may be the same, and may differ.
このような加熱ロールによる溶媒の除去は、繊維ウエブを形成した後に連続して加熱ロールと接触させても良いし、繊維ウエブを形成し、一旦巻き取った後に巻き出して加熱ロールと接触させても良い。 The removal of the solvent by such a heating roll may be continuously brought into contact with the heating roll after forming the fiber web, or after forming the fiber web and winding it once, it is unwound and brought into contact with the heating roll. Also good.
このような本発明の製造方法により製造した静電紡糸不織布は、溶媒が残留しておらず、皺や繊維分散ムラの少ない、たて方向とよこ方向における強度差の小さい静電紡糸不織布であるため、各種用途に使用することができる。例えば、液体、気体、又はマスク用濾過材、電気化学素子用セパレータ(例えば、アルカリ電池用セパレータ、リチウム電池用セパレータ、電気二重層キャパシタ用セパレータ、電解コンデンサ用セパレータなど)、ワイパー、電解質膜用材料、人工皮膚用材料、ナノカプセル用材料などに使用できる。 The electrospun non-woven fabric produced by the production method of the present invention is an electrospun non-woven fabric that has no residual solvent, little wrinkles and fiber dispersion unevenness, and a small strength difference between the vertical direction and the transverse direction. Can be used for various purposes. For example, liquid, gas, or mask filter media, separators for electrochemical elements (for example, alkaline battery separators, lithium battery separators, electric double layer capacitor separators, electrolytic capacitor separators, etc.), wipers, electrolyte membrane materials It can be used for artificial skin materials, nanocapsule materials, and the like.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。なお、「引張り強さ」はインストロン型引っ張り試験機を用い、幅15mmに切断した静電紡糸不織布をチャック間距離50mm、引張り速度50mm/minの条件下で測定した値である。また、残留N,N−ジメチルホルムアミド量の測定は静電紡糸不織布から採取した0.003gの試験片を、温度170℃で10分間加熱し、その時に発生したガスを捕集し、ガスクロマトグラフ質量分析計(パーキンエルマー社製、加熱脱着装置「ATD−400」、島津製作所製、ガスクロマトグラフ質量分析計「QP−5050A」)により測定した値である。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention. The “tensile strength” is a value measured by using an Instron type tensile tester and measuring an electrospun nonwoven fabric cut to a width of 15 mm under the conditions of a distance between chucks of 50 mm and a pulling speed of 50 mm / min. The amount of residual N, N-dimethylformamide was measured by heating a 0.003 g test piece collected from an electrospun nonwoven fabric at a temperature of 170 ° C. for 10 minutes, collecting the gas generated at that time, and measuring the mass of the gas chromatograph. It is a value measured by an analyzer (manufactured by Perkin Elmer, thermal desorption device “ATD-400”, manufactured by Shimadzu Corporation, gas chromatograph mass spectrometer “QP-5050A”).
(実施例1)
(1)紡糸原液の調製;
重量平均分子量50万のポリアクリロニトリルを、N,N−ジメチルホルムアミド(沸点:153℃)に濃度10.5mass%となるように溶解させた紡糸原液(粘度:1200mP・s)を用意した。
Example 1
(1) Preparation of spinning stock solution;
A spinning stock solution (viscosity: 1200 mP · s) in which polyacrylonitrile having a weight average molecular weight of 500,000 was dissolved in N, N-dimethylformamide (boiling point: 153 ° C.) to a concentration of 10.5 mass% was prepared.
(2)繊維ウエブの製造装置の準備;
図1〜図3に示すような製造装置を用意した。つまり、17本のノズル群21〜217(それぞれ内径が0.4mmのステンレススチール製針状ノズル)をピッチ50mmで、チェーン状支持体6cにそれぞれ固定し、この支持体6cを第1スプロケット6aと第2スプロケット6bとの間に橋渡し、ノズル群21〜217を長円状(長径:500mm、短径:100mm)に配置した。更に、第1スプロケット6aに駆動モーター6を取り付けた。
(2) Preparation of production equipment for fiber webs;
A manufacturing apparatus as shown in FIGS. 1 to 3 was prepared. That is, 17
次いで、ポリエチレン製容器1にマイクロポンプ3(マイクロポンプ社製;マイクロポンプFC−513 ポンプヘッド:188 1rpm=0.017mLタイプ;コントローラ部=株式会社中央理化製)を接続するとともに、パーフルオロアルコキシ樹脂製チューブ1aを接続し、このチューブ1aをノズル21にロータリージョイントを介して接続した。次いで、このノズル21と隣接するノズル22とを前記と同様のチューブ1aで接続し、紡糸原液がノズル21を介してノズル22へ供給できるようにした。同様に、ノズル22とノズル23、ノズル23とノズル24と順番にチューブ1aで接続して、ノズル217まで紡糸原液を供給することができるようにした。
Next, a micropump 3 (manufactured by Micropump; Micropump FC-513, pump head: 188 1 rpm = 0.17 mL type; controller unit: manufactured by Chuo Rika Co., Ltd.) is connected to the polyethylene container 1 and perfluoroalkoxy resin. connect the manufacturing tubes 1a, and connected through a rotary joint of this tube 1a in the
次いで、ガラスクロスにポリテトラフルオロエチレン及び導電性粒子を含浸し、焼成したベルト状捕集体5(幅:800mm)をアースして、前記ノズル群21〜217の直下に設置した。次いで、マイクロポンプ3のギアポンプヘッドに高電圧電源4を接続するとともに、前記ノズル群21〜217の先端が、上方から下方に向かってベルト状捕集体5の方向に向いており、しかもノズル群21〜217のエンドレス軌道の長径方向がベルト状捕集体5の幅方向(移動方向に対する直交方向)と一致するように、ノズル群21〜217を配置した。なお、ノズル群21〜217のノズルの先端とベルト状捕集体5の捕集表面との距離は40mmとした。
Then, the glass cloth impregnated with polytetrafluoroethylene, and conductive particles, calcined belt-shaped collector body 5 (width: 800 mm) was grounded, it was placed directly below the
次に、前記ノズル群21〜217及びベルト状捕集体5を塩化ビニル製直方体紡糸容器8(幅:1200mm、高さ:2000mm、奥行き:2400mm)の中央部に配置した。なお、直方体紡糸容器8の内側には、上壁面から800mm下方側の位置に整流板9aを上壁面と平行に配置した。また、ベルト状捕集体5の移動方向端部に、ベルト状捕集体5に従動して繊維ウエブを巻き取ることができるように、紙管7(直径:80mm、長さ:800mm)を設置した。
Then, the nozzle group 2 1 to 2 17 and the belt-shaped
そして、直方体紡糸容器8の上壁面に温湿度調整機能を備えた送風機9(PAU−1400HDR、(株)アピステ)を接続するとともに、直方体紡糸容器8の下壁面に排気ファン10を接続した。
A blower 9 (PAU-1400HDR, Apiste Co., Ltd.) having a temperature / humidity adjusting function was connected to the upper wall surface of the rectangular
(3)溶媒除去装置の準備;
図4に概念断面図を示すような溶媒除去装置を用意した。つまり、前述の紙管7の繊維ウエブを巻き出すために配置した駆動ロールD1(直径:80mm、長さ:450mm)、この駆動ロールD1の下流側に、駆動ロールD1によって巻き出された繊維ウエブに、片面ずつ熱処理を実施することのできる加熱ロールC1、C2(いずれの直径も300mm、いずれの長さも500mm)、加熱ロールC1、C2の下流側に、加熱ロールC2からの静電紡糸不織布を搬送する金属製搬送ロール20a(直径:60mm、長さ:650mm)、NBR製ゴム駆動ロールD2(直径:80mm、長さ:540mm)、静電紡糸不織布の不要端部を切断する耳カットロール21(直径:80mm、長さ:540mm、図示しないロールカッター付属)、耳カットロール21の下流側に、静電紡糸不織布を搬送する搬送ロール20b、20c、20d(いずれの直径も60mmで、長さが540mm)、搬送ロール20dの下流側に、巻取ロール23と当接し、巻取ロール23に押圧することにより、静電紡糸不織布を巻き取らせる押圧ロール22(直径:80mm、長さ:450mm)、押圧ロール22と当接し、静電紡糸不織布を巻き取る巻取ロール23(直径:87mm、長さ:350mm)、及び巻取ロール23と接触し、巻取ロール23を回転させて静電紡糸不織布を巻き取らせるNBR製ゴム駆動ロールD3(直径:80mm、長さ:450mm)を備えた溶媒除去装置を用意した。
(3) Preparation of solvent removal apparatus;
A solvent removal apparatus having a conceptual cross-sectional view shown in FIG. That is, the drive roll D1 (diameter: 80 mm, length: 450 mm) arranged for unwinding the fiber web of the
(4)静電紡糸不織布の製造;
前記紡糸原液を前記容器1に入れ、前記マイクロポンプを用いて紡糸原液を、ノズル21を介してノズル群21〜217へ供給し、ノズル群21〜217を180mm/sec.の一定速度で移動させながら、各ノズルから紡糸原液を吐出(1本あたりの吐出量:1g/時間)し、また、前記ベルト状捕集体5を一定速度(表面速度:6cm/分)で移動させながら、前記高電圧電源4から紡糸原液に+7kVの電圧を印加して、吐出した紡糸原液に電界を作用させて繊維化し、前記ベルト状捕集体5上に集積させて、平均繊維径0.3μmの連続繊維からなる繊維ウエブを製造し、紙管7で巻き取った。この繊維ウエブのたて方向(長手方向)における引張り強さと、幅方向(短手方向)における引張強さは、それぞれ2.2N/15mm幅、1.9N/15mm幅(たてよこ比=1.18)であった。なお、繊維ウエブを製造する際には、送風機9から温度26℃、相対湿度23%の調湿エアを5m3/分で供給するとともに、排気口から出てくる気体を排気ファン10で排気した。
(4) Production of electrospun nonwoven fabric;
The put spinning solution to the container 1, said spinning dope with a micro-pump, supplied to the nozzle groups 2 1 to 2 17 via the nozzle 2 1, the nozzle groups 2 1 to 2 17 180 mm / sec. The raw spinning solution is discharged from each nozzle while moving at a constant speed (discharge amount per one: 1 g / hour), and the belt-
次いで、紙管7を溶媒除去装置の巻き出し部に配置し、紙管7に巻回された繊維ウエブを駆動ロールD1によって巻き出し、温度220℃に加熱した加熱ロールC1へ供給し、繊維ウエブの片面を20秒間加熱ロールC1に沿わせて接触させた後、温度220℃に加熱した加熱ロールC2へ供給し、繊維ウエブの他面を20秒間加熱ロールC2に沿わせて接触させて溶媒を除去し、静電紡糸不織布を形成した。この時の延伸倍率は1.15倍であった。
Next, the
その後、静電紡糸不織布を搬送ロール20a及びNBR製ゴム駆動ロールD2の作用によって耳カットロール21へ供給し、幅方向両端部を切断し、幅260mmとした。
Then, the electrospun nonwoven fabric was supplied to the ear cut roll 21 by the action of the
そして、搬送ロール20b、20c、20dによって押圧ロール22へ静電紡糸不織布を供給し、押圧ロール22によって巻取ロール23に静電紡糸不織布を押圧するとともに、NBR製ゴム駆動ロールD3によって回転する巻取ロール23へ静電紡糸不織布を供給し、皺を発生させることなく巻取ロール23で巻き取り、静電紡糸不織布(平均繊維径:0.3μm、連続繊維、目付:4.4g/m2、厚さ:0.024mm、幅:260mm、長さ:50m)を製造した。なお、静電紡糸不織布のたて方向(長手方向)における引張り強さと、幅方向(短手方向)における引張強さは、それぞれ2.6N/15mm幅、1.6N/15mm幅(たてよこ比=1.63)であった。また、静電紡糸不織布中における残留N,N−ジメチルホルムアミド量を測定したが、N,N−ジメチルホルムアミドは検出されなかった。
Then, the electrospun nonwoven fabric is supplied to the
(実施例2)
加熱ロールC1、C2の温度を180℃、延伸倍率を1.13倍にしたこと以外は実施例1と全く同様にして、静電紡糸不織布(平均繊維径:0.3μm、連続繊維、目付:4.6g/m2、厚さ:0.023mm、幅:260mm、長さ:50m)を製造した。この場合も、皺を発生させることなく、静電紡糸不織布を製造することができた。なお、静電紡糸不織布のたて方向(長手方向)における引張り強さと、幅方向(短手方向)における引張強さは、それぞれ2.6N/15mm幅、1.7N/15mm幅(たてよこ比=1.53)であった。また、静電紡糸不織布中における残留N,N−ジメチルホルムアミド量を測定したが、N,N−ジメチルホルムアミドは検出されなかった。
(Example 2)
An electrospun nonwoven fabric (average fiber diameter: 0.3 μm, continuous fiber, basis weight: substantially the same as in Example 1 except that the temperature of the heating rolls C1 and C2 was 180 ° C. and the draw ratio was 1.13 times. 4.6 g / m 2 , thickness: 0.023 mm, width: 260 mm, length: 50 m). Also in this case, the electrospun nonwoven fabric could be produced without generating wrinkles. The tensile strength in the warp direction (longitudinal direction) and the tensile strength in the width direction (short direction) of the electrospun nonwoven fabric are 2.6 N / 15 mm width and 1.7 N / 15 mm width (vertical length), respectively. Ratio = 1.53). Further, the amount of residual N, N-dimethylformamide in the electrospun nonwoven fabric was measured, but N, N-dimethylformamide was not detected.
(実施例3)
加熱ロールC1、C2の温度を160℃、延伸倍率を1.1倍にしたこと以外は実施例1と全く同様にして、静電紡糸不織布(平均繊維径:0.3μm、連続繊維、目付:4.8g/m2、厚さ:0.025mm、幅:260mm、長さ:50m)を製造した。この場合も、皺を発生させることなく、静電紡糸不織布を製造することができた。なお、静電紡糸不織布のたて方向(長手方向)における引張り強さと、幅方向(短手方向)における引張強さは、それぞれ2.5N/15mm幅、1.8N/15mm幅(たてよこ比=1.39)であった。また、静電紡糸不織布中における残留N,N−ジメチルホルムアミド量を測定したが、N,N−ジメチルホルムアミドは検出されなかった。
(Example 3)
The electrospun nonwoven fabric (average fiber diameter: 0.3 μm, continuous fiber, basis weight: substantially the same as in Example 1 except that the temperature of the heating rolls C1, C2 was 160 ° C. and the draw ratio was 1.1 times. 4.8 g / m 2 , thickness: 0.025 mm, width: 260 mm, length: 50 m). Also in this case, the electrospun nonwoven fabric could be produced without generating wrinkles. The tensile strength in the warp direction (longitudinal direction) and the tensile strength in the width direction (short direction) of the electrospun nonwoven fabric are 2.5 N / 15 mm width and 1.8 N / 15 mm width (vertical length), respectively. Ratio = 1.39). Further, the amount of residual N, N-dimethylformamide in the electrospun nonwoven fabric was measured, but N, N-dimethylformamide was not detected.
(実施例4)
加熱ロールC1、C2の温度を220℃、延伸倍率を1.2倍にしたこと以外は実施例1と全く同様にして、静電紡糸不織布(平均繊維径:0.3μm、連続繊維、目付:4.2g/m2、厚さ:0.022mm、幅:260mm、長さ:50m)を製造した。この場合も、皺を発生させることなく、静電紡糸不織布を製造することができた。なお、静電紡糸不織布のたて方向(長手方向)における引張り強さと、幅方向(短手方向)における引張強さは、それぞれ2.7N/15mm幅、1.7N/15mm幅(たてよこ比=1.59)であった。また、静電紡糸不織布中における残留N,N−ジメチルホルムアミド量を測定したが、N,N−ジメチルホルムアミドは検出されなかった。
Example 4
An electrospun nonwoven fabric (average fiber diameter: 0.3 μm, continuous fiber, basis weight: substantially the same as in Example 1 except that the temperature of the heating rolls C1 and C2 was 220 ° C. and the draw ratio was 1.2 times. 4.2 g / m 2 , thickness: 0.022 mm, width: 260 mm, length: 50 m). Also in this case, the electrospun nonwoven fabric could be produced without generating wrinkles. The tensile strength in the warp direction (longitudinal direction) and the tensile strength in the width direction (short direction) of the electrospun nonwoven fabric are 2.7 N / 15 mm width and 1.7 N / 15 mm width (length) Ratio = 1.59). Further, the amount of residual N, N-dimethylformamide in the electrospun nonwoven fabric was measured, but N, N-dimethylformamide was not detected.
(比較例1)
加熱ロールC1、C2の温度を140℃、延伸倍率を1.1倍にしたこと以外は実施例1と全く同様にして、静電紡糸不織布(平均繊維径:0.3μm、連続繊維、目付:4.8g/m2、厚さ:0.024mm、幅:260mm、長さ:50m)を製造した。この場合も、皺を発生させることなく、静電紡糸不織布を製造することができたが、静電紡糸不織布からN,N−ジメチルホルムアミドが検出された。
(Comparative Example 1)
The electrospun nonwoven fabric (average fiber diameter: 0.3 μm, continuous fiber, basis weight: substantially the same as in Example 1 except that the temperature of the heating rolls C1, C2 was 140 ° C. and the draw ratio was 1.1 times. 4.8 g / m 2 , thickness: 0.024 mm, width: 260 mm, length: 50 m). Also in this case, the electrospun nonwoven fabric could be produced without generating wrinkles, but N, N-dimethylformamide was detected from the electrospun nonwoven fabric.
(比較例2)
加熱ロールC1、C2の温度を220℃、延伸倍率を1.22倍にしたこと以外は実施例1と全く同様にして、静電紡糸不織布(平均繊維径:0.3μm、連続繊維、目付:4.0g/m2、厚さ:0.021mm、幅:260mm、長さ:50m)を製造した。この場合も、皺を発生させることなく、静電紡糸不織布を製造することができたが、静電紡糸不織布のたて方向(長手方向)における引張り強さと、幅方向(短手方向)における引張強さは、それぞれ2.8N/15mm幅、1.4N/15mm幅(たてよこ比=2)で、たてよこ比の大きいものであった。
(Comparative Example 2)
The electrospun nonwoven fabric (average fiber diameter: 0.3 μm, continuous fiber, basis weight: substantially the same as in Example 1 except that the temperature of the heating rolls C1, C2 was 220 ° C. and the draw ratio was 1.22 times. 4.0 g / m 2 , thickness: 0.021 mm, width: 260 mm, length: 50 m). Also in this case, the electrospun nonwoven fabric could be produced without generating wrinkles. However, the tensile strength in the warp direction (longitudinal direction) of the electrospun nonwoven fabric and the tensile force in the width direction (short direction). The strengths were 2.8 N / 15 mm width and 1.4 N / 15 mm width (vertical ratio = 2), respectively, and the vertical ratio was large.
(比較例3)
加熱ロールC1、C2の温度を180℃、延伸倍率を1.08倍にしたこと以外は実施例1と全く同様にして、静電紡糸不織布を製造しようとしたが、皺が発生してしまい、静電紡糸不織布を製造することが困難であった。
(Comparative Example 3)
Except that the temperature of the heating rolls C1 and C2 was 180 ° C. and the draw ratio was 1.08 times, an attempt was made to produce an electrospun nonwoven fabric, but wrinkles were generated. It was difficult to produce an electrospun nonwoven fabric.
(比較例4)
実施例1と同様にして作製した繊維ウエブを、温度180℃に設定したオーブン中を、浮かせた状態で通過(延伸倍率:1.2倍)させることにより、溶媒を除去して静電紡糸不織布を製造しようとしたが、皺が発生してしまい、静電紡糸不織布を製造することが困難であった。そのため、延伸倍率を1.25倍としたが、それでも皺を発生させることなく、静電紡糸不織布を製造することが困難であった。そこで、延伸倍率を1.3倍とすることによって、皺の発生を解消することができたが、たて方向(長手方向)における引張り強さと、幅方向(短手方向)における引張強さは、それぞれ2.8N/15mm幅、1.2N/15mm幅(たてよこ比=2.3)で、たてよこ比の大きい静電紡糸不織布(目付:4.2g/m2)しか得ることができなかった。
(Comparative Example 4)
The fiber web produced in the same manner as in Example 1 is passed through an oven set at a temperature of 180 ° C. in a floated state (stretching ratio: 1.2 times), thereby removing the solvent and electrostatic spinning nonwoven fabric. However, wrinkles were generated and it was difficult to produce an electrospun nonwoven fabric. Therefore, although the draw ratio was set to 1.25 times, it was still difficult to produce an electrospun nonwoven fabric without generating wrinkles. Therefore, by setting the draw ratio to 1.3 times, the generation of wrinkles could be eliminated, but the tensile strength in the vertical direction (longitudinal direction) and the tensile strength in the width direction (short direction) are 2.8 N / 15 mm width and 1.2 N / 15 mm width (vertical ratio = 2.3), respectively, and an electrospun non-woven fabric with a large vertical ratio (weight per unit area: 4.2 g / m 2 ) can be obtained. I could not.
以上の実施例、比較例から明らかなように、溶媒の沸点以上に加熱したロールに繊維ウエブを接触させるとともに、繊維ウエブを1.1〜1.2倍延伸することによって、皺を発生させることなく、紡糸原液の溶媒を除去して、たて方向とよこ方向における強度差の小さい静電紡糸不織布を製造できることが分かった。 As is clear from the above examples and comparative examples, the fiber web is brought into contact with a roll heated to the boiling point of the solvent or more, and the fiber web is stretched 1.1 to 1.2 times to generate wrinkles. It was also found that the electrospun nonwoven fabric with a small difference in strength between the warp direction and the transverse direction can be produced by removing the solvent from the spinning dope.
1:容器
1a:チューブ
21〜217:ノズル群
3:マイクロポンプ
4:高電圧電源
5:ベルト状捕集体
6:駆動モーター
6a:第1スプロケット
6b:第2スプロケット
6c:チェーン状支持体
7:紙管
8:直方体紡糸容器
9:送風機
9a:整流板
10:排気ファン
D1、D2、D3:駆動ロール
C1、C2:加熱ロール
20a、20b、20c、20d:搬送ロール
21:耳カットロール
22:押圧ロール
23:巻取ロール
1: container 1a:
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