(57)【要約】【課題】  ナノファイバーからなるナノファイバー部材を製造する方法として、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式とＥＳＤ方式が用いられてきた。しかし、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式およびＥＳＤ方式により生成したナノファイバーでナノファイバー抗菌機能製品として各種用途に使用するには不十分で、新規な製造方法によるナノファイバーによりナノファイバー抗菌機能製品を製作することが望まれていた。【解決手段】本発明は溶融型メルトエアースピニング方式により生成した抗菌剤を混入したナノファイバーから抗菌機能を備えたナノファイバー部材を形成し、このナノファイバー部材でナノファイバー抗菌機能製品を生成したことである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を溶融した溶融ポリマーを吐出する噴出ノズルおよび噴出ノズルから吐出する溶融ポリマーを延伸するために使用される高速高温エアーを発生するエアーノズルとから構成し、高速エアーを高温に加熱することで体積を膨張させて高速高温エアーを作り、この高速高温エアーの流れに溶融ポリマー溶液を乗せることで延伸させてナノファイバーを生成するようにした溶融型メルトエアースピニング方式によるナノファイバーの製造方法において、前記溶融ポリマー溶液に抗菌剤を混入したナノファイバーから構成したことを特徴とする抗菌機能を備えたナノファイバー部材。
【請求項２】
抗菌剤を混入したナノファイバーからシート形状または不織布形状または綿形状に構成したことを特徴とする請求項１の抗菌機能を備えたナノファイバー部材。
【請求項３】
抗菌剤はホタテ粉などの天然抗菌剤または銀ゼオライトなどの無機系金属のいずれか単独または混合で使用されることを特徴とする請求項１の抗菌機能を備えたナノファイバー部材。
【請求項４】
シート形状の抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、エビなどの閉鎖循環式陸上養殖場の浄化に使用したことを特徴とするナノファイバー抗菌機能製品。
【請求項５】
不織布形状の抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、マスクやガーゼ、包帯などの医療用材あるいは、おむつや生理用品などの衛生材料用品に使用したことを特徴としたナノファイバー抗菌機能製品。
【請求項６】
綿形状の抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、水槽の浄化用品、防寒肌着などの衣料用材または布団などの寝具用材などの材料用品に使用したことを特徴としたナノファイバー抗菌機能製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は新規な溶融型メルトエアースピニング方式により生成した抗菌機能備えたナノファイバー部材を使用して各種用途に適合したナノファイバー抗菌機能製品を提供しょうとしたものである。
【背景技術】
【０００２】ナノファイバーを含んだナノファイバー構造体は、衣料、電気、自動車、医療、建材などの様々な分野で用いられており、近年、ナノファイバー構造体の用途の多様化により、より繊維径の小さいナノファイバーが求められている。【０００３】  特に、繊維径の小さいナノファイバーを用いたナノファイバー構造体は、表面積が大きいこと、空間率が高いこと、孔径が小さいこと、通気性が高いこと、且つ流体透過速度が速いことなどの特徴を持つため、フィルタ分野、衣料分野、医療材料分野、バイオテクノロジー分野、自動車分野、建材分野などの特殊分野への開発が盛んに行われている。【０００４】  そして、ナノファイバーを含んだナノファイバー構造体を製造する方法としては、主にメルトブローン（Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ）方式と電界紡糸（ＥＳＤ）方式が用いられている。【０００５】  しかしながら、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式は、熱風を左右からノズル先端でぶつかり圧縮するような形状になっているため、機械的な圧縮膨張の振動が発生し、繊維が短繊維となる。また、高温気体の速度を増していくと機械振動の周期が速くなり最後には溶融ポリマーが微細の粒子に破砕し繊維化ができない。このため、高温気体の速度を高くすることができない。そして、高温気体の高速化ができないことから、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式では１μｍ以下のナノファイバー化が難しい上、１ノズル当たりの繊維が大量生産できない問題があった。【０００６】  さらに、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式でナノファイバーが生産できない理由としては、エアーの吐出部が大きく開口しているために高速気体の速度を上げることができないことが上げられる。【０００７】  一方、ＥＳＤ方式は１本のキャピラリの先からは、微量のナノファイバーしか製造されない。そのため、キャピラリを大量装備して、多数のキャピラリから静電噴霧するという単純な構成で大量生産を目出すといった方法がこれまで実施されているが、このような多数のキャピラリを使用する方法は電界干渉を避けるために広大なスプレー面積を必要としメンテナンスが非常に難しい。【０００８】  また、ＥＳＤ方式で生成したナノファイバーの品質の問題では、狭空間でＥＳＤ方式を使用してナノファイバーを大量生成する場合、ポリマー溶液が繊維化せずに、液滴や玉状の物質が基盤上に付着する。そして、液滴や玉状の物質は材料利用効率を著しく下げ、出来上がったナノファイバー層の目詰まりを起こしたりする原因となるため、ナノファイバー層の機械的特性を大きく損ない好ましいナノファイバー構造体を得られなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  そこで本発明はこれらの問題を解決しょうとしたもので、本発明の第１の目的は、抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、エビの閉鎖循環式陸上養殖場で水中あるいは水底に溜まる死骸、排泄物などを浄化し、エビの生育環境を適切に維持しょうとしたものである。【００１０】  本発明の第２の目的は、抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、マスクやガーゼ、包帯などの医療用材あるいは、おむつや生理用品などの衛生材料用品に利用ししょうとしたものである。【００１１】  本発明の第３の目的は、抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、水槽の浄化用品、防寒肌着などの衣料用材または布団などの寝具用材などに利用しようしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明の第１の解決手段は、溶融型メルトエアースピニング方式により生成した抗菌剤を混入したナノファイバーから抗菌機能を備えたナノファイバー部材を形成したことである。【００１３】  本発明の第２の解決手段は、抗菌機能を備えたナノファイバー部材をシート形状または不織布形状または綿形状に形成したことである。【００１４】  本発明の第３の解決手段は、シート形状の抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、エビなどの閉鎖循環式陸上養殖場の浄化に使用できるナノファイバー抗菌機能製品を生成したことである。【００１５】  本発明の第４の解決手段は、不織布形状の抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、マスクやガーゼ、包帯などの医療用材あるいは、おむつや生理用品などの衛生材料用品に使用できるナノファイバー抗菌機能製品を生成したことである。【００１６】  本発明の第５の解決手段は、綿形状の抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して、水槽の浄化用品、防寒肌着などの衣料用材または布団などの寝具用材などの材料用品に使用できるナノファイバー抗菌機能製品を生成したことである。【００１７】  ここで、溶融型メルトエアースピニング方式によるナノファイバーの製造方法は高速エアーを高温に加熱することで体積を膨張させて高速高温エアーを作り、この高速高温エアーの流れに熱可塑性樹脂を溶融した溶融ポリマー溶液を乗せることで延伸させてナノファイバーを生成するようになっている。【００１８】  溶融型メルトエアースピニング方式に使用するナノファイバーの素材である熱可塑性樹脂は、ポリエステルやポリアミド、ポリオレフイン、ポリウレタン（ＰＵ）などが挙げられる。ポリエステルとしてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などが挙げられる。また、ポリアミドとしてはナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン１１（Ｎ１１）などが挙げられる。ポリオレフインとしてはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。【００１９】  溶融型メルトエアースピニング方式により生成したナノファイバーから構成した抗菌機能を備えたナノファイバー部材について説明する。
（１）溶融型メルトエアースピニング方式は、これまでのＥＤＳ方式に比べて高電圧を使用しないため、安全性が高く生産場所の温度湿度による放電の影響を受けない。さらに、これまで実現不可能であったナノファイバー径が２００ｎｍ以下の３次元構造を作成することができる。このことによってナノファイバーの細線化による性能向上への道を開くことができた。また、ＥＳＤ方式の大きな問題であった液滴の発生を抑えることが可能である。電界干渉がなく、生産量も飛躍的に増大する。
（２）溶融型メルトエアースピニング方式で作成したナノファイバーの特徴は電界紡糸法に比べて大きな特徴を有している。それは、電界紡糸法で作成すると繊維径が１００ｎｍ近くになると平面的にナノファイバーの膜が形成される。
これに比べて溶融型メルトエアースピニング方式で作成したものは嵩高く層状になって形状に形成される。そのために、以下に示す利点を有する。
１．嵩高く層状になっているため、抗菌の寿命が長い。
２．嵩高く層状になっているため、抗菌の効率が高い。
３．嵩高く層状になっているため、抗菌の吸着量が多い。
これは、高電圧を使用しない溶融型メルトエアースピニング方式ではサブストレートにソフトに着地するため層状になる。また繊維径が４００ｎｍ以下になると分子間力が強くなるなどの要因で菌がナノファイバー部材の隙間で捕獲するのではなく繊維に吸着される特徴を持つようになる。これによって、効率が高く、寿命が長く菌の吸着量が多いナノファイバー部材を作成することが可能となる。
これまで、ナノファイバーを利用しょうとした場合でも繊維径が４００ｎｍ以下の場合、効果がでなかったが、溶融型メルトエアースピニング方式で作成することで繊維径が更に細いナノファイバーであっても嵩高いナノファイバー部材を形成することができることで、より細かい菌の吸着が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】  溶融型メルトエアースピニング方式により生成したナノファイバーを使用したナノファイバー部材は次のような効果が得られる。
１．高速高温エアーだけを使用し高電圧を使用しないことから、電荷干渉が起きない。その結果、
イ．マルチノズル化が簡単。
ロ、ナノファイバー空間を導体で構成できるため静電気の除去が不要である。
ハ、大量生産が可能である。
２．３次元構造を持つナノファイバー部材が生成できる。その結果、ナノファイバー部材に使用した場合
イ．抗菌の寿命が長い。
ロ．抗菌の効率が高い。
ハ．抗菌の吸着量が多い。
３．構造が簡単になることから、
イ．メンテナンスフリー。
ロ．安価。
４．熱可塑性樹脂の場合、
イ．高温エアーにて粘度を下げ細線化が可能となる。
ロ．ポリマー溶液を加熱することで、同一繊維径を得るのに溶融濃度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】溶剤溶融型メルトエアースピニング方式により生成した抗菌剤を混入したナノファイバーから構成した抗菌機能を備えたナノファイバー部材の製造装置。
【図２】シート形状のナノファイバー抗菌機能製品を示す図。
【図３】シート形状のナノファイバー抗菌機能製品を使用して養殖場に敷き詰めた図。
【図４】不織布形状のナノファイバー抗菌機能製品をマスクに使用した図。
【図５】綿形状のナノファイバー抗菌機能製品を水槽の浄化用品として使用した図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】  以下、溶融型メルトエアースピニング方式は溶剤溶融型メルトエアースピニング方式と加熱溶融型メルトエアースピニング方式の２つがあるが、本実施例では、溶剤溶融型メルトエアースピニング方式を取り上げ、溶剤溶融型メルトエアースピニング方式により生成した抗菌剤を混入したナノファイバーを使用した抗菌機能を備えたナノファイバー部材について図１を参照して説明する。
【００２３】  １は熱可塑性樹脂を溶媒にて膨潤した溶融ポリマーを吐出する噴出ノズル、２は噴出ノズル１から吐出する溶融ポリマーを延伸するために使用される高速高温エアーを発生するエアーノズル、３は溶融ポリマーを吐出する噴出ノズルからナノファイバー４を拡散することを防ぐためのガイドボックスである。５は溶融ポリマーを吐出する噴出ノズル１から発生した抗菌剤を混入したナノファイバー４を吸引する吸引ボックスである。吸引ボックス５内にはファン６が取り付けられている。７は噴出ノズルから発生した抗菌剤を混入したナノファイバー４を生成した際、発生する有機溶剤を含んだガスを清浄化して排気できるようにしたスクラバまたはケミカルフィルタである。８はナノファイバー基材９が巻回されて回転自在に支持されているナノファイバー基材供給ロールである。１０はナノファイバー基材９の操出リールである。吸引ボックス５には切り欠き１１、１２が設けられ、その間隙にナノファイバー基材９が通過するように形成されている。さらに、ガイドボックス３には開口部１３が形成され、この開口部１３を通じて抗菌剤を混入したナノファイバー４が捕集され、ナノファイバー基材９に連続的に積層されるようになっている。そして、積層されたナノファイバー基材９は熱圧着ローラ１４で抗菌剤を混入したナノファイバー４と一体化され抗菌機能を備えたナノファイバー部材１５としてナノファイバー部材巻き取りロール１６で巻き取られる。
【００２４】  そして、抗菌機能を備えたナノファイバー部材はシート形状または不織布形状または綿形状に形成され、下記実施例に述べるようなナノファイバー抗菌機能製品として各種用途に使用される。
【実施例１】
【００２５】  シート形状のナノファイバー抗菌機能製品の代表例として、エビなどの閉鎖循環式陸上養殖場の浄化に使用した例について説明する。【００２６】  従来、エビなどの閉鎖循環式陸上養殖場においては、エビなどの養殖魚介類の死骸や残餌、飼料の過剰供給により、海底には多量の有機物を含むヘドロ化した底泥が堆積し、赤潮や青潮の発生原因となり漁場に大きな被害を与えてエビなどの養殖魚介類の生育不良、さらに有病率、死亡率が増大し生産量が減少し問題となっている。この対策として、海底からヘドロを汲み上げたり、海底ヘドロの上部に砂を散布する工法、貧酸素水域に空気を吹き込むバッキ工法などが実施されているが、ヘドロの処分、砂の施工の確保や手間、エネルギーの消費量などの問題点が多くあった。さらに、セメントと石炭灰と骨材とを固化させたコンクリートブロックを海底に敷き詰める工法が考えられているが、コンクリートブロック場合取り替えることが難しくコンクリートブロックの寿命で同じ養殖場が使用できないといった懸念があった。【００２７】  そこで、本発明はエビなどの閉鎖循環式陸上養殖場に図２のようなシート形状のナノファイバー抗菌機能製品２０を使用してエビなどの閉鎖循環式陸上養殖場の浄化を行おうとしたものである。ここで使用するシート形状のナノファイバー抗菌機能製品２０は、ポリプロピレンあるいはポリエチレンの熱可塑性樹脂を、抗菌剤としてホタテ粉を使用して、溶剤溶融型メルトエアースピニング方式で繊維径が１０ｎｍ〜１μｍのナノファイバーからなる薄い層を積層して製作した超撥水性で且つ抗菌機能を備えたナノファイバー部材２１から構成されている。２２はナノファイバー部材２１同志の接合部で、２３はシート形状のナノファイバー抗菌機能製品２０の上に被せた砂を示したものである。【００２８】  図３は、以前使用された閉鎖循環式陸上養殖場のエサや死骸が積もった腐敗砂層を除去後、ホタテ粉などの天然抗菌剤を含浸させたナノファイバー抗菌機能製品２０を敷き詰め、その上に砂２３を掛けることで腐敗砂層と分離した状態を示している。【００２９】  上記のように、ナノファイバー抗菌機能製品２０は、ホタテ粉を含浸しており且つ比表面積が非常に大きいため強力な抗菌効果を発生する。これによって新たに加えた砂層に腐敗砂層に残っているエサや死骸の腐敗菌が侵入するのを防止することが可能となる。このように、ナノファイバー抗菌機能製品２０によって腐敗砂層と縁切りができ、閉鎖循環式陸上養殖場の浄化を可能としたものである。【００３０】  さらに、エビなどの閉鎖循環式陸上養殖場にシート形状のナノファイバー抗菌機能製品２０を使用することによって下記のような利点をもたらすものである。
１．閉鎖循環式陸上養殖場は、閉鎖した設備の中で養殖をするため、赤潮、ウイルス、魚、天候などの外的要因を受けにくい。
２．濾過設備により、大量の養殖が可能である。（対海水重量比最大８％の魚介類が飼育できる。）
３．年間を通じて水温を調整できるので、養殖期間が短くなり生産性が高い。（トラフグの場合、約１年で約１ｋｇの成長が可能。）また、出荷時期についても調整が可能である。
４．陸上養殖のため飼育作業の負担が少ない。
５．管理体制が確立し履歴が確実に残すことができるので、トレーサビリティ（追跡調査）がかのうである。
６．水流、照度、水中音、水温の制御により、養殖魚のストレスを軽減できる。ストレス軽減の結果、トラフグなどは尾ひれの欠損も少なく、歯切作業などの負担も軽減できる。
７．ナノファイバー抗菌機能製品は嵩高く層状になっているため、抗菌の吸着量が多いため、寿命が長い上、抗菌の効率が高い。
【実施例２】
【００３１】  不織布形状のナノファイバー抗菌機能製品の代表例として、マスクに使用した例について説明する。【００３２】  マスクで細菌やウイルスなどの吸入を防ぐために、マスクを装着するのが一般的であるが、マスクには抗菌機能を備えていないため、一旦マスクに細菌やウイルスが付着してしまうと、その細菌やウイルスがマスクを通過して吸入してしまうといった懸念があった。そこで、抗菌機能を持たせたマスクが種々検討されてきたが、抗菌剤を添着したりするため、吸入に支障が出てしまい汎用性の商品化には至っていない。【００３３】  そこで、本発明は上記のような問題点を解決したもので、図４を参照して説明する。３０は不織布形状のナノファイバー抗菌製品で、抗菌剤としてホタテ粉を使用して、溶剤溶融型メルトエアースピニング方式または加熱溶融型メルトエアースピニング方式で繊維径が１０ｎｍ〜１μｍのナノファイバーからなる薄い層を積層して製作した抗菌機能を備えたナノファイバー部材３１から構成されている。【００３４】  そこで、不織布形状のナノファイバー抗菌機能製品３０は、上記のような抗菌機能を有した形状となっているので、マスクを介して吸入した際、マスクに付着した細菌やウイルスの繁殖を抑え、常にマスクの衛生状態を保つことができる。さらに、抗菌機能を備えたナノファイバー部材３１はナノファイバーから構成されていることからナノファイバー自身のスリップフロー効果で流体の流れが抵抗なく良くなり低い圧力損失になるため吸気に付加がかかることなくスムーズに吸入することができる。また、ナノファイバーよりなる緻密な高密度捕捉機能を備えてナノファイバー層から構成されているので、高効率の機能が発揮され細菌やウイルスが確実に捕捉される。さらに、嵩高く層状になっているため、細菌やウイルスの保持量が多くマスクの寿命が長い。
【実施例３】
【００３５】  綿形状のナノファイバー抗菌機能製品の代表例として、水槽の浄化用品に使用した例について説明する。【００３６】貯留する水槽内の水を長期にわたって繰り返し使用していると、バクテリヤや微生物が繁殖する恐れがあるため、定期的もしくは随時水槽を浄化している。しかし、水槽の浄化には水を入れ替えたり、オゾン処理をしたり、薬剤を投入したりして、かなりの手間、時間その上費用がかかり好ましい簡便に浄化できる手段が望まれていた。【００３７】  そこで、図５に示すように、４０は抗菌剤としてホタテ粉を使用して、溶剤溶融型メルトエアースピニング方式または加熱溶融型メルトエアースピニング方式で繊維径が１０ｎｍ〜１μｍのナノファイバーからなる薄い層を積層して製作した抗菌機能を備えたナノファイバー部材４１から構成した綿形状のナノファイバー抗菌機能製品４０で、このナノファイバー抗菌機能製品４０を水槽４３内に投入するだけで、水槽内に発生するバクテリヤや微生物が繁殖を抑え、長期にわたって清浄な水槽として使用できるようにしたものである。さらに、抗菌機能を備えたナノファイバー部材４１はナノファイバーから構成されていることからナノファイバー自身のスリップフロー効果で流体の流れが抵抗なく良くなり綿形状の奥まで吸着でき寿命の長い水槽の浄化用品となる。【００３８】  なお、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、また前記実施形態においては、断熱材、吸音材、農業用資材、除草用シートにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】  ナノファイバーを含んだナノファイバー部材を製造する方法としては、主にＭｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式とＥＳＤ方式が用いられてきた。しかし、それぞれ十分満足するものでなく改善が望まれている。そこで、種々の研究の末、新規な溶融型メルトエアースピニング方式により生じた抗菌機能を備えたナノファイバー部材を使用して各種用途に適合したナノファイバー抗菌機能製品を提供しょうとするもので、本発明は産業上極めて利用価値の高いものである。
【符号の説明】
【００４０】１・・・噴出ノズル      ２・・・エアーノズル    ３・・・ガイドボックス
４・・・ナノファイバー  ５・・・吸引ボックス    ６・・・フアン
７・・・スクラバまたはケミカルフィルタ
８・・・ナノファイバー基材供給ロール
９・・・ナノファイバー基材      １０・・・操出リール
１１、１２・・・切り欠き    １３・・・開口部    １４・・・熱圧着ローラ
１５・・・ナノファイバー部材  １６・・・ナノファイバー部材巻取りロール
２０・・・シート形状のナノファイバー抗菌機能製品
２１・・・抗菌機能を備えたナノファイバー部材
２２・・・ナノファイバー部材同志の接合部    ２３・・・砂
３０・・・不織布形状のナノファイバー抗菌機能製品
３１・・・抗菌機能を備えたナノファイバー部材
４０・・・綿形状のナノファイバー抗菌機能製品
４１・・・抗菌機能を備えたナノファイバー部材
４２・・・水槽
【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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