(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維化された高分子の空中浮遊と溶媒による大気汚染とを一挙に解決するエレクトロスピニング法を提供する。【解決手段】エレクトロスピニング法は、上記目的を達成するために、スピニング溶液に溶解されている高分子材料に対して不溶で、絶縁性かつ無極性な浴液中に、前記スピニング溶液を静電噴霧することを特徴とする。また、エレクトロスピニング法を行うエレクトロスピニング装置であって、容器内に間隔を配して２つの電極が配置され、その一方にスピニング溶液を他方の電極に向かって噴霧する噴射口が形成してあり、これら両電極を浸漬するように浴液が前記容器内に貯留されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料を溶解したスピニング溶液を静電噴霧して、溶解された高分子材料を繊維化するエレクトロスピニング法であって、前記スピニング溶液に溶解されている高分子材料に対して不溶で、絶縁性かつ無極性な浴液中に、前記スピニング溶液を静電噴霧することを特徴とするエレクトロスピニング法。
【請求項２】
請求項１に記載のエレクトロスピニング法を実施する繊維製造装置であって、容器内に間隔を配して２つの電極が配置され、その一方にスピニング溶液を他方の電極に向かって噴霧する噴射口が形成してあり、これら両電極を浸漬するように前記浴液が前記容器内に貯留されていることを特徴とするエレクトロスピニング装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子材料を溶解したスピニング溶液を静電噴霧して、溶解された高分子材料を繊維化するエレクトロスピニング法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中で行われる通常のエレクトロスピニングでは、静電噴霧された溶液の溶媒が揮発すると同時に、残った物質が電界により伸長し繊維化する。これを対向電極に堆積させて回収する。生成した微細な繊維はすべてが対向電極に捕集されるわけではなく、一部は大気中に浮遊する。このような繊維状物質は人体に悪影響を与える可能性があり、浮遊繊維の除去が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はこのような問題を解決し、繊維化された高分子の空中浮遊と溶媒による大気汚染とを一挙に解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明１のエレクトロスピニング法は、上記目的を達成するために、スピニング溶液に溶解されている高分子材料に対して不溶で、絶縁性かつ無極性な浴液中に、前記スピニング溶液を静電噴霧することを特徴とする。
また、本発明２は、発明１のエレクトロスピニング法を行うエレクトロスピニング装置であって、容器内に間隔を配して２つの電極が配置され、その一方にスピニング溶液を他方の電極に向かって噴霧する噴射口が形成してあり、これら両電極を浸漬するように浴液が前記容器内に貯留されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、エレクトロスピニングを浴液中で行うために、電極に回収されない繊維は浴液中に浮遊して、大気中には放出されない。
また、従来では、スピニング溶液の溶媒は大気中に揮発していたので、環境衛生面からも、また経済面からも回収するのが望まれる。これに対して、浴液がスピニング溶液の溶媒に対して混合及び溶解しない場合は、溶媒を単独で回収し再利用することが容易になる。
この場合、溶媒の比重差により浴液の上面または下面に溜まるので、その回収は容易である。
例えば、浴液より比重が大きい場合は、容器の底面またはその近傍にドレン用コックを設けて、下部に貯まった溶媒をこのドレン用コックを開くことで容器外に回収することができる。
また、浴液より比重が小さい場合は、浴液の上方に溶媒が蓄積するので、容器の上方を閉止した密閉型の容器を用いることにより、大気中への溶媒の飛散を防止することが出来る。
この場合、浴液の上部にドレン用のコックを設け、貯まった溶媒をこのコックを開くことで容器外に回収することができる。
なお、溶媒と混合又は溶解することが容易な浴液を用いた場合でも、溶媒の大気中への揮発を防止し、作業後に浴液と溶媒液を分離することで溶媒を回収することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
浴液でエレクトロスピニングを行う場合でも、大気中の場合と同様、細管先端でテイラーコーンを生成する程度に電圧を印加してスピニング溶液を帯電させる。この際に、対向電極との間で放電させてはいけないので、浴液が絶縁性であることが必要である。また、浴液が分極すると電界をシールドするので無極性である必要がある。また、当然のことながら生成した繊維は、実施例１のように電極に堆積するか、あるいは実施例２のように溶液中に浮遊するので、これを回収するためには生成繊維が浴液に不溶でなければならない。
従って、本発明のエレクトロスピニングに用いる浴液として、（１）絶縁性であること、（２）無極性であること（３）繊維化したい物質が不溶であること、が必要である。
また、溶媒を単独で回収する場合は溶媒と混合及び溶解しないことが必要である。
このような条件を満たす浴液としては、実施例１に示す、液状高分子フッ化炭素の他、表１に示すものが使用可能である。
【０００７】
【表１】
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【実施例１】
【０００８】
本実施例で用いた実験装置を図１に示す。内径６ｃｍのガラス容器（１）に、浴液（２）を入れる。電極として、金属板（３）とステンレス細管（４）を用いた。容器底面に直径４ｃｍの金属板（３）を対向電極として設置する。先端が液面から１ｃｍ下になるように内径０．６６ｍｍのステンレスの細管（４）を垂直に固定する。ステンレスの細管と対向電極間は、高電圧直流電源（５）により電圧を印加できる。またステンレス細管には、微量定量ポンプ（６）を使って、スピニング溶液（７）を送るようにして、スピニング溶液の噴射口としてある。
本実施例では浴液（２）に、液状高分子フッ化炭素（商品名：フロリナートＦＣー４０）を用い、スピニング溶液（７）には、クロロホルムに重合度２８０，０００のポリスチレンを１５重量％溶解したものを用いた。
微量定量ポンプ（６）により、スピニング溶液（７）をステンレスの細管（４）に送りながら、ステンレスの細管と、対向電極（３）間に４ｋＶの直流電圧を印加する。
細管先端から送り出されるスピニング溶液（７）は、帯電しており静電反発によりジェットとなって飛び出して行き、大気中のエレクトロスピニングの場合と同様に、液状高分子フッ化炭素溶液の浴液（２）中で伸長して対向電極（３）に堆積する。
また溶媒（８）であるクロロホルムは、浴液（２）に不溶でかつ比重が小さいので、電極に到達した後または途中で、浴液（２）上部に移動する。またポンプ（６）による送液が早く、ステンレスの細管（４）から過剰に押し出されたスピニング溶液（７）は、比重差により浴液（２）の表面に浮かんだ。
図２および図３に約８分間の実験の後の対向電極（３）に堆積して回収された繊維の光学顕微鏡写真およびＳＥＭ写真を示す。ＳＥＭ写真では、繊維の太さにややばらつきがあるのがわかるが、ビーズのないきれいに伸長した繊維が得られた。
【実施例２】
【０００９】
スピニング溶液（７）に、クロロホルムに重合度２８０，０００のポリスチレンを２５重量％溶解したものを用いた場合を本実施例として示す。その他は前記実施例１と同様とする。
ステンレスの細管（４）と、対向電極（３）間に９ｋＶを印加して約４分間実験を行った。この時生成した繊維は、電極（３）に付着せずに、浴液（２）の中で３次元的なネットを形成していた。
実験終了後に網ですくい取り乾燥したものの写真を図４に示す。繊維の径は数十μｍと太くなった。電極に付着しない状態では、静電反発により相互に付着しなかったが、乾燥状態になっても、綿のような状態が保たれた。
【実施例３】
【００１０】
浴液（２）中で行うエレクトロスピニングで、溶媒（８）の回収例を図５に示す。
ただしここでは、溶媒（８）の比重が浴液（２）より小さいとして記述した。
溶媒（８）は、浴液（２）の上部に溜まるので、上部に溶媒（８）のドレン用コック（９）を設けておき、溶媒回収用ポンプをドレン用コック（９）の先に設置して適宜作動させること、あるいは自然流下により系外に取り出すことができる。また溶媒（８）が室温でも容易に揮発する場合には、密閉容器（１０）を用いると、上記と同様に溶媒回収用ポンプを適宜作動させることで回収できる。
さらには、浴液（２）および溶媒（８）と相互に不溶であり、かつ溶媒よりも軽い不揮発性の液体（１１）があれば、それで予め絶縁性溶液の液面を覆っておけば、容器を密閉する必要はなくなる。
溶媒（８）の比重が浴液（２）より大きい場合には、溶媒が絶縁性溶液の下部に溜まるので、ドレン用コックを容器（１）の下部又は底部に取り付けると、溶媒の回収は可能である。
なお、浴液として、溶媒が可溶なものを用いた場合は、従来周知の分離方法により、分離することが可能である。
この場合、浴液に求められる絶縁性、無極性及び繊維に対する不溶性が、製造中に損なわれないように、注入するスピニング溶液に対して圧倒的に多量の浴液を使用する必要がある。
【実施例４】
【００１１】
アセトンに酢酸セルロースを２０重量％溶解したスピニング溶液を用いて，セルロースアセテートの繊維を作製した例を示す。なお，用いた酢酸セルロースの重合度は約３万で，浴液には液状高分子フッ化炭素を用いている。
アセトンの比重は０．７９と，クロロホルムの１．４８に比べてかなり軽いため，スピニング溶液の比重も，実施例１，２の場合に比べて小さい。このため，比重が１．８７の浴液中でスピニング溶液を下向きに噴射しても，下部の対向電極に届かずに上部に浮かぶ。
そこで，図６に示すようにステンレス細管を上向きにし，下方から浴液上部の対向電極に液が噴出するようにした。
実施例１，２と同様の手順で，電極間距離を１０ｃｍにして，１０ｋＶを印加して実験を行った。終了後に対向電極を図７に示すような繊維が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明は、繊維化された高分子の空中浮遊と溶媒による大気汚染とを一挙に解決することを目的としたエレクトロスピニング法とそれを実施する繊維製造装置に関するものであり、現在考えられているエレクトロスピニング法により作成される繊維、およびその集積体である不織布の応用分野がそのまま利用可能な分野として挙げられる。
具体的には、生体材料分野では細胞培養基材、外傷皮膚の被覆材や人工皮膚、手術用縫合糸、薬剤含有ナノカプセル等、機能性材料分野としては各種フィルター、イオン交換膜、触媒の分散母材、各種センサー、電磁波シールド等が挙げられる。また本来の繊維の用途として、直接成形される衣服等も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】溶液中のエレクトロスピニング装置の模式図
【図２】溶液中のエレクトロスピニングで作製した繊維の光学顕微鏡写真
【図３】溶液中のエレクトロスピニングで作製した繊維のＳＥＭ写真
【図４】溶液中のエレクトロスピニングで作製した繊維の写真
【図５】溶媒の回収方法の例を示す模式図
【図６】実施例４のエレクトロスピニング装置の模式図
【図７】実施例４で得られた繊維のＳＥＭ写真
【符号の説明】
【００１４】
１    容器
２    浴液
３    対向電極
４    ステンレス細管
５    高電圧直流電源
６    微量定量ポンプ
７    スピニング溶液
８    溶媒
９    ドレン用コック
１０  密閉容器
１１  不揮発性液体
【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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【図６】
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【図７】
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