JP2020020071A - Method for manufacturing nanofiber laminate of polymeric material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高分子材料のナノファイバーの積層体の製造方法に関し、特に、溶媒や高電圧を使用しないで、加熱溶融による高分子材料のナノファイバーの積層体を製造する製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a polymer nanofiber laminate, and more particularly to a method for producing a polymer nanofiber laminate by heating and melting without using a solvent or high voltage.
近時、一般的に直径が1ミクロン（＝1,000nm）以下の太さの繊維であると定義されるナノファイバーが開発され、ナノファイバーの製造法としては、ＥＳＤ（Electro−Spray Deposition）法、或いは、エレクトロ・スピンニング法と呼ばれる技法が最も注目され、その技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
このＥＳＤ法によるナノファイバーの製造は、先ず溶剤で溶解した各種生体高分子やポリマー（以下、単に「高分子」ということもある。）溶液をシリンジに充填し、シリンジに装着されているニードル型電極と、ナノ繊維を堆積させるコレクター電極との間に、高圧直流電源から数ｋＶ〜数十ｋＶの直流高電圧を印加して、ニードル型電極とコレクター電極との間に強い電界場を発生させる。
この環境下で、ニードル型電極から紡糸溶液をコレクター電極に向けて放出すると、高分子を溶解していた溶剤等は電界場中で瞬間的に蒸発し、高分子は凝固しながらクーロン力で延伸され、ナノオーダーのファイバーが、室温、大気圧下というおだやかな条件で形成される。
Recently, nanofibers, which are generally defined as fibers having a diameter of 1 micron (= 1,000 nm) or less, have been developed. Nano-fiber production methods include ESD (Electro-Spray Deposition), Alternatively, a technique called an electro spinning method has received the most attention, and the technique has been developed (for example, see Patent Document 1).
The production of nanofibers by the ESD method involves filling a syringe with a solution of various biopolymers or polymers (hereinafter sometimes simply referred to as “polymer”) dissolved in a solvent, and filling the syringe with a needle-type solution. A high voltage of several kV to several tens of kV is applied from a high-voltage DC power source between the electrode and the collector electrode on which the nanofibers are deposited to generate a strong electric field between the needle electrode and the collector electrode. .
In this environment, when the spinning solution is discharged from the needle type electrode toward the collector electrode, the solvent etc., which dissolved the polymer, evaporates instantaneously in the electric field, and the polymer is coagulated and stretched while coagulating. As a result, nano-order fibers are formed under mild conditions of room temperature and atmospheric pressure.
ナノファイバーにおいては、ナノ構造による特異な機能発現が期待でき、例えば、ナノファイバーは、同一体積での表面積が通常の繊維に比べ非常に大きいことから、従来の繊維が持つポリマー固有の性質の他に、吸着特性や接着特性などの新機能が発現し、従来にない新素材の開発が期待できる。警察官、消防士、医師、看護師が着用する多機能な特殊な防護服の研究が始められており、軍需用途は、従来より軽量で、かつ、従来にない機能を持つ軍服、ナノメートル単位の集まりで、異なる機能をもつ積層新素材の開発が進んでいる。さらに、特許文献４に示すように、ナノファイバーで作ったフィルターは、繊維の占有面積が小さい割に空間を大きくすることができるので、低圧力損失で高捕集効率の良い特性が期待できることから、エアフィルターやマスク等が開発され、また、ナノファイバーを応用したバイオケミカルハザード防御用超軽量高機能防御服やナノファイバーを培地にした再生医療の開発も活発に行われている。 Nanofibers can be expected to exhibit unique functions due to their nanostructures.For example, nanofibers have a much larger surface area in the same volume than ordinary fibers, so they have properties unique to polymers possessed by conventional fibers. In addition, new functions such as adsorption characteristics and adhesion characteristics are developed, and the development of new materials that have never existed before can be expected. Research has begun on multifunctional special protective clothing worn by police officers, firefighters, doctors, and nurses. Military uniforms with lighter weight and unprecedented functions, nanometer units The development of new laminated materials with different functions is progressing. Furthermore, as shown in Patent Document 4, a filter made of nanofibers can have a large space in spite of a small area occupied by the fibers, so that a property with low pressure loss and high collection efficiency can be expected. In addition, air filters and masks have been developed, and ultra-light, high-performance protective clothing for biochemical hazard protection using nanofibers and regenerative medicine using nanofibers as a medium have been actively developed.
従来における合成繊維のマイクロオーダーの製造法として、非特許文献１には、前掲のエレクトロ・スピンニング法の他に、現在、海島複合紡糸法、低粘度の溶融ポリマーを吹き飛ばすメルトブロー紡糸法、ポリマー溶液を急激に膨脹させてポリマーを吹き飛ばしながら固化・繊維化させるフラッシュ紡糸法が開発されていることが開示されている。
ところで、高分子繊維のナノファイバーを製造するには、開発が進んでいる前掲のエレクトロ・スピンニング法においては、ポリプロピレンを溶剤に溶かして、低粘度にして使用しなければならないが、ポリプロピレン(ＰＰ)については適当な溶剤がないので、溶融だけで紡糸しなければならない。
この溶融だけの極細繊維の製造方法として、上記の非特許文献１には、溶液に溶かして紡糸する方法としてポリマーブレンド紡糸法があり、これは２種のポリマーをブレンドしておき、これを繊維化した後に、海ポリマーを溶出する極細紡糸法であり、μｍが限界とされている。
また、非特許文献２には、高電圧を印加するエレクトロ・スピンニング法によって、ポリプロピレン(ＰＰ)の繊維製作を試みたが、平均直径が１μｍ以下の繊維が得られないことが記載されている。
Non-Patent Document 1 discloses a conventional synthetic fiber micro-order manufacturing method, in addition to the above-described electro-spinning method, a sea-island composite spinning method, a melt blow spinning method for blowing away a low-viscosity molten polymer, and a polymer solution. It has been disclosed that a flash spinning method has been developed in which the polymer is rapidly expanded to solidify and fiberize while blowing off the polymer.
By the way, in order to produce polymer fiber nanofibers, in the electrospinning method described above, which is under development, it is necessary to dissolve polypropylene in a solvent and use it with a low viscosity. As for ()), since there is no suitable solvent, spinning must be performed only by melting.
Non-Patent Document 1 mentioned above as a method for producing this ultrafine fiber by melting alone includes a polymer blend spinning method as a method of spinning by dissolving in a solution. In this method, two kinds of polymers are blended, and the fiber is blended. This is an ultrafine spinning method in which the sea polymer is eluted after the formation, and the limit is μm.
Further, Non-Patent Document 2 describes that polypropylene (PP) fibers were produced by an electrospinning method applying a high voltage, but that fibers having an average diameter of 1 μm or less cannot be obtained. .
また、特許文献２には、ポリプロピレンを加熱溶融後にノズルから吐き出させ、加熱ガスを噴射させ細化させる、ポリプロピレン極細繊維の製造方法が開示されているが、０.４μｍ(実施例１)程度しか得られない。
また、特許文献３には、溶融樹脂をノズルから押しだし、周囲に溶融樹脂の押し出し方向に向けて１次熱風を吹き付けて繊維状にする溶融紡糸方法が開示され、１次熱風の外側に外気を遮断するエアカーテン状の２次熱風を吹き出すことが開示されている。
更に、特許文献４は、本発明者らが開発したポリプロピレン等の高分子材料のナノファイバー積層体における製造方法であるが、紡糸ノズルの中心吐出口の先端より更に下流に熱風吹出口を包むように延びる熱風収束円筒部を設け、この熱風収束円筒部は、紡糸ノズルの中心吐出口の先端より更に下流に１５mmから３０mmまで延びるようにしたポリプロピレンのナノファイバー積層体の製造方法を提供している。
Patent Document 2 discloses a method for producing ultrafine polypropylene fibers, in which polypropylene is heated and melted, discharged from a nozzle, and heated gas is jetted to reduce the fineness. However, only about 0.4 μm (Example 1) is used. I can't get it.
Further, Patent Document 3 discloses a melt spinning method in which a molten resin is extruded from a nozzle and a primary hot air is blown around the nozzle in a direction in which the molten resin is extruded to form a fibrous state. It is disclosed that a secondary hot air in the form of an air curtain to be shut off is blown out.
Further, Patent Document 4 discloses a method for producing a nanofiber laminate of a polymer material such as polypropylene developed by the present inventors. The method includes wrapping a hot air outlet further downstream than the tip of a central discharge port of a spinning nozzle. An extended hot-air converging cylinder is provided, and the hot-air converging cylinder extends from 15 mm to 30 mm further downstream from the tip of the center discharge port of the spinning nozzle, thereby providing a method for producing a polypropylene nanofiber laminate.
上述したように、エレクトロ・スピンニング法によるナノファイバーの製造は開発されているものの、高分子材料の溶媒は引火性のものが多く、エレクトロ・スピンニング法では高電圧を取り扱うことから、発火等を防止する構造にしなければならす、取り扱いがやっかいであった。特に、適当な溶媒（溶液)がないポリプロピレン(ＰＰ)についてはエレクトロ・スピンニング法のポリプロピレン(ＰＰ)では、満足な結果が得られていないといった問題点があった。
本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたもので、高電圧を使用せず、また、溶媒を用いず、加熱溶融だけで高分子材料のナノファイバー積層体の製造方法を提供しようとするものであり、特に、適当な溶媒（溶液)がないポリプロピレン(ＰＰ)についても、従来のエレクトロ・スピンニング法のポリプロピレン(ＰＰ)のように高電圧にする紡糸方法ではなく、高電圧を使用しないでより均一なポリプロピレン(ＰＰ)のナノファイバー積層体の製造方法を提供しようとするものである。
As mentioned above, although the production of nanofibers by the electrospinning method has been developed, the solvent of the polymer material is often flammable, and the electrospinning method handles high voltage, so ignition etc. The structure had to be prevented, and the handling was troublesome. In particular, polypropylene (PP) without an appropriate solvent (solution) has a problem that satisfactory results cannot be obtained with polypropylene (PP) of the electrospinning method.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and does not use a high voltage, does not use a solvent, and provides a method for producing a nanofiber laminate of a polymer material only by heating and melting. In particular, even for polypropylene (PP) without a suitable solvent (solution), a high voltage is not used because it is not a spinning method that requires a high voltage as in the conventional electrospinning method of polypropylene (PP). And a method for producing a more uniform polypropylene (PP) nanofiber laminate.
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、長分子配列を有する高分子材料を高温加熱して溶融し、溶融した前記高分子材料をギアポンプによって加圧して供給し、途中に大容量のバッファー貯留部を介して加熱部を有する溶融保持通路から紡糸ノズルの中心吐出口から紡糸し、該紡糸ノズルの前記中心吐出口を囲むように該中心吐出口と同軸にリング状の熱風吹出口を設け、ノズル本体の上流側の端部には外側に突出した鍔部を設け、ノズル本体をノズル支持体の下流の内軸孔から挿入して、前記鍔部をノズル支持体の先端部に設けた突起部に嵌合し、前記熱風吹出口よりも突出させ、該熱風吹出口で前記高分子材料を高温の溶融状態を維持しながら前記熱風吹出口の熱風で吹き飛ばして延伸させ、さらに、延伸状態を維持するために紡糸ノズルの先端に所定の内径と長さのノズル風洞で囲み、該吹き飛ばされた高分子材料のナノファイバーを捕集する捕集部を設けたことを特徴とする高分子材料のナノファイバーの積層体の製造方法である。
請求項２の発明は、請求項１に記載される高分子材料繊維のナノファイバー積層体の製造方法において、前記紡糸ノズルのノズル本体はセラミック又はルビーとして先端の吐出口のノズル内径は０.１０mmから０.１８mmとしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載される高分子材料のナノファイバーの積層体の製造方法において、前記ノズル風洞の内径は、１.４cmから２.５cmとし、長さを４.０cmから１０．cmとしたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１から３の記載から選択される高分子材料繊維のナノファイバー積層体の製造方法において、前記高分子材料は、ポリプロピレン又はナイロン又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１から４の記載から選択される高分子材料繊維のナノファイバー積層体の製造方法において、前記熱風吹出口の吹出方向は、前記中心吐出口の中心軸線に対して鋭角１５°〜３０°の角度であることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１から５の記載から選択される高分子材料繊維のナノファイバー積層体の製造方法において、前記加熱部を有する溶融保持通路には、紡糸ノズルの直前に配置したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 melts a polymer material having a long molecule arrangement by heating at a high temperature, and supplies the melted polymer material by pressurizing it with a gear pump, and a large capacity in the middle. A spinning nozzle from the center discharge port of the spinning nozzle through a melt holding passage having a heating section through a buffer storage section, and a ring-shaped hot air outlet coaxial with the center discharge port so as to surround the center discharge port of the spinning nozzle. Is provided at the upstream end of the nozzle main body with a flange protruding outward, the nozzle main body is inserted from an inner axial hole downstream of the nozzle support, and the flange is provided at the tip of the nozzle support. Fitted to the protrusion provided, and protruded from the hot air outlet, stretched by blowing away with the hot air of the hot air outlet while maintaining the high-temperature molten state of the polymer material at the hot air outlet, further, To maintain the stretched state A lamination of polymer nanofibers, characterized in that a tip end of the yarn nozzle is surrounded by a nozzle wind tunnel of a predetermined inner diameter and length, and a collecting portion for collecting the blown polymer nanofibers is provided. It is a method of manufacturing the body.
According to a second aspect of the present invention, in the method for producing a nanofiber laminate of a polymer material fiber according to the first aspect, the nozzle body of the spinning nozzle is ceramic or ruby, and the inner diameter of the discharge port at the tip is 0.10 mm. From 0.18 mm.
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nanofiber laminate of a polymer material according to the first or second aspect, the inner diameter of the nozzle wind tunnel is set to be from 1.4 cm to 2.5 cm, and the length is set to 4 cm. 0.0cm to 10. cm.
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a nanofiber laminate of a polymer material fiber selected from the first to third aspects, the polymer material is polypropylene, nylon, or polyethylene terephthalate (PET). It is characterized by.
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for producing a nanofiber laminate of a polymer material fiber selected from the first to fourth aspects, the blowing direction of the hot air outlet is set with respect to a center axis of the center outlet. And an acute angle of 15 ° to 30 °.
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for producing a nanofiber laminate of a polymer material fiber selected from the first to fifth aspects, the melt holding passage having the heating section is disposed immediately before a spinning nozzle. It is characterized by the following.
請求項１の発明によれば、紡糸ノズルの先端の中心吐出口は耐熱性があり変形の少ないセラミック又はルビーとしたので、高温加熱した高分子材料のに長時間使用しても紡糸ズルに変形がなく、長分子配列を有する紡糸する高分子材料のナノファイバーにも変形がなく、均一に高分子材料のナノファイバーの直径が維持でき、紡糸ノズルの先端の中心吐出口はセラミック又はルビーにおいてノズル内径を０.１５mmとしたので、超極細のポリプロピレンナノファイバーを長時間連続して製造することが可能となる。
また、紡糸ノズルと高分子材料を供給するギアポンプとの間に大容量のバッファー貯留部を設けたので、ギアポンプの最低供給量よりも更に低供給量の高分子材料を一定状態で供給することが可能となる。
また、紡糸ノズルの先端に所定の長さのノズル風洞で囲んだので、高分子材料の熱風による延伸領域が長くなるので、より細い高分子材料のナノファイバーの製造が可能となる。
さらに、紡糸ノズルの中心吐出口を囲むように該中心吐出口と同軸にリング状の紡糸ノズル先端の中心吐出口を熱風吹出口よりも突出させたので、熱風が乱流とならず、高分子材料の熱風による延伸を整然と行うことができる。
なお、従来のように高電圧を使用することなく、溶媒(溶剤)を用いることなしに加熱溶融だけで製造するので危険性が少なく、さらに引火性の溶媒(溶剤)液を一切使用しないことと相俟って、取り扱いが極めて容易となる。
また、従来のようなエレクトロ・スピンニング法ではないので、高価な高電圧を用いなくてすみ、さらにナノファイバーに静電気等が帯電していないので、無理なく捕集帯から離脱して、所望の基材に移すことができ、所望の基材として通気性のある基材は勿論のこと、通気性の小さな不織布や、或いは、通気性のないフィルムを基材として用いることができる。
このように、熱だけで溶融するので、危険で有害な溶媒を使用しないばかりか、高電圧を使用しないので、長分子配列を有する高分子材料のナノファイバー積層体を安価で大量生産が可能となる。
請求項２の発明によれば、セラミック又はルビーの紡糸ノズルは極小部材であるが、ネジ等ではなく鍔部としたので加工が可能であり確実にノズル支持体に固定できる。
請求項３の発明によれば、ノズル風洞の内径は、１.４cmから２.５cmとし、長さを４.０cmから１０．cmとしたので、紡糸ノズルの中心吐出口における周囲の高温が維持され、高分子材料の吐出口後での高分子材料の延伸が長い範囲で続行される。
請求項４の発明によれば、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ）多くの高分子材料に適用可能である。
請求項５の発明によれば、前記熱風吹出口の吹出方向を中心吐出口の中心軸線に対して１５°〜３０°の角度としたので、溶融高分子材料（N）との接触力を適切に作用し、溶融した高分子材料（N）に対して延伸作用が効率的に作用する。
請求項６の発明によれば、加熱部を有する溶融保持通路には、紡糸ノズルの直前に配置したので、溶融高分子材料の溶融状態を紡糸状態まで維持することができ、均一で超極細の溶融高分子のナノファイバーの製造が可能となる。
請求項６の発明によれば
According to the first aspect of the present invention, the center discharge port at the tip of the spinning nozzle is made of ceramic or ruby having heat resistance and little deformation. The nanofiber of the polymer material to be spun having a long molecular arrangement has no deformation, the diameter of the nanofiber of the polymer material can be maintained uniformly, and the center discharge port at the tip of the spinning nozzle is a ceramic or ruby nozzle. Since the inner diameter is 0.15 mm, it is possible to continuously produce ultra-fine polypropylene nanofibers for a long time.
In addition, since a large-capacity buffer storage section is provided between the spinning nozzle and the gear pump that supplies the polymer material, it is possible to supply a constant supply of a polymer material having a lower supply amount than the minimum supply amount of the gear pump. It becomes possible.
Further, since the end of the spinning nozzle is surrounded by a nozzle wind tunnel having a predetermined length, a stretched region of the polymer material by hot air becomes longer, so that a nanofiber of a thinner polymer material can be manufactured.
Furthermore, since the center discharge port at the tip of the ring-shaped spinning nozzle protrudes from the hot air blowout port coaxially with the center discharge port so as to surround the center discharge port of the spinning nozzle, the hot air does not become turbulent, Stretching of the material by hot air can be performed orderly.
In addition, without using a high voltage as in the past, it is manufactured only by heating and melting without using a solvent (solvent), so there is little danger, and further use no flammable solvent (solvent) liquid. Together, the handling becomes extremely easy.
In addition, since it is not the conventional electro spinning method, there is no need to use an expensive high voltage, and since the nanofibers are not charged with static electricity or the like, the nanofibers can be easily separated from the trapping band, It can be transferred to a substrate, and as a desired substrate, not only a permeable substrate but also a non-permeable nonwoven fabric or a non-permeable film can be used as the substrate.
In this way, because it melts only with heat, not only does it use dangerous and harmful solvents, it does not use high voltage, so it is possible to mass-produce low-cost nanofiber laminates of polymer materials with long molecule arrangement. Become.
According to the second aspect of the present invention, the ceramic or ruby spinning nozzle is a very small member. However, since the spinning nozzle is not a screw or the like but a flange, it can be processed and can be securely fixed to the nozzle support.
According to the invention of claim 3, the inner diameter of the nozzle wind tunnel is from 1.4 cm to 2.5 cm, and the length is from 4.0 cm to 10. cm, the surrounding high temperature at the center outlet of the spinning nozzle is maintained, and the stretching of the polymer material after the outlet of the polymer material is continued over a long range.
According to the invention of claim 4, polypropylene, nylon, polyethylene terephthalate (PET) can be applied to many polymer materials.
According to the invention of claim 5, the blowing direction of the hot air outlet is set at an angle of 15 ° to 30 ° with respect to the center axis of the center discharge port, so that the contact force with the molten polymer material (N) is appropriately adjusted. And the stretching action acts efficiently on the molten polymer material (N).
According to the invention of claim 6, since the melt holding passage having the heating section is disposed immediately before the spinning nozzle, the molten state of the molten polymer material can be maintained up to the spinning state, and is uniform and ultra-fine. Production of nanofibers of molten polymer becomes possible.
According to the invention of claim 6,
本発明の特徴の１つは、紡糸ノズルから紡糸する長分子配列を有する高分子材料の繊維状のファイバーに、所定の角度で加熱風を添えるとともに、さらに温度が下がらないように溶融状態維持手段を設けて、紡糸ノズル１からの高分子材料を溶融状態に維持しており、同軸状にリング状の熱風吹出ノズル２が設けられ、この噴出する熱風に添って溶融高分子材料を延伸させ、高分子材料の溶融状態を維持されながら溶融高分子を吹き飛ばし、更にノズル風洞５の内壁で高温状態が維持されているので、更に延伸が進み所定の高分子材料のナノファイバー積層体の製造を実現した。さらに、紡糸ノズルと高分子材料を供給するギアポンプとの間に大容量のバッファー貯留部を設けたので、ギアポンプの最低供給量よりも更に低供給量の高分子材料を一定状態で供給することが可能となる。
したがって、高電圧を印加することなく、溶媒を用いず加熱による高温下の高分子材料の溶融と、耐熱性のあるセラミック又はルビーの紡糸ノズルを用いることによって、ポリプロピレン等の高分子材料のナノファイバー積層体の製造を実現した。
以下に、本発明のポリプロピレン(ＰＰ)、ナイロン(Ｎｙｌｏｎ)、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の長分子配列を有する高分子材料のナノファイバー積層体の製造方法の実施例における図面を参照して説明する。
One of the features of the present invention is that a heating means is applied at a predetermined angle to a fibrous fiber of a polymer material having a long molecular arrangement, which is spun from a spinning nozzle, and a molten state maintaining means is provided so that the temperature does not decrease. Is provided to maintain the polymer material from the spinning nozzle 1 in a molten state, and a ring-shaped hot air blowing nozzle 2 is provided coaxially, and the molten polymer material is stretched along with the hot air to be blown out. The molten polymer is blown off while maintaining the molten state of the polymer material, and the high temperature state is maintained on the inner wall of the nozzle wind tunnel 5, so that the stretching is further advanced and the production of the nanofiber laminate of the predetermined polymer material is realized. did. Furthermore, since a large-capacity buffer storage section is provided between the spinning nozzle and the gear pump that supplies the polymer material, it is possible to supply a constant amount of the polymer material in a lower supply amount than the minimum supply amount of the gear pump. It becomes possible.
Therefore, without applying a high voltage, without using a solvent, by melting the polymer material at high temperature by heating, and by using a heat-resistant ceramic or ruby spinning nozzle, nanofibers of polymer material such as polypropylene The production of the laminate was realized.
Hereinafter, a method for producing a nanofiber laminate of a polymer material having a long molecular arrangement such as polypropylene (PP), nylon (Nylon), or polyethylene terephthalate (PET) according to the present invention will be described with reference to the drawings. .
本発明の実施例のポリプロピレンとしてポリプロピレンを使用したナノファイバー積層体Ｎの製造方法を説明するが、実施例の図１の概略を示した概念説明図に示すように、紡糸ノズルと高分子材料を供給するギアポンプとの間に大容量のバッファー貯留部を設けたので、ギアポンプの最低供給量よりも更に低供給量の高分子材料を一定状態で供給することが可能となる。そして、上流の主にナノファイバーの生成部Ａで、基本的には紡糸ノズル１の（中心）吐出口１１２から高熱で溶融したポリプロピレンを延伸し、溶融状態維持手段として高熱風吹出ノズル２を設け、さらに、細い円筒のノズル風洞として、これらノズルを直後に設けた溶融紡糸法であり、吹き飛ばされたポリプロピレンのナノファイバーを下流の吸引装置を設けた捕集部Ｂのグリット６１上に走行する基材Ｃで捕集する。 A method for producing a nanofiber laminate N using polypropylene as the polypropylene according to the embodiment of the present invention will be described. As shown in a conceptual explanatory diagram schematically showing FIG. 1 of the embodiment, a spinning nozzle and a polymer material are used. Since the large-capacity buffer storage section is provided between the gear pump and the supplied gear pump, it is possible to supply a constant supply of a polymer material having a lower supply amount than the minimum supply amount of the gear pump. Then, in the upstream nanofiber generating section A, the polypropylene melted with high heat is basically drawn from the (center) discharge port 112 of the spinning nozzle 1, and the hot air blowing nozzle 2 is provided as a molten state maintaining means. Further, a melt-spinning method in which these nozzles are provided immediately behind as thin cylindrical nozzle wind tunnels, in which the blown polypropylene nanofibers travel on the grit 61 of the collecting section B provided with a downstream suction device. Collect with material C.
[ナノファイバー生成部Ａ]
前述したように、ナノファイバー生成部Ａは、主に紡糸ノズル１と高熱風吹出ノズル２とノズル風洞５から構成されるが、先ず、図１に沿って、ポリプロピレンナノファイバー生成部Ａから説明する。ナノファイバー生成部Ａは、主に紡糸ノズル１、これに溶融したポリプロピレンを供給する溶融樹脂供給部３、高熱風吹出ノズル２、ノズル風洞５とこれに熱風を供給する熱風発生器４から構成される。
[Nanofiber generator A]
As described above, the nanofiber generation unit A mainly includes the spinning nozzle 1, the hot air blowing nozzle 2, and the nozzle wind tunnel 5. First, the polypropylene nanofiber generation unit A will be described with reference to FIG. . The nanofiber generation unit A is mainly composed of a spinning nozzle 1, a molten resin supply unit 3 for supplying polypropylene melted thereto, a hot air blowing nozzle 2, a nozzle wind tunnel 5, and a hot air generator 4 for supplying hot air thereto. You.
[紡糸ノズル1、溶融樹脂供給３]
先ず、紡糸ノズル１とこれに、溶融ポリプロピレンＮを供給する溶融樹脂供給部３について説明する。
溶融樹脂供給部３はポリプロピレンの固形粒子Ｐをスクリューコンベア３２上部のホッパ３１に入れ、駆動部３２４で回転するスクリューコンベア３２本体に供給して加熱して液状に溶融し、これをスクリューで押し出しながら移送する。このスクリューコンベア３２の入口部３２１ではヒータ３５ａで約１９０℃に加熱し、（中間）移送部３２２では複数のヒータ３５ｂで約２１０℃に、出口部３２３ではヒータ３５ｃで約２２０℃に加熱溶融させるように制御する。
スクリューコンベア３２の出口部３２３はギアポンプ３３の入り口に連結される。ポリプロピレンの紡糸ノズル１で延伸するには吹出温度を２５０℃程度に加熱しなければならない。しかし、ギアポンプ３３ではポリプロピレンの溶融温度は２２０℃から２３０℃程度が最適であるので、あまり高熱にすると溶融ポリプロピレンの流動性が高まりギアポンプ３３の送給力が弱まり紡糸ノズル１への溶融ポリプロピレンが適切に供給できないので、ギアポンプ３３では２２０℃から２３０℃程度の加熱する。
ここで、ギアポンプ３３は、正確にポリプロピレンを供給可能であるが、微小量供給領域では最低供給量には限界があり、それ以下は制御不能であった。そこで、図６に示すように、ギアポンプ３３の最低回転近傍で間欠可動させて、本実施例では紡糸ノズル１とギアポンプ３３の供給口との間に大容量のバッファー貯留部３４のバッファー領域を設けた。ここで、図６のグラフの実線ａのようにギアポンプ３３がon-offのように稼働した場合、直後のｂ点での供給量は一点差点ｂのように変化するが、バッファゾーンであるバッファー貯留部３４を設けることによって、ギアポンプ３３の変動供給を平均化して、紡糸ノズル１のｃ点ではギアギアポンプ３３の最低供給量よりも更に低供給量での点線ｃのように一定量が供給することができ、太さが均一のナノファイバーを形成することができる。この大容量のバッファー貯留部３４がないと、ナノファイバーの太さが不均一になるばかりか、途切れ途切れになる場合があり、ギアギアポンプ３３を間欠稼働させても均一の太さのナノファイバーが生成性でき、その太さもより細く生成することが出来る。
そして、大容量のバッファー貯留部３４から加熱部を有する溶融保持通路１３１で徐々にポリプロピレンの温度を高めて、最終の紡糸ノズル１から噴出する状態では、紡糸ノズル１の近傍にヒータ３５を配置し２５０℃から２７０℃に加熱する。
[Spinning nozzle 1, molten resin supply 3]
First, the spinning nozzle 1 and the molten resin supply unit 3 that supplies the molten polypropylene N to the spinning nozzle 1 will be described.
The molten resin supply unit 3 puts the polypropylene solid particles P into the hopper 31 above the screw conveyor 32, supplies the solid particles P to the main body of the screw conveyor 32 that is rotated by the drive unit 324, and heats and melts it into a liquid. Transfer. The inlet portion 321 of the screw conveyor 32 is heated to about 190 ° C. by the heater 35a, the (intermediate) transfer portion 322 is heated to about 210 ° C. by the plurality of heaters 35b, and the outlet portion 323 is heated and melted to about 220 ° C. by the heater 35c. Control.
An outlet 323 of the screw conveyor 32 is connected to an inlet of the gear pump 33. In order to draw with the polypropylene spinning nozzle 1, the blowing temperature must be heated to about 250 ° C. However, in the gear pump 33, the melting temperature of the polypropylene is optimally about 220 ° C. to 230 ° C. Therefore, if the heat is too high, the flowability of the molten polypropylene increases, the feeding force of the gear pump 33 is weakened, and the molten polypropylene to the spinning nozzle 1 is appropriately melted. Since the supply cannot be performed, the gear pump 33 heats at about 220 ° C. to 230 ° C.
Here, the gear pump 33 can supply the polypropylene accurately, but the minimum supply amount is limited in the minute amount supply region, and the lower supply amount cannot be controlled. Therefore, as shown in FIG. 6, the gear pump 33 is intermittently moved in the vicinity of the minimum rotation, and in this embodiment, a buffer area of a large-capacity buffer storage section 34 is provided between the spinning nozzle 1 and the supply port of the gear pump 33. Was. Here, when the gear pump 33 is operated as on-off as shown by the solid line a in the graph of FIG. 6, the supply amount at the point b immediately changes as shown by the one-point difference point b. By providing the storage unit 34, the variable supply of the gear pump 33 is averaged, and a constant amount is supplied at the point c of the spinning nozzle 1 as indicated by a dotted line c at a lower supply amount than the minimum supply amount of the gear gear pump 33. And nanofibers having a uniform thickness can be formed. Without the large-capacity buffer storage part 34, not only the thickness of the nanofibers becomes non-uniform, but also there is a case where the nanofibers are interrupted, and even if the gear gear pump 33 is operated intermittently, the nanofibers with the uniform thickness can be obtained. It can be generated and its thickness can be made thinner.
In a state where the temperature of the polypropylene is gradually increased from the large-capacity buffer storage section 34 in the melt holding passage 131 having a heating section and the polypropylene is ejected from the final spinning nozzle 1, the heater 35 is disposed in the vicinity of the spinning nozzle 1. Heat from 250 ° C to 270 ° C.
ノズル本体１１とノズル支持体１２とからなる紡糸ノズル１は、図３の紡糸ノズル１の近傍の拡大図に示すように、紡糸ノズル１において、ノズル本体１１には長手方向に溶融高分子が噴出する中心軸孔１１１が設けられるが、この中心軸孔１１１の下流側の先端部には吐出口１１２が設けられる。ここで重要なのは紡糸ノズル１の材質であるが、本発明の紡糸ノズル１のノズル本体１１の材質はセラミック又はルビーが最適で、本実施例ではルビーである。
この吐出口１１２であるノズル内径は０.１０mmから０.１８mmとしたが、０.１８mm以上だとナノ単位の繊維が生成しづらく、０.１０mm以下だとノズル内径に溶融したポリプロピレンが詰まってしい、又ノズルを掃除するために針を使用するが、０.９mmの針を制作するのが限界でもあるので、本実施例では０.１０mm程度とした。また、従来の前掲の特許文献４では、ノズル内径を０.１５mmとしたが、材質を金属のステンレスとしたため、当初の１０分程度はポリプロピレンのナノファイバー積層体が生成できるが、すぐに太いファイバーに変質してしまうことが判明した。これは高温の為にステンレスのノズル内径が拡がってしまうことに起因することが判った。このため、耐熱性があり高温下でも変形しないルビーを使用すると、長時間連続稼働させても、高品質のポリプロピレンのナノファイバー積層体を生成することができた。
As shown in the enlarged view of the vicinity of the spinning nozzle 1 in FIG. 3, the spinning nozzle 1 composed of the nozzle main body 11 and the nozzle support 12 has a molten polymer ejected from the spinning nozzle 1 to the nozzle main body 11 in the longitudinal direction. A central shaft hole 111 is provided, and a discharge port 112 is provided at a distal end on the downstream side of the central shaft hole 111. What is important here is the material of the spinning nozzle 1. The material of the nozzle body 11 of the spinning nozzle 1 of the present invention is optimally ceramic or ruby, and in this embodiment, ruby.
The nozzle inner diameter of the discharge port 112 was 0.10 mm to 0.18 mm. However, if it is 0.18 mm or more, it is difficult to generate nano-unit fibers, and if it is 0.10 mm or less, molten polypropylene is clogged in the nozzle inner diameter. In addition, a needle is used to clean the nozzle, but the production of a needle of 0.9 mm is the limit, so in this embodiment, the diameter is set to about 0.10 mm. In Patent Document 4 described above, the nozzle inner diameter is 0.15 mm. However, since the material is metal stainless steel, a polypropylene nanofiber laminate can be generated for about 10 minutes in the beginning, It turned out to be transformed. It has been found that this is due to the fact that the inner diameter of the stainless steel nozzle is expanded due to the high temperature. For this reason, when a ruby which has heat resistance and does not deform even at a high temperature is used, a high-quality polypropylene nanofiber laminate can be produced even when the ruby is continuously operated for a long time.
しかし、セラミックやルビーは加工が難しく、ネジ等を設けた金属のノズル支持体１２にノズル吐出口１１２をネジ等で固着することが困難であった。そのため、図３に示すように、ノズル本体１１の上流の末端に外側に突出した肉厚のドーナツ状の鍔部１１３を設け、対応するノズル支持体１２の同軸の内孔１２１の下流の末端に内側に突出する係止部１２２を設けて、ノズル本体１１をノズル支持体１２の内孔１２１の上流の開口部１２３から挿入して、前記鍔部１１３を係止部１２２に密着嵌合させて固着する。このような構造なので、下流側に高い圧力で溶融ポリプロピレンが挿入されてもノズル本体１１がノズル支持体１２から離脱することがない。この場合、内孔１２１の内径はノズル本体１１の外径および鍔部１１３の外径よりも大きく、ノズル支持体１２の先端係止部１２２の内径はノズル本体１１の外径よりも小さく、鍔部１１３の外径よりも小さくする必要がある。
ナノファイバー生成部Ａにおいて、紡糸ノズル１に連通する溶融樹脂導入管１３が接続金具１３４、ニードル弁３４を介してギアポンプ３３から溶融樹脂供給部３のスクリューコンベア３２に連通する。一方、溶融樹脂導入管１３の下流側はノズル支持体１２およびノズル本体１１に連通する。ノズル支持体１２の内孔１２１はノズル本体１１の中心軸の内孔１２１および吐出口１１２に連通する。
このように、溶融樹脂供給部３から溶融樹脂導入管１３の中心の樹脂導入孔１３５からノズル本体１１の吐出口１１２までが徐々にポリプロピレンの溶融温度を２５０℃から２７０℃にまで上昇させ、スクリューコンベア３２とギアポンプ３３とで所定の圧力でポリプロピレンを吐出口１１２から噴出する。
However, it is difficult to process ceramic and ruby, and it is difficult to fix the nozzle discharge port 112 to the metal nozzle support 12 provided with a screw or the like with a screw or the like. Therefore, as shown in FIG. 3, a thick donut-shaped flange 113 protruding outward is provided at the upstream end of the nozzle body 11, and is provided at the downstream end of the coaxial inner hole 121 of the corresponding nozzle support 12. A locking portion 122 protruding inward is provided, the nozzle body 11 is inserted from an opening 123 upstream of the inner hole 121 of the nozzle support 12, and the flange portion 113 is closely fitted to the locking portion 122. Stick. With such a structure, the nozzle main body 11 does not separate from the nozzle support 12 even when the molten polypropylene is inserted at a high pressure downstream. In this case, the inner diameter of the inner hole 121 is larger than the outer diameter of the nozzle body 11 and the outer diameter of the flange 113, and the inner diameter of the tip locking portion 122 of the nozzle support 12 is smaller than the outer diameter of the nozzle body 11. It is necessary to make the outer diameter of the portion 113 smaller.
In the nanofiber generating section A, the molten resin introduction pipe 13 communicating with the spinning nozzle 1 is connected from the gear pump 33 to the screw conveyor 32 of the molten resin supply section 3 via the connection fitting 134 and the needle valve 34. On the other hand, the downstream side of the molten resin introduction pipe 13 communicates with the nozzle support 12 and the nozzle body 11. The inner hole 121 of the nozzle support 12 communicates with the inner hole 121 of the central axis of the nozzle body 11 and the discharge port 112.
In this manner, the temperature from the molten resin supply unit 3 to the outlet 112 of the nozzle body 11 from the resin introduction hole 135 at the center of the molten resin introduction tube 13 gradually increases the melting temperature of the polypropylene from 250 ° C. to 270 ° C. Polypropylene is spouted from the discharge port 112 at a predetermined pressure by the conveyor 32 and the gear pump 33.
[高熱風吹出ノズル２、熱風発生器４]
図２、図３に示すように、紡糸ノズル１は中心軸孔１１１の周りには、高熱風吹出ノズル２が設けられるが、ノズル本体１１の外周部１２４を包むように正確に同軸状にリング状の熱風吹出通路２１が熱風通路形成キャップ２４によって形成され、熱風吹出通路２１の先端には所定の吹出角度(30度)を有したリング状の熱風吹出口２２が設けられ、この熱風吹出口２２に対して、前記吐出口１１２が僅かに２mmから５mm程度外側突出し、本実施例１ではＸ＝４mm程度突出している。
この吐出口１１２の熱風吹出口２２からの突出量Ｘは、図３に示されるように、熱風通路形成キャップ２４の熱風吹出通路２１が斜行しており、中心のノズル本体１１の外周も斜行しているので、熱風通路形成キャップ２４と熱風導入部材２５の間に熱風吹出口微調整用ワッシャー２６の介在させ、この熱風吹出口微調整用ワッシャー２６の異なった厚さものを選択するか、枚数を調整することによって、前記突出量Ｘを調整することができる。これは、突出量Ｘを調整すると同時に、熱風吹出通路２１の内壁とノズル本体１１の外周と間、すなわち、熱風吹出口２２の開口面積を微調整することができる。
このように、高熱風吹出ノズル２の熱風吹出量を微調整することができるので、図１に示すように、複数の高熱風吹出ノズル２の熱風吹出量を同じにすることができ、より均一な分子材料のナノファイバーの積層体を製造することができる。
[High hot air blowing nozzle 2, hot air generator 4]
As shown in FIGS. 2 and 3, the spinning nozzle 1 is provided with a hot air blowing nozzle 2 around a central shaft hole 111, but is precisely coaxially formed so as to surround the outer peripheral portion 124 of the nozzle body 11. Is formed by a hot air passage forming cap 24, and a ring-shaped hot air outlet 22 having a predetermined blowing angle (30 degrees) is provided at a tip of the hot air outlet passage 21. On the other hand, the discharge port 112 slightly protrudes outward by about 2 mm to 5 mm, and in the first embodiment, protrudes about X = 4 mm.
As shown in FIG. 3, the protruding amount X of the discharge port 112 from the hot air outlet 22 is such that the hot air outlet passage 21 of the hot air passage forming cap 24 is oblique and the outer periphery of the central nozzle body 11 is also oblique. The hot-air outlet fine-adjustment washer 26 is interposed between the hot-air-passage forming cap 24 and the hot-air introduction member 25, and a different thickness of the hot-air outlet fine-adjustment washer 26 is selected. The protrusion amount X can be adjusted by adjusting the number of sheets. This makes it possible to fine-tune the distance between the inner wall of the hot air outlet passage 21 and the outer periphery of the nozzle body 11, that is, the opening area of the hot air outlet 22 at the same time as adjusting the protrusion amount X.
As described above, the amount of hot air blow-out from the high-temperature hot air blow-off nozzle 2 can be finely adjusted. As shown in FIG. It is possible to produce a laminate of nanofibers of various molecular materials.
また、吐出口１１２を僅かに突出させることにより、より整流になり溶融高分子材料を延伸することが判った。ただし、吐出口１１２の直後も高温を維持するように、吐出口１１２を囲むノズル風洞５(フード),５aが必要である。
また、前述したように紡糸ノズル１に連なる溶融樹脂導入管１３の下流側の外周部１３２には、高熱風吹出ノズル２に連なる熱風導入溝１３３が設けられ、この熱風導入溝１３３には他端には熱風発生器４に連通している。
この熱風導入溝１３３は、図４a,bに示すように、断面円形の溶融樹脂導入管１３の外周部１３２に複数の溝部１３３(８本)を切削したもので、本実施例では８本の長い熱風導入溝１３３を形成している。この熱風導入溝１３３は外周に均一間隔で構成が良く、これは熱風吹出口２２から対向する熱風が交差するように吹き出すので、溶融高分子材料を延伸するように作用する。また、長い導入路が形成されるので、熱風吹出口２２から熱風が整然と吹き出される。
この熱風導入溝１３３の別の実施例は、図５a,bに示すように、断面円形の溶融樹脂導入管１３の外周部１３２に複数の平坦部１３６(６本)を切削したもので、本実施例では６本の長い熱風導入空間を形成する平坦部１３６を形成している。この熱風導入空間の平坦部１３６は外周に均一間隔で構成が良く、これは熱風吹出口２２から対向する熱風が交差するように吹き出すので、溶融高分子材料を延伸するように作用する。また、断面積が大きく長い導入路が形成されるので、熱風吹出口２２から熱風が整然と吹き出される。この熱風導入空間を形成する平坦部１３６は、図４の熱風導入溝１３３に比べて制作が容易である点と、掃除等のメンテナンスが容易である点が利点である。
Further, it was found that by slightly projecting the discharge port 112, the flow became more rectified and the molten polymer material was stretched. However, the nozzle wind tunnels 5 (hood) and 5a surrounding the discharge port 112 are required so that the high temperature is maintained immediately after the discharge port 112.
Further, as described above, the outer peripheral portion 132 on the downstream side of the molten resin introducing pipe 13 connected to the spinning nozzle 1 is provided with a hot air introducing groove 133 connected to the high hot air blowing nozzle 2, and the hot air introducing groove 133 has the other end. Is connected to the hot air generator 4.
As shown in FIGS. 4A and 4B, the hot air introduction groove 133 is formed by cutting a plurality of grooves 133 (eight) in the outer peripheral portion 132 of the molten resin introduction tube 13 having a circular cross section. A long hot air introduction groove 133 is formed. The hot air introduction grooves 133 are preferably formed on the outer periphery at uniform intervals. The hot air introduction grooves 133 are blown out from the hot air outlet 22 so as to intersect with each other, so that they act to stretch the molten polymer material. In addition, since a long introduction path is formed, hot air is blown out of the hot air outlet 22 in an orderly manner.
In another embodiment of the hot air introduction groove 133, as shown in FIGS. 5A and 5B, a plurality of flat portions 136 (six) are cut in the outer peripheral portion 132 of the molten resin introduction tube 13 having a circular cross section. In the embodiment, a flat portion 136 forming six long hot air introduction spaces is formed. The flat portions 136 of the hot air introduction space are preferably formed at uniform intervals on the outer periphery. The hot air outlets 22 blow out the hot air from the hot air outlets 22 so as to intersect with each other, and thus act to stretch the molten polymer material. In addition, since a long introduction path having a large cross-sectional area is formed, hot air is blown out of the hot air outlet 22 in an orderly manner. The flat portion 136 forming the hot air introduction space is advantageous in that it is easier to produce and easier to perform maintenance such as cleaning than the hot air introduction groove 133 in FIG.
この熱風発生器４の上流側には圧縮空気の圧縮空気供給口４１が設けられ、熱風発生器４自体にはヒータ等の加熱装置が設けられて、供給される圧縮空気は３５０〜３８０℃程度の熱風が発生できるようにしてあり、この発生した高温空気は、熱風発生器４の熱風出口４２から熱風導入部材２５、熱風吹出通路２１を介して紡糸ノズル１の外周部１２４および熱風吹出口２２に送給される。このため、ノズル本体１１の中心軸孔１１１を温めるとともに、熱風吹出口２２から熱風が噴出される。そして、この熱風は吐出口１１２から紡糸されるポリプロピレン（N）を包むように２７０℃に保ちながら、高速気流でポリプロピレン（N）を更に延伸する。
ギヤポンプ(吐出手段)３３にもヒータ３５eを配置してギヤポンプ３３自体も高温に維持しているが、本発明の実施例では、ギヤポンプ３３で直径０.１mmの吐出口１１２から溶融ポリプロピレン（N）の吐出を可能にしなければならないが、加熱が重要であり、吐出口１１２でもポリプロピレン（N）を２７０℃以上を保持する必要がある。
なお、ヒータ３５ｆ付きのニードル弁３４は、閉油圧回路３４１と開油圧回路３４２を作動させギアポンプ３３と稼働連動し、溶融ポリプロピレンの送給の応答性を高めるものである。
A compressed air supply port 41 for compressed air is provided on the upstream side of the hot air generator 4, and a heating device such as a heater is provided on the hot air generator 4 itself. The supplied compressed air is about 350 to 380 ° C. The hot air generated from the hot air outlet 42 of the hot air generator 4 is passed through the hot air introducing member 25 and the hot air blowing passage 21 to the outer peripheral portion 124 of the spinning nozzle 1 and the hot air outlet 22. Sent to Therefore, the central shaft hole 111 of the nozzle body 11 is heated, and hot air is blown out from the hot air outlet 22. Then, the hot air further stretches the polypropylene (N) by a high-speed airflow while maintaining the temperature at 270 ° C. so as to wrap the polypropylene (N) spun from the discharge port 112.
The heater 35e is also disposed in the gear pump (discharge means) 33 to maintain the temperature of the gear pump 33 itself high. However, in the embodiment of the present invention, the gear pump 33 is supplied with molten polypropylene (N) from the discharge port 112 having a diameter of 0.1 mm. Must be made possible, but heating is important, and it is necessary for the discharge port 112 to maintain the temperature of the polypropylene (N) at 270 ° C. or higher.
The needle valve 34 with the heater 35f operates the closed hydraulic circuit 341 and the open hydraulic circuit 342 to operate in conjunction with the gear pump 33, thereby improving the responsiveness of the supply of the molten polypropylene.
このことは高速高温気流で、ポリプロピレン（N）を更に延伸するのでリング状の熱風吹出口２２の吹出角度(中心軸孔１１１の軸を中心としての左右の合算角度)が重要であるが、実験の結果、角度３０°〜５０°程度、すなわち、熱風吹出口２２の高速高温気流の吹出方向は、前記吐出口１１２の中心軸線に対して１５°〜２５°の角度の範囲が好ましく、角度３０°(中心軸と角度１５°)以下だとポリプロピレン（N）との接触力が小さく延伸作用が小さく、角度５０°(中心軸と角度２５°)以上だと接触しての負圧が生じないのでやはり延伸作用が少なく、本実施例では角度３８°(中心軸と角度１９°)することで延伸作用が効率的に作用した。
また、ポリプロピレン（N）を効率よく延伸するのは、溶融状態のポリプロピレン（N）を高温により低粘度にすることも重要であり、このため図２に示すようように、熱風吹出通路２１を周りにヒータ２３による加熱器を配置し、溶融樹脂導入管１３の外周部１３２及び吐出口１１２の外周に熱風を接触させて高温に維持する。
This means that the polypropylene (N) is further stretched by a high-speed high-temperature airflow, so that the blowing angle of the ring-shaped hot air outlet 22 (the total angle of the left and right about the axis of the central shaft hole 111) is important. As a result, the angle of about 30 ° to 50 °, that is, the direction in which the high-speed high-temperature air stream blows out of the hot air outlet 22 is preferably in the range of 15 ° to 25 ° with respect to the center axis of the discharge port 112, and the angle 30 ° When the angle is less than 15 ° (center axis and angle 15 °), the contact force with polypropylene (N) is small and the stretching action is small. When the angle is more than 50 ° (center axis and angle 25 °), negative pressure does not occur upon contact. Therefore, the stretching action was also small, and in the present embodiment, the stretching action was efficiently performed by setting the angle to 38 ° (19 ° with respect to the central axis).
Further, in order to stretch the polypropylene (N) efficiently, it is also important to lower the viscosity of the molten polypropylene (N) by a high temperature. Therefore, as shown in FIG. A heater by a heater 23 is arranged in the heater, and hot air is brought into contact with the outer peripheral portion 132 of the molten resin introduction pipe 13 and the outer periphery of the discharge port 112 to maintain a high temperature.
上述したように、吐出口１１２でもポリプロピレン（N）を２７０℃以上に保持するが、吐出口１１２から紡糸後も延伸させる必要があるが、そのままでは吐出口１１２直後に急激に温度が低下するので、これを防ぐ必要がある。
このために溶融状態維持手段として金属製の高速高熱気流の高熱風吹出ノズル２と後述するノズル風洞５を設けた。高熱風吹出ノズル２の高熱風が適正に紡糸ポリプロピレン（N）に当たらないと、μオーダーの極細繊維で終わってしまいナノファイバーにはならない。
図２、図３に示すように、高熱風吹出ノズル２は先端の熱風吹出口２２の内径は４mm程度で、３００〜３５０℃の熱風を吐出量１１０ｍ3/min(分)でポリプロピレン（N）に吹き付けている。この時の熱風圧力は０.３５Ｐaで風速を与えているが、余り風速が遅いと紡糸中のポリプロピレン（N）の雰囲気の温度が下がってしまい延伸を阻害し、余り風速が速くても風速で紡糸中のポリプロピレン（N）を冷ましてしまい延伸を阻害する。
As described above, the polypropylene (N) is maintained at 270 ° C. or higher even at the discharge port 112. However, it is necessary to stretch the yarn even after spinning from the discharge port 112. Need to prevent this.
For this purpose, a high-temperature, high-temperature, high-temperature hot air blowing nozzle 2 and a nozzle wind tunnel 5, which will be described later, are provided as a molten state maintaining means. If the hot air from the hot air blowing nozzle 2 does not properly hit the spun polypropylene (N), the fibers will end up in micro-order ultrafine fibers and will not become nanofibers.
As shown in FIGS. 2 and 3, the hot air blowing nozzle 2 has a hot air outlet 22 at an end having an inner diameter of about 4 mm and discharges 300 to 350 ° C. hot air at a discharge rate of 110 m 3 / min (min) into polypropylene (N). I'm spraying. At this time, the hot air pressure is 0.35 Pa to give a wind speed. However, if the wind speed is too low, the temperature of the atmosphere of the polypropylene (N) during spinning drops, which hinders drawing. It cools the polypropylene (N) during spinning and hinders drawing.
[ノズル風洞５(フード)]
図２，図３に示すように、熱風通路形成キャップ２４の下流方向に約直径２cmの円筒で長さ７cm程度のノズル風洞(フード)５が取付雌ネジ５１で熱風通路形成キャップ２４の雄ネジ部２４１に取り付けられている。このためノズル風洞５(フード)の軸線と紡糸ノズル１の軸線を一致させることが容易である。
このノズル風洞５は、紡糸ノズル１の吐出口１１２の直後に配置されているため、紡糸された溶融ポリプロピレン（N）が直線状に延伸され、フード及びフード内部も高温状態を保てるため、樹脂の延伸時間が延長され繊維径の極細化に効果があり、他の直近ノズルから排出される熱風に干渉される事も防止することができ、結果として、均一のポリプロピレンのナノファイバー積層体を得ることができる。
特に、前掲の特許文献３の特開２０１１−２４１５１０号公報の気流による外周の遮断とは異なり、確実に、他のノズルから排出される熱風に干渉されることがないので、直近のノズルとの距離を縮めることが可能となる。
実施例１のノズル風洞５の内径は１.４cmから２.５cmとしたが、内径があまり大きいと熱保持効果が薄れ、小さいと紡糸ノズル１とノズル風洞５の中心軸を一致させるのが難しく、中心線がズレるとかえって乱流が生ずる原因となる。また、ノズル風洞５におけるノズル先端１１までの長手方向の長さを４.０cmから１０．０cmとしたが、内径との相互関係から、実施例１のように風洞の内径を２.０cmとした場合には、長さは７cmが最適であった。
[Nozzle wind tunnel 5 (hood)]
As shown in FIGS. 2 and 3, a nozzle wind tunnel (hood) 5 having a diameter of about 7 cm and a cylindrical shape having a diameter of about 2 cm is mounted in the downstream direction of the hot-air passage forming cap 24 by a female screw 51. It is attached to the part 241. Therefore, it is easy to make the axis of the nozzle wind tunnel 5 (hood) coincide with the axis of the spinning nozzle 1.
Since the nozzle wind tunnel 5 is disposed immediately after the discharge port 112 of the spinning nozzle 1, the spun molten polypropylene (N) is stretched linearly, and the hood and the inside of the hood can be kept at a high temperature. The stretching time is extended, which is effective in minimizing the fiber diameter, and can be prevented from being interfered with by the hot air discharged from other recent nozzles. As a result, a uniform polypropylene nanofiber laminate can be obtained. Can be.
In particular, unlike the interruption of the outer periphery by the airflow disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-241510 of Patent Document 3, the interference with the hot air discharged from other nozzles is ensured, so The distance can be reduced.
Although the inner diameter of the nozzle wind tunnel 5 of Example 1 was from 1.4 cm to 2.5 cm, if the inner diameter was too large, the heat retaining effect was weakened, and if the inner diameter was too small, it was difficult to match the central axes of the spinning nozzle 1 and the nozzle wind tunnel 5. If the center line is shifted, turbulence may be generated. The length of the nozzle wind tunnel 5 in the longitudinal direction from the nozzle tip 11 to the nozzle tip 11 was from 4.0 cm to 10.0 cm. However, from the correlation with the inner diameter, the inner diameter of the wind tunnel was set to 2.0 cm as in Example 1. In the case, the length was optimally 7 cm.
また、別の実施例２として実施例１でのノズル風洞５の形状を変えたのが図７であるが、実施例２のノズル風洞５aは熱風通路形成キャップ２４の雄ネジ部２４１に取り付けられ、取付雌ネジ５１の根本から絞った形状にし、大部分を内径１.５cmとした場合には、熱風Ｄがより整流になりノズル風洞５の長手方向の長さを５.０cmすると場合が出来合いのナノファイバー積層体の状態も最適であった。
更に、別の実施例３として実施例１、２でのノズル風洞５の形状を変えたのが図８であるが、実施例３のノズル風洞５ｂは、先端を絞った形状である。これは実施例１でのノズル風洞５の風洞先端部５ｃで乱流が起こりやすく、風速によって綿飴状のナノファイバーのブロックが生じることがあり、これを防ぐために、先端を絞った形状で、ノズル風洞５の長手方向全体の長さを６.０cmで、風洞先端部５ｃからノズルの吐出口１１２までは、ｙ２＝４８mmであるが、風洞５のノズル１１近傍での内径はｄ１＝１６．０mm、この内径をノズル先端吐出口から１８mmの先まで同内径の円筒を形成し(風洞先端部５ｃからｙ１＝３.０ｃｍまで)、そこから風洞先端部５ｃまでは徐々に絞り、風洞先端部５ｃでの内径はｄ２＝９.５mmである。
この形状であると、意外にも実施例１で生じた綿飴状のナノファイバーのブロックが全く生じず、出来合いのナノファイバー積層体の状態も最適であった。これは風洞先端部５ｃで風速が早まるためナノファイバーのブロックが生じようとしても吹き飛ばされるものと考えられる。
FIG. 7 shows another embodiment 2 in which the shape of the nozzle wind tunnel 5 in the embodiment 1 is changed. However, the nozzle wind tunnel 5a of the embodiment 2 is attached to the male screw portion 241 of the hot air passage forming cap 24. When the shape is narrowed from the root of the mounting female screw 51 and most of the inner diameter is 1.5 cm, the hot air D is more rectified, and the length of the nozzle wind tunnel 5 in the longitudinal direction is 5.0 cm. The state of the nanofiber laminate was also optimal.
FIG. 8 shows another embodiment 3 in which the shape of the nozzle wind tunnel 5 in the first and second embodiments is changed. The nozzle wind tunnel 5b of the third embodiment has a shape in which the tip is narrowed. This is because turbulence is likely to occur in the wind tunnel tip 5c of the nozzle wind tunnel 5 in the first embodiment, and a cotton candy-like nanofiber block may be generated depending on the wind speed. The entire length of the nozzle wind tunnel 5 in the longitudinal direction is 6.0 cm, and y2 = 48 mm from the wind tunnel tip 5c to the nozzle outlet 112. The inner diameter of the wind tunnel 5 near the nozzle 11 is d1 = 16. 0 mm, the inner diameter of which is 18 mm from the nozzle tip discharge port to form a cylinder of the same inner diameter (from the wind tunnel tip 5 c to y1 = 3.0 cm), and then gradually narrow down from the wind tunnel tip 5 c to the wind tunnel tip. The inner diameter at 5c is d2 = 9.5 mm.
With this shape, the cotton candy-like nanofiber block produced in Example 1 was not generated at all, and the state of the completed nanofiber laminate was optimal. This is presumably because the wind speed increases at the wind tunnel tip 5c, so that the nanofiber blocks are blown off even if they are generated.
[捕集部Ｂ]
再び、実施例１に戻って説明するが、図１に示すように、紡糸ノズル１及びこれに高熱風吹出ノズル２から吹き飛ばされたポリプロピレンのナノファイバー（N）を下流の捕集部Ｂで捕集する。
捕集部Ｂは、ナノファイバー捕集装置６とナノファイバー（N）を保持する基材Ｃとから構成され、ナノファイバー捕集装置６は吹き付けられるナノファイバー（N）に対向して細かな貫通孔を有する平面保持用グリッド(或いは金網)６１を設け、ナノファイバー（N）が吹き付けられる裏側には吸引ダクト６２が設けられている。
この上記の平面保持用グリッド(或いは金網)６１の両端にはフィードローラ６３が、一方には基材繰出ローラ軸６４、他方には基材・製品巻取軸６５が配置されている。
そして、ナノファイバー（N）を仮に担持する基材Ｃのローラを、基材繰出ローラ軸６４に取り付け、フィードローラ６３ａを介して不織布等の引き出した基材Ｃを平面保持用グリッド(或いは金網)６１に載せ、ナノファイバー（N）の積層体を基材Ｃの上面に載置しながら移動させ、フィードローラ６３ｂ,cを介して基材Ｃ及び製品であるナノファイバー積層体を製品巻取軸６５で巻き取る。
[Collection part B]
Returning again to Example 1, as shown in FIG. 1, the polypropylene nanofibers (N) blown off from the spinning nozzle 1 and the hot-air blowing nozzle 2 by the spinning nozzle 1 are collected by the downstream collecting part B. Gather.
The collecting section B is composed of a nanofiber collecting device 6 and a base material C holding the nanofibers (N), and the nanofiber collecting device 6 faces the nanofibers (N) to be sprayed and finely penetrates. A grid (or wire netting) 61 having holes is provided, and a suction duct 62 is provided on the back side to which the nanofibers (N) are sprayed.
A feed roller 63 is disposed at both ends of the flat surface holding grid (or wire mesh) 61, a substrate feeding roller shaft 64 is disposed on one side, and a substrate / product winding shaft 65 is disposed on the other side.
Then, the roller of the base material C temporarily supporting the nanofibers (N) is attached to the base material feeding roller shaft 64, and the base material C drawn out of a nonwoven fabric or the like through the feed roller 63a is placed on a flat surface holding grid (or wire mesh). 61, the nanofiber laminate (N) is moved while being placed on the upper surface of the base material C, and the base material C and the nanofiber laminate as the product are wound on the product winding shaft via feed rollers 63b and 63c. Rewind at 65.
[実施例１の製品]
こうして、溶融だけでポリプロピレンのナノファイバー積層体の製造を完成する。
なお、紡糸ノズル１と高熱風吹出ノズル２とノズル風洞５の組み合わせを複数にすれば生産量は増加するが、本実施例１では平行に６組設けた。
本実施例１(ノズル風洞あり)の下記条件で製造したのが、図９の×２００倍の電子顕微鏡写真、図１０の×１０００倍の電子顕微鏡写真、及び、図１１の１００００倍の電子顕微鏡写真であるが、写真中のμｍのスケールに対して、ナノオーダーのナノファイバーが積層させていることが判る。
また、これらの子顕微鏡写真からは、従来の前掲特許文献４に記載のナノファイバー積層体の電子顕微鏡写真よりも均一性が向上していることが判る。
なお、図１４は実施例１におけるノズル風洞を装備しない場合の１０００倍の電子顕微鏡写真であるが、図１０のノズル風洞の場合に比べて繊維径が明らかに太く、実施例１のようにノズル風洞が有ることによって同じ条件でも繊維径がより細くなることが判る。これは、ノズル風洞によって高温状態の距離が長くなり、その分だけポリプロピレン(ＰＰ)が引き伸ばされるものと考えられる。
[Product of Example 1]
Thus, the production of the nanofiber laminate of polypropylene is completed only by melting.
If the number of combinations of the spinning nozzle 1, the hot air blowing nozzle 2, and the nozzle wind tunnel 5 is increased, the production amount is increased. However, in the first embodiment, six sets are provided in parallel.
The electron microscope photograph of × 200 magnification of FIG. 9, the electron microscope photograph of × 1000 magnification of FIG. 10, and the electron microscope of × 10000 magnification of FIG. As shown in the photograph, it can be seen that nano-order nanofibers are stacked on the micrometer scale in the photograph.
Further, from these micrographs, it can be seen that the uniformity of the nanofiber laminate is improved as compared with the electron micrograph of the conventional nanofiber laminate described in Patent Document 4.
FIG. 14 is a 1000-fold electron micrograph of the case where the nozzle wind tunnel is not provided in Example 1, but the fiber diameter is clearly larger than that in the case of the nozzle wind tunnel of FIG. It can be seen that the presence of the wind tunnel makes the fiber diameter smaller under the same conditions. This is thought to be due to the fact that the distance in the high temperature state is lengthened by the nozzle wind tunnel, and the polypropylene (PP) is stretched accordingly.
[設定条件(実施例１)]
材料：ポリプロピレン(ＰＰ)(サンアロマー社製：品番PLB00A)(MFR７０)
紡糸ノズル１のノズル径０.１(0.1〜0.2mm)
吐出口温度：２７０°
熱風吹出口内径：５mm(1.4〜６mm)(外径8mm)
熱風吹出口温度：２００〜３００℃
熱風吹出角度：３８°(中心軸と角度19°)(30°〜50°)
高速気流の圧力：０.３５ＭＰa
高熱風吹出ノズル２のノズル径１.８mm
風速：１１０ｍ3／min
高熱風温度：１２０〜２００℃
ノズル風洞：内径２.０cm、長さ７.０cm
熱風吹出口２２から吐出口１１２の突出距離Ｘ４＝４.０mm
なお、同じポリプロピレンであってもエチレンの含有量によって、ＭＦＲ（メルトフローレート (melt flow rate)）値が異なり、ＭＦＲ７０と極めてエチレンの含有値が少なく流動性もなく硬いものであっても、ナノファイバーが形成される。
[Setting conditions (Example 1)]
Material: Polypropylene (PP) (manufactured by Sun Allomer: part number PLB00A) (MFR70)
Nozzle diameter of spinning nozzle 1 0.1 (0.1 to 0.2 mm)
Discharge port temperature: 270 °
Hot air outlet inside diameter: 5mm (1.4-6mm) (outside diameter 8mm)
Hot air outlet temperature: 200-300 ° C
Hot air blowing angle: 38 ° (center axis and angle 19 °) (30 ° -50 °)
High-speed air flow pressure: 0.35MPa
Nozzle diameter of high hot air blowing nozzle 2 1.8mm
Wind speed: 110m3 / min
High hot air temperature: 120-200 ° C
Nozzle wind tunnel: Inner diameter 2.0cm, length 7.0cm
Projection distance X4 = 4.0 mm of outlet 112 from hot air outlet 22
Even if the same polypropylene is used, the MFR (melt flow rate) value differs depending on the ethylene content. Fibers are formed.
本発明の実施例１におけるポリポロピレンのナノファイバー積層体Ｎの製造方法では、従来製造が難しいとされていたポリプロピレン(ＰＰ)のナノファイバーを溶剤無しで製造することができ、また、引火性の溶液を一切使用することなく、ポリプロピレンを加熱により溶融して、加圧と高熱吹き出し風より防糸するので、取り扱いが容易な製造方法でポリプロピレン(ＰＰ)のナノファイバー積層体が得られる。
また、従来のように高電圧を使用することなく、溶融だけで製造するので高圧電源を使用することによる危険性がなく、また、溶融だけで引火性の溶媒も使用しないので、極めて取り扱いが容易となり、また、静電気等が帯電していないので、無理なく捕集帯から離脱して、所望の基材に移すことができ、所望の基材として通気性のある基材は勿論のこと、通気性の小さな不織布や、或いは、通気性のないフィルムを基材として用いることができる。
このように、ポリプロピレンのナノファイバー積層体を安価で大量生産が可能となる。
According to the method for producing a polypropylene nanofiber laminate N in Example 1 of the present invention, polypropylene (PP) nanofibers, which were conventionally considered difficult to produce, can be produced without a solvent. The polypropylene is melted by heating without using any of the above, and the yarn is prevented from the pressure and the high-temperature blowing wind, so that a nanofiber laminate of polypropylene (PP) can be obtained by a manufacturing method that is easy to handle.
In addition, there is no danger of using a high voltage power supply because it is manufactured only by melting without using a high voltage as in the past, and it is extremely easy to handle because it does not use a flammable solvent just by melting. In addition, since static electricity or the like is not charged, it can be easily separated from the collecting zone and transferred to a desired base material. A nonwoven fabric having low permeability or a film having no air permeability can be used as the base material.
Thus, mass production of the polypropylene nanofiber laminate at low cost is possible.
次に、本発明の高分子材料としてナイロン(Nylon)を使用したナノファイバー積層体の製造方法の実施例２を説明する。
実施例３の製造装置は、基本的には実施例１と同じであり、材料としてナイロン(Nylon)を用いた。
本実施例３の下記条件で製造したのが、図１２の×２００倍の電子顕微鏡写真であるが、写真中のμｍのスケールに対して、ナノオーダーのナノファイバーが積層され、細いナノファイバーが積層されていることが判る。
[設定条件(実施例３)]
材料：ナイロン(Nylon)(宇部興産社製：品番1022B)
紡糸ノズル１のノズル径０.１mm（0.1〜0.2mm)
吐出口温度：２８０°
熱風吹出口内径：３mm(1.4〜6mm)(外径8mm)
熱風吹出口温度：２５０〜３１０℃
熱風吹出角度：３８°(中心軸と角度19°)(30°〜50°)
高速気流の圧力：０.４Ｐa
ノズル風洞：内径２.０cm、長さ７.０cm
熱風吹出口２２から吐出口１１２の突出距離Ｘ４＝４.０mm
Next, a second embodiment of a method for producing a nanofiber laminate using nylon (Nylon) as the polymer material of the present invention will be described.
The manufacturing apparatus of the third embodiment is basically the same as that of the first embodiment, and uses Nylon as a material.
An electron micrograph of × 200 magnification of FIG. 12 was manufactured under the following conditions of Example 3, and nano-order nanofibers were laminated on the μm scale in the photograph, and fine nanofibers were obtained. It can be seen that they are stacked.
[Setting conditions (Example 3)]
Material: Nylon (Ube Industries: No. 1022B)
Nozzle diameter of spinning nozzle 1 0.1mm (0.1-0.2mm)
Discharge port temperature: 280 °
Hot air outlet inside diameter: 3mm (1.4-6mm) (outside diameter 8mm)
Hot air outlet temperature: 250-310 ° C
Hot air blowing angle: 38 ° (center axis and angle 19 °) (30 ° -50 °)
High-speed air flow pressure: 0.4 Pa
Nozzle wind tunnel: Inner diameter 2.0cm, length 7.0cm
Projection distance X4 = 4.0 mm of outlet 112 from hot air outlet 22
[実施例３の製品]
本発明の実施例３のナイロン(Nylon)のナノファイバー積層体Ｎの製造方法は、実施例２の図１の概略を示した概念説明図と原則的に同じであるため省略するが、突出した円筒部内でナイロン(Nylon)の溶融状態を維持しながら更に延伸し、開口部１２３からナイロン(Nylon)を、水平方向に配置され下流の捕集部Ｂのネット５に吹き飛ばして捕集するもので、高電圧を印加することなく、加熱による溶融だけでナイロン(Nylon)のナノファイバー積層体の製造を実現した。
[Product of Example 3]
The manufacturing method of the nylon (Nylon) nanofiber laminate N of Example 3 of the present invention is basically the same as the conceptual explanatory view schematically showing FIG. The nylon (Nylon) is stretched further while maintaining the molten state of the nylon (Nylon) in the cylindrical portion, and the nylon (Nylon) is blown off from the opening 123 to the net 5 of the downstream collecting portion B to be collected. The production of Nylon nanofiber laminates was realized only by melting by heating without applying a high voltage.
本発明の実施例３のナイロン(Nylon)のナノファイバー積層体Ｎの製造方法では、蟻酸のように環境に悪影響のある溶媒(溶剤)や、ベンゼン等の引火点の低い危険な溶剤を必要とするナイロン(Nylon)において、このように有害な溶媒や危険な溶剤を使用しないで、熱溶融だけでのナノファイバー積層体の製造方法が可能となる。
また、高圧電源を使用することによる危険性がなく、取り扱いが容易となり、また、静電気等が帯電していないので、無理なく捕集帯から離脱して、所望の基材に移すことができ、所望の基材として通気性のある基材は勿論のこと、通気性の小さな不織布や、或いは、通気性のないフィルムを基材として用いることができる。
このように、ナイロン(Nylon)のナノファイバー積層体を安価で大量生産が可能となる。
In the method for producing a nanofiber laminate N of nylon (Nylon) of Example 3 of the present invention, a solvent (solvent) having a bad effect on the environment such as formic acid or a dangerous solvent having a low flash point such as benzene is required. In the case of Nylon, a method for producing a nanofiber laminate only by heat melting without using such a harmful solvent or a dangerous solvent becomes possible.
In addition, there is no danger due to the use of a high-voltage power supply, handling is easy, and since static electricity and the like are not charged, it can be easily separated from the collection zone and transferred to a desired base material, As a desired substrate, not only a gas permeable substrate but also a gas permeable nonwoven fabric or a non-gas permeable film can be used as the substrate.
As described above, it is possible to mass-produce a nanofiber laminate of nylon (Nylon) at low cost.
次に、本発明の高分子材料としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用したナノファイバー積層体の製造方法の実施例２を説明する。
実施例３の製造装置は、基本的には実施例１と同じであり、材料としてナイロン(Nylon)を用いた。
本実施例３の下記条件で製造したのが、図１３の×２００倍の電子顕微鏡写真であるが、写真中のμｍのスケールに対して、ナノオーダーのナノファイバーが積層され、細いナノファイバーが積層されていることが判る。
Next, Example 2 of a method for producing a nanofiber laminate using polyethylene terephthalate (PET) as the polymer material of the present invention will be described.
The manufacturing apparatus of the third embodiment is basically the same as that of the first embodiment, and uses Nylon as a material.
An electron micrograph at × 200 magnification of FIG. 13 was manufactured under the following conditions of Example 3, and nano-order nanofibers were laminated on a scale of μm in the photograph, and a thin nanofiber was obtained. It can be seen that they are stacked.
[設定条件(実施例４)]
材料：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
紡糸ノズル１のノズル径０.１mm（0.1〜0.2mm)
吐出口温度：２８０°
熱風吹出口内径：３mm(1.4〜6mm)(外径8mm)
熱風吹出口温度：２５０〜３２０℃
熱風吹出角度：３８°(中心軸と角度19°)(30°〜50°)
高速気流の圧力：０.４ＭＰa
ノズル風洞：内径２.０cm、長さ７.０cm
熱風吹出口２２から吐出口１１２の突出距離Ｘ４＝４.０mm
[Setting conditions (Example 4)]
Material: polyethylene terephthalate (PET)
Nozzle diameter of spinning nozzle 1 0.1mm (0.1-0.2mm)
Discharge port temperature: 280 °
Hot air outlet inside diameter: 3mm (1.4-6mm) (outside diameter 8mm)
Hot air outlet temperature: 250-320 ° C
Hot air blowing angle: 38 ° (center axis and angle 19 °) (30 ° -50 °)
High-speed air pressure: 0.4 MPa
Nozzle wind tunnel: Inner diameter 2.0cm, length 7.0cm
Projection distance X4 = 4.0 mm of outlet 112 from hot air outlet 22
[実施例４の製品]
本発明の実施例４のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のナノファイバー積層体Ｎの製造方法は、実施例２の図１の概略を示した概念説明図と原則的に同じであるため省略するが、突出した円筒部内でナイロン(Nylon)の溶融状態を維持しながら更に延伸し、開口部１２３からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を、水平方向に配置され下流の捕集部Ｂのネット５に吹き飛ばして捕集するもので、高電圧を印加することなく、加熱による溶融だけでポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のナノファイバー積層体の製造を実現した。
[Product of Example 4]
The method for producing the nanofiber laminate N of polyethylene terephthalate (PET) according to Example 4 of the present invention is basically the same as the conceptual explanatory diagram schematically illustrating FIG. The polyethylene terephthalate (PET) is further stretched while maintaining the molten state of nylon (Nylon) in the formed cylindrical portion, and is blown off from the opening 123 to the net 5 of the downstream collecting portion B to be collected. Thus, the production of a polyethylene terephthalate (PET) nanofiber laminate was realized only by melting by heating without applying a high voltage.
本発明の実施例４のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のナノファイバー積層体Ｎの製造方法では、蟻酸のように環境に悪影響のある溶媒(溶剤)や、ベンゼン等の引火点の低い危険な溶剤を必要とするポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）において、このように有害な溶媒や危険な溶剤を使用しないで、熱溶融だけでのナノファイバー積層体の製造方法が可能となる。
また、高圧電源を使用することによる危険性がなく、取り扱いが容易となり、また、静電気等が帯電していないので、無理なく捕集帯から離脱して、所望の基材に移すことができ、所望の基材として通気性のある基材は勿論のこと、通気性の小さな不織布や、或いは、通気性のないフィルムを基材として用いることができる。
このように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のナノファイバー積層体を安価で大量生産が可能となる。
In the method for producing a polyethylene terephthalate (PET) nanofiber laminate N according to the fourth embodiment of the present invention, a solvent (solvent) having an adverse effect on the environment, such as formic acid, or a dangerous solvent having a low flash point, such as benzene, is required. In such a polyethylene terephthalate (PET), a method for producing a nanofiber laminate only by heat melting without using such a harmful or dangerous solvent becomes possible.
In addition, there is no danger due to the use of a high-voltage power supply, handling is easy, and since static electricity and the like are not charged, it can be easily separated from the collection zone and transferred to a desired base material, As a desired substrate, not only a gas permeable substrate but also a gas permeable nonwoven fabric or a non-gas permeable film can be used as the substrate.
As described above, it is possible to mass-produce a nanofiber laminate of polyethylene terephthalate (PET) at low cost.
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、前述した各実施例に限定されないことは勿論であり、長分子配列を有するポリプロピレン(ＰＰ)、ナイロン(Ｎｙｌｏｎ)、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）以外の危険な溶剤を必要とする高分子材料等においても、加熱溶融する長分子配列を有する高分子材料であれば、危険な溶剤を使用しないで、加熱溶融だけでナノファイバー積層体の製造方法にも適用可能である。 It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments unless the characteristics of the present invention are impaired. Dangers other than polypropylene (PP), nylon (Nylon), and polyethylene terephthalate (PET) having a long molecular arrangement are also applicable. Even polymer materials that require a special solvent, as long as they have a long-molecule arrangement that can be heated and melted, can be applied to the manufacturing method of nanofiber laminates only by heating and melting without using dangerous solvents. It is possible.
Ａ・・ナノファイバー生成部、Ｂ・・捕集部（ナノファイバー）、Ｃ・・基材、
Ｄ・・熱風、Ｎ・・ポリプロピレンナノファイバー（積層体)、
Ｐ・・ポリプロピレンの固形粒子、
１・・紡糸ノズル、１１・・ノズル本体、１１１・・中心軸孔、１１２・・吐出口、
１１３・・鍔部、
１２・・ノズル支持体、１２１・・内孔、１２２・・係止部、
１２３・・開口部、１２４・・外周部、
１３・・溶融樹脂導入管、１３１・・溶融保持通路、１３２・・外周部、
１３３・・熱風導入溝、
１３４・・接続金具、１３５・・樹脂導入孔、１３６・・平坦部
２・・高熱風吹出ノズル、２１・・熱風吹出通路、２２・・熱風吹出口、
２３・・ヒータ、
２４・・熱風通路形成キャップ、２４１・・雄ネジ部、２５・・熱風導入部材、
２６・・熱風吹出口微調整用ワッシャー、
３・・溶融樹脂供給部、３１・・ホッパ、
３２・・スクリューコンベア、３２１・・入口部、３２２・・移送部、
３２３・・出口部、３２４・・駆動部、
３３・・ギアポンプ、３４・・バッファー貯留部、
３５,３５ａ,３５ｂ,３５c,３５e,３５f・・ヒータ、
４・・熱風発生器、４１・・圧縮空気供給口、４２・・熱風出口、
５,５a，５ｂ・・ノズル風洞（フード）、５ｃ・・風洞先端部、５１・・取付雌ネジ、
６・・ナノファイバー捕集装置、６１・・平面保持用グリッド(又は金網)、
６２・・吸引ダクト、６３,６３a,６３b,６３c・・フィードローラ、
６４・・基材繰出ローラ軸、６５・・基材・製品巻取軸
A .. nanofiber generation unit, B .. collection unit (nanofiber), C .. base material,
D · · hot air, N · · polypropylene nanofiber (laminated),
Solid particles of PP
1. spinning nozzle, 11 nozzle body, 111 central hole, 112 outlet
113 ... Tsubame,
12. Nozzle support, 121. Inner hole, 122.
123 ··· Opening, 124 ·· Outer periphery,
13 ··· Molten resin introduction pipe, 131 ·· Melting holding passage, 132 ·· Outer periphery,
133 · · · hot air introduction groove,
134, connecting fittings, 135, resin introduction hole, 136, flat portion 2, high-temperature hot air blowing nozzle, 21, hot air blowing passage, 22, hot air blowing outlet,
23 ・ ・ heater,
24 ·· Hot air passage forming cap, 241 ·· Male screw part, 25 ·· Hot air introduction member,
26 ・ ・ Washer for fine adjustment of hot air outlet,
3 ··· Molten resin supply section, 31 ·· hopper,
32 screw conveyor, 321, inlet section, 322 transfer section,
323 ··· Exit part, 324 ··· Drive part,
33 gear pump, 34 buffer storage unit,
35, 35a, 35b, 35c, 35e, 35f heater
4 hot air generator, 41 compressed air supply port, 42 hot air outlet,
5, 5a, 5b ··· Nozzle wind tunnel (hood), 5c · · · wind tunnel tip, 51 · · · mounting female screw,
6 ・ ・ Nano fiber collection device, 61 ・ ・ Grid (or wire mesh) for holding flat surface,
62 ··· Suction duct, 63, 63a, 63b, 63c · · Feed roller,
64: Base material feeding roller shaft, 65: Base material, product take-up shaft
Claims (6)
該紡糸ノズルの前記中心吐出口を囲むように該中心吐出口と同軸にリング状の熱風吹出口を設け、
ノズル本体の上流側の端部には外側に突出した鍔部を設け、ノズル本体をノズル支持体の下流の内軸孔から挿入して、前記鍔部をノズル支持体の先端部に設けた突起部に嵌合し、前記熱風吹出口よりも突出させ、
該熱風吹出口で前記高分子材料を高温の溶融状態を維持しながら前記熱風吹出口の熱風で吹き飛ばして延伸させ、さらに、延伸状態を維持するために紡糸ノズルの先端に所定の内径と長さのノズル風洞で囲み、
該吹き飛ばされた高分子材料のナノファイバーを捕集する捕集部を設けたことを特徴とする高分子材料のナノファイバーの積層体の製造方法。 A polymer material having a long molecule arrangement is heated and melted at a high temperature, and the melted polymer material is supplied under pressure by a gear pump, and is supplied through a large-capacity buffer storage unit from a melting holding passage having a heating unit. Spin from the center discharge port of the spinning nozzle,
A ring-shaped hot air outlet is provided coaxially with the center discharge port so as to surround the center discharge port of the spinning nozzle,
An outwardly projecting flange is provided at the upstream end of the nozzle body, the nozzle body is inserted from an inner axial hole downstream of the nozzle support, and the flange is provided at the tip of the nozzle support. Part, projecting from the hot air outlet,
The polymer material is blown off by the hot air from the hot air outlet while being stretched while maintaining the molten state at a high temperature at the hot air outlet, and a predetermined inner diameter and a predetermined length are added to the tip of the spinning nozzle in order to maintain the drawn state. Surrounded by a nozzle wind tunnel
A method for producing a laminate of polymer material nanofibers, comprising a collecting portion for collecting the blown polymer material nanofibers.
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| JP2018146169A JP7099701B2 (en) | 2018-08-02 | 2018-08-02 | Method for manufacturing a laminate of nanofibers made of a polymer material |
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