JP7293008B2 - Electrospinning apparatus and nanofiber manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、電界紡糸装置及びナノファイバの製造方法に関する。 The present invention relates to an electrospinning apparatus and a method for producing nanofibers.
電界紡糸法は、原料樹脂の溶液又は溶融液を吐出して、ナノサイズの直径の繊維を有する繊維シートを簡便且つ高い生産性で製造できる技術として注目を浴びている。一般的に、電界紡糸法は、原料樹脂液を吐出するためのノズルと、ノズルから所定距離を隔てた位置に対向して設置された捕集用電極との間に高電圧を印加して、その状態下で原料樹脂液を吐出する。ノズルの先端から吐出された原料樹脂液は、クーロン力で延伸されながら冷却固化することによって、より細径の繊維が形成されるものである。本出願人は、この技術を用いた繊維を製造する装置及びその製造方法を提案している(特許文献1及び2)。 The electrospinning method is attracting attention as a technique capable of easily producing a fiber sheet having nano-sized diameter fibers with high productivity by discharging a solution or melt of a raw material resin. Generally, in the electrospinning method, a high voltage is applied between a nozzle for ejecting a raw material resin liquid and a collection electrode placed opposite to a position separated from the nozzle by a predetermined distance. Under this condition, the raw material resin liquid is discharged. The raw material resin liquid discharged from the tip of the nozzle is cooled and solidified while being stretched by the Coulomb force, thereby forming finer fibers. The present applicant has proposed an apparatus for producing fibers using this technology and a method for producing the same (Patent Documents 1 and 2).
特許文献3には、噴射圧力が互いに異なるエアを噴射する第1及び第2のノズルと、紡糸される微細繊維の原料を供給する吐出ノズルとを備えた微細繊維製造装置が開示されている。同文献には、第1及び第2のノズルと、吐出ノズルとのなす角度が鋭角又は直角となるように配置されることも開示されている。 Patent Literature 3 discloses a fine fiber manufacturing apparatus including first and second nozzles for jetting air with different jet pressures, and a discharge nozzle for supplying raw materials for fine fibers to be spun. The same document also discloses that the first and second nozzles are arranged so that the angle formed by the discharge nozzle is an acute angle or a right angle.
また特許文献4には、幅方向に一列に間隔を置いて配置され、溶融した熱可塑性重合体を噴射できるオリフィス列と、熱風を噴射するための一対の第一スリットとを具備し、噴射された熱風が前記オリフィス列の先端で合流するように導入されて、極細繊維群を製造する装置が開示されている。同文献には、熱風の両側において気体を平行に噴射するように導入可能なスリットを有していることも開示されている。 Further, in Patent Document 4, a row of orifices arranged at intervals in the width direction and capable of injecting a molten thermoplastic polymer and a pair of first slits for injecting hot air are provided. An apparatus is disclosed in which heated hot air is introduced so as to merge at the tip of the orifice row to produce a group of ultrafine fibers. The same document also discloses having slits that can be introduced to jet the gas in parallel on both sides of the hot air.
ところで、原料樹脂の溶融液を用いる電界紡糸法では、溶融液の吐出後も原料樹脂の溶融状態を維持して延伸させることが、製造される繊維の細径化及び生産効率の向上につながる。特許文献1に記載の電界紡糸装置は、吐出後も溶融液の加熱状態が維持できているので溶融液が延伸されやすい状態となっている。しかし、吐出ノズルの外側に配されている電極に紡糸された繊維が付着して、繊維の連続的な製造が困難となったり、あるいは気体流の風速によっては溶融液の延伸を十分に行うことができないことがあり、これらの点に関して改善の余地があった。 By the way, in the electrospinning method using the melt of the raw material resin, drawing while maintaining the molten state of the raw material resin after the melt is discharged leads to a reduction in the diameter of the manufactured fiber and an improvement in production efficiency. The electrospinning apparatus described in Patent Document 1 maintains the heated state of the melt even after ejection, so that the melt is easily stretched. However, the spun fibers adhere to the electrodes arranged outside the discharge nozzle, making it difficult to continuously manufacture the fibers, or depending on the wind speed of the gas flow, the melt cannot be drawn sufficiently. However, there was room for improvement on these points.
特許文献2に記載の電界紡糸装置は、樹脂溶液を用いた繊維の製造に関するものであり、溶融液を用いる場合の繊維の細径化及び生産効率については検討されていない。特許文献3に記載の製造装置は、気体を噴射するノズルの噴射方向と、吐出ノズルの延びる方向とが交差しているので、繊維の細径化を行いにくく、繊維の生産効率が低下することがあった。また特許文献4に記載の製造装置は、電界紡糸法に関する技術ではなく、所望の極細繊維を安定して得ることは困難であった。 The electrospinning apparatus described in Patent Literature 2 relates to the production of fibers using a resin solution, and does not discuss the fiber diameter reduction and production efficiency in the case of using a melt. In the manufacturing apparatus described in Patent Document 3, since the jetting direction of the nozzle for jetting gas and the extending direction of the discharge nozzle intersect, it is difficult to reduce the diameter of the fiber, and the production efficiency of the fiber is lowered. was there. Moreover, the production apparatus described in Patent Document 4 is not a technology related to the electrospinning method, and it was difficult to stably obtain desired ultrafine fibers.
したがって本発明の課題は、従来技術の欠点を解消し得る電界紡糸装置及びこれを用いたナノファイバの製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrospinning apparatus and a nanofiber manufacturing method using the same that can overcome the drawbacks of the prior art.
本発明は、溶融樹脂を吐出するノズルと、該ノズルとの間に電界を生じさせるための電極と、気体噴射部とを備えた電界紡糸装置であって、
前記気体噴射部は、前記ノズルを囲むように配置され、且つ該ノズルの延びる方向に沿って該ノズルの後端から先端方向に向けて、加熱された第1気体流を噴射可能に形成されている第1気体噴射部と、
第1気体噴射部よりも外側であって、前記ノズルの後端から先端方向に向けて、加熱された第2気体流を噴射可能に形成されている第2気体噴射部とを備える、電界紡糸装置を提供するものである。
The present invention is an electrospinning apparatus comprising a nozzle for discharging a molten resin, an electrode for generating an electric field between the nozzle and the nozzle, and a gas injection unit,
The gas injection part is arranged so as to surround the nozzle, and is formed so as to be capable of injecting a heated first gas flow from the rear end toward the front end of the nozzle along the direction in which the nozzle extends. a first gas injection unit that is
a second gas injection part outside the first gas injection part and formed so as to be able to inject a heated second gas flow from the rear end of the nozzle toward the tip direction; It provides an apparatus.
また本発明は、前記電界紡糸装置を用いてナノファイバを製造する、ナノファイバの製造方法であって、
前記ノズルと前記電極との間に電場を発生させ且つ第1気体噴射部及び第2気体噴射部のそれぞれから加熱された気体流を噴射させた状態下に、溶融樹脂を前記ノズルから吐出して紡糸する、ナノファイバの製造方法を提供するものである。
The present invention also provides a nanofiber manufacturing method for manufacturing nanofibers using the electrospinning apparatus,
The molten resin is discharged from the nozzle in a state in which an electric field is generated between the nozzle and the electrode and heated gas flows are jetted from the first gas jetting portion and the second gas jetting portion, respectively. A method for producing nanofibers by spinning is provided.
本発明によれば、より細径の繊維を高い生産効率で製造できる。 According to the present invention, finer fibers can be produced with high production efficiency.
以下に本発明を、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一実施形態の構造が示されている。同図に示すように、電界紡糸装置10は、混練装置20と、紡糸ユニット30とを備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on its preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of one embodiment of the electrospinning apparatus of the present invention. As shown in the figure, the
電界紡糸装置10は、混練装置20を備えている。混練装置20は、繊維の原料となる樹脂を溶融し、後述する紡糸ユニット30へ吐出するものである。混練装置20は、その内部に、ヒーターを備えたシリンダ及びスクリュー(図示せず)を有しており、混練装置20内に供給された原料樹脂を溶融混練して、紡糸ユニット30へ押し出して供給できる構造となっている。
The
電界紡糸装置10は、紡糸ユニット30を備えている。紡糸ユニット30は、混練装置20から供給された溶融樹脂を外部へ吐出して紡糸するものである。紡糸ユニット30は、混練装置20と連通している中空のノズル31を備えている。ノズル31は、混練装置20から供給された溶融樹脂を、後述する樹脂供給路31bを介してノズル31のノズル先端31aから吐出できるようになっている。ノズル31の帯電性向上の観点から、ノズル31は金属等の導電体から構成されていることが好ましい。以下の説明では、特に断りのない限り、ノズル31から見て混練装置20側の方向(図中、紙面左側)を「後方」又は「後端方向」ともいい、該方向と反対の方向(図中、紙面右側)を「前方」又は「先端方向」ともいう。
The
図1に示すように、紡糸ユニット30は、ノズル31を帯電させ、ノズル31との間に電界を生じさせるための電極32を備えている。電極32は導電性材料から構成されている。同図における電極32は、ノズル31を囲むように配置された略椀形状となっている。電極32におけるノズル31に臨む面は凹曲面状に形成されている。説明の便宜上、以下の説明では、電極32におけるノズル31に臨む面を「凹曲面32a」ともいう。電極32は、ノズル31の先端側に開口端32cを有しており、その開口端32cの平面形状は、真円形又は楕円形等の円形形状となっている。電極32は、高電圧発生装置(図示せず)に接続されており、該装置によって、正又は負の電圧が印加されている。
As shown in FIG. 1, the spinning unit 30 has an
凹曲面32aは、そのいずれの位置においても曲面になっていることが好ましい。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。
The concave
ノズル31に電荷を集中させやすくし、吐出する溶融樹脂の帯電量を高める観点から、凹曲面32aは、その任意の位置における法線がノズル先端31a又はその近傍を通るように形成されていることが好ましく、凹曲面32aは、真球の球殻の内面と同じ形状をしていることが更に好ましい。また同様に、開口端32cは真円形であることも好ましい。
From the viewpoint of facilitating the concentration of charge on the
図1に示す紡糸ユニット30は、混練装置20とノズル31との間に、筒状の樹脂供給路31bと、樹脂供給路31bを囲むように配置された内筒36と、内筒36を覆う外筒37とで形成された構造を有している。樹脂供給路31bは、混練装置20と連通しており、混練装置20から供給された溶融樹脂をノズル31側へ流通できるようになっている。樹脂供給路31bと内筒36との間に形成された空間は、加熱された第1気体流Aが流通可能な第1気体噴射部40となっている。つまり、第1気体噴射部40は、ノズル31を囲むように配置されている。第1気体噴射部40は、加熱された第1気体流Aを該気体噴射部40に供給する第1気体供給源(図示せず)が第1気体導入口40aを介して接続されており、第1気体流Aを各第1気体噴射部40,40に供給できるようになっている。図1に示すように、第1気体噴射部40は、ノズル31の後端(すなわち混練装置20側)からノズル先端31a方向に向けて、且つノズル31の延びる方向に沿って、第1気体流Aを噴射できるようになっている。利便性の観点から、第1気体流Aとしては、例えば空気流を用いることができる。
The spinning unit 30 shown in FIG. 1 includes a cylindrical
吐出された溶融樹脂を気体流によって延伸させて、極細化した繊維を形成しやすくする観点から、第1気体噴射部40は、樹脂供給路31bとの外周とノズル31を囲むように環状に形成されているか、又はノズル31の延びる方向に沿って、且つノズル31を囲むように複数個配置されていることが好ましい。
The first
図1に示すように、紡糸ユニット30は、加熱された第2気体流Bを噴射するための第2気体噴射部50を更に備えている。第2気体噴射部50は、紡糸ユニット30を正面からみたときに、ノズル31の位置を基準として、第1気体噴射部40よりも外側に配されている。第2気体噴射部50は、ノズル31の後端側からノズル先端31a側に向かって、加熱された第2気体流Bを噴射できるように構成されている。第2気体噴射部50は、加熱された第2気体流Bを該気体噴射部50に供給する第2気体供給源(図示せず)が第2気体導入口50aを介して接続されており、第2気体流Bを各第2気体噴射部50,50に供給できるようになっている。同図に示す実施形態では、第2気体噴射部50は、紡糸ユニット30を正面からみたときに、ノズル31の位置を基準として、電極32の内側且つ第1気体噴射部40よりも外側に配されており、ノズル31の延びる方向に沿って、第2気体流Bを噴射できるようになっている。利便性の観点から、第2気体流Bとしては、例えば空気流を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the spinning unit 30 further includes a second
なお、第1気体流A及び第2気体流Bにおける「加熱された」とは、標準温度(20℃)に対して温度が高い気体流をいう。 In addition, "heated" in the first gas flow A and the second gas flow B refers to gas flows having a higher temperature than the standard temperature (20°C).
電界紡糸装置10は、ノズル31と対向する位置に、紡糸された繊維を捕集する捕集部(図示せず)を有していてもよい。捕集部には、金属等の導電性材料から構成された捕集用電極が配置されており、ノズル31と捕集用電極との電位の差によって、紡糸された繊維を捕集部上で捕集できるようになっている。捕集用電極は、好ましくは平板状のものであり、捕集用電極の板面と、ノズル31が延びる方向とが略直交していることも好ましい。捕集用電極は、接地されているか、又は高電圧電源装置によって電圧が印加されていることが好ましい。この場合、捕集部には、ノズル31に印加されている電圧と異なる電圧が印加されていることも好ましい。また捕集部は、ノズル31と捕集用電極との間に配されたベルトコンベア等の搬送手段を有していてもよい。紡糸後捕集された繊維は、これを搬送手段によって下流の工程に搬送することができる。捕集部を備える場合、繊維の捕集効率の観点から、ノズル31の先端と捕集部との間の距離を、好ましくは50mm以上、更に好ましくは100mm以上、好ましくは2000mm以下、更に好ましくは1500mm以下となるように設定する。
The
以上の構成を有する電界紡糸装置によれば、加熱された第1気体流Aがノズル31との距離が相対的に近い第1気体噴射部40から噴射されるので、第1気体流Aがノズル31から吐出された溶融樹脂に接触しやすくなる。その結果、クーロン力に加えて、第1気体流の噴射による外力の付与によって、溶融樹脂の延伸を一層効果的に行うことができ、より細径の繊維を効率よく製造することができる。また、第1気体噴射部40の外側から第2気体流Bを噴射することができるので、溶融樹脂の吐出方向におけるノズル31周囲の空間温度を高い状態に維持し、且つその空間を広範囲に形成することができる。その結果、溶融樹脂の冷却固化を遅らせて、溶融樹脂の延伸状態を長時間維持して、より細径の繊維を効率よく製造することができる。更に第2気体流Bは、吐出された溶融樹脂あるいは冷却固化後の繊維が電極32に意図せず付着することを防ぐことができるので、所望の方向に繊維を搬送させて、生産効率を高めることができる。
According to the electrospinning apparatus having the above configuration, the heated first gas flow A is jetted from the first
上述した効果を一層顕著なものとする観点から、紡糸ユニット30は、電極32におけるノズル31に臨む面である凹曲面32aに少なくとも配置された電気絶縁性の壁部35を備えていることが好ましい。これによって、ノズル31と電極32との間の放電を防いで、繊維の紡糸を安定して行うことができる。
From the viewpoint of making the above-mentioned effect more remarkable, the spinning unit 30 preferably has an electrically insulating
図1に示す壁部35は、電極32と直接に接触して、電極32の全面を被覆している。このような構成とすることによって、壁部35は電極32を支持する支持部材としても機能させることができる。壁部35は、ノズル31の先端側に開口端35cを有している。壁部35の開口端35cの平面形状は、真円形でもよく、あるいは楕円形でもよい。壁部35のうち、ノズル31に臨む面は、開口端35c側に向かって傾斜する壁面35bをなしている。
The
壁部35は、ノズル31と電極32とを電気的に絶縁するための誘電体からなることが好ましい。壁部35を誘電体とすることで、ノズル31の帯電量を一層高め、より細径の繊維を製造することができる。壁部35は単一種の誘電体から構成されていてもよく、複数種の誘電体が積層された積層体であってもよい。
The
壁部35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ス材料や、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。
Dielectrics used for the
また、壁部35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、帯電した溶融樹脂や繊維等が壁部35に付着しにくくなり、繊維の生産効率を高めることができる。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(登録商標、三洋化成工業(株))、エレクトロストリッパー(登録商標、花王(株))、リケマール(登録商標、理研ビタミン(株))などを用いることができる。
In addition, the dielectric used for the
第1気体噴射部40及び第2気体噴射部50の各構成材料は特に制限されないが、ノズル31の帯電性や、気体流に対する耐熱性を考慮して選択することが好ましく、例えば壁部35と同様の材料を用いることができる。
Although each material constituting the first
図1に示す実施形態は、ノズル31の位置を基準としたときに、電極32が第1気体噴射部40及び第2気体噴射部50よりも外側に配されているものであるところ、電極32の配置位置が図1に示す実施形態と同様であり、且つ第1気体噴射部40及び第2気体噴射部50の配置が異なる別の実施形態として、図2ないし図4に示す実施形態を採用することもできる。このような構成であっても、クーロン力に加えて、第1気体流の噴射による外力を更に付与することによって、溶融樹脂の延伸を効果的に行うことができる。また、溶融樹脂の冷却固化を遅らせて溶融樹脂の延伸状態を長時間維持することができるので、より細径の繊維を効率よく製造することができる。以下に説明する実施形態は、上述した実施形態と異なる点を中心に説明し、特に説明しない点については、上述した実施形態についての説明が適宜適用される。上述した実施形態と同様の点については同じ符号を付して説明を省略する。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図2及び図3に示す実施形態では、第1気体噴射部40と第2気体噴射部50との噴射口の末端位置がそれぞれ異なっている。詳細には、図2に示す実施形態では、第1気体噴射部40における第1気体噴射口40pの末端位置は、ノズル先端31aと略同じ位置である。一方、第2気体噴射部50における第2気体噴射口50pの末端は、ノズル先端31aよりも後方に位置している。このような構成を有することによって、第2気体流Bが溶融樹脂の吐出方向に噴射されるとともに、紡糸ユニット30の正面視において、第2気体流Bがノズル31の位置から該ノズル31の外側に向かって拡散しながら噴射されやすくなるので、ノズル31周囲の空間温度を高い状態に維持し、且つその空間を更に広範囲に形成することができる。その結果、溶融樹脂の冷却固化を遅らせて、溶融樹脂の延伸状態を長時間維持して、より細径の繊維を効率よく製造することができる。
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the end positions of the injection ports of the first
また図3に示す実施形態では、第1気体噴射部40における第1気体噴射口40pの末端位置は、ノズル先端31aと略同じ位置であり、第2気体噴射部50における第2気体噴射口50pの末端位置は、ノズル先端31aよりも前方に位置している。このような構成を有することによって、第2気体流Bが溶融樹脂の吐出方向に沿うように整流されながら噴射されるので、紡糸ユニット30への溶融樹脂の付着をより一層抑制することができる。
Further, in the embodiment shown in FIG. 3, the end position of the first
図4に示す実施形態では、第1気体噴射部40における第1気体噴射口40pの末端位置は、ノズル先端31aと略同じ位置であり、第2気体噴射部50における第2気体噴射口50pの末端は、ノズル先端31aよりも前方に位置している。これに加えて、第2気体噴射部50は、その噴射口径がノズル31の後方から前方に向かって漸次増加するテーパー形状となっている。このような構成を有することによって、第2気体流Bが溶融樹脂の吐出方向に沿うように整流されながら噴射されるとともに、紡糸ユニット30の正面視において、第2気体流Bがノズル31の位置から該ノズル31の外側に向かって拡散しながら噴射されやすくなるので、ノズル31周囲の空間温度を高い状態に維持し、且つその空間を更に広範囲に形成することができる。その結果、溶融樹脂の冷却固化の遅延に起因して溶融樹脂の延伸状態を長時間維持できるとともに、紡糸ユニット30への溶融樹脂の付着をより一層抑制することができる。これに代えて、第2気体噴射部50は、その噴射口径がノズル31の後方から前方に向かって漸次減少する逆テーパー形状となっていてもよい。このような構成となる場合、第2気体流Bは、第1気体流Aとともに、吐出された溶融樹脂の周囲を取り囲みながら噴射され、且つ第2気体流Bの風速が増加したものとなるので、第2気体流Bに起因する気体流の整流効果が更に高まり、紡糸ユニット30への溶融樹脂の付着をより一層効果的に抑制することができる。
In the embodiment shown in FIG. 4, the end position of the first
図1ないし図4に示す実施形態に代えて、図5に示す実施形態を採用してもよい。図5に示す実施形態は、紡糸ユニット30を正面から見たときに、ノズル31の位置を基準として、電極32が第1気体噴射部40と第2気体噴射部50との間に配されているものである。また、第1気体噴射部40における第1気体噴射口40pの末端位置は、ノズル先端31aと略同じ位置であり、第2気体噴射部50における第2気体噴射口50pの末端は、ノズル先端31aよりも前方に位置している。このような構成であっても、クーロン力に加えて、第1気体流の噴射による外力の付与によって、溶融樹脂の延伸を一層効果的に行うことができる。これに加えて、溶融樹脂の冷却固化を遅らせて、溶融樹脂の延伸状態を長時間維持できるので、より細径の繊維を効率よく製造することができる。特に、図5に示す実施形態では、図1ないし図4に示す実施形態や、後述する図6に示す実施形態と比較して、ノズル31と電極32との距離が比較的短いので、ノズル31及び吐出される溶融樹脂をより強く帯電させることができ、その結果、クーロン力の発生に起因して、一層細径の繊維を製造することができる利点がある。
Instead of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the embodiment shown in FIG. 5 may be adopted. In the embodiment shown in FIG. 5, when the spinning unit 30 is viewed from the front, the
図1ないし図5に示す実施形態に代えて、図6に示す実施形態を採用してもよい。図6に示す実施形態は、紡糸ユニット30を正面から見たときに、ノズル31の位置を基準として、電極32が第1気体噴射部40と第2気体噴射部50との間に配されている。また、第1気体噴射部40における第1気体噴射口40pの末端位置は、ノズル先端31aと略同じ位置である。第2気体噴射部50は、その第2気体噴射口50pの末端がノズル先端31aよりも前方に位置しているとともに、第2気体流Bの噴射方向をノズル31の延びる方向と交差するように形成されている。このような構成であっても、クーロン力に加えて、第1気体流Aの噴射による外力の付与によって、溶融樹脂の延伸を三次元的に行うことができ、溶融樹脂の延伸状態を長時間維持しつつ、溶融樹脂の冷却固化を遅らせることができるので、より細径の繊維を効率よく製造することができる。特に本実施形態では、紡糸される繊維を捕集する際に、捕集部の平面方向に意図せず拡散して捕集されることを防ぐことができるので、所望の範囲に繊維を捕集させることができ、生産効率が高まるという利点がある。
Instead of the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the embodiment shown in FIG. 6 may be adopted. In the embodiment shown in FIG. 6, when the spinning unit 30 is viewed from the front, the
これらの実施形態のうち、紡糸ユニット30を正面から見たときに、第1気体噴射部40及び第2気体噴射部50がそれぞれ、ノズル31を中心とし、異なる直径を有する二つの同心円上に位置し、且つ第1気体流Aの噴射方向と第2気体流Bの噴射方向とが一致することで、第2気体流Bが第1気体流Aを取り囲むように噴射できるように配されていることが好ましい。すなわち、図1ないし図5に示す実施形態であることが好ましい。このような構成となっていることによって、第2気体流Bが第1気体流Aと外気との間に流れこんで、第1気体流Aと外気との接触を防ぐことができ、第1気体噴射部40から噴射される第1気体流Aの意図しない温度低下を防ぐことができる。その結果、第1気体流Aの溶融樹脂への吹き付けによる延伸効率をより一層高め、細径の繊維を効率良く得るという利点が奏される。
Among these embodiments, when the spinning unit 30 is viewed from the front, the first
詳細には、第1気体噴射部40における第1気体噴射口40pが、ノズル31を中心とし、相対的に直径が小さい仮想円上に配されており、第2気体噴射部50における第2気体噴射口50pが、ノズル31を中心とし、相対的に直径が大きい仮想円上に配されていることが好ましい。この場合、紡糸ユニット30をノズル31と相対する方向から見たときに、第1気体噴射口40p及び第2気体噴射口50pはいずれも、仮想円の周方向に一定の間隔を置いて、円状等の幾何学形状のものが複数個形成されていてもよく、仮想円周に沿う連続線状の噴射口となっていてもよく、これらの組み合わせであってもよい。
Specifically, the first
次に、上述の各実施形態に共通して適用可能な事項について説明する。
ノズル先端31aの内径は、好ましくは50μm以上、更に好ましくは100μm以上であり、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。ノズル先端31aの内径をこの範囲内に設定することで、溶融樹脂を容易に、且つ定量的に吐出することができる。
Next, items commonly applicable to each of the above-described embodiments will be described.
The inner diameter of the
第1気体噴射口40pの噴射口径D1(図1参照)は、好ましくは1mm以上、更に好ましくは2mm以上であり、好ましくは10mm以下、更に好ましくは7mm以下である。また第2気体噴射口50pの噴射口径D2(図1参照)は、好ましくは10mm以上、更に好ましくは20mm以上であり、好ましくは100mm以下、更に好ましくは70mm以下である。各噴射口径がこのような範囲となっていることによって、第1気体流A及び第2気体流Bを所望の風速及び風量に調節して、溶融樹脂の延伸効率を更に高めることができる。
The injection port diameter D1 (see FIG. 1) of the first
混練装置20からの溶融樹脂の供給を首尾よく行う観点から、混練装置20と紡糸ユニット30との間には、溶融樹脂を加熱又は保温する加熱手段(図示せず)が備えられていることが好ましい。加熱手段としては、ヒーターなどの公知の手段を用いることができる。加熱又は保温する温度としては、繊維の製造に使用する原料樹脂の融点以上に加熱又は保温しておくことが好ましい。また樹脂供給路31bは、熱伝導性及び機械的強度等の観点から、例えば金属で構成されていることが好ましく、溶融電界紡糸法において混練装置20への電圧負荷を防止する観点から、接地されていることが好ましい。
From the viewpoint of successfully supplying the molten resin from the kneading
壁部35に使用する誘電体の厚みは、溶融樹脂の帯電量を高める観点から、0.8mm以上であることが好ましく、8mm以上であることがより好ましい。この厚みは、壁部35が単一種又は複数種の誘電体から構成されている場合、壁部35の厚みを指す(すなわち、誘電体の厚みは壁部35の厚みに等しい。)ものとする。また壁部35が内部(表面に露出しない部分)に金属の粒子又は空気の層等を含んだ複合体である場合は、該壁部35の厚みから該壁部35の厚み方向における金属の粒径や空気の層の厚みの合計を差し引いた誘電体のみの厚みを指すものとする。壁部35の厚みは、電極32の大きさ、及びノズル31と電極32との位置関係によるが、少なくともノズル31と壁部35とが直接接することのない値であることが好ましい。
The thickness of the dielectric used for the
紡糸ユニット30における第1気体噴射口40p及び第2気体噴射口50pの前後方向の末端位置は、本発明の効果が奏される限りにおいて特に制限はないが、ノズル先端31aの位置を基準(ゼロ)として、ノズル31の前方の位置を正の値で表し、ノズル31の後方の位置を負の値で表したときに、それぞれ独立して、好ましくは-50mm以上+15mm以下の範囲である。各気体噴射口の末端位置は、紡糸ユニット30を正面からみたときに、ノズル31の位置を基準として、各気体噴射口を構成する外側の部材における前方側端部の位置とする。また、第1気体噴射口40pの末端位置は、ノズル31の先端位置と同じか、又は該先端よりも前方に位置することが好ましく、第2気体噴射口50pの末端位置は、ノズル31の先端位置と同じか、又は該先端よりも後方に位置することが好ましい。
The end positions of the first
以上は、本発明の電界紡糸装置10に関する説明であったところ、該装置10を用いた電界紡糸方法は、ノズル31と電極32との間に電界を生じさせ、且つ第1気体流A及び第2気体流Bを噴射させた状態下に、ノズル31の先端31aから溶融樹脂を吐出する。吐出された溶融樹脂は、その内部で発生したクーロン力と、第1気体流A及び第2気体流Bの噴射とによって、溶融樹脂が三次元的に延伸されながら微細化し、これとともに、樹脂の冷却固化が進行して、細径の繊維が形成される。
The above is a description of the
本発明の方法によって製造される繊維は、その繊維径を円相当直径で表した場合、繊維径が30μm以下のナノファイバと呼ばれる細径の繊維となる。ナノファイバは、その繊維径が好ましくは0.1μm以上であり、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下、更に好ましくは3μm以下のものである。 The fibers produced by the method of the present invention are small-diameter fibers called nanofibers having a fiber diameter of 30 μm or less when the fiber diameter is expressed as a circle-equivalent diameter. The nanofiber preferably has a fiber diameter of 0.1 µm or more, preferably 10 µm or less, more preferably 5 µm or less, and still more preferably 3 µm or less.
繊維の繊維径は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)観察による二次元画像から、紡糸された繊維の塊、繊維どうしの交差部分、ポリマー液滴といった欠陥を除いた繊維を任意に500本選び出し、繊維の長手方向に直交する線を引いたときの長さを繊維径として直接読み取ることで測定することができる。測定した繊維径の分布からメジアン繊維径を求め、これを本発明の繊維径とする。 For the fiber diameter of the fiber, for example, 500 fibers arbitrarily selected from a two-dimensional image by scanning electron microscope (SEM) observation, excluding defects such as spun fiber clumps, fiber intersections, and polymer droplets, The fiber diameter can be measured by directly reading the length when a line perpendicular to the longitudinal direction of the fiber is drawn. A median fiber diameter is determined from the measured fiber diameter distribution, and is defined as the fiber diameter of the present invention.
繊維の製造において、第1気体流A及び第2気体流Bを噴射する際には、第1気体流Aの風速を、第2気体流Bの風速以上となるように噴射することが好ましい。各気体流の風速を調整することによって、吐出された溶融樹脂を、第1気体流の噴射によって生じた外力によってより強く延伸させることができ、その結果、一層細径の繊維を効率良く得ることができる。 When the first gas flow A and the second gas flow B are jetted in the production of fibers, it is preferable to jet the first gas flow A at a wind speed equal to or higher than the second gas flow B. By adjusting the wind speed of each gas stream, the ejected molten resin can be drawn more strongly by the external force generated by the ejection of the first gas stream, and as a result, finer fibers can be efficiently obtained. can be done.
詳細には、第2気体流Bの風速B1に対する第1気体流Aの風速A1の比(A1/B1)は、好ましくは1以上、より好ましくは5以上であり、好ましくは100以下、より好ましくは80以下である。 Specifically, the ratio (A1/B1) of the wind speed A1 of the first gas flow A to the wind speed B1 of the second gas flow B is preferably 1 or more, more preferably 5 or more, and preferably 100 or less, more preferably is 80 or less.
第1気体流Aの風速A1は、吐出された溶融樹脂をより延伸させる観点から、20m/s以上が好ましく、30m/s以上がより好ましく、100m/s以上が更に好ましく、また溶融樹脂の延伸中の意図しない破断を防ぐ観点から、300m/s以下が現実的である。同様に、第2気体流Bの風速B1は、上述の比を満たすことを条件として、1m/s以上が好ましく、2m/s以上がより好ましく、30m/s以下が好ましく、25m/s以下がより好ましい。これらの風速は、各気体噴射口40p,50pの末端での値とする。これらの風速は、例えば、各気体供給源から供給される気体流の圧力を変更したり、各気体噴射口の噴射口径を変更したりすることによって適宜調整することができる。
The wind speed A1 of the first gas flow A is preferably 20 m/s or more, more preferably 30 m/s or more, and still more preferably 100 m/s or more, from the viewpoint of further stretching the discharged molten resin. 300 m/s or less is realistic from the viewpoint of preventing unintended breakage of the medium. Similarly, the wind speed B1 of the second gas flow B is preferably 1 m/s or more, more preferably 2 m/s or more, preferably 30 m/s or less, and 25 m/s or less, provided that the above ratio is satisfied. more preferred. These wind velocities are the values at the end of each
また繊維の製造において、第1気体流A及び第2気体流Bを噴射する際には、第2気体流Bの風量を、第1気体流Aの風量以上となるように噴射することも好ましい。各気体流の風量を調整することによって、溶融樹脂の吐出方向におけるノズル31周囲の空間温度を高い状態に維持し、且つその空間をより広範囲に形成することができる。その結果、溶融樹脂の延伸状態を長時間維持しつつ、溶融樹脂の冷却固化を遅らせて、一層細径の繊維を効率よく製造することができる。
In the production of fibers, when the first gas flow A and the second gas flow B are jetted, it is also preferable to jet the air volume of the second gas flow B so that it is equal to or greater than the air volume of the first gas flow A. . By adjusting the air volume of each gas flow, it is possible to maintain the temperature of the space around the
詳細には、第1気体流Aの風量A2に対する第2気体流Bの風量B2の比(B2/A2)は、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは5以上であり、好ましくは200以下、より好ましくは100以下、更に好ましくは20以下である。 Specifically, the ratio (B2/A2) of the air volume B2 of the second gas flow B to the air volume A2 of the first gas flow A is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and still more preferably 5 or more. is 200 or less, more preferably 100 or less, still more preferably 20 or less.
第1気体流Aの風量A2は、吐出された溶融樹脂の延伸効率の向上と破断防止との両立を図る観点から、10L/min以上が好ましく、60L/min以上が更に好ましく、また300L/min以下が好ましく、200L/min以下が更に好ましい。同様に、第2気体流Bの風量B2は、上述の比を満たすことを条件として、100L/min以上が好ましく、500L/min以上が更に好ましく、また4000L/min以下が好ましく、3000L/min以下が更に好ましい。これらの風量は、各気体噴射口の末端での値とする。これらの風量は、例えば、各気体供給源から供給される気体流の流量を変更したり、各気体噴射口の噴射口径を変更したりすることによって適宜調整することができる。 The air volume A2 of the first gas flow A is preferably 10 L/min or more, more preferably 60 L/min or more, and 300 L/min from the viewpoint of achieving both improvement in drawing efficiency of the discharged molten resin and prevention of breakage. The following is preferable, and 200 L/min or less is more preferable. Similarly, the air volume B2 of the second gas flow B is preferably 100 L/min or more, more preferably 500 L/min or more, and preferably 4000 L/min or less, and 3000 L/min or less, provided that the above ratio is satisfied. is more preferred. These air volumes are the values at the end of each gas injection port. These air volumes can be appropriately adjusted, for example, by changing the flow rate of the gas flow supplied from each gas supply source or by changing the injection port diameter of each gas injection port.
特に、溶融樹脂の吐出方向におけるノズル31周囲の空間温度をより高い状態に維持して、溶融樹脂の延伸効率を高め、より一層細径の繊維を製造する観点から、用いる溶融樹脂の固化温度よりも高い温度となっている第2気体流Bを噴射することも好ましい。溶融樹脂の固化温度とは、すなわち後述する熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物の融点を指す。
In particular, from the viewpoint of maintaining the space temperature around the
加熱された各気体流A,Bの温度は、原料樹脂の種類及びその融点によって適宜変更可能であるが、第1気体流Aの温度は、好ましくは100℃以上、より好ましくは200℃以上であり、好ましくは500℃以下、より好ましくは400℃以下である。また第2気体流Bの温度は、好ましくは25℃以上、更に好ましくは100℃以上であり、好ましくは300℃以下、更に好ましくは200℃以下である。これらの温度は、各気体噴射口の末端での値とする。これらの温度は、例えば、各気体供給源での加熱の度合を変更することによって適宜調整することができる。 The temperature of each of the heated gas streams A and B can be appropriately changed depending on the type of raw material resin and its melting point. preferably 500° C. or lower, more preferably 400° C. or lower. The temperature of the second gas flow B is preferably 25° C. or higher, more preferably 100° C. or higher, and preferably 300° C. or lower, more preferably 200° C. or lower. These temperatures are the values at the end of each gas injection port. These temperatures can be adjusted as appropriate, for example, by changing the degree of heating in each gas source.
本発明に用いられる溶融樹脂は、融点を有する熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物の流動体である。なお、「融点を有する」とは、示差走査熱量測定法(DSC法)において、樹脂を加熱していったときに、該樹脂が熱分解する前に、固体から液体へ相変化することに起因する吸熱ピークを示すことを言う。熱可塑性樹脂の融点は、例えば融点・滴点測定装置(メトラー・トレド社製、型番:DP90 自動滴点・軟化点測定システム)を用いて、JIS K 0064又はJIS K 2220に準じて測定することができる。 The molten resin used in the present invention is a fluid of a resin composition containing a thermoplastic resin having a melting point. In addition, "having a melting point" means that when the resin is heated in the differential scanning calorimetry (DSC method), the phase changes from solid to liquid before the resin thermally decomposes. It is said to show an endothermic peak that The melting point of the thermoplastic resin is measured according to JIS K 0064 or JIS K 2220 using, for example, a melting point/dropping point measuring device (manufactured by Mettler Toledo, model number: DP90 automatic dropping point/softening point measuring system). can be done.
熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-α-オレフィンコポリマー等のポリオレフィン樹脂;ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、液晶ポリマー(Liquid Crystal Polymer)等のポリエステル樹脂;ナイロン6及びナイロン66等のポリアミド樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン及びポリスチレン等のビニル系ポリマー;ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸及びポリメタクリル酸エステル等のアクリル系ポリマー;ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニル-エチレン共重合体などが挙げられる。これらの樹脂は一種を単独で、又は二種以上を組み合わせて用いることができる。これらの熱可塑性樹脂のうち、低融点、高流動性、高延性といった性質に起因して紡糸し易いという観点から、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-α-オレフィンコポリマー等のポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。 Examples of thermoplastic resins include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-α-olefin copolymers; polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polylactic acid, and liquid crystal polymers; nylon 6 and nylon 66, and the like. Polyamide resin; vinyl polymers such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and polystyrene; acrylic polymers such as polyacrylic acid, polyacrylate, polymethacrylic acid and polymethacrylate; polyvinyl acetate, polyvinyl acetate- Examples include ethylene copolymers. These resins can be used singly or in combination of two or more. Among these thermoplastic resins, polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-α-olefin copolymers are preferably used from the viewpoint of ease of spinning due to properties such as low melting point, high fluidity, and high ductility.
溶融樹脂は、本発明の効果を損なわない限り、熱可塑性樹脂に加えて、添加剤を配合した樹脂組成物とすることもできる。添加剤としては、例えば帯電剤、酸化防止剤、中和剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤、金属不活性剤、親水化剤などが挙げられる。帯電剤としては、ステアリン酸、ラウリン酸、リシノール酸等の有機酸と、Ca、Li、Zn、Ba等の金属とが金属塩を形成している金属石鹸、アシルアルキルタウリン塩、アルキルスルホン酸塩及び第四級アンモニウム塩等のイオン性界面活性剤などが例示できる。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、フォスファイト系酸化防止剤及びチオ系酸化防止剤などが例示できる。中和剤としては、ステアリン酸カルシウムやステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸塩類が例示できる。光安定剤及び紫外線吸収剤としては、ヒンダードアミン類、ニッケル錯化合物、ベンゾトリアゾール類、ベンゾフェノン類などが例示できる。滑剤としては、ステアリン酸アマイドなどの高級脂肪酸アマイド類が例示できる。帯電防止剤としては、グリセリン脂肪酸モノエステルなどの脂肪酸部分エステル類が例示できる。金属不活性剤としては、フォスフォン類、エポキシ類、トリアゾール類、ヒドラジド類、オキサミド類などが例示できる。親水化剤としては多価アルコール脂肪酸エステル、エチレンオキサイド付加物、アミンアノマイド系などのノニオン性界面活性剤などが例示できる。 The molten resin may be a resin composition containing additives in addition to the thermoplastic resin, as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of additives include charging agents, antioxidants, neutralizers, light stabilizers, ultraviolet absorbers, lubricants, antistatic agents, metal deactivators, hydrophilizing agents, and the like. Examples of charging agents include metal soaps, acylalkyltaurate salts, and alkylsulfonates, which are metal salts of organic acids such as stearic acid, lauric acid, and ricinoleic acid, and metals such as Ca, Li, Zn, and Ba. and ionic surfactants such as quaternary ammonium salts. Examples of antioxidants include phenol-based antioxidants, phosphite-based antioxidants, and thio-based antioxidants. Examples of neutralizing agents include higher fatty acid salts such as calcium stearate and zinc stearate. Examples of light stabilizers and ultraviolet absorbers include hindered amines, nickel complex compounds, benzotriazoles, benzophenones and the like. Examples of lubricants include higher fatty acid amides such as stearamide. Examples of antistatic agents include fatty acid partial esters such as glycerin fatty acid monoester. Examples of metal deactivators include phosphones, epoxies, triazoles, hydrazides, oxamides and the like. Examples of hydrophilizing agents include nonionic surfactants such as polyhydric alcohol fatty acid esters, ethylene oxide adducts, and amine-anomide-based surfactants.
溶融樹脂に添加剤を含む場合、添加剤の含有量は、電界紡糸を首尾よく行う観点から、好ましくは0.5質量%以上50質量%以下、更に好ましくは1質量%以上40質量%以下、一層好ましくは3質量%以上30質量%以下である。つまり、本発明のナノファイバの製造に用いられる溶融樹脂は熱可塑性樹脂を主体とするものである。 When the molten resin contains an additive, the content of the additive is preferably 0.5% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 40% by mass or less, from the viewpoint of successful electrospinning. More preferably, it is 3% by mass or more and 30% by mass or less. That is, the molten resin used for producing the nanofiber of the present invention is mainly composed of thermoplastic resin.
溶融樹脂を製造する方法は特に制限はなく、例えば加熱して溶融させた熱可塑性樹脂に、必要に応じて添加剤を添加して、これらを加熱混練することによって製造することができる。このような溶融樹脂は、予め溶融混練したものをマスターバッチとして製造してもよく、製造時に熱可塑性樹脂と、必要に応じて添加剤とを混練装置20へ供給し、該混練装置20内で加熱溶融及び混練して製造してもよい。
The method of producing the molten resin is not particularly limited, and for example, it can be produced by heating and melting a thermoplastic resin, adding additives as necessary, and heating and kneading them. Such a molten resin may be produced as a masterbatch by melt-kneading in advance. At the time of production, the thermoplastic resin and, if necessary, additives are supplied to the kneading
上述した繊維の製造方法においては、説明の便宜上、一つの紡糸ユニット30を備える電界紡糸装置10を単独で用いた形態について説明したが、この形態に限られない。詳細には、一つの紡糸ユニット30を備える電界紡糸装置10を複数用いて電界紡糸を行ってもよく、複数の紡糸ユニット30を備える電界紡糸装置10を単独又は複数用いて電界紡糸を行ってもよい(以下、これらの形態を総称して「複数配置形態」ともいう。)。特に、電界紡糸装置10どうし又は紡糸ユニット30どうしを近接させて配置し、その状態で電界紡糸を行うことによって、第2気体流の風量B2を少なくした場合でも、ノズル31の周囲及び前方の空間温度を高い状態に維持し、且つその空間を更に広範囲に形成することができる。その結果、溶融樹脂の冷却固化を遅らせて、細径の繊維をより一層効果的に製造することができる。これに加えて、複数の紡糸ユニット30によって繊維を一度に製造することができるので、加熱気体流の供給コストを削減しつつ、繊維の生産効率を一層高めることができるという利点もある。
In the above-described fiber manufacturing method, for convenience of explanation, a mode in which the
複数の電界紡糸装置10又は紡糸ユニット30の配置位置は、製造環境や、製造する繊維の用途に応じて適宜選択することができ、例えば、紡糸ユニット30を正面視したときに、複数の紡糸ユニット30を一方向に沿って並べた紡糸ユニット列を一列又は複数列配置してもよく、隣り合う紡糸ユニット30を捕集部における搬送方向の前後に交互に位置するように配置してもよい。
The arrangement positions of the plurality of
上述した複数配置形態における第2気体流Bの風量B2は、上述の第1気体流Aの風量A2及びB2/A2比を満たすことを条件として、50L/min以上が好ましく、100L/min以上が更に好ましく、また2000L/min以下が好ましく、1500L/min以下が更に好ましい。複数配置形態における風量B2がこのような範囲であれば、吐出された溶融樹脂を十分に延伸させることができ、繊維の細径化を効率よく達成することができる。この風量B2は、気体噴射口の末端での値とし、例えば、気体供給源から供給される気体流の流量を変更したり、各気体噴射口の噴射口径を変更したりすることによって適宜調整することができる。 The air volume B2 of the second gas flow B in the multiple arrangement form described above is preferably 50 L/min or more, and preferably 100 L/min or more, on the condition that the air volume A2 of the first gas flow A and the B2/A2 ratio are satisfied. More preferably, 2000 L/min or less is preferable, and 1500 L/min or less is even more preferable. If the air volume B2 in the multiple arrangement form is within such a range, the discharged molten resin can be sufficiently drawn, and the diameter of the fibers can be efficiently reduced. This air volume B2 is a value at the end of the gas injection port, and is appropriately adjusted by, for example, changing the flow rate of the gas flow supplied from the gas supply source or changing the injection port diameter of each gas injection port. be able to.
上述した電界紡糸装置10を用いた電界紡糸方法によって製造されたナノファイバ又はその堆積体は、それを集積させた繊維成形体として各種の目的に使用することができる。成形体の形状としては、シート、綿状体、糸状体などが挙げられる。繊維成型体は、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。繊維シートは、例えば医療目的や、美容目的、装飾目的等の非医療目的でヒトの肌、歯、歯茎、毛髪、非ヒト哺乳類の皮膚、歯、歯茎、枝や葉等の植物表面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。繊維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 nanofibers produced by the electrospinning method using the
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に制限されない。 Although the present invention has been described above based on its preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
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。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the scope of the invention is not limited to such examples.
〔実施例1及び2〕
図2に示す構造を有する電界紡糸装置10を単独で用いて、原料の熱可塑性樹脂としてポリプロピレン(PP;PolyMirae社製、MF650Y、融点155℃)を95質量%含み、且つ添加剤としてアシルアルキルタウリン塩(N-ステアロイル-N-メチルタウリンナトリウム;日光ケミカルズ株式会社製、ニッコールSMT)を5質量%含む樹脂組成物からなる溶融樹脂を、溶融電界紡糸法によって紡糸し、繊維を製造した。電界紡糸の条件は、以下のとおりとした。第1気体流A及び第2気体流Bの温度、風速比、風量比、並びにノズル先端31aの位置と各気体噴射口40p,50pの末端位置との関係は、以下の表1に示す。
[Examples 1 and 2]
Using the
〔繊維の製造条件〕
・製造環境:18~25℃、50%RH
・溶融樹脂の吐出量:2g/min
・ノズル31の内径:0.25mm
・ノズル先端31a(ステンレス製)への印加電圧:-20kV
・第1気体流の風速A1:風速比(A1/B1)が以下の表1に示す条件となるように、30m/s以上300m/s以下の範囲で設定した。
・第2気体流の風速B1:風速比(A1/B1)が以下の表1に示す条件となるように、2m/s以上30m/s以下の範囲で設定した。
・第1気体流の風量A2:風量比(B2/A2)が以下の表1に示す条件となるように、20L/min以上180L/min以下の範囲で設定した。
・第2気体流の風量B2:風量比(B2/A2)が以下の表1に示す条件となるように、100L/min以上3000L/min以下の範囲で設定した。
[Conditions for manufacturing fibers]
・Manufacturing environment: 18-25°C, 50% RH
・Discharge rate of molten resin: 2 g/min
・Inner diameter of nozzle 31: 0.25 mm
・Applied voltage to
- The wind speed A1 of the first gas flow: The wind speed ratio (A1/B1) was set in the range of 30 m/s or more and 300 m/s or less so as to satisfy the conditions shown in Table 1 below.
The wind speed B1 of the second gas flow: The wind speed ratio (A1/B1) was set in the range of 2 m/s or more and 30 m/s or less so as to satisfy the conditions shown in Table 1 below.
The air volume A2 of the first gas flow: The air volume ratio (B2/A2) was set in the range of 20 L/min or more and 180 L/min or less so as to satisfy the conditions shown in Table 1 below.
Air volume B2 of the second gas flow: Air volume ratio (B2/A2) was set in the range of 100 L/min or more and 3000 L/min or less so as to satisfy the conditions shown in Table 1 below.
〔実施例3ないし6〕
図1に示す構造を有する電界紡糸装置10を単独で用いて、第1気体流A及び第2気体流Bの温度、風速比、風量比、並びにノズル先端31aの位置と各気体噴射口40p,50pの末端位置との関係を以下の表1のとおりに変更した他は、実施例1と同様の条件で電界紡糸を実施し、繊維を製造した。
[Examples 3 to 6]
Using the
〔実施例7〕
図2に示す構造を有する電界紡糸装置10を単独で用いて、第1気体流A及び第2気体流Bの温度、風速比、風量比、並びにノズル先端31aの位置と各気体噴射口40p,50pの末端位置との関係を以下の表1のとおりに変更した他は、実施例1と同様の条件で電界紡糸を実施し、繊維を製造した。
[Example 7]
Using the
〔実施例8及び9〕
図2に示す構造を有する電界紡糸装置10を複数用いて、これらを等間隔且つ近接させて配置した。第1気体流A及び第2気体流Bの温度、風速比、風量比、並びにノズル先端31aの位置と各気体噴射口40p,50pの末端位置との関係を以下の表1のとおりに変更した他は、実施例1と同様の条件で電界紡糸を実施し、繊維を製造した。
[Examples 8 and 9]
A plurality of
〔比較例1〕
第2気体流Bの噴射を行わず、且つノズル先端31aへの印加電圧をゼロとした他は、実施例1と同様に紡糸を行い、繊維を製造した。本比較例は、ノズル31と電極32との間に電場は発生しておらず、電界紡糸を行っていない。
[Comparative Example 1]
Spinning was carried out in the same manner as in Example 1, except that the second gas flow B was not jetted and the voltage applied to the
〔比較例2〕
第2気体流Bの噴射を行わなかった他は、実施例1と同様の条件で電界紡糸を実施し、繊維を製造した。
[Comparative Example 2]
Electrospinning was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the second gas flow B was not jetted, to produce fibers.
〔比較例3及び4〕
第1気体流A及び第2気体流Bの温度、風速比、風量比、並びにノズル先端31aの位置と各気体噴射口40p,50pの末端位置との関係を、以下の表1に示すように変更し、且つノズル先端31aへの印加電圧をゼロとした他は、実施例1と同様に紡糸を行い、繊維を製造した。各比較例は、ノズル31と電極32との間に電場は発生しておらず、電界紡糸を行っていない。
[Comparative Examples 3 and 4]
The relationship between the temperature, wind speed ratio, and wind volume ratio of the first gas flow A and the second gas flow B, and the position of the
〔メジアン繊維径の測定〕
実施例及び比較例の各製造条件において、紡糸された繊維の繊維径を上述した方法で測定した。結果を表1に示す。
[Measurement of median fiber diameter]
The fiber diameter of the spun fibers was measured by the method described above under each manufacturing condition of the examples and comparative examples. Table 1 shows the results.
〔繊維の電極への付着評価〕
実施例及び比較例の各製造条件において、紡糸された繊維が電極32及びその近傍に付着しているか否かについて、以下の基準で目視にて評価した。結果を表1に示す。
・「あり」:紡糸された繊維及びその堆積物が電極32及びその近傍に付着しており、繊維の生産効率が悪い。
・「なし」:紡糸された繊維及びその堆積物が電極32及びその近傍に付着しておらず、繊維の連続生産が可能であり、繊維の生産効率が良い。
[Evaluation of adhesion of fibers to electrodes]
Whether or not the spun fibers adhered to the
- "Yes": Spun fibers and deposits thereof adhere to the
"None": The spun fibers and deposits thereof are not adhered to the
表1に示すように、第1気体流及び第2気体流を所定の風速比及び風量比となるように噴射した各実施例では、各比較例と比較して、ナノファイバと呼ばれる細径の繊維が効率よく製造できることが判る。また、第2気体流を噴射することによって、紡糸された繊維の電極への付着を防止することができる。 As shown in Table 1, in each example in which the first gas flow and the second gas flow were jetted so as to have a predetermined air velocity ratio and air volume ratio, compared with each comparative example, a fine-diameter nanofiber called nanofiber was used. It can be seen that the fibers can be produced efficiently. Also, by injecting the second gas flow, it is possible to prevent the spun fibers from adhering to the electrodes.
詳細には、第1気体流A及び第2気体流Bを同じ条件で噴射した実施例1及び比較例3、並びに実施例7及び比較例4についてそれぞれ比較すると、電界紡糸を行っていない比較例3及び比較例4と比較して、電界紡糸を行った実施例1及び実施例7では、より細径の繊維が製造できることが判る。このことから、電界紡糸法は、細径の繊維を効率よく製造できる方法であることが判る。 Specifically, when comparing Example 1 and Comparative Example 3, and Example 7 and Comparative Example 4, in which the first gas flow A and the second gas flow B were jetted under the same conditions, a comparative example in which electrospinning was not performed Compared to Example 3 and Comparative Example 4, Example 1 and Example 7, in which electrospinning was performed, can produce finer fibers. From this, it can be seen that the electrospinning method is a method capable of efficiently producing fine-diameter fibers.
また、実施例5及び6、8及び9に示すように、第1気体流Aの風速A1を第2気体流の風速B1よりも高くしたり、あるいは、実施例2ないし4、6、8及び9に示すように、第2気体流Bの温度を高くしたりすることによって、繊維径が小さい繊維を効率良く製造できることも判る。特に、第1気体流Aの風速A1を第2気体流の風速B1よりも高くし、且つ第2気体流Bの温度を熱可塑性樹脂の融点よりも高くした実施例3、4、6及び9によれば、より一層細径の繊維を高い生産効率で製造できる。 Further, as shown in Examples 5, 6, 8, and 9, the wind speed A1 of the first gas flow A is made higher than the wind speed B1 of the second gas flow, or As shown in 9, it can also be seen that by increasing the temperature of the second gas stream B, fibers with a small fiber diameter can be efficiently produced. In particular, Examples 3, 4, 6 and 9 in which the wind speed A1 of the first gas flow A is higher than the wind speed B1 of the second gas flow and the temperature of the second gas flow B is higher than the melting point of the thermoplastic resin According to the method, fibers with a smaller diameter can be produced with high production efficiency.
10 電界紡糸装置
20 混練装置
30 紡糸ユニット
31 ノズル
31a ノズル先端
32 電極
32a 凹曲面
35 壁部
35a 壁面
40 第1気体噴射部
50 第2気体噴射部
A 第1気体流
B 第2気体流
REFERENCE SIGNS
Claims (9)
前記気体噴射部は、前記ノズルを囲むように配置され、且つ該ノズルの延びる方向に沿って該ノズルの後端から先端方向に向けて、加熱された第1気体流を噴射可能に形成されている第1気体噴射部と、
第1気体噴射部よりも外側であって、前記ノズルの後端から先端方向に向けて、加熱された第2気体流を噴射可能に形成されている第2気体噴射部とを備える、電界紡糸装置。 An electrospinning apparatus comprising a nozzle for discharging a molten resin, an electrode for generating an electric field between the nozzle and the nozzle, and a gas injection unit,
The gas injection part is arranged so as to surround the nozzle, and is formed so as to be capable of injecting a heated first gas flow from the rear end toward the front end of the nozzle along the direction in which the nozzle extends. a first gas injection unit that is
a second gas injection part outside the first gas injection part and formed so as to be able to inject a heated second gas flow from the rear end of the nozzle toward the tip direction; Device.
第2気体流が第1気体流を取り囲むように噴射できるように配されている、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。 The first gas injection unit and the second gas injection unit are positioned on concentric circles centered on the nozzle,
4. An electrospinning apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the second gas stream is jettably arranged to surround the first gas stream.
前記ノズルと前記電極との間に電場を発生させ且つ第1気体噴射部及び第2気体噴射部のそれぞれから加熱された気体流を噴射させた状態下に、溶融樹脂を前記ノズルから吐出して紡糸する、ナノファイバの製造方法。 A nanofiber manufacturing method for manufacturing nanofibers using the electrospinning apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The molten resin is discharged from the nozzle in a state in which an electric field is generated between the nozzle and the electrode and heated gas flows are jetted from the first gas jetting portion and the second gas jetting portion, respectively. A method for producing nanofibers by spinning.
The method for producing nanofibers according to any one of claims 6 to 8, wherein the second gas flow having a temperature higher than the solidification temperature of the molten resin is jetted.
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