JP5937868B2

JP5937868B2 - 極細繊維不織布の製造方法及び電界紡糸装置

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Publication number: JP5937868B2
Application number: JP2012081482A
Authority: JP
Inventors: 恒祐澤井
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013209783A

Description

本発明は、部分剥離やシワ等の不具合が生じにくく、特に伸長性を有する素材に好適に使用することが可能な極細繊維不織布の製造方法及び該極細繊維不織布の製造方法に適用可能な電界紡糸装置に関する。

極細繊維不織布を製造する方法としては、電界紡糸法が知られている（例えば、特許文献１）。電界紡糸法は、少なくともポリマー溶液を射出するための吐出ノズルと、該吐出ノズルから射出したポリマー溶液のターゲットとなるコレクタ（電極）とからなる電界紡糸装置を用いる。電界紡糸装置を用いた方法の一例を示す模式図を図４に示した。
電界紡糸法では、容器２に貯留されたポリマー溶液３を、吐出ノズル４とコレクタ５との間に高電圧をかけた状態で、吐出ノズル４から射出させる。ポリマー溶液は、吐出ノズル４からコレクタ５に射出される間に、電気力線に沿って極細繊維状となり、コレクタ５上の補集基材６に付着し補集され、補集基材６がローラ等で可動することで、得られた極細繊維不織布７が搬送される。
このような方法を用いることで、補集基材に極細繊維不織布が積層された複合繊維を製造することが可能となる。

しかしながら、従来の方法では、コレクタと補集基材とを密着させるために補集基材にテンションを負荷する必要があることから、補集基材の材料としてニット生地のような一定以上のテンションに対して伸長変形するような素材を用いることができなかった。
また、このような伸長性を有する素材を補集基材の材料として用いた場合、テンションを開放した後に、補集基材と極細繊維不織布との間で部分剥離やシワ等が発生するという問題もあった。一方で、特許文献２には、筒状のコレクタを用いることで、補集基材に凸部を形成させて電界紡糸する方法が開示されているが、このような方法では、補集基材の形状を変形させて凸部を形成する必要があるため、伸長性を有する素材を補集基材の材料として用いる方法には特に不向きであった。

米国特許第６６５６３９４号文献特開２０１１−１５７６３３号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、部分剥離やシワ等の不具合が生じにくく、特に伸長性を有する素材に好適に使用することが可能な極細繊維不織布の製造方法及び該極細繊維不織布の製造方法に適用可能な電界紡糸装置を提供することを目的とする。

本発明は、電位差を利用してポリマー溶液を吐出ノズルからコレクタに向かって射出することにより、補集基材上に極細繊維を紡糸する電界紡糸装置を用いた極細繊維不織布の製造方法であって、前記捕集基材は、伸縮性を有する素材からなり、前記捕集基材は、弾性繊維を含む編織物、不織布及びフェルトからなる群より選択される少なくとも１種、又は、編物であり、前記捕集基材を、テンションが低い状態となるように下方に湾曲した状態でコレクタに沿うように配置し、前記ポリマー溶液を下方から上方に向かって射出し、かつ、下方から上方へ空気を通気することにより極細繊維を補集基材に押しつける極細繊維不織布の製造方法である。
以下、本発明を詳述する。

本発明者らは、電界紡糸装置を用いた極細繊維不織布の製造方法において、ポリマー溶液を下方から上方に向かって射出し、かつ、下方から上方へ空気を通気する方法を用いることにより、部分剥離やシワ等の不具合が生じにくく、特に伸長性を有する素材に好適に使用することが可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の極細繊維不織布の製造方法の一例を図１に示す。
本発明の極細繊維不織布の製造方法で使用される電界紡糸装置１０は、複数のコレクタ１５と水平方向に走行可能な補集基材１６が装置上方に設置されており、装置下方には、原料溶液（ポリマー溶液）を吐出可能な吐出ノズル１４及びエアを通気可能なエアノズル１８が設置された構成となっている。

本発明の極細繊維不織布の製造方法では、電位差を利用してポリマー溶液を吐出ノズル１４からコレクタ１５に向かって射出することにより、補集基材１６に極細繊維を紡糸して極細繊維不織布１７を作製するが、この際、ポリマー溶液を下方から上方に向かって射出し、かつ、下方から上方へ空気を通気することにより極細繊維を補集基材１６に押しつけることを特徴する。
このような方法では、下方から通気することで、補集基材１６に過度のテンションを負荷する必要がなくなり、伸長性を有する素材でも好適に使用できるという利点が得られる。
また、通気によって、均一に極細繊維不織布１７が押さえつけられることから、部分剥離やシワ等の不具合が生じにくくなるという利点も有する。

本発明の極細繊維不織布の製造方法の一例を図２に示す。
図２の電界紡糸装置２０では、コレクタ２５が単一で、下方へ湾曲した形状となっている点が、図１の電界紡糸装置１０と異なっている。このような形状であることで、捕集基材についても、下方へ湾曲した状態で配置することができる。

本発明の極細繊維不織布の製造方法では、ポリマー溶液を下方から上方に向かって射出する。
これにより、大きな液滴を射出することがなくなり、不織布中にショット（ダマ）のような欠点を生じにくいという利点がある。
具体的には、吐出ノズル１４とコレクタ１５との間に、吐出ノズル１４側が正、コレクタ１５側が負となるように直流電源によって電圧を印加しておき、吐出ノズル１４からポリマー溶液を吐出させることが好ましい。また、ポリマー溶液の射出は単一の吐出ノズルから行ってもよく、複数の吐出ノズルから行ってもよい。

本発明の極細繊維不織布の製造方法では、下方から上方へ空気を通気することにより極細繊維を補集基材に押しつける。
具体的には、エアノズル１８等から空気を送風することにより、気流を発生させることが好ましい。また、電界紡糸装置の上部に吸入手段を設けることで、通気性能を高めてもよい。
なお、エアノズルは、１つのみを設置してもよく複数設置してもよい。

本発明の極細繊維不織布の製造方法では、極細繊維不織布を形成した後、補集基材を搬送手段を用いて水平方向等に搬送することで、連続的に極細繊維不織布を製造することが可能となる。
上記搬送手段としては、繰り出しローラと巻き取りローラを用いるものが挙げられる。

本発明では、図３に示すように、捕集基材３６が、下方へ湾曲した状態でコレクタ３５に沿うように配置されていることが好ましい。これにより、捕集基材のテンションがより低い状態での不織布製造に対応でき、より伸長性の大きな素材に使用が可能となる。

本発明の極細繊維不織布の製造方法に供するポリマー溶液は特に限定されない。
上記ポリマー溶液に含有されるポリマーとしては、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
また、上記ポリマー溶液に用いる溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール、ケトン、エーテル類、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ホルムアミド、ジメチルスルホオキサイド等公知の溶媒を用いることができる。

本発明の極細繊維不織布の製造方法に供する補集基材としては、繊維構造体であることが好ましく、ポリウレタン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、アラミド繊維等の合成繊維、羊毛、モヘア、カシミア、ラクダ毛、アルパカ、ビキュナ、アンゴラ、蚕糸、キワタ、ガマ繊維、パルプ、木綿、ヤシ繊維、麻繊維、竹繊維、ケナフ繊維等の天然繊維、レーヨン（人絹、スフ）、ポリノジック、キュプラ、アセテート、トリアセテート等のセルロース系人造繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、石綿繊維等の無機繊維の１種または２種以上の繊維からなる編織物、不織布、フェルト、およびそれらの積層物等の繊維集合体、連続気泡を有するポリウレタン発泡体（軟質ポリウレタン発泡体、硬質ポリウレタン発泡体を含む）、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン発泡体、ポリ塩化ビニル発泡体、ポリスチレン発泡体、メラミン樹脂、尿素樹脂等のアミノ系樹脂発泡体、エポキシ樹脂発泡体、１価フェノール、多価フェノール等のフェノール系化合物からなるフェノール系樹脂発泡体等の連続気泡構造プラスチック発泡体等の公知の発泡体を用いることができる。
本発明では、伸長性を有する素材を補集基材として好適に使用できることから、特に、編物（ニット生地）や、ポリウレタン繊維等のスパンデックス（弾性繊維）を含む編織物、不織布、フェルト等を用いることが好ましい。

本発明の極細繊維不織布の製造方法に用いられる電界紡糸装置としては、本発明の製造方法を実現可能のものであればよいが、電位差を利用してポリマー溶液を吐出ノズルからコレクタに向かって射出することにより、補集基材上に極細繊維を紡糸する電界紡糸装置であって、上記コレクタは、上記吐出ノズルよりも上方に配置されており、かつ、捕集基材が下方へ湾曲した状態で配置されるような形状であり、下方から上方へ空気を通気するための通気手段が設置されている電界紡糸装置を使用することが好ましい。このような電界紡糸装置もまた本発明の１つである。

上記吐出ノズルとしては、特に限定されない。上記吐出ノズルの噴出口形状としては、有孔突起、有孔針、平面に開けられた孔等が挙げられる。

上記コレクタとしては、導電体、半導電体、誘電体からなる棒状物、ドラム体、板状物、有孔板、又は、メッシュ等を用いることができる。
上記コレクタの形状としては、捕集基材が下方へ湾曲した状態で配置されるような形状であることが好ましい。具体的には、コレクタ自体の形状を下方へ湾曲した形状としたり、上記コレクタを複数個設ける場合は、各コレクタの配置によって、捕集基材が下方へ湾曲した状態で配置されるような形状としたりすることが可能となる。
また、上記コレクタを複数個設けてもよい。その場合、上記コレクタは所定の間隔で配置されていることが好ましい。これにより、空気の通路ができ、下方から上方へ空気を通気しやすくなるため、本発明の効果を更に高めることができる。この場合、上記コレクタの個数は３個以上とすることが好ましい。

上記吐出ノズルとコレクタとの距離についても、好適に電界紡糸できる程度であれば、特に限定されず、５０〜２５０ｃｍとすることが適用できる。より好ましい下限としては７５ｃｍ、さらに好ましい下限としては１００ｃｍ、より好ましい上限としては２００ｃｍ、さらに好ましい上限としては１５０ｃｍである。

下方から上方へ空気を通気するための通気手段（エアノズル）としては、シロッコファン、プロペラファン等公知の送風機やエアコンプレッサー等に接続された、管状ノズル、スリット状ノズル、または通気孔等を用いることが出来る。

本発明の極細繊維不織布は、捕集基材と共に使用することで、インナーウェア、ミドラーウェア、アウターウェア、ネックウォーマー、ネッククーラー、腹巻、包帯、絆創膏等に好適に用いることができる。また、捕集基材に対して伸縮しがたい素材で極細繊維不織布を作製した場合には、捕集基材を伸長させることで極細繊維不織布を剥離させ、極細繊維不織布を単体で使用することが可能となり、その場合には、エアフィルター、液体フィルター、細胞培養足場材料、マスク、リチウムイオン電池セパレーター等に好適に用いることができる。

本発明によれば、部分剥離やシワ等の不具合が生じにくく、特に伸長性を有する素材に好適に使用することが可能な極細繊維不織布の製造方法及び該極細繊維不織布の製造方法に適用可能な電界紡糸装置を提供することができる。

本発明の極細繊維不織布の製造方法の一例を示す模式図である。本発明の極細繊維不織布の製造方法の別の一例を示す模式図である。本発明の極細繊維不織布の製造方法の別の一例を示す模式図である。従来の電界紡糸装置を用いた方法の一例を示す模式図である。

以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。

（実施例１）
補集基材として、ポリエステル製のニット生地を準備し、図１に示す電界紡糸装置を用いて、該電界紡糸装置のコレクタ（幅１２００ｍｍ、基材搬送方向１００ｍｍ、厚み３ｍｍのステンレス板を１００ｍｍ間隔で５枚並べた）上に準備した補集基材を配置した。
ポリマー溶液として、ポリウレタン溶液（大日精化工業製、ハイムレンＹ−２１０Ｂ）をＤＭＦを用いて１８重量％の濃度に調整した溶液を準備した。
電界紡糸装置のシリンジポンプにポリウレタン溶液を注入し、２４Ｇ（φ６ｍｍ）の針（吐出ノズル）を装着した。針先に電極を繋いだ後、電圧−４０ｋｖ、射出速度１０ｍＬ／ｈｒの条件でコレクタ上に極細繊維を電界紡糸して、極細繊維不織布を得た。なお、電界紡糸は、２５℃、湿度５０％ＲＨで、吐出ノズル先端の風速が４．２ｍ／秒となるようにブロア（エアノズル）から上方に空気を通気しながら行った。
なお、ポリエステル製のニット生地（補集基材）は、１５０ｄｔｅｘ／３６ｆマルチフィラメントを用いたものであり、目付量８９．０ｇ／ｍ^２、厚み０．４９ｍｍ、幅１２００ｍｍ、５Ｎ荷重時伸長率がＭＤ方向（電界紡糸装置内における生地送り方向）２０．５％、ＴＤ方向（生地送り方向に垂直な方向）１７９．１％（４ｃｍ幅）である。
また、電界紡糸装置の吐出ノズル個数は８個、吐出ノズルとコレクタとの距離は１００ｃｍであり、捕集基材に２０Ｎの張力がかかるように巻き取り、巻き取り速度は１ｍ／ｍｉｎとした。

（実施例２）
補集基材として、実施例１と同じポリエステル製のニット生地を用い、図３に示す電界紡糸装置を用いて、該電界紡糸装置のコレクタ（幅１２００ｍｍ、基材搬送方向１００ｍｍ、厚み３ｍｍのステンレス板を、１００ｍｍ間隔で、ニット生地との接触面が、曲率半径Ｒが５３０ｃｍとなる円弧上に５枚並ぶよう、配置した）上に準備した補集基材を配置した。ポリマー溶液として、ポリウレタン溶液（大日精化工業製、ハイムレンＹ−２１０Ｂ）をＤＭＦを用いて１８重量％の濃度に調整した溶液を準備した。
電界紡糸装置のシリンジポンプにポリウレタン溶液を注入し、２４Ｇ（φ６ｍｍ）の針（吐出ノズル）を装着した。針先に電極を繋いだ後、電圧−４０ｋｖ、射出速度１０ｍＬ／ｈｒの条件でコレクタ上に極細繊維を電界紡糸して、極細繊維不織布を得た。なお、電界紡糸は、２５℃、湿度５０％ＲＨで、吐出ノズル先端の風速が４．２ｍ／秒となるようにブロア（エアノズル）から上方に空気を通気しながら行った。
また、電界紡糸装置の吐出ノズル個数は８個、吐出ノズルとコレクタとの最短距離は１００ｃｍであり、捕集基材に１５Ｎの張力がかかるように巻き取り、巻き取り速度は１ｍ／ｍｉｎとした。

（実施例３）
補集基材として、実施例１と同じポリエステル製のニット生地を用い、図２に示す電界紡糸装置を用いて、該電界紡糸装置のコレクタ（幅１２００ｍｍ、基材搬送方向９００ｍｍ、厚み３ｍｍのステンレス板、ニット生地との接触面が、曲率半径Ｒが１０ｍとなるよう下方へ湾曲させた形状）上に準備した補集基材を配置した。
ポリマー溶液として、ポリウレタン溶液（大日精化工業製、ハイムレンＹ−２１０Ｂ）をＤＭＦを用いて１８重量％の濃度に調整した溶液を準備した。
電界紡糸装置のシリンジポンプにポリウレタン溶液を注入し、２４Ｇ（φ６ｍｍ）の針（吐出ノズル）を装着した。針先に電極を繋いだ後、電圧−４０ｋｖ、射出速度１０ｍＬ／ｈｒの条件でコレクタ上に極細繊維を電界紡糸して、極細繊維不織布を得た。なお、電界紡糸は、２５℃、湿度５０％で、吐出ノズル先端の風速が４．２ｍ／秒となるようにブロア（エアノズル）から上方に空気を通気しながら行った。
また、電界紡糸装置の吐出ノズル個数は８個、吐出ノズルとコレクタとの距離は１００ｃｍであり、捕集基材に２０Ｎの張力がかかるように巻き取り、巻き取り速度は１ｍ／ｍｉｎとした。

（比較例１）
補集基材として、実施例１と同じポリエステル製のニット生地を用い、図１に示す電界紡糸装置を用いて、該電界紡糸装置のコレクタ（幅：１２００ｍｍ、基材搬送方向：１００ｍｍ、厚み３ｍｍのステンレス板を１００ｍｍ間隔で５枚並べた）上に準備した補集基材を配置した。そして、ブロアからの通気を行わず、捕集基材が弛まないようにするために３０Ｎの張力がかかるようにした以外は実施例１と同様にして、極細繊維不織布を得た。
なお、電界紡糸装置の吐出ノズル個数は８個、吐出ノズルとコレクタとの最短距離は１００ｃｍであり、巻き取り速度は１ｍ／ｍｉｎとした。

（評価）
実施例及び比較例で得られた極細繊維不織布について、以下の評価を行った。結果を表１に示した。

（１）シワの有無
巻き取った捕集基材を１ｍに切って平らな場所に広げ、得られた極細繊維不織布のシワの有無を目視で確認した。

（２）収縮評価
巻き取った捕集基材を１ｍに切って平らな場所に広げ、捕集基材の最も幅の狭い部分を測定して、元の捕集基材の幅に対して収縮した割合を求めた。

（３）補集基材との密着性
巻き取った捕集基材を１ｍに切って平らな場所に広げ、捕集基材の最も幅の狭い部分を元の捕集基材の幅まで伸長した際に、捕集基材と極細繊維不織布との間で剥離が生じるかどうかを確認した。

Claims

電位差を利用してポリマー溶液を吐出ノズルからコレクタに向かって射出することにより、捕集基材上に極細繊維を紡糸する電界紡糸装置を用いた極細繊維不織布の製造方法であって、
前記捕集基材は、伸張性を有する素材からなり、
前記捕集基材は、弾性繊維を含む編織物、不織布及びフェルトからなる群より選択される少なくとも１種、又は、編物であり、
前記捕集基材を、テンションが低い状態となるように下方に湾曲した状態でコレクタに沿うように配置し、
前記ポリマー溶液を下方から上方に向かって射出し、かつ、下方から上方へ空気を通気することにより極細繊維を捕集基材に押しつける
ことを特徴とする極細繊維不織布の製造方法。
捕集基材は、繊維構造体であることを特徴とする請求項１記載の極細繊維不織布の製造方法。