WO2018030530A1 - 微細繊維の製造方法及び微細繊維の製造装置 - Google Patents

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浩 牧野
晃広 齋藤
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    • B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary

Definitions

  • the present disclosure relates to a fine fiber manufacturing method and a fine fiber manufacturing apparatus.
  • an ESD method Electro Spray Deposition
  • a polymer solvent solution in a container is supplied to a needle-like nozzle to which a high voltage is applied, and a charge is charged, thereby generating a primary dielectric explosion, and the polymer solution is explosively stretched. It is a method of forming sex.
  • this method applies a high voltage, a complicated apparatus is required, and there is a problem that only a small amount of fibers can be produced from one nozzle.
  • a tube is connected so that a high voltage is applied from a high voltage generation unit and a polymer solvent solution can be pumped to the rear end, and a nozzle and a nozzle
  • a method for producing nanofibers using an air blower that discharges compressed air installed behind and utilizing potential control and compressed air see JP 2012-122176 A.
  • the nanofiber manufacturing methods described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2012-122176 and 2009-41128 each have a problem that a high voltage needs to be applied and the apparatus becomes large. Further, it is difficult to control the fiber diameter by controlling the voltage, and there are problems that only a fiber having a single fiber diameter can be produced, and that a large amount of fibers cannot be spun.
  • the subject of one Embodiment of this invention is providing the manufacturing method of the fine fiber which can manufacture the fiber of a desired fiber diameter easily, without requiring a large-scale apparatus.
  • the subject of another embodiment of this invention is providing the manufacturing apparatus of the fine fiber which can manufacture the fiber of a desired fiber diameter easily.
  • Means for solving the above problems include the following embodiments. ⁇ 1> A step of discharging a flowable polymer compound from a discharge port provided in the extrusion apparatus, and the discharged flow from an air nozzle having a temperature control member and a spindle nozzle or a Laval nozzle (De Laval nozzle) A process of forming a fiber having a fiber diameter of 50 nm to 15 ⁇ m by spraying a pressurized gas in a direction crossing the discharge direction of the fluid polymer compound on the functional polymer compound, and a gas spray direction. Collecting the fibers with a collecting member.
  • ⁇ 2> The method for producing fine fibers according to ⁇ 1>, further comprising a heating step of heating an ambient temperature in the vicinity of the fluid polymer compound discharged from the discharge port.
  • ⁇ 3> The method for collecting fine fibers according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the step of collecting the fibers collects the fibers so as to form a sheet on a nonwoven fabric.
  • ⁇ 4> The method for producing fine fibers according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the velocity of the gas discharged from the air nozzle is 30 m / sec or more.
  • the fluid polymer compound is a melted thermoplastic resin heated and melted, and the temperature of the gas discharged from the air nozzle is 100 ° C. to 900 ° C. Any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>
  • the melt flow rate of the thermoplastic resin (measurement method: ISO 1133, JIS K 7210 1999) is in the range of 1 g / 10 min to 2000 g / 10 min, and the discharge amount of the thermoplastic resin from one discharge port ⁇ 5>
  • the fluid polymer compound is a solution or dispersion of at least one biocompatible polymer compound selected from the group consisting of polyester resins, proteins, and polysaccharides, and is a gas discharged from an air nozzle.
  • An extrusion apparatus that includes a plurality of discharge ports and discharges a fluid polymer compound from each of the discharge ports; and a high fluidity that is provided in the vicinity of the plurality of discharge ports of the extrusion device and discharged from the discharge ports.
  • a gas pressurizing member that pressurizes a gas blown in a direction crossing the ejection direction of the molecular compound, a temperature control member that adjusts the temperature of the gas, an air nozzle member that includes a Laval nozzle or a spindle nozzle, and the formed fiber are collected. And a collection member.
  • the apparatus for producing fine fibers according to ⁇ 9> further comprising a heating device that heats an atmospheric temperature in the vicinity of the fluid polymer compound discharged from the discharge port.
  • a heating device that heats an atmospheric temperature in the vicinity of the fluid polymer compound discharged from the discharge port.
  • the extrusion device is a melt extruder.
  • the extrusion device includes an extrusion pump that pressurizes the fluid polymer compound and conveys the fluid polymer compound to a discharge port.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the manufacturing apparatus of the fine fiber used for the manufacturing method of the fine fiber of this indication. It is the side view which observed the discharge outlet vicinity of the manufacturing apparatus of the fine fiber shown in FIG. 1 from the front end side of the air nozzle. It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the area
  • FIG. 4 It is a schematic block diagram which shows another embodiment provided with the heating apparatus which heats the discharge outlet vicinity in the fine fiber manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the fine fiber of this indication. It is the side view which observed the discharge port vicinity of the manufacturing apparatus of the fine fiber shown in FIG. 6 from the front end side of the air nozzle.
  • the fine fiber in the present specification refers to a fiber having a fiber diameter of nano-order to micron order, more specifically, a fiber having a fiber diameter of 50 nm to 15 ⁇ m.
  • the term “process” is not limited to an independent process, and is included in this term if the purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes.
  • a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
  • the content of each component in the composition is the sum of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. Means quantity.
  • the components indicated by the same reference numerals in the drawings mean the same components.
  • the method for producing fine fibers of the present disclosure includes a step of discharging a flowable polymer compound from a discharge port provided in an extrusion apparatus (Step A), and an air nozzle including a temperature control member and a spindle nozzle or a Laval nozzle.
  • a step of collecting the fiber by a collecting member provided in the gas blowing direction [Step C]. Furthermore, you may have another process.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of a fine fiber production apparatus used in the fine fiber production method of the present disclosure.
  • the fine fiber manufacturing apparatus 10 shows an example in which a melt extrusion apparatus is used as the extrusion apparatus 12 for supplying a fluid polymer compound.
  • the melt-extrusion apparatus 12 includes an apparatus main body including a screw that melts and extrudes a thermoplastic resin, and a discharge port 14 for a fluid polymer compound supplied from the melt-extrusion apparatus 12.
  • the fluid polymer compound is not particularly limited as long as it is a polymer compound that can be transported from the extrusion device to the discharge port by pressurization and can be discharged from the discharge port while maintaining fluidity.
  • the flowable polymer compound examples include a polymer compound having fluidity by heating, a polymer compound dissolved or dispersed in a solvent, and a resin precursor-containing liquid that is reactively cured by heating.
  • the fluid polymer compound discharged from the discharge port while maintaining the fluidity may be discharged continuously or intermittently. In the case of continuous discharge, it flows down linearly in the direction of gravity. In addition, depending on conditions, even if it discharges continuously, it may interrupt on the way of a fluid polymer compound flowing down. When the fluid polymer compound is intermittently ejected from the ejection port, the fluid polymer compound in a fluid state is ejected in the form of droplets.
  • the fine fiber manufacturing apparatus further includes a gas pressurizing member 18 that blows a gas in a direction intersecting a liquid discharge direction to a fluid polymer compound that is supplied from the discharge port 14 and is in a heated and fluid state.
  • An air nozzle member 16 having a temperature control member 20 is provided.
  • the tip of the air nozzle is preferably provided with a spindle nozzle or a Laval nozzle from the viewpoint of obtaining a higher flow rate of the supplied gas than a normal nozzle.
  • FIG. 2 is a side view of the vicinity of the discharge port 14 of the fine fiber manufacturing apparatus shown in FIG. 1 observed from the front end side of the air nozzle, and shows the arrangement positions of the discharge port 14 and the front end of the air nozzle member 16.
  • FIG. 1 shows an example in which a fluid polymer compound is ejected in a droplet state
  • the present invention is not limited to this, and the fluid polymer compound may be ejected continuously instead of in a droplet state.
  • the gas can be accurately blown to the fluid polymer compound discharged from the discharge port 14 in the direction intersecting with the discharge direction of the droplets, as shown in FIG. It is a preferable aspect that one air nozzle member 16 is provided for one of the outlets 14.
  • step A the fluid polymer compound is discharged from a discharge port provided in the extrusion apparatus.
  • the flowable polymer compound is a flowable resin obtained by melting a thermoplastic resin
  • a melt extruder is used as an extrusion device, and the fluidity is obtained by heating by heating, melting, kneading and extruding in the melt extruder. What is necessary is just to discharge a thermoplastic resin.
  • the flowable polymer compound is a solution or dispersion of a thermosetting resin, or a solution or dispersion of at least one biocompatible polymer compound selected from the group consisting of proteins and polysaccharides.
  • any apparatus can be used without particular limitation as long as it is a device capable of transporting the fluid polymer compound to the discharge port by extruding without heating.
  • the extrusion apparatus any apparatus provided with a conveying member for supplying a fluid substance to the discharge port, for example, an extrusion pump can be suitably used.
  • volume pumps such as gear pumps, plunger pumps, screw pumps, and tube pumps
  • non-volume pumps such as centrifugal pumps, axial flow pumps, and diagonal flow pumps. Is mentioned.
  • various fluid polymer compounds can be transported to a discharge port and discharged using a generally used extrusion device such as a melt extruder or a transport member having an extrusion pump. it can.
  • the discharge port 14 is provided in the gravity direction at the tip of the melt-extrusion apparatus 12, but the position of the discharge port 14 is not limited to the mode illustrated in FIG. 1.
  • the discharge amount and discharge state of the fluid polymer compound By controlling the discharge amount and discharge state of the fluid polymer compound, the production amount of fine fibers, the fiber diameter, and the like can be controlled.
  • the discharge state include a state in which the liquid continuously flows down in a linear manner, and a state in which the liquid is intermittently discharged as droplets.
  • thermoplastic resin there is no restriction
  • the thermoplastic resins that can be used in the production method of the present disclosure are listed below. The numerical value written together with the resin name is the melting point of the resin, and is described with a range that varies depending on the grade.
  • the thermoplastic resin used for the manufacturing method of this indication is not limited to the following examples. Examples of the thermoplastic resin include homopolymers of olefin resins such as polyethylene (PE: 100 ° C. to 130 ° C.) and polypropylene (PP: 160 ° C.
  • polystyrene PS: 240 ° C
  • polyvinyl chloride 85 ° C to 210 ° C
  • acrylonitrile butadiene styrene resin ABS: 100 ° C to 120 ° C
  • so-called engineering plastics having higher heat resistance can be used.
  • polymethylpentene (220 ° C. to 240 ° C.) mainly composed of 4-methylpentene-1 which is a special example of an olefin resin.
  • Ester resins such as polyethylene terephthalate (PET: 240 ° C.
  • polyethylene naphthalate PEN: 250 ° C. to 280 ° C.
  • polycarbonate PC: 140 ° C. to 150 ° C.
  • nylon 6 (220 ° C. to 230 ° C.)
  • Polyamide resin such as nylon 66 (260 ° C. to 270 ° C.); polyphenylene sulfide (PPS: 280 ° C. to 290 ° C.); polyetherimide (PEI: 210 ° C. to 220 ° C.); polysulfone (PSU: 200 ° C. to 210 ° C.) Etc.
  • thermoplastic elastomer can be used as the fluid polymer compound.
  • Thermoplastic elastomers include ester elastomers (TPEE: 170 ° C to 240 ° C), amide elastomers (TPAE: 120 ° C to 170 ° C), olefin elastomers (TPO: 100 ° C to 120 ° C), and styrene elastomers (TPS). : 80 ° C to 100 ° C).
  • thermoplastic fluid polymer compound A commercially available thermoplastic fluid polymer compound may be used. Examples of commercially available products include supermarkets such as TPX (registered trademark) and Mitsui Chemical Co., Ltd. mainly composed of 4-methylpentene-1. Engineering plastic, polyester elastomer, Hytrel (registered trademark), Toray DuPont Co., Ltd. and the like. In addition, a thermoplastic resin may be used individually by 1 type, and 2 or more types of mixtures may be used for it.
  • ISO 1133 melt flow rate measured according to the method defined in JIS K 7210 (1999) (hereinafter sometimes referred to as MFR)). Is preferably in the range of 1 g / 10 min to 2500 g / 10 min, more preferably in the range of 300 g / 10 min to 2500 g / 10 min, and still more preferably in the range of 600 g / 10 min to 1800 g / 10 min.
  • the MFR of the thermoplastic resin can be adjusted, for example, by adding a plasticizer, a solvent, a compatible thermoplastic resin, or the like to the resin.
  • the viscosity of the thermoplastic resin cannot be accurately measured by the melt flow rate measurement method described in ISO 1133 and JIS K 7210 described above.
  • the viscosity described in ISO 1628 and JIS K 7367 can be used. It can also evaluate by the shear viscosity which is the value of the viscosity measured by the method.
  • the shear viscosity of the resin measured by the method described in ISO 1628-1 and JIS K 7367-1 is preferably in the range of 50 mPa ⁇ s to 100,000 mPa ⁇ s, preferably 100 mPa ⁇ s to 50 More preferably, it is in the range of 1,000 mPa ⁇ s.
  • the IV value obtained by the above measurement method of the polyester resin as the thermoplastic resin is preferably 0.1 dL / g to 1.3 dL / g, and preferably 0.3 dL / g to 0.8 dL / g. Is more preferably 0.4 dL / g to 0.7 dL / g.
  • the discharge amount of the thermoplastic resin is preferably in the range of 0.5 g / min to 250 g / min, and 1.0 g / min to 150 g / min. A range of min is more preferable.
  • thermosetting resin is mentioned as another aspect of a fluid polymer compound.
  • the thermosetting resin include an epoxy resin, a melamine resin, a urethane resin, a silicone resin, a urea resin, and a phenol resin.
  • the initial viscosity when discharged from the melt extrusion apparatus is preferably 100,000 mPa ⁇ s or less, and more preferably 10,000 mPa ⁇ s or less.
  • the thermosetting resin is used to include an uncured thermosetting resin precursor, a solution of a thermosetting resin, and the like.
  • thermosetting resin in this specification may be a one-component thermosetting resin that is cured by oxygen or moisture in the air, and accelerates the curing of the thermosetting resin solution and the thermosetting resin. It may be a two-component resin precursor with a liquid containing an initiator.
  • a solution of the polymer compound can be mentioned.
  • Polymer compounds that can be dissolved in any solvent include water-soluble polymer compounds such as polyvinyl alcohol, water-soluble cellulose, pectin, alginic acid, glucomannan, chitin, chitosan, and crystalline cellulose, polylactic acid, protein, and carbohydrates. These are solvent-soluble polymer compounds.
  • a dispersion of a polymer compound that is dispersible as fine particles in an appropriate dispersion medium such as water even when insoluble in a solvent such as water or an organic solvent can be used as the fluid polymer compound. it can.
  • a solution or dispersion of at least one biocompatible polymer compound selected from the group consisting of polyester resins, proteins and polysaccharides can be used.
  • the biocompatible polymer compound in the present specification includes a polymer compound derived from a living body and a polymer compound applicable to a living body (for example, a human body).
  • the biocompatible polyester resin used in the embodiment include a single polymer containing L-lactic acid, D-lactic acid, glycolic acid, ⁇ -caprolactone and the like as monomers, and a copolymer containing two or more of the monomer components. Etc.
  • the copolymer may be a block copolymer or a random copolymer.
  • biocompatible protein used in the present embodiment examples include pectin, collagen, actin, and myosin derived from living organisms.
  • biocompatible polysaccharides include chitin, chitosan, and cellulose.
  • One of the advantages of the production method of the present embodiment is that fine fibers can be easily formed using a biocompatible polymer compound that is generally low in heat resistance and difficult to handle.
  • the initial viscosity when discharged from an extrusion device is preferably 10,000 mPa ⁇ s or less, More preferably, it is 000 mPa ⁇ s or less.
  • the initial viscosity can be measured with a rotational viscometer, a falling ball viscometer or the like as defined in JIS Z8803: 2011.
  • the initial viscosity of the flowable polymer compound can be adjusted by selecting the resin used for forming the fine fibers, the type of solvent compatible with the polymer compound, and the content, that is, the dissolution concentration.
  • the fluid polymer compound to be discharged may be one kind alone or a mixture of two or more kinds.
  • the fluid polymer compound can contain a known additive in addition to the polymer compound within the range of not impairing the effects of the present embodiment for the purpose of adjusting the physical properties of the obtained fine fiber.
  • Known additives include, for example, waxes, antistatic agents, colorants, antioxidants, weathering stabilizers, light stabilizers, antiblocking agents, lubricants, softeners, hydrophilic agents, fillers, antibacterial agents, and tackifiers.
  • Agents, oily components other than wax, and compatibilizers By including the compatibilizing material, the uniform mixing property of two or more kinds of resin materials that are hardly compatible with each other is improved. Examples of the compatibilizing material include Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd., Yumex.
  • step B the flowable polymer compound discharged in step A was pressurized in a direction intersecting the discharge direction of the flowable polymer compound from an air nozzle having a temperature control member and a spindle nozzle or a laval nozzle.
  • This is a step of forming fine fibers having a fiber diameter of 50 nm to 15 ⁇ m by blowing gas.
  • the temperature of the air supplied from the air nozzle can be appropriately selected according to the type of the flowable polymer compound used, the fiber diameter of the target fine fiber, and the like.
  • the temperature of the air discharged from the air nozzle can be, for example, 100 ° C. to 900 ° C. From the standpoint that the fiber diameter can be further reduced, the temperature of the hot air discharged from the air nozzle is preferably in the range of 100 ° C. to 900 ° C., and more preferably in the range of 200 ° C. to 800 ° C.
  • each air nozzle member 16 can have a temperature control member 20 having a temperature adjustment function individually.
  • the temperature control member 20 includes a temperature sensor 21 that measures the temperature of the air nozzle member 16, and the temperature control member 20 heats or cools the air according to the temperature measured by the temperature sensor 21.
  • the temperature control member 20 is individually provided for each of the air nozzle members 16, the temperature of each air nozzle 16 can be controlled, and air having a different temperature is supplied to each discharge port of the fluid polymer compound. Can do. Therefore, for example, when the fluid polymer compound is a thermoplastic resin, the fluidity of the thermoplastic resin can be different depending on the temperature, and fibers having different fiber diameters can be produced simultaneously. it can.
  • the temperature of all the air nozzles 16 in the fine fiber manufacturing apparatus 10 can be controlled by a single temperature control member 20.
  • the temperature of the air discharged from the air nozzle can be, for example, ⁇ 40 ° C. to 400 ° C., and preferably ⁇ 20 ° C. to 300 ° C.
  • the crosslinking reaction of the thermosetting resin having fluidity proceeds, and fine fibers made of the cured thermosetting resin can be obtained.
  • the reaction is delayed to ensure the fluidity of the thermosetting resin, and the fiber diameter of the resulting fine fiber is made thinner or the fiber length is made longer. Can do.
  • a polymer compound solution When a polymer compound solution is used as the flowable polymer compound, fine fibers of the polymer compound can be formed at a temperature lower than that of the thermoplastic resin or thermosetting resin described above.
  • polymer compound solutions for example, biocompatible polymer compounds selected from the group consisting of proteins and polysaccharides may be altered by heating, so the temperature of the supplied air can be kept low. preferable.
  • air is mainly intended to remove the solvent from the solution of the polymer compound, so the temperature of the air can be ⁇ 40 ° C. to 300 ° C., and ⁇ 20 ° C. to 200 ° C. It is preferable to set it as ° C.
  • the temperature of air may be appropriately selected in consideration of the physical properties of the polymer compound used.
  • cold air of ⁇ 30 ° C. or lower can be supplied from an air nozzle for the purpose of freeze-drying. .
  • the air nozzle in the present embodiment preferably includes a spindle nozzle or a Laval nozzle at the tip.
  • the speed of the air discharged from the air nozzle can be set to 30 m / sec or more, and by adjusting the pressure condition of the air, the wind speed exceeding the sound speed, for example, 340 m / sec or more. It is also possible to supply air with a wind speed of 1200 m / sec or more.
  • the air speed can be appropriately adjusted in consideration of the physical properties of the polymer compound used or the fiber diameter of the target fiber.
  • the air velocity is preferably 30 m / sec to 1000 m / sec, more preferably 340 m / sec to 800 m / sec.
  • the fiber diameter can be made thinner by increasing the air velocity within the range described above. For this reason, nanofibers can be formed by increasing the air velocity. Further, by reducing the air velocity in the above-mentioned range, sub-micron and micron-sized fibers can be obtained.
  • the air supplied from the air nozzle 16 can be adjusted by controlling the pressurizing condition by the gas pressurizing member 18.
  • a known compressor or the like can be used as the gas pressurizing member 18.
  • the air from the plurality of air nozzles 16 can be supplied by being pressurized by one gas pressurizing member 18.
  • the air velocity of each air nozzle 16 can be controlled by the individual gas pressurizing member 18 according to the purpose.
  • a mixture of fine fibers having different fiber diameters can be formed in one apparatus and in one process. Can do.
  • the fine fiber obtained by the production method of the present embodiment may be a single fiber (monofilament) or a multifilament as a fiber assembly.
  • the fiber diameter of the multifilament may be in the range of the fine fibers described above.
  • Step B may further include a heating step of heating the ambient temperature in the vicinity of the fluid polymer compound discharged from the discharge port.
  • the heating region is preferably, for example, a region where air supplied from the air nozzle 16 hits the discharged fluid polymer compound in the vicinity of the discharge port 14, for example, a region A indicated by a halftone dot in FIG. It is done.
  • the liquid polymer compound droplets discharged from the discharge port 14 are continuously heated while passing through the region A, and the fluidity is maintained for a long time. Can be maintained.
  • heating conditions it is preferable to heat, for example, the region A shown in FIG. 3 to a temperature higher than the softening point of the fluid polymer compound by a heating device.
  • a heating device By heating above the softening point of the fluid polymer compound, the fluidity of the resin can be maintained for a long time, and the fluid polymer compound is more easily stretched when exposed to air.
  • the fiber diameter of the fibers can be made thinner.
  • the heating condition it is more preferable to heat the fluid polymer compound at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluid polymer compound from the viewpoint that the molten state of the fluid polymer compound can be maintained for a longer time.
  • the heating method is not particularly limited as long as the fluidity of the fluid polymer compound can be controlled, and a known heating method can be appropriately selected and applied.
  • a device provided with temperature control means is preferable.
  • the heating device used for the heating method include a hot air generator that can heat a wide range, a heater that can locally heat, and the like.
  • the hot air generator include a blower and a fan heater that supply hot air.
  • a heat gun that locally supplies hot air at a higher temperature can also be used.
  • the heater include a far-infrared heater that is heated by a nichrome wire, a halogen lamp, etc., an oil heater that generates heat from the device itself and heats the surrounding air, and a panel heater.
  • the heating area can be heated not only in the vicinity of the air discharge section, but also in the area as wide as possible until the discharged fluid polymer compound in the fluidized state is ejected by air and collected as fine fibers.
  • the fluidity of the liquid polymer compound droplets can be maintained over a longer period of time, and the fiber diameter of the resulting fiber can be further reduced, which is preferable.
  • Step C is a step of collecting the fiber formed in Step B by a collecting member provided in the gas blowing direction.
  • a collecting member a member similar to the fiber collecting member in a known nonwoven fabric manufacturing apparatus can be used.
  • the collection member is configured to include a mesh having an aperture diameter that does not allow fine fibers to pass therethrough.
  • a suction member can be provided on the side opposite to the fiber supply side. By performing suction with the suction member on the side opposite to the fiber supply side, the fibers can be collected more efficiently.
  • the collecting member for example, a drum-shaped collecting member, a net-shaped collecting member, or the like can be used.
  • the collected fibers can be formed into a sheet. That is, the process C may include collecting the fibers in a sheet form on the nonwoven fabric.
  • the process C may include collecting the fibers in a sheet form on the nonwoven fabric.
  • a collection member provided with a winding-up part.
  • the fiber assembly collected by the collection member is wound around the winding unit to form a continuous long fiber assembly, that is, a sheet-like fiber assembly.
  • a screen-shaped net may be used as the collecting member. In the screen-shaped net, the surface of the net is arranged in a direction orthogonal to the air supply direction.
  • the aggregate of fine fibers collected by the collection device may be used as it is.
  • a part of the fibers can be fused together to form a nonwoven fabric made of fine fibers.
  • fine fibers having different fiber diameters can be produced at the same time.
  • a fiber assembly including fibers having a larger fiber diameter and waist in a dense fiber assembly. Can be manufactured. By including a fine fiber diameter fiber and a fiber having a larger fiber diameter, the manufactured fiber aggregate becomes a fiber aggregate having both compressive strength and denseness.
  • a typical example of the fine fiber production apparatus of the present embodiment is a fine fiber production apparatus 10 shown in FIG.
  • a fine fiber manufacturing apparatus 10 includes a melt extruder 12 having a plurality of discharge ports 14, and discharges a flowable polymer compound from each of the discharge ports 14. Gas pressurization that pressurizes a gas that is provided in the vicinity of the plurality of discharge ports 14 of the extruder 12 and blows a pressurized gas in a direction that intersects the discharge direction of the fluid polymer compound discharged from the discharge ports 14.
  • the air nozzle member 16 can be arbitrarily moved in the vertical direction and the horizontal direction according to the purpose. Moreover, the arrangement angle of the air nozzle member 16 can also be changed, and by changing the angle, the air supply direction to the fluid polymer compound can be changed.
  • the temperature control member is preferably disposed in each air nozzle member 16.
  • the temperature control member 20 capable of independently controlling the temperature of each of the plurality of air nozzle members 16
  • air having different temperatures can be shared from the plurality of air nozzle members 16.
  • the temperature control member 20 is not particularly limited as long as it is a means capable of controlling the temperature of air supplied to the liquid polymer compound droplets.
  • a temperature control device capable of cooling and heating by applying an electric current can be used. For example, as shown in FIG.
  • the temperature control member 20 can be configured to control the air nozzle member 16 by cooling or heating it based on the temperature measured by the temperature sensor 21 provided in the air nozzle member 16. Further, when only heating is performed, the temperature control member 20 can be a member having a simple configuration.
  • the apparatus for producing fine fibers of the present disclosure may further include a heating device that heats the ambient temperature in the vicinity of the fluid polymer compound discharged from the discharge port.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a fine fiber manufacturing apparatus 22 provided with a heating device 24 that heats the ambient temperature in the vicinity of the fluid polymer compound discharged from the discharge port.
  • the fine fiber manufacturing apparatus 22 shown in FIG. 4 includes a heating device 24 between a plurality of discharge ports 14 connected to the melt extruder 12 and the air nozzle 16.
  • a device that supplies gas heated from the heating device is employed.
  • FIG. 5 is a side view of the vicinity of the discharge port 14 of the fine fiber manufacturing apparatus 22 shown in FIG.
  • the discharge port 14, the front end of the air nozzle member 16, and the heating device 24 are heated.
  • the arrangement position of the gas supply port is shown.
  • the liquid polymer compound droplets discharged from the discharge port 14 are heated in a direction intersecting the droplet discharge direction from the viewpoint of efficiently heating.
  • a heating device 24 is provided between the discharge port 14 and the air nozzle member 16. The peripheral region of the discharged liquid polymer compound droplet is maintained at a high atmospheric temperature by the heated gas supplied by the heating device 24. For this reason, the fluid polymer compound droplets can maintain a fluid state for a long time.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing another example of the fine fiber manufacturing apparatus 26 provided with the heating device 24.
  • the fine fiber manufacturing apparatus 22 shown in FIG. 6 includes a plurality of discharge ports 14 connected to the melt extruder 12 and a heating device 24 below the air nozzle 16.
  • a heating device 24 that supplies heated gas is provided below the air nozzle 16 in the direction of gravity, and the heated gas is a fluid polymer compound discharged from the discharge port 16. Supplied from below the droplet. Since the heated gas diffuses upward in the direction of gravity, efficient heating of the atmospheric temperature can be performed according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 7 is a side view of the vicinity of the discharge port 14 of the fine fiber manufacturing apparatus 26 shown in FIG.
  • a heating device 24 is provided below the discharge port 14 and the air nozzle member 16, so that the peripheral region of the discharged liquid polymer compound droplets is heated. A high atmospheric temperature is maintained by the heated gas supplied from the device 24. For this reason, the fluid polymer compound droplets can maintain a fluid state for a long time.
  • the heating device When means for supplying heated gas, such as a hot air generator, is used as the heating device, it is preferable not to disturb the flow path of air blown from the air nozzle 16 to the flowable polymer compound.
  • the aspect of supplying gas at an angle close to parallel to the air flow path does not interfere with the air flow path useful for the production of fine fibers, and in the direction in which the flowable polymer compound flies. It can be said that it is one of the preferable embodiments from the viewpoint of supplying heated gas.
  • the flow rate of air is usually sufficiently larger than the flow rate of heated gas supplied from a hot air generator or the like, the air flow path is not easily affected by the heated gas. Accordingly, it is possible to supply the gas at an angle with respect to the air flow path, for example, at an angle of 90 ° or close to the air flow path, and to warm the periphery.
  • a heater When using a heater, a ceramic heater or the like, it is preferable to provide it on the side surface or the outer periphery of the region where the air nozzle 16 is provided.
  • a heater can be provided around the air flow path as long as it does not interfere with the air flow path supplied from the air nozzle. By arranging the heater around the air flow path, for example, the region (region A) indicated by A in FIG. 3 can be efficiently heated.
  • the collecting member is appropriately selected according to the purpose. It is preferable that the collection member includes a mesh having an aperture diameter that does not allow fine fibers to pass through.
  • a suction member can be provided on the side opposite to the fiber supply side via a mesh. Examples of the collecting member include a collecting drum, a screen-like collecting net, a sheet-like collecting net, and the like.
  • a nonwoven fabric can be previously arrange
  • the fiber diameter of the obtained fine fiber can be measured by the following method.
  • the obtained fiber aggregate is connected to a multipoint wire diameter measurement observation by a scanning electron microscope (SEM) photograph, a fiber length observation by an optical microscope, and a fiber length by visual observation (connecting a distance between a discharge port and a collecting portion). It can be measured by observation.
  • the fiber diameter is measured for 100 or more fibers arbitrarily selected in the viewing angle using the SEM photograph, and the average value is used.
  • various fiber diameters from extremely fine nano-order fiber diameters to micron-order fiber diameters using known general-purpose melt extruders and raw material extruders. Can be easily produced, and its application range is wide.
  • a short screw extruder was used as the melt extruder.
  • the discharge port 14 was formed by mounting a special die having an opening of 0.4 mm ⁇ in the direction of gravity at the resin outlet of the short-axis extruder.
  • An air nozzle member 16 provided with one temperature control member 20 and a Laval nozzle is disposed on the side surface of each discharge port 14 as shown in FIG.
  • the distance in the vertical direction from the discharge port 14 to the air hole of the air nozzle 16 was 10 mm, and the distance in the horizontal direction, that is, the direction orthogonal to the direction of gravity was 5 mm. Further, these distances can be adjusted to be closer to each other.
  • Example 1 ⁇ Manufacture of fine fibers> Thermoplastic resin PP (manufactured by Sun Aroma Co., Ltd .: product name PWH00M, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 1700 g / 10 min) is supplied from the inlet of the short screw extruder, heated to 300 ° C., and melt extruded. Then, the molten thermoplastic resin was discharged from the discharge port at a rate of 2 g / min per discharge port. Facing the discharged molten resin, air was blown from an air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle at a temperature of 700 ° C. and an air speed of 600 m / sec to form fine fibers.
  • Thermoplastic resin PP manufactured by Sun Aroma Co., Ltd .: product name PWH00M, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 1700 g / 10 min
  • the molten thermoplastic resin was discharged from the discharge port at
  • the obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction.
  • the obtained fine fibers were arbitrarily selected at 200 points, the fiber diameter was measured by the method described above, and the average value was calculated. As a result, the average fiber diameter of the fine fibers was 500 nm, and the average length was 100 mm or more. From the results of Example 1, it can be seen that fine fibers having a nano-order fiber diameter can be obtained by a simple method using a general-purpose apparatus.
  • thermosetting resin (Example 2) ⁇ Manufacture of fine fibers> Urethane (product name: Polycrystal P18 No5 (20,000 mPa ⁇ s), manufactured by Polycis Co., Ltd.) was used as the thermosetting resin, and was discharged at 2 g / min per discharge port using a cylindrical extruder and a static mixer. Facing the discharged thermosetting resin, air was blown from an air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle at a temperature of 250 ° C. and an air speed of 450 m / sec to form fine fibers. The obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction.
  • the obtained fine fibers were arbitrarily selected at 200 points, the fiber diameter was measured by the method described above, and the average value was calculated. As a result, the average fiber diameter of the fine fibers was 700 nm, and the average length was 100 mm or more. From the results of Example 2, it can be seen that even when a thermosetting resin is used, fine fibers having a nano-order fiber diameter can be obtained by a simple method using a general-purpose apparatus.
  • Example 3 Manufacture of fine fibers> A 1% by mass aqueous dispersion of nanocellulose was discharged at 1 g / min per discharge port using a cylinder type extruder. Facing the discharged aqueous dispersion, air was blown from an air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle at a temperature of 150 ° C. and an air speed of 380 m / sec to form fine fibers. When the obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction, a laminate of fine fiber aggregates was obtained. In the obtained fine fiber aggregate, the fiber diameter was measured by the method described above.
  • the average fiber diameter of the fibers observed in the aggregated state was 400 nm, and the average length was a laminate of fiber aggregates of 2 mm or more.
  • a fiber assembly having a nano-order fiber diameter, that is, a multi-layer of fine cellulose by a simple method using a readily available nanocellulose aqueous dispersion and using a general-purpose apparatus. It can be seen that a filament is obtained.
  • Example 4 Manufacture of fine fibers> Thermoplastic resin PP (manufactured by Sun Aroma Co., Ltd .: product name PWH00M, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 1700 g / 10 min) is supplied from the inlet of the short screw extruder, heated to 300 ° C., and melt extruded. Then, the molten thermoplastic resin was discharged from the discharge port at a rate of 2 g / min per discharge port.
  • a device provided with the heating device 24 shown in FIG. 4 was used as a fine fiber manufacturing device, and a gas heated to 400 ° C. was supplied from the heating device 24 toward the discharged droplets.
  • Example 4 fine fibers were produced in the same manner as in Example 1. That is, air was blown at a temperature of 700 ° C. and an air speed of 600 m / sec from the air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle toward the molten resin droplets discharged in the heated region to form fine fibers.
  • the obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction.
  • the obtained fine fibers were arbitrarily selected at 200 points, the fiber diameter was measured by the method described above, and the average value was calculated. As a result, the average fiber diameter of the fine fibers was 300 nm, and the average length was 100 mm or more.
  • Example 4 is compared with the results of Example 1, it can be seen that fine fibers having a smaller fiber diameter can be obtained by heating the ambient temperature with a heating device.
  • Example 5 ⁇ Manufacture of fine fibers> Thermoplastic resin PP (manufactured by Sun Aroma Co., Ltd .: product name PWH00M, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 1700 g / 10 min) is supplied from the inlet of the short screw extruder, heated to 300 ° C., and melt extruded. Then, the molten thermoplastic resin was discharged from the discharge port at a rate of 2 g / min per discharge port. In Example 5, air that was not heated, that is, air at a temperature of 25 ° C. was sprayed from an air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle at an air speed of 40 m / sec to form fine fibers.
  • Thermoplastic resin PP manufactured by Sun Aroma Co., Ltd .: product name PWH00M, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 1700 g / 10 min
  • the molten thermoplastic resin was discharged from the discharge port
  • the obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction.
  • the obtained fine fibers were arbitrarily selected at 200 points, the fiber diameter was measured by the method described above, and the average value was calculated.
  • the average fiber diameter of the fine fibers was 2800 nm, and the average length was 100 mm or more. From the results of Example 5, it can be seen that fine fibers having a fiber diameter that can be practically used under milder conditions can be obtained without heating the air supplied from the air nozzle 16.
  • Thermosetting resin PET (manufactured by Bell Polyester Products: product name TK3, IV value 0.65) is supplied from the inlet of the short screw extruder, heated to 340 ° C., melt extruded, and discharged from the outlet.
  • the molten thermoplastic resin was discharged at 2 g / min per discharge port. Facing the discharged molten resin, air was blown from an air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle at a temperature of 700 ° C. and an air speed of 600 m / sec to form fine fibers.
  • the obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction.
  • the obtained fine fibers were arbitrarily selected at 100 points, and the fiber diameter was measured by the method described above to calculate the average value. As a result, the average fiber diameter of the fine fibers was 1400 nm, and the average length was 100 mm or more.
  • Example 7 ⁇ Manufacture of fine fibers> Thermoplastic resin PPS (manufactured by Polyplastics Co., Ltd .: product name 0203C6, initial viscosity at discharge: 28,000 mPa ⁇ s) is supplied from the inlet of the short screw extruder, heated to 340 ° C., and melt extruded. The molten resin was discharged from the discharge port at 2 g / min per discharge port. Facing the discharged molten resin, air was blown from an air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle at a temperature of 600 ° C. and an air speed of 600 m / sec to form fine fibers.
  • Thermoplastic resin PPS manufactured by Polyplastics Co., Ltd .: product name 0203C6, initial viscosity at discharge: 28,000 mPa ⁇ s
  • Thermoplastic resin PPS manufactured by Polyplastics Co., Ltd .: product name 0203C6, initial viscosity at discharge:
  • the obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction.
  • the obtained fine fibers were arbitrarily selected at 100 points, and the fiber diameter was measured by the method described above to calculate the average value.
  • the average fiber diameter of the fine fibers was 1600 nm, and the average length was 100 mm or more.
  • Example 8 ⁇ Manufacture of fine fibers> Thermoplastic elastomer TPEE (manufactured by Toray DuPont: product name Hytrel (registered trademark) 5557, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 8 g / 10 min)) is supplied from the inlet of the short screw extruder, and 340 The mixture was heated to ° C., melt-extruded, and the molten resin was discharged from the discharge port at a rate of 2 g / min. Facing the discharged molten resin, air was blown from an air nozzle 16 equipped with a Laval nozzle at a temperature of 700 ° C.
  • TPEE manufactured by Toray DuPont: product name Hytrel (registered trademark) 5557, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 8 g / 10 min
  • the obtained fine fibers were collected by a collecting member provided downstream in the air blowing direction.
  • the obtained fine fibers were arbitrarily selected at 100 points, and the fiber diameter was measured by the method described above to calculate the average value.
  • the average fiber diameter of the fine fibers was 2500 nm, and the average length was 100 mm or more.
  • Example 9 Manufacture of fine fibers> Thermoplastic resin TPEE (manufactured by Toray DuPont: product name Hytrel 5557, MFR (230 ° C., 2.16 kg load): 8 g / 10 min)) is supplied from the inlet of the short screw extruder and heated to 340 ° C. The molten resin was discharged from the discharge port at a rate of 2 g / min per discharge port.
  • a device provided with the heating device 24 shown in FIG. 4 was used as a fine fiber manufacturing device, and a gas heated to 600 ° C. was supplied from the heating device 24 toward the discharged droplets. Except for the above, fine fibers were produced in the same manner as in Example 8.
  • Example 9 When Example 9 is compared with the result of Example 8, it can be seen that fine fibers having a smaller fiber diameter can be obtained by heating the ambient temperature with a heating device.

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Abstract

押出し装置に備えられた吐出口から、流動性高分子化合物を吐出する工程と、温度制御部材及び紡錘形ノズル若しくはラバルノズル（De Laval nozzle）を備えた、エアノズルから、前記吐出された前記流動性高分子化合物に対し、流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に加圧された気体を吹き付けて、繊維径が５０ｎｍ～１５μｍのファイバーを形成する工程と、気体の吹き付け方向に備えられた捕集部材にて前記ファイバーを捕集する工程と、を有する微細繊維の製造方法及び微細繊維の製造装置。

Description

微細繊維の製造方法及び微細繊維の製造装置
　本開示は、微細繊維の製造方法及び微細繊維の製造装置に関する。
　吸音材、断熱材、遮熱材、防振材、ワイプ材、研磨剤保持材、パフ材、エアフィルター、電池のセパレーター、熱融着シート、医療用材料などに使用する繊維積層体には、緻密な構造及び柔軟性を達成する目的で、繊維径がサブミクロンオーダー、ナノオーダーの微細繊維の使用が望まれている。
　従来、ポリマー溶剤溶液からナノファイバーを作製する方法としてＥＳＤ法（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｓｐｒａｙ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が知られている。ＥＳＤ法は高電圧を印加した針状のノズルに容器内のポリマー溶剤溶液を送給し、電荷を帯電させることにより、１次誘電爆発を発生させて、ポリマー溶液を爆発的に延伸させ、微細性を形成する方法である。しかし、この方法では高電圧を印加することから複雑な装置を必要とし、１本のノズルから少量の繊維しか製造できないという問題がある。
　ＥＳＤ法を用いて、大量のナノファイバーを製造する方法として、高電圧発生部から高電圧を印加され且つ後端にポリマー溶剤溶液をポンプにて送給できるようにチューブを接続し、ノズルとノズルの後方に設置した圧縮エアを吐き出すエアーブローを配置して、電位の制御と圧縮エアとを利用したナノファイバーの製造方法が提案されている（特開２０１２－１２２１７６号公報参照）。
　また、帯電性を有する領域に複数の小穴を有する回転容器と、回転容器を囲む環状電極とを備え、高電圧を印加して回転容器の小穴から紡糸空間に吐出された繊維をジェットファンなどの排出手段で排出するナノファイバーの製造方法及び装置が提案されている（特開２００９－４１１２８号公報参照）。
　しかしながら、特開２０１２－１２２１７６号公報及び特開２００９－４１１２８号公報に記載のナノファイバーの製造方法では、いずれも高電圧を印加する必要があり、装置が大がかりになるという問題がある。また、電圧の制御による繊維径の制御が困難であり、単一の繊維径の繊維しか製造できない、大量に紡糸できない等の問題がある。
　本発明の一実施形態の課題は、大がかりな装置を必要とせず、所望の繊維径の繊維を簡易に製造しうる微細繊維の製造方法を提供することである。
　本発明の別の実施形態の課題は、所望の繊維径の繊維を簡易に製造しうる微細繊維の製造装置を提供することである。
　上記課題を解決するための手段には、以下の実施形態が含まれる。
＜１＞　押出し装置に備えられた吐出口から、流動性高分子化合物を吐出する工程と、温度制御部材及び紡錘形ノズル若しくはラバルノズル（De Laval nozzle）を備えた、エアノズルから、前記吐出された前記流動性高分子化合物に対し、流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に加圧された気体を吹き付けて、繊維径が５０ｎｍ～１５μｍのファイバーを形成する工程と、気体の吹き付け方向に備えられた捕集部材にて前記ファイバーを捕集する工程と、を有する微細繊維の製造方法。
＜２＞　前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温する加温工程をさらに含む＜１＞に記載の微細繊維の製造方法。
＜３＞　前記ファイバーを捕集する工程は、前記ファイバーを不織布上にシート状になるように捕集する＜１＞又は＜２＞に記載の微細繊維の製造方法。
＜４＞　前記エアノズルから吐出される気体の速度が３０ｍ／ｓｅｃ以上である＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の微細繊維の製造方法。
＜５＞　前記流動性高分子化合物が、加熱溶融された溶融熱可塑性樹脂であり、エアノズルから吐出される気体の温度が１００℃～９００℃である＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の微細繊維の製造方法。
＜６＞　前記熱可塑性樹脂のメルトフローレート（測定方法：ＩＳＯ　１１３３、ＪＩＳ　Ｋ　７２１０　１９９９年）が、１ｇ／１０ｍｉｎ～２０００ｇ／１０ｍｉｎの範囲であり、一つの吐出口からの熱可塑性樹脂の吐出量が０．５ｇ／ｍｉｎ～２５０ｇ／ｍｉｎの範囲である＜５＞に記載の微細繊維の製造方法。
＜７＞　前記流動性高分子化合物が、熱硬化性樹脂の溶液又は分散液であり、エアノズルから吐出される気体の温度が－４０℃～４００℃である＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の微細繊維の製造方法。
＜８＞　前記流動性高分子化合物が、ポリエステル系樹脂、タンパク質及び多糖類からなる群より選ばれる少なくとも１種の生体適合性高分子化合物の溶液又は分散液であり、エアノズルから吐出される気体の温度が－４０℃～３００℃である＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の微細繊維の製造方法。
＜９＞　複数の吐出口を備え、それぞれの吐出口から流動性高分子化合物を吐出する押出し装置と、前記押出し装置の複数の吐出口の近傍に備えられ、吐出口から吐出された流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に吹き付ける気体を加圧する気体加圧部材と、気体の温度を調節する温度制御部材及びラバルノズル若しくは紡錘形ノズルを備えたエアノズル部材と、形成されたファイバーを捕集する捕集部材と、を有する微細繊維の製造装置。
＜１０＞　前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温する加温装置をさらに有する＜９＞に記載の微細繊維の製造装置。
＜１１＞　前記押出し装置が、溶融押出し機である＜９＞又は＜１０＞に記載の微細繊維の製造装置。
＜１２＞　前記押出し装置が、流動性高分子化合物を加圧して吐出口に搬送する押出しポンプを備える＜９＞～＜１１＞のいずれか１つに記載の微細繊維の製造装置。
　本発明の一実施形態によれば、大がかりな装置を必要とせず、所望の繊維径の繊維を簡易に製造しうる微細繊維の製造方法を提供することができる。
　本発明の別の実施形態によれば、所望の繊維径の繊維を簡易に製造しうる微細繊維の製造装置を提供することができる。
本開示の微細繊維の製造方法に使用する微細繊維の製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示す微細繊維の製造装置の吐出口近傍をエアノズルの先端側から観察した側面図である。 本開示の微細繊維の製造方法に使用する微細繊維の製造装置において、加温装置により加温される領域の一実施形態を示す概略構成図である。 本開示の微細繊維の製造方法に使用する微細繊維の製造装置において、吐出口近傍を加温する加温装置を備えた一実施形態を示す概略構成図である。 図４に示す微細繊維の製造装置の吐出口近傍をエアノズルの先端側から観察した側面図である。 本開示の微細繊維の製造方法に使用する微細繊維の製造装置において、吐出口近傍を加温する加温装置を備えた別の実施形態を示す概略構成図である。 図６に示す微細繊維の製造装置の吐出口近傍をエアノズルの先端側から観察した側面図である。
　以下、本開示の微細繊維の製造方法を実施するための実施形態について詳細に説明する。但し、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示を制限するものではない。
　本明細書における微細繊維とは、繊維径がナノオーダーからミクロンオーダーの繊維、より具体的には、繊維径が５０ｎｍ～１５μｍの繊維を指す。
　本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
　本明細書において「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
　本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
　本明細書においては、各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。
＜微細繊維の製造方法＞
　本開示の微細繊維の製造方法は、押出し装置に備えられた吐出口から、流動性高分子化合物を吐出する工程〔工程Ａ〕と、温度制御部材及び紡錘形ノズル若しくはラバルノズルを備えた、エアノズルから、前記吐出された前記流動性高分子化合物に対し、流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に加圧された気体を吹き付けて、繊維径が５０ｎｍ～１５μｍのファイバーを形成する工程〔工程Ｂ〕と、気体吹き付け方向に備えられた捕集部材にて前記ファイバーを捕集する工程〔工程Ｃ〕と、を有する。
　さらに、他の工程を有していてもよい。
　本開示の微細繊維の製造方法を、図を用いて説明する。
　図１は、本開示の微細繊維の製造方法に使用する微細繊維の製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
　微細繊維の製造装置１０は、流動性高分子化合物を供給する押出し装置１２として溶融押出し装置を用いた例を示す。溶融押出し装置１２は、熱可塑性樹脂を溶融して押し出すスクリューを備えた装置本体と、溶融押出し装置１２から供給される流動性高分子化合物の吐出口１４とを備える。
　流動性高分子化合物は、加圧により押出し装置から吐出口まで搬送することができ、吐出口から流動性を維持したまま吐出することができる状態の高分子化合物であれば特に制限はない。流動性高分子化合物としては、例えば、加熱により流動性を有する高分子化合物、溶媒に溶解又は分散された高分子化合物、加熱により反応硬化する樹脂前駆体含有液などが挙げられる。
　吐出口から流動性を維持したまま吐出される流動性高分子化合物は、連続して吐出されてもよく、断続的に吐出されてもよい。連続的に吐出される場合には、重力方向に線状に流下する。なお、条件によっては、連続的に吐出されても、流動性高分子化合物が流下する途中で途切れることがある。流動性高分子化合物が吐出口から断続的に吐出される場合には、流動状態である流動性高分子化合物は、液滴の状態で吐出される。
　微細繊維の製造装置は、さらに、吐出口１４から供給される、加熱され流動状態である流動性高分子化合物に対し、液体の吐出方向と交差する方向に気体を吹き付ける、気体加圧部材１８と温度制御部材２０とを有するエアノズル部材１６を備える。
　エアノズルの先端は、通常のノズルよりも、供給する気体の流速をより速く得るという観点から、紡錘形ノズル又はラバルノズルを備えることが好ましい。
　図２は、図１に示す微細繊維の製造装置の吐出口１４近傍を、エアノズルの先端側から観察した側面図であり、吐出口１４とエアノズル部材１６先端の配置位置を表す。図１では、流動性高分子化合物が液滴の状態で吐出された例を示すが、これに限定されず、液滴状態ではなく、連続的に吐出されてもよい。
　吐出口１４から吐出される流動性高分子化合物に対し、液滴の吐出方向と交差する方向に正確に気体を吹き付け得るという観点から、図２に示す如く、吐出口１４の下方側面に、吐出口１４の１つに対し、１つのエアノズル部材１６を備えることが好ましい態様である。
〔工程Ａ〕
　工程Ａでは、押出し装置に備えられた吐出口から、流動性高分子化合物を吐出する。
　流動性高分子化合物が、熱可塑性樹脂を溶融した流動性樹脂である場合、押出し装置として溶融押出し機を用い、溶融押出し機において加熱、溶融、混練して押し出すことで加熱により流動性となった熱可塑性樹脂を吐出すればよい。
　一方、流動性高分子化合物が、熱硬化性樹脂の溶液又は分散液であるか、或いは、タンパク質及び多糖類からなる群より選ばれる少なくとも１種の生体適合性高分子化合物の溶液又は分散液である場合には、加熱を行わず押し出すことで吐出口まで流動性高分子化合物を搬送できる装置であれば特に制限なく用いることができる。押出し装置としては、流動性物質を吐出口に供給するための搬送用部材、例えば、押出しポンプを備える装置であれば好適に使用することができる。
　流動性高分子化合物の搬送用部材である押出しポンプとしては、例えば、ギヤポンプ、プランジャーポンプ、スクリューポンプ、チューブポンプなどの容積ポンプ、遠心ポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプなどの非容積ポンプなどが挙げられる。
　このように、溶融押出し機、或いは、押出しポンプを備える搬送用部材などの、一般的に使用される押出し装置を用いて、種々の流動性高分子化合物を吐出口に搬送し、吐出させることができる。
　図１では、溶融押出し装置１２の先端において、吐出口１４は、重力方向に備えられるが、吐出口１４の位置は、図１に示す態様に限定されない。
　流動性高分子化合物の吐出量、吐出の状態などを制御することで、微細繊維の生産量、繊維径等を制御することができる。吐出の状態としては、連続的に線状に流下するように吐出する状態、断続的に液滴として吐出する状態などが挙げられる。
　流動性高分子化合物の好ましい態様の一つとして、熱可塑性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂には特に制限はなく、一般に不織布の製造に用いられる熱可塑性樹脂はいずれも本開示の製造方法に使用することができる。
　本開示の製造方法に用い得る熱可塑性樹脂を以下に挙げる。樹脂名に併記した数値は当該樹脂の融点であり、グレードにより変動する幅を持って記載する。なお、本開示の製造方法に使用される熱可塑性樹脂は以下の例に限定されない。
　熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ：１００℃～１３０℃）、ポリプロピレン（ＰＰ：１６０℃～１７０℃）等のオレフィン樹脂の単独重合体、又は、オレフィンモノマーを含む共重合体；ポリスチレン（ＰＳ：２４０℃）；ポリ塩化ビニル（８５℃～２１０℃）；アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ：１００℃～１２０℃）等が挙げられる。また、より耐熱性に優れた、所謂エンジニアリングプラスチックを使用することができ、例えば、オレフィン樹脂の特殊な例である４－メチルペンテン－１を主材とするポリメチルペンテン（２２０℃～２４０℃）；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：２４０℃～２６０℃）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：２５０℃～２８０℃）等のエステル樹脂；ポリカーボネート（ＰＣ：１４０℃～１５０℃）；ナイロン６（２２０℃～２３０℃）、ナイロン６６（２６０℃～２７０℃）等のポリアミド樹脂；ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：２８０℃～２９０℃）；ポリエーテルイミド（ＰＥＩ：２１０℃～２２０℃）；ポリスルホン（ＰＳＵ：２００℃～２１０℃）等が挙げられる。
　また、流動性高分子化合物としては、熱可塑性エラストマーを使用することができる。熱可塑性エラストマーとしては、エステル系エラストマー（ＴＰＥＥ：１７０℃～２４０℃）、アミド系エラストマー（ＴＰＡＥ：１２０℃～１７０℃）、オレフィン系エラストマー（ＴＰＯ：１００℃～１２０℃）、スチレン系エラストマー（ＴＰＳ：８０℃～１００℃）等が挙げられる。
　熱可塑性の流動性高分子化合物は市販品を使用してもよく、市販品としては、例えば、４－メチルペンテン－１を主材とするＴＰＸ（登録商標）、三井化学（株）等のスーパーエンジニアリングプラスティック、ポリエステルエラストマーであるハイトレル（登録商標）、東レ・デュポン（株）等が挙げられる。
　なお、熱可塑性樹脂は、１種単独で用いてもよく、２種以上の混合物を用いてもあってもよい。
　得られる微細繊維の繊径をより細くし得るという観点からは、ＩＳＯ　１１３３（ＪＩＳ　Ｋ　７２１０（１９９９年)に規定する方法に準じて測定したメルトフローレート(以下、ＭＦＲと記載することがある）が、１ｇ／１０ｍｉｎ～２５００ｇ／１０ｍｉｎの範囲であることが好ましく、３００ｇ／１０ｍｉｎ～２５００ｇ／１０ｍｉｎの範囲であることがより好ましく、６００ｇ／１０ｍｉｎ～１８００ｇ／１０ｍｉｎの範囲であることがさらに好ましい。
　熱可塑性樹脂のＭＦＲは、例えば、樹脂に、可塑剤、溶媒、相溶性のある熱可塑性樹脂などを加えること等により調整することができる。
　熱可塑性樹脂の粘度は、既述のＩＳＯ　１１３３及びＪＩＳ　Ｋ　７２１０に記載のメルトフローレート測定方法では、正確に測定し得ない樹脂もあり、物性によっては、例えば、ＩＳＯ　１６２８及びＪＩＳ　Ｋ　７３６７記載の方法で測定された粘度の値であるせん断粘度で評価することもできる。
　例えば、ＩＳＯ　１６２８－１及びＪＩＳ　Ｋ　７３６７－１に記載の方法により測定される樹脂のせん断粘度であれば、５０ｍＰａ・ｓ～１００，０００ｍＰａ・ｓの範囲であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ～５０，０００ｍＰａ・ｓの範囲であることがより好ましい。
　熱可塑性樹脂がポリエステル系樹脂である場合、既述のメルトフローレートでは正確な測定が困難であり、ＩＳＯ　１６２８－５及びＪＩＳ　Ｋ　７３６７－５に記載の方法により測定された固有粘度（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ：　ＩＶ）を参考にすることができる。
　熱可塑性樹脂としてのポリエステル系樹脂の上記測定方法で得たＩＶ値は、０．１ｄＬ／ｇ～１．３ｄＬ／ｇであることが好ましく、０．３ｄＬ／ｇ～０．８ｄＬ／ｇであることがより好ましく、０．４ｄＬ／ｇ～０．７ｄＬ／ｇであることがさらに好ましい。
　得られる微細繊維の繊径をより細くし得るという観点から、熱可塑性樹脂の吐出量としては、０．５ｇ／ｍｉｎ～２５０ｇ／ｍｉｎの範囲であることが好ましく、１．０ｇ／ｍｉｎ～１５０ｇ／ｍｉｎの範囲であることがより好ましい。
　流動性高分子化合物の別の態様として、熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ウレア樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。
　熱硬化性樹脂を用いる場合、溶融押出し装置から吐出される際の初期粘度が１００,０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１０,０００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。
　なお、本明細書において熱硬化性樹脂は、未硬化の熱硬化性樹脂前駆体、熱硬化性樹脂の溶液等を包含する意味で用いられる。即ち、本明細書における熱硬化性樹脂は、空気中の酸素又は水分により硬化する１液式の熱硬化性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂溶液と、熱硬化性樹脂の硬化を促進させる開始剤を含む液との２液式の樹脂前駆体であってもよい。
　流動性高分子化合物の第３の態様として、高分子化合物の溶液が挙げられる。任意の溶媒に溶解しうる高分子化合物としては、ポリビニルアルコール、水溶性セルロース、ペクチン、アルギン酸、グルコマンナン、キチン、キトサン、結晶性セルロースなどの水溶性高分子化合物、ポリ乳酸、タンパク質、糖質などの溶媒溶解性高分子化合物が挙げられる。さらに、水、有機溶剤等の溶媒に不溶性であっても、水などの適切な分散媒中に、微細な粒子として分散可能な高分子化合物の分散物を流動性高分子化合物として使用することができる。
　高分子化合物の溶液又は分散液として、ポリエステル系樹脂、タンパク質及び多糖類からなる群より選ばれる少なくとも１種の生体適合性高分子化合物の溶液又は分散液を用いることができる。本明細書における生体適合性高分子化合物とは、生体由来の高分子化合物及び、生体（例えば、人体）に適用しうる高分子化合物を含む。
　本実施形体に用いられる生体適合性のポリエステル系樹脂としては、Ｌ－乳酸、Ｄ－乳酸、グリコール酸、ε－カプロラクトン等をモノマーとして含む単一重合体、前記モノマー成分を二成分以上含む共重合体等が挙げられる。共重合体の態様としては、ブロック共重合体でもよく、ランダム共重合体でもよい。
　本実施形態に用いられる生体適合性のタンパク質としては、生物由来のペクチン、コラーゲン、アクチン、ミオシンなどが挙げられる。生体適合性の多糖類としては、キチン、キトサン、セルロース等が挙げられる。
　一般に耐熱性が低く、取り扱い性が困難である生体適合性高分子化合物を用いて微細繊維を容易に形成し得ることも本実施形態の製造方法の利点の一つである。
　既述の水溶性、水分散性、或いは適切な溶媒に溶解性の高分子化合物を用いる場合、押出し装置から吐出される際の初期粘度が１０,０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、７,０００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。
　初期粘度は、ＪＩＳ　Ｚ８８０３：２０１１に定める回転粘度計、落球粘度計等により測定することができる。
　流動性高分子化合物の初期粘度は、微細繊維の形成に使用される樹脂、高分子化合物に適合する溶媒の種類、及び含有量、即ち、溶解濃度を選択することで調整することができる。
　工程Ａにて、吐出される流動性高分子化合物は、１種単独でもよく、２種以上の混合物であってもよい。
　また、流動性高分子化合物は、得られる微細繊維の物性を調整するなどの目的で、本実施形態の効果を損なわない範囲において、高分子化合物に加え、公知の添加剤を含有することができる。
　公知の添加剤としては、例えば、ワックス、帯電防止剤、着色剤、酸化防止剤、耐候安定剤、耐光安定剤、ブロッキング防止剤、滑剤、柔軟剤、親水剤、充填剤、抗菌剤、粘着付与剤、ワックス以外の油性成分、相溶化材等が挙げられる。相溶化材を含むことで、互いに相溶し難い２種以上の樹脂材料の均一混合性が向上する。相溶化材としては、例えば、三洋化成工業（株）製、ユーメックスなどが挙げられる。
〔工程Ｂ〕
　工程Ｂは、工程Ａにおいて吐出された流動性高分子化合物に対し、温度制御部材及び紡錘形ノズル若しくはラバルノズルを備えた、エアノズルから、流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に加圧された気体を吹き付けて、繊維径が５０ｎｍ～１５μｍの微細繊維を形成する工程である。
　エアノズルから供給されるエアの温度は、用いる流動性高分子化合物の種類、目的とする微細繊維の繊維径などに応じて適宜選択することができる。
　流動性高分子化合物が加熱溶融された熱可塑性樹脂である場合、エアノズルから吐出されるエアの温度は、例えば、１００℃～９００℃とすることができる。繊維径をより細くし得るという観点から、エアノズルから吐出される熱風の温度は１００℃～９００℃の範囲であることが好ましく、２００℃～８００℃の範囲であることがより好ましい。
　図１に示す微細繊維の製造装置では、エアノズル部材１６のそれぞれに個別に温度調整機能を有する温度制御部材２０を有することができる。温度制御部材２０は、エアノズル部材１６の温度を測定する温度センサー２１を備え、温度センサー２１にて測定した温度に応じて、温度制御部材２０によりエアの加熱又は冷却を行うことが好ましい。
　エアノズル部材１６のそれぞれに個別に温度制御部材２０を有する態様をとる場合には、エアノズル１６毎の温度制御が可能であり、流動性高分子化合物の吐出口毎に異なる温度のエアを供給することができる。従って、例えば、流動性高分子化合物が熱可塑性樹脂である場合には、温度により熱可塑性樹脂の流動性を互いに異なるものとすることができ、互いに繊維径の異なる繊維を、同時に製造することができる。
　なお、微細繊維の製造装置１０における全てのエアノズル１６の温度を１台の温度制御部材２０により制御することもできる。
　流動性高分子化合物が熱硬化性樹脂である場合、エアノズルから吐出されるエアの温度は、例えば、－４０℃～４００℃とすることができ、－２０℃～３００℃とすることが好ましい。
　上記温度範囲のエアを吹き付けることで、流動性を有する熱硬化性樹脂の架橋反応が進行し、硬化した熱硬化性樹脂からなる微細繊維を得ることができる。
　また、エアの温度を制御することで、熱硬化性樹脂の流動性を確保するために反応を遅延させ、得られる微細繊維の繊維径をより細くしたり、繊維長をより長くしたりすることができる。
　流動性高分子化合物として、高分子化合物の溶液を用いる場合には、既述の熱可塑性樹脂、又は熱硬化性樹脂よりも、より低い温度で高分子化合物の微細繊維を形成することができる。
　高分子化合物の溶液の中でも、例えば、タンパク質、多糖類からなる群より選ばれる生体適合性の高分子化合物は加熱により変質する可能性があるため、供給するエアの温度は低く維持されることが好ましい。
　本実施形態の場合には、エアは主として高分子化合物の溶液から溶媒を除去することを目的とするため、エアの温度は、－４０℃～３００℃とすることができ、－２０℃～２００℃とすることが好ましい。エアの温度は、使用する高分子化合物の物性を考慮して、適宜選択すればよい。
　また、流動性高分子化合物として、溶媒に溶解した溶液又は分散媒に分散された分散液を用いる場合には、エアノズルから、凍結乾燥の目的で、－３０℃以下の冷風を供給することもできる。
　本実施形態に使用しうるエアノズルには、特に制限はない。本実施形態におけるエアノズルは、先端に紡錘形ノズル又はラバルノズル（De Laval nozzle）を備えることが好ましい。紡錘形ノズル又はラバルノズルを備えることで、エアノズルから吐出されるエアの速度を３０ｍ／ｓｅｃ以上とすることができ、エアの加圧条件を調整することで、音速を超える風速、例えば、３４０ｍ／ｓｅｃ以上の風速のエアを供給することができ、さらに、１２００ｍ／ｓｅｃ以上の風速のエアを供給することも可能である。
　エアの速度は、用いる高分子化合物の物性、或いは、目的とする繊維の繊維径を考慮して、適宜調整することができる。通常は、エア速度は、３０ｍ／ｓｅｃ～１０００ｍ／ｓｅｃが好ましく、３４０ｍ／ｓｅｃ～８００ｍ／ｓｅｃがより好ましい。
　たとえば、既述の範囲において、エア速度を上げることで、繊維径をより細くすることができる。このため、エア速度を上げることでナノファイバーを形成することができる。また、既述の範囲においてエアの速度をより低くすることで、サブミクロンサイズ、ミクロンサイズのファイバーを得ることができる。
　エアノズル１６から供給されるエアは、気体加圧部材１８による加圧条件を制御することで調整することができる。気体加圧部材１８としては、公知のコンプレッサなどを使用することができる。本実施形態の製造方法においては、複数のエアノズル１６のエアを１台の気体加圧部材１８にて加圧して供給することができる。
　また、目的に応じて各エアノズル１６のエア速度を個別の気体加圧部材１８により制御することもできる。
　このように、複数のエアノズル部材１６から供給されるエアの温度、エア速度を個別に制御することで、一つの装置、一つの工程で、互いに異なる繊維径を有する微細繊維の混合物を形成することができる。
　本実施形態の製造方法により得られる微細繊維は、単繊維（モノフィラメント）であってもよく、繊維集合体としてのマルチフィラメントであってもよい。マルチフィラメント（繊維集合体）が得られる場合には、マルチフィラメントの繊維径が既述の微細繊維の範囲であればよい。
　なお、工程Ｂは、前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温する加温工程をさらに含んでもよい。
　前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温することで、前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の流動性がより長時間維持され、より微細な繊維を形成することができる。
　加温領域は、例えば、前記吐出口１４の近傍で、吐出された流動性高分子化合物にエアノズル１６から供給されるエアが当たる領域、例えば、図３に網点により示す領域Ａ等が好ましく挙げられる。図３に示す領域Ａを加温することで、吐出口１４から吐出された流動性高分子化合物の液滴は、領域Ａ内を通過する間は持続して加温され、流動性を長時間維持することができる。
　加温条件としては、加温装置により、例えば、図３に示す領域Ａ内を、流動性高分子化合物の軟化点以上に加温することが好ましい。流動性高分子化合物の軟化点以上に加温することで、樹脂の流動性を長時間維持することができ、エアが当たる際に、流動性高分子化合物がより伸長されやすくなるため、形成される繊維の繊維径をより細くすることができる。
　加温条件としては、流動性高分子化合物の溶融状態をより長時間維持することができるという観点から、流動性高分子化合物の融点以上の温度で加温することがより好ましい。
　加温条件における温度の上限には特に制限はないが、流動性高分子化合物の物性及び設備の耐久性に影響を与える懸念がないこと、経済性などの観点からは８００℃以下とすることが好ましい。
　加温方法は、流動性高分子化合物の流動性を制御することができれば、特に制限はなく、公知の加温方法を適宜選択して適用することができる。
　加温装置としては温度制御手段を備える装置が好ましい。
　加温方法に用いる加温装置としては、例えば、広範囲を加温できる熱風発生装置、局所的に加温できるヒーター等が挙げられる。
　熱風発生装置としては、熱風を供給するブロワー、ファンヒーターなどが挙げられる。また、より高温の熱風を局所的に供給するヒートガンなども用いることができる。ヒーターとしては、ニクロム線、ハロゲンランプなどで加熱する遠赤外線ヒーター、機器自体が発熱して周囲の空気等を加熱するオイルヒーター、パネルヒーター等が挙げられる。
　加温領域をエア吐出部近傍のみならず、吐出された流動状態の流動性高分子化合物がエアにより飛翔し、微細繊維として捕集されるまでの間の、できるだけ広い領域を加温することが、流動性高分子化合物の液滴の流動性を、より長い時間に亘り維持することができ、得られる繊維の繊維径をより細くすることができるため好ましい。
〔工程Ｃ〕
　工程Ｃは、気体吹き付け方向に備えられた捕集部材にて、工程Ｂで形成されたファイバーを捕集する工程である。
　捕集部材は、公知の不織布製造装置における繊維の捕集部材と同様の部材を使用することができる。捕集部材は、微細繊維を通過させない開孔径のメッシュを含んで構成される。繊維の捕集を効率よく行うため、繊維の供給側とは反対側に吸引部材を備えることができる。繊維の供給側とは反対側で吸引部材により吸引を行うことで、より効率よく繊維を捕集することができる。
　捕集部材としては、例えば、ドラム状の捕集部材、ネット状の捕集部材なども使用することができる。
　工程Ｃにおいて、捕集した繊維をシート化することができる。即ち、工程Ｃは、ファイバーを不織布上にシート状になるように捕集することを含んでもよい。不織布上に捕集された繊維集合体を均一な長尺シート状とする場合には、巻取部を備える捕集部材としてもよい。その場合、捕集部材にて捕集された繊維集合体は、巻取り部に巻取られて、連続した長尺の繊維集合体、即ちシート化された繊維集合体となる。
　捕集した繊維を、塊状体として得る場合は、捕集部材として衝立形状のネットを用いればよい。衝立形状のネットは、ネットの面が、エアの供給方向と直交する方向に配置される。衝立形状のネットを捕集部材として用いることで、ネット上に捕集された繊維は、塊状に蓄積され、捕集部材にて捕集された繊維集合体は、繊維の塊状体となる。
　捕集装置により捕集された微細繊維の集合体は、そのまま使用してもよく、例えば、繊維の一部を互いに融着させて微細繊維からなる不織布を形成することもできる。
　本実施形態の方法によれば、互いに繊維径が異なる微細繊維を同時に製造することができるため、例えば、緻密な構造の繊維集合体に、より繊維径が大きく腰のある繊維を含む繊維集合体を製造することができる。微細な繊維径の繊維と、より繊維径が大きい繊維とを含むことで、製造された繊維集合体は、圧縮強度と緻密さとを兼ね備える繊維集合体となる。
＜微細繊維の製造装置＞
　本実施形態の微細繊維の製造装置の代表的な例として、図１に示す微細繊維の製造装置１０が挙げられる。図１に示すように、微細繊維の製造装置１０は、溶融押出し機１２に複数の吐出口１４を備え、それぞれの吐出口１４から流動性高分子化合物を吐出する溶融押出し機１２と、前記溶融押出し機１２の複数の吐出口１４の近傍に備えられ、吐出口１４から吐出された流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に加圧された気体を吹き付ける、気体を加圧する気体加圧部材１８と、気体の温度を調節する温度制御部材２０、例えば、エアーヒーター（不図示）と、ラバルノズル又は紡錘形ノズルと、を備えたエアノズル部材１６と、形成されたファイバーを捕集する捕集部材 (不図示）と、を有する。
　微細繊維の製造装置において、エアノズル部材１６は、目的に応じて配置位置を垂直方向及び水平方向に任意に移動させることができる。また、エアノズル部材１６の配置角度も変更可能であり、角度を変更することで、流動性高分子化合物に対するエアの供給方向を変更させることができる。
　温度制御部材は、エアノズル部材１６が複数存在する場合、それぞれのエアノズル部材１６に配置されることが好ましい。複数のエアノズル部材１６をそれぞれ独立に温度制御することができる温度制御部材２０を有することで、複数のエアノズル部材１６から互いに異なる温度のエアを共有することができる。これにより、同時に繊維径の互いに異なる微細繊維を製造することも可能となる。
　温度制御部材２０としては、流動性高分子化合物の液滴に供給されるエアの温度を制御し得る手段であれば特に制限はない。電流を印加することにより冷却と加熱とが可能な温度制御装置などを用いることができる。温度制御部材２０は、例えば、図１に示すように、エアノズル部材１６に備えられた温度センサー２１で測定した温度により、エアノズル部材１６を冷却又は加熱して制御する構成とすることができる。また、加熱だけを行う場合には、温度制御部材２０を簡略な構成の部材とすることができる。
　本開示の微細繊維の製造装置は、前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温する加温装置をさらに有していてもよい。
　図４は、前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温する加温装置２４を備えた微細繊維の製造装置２２の一例を示す概略構成図である。
　図４に示す微細繊維の製造装置２２は、溶融押出し機１２に連結された複数の吐出口１４と、エアノズル１６との間に、加温装置２４を備えている。図４に示す加温装置２４として、本実施形態では、加温装置から加熱した気体を供給する装置を採用している。
　図５は、図４に示す微細繊維の製造装置２２の吐出口１４近傍を、エアノズルの先端側から観察した側面図であり、吐出口１４とエアノズル部材１６先端と、加温装置２４の加熱した気体の供給口の配置位置を表す。
　図５に示す如く、本実施形態では、吐出口１４から吐出される流動性高分子化合物の液滴に対し、加温を効率よく行う観点から、液滴の吐出方向と交差する方向に加熱した気体を吹き付けるために、吐出口１４と、エアノズル部材１６との間に、加温装置２４を備えている。吐出される流動性高分子化合物の液滴の周辺領域は、加熱装置２４により供給される加熱した気体によって高い雰囲気温度に維持される。このため、流動性高分子化合物の液滴は、長時間に亘り流動状態を維持することができる。
　図６は、加温装置２４を備えた微細繊維の製造装置２６の別の例を示す概略構成図である。図６に示す微細繊維の製造装置２２は、溶融押出し機１２に連結された複数の吐出口１４と、エアノズル１６との下部に加温装置２４を備えている。図６に示す加温装置２４では加熱した気体を供給する加温装置２４が、エアノズル１６の重力方向の下方に備えられ、加熱した気体は、吐出口１６から吐出された流動性高分子化合物の液滴の下方から供給される。加熱された気体は重力方向の上方に拡散することから、図６に示す態様により、効率のよい雰囲気温度の加温を行うことができる。
　図７は、図６に示す微細繊維の製造装置２６の吐出口１４近傍を、エアノズルの先端側から観察した側面図であり、吐出口１４とエアノズル部材１６先端と加温装置２４の加熱した気体の供給口との配置位置を表す。
　図７に示す如く、本実施形態では、吐出口１４とエアノズル部材１６との下方側に加温装置２４を備えることで、吐出される流動性高分子化合物の液滴の周辺領域が、加温装置２４から供給される加熱した気体によって高い雰囲気温度に維持される。このため、流動性高分子化合物の液滴は、長時間に亘り流動状態を維持することができる。
　加温装置として、熱風発生装置等の加熱した気体を供給する手段を用いる場合には、エアノズル１６から、流動性高分子化合物に対して吹き付けられるエアの流路を妨げないことが好ましい。
　例えば、エアの流路に対し、平行に近い角度で気体を供給する態様は、微細な繊維の製造に有用なエアの流路を妨げないこと、及び、流動性高分子化合物の飛翔する方向に加熱した気体が供給されること等の観点から好ましい態様の一つといえる。
　しかし、通常、エアの流速は、熱風発生装置等から供給される加熱した気体の流速よりも十分に大きいために、エアの流路は、加熱した気体による影響を受け難い。従って、エアの流路に対し角度を持って、例えば、エアの流路に対し９０°またはそれに近い角度で気体を供給し、周辺を加温することもできる。
　ヒーター、セラミックヒーター等を用いる場合には、エアノズル１６が備えられた領域の側面又は外周部に備えることが好ましい。また、エアノズルから供給されるエアの流路を妨げない範囲であれば、エアの流路周辺にヒーターを備えることができる。エアの流路周辺にヒーター配置することで、例えば、図３においてＡで示される領域（領域Ａ）を効率よく加温することができる。
　捕集部材は、目的に応じて適宜選択される。捕集部材は、微細繊維を通過させない開孔径のメッシュを含むことが好ましい。繊維の捕集を効率よく行うため、繊維の供給側とは反対側に、メッシュを介して吸引部材を備えることができる。
　捕集部材としては、捕集ドラム、衝立状の捕集ネット、シート状の捕集ネット等が挙げられる。また、捕集部材の表面に予め不織布を配置して、不織布上に微細繊維を捕集することもできる。
　なお、得られた微細繊維の繊維径は、以下の方法で測定することができる。
　例えば、得られた繊維集合体を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真による多点の線径測定観察、光学顕微鏡による繊維長観察、目視による繊維長(吐出口と捕集部との距離を繋いでいる)観察により測定することができる。本明細書では、ＳＥＭ写真を用いて、視野角中で任意に選択した１００点以上の繊維について繊維径を測定し、その平均値を算出した値を用いている。
　本実施形態の微細繊維の製造方法及び製造装置によれば、公知汎用の溶融押出し機、また原料押出し機を用いて、極めて微細なナノオーダーの繊維径からミクロンオーダーの繊維径まで種々の繊維径を有する微細繊維を簡易に製造することができ、その応用範囲は広い。
　以下、既述の実施形態について、実施例を挙げて更に具体的に説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。
（微細繊維の製造装置）
　溶融押出し装置として短軸押出し機を用いた。吐出口１４は、短軸押出し機の樹脂の出口部分に重力方向に０．４ｍｍφの開口部を有する特殊ダイを装着して形成した。
　各吐出口１４の側面に、吐出口１４一つに付き、１台の温度制御部材２０とラバルノズルとを備えるエアノズル部材１６を図２に示すように配置した。吐出口１４からエアノズル１６の空気孔までの垂直方向の距離は１０ｍｍとし、水平方向、即ち、重力方向と直交する方向の距離は５ｍｍとした。また、これらの距離は、より近傍に調整して用いることもできる。
（実施例１）
＜微細繊維の製造＞
　熱可塑性樹脂　ＰＰ（サンアロマー社製：製品名　ＰＷＨ００Ｍ、ＭＦＲ（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）：１７００ｇ／１０ｍｉｎ）を、短軸押出し機の投入口から供給し、３００℃に加熱して、溶融押出しして、吐出口から、１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで溶融熱可塑性樹脂を吐出させた。
　吐出した溶融樹脂に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度７００℃、エア速度６００ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に２００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は５００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
　実施例１の結果より、汎用の装置を用い、簡易な方法にて、ナノオーダーの繊維径を有する微細繊維を得られることがわかる。
（実施例２）
＜微細繊維の製造＞
　熱硬化性樹脂としてウレタン（ポリシス社製：製品名ポリクリスタルＰ１８Ｎｏ５（２０,０００ｍＰａ・ｓ）を用い、シリンダー式押出し機とスタティックミキサーとを用いて１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで吐出させた。
　吐出した熱硬化性樹脂に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度２５０℃、エア速度４５０ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に２００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は７００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
　実施例２の結果より、熱硬化性樹脂を用いた場合においても、汎用の装置を用い、簡易な方法にて、ナノオーダーの繊維径を有する微細繊維を得られることがわかる。
（実施例３）
＜微細繊維の製造＞
　ナノセルロースの１質量％水分散液を、シリンダー式押出し機を用いて、１つの吐出口当たり１ｇ／ｍｉｎで吐出させた。
　吐出した水分散液に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度１５０℃、エア速度３８０ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集したところ、微細繊維の集合体の積層体が得られた。
　得られた微細繊維の集合体において、繊維径を既述の方法で測定した。その結果、集合体の状態で観察された繊維の平均繊維径は、４００ｎｍであり、平均長さは２ｍｍ以上の繊維集合体の積層体であった。
　実施例３の結果より、入手容易なナノセルロースの水分散液を用いて、汎用の装置を用い、簡易な方法にて、ナノオーダーの繊維径を有する繊維集合体、即ち、微細なセルロースのマルチフィラメントが得られることがわかる。
（実施例４）
＜微細繊維の製造＞
　熱可塑性樹脂　ＰＰ（サンアロマー社製：製品名　ＰＷＨ００Ｍ、ＭＦＲ（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）：１７００ｇ／１０ｍｉｎ）を、短軸押出し機の投入口から供給し、３００℃に加熱して、溶融押出しして、吐出口から、１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで溶融熱可塑性樹脂を吐出させた。
　実施例４では、微細繊維の製造装置として、図４に示す加温装置２４を備えた装置を用い、加温装置２４から、吐出させた液滴に向かって４００℃に加熱した気体を供給した以外は、実施例１と同様にして微細繊維を製造した。
　即ち、加温された領域の吐出した溶融樹脂の液滴に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度７００℃、エア速度６００ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に２００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は３００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
　実施例４を実施例１の結果と対比すると、加温装置により雰囲気温度を加温することで、より繊維径の細い微細繊維を得られることがわかる。
（実施例５）
＜微細繊維の製造＞
　熱可塑性樹脂　ＰＰ（サンアロマー社製：製品名　ＰＷＨ００Ｍ、ＭＦＲ（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）：１７００ｇ／１０ｍｉｎ）を、短軸押出し機の投入口から供給し、３００℃に加熱して、溶融押出しして、吐出口から、１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで溶融熱可塑性樹脂を吐出させた。
　実施例５では、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、加熱しないエア、即ち、温度２５℃のエアを、エア速度４０ｍ／ｓｅｃで吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に２００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は２８００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
　実施例５の結果より、エアノズル１６から供給するエアを加温しなくても、よりマイルドな条件で実用に供しうる繊維径を有する微細繊維を得られることがわかる。
（実施例６）
＜微細繊維の製造＞
　熱硬化性樹脂　ＰＥＴ（ベルポリエステルプロダクツ社製：製品名　ＴＫ３、ＩＶ値　０．６５）を、短軸押出し機の投入口から供給し、３４０℃に加熱して、溶融押出しして、吐出口から、１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで溶融熱可塑性樹脂を吐出させた。
　吐出した溶融樹脂に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度７００℃、エア速度６００ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に１００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は１４００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
（実施例７）
＜微細繊維の製造＞
　熱可塑性樹脂　ＰＰＳ（ポリプラスチックス社製：製品名　０２０３Ｃ６、吐出時の初期粘度：２８，０００ｍＰａ・ｓ）を、短軸押出し機の投入口から供給し、３４０℃に加熱して、溶融押出しして、吐出口から、１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで溶融樹脂を吐出させた。
　吐出した溶融樹脂に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度６００℃、エア速度６００ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に１００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は１６００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
（実施例８）
＜微細繊維の製造＞
　熱可塑性エラストマー　ＴＰＥＥ（東レ・デュポン社製：製品名　ハイトレル（登録商標）５５５７、ＭＦＲ（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）：８ｇ／１０ｍｉｎ））を、短軸押出し機の投入口から供給し、３４０℃に加熱して、溶融押出しして、吐出口から、１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで溶融樹脂を吐出させた。
　吐出した溶融樹脂に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度７００℃、エア速度６００ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に１００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は２５００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
（実施例９）
＜微細繊維の製造＞
　熱可塑性樹脂　ＴＰＥＥ（東レ・デュポン社製：製品名　ハイトレル５５５７、ＭＦＲ（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）：８ｇ／１０ｍｉｎ））を、短軸押出し機の投入口から供給し、３４０℃に加熱して、溶融押出しして、吐出口から、１つの吐出口当たり２ｇ／ｍｉｎで溶融樹脂を吐出させた。
　実施例９では、微細繊維の製造装置として、図４に示す加温装置２４を備えた装置を用い、加温装置２４から、吐出させた液滴に向かって６００℃に加熱した気体を供給した以外は、実施例８と同様にして微細繊維を製造した。
　即ち、加温された領域の吐出した溶融樹脂の液滴に向かい、ラバルノズルを備えたエアノズル１６から、温度７００℃、エア速度６００ｍ／ｓｅｃでエアを吹き付け、微細繊維を形成した。
　得られた微細繊維をエアの吹き付け方向下流に備えられた捕集部材にて捕集した。
　得られた微細繊維を任意に１００点選択し、繊維径を既述の方法で測定して平均値を算出した。その結果、微細繊維の平均繊維径は２０００ｎｍであり、平均長さは１００ｍｍ以上であった。
　実施例９を実施例８の結果と対比すると、加温装置により雰囲気温度を加温することで、より繊維径の細い微細繊維を得られることがわかる。
　実施例１～実施例９の結果より、本開示の微細繊維の製造装置を用いた、本開示の微細繊維の製造方法によれば、種々の流動性高分子化合物を用いて、簡易な装置と方法により、微細な繊維を効率よく製造し得ることがわかる。
　さらに、実施例１と実施例４及び実施例８と実施例９との対比より、吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温することにより、液滴の流動性がより長時間に亘り維持され、より繊維径の細い繊維が得られることが確認された。
　２０１６年８月１０日に出願された日本国特許出願２０１６－１５８２３６の開示は参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (12)

  1. 　押出し装置に備えられた吐出口から、流動性高分子化合物を吐出する工程と、
    　温度制御部材及び紡錘形ノズル若しくはラバルノズル（De Laval nozzle）を備えた、エアノズルから、前記吐出された前記流動性高分子化合物に対し、流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に加圧された気体を吹き付けて、繊維径が５０ｎｍ～１５μｍのファイバーを形成する工程と、
    　気体の吹き付け方向に備えられた捕集部材にて前記ファイバーを捕集する工程と、を有する微細繊維の製造方法。
  2. 　前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温する加温工程をさらに含む請求項１に記載の微細繊維の製造方法。
  3. 　前記ファイバーを捕集する工程は、前記ファイバーを不織布上にシート状になるように捕集する請求項１又は請求項２に記載の微細繊維の製造方法。
  4. 　前記エアノズルから吐出される気体の速度が３０ｍ／ｓｅｃ以上である請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の微細繊維の製造方法。
  5. 　前記流動性高分子化合物が、加熱溶融された熱可塑性樹脂であり、エアノズルから吐出される気体の温度が１００℃～９００℃である請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の微細繊維の製造方法。
  6. 　前記熱可塑性樹脂のメルトフローレート（測定方法：ＩＳＯ　１１３３、ＪＩＳ　Ｋ　７２１０　１９９９年）が、１ｇ／１０ｍｉｎ～２５００ｇ／１０ｍｉｎの範囲であり、一つの吐出口からの熱可塑性樹脂の吐出量が０．５ｇ／ｍｉｎ～２５０ｇ／ｍｉｎの範囲である請求項５に記載の微細繊維の製造方法。
  7. 　前記流動性高分子化合物が、熱硬化性樹脂の溶液又は分散液であり、エアノズルから吐出される気体の温度が－４０℃～４００℃である請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の微細繊維の製造方法。
  8. 　前記流動性高分子化合物が、ポリエステル系樹脂、タンパク質及び多糖類からなる群より選ばれる少なくとも１種の生体適合性高分子化合物の溶液又は分散液であり、エアノズルから吐出される気体の温度が－４０℃～３００℃である請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の微細繊維の製造方法。
  9. 　複数の吐出口を備え、それぞれの吐出口から流動性高分子化合物を吐出する押出し装置と、
    　前記押出し装置の複数の吐出口の近傍に備えられ、吐出口から吐出された流動性高分子化合物の吐出方向と交差する方向に吹き付ける気体を加圧する気体加圧部材と気体の温度を調節する温度制御部材及びラバルノズル若しくは紡錘形ノズルを備えたエアノズル部材と、
    　形成されたファイバーを捕集する捕集部材と、を有する微細繊維の製造装置。
  10. 　前記吐出口から吐出された流動性高分子化合物の近傍における雰囲気温度を加温する加温装置をさらに有する請求項９に記載の微細繊維の製造装置。
  11. 　前記押出し装置が、溶融押出し機である請求項９又は請求項１０に記載の微細繊維の製造装置。
  12. 　前記押出し装置が、流動性高分子化合物を加圧して吐出口に搬送する押出しポンプを備える請求項９～請求項１１のいずれか１項に記載の微細繊維の製造装置。
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