JPWO2015145880A1 - ナノファイバー製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、ESD方式では、ナノファイバー製品の製造コストが非常に高くなってしまった。
本発明の第1及び第2実施形態は、高速エアーを高温に加熱することで体積を膨張させて高速高温エアーを作り、この高速高温エアーで溶媒によるポリマー溶液を延伸させることでナノファイバーを生成するようにした方式(この方式を、発明者らは溶剤溶融型Zetta Spinning方式によるナノファイバーの発生手段と呼んでいる。)によるナノファイバーの製造方法に関する。
以下、本発明のナノファイバーの製造装置の第1実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、第1実施形態のナノファイバーの製造装置の構成を示す概略図である。同図に示すように、ナノファイバーの製造装置1は、ナノファイバー発生装置2と、ガイドボックス4と、捕集装置6と、吸引ボックス8と、整流部材9とを備える。
EDS法では高電圧を使用していたのに対して、本実施形態の製造装置では高電圧を使用しないため、安全性が高く生産場所の温度湿度の影響を受けない。さらに、本実施形態の製造装置によれば、これまで実現不可能であった径が200nm以下の3次元構造のナノファイバー材料を作成することができる。また、本実施形態の製造装置によれば、ESD法において問題となっていた液滴の発生を抑えることができる。さらに、本実施形態の製造装置によれば、電界干渉が生じず、また、強制的に溶媒を蒸発させることにより生産量を飛躍的に増大することができる。
以下、本発明のナノファイバーの製造装置の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。図5は、第2実施形態のナノファイバーの製造装置101の構成を示す図である。同図に示すように、ナノファイバー製造装置101は、ナノファイバー発生装置2と、ナノファイバー発生装置2の下流側に設けられた捕集装置106と、捕集装置106の下流側に設けられた吸引ボックス108と、ナノファイバー発生装置2の下流側、かつ、捕集装置106の上流側に設けられたガイドボックス4と、フィルタ装置110と、を備える。
まず、フィルタ材巻き取りロール118のモータを駆動する。これにより、フィルタ基材供給ロール112に巻きつけられたフィルタ基材120は、一対の繰出リール114の間を移動する。そして、吸引ボックス108を駆動し、フィルタ基材120を通してガイドボックス4内に吸引ボックス108に向かう気流を発生させる。そして、ナノファイバー発生装置2の噴出ノズルから溶融ポリマーを吐出すると共にエアーノズルから高速高温エアーを発生させる。これにより、第1実施形態で詳細に説明したように、溶融ポリマーをナノファイバーとして延伸させ、延伸したナノファイバーをフィルタ基材120上に堆積させる。このようにして、ナノファイバーが堆積したフィルタ基材120は熱圧着ローラ116にて加熱処理され積層されて一体化され、ナノファイバーフィルタ材として巻き取りロール118に巻き取られる。ナノファイバーを製造する際に発生した有機溶剤を含んだガスは、フィルタ装置110により清浄化される。
本実施形態の製造装置により生成されたナノファイバーは、ESD法に比べて電荷を帯びないため、ナノファイバーの捕集は吸引ボックス108によるエアー吸引によって行う。ここで、フィルタ基材上の一部にナノファイバーが付着するとその箇所の圧力損失が大きくなる。しかしながら、このようにフィルタ基材の一部にナノファイバーが付着し、圧力損失が大きくなったとしても、吸引されたエアーが付着の少ない場所に流れこむためナノファイバー付着が均一になる。また、本実施形態では、ガイドボックス4が設けられているため、ナノファイバー発生装置2から発生したナノファイバーが確実にフィルタ基材120に向けて案内され、効率よくフィルタ基材120上に堆積する。
次に、本発明のナノファイバーの製造装置の第3実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
第3実施形態は、高速エアーを高温に加熱することで体積を膨張させて高速高温エアーを作り、この高速高温エアーで熱による溶融したポリマー溶液を延伸させることでナノファイバーを生成するようにした方式(この方式を、発明者らは加熱溶融型Zetta Spinning方式と呼んでいる。)によるナノファイバーの製造方法に関する。
本実施形態のナノファイバー発生装置では、エアーノズル212に高速(高圧)エアーが供給される。エアーノズル212に供給された高速エアーは、ヒータにより加熱されるため、高温になるとともに体積が膨張し、さらに高速(高圧)になる。このようにして高温かつ高速となったエアー(高速高温エアー)は、接続パイプ218を介してガイドボックス214内に送り込まれ、ガイドボックス214の吹き出し穴214Aから吹き出される。
すなわち、フィルタ材巻き取りロール118のモータを駆動する。これにより、フィルタ基材供給ロール112に巻きつけられたフィルタ基材120は、一対の繰出リール114の間を移動する。そして、吸引ボックス108を駆動し、フィルタ基材を通してガイドボックス内に吸引ボックス108に向かう気流を発生させる。さらに、ナノファイバー発生装置202の噴出ノズルから溶融ポリマーを吐出すると共に吹き出し穴214Aから高速高温エアーを発生させる。これにより、第2実施形態で詳細に説明したように、溶融ポリマーをナノファイバーとして延伸させ、延伸したナノファイバーをフィルタ基材120上に堆積させることができる。このようにして、ナノファイバーが堆積したフィルタ基材120は熱圧着ローラ116にて加熱処理され積層されて一体化され、ナノファイバーフィルタ材として巻き取りロール118に巻き取られる。なお、ナノファイバーを製造する際に発生した汚染ガスは、フィルタ装置により清浄化される。
図12は、本発明において用いることができるナノファイバーの発生装置302の別の構成を示す断面図である。同図に示すように、ノファイバーの発生装置302は、中央に気体通路304と、外周に設けられたポリマー溶液通路306とを備える。気体通路304には、高速エアー(高圧エアー)が供給される。気体通路304には発熱線が設けられており、この発熱線により供給された高速エアーが加熱、圧縮され、吐出口より高速高温エアーが吹き出される。
2 ナノファイバー発生装置
4 ガイドボックス
6 捕集装置
8 吸引ボックス
8A ファン
9 整流部材
10 噴出ノズル
10A ポリマー溶液
12 エアーノズル
12A 高速高温エアー
12B ヒータ
14 支持部材
20 ナノファイバー材料
101 ナノファイバー製造装置
106 捕集装置
108 吸引ボックス
108A ファン
110 フィルタ装置
112 フィルタ基材供給ロール
114 繰出リール
116 熱圧着ローラ
118 ロール
120 フィルタ基材
140 ナノファイバーフィルタ材
141 ナノファイバー
201 ナノファイバー製造装置
202 ナノファイバー発生装置
204 シリンダー
206 ホッパー
208 スクリュー
210 噴出ノズル
212 エアーノズル
214 ガイドボックス
216 先端ノズル
218 接続パイプ
302 発生装置
304 気体通路
306 ポリマー溶液通路
308 ニードル
Claims (6)
- 高速高温エアーを発生するエアーノズル、及び、ポリマー溶液をエアーノズルにより発生された高速高温エアーに向けて又は高速高温エアーの近傍に向けて吐出する噴出ノズルを備えたナノファイバー発生装置と、
前記ナノファイバー発生装置の下流側に設けられ、前記ナノファイバー発生装置により発生されたナノファイバーを捕集する捕集装置と、
前記捕集装置の下流側に設けられ、気体を吸引する吸引装置と、
前記ナノファイバー発生装置の下流側、かつ、前記捕集装置の上流側に、前記高速高温エアーが内部を通過するように設けられた筒状のガイド部材と、
を備えることを特徴とするナノファイバー製造装置。 - 前記ポリマー溶液は、ポリマーを溶媒に溶解させてなる、請求項1に記載のナノファイバー製造装置。
- 前記ポリマー溶液は、ポリマーを加熱溶解させてなる、請求項1に記載のナノファイバー製造装置。
- 前記ガイド部材は、木材、SUS、アルミニウム、PETからなる、請求項1から3の何れかに記載のナノファイバー製造装置。
- 前記捕集装置の上流側に設けられた整流装置をさらに備える、請求項1から4の何れかに記載のナノファイバー製造装置。
- 前記捕集装置はフィルタ基材を支持し、ナノファイバー発生装置により発生されたナノファイバーを前記フィルタ基材上に堆積させる、請求項1から5の何れか1項に記載のナノファイバー製造装置。
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