JP6391980B2 - ファイバー状構造体製造用ノズル及びファイバー状構造体のファイバーバンドルの製造方法 - Google Patents
ファイバー状構造体製造用ノズル及びファイバー状構造体のファイバーバンドルの製造方法 Download PDFInfo
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1.固化可能な溶液をファイバー状に吐出可能な吐出孔を有するファイバー状構造体製造用ノズルであって、前記溶液を導入する導入口の孔径Dが1μm以下であり、ファイバー状に吐出する吐出口の孔径dが0.5μm以下であり、D>dの関係を満たすファイバー状構造体製造用ノズル。
2.溶液を導入する導入口の孔径Dが0.5μm以下であり、ファイバー状に吐出する吐出口の孔径dが0.3μm以下である前記1に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
3.前記吐出口の孔径dの孔部分が、酸に難溶性の材料でコーティングされている前記1または2に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
4.前記コーティング層の厚さが5〜200nmである前記3に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
5.前記酸に難溶性の材料が、金、プラチナのいずれか一つである前記3または4に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
7.前記1〜6のいずれかに記載のファイバー状構造体製造用ノズルを介し、固化可能な溶液を固化液中に押し出すことによる、ファイバー状構造体それぞれ1本の平均直径が10〜300nmのファイバー状構造体からなるファイバーバンドルの製造方法。
8.固化可能な溶液として、高分子溶液を用いる前記7に記載のファイバーバンドルの製造方法。
9.高分子溶液として、アクリロニトリル系ポリマー溶液を用いる前記8に記載のファイバーバンドルの製造方法。
11.ファイバー状構造体が、アクリル繊維のファイバー状構造体である前記10に記載のファイバーバンドル。
12.前記1〜6のいずれかに記載のファイバー状構造体製造用ノズルから、ファイバーバンドルの製造方法により製造されたファイバーバンドル。
本発明のファイバー状構造体製造用ノズルは、固化可能な溶液をファイバー状に吐出可能な吐出孔を有するファイバー状構造体製造用ノズルであって、前記溶液を導入する導入口の孔径Dが1μm以下、好ましくは0.5μm以下であり、ファイバー状に吐出する吐出口の孔径dが0.5μm以下、好ましくは0.3μm以下であり、D>dの関係を満たすファイバー状構造体製造用のノズルである。本発明のファイバー状構造体製造用ノズルの一例の模式断面図を図1に示す。図1中、dは吐出口の孔径、Dは導入口の孔径、Cは酸に難溶性のコーティング材、1は固化可能な溶液を吐出する吐出孔のある層、2は固化可能な溶液を導入する導入孔のある層を示す。
(1)導入口の孔径Dが1μm以下、好ましくは0.5μm以下であり、吐出口の孔径dが0.5μm以下、好ましくは0.3μm以下であり、D>dの関係を満たす、導入孔が存在する層と吐出孔が存在する層との二段階層構造を同一基板に形成し、また各層の導入孔と吐出孔とで両側に開口した貫通孔を形成してノズルとする方法。
(2)それぞれ同一または異なる基板から形成した、導入口の孔径Dが1μm以下、好ましくは0.5μm以下であり、吐出口の孔径dが0.5μm以下、好ましくは0.3μm以下であり、D>dの関係を満たす、導入孔が存在する層と、吐出孔が存在する層とを重ね合わせ二段階層構造を形成し、さらに各層の導入孔と吐出孔とで両側に開口した貫通孔を形成してノズルとする方法。
本発明ではコーティングした酸に難溶のコーティング層はそのままの状態で本発明のノズルとして用いることが可能である。このようにコーティング材を残して用いる場合は、コーティング材によって細孔の孔径を狭小化し、吐出口の孔径dが0.5μm以下、好ましくは0.3μm以下の吐出孔となる細孔部分のあるポーラスアルミナを形成する。この場合、吐出孔となる細孔の孔径d、その細孔の長さ等のサイズの制御は、ポーラスアルミナ表面からコーティングされた酸に難溶性の材料のコーティング層の厚み並び吐出面からの長さによって決定される。また、本発明ではこのコーティング層を除去してノズルとして用いることも可能である。この際コーティングされた部分はエッチングされていないので、コーティング層を除いた場合は吐出口となる細孔の孔径dはほぼ最初に形成したポーラスアルミナの孔径となる。またその細孔の長さはコーティングされた酸に難溶性の材料のポーラスアルミナ表面からの長さによって決定される。
本発明のファイバーバンドルの製造方法は、本発明のファイバー構造体製造用ノズルを用い、ノズルを適宜プラスチック製等の枠体等の治具に装着して紡糸装置とし、ノズルの導入口に供給された固化可能な溶液を吐出孔より固化液中に押し出すことにより、ファイバー構造体それぞれ1本の平均直径が10〜300nmのファイバー状構造体からなるファイバーバンドルを得るものである。
本発明において、ファイバー状構造体の形成の際の固化可能な溶液とは、例えば、溶媒に溶解し貧溶媒或いは非溶媒に不溶な高分子の溶媒溶液のことであり、固化液とは、例えば、ノズルより吐出された高分子の溶媒溶液を固化する高分子の貧溶媒或いは非溶媒からなる凝固液のことである。
また、ファイバー状構造体の形成の際、高分子の溶媒溶液を貧溶媒或いは非溶媒からなる凝固液中に押し出す方法以外に、例えば、固化液と反応して固化するような固化可能な溶液を固化液中に押し出す方法、また、固化可能な溶液として光硬化性モノマーを用い、モノマーをこのモノマーが混じり合わない溶液中に押し出しながら光照射を行い、モノマーを重合固化する方法等を採用することも可能である。
[二段階層構造のファイバー状構造体製造用ノズルの作製]
450℃で1時間アニール処理を施し、表面を電解研磨して鏡面化したアルミニウム板(縦7cm×横1.5cm、純度99.99%)の表面に、500nm周期で突起が規則的に配列したパターンを有するニッケル製モールドを2000kg/cm2の圧力で押し付け表面に規則的な窪みパターンを形成した。得られたアルミニウム板を0.1モルのリン酸溶液中、浴温0℃、化成電圧200Vで90分間陽極酸化を行い、膜厚18μmの孔径が120nmの細孔(穴)のあるポーラスアルミナ膜を作製した。陽極酸化後裏側に形成されたアルミナ層を機械的に削り取り、ヨードメタノール中、浴温50℃で35分間浸漬して残存地金を溶解除去した。
[吐出孔の選択的配置のファイバー状構造体製造用ノズルの作製]
シリコンウエハ上に電子ビーム描画装置を用いて膜厚1.6μmにフォトレジストをスピンコートして間隔が75μm正方格子状に配設された直径15μmの円形の孔の配置パターンを形成し、これを型にしてポリジメチルシロキサンのプレポリマーを注入し室温条件下で12時間放置して硬化し、間隔が75μm正方格子状に配設された直径15μmの円形の複数個の突起パターンが形成されたポリジメチルシロキサンよりなるスタンプを作った。
得られたスタンプを、クロロプレンのトルエン溶液に浸漬した後、トルエンを揮発させてスタンプの突起パターンの表面にクロロプレン薄膜を形成した。このスタンプを、アルミニウム板を0.3モルのシュウ酸浴中、浴温17℃、化成電圧40Vの条件下において1時間陽極酸化を行って得た、膜厚7μmの細孔(穴)のあるポーラスアルミナ表面に、押し付け、スタンプの凹部に対応した部分に形成されたクロロプレン薄膜のみをポーラスアルミナ表面に転写し孔の配置パターンのあるマスクを形成した。
[ファイバー状構造体からなるファイバーバンドルの製造]
作製例2と同様にして作製した、貫通孔を選択的に形成したことによる吐出孔を選択的に配置したファイバー状構造体製造用ノズルを、濃度0.1質量%のオプツール(フッ素系化合物)溶液を用いて撥水撥油処理して、直径2mmの孔の開いたプラスチック製治具に接着剤で貼り付けて紡糸装置とした。用いたファイバー状構造体製造用ノズルは、吐出口での孔径が170nmの吐出孔、吐出孔数が45万個、吐出孔周期(孔の中心と孔の中心との間隔)が500nm、導入口での孔径が320nmの導入孔を備えた二段階層構造を有するものであった。
D 導入口の孔径
C コーティング材
1 吐出孔のある層
2 導入孔のある層
3 ノズル面
4 吐出孔が複数含まれるドメイン
Claims (6)
- 固化可能な溶液をファイバー状に吐出可能な吐出孔を有するファイバー状構造体製造用ノズルであって、前記溶液を導入する導入口の孔径Dが1μm以下であり、ファイバー状に吐出する吐出口の孔径dが0.5μm以下であり、D>dの関係を満たし、前記吐出口の孔径dの部分が酸に難溶性の材料でコーティングされているファイバー状構造体製造用ノズル。
- 溶液を導入する導入口の孔径Dが0.5μm以下であり、ファイバー状に吐出する吐出口の孔径dが0.3μm以下である請求項1に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
- 前記コーティング層の厚さが5〜200nmである請求項1または請求項2に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
- 前記酸に難溶性の材料が、金、プラチナのいずれか一つである請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
- 吐出孔を500個〜30万個有するドメインとしてノズル面に吐出孔が選択的に配置され、かつ複数の前記ドメインが互いに分離して配置された請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のファイバー状構造体製造用ノズル。
- 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のファイバー状構造体製造用ノズルを用い、固化可能な溶液を固化液中に押し出すことにより、ファイバー状構造体それぞれ1本の平均直径が10〜300nmのファイバー状構造体からなるバンドルを得るファイバーバンドルの製造方法。
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