JP5479928B2 - ロール式電界紡糸設備 - Google Patents
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Description
本発明は、電界紡糸設備に関するものであり、特にロール式電界紡糸設備に関するものである。
電界紡糸は、ナノ繊維の製造に用いられる技術であって、高分子の電界紡糸溶液の表面張力と粘度に関わらず、プラス電極とマイナス電極の間に生じる電界によって、電界紡糸溶液を細い繊維に形成させる技術である。従来の電界紡糸技術は、まず、印加電極で高分子の電界紡糸溶液に高電圧を印加して、電荷を付与させる。次に、電荷が付与された電界紡糸溶液をノズルで吐出して、同じ極性の電荷の間の反発力によって、吐出された電界紡糸溶液を糸状に分散させる。次に、糸状になった電界紡糸溶液が異なる極性の捕集器による吸引力によって補集されて、電界紡糸溶液中の溶剤が揮発した後、極細の電界紡糸繊維が形成される。
従来の紡績法に比べ、電界紡糸法によってできた繊維は極めて細く、この繊維によって織り上げた布料は、織り目が細かく、表面積が大きいので、注目されている。しかし、従来の電界紡糸技術において、電荷が付与された電界紡糸溶液をノズルで吐出して捕集器で補集されることによって電界紡糸繊維を紡糸している。ノズルの口径が極細であるため、設備の使用時間が経過するにつれて、ノズル又は管路が詰まってしまう。また、異なる種類の電界紡糸溶液を交換する場合、管路やノズルを洗浄しなければならない。
前記ノズルが詰まる問題点を解決するために、特許文献１によって、電界紡糸溶液をかきあげるロール構造と線状印加電極が用いられる電界紡糸設備が開示されている。しかし、このような電界紡糸設備は、電界紡糸繊維を形成するときに、必要な電圧の閾値がノズル式の設備のものより高い。このような電界紡糸設備に必要な電圧の閾値を有効に低減させることが課題になっている。
そこで、本発明は、電界紡糸に必要な電圧の閾値を低減することができるロール式電界紡糸設備を提供することを課題とする。
前記課題を達成するために、本発明に係るロール式電界紡糸設備は、少なくとも電界紡糸溶液を入れるための原料タンクと前記原料タンク中に回転するかきあげロールとを有する電界紡糸溶液浸漬手段と、前記電界紡糸溶液が付着するように前記かきあげロールに接触する線状印加電極と、ケースと、前記ケースに設けられる複数の排気口と、前記電界紡糸溶液浸漬手段に対面して、前記ケースに設けられる複数のスリットと、前記スリットに寄って設けられ、前記電界紡糸溶液浸漬手段に向かう複数の突起を有する鋸状捕集電極とを有する捕集電極モジュールと、前記線状印加電極及び鋸状捕集電極に接続される高電圧発生器と、を備えるロール式電界紡糸装置である。
また、一つの前記スリットに対し、一つの前記鋸状捕集電極が設けられてよい。
また、ロール式電界紡糸設備は、前記ケースと前記線状印加電極の間を通過して、電界紡糸によってできた繊維を収集するためのベルトを更に含んでよく、また、前記ベルトの上に他の繊維製品を配置する場合、収集される電界紡糸繊維が他の繊維製品の上を覆い、複合繊維製品を形成することができる。
また、ロール式電界紡糸設備は、更に前記線状印加電極と前記捕集電極モジュールの間に配置されて、漏電を回避するための複数の高圧絶縁体を含んでもよい。
また、ロール式電界紡糸設備は、更に前記捕集電極モジュールに接続される高さ制御バルブを含んでもよく、前記高さ制御バルブによって、前記捕集電極モジュールと前記線状印加電極の間の距離が調節される。
また、前記課題を達成するために、本発明は、ロール式電界紡糸装置の捕集電極モジュールであって、少なくともケースと、前記ケースに設けられる複数の排気口と、前記ケースに設けられる複数のスリットと、前記スリットに寄って設けられ、複数の突起を有する鋸状捕集電極と、を含むロール式電界紡糸装置の捕集電極モジュールを提供する。
また、一つの前記スリットに対し、一つの前記鋸状捕集電極が設けられてよい。
また、捕集電極モジュールは、前記ケースを通過して、電界紡糸によってできた繊維を収集するためのベルトを更に含んでもよい。
本発明によれば、突起を有する鋸状捕集電極が用いられるので、電界紡糸に必要な電圧の閾値が低減され、また、ノズルの代わりに、かきあげロールと線状印加電極が用いられるので、従来の電界紡糸設備に多発するノズルが詰まる問題が解消される。
以下、よりわかり易くするために、添付の図面に従って本発明を詳しく説明するが、図面および以下の説明に挙げられた例は、本発明の好適な実施形態であり、決して本発明を限定するものではない。
図１は、本発明に係るロール式電界紡糸設備の一実施形態を示す図である。ロール式電界紡糸設備１００は、電界紡糸溶液浸漬手段１１０と、少なくとも一本の線状印加電極１２０と、捕集電極モジュール１３０と、高電圧発生手段１４０と、を含む。電界紡糸溶液浸漬手段１１０は、電界紡糸溶液を入れるための原料タンク１１２と、原料タンク１１２中で回転するかきあげロール１１４とを含む。線状印加電極１２０はかきあげロール１１４に接触して、かきあげロール１１４の回転によって、原料タンク１１２中の電界紡糸溶液を線状印加電極１２０に付着させる。
捕集電極モジュール１３０は、ケース１３２と、ケース１３２に設けられた複数の排気口１３４と、ケース１３２に設けられた複数のスリット１３６と、スリット１３６に寄って設けられた鋸状捕集電極１３８とを含む。スリット１３６と鋸状捕集電極１３８は、電界紡糸溶液浸漬手段１１０に対面して、ケース１３２に設けられている。本実施形態において、一つのスリット１３６に対し、一つの鋸状捕集電極１３８が設けられており、異なる鋸状捕集電極１３８が互いに接続されている。鋸状捕集電極１３８には、電界紡糸溶液浸漬手段１１０に対面して設けられる複数の突起１３９を含む。捕集電極モジュール１３０は、更に排気口１３４に接続される排気手段１３５を含み、排気手段１３５によってケース１３２中の気体が排出され、電界紡糸をより順調に進行させる。
高電圧発生手段１４０は、線状印加電極１２０と鋸状捕集電極１３８とに接続され、線状印加電極１２０と鋸状捕集電極１３８に異なる極性を持たせる。本実施形態において、高電圧発生手段１４０は、線状印加電極１２０にプラスの極性を持たせ、鋸状捕集電極１３８にマイナスの極性を持たせる。線状印加電極１２０は、かきあげロール１１４に接触して、かきあげロール１１４の回転によって、原料タンク１１２中の電界紡糸溶液を線状印加電極１２０に付着させる。線状印加電極１２０に付着した電界紡糸溶液は、高電圧のプラス極性の反発力によって、かきあげロール１１４から離れ、糸状に分散される。このプラス極性が印加された電界紡糸溶液は、マイナス極性の鋸状捕集電極１３８の方に吸引され、鋸状捕集電極１３８によって捕集されて、電界紡糸繊維になる。
ロール式電界紡糸設備１００は、更に捕集電極モジュール１３０に接続される高さ制御バルブ１５０を含み、高さ制御バルブ１５０によって、捕集電極モジュール１３０と線状印加電極１２０との間の距離が調節される。ロール式電界紡糸設備１００において、線状印加電極１２０と捕集電極モジュール１３０との間の距離が近づけば電界の強度が強くなるように、電界の強度は、高さ制御バルブ１５０によって制御される。また、高電圧発生手段１４０によって電界の強度を制御してもよい。また、ロール式電界紡糸設備１００は、更に線状印加電極１２０と捕集電極モジュール１３０との間に配置されて、漏電を回避するための複数の高圧絶縁体１６０を含む。
鋸状捕集電極１３８に複数の突起１３９が設けられるので、先端放電によって電界紡糸繊維を形成するための電圧の閾値が大幅に低減され、エネルギーの節約や作業員の安全に貢献する。また、先端放電によって、同じ工作電圧においては、線状印加電極１２０と鋸状捕集電極１３８の間の距離を延長して、電界紡糸繊維を十分に延伸させ、更に細くすることができる。
図２は、本発明に係るロール式電界紡糸設備の捕集電極モジュールの他の実施形態を示す側面図である。本実施形態において、捕集電極モジュール２００は、ケース２１０と、ケース２１０に設けられるスリット２２０と、スリット２２０に寄って設けられる鋸状捕集電極２３０と、ケース２１０に設けられる排気口２４０と、排気口２４０に接続される排気手段２５０とを含む。
ケース２１０は、金属製であってよく、高さが５センチ〜１５センチの範囲にある。スリット２２０は、ケース２１０に設けられる長尺状開口である。鋸状捕集電極２３０は、スリット２２０に寄って設けられ、複数の突起２３２を含む。複数の突起２３２は、スリット２２０に沿って一列に配列される。また、突起２３２は、高さが一致し、約０．５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある。また、突起２３２は、２個／インチ〜９個／インチの密度（即ち、１インチ毎に２個〜９個）で鋸状捕集電極２３０に設けられる。
また、捕集電極モジュール２００は、ケース２１０の下、特にケース２１０に設けられる鋸状捕集電極２３０を通過するベルト２６０を更に含む。ベルト２６０によって、電界紡糸によってできた繊維が収集される。また、ベルト２６０の上に他の繊維製品２６２を配置する場合、収集される電界紡糸繊維が他の繊維製品２６２の上を覆い、複合繊維製品を形成することができる。
図３Ａと図３Ｂは、図２において示す鋸状捕集電極の他の実施形態を示す図である。図３Ａに示す鋸状捕集電極２３０ａの突起２３２ａは、図３Ｂに示す鋸状捕集電極２３０ｂの突起２３２ｂより、密度が大きく、即ち、図３Ａに示す鋸状捕集電極２３０ａは、突起２３２ａが細かく設けられており、図３Ｂに示す鋸状捕集電極２３０ｂは、突起２３２ｂが粗く設けられている。また、図３Ａに示す突起２３２ａの高さｈ１は、図３Ｂに示す突起２３２ｂの高さｈ２より低い。
図３Ｂに示す鋸状捕集電極２３０ｂの突起２３２ｂの高さｈ２は、図３Ａに示す鋸状捕集電極２３０ａの突起２３２ａの高さｈ１より高いので、電界紡糸に必要な電圧の閾値の低減について、鋸状捕集電極２３０ｂの方が鋸状捕集電極２３０ａより効果を表す。
本発明の効果を更に強調するため、以下、複数の実施例を挙げて、本発明に係る鋸状捕集電極が用いられるロール式電界紡糸設備と従来の板状捕集電極が用いられるロール式電界紡糸設備を比較するが、これらの実施例は決して本発明を限定するものではない。
電界紡糸溶液として、８ｗｔ％（重量パーセント）長春石油化学株式会社の製品ＰＶＡ ＢＦ−１７を用いる。鋸状捕集電極の突起は、高さが２ｍｍ、密度が９個／インチである。異なる電極間の距離で測定した結果は表１に記載されている。
電界紡糸溶液として、８ｗｔ％長春石油化学株式会社の製品ＰＶＡ ＢＦ−１７を用いる。鋸状捕集電極の突起は、高さが３ｍｍ、密度が９個／インチである。異なる電極間の距離で測定した結果は表２に記載されている。
電界紡糸溶液として、８ｗｔ％長春石油化学株式会社の製品ＰＶＡ ＢＦ−１７を用いる。鋸状捕集電極の突起は、高さが２ｍｍ、密度が６個／インチである。異なる電極間の距離で測定した結果は表３に記載されている。
実施例１、２、３において、電極間の距離は、板状捕集電極、または鋸状捕集電極と線状印加電極との間の距離である。また、電圧の閾値は、電界紡糸繊維を形成するための最小限の電圧であり、絶縁破壊電圧は、捕集電極と印加電極の間に絶縁が破壊され、電界紡糸繊維を形成することができなくなる電圧である。即ち、電圧の閾値と絶縁破壊電圧はそれぞれ電界紡糸繊維を形成するための最低の電圧と最高の電圧である。繊維の平均線径は、電圧の閾値と絶縁破壊電圧の間に形成される電界紡糸繊維の平均線径である。
表１、表２、表３によれば、従来の板状捕集電極よりも、本発明の鋸状捕集電極は有効に電圧の閾値を低減させ、電界紡糸繊維の線径を細くさせることができる。
また、実施例１と実施例２とを比較して、実施例１に用いられる鋸状捕集電極は、突起の高さが２ｍｍで、実施例２に用いられる鋸状捕集電極は、突起の高さが３ｍｍである。表１と表２によれば、電圧の閾値の低減について、実施例２は実施例１より効果があることを示しているが、繊維の細化について、実施例１は実施例２より効果があることを示している。
また、実施例１と実施例３とを比較して、実施例１に用いられる鋸状捕集電極は、突起の密度が９個／インチであり、実施例３に用いられる鋸状捕集電極は、突起の密度が６個／インチである。表１と表３によれば、電圧の閾値の低減と繊維の細化について、実施例１は明らかに実施例３より効果があることを示している。
本発明によれば、突起を有する鋸状捕集電極が用いられるので、電界紡糸に必要な電圧の閾値が低減され、また、ノズルの代わりに、かきあげロールと線状印加電極が用いられるので、従来の電界紡糸設備に多発したノズルが詰まる問題が解消される。
本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これは決して本発明を限定するものではなく、当該分野の技術を熟知しているものであれば、本発明の精神と領域を離脱しない範囲内で、多様の変動や修正を加えることができる。従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
１００：ロール式電界紡糸設備
１１０：電界紡糸溶液浸漬手段
１１２：原料タンク
１１４：かきあげロール
１２０：線状印加電極
１３０：捕集電極モジュール
１３２：ケース
１３４：排気口
１３５：排気手段
１３６：スリット
１３８：鋸状捕集電極
１３９：突起
１４０：高電圧発生手段
１５０：高さ制御バルブ
１６０：高圧絶縁体
２００：捕集電極モジュール
２１０：ケース
２２０：スリット
２３０：鋸状捕集電極
２３０ａ：鋸状捕集電極
２３０ｂ：鋸状捕集電極
２３２：突起
２３２ａ：突起
２３２ｂ：突起
２４０：排気口
２５０：排気手段
２６０：ベルト
２６２：繊維製品
ｈ１、ｈ２：高さ
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ｈ１、ｈ２：高さ
Claims (6)
- ロール式電界紡糸設備であって、少なくとも
電界紡糸溶液を入れるための原料タンクと前記原料タンク中に回転するかきあげロールとを有する電界紡糸溶液浸漬手段と、
前記電界紡糸溶液が付着するように前記かきあげロールに接触する線状印加電極と、
ケースと、前記ケースに設けられる複数の排気口と、前記電界紡糸溶液浸漬手段に対面して、前記ケースに設けられる複数のスリットと、前記スリットに寄って設けられ、前記電界紡糸溶液浸漬手段に向かう複数の突起を有する鋸状捕集電極と、を有する捕集電極モジュールと、
前記線状印加電極及び鋸状捕集電極に接続される高電圧発生器と、
を備えるロール式電界紡糸装置。 - 前記鋸状捕集電極の前記突起は、高さが一致し、一列に配置されている請求項１に記載のロール式電界紡糸装置。
- 一つの前記スリットに対し、一つの前記鋸状捕集電極が設けられる請求項１に記載のロール式電界紡糸装置。
- ロール式電界紡糸装置の捕集電極モジュールであって、少なくとも
ケースと、
前記ケースに設けられる複数の排気口と、
前記ケースに設けられる複数のスリットと、
前記スリットに寄って設けられ、複数の突起を有する鋸状捕集電極と、
を含むロール式電界紡糸装置の捕集電極モジュール。 - 前記鋸状捕集電極の前記突起は、高さが一致し、一列に配置されている請求項４に記載のロール式電界紡糸装置の捕集電極モジュール。
- 一つの前記スリットに対し、一つの前記鋸状捕集電極が設けられる請求項４に記載のロール式電界紡糸装置の捕集電極モジュール。
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|---|---|---|---|
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