JP5822389B2 - ナノファイバ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
水溶性樹脂と、水不溶性材料からなる複数の主材粒子と、水不溶性材料からなる複数の機能性粒子とを含み、該水溶性樹脂が溶解した状態になっている水系エマルション又は水系コロイドを原料液として用い、該原料液をエレクトロスピニング法に付して、該主材粒子及び該機能性粒子を含む主骨格部位と、該主骨格部位の周囲を被覆する該水溶性樹脂からなる被覆部位とを有するナノファイバ前駆体を製造し、
前記ナノファイバ前駆体から、前記水溶性樹脂からなる被覆部位を除去する工程を有するナノファイバの製造方法を提供するものである。
(i)ナノファイバが、複数の主材粒子と、複数の機能性粒子との連結体から形成されている形態。
(ii)ナノファイバが、複数の主材粒子の連結体から形成されている形態。
前記の(i)及び(ii)のいずれの形態においても、主材粒子は、上述したとおり、粒子としての形状をある程度とどめた状態になっているか、又は粒子としての形状をとどめていない状態でナノファイバを構成している。
このようにして得られたナノファイバ前駆体10’は、この後に熱処理を行うことができる。被覆部位10Bが存在していることによって、ナノファイバ前駆体10’に熱処理を行う際に、主材粒子11が溶融してナノファイバ形態が崩れてしまうことが効果的に防止される。これとともに、被覆部位10Bと機能性粒子12が接触しているので、溶融した主材粒子11が機能性粒子12の表面を被覆してしまうことが効果的に防止される。
(1)原料液の調製
以下の各成分を混合して、水系エマルションからなる原料液を調製した。
・プルラン(水溶性樹脂) 1.0g
・アクリルエマルション(主材粒子、日本カーバイド工業(株)製のニカゾールRX284SD、粒径180nm、ガラス転移点27℃) 4.9g(固形分45%)
・酸化チタン粒子と酸化鉄粒子の混合物(機能性粒子、平均粒径200nm) 1.8g
・水 5.2g
図4に示す装置を用い、以下の条件でエレクトロスピニング法を実施し、ナノファイバ前駆体がランダムに堆積されたシートを得た。この状態のナノファイバ前駆体の走査型電子顕微鏡(SEM)像を図6(a)に示す。
・印加電圧:28kV
・キャピラリ−コレクタ間距離:200mm
・原料液吐出量:1.0ml/h
・製造環境:23℃、25%RH
得られたシートに100℃30分の熱処理を行い、アクリルエマルション粒子の結合を行った。その後、得られたシートを20℃の水中に浸漬し、超音波を30分間にわたり照射し、水溶性樹脂を除去した。このようにして得られたナノファイバを含むナノファイバシートのSEM像を図6(b)に示す。1本のナノファイバの断面のTEM像を図6(c)に示す。図6(b)及び(c)から明らかなように、本実施例で得られたナノファイバは、アクリルの粒子と酸化チタン粒子と酸化鉄粒子の混合物粒子が連続化した構造を示しており、先に説明した図1に示す態様のものである。このようにして得られたナノファイバは酸化チタン及び酸化鉄粒子の表面を活用した用途への適用が期待できる。
(1)原料液の調製
以下の各成分を混合して、水系コロイドからなる原料液を調製した。
・ポリビニルアルコール(水溶性樹脂、クラレ(株)製のPVA217、けん化度88mol%) 0.4g(固形分)
・コロイダルシリカ(主材粒子、日産化学工業(株)製のスノーテックスAK、粒径10−20nm) 2.3g(固形分20%)
・アルミナゾル(機能性粒子、日産化学工業(株)製のアルミナゾル520、粒径10−20nm) 0.9g(固形分21%)
・水 4.0g
図4に示す装置を用い、以下の条件でエレクトロスピニング法を実施し、ナノファイバ前駆体がランダムに堆積されたシートを得た。この状態のナノファイバ前駆体の走査型電子顕微鏡(SEM)像を図7(a)に示す。なお、得られたナノファイバ前駆体の比表面積を窒素吸着法(BEL SORP−mini、日本ベル(株)製)にて測定した結果、8.3m2/gであった。
・印加電圧:25kV
・キャピラリ−コレクタ間距離:150mm
・原料液吐出量:1.0ml/h
・製造環境:33.5℃、20%RH
得られたシートを通常(大気)雰囲気下に、600℃で60分間にわたり加熱して、水溶性樹脂を除去して前駆体を得た。なお、得られたナノファイバ前駆体の比表面積を窒素吸着法(BEL SORP−mini、日本ベル(株)製)にて測定した結果、181.0m2/gであった。このようにして得られたナノファイバを含むナノファイバシートのSEM像を図7(b)に示す。1本のナノファイバの断面のTEM像を図7(c)に示す。図7(b)及び(c)から明らかなように、本実施例で得られたナノファイバは、多数のシリカ粒子が粒子形状を保持したまま結合した多孔体構造であり、その内部及び/又は外部にアルミナ粒子が複合化した構造を取っていることから、先に説明した図3(a)及び(b)に示す態様のものである。
このようにして得られたナノファイバは、シリカ粒子から構成されるナノファイバの内部及び外部に触媒としてのアルミナ粒子の表面が露出しており、周囲環境と接することが可能になっているために、高い触媒性能が期待される。
(1)原料液の調製
以下の各成分を混合して、水系エマルションからなる原料液を調製した。
・プルラン(水溶性樹脂) 1.0g
・アクリルエマルション(主材粒子、日本カーバイド工業(株)製のニカゾールRX7013ED、粒径42nm) 6.0g(固形分35%)
・コロイダルシリカ(機能性粒子、日産化学工業(株)製のスノーテックス40、粒径10−20nm) 3.4g(固形分40%)
・水 7.0g
図4に示す装置を用い、以下の条件でエレクトロスピニング法を実施し、ナノファイバ前駆体がランダムに堆積されたシートを得た。
・印加電圧:28kV
・キャピラリ−コレクタ間距離:200mm
・原料液吐出量:1.0ml/h
・製造環境:23℃、25%RH
得られたシートに対して、大気雰囲気下に100℃30分の熱処理を行い、アクリルエマルション粒子の結合を行った。その後、得られたシートを20℃の水中に浸漬し、超音波を30分間にわたり照射し、水溶性樹脂を除去した。このようにして得られたナノファイバを含むナノファイバシートのSEM像を図8(a)に示す。1本のナノファイバの断面のTEM像を図8(b)に示す。図8(a)及び(b)から明らかなように、本実施例で得られたナノファイバは、シリカ粒子が主にナノファイバの外側に存在する構造をとっており、先に説明した図2に示す態様のものである。
このようにして得られたナノファイバは、シリカ粒子が主にナノファイバの外側に存在し周囲環境と接することが可能になっているために、アクリル樹脂から構成されるナノファイバ表面にシリカ粒子の特性を付与でき、高い親水性を示すことが期待される。
(1)原料液の調製
以下の各成分を用いて原料液を調製した。
・ポリビニルアルコール(水溶性樹脂、クラレ(株)製のPVA117、けん化度98.5mol%) 1g(固形分)
・ポリメチルシルセスキオキサン粒子(三京化成(株)製のトスパール、粒径4μm) 0.25g(固形分)
水 9g
原料液の調製においては、ポリビニルアルコールと水を混合し、加熱することによりポリビニルアルコールを溶解させた。その後、ポリメチルシルセスキオキサン粒子を混合することにより原料液を調製した。
図4に示す装置を用い、以下の条件でエレクトロスピニング法を実施し、ナノファイバがランダムに堆積されたナノファイバシートを得た。この状態のナノファイバの走査型電子顕微鏡(SEM)像を図9(a)に示す。また図9(a)に示すナノファイバの断面の走査型電子顕微鏡(SEM)像を図9(b)に示す。これらの図から明らかなように、このナノファイバにおいては、ポリメチルシルセスキオキサン粒子の表面の全域が、ポリビニルアルコールからなる被膜で被覆されており、該粒子の表面が外界に直接露出している部位は存在していない。
・印加電圧:25kV
・キャピラリ−コレクタ間距離:175mm
・原料液吐出量:1.0ml/h
・製造環境:25℃、30%RH
(1)原料液の調製
以下の各成分を用いて原料液を調製した。
・ポリビニルアルコール(水溶性樹脂、クラレ(株)製のPVA117、けん化度98.5mol%) 1.0g
・マイカ板状粒子(SA410、粒径39μm) 0.43g
・水 9g
原料液の調製においては、ポリビニルアルコールと水を混合し、加熱することによりポリビニルアルコールを溶解させた。その後、マイカ板状粒子を混合することにより原料液を調製した。
図4に示す装置を用い、以下の条件でエレクトロスピニング法を実施し、ナノファイバがランダムに堆積されたナノファイバシートを得た。この状態のナノファイバの走査型電子顕微鏡(SEM)像を図10(a)に示す。また図10(a)に示すナノファイバの断面の走査型電子顕微鏡(SEM)像を図10(b)に示す。これらの図から明らかなように、このナノファイバにおいては、マイカ板状粒子の表面の全域が、ポリビニルアルコールからなる被膜で被覆されており、該粒子の表面が外界に直接露出している部位は存在していない。
・印加電圧:25kV
・キャピラリ−コレクタ間距離:175mm
・原料液吐出量:1.0ml/h
・製造環境:25℃、30%RH
11 主材粒子
12 機能性粒子
10’ ナノファイバ前駆体
10A 主骨格部位
10B 被覆部位
Claims (6)
- 水不溶性材料からなる複数の主材粒子を含むナノファイバであって、該ナノファイバは該主材粒子の連結体から形成されており、該連結体内に、機能性粒子が、その表面の一部が周囲環境と接することが可能な状態で保持されており、
前記連結体が、複数の前記主材粒子が連結して形成された三次元空間を有し、
前記三次元空間は、前記連結体に形成された連通部によって周囲環境と通じており、
前記三次元空間内に、表面が露出した前記機能性粒子が保持されているナノファイバ。 - 水不溶性材料からなる複数の主材粒子を含むナノファイバであって、該ナノファイバは該主材粒子の連結体から形成されており、該連結体内に、機能性粒子が、その表面の一部が周囲環境と接することが可能な状態で保持されており、
前記主材粒子が金属又は半金属元素の酸化物からなり、金属又は半金属元素と酸素との架橋によって該主材粒子どうしが結合しているナノファイバ。 - 前記機能性粒子は、その表面の一部が、前記連結体の表面において露出しており、かつその表面の残部が前記連結体内に包埋されていることで、周囲環境と接することが可能になっている請求項1又は2記載のナノファイバ。
- 前記主材粒子が合成樹脂からなり、該合成樹脂の融着によって該主材粒子どうし又は該主材粒子と前記機能性粒子とが結合している請求項1ないし3のいずれか一項に記載のナノファイバ。
- 水不溶性材料からなる複数の主材粒子と、水不溶性材料からなる複数の機能性粒子とを含むナノファイバであって、該ナノファイバは該主材粒子と該機能性粒子との連結体から形成されており、該機能性粒子は、その表面の一部が、周囲環境と接することが可能な状態で該連結体内に保持されているナノファイバ、又は
水不溶性材料からなる複数の主材粒子を含むナノファイバであって、該ナノファイバは該主材粒子の連結体から形成されており、該連結体内に、機能性粒子が、その表面の一部が周囲環境と接することが可能な状態で保持されているナノファイバの製造方法であって、
水溶性樹脂と、水不溶性材料からなる複数の主材粒子と、水不溶性材料からなる複数の機能性粒子とを含み、該水溶性樹脂が溶解した状態になっている水系エマルション又は水系コロイドを原料液として用い、該原料液をエレクトロスピニング法に付して、該主材粒子及び該機能性粒子を含む主骨格部位と、該主骨格部位の周囲を被覆する該水溶性樹脂からなる被覆部位とを有するナノファイバ前駆体を製造し、
前記ナノファイバ前駆体から、前記水溶性樹脂からなる被覆部位を除去する工程を有するナノファイバの製造方法。 - 前記水溶性樹脂を除去する工程が、前記ナノファイバ前駆体を水洗して、該水溶性樹脂を溶出させる工程からなるか、又は前記ナノファイバ前駆体を加熱して、該水溶性樹脂を熱分解する工程からなる請求項5に記載の製造方法。
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