(57)【要約】  【課題】吐出された紡糸原液の一部がノズルの出口先端から液滴となって落下したり放出されるというトラブルを解消し、安定した紡出を行うことのできる静電紡糸方法及び静電紡糸装置を提供しようとする。  【解決手段】ノズルから押出された紡糸用原液に電界を作用させて延伸し繊維化する静電紡糸方法において、紡糸用原液をノズルから間欠周期的に吐出させることを特徴とする静電紡糸方法であり、前記ノズルに、紡糸用原液を貯留して前記ノズルに導通する原液貯留部が備えられ、該原液貯留部に貯留された紡糸用原液の液面を周期的に変動する加圧力で空気を介して加圧して紡糸用原液を前記ノズルから吐出させる静電紡糸方法である。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから押出された紡糸用原液に電界を作用させて延伸し繊維化する静電紡糸方法において、紡糸用原液をノズルから間欠周期的に吐出させることを特徴とする静電紡糸方法。
【請求項２】
前記ノズルに、紡糸用原液を貯留して前記ノズルに導通する原液貯留部が備えられ、該原液貯留部に貯留された紡糸用原液の液面を周期的に変動する加圧力で空気を介して加圧して紡糸用原液を前記ノズルから吐出させる請求項１に記載の静電紡糸方法。
【請求項３】
紡糸用原液を吐出させるノズルと、前記ノズル中の紡糸用原液に周期的に変動する押出圧を与え各変動ごとに高まった押出圧により紡糸用原液をノズルから間欠周期的に吐出させる加圧手段と、該ノズルから吐出された紡糸用原液に電界を作用させて延伸し繊維化する印加手段と、を備えた静電紡糸装置。
【請求項４】
さらに前記ノズルと導通し紡糸用原液を貯留する原液貯留部を備え、該原液貯留部に、該原液貯留部に貯留された紡糸用原液の液面を内面下部とする加圧室が設けられ、前記加圧手段が前記加圧室内の空気に周期的な変動圧を与える空気供給制御装置を備える請求項３に記載の静電紡糸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電紡糸方法及び静電紡糸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電紡糸は、ノズルのノズル孔から吐出させた紡糸用の溶液に電界を作用させて繊維化する紡糸である。静電紡糸は、繊維径がサブミクロンあるいはナノオーダーの繊維を得ることが可能であり、また溶融紡糸が困難な樹脂でも繊維化が可能なので、従来の繊維を用いては実現できなかった用途分野への展開が期待されている。
【０００３】
静電紡糸による繊維ウエブの製造は、例えば図５に示すように、分配整流ブロック２０２へ計量ポンプ２０１で送られた、紡糸原液であるポリマー溶液を、口金部２０４へ送り、微細なノズル孔２０８を通して押出しながら同時に高圧電源２０６により電場をかけて繊維化し、捕集コンベアからなる集積装置２０７上に集積させることにより行われる。この繊維は、３次元のネットワーク構造を成しており、集積装置２０７で集積されて繊維ウエブ２１０となる。（例えば、特許文献1参照）
【０００４】
静電紡糸においては、ノズルから紡糸原液が連続的に押出して吐出され繊維化されるが、ノズルから紡糸原液を一定量押出しても、吐出された紡糸原液の一部がノズルの出口先端から液滴となって落下したり放出されるというトラブルが生じ、安定的な紡出ができなくなることがある。
【特許文献１】特開昭６３−１４５４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電紡糸においては、一般には、ノズルの中空部を通って紡糸原液がノズルの出口先端から連続的に一定流量で吐出され、電界の作用により延伸されて繊維化されて、捕集面に向けて放出される。しかし、多数本のノズルを配して紡糸する場合、各ノズルで作用する電界の状態がノズルごとに異なることが避けられず、ノズルによっては紡糸原液を延伸して放出するに十分な電界が作用しないことになり、このようなノズルにおいて紡糸原液が放出されずに液滴となって落下したり、あるいは紡糸原液が十分に延伸されずに液滴の状態で放出されるという上述のトラブルが生ずる。
【０００６】
本発明の目的は、吐出された紡糸原液の一部がノズルの出口先端から液滴となって落下したり放出されるというこのようなトラブルを解消し、安定した紡出を行うことのできる静電紡糸方法及び静電紡糸装置を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨とするところは、
請求項確定後に記載
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、静電紡糸において、吐出された紡糸原液の一部がノズルの出口先端から液滴となって落下したり放出されるというトラブルを解消し、安定した紡出を行うことのできる静電紡糸方法及び静電紡糸装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、静電紡糸において、紡糸中に紡糸原液がノズルの出口先端から液滴となって落下したり放出される現象を説明すると、静電紡糸においては、一般には、ノズルの中空部を通って紡糸原液がノズルの出口先端から連続的に一定流量で吐出され、電界の作用により延伸されて繊維化されて、捕集面に向けて放出される。しかし、多数本のノズルを配して紡糸する場合、各ノズルで作用する電界の状態がノズルごとに異なることが避けられず、ノズルによっては紡糸原液を延伸して放出するに十分な電界が作用しないことになり、このようなノズルにおいて紡糸原液が放出されずに液滴となって落下したり、あるいは紡糸原液が十分に延伸されずに液滴の状態で放出されるという現象が生ずる。
【００１０】
本願発明者らは鋭意検討の結果、紡糸原液を間欠周期的にノズルから吐出させることにより、かかる現象によるトラブルが解決できることを見出し本願発明に至った。
【００１１】
本願発明の実施の態様の一例を図１に示す。図１において、本願発明にかかる静電紡糸装置２は、紡糸用原液３を貯留する原液貯留部４と、ノズル６と、ノズル６とアースと電気的に導通させた不図示の捕集面とのあいだに電位差を与える印加装置（印加手段）９とを備える。原液貯留部４がノズル６に導通して、紡糸用原液３は原液貯留部４からノズル６に供給されノズル６の先端１３から印加装置９で生じた電界による延伸力により放出される。
【００１２】
原液貯留部４の上部は加圧室８となっており、加圧室８の内部は空気導入口１０を除いては密閉された空間１２となっている。加圧室８の内面下部は紡糸用原液３の液面１４となっている。すなわち、液面１４が空間１２の下面部を形成している。加圧室８は導入口１０、管路１７を介して空気供給制御装置（加圧手段）１８に連結している。空気供給制御装置１８へは例えばコンプレッサのような加圧空気源１６から所定の圧の空気が供給されている。この空気は空気供給制御装置１８に内蔵された不図示の調整弁により定められた圧に調整され、また加圧室８への流量が制御される。さらに空気供給制御装置１８は加圧室８との導通を開閉する不図示の開閉弁を備え、この開閉弁が交互にオンオフすることにより、制御された流量とタイミングでこの空気が加圧室８に向けて送られ加圧室８内が定められた高圧になる状態と、加圧室８内の圧が低下して低圧になる状態とが交互にすなわち、周期的に実現される。
【００１３】
加圧室８内が高圧になる状態ではノズル６の先端１３での紡糸用原液の内圧が高くなり、紡糸用原液が先端１３から吐出されるが、このときの内圧により紡糸用原液が加速されて吐出されるので、電界の作用が比較的小さくとも液滴を生ずることなく紡糸用原液の放出と延伸が行われるものと思われる。さらに、紡糸用原液の表面張力や粘性抵抗に打ち勝って内圧で紡糸用原液が吐出されるのでノズル先端での表面張力や粘性抵抗による液溜まりの発生が生じないものと思われる。
【００１４】
本願発明においては上述のようにしてノズル６内の紡糸用原液の押出し圧を間欠周期的に高めてノズル６から放出することにより細繊度の紡糸を高吐出量で安定して行うことができる。
【００１５】
本発明の他ノズルの態様においては図４に示すように原液貯留部４ａに複数個のノズル６が連結されていてもよい。なお、本明細書においては、各図にわたって記される同じ符号は同一又は同様の部材やものを示す。図４においては、原液貯留部４ａは貯留槽１５と液溜め容器１９とを備え、貯留槽１５の下底に複数個のノズル６が間隔をおいて配列して配されている。液溜め容器１９は貯留槽１５と導通し、液溜め容器１９の内部上側に加圧室８が形成されている。
【００１６】
ノズル内の紡糸用原液の押出し圧を間欠的に高める方法としては、上述のように原液貯留部の紡糸用原液の液面を空気を介して間欠的に加圧する方法が加圧手段を液体に接触差せる必要が無くメンテナンスや操作のうえで取扱いが容易で好ましく、また、加圧室８内や管路内の空気がクッションとなって、ノズル内の紡糸用原液にかかる圧力の、加圧時の立ち上がりがなめらかで吐出の立ち上がり状態が液の破裂を伴うことなく安定しているので好ましいが、送液ポンプを用意してノズルと送液ポンプとを空気溜を介さずに連結して、送液ポンプの流量を周期的に変えてノズル内の紡糸用原液の押出し圧を間欠的に高めてもよい。送液ポンプとしてはとくに限定されないが例えば、ギアポンプや、内方に液流路が形成されてなる弾性チューブに対して、その一部領域を外方から圧搾して変形させ、当該圧搾されてなる領域を前記液流路に沿って移動させることで前記液流路内の液体を流動させるローラポンプなどが挙げられる。さらには、図３に示すように液溜め容器１９内の紡糸用原液３の液面を空気を介して加圧源１６ａに接続して一定圧で加圧状態とし、液溜め容器１９と貯留槽１５とを結ぶ液路２１に設けたシャッター２３により、紡糸用原液の流れを間欠周期的に遮断する態様であってもよい。
【００１７】
図４のグラフに、図1、図２に示す態様における加圧室８内の圧力（気圧）の変化の例を示す。縦軸が気圧、横軸が経過時間である。加圧室８内の圧力が高圧になった状態２０の気圧はＡＭａｘは０．０１〜０．５ＭＰａ、持続時間ＴＡは０．０１〜１秒、低圧になった状態２２の気圧ＡＭｉｎは−０．００５〜０．００５ＭＰａ、周期Ｓは０．５〜３秒がそれぞれ好ましい。最適のＡＭａｘ、ＡＭｉｎ、ＴＡ、Ｓの値は紡糸用原液の粘度、表面張力、ノズルとの濡れ性で左右されるが、紡糸状態を見つつ紡糸状態が良好になるように値を調整することが好ましい。図４のグラフにおけるパルスの形状はモデル的なものであり急峻な立ち上がり形状と急峻な下降があれば矩形波状でなくともよい。
【００１８】
本発明において用いられる紡糸用原液としては、ポリマーを溶媒に溶解した溶液や、金属アルコキシドを加水分解した曳糸性のゾル溶液などが挙げられる。このポリマーとしては、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、部分けん化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、フッ素系ポリマーやその共重合体、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ナイロン１２、ナイロン−４，６などのナイロン系高分子、アラミド、ポリベンズイミダゾール、セルロース、酢酸セルロース、酢酸セルロースブチレート、ポリビニルピロリドン−酢酸ビニル、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミド、ポリエチレンサルファイド、ＳＢＳ共重合体、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンオキサイド、コラーゲン、ポリグリコール酸、ポリＤ，Ｌ−乳酸−グリコール酸共重合体、ポリアリレート、ポリプロピレンフマラート、ポリカプロラクトンなどの生分解性高分子類、ポリペプチド、タンパク賞などのバイオポリマー類、コールタールピッチ、石油ピッチなどのピッチ系高分子などが挙げられる。これらの高分子から選ばれる複数種の混合物を用いてもよい。
【００１９】
紡糸用原液の溶媒は極細繊維構成材料によって異なり、特に限定するものではないが、水、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，４−ジオキサン、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、ピリジン、トリクロロエタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどを例示することができる。
【実施例】
【００２０】
図２に示す静電紡糸装置２ａを用いて静電紡糸を行った。原液貯留部４ａは内のりが２２０ｍｍ×２０ｍｍ×５０ｍｍ（たて×よこ×高さ）の槽からなり、原液貯留部４ａの下底に２０個のノズル６を１０ｍｍ間隔でたて方向に配列させて配した。各ノズル６の内径は０．６ｍｍ、長さは５０ｍｍである。ノズル６と不図示の捕集部との印加電圧を１０ｋＶとして紡出を行った。
【００２１】
紡糸用原液としてはポリビニルアルコール（株式会社クラレ社製：品番１１７）の１０重量％水溶液を用いた。
【００２２】
空気供給制御装置１８としては武蔵エンジニアリング株式会社製のディスペンサー（型式ＭＬ−５０００Ｘ）を用いた。ＡＭａｘは０．０３ＭＰａ、ＡＭｉｎは０ＭＰａ、ＴＡは０．０５秒、Ｓは１秒に設定して液だれのない良好な紡糸状態を得た。紡糸用原液の吐出量は各ノズルの吐出を合わせた総吐出量で２０ｇ／ｍｉｎであった。
【比較例】
【００２３】
実施例と同様にして静電紡糸を行った。ただし、空気供給制御装置１８を用いず、加圧室８ａと加圧空気源１６とを不図示の圧力調整弁を介して連結し、加圧室８ａ内の圧力は各ノズルの吐出を合わせた総吐出量が２０ｇ／ｍｉｎとなるように調整し一定に設定した。紡糸中に頻繁に特定のノズル６の先端から液だれが生じた。
【００２４】
その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の静電紡糸装置の態様の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の静電紡糸装置の他の態様の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の静電紡糸装置のさらに他の態様の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の静電紡糸方法における紡糸用原液への加圧の時間的変化の様子を示すグラフである。
【図５】従来の静電紡糸装置の態様を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
２：静電紡糸装置
４：原液貯留部
６：ノズル
８：加圧室
１０：空気導入口
１２：空間
１４：液面
１６：加圧空気源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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