JP4977336B2 - 高分子フィブリルを製造する装置およびその方法 - Google Patents
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Description
本発明は、大量生産が可能な電荷誘導紡糸装置（electrospinning apparatus）および高分子フィブリル（polymeric fibrils）の製造方法に関し、特に回転ノズル機構を有する電荷誘導紡糸装置および高分子フィブリルの製造方法に関する。
電荷誘導紡糸技術はナノファイバを製造するための技術である。電荷誘導紡糸技術の原理は、正電極と負電極との間の電界により発生された推進力により、高分子溶液の表面張力および粘度を克服する。また、ノズルから吐出される高分子溶液の流れは、同じ電性であるため互いに排斥し合って、溶剤が揮発するときに超微細の繊維が形成されるため、この工程はファイバ電荷誘導紡糸工程とも呼ばれる。直径が数マイクロメートル（μｍ）である従来の紡糸技術により製造されたファイバと異なり、電荷誘導紡糸技術により製造された高分子フィブリルは、電荷誘導紡糸工程における機械力および静電力により繊維を微細化することができる。また、電荷誘導紡糸方法により紡いだ布地は、従来の布地よりも優れた高気孔率、大表面積および小孔径という特徴を有する。
特許文献１では、電荷誘導紡糸工程を用いて高分子ウェブを形成する装置が開示されている。この装置では、少なくとも一種以上の液状の高分子材料を保存するバレルと、バレル中に保存される液状の高分子材料を加圧したり提供したりするポンプと、少なくとも一つの充電ノズルを介して液状の高分子材料を注入して微細繊維を形成する紡績部と、高分子材料を少なくとも一つの紡績部のノズルから吐出される高分子材料に一極性を持たせて充電することにより帯電させる高圧発電器と、微細繊維を積層したりコーティングしたりして高分子ウェブを形成するコレクタと、を含む。この電荷誘導紡糸装置には、平面搬送ベルトと合わせて自動生産能力が備わっている。
特許文献２では、シルクファイバとヘキサフルオロイソプロパノールとの溶液を製造するシルクナノファイバ複合ネットワークが開示されている。シルク溶液は、ヘキサフルオロイソプロパノール中に約０．２重量％〜１．５重量％の濃度を持たせることにより、約２ｎｍ〜２０００ｎｍの間の直径を有するナノファイバの不織布ネットワークを医学用途に提供することができる。
特許文献３では、ノズルをＸ−Ｙ軸に動かすことにより複合フィルム繊維ウェブを製造する方法が開示されている。その方法による製品は、例えば燃料電池や医療用品に用いることができる。
簡単に述べると、例えば高分子溶液の分子量、粘度、導電率、表面張力などの電荷誘導紡糸のシステムパラメータを制御したり、放電電極の電位、高分子溶液の流量、電極間の距離および操作環境の温湿度などといった操作パラメータを制御したりすることにより、様々な直径を有する高分子フィブリルが製造される。しかし、上述のノズルを往復させた場合、ウェブが不均等になるという問題が発生した。図１は、従来の受容基材上のノズルの軌跡を示す模式図である。ノズル１０１が往復方式により高分子フィブリルを吐出すると、受容基材はノズルの移動方向と垂直の方向へ移動する。そのため、ウェブは領域Ｍに分布された高濃度の高分子フィブリルと、領域Ｍ以外の箇所に分布された低濃度の高分子フィブリルとから形成される。図２は、従来の受容基材上のもう一つのノズルの軌跡を示す模式図である。ノズル１０１が往復運動方式により高分子フィブリルを吐出すると、受容基材はノズルの移動方向と垂直の方向へ移動する。そのため、ウェブは領域Ｎに分布された高濃度の高分子フィブリルと、領域Ｎ以外の箇所に分布された低濃度の高分子フィブリルとから形成される。
また、特許文献１のように高分子ウェブの分布が不均等になるという問題以外に、生産速度が低下するという問題も発生した。例えば、特許文献４において開示されている装置ユニットは、連続的な生産能力を有さない単なる実験室の試験装置であった。また、特許文献３において開示されている装置は、均等な分布を達成するために生産速度が遅かった。また、さらには上述の方法で生産される高分子フィブリルなどで形成されるウェブは、微細な直径、均等な分布そして高い生産速度という要求を完全に満足させることができなかった。
そのため、不均等な分布、遅い生産速度などといった問題を解決するため、電荷誘導紡糸装置および高分子フィブリルの製造方法が強く必要とされていた。
米国特許第６６１６４３５号公報
米国特許第６１１０５９０号公報
米国仮出願特許第２００３−０２１１１３５号公報
米国特許第６１１０５９０号公報
本発明の第１の目的は、電気誘導紡糸装置を提供することにある。この電気誘導紡糸装置は回転支持装置を利用する。この回転支持装置の高分子溶液の吐出口間の距離は自由に調整することができ、自由支持装置の高分子溶液の吐出口は非直線的な軌跡で移動するため、高分子フィブリルは均等なウェブに形成される。電気誘導紡糸装置は、均等なウェブを連続方式またはバッチ方式で生産する搬送装置をさらに含む。そのため、電気誘導紡糸装置は、従来の高分子フィブリルで発生していた不均等な分布や遅い生産効率などといった問題を防止することができる。
本発明の第２の目的は、回転ノズル機構を提供することにある。回転ノズル機構は電気誘導紡糸装置に適用することができる。回転支持装置は、非直線的な軌跡で移動するため、高分子フィブリルは受容基材上で任意の角度により均等なウェブに形成される。そのため、本発明の回転支持装置は、不均等な分布および遅い生産速度などといった従来の高分子フィブリルにあった問題を解決することができる。
本発明の第３の目的は、高分子フィブリルを製造する回転ノズル機構を利用する高分子フィビリルの製造方法を提供することにある。高分子溶液の吐出口が非直線的な軌跡で移動するため、高分子フィブリルは均等なウェブに形成することができる。
本発明の第４の目的は、回転支持装置の高分子溶液の吐出口を同時に非直線的な軌跡で移動することにより、高分子フィブリルを形成する方法を提供することにある。高分子フィブリルは任意の角度で吐出されてコレクタ上に均等なウェブが形成され、電気誘導紡糸装置の回転支持装置を利用して超微細な高分子フィブリルが形成される。また、高分子フィブリルの製造方法も連続方式またはバッチ方式で行われるため、自動生産が可能である。
上述の目的を達成するために、本発明は電気誘導紡糸装置を提供する。本発明の電気誘導紡糸装置は、少なくとも一つの吐出口を有し、吐出口中に放電電極が設置され、ダクトにより高分子溶液が導入される少なくとも一つの回転支持装置を備える。そして、コレクタが回転支持装置の下方に設置され、吐出口の側にある表面を有する。電圧が放電電極へ印加されると、高分子溶液が吐出口より吐出され、帯電された高分子フィブリルが形成され、コレクタの上方の受容基材上に堆積されると同時に、受容基材が一方向へ進み、吐出口が非直線的な軌跡で移動することにより、受容基材の表面上にウェブが形成される。
好適には、回転支持装置は少なくとも一つの支持アームまたはプレートである。
好適には、非直線的な軌跡は円形の軌跡、楕円形の軌跡または波形の軌跡である。
好適には、回転軸の他方の端部が回転軸の端部の中心となると同時に、回転軸は垂直方向に対する傾斜角度または固定角度で高分子フィブリルを吐出する。
好適には、非直線的な軌跡は円形の軌跡、楕円形の軌跡または波形の軌跡である。
好適には、回転軸の他方の端部が回転軸の端部の中心となると同時に、回転軸は垂直方向に対する傾斜角度または固定角度で高分子フィブリルを吐出する。
好適には、ノズルは回転支持装置の一方の端部および他方の端部にそれぞれ設置され、吐出口は間隔で離され、その間隔は自由に調整されて、その長さは支持装置より短いか、同じ長さである。
好適には、コレクタの形状は、皿形、円形、楕円形、矩形および立方形からなる群から選ばれる一種以上を含む。
本発明は、電気誘導紡糸装置に適用する回転ノズル機構を提供する。その回転ノズル機構は、軸線で回る回転軸と、回転軸の端部に枢設されて少なくとも一つの吐出口を有する少なくとも一つの支持装置とを有する。吐出口は放電電極に電性接続され、高分子溶液がダクトにより導入される。電圧が放電電極に印加されると、吐出口から高分子溶液が吐出され、帯電された高分子フィブリルが形成され、その高分子フィブリルはコレクタ上方の受容基材上に堆積される。受容基材が一方向へ進むと同時に吐出口が非直線的な軌跡で進むため、受容基材の表面上にはウェブが形成される。
本発明は、高分子フィビリルの製造方法をさらに提供する。本発明は、軸線で回る回転軸と、回転軸の端部に枢設されて少なくとも一つの吐出口を有する少なくとも一つの支持装置とを有する回転ノズル機構を先ず準備する。この吐出口は放電電極に電性接続され、高分子溶液がダクトにより導入される。電圧が放電電極に印加されると、吐出口から高分子溶液が吐出され、帯電された高分子フィブリルが形成され、その高分子フィブリルはコレクタ上方の受容基材上に堆積される。受容基材が一方向へ進むと同時に吐出口が非直線的な軌跡で進むため、受容基材の表面上にはウェブが形成される。
本発明は、高分子フィブリルの製造方法をさらに提供する。本発明の電気誘導紡糸装置が先ず提供され、その電気誘導紡糸装置は、少なくとも一つの吐出口を有し、吐出口中に放電電極が設置され、高分子溶液がダクトにより導入される少なくとも一つの回転支持装置を備える。コレクタは、回転支持装置の下方に設置される。続いて、電圧が放電電極へ印加されると、吐出口から高分子溶液が吐出され、帯電された高分子フィブリルが形成され、その高分子フィブリルはコレクタ上方の受容基材上に堆積される。受容基材が一方向へ進むと同時に吐出口が非直線的な軌跡で進むため、受容基材の表面上にはウェブが形成される。
本発明が提供する電荷誘導紡糸装置を利用して高分子フィブリルを製造する方法は、非直線的な軌跡で回転ノズル機構を用いるため、超微細の高分子フィブリルは、例えば水平、垂直または任意の角度などの受容角度で、受容基材上に均等なウェブに堆積されて形成される。そのため、分布が不均等で生産率が低いといった従来の高分子フィブリルの問題を解決することができる。
本発明は高分子フィブリルの製造方法を提供する。図３は、本発明の好適な実施形態による高分子フィブリルの製造方法を示す流れ図である。先ず、ステップ１５１において、回転ノズル機構が準備され、この回転ノズル機構は電荷誘導紡糸装置中に設置され、軸線で回る回転軸と、回転軸の端部に枢設されて少なくとも一つの吐出口を有する少なくとも一つの支持装置とを有する。他の実施形態では、電気誘導紡糸装置中に設置され、少なくとも一つの吐出口を有する少なくとも一つの回転支持装置が準備されてもよい。吐出口は放電電極に電性接続され、高分子溶液がダクトにより導入される。また、回転軸はその軸線を中心にして回る。続いて、ステップ１５３において、電圧が放電電極に印加されると、吐出口から高分子溶液が吐出され、帯電された高分子フィブリルが形成され、その高分子フィブリルはコレクタ上方の受容基材上に堆積される。受容基材が一方向へ移動すると同時に、吐出口が非直線的な軌跡で進むため、ステップ１５５に示すように、受容基材の表面上にウェブが形成される。
本実施形態は、上述の工程と組み合わせて回転ノズル機構を非直線的な軌跡で移動することにより、ナノスケール高分子フィブリルは、受容基材上において任意の受容角度で均等なウェブを堆積して形成する電荷誘導紡糸装置をさらに提供する。以下、図４から図１４において、本実施形態の電荷誘導紡糸装置を説明する。
図４は、本発明の好適な実施形態による電荷誘導紡糸装置を示す模式図である。電気誘導紡糸装置２００は、軸線２１３を中心として矢印２１５の方向で回転する回転軸２１１を有する回転ノズル機構２１０を含む。支持アームなどの支持装置２２１の中間点は、回転軸２１１の一端上に枢設される。あるいは、複数の支持アームを支持装置２２１として、各支持アームの各中間点により、回転軸２１１の同じ端部に枢設されてもよく、これは後で詳しく説明する。支持装置２２１は少なくとも一つの吐出口を有する。ノズル２３１などの吐出口は、支持装置２２１上へ自由に配設される。ノズル２３１の吐出口は放電電極２３３へ電性接続され、高分子溶液はダクト２４１を介して高分子溶液保存槽２５１から導入される。
図４に示すように、コレクタ２７１は回転ノズル機構２１０の下方に設置される。また、コレクタ２７１は一般に接地される。高圧電源２６１により提供される電圧が、回転ノズル機構２１０の放電電極２３３へ印加されると、放電電極２３３とコレクタ２７１との間に電界が形成されて、ノズル２３１の吐出口から高分子溶液２５１が吐出されるため、帯電された高分子フィブリル２７７が形成され、それはコレクタ２７１と同じ方向で堆積される。回転ノズル機構２１０の側にあるコレクタ２７１の表面には、高分子フィブリル２７７の適当な堆積を助けるための排気用のガイドポア（図示せず）がある。排気を行うためのガイドポアは、中空構造でポアを有し、その構造材料は、金属や金属含有織物である。
図４に示すように、受容基材２７３は、高分子フィブリル２７７を堆積するために、コレクタ２７１の上方で所定高さＨの箇所に設置され、その所定高さは０メートル〜１メートルの間である。受容基材２７３の材料は、限定されずに工程の必要に応じて決定される。また、受容基材２７３の表面２７５は平面または立体面であり、受容基材２７３の表面２７５には孔が有っても無くてもよい。高分子フィブリル２７７は受容基材２７３上のウェブに形成されて室温で乾燥される。ウェブに残されているポアは非常に小さいため、ウェブを有する受容基材は高効率濾過材料にすることができる。例えば、受容基材２７３の表面２７５が平面であるとき、ウェブを有する受容基材は、例えば平面フェースマスクやフィルタシートに製造することができる。受容基材２７３の表面２７５が立体面であるとき、ウェブを有する受容基材は、例えば立体フェースマスク、フィルタカートリッジおよび生医学材料などに用いることができる。
本実施形態の電気誘導紡糸装置２００は、搬送装置２８０を用いて矢印２９５の方向へ受容基材２７３を連続的に搬送する。図４に示すように、搬送装置２８０はローラ２８１、２８３、２８５、２８７、２９１およびローラ押さえ２８９を含む。ローラ２８１は受容基材２７３の全体のテープを巻き出す。ローラ２８３、２８５およびコンベアメッシュベルト２９３は受容基材２７３を導き、矢印２９５の方向へコレクタ２７１の上方へ高分子フィブリル２７７を堆積することにより、受容基材２７３の表面２７５上にウェブが形成される。また、必要に応じて、ウェブを有する受容基材２７３中へ表生地２９７を押さえるローラ押さえ２８９を提供して複合フィルタ材料２９９を形成し、ローラ２８７は表生地２９７全体のテープを巻き出す。そして、このように形成された複合フィルタ材料２９９はローラ２９１により収納される。また、搬送装置２８０を含むこの電気誘導紡糸装置２００は、連続式またはバッチ式で作動されるため、自動生産を行うことができる。
図５は、図４のＡＡ’部分の断面図である。本実施形態の回転ノズル機構２１０はスタンド３００に固定される。スタンド３００は、支持するための上部３０１および支柱３０３を含む。上部３０１は回転ノズル機構２１０を固定するために用いられる。高分子溶液保存槽２５１は支柱３０３上へ自由に設置され、支柱３０３は移動可能に設計される。高分子溶液保存槽２５１は、ダクト（図示せず）を介してノズル２３１の吐出口に接続される。モーター３０５は、上部３０１の表面上に設置され、回転ノズル機構２１０の回転軸２１１を駆動するために用いられるため、回転軸２１１を一つ以上の方向へ自由に回転させることができる。
図５に示すように、回転軸２１１に枢設された支持装置２２１の一方の端部と他方の端部とは、それぞれノズル２３１を有し、それぞれのノズル２３１は間隔ｄで離されている。その間隔ｄは、必要に応じて自由に調整することができる。例えば、間隔ｄは、支持装置２２１の長さＤより短いか同じ長さである。また、ノズル２３５は支持装置２２１との接続箇所の下方に設置され、ノズル２３５の吐出口は圧縮ガスを適当に圧縮して高分子フィブリルの押出速度を調整することができる。
図６に示すように、本発明の好適な実施形態のノズル２３１は、支持装置２２１の一端のみに設けられ、回転軸２１１により矢印２１５の方向へ駆動して回転運動を行う。図７の底面図に示すように、本発明のもう一つの実施形態のノズル２３１は、支持装置２２１の両端に設けられ、回転軸２１１により駆動されて矢印２１５の方向へ回転運動を行う。図８に示すように、本発明の好適な実施形態のノズル２３１は二つの支持装置２２１の両端上に設けられ、回転軸２１１により駆動されて矢印２１５の方向へ回転運動を行う。これから類推できるように、図９および図１０に示すように、ノズル２３１は三つまたは四つの支持装置２２１の両端へそれぞれ設けられ、回転軸２１１に駆動されて矢印２１５の方向へ回転運動を行うこともできる。当該技術に習熟しているものなら分かるように、前述の本実施形態が示す回転ノズル機構２１０の構成は、ノズル２３１および支持装置２２１の数および構成を何ら制限するものではなく、単なる一例である。例えば支持装置２２１は、支持アーム以外に、平面状の支持装置２２１上にノズル２３１が自由に配設されていれば任意形状のプレートでもよい。
ここで注意しなければならないことは、本実施形態の回転ノズル機構２１０は、一つ以上の方向へ自在に回転することができるため、ノズル２３１の吐出口は非直線的な軌跡で移動することができるということである。この非直線的な軌跡は、円形の軌跡、楕円形の軌跡または波形の軌跡でもよい。従って、本実施形態の回転ノズル機構２１０は、重力および遠心力を利用することにより、従来の高分子フィブリルにおいて発生していたビーディング効果（beading effect）を防ぐことができる。図４に示すように、回転ノズル機構２１０の回転軸２１１は、ノズル２３１を矢印２１５の方向へ回転させ、軸線２１３は垂直である。図１１は、本発明のもう一つの実施形態による回転ノズル機構を示す模式図である。回転ノズル機構２１０の回転軸２１１は、矢印２１５の方向へノズル２３１を回転させる。回転軸２１１は、垂直線２１７に対して傾斜角度θの軸線２１３で回転すると同時に、垂直方向に対して傾斜角度θで回転する。この傾斜角度θは０度〜４５度の間である。図４から図１１に示す回転ノズル機構２１０を、連続的に搬送される受容基材と組み合わすことにより、ノズル２３１の吐出口から吐出される高分子フィビリルは、受容基材上に図１２に示すような円形の軌跡または楕円形の軌跡、あるいは図１３に示すような波形の軌跡で描かれる。
本実施形態の回転ノズル機構は、重力、静電気力および遠心力を利用して微細高分子フィブリルを製造し、その直径は２ｎｍ〜２０００ｎｍの間であり、その坪量は０．３ｇ／ｍ３以上である。
上述の実施形態のように、本実施形態の回転ノズル機構は傾斜角度を自由に調整することにより、高分子フィブリルが水平、垂直または任意の角度などといった受容角度で受容基材上に均等なウェブが堆積されて形成される。しかしながら、その他の実施形態では、図４に示すように、受容基材２７３および搬送装置２８０の構成を調整することができるため、受容基材２７３は、水平、垂直または任意の角度などの受容角度で受容基材２７３上に高分子フィブリル２７７が堆積されて均等なウェブが形成される。
また、本実施形態の高分子フィブリルの工程で使用される有機溶剤は溶剤再生設備で回収処理することができるため、環境保護の要求に合致する。図１４は、本発明の好適な実施形態による溶剤回収設備を示す模式図である。本実施形態の高分子フィブリル工程は、密閉された処理室４００で行われ、工程において発生する有機溶剤を含有する廃ガスは、空気ダクト４１１により矢印４０１の方向で凝縮装置４２０へ搬送され、そこで凝縮される。凝縮装置４２０中へ設置されたスプレー装置４２１は、スプレー流により廃ガスを凝縮して有機溶剤を含有する廃水４２３を発生させる。凝縮された廃ガスは、矢印４２５の方向で、排気管４２７により気体濾過装置４３０へ搬送される。気体濾過装置４３０において、凝縮された廃ガスが一部の凝縮液４３５を発生させるため、凝縮液４３５はダクト４３７により凝縮装置４２０へ回収される。廃ガスは、ろ過床４３３により吸収されて濾過された後、清浄エア４４０となって大気中へ直接排出される。
以下の実施形態では、本発明の電荷誘導紡糸装置および高分子フィブリルの製造方法を説明する。
（第１実施形態）
電荷誘導紡糸装置の回転ノズル機構の支持装置の両端にはノズルが自由に設置され、そのノズルは例えば２０ゲージ針であり、コレクタと受容基材との間の所定高さＨは４０センチメートル（ｃｍ）である。平面の受容基材の回転速度は、１分間当たり１メートルである。高分子溶液の凝縮は、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile：ＰＡＮ）とジメチルホルムアミド（dimethyl formamide：ＤＭＦ）との比率が１５重量％〜２５重量％であり、好ましくは１５重量％〜２０重量％である。続いて、ＰＡＮとＤＭＦとの比率および粘度を表１に示す。
電荷誘導紡糸装置の回転ノズル機構の支持装置の両端にはノズルが自由に設置され、そのノズルは例えば２０ゲージ針であり、コレクタと受容基材との間の所定高さＨは４０センチメートル（ｃｍ）である。平面の受容基材の回転速度は、１分間当たり１メートルである。高分子溶液の凝縮は、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile：ＰＡＮ）とジメチルホルムアミド（dimethyl formamide：ＤＭＦ）との比率が１５重量％〜２５重量％であり、好ましくは１５重量％〜２０重量％である。続いて、ＰＡＮとＤＭＦとの比率および粘度を表１に示す。
◎
４０キロボルト（ｋＶ）の電圧を放電電極へ印加すると、ウェブが高分子フィブリルにより平面受容基材上に形成されて、室温で乾燥される。高分子フィブリルは、直径が０．８マイクロメートル（μｍ）である。移動速度は幅が６０ｃｍで、一分間当たり３０ｃｍである。高分子溶液の吐出速度は一分間当たり５ｍｌより遅い。
（第２実施形態）
電荷誘導紡糸装置の回転ノズル機構の支持装置の両端にはノズルが自由に設置され、そのノズルは例えば２０ゲージ針であり、コレクタと受容基材との間の所定高さＨは４０センチメートル（ｃｍ）である。筒形の受容基材の回転速度は２００ｒｐｍである。高分子溶液の凝縮は、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile：ＰＡＮ）とジメチルホルムアミド（dimethyl formamide：ＤＭＦ）との比率が、例えば１５重量％である。
電荷誘導紡糸装置の回転ノズル機構の支持装置の両端にはノズルが自由に設置され、そのノズルは例えば２０ゲージ針であり、コレクタと受容基材との間の所定高さＨは４０センチメートル（ｃｍ）である。筒形の受容基材の回転速度は２００ｒｐｍである。高分子溶液の凝縮は、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile：ＰＡＮ）とジメチルホルムアミド（dimethyl formamide：ＤＭＦ）との比率が、例えば１５重量％である。
約４０キロボルト（ｋＶ）の電圧を放電電極へ印加すると、ウェブが高分子フィブリルにより筒形の受容基材上に形成されてから、室温で乾燥される。高分子フィブリルは、直径が０．８マイクロメートル（μｍ）よりも小さい。そして、高分子溶液の吐出速度は一分間当たり５ｍｌである。そして、その移動速度は幅が６０ｃｍにおいて一分間当たり約４．７ｃｍである。上述の移動速度は、単管の高分子溶液により高分子フィブリルを製造したときの移動速度である。自動生産を行うときには、多重管の高分子溶液を利用して高分子フィブリルを生産することもできる。例えば、８本の管の高分子溶液を用いて高分子フィブリルを生産する場合、高分子フィブリルの移動速度は、幅６０ｃｍにおいて一分間当たり３７．６ｃｍに達する。
（第３実施形態）
電荷誘導紡糸装置の回転ノズル機構の支持装置の両端にはノズルが自由に設置され、そのノズルは例えば２０ゲージ針であり、コレクタと受容基材との間の所定高さＨは４０ｃｍなどである。４０ボルトの電圧を放電電極へ印加すると、ウェブが立方体の受容基材上に高分子フィブリルにより形成される。ウェブが上に形成されていない受容基材のジオクチルフタレート（dioctyl phthalate：ＤＯＰ）の濾過効果は４０％〜５０％の間であるが、ウェブが上に形成された受容基材の濾過効果は８５％〜８８％まで向上する。
電荷誘導紡糸装置の回転ノズル機構の支持装置の両端にはノズルが自由に設置され、そのノズルは例えば２０ゲージ針であり、コレクタと受容基材との間の所定高さＨは４０ｃｍなどである。４０ボルトの電圧を放電電極へ印加すると、ウェブが立方体の受容基材上に高分子フィブリルにより形成される。ウェブが上に形成されていない受容基材のジオクチルフタレート（dioctyl phthalate：ＤＯＰ）の濾過効果は４０％〜５０％の間であるが、ウェブが上に形成された受容基材の濾過効果は８５％〜８８％まで向上する。
上述した実施形態において、本実施形態の電荷誘導紡糸装置を利用して高分子フィブリルを製造する方法は、非直線的な軌跡で回転ノズル機構を用いるため、高分子フィブリルが、例えば水平、垂直または任意の角度などの受容角度で受容基材上に均等なウェブが堆積されて形成されるという長所を有する。そのため、分布が不均等で生産率が低いといった従来の高分子フィブリルの問題を解決することができる。
本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術に熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
１５１ 回転ノズル機構を準備
１５３ 非直線的な軌跡で吐出口を移動
１５５ 受容基材の表面上に高分子フィブリルのウェブを形成
２００ 電気誘導紡糸装置
２１０ 回転ノズル機構
２１１ 回転軸
２１３ 軸線
２１５、２１８、２９５、４０１、４２５ 矢印
２１７ 垂直線
２２１ 支持装置
２３１、２３５ ノズル
２３３ 放電電極
２４１ ダクト
２５１ 高分子溶液保存槽
２６１ 高圧電源
２７１ コレクタ
２７３ 受容基材
２７５ 表面
２７７ 高分子フィブリル
２８０ 搬送装置
２８１、２８３、２８５、２８７、２９１ ローラ
２８９ ローラ押さえ
２９３ コンベアメッシュベルト
２９７ 表生地
２９９ 複合フィルタ材料
３００ スタンド
３０１ 上部
３０３ 支柱
３０５ モーター
４００ 処理室
４１１ 空気ダクト
４２０ 凝縮装置
４２１ スプレー装置
４２３ 廃水
４２７ 排気管
４３０ 気体濾過装置
４３３ ろ過床
４３５ 凝縮液
４３７ ダクト
４４０ 清浄エア
ＡＡ’ 断面線
Ｄ 長さ
ｄ 間隔
Ｈ 所定高さ
Ｍ、Ｎ 領域
１５３ 非直線的な軌跡で吐出口を移動
１５５ 受容基材の表面上に高分子フィブリルのウェブを形成
２００ 電気誘導紡糸装置
２１０ 回転ノズル機構
２１１ 回転軸
２１３ 軸線
２１５、２１８、２９５、４０１、４２５ 矢印
２１７ 垂直線
２２１ 支持装置
２３１、２３５ ノズル
２３３ 放電電極
２４１ ダクト
２５１ 高分子溶液保存槽
２６１ 高圧電源
２７１ コレクタ
２７３ 受容基材
２７５ 表面
２７７ 高分子フィブリル
２８０ 搬送装置
２８１、２８３、２８５、２８７、２９１ ローラ
２８９ ローラ押さえ
２９３ コンベアメッシュベルト
２９７ 表生地
２９９ 複合フィルタ材料
３００ スタンド
３０１ 上部
３０３ 支柱
３０５ モーター
４００ 処理室
４１１ 空気ダクト
４２０ 凝縮装置
４２１ スプレー装置
４２３ 廃水
４２７ 排気管
４３０ 気体濾過装置
４３３ ろ過床
４３５ 凝縮液
４３７ ダクト
４４０ 清浄エア
ＡＡ’ 断面線
Ｄ 長さ
ｄ 間隔
Ｈ 所定高さ
Ｍ、Ｎ 領域
Claims (15)
- 回転軸の一方の端部に接続され、少なくとも一つの吐出口を有し、前記吐出口に放電電極が設置され、ダクトにより高分子溶液が導入される少なくとも一つの回転支持装置と、
前記回転支持装置の下方に設置され、前記吐出口と対向する側に、表面があるコレクタと、を備える電気誘導紡糸装置であって、
前記回転支持装置を回転させながら、電圧が前記放電電極へ印加されると、前記高分子溶液が前記吐出口より吐出され、帯電された高分子フィブリルが形成され、前記コレクタの上方の受容基材上に堆積されると同時に、前記受容基材が一方向へ進み、前記吐出口が非直線的な軌跡で移動することにより、前記受容基材の表面上にウェブが形成され、
前記回転軸は、垂直方向に伸びる垂直線に対し軸線が０度を超える４５度以下の傾斜角度を有する状態で回転し、同時に、前記回転軸の前記軸線が前記傾斜角度を有する状態で前記回転軸が前記垂直線を中心に回転することを特徴とする電気誘導紡糸装置。
- 前記回転支持装置は少なくとも一つの支持アームであることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記回転支持装置はプレートであることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記高分子溶液は、高分子溶液保存槽から提供されることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記非直線的な軌跡は、円形の軌跡、楕円形の軌跡または波形の軌跡であることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記吐出口は間隔で離され、前記間隔は前記回転支持装置より短いか同じ長さであることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記高分子フィブリルは、直径が約２ナノメートル〜２０００ナノメートルであることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記コレクタの形状は、皿形、円形、楕円形、矩形および立方形からなる群から選ばれる一種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記コレクタの表面は、排気のガイドポアを有することを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記排気のための前記ガイドポアは、ポアを有する中空構造により提供されることを特徴とする請求項９に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記構造の材料は、金属および金属含有織物からなる群から選ばれる一種以上を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記受容基材は、所定高さで前記コレクタの上方に設置され、前記所定高さは約０メートル〜１メートルの間であることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記受容基材の表面は平面または立体面であることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 前記受容基材の表面は孔を有することを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
- 一方向へ前記受容基材を連続的に搬送する搬送装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電気誘導紡糸装置。
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