(57)【要約】【課題】捕集体として非導電材料を用いた場合も十分に捕集量を確保することができ、目付が少ない場合もナノファイバーを巻き取ることができる製造方法を提供する。【解決手段】吐出部よりナノファイバーを生成するステップと、捕集部にてナノファイバーを捕集するステップと、電極にて捕集部に電荷を与えるステップと、を有し、ナノファイバーを生成する吐出部の幅方向の長さをＷ１、ナノファイバーを捕集する捕集部の幅方向の長さをＷ２、捕集部に電荷を与える電極の幅方向の長さをＷ３、としたときにＷ３≦Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出部よりナノファイバーを生成するステップと、捕集部にてナノファイバーを捕集するステップと、電極にて捕集部に電荷を与えるステップと、を有し、ナノファイバーを生成する吐出部の幅方向の長さをＷ１、ナノファイバーを捕集する捕集部の幅方向の長さをＷ２、捕集部に電荷を与える電極の幅方向の長さをＷ３、としたときにＷ３≦Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のナノファイバー製造方法において、Ｗ１＜Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のナノファイバー製造方法において、捕集部が連続的に巻き送られるステップ、を有することを特徴とするナノファイバー製造方法。
【請求項４】
ナノファイバーを生成する吐出部と、ナノファイバーを捕集する捕集部と、捕集部とは別に捕集部に電荷を与える電極と、を有し、前記ナノファイバーを生成する吐出部の幅方向の長さをＷ１、前記ナノファイバーを捕集する捕集部の幅方向の長さをＷ２、前記捕集部に電荷を与える電極の幅方向の長さをＷ３としたときにＷ３≦Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造装置。
【請求項５】
請求項４記載のナノファイバー製造装置において、Ｗ１＜Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造装置。
【請求項６】
請求項４記載のナノファイバー製造装置において、捕集部が連続的に巻き送られる特徴を有するナノファイバー製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノファイバー製造方法およびナノファイバー製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、一般的に直径が１ミクロン（＝１０００ｎｍ） 以下の太さの繊維であると定義されるナノファイバーが開発され、ナノファイバーの製造法としては、ＥＳＤ（Electro− Spray Deposition）法、或いは、エレクトロ・スピンニング法と呼ばれる技法が最も注目され、その技術が開発されている。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【０００３】
このＥＳＤ法によるナノファイバーの製造は、先ず溶剤で溶解し、または溶融した各種生体高分子やポリマー（以下、単に「高分子」ということもある。）溶液をシリンジに充填し、シリンジに装着されているニードル型電極と、ナノ繊維を堆積させるコレクター電極との間に、高圧直流電源から数ｋＶ〜数十ｋＶの直流高電圧を印加して、ニードル型電極とコレクター電極との間に強い電界場を発生させる。この環境下で、ニードル型電極から紡糸溶液をコレクター電極に向けて放出すると、高分子を溶解していた溶剤等は電界場中で瞬間的に蒸発し、高分子は凝固しながらクーロン力で延伸され、ナノオーダーのファイバーが、室温、大気圧下というおだやかな条件で形成される。
【０００４】
このとき、高分子溶液の場合、スプレーがノズルから直進するストレートジェットと呼ばれる部分とスプレーが広がるブレイクポイントと呼ばれる部分が存在するが、ストレートジェットが長いほど繊維構造が形成されやすい。繊維構造が形成されるときはブレイクポイントから液滴が広がるのではなく、繊維が螺旋を描くように基板上にデポジットされる報告もなされている。こうして形成されたナノファイバーは、コレクター電極上にランダムに繊維が交錯した状態で堆積され、不織布状のウェブが得られる。エレクトロスプレーの際のスプレー条件を変えることにより、ナノ〜ミクロンスケールのファイバーやナノ粒子が形成される。さらに、紡糸溶液も高分子(合成高分子ポリマー)担体溶液に限られず、高分子で長分子配列を有する生体高分子、有機高分子、長分子配列が可能な無機物質などの材料のブレンド溶液も用いることができるため、マテリアルのハイブリッド化はもちろんのこと、ナノパーティクル／ ナノファイバーコンポジットのように薄膜の積層構造制御も可能となる。
【０００５】
このとき、捕集側に高分子溶液の逆電荷を印加するもしくはアースすることで効率的に捕集することができる。特許文献５記載の装置では、金属製や炭素などの導電性材料又は有機高分子などの非導電性材料からなる、不織布、織物、編物、ネット、ドラム、或いはベルトを捕集体として用いることができると開示してある。非導電性材料を用いた場合、捕集体の帯電又はアースが十分ではなく、生成したナノファイバー量に対し、十分な捕集量を確保することができない問題があった。また、導電性材料を用いた際には、ナノファイバーを不織布として製造することができるが、低目付の場合はナノファイバーを不織布として巻き取ることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４９９６６号公報
【特許文献２】特開２００４−６８１６１号公報
【特許文献３】特開２００８−２７４４８７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２７２３４号公報
【特許文献５】特開２０１０−１０６３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は従来技術の前記欠点を解消し、捕集体として非導電材料を用いた場合も十分に捕集量を確保することができ、目付が少ない場合もナノファイバーを巻き取ることができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、吐出部よりナノファイバーを生成するステップと、捕集部にてナノファイバーを捕集するステップと、電極にて捕集部に電荷を与えるステップと、を有し、ナノファイバーを生成する吐出部の幅方向の長さをＷ１、ナノファイバーを捕集する捕集部の幅方向の長さをＷ２、捕集部に電荷を与える電極の幅方向の長さをＷ３、としたときにＷ３≦Ｗ２となる特徴を有する製造方法及び製造装置を用いることによって、上記の課題が解決できることを見出した。
本発明は、下記の製造方法及び製造装置を提供する。
【０００９】
項１．吐出部よりナノファイバーを生成するステップと、捕集部にてナノファイバーを捕集するステップと、電極にて捕集部に電荷を与えるステップと、を有し、ナノファイバーを生成する吐出部の幅方向の長さをＷ１、ナノファイバーを捕集する捕集部の幅方向の長さをＷ２、捕集部に電荷を与える電極の幅方向の長さをＷ３、としたときにＷ３≦Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造方法。
項２．項１記載のナノファイバー製造方法において、Ｗ１＜Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造方法。
項３．項１記載のナノファイバー製造方法において、捕集部が連続的に巻き送られるステップ、を有することを特徴とするナノファイバー製造方法。
項４．ナノファイバーを生成する吐出部と、ナノファイバーを捕集する捕集部と、捕集部とは別に捕集部に電荷を与える電極と、を有し、前記ナノファイバーを生成する吐出部の幅方向の長さをＷ１、前記ナノファイバーを捕集する捕集部の幅方向の長さをＷ２、前記捕集部に電荷を与える電極の幅方向の長さをＷ３としたときにＷ３≦Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造装置。
項５．項４記載のナノファイバー製造装置において、Ｗ１＜Ｗ２となる特徴を有するナノファイバー製造装置。
項６．項４記載のナノファイバー製造装置において、捕集部が連続的に巻き送られる特徴を有するナノファイバー製造装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の装置又は製造方法によれば、捕集部に電荷を与える電極によってナノファイバーを引き寄せることで効率的に捕集部にナノファイバーを捕集することが可能となる。また捕集部が電極とナノファイバーを生成する吐出部の間に位置するため、電極へのナノファイバーの余分な付着を抑制することができるため、歩留りの向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の製造装置を「図の奥から手前に捕集部が進行する」方向から見た模式図である。
【図２】本発明の製造装置を「図の右から左に捕集部が進行する」方向から見た模式図である。
【図３】バブル方式のナノファイバー製造装置の模式図である。
【図４】吐出部と電極がトラバースする機構を有するナノファイバー吐出部の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の製造装置は、ナノファイバーを生成する吐出部、ナノファイバーを捕集する捕集部、捕集部とは別に捕集部に電荷を与える電極を有する。
以下、本発明の製造装置の一態様を示す図１、図２に沿って、本発明の特徴を詳述する。
図１に示す製造装置は、紡糸原液を蓄える原料貯蔵タンク13、吐出ノズル11を1本以上備える吐出部10、紡糸されたナノファイバーを捕集する捕集部20、捕集部に紡糸されたナノファイバーを誘導する電極30、電極に電荷を与える高電圧発生装置を備える。なお、図中で紡糸原液吐出口の構造、装置を覆う筐体は省略してある。
図２には図1の構成に加え、捕集部を輸送する手段である、巻き出しロール21、巻き送りロール22を図示してある。
【００１３】
原料貯蔵タンクより吐出ユニット、吐出ノズルからなる吐出部に原料を輸送する手段は、エアーによる圧力であっても、ギヤポンプや遠心力によるものであっても構わない。また、貯蔵タンク内では原料を加熱してもいいし、攪拌していても構わないが、本実施では室温であり、攪拌は行っていない。
【００１４】
本発明において吐出部は電界紡糸法によって紡糸できる構造であれば、構成は限定されず、ノズル方式、やバブル方式などの浴槽を有する方式、その他公知の方式であっても構わず、吐出部がトラバースする形式であってもよい。図４には吐出部がトラバースする方式のナノファイバー製造装置を図示してある。吐出部トラバースベルト51に接続された吐出ユニット10は捕集部の進行方向に直行する方向でトラバースを行う。また電極トラバースベルト52に接続された電極30は捕集部の進行方向に直行する方向でトラバースを行う。
【００１５】
また、ここで言うナノファイバーを生成する吐出部の幅方向の長さＷ１とは、吐出部の最外側にある吐出口から反対側の最外側にある吐出口までの距離、もしくは吐出ユニットがトラバースする場合の最外側に移動した際の吐出口の位置から反対側の最外側に移動した際の吐出口までの距離のことを言う。吐出部が吐出口を有さない浴槽を有する構成であった場合は浴槽の幅を吐出部の幅方向の長さとする。
幅方向とは、捕集部の進行方向に直行する方向である。
図１、図２の吐出部はノズル方式を採用している。
【００１６】
ここで言うバブル方式とは、公知の手法であり、図３にバブル方式のナノファイバー製造装置模式図を示す。圧縮空気４１が多孔質材料４２を通ることで泡４４が高分子溶液４３中に連続的に発生し、泡４４に高電圧を印加することにより静電紡糸を行なうことでナノファイバーを得ている。泡４４は多孔質材料より圧縮空気を押し出すことによって発生している。
【００１７】
本発明において捕集部は、その捕集表面に吐出ノズルより吐出された後に繊維化した繊維（一般に連続繊維）を直接集積させて不織布を形成することができるものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、有機高分子などの非導電性材料又は金属や炭素などの導電性材料からなる、不織布、織物、編物、シート、板、或いはベルトなどを捕集部として用いることができる。
【００１８】
本発明において捕集部は、巻き出しロール、巻き送りロールにより連続して回収されていてもよいが、特に限定されるものではない。たとえば、固定されていたり、エンドレス回転のものであってもよい。
本発明において捕集部の幅方向の長さＷ２とは、捕集部の進行方向に直行する方向の捕集部の最外側から反対側の最外側までの距離を指す。
【００１９】
本発明において電極は、吐出ノズルより吐出された後に繊維化した繊維を捕集部に誘導するためのものである。その形状はとくに限定されるものではない。たとえば、板、網、ドラム、球、その他公知の形状を捕集電極として用いることができる。
本発明において電極は固定されていてもよいが、とくに限定されるものではない。たとえばトラバースしていたり、エンドレス回転していてもよい。
【００２０】
本発明において電極の幅方向の長さＷ３とは、捕集部の進行方向に直行する方向の電極の最外側から反対側の最外側までの距離、もしくは電極がトラバースする場合は、最外側に移動した際の電極の位置から反対側の最外側に移動した際の電極の位置までの距離を指す。
【００２１】
また電極の一部を非導電性の遮蔽物によってカバーすることで帯電制御を行ってもよい。このとき、遮蔽物によってカバーされていない露出した電極の最外側から反対側の電極が露出した最外側までの距離を電極の幅方向の長さＷ３とする。
【００２２】
本発明において捕集部の幅方向の長さをＷ２、電極の幅方向の長さをＷ３としたときにＷ３≦Ｗ２の関係となるものでなければならない。この構成にすることによって、電極への生成繊維の付着を抑制することができる。この構成でなかった場合、電極に生成した繊維が付着してしまい、歩留りの低下、清掃の手間が発生してしまう。また、電極に付着した繊維が捕集された繊維堆積物とつながってしまう場合があり、捕集された繊維堆積物を回収する際に、捕集された堆積物が破れてしまう場合があるため、好ましくない。
【００２３】
本発明において吐出部の幅方向の長さをＷ１、捕集部の幅方向の長さをＷ２としたときにＷ１＜Ｗ２の関係となるものが好ましい。この構成にすることによって、電極や筐体などの捕集部以外に生成した繊維が付着することを抑制することができる。この構成でなかった場合、電極や筐体に生成した繊維が付着してしまい、歩留りの低下が起きてしまう場合がある。また、電極や筐体に付着した繊維が捕集された繊維堆積物とつながってしまう場合があり、捕集された繊維堆積物を回収する際に、捕集された堆積物が破れてしまう場合がある。
【００２４】
電極３０は高電圧発生装置３１によって電圧を印加される。電圧の範囲は特に限定はされないが、−１００ｋＶから１００ｋＶの範囲が好ましい。さらに好ましくは−７５ｋＶから７５ｋＶの範囲であり、−５０ｋＶから５０ｋＶの範囲がより好ましい。この範囲から外れてしまうと漏電や放電、絶縁破壊などの危険性が高まる場合がある。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は静電紡糸法による不織布の製造の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
10  吐出ユニット
11  吐出ノズル
12  生成ファイバー
13  原料貯蔵タンク
20  捕集部
21  巻き出しロール
22  巻き取りロール
30  電極
31  高電圧発生装置
41  圧縮空気
42  多孔質材料
43  高分子溶液
44  泡
51  吐出部トラバースベルト
52  電極トラバースベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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