JP6551770B2 - Nonwoven fabric, air purifier using the same, and method for producing nonwoven fabric - Google Patents
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Description
本発明は、鞘芯構造を有する繊維（ナノファイバ）を含む不織布およびそれを用いた空気清浄機、ならびに不織布の製造方法に関する。 The present invention relates to a nonwoven fabric containing fibers (nanofibers) having a sheath-core structure, an air cleaner using the same, and a method for producing the nonwoven fabric.
繊維の不織布は、濾材の他、様々な用途に利用されている。近年では、表面積を大きくできる観点から、ｎｍからサブμｍオーダーの繊維経を有するナノファイバを用いた不織布を濾材などの用途に利用することも検討されている。例えば、特許文献１には、ナノファイバである短繊維Ａと、０．１ｄｔｅｘ以上の単繊維繊度を有するバインダ繊維Ｂとを含む湿式不織布が提案されている。特許文献１には、このような不織布がフィルターなどに利用できることが教示されている。 Fiber nonwoven fabrics are used for various purposes in addition to filter media. In recent years, from the viewpoint of being able to increase the surface area, it has also been studied to use a non-woven fabric using nanofibers having a fiber length of the order of nm to sub-μm for applications such as filter media. For example, Patent Document 1 proposes a wet nonwoven fabric including a short fiber A which is a nanofiber and a binder fiber B having a single fiber fineness of 0.1 dtex or more. Patent Document 1 teaches that such a nonwoven fabric can be used for a filter or the like.
濾材用途では、高い捕集性能（集塵性能など）が求められるが、一般に、捕集性能を高めると、圧力損失が大きくなり、実用性が低下する。 In filter media applications, high collection performance (dust collection performance, etc.) is required, but in general, when the collection performance is increased, pressure loss increases and practicality decreases.
本発明の目的は、圧力損失を抑制しながら、捕集性能に優れる不織布およびそれを備えた空気清浄機、ならびに不織布の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a non-woven fabric excellent in collection performance while suppressing pressure loss, an air cleaner provided with the same, and a method of manufacturing the non-woven fabric.
本発明の一局面は、芯部と、前記芯部の少なくとも一部の表面を覆う鞘部とを含むナノファイバを含み、
前記芯部は、第１ポリマーを含み、
前記鞘部は、第２ポリマーを含み、
前記第２ポリマーは、前記第１ポリマーよりも極性が小さい、不織布に関する。
第１局面に係る不織布では、前記第１ポリマーは、ポリエーテルスルホンおよびポリアクリロニトリルからなる群より選択される少なくとも一種を含む。
第２局面に係る不織布では、前記ナノファイバは、前記芯部の一部の表面が露出した露出部を有し、前記芯部の表面において、前記露出部の面積が前記鞘部の面積よりも大きい。
One aspect of the present invention includes a nanofiber comprising a core and a sheath covering a surface of at least a part of the core,
The core portion includes a first polymer,
The sheath includes a second polymer,
The second polymer relates to a nonwoven fabric having a smaller polarity than the first polymer.
In the nonwoven fabric according to the first aspect, the first polymer includes at least one selected from the group consisting of polyethersulfone and polyacrylonitrile.
In the nonwoven fabric according to the second aspect, the nanofiber has an exposed portion where a part of the surface of the core portion is exposed, and an area of the exposed portion is larger than an area of the sheath portion on the surface of the core portion. large.
本発明の他の一局面は、芯部と、前記芯部の少なくとも一部の表面を覆う鞘部とを含むナノファイバを含み、
前記芯部は、第１ポリマーを含み、
前記鞘部は、第２ポリマーを含み、
前記第２ポリマーは、前記第１ポリマーよりも誘電率が低い、不織布に関する。
第３局面に係る不織布では、前記第１ポリマーは、ポリエーテルスルホンおよびポリアクリロニトリルからなる群より選択される少なくとも一種を含む。
第４局面に係る不織布では、前記ナノファイバは、前記芯部の一部の表面が露出した露出部を有し、前記芯部の表面において、前記露出部の面積が前記鞘部の面積よりも大きい。
Another aspect of the present invention includes a nanofiber comprising a core and a sheath covering a surface of at least a part of the core,
The core portion includes a first polymer,
The sheath includes a second polymer,
The second polymer relates to a non-woven fabric having a dielectric constant lower than that of the first polymer.
In the nonwoven fabric according to the third aspect, the first polymer contains at least one selected from the group consisting of polyether sulfone and polyacrylonitrile.
In the nonwoven fabric according to the fourth aspect, the nanofiber has an exposed portion where a part of the surface of the core portion is exposed, and an area of the exposed portion is larger than an area of the sheath portion on the surface of the core portion. large.
本発明の別の一局面は、気体の吸い込み部と、
気体の吐き出し部と、
前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置された上記の不織布と、を備えた空気清浄機に関する。
Another aspect of the present invention is a gas suction portion;
A gas outlet,
The present invention relates to an air cleaner provided with the above-mentioned nonwoven fabric disposed between the suction part and the discharge part.
本発明のさらに別の一局面は、第１ポリマーまたはその前駆体と前記第１ポリマーよりも極性が小さい第２ポリマーとを含む第１溶液を調製する第１工程、
ナノファイバ形成空間において、前記第１溶液から静電気力によりナノファイバを生成させ、生成した前記ナノファイバを堆積させて不織布を形成する第２工程と、を含み、
前記ナノファイバは、前記第１ポリマーを含む芯部と、前記芯部の少なくとも一部の表面を覆い、かつ前記第２ポリマーを含む鞘部とを含む、不織布の製造方法に関する。
Still another aspect of the present invention is a first step of preparing a first solution containing a first polymer or a precursor thereof and a second polymer having a polarity smaller than that of the first polymer,
A second step of forming nanofibers from the first solution by electrostatic force in the nanofiber formation space, and depositing the generated nanofibers to form a nonwoven fabric,
The said nanofiber is related with the manufacturing method of the nonwoven fabric containing the core part containing the said 1st polymer, and the sheath part which covers the surface of at least one part of the said core part, and contains the said 2nd polymer.
圧力損失を抑制しながら、集塵性などの捕集性を高めることができる不織布を提供できる。このような不織布は、空気清浄機の濾材用途などに適している。 It is possible to provide a non-woven fabric capable of enhancing the collection property such as the dust collection property while suppressing the pressure loss. Such a nonwoven fabric is suitable for use as a filter medium for an air cleaner.
［不織布］
本発明の実施形態に係る不織布は、芯部と、芯部の少なくとも一部の表面を覆う鞘部とを含むナノファイバを含み、芯部は、第１ポリマーを含み、鞘部は、第２ポリマーを含む。ここで、第２ポリマーは、第１ポリマーよりも極性が小さい（または誘電率が低い）。
[Non-woven fabric]
The non-woven fabric according to an embodiment of the present invention includes nanofibers including a core and a sheath covering a surface of at least a part of the core, the core including a first polymer, and the sheath including a second It contains a polymer. Here, the second polymer is less polar (or has a lower dielectric constant) than the first polymer.
鞘芯構造を有するナノファイバの鞘部が、極性が小さい（または誘電率が低い）ポリマーを含むことで、ナノファイバの帯電性、ひいては不織布の帯電性を向上できる。その結果、集塵性能などの捕集性能（具体的には、粉塵などの捕集効率）が向上する。 When the sheath of the nanofiber having the sheath-core structure contains a polymer with a low polarity (or a low dielectric constant), the chargeability of the nanofibers and hence the chargeability of the non-woven fabric can be improved. As a result, collection performance (specifically, collection efficiency of dust etc.) such as dust collection performance is improved.
一方、電界紡糸法は、ポリマーの溶融物や溶液を用いて、ナノファイバなどの繊維を比較的容易に作製できる工業的にも優れた手法である。しかし、極性が小さい（または誘電率が低い）ポリマーは、電界紡糸の条件がかなり限定されるため、このようなポリマーを含む繊維を電界紡糸法で工業的に製造することは難しい。電界紡糸し易いポリマーは、極性が大きく、帯電性が低いため、集塵性能などの捕集性能をナノファイバ自体に付与し難い。本実施形態では、鞘芯構造の鞘部に含まれる第２ポリマーよりも極性が大きい（または誘電率が高い）第１ポリマーを芯部が含む。そのため、ナノファイバの捕集性能を確保しながらも、電界紡糸により容易に不織布を形成することができ、不織布の生産性を高めることもできる。 On the other hand, the electrospinning method is an industrially excellent technique that can relatively easily produce fibers such as nanofibers using a polymer melt or solution. However, a polymer having a small polarity (or a low dielectric constant) has a considerably limited electrospinning condition, and therefore it is difficult to industrially produce a fiber containing such a polymer by an electrospinning method. A polymer that is easy to electrospinning has a large polarity and a low chargeability, so it is difficult to impart collection performance such as dust collection performance to the nanofibers themselves. In this embodiment, a core part contains the 1st polymer whose polarity (or dielectric constant is higher) than the 2nd polymer contained in the sheath part of a sheath core structure. Therefore, it is possible to easily form a nonwoven fabric by electrospinning while securing the collection performance of nanofibers, and it is possible to increase the productivity of the nonwoven fabric.
不織布をナノファイバで構成することで、表面積が大きくなり、鞘部の高い帯電性により捕集性能をさらに高めることができる。つまり、不織繊維構造を密にしなくても、高い捕集性能を確保できるため、圧力損失が大きくなるのをさらに抑制することができる。不織布を構成するナノファイバは、電界紡糸法により形成されたものであることが好ましい。 By forming the non-woven fabric with nanofibers, the surface area is increased, and the high chargeability of the sheath can further enhance the collection performance. That is, since high collection performance can be secured without making the non-woven fiber structure dense, an increase in pressure loss can be further suppressed. The nanofibers constituting the non-woven fabric are preferably formed by electrospinning.
ナノファイバは、芯部の一部の表面が露出した露出部を有していてもよい。また、芯部の表面において、露出部の面積は、鞘部の面積よりも大きくてもよい。このようなナノファイバでは、芯部の表面には部分的に第２ポリマーで形成された鞘部が形成された状態であるため、ナノファイバの表面が粗くなり、不織布の捕集性能をさらに高めることができる。 The nanofiber may have an exposed portion where a part of the surface of the core portion is exposed. In addition, on the surface of the core portion, the area of the exposed portion may be larger than the area of the sheath portion. In such a nanofiber, since the sheath part partially formed of the second polymer is formed on the surface of the core part, the surface of the nanofiber becomes rough, and the collection performance of the nonwoven fabric is further enhanced. be able to.
第２ポリマーの量は、第１ポリマー１００質量部に対して、例えば、１０〜１０００質量部であり、好ましくは２０〜５００質量部、さらに好ましくは５０〜２００質量部であってもよい。第２ポリマーの量がこのような範囲である場合、第２ポリマーを芯部の表面に付着させ易く（つまり、鞘部を形成し易く）なる。また、電界紡糸によりナノファイバを作製し易くなる。 The amount of the second polymer may be, for example, 10 to 1000 parts by mass, preferably 20 to 500 parts by mass, and more preferably 50 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the first polymer. When the amount of the second polymer is in such a range, the second polymer is easily attached to the surface of the core part (that is, the sheath part is easily formed). Moreover, it becomes easy to produce nanofibers by electrospinning.
以下に、不織布の構成についてより具体的に説明する。
（第１ポリマー）
繊維の芯部を形成する第１ポリマーは、第２ポリマーよりも極性が大きい（または誘電率が高い）。なお、ポリマーの極性は誘電率（比誘電率ε）で表すことができる。
Below, the structure of a nonwoven fabric is demonstrated more concretely.
(First polymer)
The first polymer forming the core of the fiber is more polar (or has a higher dielectric constant) than the second polymer. The polarity of the polymer can be expressed by a dielectric constant (relative dielectric constant ε).
第１ポリマーの誘電率（比誘電率ε）は、周波数１０６Ｈｚにおいて、例えば、２．７以上であり、３以上または３．４以上であることが好ましい。誘電率の上限は特に制限されないが、例えば、８以下または５以下であってもよい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。第１ポリマーの誘電率は、例えば、２．７〜８、または３〜５であってもよい。第１ポリマーの誘電率がこのような範囲である場合、電界紡糸により繊維を形成し易い。 The dielectric constant (relative dielectric constant ε) of the first polymer is, for example, 2.7 or more, preferably 3 or more, or 3.4 or more at a frequency of 10 6 Hz. The upper limit of the dielectric constant is not particularly limited, but may be, for example, 8 or less or 5 or less. These lower limit value and upper limit value can be arbitrarily combined. The dielectric constant of the first polymer may be, for example, 2.7 to 8 or 3 to 5. When the dielectric constant of the first polymer is in such a range, fibers are easily formed by electrospinning.
第１ポリマーの帯電性は第２ポリマーに比べると低い傾向にある。第１ポリマーの体積固有抵抗は、２５℃、５０％ＲＨ（相対湿度）の条件で、１０１６Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、５×１０１５Ω・ｃｍ以下または１０１５Ω・ｃｍ以下であることがさらに好ましい。 The chargeability of the first polymer tends to be lower than that of the second polymer. The volume resistivity of the first polymer is preferably 10 16 Ω · cm or less, preferably 5 × 10 15 Ω · cm or 10 15 Ω · cm, at 25 ° C. and 50% RH (relative humidity). More preferably.
第１ポリマーとしては、例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン、ポリエステル（脂肪族ポリエステル、ポリエチレンテレフタレートなどのポリアルキレンテレフタレートなど）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。これらのポリマーは、ホモポリマーであってもよく、コポリマーであってもよい。芯部は、これらの第１ポリマーを一種含んでもよく、二種以上含んでいてもよい。溶液が調製し易く、電界紡糸し易い（および曳糸性に優れる）観点からは、ＰＥＳ、ＰＡＮ、および／またはＰＩなどが好ましい。 Examples of the first polymer include polyethersulfone (PES), polysulfone, polyester (aliphatic polyester, polyalkylene terephthalate such as polyethylene terephthalate), polyamide, polyimide (PI), polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol, polyethylene An oxide etc. are mentioned. These polymers may be homopolymers or copolymers. The core may contain one or more of these first polymers. PES, PAN, and / or PI are preferred from the viewpoint of easy solution preparation and easy electrospinning (and excellent spinnability).
第１ポリマーの重量平均分子量Ｍｗは、ポリマーの種類にもよるが、例えば、３００００〜１２００００であり、５００００〜１０００００または５００００〜８００００であることが好ましい。芯部を形成する第１ポリマー（複数のポリマーを含む場合には、各ポリマー）は、第２ポリマーとともに電界紡糸し易くなり、鞘芯構造のナノファイバを形成し易くなる観点から、分子量分布幅ができるだけ狭い方が好ましい。芯部を形成する第１ポリマーの分子量分布幅は第２ポリマーの分子量分布幅よりも狭いことが好ましい。第１ポリマーの重量平均分子量Ｍｗの数平均分子量Ｍｎに対する比（＝Ｍｗ／Ｍｎ）は、１．１〜１．６であることが好ましく、１．１〜１．４であることがさらに好ましい。
なお、本明細書中、ポリマーの重量平均分子量および数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定される分子量分布から求められる値である。
Although the weight average molecular weight Mw of a 1st polymer is based also on the kind of polymer, it is 30000-120,000, for example, and it is preferable that it is 50000-100000 or 50000-80000. From the viewpoint of facilitating electrospinning of the first polymer forming the core (each polymer in the case of containing a plurality of polymers) with the second polymer and facilitating formation of a sheath-core nanofiber, the molecular weight distribution width Is preferably as narrow as possible. It is preferable that the molecular weight distribution width of the first polymer forming the core portion be narrower than the molecular weight distribution width of the second polymer. The ratio of the weight average molecular weight Mw of the first polymer to the number average molecular weight Mn (= Mw / Mn ) is preferably 1.1 to 1.6, and preferably 1.1 to 1.4. Is more preferred.
In addition, in this specification, the weight average molecular weight and number average molecular weight of a polymer are the values calculated | required from the molecular weight distribution measured by a gel permeation chromatograph.
（第２ポリマー）
芯部の表面に付着して鞘部を形成する第２ポリマーは、第１ポリマーよりも極性が小さい（または誘電率が低い）。
第２ポリマーの誘電率（比誘電率ε）は、周波数１０６Ｈｚにおいて、２．７未満であることが好ましく、さらに好ましくは２〜２．６５または２．２〜２．６である。
第１ポリマーの誘電率と第２ポリマーの誘電率との差は、例えば、０．５以上であり、好ましくは０．７以上、さらに好ましくは０．９以上であってもよい。
(Second polymer)
The second polymer attached to the surface of the core to form the sheath is less polar (or has a lower dielectric constant) than the first polymer.
The dielectric constant (dielectric constant ε) of the second polymer is preferably less than 2.7 at a frequency of 10 6 Hz, and more preferably 2 to 2.65 or 2.2 to 2.6.
The difference between the dielectric constant of the first polymer and the dielectric constant of the second polymer is, for example, 0.5 or more, preferably 0.7 or more, and more preferably 0.9 or more.
集塵性能などの捕集性能を確保する観点から、第２ポリマーの帯電性は第１ポリマーよりも高いことが望ましい。第２ポリマーの体積固有抵抗は、２５℃、５０％ＲＨの条件で、例えば、１０１５Ω・ｃｍ以上であり、１０１６Ω・ｃｍ以上または１０１７Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。第２ポリマーの体積固有抵抗がこのような範囲である場合、不織布の捕集性能をさらに高めることができる。 From the viewpoint of securing collection performance such as dust collection performance, it is desirable that the chargeability of the second polymer is higher than that of the first polymer. The volume resistivity of the second polymer is, for example, 10 15 Ω · cm or more, preferably 10 16 Ω · cm or more, or 10 17 Ω · cm or more under the conditions of 25 ° C. and 50% RH. When the volume resistivity of the second polymer is in such a range, the collection performance of the non-woven fabric can be further enhanced.
第２ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン；ポリスチレンなどの芳香族ビニル樹脂；ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂（アクリル酸エステルおよび／またはメタクリル酸エステルをモノマー単位として含むポリマーなど）などが挙げられる。第２ポリマーは、ホモポリマーであってもよく、コポリマーであってもよい。鞘部は、第２ポリマーを一種含んでもよく、二種以上含んでもよい。芯部に付着させ易い観点から、ＰＰなどのポリオレフィンが好ましい。 Examples of the second polymer include polyolefins such as polyethylene, polypropylene (PP) and ethylene-propylene copolymers; aromatic vinyl resins such as polystyrene; acrylic resins such as polymethyl methacrylate (acrylic ester and / or methacrylic ester as monomers And the like. The second polymer may be a homopolymer or a copolymer. The sheath may include one kind of the second polymer or two or more kinds. From the viewpoint of easy attachment to the core, polyolefin such as PP is preferred.
第２ポリマーの重量平均分子量Ｍｗは、ポリマーの種類にもよるが、例えば、３００００〜１５００００であり、４００００〜１２００００または５００００〜１０００００であることが好ましい。第２ポリマー（複数のポリマーを含む場合には、個々のポリマー）は、第１ポリマーとともに電界紡糸し易くなり、鞘芯構造のナノファイバが形成し易くなる観点から、分子量分布幅ができるだけ広い方が好ましい。第２ポリマーの重量平均分子量Ｍｗの数平均分子量Ｍｎに対する比（＝Ｍｗ／Ｍｎ）は、１．８〜３．０であることが好ましく、２．０〜３．０であることがさらに好ましい。 Although the weight average molecular weight Mw of a 2nd polymer is based also on the kind of polymer, it is 30000-150,000, for example, and it is preferable that it is 40000-120,000 or 50000-100,000. The second polymer (in the case of containing a plurality of polymers, individual polymers) is easy to electrospinning with the first polymer, and from the viewpoint of facilitating formation of a sheath-core structure nanofiber, the molecular weight distribution width is as wide as possible Is preferred. The ratio of the weight average molecular weight Mw of the second polymer to the number average molecular weight Mn (= Mw / Mn ) is preferably 1.8 to 3.0, and preferably 2.0 to 3.0. Is more preferred.
ナノファイバにおいて、鞘部は、芯部の少なくとも一部の表面を覆っていればよく、芯部の表面全体を覆っていてもよい。集塵性能などの捕集性能を高める観点からは、芯部の一部の表面が鞘部で覆われており、芯部の表面の残りの部分が露出し、露出部を形成していることが好ましい。 In the nanofiber, the sheath portion only needs to cover the surface of at least a part of the core portion, and may cover the entire surface of the core portion. From the viewpoint of enhancing collection performance such as dust collection performance, a part of the surface of the core part is covered with the sheath part, and the remaining part of the surface of the core part is exposed to form an exposed part Is preferred.
捕集性能を高める観点から、芯部の表面において、露出部の面積は、鞘部の面積よりも大きいことが好ましい。露出部の面積Ｓｅの鞘部の面積Ｓｓに対する比（＝Ｓｅ／Ｓｓ）は、例えば、１．１〜５．０であり、好ましくは１．５〜４．０または２．０〜３．０であってもよい。面積比Ｓｅ／Ｓｓは、例えば、電子顕微鏡写真において、所定の領域（例えば、面積が１μｍ２の範囲の領域など）に存在するナノファイバの露出部と鞘部との面積ＳｅおよびＳｓを測定し、ＳｅをＳｓで除することにより算出することができる。また、複数の箇所（例えば、１０箇所）について同様の計算を行い、平均値を算出してもよい。 From the viewpoint of enhancing the collection performance, the area of the exposed part is preferably larger than the area of the sheath part on the surface of the core part. The ratio to the area S s of the sheath portion of the area S e of the exposed portion (= S e / S s) is, for example, 1.1 to 5.0, preferably 1.5 to 4.0 or 2.0 It may be -3.0. The area ratio S e / S s is, for example, the areas S e and S between the exposed portion and the sheath portion of the nanofiber existing in a predetermined region (for example, a region having an area in the range of 1 μm 2 ) in an electron micrograph. s were measured, the S e can be calculated by dividing the S s. The same calculation may be performed for a plurality of places (for example, 10 places) to calculate an average value.
ナノファイバの平均繊維経は、例えば、５ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であり、１０〜９００ｎｍまたは２０〜８００ｎｍであることが好ましく、１００〜５００ｎｍまたは２００〜５００ｎｍであることがさらに好ましい。
ここで、平均繊維径とは、例えば、１０本の任意の繊維についてそれぞれ１箇所の直径を計測し、これらの平均値として求められる。繊維の直径とは、繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。
The average fiber diameter of the nanofiber is, for example, 5 nm or more and less than 1000 nm, preferably 10 to 900 nm or 20 to 800 nm, and more preferably 100 to 500 nm or 200 to 500 nm.
Here, the average fiber diameter is obtained, for example, by measuring the diameter of one place for each of ten arbitrary fibers and calculating the average value thereof. The diameter of the fiber is a diameter of a cross section perpendicular to the length direction of the fiber. If such a cross section is not circular, the largest diameter may be considered as the diameter.
不織布を構成するナノファイバは、必要に応じて、第１ポリマーおよび第２ポリマー以外に、公知の添加剤を含んでもよい。添加剤の含有量は、不織布を構成するナノファイバ全体（または不織布全体）の５質量％以下であってもよい。 The nanofibers constituting the non-woven fabric may optionally contain known additives in addition to the first polymer and the second polymer. The content of the additive may be 5% by mass or less of the entire nanofiber (or the entire nonwoven fabric) constituting the nonwoven fabric.
不織布の厚みは、１枚当たり、１〜１０００μｍ程度の範囲から選択でき、例えば、１０〜７００μｍ、好ましくは５０〜６００μｍまたは１００〜５００μｍである。 The thickness of the non-woven fabric can be selected from the range of about 1 to 1000 μm per sheet, and is, for example, 10 to 700 μm, preferably 50 to 600 μm or 100 to 500 μm.
本実施形態に係る不織布は、鞘部を構成する第２ポリマーが、芯部を構成する第１ポリマーよりも極性が小さい（または誘電率が低い）ナノファイバを含むため、集塵性能などの捕集性能に優れている。また、ナノファイバの不織布であることにより、圧力損失を小さくすることができる。よって、様々な流体（液体および／または気体）を通過させて、流体から不要成分を除去したり、流体を清浄したりするのに適しており、特に、空気清浄機の濾材として使用するのに適している。 In the nonwoven fabric according to the present embodiment, the second polymer constituting the sheath part includes nanofibers having a smaller polarity (or a lower dielectric constant) than the first polymer constituting the core part, and therefore, the dust collection performance and the like are captured. It is excellent in collecting performance. Moreover, pressure loss can be made small by using the nonwoven fabric of nanofiber. Therefore, it is suitable for passing various fluids (liquid and / or gas), removing unnecessary components from the fluid, and purifying the fluid, especially for use as a filter medium of an air cleaner. Is suitable.
（不織布の製造方法）
本発明の実施形態に係る不織布は、例えば、第１ポリマーおよび第２ポリマーの溶融混合物を用いて電界紡糸法により製造してもよいが、好ましくは、第１ポリマー（またはその前駆体）および第２ポリマーの双方を含む溶液を用いる電界紡糸法により得ることができる。具体的には、第１ポリマーまたはその前駆体と第２ポリマーとを含む溶液（第１溶液）を調製する第１工程、および、繊維形成空間において、第１溶液から静電気力により繊維を生成させ、生成した繊維を堆積させて不織布を形成する第２工程とを経ることにより、不織布を製造できる。第２工程において、繊維を生成させる際に、第１ポリマーと第２ポリマーとの極性（または誘電率）の違いにより、第１ポリマーが芯部を形成し、この芯部の少なくとも一部の表面を覆うように、第２ポリマーを含む鞘部が形成される。なお、第１ポリマーがポリイミドなどの場合には、ポリイミド前駆体（ポリアミド酸など）と第２ポリマーとを含む溶液を第１溶液として用い、不織布の製造過程で適宜加熱することなどにより、ポリイミド前駆体からポリイミド（第１ポリマー）を生成させてもよい。
(Nonwoven fabric manufacturing method)
The nonwoven fabric according to the embodiment of the present invention may be produced by, for example, an electrospinning method using a molten mixture of a first polymer and a second polymer, but preferably the first polymer (or a precursor thereof) and the first polymer It can be obtained by an electrospinning method using a solution containing both of the two polymers. Specifically, in the first step of preparing a solution (first solution) containing the first polymer or its precursor and the second polymer, and in the fiber formation space, fibers are generated from the first solution by electrostatic force. The nonwoven fabric can be manufactured by passing through the second step of depositing the produced fibers to form the nonwoven fabric. In forming the fiber in the second step, the first polymer forms a core due to the difference in polarity (or dielectric constant) between the first polymer and the second polymer, and at least a part of the surface of the core is formed. A sheath portion containing the second polymer is formed so as to cover. In the case where the first polymer is polyimide or the like, the polyimide precursor is prepared by using a solution containing a polyimide precursor (such as polyamic acid) and the second polymer as the first solution and appropriately heating it in the process of producing the nonwoven fabric. Polyimide (first polymer) may be generated from the body.
（第１工程）
第１工程において、第１溶液は、第１ポリマー（またはその前駆体）と第２ポリマーとを溶媒に溶解させることにより調製してもよい。第１ポリマー（またはその前駆体）と第２ポリマーとは極性（または誘電率）に差がある（好ましくは差が大きい）ため、それぞれのポリマー（または前駆体）を溶解し易い溶媒が異なり、双方のポリマー（または前駆体）が一様に溶解した溶液を調製しにくい。そのため、第１溶液の調製においては、第１ポリマー（またはその前駆体）に対する良溶媒（第１溶媒）と、第２ポリマーに対する良溶媒（第２溶媒）とを少なくとも用い、必要に応じて、第１溶媒と第２溶媒との親和性（または相溶性）を高める溶媒（第３溶媒）を併用してもよい。
(Step 1)
In the first step, the first solution may be prepared by dissolving the first polymer (or a precursor thereof) and the second polymer in a solvent. Since the first polymer (or its precursor) and the second polymer have a difference in polarity (or dielectric constant) (preferably a large difference), the solvent in which each polymer (or precursor) is easily dissolved is different. It is difficult to prepare a solution in which both polymers (or precursors) are uniformly dissolved. Therefore, in the preparation of the first solution, at least a good solvent (first solvent) for the first polymer (or a precursor thereof) and a good solvent (second solvent) for the second polymer are used, if necessary, You may use together the solvent (3rd solvent) which improves the affinity (or compatibility) of a 1st solvent and a 2nd solvent.
好ましい実施形態では、第１ポリマー（またはその前駆体）を含む第１ポリマー溶液、および第２ポリマーを含む第２ポリマー溶液をそれぞれ調製し、これらのポリマー溶液を混合することにより第１溶液を調製する。より具体的には、第１工程は、第１ポリマー（またはその前駆体）と第１ポリマー（またはその前駆体）を溶解する第１溶媒とを含む第１ポリマー溶液を調製する工程ａ、第２ポリマーと第２ポリマーを溶解する第２溶媒とを含む第２ポリマー溶液を調製する工程ｂ、および第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液とを混合する工程ｃを含むことが好ましい。第１ポリマー（またはその前駆体）および第２ポリマー、ならびに第１溶媒および第２溶媒の種類によって、工程ａ、工程ｂおよび／または工程ｃにおいて、上記の第３溶媒を用いることができる。 In a preferred embodiment, a first polymer solution containing a first polymer (or a precursor thereof) and a second polymer solution containing a second polymer are respectively prepared, and the first solution is prepared by mixing these polymer solutions. Do. More specifically, the first step is a step of preparing a first polymer solution comprising a first polymer (or a precursor thereof) and a first solvent dissolving the first polymer (or a precursor thereof), a. It is preferable to include a step b of preparing a second polymer solution containing the second polymer and a second solvent dissolving the second polymer, and a step c of mixing the first polymer solution and the second polymer solution. The third solvent described above can be used in step a, step b and / or step c depending on the type of the first polymer (or the precursor thereof) and the second polymer, and the first solvent and the second solvent.
第２溶媒が第１溶媒と非相溶性である場合、第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液とを混合しても相分離した状態となり、第１ポリマー（またはその前駆体）と第２ポリマーとの双方を含む第１溶液が得られ難い。この場合、工程ｃで第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液とを混合する際に、例えば、攪拌するなどせん断力が加わり易い手段を用いることが望ましい。第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液とを攪拌等により混合することで、第１ポリマー（またはその前駆体）および第２ポリマーのうち一方の少なくとも一部を他方のポリマー溶液に移行させることができる。そして、第１ポリマー（または前駆体）と第２ポリマーとの双方を含む溶液を得ることができる。工程ｃで得られた混合物が相分離している場合には、第１工程は、さらに、混合物から、第１ポリマー（または前駆体）および第２ポリマーを含む溶液を、第１溶液として分離する工程ｄを含むことができる。 When the second solvent is incompatible with the first solvent, even if the first polymer solution and the second polymer solution are mixed, they become phase separated, and the first polymer (or its precursor) and the second polymer It is difficult to obtain a first solution containing both of the above. In this case, when mixing the first polymer solution and the second polymer solution in the step c, it is desirable to use a means that easily applies a shearing force such as stirring. By mixing the first polymer solution and the second polymer solution by stirring or the like, at least a part of one of the first polymer (or its precursor) and the second polymer can be transferred to the other polymer solution. . And the solution containing both a 1st polymer (or precursor) and a 2nd polymer can be obtained. If the mixture obtained in step c is phase separated, the first step further separates, from the mixture, a solution containing the first polymer (or precursor) and the second polymer as a first solution Step d can be included.
（工程ａ）
第１ポリマー溶液は、第１ポリマー（またはその前駆体）を第１溶媒に溶解させることにより調製できる。
第１溶媒としては、第１ポリマー（またはその前駆体）を溶解し、揮発などにより除去可能なものであれば特に制限されない。このような溶媒としては、非プロトン性の極性有機溶媒、例えば、メタノール；エチレングリコール；アセトン；アセトニトリルなどのニトリル；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などのアミド（鎖状または環状アミドなど）；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシドなどが挙げられる。これらの溶媒は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
(Process a)
The first polymer solution can be prepared by dissolving the first polymer (or a precursor thereof) in a first solvent.
The first solvent is not particularly limited as long as it dissolves the first polymer (or its precursor) and can be removed by volatilization or the like. Such solvents include aprotic polar organic solvents such as methanol; ethylene glycol; acetone; nitriles such as acetonitrile; N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N -Amides such as methyl 2-pyrrolidone (NMP) (such as chain or cyclic amides); sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and the like. One of these solvents may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
第１ポリマーまたはその前駆体の種類にもよるが、上記の溶媒のうち、Ｒｏｈｒｓｃｈｎｅｉｄｅｒの極性パラメータＰ’が５以上（例えば、５〜７．５）の非プロトン性の極性有機溶媒などが好ましい。第１溶媒は第２溶媒よりも極性が大きい（つまり、第２溶媒は第１溶媒よりも極性が小さい）ことが好ましい。第１溶媒と第２溶媒との極性パラメータＰ’の差は、２以上（例えば、２〜８）であることが好ましい。 Of the above-mentioned solvents, an aprotic polar organic solvent having a Rohrschneider polarity parameter P ′ of 5 or more (for example, 5 to 7.5) is preferable, although it depends on the type of the first polymer or its precursor. Preferably, the first solvent is more polar than the second solvent (i.e., the second solvent is less polar than the first solvent). The difference in polarity parameter P 'between the first solvent and the second solvent is preferably 2 or more (e.g., 2 to 8).
また、アミドを含む第１溶媒を用いることも好ましい。例えば、第１ポリマーがＰＥＳおよび／またはＰＡＮを含む場合、ＤＭＦおよび／またはＤＭＡｃを含む第１溶媒を用いてもよい。第１ポリマーがＰＩまたはその前駆体を含む場合には、ＮＭＰを含む第１溶媒を用いてもよい。 It is also preferable to use a first solvent containing an amide. For example, if the first polymer comprises PES and / or PAN, a first solvent comprising DMF and / or DMAc may be used. When the first polymer contains PI or a precursor thereof, a first solvent containing NMP may be used.
第１ポリマーおよび第２ポリマーのうち少なくとも一方の分子量分布が広いと、第１ポリマーと第２ポリマーとの親和性を高め易くなる。そのため、第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液とが相溶しない場合でも、工程ｃで第１ポリマー分子と第２ポリマー分子とを接近させ易くなり、両分子鎖が絡まり易くなる。よって、第１ポリマー（または第２ポリマー）の少なくとも一部を第２ポリマー溶液（または第１ポリマー溶液）に移行させ易くなる。ポリマー分子が絡み合いやすい観点からは、第１ポリマー溶液に含まれる第１ポリマーおよび第２ポリマー溶液に含まれる第２ポリマーのそれぞれの分子量分布幅は広い方が好ましい。同様の観点から、第１ポリマー溶液に含まれる第１ポリマー（複数のポリマーを含む場合には、各ポリマー）は、分子量分布において複数のピークを有してもよい。第１ポリマー溶液に含まれる第１ポリマーのＭｗ／Ｍｎ比は、１．８〜３．０または２．０〜３．０であることが好ましい。 When the molecular weight distribution of at least one of the first polymer and the second polymer is wide, the affinity between the first polymer and the second polymer is easily increased. Therefore, even when the first polymer solution and the second polymer solution are not compatible with each other, the first polymer molecule and the second polymer molecule are easily brought close to each other in step c, and both molecular chains are likely to be entangled. Therefore, it becomes easy to transfer at least a part of the first polymer (or the second polymer) to the second polymer solution (or the first polymer solution). From the viewpoint of easy entanglement of polymer molecules, the molecular weight distribution width of each of the first polymer contained in the first polymer solution and the second polymer contained in the second polymer solution is preferably wider. From the same viewpoint, the first polymer contained in the first polymer solution (in the case of containing a plurality of polymers, each polymer) may have a plurality of peaks in the molecular weight distribution. The M w / M n ratio of the first polymer contained in the first polymer solution is preferably 1.8 to 3.0 or 2.0 to 3.0.
第１溶媒の極性が比較的高いため、第２ポリマーを第１ポリマー溶液に移行させるよりは、第２ポリマー溶液に第１ポリマーを移行させる方が容易である。そのため、第１ポリマー溶液における第１ポリマーの分子量分布幅は大きい方が好ましい。また、第１ポリマーを第２溶液に移行させて第１溶液を調製する場合、移行する第１ポリマーの分子量分布幅はある程度限られる。そのため、第１溶液に含まれる第１ポリマーの分子量分布幅は、第２ポリマーの分子量分布幅よりも狭くなる傾向になる。第１溶液に含まれる第１ポリマーのＭｗ／Ｍｎ比は、芯部を形成する第１ポリマーについて記載した範囲とすることができる。また、予め第１ポリマー溶液に使用する第１ポリマーのＭｗ／Ｍｎ比をこのような範囲に調節しておくことで、工程ｃの後に第１ポリマー溶液中に残存する第１ポリマーの量を低減してもよい。 Since the polarity of the first solvent is relatively high, it is easier to transfer the first polymer to the second polymer solution than to transfer the second polymer to the first polymer solution. Therefore, it is preferable that the molecular weight distribution width of the first polymer in the first polymer solution be larger. When the first polymer is transferred to the second solution to prepare the first solution, the width of the molecular weight distribution of the transferred first polymer is limited to some extent. Therefore, the molecular weight distribution width of the first polymer contained in the first solution tends to be narrower than the molecular weight distribution width of the second polymer. The M w / M n ratio of the first polymer contained in the first solution can be in the range described for the first polymer forming the core. In addition, by adjusting the M w / M n ratio of the first polymer used in the first polymer solution in such a range in advance, the amount of the first polymer remaining in the first polymer solution after step c May be reduced.
第１ポリマー溶液は、必要に応じて第３溶媒を含んでもよい。第３溶媒としては、例えば、極性パラメータＰ’が３以上５未満である非プロトン性の有機溶媒などが使用できる。このような第３溶媒としては、ジクロロメタン、二塩化エチレン、クロロホルムなどのハロゲン化アルカン；エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノールなどのアルコール（Ｃ２−４アルコールなど）；テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル；酢酸エチルなどのエステル；メチルエチルケトンなどが挙げられる。第３溶媒は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The first polymer solution may contain a third solvent as necessary. As the third solvent, for example, an aprotic organic solvent having a polarity parameter P ′ of 3 or more and less than 5 can be used. As such a third solvent, halogenated alkanes such as dichloromethane, ethylene dichloride, chloroform and the like; alcohols such as ethanol, n-propanol and isopropanol ( C2-4 alcohols and the like); cyclic ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and the like; acetic acid Examples include esters such as ethyl; methyl ethyl ketone and the like. You may use a 3rd solvent individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
第１ポリマー溶液中の第１ポリマーの濃度は、例えば、１０〜４０質量％であり、１５〜３０質量％であることが好ましい。このような濃度の場合、工程ｃで第１ポリマー分子と第２ポリマー分子とをより接近させ易くなる。
第１ポリマー溶液は、必要に応じて、電界紡糸で使用される公知の添加剤を含んでもよい。
The density | concentration of the 1st polymer in a 1st polymer solution is 10-40 mass%, for example, and it is preferable that it is 15-30 mass%. With such a concentration, in step c, the first polymer molecule and the second polymer molecule become more accessible.
The first polymer solution may optionally contain known additives used in electrospinning.
（工程ｂ）
第２ポリマー溶液は、第２ポリマーを第２溶媒に溶解させることにより調製できる。
第２溶媒としては、第２ポリマーを溶解し、揮発などにより除去可能なものが好ましい。第２溶媒は、第１溶媒よりも極性が小さいものを用いることが好ましく、第１溶媒と非相溶性の非プロトン性の有機溶媒が好ましい。このような第２溶媒としては、極性パラメータＰ’が３未満（例えば、−１以上３未満）である非プロトン性の有機溶媒などが挙げられる。このような有機溶媒は一般に低極性有機溶媒または無極性有機溶媒と呼ばれるものであってもよい。
(Process b)
The second polymer solution can be prepared by dissolving the second polymer in the second solvent.
The second solvent is preferably one which dissolves the second polymer and can be removed by volatilization or the like. As the second solvent, a solvent having a polarity smaller than that of the first solvent is preferably used, and an aprotic organic solvent incompatible with the first solvent is preferable. Examples of such a second solvent include an aprotic organic solvent having a polar parameter P ′ of less than 3 (eg, −1 or more and less than 3). Such organic solvents may be generally referred to as low polar organic solvents or nonpolar organic solvents.
第２溶媒の具体例としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどのシクロアルカン；ｎ−ヘキサンなどのアルカン；トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素；ジイソプロピルエーテルなどの対称エーテル；四塩化炭素などが挙げられる。これらの溶媒は一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the second solvent include cycloalkanes such as cyclohexane and methylcyclohexane; alkanes such as n-hexane; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; symmetrical ethers such as diisopropyl ether; carbon tetrachloride and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
第２ポリマー溶液は、必要に応じて上記の第３溶媒を含んでもよい。なお、第３溶媒は第１ポリマー溶液および第２ポリマー溶液のいずれに含まれていてもよく、双方のポリマー溶液に含まれていてもよい。 The second polymer solution may contain the third solvent as necessary. The third solvent may be contained in either the first polymer solution or the second polymer solution, or may be contained in both polymer solutions.
第２ポリマー溶液に使用する第２ポリマーの分子量分布幅は、第１ポリマーよりも広くてもよく、狭くてもよく、同程度であってもよい。ある程度の分子量分布幅を有する第２ポリマーを用いる場合には、工程ｃにおいて、少なくとも一部の第１ポリマー（所定の分布量分布幅を有する画分）を第２ポリマーと絡ませ易くなるため、第１ポリマーの分子量の最適化が不十分でも容易に第１溶液を得ることができる。第２ポリマー溶液に使用する第２ポリマーのＭｗ／Ｍｎ比は、鞘部を形成する第２ポリマーについて記載した範囲とすることができる。 The molecular weight distribution width of the second polymer used in the second polymer solution may be wider, narrower, or similar to that of the first polymer. When a second polymer having a certain molecular weight distribution width is used, in step c, at least a portion of the first polymer (fraction having a predetermined distribution distribution width) is easily entangled with the second polymer. Even if the optimization of the molecular weight of one polymer is insufficient, the first solution can be easily obtained. The M w / M n ratio of the second polymer used in the second polymer solution can be in the range described for the second polymer forming the sheath.
第２ポリマー溶液中の第２ポリマーの濃度は、例えば、１０〜４０質量％であり、１５〜３０質量％であることが好ましい。このような濃度の場合、このような濃度の場合、工程ｃで第１ポリマー分子と第２ポリマー分子とをより接近させ易くなる。
第２ポリマー溶液は、必要に応じて、電界紡糸で使用される公知の添加剤を含んでもよい。
The density | concentration of the 2nd polymer in a 2nd polymer solution is 10-40 mass%, for example, and it is preferable that it is 15-30 mass%. At such a concentration, such a concentration makes it easier to bring the first polymer molecule and the second polymer molecule closer in step c.
The second polymer solution may optionally contain known additives used in electrospinning.
（工程ｃ）
第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液との混合には、公知の混合装置（または攪拌装置）、例えば、各種ミキサ（遊星式など）、種々の攪拌翼（または攪拌羽）を備えた攪拌機、ディスパー、および／またはスターラーなどが使用できる。第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液とが相分離する場合には、遊星式ミキサなどの大きなせん断力が付与され易い混合装置を用いることが好ましい。
混合の際には、必要に応じて加熱してもよい。
(Step c)
For mixing the first polymer solution and the second polymer solution, a known mixing device (or stirring device), for example, various mixers (planet type, etc.), a stirrer equipped with various stirring blades (or stirring blades), a disper And / or a stirrer can be used. In the case where the first polymer solution and the second polymer solution are phase-separated, it is preferable to use a mixing device such as a planetary mixer that is easily applied with a large shearing force.
During mixing, heating may be performed as necessary.
攪拌速度および攪拌時間は、第１ポリマー（またはその前駆体）および第２ポリマーの少なくともいずれか一方を他方のポリマー溶液に移行させることができるように、適宜決定できる。工程ｃで得られた混合物が均一な溶液（単一相）である場合、そのまま第１溶液として電界紡糸工程（第２工程）に供してもよく、溶媒の一部を除去することで濃縮して第２工程に供してもよい。工程ｃで得られた混合物が相分離している場合には、混合物を工程ｄに供して第１溶液を分離することができる。 The stirring speed and stirring time can be appropriately determined so that at least one of the first polymer (or its precursor) and the second polymer can be transferred to the other polymer solution. When the mixture obtained in step c is a uniform solution (single phase), it may be directly used as the first solution for the electrospinning step (second step), and concentrated by removing part of the solvent. It may be provided to the second step. If the mixture obtained in step c is phase separated, the mixture can be subjected to step d to separate the first solution.
工程ｃにおいて、第１ポリマー溶液および第２ポリマー溶液に加え、さらに上記の第３溶媒を混合してもよい。 In step c, the third solvent described above may be further added to the first polymer solution and the second polymer solution.
（工程ｄ）
工程ｄでは、工程ｃで得られた混合物から、第１ポリマー（またはその前駆体）および第２ポリマーを含む溶液を、第１溶液として分離する。より具体的には、工程ｃで得られた混合物を静置して、第１ポリマー（またはその前駆体）、第２ポリマー、および第２溶媒を含む溶液を相分離させ、この溶液を第１溶液として回収することで第１溶液を分離してもよい。
(Step d)
In step d, a solution containing the first polymer (or its precursor) and the second polymer is separated from the mixture obtained in step c as a first solution. More specifically, the mixture obtained in step c is allowed to stand to cause phase separation of a solution containing the first polymer (or its precursor), the second polymer, and the second solvent, You may isolate | separate a 1st solution by collect | recovering as a solution.
なお、工程ｃでは、第１ポリマーの少なくとも一部（比較的低分子量の画分など）が第２ポリマー溶液に移行しやすいが、第２ポリマーの一部が第１ポリマー溶液に移行することもある。相分離した各相が、第１ポリマーおよび第２ポリマーの双方を含む場合、移行したポリマーの量が多い相を第１溶液として用いてもよい。分離した各相のいずれも第１溶液として電界紡糸に供してもよい。第１溶液に含まれる第１ポリマーのＭｗ／Ｍｎ比は、芯部を形成する第１ポリマーについて記載した範囲とすることができる。 In step c, at least a part of the first polymer (such as a fraction having a relatively low molecular weight) easily moves to the second polymer solution, but a part of the second polymer may also move to the first polymer solution. is there. When each phase-separated phase includes both the first polymer and the second polymer, a phase having a large amount of migrated polymer may be used as the first solution. Any of the separated phases may be subjected to electrospinning as a first solution. The M w / M n ratio of the first polymer contained in the first solution can be in the range described for the first polymer forming the core.
（第２工程）
第２工程では、第１工程で得られた第１溶液を電界紡糸により繊維化し、不織布を形成する。
電界紡糸法では、静電延伸現象によりナノファイバを生成させる。より具体的には、第１溶液を電界紡糸の原料液として用いると、帯電された空間中に流出された原料液からは、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。これにより、飛行中の原料液の体積は徐々に減少していくが、原料液に付与された電荷は、原料液に留まる。その結果、空間を飛行中の原料液の電荷密度は、徐々に上昇することとなる。そして、原料液の電荷密度が高まり、原料液の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力よりも勝った時点で、原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。この現象が静電延伸現象である。静電延伸現象によれば、ナノファイバを効率よく製造することができる。
(Step 2)
In the second step, the first solution obtained in the first step is fibrillated by electrospinning to form a nonwoven fabric.
In the electrospinning method, nanofibers are generated by an electrostatic stretching phenomenon. More specifically, when the first solution is used as a raw material liquid for electrospinning, the solvent gradually evaporates from the raw material liquid that flows out into the charged space while flying in the space. Thereby, the volume of the raw material liquid in flight gradually decreases, but the charge imparted to the raw material liquid remains in the raw material liquid. As a result, the charge density of the raw material liquid in flight through the space will gradually rise. Then, when the charge density of the raw material liquid increases and the Coulomb force in the repulsion direction generated in the raw material liquid overcomes the surface tension of the raw material liquid, a phenomenon occurs in which the raw material liquid is explosively linearly stretched . This phenomenon is an electrostatic stretching phenomenon. According to the electrostatic stretching phenomenon, nanofibers can be produced efficiently.
原料液である第１溶液には、極性（または誘電率）の異なる第１ポリマーと第２ポリマーが含まれる。第１ポリマーは、第２ポリマーよりも静電延伸され易いため、静電紡糸により繊維状の芯部を形成する。第２ポリマーは、第２ポリマーだけでは静電延伸し難いが、第１ポリマーとともに電界紡糸することで延伸され、芯部の少なくとも一部の表面を覆うように鞘部を形成する。このようにして、第１溶液から鞘芯構造を有するナノファイバが形成される。 The first solution which is the raw material liquid contains the first polymer and the second polymer which differ in polarity (or dielectric constant). The first polymer is more easily electrostatically stretched than the second polymer, and thus forms a fibrous core by electrostatic spinning. The second polymer is difficult to be electrostatically stretched with the second polymer alone, but is stretched by electrospinning with the first polymer, and forms a sheath portion so as to cover at least a part of the surface of the core portion. In this way, nanofibers having a sheath core structure are formed from the first solution.
繊維形成空間で生成したナノファイバを、基材の表面に堆積させることにより、本実施形態に係る不織布が得られる。形成された不織布は、基材の表面から剥離してもよい。この場合、不織布の製造方法は、さらに基材の表面から不織布を剥離する工程を含むことができる。ここで、基材としては、剥離性の基材シート、または繊維を搬送するための搬送コンベアのベルトなどを利用できる。また、基材として不織繊維構造を有する基材（市販の不織布など）を用い、この表面にナノファイバを堆積させることで、不織布と不織繊維構造を有する基材とが一体化した不織布を形成してもよい。 By depositing the nanofibers generated in the fiber formation space on the surface of the substrate, the nonwoven fabric according to the present embodiment is obtained. The formed non-woven fabric may be peeled off from the surface of the substrate. In this case, the manufacturing method of a nonwoven fabric can further include the process of peeling a nonwoven fabric from the surface of a base material. Here, as the substrate, a peelable substrate sheet or a belt of a conveyer for conveying fibers can be used. In addition, by using a base material having a non-woven fiber structure (such as a commercially available non-woven fabric) as the base material and depositing nanofibers on this surface, a non-woven fabric in which the non-woven fabric and the base material having the non-woven fiber structure are integrated. It may be formed.
不織布を形成する工程では、必要に応じて、複数の電界紡糸ユニットを用いて、各ユニットで、それぞれ異なるナノファイバを生成させ、堆積させてもよい。例えば、各ユニットで、繊維経および／またはポリマー組成の異なるナノファイバを生成させ、堆積させることで不織布を形成してもよい。なお、ナノファイバ径は、原料液の状態、放出体の構成、帯電手段により形成される電界の大きさなどにより調節することができる。 In the step of forming the non-woven fabric, if necessary, a plurality of electrospinning units may be used to generate and deposit different nanofibers in each unit. For example, in each unit, nanofibers of different fiber orientation and / or polymer composition may be produced and deposited to form a nonwoven fabric. The nanofiber diameter can be adjusted by the state of the raw material liquid, the configuration of the emitter, the magnitude of the electric field formed by the charging means, and the like.
図１は、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法を実施するための、製造システムの構成を概略的に示す図である。図１は、不織繊維構造を有する基材Ｅを利用する場合の例である。 FIG. 1: is a figure which shows roughly the structure of a manufacturing system for enforcing the manufacturing method of the nonwoven fabric which concerns on one Embodiment of this invention. FIG. 1 is an example in the case of using a base material E having a non-woven fiber structure.
図１の製造システムは、不織布を製造するための製造ラインを構成している。製造システムは、不織布形成装置４０と、形成された不織布を回収するための回収装置７０とを備えている。図１の製造システムでは、基材Ｅが製造ラインの上流から下流に搬送される。搬送途中の基材Ｅには、ナノファイバの不織布の形成が随時行われる。 The manufacturing system of FIG. 1 constitutes a manufacturing line for manufacturing a nonwoven fabric. The manufacturing system includes a non-woven fabric forming device 40 and a recovery device 70 for recovering the formed non-woven fabric. In the manufacturing system of FIG. 1, the base material E is conveyed from the upstream to the downstream of the manufacturing line. A nanofiber nonwoven fabric is formed on the substrate E in the middle of conveyance as needed.
製造システムの最上流には、ロール状に捲回された基材Ｅを内部に収容した基材供給装置２０が設けられている。基材供給装置２０は、ロール状の基材Ｅを捲き出して、自身の下流側に隣接する別の装置に基材Ｅを供給する。具体的には、基材供給装置２０は、モータ２４により供給リール２２を回転させて、供給リール２２に捲回された基材Ｅを第１搬送ローラ２１に供給する。 In the uppermost stream of the manufacturing system, a base material supply device 20 that houses therein the base material E wound in a roll shape is provided. The base material supply apparatus 20 rolls out the roll-shaped base material E, and supplies the base material E to another apparatus adjacent to its downstream side. Specifically, the substrate supply device 20 rotates the supply reel 22 by the motor 24 and supplies the substrate E wound around the supply reel 22 to the first transport roller 21.
捲き出された基材Ｅは、第１搬送ローラ２１により、不織布形成装置４０に移送される。
不織布形成装置４０は、電界紡糸機構を具備する。より具体的には、電界紡糸機構は、装置内の上方に設置された原料液を放出するためのノズル（放出体）を含む放出部４２Ａと、放出された原料液（第１溶液）を帯電させる帯電手段と、放出部４２Ａと対向するように不織布Ｅを上流側から下流側に搬送する搬送コンベア４１と、を備えている。搬送コンベア４１は、基材Ｅとともに繊維を収集するコレクタ部として機能し、基材Ｅの表面（主面）には、放出部４２Ａから放出されたナノファイバが堆積される。
The base material E thus unwound is transferred to the nonwoven fabric forming apparatus 40 by the first conveyance roller 21.
The nonwoven fabric forming apparatus 40 includes an electrospinning mechanism. More specifically, the electrospinning mechanism charges the discharge portion 42A including a nozzle (discharger) for discharging the raw material liquid installed above the apparatus, and the discharged raw material liquid (first solution). And a conveyer 41 that conveys the nonwoven fabric E from the upstream side to the downstream side so as to face the discharge part 42A. The conveyor 41 functions as a collector unit that collects fibers together with the base material E, and the nanofibers emitted from the emission unit 42A are deposited on the surface (main surface) of the base material E.
帯電手段は、放出体に電圧を印加する電圧印加装置４３と、搬送コンベア４１と平行に設置され、かつ電気的に接続された対電極４４とで構成されている。対電極４４は接地されている。これにより、放出体と対電極４４との間には、電圧印加装置４３により印加される電圧に応じた電位差（例えば２０〜２００ｋＶ）を設けることができる。なお、帯電手段の構成は、特に限定されず、例えば、対電極４４は必ずしも接地しなくてもよく、高電圧が印加されていてもよい。また、対電極４４を設ける代わりに、搬送コンベア４１のベルト部分を導体から構成するなどしてもよい。 The charging means includes a voltage applying device 43 that applies a voltage to the emitter, and a counter electrode 44 that is installed in parallel with the conveyor 41 and is electrically connected. The counter electrode 44 is grounded. Thereby, a potential difference (for example, 20 to 200 kV) corresponding to the voltage applied by the voltage application device 43 can be provided between the emitter and the counter electrode 44. The configuration of the charging unit is not particularly limited. For example, the counter electrode 44 may not necessarily be grounded, and a high voltage may be applied. Moreover, you may comprise the belt part of the conveyance conveyor 41 from a conductor instead of providing the counter electrode 44. FIG.
図２は、図１の放出部４２Ａを概略的に示す正面図であり、図３は、図１の放出部４２Ａを概略的に示す側面図である。図４は、図２および図３の放出体４２を放出口４２ａを通る平面でカットし、一部を拡大した概略縦断面図である。
図２および図３に示されるように、放出部４２Ａは、原料液を放出するための放出体４２を有しており、放出体４２の上部には、放出体４２に原料液４５を供給するための導管５０が接続されている。また、放出体４２の上方には、図示しない送風機構が設けられている。送風機構により、放出体４２の上方から送風を行うことで、ナノファイバ生成を阻害する溶媒蒸気やイオン風を効率よく換気することができる。
2 is a front view schematically showing the discharge part 42A of FIG. 1, and FIG. 3 is a side view schematically showing the discharge part 42A of FIG. FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view in which the emitter 42 of FIGS. 2 and 3 is cut by a plane passing through the outlet 42a and a part thereof is enlarged.
As shown in FIGS. 2 and 3, the discharge unit 42 </ b> A has a discharge body 42 for discharging the raw material liquid, and supplies the raw material liquid 45 to the discharge body 42 above the discharge body 42. Conduit 50 is connected. A blower mechanism (not shown) is provided above the emitter 42. By blowing air from above the emitter 42 by the blower mechanism, it is possible to efficiently ventilate the solvent vapor or ion wind that inhibits nanofiber production.
放出体４２は、長尺の形状を有しており、放出体４２の内部には、径Ｄ１の中空円筒状の収容部５２が形成されている。放出体４２の搬送コンベア４１のベルト（基材）と対向する側には、複数の放出口４２ａが、一定の間隔で、規則的な配列で設けられている。 The discharge body 42 has an elongated shape, and a hollow cylindrical housing portion 52 with a diameter D1 is formed inside the discharge body 42. A plurality of discharge ports 42 a are provided at regular intervals on a side of the transport conveyor 41 of the discharge body 42 facing the belt (base material) in a regular arrangement.
放出体４２の上部は、断面が方形に形成されており、放出口４２ａに向かって、断面形状の幅が徐々に小さくなるテーパ部４２ｂが形成されている。このように、放出体４２の放出口４２ａの周囲に、テーパ部４２ｂを形成することで、電荷が角部などに集中することによるイオン風の発生を抑制することができる。 The upper part of the emitter 42 has a square cross section, and a tapered portion 42b is formed with the width of the cross section gradually decreasing toward the discharge port 42a. In this manner, by forming the tapered portion 42b around the discharge port 42a of the emitter 42, it is possible to suppress the generation of ion wind due to the concentration of charges on the corners and the like.
また、放出口４２ａに向かって、放出体４２の断面形状の幅を徐々に小さくすることにより、電荷を適度に集中させることができ、放出口４２ａから放出される原料液に効率よく電荷を供給することができる。収容部５２と放出口４２ａとを連通する貫通孔の径は、例えば、０．２５〜０．４ｍｍであり、貫通孔の長さは、例えば、０．１〜５ｍｍである。貫通孔の断面形状は、円形、三角形や四角形などの多角形、星形などの内側に突出する部分のある形状などの任意の形状を選択できる。 Further, by gradually reducing the width of the cross-sectional shape of the emitter 42 toward the discharge port 42a, the charge can be concentrated appropriately, and the charge is efficiently supplied to the raw material liquid discharged from the discharge port 42a. can do. The diameter of the through hole communicating the housing portion 52 and the discharge port 42a is, for example, 0.25 to 0.4 mm, and the length of the through hole is, for example, 0.1 to 5 mm. As the cross-sectional shape of the through hole, any shape such as a circle, a polygon such as a triangle or a quadrangle, or a shape having a protruding portion inside such as a star can be selected.
原料液４５は、放出体４２の中空部と連通するポンプ４６の圧力により、原料液タンク４５ａから、導管５０を通して、放出体４２の収容部５２に供給される。そして、原料液４５は、ポンプ４６の圧力により、複数の放出口４２ａから不織布Ｅの主面に向かって放出される。放出された原料液は、帯電した状態で放出体４２と搬送コンベア４１（また不織布Ｅ）との間の空間を移動中に静電爆発を起し、鞘芯構造を有するナノファイバを生成する。生成したナノファイバは、静電誘引力によって基材の主面に誘引され、そこで堆積する。これにより、不織布Ｆが形成される。 The raw material liquid 45 is supplied from the raw material liquid tank 45 a to the containing portion 52 of the discharger 42 through the conduit 50 by the pressure of the pump 46 communicating with the hollow portion of the discharger 42. The raw material liquid 45 is discharged toward the main surface of the nonwoven fabric E from the plurality of discharge ports 42 a by the pressure of the pump 46. The discharged raw material liquid causes an electrostatic explosion while moving in the space between the emitter 42 and the conveyer 41 (also the nonwoven fabric E) in a charged state, thereby producing a nanofiber having a sheath core structure. The produced nanofibers are attracted to the main surface of the substrate by electrostatic attraction and are deposited there. Thereby, the nonwoven fabric F is formed.
搬送コンベア４１のベルト部分は、誘電体であってもよい。ベルト部分が導体で構成されている場合には、放出体４２の放出口に近いコレクタ部に、ナノファイバがやや集中して堆積する傾向がある。ナノファイバを、より均一に、コレクタ部に分散させる観点からは、搬送コンベア４１のベルト部分を誘電体により形成することがより望ましい。 The belt portion of the transport conveyor 41 may be a dielectric. When the belt portion is made of a conductor, the nanofibers tend to be somewhat concentrated and deposited in the collector portion near the emission port of the emitter. From the viewpoint of more uniformly dispersing the nanofibers in the collector portion, it is more desirable to form the belt portion of the transport conveyor 41 with a dielectric.
ベルト部分を誘電体により形成した場合には、ベルト部分の内周面（不織布Ｅと接触する面の反対側の面）に、対電極４４を接触させてもよい。このような接触により、ベルト部分の内部で誘電分極が起こり、基材Ｅとの接触面に一様な電荷が発生する。これにより、ナノファイバが基材Ｅの表面Ｅａの一部に集中して堆積する可能性が更に低減される。 When the belt portion is formed of a dielectric, the counter electrode 44 may be brought into contact with the inner peripheral surface of the belt portion (the surface opposite to the surface that contacts the nonwoven fabric E). Such contact causes dielectric polarization inside the belt portion, and a uniform charge is generated on the contact surface with the substrate E. Thereby, the possibility that the nanofibers concentrate and deposit on a part of the surface Ea of the substrate E is further reduced.
図１において、不織布Ｆと搬送コンベア４１のベルトとが離間（剥離）する箇所には、これらが剥離するときに起こり得るスパークの発生を抑制するために、不織布Ｆを除電する除電装置を設けてもよい。また、不織布形成装置４０と、これに隣接する各装置との間の窓部近傍には、紡糸空間に発生する帯電した溶媒蒸気、帯電した空気を換気して、紡糸性能を向上させる吸引ダクトを設けてもよい。 In FIG. 1, a place where the nonwoven fabric F and the belt of the conveyor 41 are separated (peeled) is provided with a static eliminator that neutralizes the nonwoven fabric F in order to suppress the occurrence of sparks that may occur when they peel. It is also good. In the vicinity of the window between the non-woven fabric forming device 40 and each device adjacent thereto, a suction duct for ventilating the charged solvent vapor and the charged air generated in the spinning space to improve the spinning performance is provided. It may be provided.
不織布形成装置４０から搬出された完成した不織布Ｆは、搬送ローラ７１を介して、回収装置７０に回収される。回収装置７０は、搬送されてくる不織布Ｆを捲き取る回収リール７２を内蔵している。回収リール７２はモータ７４により回転駆動される。 The completed non-woven fabric F unloaded from the non-woven fabric forming device 40 is collected by the collecting device 70 via the transport roller 71. The collection device 70 has a built-in collection reel 72 that scrapes the conveyed nonwoven fabric F. The recovery reel 72 is rotationally driven by a motor 74.
図１に示すような製造システムでは、不織布を回収する回収装置７０を回転させるモータ７４を、不織布Ｆの搬送速度（搬送コンベア４１の速度）が一定になるような回転速度に制御する。これにより、不織布Ｆは、所定のテンションを維持しつつ搬送される。このような制御は、製造システムに備えられた制御装置（図示せず）によって行われる。制御装置は、製造システムを構成する各装置を統括的に制御し、管理できるように構成されている。 In the manufacturing system as shown in FIG. 1, the motor 74 that rotates the collection device 70 that collects the nonwoven fabric is controlled to a rotation speed at which the conveyance speed of the nonwoven fabric F (the speed of the conveyance conveyor 41) is constant. Thereby, the nonwoven fabric F is conveyed, maintaining a predetermined | prescribed tension. Such control is performed by a controller (not shown) provided in the manufacturing system. The control device is configured to control and manage each device constituting the manufacturing system in an integrated manner.
不織布形成装置４０と不織布回収装置７０との間には、予備回収部を配置してもよい。予備回収部は、完成した不織布Ｆの回収装置７０による回収が容易となるように設けられる。具体的には、予備回収部では、不織布形成装置４０から移送されてくる完成した不織布Ｆを、一定の長さまでは捲き取らずに弛んだ状態で回収する。その間、回収装置７０の回収リール７２は回転させずに停止させておく。そして、予備回収部により回収された弛んだ状態の不織布Ｆの長さが一定の長さになる度に、回収装置７０の回収リール７２を所定時間だけ回転させて、回収リール７２により不織布Ｆを捲き取る。 A preliminary collection unit may be arranged between the nonwoven fabric forming apparatus 40 and the nonwoven fabric collection apparatus 70. The preliminary recovery unit is provided so that the completed nonwoven fabric F can be easily recovered by the recovery device 70. Specifically, in the preliminary collection unit, the completed nonwoven fabric F transferred from the nonwoven fabric forming apparatus 40 is collected in a slack state without being scraped off by a certain length. Meanwhile, the recovery reel 72 of the recovery device 70 is stopped without being rotated. Then, every time the length of the non-woven fabric F in a slack state recovered by the preliminary recovery unit becomes a fixed length, the recovery reel 72 of the recovery device 70 is rotated for a predetermined time, and the non-woven fabric F is recovered by the recovery reel 72. Scatter it.
このような予備回収部を設けることで、搬送コンベア４１の搬送速度と、不織布回収装置７０が具備するモータ７４の回転速度を厳密に連動させて制御する必要がなくなり、製造システムの制御装置を簡略化することができる。 By providing such a preliminary recovery unit, it is not necessary to control the transport speed of the transport conveyor 41 and the rotational speed of the motor 74 provided in the non-woven fabric recovery apparatus 70 in close cooperation with each other, and the control system of the manufacturing system is simplified. Can be
なお、上記の不織布の製造システムは、本発明の実施形態に係る不織布の製造方法を実施するために用いることができる製造システムの一例に過ぎない。不織布の製造方法は、第１溶液を調製する第１工程、および、ナノファイバ形成空間において、第１溶液からナノファイバを生成させて堆積させ、不織布を形成する第２工程を有する限り、特に限定されない。 In addition, said nonwoven fabric manufacturing system is only an example of the manufacturing system which can be used in order to implement the manufacturing method of the nonwoven fabric which concerns on embodiment of this invention. The nonwoven fabric production method is particularly limited as long as it has a first step of preparing the first solution and a second step of forming and depositing nanofibers from the first solution in the nanofiber formation space to form a nonwoven fabric. I will not.
また、第２工程についても、所定のナノファイバ形成空間において、第１溶液から静電気力によりナノファイバを生成させ、生成したナノファイバを堆積させる工程であれば、どのような電界紡糸機構を用いてもよい。例えば、放出体の形状は、特に限定されない。放出体の長手方向に垂直な断面の形状は、図３に示されるように、上方から下方に向かって次第に小さくなる形状（Ｖ型ノズル）に限らず、放出体を回転体により構成してもよい。 As for the second step, any electrospinning mechanism can be used as long as the nanofiber is generated from the first solution by electrostatic force in a predetermined nanofiber formation space and the generated nanofiber is deposited. It is also good. For example, the shape of the emitter is not particularly limited. As shown in FIG. 3, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the emitter is not limited to a shape (V-shaped nozzle) that gradually decreases from the top to the bottom. Good.
ナノファイバ形成装置では、搬送コンベアのベルトの主面に繊維を連続的に堆積させることにより、長尺状の不織布を形成することができる。また、ナノファイバの堆積を間欠的に行うことにより、矩形の不織布を形成することもできる。 In the nanofiber forming apparatus, a long nonwoven fabric can be formed by continuously depositing fibers on the main surface of the belt of the conveyor. A rectangular non-woven fabric can also be formed by intermittently depositing nanofibers.
（空気清浄機）
本発明の一実施形態に係る空気清浄機は、濾材としての上記の不織布を備えていればよく、これ以外の構成要素は公知のもので構成できる。空気清浄機は、例えば、気体（具体的には、空気）の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、これらの間に配置された上記の不織布とを備えていてもよい。濾材は、１枚の不織布で構成してもよく、２枚以上の不織布を積層した積層体で構成してもよい。
(Air cleaner)
The air cleaner which concerns on one Embodiment of this invention should just be equipped with said nonwoven fabric as a filter medium, and can comprise a component other than this with a well-known thing. The air cleaner may include, for example, a suction portion for gas (specifically, air), a discharge portion for gas, and the non-woven fabric described above disposed therebetween. The filter medium may be composed of one non-woven fabric, or may be composed of a laminate of two or more non-woven fabrics.
図５は、本発明の一実施形態に係る空気清浄機を示す一部切り欠き斜視図である。
空気清浄機１００は、不織布１０と、気体の吸い込み部６０と、気体の吐き出し部６１とを備える。不織布１０は、主面２Ａが吸い込み部６０に対向するように、吸い込み部６０と吐き出し部６１との間に配置される。不織布１０は、蛇腹状にプリーツ加工されて配置されても良い。
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing an air purifier according to an embodiment of the present invention.
The air purifier 100 includes the nonwoven fabric 10, a gas suction part 60, and a gas discharge part 61. The nonwoven fabric 10 is disposed between the suction part 60 and the discharge part 61 so that the main surface 2A faces the suction part 60. The nonwoven fabric 10 may be pleated and arranged in a bellows shape.
空気清浄機１００は、外部の大気を吸い込み部６０から空気清浄機１００内部に取り込む。取り込まれた大気は、濾材（不織布）１０等を通過する間に集塵され、清浄化された大気が吐き出し部６１から再び外部に放出される。大気が不織布１０を通過する際には、大気に含まれる微細な粉塵が不織布１０の不織繊維構造により物理的に除去されるとともに、帯電したナノファイバにより電気的に除去される。不織布１０には、必要に応じて、空気清浄機で不織布（または濾材）に使用される公知の触媒および／または添加剤（吸着剤など）などを担持させてもよい。 The air cleaner 100 takes in the outside air from the suction unit 60 into the air cleaner 100. The taken-in air is collected while passing through the filter material (non-woven fabric) 10 or the like, and the cleaned air is discharged again from the discharge portion 61 to the outside. When the atmosphere passes through the nonwoven fabric 10, fine dust contained in the atmosphere is physically removed by the nonwoven fiber structure of the nonwoven fabric 10 and electrically removed by the charged nanofibers. If necessary, the non-woven fabric 10 may carry a known catalyst and / or additive (such as an adsorbent) used for non-woven fabric (or filter medium) in an air cleaner.
空気清浄機１００は、さらに、吸い込み部６０と不織布１０との間に、大きな塵等を捕捉するプレフィルター６２等を備えても良い。また、不織布１０と吐き出し部６１との間に消臭フィルター６３や加湿フィルター（図示せず）等が備えられても良い。 The air cleaner 100 may further include a prefilter 62 that captures large dust or the like between the suction unit 60 and the nonwoven fabric 10. In addition, a deodorizing filter 63, a humidifying filter (not shown), or the like may be provided between the non-woven fabric 10 and the discharge portion 61.
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
実施例１
（１）ポリマー溶液の調製
第１ポリマーとしてＰＥＳをＤＭＡｃに溶解させ、ＰＥＳを２０質量％の濃度で含む第１ポリマー溶液を調製した。使用したＰＥＳは、分子量３００００〜１２００００の範囲に複数のピークを有しており、Ｍｗは７５０００であり、Ｍｗ／Ｍｎ比は２．４であった。また、ＰＥＳの誘電率は約３．５であり、体積固有抵抗は１０１５Ω・ｃｍであった。
第２ポリマーとしてＰＰをメチルシクロヘキサンに溶解させ、ＰＰを２０質量％の濃度で含む第２ポリマー溶液を調製した。使用したＰＰのＭｗは７００００であり、Ｍｗ／Ｍｎ比は２であった。ＰＰの誘電率は、約２．５であり、体積固有抵抗は１０１６Ω・ｃｍであった。
Example 1
(1) Preparation of polymer solution As a first polymer, PES was dissolved in DMAc to prepare a first polymer solution containing 20% by mass of PES. The PES used had a plurality of peaks in the molecular weight range of 30000 to 120,000, the Mw was 75000, and the Mw / Mn ratio was 2.4. In addition, the dielectric constant of PES was about 3.5, and the volume resistivity was 10 15 Ω · cm.
PP as a second polymer was dissolved in methylcyclohexane to prepare a second polymer solution containing PP at a concentration of 20% by mass. The M w of PP used was 70000 and the M w / M n ratio was 2. The dielectric constant of PP was about 2.5, and the volume resistivity was 10 16 Ω · cm.
（２）ポリマー溶液の混合
第１ポリマー溶液と第２ポリマー溶液とを、第１ポリマーと第２ポリマーとが質量比１：１となるような割合で混合し、遊星式ミキサを用いて攪拌速度１０００ｒｐｍ（公転速度）で、８分間攪拌した。
(2) Mixing of polymer solution The first polymer solution and the second polymer solution are mixed at a ratio such that the mass ratio of the first polymer and the second polymer is 1: 1, and the stirring speed is obtained using a planetary mixer. The mixture was stirred at 1000 rpm (revolution speed) for 8 minutes.
（３）第１溶液の分離
上記（２）で得られた混合物を分液ロートに移し、４時間静置したところ、メチルシクロヘキサンを含む上層とＤＭＡｃを含む下層の２相に分離した。なお、この混合物を相分離する静置時間は最低限１０分必要であるが、１時間以上とすることが望ましい。分液ロートを用いて、下層を除去し、上層の溶液を回収した。上層の溶液の成分を高速液体クロマトグラフにより分析したところ、ＰＥＳとＰＰの双方を含んでいた。上層の溶液に含まれるＰＥＳの分子量分布を調べたところ、ＰＥＳのＭｗは６４０００であり、Ｍｗ／Ｍｎ比は１．３であった。
(3) Separation of first solution The mixture obtained in the above (2) was transferred to a separatory funnel and allowed to stand for 4 hours, whereby it separated into two layers, an upper layer containing methylcyclohexane and a lower layer containing DMAc. In addition, although the stationary time which phase-separates this mixture requires 10 minutes at least, it is desirable to set it as 1 hour or more. The lower layer was removed using a separatory funnel, and the upper layer solution was recovered. The composition of the upper layer solution was analyzed by high performance liquid chromatograph and contained both PES and PP. When the molecular weight distribution of PES contained in the upper layer solution was examined, Mw of PES was 64000, and Mw / Mn ratio was 1.3.
（４）電界紡糸
図１に示すような製造システムにより、上記（３）で得られた溶液（第１溶液）を原料液として用いて、下記の条件で、電界紡糸することにより基材の主面にナノファイバを堆積させ、不織布を作製した。
電界紡糸条件：
印加電圧：５０ｋＶ
溶液吐出圧：２０ｋＰａ
温度：２６℃、
湿度：５７％ＲＨ
得られた不織布において、ナノファイバの平均繊維経は７９５ｎｍであった。また、不織布の厚みは３００μｍであり、単位面積当たりの質量は０．８ｇ／ｍ２であった。
得られた不織布の電子顕微鏡写真を図６および図７に示す。図７は、図６の四角で囲んだ部分Ａの拡大図である。
(4) Electrospinning By using the production system shown in FIG. 1 and using the solution (first solution) obtained in the above (3) as a raw material liquid, electrospinning is performed under the following conditions to obtain a main substrate. Nanofibers were deposited on the surface to produce a nonwoven fabric.
Electrospinning conditions:
Applied voltage: 50 kV
Solution discharge pressure: 20 kPa
Temperature: 26 ° C
Humidity: 57% RH
In the obtained nonwoven fabric, the average fiber diameter of the nanofiber was 795 nm. Moreover, the thickness of the non-woven fabric was 300 μm, and the mass per unit area was 0.8 g / m 2 .
The electron micrograph of the obtained nonwoven fabric is shown in FIG. 6 and FIG. FIG. 7 is an enlarged view of a portion A surrounded by a square in FIG.
（５）評価
不織布を用いて、下記の手順で集塵効率および圧力損失を評価した。
（ａ）集塵効率（計数法）
不織布を縦１２ｃｍ×横１２ｃｍのサイズに裁断し、サンプルとした。このサンプルに、大気粉塵を、面風速５．３ｃｍ／ｓｅｃで吸引させた。サンプルの上流側の粉塵濃度（個数）をＣ０、下流側の粉塵濃度（個数）をＣ１として、集塵効率（＝１−Ｃ１／Ｃ０）×１００（％）を算出した。個数濃度は、光散乱式自動粒子計数器を用いて求めた。
(5) Evaluation Using the non-woven fabric, the dust collection efficiency and pressure loss were evaluated according to the following procedure.
(A) Dust collection efficiency (counting method)
The non-woven fabric was cut into a size of 12 cm long x 12 cm wide, and used as a sample. In this sample, atmospheric dust was sucked at a surface air velocity of 5.3 cm / sec. The dust collection efficiency (= 1−C 1 / C 0 ) × 100 (%) is calculated, where the dust concentration (number) on the upstream side of the sample is C 0 and the dust concentration (number) on the downstream side is C 1 . The number concentration was determined using a light scattering type automatic particle counter.
（ｂ）圧力損失
上記（ａ）と同様に集塵試験を行い、サンプルの上流側の空気圧Ｐ０と下流側の空気圧Ｐ１とを測定し、圧力損失（＝Ｐ０−Ｐ１）を算出した。空気圧の測定には、ＪＩＳ Ｂ ９９０８形式１（計数法）の規格に準拠して、マノメータを使用した。
(B) Pressure loss A dust collection test is performed in the same manner as in (a) above, and the air pressure P 0 on the upstream side and the air pressure P 1 on the downstream side of the sample are measured to calculate the pressure loss (= P 0 -P 1 ). did. For the measurement of air pressure, a manometer was used in accordance with the standard of JIS B 9908 type 1 (counting method).
比較例１
第１溶液に代えて、第１ポリマー溶液を原料液として用いて電界紡糸を行った以外は、実施例１と同様にして不織布を作製し、評価を行った。得られた不織布の厚みは３００μｍであり、単位面積当たりの質量は０．９ｇ／ｍ２であり、繊維の平均繊維経は８３２ｎｍであった。
不織布の電子顕微鏡写真を図８に示す。
Comparative Example 1
A nonwoven fabric was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that electrospinning was performed using the first polymer solution as a raw material solution instead of the first solution. The thickness of the obtained nonwoven fabric was 300 μm, the mass per unit area was 0.9 g / m 2 , and the average fiber diameter of the fibers was 832 nm.
An electron micrograph of the nonwoven fabric is shown in FIG.
比較例２
第１溶液に代えて、第２ポリマー溶液を原料液として用い電界紡糸を試みた以外は、実施例１と同様の操作を行ったが、繊維を形成できなかった。
実施例および比較例の結果を表１に示す。
Comparative example 2
The same operation as in Example 1 was carried out except that instead of the first solution, electrospinning was attempted using the second polymer solution as a raw material solution, but no fibers could be formed.
The results of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.
表１に示されるように、実施例１では、比較例１に比べて、圧力損失を抑制しながらも、高い集塵効率が得られた。
図８に示されるように比較例１の不織布の繊維の表面は滑らかである。それに対して、図７に示されるように実施例１の不織布の繊維では、ＰＥＳで形成された芯部の表面をところどころ覆うようにＰＰの鞘部が形成されていた。鞘部が形成されていることで実施例１の不織布の繊維表面は、比較例１とは異なり凹凸が形成されていた。この凹凸と表面に帯電性が高いＰＰが存在することで、実施例１では比較例１に比べて高い集塵効果が得られたと考えられる。
As shown in Table 1, in Example 1, compared with Comparative Example 1, high dust collection efficiency was obtained while suppressing pressure loss.
As shown in FIG. 8, the surface of the non-woven fabric of Comparative Example 1 is smooth. On the other hand, as shown in FIG. 7, in the nonwoven fabric fiber of Example 1, a PP sheath portion was formed so as to cover the surface of the core portion formed of PES. Unlike the comparative example 1, the unevenness | corrugation was formed in the fiber surface of the nonwoven fabric of Example 1 because the sheath part was formed. It is considered that a high dust collection effect was obtained in Example 1 as compared with Comparative Example 1 due to the presence of PP with high chargeability on the unevenness and the surface.
本発明の実施形態に係る不織布は、長期間にわたり使用した場合でも、集塵効率が高く、圧力損失の増加を抑制することが可能である。そのため、静音性が求められる家庭用や事務所用等の空気清浄機に（特に濾材として）適用することができる。但し、本発明の不織布の用途は、空気清浄機の濾材に限るものではない。例えば、本発明の不織布は、様々な濾材の他、電池用の分離シート（セパレータ）、妊娠検査シート等の体外検査シート、塵や汚れなどを拭き取る拭取シート、基材等の他の用途にも適用可能である。 Even when the nonwoven fabric according to the embodiment of the present invention is used for a long period of time, the dust collection efficiency is high and an increase in pressure loss can be suppressed. Therefore, it can apply (especially as a filter material) to air cleaners for home use, office use, etc. for which noise reduction is required. However, the application of the non-woven fabric of the present invention is not limited to the filter material of the air purifier. For example, the nonwoven fabric of the present invention may be used for various filter media, separator sheets for batteries, extracorporeal test sheets such as pregnancy test sheets, wiping sheets for wiping dust and dirt, and other uses such as substrates. Is also applicable.
２０：基材供給装置、２１：第１搬送ロール、２２：供給リール、２４：モータ
４０：不織布形成装置、４１：搬送コンベア、４２Ａ：放出部、４２：放出体、４２ａ：放出口、４２ｂ：テーパ部、４３：電圧印加装置、４４：対電極、４５：原料液（第１溶液）、４５ａ：原料液タンク、４６：ポンプ、４８：第１支持体、４９：第２支持体、５０：導管、５２：収容部
７０：回収装置、７１：搬送ローラ、７２：回収リール、７４：モータ
Ｅ：不織繊維構造を有する基材、Ｅａ：基材の主面、Ｆ：不織布
20: base material supply apparatus, 21: first conveyance roll, 22: supply reel, 24: motor 40: non-woven fabric forming apparatus, 41: conveyance conveyor, 42A: discharge part, 42: discharger, 42a: discharge port, 42b: Tapered portion, 43: voltage application device, 44: counter electrode, 45: raw material liquid (first solution), 45a: raw material liquid tank, 46: pump, 48: first support, 49: second support, 50: Conduit, 52: Container 70: Collection device, 71: Conveying roller, 72: Collection reel, 74: Motor E: Base material having non-woven fiber structure, Ea: Main surface of base material, F: Non-woven fabric
１００：空気清浄機、１０：不織布、６０：吸い込み部、６１：吐き出し部、６２：プレフィルター、６３：消臭フィルター 100: Air purifier, 10: Non-woven fabric, 60: Suction part, 61: Discharge part, 62: Pre-filter, 63: Deodorizing filter
Claims (14)
前記芯部は、ポリエーテルスルホンおよびポリアクリロニトリルからなる群より選択される少なくとも一種を含む第１ポリマーを含み、
前記鞘部は、第２ポリマーを含み、
前記第２ポリマーは、前記第１ポリマーよりも極性が小さい、不織布。 A nanofiber comprising a core and a sheath covering a surface of at least a portion of the core,
The core includes a first polymer including at least one selected from the group consisting of polyethersulfone and polyacrylonitrile ,
The sheath includes a second polymer,
The second polymer is a non-woven fabric having a smaller polarity than the first polymer.
前記芯部は、ポリエーテルスルホンおよびポリアクリロニトリルからなる群より選択される少なくとも一種を含む第１ポリマーを含み、
前記鞘部は、第２ポリマーを含み、
前記第２ポリマーは、前記第１ポリマーよりも誘電率が低い、不織布。 A nanofiber comprising a core and a sheath covering a surface of at least a portion of the core,
The core includes a first polymer including at least one selected from the group consisting of polyethersulfone and polyacrylonitrile ,
The sheath includes a second polymer,
The second polymer is a nonwoven fabric having a lower dielectric constant than the first polymer.
気体の吐き出し部と、
前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置された請求項１〜６のいずれか１項に記載の不織布と、を備えた空気清浄機。 And a gas intake,
A gas outlet,
The air cleaner provided with the nonwoven fabric of any one of Claims 1-6 arrange | positioned between the said suction part and the said discharge part.
ナノファイバ形成空間において、前記第１溶液から静電気力によりナノファイバを生成させ、生成した前記ナノファイバを堆積させて不織布を形成する第２工程と、を含み、
前記ナノファイバは、前記第１ポリマーを含む芯部と、前記芯部の少なくとも一部の表面を覆い、かつ前記第２ポリマーを含む鞘部とを含む、不織布の製造方法。 A first step of preparing a first solution comprising a first polymer or a precursor thereof and a second polymer having a smaller polarity than the first polymer;
A second step of forming nanofibers from the first solution by electrostatic force in the nanofiber formation space, and depositing the generated nanofibers to form a nonwoven fabric,
The said nanofiber is a manufacturing method of the nonwoven fabric containing the core part containing the said 1st polymer, and the sheath part which covers the surface of at least one part of the said core part, and contains the said 2nd polymer.
前記第１ポリマーと前記第１ポリマーを溶解する第１溶媒とを含む第１ポリマー溶液を調製する工程ａ、
前記第２ポリマーと前記第２ポリマーを溶解し、かつ前記第１溶媒と非相溶性の第２溶媒とを含む第２ポリマー溶液を調製する工程ｂ、
前記第１ポリマー溶液と前記第２ポリマー溶液とを攪拌により混合する工程ｃ、ならびに
前記工程ｃで得られた混合物から、前記第１ポリマーおよび前記第２ポリマーを含む溶
液を、前記第１溶液として分離する工程ｄ、を含む請求項８に記載の不織布の製造方法。 The first step includes
Preparing a first polymer solution comprising the first polymer and a first solvent for dissolving the first polymer;
Preparing a second polymer solution that dissolves the second polymer and the second polymer and includes a second solvent that is incompatible with the first solvent; b.
Step c of mixing the first polymer solution and the second polymer solution by stirring, and a solution containing the first polymer and the second polymer from the mixture obtained in the step c as the first solution The manufacturing method of the nonwoven fabric of Claim 8 including the process d to isolate | separate.
前記芯部は、第１ポリマーを含み、 The core includes a first polymer;
前記鞘部は、第２ポリマーを含み、 The sheath includes a second polymer;
前記第２ポリマーは、前記第１ポリマーよりも極性が小さく、 The second polymer is less polar than the first polymer,
前記ナノファイバは、前記芯部の一部の表面が露出した露出部を有し、前記芯部の表面において、前記露出部の面積が前記鞘部の面積よりも大きい、不織布。 The nanofiber is a non-woven fabric having an exposed portion in which the surface of a part of the core portion is exposed, and in the surface of the core portion, the area of the exposed portion is larger than the area of the sheath portion.
前記芯部は、第１ポリマーを含み、 The core includes a first polymer;
前記鞘部は、第２ポリマーを含み、 The sheath includes a second polymer;
前記第２ポリマーは、前記第１ポリマーよりも誘電率が低く、 The second polymer has a lower dielectric constant than the first polymer,
前記ナノファイバは、前記芯部の一部の表面が露出した露出部を有し、前記芯部の表面において、前記露出部の面積が前記鞘部の面積よりも大きい、不織布。 The nanofiber is a non-woven fabric having an exposed portion in which the surface of a part of the core portion is exposed, and in the surface of the core portion, the area of the exposed portion is larger than the area of the sheath portion.
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