(57)【要約】  本発明は、製造されたナノ繊維が、紡糸室（１）において移動するベース（２）上に堆積される、ポリマーの溶液（１４）又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造方法に関し、紡糸室（１）に入る前にベース（２）の電気伝導率が増加される。本発明は、又、製造されたナノ繊維がベース（２）上に堆積される紡糸室（１）を含む、ポリマーの溶液（１４）又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造デバイスに関する。紡糸室（１）の前にベース（２）の運動方向に、ベース（２）の電気伝導率を増加するためのデバイス（３）が配置される。
2009515060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造されたナノ繊維が、紡糸室において移動するベース上に堆積される、ポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造方法であって、ベース（２）の電気伝導率が紡糸室（１）に入る前に増加されることを特徴とする方法。
【請求項２】
ベースの電気伝導率が、その衝突側（２１）のベース（２）の表面で増加されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ベースの電気伝導率が、ベースの全体容量で増加されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ベース（２）の電気伝導率が、ナノ繊維の堆積後に減少されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ベース（２）の電気伝導率が、堆積したナノ繊維を伴うベース（２）が紡糸室（１）を出た後に減少されていくことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ベース（２）の電気伝導率の増加が、伝導率増加液体（３１１）をベース（２）に持ち込むことにより達成されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
伝導率増加液体（３１１）が、気体状態でベース（２）に持ち込まれることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
伝導率増加液体（３１１）が、液体状態でベース（２）に持ち込まれることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
液体がエアロゾルの形態で持ち込まれることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
伝導率増加液体（３１１）が極性溶剤であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
伝導率増加液体（３１１）が塩の溶液であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ベース（２）の電気伝導率の減少が、ベース（２）から伝導率増加液体（３１１）を除去するか、又は少なくともベース（２）において伝導率増加液体（３１１）の量を低減させることにより達成されることを特徴とする、請求項４から１１までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
作り出されたナノ繊維がベース上に堆積される紡糸室を含む、ポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造用デバイスであって、ベース（２）の電気伝導率の増加のためのデバイス（３）が、紡糸室（１）の前にベース（２）の運動方向に配置されることを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
ベース（２）の電気伝導率を減少させるためのデバイス（４）が、紡糸室（１）の後に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
ベース（２）の電気伝導率を増加させるためのデバイス（３）が、伝導率増加液体（３１１）をベース（２）に持ち込むための手段（３１、３２）を含むことを特徴とする、請求項１３又は１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
伝導率増加液体（３１１）を持ち込むための手段（３１、３２）が、ベース（２）の両側に沿って配置されることを特徴とする、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
伝導率増加液体（３１１）をベース（２）に持ち込むための手段（３２）が、ベース（２）の衝突側に配置されることを特徴とする、請求項１５に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造されたナノ繊維が、紡糸室でベース上に堆積される、ポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、又、製造されたナノ繊維がベース上に堆積される紡糸室を含む、ポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ナノ繊維は、その直径がナノメートル（１０−９ｍ）の桁の値に達し、通常の紡糸方法により製造されるナノ繊維の直径が約２０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で変動する繊維として理解されている。
【０００４】
ナノ繊維の層は、実際に、その他の織物層と共に、微細濾過のための濾過層として、防護衣の製造のため、特殊な選択的多孔性包帯として医療において、並びに多数のその他の分野及び用途において主に使用されている。
【０００５】
ナノ繊維の製造のための最も重要な方法は、ポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸である。静電紡糸では、ポリマーの適当な溶液又はポリマーの溶融体が、適当な様式で、少なくとも１つの紡糸及び少なくとも１つの収集電極の電位差により発生する静電場に持ち込まれる。その様に作り出された、経時変化しない静電場は、その後、例えば、紡糸及び収集電極の静電電位の適当な選択により、紡糸電極から収集電極の方向で作用する、一定値の所謂クーロン力の紡糸電極の回転により、静電場中に持ち込まれるポリマーの溶液／溶融体に作用する。これらの力の必要とされる値、したがって、又、電場の強度は、次いで、静電紡糸のプロセスでは、これらの力が、ポリマーの溶液／溶融体の表面張力のみならず、溶液／溶融体の粘性発生力にも打ち勝たなければならないという事実により与えられる。ポリマーの溶液／溶融体の層上への適当な値の力の作用によって、この層は変形され、次いで、全ての参画力の平衡状態が、所謂テイラーコーン（Ｔａｙｌｅｒ  ｃｏｎｅ）を結果として作り出す。これらのテイラーコーンから、クーロン力の更なる作用によって、繊維の主核の伸長が生起し、その後、その結果として生じる分割によって最終のナノ繊維を作り出す。次いで、ナノ繊維は、ポリマーの溶液／溶融体の表面から、ほぼ、両方の電極により作り出される静電場の力線の方向で「引き出される」。理想的な場合では、収集電極のクーロン力だけがナノ繊維に作用する場合、作り出されるナノ繊維は力線の方向を同じにする。
【０００６】
この様式で作り出されるナノ繊維を、適当な様式で、好ましくは、収集電極とこれらの接触のなお前に捕まえ、紡糸プロセスが生起する紡糸領域からこれらを輸送することが必要である。上述の手順により作り出されるナノ繊維の捕捉は、たいていは、紡糸と収集電極との間の空間の中に、殆どの場合、織物構成により形成された適当なベースを挿入する仕方で行われる。ナノ繊維は、その織物の表面上に堆積していき、その動きにより紡糸領域の外へ輸送されていく。
【０００７】
織物構成の表面上でのナノ繊維の堆積では、実際には、そこに幾つかの問題が発生し、特に、上で述べた織物構成が、多くの場合伝導性ではなく、電気絶縁体−誘電体の性質を有することに起因する問題を生じる。ポリマーの溶液／溶融体の静電紡糸では、恐らくポリマーの溶液／溶融体に対する紡糸電極に対して、紡糸電極がポリマーの溶液／溶融体中に部分的に浸漬されることによるものである一定の電位が持ち込まれ、又、紡糸電極に対するポリマーの溶液／溶融体にもそれぞれに持ち込まれる。ポリマーの溶液／溶融体及びその外の製造されたナノ繊維は、紡糸電極と同じ電荷を有する。電気的に帯電したナノ繊維が電気的に非伝導の織物構成に持ち込まれた後、織物構成の絶縁性の結果、電荷は運ばれず、織物構成は入ってくるナノ繊維が有するのと同じ電荷で帯電する。織物構成の帯電は、そのタイプ及び性質により、帯電したナノ繊維とのその接触後に、直ちに又は短時間で生起する。この事実は、電気紡糸のプロセスに不利な悪影響を有し、これは、特に２つの理由による。その第１は、全体の弱体化及び元の静電場が非均質となるという事実、次いで、今１つは、又、同じ電荷の相互反発という知られた現実による、ベースがナノ繊維を近づけることに対する単なる反発力である。これは、著しく劣悪なナノ繊維を作り出す結果となる。そのことは、仮にこの層のみが生成されていくとしても、ナノ繊維の直径の増加により、ナノ繊維層の均質性の著しい低下によって明らかとなる。増加した直径のナノ繊維は、望ましくない様式で紡糸空間全体に同時に輸送され、堆積される。したがって、ナノ繊維の形成の全体の処理は、その後全体に停止してしまう可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、製造されたナノ繊維が紡糸室でベース上に堆積される、ポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造中に発生する問題を除去する又は少なくとも最小限にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、本発明による静電紡糸によるナノ繊維の製造方法により達成されたのであるが、その原理は、紡糸室に入る前に、ベースの電気伝導率が増加されるということに在る。それは、例えば本来の電気非伝導ベースに代わって、増加した電気伝導率を有するベースが紡糸室における静電場の中に入ることを意味し、その結果、静電場の上述の障害が発生せず、静電紡糸プロセスが、電気的に十分な伝導ベース材料の場合の様に障害のない様式でその原理において行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
幾つかの場合では、ベースの表面上の電気伝導率が、その衝突側で増加されるのが有利である。その他の場合では、ベースの全体容量において電気伝導率を増加することが技術的理由で必要である。
【００１１】
請求項４で記載されている様に、ナノ繊維をベース上に堆積した後にベースの電気伝導率を減少させるのが有利である。
【００１２】
同時に、堆積したナノ繊維を有するベースが紡糸室を出た後にベースの電気伝導率を減少させるのが有利である。次いで、電気非伝導ベースは、一定期間、電気伝導ベースに変化し、一方、ある程度までのこの期間の長さは、ポリマーの溶液／溶融体の静電紡糸のためのデバイスにおけるベース材料の運動速度に依存し、幾つかの場合では、電気伝導液体が、ベースが、紡糸室において、ベースの電気伝導率の増加のための装置に入った後で、そして本発明による静電紡糸のためのデバイスの一部である、ベースの電気伝導率を減少させるためのデバイスを出る前にだけ電気的に伝導性であるということができる電気伝導ベースから除去される効率に依存する。ベースの電気伝導率は、それが技術的要件でない限り、ナノ繊維層の堆積前又は後に紡糸デバイスの外側で行われる可能な更なる生産作業中にまでは介在しない。
【００１３】
ベースの電気伝導率の増加は、伝導率増加液体をベースに持ち込むことにより達成され、ベースとの相互作用は必要とされる水準までベースの電気伝導率の増加を引き起す。
【００１４】
請求項７で述べられている有利な実行により、伝導率増加液体は、気体状態でベースに持ち込まれる。ベースとの相互作用により、ベースの繊維を覆う小滴の形態の凝縮物又は液体膜が作り出され、又は物理的力によって液体の分子が繊維に結合し、同時に、ベースの繊維の中に様々な程度で浸透する。実際の操作では、これらの作用の全ての通常の参画が殆どの場合期待できる。
【００１５】
請求項８による実行では、液体は液体状態でベースに持ち込まれ、一方、請求項９によれば、液体はエアロゾルの形態で持ち込まれるのが有利である。
【００１６】
適当な伝導率増加液体は極性溶剤である。ナノ繊維の層の適用後にベースの伝導率を維持する要求が存在する場合は、伝導率増加液体は、乾燥後に少なくともベースの衝突側から伝導性層をベース上に作り出す塩の溶液である。有利に、ベースの電気伝導率の減少は、ベースから伝導率増加液体を除去することにより又は少なくともベースにおける伝導率増加液体の量を低減させることにより達成することができる。
【００１７】
本発明によるポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造のための装置の原理は、紡糸室前にベースの運動方向に、ベースの電気伝導率を増加するためのデバイスが配置されることの事実に在る。
【００１８】
同時に、紡糸室の後にベースの運動方向に、ベースの電気伝導率を減少させるためのデバイスが配置されるのが有利である。
【００１９】
ベースの電気伝導率の増加のためのデバイスは、有利な実行においては、ベースの両側面へ又はベースの衝突側へ、伝導率増加液体をベースに持ち込むための手段を含む。
【００２０】
（図面の説明）
本発明によるデバイスの実施形態の実施例は、図面において概略的に示される。
【００２１】
（実施形態の例）
静電紡糸によるナノ繊維の製造方法及びポリマーの溶液又は溶融体の静電紡糸によるナノ繊維の製造デバイスは、図面において概略的に示される、ポリマーの溶液の静電紡糸によるナノ繊維の製造のためのデバイスの実施形態の実施例で説明され、このデバイスは紡糸室１を含み、紡糸室には紡糸電極１１、収集電極１２及びポリマーの溶液１４のリザーバ１３が位置される。紡糸電極１１は、公知の様式で、旋回式で、ポリマーの溶液のリザーバ１３中に搭載され、その表面の部分で、リザーバ１３中のポリマーの溶液１４中に介在する。その縦軸の周りの紡糸電極１１の回転により、紡糸電極１１は、その表面で、紡糸電極１１と収集電極１２との間の紡糸空間１５中にポリマーの溶液１４の一定量を運ぶ。
【００２２】
収集電極１２は、紡糸電極１１より上に配置され、一方、紡糸電極１１の縦軸は、収集電極１２の表面に対して正接である面と平行しており、収集電極１２及び紡糸電極１１は、公知の示されない様式で、高電圧源の対極に接続されるか又は一方は接地され、他方は、高電圧の１つの極に接続される。この様に、これらの間に電場が作り出され、これは、ポリマー溶液の容量に対する力の作用によって、紡糸電極１１の表面上での紡糸電極１１の回転運動により静電場中に運ばれ、テイラーコーンの発生を確実にし、又その後のナノ繊維の発生を確実にする。紡糸電極１１に対する電圧は、又幾つかの公知の方法によって、ポリマーの紡糸溶液１４中へ電圧を持ち込むことにより持ち込むことができる。
【００２３】
例示の実施形態の実施例では、集電電極１２の近傍の紡糸室１で作り出される、集電電極１２と紡糸電極１１との間の空間には、主に織物材料のストリップで通常表される、ベース２を案内するためのトラックが存在する。
【００２４】
紡糸室１前のベース２の運動方向には、ベースの電気伝導率を増加するための装置３が配置される。紡糸室１の後のベースの移動方向には、ベース２の電気伝導率の減少のためにデバイス４が配置される。
【００２５】
例示の実施態様の実施例では、ベース２は、公知の様式で、キャリヤロール５から解かれて、ベースの電気伝導率を増加するためのデバイス３に入る前に、一対の供給ローラー６を通過する。ベースの電気伝導率を減少させるためのデバイス４を出た後に、ナノ繊維の堆積層を伴うベース２は、一対の引き取りローラー７を通過し、公知の様式で、繊維ロール８に巻き取られる。
【００２６】
ベース２の電気伝導率を増加するためのデバイス３では、ベース２に向けて、ベース２へ伝導率増加液体３１１を持ち込むための手段３１及び３２が配置され、一方、伝導率増加液体３１１をベース２に持ち込むための第１の手段３１は、ベース２の衝突側２１に向けられ、伝導率増加液体３１１をベース２に持ち込むための第２の手段３２は、ベース２の反対側に向けられる。衝突側２１は、紡糸電極１１に面するベース２の側である。同時に、伝導率増加液体３１１は、液体状態又は気体状態であってもよい。
【００２７】
液体状態の場合、ベースの表面上で片側もしくは両側から液体膜を作り出す液体のエアロゾルがベース２に持ち込まれ  及び／又は、液体の分子が物理的力によりベースに結合し、同時に、ベース２の中に様々な程度で浸透する。同時に、良質の紡糸にとって、伝導率増加液体３１１は、ベース２の少なくとも衝突側２１に適用されることが必須である。
【００２８】
ナノ繊維の層の適用後にベース２の伝導率を維持する要求が存在する場合は、伝導率増加液体３１１は、乾燥後に少なくともベースの衝突側２１から伝導性層をベース２上に作り出す塩の溶液である。
【００２９】
ベースに対して伝導率増加液体３１１の気体状態の場合では、ベース２との相互作用により、小滴の形態の凝縮物及び／又は液体膜を作り出す液体の蒸気が持ち込まれ、並びに／或いは液体の分子は物理的力によってベースに結合し、同時に、ベース２の中に様々な程度で浸透する。
【００３０】
伝導率増加液体は極性溶剤であり、例えば、アルコール又は酸である。極性溶剤はその分子中に双極子を含む溶剤として理解される。
【００３１】
この様にして、電気非伝導ベースは電気伝導ベースとなり、電気伝導ベースでは電気伝導率が増加される。電気非伝導ベース２の電気伝導ベース２への処理は、紡糸室１の前に位置された、ベースの電気伝導率の増加のためのデバイス３で行われる。ベースの電気伝導率を増加するためのデバイス３に入った後に、電気非伝導ベース２に一定の電気伝導率を付与する伝導率増加液体３１１がベース２に適用される。静電紡糸のプロセスのなだらかさの観点からは、紡糸電極１１と収集電極１２との間の静電場に持ち込まれた後に電気非伝導ベース２が導体として一定の水準に作用していたことは有利である。ベース２への伝導率増加液体３１１の適用は、幾つかの公知の方法により実現されていき、その液体は、それが捕らえられる１つの及び／又は２番目の側面からベース２の表面へ持ち込まれる。上述から、次いで、ベースの電気伝導率を増加するためのデバイス３の中に、電気非伝導ベース２が入り、ベース２の衝突側２１で又はベース２の全体容量において伝導率増加液体３１１の存在によって引き起される電気伝導率を持つ電気伝導ベースがそれから出て行くことは明らかである。ベースの電気伝導率を増加するためのデバイス３から、電気伝導ベース２は紡糸室１に入る。
【００３２】
紡糸室１では、紡糸電極１１と収集電極１２との間の電場の作用力によって、ナノ繊維が製造され、これらは、電気伝導ベース２上に堆積される。必要なパラメータのナノ繊維の層の堆積後に、ナノ繊維の堆積層を伴う電気伝導ベース２は紡糸室１を出て、示した実施形態では、電気伝導液体がナノ繊維の堆積層を伴う電気伝導ベース２から除去され、それによって、ナノ繊維の堆積層を伴う電気伝導ベース２がナノ繊維の堆積層を伴う電気非伝導ベースになる乾燥室から成る、ベース２の電気伝導率を低減させるためのデバイス４に導かれる。電気伝導液体を除去するための可能なやり方の１つは、例えば、ナノ繊維の堆積層を伴う電気伝導ベース２を、一定の温度及び速度を有する空気の一定量の流れに曝す場合の乾燥である。ベースの電気伝導率を増加するためのデバイス３を出て得られた生成物は、その後、ナノ繊維の堆積層を伴う電気非伝導ベース２である。ベース２の電気伝導率の減少は、紡糸室でも徐々に生起し、それでもなお、ナノ繊維が堆積された後にのみ伝導率は最大範囲へ低減される。図１で示される上述の溶液は、最適な溶液であると思われる。
【００３３】
伝導率増加液体は、蒸気及び／又はエアロゾルの形態でベースに持ち込まれ、一方、エアロゾルは、ベース２の幅に沿って配置されたノズルからの液体流に置き換えられてもよい。気体状態で伝導率増加液体３１１を持ち込むための手段は、ベース２の幅に沿って配置されたノズルによって有利に作り出される。
【００３４】
ベース２の電気伝導率の増加速度は、ベース２の前進運動の変化又は持ち込まれる伝導率増加液体３１１の量によって調節される。
【００３５】
伝導率増加液体３１１は、ベース２から、種々の様式で、洗浄及び／又は乾燥デバイスで除去され、例えば、適当な溶剤での洗浄により少なくとも部分的に除去され、その後、溶剤及び伝導率増加液体３１１のある程度の残りが、ベース２から、空気及び／又はその他のガスによる、加熱及び／又はフラッシング及び／又はリンスにより除去される。その他の実施形態では、伝導率増加液体３１１は、ベース２から、空気及び／又はその他のガスによる、加熱及び／又はフラッシング及び／又はリンスにより除去される。加熱は、マイクロ波及び／又は赤外放射線の手段により、並びに／或いは、温かい空気及び／又は他の温かいガスの使用により行われる。
【符号の説明】
【００３６】
１  紡糸室
１１  紡糸電極
１２  収集電極
１３  ポリマーの溶液のリザーバ
１４  ポリマーの溶液
１５  紡糸空間
２  ベース
２１  ベースの衝突側
３  ベースの電気伝導率を増加するためのデバイス
３１、３２  ベースへ伝導率増加液体を持ち込むための手段
３１１  伝導率増加液体
４  ベースの電気伝導率を減少させるためのデバイス
５  キャリヤロール
６  一対の供給ローラー
７  一対の引き取りローラー
８  繊維ロール
【図１】
2009515060.tif 000003
【国際調査報告】
2009515060.tif 000004
2009515060.tif 000005