JPWO2019176490A1 - ファイバシート及びファイバシート製造方法 - Google Patents

Abstract

ろ過精度に優れ、ファイバ片の脱離が抑制されたファイバシートと、そのファイバシートを製造するファイバシート製造方法を提供する。ファイバシート（１０）はファイバ（１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）で形成されている。ファイバシート（１０）には空孔（１２）が形成されている。空孔（１２）の平均孔径ＤＡは２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内である。ファイバシート（１０）は、空孔（１２）のうち、ＤＡ×０．８０以上ＤＡ×１．２０以下の範囲内の孔径をもつ空孔の割合が、少なくとも９０％である。

Description

本発明は、ファイバシート及びファイバシート製造方法に関する。

ファイバで形成されているファイバシートが知られている。ファイバとしては、例えば数ｎｍ以上１０００ｎｍ未満のナノオーダの径を有するいわゆるナノファイバ、及び、数μｍ以上１０００μｍ未満のマイクロメートルオーダの径を有するいわゆるミクロンファイバがある。

ファイバシートとして、例えば特許文献１には、熱可塑性樹脂（熱可塑性ポリマー）からなる複数のナノファイバと、ナノファイバ同士の接着により生じた塊部とを有し、所定の条件を満たす塊部が、単位面積当たり所定量以上含まれているナノファイバシートが記載されている。このナノファイバシートは、ナノファイバ間に、直径が５μｍ以下の空孔が形成されている。

こうしたファイバシートは、種々の分野における用途開発が盛んに行われている。期待される用途には例えばフィルタがあり、フィルタとしては、固体と気体とを分離する固気分離フィルタ、及び、固体と液体とを分離する固液分離フィルタ、などが挙げられる。

ところで、ナノファイバなどのファイバ、及び、ファイバシートを製造する方法として、電界紡糸法が知られている。電界紡糸法は、特許文献１に記載されるように、エレクトロスピニング法とも呼ばれ、例えばノズルとコレクタと電源とを有する電界紡糸装置(エレクトロスピニング装置とも呼ばれる）を用いて行われる。この電界紡糸装置では、電源によりノズルとコレクタとの間に電圧を印加し、例えば、ノズルをマイナス、コレクタをプラスに帯電させる。

電圧を印加した状態でノズルから原料である溶液を出した場合には、ノズルの先端の開口にテイラーコーンと呼ばれる溶液で構成される円錐状の突起が形成される。印加電圧を徐々に増加し、クーロン力が溶液の表面張力を上回ると、テイラーコーンの先端から溶液が飛び出し、紡糸ジェットが形成される。紡糸ジェットはクーロン力によってコレクタまで移動し、コレクタ上でファイバとして捕集され、コレクタ上にはファイバで構成されたファイバシートが形成される。このように得られたファイバシートを加熱処理に供することもあり、特許文献１でも加熱処理を行っている。

特開２０１６−１９９８２８号公報

フィルタには、分離性能であるろ過精度が要求されるが、特許文献１に記載されるファイバシートは、ろ過に用いた場合にはろ過精度が不十分である。また、フィルタには、耐久性も要求されるが、特許文献１に記載されるファイバシートは、ろ過に用いた場合にはファイバ片が脱離する場合がある。

そこで本発明は、ろ過精度に優れ、ファイバ片の脱離が抑制されたファイバシートと、そのファイバシートを製造するファイバシート製造方法を提供することを目的とする。

本発明のファイバシートは、ファイバで形成されており、空孔がある。空孔の平均孔径は２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内である。平均孔径をＤＡとするときに、空孔のうち、ＤＡ×０．８０以上ＤＡ×１．２０以下の範囲内の孔径をもつ空孔の割合が少なくとも９０％である。

ファイバとファイバシートのシート面とのなす角をθとし、０°≦θ≦９０°とするときに、θが２０°以下であることが好ましい。

ファイバは、セルロース系ポリマーで形成されていることが好ましく、セルロース系ポリマーは、セルロースアシレートであることが好ましく、セルロースアシレートは、セルロースアセテートプロピオネートと、セルロースアセテートブチレートと、セルローストリアセテートとのいずれかであることが好ましい。

本発明のファイバシート製造方法は、捕集工程と、張力付与工程と、加熱工程とを有し、ファイバを捕集し、空孔が形成されているファイバシートを製造する。捕集工程は、ポリマーと溶媒とを含み、帯電した状態の溶液を、この溶液と逆極性に帯電されたまたは電位をゼロにされたコレクタに誘引することにより、ポリマーで形成されたファイバをシート材として捕集する。張力付与工程は、シート材に張力を付与する。加熱工程は、張力が付与されている状態のシート材を加熱することにより、ファイバ同士を接着する。

ファイバシート製造方法は、加熱工程で得られたファイバシートを、張力が付与されている状態で冷却する冷却工程をさらに有し、張力を冷却の後に解除することが好ましい。

加熱工程は、シート材をポリマーのガラス転移点以上融点以下に加熱することが好ましい。

本発明によると、ろ過精度に優れ、ファイバ片の脱離が抑制されたファイバシートが得られる。

本発明の一実施形態であるファイバシートの概略斜視図である。 なす角θの説明図である。 シート材形成設備の概略図である。 シート材形成装置の概略図である。 温度調整装置の概略図である。 実施例１で得られたファイバシートのＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）画像である。 比較例２で得られたファイバシートのＳＥＭ画像である。

図１に示す本実施形態のファイバシート１０は、ファイバ１１で形成されている。ただし、ファイバシートは、ファイバ１１を含んでいればよく、ファイバ１１に加えて、素材が異なる他のファイバを備えてもよい。図１では、ＸＹ平面をファイバシート１０のフィルム面とし、Ｚをファイバシート１０の厚み方向としている。

ファイバ１１の径は、本実施形態では概ね１．８μｍであるが、特に限定されない。ファイバシート１０を、固気分離用または固液分離用のフィルタとして用いる場合には、ファイバ１１の径は０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲内が好ましい。ファイバ片の脱離がより抑制されるからである。ファイバ片の脱離の抑制とは、ファイバシート１０からのファイバ片の脱離が抑制されることを意味し、ファイバ片の脱離が抑制されていることは優れた耐久性につながる。なお、図１には、図の煩雑化を避けるために、ファイバシート１０の厚み方向Ｚにおいて一方のシート面側の一部のみを描いてある。したがって、ファイバシート１０は、ファイバ１１が厚み方向Ｚにさらに多数重なった構造となっている。

ファイバシート１０の厚みは、５μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内であることが好ましく、１０μｍ以上３０００μｍ以下の範囲内であることがより好ましく、２０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。なお、本例では、５０μｍとしている。

ファイバシート１０には空孔１２が複数ある。空孔１２は、ファイバ１１によって画定された空間領域としての空隙のうち、ファイバシート１０の厚み方向Ｚに貫通している状態に形成されているものである。したがって、空隙の中には、厚み方向Ｚに貫通した空孔１２を形成せずに、厚み方向Ｚで非貫通、例えばファイバ１１によって閉じられた空間領域として存在しているものもある。

ここで、複数の空孔１２の平均孔径をＤＡ（単位はμｍ）とする。平均孔径ＤＡは、２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内である。平均孔径ＤＡが２μｍ以上であることにより、２μｍ未満である場合に比べて、ファイバシート１０を例えばろ過用のフィルタとして用いた場合に、単位時間当たりの処理量が多くなる。単位時間の処理量が多いとは、すなわちろ過効率がよいということである。平均孔径ＤＡが２０μｍ以下であることにより、２０μｍよりも大きい場合に比べて、例えばろ過用のフィルタとして用いた場合に、ファイバ片の脱離が抑制される。平均孔径ＤＡは、３μｍ以上１５μｍ以下の範囲内がより好ましく、４μｍ以上１０μｍ以下の範囲内がさらに好ましい。

平均孔径ＤＡは、以下の方法で求めることができる。まず、ファイバシート１０から５ｃｍ角（５ｃｍ×５ｃｍ）に切り出し、サンプルとする。このサンプルを、表面張力が１５．３ｍＮ／ｍのＧＡＬＷＩＣＫ（ＰＯＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬ社製）に浸漬した後、パームポロメーター（ＰＯＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬ社製）を用いて、バブルポイント法で測定することにより平均孔径ＤＡは得られる。

複数の空孔１２のうち、ＤＡ×０．８０以上ＤＡ×１．２０以下の範囲内の孔径をもつ空孔１２の割合（以下、所定空孔割合と称する）が少なくとも９０％、すなわち９０％以上である。このように、空孔１２の孔径の分布が非常に小さいから、ろ過用のフィルタとして用いた場合には、優れたろ過精度で分離する。所定空孔割合（単位は％）は、９５％以上であることがより好ましく、９８％以上であることがさらに好ましく、このように１００％に近いほど好ましい。

所定空孔割合は、パームポロメーター（ＰＯＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬ社製）から得られた孔径分布に対して、ＤＡ×０．８０以上ＤＡ×１．２０以下である空孔１２の和（量）から算出した。具体的には、パームポロメーターが出力した孔径分布（孔径とその孔径をもつ空孔の存在量との相関関係データ）を用い、ＤＡ×０．８０以上ＤＡ×１．２０以下の範囲内の孔径をもつ空孔量の、全ての空孔量に対する割合を、所定空孔割合として求めた。

ファイバ１１同士は、厚み方向Ｚで重なる部分、及び／または、ファイバシート１０のシート面方向（ＸＹ平面内）において接している部分で、接着していることが好ましく、本例でもそのようにしている。このようにファイバ１１同士は固定されている。この固定により、ファイバシート１０は、ファイバ片の脱離がより抑制される。

ファイバ１１は、ポリマーで形成されており、さらに具体的には熱可塑性樹脂（ポリマー）で形成されている。本例の熱可塑性樹脂はセルロース系ポリマー１５（図３参照）である。セルロース系ポリマー１５はセルロースアシレートであることが好ましい。セルロースアシレートは、セルロースのヒドロキシ基を構成する水素原子の一部または全部がアシル基で置換されているセルロースエステルである。

セルロースアシレートは、セルロースアセテートプロピオネート（以下、ＣＡＰと称する、融点Ｔｍは１８８℃以上２１０℃以下、ガラス転移点Ｔｇは１４７℃）と、セルロースアセテートブチレート（以下、ＣＡＢと称する、融点Ｔｍは１９５℃以上２０５℃以下、ガラス転移点Ｔｇは１４１℃）と、セルローストリアセテート（以下、ＴＡＣと称する、融点Ｔｍは２９０℃、ガラス転移点Ｔｇは２００℃）とのいずれかひとつであることが好ましい。これにより、例えば１００℃以上１４０℃以下の高温条件下においても、ろ過精度が高く、耐久性の高いフィルタとして用いることができる。

図２において、ファイバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・は一方のシート面（以下、第１シート面と称する）１０Ａに沿った方向に延びている。沿った方向とは、第１シート面１０Ａに平行な面内成分をもって延びていればよく、その面内で曲がっていてもよい。なお、他方のシート面（図示無し、以下第２シート面と称する）と第１シート面１０Ａとは平行と見なしてよい。したがって、ファイバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・は第２シート面に沿った方向にも延びている。なお、ファイバ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・を区別しない場合には、ファイバ１１と記載する。

ファイバ１１と第１シート面１０Ａとのなす角をθ（単位は°）とする。ただし、なす角θは０°以上９０°以下の範囲内で定義し、すなわち０°≦θ≦９０°とする。なす角θは、２０°以下であることが好ましく、このように、第１シート面１０Ａに沿った方向に延びている。なお、図２においては、図の煩雑化を避けるためになす角θは、ファイバ１１ｂにおいてのみ示しているが、他のファイバ１１ｂ，１１ｃ，・・・についても同様である。なす角θは、１５°以下であることがより好ましく、１０°以下であることがさらに好ましい。

なす角θは、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）画像を用いて求めることができ、本例でもその方法で求めている。まずファイバシート１０を厚み方向で切断し、ＳＥＭでの画像を観察する。画像を観察した場合には、１本のファイバ１１のうちの長手方向の一部分が線分状に観察される。その線分状のファイバ部分を、任意に２０本選び、それら各々のなす角θ１，θ２，θ３，・・・，θ２０（単位は°）を測定する。測定したこれら２０個のなす角の平均値を、（θ１＋θ２＋θ３＋・・・＋θ２０）／２０の算出式で求め、これをなす角θとする。なお、画像から選び出す２０本は、観察されるファイバ部分の中のうち、できるだけなす角θが大きいものを選ぶことが好ましい。

上記構成によれば、ろ過精度に優れ、ファイバ片の脱離が抑制されているので、固体と液体との混合物（固体液体混合物）から目的とする物質を分離または除去するためのフィルタとして好適に利用することができる。そのようなフィルタの中でも、特に好ましく用いることができるフィルタは、ファイバ片の混入（コンタミネーション）が懸念され、高精度な分離性能が要求される、食品（飲料を含む）用、医療用、超純水用、及び高純度薬液用のフィルタである。具体的には、飲料から微粒子及び／または微生物を除去する除去用フィルタ、工業用純水の前処理ろ過フィルタ、血液や唾液などの体液から特定の細胞を捕集する検査用フィルタなどが挙げられる。検査用フィルタとしては、例えば、血糖値検査、尿糖検査、生活習慣病検査、遺伝子検査、腫瘍マーカー検査、及び、血液検査などの検査用フィルタなどがある。

ファイバシート１０は、シート材形成工程と、ファイバシート形成工程とを有する製造方法により製造される。シート材形成工程は、シート材１６（図３参照）を形成する。シート材１６は、ファイバシート１０の前駆体である。ファイバシート形成工程は、シート材１６からファイバシート１０を形成する。

図３に示すシート材形成設備２０は、電界紡糸法を用いてシート材１６を形成するためのものである。シート材形成設備２０は、溶液調製部２１とシート材形成装置２２とを備える。なお、シート材形成装置２２の詳細は別の図面に図示しており、図３においては、シート材形成装置２２の一部のみを図示している。

溶液調製部２１は、ファイバ１１を形成する溶液２５を調製するためのものである。溶液調製部２１は、セルロース系ポリマー１５をセルロース系ポリマーの溶媒２６に溶解することにより、溶液２５を調製する。

本実施形態では、溶媒２６としてジクロロメタンとメタノールとの混合物を用いている。セルロース系ポリマー１５としてセルロースアシレートを用いる場合には、溶媒２６としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ヘキサン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、１−メトキシ−２−プロパノールなどが挙げられる。これらは、セルロースアシレートの種類に応じて、単独で使用してもよいし、混合して使用してもよい。

この例において、シート材形成設備２０は、溶液調製部２１とシート材形成装置２２とを接続する配管３３ａ〜３３ｃを備え、シート材形成装置２２は、互いに離間した状態に配されたノズル３６ａ〜３６ｃを有する。配管３３ａ〜３３ｃは、溶液２５を案内するためのものである。配管３３ａは溶液調製部２１とノズル３６ａとを接続し、配管３３ｂは溶液調製部２１とノズル３６ｂとを接続し、配管３３ｃは溶液調製部２１とノズル３６ｃとを接続する。これにより、ノズル３６ａ〜３６ｃのそれぞれから溶液２５が出される。ノズル３６ａ〜３６ｃから出た溶液２５は、それぞれファイバ１１を形成する。なお、以降の説明において、配管３３ａと配管３３ｂと配管３３ｃとを区別しない場合には、配管３３と記載する。また、ノズル３６ａとノズル３６ｂとノズル３６ｃとを区別しない場合には、ノズル３６と記載する。

なおこの例では、ファイバ１１の集積及びシート材１６の支持に長尺の支持体３７を用いており、この支持体３７を長手方向に移動させている。支持体３７の詳細については別の図面を用いて後述するが、図３における横方向は支持体３７の幅方向であり、図３の紙面奥行方向が支持体３７の移動方向である。ノズル３６ａ〜３６ｃはこの順で、支持体３７の幅方向に並べて配してある。この例では、ノズル３６を３本としているが、ノズル３６の本数はこれに限られない。なお、配管３３ａ〜３３ｃのそれぞれには溶液２５をノズル３６へ送るポンプ３８が設けられている。ポンプ３８の回転数を変えることにより、ノズル３６ａ〜３６ｃから出る溶液２５の各流量が調節される。

ノズル３６ａ〜３６ｃは保持部材４１により保持されている。この保持部材４１とノズル３６とにより、シート材形成装置２２のノズルユニット４２が構成されている。

シート材形成装置２２について、図４を参照しながら説明する。図４には、図３のノズル３６ａ側から見た場合を図示しており、図の煩雑化を避けるために、ノズル３６についてはノズル３６ａのみを図示している。シート材形成装置２２は、紡糸室４５と、前述のノズルユニット４２と、集積部５０と、電源５１等を備える。紡糸室４５は、例えば、ノズルユニット４２と、集積部５０の一部などを収容しており、密閉可能に構成されることにより溶媒ガスが外部に洩れることを防止している。溶媒ガスは、溶液２５の溶媒２６が気化したものである。

ノズルユニット４２は紡糸室４５内の上部に配される。ノズル３６の溶液２５が出る先端は、図４におけるノズル３６の下方に配したコレクタ５２へ向けてある。溶液２５がノズル３６の先端に形成されている開口（以下、先端開口と称する）から出る際に、先端開口には溶液２５によって概ね円錐状のテイラーコーン５３が形成される。

集積部５０は、ノズル３６の下方に配される。集積部５０は、コレクタ５２と、コレクタ回転部５６と、支持体供給部５７と、支持体巻取部５８とを有する。コレクタ５２はノズル３６から出た溶液２５を誘引し、形成されたファイバ１１をシート材１６として捕集するためのものであり、本実施形態では、後述の支持体３７上に捕集する。

コレクタ５２は、金属製の帯状物で形成された無端ベルトで構成されている。コレクタ５２は、電源５１によって電圧が印加されることにより帯電する素材から形成されていればよく、例えばステンレス製とされる。コレクタ回転部５６は、一対のローラ６１，６２と、モータ６０などから構成されている。コレクタ５２は、一対のローラ６１，６２に水平に掛け渡されている。一方のローラ６１の軸には紡糸室４５の外に配されたモータ６０が接続されており、ローラ６１を所定速度で回転させる。この回転によりコレクタ５２は移動し、ローラ６１とローラ６２との間で循環する。本実施形態においては、コレクタ５２の移動速度は、例えば０．２ｍ／分としているが、これに限定されない。

コレクタ５２には、支持体供給部５７によって、帯状のアルミニウムシートからなる支持体３７が供給される。支持体３７は、ファイバ１１を集積させ、シート材１６として得るためのものである。支持体供給部５７は送出軸５７ａを有する。送出軸５７ａには支持体ロール６３が装着される。支持体ロール６３は支持体３７が巻芯６４に巻き取られて構成されている。支持体巻取部５８は巻取軸６７を有する。巻取軸６７はモータ（図示無し）により回転され、セットされる巻芯６８に、シート材１６が形成された支持体３７を巻き取る。このように、このシート材形成装置２２は、ファイバ１１を形成する機能と、シート材１６を形成する機能とをもち、電界紡糸法によるファイバ及びシート材の製造が実施される。なお、支持体３７は、コレクタ５２上に載せ、コレクタ５２の移動によって移動させてもよい。

なお、コレクタ５２の上にファイバ１１を直接集積することによりシート材１６を形成してもよいが、コレクタ５２を形成する素材またはコレクタ５２の表面状態等によってはファイバシート１０が貼り付いてこれを剥がしにくい場合がある。このため、本実施形態のように、シート材１６が貼り付きにくい支持体３７をコレクタ５２上に案内し、この支持体３７上にファイバ１１を集積することが好ましい。

電源５１は、ノズル３６とコレクタ５２とに電圧を印加し、これにより、ノズル３６を第１の極性に帯電させ、コレクタ５２を第１の極性と逆極性の第２の極性に帯電させる電圧印加部である。帯電したノズル３６内を通過することにより、溶液２５が帯電し、帯電した状態でノズル３６から出る。なお、この例では保持部材４１とノズル３６とを導通させており、電源５１を保持部材４１に接続することにより、保持部材４１を介してノズル３６に電圧を印加しているが、ノズル３６への電圧の印加の手法はこれに限られない。例えばノズル３６の各々に電源５１を接続することにより各ノズル３６に電圧を印加してもよい。本実施形態ではノズル３６をプラス（＋）に帯電させ、コレクタ５２をマイナス（−）に帯電させているが、ノズル３６とコレクタ５２との極性は逆であってもよい。なお、コレクタ５２側をアースして電位を０としても良い。電圧の印加による帯電により、テイラーコーン５３からは溶液２５が紡糸ジェット６９としてコレクタ５２に向かって噴出される。なお、この例ではノズル３６に電圧を印加することにより溶液２５を帯電させているが、配管３３において溶液２５を帯電させ、帯電した状態の溶液２をノズル３６に案内してもよい。

ノズル３６とコレクタ５２との距離Ｌは、セルロース系ポリマー１５と溶媒２６との種類と、溶液２５における溶媒２６の質量割合等によって適切な値が異なるが、３０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内が好ましく、本実施形態では例えば１５０ｍｍとしている。

ノズル３６とコレクタ５２とにかける電圧は、５ｋＶ以上２００ｋＶ以下が好ましく、ファイバ１１を細く形成する観点では電圧はこの範囲内でなるべく高いほうが好ましい。本実施形態では例えば４０ｋＶとしている。

シート材形成設備２０の作用を説明する。ノズル３６と、循環移動するコレクタ５２とには、電源５１により電圧が印加される。これにより、ノズル３６は第１の極性としてのプラスに帯電し、コレクタ５２は第２の極性としてのマイナスに帯電する。ノズル３６には、溶液調製部２１から溶液２５が連続的に供給され、移動するコレクタ５２上には、支持体３７が連続的に供給される。溶液２５は、ノズル３６ａ〜３６ｃのそれぞれを通過することにより第１の極性であるプラスに帯電し、帯電した状態で、ノズル３６ａ〜３６ｃの各先端開口から出る。

コレクタ５２は、第１の極性に帯電した状態で先端開口から出た溶液２５を誘引する。これにより、先端開口にはテイラーコーン５３が形成され、このテイラーコーン５３から紡糸ジェット６９がコレクタ５２に向けて噴出される。第１の極性に帯電している紡糸ジェット６９は、コレクタ５２に向かう間に、自身の電荷による反発でより細い径に分裂し、及び／または螺旋状の軌道を描きながらより細い径に伸びていき、支持体３７上にファイバ１１がシート材１６として捕集される（捕集工程）。

この例では溶液２５をノズル３６から出すことにより支持体３７へ向けて飛ばしているが、ノズルを用いない方法で溶液２５を飛ばしてもよい。例えば、エレクトロバブルスピニング法、または、ワイヤ固定電極法等がある。エレクトロバブルスピニング法は、溶液２５に圧縮気体を供給し、発生した気泡に電圧を印加することにより気泡表面から溶液２５を線状に飛ばし、ファイバ１１を形成する方法であり、廣瀬製紙株式会社からその方法が紹介されている。ワイヤ固定電極法は、両端が固定されたワイヤに溶液を塗布し、ワイヤとコレクタとの間に電圧を印加することによりファイバ１１を形成する方法である。このワイヤ固定電極法を用いたファイバ形成装置は、例えばエルマルコ株式会社から販売されている。

支持体３７上においてファイバ１１同士が互いに接触しても接着しない、あるいは、接着してもその接着力が小さく抑えられるように、コレクタ５２に向かう間に、紡糸ジェット６９から溶媒２６を多めに蒸発させることが好ましい。

捕集されたファイバ１１は弾力があるシート材１６として支持体３７とともに支持体巻取部５８に送られる。ファイバシート１０は、支持体３７と重なった状態で巻芯６８に巻かれる。巻芯６８は巻取軸６７から取り外された後に、支持体３７からシート材１６が分離される。このようにして得られたシート材１６は長尺であるが、この後、例えば所望のサイズに切断してもよく、本例でも切断することにより例えば円形にしている。

図５に示す温度調整装置８１は、シート材１６からファイバシート１０を形成するためのものである。温度調整装置８１は、収容部８２と温調機構８３とを備える。収容部８２は、シート材１６を内部に収容する。この例の収容部８２には、シート材１６を載置する載置台８６が設けられているが、収容部８２の構成は特に限定されず、市販の恒温槽などを用いてよい。温調機構８３は、収容部８２の内部の温度を調整し、これにより、内部に収容されたシート材１６を加熱、冷却、あるいは一定の温度に保持する。なお、本実施形態では、温調機構８３によって設定した収容部８２の内部の温度を、シート材１６の温度と見なしている。

ファイバシート１０は、シート材１６から以下の方法で形成される。まず、シート材１６を、フレーム（枠）８７により保持する。フレーム８７は、シート材１６に、張力を付与する張力付与部材である。張力は、シート材１６に対して、面方向（ＸＹ平面の方向）に付与する（張力付与工程）。張力は、シート材１６に、しわ及びたるみが生じない程度に小さく抑え、シート材１６の面積（ＸＹ平面に沿った表面の面積）ができるだけ変わらない程度とすることが好ましい。フレーム８７は、中央にシート材１６が露呈する状態でシート材１６を保持する円形であるが、張力付与部材は、シート材１６の面積を変えない程度の上記張力が付与できるものであれば、フレーム８７に限定されない。ただし、張力付与部材は、後述の加熱と冷却とにおいてしわ及びたるみをより確実に生じさせないために、シート材１６の周囲の一部を保持するよりも周囲全体を保持する方が好ましい。

フレーム８７に保持され、張力を付与された状態のシート材１６を、収容部８２に収容する。温調機構８３により、収容部８２を介してシート材１６を加熱する。張力を付与した状態でシート材１６を加熱し、温度が上昇したシート材１６においてファイバ１１同士を接着させ、ファイバシート１０が得られる（加熱工程）。このように、張力付与工程は、加熱工程を有する。

張力を付与した状態で加熱することにより、平均孔径ＤＡが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲であり、かつ、所定空孔割合が９０％以上であるファイバシート１０が得られ、さらに、なす角θが２０°未満となる。また、ファイバ１１同士が接着することにより、例えばろ過などの使用中においてファイバ片の脱離が抑制される。なお、加熱工程の時間は、長いほどなす角θをより小さくできる。ただし、ファイバ１１の溶けすぎを抑制する観点も考慮し、加熱工程の時間は、１０秒以上１２００秒以下の範囲内であることが好ましく、３０秒以上９００秒以下の範囲内であることがより好ましい。加熱工程の時間とは、シート材１６の温度を設定した温度に保持する時間である。

ここで、セルロース系ポリマー１５の融点をＴｍ（単位は℃）とし、ガラス転移点をＴｇ（単位は℃）とする。加熱工程は、シート材１６をＴｇ以上Ｔｍ以下の温度に加熱することが好ましい。Ｔｇ以上の温度に加熱することにより、Ｔｇ未満の温度に加熱する場合と比べて、ファイバ１１が軟化し、ファイバ１１同士が融着（融解することにより接着）しやすくなる。また、Ｔｍ以下の温度に加熱することにより、Ｔｍよりも高い温度に加熱する場合と比べて、ファイバ１１の過度な溶けすぎにより空隙が無い膜状になったり、炭化することがより確実に防がれる。

張力付与工程は、加熱工程の後に、冷却工程を有することが好ましい。すなわち、加熱工程で得られたファイバシート１０を、張力が付与されている状態で冷却すること（冷却工程）が好ましい。これにより、ファイバシート１０の所定空孔割合が加熱工程直後の状態により保持されやすい。そして、張力の解除は、冷却工程の後に行うことが好ましい。

この例では、コレクタ５２として循環移動するベルトを用いたが、コレクタはベルトに限定されない。例えば、コレクタは固定式の平板であってもよいし、円筒状の回転体としてもよい。平板や円筒体からなるコレクタの場合にも、シート材１６をコレクタから容易に分離することができるように支持体３７を用いることが好ましい。なお、回転体を用いる場合には、回転体の周面にファイバからなる筒状のシート材が形成されるため、紡糸後に回転体から筒状のシート材を抜き取り、所望の大きさ及び形状にカットすればよい。

［実施例１］〜［実施例７］
シート材形成設備２０と温度調整装置８１とを用いて、ファイバシート１０を製造し、実施例１〜実施例７とした。用いたセルロース系ポリマー１５は、表１の「ポリマー」欄に記載している。表１において、ポリマーとして用いたセルロースアシレートのアシル基がプロピオニル基である場合には「Ｐｒ」と記載し、ブタノイル基である場合には「Ｂｕ」と記載する。なお、表１の「アシル基含量」（単位は重量％）は、イーストマン ケミカル カンパニーのカタログ値をそのまま記載している。

溶媒２６は、いずれも前述の通りジクロロメタンとメタノールとの混合物であり、質量比は、ジクロロメタン：メタノール＝８７：１３とした。溶液２５におけるセルロース系ポリマー１５の濃度は８質量％とした。この濃度は、セルロース系ポリマー１５の質量をＭ１とし、溶媒２６の質量をＭ２とするときに、｛Ｍ１／（Ｍ１＋Ｍ２）｝×１００で求めたものである。

張力付与工程中に加熱工程を実施した。加熱工程において設定したシート材１６の温度と、その温度に保持した時間とは、表１の「加熱工程」の「温度」欄と、「時間」欄とに記載する。ファイバ１１の径の平均値は１．８μｍであった。径の平均値は、走査型電子顕微鏡で撮像した画像から１００本のファイバ１１の径を測定し、平均値を算出することにより求めた。

得られたファイバシート１０について、ろ過精度と、ファイバ片の脱離とを評価した。評価方法及び評価基準は以下の通りである。評価結果は表１に示す。なお、実施例１で得られたファイバシート１０の厚み方向における断面のＳＥＭ画像を、図６に示している。

１.ろ過精度
平均粒子径１０μｍの架橋アクリル多分散粒子（綜研化学株式会社製）を純水に１質量％分散させ、ファイバシート１０でろ過した。ろ過前後のそれぞれの液の粒度分布を、粒度分布測定装置（ＢＥＣＫＭＡＮ ＣＯＵＬＴＥＲ株式会社製）を用いて測定した。得られたろ過前後の粒度分布から、ファイバシート１０の平均孔径ＤＡよりも大きい粒子の捕捉率を［｛（ろ過前の粒子数）−（ろ過後の粒子数）｝／（ろ過前の粒子数）］×１００％で算出し、以下の基準で評価した。ＡとＢとは合格であり、ＣとＤとは不合格である。
Ａ；捕捉率が８５％以上である。
Ｂ；捕捉率が７５％以上８５％未満である。
Ｃ；捕捉率が６５％以上７５％未満である。
Ｄ；捕捉率が６５％以下である。

２.ファイバ片の脱離
ファイバシート１０をステンレスラインホルダ（アドバンテック株式会社製ＫＳ−４７）に取り付け、純水を１Ｌ（リットル）ろ過した。ろ過後の液（ろ液）をグリッドフィルタで捕捉した。グリッドフィルタの捕捉側表面の全面を顕微鏡により観察し、ファイバ片の個数を数え、以下の基準で評価した。ＡとＢとは合格であり、ＣとＤとは不合格である。結果は表１の「ファイバ片の脱離」欄に示す。
Ａ；ファイバ片の個数が０個以上５個以下であった。
Ｂ；ファイバ片の個数が６個以上１０個以下であった。
Ｃ；ファイバ片の個数が１１個以上２０個以下であった。
Ｄ；ファイバ片の個数が２１個以上であった。

さらに、実施例１で得られたファイバシート１０を使用し、遺伝子検査を行った。具体的には、実施例１で得られたファイバシート１０によりヒト全血をろ過した後、ファイバシート１０上に残った白血球細胞を使用し、特許４０５８５０８号公報の明細書段落［００５７］〜［００６１］に記載される方法に従って遺伝子検査を行った。その結果、特許４０５８５０８号公報に記載される実施例と同様の結果が得られた。

［比較例１］〜［比較例４］
加熱工程を実施しない、あるいは加熱工程でのシート材１６の温度を変更し、これらを比較例１〜比較例３とした。また、張力付与工程が無い製造方法として比較例４を実施した。

実施例と同様の方法及び基準で、ろ過精度とファイバ片の脱離との評価を行った。評価結果は表１に示す。なお、比較例２で得られたファイバシートの厚み方向における断面のＳＥＭ画像を、図７に示している。

１０ ファイバシート
１０Ａ 第１シート面
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・ ファイバ
１２ 空孔
１５ セルロース系ポリマー
１６ シート材
２０ シート材形成設備
２１ 溶液調製部
２２ シート材形成装置
２５ 溶液
２６ 溶媒
３３ａ〜３３ｃ 配管
３６ａ〜３６ｃ ノズル
３７ 支持体
３８ ポンプ
４１ 保持部材
４２ ノズルユニット
４５ 紡糸室
５０ 集積部
５１ 電源
５２ コレクタ
５３ テイラーコーン
５６ コレクタ回転部
５７ 支持体供給部
５７ａ 送出軸
５８ 支持体巻取部
６０ モータ
６１，６２ ローラ
６３ 支持体ロール
６４ 巻芯
６７ 巻取軸
６８ 巻芯
６９ 紡糸ジェット
８１ 温度調整装置
８２ 収容部
８３ 温調機構
８６ 載置台
８７ フレーム
Ｌ 距離

Claims (8)

1. ファイバで形成されており、空孔があるファイバシートにおいて、
   前記空孔の平均孔径が２μｍ以上２０μｍ以下の範囲内であり、
   前記平均孔径をＤＡとするときに、前記空孔のうち、ＤＡ×０．８０以上ＤＡ×１．２０以下の範囲内の孔径をもつ前記空孔の割合が少なくとも９０％であるファイバシート。
2. 前記ファイバと前記ファイバシートのシート面とのなす角をθとし、０°≦θ≦９０°とするときに、θが２０°以下である請求項１に記載のファイバシート。
3. 前記ファイバは、セルロース系ポリマーで形成されている請求項１または２に記載のファイバシート。
4. 前記セルロース系ポリマーは、セルロースアシレートである請求項３に記載のファイバシート。
5. 前記セルロースアシレートは、セルロースアセテートプロピオネートと、セルロースアセテートブチレートと、セルローストリアセテートとのいずれかである請求項４に記載のファイバシート。
6. ファイバを捕集し、空孔が形成されているファイバシートを製造するファイバシート製造方法において、
   ポリマーと溶媒とを含み、帯電した状態の溶液を、前記溶液と逆極性に帯電されたまたは電位をゼロにされたコレクタに誘引することにより、前記ポリマーで形成された前記ファイバをシート材として捕集する捕集工程と、
   前記シート材に張力を付与する張力付与工程と、
   前記張力が付与されている状態の前記シート材を加熱することにより、前記ファイバ同士を接着する加熱工程と、
   を有するファイバシート製造方法。
7. 前記加熱工程で得られた前記ファイバシートを、張力が付与されている状態で冷却する冷却工程
   をさらに有し、
   前記張力を前記冷却の後に解除する請求項６に記載のファイバシート製造方法。
8. 前記加熱工程は、前記シート材を前記ポリマーのガラス転移点以上融点以下に加熱する請求項６または７に記載のファイバシート製造方法。

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