PU プレポリマー / PVA 水溶液 エマルジョンを用いた静電紡糸において架橋剤添加が繊維形成に及ぼす影響
Effect of cross-linker agent on fiber forming by emulsion electrospinning（山形大院）○城田諒、Tongsai Jamnongkan、（正）杉本昌隆、（正）Sathish K. Sukumaran、（正）小山清人
In an electrospinning, an organic solvent is usually used to dissolve polymer. From the viewpoint ofenvironment a new process is required without organic solvent. We investigated the method of electrospinningby using an emulsion of polyurethane pre-polymer / poly (vinyl alcohol) aqueous solution without using anorganic solvent. As a result, we obtained PU particles about 2µm in diameter, in which PVA was removed fromthe electrospun mat. On the other hand we obtained a large aggregate of PU by adding cross-linker agent.

Keywords: Electrospinning, Emulsion, Oligomer, Polyurethane

1. 緒 言2. 実 験 方 法	  近年、容易にナノファイバーを作成すること

2-1 試 料 及 び 試 料 作 製のできる技術としてエレクトロスピニング法は	  本研究では、ポリエチレングリコール (Wako

幅広い分野への応用が見込まれ研究が盛んに行Chemical 社製、Mw=400) とヘキサメチレンジイわれている。この手法は高分子溶液に高電圧をソシアネート (Wako Chemical 社製) をモル比印加することによって、帯電した溶液をキャピ1:1 で混合し、60℃で 3 時間重合させてポリウ

ラリー先端から噴射し、高分子溶液を極細化すレタンプレポリマーの作製を行った。ゲル浸透ると同時に溶媒を蒸発させ、捕集することによクロマトグラフ (GPC) により得られたプレポり、一工程でナノファイバーを得ることができリマーの分子量は Mw=3000 程度であることをる。溶媒の選択によって従来の手法である溶融確認した。また、ポリビニルアルコール

紡糸や湿式紡糸では困難であった材料でも繊維(SIGMA-ALDRICH 社製、Mw=85,000-124,000、化が可能になった。しかし一方でその多くは環以下 PVA) を用いて、濃度が 10wt%の PVA 水境へ高負荷な有機溶媒を用いていることから、溶液を作製した。その後、自転・公転式撹拌脱有機溶媒の使用を控えた新たな手法が求められ

泡機 (シンキー社製 AR-100) を用いてポリウレている。

タンプレポリマーと PVA 水溶液を混合させ紡	  そこで本研究では、単体で紡糸可能な高分子糸溶液となるエマルジョンを作製した。

水溶液中に低分子を分散させたエマルジョンを用いてエレクトロスピニングを行い、低分子を2-2 エ レ ク ト ロ ス ピ ニ ン グ

架橋させることより水に不溶な繊維作製を目指	  紡糸条件は、印加電圧 15kV、極板間距離 10cm、し検討を行った。

紡糸時間 10 分間、相対湿度 約 50%、雰囲気温度 室温で行った。

Ryo SHIROTA*, Tongsai JAMNONGKAN,
Masataka SUGIMOTO, Sathish K. SUKUMARAN,
and Kiyohito KOYAMA
Graduate school of Polymer Science andEngineering, Yamagata University,
Yonezawa, Yamagata, 992-8510, Japan
TEL:0238-26-3058, FAX:0238-26-3411
E-mail: shirota@ckpss.yz.yamagata-u.ac.jp

2-3	  SEM 観 察	  作製した繊維を 24 時間真空乾燥させた後、走査型電子顕微鏡 (KEYENCE 社製 VE-9800) にて表面観察を行った。得られた繊維を精製水に24 時間浸し、水溶性の PVA のみを除去し再度架橋剤なしでは 0.49 だったものが架橋剤を加えSEM により観察を行った。

ることにより 0.96 に上昇していることが明らか

2-4 元 素 分 析になり、架橋剤の添加によってウレア結合を形	  フーリエ変換赤外分光光度計(HORIBA 社製成する架橋反応が進んでいると予想される。

FT-IR 720)を用いて元素分析を行った。試料は、	  架橋剤を添加することで生成したウレア結合① PVA 繊維、② PVA 水溶液に PU プレポリマ

はウレタン結合に比べ凝集力が強いため、密でーを添加した繊維、③ ②に架橋剤を添加し紡糸大きな凝集体を形成し、紡糸過程での伸張によ後、PVA を除去後のものを用いた。

りこの凝集体が引き延ばされるが、密に凝集しているため分裂は起きづらく、より大きな PU 凝3. 実 験 結 果 お よ び 考 察

集体形成へと繋がったと考察した。

3-1 試 料 観 察	  Figure 1 に光学顕微鏡によるエマルジョンの4. 結 言観察画像(A~C)、紡糸後に得られた繊維の SEM	 による表面観察画像(D~F)、得られた繊維を水に製したエマルジョンは、架橋剤を添加することより PVA を取り除いた後の表面観察結果(G~I)

によって PU 凝集体を得るに留まり、PU 繊維をを示す。

得るまでには至らなかった 。

PU プレポリマー / PVA 水溶液を用いて作	  エマルジョン観察から架橋剤の添加により

Urea
N-H bending
Urethane-O-CO-NH- -NH-CO-NH(amide Ⅱ)

PU ドメインの凝集部分の増加が見られ、凝集速

PVA + PU+ cross-linker

1709

SEM 観察より PVA 除去後は架橋剤を添加しない
PVA + PU

1649

PVA
1707

方、架橋剤を添加した系では凝集体を形成してAcetate
CH3COO-元素分析

1724いるのが確認できた。
3-21531系においては約 2μm の粒子が分散していた。一1640

1529

度が早くなっていることも確認できた。またFigure 2 に FT-IR による元素分析の結果を示す。
吸光度比(νC=O Urea /νC=O Urethane)を求めると、① PVA

Figure 2 FT-IR spectrums② PVA + PU pre-polymer ③ PVA + PU + cross-linker

Emulsion(optical microscope)(A)

50 μm(B)

50 μm(C)

50 μm

(D)

5 μm(E)20 μm(F)20 μm(G)20 μm(H)

20 μm(I)20 μm

Electro-spun fibers(SEM)

After removed PVA(SEM)

Figure 1 optical microscope images of emulsion (A~C), SEM images of electrospun fiber (D~F) and after removed PVA (G~I)