JP5383937B1 - ナノファイバ製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液状の繊維の素材または繊維の素材と溶媒との溶液を噴射する複数の紡糸口を有するスピナレット1と、紡糸口から噴射された複数の紡糸ジェットを収集する1つのコレクタと、スピナレット1とコレクタとの間に高電圧を印加する高圧電源とを備えたエレクトロスピニング方式ナノファイバ製造装置において、隣接するスピナレット1の紡糸口間に、紡糸ジェットJの向きと平行で同じ方向に気体を噴射する気体噴出ノズル2を設けたナノファイバ製造装置。
【選択図】 図1
Description
このエレクトロスピニング法の概要を図8に示す。図8に示すように、エレクトロスピニング装置の基本構成としては、紡糸口40aを有し、繊維の素材となるポリマーと揮発性の溶媒とのポリマー溶液を噴射するノズル40と、平板状のコレクタ41と、ノズル40とコレクタ41との間に高電圧を印加する高圧電源42とを備える。高電圧が印加されていない状態では、ポリマー溶液は、ノズル40の先端の紡糸口40aの先端部において、表面張力で留まっている。紡糸口40aとコレクタ41との間に、数kV〜100kVの電圧を印加すると、紡糸口40a先端のポリマー溶液の液滴は+(または−)に帯電し、異極に帯電(アース)しているコレクタ41に向かう電気力線に沿って作用する静電力(クーロン力)により吸引される。静電力が表面張力よりも越えると、ポリマー溶液の紡糸ジェット43がコレクタ41に向かって連続的に噴射される。このとき、ポリマー溶液中の溶媒は揮発し、コレクタ41に到達する際には、ポリマーの繊維のみとなり、ナノレベルの細さのナノファイバとなる。なお、ナノファイバの原料としては、有機物のポリマーのみならず、金属酸化物、セラミック等の無機物をゾル−ゲル法によって、ナノファイバ形状に紡糸することも可能である。
噴出圧力が0.05MPa未満であると、圧縮気体が、想定される細管内を通過して気体供給可能な圧力よりも低くなり、圧縮気体の効果が期待できない。噴出圧力の上限値である0.50MPaは、一般的な簡易コンプレッサーの最大値であり、またこれを超えると、繊維の紡糸速度を加速する可能性が生じ、品質を維持できなくなるおそれが生じる。以下、本発明につき具体的に説明する。
従来技術のように、気体を直接、紡糸する繊維に当てないことにより、紡糸ジェットの流れに影響を与えることがなく、紡糸間距離を最小にできる。
図1は、本発明の実施の形態に係るナノファイバ製造装置のスピナレットと気体噴出ノズルの配置構成を示すものであり、(a)は正面図、(b)正面側から見た斜視図(一部のみ示す。)である。
圧縮気体としては、乾燥、または調湿された空気を用いることができるが、空気以外にも、窒素、炭酸ガス等の気体を用いることができる。
上限値を100mmにしたのは、本発明の目的が、できるだけ紡糸ジェットの高密度化を図ることにあり、これ以上にノズルとの間隔dを空けるとその効果が薄れるためである。
下限値を0.05MPaとしたのは、圧縮気体Aが、想定される細管内を通過して気体供給可能な最低圧力だからである。上限値を0.50MPaとしたのは、一般的な簡易コンプレッサーの最大値から引用したことと、1ユニットあたりの希望最大値は繊維の紡糸速度を加速しない範囲での設定値としたことによる。
溶液:PVDF(ポリフッ化ビニリデン)
条件:気体噴出ノズルからの圧縮空気圧力0.0MPa→0.1MPa
図5は電界干渉緩和の様子を撮影したものである。スピナレットから発生した紡糸ジェットはスピナレットの細穴配列と同様に一列に並んで紡糸されるが、スピナレットを2つ以上並べて紡糸する場合、その紡糸列は、圧縮気体なしの場合、図4(a)に示すようにスピナレット同士の間隔より長いある一定間隔離れた位置に発生する。これは帯電した紡糸ジェット同士が互いの電界干渉によって反発することが原因と考えられる。図4(b)のように圧縮気体を使用することで上記電界干渉を緩和し、紡糸列の間隔がより短くなる結果が得られる。
このように、図6,図7に示すコレクタ上に集積されたナノファイバの状態を観察することにより、溶媒の揮発促進効果があると考えられる。これらの結果より、本発明により、具体的には従来の数倍の生産性の向上を図ることができた。
噴出圧力が0.05MPa未満であると、圧縮気体が、想定される細管内を通過して気体供給可能な圧力よりも低くなり、圧縮気体の効果が期待できない。噴出圧力の上限値である0.50MPaは、一般的な簡易コンプレッサーの最大値であり、またこれを超えると、繊維の紡糸速度を加速する可能性が生じ、品質を維持できなくなるおそれが生じる。
2,3 気体噴出ノズル
21,31 ケーシング
22,32 気体供給口
23,33 気体噴出口
J 紡糸ジェット
A 圧縮気体
Claims (4)
- 液状の繊維の素材または繊維の素材と溶媒との溶液を噴射する複数の紡糸口と、前記複数の紡糸口から噴射された複数の紡糸ジェットを収集する1つのコレクタと、前記各紡糸口と前記コレクタとの間に高電圧を印加する高圧電源とを備えたエレクトロスピニング方式ナノファイバ製造装置において、
前記複数の紡糸口の隣接する紡糸口間に、紡糸ジェットの向きと平行で同じ方向に気体を噴射する気体噴出ノズルを設けたことを特徴とするナノファイバ製造装置。 - 前記複数の紡糸口が直線状ないし円弧状に配列されたスピナレットがさらに一定間隔を隔てて複数、並行して配置されたナノファイバ製造装置においては、前記気体噴出ノズルは、前記スピナレット間に配置されていることを特徴とする請求項1記載のナノファイバ製造装置。
- 前記スピナレットと前記気体噴出ノズルとの設置間隔を、15mm以上100mm以下とした請求項2記載のナノファイバ製造装置。
- 前記気体噴出ノズルからの気体の噴出圧力を0.05MPa以上0.50MPa以下とした請求項2または3に記載のナノファイバ製造装置。
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