JP5883614B2 - ナノファイバー積層体の製造方法 - Google Patents
ナノファイバー積層体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5883614B2 JP5883614B2 JP2011234404A JP2011234404A JP5883614B2 JP 5883614 B2 JP5883614 B2 JP 5883614B2 JP 2011234404 A JP2011234404 A JP 2011234404A JP 2011234404 A JP2011234404 A JP 2011234404A JP 5883614 B2 JP5883614 B2 JP 5883614B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nanofiber
- laminate
- nanofiber laminate
- nanofibers
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims description 191
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 36
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 17
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 14
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 9
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 6
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 48
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 45
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 16
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 16
- 238000005274 electrospray deposition Methods 0.000 description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 12
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 10
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 9
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 4
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000002648 laminated material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
Images
Description
このESD法によるナノファイバーの製造は、先ず溶剤で溶解し、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。)溶液をシリンジに充填し、シリンジに装着されているニードル型電極と、ナノ繊維を堆積させるコレクター電極との間に、高圧直流電源から数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をコレクター電極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。
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も挙げられる。
これらナノファイバー積層体の製造方法では、ナノファイバーの捕集が、吹きつけと静電気によって、板やドラムに吹き付けて捕集であるので、捕集力が弱く大量のナノファイバー積層体の製造には難点があった。
そこで、本出願人は、特許文献7に示すように、ナノファイバー積層体の捕集面を平面板にして、通気性の基材を移動ベルトにしてナノファイバー積層体の捕集側の裏側から吸引によって効率よく吸い寄せて、大量のナノファイバー積層体の製造方法を提供している。
かつ、基材が大量の空気を通気する通気性がなければならず、通常の不織布やフィルム等の通気性な小さな素材は使用できないといった問題点があった。
本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたもので、通気性な小さな或いは通気性のない不織布やフィルムを基材として使用できるナノファイバー積層体を大量に製造する製造方法を提供しようとするものであり、かつ、ナノファイバー積層体を効率的に製造方法を提供しようとするものである。
請求項2の発明は、請求項1に記載のナノファイバー積層体の製造方法において、前記離脱部の下流の直後には、除電器を設けたことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2のナノファイバー積層体の製造方法において、前記吸引機構には複数の吸引ダクトを設け、該複数の吸引ダクトにはそれぞれ風量を調整する風量調整シャッターを設けて前記捕集帯の全面で風速をほぼ均一にすることを特徴とする。
更に、吸引機構には複数の引ダクトが設けられ、特に、請求項3の発明にあっては、吸引ダクトにはそれぞれ風量を調整する風量調整シャッターが設けられているので、捕集面でのナノファイバー積層体Nの吸い付き量は、捕集帯の移動の上流側ほどナノファイバーの積層量は少なくなり風速は速くなるので、捕集帯の平面の全面で風速をほぼ均一にするために、開口面積は上流側の吸引ダクトでは風量調整シャッターはより小さく、下流側の吸引ダクトでは風量調整シャッターをより大きく設定することに、結果として捕集帯の平面で全面で風速をほぼ均一にすることができ、厚さ方向にほぼ均一の状態のナノファイバー積層体が形成される。
このように、不織布或いはフィルムを添付したナノファイバー積層体を安価で大量生産が可能となる。
以下に、本発明のナノファイバー積層体の製造方法の好適な実施例を図面を参照して説明する。
先ず、上流側の図1のナノファイバー生成部Jから説明する。本発明の長分子配列を有する高分子材料としては、たんぱく質などの生体高分子溶液・有機高分子溶液、或いはポリマー溶液などであるが、本実施例1のナノファイバー製造装置(製造方法)では高分子材料としてポリエーテルサルホン(PES)を用いている。このポリエーテルサルホン(PES)を用いたのは、耐熱性が優れていることに加え、本発明で開示した製造装置でもより細い、100nm〜50nmのナノファイバーが製造できるからである。
図1の材料供給部1には、材料であるポリエーテルサルホン(PES)を有機溶媒であるDMF(ジメチルホルムアミド)で溶かして液状化した高分子溶液N1を収納している。
この材料供給部1内の高分子溶液N1はギヤポンプ11で押し出しの圧力を受けている。高分子溶液N1は所定量を正確に送り出すことが可能なギヤポンプ11により、所定量を供給配管12を介して、紡出ノズル21に押し出すように供給される。高分子溶液N1は供給配管12によって金属製の紡出ノズル部2に導入し、紡出ノズル部2には紡出ノズル21の先端の開口211から紡出される。ここで、高分子溶液N1を紡出する速度を調整する前述のギヤポンプ11を適宜調整することにより、後述するように複数紡出ノズル21から均等にナノファイバーが生成されるように、適切な吐出速度に調整する。
したがって、高分子溶液N1の吐出速度の調整によって、過剰な速度で形成されるウェットなデポジットではなく、乾燥したデポジットを得ることが可能となる。即ち、ウェットなデポジットが生じないような、限界の吐出速度に調整することが必要である。
そして、紡出ノズル21も導電性の金属製として、この紡出ノズル21と前記金属球31とには高電圧電源33が印加され、金属球31には高電圧電源33のマイナス側の電圧がリード線を介して供給され、プラス側はリード線を介して接地Gされている。
高電圧電源33により高電圧を印加することで、紡出ノズル21を経由して高分子溶液N1にはプラスの電圧が印加され、紡出される高分子溶液N1中の高分子はプラスに帯電される。なお、このプラス及びマイナスは上記の実施例1に限定されることはなく、高分子材料に電荷を付与すればよく、逆に、高分子溶液N1に与える電圧の極性はマイナスであってもよい。
また、紡出ノズル部2の紡出ノズル21までの金属の誘導筒22は、ポリエーテルサルホン(PES)の粘度をなるべく下げるためにヒーター等の加熱器23で誘導筒22及び紡出ノズル21を約80℃にまで加熱している。
また、紡出ノズル21と金属球31との中間に位置する高速気流噴射ノズル部4は、帯電しないように金属ではなく、絶縁物質の合成樹脂製等にしておく必要がある。
また、本実施例では、金属球31と紡出ノズル21の間を高電圧電源33で印加し、紡出ノズル21を接地Gとしているので、金属球31の印加によって紡出ノズル21(接地G)からの電荷が静電誘導され、ナノファイバーの高分子に電荷が供給されているが、基本的には金属球31は静電誘導しているだけで、電流は接地側から供給され消費電力は零である。このことも本発明の重要な特徴の1つで、紡出ノズル21の数を十分増やして並列にしても小型の高電圧電源だけで十分である。したがって、金属球31と高速気流の噴射ノズル41の生成ユニットYを小型にして単位面積あたりの生成ユニットYを密集させて生産量を大幅に向上させることができる。
そこで、本実施例では図4(b)に示すように、高速気流の噴射ノズル41の開口411は水平に複数(図1では3個)設けて、空気流の層が水平方向に所定の幅を保つようにしたので、高速気流Xは金属球31と紡出ノズル開口211とを結ぶ線上(経路)に位置させることが容易である。
したがって、ノズル開口211からナノファイバー捕集部L1の捕集面までの距離もナノファイバーが伸びきってナノ単位にするための距離が必要であり、実施例1では装置内の温度等にもよるが、その距離は1m程度以上である。実際にはこの距離を4m以上にして捕集面での積層状態を均一にしており、距離を長くすることで、基材の背面から空気を吸引させ、目の粗い箇所で吸引力が大きくなることを利用し、その箇所にナノファイバーが吸い寄せられることより均一に積層する。
また、本発明の重要な特徴の1つは、金属球31からのクーロン力と、前記高速気流噴射ノズル部4と噴射ノズル41の開口411によって、開口211の付近で発生する低気圧で電荷を有する高分子を直線的に飛び出させ、ナノファイバー生成に必要な一定温度で乾燥した200m/sec以上の高速気流を付与することである。
紡出ノズル21と金属球31を結ぶ線B上から、噴射ノズル41の開口411までの距離C(図4でのC)は、金属球31の直径に拘わらず、前記線上から直角に3mm〜4mm程度離れた位置Cでナノファイバーの生成が好ましい。なお、噴射ノズル41の開口411から噴射する空気速度は3mm位置でも急速に減速するので200m/sec以上に大幅に速度を速めても効果が薄い。
次に、高速気流噴射ノズル部4の噴射ノズルの開口411から距離Dは、金属球31の直径に拘わらず、前記線上紡出ノズル開口211から水平距離(距離D)で8.5mmから10mmでナノファイバーの生成が好ましい。また、高速気流噴射ノズルの開口411は、紡出ノズル開口211から水平距離(距離D)が8.5mmから10mmであり、かつ、開口411は金属球31の底面311と紡出ノズル開口211を結ぶ線Bと平行で、紡出ノズル開口211から垂直距離(距離C)で3mm〜4mm離れた位置がよい。
なお、本ナノファイバーの製造方法は、1つの紡出ノズル21から生成されるナノファイバーは、生成される量に拘わらず、1本のナノファイバーであるが、高速空気で移送される際には、ランダムな綾振り作用により、捕集面には不織布状に集積される。
ここで、大量にナノファイバーを生産するには、図5に示すように、図4に示す多くの紡出ノズル21の複数を並列して配置し、これを捕集部Kで集約して一括で捕集すれば良い。
図1に示す実施例1では、安定してナノファイバーが良好に生成できる条件は、表3から金属球の直径が5mmであることも判ることから、直径Aを5mmとし、距離Bを16mmとし、電圧を−13kvに設定した。
設定条件
材料:ポリエーテルサルホン(PES)
溶媒:DMF(ジメチルホルムアミド)
ファイバー生成部電圧:−13kv
高速気流の圧力:0.4MPa
紡出量(吐出量):0.5mL/min
金属球の直径:5mm
紡出ノズルと金属球の距離:16mm
ノズル開口から捕集面までの距離:3m
捕集面での吸収負圧:200Pa
図1の紡出ノズル21からは1本のナノファイバーだけしか紡出しない場合のものであるが、ランダムな綾振り作用等によって、ポリエーテルサルホン(PES)のナノファイバーが不織布(ウェブ)状に積層する状態が判る。
なお、実施例1での材料のポリエーテルサルホン(PES)に代えて、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリウレタン(PU)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)でもほぼ同様の結果が得られた。
また、他の高分子と溶媒との組み合わせとしては、ポリビニールアルコール(polyvinyl alcohol, PVA)と水、ポリフッ化ビニリデン(PolyVinylidene DiFluoride; PVDF)やポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile,PAN) やポリエーテルサルホン(Poly Ether Sulphone,PES)とジメチルアセトアミド(DMAc)もしくはDMF(ジメチルホルムアミド)、ナイロン(Nylon)と蟻酸、キトサンと酢酸もしくはクエン酸等の弱酸、アクリル(polymethyl methacrylate, PMMA)とメタノール、ポリ乳酸とクロロホルムの組み合わせなどがナノファイバーの製造として可能である。
次に、ナノファイバー生成部Jで生成されたナノファイバーを、その下流でナノファイバーを積層するナノファイバー積層体Nの捕集部K(5)を図2を参照して説明する。
ナノファイバー積層体Nの捕集部5は、主に図2に示すように、エンドレスで移動する網状で捕集帯51であり、材質は非電導体の合成樹脂で形状はネット或いは網であり、大量に空気が通過できることができるものであればよい。本実施例では合成樹脂として直径0.4〜0.6mmのポリプロピレン(PP)のモノフィラメントの網で、密度15〜20本/inchを使用したので、貫通する空気の空気抵抗は十分に少ない。
この捕集帯51は、駆動ローラ52によって反時計回りに移動し、従動支持ローラ53a〜fによって所定位置で支持され所定の箇所を通過する。図2においてナノファイバー生成部Jに対向した位置に従動支持ローラ53e,53fによってほぼ平面の捕集面54を形成しており、この捕集面54でナノファイバー積層体Nを連続的に捕集し、後述する離脱部Lに移動してナノファイバー積層体Nを剥離して駆動52かによって上方に方向転回し、更に従動支持ローラ53aによって、温水槽55に案内して温水槽55内の一対の従動支持ローラ53b,cに案内され、元の従動支持ローラ53eに案内され循環する。
捕集帯51を平面に保つためにその裏面に合成樹脂等の平面保持部材541が間隔を隔てて設けられている。なお、捕集面54の表側には、効率よくナノファイバーを捕集面54に誘導するために捕集面54に収束するようにラッパ状の案内部材542が設けられいる。
吸引ダクト562a,b,cにはそれぞれ風量を調整する風量調整シャッター563a,b,cが付随して設けられているが、捕集面54でのナノファイバー積層体Nの吸い付き量は、吸引ダクト562a,b,cの開口面積が同じであると、捕集帯51の移動の上流側(上段)ほどナノファイバーの積層量は少なくなり、結果として風速は速くなるので、製品にムラが生じる原因ともなるので、これを防ぐために、捕集帯51の平面の全面で風速をほぼ均一にするために、開口面積を調整するためであり、開口面積は上段の吸引ダクト562aでは風量調整シャッター563aにより小さく、下流側の下段の吸引ダクト562cでは風量調整シャッター563cにより大きく、中段の吸引ダクト562bでは吸引ダクト562bによりその中間の開口面積になるように調整されている。したがって、ナノファイバー積層体の形成状態では吸引力が捕集帯のどの箇所でも同じであるので、厚さ方向にほぼ均一の状態のナノファイバー積層体が形成される。
こうして、捕集帯51上に垂直で連続的に形成したナノファイバー積層体Nは、捕集帯51の下方への移動に伴って、移動し右方向に水平に移動し離脱部Lでナノファイバー積層体Nを離脱して、温水槽55に案内させる。
この温水槽55は、温水で満たされ、その温水中を捕集帯51が通過する間に、駆動モータ552によって回転する一対の回転ブラシ551によって、捕集帯51に残ったナノファイバーを剥離して除去し、綺麗な状態の捕集帯51を再び捕集面54に送り出す。
前述した離脱部L(6)は、形成した前記ナノファイバー積層体Nを移送し、この移送されたナノファイバー積層体Nのを捕集帯51から剥離して所望の基材に移す作用を有するものである。
ナノファイバーの生成は、基本的にはESD(Electro−Spray Depos)方であるので、噴射されたナノファイバー自体は、通常、正(マイナス)電荷を有しており、従来の捕集方法では金属ドラムを接地してドラム自体を正(プラス)電荷にして、捕集していた。
これに対して、本発明の捕集は空気の吸引方法であるので、金属板ではなく金属の網を使用すればナノファイバーを捕集できるが、ナノファイバーが強固に金属網に絡まり、剥離が容易ではなくなる。これは、上述したように、ナノファイバーが負(マイナス)電荷を有しているので、金属の網を用いるとどうしても接地箇所を生じ、ナノファイバー自体の電荷も消失してしまい、かえって、ナノファイバーが強固に金属網に絡まり、剥離しがたくなると考えられる。
捕集帯51を上述したように絶縁体で合成樹脂のポリプロピレン(PP)のモノフィラメントの網して、捕集帯51ではナノファイバーが電荷を保持した状態で捕集して、そのまま次の離脱部L(6)移送し、ここで、ナノファイバー積層体Nを移送する捕集帯51の適所には帯電器61を設けており、この帯電器61の帯電エッジ611はナノファイバー積層体Nの幅方向の全幅に亘って延びており、ナノファイバー積層体Nを下方に引き寄せ、捕集帯51から離反させるようにしている。
この場合に、この帯電器61を電荷を付与すると、本実施例では帯電器61の帯電エッジ611を高電圧電源612により−18Kv(使用範囲は±15Kv〜±20Kvが好ましい。)すると、ナノファイバー積層体N及び下側フィルム添付F1が吸い寄せられ、簡単の捕集帯51からナノファイバー積層体Nが剥離できることが判った。
なお、帯電器61の加電は、上流のナノファイバー生成部での荷電の状態、極性、捕集帯51の材質等によって、極性や電圧値は変わる場合もあるので、実際に組上がった装置において、捕集帯51とナノファイバー積層体Nとが最も効率よく離反する極性や電圧値に設定すればよい。
離脱部の設定条件(本実施例)
捕集帯51の速度:0.5m/分
帯電器6:−15Kv〜−20Kv(最適値.−18Kv)
X1の間隔:5〜15mm(同10mm)
X2の間隔:15〜25mm(同20mm)
X3の間隔:30〜50mm(同40mm)
帯電器と下側フィルムF1下面との間隔:30〜75mm(同50mm)
送風機の送風圧力:0.1MPa
また、離反したナノファイバー積層体Nが、再び捕集帯51に付着しないうに、帯電器61の下流直後に除電気64を設けると、よりスムースに捕集帯51とナノファイバー積層体Nの離脱作業が行われるこことも実験に結果判った。この除電気64の構成は、AC5〜7Kvを交流電源641で印加して捕集帯51とナノファイバー積層体N上の荷電をゼロにするものである。
図7において、捕集帯51とナノファイバー積層体Nとの間隔は、上流の第1の絶縁案内ローラ75bのX1の位置において10mmとしたが、これは送風機63の剥離空気が逆流(図7で左方向)しなようするためで5〜15mmの範囲が好ましく、帯電器62の帯電エッジ621のX2の位置において20mmとし好ましくは15mm〜25mmの範囲であり、帯電エッジ621とナノファイバー積層体Nとの間隔は50mmとしたが、好ましくは、30〜75mmの範囲がよい。また、下流の第2の絶縁案内ローラ75cのX3の位置において剥離空気がスムーズに逃げられるように40mmと広く開口させたが、好ましくは30mm〜50mmが好ましい。
なお、上記の絶縁案内ローラ75b,75cの高さ調整は調整部によって、帯電エッジ621の高さは調整部62によって調整できるようになってなっている。
(下側フィルム添付)
前記離脱部6は、基材添付部P(7)の一部も兼ねており、帯電器61の上方に下側の基材である下側フィルム(PPフィルム)F1を送り出してナノファイバー積層体Nに添付している。
図2において、下側の送り出しフィルムを巻き取った繰出しロール71aには駆動モータ72aで送り出すように間欠駆動されるが、駆動モータ72aの駆動間隔は、固定位置の案内ローラ74aと74bとのに間に駆動モータ72aと同軸のダンサアーム73a及びその先端揺動ローラ731aを設け、この揺動ローラ731aの位置によって貯留状態を感知している。そして、ダンサーアーム73aが反時計方向に移動して貯留量が少なくなると、繰出しロール71aをフィルムF1が送り出すように駆動し、ダンサーアーム73aが時計方向に移動して貯留量が十分になると繰出しロール71の駆動を止めている。
下側フィルム(PPフィルム)F1は、案内ローラ74bから案内ローラ74cに案内され、離脱部6の案内金属ローラ75a、絶縁案内ローラ75bによって、帯電器61の上側に案内され、帯電器61による加電によってナノファイバー積層体Nが捕集帯51から下側に剥離されると同時に、下側フィルム(PPフィルム)F1が添付され、ナノファイバー積層体Nの下側に下側フィルム(PPフィルム)F1が添付された状態で案内絶縁ローラ75cから次の工程に移送される。
案内ローラ74bの下流に下側フィルム(PPフィルム)F1の幅方向の両端位置を検知するエッジセンサー741が設けられ、このエッジセンサー741の出力により、繰出しロール71aや駆動モータ72aからなる繰出しユニット7aが繰出しロール71aの軸方向に移動して下側フィルム(PPフィルム)F1の蛇行を防止している。
次に、下側フィルムを添付したナノファイバー積層体Nに上側の基材である上側フィルム(PPフィルム)F2を送り出してナノファイバー積層体Nに添付する工程を説明するが、製品に下側フィルムだけででも十分に強度があり、巻き戻しの際に絡まないで分離スムースであれば、上側フィルムF2の添付は必ずしも必要ではない。
図2において、上側フィルムの送り出し機構とほぼ同じ構成であるが、上側の送り出しフィルムの繰出しロール71bには駆動モータ72bで送り出すように間欠駆動され、駆動モータ72bの駆動間隔は、固定位置の案内ローラ76aと76bとのに間に駆動モータ72bと同軸のダンサアーム73b及びその先端揺動ローラ731bを設け、この揺動ローラ731bの位置によって貯留状態を感知している。そして、ダンサーアーム73bが反時計方向に移動して貯留量が少なくなると、繰出しロール71bをフィルムF2が送り出すように駆動し、ダンサーアーム73bが時計方向に移動して貯留量が十分になるとロール71bの駆動を止めている。
上側フィルム(PPフィルム)F2は、案内ローラ76bから76cに案内され、案内ローラ76dによって、上側フィルム(PPフィルム)F2がナノファイバー積層体Nの上面に添付される。
案内ローラ76bの下流に上側フィルム(PPフィルム)F2の幅方向の両端位置を検知するエッジセンサー761が設けられ、このエッジセンサー761の出力により、繰出しロール71bや駆動モータ72bからなる繰出しユニット7bが繰出しロール71bの軸方向に移動して上側フィルム(PPフィルム)F2の蛇行を防止している。
ナノファイバー積層体Nの下面に下側フィルムF1と、上面に上側フィルムF2とし添付したナノファイバー積層体Nは、案内ローラ77から駆動モータ781により駆動される主駆動ローラ78に引き寄せられ次工程に移送される。この主駆動ローラ78の表面速度は、前述の捕集部5の駆動ローラ52の表面速度と同期しており、一定速度でナノファイバー積層体Nを捕集帯51から主駆動ローラ78まで移動している。本実施例では互いに同期する駆動モータを用いている。
この主駆動ローラ78の上側に自由回転するプレスローラ782が設けられ、このプレスローラ782の左右両端の近傍にプレスローラ782の下方への圧力が調整可能の一対の加圧調整器783が設けられ、一方、主駆動ローラ78の上流にはエッジセンサー784が設けられ、このエッジセンサー784の出力を圧調整器783に入力し、加圧調整783により加圧されたプレスローラ782の側のナノファイバー積層体Nが抵抗力により若干遅くなることにより、ナノファイバー清掃帯積層体の全体の蛇行を修正するようにしている。
上下の添付したフィルムF1,F2が添付されたナノファイバー積層体Nは、これだけでは添付したフィルムF1,F2が直ぐに剥がれたり、ずれたりするので、スポット溶接で仮止めしてナノファイバー積層体Nの製品とする。なお、この仮止めされたナノファイバー積層体Nは、そのご需要者の要望によって、更にプレス加工したり、添付する基材を追加するためである。
この仮止め部(スポット溶接)Q(8)の機構を図2、図6で説明する。
仮止め部8は、幅方向に間隔をおいて配置したヒーター23で高温した針部81と、これを大まかな上下位置を制御する大上下動シリンダー82と、微調整して正確に上下位置を制御する小上下動シリンダー83の2段の上下シリンダーと、針受け部84とからなり、仮止め部8のスポット溶接時には、針部81の下降位置でナノファイバー積層体Nの移動を一時停止する一時停止機構85とから構成される。
長さ方向の一定間隔で針部81が下降し、ナノファイバー積層体Nの内部に高熱の針部81が突き刺さり、この点部分で部分的フィルムF1,F2とナノファイバーが溶融して互いに接着して仮止めするが、このため、間欠駆動制御される間欠駆動ローラ851と間欠駆動モータ852が設けられ、間欠駆動ローラ851の回転が停止すると間欠駆動ローラ851と案内ローラ853の間のナノファイバー積層体Nの移動は停止し、この停止中に加熱した針部81が小上下動シリンダー83によって下降してスポット溶接して上昇する。
このスポット溶接が終了すると、間欠駆動ローラ851と間欠駆動モータ852が再び駆動し、蓄積されたナノファイバー積層体Nを高速で引き取り図2の点線の状態に戻す。
なお、この間欠駆動ローラ851の上側に自由回転するプレスローラ856が設けられ、このプレスローラ856の左右両端の近傍にプレスローラ856の下方への圧力が調整可能の一対の加圧調整器857が設けられ、一方、間欠駆動ローラ851の上流にはエッジセンサー858が設けられ、このエッジセンサー858の出力を圧調整器857に入力し、加圧調整857により加圧されたプレスローラ856の側のナノファイバー積層体Nが抵抗力により若干遅くなることにより、ナノファイバー清掃帯積層体の全体の蛇行を修正するようにしている。
図2、図6に示すように、仮止め部8の間欠駆動ローラ851から送り出された製品ナノファイバー積層体Nは、製品巻き取り部R(9)で巻き取られるが、製品巻き取りロール91の回転軸92は、パウダークラッチ93を介して、巻き取り駆動モータ94によって巻き取られる。この製品巻き取り部9は、巻取り径検出超音波センサー95を設け、巻取り径の変化により巻取張力が変化するので、この張力を一定にするようにモーターの回転速度を制御するとともに、駆動源の巻き取り駆動モータ94と回転軸92の間にパウダークラッチ93を設けたので、過剰な負荷がかかると滑りを生じて、製品ナノファイバー積層体Nを一定の張力で巻き取ることができる。
また、本発明のナノファイバー積層体Nの製造方法によれば、ナノファイバー積層体Nはナノファイバー自体の占有率が低いことから、厚くなって空気の通過抵抗が少ないことから吸引力が低下することが少ないので、空気を吸引する吸引機構によって効率よくナノファイバー積層体Nを形成することができ、
更に、強い電界場を発生させて生成したナノファイバー積層体Nが帯電状態であることを利用して、 ナノファイバー積層体Nを引きつけるような静電気を荷電しした離脱板を設けて、無理なく捕集帯から離脱して、所望の基材に移すことができ、所望の基材として通気性のある基材は勿論のこと、通気性な小さな或いは通気性のない不織布やフィルムを基材として用いることができる。このように、ナノファイバー積層帯を安価で大量生産が可能となる。
なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。例えば、本実施例ではナノファイバーの材料をポリエーテルサルホン(PES)としたが、ナノファイバーを製造することができれば、これに限定されるものではない。
L・・離脱部、P・・基材添付部、Q・・仮止め部(スポット溶接)、
R・・製品巻き取り部、
E・・電気力線、G・・接地、F1・・下側フィルム、F2・・上側フィルム、
N・・ナノファイバー積層体
N1・・高分子溶液(PES)、N2・・接着剤(EVA)、
N3・・基材(PP不織布)、
X・・ 高速気流、Y・・生成ユニット、
1・・材料供給部(材料容器)、11・・ギヤポンプ(吐出手段)、
12・・供給配管、
2・・ 紡出ノズル部、21・・紡出ノズル 、211・・紡出ノズル開口、
22・・誘導筒、23・・ヒーター(加熱器)、
3・・電極部、31・・金属球、311・・底面、33・・高電圧電源、
4・・高速気流噴射ノズル部、41・・噴射ノズル、411・・開口、
42・・高圧ポンプ、
5・・捕集部、
51・・捕集帯、52・・駆動ローラ、53a〜f・・従動支持ローラ、
54・・捕集面、541・・平面保持部材、542・・案内部材、
55・・温水槽、551・・回転ブラシ、552・・駆動モータ、
56・・吸引機構、561・・吸引室、562a,b,c・・吸引ダクト、
563a,b,c・・風量調整シャッター563、
6・・離脱部、
61・・帯電器、611・・帯電エッジ、612・・高電圧電源、
62・・調整部、63・・送風装置、64・・除電器、65・・交流電源
7・・基材添付部、7a,7b・・繰出しユニット、
71a,b・・繰出しロール、72a,b・・駆動モータ、
73a,b・・ダンサーアーム、731a,b・・揺動ローラ、
74a,b,c・・下側フィルムの案内ローラ、741,761・・エッジセンサー、
75a,b,c・・離脱部の絶縁案内ローラ、
76a,b,c,d・・上側フィルムの絶縁案内ローラ、
77・・案内ローラ、
78・・主駆動ローラ、781・・駆動モータ、782・・プレスローラ、
783・・加圧調整器、784・・エッジセンサー、
8・・仮止め部(スポット溶接)、81・・針部、82・・大上下動シリンダー、
83・・小上下動シリンダー、84・・針受け部、
85・・一時停止機構、851・・間欠駆動ローラ、852・・間欠駆動モータ、
853・・案内ローラ、854・・ダンサローラ、856・・プレスローラ、
857・・加圧調整器、858・・エッジセンサー、
9・・製品巻き取り部、91・・製品巻き取りロール、92・・回転軸、
93・・パウダークラッチ、94・・巻き取り駆動モータ、
95・・巻取り径検出超音波センサー、
Claims (3)
- 強い電界場を発生させてナノファイバーを生成し捕集部に吹き付けてナノファイバーを積層する製造方法において、
前記捕集部は平面の捕集面を形成する合成樹脂からなるエンドレスで移動し空気が通過する網状の捕集帯を有し、
該捕集帯の裏面側には空気を吸引する吸引機構を設けてナノファイバーを該捕集帯上に吸い寄せてナノファイバー積層体を形成し、
形成した前記ナノファイバー積層体を前記捕集帯ともに離脱部に移送させ、
該離脱部は荷電したナノファイバー積層体を離脱板に引きつけるような静電気を荷電する帯電器と、捕集帯からナノファイバー積層体を剥離するように空気を送風する送風機とから構成され、ナノファイバー積層体を前記捕集帯から離脱させ、
前記離脱部の一部には基材添付部を設けて、離脱したナノファイバー積層体に不織布或いはフィルムの基材を添付することを特徴とするナノファイバー積層体の製造方法。 - 前記離脱部の基材添付部下流の直後には、除電器を設けたことを特徴とする請求項1に記載のナノファイバー積層体の製造方法。
- 前記吸引機構には複数の吸引ダクトを設け、該複数の吸引ダクトにはそれぞれ風量を調整する風量調整シャッターを設けて前記捕集帯の全面で風速をほぼ均一にすることを特徴とする請求項1又は2に記載のナノファイバー積層体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011234404A JP5883614B2 (ja) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | ナノファイバー積層体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011234404A JP5883614B2 (ja) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | ナノファイバー積層体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013091869A JP2013091869A (ja) | 2013-05-16 |
JP5883614B2 true JP5883614B2 (ja) | 2016-03-15 |
Family
ID=48615216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011234404A Active JP5883614B2 (ja) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | ナノファイバー積層体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5883614B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6209481B2 (ja) * | 2014-04-23 | 2017-10-04 | 花王株式会社 | 溶融電界紡糸装置及びこれを用いた繊維の製造方法 |
JP6209480B2 (ja) * | 2014-04-23 | 2017-10-04 | 花王株式会社 | 溶融エレクトロスピニング装置及び繊維の製造方法 |
JP6644578B2 (ja) * | 2016-02-17 | 2020-02-12 | 日東電工株式会社 | 光学フィルム搬送回収装置、光学フィルム製造システム及び光学フィルム搬送回収方法 |
US20200232121A1 (en) * | 2017-06-23 | 2020-07-23 | Avectas Limited | Hot melt electrospinning |
JP6946130B2 (ja) * | 2017-09-20 | 2021-10-06 | 株式会社東芝 | 紡糸装置 |
JP7074465B2 (ja) * | 2017-11-30 | 2022-05-24 | 花王株式会社 | 繊維堆積体搬送装置及び繊維堆積体の搬送方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03167358A (ja) * | 1989-11-22 | 1991-07-19 | I C I Japan Kk | 繊維状集合体 |
CZ20032421A3 (cs) * | 2003-09-08 | 2004-11-10 | Technická univerzita v Liberci | Způsob výroby nanovláken z polymerního roztoku elektrostatickým zvlákňováním a zařízení k provádění způsobu |
JP4837698B2 (ja) * | 2008-04-02 | 2011-12-14 | パナソニック株式会社 | ナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法 |
CN101981238B (zh) * | 2008-04-02 | 2012-05-02 | 松下电器产业株式会社 | 纳米纤维制造装置、纳米纤维制造方法 |
JP4965525B2 (ja) * | 2008-07-18 | 2012-07-04 | パナソニック株式会社 | ナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法 |
JP2010121221A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Fyuuensu:Kk | ナノファイバー構造体およびその製造方法 |
JP5215136B2 (ja) * | 2008-11-18 | 2013-06-19 | パナソニック株式会社 | ナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法 |
JP5234355B2 (ja) * | 2009-01-15 | 2013-07-10 | パナソニック株式会社 | ナノファイバ製造装置、および製造方法 |
JP5339362B2 (ja) * | 2009-07-16 | 2013-11-13 | パナソニック株式会社 | ナノファイバ製造装置および製造方法 |
JP5479845B2 (ja) * | 2009-10-26 | 2014-04-23 | 国立大学法人信州大学 | 極細繊維製造装置及び極細繊維製造方法 |
JP2011127234A (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Nanofactory Japan Co Ltd | ナノファイバー製造方法 |
-
2011
- 2011-10-25 JP JP2011234404A patent/JP5883614B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013091869A (ja) | 2013-05-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5762806B2 (ja) | ナノファイバーを用いたフィルター製造方法 | |
JP5883614B2 (ja) | ナノファイバー積層体の製造方法 | |
JP5473144B2 (ja) | ナノファイバー製造方法 | |
JP5857231B2 (ja) | 一体型積層シート製造システムおよび一体型積層シート製造方法 | |
JP6569983B2 (ja) | 積層不織布および積層不織布の製造方法 | |
JP6569982B2 (ja) | 積層不織布 | |
JP6624589B2 (ja) | 積層不織布の製造方法 | |
JP2011127234A (ja) | ナノファイバー製造方法 | |
JP5178927B1 (ja) | ナノ・ファイバ製造装置 | |
JP6108125B2 (ja) | 一体型積層シート製造システムおよび一体型積層シート製造方法 | |
JP5946894B2 (ja) | ナノファイバーを用いたフィルター | |
CN107012586B (zh) | 无纺布、以及具备它的集尘过滤器、微生物或生物组织的培养基、以及化妆用品 | |
JP6150921B2 (ja) | 接着剤吹き付け方法 | |
JP6528243B2 (ja) | 不織布、空気清浄機、および不織布の製造方法 | |
JP6508630B2 (ja) | 積層不織布の製造装置 | |
CN106256403B (zh) | 层叠无纺布、空气净化机及层叠无纺布的制造方法 | |
JP6551798B2 (ja) | 積層体 | |
JP6611049B2 (ja) | 不織布の製造方法および製造装置 | |
JP2017197874A (ja) | 積層体、その製造方法および製造装置 | |
JP2018199227A (ja) | 積層体、エアフィルタおよび空気清浄機 | |
JP6624586B2 (ja) | 積層体の製造方法および製造装置 | |
JP7074433B2 (ja) | 繊維シートの製造装置及び繊維シートの製造方法 | |
JP2024029488A (ja) | マスク | |
JP6464486B2 (ja) | 積層体の製造方法および製造装置 | |
JP2022110538A (ja) | ナノファイバーフィルター積層体、該積層体を用いたマスク |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20130208 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141008 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150716 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150724 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150804 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160118 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160208 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5883614 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |