(57)【要約】【課題】  本発明は、溶液エレクトロスピニング法によって均一な直径を有する微細熱可塑性樹脂繊維を得ることができるエレクトロスピニグ用ノズル及びそれを用いた微細熱可塑性樹脂繊維の製造方法を提供する。【解決手段】  導電性ブロック状体の上面に、溝状の熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽と、該熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽の一端部から導電性ブロック状体の一端部に至るリップ部が形成され、該リップ部に熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽から導電性ブロック状体の一端部に至る、熱可塑性樹脂溶媒溶液を溢流させるための微細流路が複数形成されていることを特徴とするエレクトロスピニグ用ノズル。【選択図】  図１
2007303031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ブロック状体の上面に、溝状の熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽と、該熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽の一端部から導電性ブロック状体の一端部に至るリップ部が形成され、該リップ部に熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽から導電性ブロック状体の一端部に至る、熱可塑性樹脂溶媒溶液を溢流させるための微細流路が複数形成されていることを特徴とするエレクトロスピニグ用ノズル。
【請求項２】
複数の微細流路の長さ、断面形状及び断面積が略同一であることを特徴とする請求項１記載のエレクトロスピニグ用ノズル。
【請求項３】
微細流路の断面形状が半円形であり、その直径が０．２〜２．０ｍｍあることを特徴とする請求項１又は２記載のエレクトロスピニグ用ノズル。
【請求項４】
熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽の他端部略中央に熱可塑性樹脂溶媒溶液供給口が連通されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のエレクトロスピニグ用ノズル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のエレクトロスピニグ用ノズルの熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽に熱可塑性樹脂溶媒溶液を供給し、微細流路から熱可塑性樹脂溶媒溶液を溢流させると共に、上記エレクトロスピニグ用ノズルがプラス電極になり、エレクトロスピニグ用ノズルの下方に設置されたターゲットがマイナス電極になるように高電圧を印加することによりエレクトロスピニングすることを特徴とする微細熱可塑性樹脂繊維の製造方法。
【請求項６】
印加電圧が５〜１００ｋＶであることを特徴とする請求項５記載の微細熱可塑性樹脂繊維の製造方法。
【請求項７】
熱可塑性樹脂溶媒溶液の粘度が１０〜１０００ｃｐｓであることを特徴とする請求項５又は６記載の微細熱可塑性樹脂繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロスピニグ用ノズル及びそれを用いて溶液エレクトロスピニングにより微細熱可塑性樹脂繊維を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ナノファイバーと呼ばれる繊維径がナノオーダーの微細繊維は表面積が非常に大きく、電池セパレーター、電磁波シールド材、フィルター、人工皮革、人工血管、細胞培養基材、ＩＣチップ、有機ＥＬ、太陽電池等の用途に期待されている。
【０００３】
しかし、ナノファイバーは繊維径がナノオーダーと非常に細いため、普通の繊維を製造する紡糸方法では製造することができないので、最近、エレクトロスピニング法により製造することが盛んに研究されている。
【０００４】
エレクトロスピニング法としては、溶液エレクトロスピニング法が最も一般的であり、図４に示したように、保存タンク１０に熱可塑性樹脂を溶媒に溶解した熱可塑性樹脂溶媒溶液を収納し、保存タンク１０の底部に設けられたノズル１１から、熱可塑性樹脂溶媒溶液１４をターゲット１２に向けて垂らすと共にノズル１１がプラス電極になり、ターゲット１２がマイナス電極になるように高電圧発生器１３から５〜１００ｋＶの高電圧を印加する方法が知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。
【非特許文献１】加工技術  Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．２（２００５）１０１〜１０３
【非特許文献２】加工技術  Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３（２００５）１６７〜１７１
【０００５】
上記溶液エレクトロスピニング法において、ノズルの先端から１本の熱可塑性樹脂溶媒溶液をスプレーするのでは生産性が低いので、ノズル先端に多数の孔を形成し、多数本の熱可塑性樹脂溶媒溶液をスプレーして、一度に多数の微細繊維を製造することも検討されている。
【０００６】
しかしながら、ノズルの先端付近に形成した多数の孔から熱可塑性樹脂溶媒溶液をスプレーする場合、孔の形状、大きさが同一であっても、スプレーされた熱可塑性樹脂溶媒溶液の大きさがばらつき、その結果エレクトロスピニングされて得られた微細熱可塑性樹脂繊維の直径のばらつきがあるという欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、溶液エレクトロスピニング法によって均一な直径を有する微細熱可塑性樹脂繊維を得ることができるエレクトロスピニグ用ノズル及びそれを用いた微細熱可塑性樹脂繊維の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】
本発明のエレクトロスピニグ用ノズルは、導電性ブロック状体の上面に、溝状の熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽と、該熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽の一端部から導電性ブロック状体の一端部に至るリップ部が形成され、該リップ部に熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽から導電性ブロック状体の一端部に至る、熱可塑性樹脂溶媒溶液を溢流させるための微細流路が複数形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のエレクトロスピニグ用ノズルを図面を参照して説明する。図１は本発明のエレクトロスピニグ用ノズルの一例を示す平面図であり、図２は正面図であり、図３は図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１０】
図中１は、平面視略長方形（長さ６５ｍｍ、幅２５ｍｍ）の導電性ブロック状体であり、その上面に半円状（長さ５０ｍｍ、幅１２ｍｍ、深さ６ｍｍ）の熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２が形成されている。熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２より前方向（図１において下側）の導電性ブロック状体１には、熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２の前側端部から導電性ブロック状体１の前側端部に至るリップ部（長さ５０ｍｍ、幅６ｍｍ）３が水平に形成されている。
【００１１】
リップ部３には、熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２から導電性ブロック状体１の前方端部に至る、熱可塑性樹脂溶媒溶液を溢流させるための、断面半円状（直径１．０ｍｍ）の微細流路４、４・・が略５ｍｍ間隔に７本形成されている。
【００１２】
又、熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２より後方向（図１において上側）の導電性ブロック状体１には、熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２の略中央に位置するように熱可塑性樹脂溶媒溶液供給口５が貫通されている。尚、導電性ブロック状体１の後方側壁に突出部５１が形成され、導電性ブロック状体１に形成された熱可塑性樹脂溶媒溶液供給口５が連通するように貫通されており、この突出部５１に熱可塑性樹脂溶媒溶液を供給するパイプを接続することにより、熱可塑性樹脂溶媒溶液を熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２に供給可能になされている。
【００１３】
上記導電性ブロック状体１は、溶液エレクトロスピニング法によって微細熱可塑性樹脂繊維を製造する際にはプラス電極となるように高電圧が印加されるので導電性が優れている材料で形成されるのが好ましく、例えば、銅、鉄、ステンレススチール、金、銀、しんちゅう等が挙げられる。
【００１４】
熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２の形状は、溝状であれば特に限定されないが、熱可塑性樹脂溶媒溶液を貯留でき、且つ、熱可塑性樹脂溶媒溶液を各微細流路４、４・・を通って同一速度でリップ部３先端から下方に垂らすことができるのが好ましいので、樋状が好ましく、その前側端部とリップ部３の前側端部は略平行になされているのが好ましい。
【００１５】
微細流路４は熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２から溢れた熱可塑性樹脂溶媒溶液をリップ部３の前側端部から溢流させる流路であり、溢れでた熱可塑性樹脂溶媒溶液に高電圧を印加して溶液エレクトロスピニング法によって微細熱可塑性樹脂繊維を製造するのであるから、均一な太さの微細熱可塑性樹脂繊維を得るには各微細流路から溢れる熱可塑性樹脂溶媒溶液の量は同一が好ましい。
【００１６】
従って、各微細流路４、４・・の長さ、断面形状及び断面積が略同一であるのが好ましい。微細流路４の断面形状は、特に限定されず、例えば、半円形状、長円形状、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等が挙げられ、半円形状が好ましい。
【００１７】
又、微細流路４の幅は、狭くなると垂下される熱可塑性樹脂溶媒溶液が細くなりエレクトロスピニングできなくなったり、生産性が低下し、逆に広くなると熱可塑性樹脂溶媒溶液が太くなり、得られる熱可塑性樹脂繊維の直径が太くなるので、０．２〜２．０ｍｍが好ましい。微細流路４の長さ（リップ部３の幅）は、特に限定されないが、長くなると溶媒が蒸発し熱可塑性樹脂溶媒溶液を均一に溢流させにくくなるので、２０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３〜１０ｍｍである。
【００１８】
熱可塑性樹脂溶媒溶液供給口５は、熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２に熱可塑性樹脂溶媒溶液を供給しうる位置に形成されればよいが、高粘度の熱可塑性樹脂溶媒溶液であっても熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２に均一高さで熱可塑性樹脂溶媒溶液を供給しうるように、熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２の他端部（リップ部３の反対側）略中央に連通されているのが好ましい。
【００１９】
本発明の微細熱可塑性樹脂繊維の製造方法は、請求項１〜４のいずれか１項記載のエレクトロスピニグ用ノズルの熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽に熱可塑性樹脂溶媒溶液を供給し、微細流路から熱可塑性樹脂溶媒溶液を溢流させると共に、上記エレクトロスピニグ用ノズルがプラス電極になり、エレクトロスピニグ用ノズルの下方に設置されたターゲットがマイナス電極になるように高電圧を印加することによりエレクトロスピニングすることを特徴とする。
【００２０】
本発明で使用される熱可塑性樹脂は、溶媒に溶解できる熱可塑性樹脂であれば、特に限定されず、例えば、高密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、低密度ポリエチレン樹脂、線状低密度ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン−１共重合体、エチレン−ペンテン−１共重合体、エチレン−ヘキセン−１共重合体、エチレン−オクテン−１共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体等のオレフィン系樹脂；ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリブタジエン等が挙げられ、オレフィン系樹脂が好ましく、より好ましくはポリプロピレン樹脂である。
【００２１】
本発明で使用される溶媒は、上記熱可塑性樹脂を溶解しうる溶媒であれば特に限定されず、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ジメチルスルホアミド、テトラヒドロフラン、アセトン、酢酸エチル、Ｎ−ビニルピロリドン、クロロホルム、蟻酸等が挙げられる。
【００２２】
熱可塑性樹脂溶媒溶液の濃度は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂が溶媒に完全に溶解していないとエレクトロスピニングにより微細熱可塑性樹脂繊維が得られにくくなるので、一般に２〜２０重量％であり、好ましくは３〜１０重量％である。又、熱可塑性樹脂溶媒溶液の粘度は高くると熱可塑性樹脂溶媒溶液を微細流路から均一に溢流させにくくなるので、その粘度は１０〜１０００ｃｐｓが好ましく、より好ましくは５０〜５００ｃｐｓである。
【００２３】
本発明で使用されるターゲットは、高電圧を印加する際にマイナス電極になり、製造された微細繊維がその表面に堆積されるのであるから、導電性を有する板状体が好ましく、例えば、銅板、鉄板、ステンレススチール板、金板、銀板、しんちゅう板、アルミニウム板、これらの導電性板とアルミニウム箔の積層板等が挙げられる。又、連続的に微細繊維を得るには、上記導電性板をベルト化し、ロールで回転するようにしてもよい。
【００２４】
ターゲットはエレクトロスピニグ用ノズルの下方に設置されるが、ターゲットとエレクトロスピニグ用ノズルの間隔は近すぎると放電が起こり、微細流路４から垂下された熱可塑性樹脂溶媒溶液に電荷を負荷できなくなり、遠すぎると微細化された熱可塑性樹脂繊維がターゲットに付着しなくなるので５〜１５ｃｍが好ましい。
【００２５】
本発明においては、熱可塑性樹脂溶媒溶液供給口５から熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２に熱可塑性樹脂溶媒溶液が微細流路４の底より高くなり、同一高さを維持するように熱可塑性樹脂溶媒溶液を供給する。そうすると、熱可塑性樹脂溶媒溶液は微細流路４を通って微細流路４（リップ部３）の先端部から均一に溢流する。
【００２６】
この時、エレクトロスピニグ用ノズルがプラス電極になり、エレクトロスピニグ用ノズルの下方に設置されたターゲットがマイナス電極になるように高電圧を印加することにより、溢流した熱可塑性樹脂溶媒溶液にプラスの高電圧を与えると、熱可塑性樹脂溶媒溶液はエレクトスピニングされ、マイナスに帯電したターゲット表面にスプレーされる過程で微細繊維化する。
【００２７】
印加電圧は、低いと熱可塑性樹脂溶媒溶液が微細繊維化せず、高すぎるとノズルとターゲットの間で放電して熱可塑性樹脂溶媒溶液が微細繊維化しなくなるので５〜１００ｋＶが好ましく、より好ましくは１０〜５０ｋＶである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のエレクトロスピニグ用ノズルの構成は上述の通りであり、熱可塑性樹脂溶媒溶液を自重で複数の微細流路から溢流させるのであるから、各微細流路から溢流した熱可塑性樹脂溶媒溶液の量は同一であり、均一の太さの微細繊維を生産性よく容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３０】
図１〜３に示したエレクトロスピニグ用ノズルを使用した。ステンレススチール板よりなるターゲットをエレクトロスピニグ用ノズルの下方１０ｃｍの位置に設置した。エレクトロスピニグ用ノズルの熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２に熱可塑性樹脂溶媒溶液供給口５から熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽２に８０℃のポリプロピレンの熱キシレン溶液（濃度８重量％、粘度１００ｃｐｓ／８０℃）を溶液高さがリップ部３の高さになるように、０．０１ｃｍ3 ／分の速度で供給した。
【００３１】
ポリプロピレンの熱キシレン溶液が微細流路４から溢流し始めてから高電圧発生器によりエレクトロスピニグ用ノズルがプラス、ターゲットがマイナスになるように１３ｋＶの電圧を印加したところターゲット表面上に微細ポリプロピレン繊維が得られた。得られた微細ポリプロピレン繊維を電子顕微鏡で観察したところ、太さは１００ｎｍ〜１０μｍであり、長さは３ｃｍ以上であった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のエレクトロスピニグ用ノズルの一例を示す平面図である。
【図２】本発明のエレクトロスピニグ用ノズルの一例を示す正面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】従来の溶液エレクトロスピニグ法の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  導電性ブロック状体
２  熱可塑性樹脂溶媒溶液貯留槽
３  リップ部
４  微細流路
５  熱可塑性樹脂溶媒溶液供給口
【図１】
2007303031.tif 000003
【図２】
2007303031.tif 000004
【図３】
2007303031.tif 000005
【図４】
2007303031.tif 000006