JP5874005B2 - Nanofiber manufacturing apparatus, nanofiber manufacturing method, and nanofiber manufacturing nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、ナノファイバを製造するための製造装置および製造方法の改良に関し、特に流出体が有するノズルの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing nanofibers, and more particularly to an improvement of a nozzle of an effluent.
サブミクロンオーダーまたはナノオーダーの繊維径を有するナノファイバを製造する方法として、静電延伸現象を利用する方法（以下、エレクトロスピニング法という）が知られている。 As a method for producing a nanofiber having a submicron-order or nano-order fiber diameter, a method using an electrostatic stretching phenomenon (hereinafter referred to as electrospinning method) is known.
エレクトロスピニング法においては、例えば樹脂を揮発性の液体に溶解または分散させて原料液を調製する。その原料液を高い電圧により帯電させて、ノズル等から空間中に流出もしくは放出させる。そして、原料液が空間を飛行している間に原料液を静電気力により延伸させることにより、ナノファイバを生成させる。 In the electrospinning method, for example, a raw material liquid is prepared by dissolving or dispersing a resin in a volatile liquid. The raw material liquid is charged with a high voltage, and discharged or discharged into the space from a nozzle or the like. Then, while the raw material liquid is flying in the space, the raw material liquid is stretched by electrostatic force to generate nanofibers.
すなわち、帯電され、電荷が付与されて空間中に放出された原料液は、空間を飛行している間に徐々に溶媒または分散媒が蒸発していく。これにより、帯電している樹脂分子同士の距離が短くなる。すると、静電気力は電荷間距離の２乗に反比例するため、静電気力が高まり、ついには原料液の表面張力を上回る。 In other words, the raw material liquid that has been charged and charged and discharged into the space gradually evaporates the solvent or dispersion medium while flying in the space. This shortens the distance between charged resin molecules. Then, since the electrostatic force is inversely proportional to the square of the distance between charges, the electrostatic force increases and eventually exceeds the surface tension of the raw material liquid.
静電気力が原料液の表面張力を上回ると、原料液が爆発的に線状に延伸される。そのような現象を静電延伸現象という。静電延伸現象は、空間中で連鎖的に引き起こされ、それにより、原料液は幾何級数的に細分化されて延伸される。その結果、サブミクロンオーダーもしくはナノオーダーの直径を有するナノファイバが生成する。 When the electrostatic force exceeds the surface tension of the raw material liquid, the raw material liquid is explosively stretched linearly. Such a phenomenon is called an electrostatic stretching phenomenon. The electrostatic stretching phenomenon is caused in a chain in the space, whereby the raw material liquid is subdivided geometrically and stretched. As a result, nanofibers having submicron or nano-order diameters are produced.
以上の原理を利用してナノファイバを製造するための具体的な装置として、特許文献１は、細長い管状の流出体に、一次元的に並ぶように流出孔の開口部が形成されたノズルを設け、それらの開口部から原料液を空間中に放出して、ナノファイバを生成している。 As a specific apparatus for producing nanofibers using the above principle, Patent Document 1 discloses a nozzle in which an opening portion of an outflow hole is formed so as to line up one-dimensionally on an elongated tubular outflow body. The nanofibers are generated by discharging the raw material liquid into the space through the openings.
ここで、特許文献１の装置のノズルの先端は、滑らかな面に形成されている。これにより、開口の周りにテーラーコーンと称される原料液の液溜まりが形成される。液溜まりは、開口を覆うような底面を有する円錐形状となり、その先端から原料液が空間中に流出する。このような液溜まりが形成されることで、開口と空気との直接接触が防止され、開口から発生するイオン風を抑制することができる。 Here, the tip of the nozzle of the device of Patent Document 1 is formed on a smooth surface. Thereby, a liquid reservoir of a raw material liquid called a tailor cone is formed around the opening. The liquid reservoir has a conical shape having a bottom surface covering the opening, and the raw material liquid flows out into the space from the tip. By forming such a liquid reservoir, direct contact between the opening and air can be prevented, and ion wind generated from the opening can be suppressed.
従来のノズルの流出孔は、１つの部材に形成された複数の貫通孔であることが多い。このような貫通孔を有するノズルの場合、全ての開口部から均一な流量の原料液を安定して流出させるためには、ある程度の流路抵抗が必要である。しかし、貫通孔を形成する加工では、開口部の直径に対して流出孔の長さを２０倍程度とすることが限界である。従って、流路抵抗を確保するためには、開口部の直径を小さくせざるを得ない。このため、ノズルが詰まりやすく、また、洗浄も困難であった。 The outflow holes of conventional nozzles are often a plurality of through holes formed in one member. In the case of a nozzle having such a through-hole, a certain amount of flow path resistance is required in order to stably flow out a raw material liquid having a uniform flow rate from all openings. However, in the process of forming a through hole, the limit is that the length of the outflow hole is about 20 times the diameter of the opening. Therefore, in order to ensure the channel resistance, the diameter of the opening must be reduced. For this reason, the nozzle is easily clogged, and cleaning is difficult.
そこで、流出孔の内壁面を露出させるように、２つに分割可能なノズルを用いることも提案されている。この方式では、流出孔を形成する溝の長さを、十分に長く加工することが可能であるため、開口部の直径に関わらず、流路抵抗を大きくすることができる。よって、溝の幅をある程度太くすることが可能となる。すなわち、溝加工を用いる方式によれば、流出孔の直径を太くすることが可能であるため、原料液が詰まりにくく、また、ノズルを分割することで、原料液の流路を露出させることができるため、洗浄も行いやすい。 Therefore, it has also been proposed to use a nozzle that can be divided into two so as to expose the inner wall surface of the outflow hole. In this method, since the length of the groove forming the outflow hole can be processed sufficiently long, the channel resistance can be increased regardless of the diameter of the opening. Therefore, the groove width can be increased to some extent. That is, according to the method using groove processing, since the diameter of the outflow hole can be increased, the raw material liquid is not easily clogged, and the flow path of the raw material liquid can be exposed by dividing the nozzle. It can be easily cleaned.
しかし、その場合、２つのノズルの合わせ面に隙間を生じることがないように、高精度でノズルを作製することが要求される。従って、ナノファイバ製造装置の製造コストが高くなる。また、合わせ面に隙間を生じないようにノズルを作製できた場合でも、原料液が合わせ面を伝って滲みやすいため、テーラーコーンの状態が不安定になる。 However, in that case, it is required to manufacture the nozzle with high accuracy so as not to cause a gap between the mating surfaces of the two nozzles. Therefore, the manufacturing cost of the nanofiber manufacturing apparatus increases. Further, even when the nozzle can be manufactured so as not to create a gap in the mating surface, the state of the tailor cone becomes unstable because the raw material liquid tends to spread through the mating surface.
本発明は、上記に鑑み、ノズルのメンテナンスを容易にするとともに、紡糸を安定的に行うことができるナノファイバの製造装置および製造方法を提供することを目的としている。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a nanofiber manufacturing apparatus and a manufacturing method capable of easily performing nozzle maintenance and performing spinning stably.
本発明の一局面は、ナノファイバの原料液を、空間中で静電気力により延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、前記空間中に前記原料液を流出させる流出体と、前記空間中に流出される前記原料液を帯電させる電源と、前記流出体と所定距離をおいて対向配置される対向電極と、を備え、前記流出体が、前記原料液が通過する複数の流出孔を有するとともに、前記流出孔の先端である開口部が一次元的に並んで配置されたノズル、を有し、前記ノズルが、第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成され、前記第１合わせ面が、前記流出孔への前記原料液の入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する複数の第１溝を有し、前記第１合わせ面と、前記第２合わせ面とが互いに重なり合うことで、前記第１溝に対応する前記流出孔が形成され、前記第１溝の前記出口側端部が、前記第１合わせ面と前記第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、前記重なり形状の外側に位置しており、前記開口部において、前記第１溝は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている、ナノファイバ製造装置に関する。 One aspect of the present invention is a nanofiber manufacturing apparatus for manufacturing a nanofiber by stretching a nanofiber raw material liquid by electrostatic force in a space, and an effluent that causes the raw material liquid to flow into the space. A power source for charging the raw material liquid flowing out into the space; and a counter electrode disposed to face the outflow body at a predetermined distance, wherein the outflow body includes a plurality of passages through which the raw material liquid passes. A first divided body and a second mating surface each having an outflow hole and a nozzle in which openings serving as tips of the outflow holes are arranged one-dimensionally; is formed by the second split body having said first mating surface, an inlet end and first multiple that having a outlet end corresponding to the inlet and outlet of the raw material liquid to the outlet bore Having a groove, the first mating surface, When the two mating surfaces overlap each other, the outflow hole corresponding to the first groove is formed, and the outlet side end portion of the first groove has the first mating surface and the second mating surface aligned with each other. It is located outside the overlapping shape by a predetermined length XM (XM> 0) relative to the surrounding boundary line of the overlapping shape, and in the opening, the first groove is a peripheral boundary line of the overlapping shape. It is related with the nanofiber manufacturing apparatus currently formed so that a width | variety may become narrow toward the said exit side edge part .
本発明の他の一局面は、ナノファイバの原料液を、空間中で静電気力により延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、前記原料液を、流出体から前記空間中に流出させる工程、前記空間中に流出される前記原料液を帯電させる工程、を含み、前記流出体が、前記原料液が通過する複数の流出孔を有するとともに、前記流出孔の先端である開口部が一次元的に並んで配置されたノズル、を有し、前記ノズルが、第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成され、前記第１合わせ面が、前記流出孔への前記原料液の入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する複数の第１溝を有し、前記第１合わせ面および前記第２合わせ面は、互いに重なり合うことで、前記第１溝に対応する前記流出孔が形成され、前記第１溝の前記出口側端部は、前記第１合わせ面と前記第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、前記重なり形状の外側に位置しており、前記開口部は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって径が小さくなる、前記原料液のテーラーコーンを形成しており、前記開口部において、前記第１溝は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている、ナノファイバ製造方法に関する。 Another aspect of the present invention is a nanofiber manufacturing method for manufacturing a nanofiber by stretching a nanofiber raw material liquid by electrostatic force in a space, the raw material liquid being discharged from an effluent in the space. And the step of charging the raw material liquid that flows out into the space, the outflow body has a plurality of outflow holes through which the raw material liquid passes, and the opening that is the tip of the outflow hole The nozzles are arranged by one-dimensionally arranged, and the nozzle is formed by a first divided body having a first mating surface and a second divided body having a second mating surface, and the first mating plane, the inlet end and corresponding to the inlet and outlet of the raw material liquid to the outflow hole has a first groove of the multiple that having a outlet end, said first mating surface and the second The mating surfaces overlap each other, The outflow hole corresponding to the first groove is formed, and the outlet side end portion of the first groove is more predetermined than the overlapping peripheral boundary line where the first mating surface and the second mating surface overlap each other. The raw material liquid is positioned outside the overlapping shape by a length XM (XM> 0), and the opening has a diameter that decreases from the peripheral boundary line of the overlapping shape toward the outlet side end. The first cone is formed so that the width of the first groove becomes narrower from the overlapping peripheral boundary line toward the outlet side end portion in the opening. Regarding the method.
本発明の更に他の一局面は、ナノファイバの原料液が通過する複数の流出孔を有するとともに、前記流出孔の先端である開口部が一次元的に並んで配置され、前記流出孔を介して前記原料液を空間中に流出させるナノファイバ製造用ノズルであって、第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成され、前記第１合わせ面が、前記流出孔への前記原料液の入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する複数の第１溝を有し、前記第１合わせ面と、前記第２合わせ面とが互いに重なり合うことで、前記第１溝に対応する流出孔が形成され、前記第１溝の前記出口側端部が、前記第１合わせ面と前記第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、前記重なり形状の外側に位置しており、前記開口部において、前記第１溝は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている、ナノファイバ製造用ノズルに関する。 Still another aspect of the present invention has a plurality of outflow holes through which the nanofiber raw material solution passes, and openings that are the ends of the outflow holes are arranged in a one-dimensional manner, through the outflow holes. A nanofiber manufacturing nozzle that causes the raw material liquid to flow into the space, and is formed by a first divided body having a first mating surface and a second divided body having a second mating surface, and the first mating surface is the inlet end corresponding to the inlet and outlet of the raw material liquid to the outlet hole and has a first groove of the multiple that having a outlet end, said first mating surface, said second mating When the surfaces overlap each other, an outflow hole corresponding to the first groove is formed, and the outlet side end portion of the first groove overlaps the first mating surface and the second mating surface. The predetermined length XM (XM>) ) Only is located outside of the overlapping shape, at the opening, the first groove is formed so that the overlap width toward the outlet end from the periphery boundary shape is narrowed The present invention relates to a nanofiber manufacturing nozzle.
本発明によれば、ナノファイバ製造装置が具備する流出体のノズルが、第１溝が形成された第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成されていることから、流出孔の長さを制御することにより流路抵抗を大きくすることが容易であるとともに、ノズルのメンテナンスが容易となる。また、第１溝の出口側端部が、第１合わせ面と第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さだけ、重なり形状の外側に位置しているため、第１合わせ面と第２合わせ面との間を伝って原料液が滲んでも、紡糸を安定的に行うことができる。 According to the present invention, the nozzle of the outflow body included in the nanofiber manufacturing apparatus is formed by the first divided body having the first mating surface in which the first groove is formed and the second divided body having the second mating surface. Therefore, it is easy to increase the flow path resistance by controlling the length of the outflow hole, and the maintenance of the nozzle is facilitated. In addition, the outlet side end of the first groove is located outside the overlapping shape by a predetermined length from the peripheral boundary line of the overlapping shape where the first mating surface and the second mating surface overlap each other. Even if the raw material liquid spreads between the first mating surface and the second mating surface, spinning can be performed stably.
本発明のナノファイバ製造装置は、原料液を、空間中で静電気力により延伸させて、ナノファイバを製造する装置である。この製造装置は、エレクトロスピニング法を利用しており、サブミクロンオーダーまたはナノオーダーの繊維径を有するナノファイバの製造に適する。原料液は、例えば、樹脂を揮発性の液体に溶解または分散させて調製される。その原料液を帯電させて、ノズルから空間中に流出もしくは放出させると、原料液が空間を飛行している間に静電爆発を起こし、ナノファイバが生成する。空間中で生成したナノファイバは、例えば、飛行方向に対して垂直方向に一定の速度で送られる帯状の収集材の表面に堆積させることで収集される。これにより、ナノファイバの不織布が得られる。 The nanofiber manufacturing apparatus of the present invention is an apparatus for manufacturing nanofibers by stretching a raw material liquid in a space by electrostatic force. This manufacturing apparatus uses an electrospinning method and is suitable for manufacturing nanofibers having a fiber diameter of submicron order or nanoorder. The raw material liquid is prepared, for example, by dissolving or dispersing a resin in a volatile liquid. When the raw material liquid is charged and discharged or discharged from the nozzle into the space, an electrostatic explosion occurs while the raw material liquid is flying through the space, and nanofibers are generated. The nanofibers generated in the space are collected, for example, by being deposited on the surface of a strip-shaped collecting material that is sent at a constant speed in a direction perpendicular to the flight direction. Thereby, the nonwoven fabric of nanofiber is obtained.
ナノファイバ製造装置は、空間中に流出させる原料液を保持する流出体と、空間中に流出される原料液を帯電させる電源と、流出体と所定距離をおいて対向配置される対向電極とを備える。対向電極は、原料液に帯電される電荷とは逆極性の電荷で帯電されているか、あるいは接地されている。逆に、流出体を接地するとともに、対向電極を帯電させてもよい。このようにして、流出体と対向電極との間に、電位差を生じさせることで、空間中に電界が形成され、エレクトロスピニングによるナノファイバの生成が可能となる。 The nanofiber manufacturing apparatus includes an outflow body that holds a raw material liquid that flows out into a space, a power source that charges the raw material liquid that flows out into the space, and a counter electrode that is disposed to face the outflow body at a predetermined distance. Prepare. The counter electrode is charged with a charge opposite in polarity to the charge charged in the raw material liquid, or is grounded. Conversely, the outflow body may be grounded and the counter electrode may be charged. In this way, by generating a potential difference between the effluent and the counter electrode, an electric field is formed in the space, and nanofibers can be generated by electrospinning.
流出体は、例えば細長い管状の容器であり、原料液収容部に収容された原料液をナノファイバが生成する空間中に流出させる、複数の流出孔を具備するノズルを有する。ノズルは、第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成されている。なお、ノズルは、流出体と一体に形成されていてもよい。その場合、流出体が、第１分割体および第２分割体により形成されており、両分割体のそれぞれ一部がノズルを形成する。流出体は、例えば、原料液が通過する管路とノズルとで形成されているが、原料液収容部と一体に形成されていてもよい。 The outflow body is, for example, an elongated tubular container, and has a nozzle having a plurality of outflow holes through which the raw material liquid stored in the raw material liquid storage portion flows into the space where the nanofibers are generated. The nozzle is formed of a first divided body having a first mating surface and a second divided body having a second mating surface. The nozzle may be formed integrally with the outflow body. In that case, the outflow body is formed of the first divided body and the second divided body, and a part of each of the divided bodies forms a nozzle. The outflow body is formed of, for example, a pipeline through which the raw material liquid passes and a nozzle, but may be formed integrally with the raw material liquid storage portion.
ノズルの先端には、流出孔の先端である開口部が一次元的に並んで配置されている。原料液は、流出孔を通過した後、開口部から空間中に放出される。ここで、開口部の一次元的な配置としては、同一直線上に開口部の中心が並ぶような配置が一例として挙げられるが、これに限定されるわけではない。一方向に沿って、開口部の中心がジグザグに配置されてもよく、開口部の中心が波形を描くように配置されてもよい。 At the tip of the nozzle, an opening which is the tip of the outflow hole is arranged one-dimensionally. After passing through the outflow hole, the raw material liquid is discharged into the space from the opening. Here, as an example of the one-dimensional arrangement of the openings, an arrangement in which the centers of the openings are arranged on the same straight line is given as an example, but the present invention is not limited to this. The center of the opening may be zigzag along one direction, or the center of the opening may be arranged to draw a waveform.
第１合わせ面は、原料液収容部から供給される原料液の流出孔への入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する、複数の第１溝を有する。そして、第１合わせ面と第２合わせ面とが互いに重なり合うことで、第１溝に対応する流出孔（原料液通路）が形成される。これにより、第１溝の出口側端部に対応するノズルの開口部は、一次元的に並ぶように配置される。このような構成によれば、ノズルのメンテナンスの際には、第１分割体と第２分割体に分解して流出孔の細部まで洗浄することが可能であり、メンテナンスが容易となる。複数の第１溝は、互いに平行であっても良い。 First mating surface, an inlet side end portion corresponding to the inlet and outlet of the raw material liquid outlet hole of which is supplied from the raw material liquid containing portion and having an outlet end, it has a first groove of the multiple. And the outflow hole (raw material liquid passage) corresponding to the 1st groove is formed because the 1st mating surface and the 2nd mating surface mutually overlap. Thereby, the opening part of the nozzle corresponding to the exit side edge part of a 1st groove | channel is arrange | positioned so that it may line up one-dimensionally. According to such a configuration, at the time of maintenance of the nozzle, it is possible to disassemble into the first divided body and the second divided body and wash the details of the outflow holes, thereby facilitating maintenance. The plurality of first grooves may be parallel to each other.
ここで、第１溝の出口側端部は、第１合わせ面と第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線（より具体的には、第２合わせ面のノズルの最先端に対応する直線部分）よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、重なり形状の外側に位置している。そして、第１溝の出口側端部が、原料液が放出されるノズルの開口部を形成する。これにより、第１合わせ面と第２合わせ面との間を伝って原料液が滲んでも、重なり形状の外側に位置する部分（第１分割体のうち第２分割体の第２合わせ面からはみ出た部分）を原料液が流れるときに、テーラーコーンが形成される。よって、紡糸を安定的に行うことができる。 Here, the outlet side end portion of the first groove corresponds to the peripheral boundary line of the overlapping shape in which the first mating surface and the second mating surface overlap each other (more specifically, the tip of the nozzle of the second mating surface) It is located outside the overlapping shape by a predetermined length XM (XM> 0) than the straight portion). And the exit side edge part of a 1st groove | channel forms the opening part of the nozzle from which a raw material liquid is discharge | released. As a result, even if the raw material liquid spreads between the first mating surface and the second mating surface, the portion located outside the overlapping shape (out of the second mating surface of the second segment of the first segment) A tailor cone is formed when the raw material liquid flows through the part. Therefore, spinning can be performed stably.
ノズルの先端部分の形状は、横断面が三角形の柱状体であることが好ましい。これにより、ノズル先端部分をＶ字状に尖った形状にすることができる。ノズルの最先端が尖っているほど、その部分に電荷が集中するため、エレクトロスピニング法を利用する紡糸に有利となる。また、第１溝の出口側端部は、重なり形状の外側に位置していることから、ノズルの最先端は、第１分割体の最先端のみで形成される。従って、第１合わせ面と第２合わせ面とが完全に重なり合う場合に比べて、ノズルの最先端を、更に尖らせることが可能である。 The tip portion of the nozzle is preferably a columnar body having a triangular cross section. Thereby, the nozzle tip portion can be formed into a V-shaped pointed shape. The sharper the tip of the nozzle is, the more concentrated the charge is at that portion, which is advantageous for spinning using the electrospinning method. Moreover, since the exit side edge part of the 1st groove | channel is located in the outer side of an overlapping shape, the most advanced tip of a nozzle is formed only by the most advanced part of a 1st division body. Therefore, compared with the case where the first mating surface and the second mating surface completely overlap, the tip of the nozzle can be further sharpened.
なお、「横断面」とは、例えば流出体が細長い管状の容器である場合、その長手方向に対して垂直なノズルの先端部分の断面である。また、「三角形」とは、略三角形であり、互いに交わる３つの辺を有していればよい。 Note that the “transverse section” is a section of the tip portion of the nozzle perpendicular to the longitudinal direction when the outflow body is an elongated tubular container, for example. Further, the “triangle” is a substantially triangular shape and it is only necessary to have three sides that intersect with each other.
一方、図８に示すような、第１分割体２０Ａの第１合わせ面２０ａと、第２分割体２０Ｂの第２合わせ面２０ｂとが完全に重なり合う流出体２０の場合、流出孔２２Ａを有するノズル２３Ａの最先端は、ある程度の幅を持つこととなる。具体的には、ノズルの最先端の幅は、第１分割体の最先端の肉厚と、第２分割体の最先端の肉厚と、開口部の直径との合計となる。一方、図２に示すような、本発明に係るノズル２は、図８に示すノズル２０に比べて、ノズルの最先端の角度をより小さくすることができる。電荷量は、曲率半径に反比例するため、尖った位置に集中しやすい。ノズルの最先端の角度が小さいほど、最先端に電荷が集中し、紡糸が安定する。よって、生産性およびナノファイバの品質が向上する。
On the other hand, as shown in FIG. 8, in the case of the
また、図８のように、第１分割体２０Ａの第１合わせ面２０ａと、第２分割体２０Ｂの第２合わせ面２０ｂとが、完全に重なり合うノズルでは、原料液収容部２１Ａや流出孔２２Ａから、第１合わせ面２０ａと第２合わせ面２０ｂとの間を伝って原料液が滲むと、原料液が幅を有するノズル２３Ａの最先端を水平方向に移動しやすい。従った、テーラーコーンの形状が安定せず、紡糸が不安定になりやすい。
Further, as shown in FIG. 8, in the nozzle in which the
次に、第１合わせ面と第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線において、意図的に原料液を滲ませることにより、原料液が空気中に流出する部分である重なり形状の周囲環境線は滲んだ溶液により覆われる。一方、表面張力とクーロン力により、第１溝の出口側端部に向かって、徐々に滲みは小さくなる。その結果、原料液は、紡糸位置である第１溝の出口側端部を頂点とする三角形状を形成する。このような状態では、空気に触れると固化しやすい原料液を用いても、固化は原料液が空気に触れる滲みの外縁部から開始する。従って、原料液が固化して原料液の供給が停止し、紡糸が停止するまでには、非常に長い時間が必要となる。これにより、従来では、紡糸が困難であった固化しやすい原料液の紡糸も可能となる。 Next, at the overlapping boundary of the overlapping shape where the first mating surface and the second mating surface overlap each other, the surrounding of the overlapping shape, which is the portion where the raw material liquid flows out into the air by intentionally soaking the raw material liquid Environmental rays are covered by a bleed solution. On the other hand, due to the surface tension and the Coulomb force, the bleeding gradually decreases toward the outlet side end of the first groove. As a result, the raw material liquid forms a triangular shape having an apex at the outlet side end of the first groove, which is the spinning position. In such a state, even if a raw material liquid that is easily solidified when it comes into contact with air is used, solidification starts from the outer edge of the bleeding where the raw material liquid comes into contact with the air. Accordingly, a very long time is required until the raw material liquid is solidified, the supply of the raw material liquid is stopped, and the spinning is stopped. As a result, it is possible to spin a raw material liquid that has been difficult to spin and easily solidifies.
複数の流出孔は、開口部と同様、柱状体の高さ方向（流出体が細長い管状の容器である場合には長手方向）に沿って、一定のピッチＬＣで並んでいる。複数の流出孔は、それぞれが柱状体の高さ方向に対して垂直に延びる筒状空間である。筒状空間の形状は、特に限定されないが、好ましい形状の一つは、後述するような横断面が三角形の柱状である。 The plurality of outflow holes are arranged at a constant pitch LC along the height direction of the columnar body (longitudinal direction when the outflow body is an elongated tubular container), like the openings. Each of the plurality of outflow holes is a cylindrical space extending perpendicularly to the height direction of the columnar body. The shape of the cylindrical space is not particularly limited, but one of the preferable shapes is a columnar shape having a triangular cross section as described later.
流出孔の開口部において、第１溝は、上記の重なり形状の周囲境界線から出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている。これにより、ノズル先端部分において、原料液のテーラーコーンが、より形成されやすくなる。 In the opening of the outflow hole, a first groove that is formed such that the width towards the outlet end from the periphery border of the overlapping shape is narrowed. Thereby, the tailor cone of the raw material liquid is more easily formed at the nozzle tip portion.
所定長さＸＭの好ましい範囲は、第１溝の最大幅、最大深さ、長さなどにより相違するが、概ね１〜５ｍｍの範囲内であり、１〜３ｍｍであることが、より好ましい。ＸＭを１ｍｍ以上とすることで、ノズル先端部分において、原料液のテーラーコーンが形成される領域を確保することが容易となる。また、ＸＭを５ｍｍ以下とすることで、原料液が空気に触れる面積が小さくなり、原料液が固化する量を減少させることができる。 The preferable range of the predetermined length XM varies depending on the maximum width, maximum depth, length, and the like of the first groove, but is generally in the range of 1 to 5 mm, and more preferably 1 to 3 mm. By setting XM to 1 mm or more, it becomes easy to secure a region where the tailor cone of the raw material liquid is formed at the nozzle tip portion. Further, by setting XM to 5 mm or less, the area where the raw material liquid comes into contact with air is reduced, and the amount of solidification of the raw material liquid can be reduced.
隣接する流出孔間のピッチＬＣの好ましい範囲は、目的とするナノファイバの繊維径、流出孔の長さ、流出孔の横断面（筒状空間の横断面）の面積などにより相違するが、概ね２〜５０ｍｍの範囲内であり、２〜２０ｍｍであることが、より好ましい。ＬＣを２ｍｍ以上とすることで、原料液同士が互いの電荷により反発し合う状態となりやすい。また、ＬＣを５０ｍｍ以下とすることで、１つのノズルに設けられる流出孔の数を多く確保することができ、ナノファイバの生産性を向上させることができる。 The preferable range of the pitch LC between adjacent outflow holes varies depending on the fiber diameter of the target nanofiber, the length of the outflow holes, the area of the cross section of the outflow holes (cross section of the cylindrical space), etc. It is in the range of 2-50 mm, and it is more preferable that it is 2-20 mm. By setting LC to 2 mm or more, the raw material liquids tend to repel each other due to their mutual charges. Further, by setting the LC to 50 mm or less, a large number of outflow holes provided in one nozzle can be secured, and the productivity of the nanofiber can be improved.
第１溝の全長は、特に限定されないが、２〜５０ｍｍであることが好ましい。第１溝の全長を２ｍｍ以上とすることで、流出孔を流れる原料液の流れを安定化させることが容易となる。また、流出孔で原料液の流れに対して絞りの圧力が付与されることで、すべての開口部からの原料液の流量を均一化することができる。また、第１溝の全長を５０ｍｍ以下とすることで、ノズルの大型化を抑制することができる。
The total length of the first groove is not particularly limited, but is preferably 2 to 50 mm. By making the total length of the
第１溝の最大幅は、特に限定されないが、０．５〜２ｍｍであることが好ましい。第１溝の最大幅を０．５ｍｍ以上とすることで、流出孔を詰まりにくくすることができる。また、第１溝の最大幅を２ｍｍ以下とすることで、流出孔を流れる原料液の流れを安定化させることが容易となる。上記と同様の理由により、また、溝幅Ｗを広く、深さＤを浅くする（例えばＤ＜Ｗとする）ことで、洗浄を容易にすることができることから、第１溝の最大深さは、０．１〜２ｍｍであることが好ましい。なお、第１溝の最大幅および最大深さが上記範囲内である場合、第２合わせ面の少なくともノズル先端部分に対応する部分は平坦面である。 The maximum width of the first groove is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 2 mm. By setting the maximum width of the first groove to 0.5 mm or more, it is possible to make the outflow hole difficult to clog. Further, by setting the maximum width of the first groove to 2 mm or less, it becomes easy to stabilize the flow of the raw material liquid flowing through the outflow hole. For the same reason as described above, since the groove width W is wide and the depth D is shallow (for example, D <W), cleaning can be facilitated, so the maximum depth of the first groove is 0.1 to 2 mm is preferable. When the maximum width and the maximum depth of the first groove are within the above ranges, at least a portion corresponding to the nozzle tip portion of the second mating surface is a flat surface.
第２合わせ面には、複数の第１溝とそれぞれ協働して複数の流出孔を形成する、複数の第２溝が形成されていてもよい。第２溝の最大幅および最大深さは、第１溝と第２溝との協働で形成される流出孔の最大径に規制される。具体的には、流出孔の最大径は、上記の第１溝の最大幅および最大深さの範囲内に制御される。 A plurality of second grooves that form a plurality of outflow holes in cooperation with the plurality of first grooves may be formed on the second mating surface. The maximum width and maximum depth of the second groove are regulated by the maximum diameter of the outflow hole formed by the cooperation of the first groove and the second groove. Specifically, the maximum diameter of the outflow hole is controlled within the range of the maximum width and the maximum depth of the first groove.
次に、本発明のナノファイバ製造方法は、原料液を空間中で静電気力により延伸させて、ナノファイバを製造する方法であって、（i）原料液を、ノズルを介して空間中に流出
させる工程と、（ii）空間中に流出される原料液を帯電させる工程とを含む。ここで、原料液を放出させるノズルとしては、上記のような構成を有するナノファイバ製造用ノズルを用いる。すなわち、ナノファイバ製造用ノズルは、第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成されている。第１合わせ面は、原料液の入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する複数の第１溝を有し、第１合わせ面と、第２合わせ面とが互いに重なり合うことで第１溝に対応する流出孔が形成される。そして、第１溝の出口側端部が、第１合わせ面と第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、重なり形状の外側に位置しており、開口部において、第１溝は、重なり形状の周囲境界線から出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている。
Next, the nanofiber manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a nanofiber by stretching a raw material liquid by electrostatic force in a space, and (i) the raw material liquid flows out into the space through a nozzle. And (ii) charging the raw material liquid that flows out into the space. Here, the nozzle for producing nanofibers having the above-described configuration is used as the nozzle for discharging the raw material liquid. That is, the nanofiber manufacturing nozzle is formed of a first divided body having a first mating surface and a second divided body having a second mating surface. First mating surface, an inlet side end portion corresponding to the inlet and outlet of the raw material liquid and has a first groove of the multiple that having a outlet end, and a first mating surface, and a second mating surface By overlapping each other, an outflow hole corresponding to the first groove is formed. And the exit side end of the first groove is outside the overlapping shape by a predetermined length XM (XM> 0) than the surrounding boundary line of the overlapping shape where the first mating surface and the second mating surface overlap each other. In the opening, the first groove is formed so that the width becomes narrower from the peripheral boundary line of the overlapping shape toward the outlet side end .
次に、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るナノファイバ製造装置の概略構成を示す斜視図である。
ナノファイバ製造装置１は、原料液を空間中に放出する流出体２と、原料液を帯電させる帯電手段３と、空間中で生成されたナノファイバを収集するコレクタ４と、を備えている。流出体２は、フレーム８２に取り付けられた複数の桟部材８２ａにより支持されている。フレーム８２は、例えば、四本の棒状の脚部８２ｂと、その四本の脚部８２ｂを二本ずつ上端部で連結する、比較的短い一対の水平材８２ｃと、一対の水平材８２ｃで連結された二対の脚部８２ｂを互いに連結するように、一対の水平材８２ｃの両端部にそれぞれの端部が接合される、比較的長い一対の水平材８２ｄとを含む。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a nanofiber manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
The nanofiber manufacturing apparatus 1 includes an
流出体２は、帯電手段３の電源９０と接続され、対向電極８８はアース線３ａにより接地されている。流出体２と対向電極８８は、所定距離を介して対向するように配置され、その間の対向電極８８の近傍に、コレクタ４が配置されている。流出体２のノズル最先端と、コレクタ４との距離（紡糸距離）は、流出体２から放出された原料液から静電延伸現象によりナノファイバが確実に生成されるように、例えば１００〜６００ｍｍに設定されている。
The
流出体２は、放出される原料液に電荷を供給するための電極としても機能するように、原料液と接触する部分の少なくとも一部分が導体（黄銅やステンレス鋼などの金属）から形成されている。その導体部分は、帯電手段３を構成する電源９０の正極端子または負極端子と接続されている。電源９０の他方の端子は接地されている。一方、対向電極８８は接地されているため、流出体２に高電圧を印加することにより、流出体２と対向電極８８との間に電位差を形成可能である。このような電位差により、流出体２に電荷が生じる。その電荷により原料液が帯電される。逆に、電源９０を対向電極８８と接続し、流出体２を接地しても、流出体２から放出される原料液を帯電させることができる。
The
電源９０としては、原料液に与える電荷を一定とする観点から直流電源が好ましいが、整流器を介することで交流電源でも使用することができる。電源９０は、流出体２と他方電極８８との距離を考慮して、例えば５ＫＶ以上の出力を有するのが好ましい。これにより、上記の距離を確保しながら、十分な電荷を原料液に与えることができる。より好ましい電源９０の出力電圧は、２０ＫＶ以上であり、５０ＫＶ以上がさらに好ましい。
The
ノズル周辺に、原料液から放出される帯電した溶媒および帯電手段３により帯電された空気が滞留している。そこで、紡糸が妨げられるのを防ぐため、複数の桟部材８２ａに、送風構造（図示せず）が備えられてもよい。送風構造は、送風ファンによるものでも圧縮エアによるものでもよい。流出体２には、原料液を供給するための導管（図示せず）が接続されており、導管を通して、所定の流量で原料液が流出体２に供給されるようになっている。
A charged solvent discharged from the raw material liquid and air charged by the charging means 3 stay around the nozzle. Therefore, in order to prevent the spinning from being hindered, a plurality of
コレクタ４は、帯状の収集用部材４２と、これを一方向から他方向に移動させる送り機構４４とを含む。収集用部材４２としては、例えば樹脂製のシートが用いられる。送り機構４４は、巻き出し用ローラ４４ａおよび巻き取り用ローラ４４ｂと、ローラ駆動機構４４ｃとを含む。
The collector 4 includes a strip-shaped collecting
流出体２は、細長い管状の容器である。図２に、流出体２の長手方向に対して垂直な断面図を示す。流出体２は、第１合わせ面２ａを有する第１分割体２Ａおよび第２合わせ面２ｂを有する第２分割体２Ｂとで構成されている。流出体２の内部空間は、原料液を収容する筒状の原料液収容部２１となっている。原料液収容部２１は、第１分割体２Ａ側、もしくは第２分割体２Ｂ側のどちらか片方のみに設けられてもよい。原料液は、原料液収容部２１から流出孔（原料液通路）２２を通過して、ナノファイバを生成させる空間に放出される。流出体２のうち、流出孔２２が形成されている部分（破線で囲まれた部分）は、ノズル２３として機能する。すなわち、図示例では、ノズル２３は、流出体２と一体に形成されている。更に、原料液収容部２１も、流出体２と一体に形成されている。
The
図３は、図２のノズル２３の先端部分の拡大図である。ノズル２３の先端部分の形状は、横断面が三角形の柱状体となっている。すなわち、ノズル先端部分はＶ字状に尖った形状である。そして、第１分割体２Ａの最先端は、第２分割体２Ｂの最先端よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけはみ出している。そのため、ノズル２３の最先端は、第１分割体２Ａの最先端のみで形成されており、非常に尖った形状となっている。
FIG. 3 is an enlarged view of the tip portion of the
図４は、ノズル２３の先端部分を図３のＩＶ−ＩＶ線で切断したときの、ノズル先端部分の概略構成を示している。第１分割体２Ａの第１合わせ面２ａには、原料液収容部２１から供給される原料液の流出孔への入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する、互いに平行な複数の第１溝２４が形成されている。第１合わせ面２ａと、第２合わせ面２ｂとが互いに重なり合うことで、第１溝２４に対応する流出孔２２がそれぞれ形成される。
FIG. 4 shows a schematic configuration of the nozzle tip portion when the tip portion of the
第１溝２４の出口側端部２４ａは、第１合わせ面２ａと第２合わせ面２ｂとが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線２５よりも、所定長さＸＭだけ、重なり形状の外側に位置している。このような構成によれば、第１溝２４の出口側端部２４ａは、第１合わせ面と第２合わせ面との境界（周囲境界線２５）と一致することがなくなる。これにより、第１合わせ面と第２合わせ面との間を伝って原料液が滲んだとしても、繊維形成が行われる出口側端部２４ａには影響は無い。
The
図５（ａ）は、ノズル先端部分の要部を示す正面図であり、第１溝２４の出口側端部２４ａの状態を拡大して示している。図５（ｂ）は、出口側端２４ａにおいて、原料液２６がテーラーコーンを形成する様子を示している。図示されているように、原料液は、隣接する出口側端部２４ａの間を周囲境界線２５に沿って滲みやすい。しかし、原料液は、周囲境界線２５を伝って水平方向に移動するよりも、第１分割体２Ａの重なり形状の外側に位置する部分（所定長さＸＭの部分）を伝って下方に流れる。このように、所定長さＸＭの部分は、原料液のテーラーコーンを安定的に形成する場を提供している。
FIG. 5A is a front view showing the main part of the nozzle tip, and shows the state of the
流出孔の開口部において、第１溝２４は、周囲境界線２５から出口側端部２４ａ（第１溝の出口側の最先端、すなわち第１分割体の最先端）に向かって幅が狭くなるように形成されている。原料液２６は、周囲境界線２５から出口側端部２４ａに至る溝の形状に沿って流れやすいため、原料液２６の流れの形状も、開口部の形状に沿って、次第に細くなる。よって、ナノファイバの生成に非常に適した状態で原料液を空間に放出することができる。
In the opening of the outflow hole, the width of the
図示例では、流出孔２２は、それぞれがノズルの長手方向に対して垂直に延びる筒状空間であり、その形状は、具体的には、横断面が三角形の柱状である。このような形状の流出孔２２を形成するには、第１溝２４を、第１分割体２Ａの第１合わせ面２２ａに、くさび状に形成すればよい。なお、くさび状とは、第１合わせ面２２ａから第１溝２４の最深部向かって、溝幅が次第に狭くなるような形状である。このような第１溝２４を形成することにより、第１溝２４の出口側端部２４ａの付近の形状を、図５に示すように、周囲境界線２５から出口側端２４ａに向かって幅が狭くなるように形成することも容易となる。あるいは、流出孔２２の横断面を四角形の柱状としてもよい。このような形状とすると紡糸性能は若干低下するものの、ノズルの製造は容易となる。
In the illustrated example, each of the outflow holes 22 is a cylindrical space extending perpendicularly to the longitudinal direction of the nozzle, and specifically, the shape thereof is a columnar shape having a triangular cross section. In order to form the
図６（ａ）には、第１分割体２Ａの第１合わせ面２ａ（斜線部）の一例を示す。また、図６（ｂ）には、第２分割体２Ａの第２合わせ面２ｂ（斜線部）の一例を示す。第１合わせ面２ａには、複数の同じ長さの第１溝２４が互いに平行に設けられている。複数の第１溝２４の最大幅および最大深さは、全て同じである。第１溝の横断面の形状は、例えばくさび型（三角形）であり、第１溝２４の最大深さに対応する稜線は、入口側端部２４ｂから出口側開口端２４ａに至るまで直線状に延びている。一方、第２合わせ面２ｂは平坦面である。なお、第１分割体２Ａおよび第２分割体２Ｂの互いの合わせ面を付き合わせることで、原料液収容部２１が形成され、その一部には原料液収容部２１に送液するための注液孔２７が設けられている。注液孔２７には、所定の導管が接続され、導管を通して所定の流量で原料液が供給される。
FIG. 6A shows an example of the
図７（ａ）には、別の第１分割体２Ｃの第１合わせ面２ｃ（斜線部）の一例を示す。また、図７（ｂ）には、別の第２分割体２Ｄの第２合わせ面２ｄ（斜線部）の一例を示す。この図示例では、第２合わせ面２ｄに、複数の第１溝２４とそれぞれ協働して複数の流出孔２２を形成する複数の第２溝２８が形成されていている。
FIG. 7A shows an example of the
ナノファイバの原料液は、ナノファイバを構成する樹脂と、樹脂を溶解または分散させる揮発性の液体とを含んでいる。原料液には、様々な添加剤を加えてもよい。 The nanofiber raw material liquid contains a resin constituting the nanofiber and a volatile liquid that dissolves or disperses the resin. Various additives may be added to the raw material liquid.
樹脂の種類は、特に限定されないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ポリアミド、アラミド、ポリイミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチドおよびこれらの共重合体等を例示できる。 The type of resin is not particularly limited, but polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isophthalate, polyvinylidene fluoride, polyfluoride. Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, polyamide, aramid, polyimide, polycaprolactone , Polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, polypeptide and It can be exemplified copolymers thereof.
揮発性の液体としては、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジンおよび水を例示することができる。 Examples of the volatile liquid include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, and methyl ethyl ketone. , Methyl isobutyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, methyl-n-propyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, acetone, hexafluoroacetone, phenol, formic acid, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, benzoic acid Ethyl, propyl benzoate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, methyl chloride, ethyl chloride, methylene chloride, chloroform, o Chlorotoluene, p-chlorotoluene, chloroform, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, acetic acid , Benzene, toluene, hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, pyridine and Water can be exemplified.
本発明の製造装置および製造方法によれば、ノズル最先端への効果的な電荷の集中や、テーラーコーンの安定により、細い繊維径のナノファイバを安定的に効率よく製造することができる。ナノファイバの繊維径は、一般に８００ｎｍ以下であるが、本発明によれば、４００ｎｍ以下、好ましくは３５０ｎｍ以下、更に好ましくは３００ｎｍ以下の平均繊維径を有するナノファイバを効率的に製造することができる。平均繊維径の下限は、例えば、６０ｎｍ以上、７５ｎｍ以上または１００ｎｍ以上である。これらの上限値と下限値とは、適宜選択して組み合わせることができる。平均繊維径は、例えば６０〜３５０ｎｍまたは１００〜４００ｎｍであってもよい。なお、ナノファイバの平均繊維径は、任意に選択した複数本（例えば１０本）のナノファイバの繊維径（繊維断面における最大径）の平均値を意味する。 According to the manufacturing apparatus and the manufacturing method of the present invention, nanofibers having a small fiber diameter can be manufactured stably and efficiently due to effective charge concentration at the tip of the nozzle and stabilization of the tailor cone. The fiber diameter of nanofibers is generally 800 nm or less, but according to the present invention, nanofibers having an average fiber diameter of 400 nm or less, preferably 350 nm or less, more preferably 300 nm or less can be efficiently produced. . The lower limit of the average fiber diameter is, for example, 60 nm or more, 75 nm or more, or 100 nm or more. These upper limit value and lower limit value can be appropriately selected and combined. The average fiber diameter may be, for example, 60 to 350 nm or 100 to 400 nm. In addition, the average fiber diameter of nanofiber means the average value of the fiber diameter (maximum diameter in a fiber cross section) of the nanofiber arbitrarily selected (for example, 10 pieces).
なお、上記の実施形態では、第１分割体と第２分割体の先端部分の形状が異なる場合について説明したが、先端部分が同じ形状であってもよい。すなわち、第１分割体の先端部分を、所定長さＸＭだけ、同じ形状の第２分割体の先端部分からはみ出させるだけでもよい。このような場合でも、第１分割体の先端部分と第２分割体の先端部分とが重複する場合に比べると、ノズルの最先端の角度は半分になる。従って、ノズルの先端部分に効率的に電荷を集中させることができる。また、はみ出した部分が原料液のテーラーコーンを安定させる場を提供する点についても同様である。 In the above embodiment, the case where the shapes of the tip portions of the first divided body and the second divided body are different has been described, but the tip portions may be the same shape. That is, the tip portion of the first divided body may be protruded from the tip portion of the second divided body having the same shape by a predetermined length XM. Even in such a case, the tip angle of the nozzle is halved as compared with the case where the tip portion of the first divided body and the tip portion of the second divided body overlap. Therefore, electric charges can be efficiently concentrated on the tip portion of the nozzle. This also applies to the point where the protruding portion provides a place for stabilizing the tailor cone of the raw material liquid.
《実施例１》
図１に示すようなナノファイバ製造装置を用いて、原料液であるアラミド（芳香族ポリアミド）のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液（アラミド含有量２０質量％）からナノファイバを製造した。ただし、流出体としては、図２〜６に示すようなノズルを具備するものを用いた。ノズルの材質は、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）であり、第１溝の形状は、最大幅０．８ｍｍ、最大深さ０．５ｍｍのくさび型とした。ピッチＬＣは１０ｍｍとし、所定長さＸＭは２ｍｍとした。流出孔（原料液通路）の数は２０本とした。
Example 1
A nanofiber was manufactured from an aramid (aromatic polyamide) N, N-dimethylacetamide solution (
図１に示すように、流出体に７０ｋＶの電圧を印加し、対向電極を設置して、２６℃、湿度５０％の環境下で、紡糸距離（ノズルの最先端からコレクタまでの距離）を１７０ｍｍとして、電界紡糸を行った。 As shown in FIG. 1, a 70 kV voltage was applied to the effluent, a counter electrode was installed, and the spinning distance (distance from the nozzle tip to the collector) was 170 mm in an environment of 26 ° C. and 50% humidity. As a result, electrospinning was performed.
ナノファイバの生成速度が０．０５６ｇ／分となるように、原料液の放出量を設定したところ、コレクタには、平均繊維径４００ｎｍのナノファイバからなる不織布が形成された。不織布の表面を、電子顕微鏡写真を用いて観察したところ、繊維径のばらつきは非常に小さかった。 When the release amount of the raw material liquid was set so that the nanofiber production rate was 0.056 g / min, a nonwoven fabric composed of nanofibers having an average fiber diameter of 400 nm was formed on the collector. When the surface of the nonwoven fabric was observed using an electron micrograph, the variation in fiber diameter was very small.
《実施例２》
ナノファイバの生成速度が０．０８４ｇ／分となるように、原料液の放出量を設定したこと以外、実施例１と同様にして、ナノファイバからなる不織布を製造した。ナノファイバの平均繊維径は４００ｎｍであり、繊維径のばらつきは非常に小さかった。
Example 2
A nonwoven fabric made of nanofibers was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of the raw material liquid discharged was set so that the nanofiber production rate was 0.084 g / min. The average fiber diameter of the nanofiber was 400 nm, and the fiber diameter variation was very small.
《実施例３》
ナノファイバの生成速度が０．１２２ｇ／分となるように、原料液の放出量を設定したこと以外、実施例１と同様にして、ナノファイバからなる不織布を製造した。ナノファイバの平均繊維径は６００ｎｍであり、繊維径には、ややばらつきが見られた。
Example 3
A nonwoven fabric made of nanofibers was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of the raw material liquid discharged was set so that the nanofiber production rate was 0.122 g / min. The average fiber diameter of the nanofiber was 600 nm, and there was some variation in the fiber diameter.
《比較例１》
図８に示すような流出体を用いた。ノズルの材質は、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）であり、流出孔の横断面（開口部）は直径０．２５ｍｍの円形とした。ピッチＬＣは１０ｍｍとした。流出孔の数は２１本とした。上記ノズルを用いたこと以外、実施例１と同様にして、ナノファイバからなる不織布を製造した。従って、ナノファイバの生成速度が０．０５６ｇ／分となるように、原料液の放出量を設定した。ナノファイバの平均繊維径は実施例３とほぼ同じ６００ｎｍであり、繊維径には、ややばらつきが見られた。
<< Comparative Example 1 >>
An effluent as shown in FIG. 8 was used. The material of the nozzle was polyoxymethylene (POM), and the cross section (opening) of the outflow hole was a circle having a diameter of 0.25 mm. The pitch LC was 10 mm. The number of outflow holes was 21. A nonwoven fabric composed of nanofibers was produced in the same manner as in Example 1 except that the nozzle was used. Therefore, the release amount of the raw material liquid was set so that the nanofiber production rate was 0.056 g / min. The average fiber diameter of the nanofiber was 600 nm, which was almost the same as in Example 3, and a slight variation was observed in the fiber diameter.
以上の結果より、同じ品質のナノファイバ（実施例３と比較例１）であれば、本発明のナノファイバ製造装置および製造方法を用いることで、２倍の効率で製造可能であることが理解できる。また、同じ生成速度でナノファイバを製造するのであれば、本発明のナノファイバ製造装置および製造方法を用いることで、繊維径が細くなり、より高品質のナノファイバを製造できることが理解できる。 From the above results, it is understood that nanofibers of the same quality (Example 3 and Comparative Example 1) can be manufactured with twice the efficiency by using the nanofiber manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention. it can. In addition, if nanofibers are manufactured at the same production rate, it can be understood that by using the nanofiber manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention, the fiber diameter is reduced and higher quality nanofibers can be manufactured.
本発明は、ナノファイバにより形成される綿密な不織布を素材とする各種製品、例えばフィルタ、電池用セパレータなどの製造において有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in the manufacture of various products made of fine nonwoven fabrics formed from nanofibers, such as filters and battery separators.
１：ナノファイバ製造装置、２：流出体、２ａ,２ｃ：第１合わせ面、２Ａ,２Ｃ：第１分割体、２ｂ,２ｄ：第２合わせ面、２Ｂ,２Ｄ：第２分割体、３：帯電手段、３ａ：アース線、４：コレクタ、２１：原料液収容部、２２：流出孔、２３：ノズル、２４：第１溝、２４ａ：出口側端部、２５：周囲境界線、２６：原料液、２７：注液孔、２８：第２溝、４２：収集用部材、４４：送り機構、４４ａ：巻き出し用ローラ、４４ｂ：巻き取り用ローラ、４４ｃ：ローラ駆動機構、８８：対向電極、９０：電源 1: nanofiber manufacturing apparatus, 2: effluent, 2a, 2c: first mating surface, 2A, 2C: first segment, 2b, 2d: second mating surface, 2B, 2D: second segment, 3: Charging means, 3a: ground wire, 4: collector, 21: raw material container, 22: outflow hole, 23: nozzle, 24: first groove, 24a: outlet side end, 25: peripheral boundary line, 26: raw material Liquid, 27: injection hole, 28: second groove, 42: collecting member, 44: feeding mechanism, 44a: unwinding roller, 44b: winding roller, 44c: roller driving mechanism, 88: counter electrode, 90: Power supply
Claims (13)
前記空間中に前記原料液を流出させる流出体と、
前記空間中に流出される前記原料液を帯電させる電源と、
前記流出体と所定距離をおいて対向配置される対向電極と、を備え、
前記流出体が、前記原料液が通過する複数の流出孔を有するとともに、前記流出孔の先端である開口部が一次元的に並んで配置されたノズル、を有し、
前記ノズルが、第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成され、
前記第１合わせ面が、前記流出孔への前記原料液の入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する複数の第１溝を有し、
前記第１合わせ面と、前記第２合わせ面とが互いに重なり合うことで、前記第１溝に対応する前記流出孔が形成され、
前記第１溝の前記出口側端部が、前記第１合わせ面と前記第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、前記重なり形状の外側に位置しており、
前記開口部において、前記第１溝は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている、ナノファイバ製造装置。 A nanofiber production apparatus for producing a nanofiber by stretching a nanofiber raw material liquid by electrostatic force in a space,
An outflow body for allowing the raw material liquid to flow into the space;
A power source for charging the raw material liquid flowing into the space;
A counter electrode disposed opposite to the effluent body at a predetermined distance,
The outflow body has a plurality of outflow holes through which the raw material liquid passes, and a nozzle in which openings that are the ends of the outflow holes are arranged one-dimensionally,
The nozzle is formed by a first divided body having a first mating surface and a second divided body having a second mating surface;
It said first mating surface, has an inlet and an inlet end and first grooves of several that have a outlet end which corresponds to the outlet of the raw material liquid to the outlet hole,
The outflow hole corresponding to the first groove is formed by overlapping the first mating surface and the second mating surface,
The exit side end portion of the first groove has the overlapping shape by a predetermined length XM (XM> 0) than the surrounding boundary line of the overlapping shape in which the first mating surface and the second mating surface overlap each other. Located outside the
The said 1st groove | channel is a nanofiber manufacturing apparatus formed in the said opening part so that a width | variety may become narrow toward the said exit side edge part from the surrounding boundary line of the said overlapping shape .
前記原料液を、流出体から前記空間中に流出させる工程、
前記空間中に流出される前記原料液を帯電させる工程、
を含み、
前記流出体が、前記原料液が通過する複数の流出孔を有するとともに、前記流出孔の先端である開口部が一次元的に並んで配置されたノズル、を有し、
前記ノズルが、第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成され、
前記第１合わせ面が、前記流出孔への前記原料液の入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する複数の第１溝を有し、
前記第１合わせ面および前記第２合わせ面は、互いに重なり合うことで、前記第１溝に対応する前記流出孔が形成され、
前記第１溝の前記出口側端部は、前記第１合わせ面と前記第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、前記重なり形状の外側に位置しており、
前記開口部は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって径が小さくなる、前記原料液のテーラーコーンを形成しており、
前記開口部において、前記第１溝は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている、ナノファイバ製造方法。 A nanofiber production method for producing a nanofiber by stretching a nanofiber raw material liquid by electrostatic force in a space,
A step of causing the raw material liquid to flow out from an effluent into the space;
Charging the raw material liquid flowing into the space;
Including
The outflow body has a plurality of outflow holes through which the raw material liquid passes, and a nozzle in which openings that are the ends of the outflow holes are arranged one-dimensionally,
The nozzle is formed by a first divided body having a first mating surface and a second divided body having a second mating surface;
It said first mating surface, has an inlet and an inlet end and first grooves of several that have a outlet end which corresponds to the outlet of the raw material liquid to the outlet hole,
The first mating surface and the second mating surface overlap each other to form the outflow hole corresponding to the first groove,
The exit-side end portion of the first groove has the overlapping shape by a predetermined length XM (XM> 0) than the peripheral boundary line of the overlapping shape where the first mating surface and the second mating surface overlap each other. Located outside the
The opening portion forms a tailor cone of the raw material liquid whose diameter decreases from the peripheral boundary line of the overlapping shape toward the outlet side end portion ,
In the opening, the first groove is formed to have a width that is narrowed from the overlapping peripheral boundary line toward the outlet side end .
第１合わせ面を有する第１分割体および第２合わせ面を有する第２分割体により形成され、
前記第１合わせ面が、前記流出孔への前記原料液の入口および出口に対応する入口側端部および出口側端部を有する複数の第１溝を有し、
前記第１合わせ面と、前記第２合わせ面とが互いに重なり合うことで、前記第１溝に対応する前記流出孔が形成され、
前記第１溝の前記出口側端部が、前記第１合わせ面と前記第２合わせ面とが互いに重なり合う重なり形状の周囲境界線よりも、所定長さＸＭ（ＸＭ＞０）だけ、前記重なり形状の外側に位置しており、
前記開口部において、前記第１溝は、前記重なり形状の周囲境界線から前記出口側端部に向かって幅が狭くなるように形成されている、ナノファイバ製造用ノズル。 It has a plurality of outflow holes through which the raw material liquid of nanofibers passes, and openings that are the tips of the outflow holes are arranged in a one-dimensional manner so that the raw material liquid flows out into the space through the outflow holes. A nozzle for producing nanofibers,
Formed by a first divided body having a first mating surface and a second divided body having a second mating surface;
It said first mating surface, has an inlet and an inlet end and first grooves of several that have a outlet end which corresponds to the outlet of the raw material liquid to the outlet hole,
The outflow hole corresponding to the first groove is formed by overlapping the first mating surface and the second mating surface,
The exit side end portion of the first groove has the overlapping shape by a predetermined length XM (XM> 0) than the surrounding boundary line of the overlapping shape in which the first mating surface and the second mating surface overlap each other. Located outside the
In the opening, the first groove is formed so that a width thereof is narrowed from the overlapping peripheral boundary line toward the outlet side end .
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