JP6591817B2 - Electrospinning device - Google Patents
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Description
本発明は、電界紡糸装置に関する。 The present invention relates to an electrospinning apparatus.
電界紡糸法(エレクトロスピニング法)は、機械力や熱力を使わずにナノサイズの直径のファイバ(以下、ナノファイバという)を比較的簡単に製造できる技術として注目を浴びている。これまで行われてきた電界紡糸法では、ナノファイバの原料となる物質の溶液をシリンジに充填しておき、該シリンジに取り付けられている針状のノズルと、これに対向する捕集用電極との間に直流高電圧を印加した状態下に、該ノズルの先端から溶液を吐出する操作を行う。吐出された溶液はクーロン力で延伸されるとともに溶媒が瞬時に蒸発し、原料は凝固しながらナノファイバが形成される。そしてナノファイバは捕集用電極の表面に堆積する。 The electrospinning method (electrospinning method) is attracting attention as a technology that can relatively easily manufacture a nano-sized diameter fiber (hereinafter referred to as nanofiber) without using mechanical force or thermal force. In the electrospinning method that has been performed so far, a solution of a substance that is a raw material for nanofibers is filled in a syringe, a needle-like nozzle attached to the syringe, and a collection electrode facing the needle-like nozzle The operation of discharging the solution from the tip of the nozzle is performed under the condition that a high DC voltage is applied during the period. The discharged solution is stretched by Coulomb force, the solvent is instantly evaporated, and nanofibers are formed while the raw material is solidified. The nanofibers are deposited on the surface of the collecting electrode.
このナノファイバ製造の生産性を高めることを目的として、特許文献1においては、金属球と紡出ノズルの開口との間に高電圧を印加し、金属球と紡出ノズルの開口との経路に直交するように高速気流を噴出する高速気流噴射ノズルを設け、高速気流噴射ノズルにより、紡出ノズルから紡出するナノファイバを高速気流噴射ノズルにより飛散させると共に進路を変更させ、飛散するナノファイバをナノファイバ捕集部で捕集するナノファイバの製造方法が開示されている。 In order to increase the productivity of the nanofiber manufacturing, in Patent Document 1, a high voltage is applied between the metal sphere and the opening of the spinning nozzle, and the path between the metal sphere and the opening of the spinning nozzle is applied. A high-speed airflow injection nozzle that ejects a high-speed airflow so as to be orthogonal to each other is provided, and the nanofiber spun from the spinning nozzle is scattered by the high-speed airflow injection nozzle, the course is changed, and the nanofiber that is scattered is dispersed. A method for producing nanofibers collected by a nanofiber collecting part is disclosed.
ナノファイバの生産性は根本的には、単位時間あたりに1本の原料液噴射ノズルから噴射される原料液の量で決まる。その為、噴射される原料液の帯電量を増加させることが必要である。しかし、電界紡糸の張力を安定的に一定にすることができなければ生産性を向上させることは難しい。電界紡糸の張力を安定的に一定にする為には、紡糸電圧を調整することが重要な一要因であり、紡糸電圧を上げた際にも電界紡糸の張力のバランスが崩れることなく、電界紡糸の張力を安定的に一定にできる電界紡糸装置の開発が望まれていた。 The productivity of the nanofiber is fundamentally determined by the amount of the raw material liquid injected from one raw material liquid injection nozzle per unit time. Therefore, it is necessary to increase the charge amount of the raw material liquid to be injected. However, it is difficult to improve productivity unless the tension of electrospinning can be made stable. In order to keep the electrospinning tension stable and constant, adjusting the spinning voltage is an important factor, and even when the spinning voltage is increased, the balance of the electrospinning tension is not lost, and electrospinning is performed. It has been desired to develop an electrospinning apparatus that can stably maintain a constant tension.
一方、原料液の帯電量の増加という観点及び紡糸電圧の調整という観点において、上述の特許文献1に記載の技術は十分とは言えず、満足すべき生産性でナノファイバを得ることは難しい。 On the other hand, in terms of increasing the charge amount of the raw material liquid and adjusting the spinning voltage, the technique described in Patent Document 1 is not sufficient, and it is difficult to obtain nanofibers with satisfactory productivity.
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る電界紡糸装置を提供することにある。 Therefore, the subject of this invention is providing the electrospinning apparatus which can eliminate the fault which the prior art mentioned above has.
本発明は、原料液を噴射する導電性のノズルを備えた原料噴射部と、前記ノズルと電気的に絶縁して配置された凹曲面を有する電極と、前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させる電圧発生部と、前記ノズルと前記電極の間に空気流を噴射する空気流噴射部とを備えた電界紡糸装置であって、前記電極は前記ノズルと対向する面の略全面が、表面に誘電体の露出した被覆体で被覆され、該電極と該被覆体とが接しており、前記電極における前記被覆体と接する面と該被覆体における該電極と接する面とが同一形状であり、前記電極における前記ノズルが延びる方向の開口端部の厚みが、該開口端部に位置する前記被覆体の厚みよりも薄い電界紡糸装置を提供するものである。 The present invention provides a raw material injection unit having a conductive nozzle for injecting a raw material liquid, an electrode having a concave curved surface disposed in an electrically insulated manner from the nozzle, and a voltage between the nozzle and the electrode. An electrospinning apparatus comprising: a voltage generator to be generated; and an airflow injection unit that injects an airflow between the nozzle and the electrode, wherein the electrode has a substantially entire surface facing the nozzle, And the electrode is in contact with the covering, and the surface of the electrode that contacts the covering and the surface of the covering that contacts the electrode have the same shape, An electrospinning apparatus is provided in which the thickness of the opening end of the electrode in the direction in which the nozzle extends is thinner than the thickness of the covering positioned at the opening end.
本発明によれば、原料液の帯電量を従来よりも増加させることができると共に、電界紡糸の張力のバランスが崩れ難く、電界紡糸の張力を安定的に一定にでき、その結果、ナノファイバの生産性を従来よりも高めることが可能となる。 According to the present invention, the amount of charge of the raw material liquid can be increased as compared with the prior art, the balance of the electrospinning tension is not easily lost, and the electrospinning tension can be stably kept constant. Productivity can be increased as compared with the prior art.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図1には、本発明の電界紡糸装置の第1実施形態であるナノファイバ製造装置の分解斜視図が示されている。図2は、図1に示すナノファイバ製造装置の断面構造を示す模式図である。これらの図に示すとおり、第1実施形態のナノファイバ製造装置1Aは、基本的にはESD(Electro−Spray Deposition)と高速噴出気流(ジェット)を組み合わせたジェットESD法を採用したものである。製造装置1Aは、例えばナノファイバ製造用の原料液を噴射する導電性のノズル21を備えた原料噴射部2と、ノズル21と電気的に絶縁して配置された凹曲面3fを有する電極3と、ノズル21と電極3の間に電圧を発生させる電圧発生部4と、ノズル21と電極3の間に空気流を噴射する空気流噴射部5とを備えている。また、製造装置1Aでは、電極3はノズル21と対向する面3fの略全面が、表面に誘電体の露出した被覆体6で被覆されている。電極3のノズル21と対向する面3fとは、ノズル21の先端21a(原料液が噴射する開口部)から臨むことのできる電極3の表面のことを意味し、製造装置1Aでは、後述するように、凹曲面3fと同じ面である。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of a nanofiber manufacturing apparatus which is a first embodiment of the electrospinning apparatus of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the nanofiber manufacturing apparatus shown in FIG. As shown in these drawings, the nanofiber manufacturing apparatus 1A of the first embodiment basically employs a jet ESD method in which ESD (Electro-Spray Deposition) and a high-speed jet stream (jet) are combined. 1A of manufacturing apparatuses are the raw material injection part 2 provided with the conductive nozzle 21 which injects the raw material liquid for nanofiber manufacture, for example, The electrode 3 which has the concave curved surface 3f arrange | positioned electrically insulated from the nozzle 21, The voltage generator 4 that generates a voltage between the nozzle 21 and the electrode 3 and the airflow injection unit 5 that injects an airflow between the nozzle 21 and the electrode 3 are provided. In the manufacturing apparatus 1A, the electrode 3 is covered with a covering 6 with a dielectric exposed on the entire surface of the surface 3f facing the nozzle 21. The surface 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 means the surface of the electrode 3 that can be faced from the tip 21a (opening portion through which the raw material liquid is injected) of the nozzle 21, and will be described later in the manufacturing apparatus 1A. Further, it is the same surface as the concave curved surface 3f.
製造装置1Aでは、電極3は、図1に示すように、全体として凹球面形状をしており、特に略椀形をしている。そして電極3は、その略椀形の内面であるノズル21と対向する面3fが凹曲面に形成されている。電極3は、その内面が凹曲面3fとなっている限りにおいて、その外面の形状は略椀形になっていることを要せず、その他の形状となっていてもよい。電極3は、導電性材料から構成されている。電極3は、電気絶縁性材料からなる基台30に固定されている。また、電極3は、図2に示すとおり電圧発生部4である直流高圧電源41に接続され、負電圧が印加されるようになっている。 In the manufacturing apparatus 1A, as shown in FIG. 1, the electrode 3 has a concave spherical shape as a whole, and particularly has a substantially bowl shape. The electrode 3 is formed with a concave curved surface 3f that faces the nozzle 21, which is a substantially bowl-shaped inner surface. As long as the inner surface of the electrode 3 is a concave curved surface 3f, the outer surface of the electrode 3 does not need to be substantially bowl-shaped, and may have other shapes. The electrode 3 is made of a conductive material. The electrode 3 is fixed to a base 30 made of an electrically insulating material. In addition, the electrode 3 is connected to a DC high voltage power supply 41 which is a voltage generating unit 4 as shown in FIG. 2, and a negative voltage is applied thereto.
電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fを、その開口端部31側から見たとき、該開口端部31の周縁は円形をしている。この円形は、真円形でもよく、あるいは楕円形でもよいが、ノズル21の先端に電界を集中させる観点からは、開口端部31の周縁は、真円形であることが好ましい。一方、ノズル21と対向する面(凹曲面)3fは、内面のいずれの位置においても曲面になっている。ここで言う曲面とは、(イ)平面部を全く有していない曲面のことであるか、(ロ)平面部を有する複数のセグメントを繋ぎ合わせて全体として凹曲面とみなせる形状となっていることであるか、又は(ハ)互いに直交する三軸のうち一軸が曲率を有さない帯状部を有する複数の環状セグメントを繋ぎ合わせて全体として凹曲面とみなせる形状となっていることのいずれかを言う。(ロ)の場合は、例えば縦及び横の長さが0.5mm以上5mm以下程度の矩形となっている、同一の又は異なる大きさの平面部を有するセグメントを繋ぎ合わせて凹曲面を形成することが好ましい。(ハ)の場合は、例えば半径が種々異なり、かつ高さが0.001mm以上5mm以下程度である扁平な複数種類の円筒からなる環状セグメントを繋ぎ合わせて凹曲面3fを形成することが好ましい。この環状セグメントにおいては、互いに直交する三軸、すなわちX軸、Y軸及びZ軸のうち、円筒の横断面を含むX軸及びY軸が曲率を有し、かつ円筒の高さ方向であるZ軸が曲率を有していないことが好ましい。 When the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 is viewed from the opening end portion 31 side, the periphery of the opening end portion 31 is circular. This circle may be a perfect circle or an ellipse, but from the viewpoint of concentrating the electric field on the tip of the nozzle 21, the peripheral edge of the opening end 31 is preferably a true circle. On the other hand, the surface (concave curved surface) 3f facing the nozzle 21 is a curved surface at any position on the inner surface. The curved surface referred to here is (a) a curved surface that does not have a flat surface portion at all, or (b) a shape that can be regarded as a concave curved surface as a whole by connecting a plurality of segments having a flat surface portion. Or (c) one of the three axes orthogonal to each other is connected to a plurality of annular segments having a belt-like portion with no curvature, and has a shape that can be regarded as a concave curved surface as a whole. Say. In the case of (b), a concave curved surface is formed by connecting segments having flat portions of the same or different sizes, for example, having a rectangular shape with a vertical and horizontal length of about 0.5 mm to 5 mm. It is preferable. In the case of (c), for example, it is preferable to form the concave curved surface 3f by connecting annular segments made of a plurality of flat cylinders having different radii and heights of about 0.001 mm to 5 mm. In this annular segment, among the three axes orthogonal to each other, that is, the X-axis, Y-axis, and Z-axis, the X-axis and Y-axis including the cross section of the cylinder have a curvature, and Z is the height direction of the cylinder It is preferred that the axis has no curvature.
電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fは、その任意の位置における法線がノズル21の先端又はその近傍を通るような形状となっていることが好ましい。この観点から、該凹曲面は、真球の球殻の内面と同じ形状をしていることが特に好ましい。 It is preferable that the surface (concave curved surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 has a shape such that the normal line at an arbitrary position passes through the tip of the nozzle 21 or the vicinity thereof. From this viewpoint, it is particularly preferable that the concave curved surface has the same shape as the inner surface of a true spherical shell.
製造装置1Aでは、図1及び図2に示すとおり、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fの最底部は開口しており、その開口部に原料噴射部2を構成するノズルアセンブリ20が取り付けられている。ノズルアセンブリ20は、ノズル21と、ノズル21を支持する支持部22とを有している。 In the manufacturing apparatus 1A, as shown in FIGS. 1 and 2, the bottom of the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 is open, and the nozzle assembly that forms the raw material injection unit 2 in the opening. 20 is attached. The nozzle assembly 20 includes a nozzle 21 and a support portion 22 that supports the nozzle 21.
製造装置1Aでは、原料噴射部2のノズル21は、導電性材料から構成されており、一般には金属から構成されている。好適には、ノズル21は、針状の直管から構成されている。ノズル21内には、原料液が流通可能になっている。ノズル21の内径は、その下限値を好ましくは200μm以上、更に好ましくは300μm以上に設定することができる。一方、その上限値を好ましくは3000μm以下、更に好ましくは2000μm以下に設定することができる。ノズル21の内径は、例えば好ましくは200μm以上3000μm以下、更に好ましくは300μm以上2000μm以下に設定することができる。ノズル21の外径は、その下限値を好ましくは300μm以上、更に好ましくは400μm以上に設定することができる。一方、その上限値を好ましくは4000μm以下、更に好ましくは3000μm以下に設定することができる。ノズル21の外径は、例えば好ましくは300μm以上4000μm以下、更に好ましくは400μm以上3000μm以下に設定することができる。ノズル21の内径及び外径をこの範囲内に設定することで、高分子を含有し粘性をもつ原料液を容易に、かつ定量的に送液できるとともに、ノズル周辺の狭い領域に電界が集中し、原料液を効率よく帯電させられるので好ましい。 In the manufacturing apparatus 1A, the nozzle 21 of the raw material injection unit 2 is made of a conductive material, and is generally made of metal. The nozzle 21 is preferably composed of a needle-like straight pipe. A raw material liquid can be circulated in the nozzle 21. The lower limit of the inner diameter of the nozzle 21 is preferably set to 200 μm or more, more preferably 300 μm or more. On the other hand, the upper limit is preferably set to 3000 μm or less, more preferably 2000 μm or less. The inner diameter of the nozzle 21 can be set, for example, preferably from 200 μm to 3000 μm, and more preferably from 300 μm to 2000 μm. The lower limit of the outer diameter of the nozzle 21 is preferably set to 300 μm or more, more preferably 400 μm or more. On the other hand, the upper limit value can be set to preferably 4000 μm or less, and more preferably 3000 μm or less. The outer diameter of the nozzle 21 can be set, for example, preferably from 300 μm to 4000 μm, and more preferably from 400 μm to 3000 μm. By setting the inner diameter and outer diameter of the nozzle 21 within this range, it is possible to easily and quantitatively feed a viscous raw material liquid containing a polymer, and an electric field concentrates in a narrow area around the nozzle. It is preferable because the raw material liquid can be charged efficiently.
製造装置1Aでは、ノズル21は、その延びる方向が、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fにおける開口端部31によって画成される円の中心か、又はその中心の近傍と、該対向する面(凹曲面)3fにおける最底部に設けられた開口の中心か、又はその中心の近傍とを通るように配置されることが好ましい。とりわけ、該対向する面(凹曲面)3fの開口端部31によって画成される円を含む平面と、ノズル21の延びる方向とが直交していることが好ましい。このようにノズル21を配置することで、ノズル21の先端21aに電界が更に一層集中するようになる。 In the manufacturing apparatus 1A, the extending direction of the nozzle 21 is the center of the circle defined by the opening end 31 on the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 or the vicinity of the center, It is preferably arranged so as to pass through the center of the opening provided at the bottom of the opposing surface (concave surface) 3f or the vicinity of the center. In particular, it is preferable that the plane including the circle defined by the opening end 31 of the opposing surface (concave curved surface) 3f and the direction in which the nozzle 21 extends are orthogonal. By arranging the nozzle 21 in this way, the electric field is further concentrated on the tip 21 a of the nozzle 21.
ノズル21の先端21aの位置に関しては、該先端21aが、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fにおける開口端部31によって画成される円を含む平面内又は該平面近傍に位置することが好ましい。特に、該平面よりも該対向する面(凹曲面)3fの内側に位置するように該ノズル21を配置することが好ましい。具体的には該平面よりも1〜10mm内側に配置することが好ましい。ノズル21の先端21aの位置をこのようにすることで、ノズル21の先端21aから噴射された原料液が、電極3の前記対向する面(凹曲面)3fに引き寄せられにくくなり、該対向する面(凹曲面)3fが該原料液によって汚染され難くなる。この観点から、電極3の該対向する面(凹曲面)3fは、真球の球殻の略半球面の形状をしていることが特に好ましい。 As for the position of the tip 21a of the nozzle 21, the tip 21a is located in or near the plane including the circle defined by the open end 31 on the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3. It is preferable to do. In particular, it is preferable to arrange the nozzle 21 so as to be located inside the opposing surface (concave curved surface) 3f rather than the plane. Specifically, it is preferable to dispose 1 to 10 mm inside the plane. By making the position of the tip 21a of the nozzle 21 in this way, the raw material liquid sprayed from the tip 21a of the nozzle 21 becomes difficult to be drawn to the facing surface (concave surface) 3f of the electrode 3, and the facing surface The (concave curved surface) 3f is hardly contaminated by the raw material liquid. From this viewpoint, it is particularly preferable that the facing surface (concave curved surface) 3f of the electrode 3 has a substantially hemispherical shape of a true spherical shell.
製造装置1Aでは、原料噴射部2の支持部22は、電気絶縁性材料から構成されている。したがって、先に述べた電極3とノズル21とは、図2に示すように、支持部22によって電気的に絶縁されている。また、ノズル21は接地されている。ノズル21の先端21aは、凹曲面に形成された電極3内に露出している。ノズル21は、支持部22を貫通しており、ノズル21の後端21bは、電極3の背面側(すなわち、ノズル21と対向する面(凹曲面)3fと反対側の面側)において露出している。なおノズル21は必ずしも支持部22を貫通している必要はなく、支持部22に設けた原料液供給用の貫通孔の途中にノズル21の後端21bが位置していてもよい。ノズル21の後端21bあるいは支持部22に設けた原料液供給用の貫通孔は、例えばナノファイバ製造用の原料液の供給源(図示せず)に接続されている。ノズルアセンブリ20は、原料の供給源を構成するとともに原料噴射部2を構成する。 In 1 A of manufacturing apparatuses, the support part 22 of the raw material injection part 2 is comprised from the electrically insulating material. Therefore, the electrode 3 and the nozzle 21 described above are electrically insulated by the support 22 as shown in FIG. The nozzle 21 is grounded. The tip 21a of the nozzle 21 is exposed in the electrode 3 formed in a concave curved surface. The nozzle 21 penetrates the support portion 22, and the rear end 21 b of the nozzle 21 is exposed on the back side of the electrode 3 (that is, the surface opposite to the surface (concave surface) 3 f facing the nozzle 21). ing. The nozzle 21 does not necessarily have to penetrate the support portion 22, and the rear end 21 b of the nozzle 21 may be located in the middle of the through hole for supplying the raw material liquid provided in the support portion 22. The through hole for supplying the raw material liquid provided in the rear end 21b of the nozzle 21 or the support portion 22 is connected to a raw material liquid supply source (not shown) for producing nanofibers, for example. The nozzle assembly 20 constitutes a raw material supply source and the raw material injection unit 2.
製造装置1Aでは、ノズル21の先端21aと、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fとの間の距離(最短距離)は、20mm以上、特に30mm以上に設定することが好ましい。これよりも狭いと、ノズル21の先端から噴射され、ファイバ状になった原料液が電極3の凹曲面に付着しやすくなる。ノズル21の先端21aと、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fとの間の距離の上限値は、100mm以下、特に50mm以下に設定することが好ましい。これよりも広いとノズル21と電極3との間に形成される電界が弱くなり、高い帯電量が得られ難くなる。このような観点から、例えば両者間の距離(最短距離)は、20mm以上100mm以下に設定することが好ましく、30mm以上50mm以下に設定することが更に好ましい。 In the manufacturing apparatus 1A, the distance (shortest distance) between the tip 21a of the nozzle 21 and the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 is preferably set to 20 mm or more, particularly 30 mm or more. If it is narrower than this, the raw material liquid sprayed from the tip of the nozzle 21 and in the form of a fiber tends to adhere to the concave curved surface of the electrode 3. The upper limit value of the distance between the tip 21a of the nozzle 21 and the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 is preferably set to 100 mm or less, particularly 50 mm or less. If it is wider than this, the electric field formed between the nozzle 21 and the electrode 3 becomes weak, and it becomes difficult to obtain a high charge amount. From such a viewpoint, for example, the distance (shortest distance) between the two is preferably set to 20 mm or more and 100 mm or less, and more preferably set to 30 mm or more and 50 mm or less.
製造装置1Aでは、先に述べたように、図2に示すように、ノズル21が接地されており、これに対して電極3には電圧発生部4の直流高圧電源41により負電圧が印加されている。従って、電極3が陰極になり、かつノズル21が陽極になり、電極3とノズル21との間に電圧が発生し、電界が形成される。なお、電極3とノズル21との間に電界を生じさせるためには、図2に示す電圧の印加のしかたに代えて、ノズル21に正電圧を印加するとともに、電極3を接地してもよい。尤も、ノズル21に正電圧を印加するよりも、該ノズル21を接地する方が、絶縁対策を簡便にできるので好ましい。また電圧発生部4によって発生させる電圧は、電極3が陰極に保たれ、かつノズル21が陽極に保たれる限り、すなわちノズル21が陰極よりも高電位に保たれる限り、直流電圧に交流電圧を重畳したような変動電圧でもよい。原料液の帯電量を一定に保ち、均一な太さのナノファイバを製造するという観点からは電圧は直流電圧であることが好ましい。 In the manufacturing apparatus 1A, as described above, the nozzle 21 is grounded as shown in FIG. 2, and a negative voltage is applied to the electrode 3 by the DC high-voltage power supply 41 of the voltage generator 4. ing. Therefore, the electrode 3 becomes a cathode and the nozzle 21 becomes an anode, and a voltage is generated between the electrode 3 and the nozzle 21 to form an electric field. In order to generate an electric field between the electrode 3 and the nozzle 21, instead of applying the voltage shown in FIG. 2, a positive voltage may be applied to the nozzle 21 and the electrode 3 may be grounded. . However, it is preferable to ground the nozzle 21 rather than applying a positive voltage to the nozzle 21 because an insulation measure can be simplified. The voltage generated by the voltage generator 4 is a DC voltage as long as the electrode 3 is kept at the cathode and the nozzle 21 is kept at the anode, that is, as long as the nozzle 21 is kept at a higher potential than the cathode. It is also possible to use a fluctuating voltage that is superimposed. From the viewpoint of keeping the charge amount of the raw material liquid constant and producing nanofibers of uniform thickness, the voltage is preferably a DC voltage.
製造装置1Aでは、電圧発生部4に高圧電源装置などの公知の装置を用いることができる。電極3とノズル21との間に加わる電位差は、1kV以上、特に10kV以上とすることが、原料液を十分に帯電させ得る点から好ましい。一方、この電位差は100kV以下、特に50kV以下とすることが、ノズル21と電極3との間における放電を防止する点から好ましい。例えば1kV以上100kV以下、特に10kV以上50kV以下とすることが好ましい。なお電圧発生部4で印加した電圧が変動電圧である場合は、電極3とノズル21との間に発生する電位差の時間平均が前記範囲内とすることが好ましい。 In the manufacturing apparatus 1 </ b> A, a known device such as a high-voltage power supply device can be used for the voltage generator 4. The potential difference applied between the electrode 3 and the nozzle 21 is preferably 1 kV or more, particularly 10 kV or more from the viewpoint that the raw material liquid can be sufficiently charged. On the other hand, this potential difference is preferably 100 kV or less, particularly 50 kV or less from the viewpoint of preventing discharge between the nozzle 21 and the electrode 3. For example, it is preferably 1 kV to 100 kV, particularly preferably 10 kV to 50 kV. When the voltage applied by the voltage generator 4 is a variable voltage, it is preferable that the time average of the potential difference generated between the electrode 3 and the nozzle 21 is within the above range.
製造装置1Aでは、空気流噴射部5は、図1及び図2に示すとおり、ノズルアセンブリ20におけるノズル21の基部の近傍に、貫通孔51を有している。空気流噴射部5は、ノズル21の延びる方向に沿って形成されている。更に空気流噴射部5は、ノズル21の先端21aの方向に向けて高速空気流を噴射させることが可能なように形成されている。電極3の開口端部31側から見たとき、空気流噴射部5の貫通孔51は、ノズル21を取り囲むように2個設けられている。貫通孔51は、ノズル21を挟んで対称な位置に形成されている。貫通孔51を有する空気流噴射部5は、その後端側の開口部が空気流の供給源(図示せず)に接続されている。この供給源から空気が供給されることで、ノズル21の周囲から空気が噴射されるようになっている。噴射した空気は、ノズル21の先端21aから噴射され、かつ電界の作用によって細長く引き伸ばされた原料液を、空気流噴射部5に対向する位置に配置された後述する捕集部(図示せず)に向けて搬送すると共に、ナノファイバを延伸させることに寄与する。なお、製造装置1Aでは、空気流噴射部5の貫通孔51が2個設けられている状態が示されているが、貫通孔51の個数はこれに限られず、1個又は3個以上であってもよい。更に、貫通孔51の形状(断面形状)は円形に限られず、矩形、楕円、二重円環、三角、ハニカム等でもよい。均一な空気流を得る観点からはノズル21を囲む環状の貫通孔51が望ましい。 In the manufacturing apparatus 1 </ b> A, the airflow injection unit 5 has a through hole 51 in the vicinity of the base of the nozzle 21 in the nozzle assembly 20 as shown in FIGS. 1 and 2. The airflow injection unit 5 is formed along the direction in which the nozzle 21 extends. Furthermore, the airflow injection part 5 is formed so as to be able to inject a high-speed airflow toward the tip 21 a of the nozzle 21. When viewed from the opening end 31 side of the electrode 3, two through holes 51 of the airflow ejection unit 5 are provided so as to surround the nozzle 21. The through hole 51 is formed at a symmetrical position with the nozzle 21 in between. The air flow injection section 5 having the through hole 51 has an opening on the rear end side connected to an air flow supply source (not shown). By supplying air from this supply source, air is jetted from around the nozzle 21. The jetted air is a collection unit (not shown), which will be described later, disposed at a position facing the airflow jetting unit 5 from the raw material liquid jetted from the tip 21a of the nozzle 21 and elongated by the action of an electric field. Contributes to stretching the nanofiber while being transported toward the surface. In the manufacturing apparatus 1A, a state in which two through holes 51 of the airflow injection unit 5 are provided is shown. However, the number of the through holes 51 is not limited to this, and may be one or three or more. May be. Furthermore, the shape (cross-sectional shape) of the through hole 51 is not limited to a circle, but may be a rectangle, an ellipse, a double ring, a triangle, a honeycomb, or the like. From the viewpoint of obtaining a uniform air flow, an annular through hole 51 surrounding the nozzle 21 is desirable.
空気流噴射部5から噴射される空気流としては、例えばドライヤー等によって湿度30%RH以下に乾燥させたものを用いることができる。また空気流は、製造されるナノファイバの状態が一定に維持されるようにするために、温度が一定に保たれていることが好ましい。空気流の風速は、例えば10m/sec以上、特に20m/sec以上とすることが好ましい。これよりも遅いと、ナノファイバの進行方向を、ノズル21と電極3の間の電界に逆らって、捕集部のある方向に搬送するのが難しくなる。空気流の風速の上限は、例えば60m/sec以下、特に50m/sec以下とすることが好ましい。これよりも風速が速いと、空気流でファイバが千切れる心配がある。このような観点から、空気流の風速は、10m/sec以上60m/sec以下にすることが好ましく、特に20m/sec以上50m/sec以下であることが好ましい。 As the air flow ejected from the air flow ejecting unit 5, for example, one dried by a dryer or the like to a humidity of 30% RH or less can be used. The air flow is preferably maintained at a constant temperature so that the state of the manufactured nanofibers is maintained constant. The wind speed of the airflow is preferably, for example, 10 m / sec or more, particularly 20 m / sec or more. If it is slower than this, it becomes difficult to convey the traveling direction of the nanofiber in the direction in which the collecting portion is present against the electric field between the nozzle 21 and the electrode 3. The upper limit of the wind speed of the air flow is preferably 60 m / sec or less, particularly 50 m / sec or less, for example. If the wind speed is faster than this, the air flow may cause the fiber to break. From such a viewpoint, the wind speed of the airflow is preferably 10 m / sec or more and 60 m / sec or less, and particularly preferably 20 m / sec or more and 50 m / sec or less.
製造装置1Aでは、被覆体6は、図1及び図2に示すように、陰極である電極3の表面のうちの、ノズル21と対向する面(凹曲面)3fの略全面に、表面に誘電体の露出した被覆体6が配置されている。ここで略全面とは、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fの全表面積(100%)の90%以上の面積を占める面積であることを意味する。また、表面に誘電体の露出した被覆体6とは、該表面の略全面(90%以上の面積)が誘電体のみで構成された被覆体6のことである。被覆体6は、表面の全面(100%の面積)が誘電体のみで構成されていることが好ましい。すなわち、被覆体6は、表面に誘電体が露出し、表面に金属などの導電体が非存在とした被覆体であることが好ましい。単一種の誘電体から構成された被覆体がその典型例であるが、被覆体は複数種の誘電体が積層された複合体であってもよいし、表面が誘電体のみで構成されていれば、内部(表面に露出しない部分)に金属の粒子、金属や空気の層等を含んだ複合体であってもよい。 In the manufacturing apparatus 1A, as shown in FIGS. 1 and 2, the covering 6 is formed on the surface of the electrode 3 that is a cathode, on the substantially entire surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21, with a dielectric on the surface. An exposed covering 6 is disposed. Here, “substantially the entire surface” means an area that occupies an area of 90% or more of the total surface area (100%) of the surface (concave surface) 3 f facing the nozzle 21 of the electrode 3. Further, the covering 6 with a dielectric exposed on the surface is a covering 6 in which substantially the entire surface (area of 90% or more) is composed only of a dielectric. It is preferable that the entire surface (100% area) of the covering 6 is composed only of a dielectric. That is, the covering 6 is preferably a covering in which a dielectric is exposed on the surface and no conductor such as metal is present on the surface. A typical example is a covering made up of a single type of dielectric, but the covering may be a composite of multiple types of dielectrics, or the surface may be made up of only a dielectric. For example, it may be a composite containing metal particles, a metal or air layer, or the like inside (a portion not exposed on the surface).
製造装置1Aでは、図2に示すように、電極3と被覆体6とが接している。電極3と被覆体6とは、電極3と被覆体6との接合を強固にする観点からは電極3と被覆体6とは密着している方が好ましい。そして、電極3における被覆体6と接する面(凹曲面)3fと被覆体6における電極3と接する面6fとが同一形状となっている。ここで、電極3における被覆体6と接する面3fとは、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fと同じ面である。製造装置1Aでは、被覆体6は、ノズル21と対向する面(凹曲面)3fを有する電極3と相補形状を有する中空の凸部61を有している。言い換えれば、図1及び図2に示すように、該対向する面(凹曲面)3fを有する電極3の形状と、被覆体6における電極と接している部分の形状とが、相似形状である。ここで、被覆体6における電極と接している部分とは、中空の凸部61のことを意味しており、電極3の形状と凸部61の形状とが、相似形状となっている。 In the manufacturing apparatus 1A, as shown in FIG. 2, the electrode 3 and the covering 6 are in contact with each other. From the viewpoint of strengthening the bonding between the electrode 3 and the covering 6, it is preferable that the electrode 3 and the covering 6 are in close contact with each other. The surface (concave surface) 3f in contact with the cover 6 in the electrode 3 and the surface 6f in contact with the electrode 3 in the cover 6 have the same shape. Here, the surface 3 f in contact with the covering 6 in the electrode 3 is the same surface as the surface (concave surface) 3 f facing the nozzle 21 of the electrode 3. In the manufacturing apparatus 1 </ b> A, the covering 6 has a hollow convex portion 61 having a shape complementary to the electrode 3 having a surface (concave curved surface) 3 f facing the nozzle 21. In other words, as shown in FIGS. 1 and 2, the shape of the electrode 3 having the opposing surface (concave surface) 3 f and the shape of the portion in contact with the electrode in the covering 6 are similar. Here, the part in contact with the electrode in the covering 6 means a hollow convex portion 61, and the shape of the electrode 3 and the shape of the convex portion 61 are similar to each other.
製造装置1Aでは、被覆体6の凸部61の頂部は、図1及び図2に示すように、開口しており、該開口には、ノズルアセンブリ20が嵌め込まれるようになっている。凸部61は、電極3の表面のうちのノズル21と対向する面(凹曲面)3fを被覆する。また被覆体6は、中空の凸部61の底部側の開口周縁から水平方向に延出するフランジ部62を有している。フランジ部62は、電極3におけるノズル21が延びる方向の開口端部31の周縁を被覆している。被覆体6を、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fに嵌め合わせた状態においては、例えば粘着剤を用いて電極3と被覆体6とを固定することが好ましい。このように、電極3と被覆体6とを固定する場合に、被覆体6におけるノズル21が延びる方向から見える箇所に、言い換えれば、中空の凸部61の底部側の開口端部から見たとき、絶縁性を損なわせない観点から、被覆体6を貫通する固定用の穴が配置されていないことが好ましい。被覆体6のフランジ部62は、凸部61の開口周縁から水平方向に、1mm以上15mm以下、特に10mm以上12mm以下延出していることが好ましい。 In the manufacturing apparatus 1A, as shown in FIGS. 1 and 2, the top of the convex portion 61 of the covering 6 is opened, and the nozzle assembly 20 is fitted into the opening. The convex portion 61 covers a surface (concave curved surface) 3 f facing the nozzle 21 in the surface of the electrode 3. The covering 6 has a flange portion 62 that extends in the horizontal direction from the opening peripheral edge on the bottom side of the hollow convex portion 61. The flange portion 62 covers the periphery of the opening end portion 31 in the direction in which the nozzle 21 extends in the electrode 3. In a state where the covering 6 is fitted to the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3, it is preferable to fix the electrode 3 and the covering 6 using, for example, an adhesive. Thus, when fixing the electrode 3 and the covering body 6, when viewed from the opening end portion on the bottom side of the hollow convex portion 61, in other words, from the direction in which the nozzle 21 extends in the covering body 6. From the viewpoint of not impairing the insulating properties, it is preferable that no fixing hole penetrating the covering 6 is disposed. The flange portion 62 of the covering 6 preferably extends from the opening periphery of the convex portion 61 in the horizontal direction by 1 mm or more and 15 mm or less, particularly 10 mm or more and 12 mm or less.
電極3と被覆体6とを固定する粘着剤としては、例えばエポキシ樹脂系の接着剤や外付けテープなどを用いることができる。特に義歯安定剤のような着脱可能な粘着剤を用いることで、被覆体6を電極3から取り外ししやすくなり、製造装置1Aのメンテナンス性が向上する。 As an adhesive that fixes the electrode 3 and the covering 6, for example, an epoxy resin adhesive or an external tape can be used. In particular, by using a removable adhesive such as a denture stabilizer, the covering 6 can be easily detached from the electrode 3 and the maintainability of the manufacturing apparatus 1A is improved.
本発明者らは、上記のように、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fを被覆体6で被覆することによって、ノズル21から噴射される原料液の帯電量を顕著に高められることを見出した。そのメカニズムは次のように予想される。製造装置1Aでは、電極3とノズル21の間に形成された電界によって、原料液中の陽イオンは電極3(陰極)側に引き寄せられ、原料液中の陰イオンはノズル21(陽極)の先端21d側に引き寄せられる。噴射される原料液には陽イオンが多く含まれ、原料液は正に帯電する。同時に、電極3とノズル21の間に印加された電圧によって、電極3(陰極)から大気に電子が放出され、電子がノズル21(陽極)に向けて飛来する。この飛来した(負に帯電した)電子は、噴射された(正に帯電した)原料液と衝突し、原料液の帯電を中和し、帯電量を減少させてしまう。一方、陰極である電極3の表面を、表面に誘電体の露出した被覆体6で被覆すれば、電極3からの電子の放出を抑制することができる。その結果、飛来した電子による原料液の中和、すなわち帯電量の減少を抑制でき、原料液の帯電量が高まると考えられる。更に、電極3からノズル21に飛来する電子の数が少なくなるため、電極3とノズル21の間の放電が抑制され、電極3とノズル21の間の印加電圧を増やすことが可能になる。これにより、電極3とノズル21の間の電界を強めて原料液の帯電量を高められる。また、電極3からノズル21に飛来する電子の数が少なくなると、電極3とノズル21の間に流れる電流(漏れ電流)が減り、ナノファイバ製造時の消費電力が低減するという効果も期待できる。前記効果を有効に発現させるためには、ノズル21と対向する面(凹曲面)3fの略全面(90%以上の面積)を被覆体6で被覆することが好ましく、特にノズル21と対向する面の全面(100%の面積)を被覆体6で被覆することが好ましい。 As described above, the inventors significantly increase the charge amount of the raw material liquid sprayed from the nozzle 21 by covering the surface (concave surface) 3f of the electrode 3 facing the nozzle 21 with the covering 6. I found out that The mechanism is expected as follows. In the manufacturing apparatus 1A, the cation in the raw material liquid is attracted to the electrode 3 (cathode) side by the electric field formed between the electrode 3 and the nozzle 21, and the anion in the raw material liquid is the tip of the nozzle 21 (anode). It is pulled toward the 21d side. The raw material liquid to be injected contains a large amount of cations, and the raw material liquid is positively charged. At the same time, electrons are emitted from the electrode 3 (cathode) to the atmosphere by the voltage applied between the electrode 3 and the nozzle 21, and the electrons fly toward the nozzle 21 (anode). The flying (negatively charged) electrons collide with the jetted (positively charged) raw material liquid, neutralizing the charging of the raw material liquid and reducing the charge amount. On the other hand, if the surface of the electrode 3 that is a cathode is covered with a covering 6 with a dielectric exposed, the emission of electrons from the electrode 3 can be suppressed. As a result, it is considered that neutralization of the raw material liquid by flying electrons, that is, a decrease in the charge amount can be suppressed, and the charge amount of the raw material liquid is increased. Furthermore, since the number of electrons flying from the electrode 3 to the nozzle 21 is reduced, the discharge between the electrode 3 and the nozzle 21 is suppressed, and the applied voltage between the electrode 3 and the nozzle 21 can be increased. Thereby, the electric field between the electrode 3 and the nozzle 21 is strengthened, and the charge amount of the raw material liquid can be increased. In addition, when the number of electrons flying from the electrode 3 to the nozzle 21 decreases, the current (leakage current) flowing between the electrode 3 and the nozzle 21 decreases, and the effect of reducing power consumption during nanofiber production can be expected. In order to effectively exhibit the effect, it is preferable to cover the entire surface (90% or more area) of the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 with the covering body 6, and particularly the surface facing the nozzle 21. It is preferable to cover the entire surface (100% area) with the covering 6.
また、製造装置1Aでは、図2に示すように、電極3が凹曲面を有する凹球面形状をしているため、原料液の帯電量の増加が一層顕著となる。即ち、製造装置1Aにおいては、ノズル21の先端21aからほぼ等距離の位置に、ノズル21の面積よりもはるかに広い電極面がある。陰極である電極3と陽極であるノズル21に蓄積する電荷の総量は等しいから、ノズル21の表面には電極3に比べてはるかに高密度に電荷が分布することになり、その結果、ノズル21近傍の電界が強くなる。この強力な電界が原料液の帯電量を一層増加させるのである。この観点からはノズル21の面積は小さいことが好ましく、特にノズル21の長さ(ノズル21の先端21aと後端21bの間の距離)は短いことが好ましい。具体的にはノズル21の長さは50mm以下であることが好ましく、10mm以下であることが更に好ましく、5mm以下であることが一層好ましい。また本実施形態のように電極3を凹球面形状にすることによって、平面状の電極を用いた場合よりも電極の嵩を減らすことができるので、製造装置1Aを小型化することができる。 Further, in the manufacturing apparatus 1A, as shown in FIG. 2, since the electrode 3 has a concave spherical shape having a concave curved surface, the increase in the charge amount of the raw material liquid becomes more remarkable. That is, in the manufacturing apparatus 1 </ b> A, there is an electrode surface that is far wider than the area of the nozzle 21 at a position approximately equidistant from the tip 21 a of the nozzle 21. Since the total amount of charge accumulated in the cathode 3 and the anode nozzle 21 is equal, the charge is distributed on the surface of the nozzle 21 at a much higher density than the electrode 3, and as a result, the nozzle 21. The electric field in the vicinity becomes stronger. This strong electric field further increases the charge amount of the raw material liquid. From this viewpoint, the area of the nozzle 21 is preferably small, and in particular, the length of the nozzle 21 (the distance between the front end 21a and the rear end 21b of the nozzle 21) is preferably short. Specifically, the length of the nozzle 21 is preferably 50 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 5 mm or less. Further, by making the electrode 3 concave spherical as in the present embodiment, the volume of the electrode can be reduced as compared with the case where a planar electrode is used, and thus the manufacturing apparatus 1A can be reduced in size.
更に、製造装置1Aでは、電極3におけるノズル21が延びる方向の開口端部31の厚み(T3)が、図1及び図2に示すように、開口端部31に位置する被覆体6の厚み(T6)よりも薄く形成されている。ここで、開口端部31に位置する被覆体6の厚みとは、電極3の凹曲面の略全面を被覆する被覆体6における電極3の開口端部31の位置での厚みを意味しており、具体的には、中空の凸部61の開口端部での厚みを意味するものであり、フランジ部62の厚みを意味するものではない。製造装置1Aでは、このように電極3の開口端部31の厚みが開口端部31に位置する被覆体6の厚みよりも薄く形成されているので、紡糸電圧を調整する際に紡糸電圧を上げたとしても、電極3の開口端部31に発生する電界の及ぶ範囲が狭くなり易く、帯電量が高められた原料液に影響を与え難く、電界紡糸の張力のバランスが崩れることなく、電界紡糸の張力を安定的に一定にでき、その結果、ナノファイバの生産性を従来よりも高めることが可能となる。 Further, in the manufacturing apparatus 1A, the thickness (T3) of the opening end 31 in the direction in which the nozzle 21 extends in the electrode 3 is equal to the thickness of the covering 6 positioned at the opening end 31 (see FIG. 1 and FIG. 2). It is formed thinner than T6). Here, the thickness of the covering 6 positioned at the opening end 31 means the thickness at the position of the opening end 31 of the electrode 3 in the covering 6 covering substantially the entire concave surface of the electrode 3. Specifically, it means the thickness at the open end of the hollow convex portion 61, and does not mean the thickness of the flange portion 62. In the manufacturing apparatus 1A, since the thickness of the opening end 31 of the electrode 3 is formed to be thinner than the thickness of the covering 6 positioned at the opening end 31, the spinning voltage is increased when adjusting the spinning voltage. Even so, the range covered by the electric field generated at the opening end 31 of the electrode 3 is likely to be narrow, hardly affects the raw material liquid having an increased charge amount, and the electrospinning tension is not disturbed. As a result, the productivity of nanofibers can be increased more than ever.
電極3の開口端部31に発生する電界の及ぶ範囲を狭くする観点から、電極3の開口端部31の厚み(T3)に対する被覆体6の厚み(T6)の比(T6/T3)は、1よりも大きいことが好ましく、5よりも大きいことが更に好ましく、そして、40000よりも小さいことが好ましく、5000よりも小さいことが更に好ましく、具体的には、1よりも大きく40000よりも小さいことが好ましく、5よりも大きく5000よりも小さいことが更に好ましい。詳述すると、同様の観点から、電極3の開口端部31の厚み(T3)は、0.5μm以上であることが好ましく、1μm以上あることが更に好ましく、そして、2mm以下であることが好ましく、1mm以下であることが更に好ましく、具体的には、0.5μm以上2mm以下であることが好ましく、1μm以上1mm以下であることが更に好ましい。同様の観点から、被覆体6の厚み(T6)は、1mm以上であることが好ましく、2mm以上あることが更に好ましく、そして、20mm以下であることが好ましく、10mm以下であることが更に好ましく、具体的には、1mm以上20mm以下であることが好ましく、2mm以上10mm以下であることが更に好ましい。 From the viewpoint of narrowing the range of the electric field generated at the opening end 31 of the electrode 3, the ratio (T6 / T3) of the thickness (T6) of the covering 6 to the thickness (T3) of the opening end 31 of the electrode 3 is: It is preferably greater than 1, more preferably greater than 5, and preferably less than 40000, more preferably less than 5000, specifically greater than 1 and less than 40000. It is more preferable that it is larger than 5 and smaller than 5000. Specifically, from the same viewpoint, the thickness (T3) of the open end 31 of the electrode 3 is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, and preferably 2 mm or less. More preferably, it is 1 mm or less, specifically 0.5 μm or more and 2 mm or less, and more preferably 1 μm or more and 1 mm or less. From the same viewpoint, the thickness (T6) of the covering 6 is preferably 1 mm or more, more preferably 2 mm or more, and preferably 20 mm or less, more preferably 10 mm or less, Specifically, it is preferably 1 mm or more and 20 mm or less, and more preferably 2 mm or more and 10 mm or less.
電界紡糸の張力を安定的に一定に保つ観点から、電極3は、導電性のシートによって形成されていることが好ましい。導電性のシートとしては、銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属製のシート、或いは、カーボンブラック、グラファイト粉等の炭素系のフィラー等の導電性粉末を含有したシート等が挙げられる。金属製のシートとしては、コストの観点、軽さと厚みの均一性の観点から、アルミテープ、家庭用のアルミホイル等が好ましく用いられる。 From the viewpoint of keeping the electrospinning tension stably and constant, the electrode 3 is preferably formed of a conductive sheet. Examples of the conductive sheet include a sheet made of metal such as silver, gold, palladium, platinum, copper, nickel, and aluminum, or a sheet containing conductive powder such as carbon-based filler such as carbon black and graphite powder. Is mentioned. As the metal sheet, aluminum tape, household aluminum foil, and the like are preferably used from the viewpoints of cost and lightness and thickness uniformity.
また、電界紡糸の張力を安定的に一定に保つ観点から、電極3は、被覆体6にめっき処理又は蒸着処理した導電性薄膜によって形成されていることが好ましい。導電性被膜を形成する金属としては、銀、金、パラジウム、白金、銅、亜鉛等が挙げられ、成膜のしやすさ、或いは、コストの観点から、銅が好ましく用いられる。 Further, from the viewpoint of keeping the electrospinning tension stably and constant, the electrode 3 is preferably formed of a conductive thin film obtained by plating or vapor-depositing the covering 6. Examples of the metal that forms the conductive film include silver, gold, palladium, platinum, copper, zinc, and the like, and copper is preferably used from the viewpoint of ease of film formation or cost.
また、電界紡糸の張力を安定的に一定に保つ観点から、電極3は、厚みが略均等な板金で形成されていることが好ましい。板金の材料としては、銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。 Further, from the viewpoint of keeping the electrospinning tension stable and constant, the electrode 3 is preferably formed of a sheet metal having a substantially uniform thickness. Examples of the sheet metal material include silver, gold, palladium, platinum, copper, nickel, and aluminum.
また、電界紡糸の張力を安定的に一定に保つ観点から、電極3は、被覆体6に導電性材料を塗布して形成されていることが好ましい。塗布する導電性材料としては、銀粉、金粉、パラジウム粉、白金粉、銅粉、ニッケル粉、アルミニウム粉、真鍮粉等の金属粉末を含有した材料、或いは、カーボンブラック、グラファイト粉等の炭素系のフィラー等の導電性粉末を含有した材料等が挙げられる。 Further, from the viewpoint of stably keeping the electrospinning tension constant, the electrode 3 is preferably formed by applying a conductive material to the covering 6. As a conductive material to be applied, materials containing metal powder such as silver powder, gold powder, palladium powder, platinum powder, copper powder, nickel powder, aluminum powder, brass powder, or carbon-based materials such as carbon black and graphite powder. Examples include materials containing conductive powder such as filler.
また、電界紡糸の張力を安定的に一定に保つ観点から、電極3に印加する電圧の絶対値(v(kV))に対する、ノズル21の先端21aと被覆体6との距離(最短距離)(d(mm))の比(d/v)は、20以下であることが好ましく、5以下であることが更に好ましく、そして、0.7以上であることが好ましく、1以上であることが更に好ましく、具体的には、0.7以上20以下であることが好ましく、1以上5以下であることが更に好ましい。詳述すると、同様の観点から、電極3に印加する電圧は、5kV以上100kV以下であることが好ましく、10kV以上50kV以下であることが更に好ましい。また、同様の観点から、ノズル21の先端21aと被覆体6との距離(最短距離)(d(mm))は、10mm以上100mm以下であることが好ましく、20mm以上50mm以下であることが更に好ましい。 Further, from the viewpoint of keeping the electrospinning tension stably and constant, the distance (shortest distance) between the tip 21a of the nozzle 21 and the covering 6 with respect to the absolute value (v (kV)) of the voltage applied to the electrode 3 ( The ratio (d / v) of d (mm)) is preferably 20 or less, more preferably 5 or less, and preferably 0.7 or more, and more preferably 1 or more. Specifically, it is preferably 0.7 or more and 20 or less, more preferably 1 or more and 5 or less. Specifically, from the same viewpoint, the voltage applied to the electrode 3 is preferably 5 kV or more and 100 kV or less, and more preferably 10 kV or more and 50 kV or less. From the same viewpoint, the distance (shortest distance) (d (mm)) between the tip 21a of the nozzle 21 and the covering 6 is preferably 10 mm or more and 100 mm or less, and more preferably 20 mm or more and 50 mm or less. preferable.
被覆体6に使用する誘電体としては、絶縁材料であるマイカ、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム等のセラミック材料や、ベークライト(フェノール樹脂)、ナイロン(ポリアミド)、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂系材料が挙げられる。これらのうち、アルミナ、ベークライト、ナイロン、塩化ビニル樹脂の中から選ばれる少なくとも1種以上の絶縁材料を用いることが好ましく、特にナイロンを用いることが好ましい。ナイロンとしては、6ナイロンや66ナイロンなどの各種のポリアミドを用いることができる。またナイロンとして市販品を用いることもできる。そのような市販品としては、例えばMCナイロン(登録商標)が挙げられる。被覆体6に用いる誘電体には帯電防止剤を含有させることができる。帯電防止剤を含有させることによって、帯電した原料液やナノファイバ等が被覆体6に付着したとき、被覆体6の帯電を低減することができる。帯電防止剤としては公知の市販品を使用することができ、例えばペレクトロン(三洋化成工業(株))、エレクトロストリッパー(花王(株))、エレクトロマスター(花王(株))、リケマール(理研ビタミン(株))、リケマスター(理研ビタミン(株))などを用いることができる。 Dielectric materials used for the covering 6 include ceramic materials such as mica, alumina, zirconia, and barium titanate as insulating materials, bakelite (phenol resin), nylon (polyamide), vinyl chloride resin, polystyrene, polyester, and polypropylene. And resin materials such as polytetrafluoroethylene and polyphenylene sulfide. Among these, it is preferable to use at least one insulating material selected from alumina, bakelite, nylon, and vinyl chloride resin, and it is particularly preferable to use nylon. As the nylon, various polyamides such as 6 nylon and 66 nylon can be used. Moreover, a commercial item can also be used as nylon. As such a commercial item, MC nylon (trademark) is mentioned, for example. The dielectric used for the covering 6 can contain an antistatic agent. By containing an antistatic agent, when the charged raw material liquid, nanofiber, or the like adheres to the covering 6, charging of the covering 6 can be reduced. As the antistatic agent, known commercial products can be used. For example, Peletron (Sanyo Chemical Industry Co., Ltd.), Electro Stripper (Kao Corporation), Electro Master (Kao Corporation), Riquemar (RIKEN Vitamin ( Co., Ltd.), Riquet Master (RIKEN Vitamin Co., Ltd.) and the like.
製造装置1Aでは、被覆体6は、均一な厚みで電極3を被覆していることが好ましい。被覆体6を構成する、表面に露出した誘電体の厚みは、0.8mm以上、特に2mm以上、とりわけ8mm以上であることが好ましい。こうすることで、電極からの電子の放出を十分に抑制でき、原料液の帯電量を高めることができる。これよりも薄いと、電極3からの電子の放出を十分に抑制できず、原料液の帯電量を高められない場合がある。なお当該厚みは、被覆体6が単一種又は複数種の誘電体から構成されている場合、被覆体6の厚みを指す(被覆体6の厚みに等しい)ものとする。また被覆体6が内部(表面に露出しない部分)に金属や空気の粒子又は層等を含んだ複合体である場合は、表面から金属又は空気までの間に存在する誘電体の厚みを指すものとする。被覆体6の厚みの上限値は、25mm以下、特に20mm以下、とりわけ15mm以下であることが好ましい。こうすることで、ノズル21の先端21aから噴射され、ファイバ状になった原料液が誘電体に引き寄せられて付着することを防止できる。また、原料液が電極に付着しにくくなるので、より高い電圧を印加することができ、それによって原料液の帯電量を高められる。これよりも厚いと、ノズル21の先端から噴射され、ファイバ状になった原料液が被覆体6に付着しやすくなる。被覆体6が単種又は複数種の誘電体から構成されている場合、例えば被覆体6の厚みは0.8mm以上25mm以下、特に2mm以上20mm以下、とりわけ8mm以上15mm以下とすることが好ましい。 In the manufacturing apparatus 1A, it is preferable that the covering 6 covers the electrode 3 with a uniform thickness. The thickness of the dielectric exposed on the surface constituting the covering 6 is preferably 0.8 mm or more, particularly 2 mm or more, particularly 8 mm or more. By doing so, it is possible to sufficiently suppress the emission of electrons from the electrode and to increase the charge amount of the raw material liquid. If it is thinner than this, the emission of electrons from the electrode 3 may not be sufficiently suppressed, and the charge amount of the raw material liquid may not be increased. In addition, the said thickness points out the thickness of the coating body 6 (equal to the thickness of the coating body 6), when the coating body 6 is comprised from the single type or multiple types of dielectric material. Also, when the covering 6 is a composite containing metal or air particles or layers in the interior (portion not exposed on the surface), it indicates the thickness of the dielectric existing between the surface and the metal or air And The upper limit value of the thickness of the covering 6 is preferably 25 mm or less, particularly 20 mm or less, especially 15 mm or less. By doing so, it is possible to prevent the raw material liquid sprayed from the tip 21a of the nozzle 21 and becoming a fiber from being attracted to and attached to the dielectric. Further, since the raw material liquid is less likely to adhere to the electrode, a higher voltage can be applied, thereby increasing the charge amount of the raw material liquid. If it is thicker than this, the raw material liquid sprayed from the tip of the nozzle 21 and in the form of a fiber tends to adhere to the covering 6. When the covering 6 is composed of a single kind or a plurality of kinds of dielectrics, for example, the thickness of the covering 6 is preferably 0.8 mm to 25 mm, particularly 2 mm to 20 mm, particularly 8 mm to 15 mm.
製造装置1Aでは、捕集部(図示せず)は、ナノファイバを捕集するものであり、空気流噴射部5に対向する位置に配置されている。特に捕集部の一部として捕集用電極(図示せず)を配置することができる。捕集用電極は、金属等の導電性材料から構成されている平板状のものとすることができる。捕集用電極の板面と、空気流噴射部5による空気流の噴射方向とは略直交している。また後述するように、捕集用電極はその略全面を表面に誘電体の露出した被覆体で被覆することができ、更に好ましくは全面を被覆することができる。ここで略全面とは当該面の全表面積の90%以上の面積を占める面を意味する。全面とは、当該面の全表面積の100%を占める面を意味する。正に帯電したナノファイバを捕集用電極に誘引するために、捕集用電極には陽極であるノズル21よりも低い(負の)電位を与える。誘引を更に効率的にするため、陰極である電極3よりも低い(負の)電位を与えることが好ましい。捕集用電極(電極表面)とノズル21の先端21aとの距離(最短距離)は、その下限値を好ましくは100mm以上、更に好ましくは500mm以上とすることができる。これよりも狭いと、捕集用電極に到達するまでにナノファイバが十分に固化できないことがある。上限値は好ましくは3000mm以下、更に好ましくは1000mm以下とすることができる。これよりも広いと、捕集用電極による電気的誘引の力が弱くなり、ナノファイバの捕集率が低下する。例えば好ましくは100mm以上3000mm以下、更に好ましくは500mm以上1000mm以下とすることができる。 In 1 A of manufacturing apparatuses, a collection part (not shown) collects nanofibers, and is arrange | positioned in the position facing the airflow injection part 5. FIG. In particular, a collecting electrode (not shown) can be arranged as a part of the collecting part. The collection electrode can be a flat plate made of a conductive material such as metal. The plate surface of the collection electrode and the air flow injection direction by the air flow injection unit 5 are substantially orthogonal to each other. Further, as will be described later, the collecting electrode can be coated on the substantially entire surface with a covering with a dielectric exposed, more preferably on the entire surface. Here, the substantially entire surface means a surface occupying an area of 90% or more of the total surface area of the surface. The entire surface means a surface that occupies 100% of the total surface area of the surface. In order to attract the positively charged nanofiber to the collecting electrode, a lower (negative) potential is applied to the collecting electrode than the nozzle 21 serving as the anode. In order to make the attraction more efficient, it is preferable to apply a lower (negative) potential than the electrode 3 which is a cathode. The lower limit of the distance (shortest distance) between the collection electrode (electrode surface) and the tip 21a of the nozzle 21 is preferably 100 mm or more, and more preferably 500 mm or more. If it is narrower than this, the nanofiber may not be sufficiently solidified before reaching the collecting electrode. The upper limit is preferably 3000 mm or less, more preferably 1000 mm or less. If it is wider than this range, the electric attraction force by the collecting electrode is weakened, and the collection rate of the nanofiber is lowered. For example, it is preferably 100 mm or more and 3000 mm or less, and more preferably 500 mm or more and 1000 mm or less.
製造装置1Aでは、更に、前記の捕集用電極に隣接するように、該捕集用電極とノズル21との間に、ナノファイバが捕集される捕集体(図示せず)を捕集部として配置することもできる。捕集体としては、例えばフィルム、メッシュ、不織布、紙などの絶縁体を用いることができる。 In the manufacturing apparatus 1A, a collector (not shown) in which nanofibers are collected is further collected between the collection electrode and the nozzle 21 so as to be adjacent to the collection electrode. Can also be arranged. As a collector, insulators, such as a film, a mesh, a nonwoven fabric, and paper, can be used, for example.
製造装置1Aでは、更に、空気流噴射部5に対向するように、噴射された空気流の排気を行う空気排気部(図示せず)を配置することもできる。空気排気部は、上述した捕集用電極よりもノズル21から遠い側に配置されることが好ましい。空気排気部としては、例えばサクションボックス等の公知の装置を用いることができる。 In the manufacturing apparatus 1 </ b> A, an air exhaust unit (not shown) that exhausts the injected air flow may be disposed so as to face the air flow injection unit 5. The air exhaust part is preferably arranged on the side farther from the nozzle 21 than the collection electrode described above. For example, a known device such as a suction box can be used as the air exhaust unit.
以上説明した第1実施形態の製造装置1Aを用いたナノファイバの製造方法においては、電極3とノズル21との間に電界を生じさせた状態下に、ノズル21の先端21aから原料液を噴射する。電界によって、原料液中の陽イオンは電極3(陰極)側に引き寄せられるため、ノズル21から噴射される原料液には陽イオンが多く含まれ、原料液は正に帯電する。そして前述のように、電極3を被覆体6で被覆していることに起因して、原料液の単位質量当たりの帯電量は極めて高くなる。そして、噴射した原料液に向けて空気流噴射部5から空気流を噴射させることで、原料液を捕集体(図示せず)の方向に向かわせる。この間、原料液のもつ電荷の自己反発の連鎖によってファイバはナノサイズにまで細くなり、同時に、溶媒の揮発や高分子の凝固等が進行し、ナノファイバが生成する。生成したナノファイバは、空気流噴射部5から噴射された空気流にのり、かつ捕集用電極(図示せず)の作る電界に誘引されて、空気流噴射部5と対向する位置に配置された捕集体の表面に堆積する。正に帯電したナノファイバを捕集体に誘引するため、捕集用電極には陽極であるノズル21よりも低い(負の)電位を与える。あるいは誘引を更に効率的にするため、陰極である電極3よりも低い(負の)電位を与える。 In the nanofiber manufacturing method using the manufacturing apparatus 1A of the first embodiment described above, the raw material liquid is injected from the tip 21a of the nozzle 21 in a state where an electric field is generated between the electrode 3 and the nozzle 21. To do. Since the cations in the raw material liquid are attracted to the electrode 3 (cathode) side by the electric field, the raw material liquid ejected from the nozzle 21 contains a large amount of cations, and the raw material liquid is positively charged. As described above, the charge amount per unit mass of the raw material liquid becomes extremely high due to the electrode 3 being covered with the covering 6. Then, the raw material liquid is directed toward the collector (not shown) by injecting an air flow from the air flow injection unit 5 toward the injected raw material liquid. During this time, the fiber is thinned to nano-size by the self-repulsion chain of the charge of the raw material liquid, and at the same time, the volatilization of the solvent, the solidification of the polymer, and the like proceed to produce the nanofiber. The generated nanofibers are placed on the airflow ejected from the airflow ejecting unit 5 and attracted to the electric field created by the collecting electrode (not shown), so as to face the airflow ejecting unit 5. Deposited on the surface of the collected collector. In order to attract positively charged nanofibers to the collector, a lower (negative) potential is applied to the collector electrode than the nozzle 21 that is the anode. Alternatively, in order to make the attraction more efficient, a lower (negative) potential than the electrode 3 which is a cathode is given.
また、第1実施形態の製造装置1Aを用いたナノファイバの製造方法においては、電極3の開口端部31の厚みが開口端部31に位置する被覆体6の厚みよりも薄く形成されているので、紡糸電圧を調整する際に紡糸電圧を上げたとしても、電極3の開口端部31に発生する電界の及ぶ範囲が狭くなり易い。従って、ノズル21の先端から噴射される原料液の帯電量が極めて高くなっていても、開口端部31に発生する電界に影響を受け難く、電界紡糸の張力のバランスが崩れることなく、電界紡糸の張力を安定的に一定にできる。また、ノズル21の先端から噴射される原料液の帯電量が極めて高くなっているので、電極3の方向に原料液を引き付ける力が大きなものとなる。したがって、従来よりも(単位時間当たり)多量の原料液をノズル21から噴射しても、従来と同程度に細いナノファイバを製造することが可能になる。しかも得られるナノファイバに欠陥等が生じ難く、ナノファイバの生産性を従来よりも高めることが可能となる。尚、ここで言う欠陥とは、例えば原料液の液滴がそのまま固化したものや、原料液の液滴が十分に引き伸ばされないまま固化して生じたビーズ状のもののことである。 In the nanofiber manufacturing method using the manufacturing apparatus 1 </ b> A of the first embodiment, the thickness of the opening end 31 of the electrode 3 is thinner than the thickness of the covering 6 positioned at the opening end 31. Therefore, even if the spinning voltage is increased when adjusting the spinning voltage, the range covered by the electric field generated at the opening end 31 of the electrode 3 tends to be narrowed. Therefore, even if the charge amount of the raw material liquid sprayed from the tip of the nozzle 21 is extremely high, the electric field spinning is not affected by the electric field generated at the opening end 31 and the balance of the electrospinning tension is not lost. The tension can be made stable and constant. Further, since the amount of charge of the raw material liquid sprayed from the tip of the nozzle 21 is extremely high, the force for attracting the raw material liquid in the direction of the electrode 3 becomes large. Therefore, even when a larger amount of raw material liquid (per unit time) than before is ejected from the nozzle 21, it is possible to produce nanofibers that are as thin as the conventional one. In addition, defects or the like are hardly generated in the obtained nanofiber, and the productivity of the nanofiber can be increased as compared with the conventional one. The defect referred to here is, for example, a material liquid droplet solidified as it is or a bead-like material formed by solidifying a raw material liquid droplet without being sufficiently stretched.
次に、本発明の電界紡糸装置の第2実施形態であるナノファイバ製造装置1Bについて説明する。図3には、第2実施形態の製造装置1Bが示されている。図3(b)には、製造装置1Bの上面図が示されている。図3(a)は、図3(b)におけるA−A’断面を図の下方から眺めたときの側面図である。なお、第2実施形態の製造装置1Bに関し、特に説明しない点については、第1実施形態の製造装置1Aに関する説明が適宜適用される。また、図3において、図1ないし図2と同じ部材には同じ符号を付してある。 Next, the nanofiber manufacturing apparatus 1B which is 2nd Embodiment of the electrospinning apparatus of this invention is demonstrated. FIG. 3 shows a manufacturing apparatus 1B of the second embodiment. FIG. 3B shows a top view of the manufacturing apparatus 1B. FIG. 3A is a side view of the A-A ′ cross section in FIG. In addition, regarding the manufacturing apparatus 1B of the second embodiment, the description regarding the manufacturing apparatus 1A of the first embodiment is appropriately applied to points that are not particularly described. In FIG. 3, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
製造装置1Bは、ナノファイバ製造用の原料液を噴射する原料噴射部2を備えている。原料噴射部2は送液部23及びノズル21を有している。ノズル21の開口の直上の位置に、凹曲面3fを有する凹球面形状の電極3がその内面を下に向けて配置されている。ノズル21は金属等から構成されており導電性を有している。ノズル21と電極3との間には、アース42と金属導線43を介して、電圧発生部である直流高圧電源41によって直流電圧が印加されるようになっている。ノズル21は図3(a)に示すとおり接地され、陽極となる。これに対して電極3には負電圧が印加され、陰極となる。 The manufacturing apparatus 1B includes a raw material injection unit 2 that injects a raw material liquid for producing nanofibers. The raw material injection unit 2 includes a liquid feeding unit 23 and a nozzle 21. A concave spherical electrode 3 having a concave curved surface 3f is disposed at a position immediately above the opening of the nozzle 21 with its inner surface facing downward. The nozzle 21 is made of metal or the like and has conductivity. A direct current voltage is applied between the nozzle 21 and the electrode 3 by a direct current high voltage power source 41 which is a voltage generation unit via a ground 42 and a metal conductor 43. The nozzle 21 is grounded as shown in FIG. 3A and becomes an anode. On the other hand, a negative voltage is applied to the electrode 3 to become a cathode.
製造装置1Bでは、電極3は、図3(a)に示すように、全体として凹球面形状をしており、特に略椀形をしている。そしてその内面に凹曲面3fを備えている。更に電極3は、図3(b)に示すように、対向する二つの側面の位置に、空気流噴射部5を配置するための開口32と、空気流噴射部5から噴射された空気流及びノズル21から噴射されファイバ状になった原料液を通すための開口33を有している。なお電極3は、その内面が凹曲面3fとなっている限りにおいて、その外面の形状は略椀形になっていることを要せず、その他の形状となっていてもよい。 In the manufacturing apparatus 1B, as shown in FIG. 3A, the electrode 3 has a concave spherical shape as a whole, and particularly has a substantially bowl shape. And the concave surface 3f is provided in the inner surface. Further, as shown in FIG. 3 (b), the electrode 3 includes an opening 32 for disposing the air flow injection unit 5 at the positions of two opposing side surfaces, an air flow injected from the air flow injection unit 5, and It has an opening 33 through which the raw material liquid sprayed from the nozzle 21 is formed into a fiber shape. In addition, as long as the inner surface becomes the concave curved surface 3f, the shape of the outer surface of the electrode 3 does not need to be a substantially bowl shape, and may be another shape.
製造装置1Bでは、空気流噴射部5は、図3(a)及び図3(b)に示すように、電極3に設けられた開口32を通して、ノズル21と電極3の間に空気流を噴射することが可能な位置に配置されている。生成されたファイバは正に帯電しており、陽極であるノズル21から陰極である電極3に向かって伸びていくが、空気流噴射部5から噴射された空気流は、このファイバの進行方向を転換させ、開口33を通して捕集部(不図示)のある方向(図3(b)の図の下方向)に搬送するとともに、ナノファイバを延伸させることに寄与する。 In the manufacturing apparatus 1 </ b> B, the air flow injection unit 5 injects an air flow between the nozzle 21 and the electrode 3 through the opening 32 provided in the electrode 3 as shown in FIGS. 3A and 3B. It is arranged at a position where it can be done. The generated fiber is positively charged and extends from the nozzle 21 serving as the anode toward the electrode 3 serving as the cathode. However, the airflow ejected from the airflow ejecting unit 5 changes the traveling direction of the fiber. It is converted and transported through the opening 33 in a direction with a collection part (not shown) (downward direction in FIG. 3B) and contributes to stretching the nanofiber.
第2実施形態の製造装置1Bにおいては、陰極である電極3の表面のうちのノズル21と対向する面(凹曲面)3fの全面に、表面に誘電体の露出した被覆体6が被覆されている。ノズル21の先端は凹曲面3fの外側に位置しているため、当該凹曲面3fは、ノズル21と対向している。被覆体6の厚みは略一定であり、電極3と被覆体6とは直接に接触している。電極3における被覆体6と接する面(凹曲面)3fと被覆体6における電極3と接する面6fとが同一形状となっている。製造装置1Bでは、電極3におけるノズル21が延びる方向の開口端部31の厚み(T3)が、図3(a)に示すように、開口端部31に位置する被覆体6の厚み(T6)よりも薄く形成されている。そして、電極3と被覆体6とは、接着剤により固定されている。 In the manufacturing apparatus 1B of the second embodiment, the entire surface of the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the surface of the electrode 3 that is a cathode is coated with the covering 6 with a dielectric exposed on the surface. Yes. Since the tip of the nozzle 21 is located outside the concave curved surface 3 f, the concave curved surface 3 f faces the nozzle 21. The thickness of the covering 6 is substantially constant, and the electrode 3 and the covering 6 are in direct contact. A surface (concave surface) 3f in contact with the covering 6 in the electrode 3 and a surface 6f in contact with the electrode 3 in the covering 6 have the same shape. In the manufacturing apparatus 1B, the thickness (T3) of the opening end 31 in the direction in which the nozzle 21 extends in the electrode 3 is equal to the thickness (T6) of the covering 6 positioned at the opening end 31 as shown in FIG. It is formed thinner than. The electrode 3 and the covering 6 are fixed with an adhesive.
製造装置1Bに用いる被覆体6を構成する誘電体としては、第1実施形態の製造装置1Aの被覆体6を構成する誘電体と同様のものを用いることができる。そして各種の熱可塑性樹脂を溶融成形して得られた成形体を用いると簡便でよい。該誘電体には製造装置1Aの被覆体6で使用したのと同様の帯電防止剤を含有させることができる。また電極3を被覆する被覆体6の厚みは、製造装置1Aにおける電極3を被覆する被覆体6の厚みと同様とすることができる。 As the dielectric constituting the covering 6 used in the manufacturing apparatus 1B, the same dielectric as that constituting the covering 6 of the manufacturing apparatus 1A of the first embodiment can be used. And it is easy to use a molded body obtained by melt-molding various thermoplastic resins. The dielectric can contain the same antistatic agent as used in the covering 6 of the manufacturing apparatus 1A. The thickness of the covering 6 that covers the electrode 3 can be the same as the thickness of the covering 6 that covers the electrode 3 in the manufacturing apparatus 1A.
第2実施形態の製造装置1Bを用いた場合にも、第1実施形態の製造装置1Aと同様に、被覆体6の作用によって原料液の帯電量を増加させることができる。しかも製造装置1Bは、製造装置1Aと同様に、電極3が凹球面形状をしているため、原料液の帯電量の増加が一層顕著となり、しかも製造装置を小型化することができる。そして、電極3の開口端部31の厚みが開口端部31に位置する被覆体6の厚みよりも薄く形成されているので、紡糸電圧を調整する際に紡糸電圧を上げたとしても、電極3の開口端部31に発生する電界の及ぶ範囲が狭くなり易く、帯電量が高まられた原料液に影響を与え難く、電界紡糸の張力のバランスが崩れることなく、電界紡糸の張力を安定的に一定にできる。尚、ノズル21の長さは50mm以下であることが好ましく、10mm以下であることが更に好ましく、5mm以下であることが一層好ましい。 Even when the manufacturing apparatus 1B of the second embodiment is used, the charge amount of the raw material liquid can be increased by the action of the covering 6 as in the manufacturing apparatus 1A of the first embodiment. In addition, in the manufacturing apparatus 1B, since the electrode 3 has a concave spherical shape as in the manufacturing apparatus 1A, the increase in the charge amount of the raw material liquid becomes more remarkable, and the manufacturing apparatus can be downsized. And since the thickness of the opening end part 31 of the electrode 3 is formed thinner than the thickness of the covering 6 located in the opening end part 31, even if the spinning voltage is increased when adjusting the spinning voltage, the electrode 3 The range of the electric field generated at the open end 31 of the electrode is likely to be narrowed, hardly affects the raw material liquid with an increased charge amount, and the electrospinning tension is not lost, and the electrospinning tension is stable. Can be constant. The length of the nozzle 21 is preferably 50 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 5 mm or less.
製造装置1Bでは、ノズル21の先端21aと、電極3のノズル21と対向する面(凹曲面)3fとの間の距離(最短距離)は、製造装置1Aにおけるノズル21の先端21aと電極3の凹曲面3fと間の距離(最短距離)と同様にすることができる。ノズル21の先端21aの位置は、電極3の凹曲面3fの中心か、又はその中心の近傍に位置することが好ましい。具体的には凹曲面3fの中心から10mm以内の位置に配置することが好ましい。これによってノズル21の先端21aの電界が一層強くなり、原料液の帯電量が増加する。この観点から、電極3の凹曲面3fは、真球の球殻の略半球面の形状をしていることが特に好ましい。第2実施形態の製造装置1Bでは、図3(a)に示すように、電極3を、凹曲面3fの開口端部31によって画成される円を含む平面がノズル21の延びる方向と略直交するように配置したが、図4に示すように、該平面とノズル21の延びる方向とが90度以外の角度で交わるように傾けて電極3を配置してもよい。 In the manufacturing apparatus 1B, the distance (shortest distance) between the tip 21a of the nozzle 21 and the surface (concave surface) 3f facing the nozzle 21 of the electrode 3 is the distance between the tip 21a of the nozzle 21 and the electrode 3 in the manufacturing apparatus 1A. It can be made to be the same as the distance (shortest distance) between the concave curved surface 3f. The position of the tip 21a of the nozzle 21 is preferably located at the center of the concave surface 3f of the electrode 3 or in the vicinity of the center. Specifically, it is preferable to arrange at a position within 10 mm from the center of the concave curved surface 3f. As a result, the electric field at the tip 21a of the nozzle 21 becomes stronger, and the amount of charge of the raw material liquid increases. From this viewpoint, it is particularly preferable that the concave curved surface 3f of the electrode 3 has a substantially hemispherical shape of a true spherical shell. In the manufacturing apparatus 1B of the second embodiment, as shown in FIG. 3A, the plane including the circle defined by the opening end 31 of the concave curved surface 3f of the electrode 3 is substantially orthogonal to the direction in which the nozzle 21 extends. However, as shown in FIG. 4, the electrodes 3 may be arranged so as to be inclined so that the plane and the direction in which the nozzle 21 extends intersect at an angle other than 90 degrees.
製造装置1Bでは、電極3はノズル21と対向しない面の一部又はすべてをも、表面に誘電体の露出した被覆体で被覆してもよい。具体的には、図3(a)において、電極3の外面(凹曲面3fとは反対側の面)をも被覆体6で被覆してもよい。また、捕集部(不図示)の一部である捕集用電極の略全面を表面に誘電体の露出した被覆体で被覆してもよい。 In the manufacturing apparatus 1B, the electrode 3 may cover a part or all of the surface that does not face the nozzle 21 with a covering with a dielectric exposed. Specifically, in FIG. 3A, the outer surface of the electrode 3 (the surface opposite to the concave curved surface 3 f) may be covered with the covering body 6. Moreover, you may coat | cover almost the whole surface of the collection electrode which is a part of collection part (not shown) with the coating body which exposed the dielectric material on the surface.
以上の各実施形態の製造装置1A〜1Bにおいて用いられる原料液としては、ファイバ形成の可能な高分子化合物が溶媒に溶解又は分散した溶液あるいは高分子化合物を加熱、溶融した融液を用いることができる。原料液に高分子溶液を用いるエレクトロスピニング法は溶液法、高分子融液を用いる方法は溶融法と呼ばれることがある。該溶液又は融液には適宜、無機物粒子、有機物粒子、植物エキス、界面活性剤、油剤、イオン濃度を調整するための電解質等を配合することができる。 As a raw material liquid used in the manufacturing apparatuses 1A to 1B of the above embodiments, a solution in which a polymer compound capable of forming a fiber is dissolved or dispersed in a solvent or a melt obtained by heating and melting a polymer compound is used. it can. The electrospinning method using a polymer solution as a raw material liquid is sometimes called a solution method, and the method using a polymer melt is sometimes called a melting method. The solution or melt can be appropriately mixed with inorganic particles, organic particles, plant extracts, surfactants, oil agents, electrolytes for adjusting ion concentration, and the like.
ナノファイバ製造用の高分子化合物としては一般に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−m−フェニレンテレフタレート、ポリ−p−フェニレンイソフラテート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等が例示できる。用いられる高分子化合物は1種類に限定されるわけではなく、前記例示した高分子化合物から任意の複数種類を組み合わせて用いることができる。 Generally, as a polymer compound for producing nanofiber, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyurethane, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isofura Tate, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, nylon , Aramid, polycaprolactone, polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyrate , Polyvinyl acetate, polypeptides and the like. The polymer compound to be used is not limited to one type, and any plurality of types can be used in combination from the exemplified polymer compounds.
原料液に、高分子化合物が溶媒に溶解又は分散した溶液を用いる場合、該溶媒としては、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、メチル−n−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、o−クロロトルエン、p−クロロトルエン、四塩化炭素、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、o−キシレン、p−キシレン、m−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ピリジン等を例示することができる。用いる溶媒は1種類に限定されるわけではなく、前記例示した溶媒から任意の複数種類を選定し、混合して用いても構わない。 When a solution in which a polymer compound is dissolved or dispersed in a solvent is used as the raw material liquid, the solvent includes water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, Dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, methyl-n-propyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, acetone, hexafluoroacetone, phenol, Formic acid, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, ethyl benzoate, propyl benzoate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, Methyl chloride, ethyl chloride, methylene chloride, chloroform, o-chlorotoluene, p-chlorotoluene, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, bromide Methyl, ethyl bromide, propyl bromide, acetic acid, benzene, toluene, hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, pyridine, etc. Can be illustrated. The solvent to be used is not limited to one type, and a plurality of arbitrary types may be selected from the exemplified solvents and mixed.
特に溶媒として水を用いる場合は、水への溶解度の高い下記のような天然高分子及び合成高分子を用いるのが好適である。天然高分子としては、例えばプルラン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ポリ−γ−グルタミン酸、変性コーンスターチ、β−グルカン、グルコオリゴ糖、ヘパリン、ケラト硫酸等のムコ多糖、セルロース、ペクチン、キシラン、リグニン、グルコマンナン、ガラクツロン酸、サイリウムシードガム、タマリンド種子ガム、アラビアガム、トラガントガム、大豆水溶性多糖、アルギン酸、カラギーナン、ラミナラン、寒天(アガロース)、フコイダン、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が挙げられる。合成高分子としては、例えば部分鹸化ポリビニルアルコール、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。これらの高分子化合物は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの高分子化合物のうち、ナノファイバの調製が容易である観点から、プルラン等の天然高分子、並びに部分鹸化ポリビニルアルコール、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリエチレンオキサイド等の合成高分子を用いることが好ましい。 In particular, when water is used as a solvent, it is preferable to use the following natural and synthetic polymers having high solubility in water. Examples of the natural polymer include pullulan, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, poly-γ-glutamic acid, modified corn starch, β-glucan, glucooligosaccharide, heparin, keratosulfuric acid and other mucopolysaccharides, cellulose, pectin, xylan, lignin, glucomannan. Galacturonic acid, psyllium seed gum, tamarind seed gum, gum arabic, tragacanth gum, soy water-soluble polysaccharide, alginic acid, carrageenan, laminaran, agar (agarose), fucoidan, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose and the like. Examples of the synthetic polymer include partially saponified polyvinyl alcohol, low saponified polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide, and sodium polyacrylate. These polymer compounds can be used alone or in combination of two or more. Among these polymer compounds, from the viewpoint of easy preparation of nanofibers, natural polymers such as pullulan and synthetic polymers such as partially saponified polyvinyl alcohol, low saponified polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and polyethylene oxide should be used. Is preferred.
また、水への溶解度は高くないが、ナノファイバ形成後に不溶化処理できる完全鹸化ポリビニルアルコール、架橋剤と併用することでナノファイバ形成後に架橋処理できる部分鹸化ポリビニルアルコール、ポリ(N−プロパノイルエチレンイミン)グラフト−ジメチルシロキサン/γ−アミノプロピルメチルシロキサン共重合体等のオキサゾリン変性シリコーン、ツエイン(とうもろこし蛋白質の主要成分)、ポリエステル、ポリ乳酸(PLA)、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリメタクリル酸樹脂等のアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエチレンテフタレート樹脂、ポリブチレンテフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などの高分子化合物も用いることができる。これらの高分子化合物は単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Moreover, although it is not highly soluble in water, it can be insolubilized after formation of nanofibers, partially saponified polyvinyl alcohol that can be crosslinked after formation of nanofibers in combination with a crosslinking agent, partially saponified polyvinyl alcohol, poly (N-propanoylethyleneimine) ) Oxazoline-modified silicones such as graft-dimethylsiloxane / γ-aminopropylmethylsiloxane copolymer, acrylic resin such as twein (main component of corn protein), polyester, polylactic acid (PLA), polyacrylonitrile resin, polymethacrylic acid resin , High molecular compounds such as polystyrene resin, polyvinyl butyral resin, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polyurethane resin, polyamide resin, polyimide resin, and polyamideimide resin are also used. Door can be. These polymer compounds can be used alone or in combination of two or more.
以上の各実施形態の製造装置1A〜1Bによって製造されるナノファイバは、その太さを円相当直径で表した場合、一般に10nm以上3000nm以下、特に10nm以上1000nm以下のものである。ナノファイバの太さは、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)観察によって測定することができる。 The nanofibers manufactured by the manufacturing apparatuses 1A to 1B of the above embodiments are generally 10 nm or more and 3000 nm or less, particularly 10 nm or more and 1000 nm or less when the thickness is represented by a circle equivalent diameter. The thickness of the nanofiber can be measured, for example, by observation with a scanning electron microscope (SEM).
本発明のナノファイバ製造装置を使用して製造したナノファイバは、それを集積させたナノファイバ成型体として各種の目的に使用することができる。成型体の形状としては、シート、綿(わた)状体、糸状体などが例示される。ナノファイバ成型体は他のシートと積層したり、各種の液体、微粒子、ファイバなどを含有させたりして使用してもよい。ナノファイバシートは、例えば医療目的や、美容目的等の非医療目的でヒトの肌、歯、歯茎等に付着されるシートとして好適に用いられる。また、高集塵性でかつ低圧損の高性能フィルタ、高電流密度での使用が可能な電池用セパレータ、高空孔構造を有する細胞培養用基材等としても好適に用いられる。ナノファイバの綿状体は防音材や断熱材等として好適に用いられる。 The nanofiber manufactured using the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention can be used for various purposes as a nanofiber molded body in which the nanofiber is integrated. Examples of the shape of the molded body include a sheet, a cotton-like body, and a thread-like body. The nanofiber molded body may be used by laminating with other sheets or containing various liquids, fine particles, fibers and the like. The nanofiber sheet is suitably used as a sheet attached to human skin, teeth, gums and the like for non-medical purposes such as medical purposes and cosmetic purposes. Further, it is also suitably used as a high-performance filter with high dust collection and low-pressure loss, a battery separator that can be used at a high current density, a cell culture substrate having a high pore structure, and the like. The nanofiber cotton-like body is suitably used as a soundproofing material or a heat insulating material.
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態の製造装置1A〜1Bに制限されない。
例えば、製造装置1A〜1Bにおいては、電極3の表面のうちの、ノズル21と対向する面(凹曲面)3fの略全面に被覆体6を配置しているが、それに加えて、ノズル21の外面の略全面を表面に誘電体の露出した被覆体によって被覆してもよい。好適には、図5に示すように、ノズル21は、その外面が被覆体7によって被覆されていてもよい。そして被覆体7は、ノズル21の先端21aを越えて延出している。被覆体7のうち延出部分7aは、ノズル21を取り囲む筒状の形態をしており、中空部を有している。この中空部がノズル21の内部と連通している。被覆体7は単一種の誘電体で構成されている。ノズル21の外面の略全面を被覆体7で被覆することによって、電極3から飛来しノズル21に流入する電子の数を抑制することができる。その結果、電極3とノズル21の間の放電が起きにくくなり、電極3とノズル21の間の印加電圧を増やすことや、距離を狭めることが可能になる。これによって電極3とノズル21の間の電界を強めて原料液の帯電量を高められる。上記効果を有効に発現させるためには、ノズル21の外面の略全面(90%以上の面積)を被覆体7で被覆することが好ましく、特にノズル21の外面の全面(100%の面積)を被覆体7で被覆することが好ましい。また被覆体7をノズル21の先端21aを越えて延出させることによって、ノズル21の先端21aに電子が飛来するのを抑制でき、原料液の帯電量を更に高めることができる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable embodiment, this invention is not restrict | limited to manufacturing apparatus 1A-1B of the said embodiment.
For example, in the manufacturing apparatuses 1 </ b> A to 1 </ b> B, the covering 6 is disposed on substantially the entire surface (concave surface) 3 f facing the nozzle 21 in the surface of the electrode 3. You may coat | cover almost the whole outer surface with the coating body which exposed the dielectric material on the surface. Preferably, as shown in FIG. 5, the outer surface of the nozzle 21 may be covered with a covering body 7. The covering body 7 extends beyond the tip 21 a of the nozzle 21. The extending portion 7 a of the covering body 7 has a cylindrical shape surrounding the nozzle 21 and has a hollow portion. This hollow portion communicates with the inside of the nozzle 21. The covering 7 is composed of a single type of dielectric. By covering substantially the entire outer surface of the nozzle 21 with the covering 7, the number of electrons flying from the electrode 3 and flowing into the nozzle 21 can be suppressed. As a result, the discharge between the electrode 3 and the nozzle 21 is less likely to occur, and the applied voltage between the electrode 3 and the nozzle 21 can be increased and the distance can be reduced. Thereby, the electric field between the electrode 3 and the nozzle 21 is strengthened, and the charge amount of the raw material liquid can be increased. In order to effectively exhibit the above-described effect, it is preferable to cover substantially the entire outer surface (90% or more area) of the nozzle 21 with the covering 7, and in particular, cover the entire outer surface (100% area) of the nozzle 21. It is preferable to cover with the covering body 7. Further, by extending the covering 7 beyond the tip 21 a of the nozzle 21, it is possible to suppress electrons from flying to the tip 21 a of the nozzle 21, and the charge amount of the raw material liquid can be further increased.
被覆体7の延出部分7aの長さは、1mm以上であることが好ましく、10mm以上であることが更に好ましい。これよりも短いと被覆体7を延出した効果が小さくなる。上限値は、15mm以下であることが好ましく、12mm以下であることが更に好ましい。これよりも長いと、被覆体7の先端から噴射され、ファイバ状になった原料液が電極3又は被覆体6に付着しやすくなる。例えば延出部分7aの長さは、1mm以上15mm以下、特に10mm以上12mm以下であることが好ましい。この長さの延出部分7aを形成することで、電極3とノズル21の間の放電を抑制して原料液の帯電量を効果的に高めることができる。 The length of the extended portion 7a of the covering 7 is preferably 1 mm or more, and more preferably 10 mm or more. If it is shorter than this, the effect of extending the covering 7 is reduced. The upper limit value is preferably 15 mm or less, and more preferably 12 mm or less. If it is longer than this, the raw material liquid sprayed from the tip of the covering body 7 and in the form of a fiber tends to adhere to the electrode 3 or the covering body 6. For example, the length of the extended portion 7a is preferably 1 mm or more and 15 mm or less, and particularly preferably 10 mm or more and 12 mm or less. By forming the extended portion 7a of this length, it is possible to effectively increase the charge amount of the raw material liquid by suppressing the discharge between the electrode 3 and the nozzle 21.
ノズル21を被覆する被覆体7を構成する誘電体としては、電極3を被覆する被覆体6を構成する誘電体と同様のものを用いることができる。該誘電体には被覆体6で使用したのと同様の帯電防止剤を含有させることができる。またノズル21を被覆する被覆体7の厚みも、電極3を被覆する被覆体6の厚みと同様とすることができる。
以上のように、製造装置1A〜1Bにおいては、被覆体6による電極3の被覆に加えて、被覆体による捕集用電極の被覆及び/又は被覆体7によるノズル21の被覆を組み合わせることもできる。
As the dielectric constituting the covering 7 that covers the nozzle 21, the same dielectric as that constituting the covering 6 that covers the electrode 3 can be used. The dielectric can contain the same antistatic agent as used in the covering 6. In addition, the thickness of the covering 7 that covers the nozzle 21 can be the same as the thickness of the covering 6 that covers the electrode 3.
As described above, in the manufacturing apparatuses 1 </ b> A to 1 </ b> B, in addition to the covering of the electrode 3 with the covering 6, the covering of the collecting electrode with the covering and / or the covering of the nozzle 21 with the covering 7 can be combined. .
また、製造装置1A〜1Bにおいては、図2、図4及び図5に示すように、電極3は、全体として凹球面形状をしているが、凹球面形状の内面であるノズル21と対向する面3fが凹曲面3fに形成されている限りにおいて、その背面側の外面の形状は略椀形になっていることを要せず、その他の形状となっていてもよい。具体的には、図6に示すような形状となっていてもよい。図6に示す凹曲面3fを有する電極3は、被覆体6と接する面(凹曲面)3fと被覆体6における電極3と接する面6fとが同一形状となっており、且つ、電極3の開口端部31の厚みが開口端部31に位置する被覆体6の厚みよりも薄く形成されているが、対向する面(凹曲面)3fを有する電極3の形状と、被覆体6における電極と接している部分の形状とが、相似形状とはなっていない。即ち、電極3の開口端部31の厚みが開口端部31に位置する被覆体6の厚みよりも薄く形成されているが、電極3の開口端部31を除いて、電極3の厚みが被覆体6の厚みよりも厚く形成されている。 Further, in the manufacturing apparatuses 1A to 1B, as shown in FIGS. 2, 4 and 5, the electrode 3 has a concave spherical shape as a whole, but faces the nozzle 21 which is an inner surface of the concave spherical shape. As long as the surface 3f is formed in the concave curved surface 3f, the shape of the outer surface on the back surface side does not need to be a substantially bowl shape, and may be another shape. Specifically, it may have a shape as shown in FIG. In the electrode 3 having the concave curved surface 3 f shown in FIG. 6, the surface (concave curved surface) 3 f in contact with the covering 6 and the surface 6 f in contact with the electrode 3 in the covering 6 have the same shape, and the opening of the electrode 3. The thickness of the end 31 is formed thinner than the thickness of the covering 6 positioned at the opening end 31, but the shape of the electrode 3 having the opposing surface (concave surface) 3 f is in contact with the electrode in the covering 6. The shape of the part is not similar. That is, the thickness of the open end 31 of the electrode 3 is thinner than the thickness of the covering 6 positioned at the open end 31, but the thickness of the electrode 3 is covered except for the open end 31 of the electrode 3. It is formed thicker than the thickness of the body 6.
また、製造装置1A〜1Bにおいて、ノズル21は曲率を有する曲管であってもよい。また、製造装置1A〜1Bにおいて、電極3の凹曲面3fは、半球の球殻の内面の形状であることが好ましいが、これに代えて例えば、球冠の球殻の内面の形状としてもよい。また、製造装置1Aにおいては、ノズル21を凹曲面3fの最底部に配置したが、それ以外の位置にノズル21を配置してもよい。 In the manufacturing apparatuses 1A to 1B, the nozzle 21 may be a curved pipe having a curvature. Further, in the manufacturing apparatuses 1A to 1B, the concave curved surface 3f of the electrode 3 is preferably the shape of the inner surface of the hemispherical spherical shell, but instead, for example, the shape of the inner surface of the spherical shell of the spherical crown may be used. . In the manufacturing apparatus 1A, the nozzle 21 is disposed at the bottom of the concave curved surface 3f, but the nozzle 21 may be disposed at other positions.
更に、本発明によって奏される有利な効果が損なわれない範囲において、一の実施形態の技術要素を他の実施形態の技術要素と置換してもよい。 Furthermore, the technical elements of one embodiment may be replaced with the technical elements of another embodiment as long as the advantageous effects achieved by the present invention are not impaired.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」及び「部」はそれぞれ「質量%」及び「質量部」を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples. Unless otherwise specified, “%” and “part” mean “% by mass” and “part by mass”, respectively.
〔実施例1〕
図1及び図2に示す製造装置1Aを用いてナノファイバの製造を行った。具体的には、中空の凸部61と、該凸部61の開口周縁から延出するフランジ部62とを有する被覆体6を用意し、中空の凸部61の外曲面に厚み100μmのアルミテープ(3M社製の品番 #433 HD)を貼り付け、凹曲面3fが半径45mmの半球となる電極3を形成した。尚、被覆体6は、厚み10mmの誘電体(モノマーキャストナイロン(白銅製MC901切板(青))で形成されていた。即ち、電極3の開口端部31の厚み(T3)は100μmであり、開口端部31に位置する被覆体6の厚み(T6)は10mmである。このようにして、電極3における被覆体6と接する面(凹曲面)3fと被覆体6における電極3と接する面6fとを同一形状とした。そして、ノズル21の先端21aを半球の中心に設置した。このとき先端21aは凹曲面3fにおける開口端部31によって画成される円を含む平面内に位置する。ノズルの延びる方向は半球の回転対称軸と一致させた。
[Example 1]
Nanofibers were manufactured using the manufacturing apparatus 1A shown in FIGS. Specifically, a covering 6 having a hollow convex portion 61 and a flange portion 62 extending from the opening periphery of the convex portion 61 is prepared, and an aluminum tape having a thickness of 100 μm is formed on the outer curved surface of the hollow convex portion 61. (Product No. # 433 HD manufactured by 3M Company) was pasted to form an electrode 3 in which the concave curved surface 3f was a hemisphere having a radius of 45 mm. The covering 6 was formed of a dielectric (monomer cast nylon (MC901 cutting plate (blue) made of white copper)) having a thickness of 10 mm, that is, the thickness (T3) of the opening end 31 of the electrode 3 was 100 μm. The thickness (T6) of the covering 6 positioned at the open end 31 is 10 mm, thus, the surface (concave surface) 3f in contact with the covering 6 in the electrode 3 and the surface in contact with the electrode 3 in the covering 6 The tip 21a of the nozzle 21 is placed at the center of the hemisphere, and the tip 21a is positioned in a plane including a circle defined by the open end 31 of the concave curved surface 3f. The extending direction of the nozzle was matched with the rotational symmetry axis of the hemisphere.
次に、原料液としてDermacryl79(アクゾノーベル株式会社製)20.1%、1−ブタノール(和光純薬工業株式会社製)71.3%、サンソフトA−181E−C(太陽化学株式会社製)8.6%の割合で配合した溶液を用いた。ノズル21に原料液をシリンジポンプにて定量を送液した。ノズル21から噴射する原料液の吐出量は30mL/hに設定した。ノズル21の内径は0.3mm、長さは20mmであった。また、空気流噴射部5Aから噴射する空気流の流量は100L/minに設定した。ノズル21の先端21aと電極3との距離(最短距離)は45mmとし、ノズル21の先端21aと被覆体6との距離(最短距離)(d(mm))は35mmとし、ノズル21の先端21aと捕集用電極(電極表面)との距離(最短距離)は850mmとした。そして、ノズル21と電極3の間に−25kV、及び−35kVの電圧を印加し、2条件で紡糸をおこなった。得られたナノファイバを走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真を図8に、またSEM画像より繊維径を計測して集計した繊維径の分布図を図9に示す。図9に示す繊維径の分布図は、横軸が繊維径〔μm〕であり、縦軸が本数〔本〕である。尚、製造環境は、室温23℃で、湿度20%RHであった。 Next, Dermacryl 79 (manufactured by Akzo Nobel Co., Ltd.) 20.1%, 1-butanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 71.3%, Sunsoft A-181E-C (manufactured by Taiyo Kagaku Co., Ltd.) A solution formulated at a ratio of 8.6% was used. A fixed amount of the raw material liquid was sent to the nozzle 21 with a syringe pump. The discharge rate of the raw material liquid sprayed from the nozzle 21 was set to 30 mL / h. The inner diameter of the nozzle 21 was 0.3 mm and the length was 20 mm. Further, the flow rate of the air flow injected from the air flow injection unit 5A was set to 100 L / min. The distance (shortest distance) between the tip 21 a of the nozzle 21 and the electrode 3 is 45 mm, the distance (shortest distance) (d (mm)) between the tip 21 a of the nozzle 21 and the covering 6 is 35 mm, and the tip 21 a of the nozzle 21. The distance (shortest distance) between the electrode and the collection electrode (electrode surface) was 850 mm. And the voltage of -25 kV and -35 kV was applied between the nozzle 21 and the electrode 3, and it spun on 2 conditions. FIG. 8 shows a photograph of the obtained nanofiber taken with a scanning electron microscope (SEM), and FIG. 9 shows a fiber diameter distribution chart obtained by measuring the fiber diameter from the SEM image and counting it. In the fiber diameter distribution diagram shown in FIG. 9, the horizontal axis is the fiber diameter [μm], and the vertical axis is the number [number]. The manufacturing environment was a room temperature of 23 ° C. and a humidity of 20% RH.
〔参考例1〕
図7に示す製造装置100を用いてナノファイバの製造を行った。図7に示す製造装置100は、図1及び図2に示す製造装置1Aに比べて、電極の形状のみが異なっていた。図7に示す製造装置100の電極103は、内面が凹曲面103fに形成された凹球面形状部分と、該凹球面形状部分の開口端部131の周縁から延出する平面状のフランジ部132を有していた。そして、製造装置100は、電極103の凹曲面103fの全面及びフランジ部132の一部を被覆体6で被覆して形成されたものである。電極103の開口端部131の厚み(T103)は10mmであり、開口端部31に位置する被覆体6の厚み(T6)も10mmであった。それ以外の製造装置100の構成は、実施例1の製造装置1Aの構成と同様であり、同様の条件にて紡糸を行った。得られたナノファイバを走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真を図8に、またSEM画像より繊維径を計測して集計した繊維径の分布図を図9に示す。図9に示す繊維径の分布図は、横軸が繊維径〔μm〕であり、縦軸が本数〔本〕である。尚、製造環境は、室温23℃で、湿度20%RHであった。
[Reference Example 1]
Nanofibers were manufactured using the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. The manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 7 differs from the manufacturing apparatus 1A shown in FIGS. 1 and 2 only in the shape of the electrodes. The electrode 103 of the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 7 includes a concave spherical surface portion whose inner surface is formed into a concave curved surface 103f, and a planar flange portion 132 extending from the periphery of the opening end portion 131 of the concave spherical surface portion. Had. The manufacturing apparatus 100 is formed by covering the entire surface of the concave curved surface 103 f of the electrode 103 and a part of the flange portion 132 with the covering body 6. The thickness (T103) of the opening end 131 of the electrode 103 was 10 mm, and the thickness (T6) of the covering 6 located at the opening end 31 was also 10 mm. The other configuration of the manufacturing apparatus 100 is the same as the configuration of the manufacturing apparatus 1A of Example 1, and spinning was performed under the same conditions. FIG. 8 shows a photograph of the obtained nanofiber taken with a scanning electron microscope (SEM), and FIG. 9 shows a fiber diameter distribution chart obtained by measuring the fiber diameter from the SEM image and counting it. In the fiber diameter distribution diagram shown in FIG. 9, the horizontal axis is the fiber diameter [μm], and the vertical axis is the number [number]. The manufacturing environment was a room temperature of 23 ° C. and a humidity of 20% RH.
図8及び図9に示す結果から、実施例1のナノファイバを製造した製造装置1A、及び参考例1のナノファイバを製造した製造装置100の何れの装置を用いることによっても、印加電圧−25kVの条件においては安定して紡糸が出来た。また、ナノサイズの直径を持ったファイバが得られた。一方、−35kVを印加した実験においては、実施例1に示す様にナノファイバ製造装置1Aでのみ紡糸が可能であった。更に繊維径においては、−25kV印加時の紡糸結果より、小径のナノファイバを得られることが確認できた。これは、実施例1のナノファイバを製造した製造装置1Aは、参考例1のナノファイバを製造した製造装置100に比べて、電極3の開口端部31の厚みが開口端部31に位置する被覆体6の厚みよりも薄く形成されているので、電極3の開口端部31に発生する電界の及ぶ範囲が狭くなり、帯電量が高められた原料液に影響を与えずに、電界紡糸の張力のバランスが崩れることなく、電界紡糸の張力を安定的に一定にできたためと考えられる。 From the results shown in FIGS. 8 and 9, the applied voltage −25 kV can be obtained by using any one of the manufacturing apparatus 1A for manufacturing the nanofiber of Example 1 and the manufacturing apparatus 100 for manufacturing the nanofiber of Reference Example 1. Spinning could be stably performed under the above conditions. In addition, a fiber with a nano-sized diameter was obtained. On the other hand, in the experiment in which −35 kV was applied, as shown in Example 1, spinning was possible only with the nanofiber manufacturing apparatus 1A. Furthermore, with respect to the fiber diameter, it was confirmed that a nanofiber with a small diameter could be obtained from the spinning result when -25 kV was applied. This is because the manufacturing apparatus 1 </ b> A that manufactured the nanofiber of Example 1 has the thickness of the opening end 31 of the electrode 3 positioned at the opening end 31 compared to the manufacturing apparatus 100 that manufactured the nanofiber of Reference Example 1. Since it is formed thinner than the thickness of the covering 6, the range covered by the electric field generated at the opening end 31 of the electrode 3 is narrowed, and without affecting the raw material liquid having an increased charge amount, This is considered to be because the tension of electrospinning was stably made constant without breaking the balance of tension.
1A,1B ナノファイバ製造装置(電界紡糸装置)
2 原料噴射部
20 ノズルアセンブリ
21 ノズル
21a 先端
22 支持部
23 送液部
3 電極
3f 凹曲面
31 開口端部
32,33 開口
30 基台
4 電圧発生部
41 直流高圧電源
42 アース
43 金属導線
5 空気流噴射部
51 貫通孔
6 被覆体
6f 電極3と接する面
61 凸部
62 フランジ部
1A, 1B nanofiber manufacturing equipment (electrospinning equipment)
2 Raw material injection part 20 Nozzle assembly 21 Nozzle 21a Tip 22 Support part 23 Liquid feeding part 3 Electrode 3f Concave surface 31 Open end 32,33 Opening 30 Base 4 Voltage generating part 41 DC high voltage power supply 42 Ground 43 Metal conductor 5 Air flow Injecting portion 51 Through hole 6 Covering body 6f Surface in contact with electrode 3 61 Convex portion 62 Flange portion
Claims (9)
前記ノズルと電気的に絶縁して配置された凹曲面を有する電極と、
前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させる電圧発生部と、
前記ノズルと前記電極の間に空気流を噴射する空気流噴射部とを備えた電界紡糸装置であって、
前記電極は前記ノズルと対向する面の全表面積の90%以上の面積を占める面が、表面に誘電体の露出した被覆体で被覆され、該電極と該被覆体とが接しており、
前記電極における前記被覆体と接する面と該被覆体における該電極と接する面とが同一形状であり、
前記電極における前記ノズルが延びる方向の開口端部の厚みが、該開口端部に位置する前記被覆体の厚みよりも薄い電界紡糸装置。 A raw material injection section having a conductive nozzle for injecting the raw material liquid;
An electrode having a concave curved surface disposed electrically insulated from the nozzle;
A voltage generator for generating a voltage between the nozzle and the electrode;
An electrospinning apparatus comprising an airflow injection unit that injects an airflow between the nozzle and the electrode,
The electrode occupies a surface that occupies an area of 90% or more of the total surface area of the surface facing the nozzle, the surface is covered with a cover with an exposed dielectric, and the electrode and the cover are in contact with each other.
The surface of the electrode in contact with the covering and the surface of the covering in contact with the electrode have the same shape,
The electrospinning apparatus, wherein a thickness of an opening end portion of the electrode in a direction in which the nozzle extends is thinner than a thickness of the covering body positioned at the opening end portion.
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