JP5027554B2 - Method and apparatus for producing uniaxial or multiaxially oriented nanofiber assembly - Google Patents

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本発明は、エレクトロスピニング法により、1軸または多軸に配向されたナノファイバー集積体を製造する方法およびその装置、前記方法により製造された1軸または多軸に配向されたナノファイバーからなる集積体、およびこの集積体を用いたフィルタに関する。   The present invention relates to a method and apparatus for producing a uniaxially or multiaxially oriented nanofiber assembly by an electrospinning method, an assembly comprising uniaxially or multiaxially oriented nanofibers produced by the method. And a filter using the integrated body.

単繊維直径がナノオーダーのナノファイバーを製造する方法として、エレクトロスピニング法は広く知られた方法である(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。エレクトロスピニング法によるナノファイバーの製造を、図19を参照しつつ簡単に説明する。先ず溶剤で溶解したまたは溶融した各種生体高分子やポリマー(以下、単に「高分子」ということもある。)溶液をシリンジ11に充填する。そして、シリンジ11に装着されているニードル型電極(図示せず)と、ナノ繊維を堆積させるコレクター電極12との間に、高圧直流電源13から数kV〜数十kVの直流高電圧を印加して、ニードル型電極とコレクター電極との間に強い電界場を発生させる。この環境下で、ニードル型電極から紡糸溶液14をコレクター電極12に向けて放出すると、高分子を溶解していた溶剤等は電界場中で瞬間的に蒸発し、高分子は凝固しながらクーロン力で延伸され、ナノオーダーのファイバーが、室温、大気圧下というおだやかな条件で形成される。このとき、高分子溶液の場合、スプレーがノズルから直進するストレートジェットと呼ばれる部分とスプレーが広がるブレイクポイントと呼ばれる部分が存在する。ストレートジェットが長いほど繊維構造が形成されやすい。繊維構造が形成されるときはブレイクポイントから液滴が広がるのではなく、繊維が螺旋を描くように基板上にデポジットされる報告もなされている。こうして形成されたナノファイバーは、コレクター電極上にランダムに繊維が交錯した状態で堆積され、不織布状のウエブが得られる。エレクトロスプレーの際のスプレー条件を変えることにより、ナノ〜ミクロンスケールのファイバーが形成され、またファイバー以外にも、ナノパーティクルや薄膜の形成も可能である。さらに、紡糸溶液も高分子担体溶液に限られず、高分子/高分子や高分子/無機などのブレンド溶液も用いることができるため、マテリアルのハイブリッド化はもちろんのこと、ナノパーティクル/ナノファイバーコンポジットのように薄膜の積層構造制御も可能となる。   The electrospinning method is a widely known method for producing nanofibers having a single-fiber diameter of nano-order (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). The production of nanofibers by electrospinning will be briefly described with reference to FIG. First, a syringe 11 is filled with various biopolymers or polymers (hereinafter, simply referred to as “polymer”) dissolved or melted with a solvent. Then, a DC high voltage of several kV to several tens of kV is applied from a high-voltage DC power supply 13 between a needle-type electrode (not shown) attached to the syringe 11 and a collector electrode 12 for depositing nanofibers. Thus, a strong electric field is generated between the needle-type electrode and the collector electrode. In this environment, when the spinning solution 14 is discharged from the needle-type electrode toward the collector electrode 12, the solvent or the like that has dissolved the polymer is instantaneously evaporated in the electric field, and the polymer is coagulated while coagulating. A nano-order fiber is formed under the gentle conditions of room temperature and atmospheric pressure. At this time, in the case of the polymer solution, there are a portion called a straight jet where the spray goes straight from the nozzle and a portion called a break point where the spray spreads. The longer the straight jet, the easier the fiber structure is formed. It has been reported that when the fiber structure is formed, the droplets are not spread from the break point but are deposited on the substrate so as to draw a spiral. The nanofibers thus formed are deposited on the collector electrode in a state where the fibers are randomly interlaced to obtain a non-woven web. By changing the spraying conditions during electrospraying, nano-micron scale fibers can be formed, and in addition to the fibers, nanoparticles and thin films can be formed. Furthermore, the spinning solution is not limited to the polymer carrier solution, and a polymer / polymer or polymer / inorganic blend solution can also be used. Thus, it is possible to control the laminated structure of the thin film.

ナノファイバーにおいては、ナノ構造による特異な機能発現が期待できる。例えば、ナノファイバーは、同一体積での表面積が通常の繊維に比べ非常に大きいことから、従来の繊維が持つポリマー固有の性質の他に、吸着特性や接着特性などの新機能が発現し、従来にない新素材の開発が期待できる。そのほか、可視光に対して透明であること、ナノオーダーで空孔サイズを制御できること、高度な分子組織化が可能なこと、生体がナノファイバーを異物として感じず生体適合性が良いこと等が挙げられる。   Nanofibers can be expected to exhibit unique functions due to nanostructures. For example, since nanofibers have a much larger surface area than ordinary fibers, in addition to the inherent properties of polymers that conventional fibers have, new functions such as adsorption properties and adhesive properties have emerged. The development of new materials that are not possible can be expected. In addition, it is transparent to visible light, the pore size can be controlled in the nano order, advanced molecular organization is possible, and the living body does not feel nanofiber as a foreign substance and has good biocompatibility. It is done.

エレクトロスピニング法でナノファイバーを製造する場合、上記従来の方法によれば堆積されるナノファイバーの向きを制御することはできない。このため、得られたウエブは、繊維がランダムに交錯して網目が形成されたウエブしか製造できない。このため、エレクトロスピニング法において、形成される繊維の配向を制御しようとする試みもなされている。例えば、1軸配向したナノファイバーを得るため、コレクター電極として、同電位とされた複数の導電体と複数の非導電体とを交互に格子状に配置したものを用いる方法(特許文献3参照)、接地により同電位とされた2枚の板状の導電性シリコンまたは金を離間して設ける方法(非特許文献1参照)、リング状の2枚のディスクを用いる方法(非特許文献2参照)などが報告されている。また、ナノファイバーを複数軸に配向させる方法として、コレクター電極として、絶縁性基板上に放射状に伸びる複数の電極を設ける方法(非特許文献3参照)が報告されている。また、非特許文献1には、既に形成された1軸配向したファイバーを3D格子のように層と層を重ねることができたとの記載はあるが、エレクトロスピニングにより直接2軸配向を含む多軸配向ナノファイバー集積体を形成したことについての記載はない。   When producing nanofibers by electrospinning, the orientation of the deposited nanofibers cannot be controlled by the conventional method. For this reason, the obtained web can only produce a web in which fibers are randomly interlaced to form a network. For this reason, attempts have been made to control the orientation of the fibers formed in the electrospinning method. For example, in order to obtain uniaxially oriented nanofibers, a method using a collector electrode in which a plurality of conductors having the same potential and a plurality of non-conductors are alternately arranged in a lattice shape (see Patent Document 3) A method in which two plate-like conductive silicon or gold having the same potential by grounding are provided separately (see Non-Patent Document 1), a method using two ring-shaped disks (see Non-Patent Document 2) Etc. have been reported. As a method for orienting nanofibers in a plurality of axes, a method of providing a plurality of electrodes extending radially on an insulating substrate as a collector electrode (see Non-Patent Document 3) has been reported. In addition, Non-Patent Document 1 describes that already formed uniaxially oriented fibers can be layered on each other like a 3D lattice, but multiaxial including direct biaxial orientation by electrospinning. There is no description about the formation of an aligned nanofiber assembly.

特開2002−249966JP2002-249966 特開2004−68161JP 2004-68161 A 特開2006−283241JP 2006-283241 A Nano Letteres 3,1167−1171(2003)Nano Letters 3, 1677-1171 (2003) Polymer 46,611−614(2005)Polymer 46, 611-614 (2005) Adv.Mater,16,No.4,361−366(2004)Adv. Mater, 16, No. 4,361-366 (2004)

上記のとおり、ナノファイバーを1軸または多軸に配向させる技術はいくつか報告されているが、特許文献3に記載の、導電体と非導電体からなる格子状のコレクター電極を用いる方法では、ナノファイバーは導電体上に導電体に沿って配向するもので、非導電体上にはランダムに配向したナノファイバーが堆積し、ウエブ面が均一に1軸配向されないという問題がある。また、非特許文献1に記載の、コレクター電極として、接地により同電位とされた2枚の板状の導電性シリコンまたは金を離間して設ける方法においては、ナノファイバーを電極と直交する方向に1軸配向させることはできるが、配向状態が十分に行われているとまではいえないという問題がある。さらに、コレクター電極として、絶縁性基板上に放射状に伸びる複数の電極を設ける方法においては、複数の方向に配向したナノファイバーからなるウエブが形成されるものの、ナノファイバーは層毎に異なる方向に配向されたものでなく、厚み方向の制御ができないという問題がある。   As described above, several techniques for orienting nanofibers uniaxially or multiaxially have been reported. However, in the method using a grid-like collector electrode made of a conductor and a nonconductor described in Patent Document 3, The nanofibers are oriented along the conductor on the conductor, and there is a problem that randomly oriented nanofibers are deposited on the non-conductor and the web surface is not uniformly uniaxially oriented. Further, in the method described in Non-Patent Document 1, as a collector electrode, two plate-like conductive silicon or gold having the same potential by grounding are provided apart from each other, the nanofibers are arranged in a direction perpendicular to the electrodes. Although it can be uniaxially oriented, there is a problem that it cannot be said that the orientation state is sufficiently performed. Furthermore, in the method of providing a plurality of radially extending electrodes on an insulating substrate as a collector electrode, a web of nanofibers oriented in a plurality of directions is formed, but the nanofibers are oriented in different directions for each layer. There is a problem that the thickness direction cannot be controlled.

したがって、本発明は、上記従来のエレクトロスピニング法における問題点が改善された、より強く1軸に配向したナノファイバー集積体を製造する方法、エレクトロスピニングにより直接かつ層毎に異なる方向に配向、堆積したナノファイバーの積層体からなる多軸配向ナノファイバー集積体を製造する方法、これらの方法を実施するために用いられる装置、さらには1軸または多軸に配向されたナノファイバー集積体および該集積体からなるフィルタを提供することである。   Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a more strongly uniaxially oriented nanofiber assembly in which the problems in the conventional electrospinning method are improved, and directing and deposition in different directions for each layer by electrospinning. For producing multiaxially oriented nanofiber assemblies comprising laminated nanofibers, devices used to implement these methods, and uniaxially or multiaxially oriented nanofiber assemblies and the assemblies It is to provide a body filter.

本発明者らは、これらの課題を解決するため鋭意研究を行ったところ、コレクターとして、絶縁板を用い、その両端部に平行に2個のコレクター電極を設け、この2個のコレクター電極に電位差、具体的には電圧差を与えることにより、配向制御性に優れ、また多軸配向のナノファイバー集積体をエレクトロスピニング法により直接かつ容易に形成することができることを見出して、本発明を成したものである。   The inventors of the present invention conducted intensive research to solve these problems. As a collector, an insulating plate was used, and two collector electrodes were provided in parallel at both ends thereof, and a potential difference was provided between the two collector electrodes. Specifically, the inventors have found that by providing a voltage difference, it is possible to form a nanofiber assembly having excellent orientation controllability and a multiaxially oriented nanofiber directly and easily by an electrospinning method. Is.

すなわち、本発明は、エレクトロスピニング法によってコレクター表面上またはコレクター上に配置された被集積体上に、配向制御されたナノファイバーを集積する方法において、コレクターとして、絶縁体を挟んで離間して平行に2枚のコレクター電極が設けられ、かつ該2枚のコレクター電極に電位差が形成されたものを用いることを特徴とする配向制御されたナノファイバーを集積する方法に関する。   That is, the present invention relates to a method for accumulating orientation-controlled nanofibers on a collector surface or an assembly to be arranged on a collector by an electrospinning method. The present invention relates to a method for accumulating orientation-controlled nanofibers, wherein two collector electrodes are provided and a potential difference is formed between the two collector electrodes.

また、本発明は、エレクトロスピニング法によって多軸に配向されたナノファイバーを集積する方法において、絶縁体を挟んで離間して平行に2枚のコレクター電極が設けられ、該コレクター電極間に電位差が付与されたコレクター上に、被集積体を載置してエレクトロスピニングを行った後、該被集積体を一定角度回転させて、再度エレクトロスピニングを行うことを特徴とする多軸に配向されたナノファイバーを集積する方法に関する。   Further, according to the present invention, in the method of accumulating multiaxially oriented nanofibers by the electrospinning method, two collector electrodes are provided in parallel and spaced apart with an insulator interposed therebetween, and a potential difference is generated between the collector electrodes. A multi-axis oriented nanostructure characterized by placing an object to be collected on a given collector and performing electrospinning, then rotating the object to be accumulated at a predetermined angle, and performing electrospinning again. The present invention relates to a method for integrating fibers.

また、本発明は、シリンジ、シリンジに装着されているニードル型電極、ニードル型電極に離間対向して設けられたコレクター電極、およびニードル型電極とコレクター電極間に直流高圧電圧を印加する高圧直流電源からなるエレクトロスピニング装置において、コレクター電極が絶縁体を挟んで離間して平行に設けられており、該電極の一方の電極と他方の電極とに電位差を与えるための電位差付与手段が設けられていることを特徴とするエレクトロスピニング装置に関する。   The present invention also relates to a syringe, a needle-type electrode attached to the syringe, a collector electrode provided so as to be opposed to the needle-type electrode, and a high-voltage DC power source that applies a DC high-voltage between the needle-type electrode and the collector electrode. In the electrospinning apparatus, the collector electrode is provided in parallel with the insulator sandwiched therebetween, and a potential difference applying means for applying a potential difference between one electrode of the electrode and the other electrode is provided. The present invention relates to an electrospinning apparatus.

また、本発明は、上記各方法により形成された、1軸または多軸配向ナノファイバー集積体に関する。   The present invention also relates to a monoaxial or multiaxially oriented nanofiber assembly formed by the above methods.

また、本発明は、上記方法により、被集積体上に堆積された多軸配向ナノファイバー集積体からなるフィルタに関する。   The present invention also relates to a filter comprising a multiaxially oriented nanofiber assembly deposited on an assembly by the above method.

本発明においては、エレクトロスピニング法を用いて1軸配向ナノファイバー集積体を形成する方法において、コレクターとして、絶縁体を挟んで離間して平行に2枚のコレクター電極の設けたものを用い、かつ該コレクター電極に電位差を形成した状態でエレクトロスピニングを行うことにより、正確に1軸方向に配向したナノファイバー集積体を形成することができ、しかもこの集積体のファイバー間隙は、堆積時間を制御することにより容易に調整することができる。また、ファイバー径も、紡糸に使用する高分子の重合度、印加電圧、紡糸溶液の高分子濃度、使用溶剤、流量などのエレクトロスピニング条件を適宜制御することにより、容易に制御することができる。   In the present invention, in the method of forming a monoaxially oriented nanofiber assembly using an electrospinning method, a collector provided with two collector electrodes in parallel and spaced apart with an insulator interposed therebetween, and By performing electrospinning with a potential difference formed on the collector electrode, it is possible to form a nanofiber assembly that is precisely uniaxially oriented, and the fiber gap of this assembly controls the deposition time. Can be easily adjusted. The fiber diameter can also be easily controlled by appropriately controlling the electrospinning conditions such as the degree of polymerization of the polymer used for spinning, the applied voltage, the polymer concentration of the spinning solution, the solvent used, and the flow rate.

また、本発明のエレクトロスピニング装置においては、2枚のコレクター電極に電位差が設けられていることから、正確に一軸配向したナノファイバー集積体を作製することができる。
また、本発明の多軸ナノファイバー集積体から形成されたフィルタは、ナノファイバーの堆積時間、堆積回数などの制御により、適宜の微細孔径に形成されたフィルタであり、特に、微小物のろ過に適したフィルタとして有用である。
Further, in the electrospinning apparatus of the present invention, since the potential difference is provided between the two collector electrodes, it is possible to produce a nanofiber assembly that is precisely uniaxially oriented.
In addition, the filter formed from the multi-axis nanofiber assembly of the present invention is a filter formed with an appropriate fine pore diameter by controlling the nanofiber deposition time, the number of times of deposition, etc. Useful as a suitable filter.

以下、本発明を、図を参照しつつ更に詳細に説明する。
図1は、本発明の1軸または多軸配向ナノファイバー集積体を製造するために用いられる装置の一態様を示す概要図である。図1において、エレクトロスピニング装置は、ニードル型電極が先端に取り付けられたシリンジ1、ガラスプレート3の両端に導電性であるアルミテープ4が貼り付けられたコレクター2、およびニードル型電極とアルミテープ間に電圧を印加するための高圧直流電源5からなっている。ニードル型電極には、高圧直流電源5の正極が接続され、放出される溶液が正極に帯電される。また該高圧直流電源5の負極は接地されている。一方コレクターの電極の一方には、直流電源7により1kVの電圧がかけられており、他方のコレクター電極は接地されている。シリンジ1内にはナノファイバーの原料となる高分子などの溶液(紡糸溶液6)が充填されており、シリンジから一定量が放出される。一定量の放出は、キャピラリーを構成するシリンジ内のプランジャーを一定速度で押動することにより行うことができる。なお、上記装置においては、高圧力流電源5の負極は接地されているが、コレクター電極間に電位差を付与する方法はこのような方法に限られず、高圧力流電源5の負極を直接コレクター電極に接続し、その接続を一方のコレクター電極は直接接続とし、他方のコレクター電極は、他の電源あるいは抵抗などの適宜の電位差付与手段を設けて接続するようにするなど、適宜の方法、手段がとられてよい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating one embodiment of an apparatus used to produce a uniaxially or multiaxially oriented nanofiber assembly of the present invention. In FIG. 1, an electrospinning apparatus includes a syringe 1 having a needle-type electrode attached to the tip, a collector 2 having an electrically conductive aluminum tape 4 attached to both ends of a glass plate 3, and a space between the needle-type electrode and the aluminum tape. It consists of a high-voltage DC power source 5 for applying a voltage to. The needle-type electrode is connected to the positive electrode of the high-voltage DC power source 5, and the discharged solution is charged to the positive electrode. The negative electrode of the high-voltage DC power supply 5 is grounded. On the other hand, a voltage of 1 kV is applied to one of the collector electrodes by a DC power source 7, and the other collector electrode is grounded. The syringe 1 is filled with a polymer solution (spinning solution 6) that is a raw material of the nanofiber, and a certain amount is released from the syringe. A certain amount of release can be performed by pushing the plunger in the syringe constituting the capillary at a constant speed. In the above apparatus, the negative electrode of the high pressure flow power source 5 is grounded, but the method of applying a potential difference between the collector electrodes is not limited to such a method, and the negative electrode of the high pressure flow power source 5 is directly connected to the collector electrode. The collector electrode is directly connected, and the other collector electrode is connected by providing another potential supply means such as another power source or a resistor. May be taken.

このときエレクトロスピニングは次のようにして起こる。ニードル型電極に例えば数千ボルト程度の高電圧が印加されると、シリンジ、ニードル型電極などを有するキャピラリー先端の液滴表面に基板電極と反対符号の電荷をもつ帯電粒子が集まる。液体表面に蓄積された電荷と電場の相互作用によって、キャピラリー先端ではメニスカスが半円球状に盛り上がる。より高い電場の下では、キャピラリー先端で電界集中の効果により強力な電界が発生し、液体表面に荷電を持つイオンが集まりテイラーコーンと呼ばれる円錐状のメニスカスが形成される。電場をさらに大きくし、重力と電気的反発力の和が表面張力を上回ると、液体の一部がテイラーコーンから飛び出し、液滴あるいはジェットとして噴出を始める。噴出された液滴あるいはジェットは、強く帯電しており、電場により導電性基板へ引き寄せられる。その時、ジェットは静電気力の反発によりスプレーとなる(クーロン爆発)。場合によっては液滴内部での静電気力反発によってさらに分解して細かい液滴あるいはジェットを形成する。形成された液滴のサイズは極めて小さく、表面積が体積よりも非常に小さいため、極めて短時間のうちに溶媒が蒸発する。通常、溶媒は噴出中に蒸発するので、コレクター上には乾燥した溶質分子がデポジットされる。本発明においては、ナノファイバーは正に帯電しており、2枚のコレクター電極に直行する方向に一軸方向に配向した状態で堆積する。エレクトロスピニング法により形成される繊維の直径は、溶液の粘度、使用される高分子の種類、その重合度、溶液の組成、印加電圧、流量などによって異なり、溶液の粘度が高い場合、高分子の重合度が大きい場合、印加電圧が低い場合、流量が多い場合は、通常繊維径が太くなる。   At this time, electrospinning occurs as follows. When a high voltage of about several thousand volts, for example, is applied to the needle-type electrode, charged particles having a charge opposite to that of the substrate electrode are collected on the surface of the droplet at the tip of the capillary having a syringe, needle-type electrode, and the like. Due to the interaction between the electric charge accumulated on the liquid surface and the electric field, the meniscus rises in a semispherical shape at the tip of the capillary. Under a higher electric field, a strong electric field is generated at the tip of the capillary due to the effect of electric field concentration, and charged ions are collected on the liquid surface to form a conical meniscus called a Taylor cone. When the electric field is further increased and the sum of gravity and electrical repulsion exceeds the surface tension, a part of the liquid jumps out of the Taylor cone and begins to eject as a droplet or jet. The ejected droplet or jet is strongly charged and is attracted to the conductive substrate by the electric field. At that time, the jet becomes a spray due to the repulsion of electrostatic force (Coulomb explosion). In some cases, it is further decomposed by electrostatic force repulsion inside the droplet to form fine droplets or jets. The size of the droplets formed is very small and the surface area is much smaller than the volume, so that the solvent evaporates in a very short time. Usually, the solvent evaporates during ejection, so that dried solute molecules are deposited on the collector. In the present invention, the nanofibers are positively charged and are deposited in a state of being uniaxially oriented in a direction perpendicular to the two collector electrodes. The diameter of the fiber formed by the electrospinning method depends on the viscosity of the solution, the type of polymer used, the degree of polymerization, the composition of the solution, the applied voltage, the flow rate, etc. When the degree of polymerization is large, when the applied voltage is low, or when the flow rate is large, the fiber diameter is usually thick.

前記したとおり、本発明においては、コレクター上の2個の電極には電位差が設けられている、これにより、両電極の電位を同電位とした場合に比べ、ナノファイバーがコレクター電極に引付けられる力が増大し、ナノファイバーの配向度が増大するという効果が得られる。この電位差は、通常0Vを超え10kV程度までの範囲とされればよいが、100v〜10kV程度であることが好ましい。   As described above, in the present invention, a potential difference is provided between the two electrodes on the collector, so that the nanofibers are attracted to the collector electrode as compared with the case where the potentials of both electrodes are the same. The effect of increasing the force and increasing the degree of orientation of the nanofibers is obtained. This potential difference is usually in the range of more than 0V to about 10 kV, but is preferably about 100 v to 10 kV.

図1の装置においてコレクターを構成する部材として記載されたガラスプレート3は、コレクター材料の一例として例示されたものであり、平行に設けられた2個のコレクター電極間に絶縁領域を形成できるものであればその材料はどのようなものでもよい。このような2個のコレクター電極間に絶縁領域を形成できる材料としては、ポリマー板、シリコンウエハ、石英、セラミックスなどの板状物のような無機材料からなる絶縁性基板など任意のものが挙げられる。なお、コレクターはブロック体などで形成されてもよく、特に板状に限られるものではない。   The glass plate 3 described as a member constituting the collector in the apparatus of FIG. 1 is exemplified as an example of a collector material, and can form an insulating region between two collector electrodes provided in parallel. Any material may be used as long as it is present. As a material capable of forming an insulating region between the two collector electrodes, any material such as an insulating substrate made of an inorganic material such as a polymer plate, a silicon wafer, a quartz plate, a ceramic plate or the like can be used. . The collector may be formed of a block body or the like, and is not limited to a plate shape.

また、コレクター電極として、図1の装置においてはアルミテープが用いられているが、アルミニウム以外の材料、例えば金、白金、導電性シリコン、導電性カーボンなど任意のものでよい。またコレクター電極は、絶縁性の板の上に一体に設けられてもよいし、絶縁性の板と別体の板として設けられてもよい。また、その形成方法も、導電性箔あるいは導電性板を絶縁部材上に貼り付けたものでもよいし、蒸着など他の方法によってもよい。絶縁部材がシリコン基板である場合には、イオンプレーティングなどの不純物の打ち込みにより導電性とされたものでもよい。   Further, although the aluminum tape is used as the collector electrode in the apparatus of FIG. 1, any material other than aluminum, such as gold, platinum, conductive silicon, conductive carbon, etc., may be used. The collector electrode may be provided integrally on the insulating plate, or may be provided as a separate plate from the insulating plate. Moreover, the formation method may also be a method in which a conductive foil or a conductive plate is attached to an insulating member, or may be another method such as vapor deposition. When the insulating member is a silicon substrate, it may be made conductive by implantation of impurities such as ion plating.

エレクトロスピニングにおいては、溶媒の蒸発が必要とされることから、一般的には湿度が低い方が好ましく、通常50%RH以下で行うことが好ましい。しかし、本発明のエレクトロスピニング法がこれに限定されるものではない。また温度も特に限定されるものではないが、溶媒の蒸発は常温でも速やかに起こることから、一般的には、紡糸雰囲気を昇温させるあるいは冷やす必要はないが、紡糸条件によっては室温より低温で、あるいは室温より高温で行ってもよい。   In electrospinning, since evaporation of the solvent is required, it is generally preferable that the humidity is low, and it is usually performed at 50% RH or less. However, the electrospinning method of the present invention is not limited to this. Although the temperature is not particularly limited, it is not necessary to elevate or cool the spinning atmosphere in general because the evaporation of the solvent occurs rapidly even at room temperature. However, depending on the spinning conditions, the temperature may be lower than room temperature. Alternatively, it may be performed at a temperature higher than room temperature.

本発明において、紡糸に使用される高分子は、従来エレクトロスピニング法により紡糸可能であることが知られた何れのものであってもよい。このような高分子としては、例えば、ポリイミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン66、ナイロン4,6、ポリカプロラクタム、アラミド、ポリエーテルウレタン、ポリビニルアルコール、セルロース、酢酸セルロース、酢酸セルロースブチレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリペプチド、タンパク質、コールタールピッチ、石油ピッチ、導電性高分子など溶剤に溶解する種々の高分子が挙げられる。   In the present invention, the polymer used for spinning may be any of those conventionally known to be spinnable by electrospinning. Examples of such a polymer include polyimide, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide, polystyrene, polyacrylonitrile, acrylonitrile-methacrylate copolymer, poly (meth) acrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polyethylene, Polypropylene, nylon 66, nylon 4,6, polycaprolactam, aramid, polyether urethane, polyvinyl alcohol, cellulose, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, polyvinyl acetate, polyethylene terephthalate, polypeptide, protein, coal tar pitch, petroleum pitch And various polymers that are soluble in a solvent, such as a conductive polymer.

例えば、ポリイミドを用いる場合、該ポリイミドは溶剤に溶解できるものであればよく特に限定されるものではない。このようなポリイミドの例としては、例えば、下記構造式で記載されるポリイミドが挙げられる。なお、これらは何れも公知のポリマーである。フッ素基を含んだ含フッ素ポリイミドおよびスルホン酸基を含んだスルホン化ポリイミドは、本発明において好ましく用いることができる。フッ素基を含んだ含フッ素ポリイミドとしては、例えば6FDA系ポリイミドなどが、またスルホン酸基を含んだスルホン化ポリイミドとしては、例えばNTDA系ポリイミドなどが挙げられる。なお、6FDA系ポリイミドは、ポリイミド合成原料として、2、2−ビス(3、4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンを用いたポリイミドであり、NTDA系ポリイミドは、合成原料として、1,4,5,8−ナフトテトラカルボン酸を用いたポリイミドである。   For example, when polyimide is used, the polyimide is not particularly limited as long as it can be dissolved in a solvent. As an example of such a polyimide, the polyimide described by the following structural formula is mentioned, for example. These are all known polymers. A fluorine-containing polyimide containing a fluorine group and a sulfonated polyimide containing a sulfonic acid group can be preferably used in the present invention. Examples of the fluorine-containing polyimide containing a fluorine group include 6FDA type polyimide, and examples of the sulfonated polyimide containing a sulfonic acid group include NTDA type polyimide. The 6FDA-based polyimide is a polyimide using 2,2-bis (3,4-carboxyphenyl) hexafluoropropane as a polyimide synthesis raw material, and the NTDA-based polyimide is 1,4,5,5 as a synthetic raw material. It is a polyimide using 8-naphthotetracarboxylic acid.

上記の例は、単に本発明を実施する際に用いられる高分子の一例を示したにすぎないもので、本発明で使用される高分子が、上記特定のポリイミドに限られるものではないし、またさらには高分子がポリイミドに限られるものでもない。   The above example is merely an example of a polymer used in practicing the present invention, and the polymer used in the present invention is not limited to the specific polyimide. Furthermore, the polymer is not limited to polyimide.

これら高分子(溶質)を溶解して紡糸溶液を形成するために用いられる溶媒としては、アセトン、クロロホルム、エタノール、イソプロパノール、メタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、水、ベンゼン、トルエン、キシレン、ベンジルアルコール、1,4−ジオキサン、プロパノール、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、塩化メチレン、フェノール、ピリジン、トリクロロエタン、酢酸などの揮発性の比較的高いもの、またN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、1−メチル−2−ピロリドン(NMP)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、アセトニトリル(AN)、N−メチルモルホリン−N−オキシド、ブチレンカーボネート(BC)、1,4−ブチロラクトン(BL)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジエチルエーテル(DEE)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、1,3−ジオキソラン(DOL)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルホルマート(MF)、3−メチルオキサゾリジン−2−オン(MO)、メチルプロピオネート(MP)、2−メチルテトラヒドロフラン(MeTHF)、スルホラン(SL)などの揮発性が相対的に低いものが挙げられる。これらの溶媒は、用いられる高分子の溶解性を考慮して、適宜のものを選択して用いることができる。またこれら溶媒は、1種単独で用いられてもよいし、必要に応じ2種以上が併用されてもよい。さらに、紡糸溶液の電気特性を改善するために、水、水酸化ナトリウム溶液、塩化リチウム溶液などの電解質が添加されてもよい。   Solvents used to dissolve these polymers (solutes) to form a spinning solution include acetone, chloroform, ethanol, isopropanol, methanol, toluene, tetrahydrofuran, water, benzene, toluene, xylene, benzyl alcohol, 1, Those having relatively high volatility such as 4-dioxane, propanol, carbon tetrachloride, cyclohexane, cyclohexanone, methylene chloride, phenol, pyridine, trichloroethane, acetic acid, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO) N, N-dimethylacetamide (DMAc), 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), acetonitrile (A ), N-methylmorpholine-N-oxide, butylene carbonate (BC), 1,4-butyrolactone (BL), diethyl carbonate (DEC), diethyl ether (DEE), 1,2-dimethoxyethane (DME), 1, 3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI), 1,3-dioxolane (DOL), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl formate (MF), 3-methyl oxazolidine-2-one (MO), methyl pro Examples include relatively low volatility such as pionate (MP), 2-methyltetrahydrofuran (MeTHF), sulfolane (SL). These solvents can be selected and used in consideration of the solubility of the polymer used. These solvents may be used alone or in combination of two or more as necessary. Furthermore, an electrolyte such as water, sodium hydroxide solution, or lithium chloride solution may be added to improve the electrical properties of the spinning solution.

紡糸溶液には、前記高分子を単独で、あるいは2種以上の高分子を併用してもよく、更には、ポリマー以外の有機物あるいは無機物粉末が添加されてもよい。またポリマーはエマルジョン形態であってもよい。紡糸溶液としては、上記の高分子に限られず、金属、セラミックスなどの無機物を主成分としたゾル,ゲルを用いてもよい。これら金属、セラミックスなどの無機物を主成分としたゾル,ゲルを用いてナノファイバーからなる集積体、例えばウエブが形成される場合、焼結により無機系繊維からなるウエブを形成することができる。   In the spinning solution, the polymer may be used alone, or two or more polymers may be used in combination, and organic or inorganic powder other than the polymer may be added. The polymer may also be in the form of an emulsion. The spinning solution is not limited to the above-described polymer, and a sol or gel containing an inorganic substance such as metal or ceramic as a main component may be used. When an integrated body made of nanofibers, such as a web, is formed using a sol or gel containing an inorganic substance such as metal or ceramic as a main component, a web made of inorganic fibers can be formed by sintering.

また、2軸配向など多軸配向ナノファイバー集積体を形成する場合、上記1軸配向ナノファイバー集積体を製造し、その製造過程で、ナノファイバーが堆積される被集積体を、例えば90℃回転させることにより、引き続きナノファイバーの堆積を行えばよい。必要であればこの操作を繰り返すことにより、例えば図2に示すような2層などの多層の集積体が得られる。回転角度を変えることにより、任意の交差角度を有する2軸軸配向ナノファイバー集積体を形成することができるし、必要であれば、角度を1方向のみの変更とするのでなく、2種以上逐次変更させることにより、3軸配向以上の多軸配向ナノファイバー集積体を製造することもできる。また、集積角度を変更した後、再度最初の角度に戻し、必要であれば再度集積角度を変更することにより、3層以上の多層の集積体を得ることもできる。   In addition, when forming a multiaxially aligned nanofiber assembly such as biaxial alignment, the uniaxially aligned nanofiber assembly is manufactured, and the assembly on which the nanofibers are deposited is rotated by, for example, 90 ° C. Then, the nanofibers may be continuously deposited. By repeating this operation if necessary, a multi-layered integrated body such as two layers as shown in FIG. 2 can be obtained. By changing the rotation angle, a biaxially oriented nanofiber assembly having an arbitrary crossing angle can be formed, and if necessary, the angle is not changed only in one direction, but two or more types are sequentially applied. By changing it, it is possible to produce a multiaxially aligned nanofiber assembly having three or more axes. Further, after changing the integration angle, it can be returned to the initial angle again, and if necessary, the integration angle can be changed again to obtain a multilayered assembly of three or more layers.

被集積体としては、フィルム、板、布など集積面を有するものであればいずれも特に問題なく使用できる。また、集積体を被集積体とともに利用するような場合には、これが用いられる用途に応じ適宜の被集積体を選択して用いればよい。例えば、ナノファイバー集積体が被集積体と共にフィルタとして用いる場合には、被集積体として、布、濾紙、多孔性膜などフィルタ材として従来使用されているような素材が好ましく用いられる。   Any material can be used as long as it has an accumulation surface such as a film, plate, or cloth. Moreover, when using an integrated body with a to-be-assembled body, what is necessary is just to select and use a suitable to-be-assembled body according to the use for which this is used. For example, when the nanofiber assembly is used as a filter together with the assembly, materials such as cloth, filter paper, and porous membrane that are conventionally used as filter materials are preferably used.

以下、合成例、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
なお、合成例における化合物の物性は、次の装置を用いて測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although a synthesis example and an Example are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited at all by this.
In addition, the physical property of the compound in a synthesis example was measured using the following apparatus.

〔核磁気共鳴(NMR)測定〕
イミド化反応が確実に進行したことを確認するために、得られたポリイミドをd−DMSOに溶解させ、HNMRにより測定を行った。積算は32回とした。測定に使用した装置は、日本電子(株)製AL400である。
[Nuclear magnetic resonance (NMR) measurement]
In order to confirm that the imidation reaction proceeded reliably, the obtained polyimide was dissolved in d-DMSO and measured by 1 HNMR. Integration was 32 times. The apparatus used for the measurement is AL400 manufactured by JEOL Ltd.

〔ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)測定〕
ポリマーの重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)を求めるために、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)を用いた。標準物質としてはポリスチレンを用いた。測定装置は、Shodex製RI−101であり、カラムはSchodex製KF−805Lである。
[Gel permeation chromatography (GPC) measurement]
Gel permeation chromatography (GPC) was used to determine the weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer. Polystyrene was used as a standard substance. The measuring device is RI-101 manufactured by Shodex, and the column is KF-805L manufactured by Schodex.

[合成例1]
(含フッ素ポリイミドの合成)
<ポリアミック酸の合成>
1000mL三口フラスコに、2、2−ジアミノジフェニルヘキサフルオロプロパン(6FAP)35.00064g(0.10472モル)を入れ、230ccの蒸留N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)を入れて完全に溶解させた。この後、2、2−ビス(3、4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(6FDA)46.5190g(0.10472モル)、およびDMAc405ccを更に加え、溶解させて溶液とした。この溶液を室温で1晩以上攪拌して、ポリアミック酸を得た。
[Synthesis Example 1]
(Synthesis of fluorine-containing polyimide)
<Synthesis of polyamic acid>
In a 1000 mL three-necked flask, 35.00064 g (0.10472 mol) of 2,2-diaminodiphenylhexafluoropropane (6FAP) was added, and 230 cc of distilled N, N-dimethylacetamide (DMAc) was added and completely dissolved. Thereafter, 4,6.5190 g (0.10472 mol) of 2,2-bis (3,4-carboxyphenyl) hexafluoropropane (6FDA) and 405 cc of DMAc were further added and dissolved to obtain a solution. This solution was stirred overnight at room temperature to obtain a polyamic acid.

<イミド化>
上記で得られたポリアミック酸溶液に、54.10g(0.5299モル)の無水酢酸を滴下し、次いでトリエチルアミンを滴下し、24時間攪拌を行った。得られたポリマー溶液をメタノールにゆっくり滴下し、下記式で示される粒状のポリイミド(6FDA−p−6FAP)を得た。得られたポリイミドの1H−NMRスペクトル図を図3に示す。また重量平均分子量(Mw)は、4.2×105であり、Mw/Mnは2.0であった。
<Imidization>
To the polyamic acid solution obtained above, 54.10 g (0.5299 mol) of acetic anhydride was added dropwise, and then triethylamine was added dropwise, followed by stirring for 24 hours. The obtained polymer solution was slowly dropped into methanol to obtain a granular polyimide (6FDA-p-6FAP) represented by the following formula. A 1 H-NMR spectrum of the resulting polyimide is shown in FIG. The weight average molecular weight (Mw) was 4.2 × 10 5 and Mw / Mn was 2.0.

[合成例2]
合成例1において、2、2−ジアミノジフェニルヘキサフルオロプロパン(6FAP)を11.79241g(0.03528モル)、2、2−ビス(3、4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(6FDA)を15.67396g(0.03528モル)、無水酢酸を90.89g(0.8903モル)、DMAcを212cc用いることを除き、合成例1と同様にして、ポリイミドを合成した。得られたポリイミド(6FDA−p−6FAP)のGPCによるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、3.2×105であり、Mw/Mnは2.0であった。
[Synthesis Example 2]
In Synthesis Example 1, 11.79241 g (0.03528 mol) of 2,2-diaminodiphenylhexafluoropropane (6FAP) and 15.2-bis (3,4-carboxyphenyl) hexafluoropropane (6FDA) of 15.79241 g (0.03528 mol). A polyimide was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 67396 g (0.03528 mol), 90.89 g (0.8903 mol) of acetic anhydride, and 212 cc of DMAc were used. The obtained polyimide (6FDA-p-6FAP) had a polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw) by GPC of 3.2 × 10 5 and Mw / Mn was 2.0.

[合成例3]
合成例1において、DMAcを628cc、無水酢酸を53.46g(0.5236モル)用いることを除き合成例1と同様にして、ポリイミドを合成した。得られたポリイミド(6FDA−6FAP)の重量平均分子量(Mw)は、1.2×105であり、Mw/Mnは2.0であった。
[Synthesis Example 3]
A polyimide was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 628 cc of DMAc and 53.46 g (0.5236 mol) of acetic anhydride were used in Synthesis Example 1. The obtained polyimide (6FDA-6FAP) had a weight average molecular weight (Mw) of 1.2 × 10 5 and Mw / Mn of 2.0.

[実施例1]
図1の装置を用い、1軸配向ポリイミド(6FDA−p−6FAP)ナノファイバー集積体を製造した。ニードル型電極とコレクターとの距離は10cm、コレクターのガラス基板の大きさは100×70mm、アルミ電極の間の距離は30mm、アルミ電極の幅は10mm、印加電圧15kV、アルミ電極の一方の電極には電源7により1kVのプラス電圧を印加、また他方の電極はアースし、紡糸溶液の流量0.12mL/hとし、コレクター中央部に濾紙を置き、エレクトロスピニングを行った。紡糸溶液としては、合成例1で得られた重量平均分子量(Mw)42万のポリイミド(6FDA−6FAP)のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)14重量%溶液を用いた。エレクトロスピニング時間を1、3、5、10、15、30分と変化させて、濾紙上にナノファイバーを堆積した。
[Example 1]
A uniaxially oriented polyimide (6FDA-p-6FAP) nanofiber assembly was manufactured using the apparatus of FIG. The distance between the needle electrode and the collector is 10 cm, the size of the glass substrate of the collector is 100 × 70 mm, the distance between the aluminum electrodes is 30 mm, the width of the aluminum electrodes is 10 mm, the applied voltage is 15 kV, and one of the aluminum electrodes Applied a positive voltage of 1 kV from the power source 7, the other electrode was grounded, the spinning solution flow rate was 0.12 mL / h, a filter paper was placed in the center of the collector, and electrospinning was performed. As the spinning solution, the N, N-dimethylacetamide (DMAc) 14 wt% solution of polyimide (6FDA-6FAP) having a weight average molecular weight (Mw) of 420,000 obtained in Synthesis Example 1 was used. The nanofibers were deposited on the filter paper by changing the electrospinning time to 1, 3, 5, 10, 15, and 30 minutes.

作製したナノファイバーを150℃で10時間真空乾燥した後、サンプルを白金コーティングし、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察を行った。SEM写真を図4に示す。図4から明らかなように、得られたナノファイバー集積体は、強く1軸方向に配向したものであった。なおSEM写真の倍率は、1分堆積が1000倍、3分堆積が3000倍、5分堆積が7000倍、10分堆積が10,000倍、15分および30分堆積が20,000倍である。SEM像からナノファイバーの直径およびファイバー間隙を算出したところ、ナノファイバーの平均直径は468nmであった。また、平均ファイバー間隙は表1(図5参照)に示すとおりであった。なお、図5において、図中の範囲を示す線は、測定された間隙の大きさ範囲を示すものである。   The produced nanofibers were vacuum-dried at 150 ° C. for 10 hours, and then the sample was coated with platinum and observed with a scanning electron microscope (SEM). An SEM photograph is shown in FIG. As is clear from FIG. 4, the obtained nanofiber assembly was strongly oriented in the uniaxial direction. The magnification of the SEM photograph is 1000 times for 1 minute deposition, 3000 times for 3 minute deposition, 7000 times for 5 minute deposition, 10,000 times for 10 minute deposition, 20,000 times for 15 minute and 30 minute deposition. . When the diameter of the nanofiber and the fiber gap were calculated from the SEM image, the average diameter of the nanofiber was 468 nm. The average fiber gap was as shown in Table 1 (see FIG. 5). In FIG. 5, the line indicating the range in the figure indicates the measured size range of the gap.

[実施例2]
実施例1と同じ装置を用い、同じ紡糸溶液、同じエレクトロスピニング条件で、濾紙上にナノファイバーを1分間堆積した。1分の堆積時間経過後、濾紙を90°回転させて、引き続き1分間ナノファイバーの堆積を行なった。同様の堆積操作を、各々3分、5分、10分、15分、30分と時間を変えて行って、6種の2軸配向ナノファイバー集積体を形成した。
[Example 2]
Using the same apparatus as in Example 1, nanofibers were deposited on the filter paper for 1 minute using the same spinning solution and the same electrospinning conditions. After 1 minute deposition time, the filter paper was rotated 90 °, and nanofiber deposition was continued for 1 minute. Similar deposition operations were performed at different times of 3 minutes, 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, and 30 minutes, respectively, to form six types of biaxially oriented nanofiber assemblies.

実施例1同様、作製したナノファイバー集積体を150℃で10時間真空乾燥した後、サンプルを白金コーティングし、SEMによる観察を行った。SEM写真を図6に示す。図6のSEM写真から、得られた2軸配向ナノファイバー集積体は、強く2軸方向に配向していることが分かる。図6のナノファイバーの直径は実施例1と同様のものであった。SEM写真から、孔の一辺の平均長さ、孔の平均面積、多孔度を算出した。結果を表2(孔の一辺の長さについては図7参照)に示す。   As in Example 1, the produced nanofiber assembly was vacuum-dried at 150 ° C. for 10 hours, and then the sample was coated with platinum and observed by SEM. An SEM photograph is shown in FIG. From the SEM photograph in FIG. 6, it can be seen that the obtained biaxially oriented nanofiber assembly is strongly oriented in the biaxial direction. The diameter of the nanofiber in FIG. 6 was the same as in Example 1. From the SEM photograph, the average length of one side of the hole, the average area of the hole, and the porosity were calculated. The results are shown in Table 2 (see FIG. 7 for the length of one side of the hole).

[実施例3]
実施例1と同じ装置を用い、同じ紡糸溶液、同じエレクトロスピニング条件で、濾紙上にナノファイバーを30分間堆積させた。濾紙を90°回転させて、引き続き30分間堆積させた。この操作を繰り返し、1層につき30分積層させたものを4層重ねた構造体を作成した。SEM写真を図8(a)に示す。図8(a)のSEM写真から、得られた4層からなる2軸配向集積体は、強く2軸方向に配向していることが分かる。
[Example 3]
Using the same apparatus as in Example 1, nanofibers were deposited on filter paper for 30 minutes with the same spinning solution and the same electrospinning conditions. The filter paper was rotated 90 ° and subsequently deposited for 30 minutes. This operation was repeated to prepare a structure in which four layers were stacked for 30 minutes per layer. An SEM photograph is shown in FIG. From the SEM photograph of FIG. 8 (a), it can be seen that the obtained biaxially aligned assembly comprising four layers is strongly aligned in the biaxial direction.

[実施例4]
実施例1と同じ装置を用い、同じ紡糸溶液、同じエレクトロスピニング条件で、濾紙上にナノファイバーを15分間堆積させた。濾紙を90°回転させて、引き続き15分間堆積させた。この操作を繰り返し、1層につき15分積層させたものを8層重ねた構造体を作成した。SEM写真を図8(b)に示す。図8(b)のSEM写真から、得られた8層からなる2軸配向集積体は、強く2軸方向に配向していることが分かる。
[Example 4]
Using the same apparatus as in Example 1, nanofibers were deposited on the filter paper for 15 minutes with the same spinning solution and the same electrospinning conditions. The filter paper was rotated 90 ° and subsequently deposited for 15 minutes. This operation was repeated to prepare a structure in which eight layers laminated for 15 minutes per layer were stacked. An SEM photograph is shown in FIG. From the SEM photograph of FIG. 8 (b), it can be seen that the biaxially oriented assembly comprising the eight layers obtained is strongly oriented in the biaxial direction.

[比較例1]
コレクターとして、ガラスプレートの両端に導電性であるアルミテープを接着させたコレクター2に代えて、アルミ箔を用いた導電性基板を用いることを除き実施例1と同様にして、120分エレクトロスピニングを行った。SEM写真を図8(c)に示す。図8(c)のSEM写真から、従来の方法で得られたナノファイバー集積体は、全く配向していないことが分かる。
[Comparative Example 1]
The electrospinning was performed for 120 minutes in the same manner as in Example 1 except that a conductive substrate using an aluminum foil was used instead of the collector 2 in which the conductive aluminum tape was bonded to both ends of the glass plate as the collector. went. An SEM photograph is shown in FIG. From the SEM photograph of FIG. 8C, it can be seen that the nanofiber assembly obtained by the conventional method is not oriented at all.

[実施例5および比較例2]
(純水透過実験による透過性能評価)
実施例3、4、比較例1で作製したナノファイバー集積体を70%メタノール水溶液に一晩浸漬させた。透過性評価には、図9に示す装置を用いた。この図9の装置により透過性能を評価する場合、リザーバー8にミリポア水を入れて恒温槽の温度を25℃とし、セル9の下面部分に、前記メタノール水溶液で塗れ処理を行ったサンプル10を設置した後、窒素ガスを導入し、圧力を0.02MPaで一定とした。サンプルを透過した純水の重量を30秒ごとに計量し、流量が一定となった時の値を記録した。得られた透過流量から純水透過係数Lpを計算した。このときの純水透過係数の単位は、ml/h/mmHg/m2とした。
[Example 5 and Comparative Example 2]
(Permeation performance evaluation by pure water permeation experiment)
The nanofiber assembly produced in Examples 3 and 4 and Comparative Example 1 was immersed in a 70% aqueous methanol solution overnight. The apparatus shown in FIG. 9 was used for the permeability evaluation. When the permeation performance is evaluated using the apparatus shown in FIG. 9, Millipore water is put into the reservoir 8 so that the temperature of the thermostatic bath is 25 ° C., and the sample 10 that has been applied with the methanol aqueous solution is placed on the lower surface of the cell 9. Then, nitrogen gas was introduced and the pressure was kept constant at 0.02 MPa. The weight of pure water that permeated the sample was weighed every 30 seconds, and the value when the flow rate became constant was recorded. The pure water permeability coefficient Lp was calculated from the obtained permeation flow rate. The unit of the pure water permeability coefficient at this time was ml / h / mmHg / m 2 .

純水透過実験の結果から求めた純水透過係数Lpを図10に示す。構造制御されていない比較例1の不織布状のナノファイバー集積体と比較し、構造制御された実施例3および4の集積体では、Lpの値は減少した。これは、図8から、見かけの孔径が減少していることが主な要因であると考えられる。   The pure water permeation coefficient Lp obtained from the result of the pure water permeation experiment is shown in FIG. Compared with the non-woven nanofiber assembly of Comparative Example 1 in which the structure was not controlled, the values of Lp decreased in the structures of Examples 3 and 4 in which the structure was controlled. From FIG. 8, it is considered that this is mainly due to a decrease in the apparent pore diameter.

(デキストラン透過実験による孔径評価)
<デキストラン水溶液の調整>
デキストランは、公称分子量8500−11500、35000−45000、64000−76000、100000−200000のものを使用し、これらを等重量比で混合し、全体で1.0g/Lとなるようにミリポア水で調整し、原液とした。
(Evaluation of pore size by dextran permeation experiment)
<Preparation of dextran aqueous solution>
Dextran having nominal molecular weights of 8500-11500, 35000-45000, 64000-76000, 100000-200000 is mixed at an equal weight ratio and adjusted with Millipore water to a total of 1.0 g / L. And used as a stock solution.

<デキストラン透過実験>
純水透過実験に引き続き、純水透過実験を行ったサンプルを用い、リザーバーのミリポア水を捨て、デキストラン水溶液を入れて恒温槽の温度を25℃とし、窒素ガスを導入し圧力を0.02MPaで一定とした。流量が一定となったところで、サンプルを透過した溶液を採取した。
<Dextran transmission experiment>
Following the pure water permeation experiment, using the sample where the pure water permeation experiment was performed, the millipore water in the reservoir was discarded, the dextran aqueous solution was added, the temperature of the thermostatic bath was 25 ° C., nitrogen gas was introduced, and the pressure was 0.02 MPa. Constant. When the flow rate became constant, a solution that permeated the sample was collected.

<ゲルろ過クロマトグラフィー(GFC)測定>
GFCを用いて、デキストランの阻止率を求めた。GFCの検出器は示唆屈折計であり、溶液の濃度を直接求めることはできないが、カラムに打ち込む溶液量を一定とすることで原液とサンプルを透過した溶液との強度比が濃度比と同一であると見なし、阻止率を求めた。
<Gel filtration chromatography (GFC) measurement>
The inhibition rate of dextran was determined using GFC. The detector of the GFC is a suggestive refractometer, and the concentration of the solution cannot be directly determined. However, the intensity ratio between the stock solution and the solution that has permeated the sample is the same as the concentration ratio by making the amount of solution injected into the column constant. Assuming that there was, the blocking rate was calculated.

デキストラン透過実験の結果(デキストラン阻止率)を図11に示す。純水透過実験と同様に、デキストラン透過実験においても、構造制御されていない比較例1の不織布状のナノファイバー集積体と、構造制御された実施例3および4のナノファイバー集積体で違いが見られた。比較例1のナノファイバー集積体では、どの分子量においてもデキストランは全く阻止されなかったのに対し、実施例3および4のナノファイバー集積体では、分子量10万から30万において、わずかではあるがデキストランを阻止することができた。これは構造制御により見かけの孔径が減少したこと、さらに孔径のバラツキが減少したことが主な要因であると考えられる。なお、分子量30万のデキストランの直径は計算上218nmである。   FIG. 11 shows the result of the dextran permeation experiment (dextran blocking rate). Similar to the pure water permeation experiment, in the dextran permeation experiment, there was a difference between the non-woven nanofiber assembly of Comparative Example 1 in which the structure was not controlled and the nanofiber assembly of Examples 3 and 4 in which the structure was controlled. It was. In the nanofiber assembly of Comparative Example 1, no dextran was blocked at any molecular weight, whereas in the nanofiber assemblies of Examples 3 and 4, the dextran was slightly but in the molecular weight of 100,000 to 300,000. I was able to stop. This is thought to be mainly due to the fact that the apparent pore diameter decreased due to the structure control, and further the variation in the pore diameter decreased. The diameter of dextran having a molecular weight of 300,000 is calculated to be 218 nm.

実施例3および4のナノファイバー集積体の見かけの孔径を、SEM写真から算出した。結果を表3に示す。どちらもデキストランよりも孔径は小さく、通常であれば分子篩によりデキストランは阻止されると考えられる。しかし、実際のデキストラン阻止率は非常に小さい値となった。これは透過実験の際に、水圧によりナノファイバーが押し広げられ、集積体の構造が乱れたためと考えられる。   The apparent pore diameters of the nanofiber assemblies of Examples 3 and 4 were calculated from SEM photographs. The results are shown in Table 3. In either case, the pore size is smaller than that of dextran, and it is considered that dextran is normally blocked by molecular sieves. However, the actual dextran rejection rate was very small. This is probably because the nanofibers were spread by the water pressure during the permeation experiment, and the structure of the aggregate was disturbed.

[実施例6]
実施例1において、ポリイミドの濃度を17重量%とし、紡糸溶液の溶剤として、DMAcに代えて、NMPおよびDMFを用いることを除き、実施例1と同様にしてエレクトロスピニングを行った。
また、実施例1において、合成例1で得られたポリイミドに代えて、合成例2および3で得られたポリイミドを用い、ポリイミドの濃度を17重量%とし、かつ各々のポリイミドの溶剤としてDMAc、NMPおよびDMFを用いて実施例1と同様にしてエレクトロスピニングを行った。
これらにより得られたナノファイバーの平均径を図12に示す。
[Example 6]
In Example 1, electrospinning was performed in the same manner as in Example 1 except that the concentration of polyimide was 17% by weight and NMP and DMF were used instead of DMAc as the solvent of the spinning solution.
Further, in Example 1, instead of the polyimide obtained in Synthesis Example 1, the polyimides obtained in Synthesis Examples 2 and 3 were used, the polyimide concentration was 17% by weight, and DMAc as a solvent for each polyimide, Electrospinning was performed in the same manner as in Example 1 using NMP and DMF.
The average diameter of the nanofiber obtained by these is shown in FIG.

[実施例7]
実施例1において、合成例3で得られたポリイミドの17重量%の溶液を用い、その溶媒としてとしてDMAc、NMPおよびDMFを用い、かつ紡糸溶液の流量を0.12、0.24、0.36、0.60、0.96mL/hの条件として、エレクトロスピニングを行った。これらにより得られたナノファイバーの平均径を図13に示す。
[Example 7]
In Example 1, a 17% by weight solution of the polyimide obtained in Synthesis Example 3 was used, DMAc, NMP and DMF were used as the solvent, and the spinning solution flow rate was 0.12, 0.24,. Electrospinning was performed under conditions of 36, 0.60, and 0.96 mL / h. The average diameter of the nanofiber obtained by these is shown in FIG.

[実施例8]
実施例1において、合成例3で得られたポリイミドの17重量%の溶液を用い、その溶媒としてDMAc、NMPおよびDMFを用い、かつ印加電圧を10、15、20kVとして、エレクトロスピニングを行った。これらにより得られたナノファイバーの平均径を図14に示す。
[Example 8]
In Example 1, electrospinning was performed using a solution of 17% by weight of the polyimide obtained in Synthesis Example 3, using DMAc, NMP, and DMF as solvents and applying voltages of 10, 15, and 20 kV. The average diameter of the nanofiber obtained by these is shown in FIG.

[実施例9]
実施例1において、合成例3で得られたポリイミドの溶液を用い、その溶媒としてDMAc、NMPおよびDMFを用い、かつポリマー濃度を17、18、19重量%として、エレクトロスピニングを行った。これらにより得られたナノファイバーの平均径を図15に示す。
[Example 9]
In Example 1, electrospinning was performed using the polyimide solution obtained in Synthesis Example 3, using DMAc, NMP, and DMF as solvents, and polymer concentrations of 17, 18, and 19% by weight. The average diameter of the nanofiber obtained by these is shown in FIG.

[実施例10]
実施例1と同じ装置を用い、紡糸溶液として、先に構造式で示した6FDA−p−APPSのDMF15重量%溶液を用い、堆積時間を各15分とすることを除き、実施例1と同様にして2軸配向ナノファイバー集積体を作製した。得られた集積体のSEM写真を図16に示す。図16から、6FDA−p−APPSのDMFを用いた場合にも、良好な配向性を有する2軸配向ナノファイバー集積体が作製されていることが分かる。
[Example 10]
Same as Example 1 except that the same apparatus as in Example 1 was used, and a 15% by weight DMF 15 wt% solution of 6FDA-p-APPS previously shown in the structural formula was used as the spinning solution, and the deposition time was 15 minutes each. Thus, a biaxially oriented nanofiber assembly was produced. An SEM photograph of the obtained aggregate is shown in FIG. From FIG. 16, it can be seen that a biaxially oriented nanofiber assembly having good orientation is produced even when 6FDA-p-APPS DMF is used.

[実施例11]
実施例1と同じ装置を用い、紡糸溶液として、先に構造式で示した6FDA−p−APPSのDMF15重量%溶液を用い、実施例1と同じエレクトロスピニング条件で、濾紙上にナノファイバーを15分間堆積させた。次いで、濾紙を60°回転させて、引き続き同条件で15分間ナノファイバーの堆積を行った。その後、さらに濾紙を同方向に60°回転させて15分間ナノファイバーを堆積させて、3軸配向ナノファイバー集積体を作製した。得られた集積体のSEM写真を図17に示す。図17のSEM写真から、得られた集積体は、3軸方向に良好に配向していることが分かる。
[Example 11]
Using the same apparatus as in Example 1, as a spinning solution, a 15% by weight solution of 6FDA-p-APPS in DMF previously shown in the structural formula was used. Under the same electrospinning conditions as in Example 1, 15 nanofibers were formed on the filter paper. Deposited for minutes. Subsequently, the filter paper was rotated by 60 °, and the nanofibers were continuously deposited under the same conditions for 15 minutes. Thereafter, the filter paper was further rotated by 60 ° in the same direction to deposit nanofibers for 15 minutes to produce a triaxially aligned nanofiber assembly. An SEM photograph of the obtained aggregate is shown in FIG. From the SEM photograph of FIG. 17, it can be seen that the obtained aggregate is well oriented in the triaxial direction.

[実施例12]
実施例1と同じ装置を用い、紡糸溶液として、先に構造式で示した6FDA−p−FAP−b−3MPA(n:m=70:70)のDMF15重量%溶液を用い、堆積時間を各15分とすることを除き、実施例1と同様にして2軸配向ナノファイバー集積体を作製した。得られた集積体のSEM写真を図18に示す。図18から、6FDA−p−APPSのDMFを用いた場合にも、良好な配向性を有する2軸配向ナノファイバー集積体が作製されていることが分かる。
[Example 12]
Using the same apparatus as in Example 1, as the spinning solution, a DMF 15% by weight solution of 6FDA-p-FAP-b-3MPA (n: m = 70: 70) previously shown in the structural formula was used. A biaxially oriented nanofiber assembly was produced in the same manner as in Example 1 except that the time was 15 minutes. An SEM photograph of the obtained aggregate is shown in FIG. From FIG. 18, it can be seen that a biaxially oriented nanofiber assembly having good orientation is produced even when 6FDA-p-APPS DMF is used.

本発明により得られた1軸または多軸配向ナノファイバー集積体は、リチウム電池など各種電池のセパレータや電解質膜、フィルタ、医療用絆創膏、医療用バリヤウエブ、医療用組織培養支持体、センサ、得られた集積体を炭化することにより電極材などの広範囲の材料として使用することができ、特にフィルタとして好ましく用いることができる。   The uniaxial or multiaxially oriented nanofiber assembly obtained by the present invention can be obtained as separators, electrolyte membranes, filters, medical bandages, medical barrier webs, medical tissue culture supports, sensors for various batteries such as lithium batteries. Further, by carbonizing the accumulated body, it can be used as a wide range of materials such as electrode materials, and can be particularly preferably used as a filter.

本発明の2軸配向ナノファイバーウエブ製造装置の一態様の概要図である。It is a schematic diagram of one mode of a biaxially oriented nanofiber web manufacturing apparatus of the present invention. 本発明の2軸配向ナノファイバー多層集積体製造を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows biaxially-oriented nanofiber multilayer assembly manufacture of this invention. 合成例1で合成された6FDA−p−6FAPの1HNMRスペクトル図である。2 is a 1 HNMR spectrum diagram of 6FDA-p-6FAP synthesized in Synthesis Example 1. FIG. 図面代用写真であり、本発明の実施例1で得られた1軸配向ナノファイバー集積体のSEM写真である。It is a drawing-substituting photograph and is an SEM photograph of the uniaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 1 of the present invention. 1軸配向ナノファイバー集積体のファイバー間隙の大きさを、堆積時間との関係で示す図である。It is a figure which shows the magnitude | size of the fiber gap | interval of a uniaxially oriented nanofiber assembly | attachment in relation to deposition time. 図面代用写真であり、本発明の6種の2軸配向ナノファイバー集積体のSEM写真である。It is a drawing substitute photograph and is an SEM photograph of six biaxially oriented nanofiber assemblies of the present invention. 2軸配向ナノファイバー集積体の孔の一辺の長さを、堆積時間との関係で示す図である。It is a figure which shows the length of the one side of the hole of a biaxially oriented nanofiber aggregate | assembly in relation to deposition time. 図面代用写真であり、(a)は、本発明の4層構造の2軸配向ナノファイバー集積体のSEM写真であり、(b)は、本発明の8層構造の2軸配向ナノファイバー集積体のSEM写真であり、(c)は従来法による配向していないナノファイバー集積体のSEM写真である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a drawing substitute photograph, (a) is a SEM photograph of the biaxially-oriented nanofiber assembly of 4 layer structure of this invention, (b) is the biaxially-oriented nanofiber assembly of 8 layer structure of this invention. (C) is a SEM photograph of an unoriented nanofiber assembly by a conventional method. 透過性能評価実験で用いられた装置の概略図である。It is the schematic of the apparatus used in the transmission performance evaluation experiment. 純水透過実験の結果から求めた純水透過係数Lpの値を示す図である。It is a figure which shows the value of the pure water permeability coefficient Lp calculated | required from the result of the pure water penetration experiment. デキストラン透過実験の結果から求めたデキストラン阻止率を示す図である。It is a figure which shows the dextran blocking rate calculated | required from the result of the dextran permeation | transmission experiment. 実施例6で得られた1軸配向ナノファイバー集積体の平均径を示す図である。FIG. 6 is a view showing the average diameter of the uniaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 6. 実施例7で得られた1軸配向ナノファイバー集積体の平均径を示す図である。FIG. 6 is a view showing the average diameter of the uniaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 7. 実施例8で得られた1軸配向ナノファイバー集積体の平均径を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the average diameter of the uniaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 8. 実施例9で得られた1軸配向ナノファイバー集積体の平均径を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the average diameter of the uniaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 9. 図面代用写真であり、実施例10で得られた2軸配向ナノファイバー集積体のSEM写真である。It is a drawing substitute photograph, and is an SEM photograph of the biaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 10. 図面代用写真であり、実施例11で得られた3軸配向ナノファイバー集積体のSEM写真である。It is a drawing-substituting photograph, and is an SEM photograph of the triaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 11. 図面代用写真であり、実施例12で得られた2軸配向ナノファイバー集積体のSEM写真である。It is a drawing substitute photograph, and is an SEM photograph of the biaxially oriented nanofiber assembly obtained in Example 12. 従来のエレクトロスピニング装置の概略図である。It is the schematic of the conventional electrospinning apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1、11 シリンジ
2 コレクター
3 ガラスプレート
4 アルミテープ
5、13 高圧直流電源
6、14 紡糸溶液
7 直流電源
8 リザーバー
9 セル
10 サンプル
12 コレクター電極
1, 11 Syringe 2 Collector 3 Glass plate 4 Aluminum tape 5, 13 High voltage DC power supply 6, 14 Spinning solution 7 DC power supply 8 Reservoir 9 Cell 10 Sample 12 Collector electrode

Claims (9)

エレクトロスピニング法によってコレクター表面上またはコレクター上に配置された被集積体上に、配向制御されたナノファイバーを集積する方法において、コレクターとして、絶縁体を挟んで離間して平行に2枚のコレクター電極が設けられ、かつ該2枚のコレクター電極に100V〜10kVの電位差が形成されたものを用いることを特徴とする配向制御されたナノファイバーを集積する方法。 In a method of accumulating orientation-controlled nanofibers on a collector surface or an assembly to be arranged on a collector by an electrospinning method, two collector electrodes are arranged in parallel as a collector with an insulator interposed therebetween And using the two collector electrodes having a potential difference of 100 V to 10 kV formed on the two collector electrodes. エレクトロスピニング法によって多軸に配向されたナノファイバーを集積する方法において、絶縁体を挟んで離間して平行に2枚のコレクター電極が設けられ、該コレクター電極間に100V〜10kVの電位差が付与されたコレクター上に、被集積体を載置してエレクトロスピニングを行った後、該被集積体を一定角度回転させて、再度エレクトロスピニングを行うことを特徴とする多軸に配向されたナノファイバーを集積する方法。 In a method of accumulating multi-axis oriented nanofibers by electrospinning, two collector electrodes are provided in parallel with a space between insulators, and a potential difference of 100 V to 10 kV is applied between the collector electrodes. A multi-axis-oriented nanofiber is characterized in that after the object is placed on the collector and electrospun, the object is rotated by a certain angle and then electrospun again. How to accumulate. 請求項1または2に記載の配向制御されたナノファイバーを集積する方法において、コレクター電極がアルミニウムからなることを特徴とする配向制御されたナノファイバーを集積する方法。 The method for accumulating orientation-controlled nanofibers according to claim 1 or 2 , wherein the collector electrode is made of aluminum. 請求項1〜のいずれかに記載された配向制御されたナノファイバーを集積する方法において、紡糸用高分子がポリイミドであることを特徴とする配向制御されたナノファイバーを集積する方法。 The method for accumulating orientation-controlled nanofibers according to any one of claims 1 to 3 , wherein the spinning polymer is polyimide. 請求項に記載の配向制御されたナノファイバーを集積する方法において、前記ポリイミドが、フッ素基を含んだ含フッ素ポリイミドあるいはスルホン酸基を含んだスルホン化ポリイミドであることを特徴とする配向制御されたナノファイバーを集積する方法。 5. The method for accumulating orientation-controlled nanofibers according to claim 4 , wherein the polyimide is a fluorine-containing polyimide containing a fluorine group or a sulfonated polyimide containing a sulfonic acid group. To collect nanofibers. シリンジ、シリンジに装着されているニードル型電極、ニードル型電極に離間、対向して設けられたコレクター電極、およびニードル型電極とコレクター電極間に直流高圧電圧を印加する高圧直流電源からなるエレクトロスピニング装置において、コレクター電極が絶縁体を挟んで離間して平行に設けられており、該電極の一方の電極と他方の電極とに100V〜10kVの電位差を与えるための電位差付与手段が設けられていることを特徴とするエレクトロスピニング装置。 Electrospinning apparatus comprising a syringe, a needle-type electrode attached to the syringe, a collector electrode provided spaced apart from and opposed to the needle-type electrode, and a high-voltage DC power source for applying a DC high-voltage between the needle-type electrode and the collector electrode The collector electrode is provided in parallel and spaced apart with an insulator interposed therebetween, and a potential difference applying means for applying a potential difference of 100 V to 10 kV between one electrode and the other electrode of the electrode is provided. Electrospinning device characterized by 請求項記載のエレクトロスピニング装置において、電位差付与手段が直流電源であることを特徴とするエレクトロスピニング装置。 7. The electrospinning apparatus according to claim 6, wherein the potential difference applying means is a direct current power source. 請求項1〜のいずれかの方法により堆積された1軸または多軸に配向したナノファイバー集積体。 Nanofiber aggregate oriented in uniaxial or multiaxial deposited by the method of any of claims 1-5. 請求項2に記載の方法により被集積体上に形成された多軸配向ナノファイバー集積体からなるフィルタ。   A filter comprising a multiaxially oriented nanofiber assembly formed on an assembly by the method according to claim 2.
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