JP5859217B2 - Polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置に関する。 The present invention relates to a polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus.
多孔性ポリオレフィンフィルムは、薄膜化(例えば20μm〜40μm)が容易で、化学的安定性及び機械的強度が高く、適切な伸度及び弾性率を有し、さらには一定の温度域(例えば140℃〜160℃)で溶融・閉孔して電流を遮断する特性を有するため、例えばリチウムイオン二次電池やキャパシターのセパレーターとして広く用いられている。 The porous polyolefin film can be easily thinned (for example, 20 μm to 40 μm), has high chemical stability and mechanical strength, has an appropriate elongation and elastic modulus, and further has a certain temperature range (for example, 140 ° C. It is widely used, for example, as a separator for lithium ion secondary batteries and capacitors.
ところで、多孔性ポリオレフィンフィルムの空隙率を従来より高くすることができれば、セパレーターのイオン伝導性をより一層高くすることが可能となり、ひいてはリチウムイオン二次電池やキャパシターの性能をより一層高くすることができると考えられる。しかしながら、多孔性ポリオレフィンフィルムは、相分離法又は延伸開孔法により製造されたものであるため、空隙率をより一層高くすることが容易ではない。 By the way, if the porosity of the porous polyolefin film can be made higher than before, it becomes possible to further increase the ion conductivity of the separator, and further improve the performance of the lithium ion secondary battery and the capacitor. It is considered possible. However, since the porous polyolefin film is produced by the phase separation method or the stretch hole method, it is not easy to further increase the porosity.
そこで、リチウムイオン二次電池やキャパシターのセパレーターとして、多孔性ポリオレフィンフィルムの代わりにポリオレフィン製ナノ繊維からなる不織布(以下、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布という。)を用いることが考えられる。ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリオレフィン製ナノ繊維からなるため上記した多孔性ポリオレフィンフィルムと同様の特性を有するのに加えて、上記した多孔性ポリオレフィンフィルムよりも空隙率を高くすることができると考えられるからである。 Therefore, it is conceivable to use a nonwoven fabric made of polyolefin nanofibers (hereinafter referred to as a polyolefin nanofiber nonwoven fabric) instead of the porous polyolefin film as a separator for lithium ion secondary batteries or capacitors. Since the polyolefin nanofiber nonwoven fabric is composed of polyolefin nanofibers, it has the same characteristics as the porous polyolefin film described above, and can be considered to have a higher porosity than the porous polyolefin film described above. Because.
図8は、このようなポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することができるポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を説明するために示す図である(例えば、特許文献1参照。)。図8中、符号932はノズルを示し、符号940はコレクターを示し、符号950は電源装置を示し、符号970は原料タンクを示す。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric that can produce such a polyolefin nanofiber nonwoven fabric (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 8,
従来のポリオレフィン製ナノ繊維の製造方法は、図8に示すように、加熱装置974を備えるポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置を用いてポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するものであるため、ポリオレフィンを例えば50℃〜100℃で加熱して多成分溶媒に完全に溶解させて均一なポリマー溶液を作製し、当該均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行いポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するというものである。
As shown in FIG. 8, the conventional method for producing polyolefin nanofibers is to produce a polyolefin nanofiber nonwoven fabric using a polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus equipped with a
従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、元来溶媒に対する溶解性が低いポリオレフィンを原材料として用いながらも、均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行うことが可能となるため、上記した優れた特性を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。 According to the conventional method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric, it is possible to perform electrospinning using a uniform polymer solution while using a polyolefin having low solubility in a solvent as a raw material. A polyolefin nanofiber nonwoven fabric having excellent characteristics can be produced.
なお、本発明における「セパレーター」は、非導電性のセパレーターのことをいう。また、本発明において、ナノ繊維とは、平均径が数nm〜数千nmの繊維のことをいう。 The “separator” in the present invention refers to a non-conductive separator. In the present invention, the nanofiber means a fiber having an average diameter of several nm to several thousand nm.
しかしながら、本発明の発明者らの研究により、従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法においては、時間の経過とともにポリマー溶液の粘度が高くなってノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまい、これに起因して均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが困難となるという問題があることが分かった。 However, according to the research of the inventors of the present invention, in the conventional method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric, the viscosity of the polymer solution increases with time, and the discharge amount of the polymer solution from the nozzle gradually decreases. As a result, it has been found that there is a problem that it is difficult to stably mass-produce a polyolefin nanofiber nonwoven fabric having uniform quality.
なお、このような問題は、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布をセパレーターとして用いる場合だけに存在する問題ではなく、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布をセパレーター以外の用途に用いる場合にも存在する問題である。また、このような問題は、ポリオレフィンのみを含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合だけに存在する問題ではなく、ポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーを含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合にも存在する問題である。 Such a problem is not a problem that exists only when a polyolefin nanofiber nonwoven fabric is used as a separator, but also a problem that exists when a polyolefin nanofiber nonwoven fabric is used for purposes other than a separator. Moreover, such a problem is not a problem that exists only when producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric containing only polyolefin, but when producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric containing a polymer other than polyolefin in addition to polyolefin. It is a problem that also exists.
そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能なポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を提供することを目的とする。また、上記のようなポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を実施可能なポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置を提供することを目的とする。さらにまた、上記のようなポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法により製造されるポリオレフィン製ナノ繊維不織布からなるセパレーターを提供することを目的とする。なお、本発明において、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とは、ポリオレフィンのみを含有するナノ繊維不織布のみならず、ポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーを含有するナノ繊維不織布をも含むものとする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric capable of stably mass-producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric having uniform quality. It aims to provide a method. Moreover, it aims at providing the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus which can implement the manufacturing method of the above polyolefin nanofiber nonwoven fabrics. Furthermore, it aims at providing the separator which consists of a polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufactured by the manufacturing method of the above polyolefin nanofiber nonwoven fabrics. In the present invention, the polyolefin nanofiber nonwoven fabric includes not only a nanofiber nonwoven fabric containing only polyolefin but also a nanofiber nonwoven fabric containing a polymer other than polyolefin in addition to polyolefin.
[1]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、電界紡糸法によりポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法であって、30℃〜100℃の範囲内にある所定の第1温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する第1過程と、前記ポリマー溶液の温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第2温度に維持しながら前記ポリマー溶液をノズルに供給する第2過程と、前記ノズルの温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第3温度に維持しながら前記ポリマー溶液を前記ノズルから吐出することにより、前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を作製する第3過程とを含むことを特徴とする。 [1] The method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric according to the present invention is a polyolefin nanofiber nonwoven fabric production method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric by electrospinning, and is within a range of 30 ° C to 100 ° C. A first step of preparing a polymer solution containing polyolefin at a predetermined first temperature; and maintaining the temperature of the polymer solution at a predetermined second temperature in the range of 30 ° C. to 100 ° C. A second step of supplying the nozzle, and discharging the polymer solution from the nozzle while maintaining the nozzle temperature at a predetermined third temperature within a range of 30 ° C. to 100 ° C. And a third step of producing a nonwoven fabric.
このため、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、30℃〜100℃の範囲内にある所定の第1温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する第1過程を含むため、従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法の場合と同様に、元来溶媒に対する溶解性が低いポリオレフィンを原材料として用いながらも、均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行うことが可能となるため、上記した優れた特性を有するポリオレフィン製ナノ繊維を製造することが可能となる。 For this reason, according to the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention includes the first step of preparing a polymer solution containing polyolefin at a predetermined first temperature in the range of 30 ° C. to 100 ° C. As in the case of the conventional method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric, it is possible to perform electrospinning using a uniform polymer solution while using a polyolefin having low solubility in a solvent as a raw material. It becomes possible to produce a polyolefin nanofiber having the above-described excellent characteristics.
また、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、ポリマー溶液の温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第2温度に維持しながらポリマー溶液をノズルに供給する第2過程と、ノズルの温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第3温度に維持しながらポリマー溶液をノズルから吐出することによりポリオレフィン製ナノ繊維不織布を電界紡糸する第3過程とを含むため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。 According to the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention, the second polymer solution is supplied to the nozzle while maintaining the temperature of the polymer solution at a predetermined second temperature in the range of 30 ° C to 100 ° C. And a third step of electrospinning the polyolefin nanofiber nonwoven fabric by discharging the polymer solution from the nozzle while maintaining the nozzle temperature at a predetermined third temperature in the range of 30 ° C. to 100 ° C. For this reason, the viscosity of the polymer solution does not increase over time, and the discharge rate of the polymer solution from the nozzle does not gradually decrease. For this reason, it becomes possible to stably mass-produce polyolefin nanofiber nonwoven fabric having uniform quality.
なお、第1温度を30℃〜100℃の範囲内としたのは、第1温度が30℃未満の場合には、ポリオレフィンを溶媒に完全に溶解するのが困難となる場合があるからであり、第1温度が100℃を超える場合には、溶媒の蒸発量が大きくなりすぎてポリマー溶液中のポリオレフィンの濃度を一定に維持するのが困難となる場合があるからである。この観点から言えば、第1温度を50℃〜90℃の範囲内とすることがより一層好ましい。 The reason why the first temperature is in the range of 30 ° C. to 100 ° C. is that when the first temperature is less than 30 ° C., it may be difficult to completely dissolve the polyolefin in the solvent. When the first temperature exceeds 100 ° C., the amount of evaporation of the solvent becomes too large, and it may be difficult to keep the concentration of polyolefin in the polymer solution constant. From this point of view, it is even more preferable to set the first temperature within the range of 50 ° C to 90 ° C.
また、第2温度及び第3温度を30℃〜100℃の範囲内としたのは、第2温度及び第3温度が30℃未満の場合には、時間の経過とともにポリマー溶液が不均一化してポリマー溶液の粘度が高くなり過ぎる場合があるからであり、第2温度及び第3温度が100℃を超える場合には、溶媒の蒸発量が大きくなりすぎてポリマー溶液中のポリオレフィンの濃度を一定に維持するのが困難となる場合があるからである。この観点から言えば、第2温度及び第3温度を50℃〜90℃の範囲内とすることがより一層好ましい。 In addition, the second temperature and the third temperature are set within the range of 30 ° C. to 100 ° C., when the second temperature and the third temperature are less than 30 ° C., the polymer solution becomes non-uniform over time. This is because the viscosity of the polymer solution may become too high. When the second temperature and the third temperature exceed 100 ° C., the amount of evaporation of the solvent becomes too large, and the concentration of the polyolefin in the polymer solution becomes constant. This is because it may be difficult to maintain. From this point of view, it is even more preferable that the second temperature and the third temperature be in the range of 50 ° C to 90 ° C.
[2]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法においては、前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリマー成分としてポリオレフィンのみを含有することが好ましい。 [2] In the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention, the polyolefin nanofiber nonwoven fabric preferably contains only polyolefin as a polymer component.
このように、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、ポリマー成分としてポリオレフィンのみを含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合に適用可能である。 As described above, the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention is applicable to the production of a polyolefin nanofiber nonwoven fabric containing only polyolefin as a polymer component.
[3]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法においては、前記ポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、ポリマー成分としてポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーをも含有することが好ましい。 [3] In the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention, the polyolefin nanofiber nonwoven fabric preferably contains a polymer other than polyolefin as a polymer component in addition to polyolefin.
このように、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、ポリマー成分としてポリオレフィンに加えてポリオレフィン以外のポリマーをも含有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造する場合にも適用可能である。 As described above, the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention is also applicable to the production of a polyolefin nanofiber nonwoven fabric containing a polymer other than polyolefin as a polymer component.
[4]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置は、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造するためのポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置であって、コレクターと、前記コレクターに対向する位置に位置しポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有するノズルユニットと、前記コレクターと前記複数のノズルとの間に高電圧を印加する電源装置と、前記ポリマー溶液を貯蔵する原料タンクと、前記原料タンクから前記ノズルユニットに至るポリマー溶液供給経路と、前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のそれぞれを30℃〜100℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置とを備えることを特徴とする。 [4] The polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention is a polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus for manufacturing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric, and is located at a position facing the collector and the collector. A nozzle unit having a plurality of nozzles for discharging the liquid, a power supply device for applying a high voltage between the collector and the plurality of nozzles, a raw material tank for storing the polymer solution, and from the raw material tank to the nozzle unit And a temperature-retaining device that keeps each of the nozzle unit, the raw material tank, and the polymer solution supply path at a predetermined temperature within a range of 30 ° C to 100 ° C.
このため、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置によれば、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを30℃〜100℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置とを備えるため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。 For this reason, according to the polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus of the present invention, the heat retaining device that keeps each of the nozzle unit, the raw material tank, and the polymer solution supply path at a predetermined temperature within the range of 30 ° C to 100 ° C. Therefore, the viscosity of the polymer solution does not increase over time, and the discharge rate of the polymer solution from the nozzle does not gradually decrease. For this reason, it becomes possible to stably mass-produce polyolefin nanofiber nonwoven fabric having uniform quality.
[5]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記保温装置は、電熱ヒーターからなることが好ましい。 [5] In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus of the present invention, it is preferable that the heat retaining device comprises an electric heater.
このような構成とすることにより、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを30℃〜100℃の範囲内にある所定の温度に保温することが可能となる。この場合、ノズルユニットの温度、原料タンクの温度及びポリマー溶液供給経路の温度のそれぞれを、容易に、かつ、独立に制御することができる。 By setting it as such a structure, it becomes possible to keep each of a nozzle unit, a raw material tank, and a polymer solution supply path at the predetermined temperature which exists in the range of 30 to 100 degreeC. In this case, each of the temperature of the nozzle unit, the temperature of the raw material tank, and the temperature of the polymer solution supply path can be easily and independently controlled.
[6]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記保温装置は、温水循環装置からなることが好ましい。 [6] In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus of the present invention, it is preferable that the heat retaining device comprises a hot water circulation device.
このような構成とすることによっても、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを30℃〜100℃の範囲内にある所定の温度に保温することが可能となる。この場合、ノズルユニットの温度、原料タンクの温度及びポリマー溶液供給経路の温度の時間的変動を小さなものにすることができる。 Even with this configuration, each of the nozzle unit, the raw material tank, and the polymer solution supply path can be kept at a predetermined temperature in the range of 30 ° C to 100 ° C. In this case, temporal variations in the temperature of the nozzle unit, the temperature of the raw material tank, and the temperature of the polymer solution supply path can be reduced.
[7]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記保温装置は、温風循環装置からなることが好ましい。 [7] In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus of the present invention, it is preferable that the heat retaining device comprises a warm air circulation device.
このような構成とすることによっても、ノズルユニット、原料タンク及びポリマー溶液供給経路のそれぞれを30℃〜100℃の範囲内にある所定の温度に保温することが可能となる。 Even with this configuration, each of the nozzle unit, the raw material tank, and the polymer solution supply path can be kept at a predetermined temperature in the range of 30 ° C to 100 ° C.
[8]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記電源装置は、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルユニットに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位となるように、前記電源装置が前記コレクターと前記ノズルユニットとに接続されていることが好ましい。 [8] In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention, the power supply device includes one of a positive electrode and a negative electrode connected to the collector, and the other electrode of the positive electrode and the negative electrode is the above-mentioned It is preferable that the power supply device is connected to the collector and the nozzle unit so that the potential of the other electrode becomes a ground potential while being connected to the nozzle unit.
このような構成とすることにより、ノズルユニットをはじめとして「ノズルから吐出される前のポリマー溶液」、原料タンク、ポリマー溶液供給経路(例えば、配管や送りポンプなど。)のすべてが接地電位となるため、原料タンクやポリマー溶液供給経路を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンクやポリマー溶液供給経路を高耐電圧仕様にものにすることに起因してポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置の機構が複雑化することがなくなる。 By adopting such a configuration, all of the “polymer solution before being discharged from the nozzle”, the raw material tank, and the polymer solution supply path (for example, piping, feed pump, etc.) including the nozzle unit become the ground potential. Therefore, it is not necessary to make the raw material tank and the polymer solution supply path have high withstand voltage specifications. Therefore, the mechanism of the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus does not become complicated due to making the raw material tank and the polymer solution supply path have high withstand voltage specifications.
また、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクターに高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルユニットを接地した状態で電界紡糸することができるため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。 In addition, it is not desirable because a high voltage is applied to a collector that can have a relatively simple shape and structure, and a nozzle unit having a relatively complicated shape and structure can be electrospun while grounded. It becomes difficult to cause discharge and voltage drop, and it becomes possible to always perform electrospinning under stable conditions.
[9]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記電界紡糸装置は、前記複数のノズルとして、前記ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有することが好ましい。 [9] In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention, the electrospinning apparatus preferably has a plurality of upward nozzles that discharge the polymer solution upward from the discharge ports as the plurality of nozzles.
このような構成とすることにより、従来の下向きノズルを用いたポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象(下向きノズルから紡糸されなかったポリマー溶液の塊がそのまま基材層等に付着する現象)が発生することがなく、高品質なポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。 By adopting such a configuration, a droplet phenomenon (a lump of polymer solution that has not been spun from a downward nozzle remains as it is in the case of a conventional polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus using a downward nozzle. And the like, and a high-quality polyolefin nanofiber nonwoven fabric can be produced.
[10]本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置においては、前記コレクターに対向する位置に位置しポリオレフィンを含まない第2ポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有する第2ノズルユニットと、前記第2ポリマー溶液を貯蔵する第2原料タンクと、前記第2原料タンクから前記第2ノズルユニットに至る第2ポリマー溶液供給経路とを備え、前記保温装置は、前記ノズルユニット、前記第2ノズルユニット、前記原料タンク、前記第2原料タンク、前記ポリマー溶液供給経路及び前記第2ポリマー溶液供給経路のうち、前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のみを保温するように構成されていることが好ましい。 [10] In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention, the second nozzle unit having a plurality of nozzles that are located at positions facing the collector and that discharge a second polymer solution that does not contain polyolefin, and the second A second raw material tank for storing a polymer solution, and a second polymer solution supply path from the second raw material tank to the second nozzle unit, wherein the heat retaining device includes the nozzle unit, the second nozzle unit, Among the raw material tank, the second raw material tank, the polymer solution supply path, and the second polymer solution supply path, only the nozzle unit, the raw material tank, and the polymer solution supply path are configured to be kept warm. preferable.
このような構成とすることによって、常温でポリマー溶液を作製することが可能な第2ポリマー溶液については、ポリマー溶液を作製したり、ポリマー溶液をノズルに供給したり、ポリマー溶液をノズルから吐出することによりナノ繊維不織布を作製したりする過程を常温で行うことが可能となるため、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とポリオレフィンを含まないナノ繊維不織布とをそれぞれ適切な方法にて作製することが可能となる。 With such a configuration, for the second polymer solution capable of producing the polymer solution at room temperature, the polymer solution is produced, the polymer solution is supplied to the nozzle, or the polymer solution is discharged from the nozzle. This makes it possible to carry out the process of producing a nanofiber nonwoven fabric at room temperature, so that it is possible to produce a polyolefin nanofiber nonwoven fabric and a nanofiber nonwoven fabric not containing polyolefin by appropriate methods. .
本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法又はポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置により製造されるポリオレフィン製ナノ繊維不織布は、二次電池のセパレーター、コンデンサーのセパレーター、各種触媒の担体、各種センサー材料などの電子・機械材料、ワイピングクロス、フィルターなど産業資材、再生医療材料、バイオメディカル材料、医療用MEMS材料、バイオセンサー材料などの医療材料、高機能・高感性テキスタイルなどの衣料品、ヘルスケア、スキンケアなど美容関連用品その他の幅広い用途に使用可能である。 The polyolefin nanofiber nonwoven fabric produced by the polyolefin nanofiber nonwoven fabric production method or polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus of the present invention includes secondary battery separators, capacitor separators, various catalyst carriers, various sensor materials, etc. Industrial materials such as electronic / mechanical materials, wiping cloths, filters, medical materials such as regenerative medical materials, biomedical materials, medical MEMS materials, biosensor materials, clothing such as high-functional and high-sensitivity textiles, health care, skin care, etc. It can be used for a wide range of other beauty related products.
[11]本発明のセパレーターは、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によって製造されたポリオレフィン製ナノ繊維不織布からなることを特徴とする。 [11] The separator of the present invention is characterized by comprising a polyolefin nanofiber nonwoven fabric produced by the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention.
このため、本発明のセパレーターは、薄膜化(例えば20μm〜40μm)が容易で、化学的安定性及び機械的強度が高く、適切な伸度及び弾性率を有し、さらには一定の温度域(例えば140℃〜160℃)で溶融・閉孔して電流を遮断する特性を有するうえ、高い空隙率ひいては高いイオン伝導性を有する、優れたセパレーターとなる。 Therefore, the separator of the present invention can be easily thinned (for example, 20 μm to 40 μm), has high chemical stability and mechanical strength, has an appropriate elongation and elastic modulus, and further has a certain temperature range ( For example, it is an excellent separator having characteristics of melting and closing pores at 140 ° C. to 160 ° C. to cut off current, and having a high porosity and consequently high ionic conductivity.
[12]本発明のセパレーターは、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によって製造されたポリオレフィン製ナノ繊維不織布を備えることを特徴とする。 [12] The separator of the present invention includes a polyolefin nanofiber nonwoven fabric produced by the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric of the present invention.
このため、本発明のセパレーターは、薄膜化(例えば20μm〜40μm)が容易で、化学的安定性及び機械的強度が高く、適切な伸度及び弾性率を有し、さらには一定の温度域(例えば140℃〜160℃)で溶融・閉孔して電流を遮断する特性を有するうえ、高い空隙率ひいては高いイオン伝導性を有するセパレーターとなる。 Therefore, the separator of the present invention can be easily thinned (for example, 20 μm to 40 μm), has high chemical stability and mechanical strength, has an appropriate elongation and elastic modulus, and further has a certain temperature range ( For example, the separator has a characteristic of blocking current by melting and closing at 140 ° C. to 160 ° C., and has a high porosity and thus high ion conductivity.
以下、本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置及びセパレーターについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, a method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric, a polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus, and a separator according to the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
[実施形態1]
1.ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置
図1は、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の断面図である。実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1は、図1に示すように、長尺シートWを搬送する搬送装置10と、電界紡糸装置20と、原料タンク70と、ポリマー溶液供給経路80と、保温装置100とを備える。
[Embodiment 1]
1. Polyolefin Nanofiber Nonwoven Fabric Manufacturing Apparatus FIG. 1 is a cross-sectional view of a polyolefin nanofiber nonwoven
搬送装置10は、長尺シートWを繰り出す繰り出しローラー11及び長尺シートWを巻き取る巻き取りローラー12並びに繰り出しローラー11と巻き取りローラー12との間に位置する補助ローラー13,14を備える。繰り出しローラー11、巻き取りローラー12は、図示しない駆動モーターにより回転駆動される構造となっている。
The conveying
電界紡糸装置20は、図1に示すように、下方から長尺シートWにポリオレフィンを含むナノ繊維を堆積させる。以下、電界紡糸装置20の構成について詳しく説明する。
As shown in FIG. 1, the
電界紡糸装置20は、図1に示すように、導電体からなる筐体44と、複数の上向きノズル32を有するノズルユニット30と、コレクター40と、電源装置50と、補助ベルト装置60とを備える。
As shown in FIG. 1, the
本発明のセパレーター製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルユニットを用いることができるが、ノズルユニット30は、上面から見たときに一辺が0.5m〜3mの長方形(正方形を含む)に見える大きさで、ブロック状の形状を有する。
Although the
複数の上向きノズル32は、後述するポリマー溶液供給経路80から供給されるポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出するノズルである。複数の上向きノズル32を構成する材料としては、導電体を用いることができ、例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム等を用いることができる。
The plurality of
複数の上向きノズル32は、例えば、1.5cm〜6.0cmのピッチで配列されている。複数の上向きノズル32の数は、例えば、36個(縦横同数に配列した場合、6個×6個)〜21904個(縦横同数に配列した場合、148個×148個)とすることができる。
The plurality of
コレクター40は、ノズルユニット30よりも上方に配置されている。コレクター40は導電体からなり、図1に示すように、絶縁部材42を介して筐体44に取り付けられている。
The
電源装置50は、複数の上向きノズル32と、コレクター40との間に高電圧を印加する。電源装置50の正極はコレクター40に接続され、電源装置50の負極はノズルユニット30及び筐体44に接続されている。
The
補助ベルト装置60は、長尺シートWの搬送速度に同期して回転する補助ベルト62と、補助ベルト62の回転を助ける5つの補助ベルト用ローラー64とを有する。5つの補助ベルト用ローラー64のうち1つ又は2つ以上の補助ベルト用ローラーが駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター40と長尺シートWとの間に補助ベルト62が配設されているため、長尺シートWは、正の高電圧が印加されているコレクター40に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。
The
原料タンク70は、ポリオレフィン製ナノ繊維の原料となるポリオレフィンを含むポリマー溶液を貯蔵する。原料タンク70は、ポリマー溶液の分離や凝固を防ぐための撹拌装置72を有する。原料タンク70には、ポリマー溶液経路装置80のパイプ82が接続されている。
The
ポリマー溶液供給経路80は、ポリマー溶液を通過させるパイプ82と、供給動作を制御するバルブ84からなり、原料タンク70に貯蔵されたポリマー溶液をノズルユニット30に供給する。
The polymer
保温装置100は、図1に示すように、電熱ヒーター102,104,106を備える。電熱ヒーター102は、原料タンク70の側面側に設置されている。電熱ヒーター102の出力を制御することにより、原料タンク70を30℃〜100℃の所定の第1温度に保温する。電熱ヒーター104は、ポリマー溶液供給経路80を覆うように設置されている。電熱ヒーター104の出力を制御することにより、ポリマー溶液供給経路80を30℃〜100℃の所定の第2温度に保温する。電熱ヒーター106は、ノズルユニット30の下方に設置されている。電熱ヒーター106の出力を制御することにより、ノズルユニット30を30℃〜100℃の所定の第3温度に保温する。保温装置100は、原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80及びノズルユニット30を覆う保温ジャケットを備える。
As shown in FIG. 1, the
2.ポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法
図2は、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によってセパレーター200が製造されていく様子を示す図である。
実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法は、以下の第1過程〜第3過程を含む。以下、各過程に沿って、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法を説明する。
2. Production Method of Polyolefin Nanofiber Nonwoven Fabric FIG. 2 is a diagram showing how the
The method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric according to
1.第1過程
第1過程は、30℃〜100℃の範囲内にある所定の第1温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する過程である。具体的には、ポリオレフィンを含むポリマー材料及び多成分溶媒を原料タンク70に投入し、原料タンク70を電熱ヒーター102により30℃〜100℃の範囲内にある所定の第1温度に保温しながらこれらを撹拌することにより、ポリマー材料を多成分溶媒に完全に溶解させて粘度が低く均一なポリマー溶液を作製する。第1温度は、ポリマー材料及び使用する溶媒の種類や分量に応じて設定する。
1. First Process The first process is a process for preparing a polymer solution containing polyolefin at a predetermined first temperature in the range of 30 ° C to 100 ° C. Specifically, a polymer material containing polyolefin and a multi-component solvent are charged into the
2.第2過程
第2過程は、ポリマー溶液の温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第2温度に維持しながらポリマー溶液を複数の上向きノズル32に供給する過程である。具体的には、電熱ヒーター104によってポリマー溶液供給経路80を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第2温度に保温した状態で、第1過程で作製したポリマー溶液をポリマー溶液供給経路80を介してノズルユニット30へ供給する。第2温度は、ポリマー材料及び使用する溶媒の種類や分量に応じて設定する。
2. Second Process The second process is a process of supplying the polymer solution to the plurality of
3.電界紡糸工程
第3過程は、複数の上向きノズル32の温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第3温度に維持しながらポリマー溶液をノズルから吐出することにより、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布を作製する過程である。具体的には、まず、長尺シートWを搬送装置10にセットし、その後、長尺シートWを繰り出しローラー11から巻き取りローラー12に向けて所定の搬送速度で搬送させる。その後、電熱ヒーター106によってノズルユニット30を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第3温度に保温した状態で、ノズルユニット30に供給されたポリマー溶液を複数の上向きノズル32の吐出口から長尺シートWに向かって上向きに吐出する。第3保温温度は、ポリマー材料及び使用する溶媒の種類や分量に応じて設定する。
3. The electrospinning process The third process is a nanofiber nonwoven fabric made of polyolefin by discharging the polymer solution from the nozzle while maintaining the temperature of the plurality of
これにより、図2に示すように、長尺シートWの一方の面上にポリオレフィン製ナノ繊維が堆積し、長尺シートWの一方の面上にポリオレフィン製ナノ繊維不織布210を作製することができる(図2(a)及び図2(b)参照。)。作製したポリオレフィン製ナノ繊維不織布210は、セパレーター200としてそのまま使用することができる(図2(c)参照。)。
Thereby, as shown in FIG. 2, polyolefin nanofibers are deposited on one surface of the long sheet W, and the polyolefin
以下に、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法における紡糸条件を例示的に示す。
The spinning conditions in the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric according to
ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ‐1‐ブテン(PB)、ポリ‐1‐ペンテン、ポリ‐1‐ヘキセン、ポリ(3‐メチル‐1‐ブテン)、ポリ(4‐メチル‐1‐ペンテン)(PMP)、ポリ(4‐メチル‐1‐ヘキセン)、ポリ(5‐メチル‐1‐ヘプテン)等を使用することができる。 Polyolefins include polyethylene, polypropylene, poly-1-butene (PB), poly-1-pentene, poly-1-hexene, poly (3-methyl-1-butene), and poly (4-methyl-1-pentene). (PMP), poly (4-methyl-1-hexene), poly (5-methyl-1-heptene) and the like can be used.
溶媒としては、HFIP、ジクロロメタン、ジメチルアセトアミド、クロロホルム、キシレン、メチルシクロヘキサン、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、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、フェノール、ピリジン、トリクロロエタン、酢酸;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)、炭酸エチレン(EC)、炭酸プロピレン(PC)、炭酸ジメチル(DMC)、アセトニトリル(AN)、N‐メチルモルホリン‐N‐オキシド、炭酸ブチレン(BC)、1,4‐ブチロラクトン(BL)、炭酸ジエチル(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)、炭酸エチルメチル(EMC)、ギ酸メチル(MF)、3‐メチルオキサゾリジン‐2‐オン(MO)、プロピオン酸メチル(MP)、2‐メチルテトラヒドロフラン(MeTHF)またはスルホラン(SL)を用いることができる。 Solvents include HFIP, dichloromethane, dimethylacetamide, chloroform, xylene, methylcyclohexane, acetone, chloroform, ethanol, isopropanol, methanol, toluene, tetrahydrofuran, water, benzene, benzyl alcohol, 1,4-dioxane, propanol, carbon tetrachloride. , Cyclohexane, cyclohexanone, 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 (AN), N-methylmorpholine-N-oxide, butylene carbonate (BC), 1,4-butyrolacto (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-methyloxazolidine-2-one (MO), methyl propionate (MP), 2-methyltetrahydrofuran (MeTHF) or sulfolane (SL) can be used.
長尺シートWとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物、フィルム、シート、紙などを用いることができる。長尺シートWの厚さは、例えば5μm〜500μmのものを用いることができる。長尺シートWの長さは、例えば10m〜10kmのものを用いることができる。 As the long sheet W, a nonwoven fabric, a woven fabric, a knitted fabric, a film, a sheet, paper, or the like made of various materials can be used. The long sheet W may have a thickness of, for example, 5 μm to 500 μm. The length of the long sheet W can be, for example, 10 m to 10 km.
搬送速度は、例えば0.2m/分〜100m/分に設定することができる。コレクター40とノズルユニット30とに印加する電圧は、10kV〜80kVに設定することができる。
A conveyance speed can be set to 0.2 m / min-100 m / min, for example. The voltage applied to the
紡糸区域の温度は、ノズルユニット30の近傍を除き、例えば10℃〜40℃に設定することができる。また、紡糸区域の湿度は、例えば20%〜60%に設定することができる。
The temperature of the spinning area can be set to 10 ° C. to 40 ° C., for example, except in the vicinity of the
3.ポリオレフィン製ナノ繊維の製造方法の効果
実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、30℃〜100℃の範囲内にある所定の第1温度で、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を作製する第1過程を含むため、従来のポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法の場合と同様に、元来溶媒に対する溶解性が低いポリオレフィンを原材料として用いながらも、均一なポリマー溶液を用いて電界紡糸を行うことが可能となるため、上記した優れた特性を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。
3. Effect of polyolefin nanofiber production method According to the polyolefin nanofiber nonwoven fabric production method according to the first embodiment, a polymer solution containing a polyolefin at a predetermined first temperature within a range of 30 ° C to 100 ° C. Since the first process is included, as in the case of the conventional method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric, an electrospinning is performed using a uniform polymer solution while using a polyolefin originally having low solubility in a solvent as a raw material. This makes it possible to produce a polyolefin nanofiber nonwoven fabric having the above-described excellent characteristics.
また、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によれば、ポリマー溶液の温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第2温度に維持しながらポリマー溶液を複数の上向きノズル32へ供給する第2過程と、複数の上向きノズル32の温度を30℃〜100℃の範囲内にある所定の第3温度に維持しながらポリマー溶液をノズルから吐出することによりポリオレフィン製ナノ繊維不織布を電界紡糸する第3過程とを含むため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
In addition, according to the method for producing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric according to
4.ポリオレフィン製ナノ繊維製造装置の効果
実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1によれば、ノズルユニット30、原料タンク70及びポリマー溶液供給経路80のそれぞれを30℃〜100℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置100を備えるため、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
4). Effect of polyolefin nanofiber production apparatus According to polyolefin nanofiber nonwoven
また、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1によれば、保温装置100が電熱ヒーターからなるため、ノズルユニット30の温度、原料タンク70の温度及びポリマー溶液供給経路80の温度のそれぞれを、容易に、かつ、独立に制御することができる。
Moreover, according to the polyolefin nanofiber nonwoven
また、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1によれば、電源装置50の正電極がコレクター40に接続され、負電極がノズルユニット30に接続されるとともに当該負電極の電位が接地電位となるように、電源装置50がコレクター40とノズルユニット30とに接続されているため、ノズルユニット30をはじめとして「上向きノズル32から吐出される前のポリマー溶液」、原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80(例えば、配管や送りポンプなど。)のすべてが接地電位となるため、原料タンク70やポリマー溶液供給経路80を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンク70やポリマー溶液供給経路80を高耐電圧仕様にものにすることに起因してポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置の機構が複雑化することがなくなる。
Further, according to the polyolefin nanofiber nonwoven
また、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクター40に高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルユニット30を接地した状態で電界紡糸することができるため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
In addition, since a high voltage is applied to the
実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1においては、電界紡糸装置20が、複数の上向きノズル32として、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有するため、従来の下向きノズルを用いたポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置900の場合に見られるようなドロップレット現象(下向きノズルから紡糸されなかったポリマー溶液の塊がそのまま基材層等に付着する現象)が発生することがなく、高品質なポリオレフィン製ナノ繊維不織布を製造することが可能となる。
In the polyolefin nanofiber nonwoven
[実施形態2]
図3は、実施形態2に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置2の断面図である。
実施形態2に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置2は、基本的には実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1と同様の構成を有するが、保温装置の構成が実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と異なる。すなわち、実施形態2に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置2は、図3に示すように、電熱ヒーター102,104,106からなる保温装置100の代わりに、温水循環装置からなる保温装置110を備える。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the polyolefin nanofiber nonwoven
The polyolefin nanofiber nonwoven
保温装置110は、温水タンク112と、加熱器114と、温水パイプ116とを備える。温水タンク112は加熱器114により加熱された温水を貯蔵する。そして、温水は温水パイプ116を循環する過程で、原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80及びノズルユニット30を暖め、これにより原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80及びノズルユニット30は、30℃〜100℃の間の所定の第1温度、第2温度及び第3温度にそれぞれ保温される。
The
このように、実施形態2に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置2は、保温装置の構成が実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と異なるが、ノズルユニット30、原料タンク70及びポリマー溶液供給経路80を保温する保温装置110を備えるため、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と同様に、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
As described above, the polyolefin nanofiber nonwoven
なお、実施形態2に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置2は、保温装置の構成以外の点では実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1と同様の構成を有するため、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1が有する効果のうち該当する効果を有する。
In addition, since the polyolefin nanofiber nonwoven
[実施形態3]
図4は、実施形態3に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置3の断面図である。
実施形態3に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置3は、基本的には実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1と同様の構成を有するが、保温装置の構成が実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と異なる。すなわち、実施形態3に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置3は、図4に示すように、電熱ヒーター102,104,106からなる保温装置100の代わりに、温風循環装置からなる保温装置120を備える。
[Embodiment 3]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 3 according to the third embodiment.
The polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 3 according to the third embodiment basically has the same configuration as the polyolefin nanofiber nonwoven
保温装置120は、温風発生装置122と、温風供給経路124とを備える。
保温装置120は、温風発生装置122によって発生させた温風が原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80及びノズルユニット30を覆う温風供給経路124を循環する過程で、原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80及びノズルユニット30を暖め、これにより原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80及びノズルユニット30は、30℃〜100℃の間の所定の第1温度、第2温度及び第3温度にそれぞれ保温される。
The
The
このように、実施形態3に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置3は、保温装置の構成が実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と異なるが、ノズルユニット30、原料タンク70及びポリマー溶液供給経路80を保温する保温装置120を備えるため、実施形態1に係るナノ繊維製造装置1の場合と同様に、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
As described above, the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 3 according to the third embodiment is different from the polyolefin nanofiber nonwoven
なお、実施形態3に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置3は、保温装置の構成以外の点では実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1と同様の構成を有するため、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1が有する効果のうち該当する効果を有する。
In addition, since the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 3 according to Embodiment 3 has the same configuration as that of the polyolefin nanofiber nonwoven
[実施形態4]
図5は、実施形態4に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置4の断面図である。
実施形態4に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置4は、基本的には実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1と同様の構成を有するが、原料タンクの配置位置が実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と異なる。すなわち、実施形態4に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置4においては、図5に示すように、ノズルユニット30の下方の空間に原料タンク70が配置されている。また、これに対応して、ノズルユニット80の下方の空間に、ポリマー溶液供給経路80及び保温装置130が配置されている。保温装置130は、電熱ヒーター132,134を備える。
[Embodiment 4]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the polyolefin nanofiber nonwoven
The polyolefin nanofiber nonwoven
このように、実施形態4に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置4は、原料タンク70の配位位置が実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と異なるが、ノズルユニット30、原料タンク70及びポリマー溶液供給経路80を保温する保温装置130を備えるため、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と同様に、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
Thus, the polyolefin nanofiber nonwoven
なお、実施形態4に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置4は、原料タンク70の配置位置以外の点では実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と同様の構成を有するため、実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1が有する効果のうち該当する効果を有する。
In addition, since the polyolefin nanofiber nonwoven
[実施形態5]
図6は、実施形態5に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置5を説明するために示す図である。図7は、実施形態5に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布の製造方法によってセパレーター202が製造されていく様子を示す図である。
[Embodiment 5]
FIG. 6 is a view for explaining the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 5 according to the fifth embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating a state where the
実施形態5に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置5は、基本的には実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1と同様の構成を有するが、図6に示すように、ポリオレフィンを含まない第2ポリマー溶液を吐出するための複数のノズル32aを有する第2ノズルユニット30aと、第2ポリマー溶液を貯蔵する第2原料タンク70aと、第2原料タンク70aから第2ノズルユニット30aに至る第2ポリマー溶液供給経路80aとを備える点及び保温装置130が、ノズルユニット30、原料タンク70及びポリマー溶液供給経路80のみを保温するように構成されている点で実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1とは異なる。
The polyolefin nanofiber nonwoven fabric production apparatus 5 according to Embodiment 5 has basically the same configuration as the polyolefin nanofiber nonwoven
このため、実施形態5に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置5によれば、ノズル32からポリオレフィンを含有するポリマー溶液を吐出させて長尺シートW上にポリオレフィン製ナノ繊維不織布210を作製し(図7(a)及び図7(b)参照。)、その後、ノズル32aからポリオレフィンを含有しないポリマー溶液を吐出させてポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布220を作製することにより、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布210とポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布220とが積層されたナノ繊維不織布を作製することが可能となる(図7(c)参照。)。作製した「ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布とが積層されたナノ繊維不織布」は、セパレーター202としてそのまま使用することができる(図7(d)参照。)。
For this reason, according to the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 5 according to the fifth embodiment, the polyolefin
このように、実施形態5に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置5は、ポリオレフィンを含まない第2ポリマー溶液を吐出する複数のノズル32aを有する第2ノズルユニット30aと、第2ポリマー溶液を貯蔵する第2原料タンク70aと、第2原料タンク70aから第2ノズルユニット30aに至る第2ポリマー溶液供給経路80aとを備える点及び保温装置130がノズルユニット30、原料タンク70及びポリマー溶液供給経路80のみを保温するように構成されている点で実施形態1に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置1の場合と異なるが、ノズルユニット30、原料タンク70及びポリマー溶液供給経路80を保温する保温装置130を備えるため、実施形態1に係るナノ繊維製造装置1の場合と同様に、ポリオレフィンを含有するポリマー溶液を用いて電界紡糸する際には、時間が経過してもポリマー溶液の粘度が高くなることがなくなり、ノズルからのポリマー溶液の吐出量が徐々に低下してしまうこともなくなる。このため、均一な品質を有するポリオレフィン製ナノ繊維不織布を安定して大量生産することが可能となる。
As described above, the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 5 according to Embodiment 5 stores the
また、実施形態5に係るポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置5によれば、ポリオレフィン製ナノ繊維不織布とポリオレフィンを含有しないナノ繊維不織布とが積層されたナノ繊維不織布を製造することが可能となる。 Moreover, according to the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus 5 according to Embodiment 5, a nanofiber nonwoven fabric in which a polyolefin nanofiber nonwoven fabric and a nanofiber nonwoven fabric not containing polyolefin are laminated can be manufactured.
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on said embodiment, this invention is not limited to said embodiment, It is possible to implement in a various aspect in the range which does not deviate from the meaning. For example, the following modifications are possible.
(1)上記実施形態1においては、原料タンク70、ポリマー溶液供給経路80及びノズルユニット30のそれぞれを別個の電熱ヒーター102,104,106を用いて保温しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、原料タンク、ポリマー溶液供給経路及びノズルユニットを1つの保温ジャケットで覆うとともに1つの電熱ヒーターを用いて保温ジャケット内の空間全体を保温してもよい。
(1) In
(2)上記各実施形態においては、上向きノズルを有する上向き式電界紡糸装置を用いて本発明のポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下向きノズルを有する下向き式電界紡糸装置や横向きノズルを有する横向き式電界紡糸装置を備えるポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置に本発明を適用することもできる。 (2) In each of the above embodiments, the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus of the present invention has been described using an upward electrospinning apparatus having an upward nozzle, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus including a downward electrospinning apparatus having a downward nozzle and a lateral electrospinning apparatus having a lateral nozzle.
1,2,3,4,5…ポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置、10…搬送装置、11…繰り出しローラー、12…巻き取りローラー、13,14…補助ローラー、20,20a、20b…電界紡糸装置、30,30a…ノズルユニット、32,32a、932…ノズル、40,940…コレクター、42…絶縁部材、44…筐体、50,950…電源装置、60…補助ベルト装置、62…補助ベルト、64…補助ベルト用ローラー、70,970…原料タンク、70a…第2原料タンク、72,72a…撹拌装置、80…ポリマー溶液供給経路、80a…第2ポリマー溶液供給経路、82,82a…パイプ、84,84a…バルブ、100,110,120,130…保温装置、102,104,106,132,134…電熱ヒーター、112…温水タンク、114…加熱器、116…温水パイプ、122…温風発生装置、124…温風供給経路、974…加熱装置、W…長尺シート
DESCRIPTION OF
Claims (3)
コレクターと、
前記コレクターに対向する位置に位置しポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有するノズルユニットと、
前記コレクターと前記複数のノズルとの間に高電圧を印加する電源装置と、
前記ポリマー溶液を貯蔵する原料タンクと、
前記原料タンクから前記ノズルユニットに至るポリマー溶液供給経路と、
前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のそれぞれを30℃〜100℃の範囲内にある所定の温度に保温する保温装置とを備え、
前記保温装置は、電熱ヒーターからなり、
前記電源装置は、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルユニットに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位となるように、前記電源装置が前記コレクターと前記ノズルユニットとに接続されていることを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。 A polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus for manufacturing a polyolefin nanofiber nonwoven fabric,
A collector,
A nozzle unit having a plurality of nozzles that are located at positions facing the collector and that discharge the polymer solution;
A power supply device that applies a high voltage between the collector and the plurality of nozzles;
A raw material tank for storing the polymer solution;
A polymer solution supply path from the raw material tank to the nozzle unit;
A heat retention device for retaining each of the nozzle unit, the raw material tank, and the polymer solution supply path at a predetermined temperature within a range of 30 ° C to 100 ° C ;
The heat retaining device comprises an electric heater,
In the power supply device, one of a positive electrode and a negative electrode is connected to the collector, the other of the positive electrode and the negative electrode is connected to the nozzle unit, and the potential of the other electrode is a ground potential. The polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus , wherein the power supply device is connected to the collector and the nozzle unit .
前記電界紡糸装置は、前記複数のノズルとして、前記ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有することを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。 In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus according to claim 1 ,
The said electrospinning apparatus has a plurality of upward nozzles which discharge the said polymer solution upward from a discharge port as said several nozzle, The polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned .
前記コレクターに対向する位置に位置しポリオレフィンを含まない第2ポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有する第2ノズルユニットと、
前記第2ポリマー溶液を貯蔵する第2原料タンクと、
前記第2原料タンクから前記第2ノズルユニットに至る第2ポリマー溶液供給経路とを備え、
前記保温装置は、前記ノズルユニット、前記第2ノズルユニット、前記原料タンク、前記第2原料タンク、前記ポリマー溶液供給経路及び前記第2ポリマー溶液供給経路のうち、前記ノズルユニット、前記原料タンク及び前記ポリマー溶液供給経路のみを保温するように構成されていることを特徴とするポリオレフィン製ナノ繊維不織布製造装置。 In the polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus according to claim 1 or 2 ,
A second nozzle unit having a plurality of nozzles that are located at positions facing the collector and that discharge a second polymer solution that does not contain polyolefin;
A second raw material tank for storing the second polymer solution;
A second polymer solution supply path from the second raw material tank to the second nozzle unit,
The heat retaining device includes, among the nozzle unit, the second nozzle unit, the raw material tank, the second raw material tank, the polymer solution supply path, and the second polymer solution supply path, the nozzle unit, the raw material tank, and the A polyolefin nanofiber nonwoven fabric manufacturing apparatus characterized in that only the polymer solution supply path is kept warm.
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