(57)【要約】電気機械的紡績による繊維形成方法を開示する。液体出発材料を紡績カップなどの回転環状部材に供給する。液体材料は、遠心力によって環状部材の周辺部に導かれ、そこから繊維状形態で吐出される。環状部材上の間に又は環状部材からすぐに吐出される間に電荷が液体に加えられる。また、生成された繊維が導かれる標的は、電気的に接地されている。帯電繊維と標的の電位差、液体材料の粘度、並びに環状部材のサイズ及び速度、液体送達速度、並びに成形用空気の任意の使用は、液体材料が繊維状形態で吐出されるように相互に調節される。
2011501790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体材料からの繊維製造方法であって、
ａ．開放端部及び該開放端部の周辺部に延びる内面を有する回転環状部材に該液体材料を供給すること、
ｂ．該回転部材の該内面に沿って該周辺部に向かって該液体材料を遠心力によって導くこと、及び
ｃ．該液体材料を該周辺部から標的に向かって繊維状形態で吐出すること
を含み、
該液体材料が帯電し、該標的が接地されている、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記回転環状部材が、底部又は閉鎖端部、並びに該底部又は閉鎖端部から開放端部及び該開放端部の周辺部に延びる前記内面を有する壁を有する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記液体材料が、前記回転部材の前記底部に沿って、前記壁の前記内面を横切って、前記周辺部に向かって遠心力によって導かれる、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記液体材料がポリマー溶液又はポリマー溶融物の形態である、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記ポリマー溶液又はポリマー溶融物が有機ポリマー、無機ポリマー又はハイブリッド有機／無機ポリマーを含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記繊維が５から５，０００ナノメートルの直径を有する、方法。
【請求項７】
請求項３に記載の方法であって、前記繊維が５０から１２００ナノメートルの直径を有する、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、ナノファイバーが撚糸の形態で共に撚り合わされている、方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法であって、前記環状部材が切頭円錐の形態である、方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の方法であって、前記回転部材が、一緒に回転する中空駆動軸の前部末端に位置する、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記液体材料の供給管が、前記回転部材への液体材料の供給のために、前記中空駆動軸を通って、該回転部材の中心領域に延びる、方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の方法であって、前記回転部材がその周辺部に位置する紡績ポイントを有する、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記紡績ポイントがＶ字型のセレーションである、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記セレーションが、前記回転部材の前記周辺部から外向きに延び、回転軸に実質的に平行である、方法。
【請求項１５】
請求項３に記載の方法であって、前記繊維を前記回転部材の回転軸と同心のフローパターンに成形するように吐出された該繊維に対して直角にかつ前記標的に向かって空気流を推進させることを更に含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記空気流が１から６０ＰＳＩＧ（６．９×１０３〜４．１×１０５パスカル）の圧力で生成される、方法。
【請求項１７】
請求項３に記載の方法であって、前記繊維が前記標的上で収集される、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記回転部材の前記周辺部から前記標的までの距離が２から３０インチ（５〜７６ｃｍ）である、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、前記繊維が、前記標的と前記回転部材の間に位置する中間表面上で収集される、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法であって、前記回転部材が１０００から１００，０００回転／分の速度で回転している、方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の方法であって、前記吐出液体材料と前記接地標的の間の電位が少なくとも５０００ボルトである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、繊維形成、特にナノ寸法の繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ナノ寸法の繊維は、静電気を帯びた重合体溶液などの液体を極めて小さなオリフィスを備えた噴出口又は針を通して放出することによって製造することができる。複数の針を使用してこのプロセスをスケールアップするには、これらの針を互いに電気的に絶縁する困難を伴う。その結果、典型的には、針を最も近い針から少なくとも１センチメートル離さなければならない。さらに、各針の端部の単一液滴からテイラー（Ｔａｉｌｏｒ）コーンを引き出す必要があるため、針１本当たりの最大流量が制限され、大規模製造を実現するのに必要である針数が増加する。
【０００３】
したがって、複数のアプリケータを必要とせずに、ナノ寸法の繊維を高処理量で製造するプロセスが必要である。本発明は、かかるプロセスを提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ポリマー溶液、ポリマー溶融物などの液体材料から出発した繊維製造方法を提供する。液体材料は、同心の軸を中心に回転する円盤またはカップなどの環状回転部材に供給される。回転部材は、中心領域から周辺部に広がる比較的平滑な連続表面を有する。液体材料は、遠心力によって中心領域から周辺部に半径方向に導かれ、周辺部から標的に向かって吐出される。液体材料は、回転部材によって帯電し、又は回転部材の周辺部から吐出された直後に電場を通過することによって帯電する。繊維が導かれる標的は、電気的に接地されている。帯電繊維と標的の電位差、液体材料の粘度、並びに環状部材のサイズ及び速度、液体送達速度、並びに成形用空気の任意の使用は、液体材料が繊維状形態で吐出されるように相互に調節される。これらの変数を調節することも繊維の品質及び量に影響を及ぼす。
【０００５】
詳細な説明
好ましくは、環状回転部材の連続表面は、カップなどの実質的に円柱状の部材の内面である。カップの側面は、カップが切頭円錐形状であるように末広がりにすることができる。環状紡績部材は、同心の軸を中心に回転する。回転部材は、帯電して、回転部材に供給される液体材料に電荷を付与することができる。あるいは、電荷は、回転部材から繊維状形態で吐出されるときに、繊維を電場に通すことによって、液体材料に加えることができる。回転部材が回転すると、液体材料は、回転部材の内面に沿って周辺部に向かって遠心力によって導かれる。好ましくは、紡績ポイントは、回転部材の周辺部に沿って位置する。かかる紡績ポイントの例は、周辺部に延び、好ましくは外向きに、回転部材の回転軸に実質的に平行に延びる、Ｖ字型のセレーションである。液体材料は、スピンポイントを通過し、回転部材から接地された標的に向かって吐出される。回転部材は、サイズ及び形状が変わり得る。回転部材は、円盤又は回転ベルとすることができる。回転部材の直径は、３０から８０ｍｍなどの２０から１６０などの２０ｍｍから３５０ｍｍで変動し得る。繊維形成の場合、帯電繊維と標的の電位差は、好ましくは、２０，０００から１００，０００ボルト、及び５０，０００から９０，０００ボルトの範囲内の少なくとも５０００ボルトである。電位が不十分であると、液滴が形成され、繊維が形成されない場合がある。
【０００６】
液体材料が回転部材から繊維状形態で吐出されると、繊維は、接地された標的の方向に導かれ、そこで繊維が収集される。あるいは、接地標的は移動ベルト又はコンベヤの後に位置することができ、そこで繊維を標的領域から収集し、取り出すことができる。標的までの距離は、１０から２０インチ（２５〜５１ｃｍ）などの２から３０インチ（５から７６ｃｍ）などの２から５０（５から１３０ｃｍ）で変動し得る。好ましくは、回転ベルを用いて、空気流は、回転軸と同心で標的に向かうフローパターンに繊維を成形するように、吐出繊維に対して直角かつ同時に推進される。典型的には、空気は、回転部材外径を包囲するポートを介して、回転式アプリケータから流出する。回転部材の入口で測定される空気圧は、典型的には、５から４０ＰＳＩＧ（３．４×１０４〜２．８×１０５パスカル）などの１〜６０ＰＳＩＧ（６．９×１０３〜４．１×１０５パスカル）などの１〜８０ＰＳＩＧ（６．９×１０３〜５．５×１０５パスカル）などに設定することができる。回転円盤では、成形用空気を通常使用しない。
【０００７】
回転部材は、１０００から１００，０００、及び３０００から５０，０００ｒｐｍなどの少なくとも５００ｒｐｍの速度で、典型的には１０，０００から１００，０００ｒｐｍの速度で、回転部材を回転させる能力のある電気モータまたは空気モータなどの部材に接続された回転駆動軸などの駆動手段に接続される。回転部材の速度が不十分であると、繊維が形成されず、液体が回転部材からシート又は小滴として吐出される場合がある。回転部材の速度が高すぎると、液滴が形成され、又は繊維が切れるおそれがある。
【０００８】
典型的には、液体材料は、駆動軸の内部を通過し、回転部材に供給される。回転部材が回転ベルなどのカップ状であるときには、液体材料は、カップの閉鎖末端を通して、さらにカップの中央又は底部領域に供給される。典型的には、液体は、サイズ０．５から１．５ｍｍであり得る供給ノズルを通ってカップの閉鎖末端に入る。次いで、液体は、カップ内部を通過することができ、カップ表面で中心オリフィス又は一連のオリフィスを通ってカップ面上に出る。
【０００９】
回転部材への液体材料の流量は、典型的には、５０から１０００ｍｌ／時間などの２０ｍｌ／時間から５０ｍｌ／分などの１ｍｌ／時間から５００ｍｌ／分である。
【００１０】
本発明による繊維に紡糸される液体材料は、典型的には、ポリマー溶液又は溶融物である。ポリマーは、米国特許出願公開第２００８／０１４５６５５号Ａ１に記載のものなどのポリエステル、ポリアミド、ｎ−ビニルピロリドンのポリマー  ポリアクリロニトリル及びアクリルポリマーなどの有機ポリマーである。あるいは、液体は無機ポリマーとすることができる。無機ポリマーの例は、アルコキシド基及び場合によってはヒドロキシル基を含む重合体金属酸化物である。好ましくは、アルコキシド基は、メトキシド、及びエトキシドなどの１から４個の炭素原子を含む。かかる重合体金属酸化物の例は、以下の構造のものなどのポリアルキルシリカートである。
【００１１】
【化１】
2011501790.tif 000003
式中、Ｒは１から４個、好ましくは１から２個の炭素原子を含むアルキルであり、ｎは３から１０である。
【００１２】
さらに、アクリルポリマーと重合体金属酸化物などのハイブリッド有機／無機ポリマーを使用することができる。かかる有機／無機ハイブリッドポリマーの例は、米国特許出願公開第２００８／０２０７７９８号Ａ１に記載されている。さらに、シリカ、アルミナ、チタニア、又は混合金属酸化物などの無機酸化物、又は無機窒化物、又は炭素又はセラミック前駆体などの無機材料を使用することができる。
【００１３】
液体材料の導電率は、変動し得るものであり、電荷の蓄積（ｂｕｉｌｄ  ｕｐ）を許容し得るが、短絡が起こるポイントまでではないように、十分に導電性であるべきである。間接的帯電では、短絡は問題にならないので、導電率を高くすることができる。導電率は、アンモニウム塩などの適切な量の塩、及びアルコール−水混合物などの導電性溶媒を使用することによって調節することができる。
【００１４】
液体材料の表面張力は変わり得る。表面張力が高すぎる場合、繊維ではなく霧化及び液滴が形成され得る。
【００１５】
液体は、好ましくは、ポリマー濃度が増加するにつれ、又はポリマー架橋が起こるにつれ、濃くなる。ポリマー溶液の場合には、溶液の粘度は、ポリマーの分子量、溶液中のポリマーの濃度、溶液中のポリマー架橋の存在を調整することによって、又はポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、及びセルロース増粘剤などの増粘剤をポリマー溶液に添加することによって、制御することができる。溶液粘度が高すぎる場合、すなわち、そのゲル化点以上では、溶液は、より固体材料のように挙動し、繊維を形成せず、回転部材表面に固体ポリマーとして蓄積し得る。液体粘度が低すぎる場合、霧化が生じ得、繊維形成は生じ得ない。
【００１６】
本発明によって形成される繊維は、典型的には、５から５，０００ナノメートルなどの最大５，０００ナノメートルの直径、又は５０から７００ナノメートルなどの５０から１２００ナノメートルの範囲の直径を有する。繊維は、リボン又は平面形状を有することもでき、その場合、直径は、繊維の最大寸法を意味するものとする。典型的には、リボン状繊維の幅は、５００から５，０００ナノメートルなどの最大５，０００ナノメートルであり、厚さは、５から２００ナノメートルなどの最大２００ナノメートルである。
【００１７】
ナノファイバーは、撚糸様構造で互いに撚り合わされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のプロセスを実施することができる遠心紡糸装置の模式的垂直断面図である。
【図２】本発明のプロセスによる紡績部材の底部立面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】実施例１に従って調製されたナノファイバーの種々の倍率における顕微鏡写真である。
【図４ａ】（比較例）実施例１ａ（比較例）に従って調製された液滴の種々の倍率における顕微鏡写真である。
【図５】実施例１及び１ａ（比較例）のポリマー溶液に関して、どのように回転部材速度、成形用空気及び液体の流れの変数が繊維形成をもたらすかを示した図である。
【図６】実施例２に従って調製されたナノファイバーの種々の倍率における顕微鏡写真である。
【図６ａ】（比較例）実施例２ａ（比較例）に従って調製された液滴の種々の倍率における顕微鏡写真である。
【図７】実施例２及び２ａ（比較例）のポリマー溶液に関して、どのように回転部材速度、成形用空気及び液体の流れの変数が繊維形成をもたらすかを示した図である。
【図８】実施例３に従って調製されたナノファイバーの種々の倍率における顕微鏡写真である。
【図８ａ】（比較例）実施例３ａ（比較例）に従って調製された液滴の種々の倍率における顕微鏡写真である。
【図９】実施例４に従って調製された撚糸の形のナノファイバーの種々の倍率における顕微鏡写真である。
【図１０】実施例５に従って調製されたナノファイバーの種々の倍率における顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照すると、装置１は、カップ状回転部材５及び空気プレナム装置（ａｉｒ  ｐｌｅｎｕｍ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）７を含み、空気プレナム装置７を通して空気が導かれて、標的１１方向に導かれる繊維の流れ９を成形する。装置１から繊維状生成物を取り出すコンベヤ１２が標的の前に位置する。液体材料１５用容器１３は、軸３と同心で据え付けられた原料供給ライン１７を介して液体材料を回転カップ５に供給する適切な供給機構（図示せず）を含む。供給ライン１７は、回転カップ５中に閉鎖端部に隣接した出口を有する。好ましくは、原料供給ラインは、カップ状回転部材５を回転させる回転駆動軸内に位置する。図１に示したように、電圧を回転カップに印加して、回転カップから吐出される液体材料及び繊維に電荷を付与する。
【００２０】
図２及び３を参照すると、回転部材５は、平面状底部又は閉鎖端部２１、及び底部２１から延びる末広がりの壁２３を有するカップ状である。底部２１は、原料供給ラインがそれを通して延びる中央開口２５と、軸３を中心に回転するための駆動手段に回転カップ５を据え付ける固定用部品２７とを有する。壁２３の内面２９は、カップ５の底部２１から縁部３１に延びる領域にわたって比較的平滑である。カップ５の縁部は、カップ５の外周のＶ字型のセレーション３５によって画定される紡績ポイント３３が存在するように、鋸歯状になっている。Ｖ字型のセレーション３５は、カップ５の底部に平行な面にある。装置１を使用する際に、カップ５は所望の速度で回転され、液体は回転カップのカップ底部の中心領域に供給され、遠心力によって底部２１の周辺部に導かれ、内面２９を横切る。帯電した液体は、回転カップの内面２９を横切り、紡績ポイント３３を通過し、そこから接地標的１１に向かって繊維状形態で吐出される。
【００２１】
以下の実施例は、本発明の一般的原理を実証するものである。しかし、本発明は、示した特定の実施例に限定されると考えるべきではない。別段の記載がないかぎり、部数はすべて重量単位である。
【実施例】
【００２２】
実施例Ａ
アクリルシランポリマーを以下のように調製した。
【００２３】
下表１を参照すると、反応フラスコは、撹拌機、熱電対、窒素入口及び凝縮器を備えた。次いで、分量（ｃｈａｒｇｅ）Ａを添加し、還流温度（７５℃〜８０℃）に加熱しながら窒素雰囲気下で撹拌した。還流エタノールに分量Ｂと分量Ｃを同時に３時間にわたり添加した。反応混合物を還流条件で２時間保持した。次いで、分量Ｄを３０分間にわたり添加した。反応混合物を還流条件で２時間保持し、続いて３０℃に冷却した。
【００２４】
【表１】
2011501790.tif 000004
１Ａｒｃｈｅｒ  Ｄａｎｉｅｌ  Ｍｉｄｌａｎｄ  Ｃｏ．から入手可能な変性エチルアルコール、２００プルーフ
２ＧＥ  ｓｉｌｉｃｏｎｅｓから入手可能なガンマ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン
３Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏ．，Ｉｎｃ．から入手可能な２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）  。
【００２５】
ハイブリッド有機−無機ポリマーを以下のように調製した。
【００２６】
上述したように調製したアクリルシランポリマー溶液のエタノール溶液２００グラムを広口瓶に注ぎ、脱イオン水（３０グラム）を添加した。エチルポリルシリカート（ｐｏｌｙｌｓｉｌｉｃａｔｅ）（Ｓｉｌｂｏｎｄ  ４０、Ａｋｚｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｉｎｃ）のエタノール溶液をポリビニルピロリドン（４グラム、Ａｌｄｒｉｃｈ、カタログ４３７１９０、ＣＡＳ［９００３−３９−８］及びＭＷ１，３００，０００）と一緒にポリマー溶液に添加した。広口瓶を熱い水道水で加温しながら、均一な溶液が得られるまで、混合物を手で振とうし、スパチュラを用いて手で撹拌した。この溶液を室温で約３．５時間静置した後、その粘度をＡＳＴＭ−Ｄ１５４５の方法によってＣ＋と判定した。
【００２７】
実施例Ｂ
アクリルシランポリマーを以下のように調製した。
【００２８】
下表２を参照すると、反応フラスコは、撹拌機、熱電対、窒素入口及び凝縮器を備えた。次いで、分量Ａを添加し、還流温度（７５℃〜８０℃）に加熱しながら窒素雰囲気下で撹拌した。還流エタノールに分量Ｂと分量Ｃを同時に３時間にわたって添加した。反応混合物を還流条件で２時間保持した。次いで、分量Ｄを３０分間にわたって添加した。反応混合物を還流条件で２時間保持し、続いて３０℃に冷却した。
【００２９】
【表２】
2011501790.tif 000005
１Ａｒｃｈｅｒ  Ｄａｎｉｅｌ  Ｍｉｄｌａｎｄ  Ｃｏ．から入手可能な変性エチルアルコール、２００プルーフ
２ＧＥ  ｓｉｌｉｃｏｎｅｓから入手可能なガンマ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン
３Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏ．，Ｉｎｃ．から入手可能な２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）  。
【００３０】
脱イオン水（３０グラム）を広口瓶に注ぎ、ポリビニルピロリドン（４グラム、Ａｌｄｒｉｃｈ、カタログ４３７１９０、ＣＡＳ［９００３−３９−８］及びＭＷ１，３００，０００）を添加した。混合物をホットプレート上で加温して溶解を促進し、生成した溶液を室温で静置した。アクリルシランポリマー溶液１７０グラムをこのポリビニルピロリドン水溶液に添加した。広口瓶の内容物をホットプレート上で温水で加熱しながら、均一な溶液が得られるまで、混合物を手で振とうした。使用前に、この有機ポリマー溶液を室温で静置して冷却した。
【００３１】
実施例Ｃ
無機ゾルゲルポリマーを以下のように調製した。
【００３２】
脱イオン水（３６グラム）を広口瓶に入れ、ポリビニルアルコール（４グラム、Ａｌｄｒｉｃｈ、カタログ３６３１１、ＣＡＳ［９００２−８９−５］、９６％加水分解、及びＭＷ８５，０００〜１００，０００）を、磁気的に撹拌しながら水に添加した。この混合物を湯浴中で８０℃に加温して、溶解に影響を及ぼした。撹拌し続けながら、追加の脱イオン水（４０グラム）をこの温かいポリビニルアルコール水溶液に添加した。撹拌し続けながら、この温かいポリビニルアルコール希釈水溶液にコロイド状シリカ分散物（１２０グラム、ＭＴ−ＳＴ  Ｓｉｌｉｃａ、Ｎｉｓｓａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ＬＴＤ．、メタノール中の約３０％シリカ）を添加した。このポリビニルアルコール、シリカ溶液の粘度は、ＡＳＴＭ−Ｄ１５４５の方法によってＡ−と判定された。
【００３３】
実施例Ｄ
１２重量％ポリアクリロニトリル樹脂（Ａｌｄｒｉｃｈ、カタログ１８１３１５、ＣＡＳ［２５０１４−４１−９］、ＭＷ１５０，０００）をホットプレート上で加温しながらジメチルホルムアルデヒド溶媒に溶解させることによって、ポリアクリロニトリル溶液を調製した。
【００３４】
実施例１
実施例Ｄのポリアクリロニトリル樹脂溶液を３００ｍｌ陽圧流体送達系に仕込んだ。毎時３００ミリリットルの速度を外径３／８インチ（９．５ｍｍ）のＴｅｆｌｏｎ管系を通して、直径１．１ｍｍの流体ノズルを介して回転噴霧アプリケータに供給した。ノズル出口は、直径５５ｍｍの回転ベルカップに接続されていた。流体ノズルをベルカップの後に挿入する。流体の約８０〜１００％は、直径約４０ｍｍの環状スリットを通って流出する。次いで、流体は、ベルカップを横切る薄いシートを形成し、回転ベルカップの縁部から振り落とされて、繊維を形成する。この回転ベルは、１２，０００ｒｐｍの速度で回転するように設定された。ベルカップ縁部の形状は、直線のセレーションで構成される。ベルカップの環状スリットから縁部までの垂直距離は約７．８５ｃｍである。この実験で言及するベルカップは、Ｄｕｒｒ  Ｂｅｈｒ  ＥｃｏベルカップモデルＮ１６０１００３７タイプである。ベル成形用空気を外径１／２インチ（１２．７ｍｍ）のナイロン管を介してベルの後部で２５ｐｓｉｇ（１．７２×１０５パスカル）に設定した。回転式アプリケータを７５，０００ボルト間接的帯電加電圧（ｉｎｄｉｒｅｃｔ  ｃｈａｒｇｅ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の高電圧源に接続した。送達管、回転式アプリケータ及び収集機全体を、環境条件が７０°Ｆから７２°Ｆ（２１℃〜２２℃）の室温で約５５％から６０％の相対湿度を維持することができるブース中に置いた。接地標的上で回転ベルから１５インチ（３８ｃｍ）の標的／収集距離で設置されたアルミニウムパネル上にナノファイバーを収集し、光学顕微鏡法及び走査型電子顕微鏡法によって特徴付けた。ナノファイバーは、本質的に円柱状であり、直径６００から１８００ナノメートル（ｎｍ）であった。より小さい直径の繊維の集合体であると考えられる幾つかの大直径繊維を観察した。走査型電子顕微鏡写真を図４に示す。多数の繊維が見られ、液滴はほとんど又は全くない。
【００３５】
実施例１の溶液に対して設計分析を完了して、この溶液に関する適用因子を決定した。この研究で試験された適用因子は、ベル速度１２Ｋｒｐｍから２８Ｋｒｐｍ、標的距離１０インチから２０インチ（２５．４〜５０．８ｃｍ）、電圧６０ＫＶから９０ＫＶ、流体送達速度１００ｍｌ／時間から３００ｍｌ／時間、及びベル成形用空気１５ｐｓｉｇから３５ｐｓｉｇ（１．０３×１０５〜２．４１×１０５パスカル）であった。図５に報告する結果によれば、流体送達速度、成形用空気及びベル速度が、最も影響を及ぼす適用因子であり、標的距離及びＫＶがそれに続いた。
【００３６】
図５において「ＢＳ」とは、ベル速度を指す。「ＳＡ」とは、成形用空気を指す。「ＦＦ」とは、流体送達速度を指す。
【００３７】
縦軸の値は、形成されたナノファイバーマットの厚さにナノファイバー対液滴の比を掛けた積である。マットの厚さは、１から１０の主観的値で与えられ、ナノファイバー対液滴の比は、１から６の主観的値で与えられる。
【００３８】
縦軸の数値が高いほど、より多量の良好な繊維が生成する。
【００３９】
実施例１Ａ（比較例）
この実施例では、実施例１の手順を繰り返したが、以下の相違があった。
【００４０】
ベル速度          ２８，０００ｒｐｍ
標的収集機距離    １０インチ（２５．４ｃｍ）
流体送達速度      ２００ｍｌ／時間
接地されたアルミニウム標的上の部分／収集で設置されたアルミニウムパネル上にナノファイバーを収集するように試み、図４ａに示すように走査型電子顕微鏡によって特徴付けた。電子顕微鏡法によれば、極めてわずかの繊維形成と多数の液滴が見られる。
【００４１】
実施例２
実施例Ａのハイブリッド有機−無機ポリマー溶液を、実施例１の手順に従い、ただしＤｕｒ  Ｂｅｈｒ  ＥｃｏベルカップモデルＮ１６０１００３３を使用して、ナノファイバーに紡糸した。ナノファイバーを、光学顕微鏡法及び走査型電子顕微鏡法によって特徴付けた。ナノファイバーはやや平面であり、断面寸法は７００ナノメートル（ｎｍ）から５０００ｎｍの範囲であった。走査型電子顕微鏡写真を図６に示す。多数の繊維が見られ、液滴はほとんど又は全くない。
【００４２】
実施例２Ａ（比較例）
この実施例では、実施例２の手順に一般に従ったが、以下の相違があった。
【００４３】
ベル速度            ２８，０００ｒｐｍ
標的／収集機距離    １０インチ（２５．４ｃｍ）
流体送達速度        ２００ｍｌ／時間
接地されたアルミニウムパネル標的上にナノファイバーを収集するように試み、図６Ａに示すように走査型電子顕微鏡によって特徴付けた。この電子顕微鏡法によれば、極めてわずかの繊維形成と多数の液滴が見られる。
【００４４】
実施例２の溶液に対して実施例１に記載のように設計分析を完了した。この研究で試験された適用因子は、ベル速度１２Ｋｒｐｍから２８Ｋｒｐｍ、標的距離１０インチから２０インチ（２５．４〜３８．１ｃｍ）、電圧６０ＫＶから９０ＫＶ、流体送達速度１００ｍｌ／時間から３００ｍｌ／時間、及びベル成形用空気１５ｐｓｉｇから３５ｐｓｉｇ（１．０３×１０５〜２．４１×１０５パスカル）であった。図７に報告する結果によれば、流体送達速度、成形用空気、ベル速度及び標的距離が最も影響を及ぼし、ＫＶがそれに続いた。図７は、図５に使用したのと同じ用語を使用する。
【００４５】
実施例３
実施例Ｃの無機ゾルゲルポリマー溶液を、実施例２の手順に従って、流体送達速度毎時１００ミリリットル、回転速度２８，０００ｒｐｍ、電圧９０，０００ボルト及び標的収集機距離２０インチ（５０．８ｃｍ）を使用して、ナノファイバーに紡糸した。ベル成形用空気をベルの後部で１５ｐｓｉｇ（１．０３×１０５パスカル）に設定した。ナノファイバーを接地アルミニウムパネル標的上に収集し、光学顕微鏡法及び走査型電子顕微鏡法によって特徴付けた。
【００４６】
ナノファイバーは、本質的に円柱状であり、直径１００から７００ｎｍであった。繊維の一部は、繊維に引き伸ばされなかった小さいビーズを直線軸に沿って有するように見えた。走査型電子顕微鏡写真を図８に示す。多数の小さい繊維が見られ、液滴形成はほとんどない。
【００４７】
実施例３Ａ（比較例）
この実施例では、実施例３の手順を繰り返したが、以下の相違があった。
【００４８】
ベル速度          １２，０００ｒｐｍ
流体の流量        ３００ｍｌ／時間
標的収集機距離    １０インチ（２５．４ｃｍ）
成形用空気        ３５ｐｓｉｇ（２．４×１０５パスカル）
接地されたアルミニウム標的上にナノファイバーを収集するように試み、図８Ａに示すように走査型電子顕微鏡によって特徴付けた。電子顕微鏡法によれば、繊維はわずかで、湿った液滴が示された。
【００４９】
実施例４
実施例Ｄのポリアクリロニトリル樹脂溶液を、実施例１の手順に従って、電圧８６，０００を使用して、紡糸して繊維にした。繊維を接地アルミニウムパネル標的上に収集し、光学顕微鏡法及び走査型電子顕微鏡法によって繊維の特徴を調べた。大きい繊維がパネル上に収集された。１本の大きい繊維をパネルから取り出し、図９に示すように顕微鏡によって評価した。低解像度の光学画像（最も左側の画像）によれば、大きい繊維は、より小さい繊維の集合体かもしれないことが示された。走査型電子顕微鏡（中央の画像）によれば、これらの大きい繊維が、幾つかのはるかに小さい繊維で構成された直径１００ミクロンの撚糸であることが明らかになった。撚糸は、より小さい繊維が紡績ベルカップから回転するときに形成される。より高倍率（最も右側の画像）では、これらのより小さい繊維が、撚糸内でナノスケールの直径であることが明らかになった。
【００５０】
実施例５
実施例Ｂの有機ポリマー溶液を、実施例１の手順に従って紡糸して繊維にしたが、以下の相違があった。
【００５１】
流量              ２００ｍｌ／時間
成形用空気        ３５ｐｓｉｇ（２．４１×１０５パスカル）
標的収集機距離    ２０インチ（５０．８ｃｍ）
ナノファイバーは、断面寸法を有するやや平面であり、直径３００から７００ｎｍであった。走査型電子顕微鏡写真を図１０に示す。顕微鏡写真によれば、多数の小さい繊維が見られ、液滴形成はほとんどない。
【００５２】
ここで、本発明を以下の特許請求の範囲に示す。
【図１】
2011501790.tif 000006
【図２】
2011501790.tif 000007
【図３】
2011501790.tif 000008
【図４】
2011501790.tif 000009
【図４ａ】
2011501790.tif 000010
【図５】
2011501790.tif 000011
【図６】
2011501790.tif 000012
【図６ａ】
2011501790.tif 000013
【図７】
2011501790.tif 000014
【図８】
2011501790.tif 000015
【図８ａ】
2011501790.tif 000016
【図９】
2011501790.tif 000017
【図１０】
2011501790.tif 000018
【国際調査報告】
2011501790.tif 000019
2011501790.tif 000020
2011501790.tif 000021