(57)【要約】【課題】  エレクトロデポジション法において、配向性を有すると共に高強度の高分子ウェブをより簡便に製造することが可能な手段の提供。【解決手段】  高分子液体媒体供給部と飛翔高分子受取部との間に電圧を印加してこれら両部間の空間に電界を形成し、前記高分子液体媒体供給部から前記飛翔高分子受取部に向けて前記高分子液体媒体を供給することにより、前記飛翔高分子受取部上で、前記飛翔高分子を少なくとも一部として含む高分子ウェブを形成させるエレクトロデポジション装置において、前記飛翔高分子受取部は、中心軸回りに回転可能な円筒状電極であると共に、前記装置は、前記円筒状電極を前記中心軸回りに回転させる回転駆動手段を更に有することを特徴とするエレクトロデポジション装置。【選択図】  図１
2009024290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子液体媒体供給部と飛翔高分子受取部との間に電圧を印加してこれら両部間の空間に電界を形成し、前記高分子液体媒体供給部から前記飛翔高分子受取部に向けて前記高分子液体媒体を供給することにより、前記飛翔高分子受取部上で、前記飛翔高分子を少なくとも一部として含む高分子ウェブを形成させるエレクトロデポジション装置において、
前記飛翔高分子受取部は、中心軸回りに回転可能な円筒状電極であると共に、
前記装置は、
前記円筒状電極を前記中心軸回りに回転させる回転駆動手段を更に有する
ことを特徴とするエレクトロデポジション装置。
【請求項２】
前記装置は、
前記円筒状電極の表面線速度が前記高分子液体媒体の吐出速度よりも大きくなるよう、前記高分子液体媒体供給部及び／又は前記回転駆動手段を制御する、相対速度制御手段を更に有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
高分子液体媒体供給部と飛翔高分子受取部との間に電圧を印加してこれら両部間の空間に電界を形成し、前記高分子液体媒体供給部から前記飛翔高分子受取部に向けて前記高分子液体媒体を供給することにより、前記飛翔高分子受取部上で、前記飛翔高分子を少なくとも一部として含む高分子ウェブを形成させる工程を含む高分子ウェブの製造方法において、
前記飛翔高分子受取部として中心軸回りに回転可能な円筒状電極を使用すると共に、
前記円筒状電極を前記中心軸回りに回転させながら、前記高分子液体媒体供給部から前記高分子液体媒体を前記円筒状電極に向けて吐出させる工程を含む
ことを特徴する方法。
【請求項４】
前記工程において、前記円筒状電極の表面線速度を前記高分子液体媒体の吐出速度よりも大きくする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記円筒状電極の表面線速度が１ｍ／ｓ以上である、請求項３又は４記載の方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項記載の方法により製造された高分子ウェブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロデポジション法（エレクトロスピニング法）による、配向性を有すると共に高強度である高分子ウェブの製造方法、前記製造方法により得られる高分子ウェブ、前記製造方法が実施可能であるエレクトロデポジション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単繊維の直径がナノオーダーの繊維からなる高分子ウェブを作製するのに使用されている一般的な方法として、エレクトロスピニング法が知られている。この方法では、ポリマー溶液を調製した後、ポリマー溶液に高電圧を印加して口金から押し出し、極細な繊維を形成する。当該方法により、一般的には数百ｎｍレベルの繊維径の高分子ウェブを製造することができる。また、エレクトロスピニング法による高分子ウェブの製造方法については、マルチノズル式の連続製造方法も知られている。これは高分子溶液タンクからマルチノズルにポンプで溶液を供給し、ノズル−適用対象物間に電圧を印加し、適用対象物に高分子ウェブを適用する方法である（特許文献１）。
【０００３】
ここで、近年、この高分子ウェブは、半導体基板上の電線・発光体用電子銃等のエレクトロニクス分野、高性能フィルタ等の環境分野、傷口保護材や人工臓器等のメディカル分野への応用に期待されている。しかしながら、特許文献１を含め、従来の方法により得られる高分子ウェブは、適用される用途に求められる十分な強度を有していない場合があり、当該用途への適用が妨げられているという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献２では、繊維シートの強度を向上させるべく、エレクトロデポジション法によって形成した高分子ウェブを一方向に延伸処理し、延伸方向に繊維を再配列させた高分子ウェブの製造方法が開示されている。具体的には、｛（繊維のガラス転移温度）−３０｝℃〜（繊維のガラス転移温度）℃の範囲内での温度下で当該延伸処理を実施するというものである。
【特許文献１】特開２００２−２０１５５９号公報
【特許文献２】特開２００５−９７７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に方法により高強度の繊維シートを製造する場合、高分子溶液の吐出工程と延伸処理工程とを別個に実施する必要があることに加え、当該延伸処理工程が再加熱を伴う工程であるため、製造上面倒であるという問題がある。そこで、本発明は、配向性を有すると共に高強度の高分子ウェブをより簡便に製造することが可能な手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明（１）は、高分子液体媒体供給部（吐出部１００）と飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）との間に電圧を印加してこれら両部間の空間に電界を形成し、前記高分子液体媒体供給部（吐出部１００）から前記飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）に向けて前記高分子液体媒体を供給することにより、前記飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）上で、前記飛翔高分子を少なくとも一部として含む高分子ウェブを形成させるエレクトロデポジション装置において、
前記飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）は、中心軸回りに回転可能な円筒状電極（コレクタ電極１１１）であると共に、
前記装置は、
前記円筒状電極（コレクタ電極１１１）を前記中心軸回りに回転させる回転駆動手段（回転モータ１１２）を更に有する
ことを特徴とするエレクトロデポジション装置（エレクトロデポジション装置Ａ）である。
【０００７】
本発明（２）は、前記装置は、
前記円筒状電極（コレクタ電極１１１）の表面線速度が前記高分子液体媒体の吐出速度よりも大きくなるよう、前記高分子液体媒体供給部（吐出部１００）及び／又は前記回転駆動手段（回転モータ１１２）を制御する、相対速度制御手段（相対速度制御手段１３０）を更に有する、発明（１）の装置（エレクトロデポジション装置Ａ）である。
【０００８】
本発明（３）は、高分子液体媒体供給部（吐出部１００）と飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）との間に電圧を印加してこれら両部間の空間に電界を形成し、前記高分子液体媒体供給部（吐出部１００）から前記飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）に向けて前記高分子液体媒体を供給することにより、前記飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）上で、前記飛翔高分子を少なくとも一部として含む高分子ウェブを形成させる工程を含む高分子ウェブの製造方法において、
前記飛翔高分子受取部（コレクタ電極部１１０）として中心軸回りに回転可能な円筒状電極（コレクタ電極１１１）を使用すると共に、
前記円筒状電極（コレクタ電極１１１）を前記中心軸回りに回転させながら、前記高分子液体媒体供給部（吐出部１００）から前記高分子液体媒体を前記円筒状電極（コレクタ電極１１１）に向けて吐出させる工程を含む
ことを特徴する方法である。
【０００９】
本発明（４）は、前記工程において、前記円筒状電極（コレクタ電極１１１）の表面線速度を前記高分子液体媒体の吐出速度よりも大きくする、発明（３）の方法である。
【００１０】
本発明（５）は、前記円筒状電極（コレクタ電極１１１）の表面線速度が１ｍ／ｓ以上である、発明（３）又は（４）の方法である。
【００１１】
本発明（６）は、発明（３）〜（５）のいずれか一項記載の方法により製造された高分子ウェブである。
【００１２】
ここで、本特許請求の範囲及び本明細書中の各用語の定義を記載する。まず、「高分子液体媒体」とは、高分子を含有する液体媒体である限り特に限定されず、高分子溶液、高分子分散液、高分子溶融液のいずれをも包含する。「飛翔高分子」とは、高分子液体媒体供給部から供給された高分子液体媒体に由来した飛翔体である限り特に限定されず、液状であっても、或いは、飛翔中に溶媒が揮発する等の理由で高分子が乾燥形態になったもののいずれをも包含する。「飛翔高分子を少なくとも一部として含む高分子ウエブ」とは、飛翔高分子のみから構成される高分子ウエブでも、他の基材（例えば、繊維、フィルム等）と飛翔高分子との複合体（例えば、飛翔高分子が他の基材上に付着したもの）であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高分子液体媒体の吐出工程と延伸処理工程とを別個に実施することなく、配向性を有すると共に高強度の高分子ウェブをより簡便に製造することが可能であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の最良形態を説明する。尚、本発明の技術的範囲は本最良形態に限定されるものではない。具体的には、以下の最良形態では、高分子液体媒体として高分子溶液を例に採る等、用語を限定的に使用しているが、本発明の技術的範囲は当該限定的用語に限定されるものではない。
【００１５】
装置構成
図１は、本最良形態に係るエレクトロデポジション装置の一態様を示した図である。ここで、エレクトロデポジション装置Ａは、高分子溶液を後述するコレクタ電極１１１に向けて吐出するための吐出部１００と、当該吐出部１００と対向した位置に配されたコレクタ電極部１１０と、当該吐出部１００とコレクタ電極部１１０との間（正確には当該吐出部１００のノズル電極１０１とコレクタ電極部１１０のコレクタ電極１１１との間）に電圧を印加する電源部１２０と、吐出部１００からの高分子溶液の吐出速度とコレクタ電極１１１の表面線速度を制御する相対速度制御手段１３０と、を有する。以下、各構成要素を詳述する。
【００１６】
まず、エレクトロデポジション装置Ａの一部を構成する吐出部１００は、高分子溶液を吐出可能に開口したノズル電極１０１と、当該ノズル電極１０１と液体導通関係にあり、当該高分子溶液をノズル電極１０１に供給するための、高分子溶液を保持するための液体コンテナ１０２と、液体コンテナ１０２内の高分子溶液を押し出してノズル電極１０１の開口部から外部に向けて吐出させる押圧装置（液体吐出装置、シリンジポンプ）１０３とを有する。ここで、押圧装置１０３を吐出方向に駆動制御した場合、高分子溶液が液体コンテナ１０２からノズル電極１０１へと移動し、一定量噴出されるように構成されている。高分子溶液の噴出量を一定に保つことにより、一定時間あたりに一定の高分子ウェブを構築することができる。以下、吐出部１００を構成する各要素を詳述する。
【００１７】
はじめに、ノズル電極１０１は、前述したように開口部を有しており、コレクタ電極１１１に向けて高分子溶液を吐出する機能を有すると共に、それ自体が導電性であり、かつ、電源１２０と電気的に接続しているために電極としての機能も有している。尚、図１に示した実施態様においては、ノズル電極は一つであるが、必ずしも一つのノズルである必要は無く、複数のノズルが設けられていてもよい。また、図１においては、ノズル電極１０１は電極の役割を担うものであるが、ノズルと電極が一体である必要は無く、ノズルの近傍に更に電極を設けて使用する形態であってもよい。
【００１８】
次に、エレクトロデポジション装置Ａの一部を構成するコレクタ電極部１１０は、円筒形状を有しており中心軸回りに回転可能なコレクタ電極１１１と、当該コレクタ電極１１１を回転させるための回転モータ１１２とを有している。ここで、図２に示すように、コレクタ電極１１１は、長軸方向を貫く回転軸１１６をその中心で固定的に保持すると共に、当該回転軸１１６は、その両端において支持体１１５の軸受部で回転可能に支持されている。更に、コレクタ電極１１１の回転軸１１６と回転モータ１１２の回転軸は、例えば樹脂性カップリング等の絶縁性ジョイント部材１１４で接続されている。
【００１９】
次に、エレクトロデポジション装置Ａの一部を構成する電源部１２０は、ノズル電極１０１とコレクタ電極１１１と電気的に接続しており、両電極間に電圧を印加可能な電源である。ここで、電源部１２０に使用しうる電源は、特に限定されないが、例えば、直流電源、パルス電源、交流電源等が挙げられる。
【００２０】
次に、エレクトロデポジション装置Ａの一部を構成する相対速度制御手段１３０は、コレクタ電極１１１の表面線速度が吐出部１００からの高分子溶液の吐出速度よりも大きくなるよう、コレクタ電極１１１の表面線速度を制御する相対速度制御手段１３０と、押圧装置１０３及び／又は回転モータ１１２を駆動制御する。尚、当該相対速度制御手段１３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成されたコンピュータで実現可能である。そして、当該ＲＯＭには、押圧装置１０３と回転モータ１１２をどのような条件で駆動するかを決定するためのプログラムが記録されており、当該ＲＡＭには、当該プログラムに基づき駆動条件を決定するに際してのパラメータ（例えば、ノズル径、使用液、コレクタ電極の直径等）が一時記録されている。
【００２１】
製造方法（製造に関しての各種条件）
次に、本最良形態に係るエレクトロデポジション装置Ａを用いて、エレクトロデポジション法により高分子ウェブを製造する方法について詳述する。
【００２２】
まず、本方法の実施に先立ち、液体コンテナ１０２内に、高分子液体媒体、例えば、高分子溶液又は高分子溶融液を充填する。ここで、本最良形態に係る装置において使用できる高分子液体媒体は、特に限定されないが、例えば、高分子溶液、高分子分散液、高分子溶融液、が挙げられる。高分子溶液、高分子分散液、高分子溶融液に使用する高分子は、特に限定されないが、ビニル系ポリマー、アクリル系ポリマー、ウレタン、ナイロン等の汎用高分子、導電性高分子、タンパク質等の天然高分子等を用いることができ、例えば、ポリビニルアルコール、ナイロン６６、ポリアクリルニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、セルロース、ポリエーテルウレタン、ポリ乳酸、ポリカプロラクタン、フィブロイン、コラーゲンが挙げられる。また、使用される高分子は、単一成分に限定されるものではなく、上述の高分子等を二種以上混合して使用してもよい。
【００２３】
ここで高分子液体媒体に溶媒を使用する場合、溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、アセトン、クロロホルム、エタノール、メタノール、トルエン、キシロール、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。使用する溶媒は、単一成分に限定されるものではなく、上述の溶剤等を二種以上混合して使用してもよい。更に、高分子溶液の電気特性を改善するために、水に対して、水酸化ナトリウム、塩化リチウム等の電解質を添加してもよい。
【００２４】
次に、ノズル電極１０１とコレクタ電極１１１との間に直流高電圧を印加した状態で、押圧装置（シリンジポンプ）１０３を作動させてノズル電極１０１より高分子溶液等を放出する。放出された高分子溶液等は、ノズル電極１０１からノズル電極１０１とコレクタ電極１１１との間に生じている電界場中に放出される。高分子溶液を使用した場合、電界場に放出された高分子は飛翔し、回転しているコレクタ電極１１１上で高分子ウェブを形成する。このように、回転しているコレクタ電極１１１上にノズル電極１０１から飛来したウェブが順次付着するため、配向性を有する高分子ウェブがコレクタ電極１１１上に形成される。
【００２５】
ここで、所望の形態（形状、径等）の高分子ウェブを得るに際しては、ノズル径、ノズル電極からの液の供給速度（吐出速度）、コレクタ電極の表面線速度、電極間距離、電極間電圧、液性等に依存する。例えば、コレクタ電極１１１の表面線速度を高分子溶液の飛翔速度より速くすることにより、構築される高分子ウェブにテンションをかけた状態で、配向性を有する高分子ウェブが製造可能である。尚、回転速度は、通常、表面線速度が０．１ｍ／分〜１００ｍ／ｓとなる範囲内である。ここで、より高強度（高い破断強度）を有する高分子ウェブを得る観点からは、コレクタ電極を高速回転させることが好適である。ノズル径は、０．１〜２．０ｍｍが好適である。また、吐出部とコレクタ電極間の電圧は、５〜３０kＶが好適である。更に、吐出高分子液体媒体の放出量は、１０μｌ／ｍｉｎ〜１ｍｌ／ｍｉｎが好適である。
【００２６】
製造される高分子ウェブとその用途
本最良形態に係る装置により得られる高分子ウェブは、繊維が配向していると共に高強度であるので、配向性と高強度性が求められる各種用途、例えば、半導体基板上の電線・発光体用電子銃等のエレクトロニクス分野、高性能フィルタ等の環境分野、傷口保護材や人工臓器等のメディカル分野への応用が可能である。
【実施例】
【００２７】
実施例１
図１に示したエレクトロデポジション装置Ａを構築し、実際にエレクトロデポジションを行った。
吐出部１００（容量１ｍｌのガラス製シリンジに、内径０．５ｍｍのルアーロック付金属製ノズルを装着したシリンジポンプ）にポリビニルアルコール（MＷ２００，０００）の５％水溶液０．５ｍｌをいれ、毎分７５μｌ吐出するように調整した（吐出速度６．５ｍｍ／ｓ）。
図１に示した構造をもつコレクタ電極（シリンダ型回転電極）１１１を回転モータ１１２を介してシリンダ表面線速度が１４．１３ｍ／ｓとなるよう回転させた。
吐出部１００のノズル電極１０１とコレクタ電極１１１間距離を１８０mmに調節し、ノズル電極１０１を正として１５kＶの電圧を印加した。このとき概略４０乃至５０μAの電流が観察された。
押圧装置１０３を駆動することにより、ノズル電極１０１とコレクタ電極１１１間にポリビニルアルコールの微細繊維が発生し、コレクタ電極１１１にその繊維が付着、堆積した。
１０分間押圧装置１０３を駆動した後、電圧印加と押圧装置１０３の駆動とを停止し、コレクタ電極１１１の回転をとめた。コレクタ電極１１１の表面には微細な繊維が堆積していた。
コレクタ電極１１１上の堆積物をはがして顕微鏡で観察したところ、微細な繊維がコレクタ電極１１１の回転方向に配向して堆積していることが観察された。また、顕微鏡視野内の繊維２００本を任意に選び、その平均繊維径を測定したところ２７ｎｍであった。
【００２８】
比較例１
コレクタ電極１１１を回転させない以外は、実施例１と同条件で、エレクトロデポジションを行った。
繊維状物質の堆積物をはがして顕微鏡で観察したところ、繊維の配向性は観察されず、ランダムに堆積していた。
また、顕微鏡内の繊維２００本を任意に選び、その平均繊維径を測定したところ１４３ｎｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る装置により、配向性を有すると共に高強度の高分子ウェブの構造物を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本最良態様に係る装置を示した図である。
【図２】図２は、本最良態様に係る装置のコレクタ電極の側面図を示した図である。図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００：吐出部
１０１：ノズル電極
１０２：液体コンテナ
１０３：液体吐出装置
１１０：コレクタ電極部
１１１：コレクタ電極
１１２：回転モータ
１１４：絶縁性ジョイント部材
１２０：電源部
１３０：相対速度制御手段
【図１】
2009024290.tif 000003
【図２】
2009024290.tif 000004