エラストマーウェブ、及びそれを用いた可撓性部材
【課題】熱可塑性エラストマーを含有する微細なナノファイバーが集積された柔軟で軽量の薄いエラストマーウェブと、簡便なエレクトロスピニング法により安価に安定して大量に供給できるそれの製造方法とを提供する。
【解決手段】可撓性のエラストマーウェブ１は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含む液滴１４が電圧印加されつつターゲット電極１５へ噴霧されることにより、前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とを含有したナノファイバー１６が集積されて、形成されたものである。それの製造方法は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤と有機溶媒とが含まれた混合液１２を電圧印加しながらその液滴１４をターゲット電極１５へ噴霧して、ターゲット電極１５上に、有機溶媒が揮発し熱可塑性エラストマーと界面活性剤とが含有されたナノファイバー１６を形成して、そのナノファイバー１６が集積したエラストマーウェブ１を製造するというものである。
【解決手段】可撓性のエラストマーウェブ１は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含む液滴１４が電圧印加されつつターゲット電極１５へ噴霧されることにより、前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とを含有したナノファイバー１６が集積されて、形成されたものである。それの製造方法は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤と有機溶媒とが含まれた混合液１２を電圧印加しながらその液滴１４をターゲット電極１５へ噴霧して、ターゲット電極１５上に、有機溶媒が揮発し熱可塑性エラストマーと界面活性剤とが含有されたナノファイバー１６を形成して、そのナノファイバー１６が集積したエラストマーウェブ１を製造するというものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性エラストマーを含有した微細なナノファイバーで形成されたエラストマーウェブとその製造方法、及びそれを用いた可撓性部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノオーダーの径を有する結晶性の熱可塑性樹脂製のナノファイバーで形成された繊維ウェブを簡便かつ大量に製造する方法として、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸、ポリエチレンオキシドのような結晶性熱可塑性樹脂の溶液に高電圧を印加することによって、その溶液をノズルから噴霧化し、その液滴が電場中で溶媒を揮発させながら陰極へ誘引させ、陰極上に熱可塑性樹脂ナノファイバーが集積した不織布ウェブを形成するという所謂エレクトロスピニング(ＥＳ)法が知られている。
【０００３】
エレクトロスピニング法で形成した結晶性熱可塑性樹脂のナノファイバーの形態は、その熱可塑性樹脂の分子量、溶液の濃度や表面張力や誘電率などの様々なパラメータに、強く依存している。しかし同じくエレクトロスピニング法で、結晶性の熱可塑性樹脂と同様にして、非晶性の熱可塑性エラストマーのナノファイバーを作製しようとしても、弾性のエラストマーが延伸性に乏しいため、またそれらパラメータの最適化が困難であるために、繊維化し難い。
【０００４】
特許文献１に、エレクトロスピニング法でなくキャストによる製膜法で作製したもので、非結晶性の熱可塑性エラストマーとカーボンナノファイバーとを含む膜からなる高分子柔軟電極が、開示されている。
【０００５】
キャストのような面倒な操作を必要とする製膜法によって作製された通気性に欠ける製膜よりも、一層柔軟かつ薄くて軽量であり必要に応じ優れた導電性を付与できる熱可塑性エラストマー製のナノファイバーで形成された繊維であって、キャストによる製膜法よりも簡便なエレクトロスピニング法で大量に製造可能である可撓性のエラストマーウェブが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、熱可塑性エラストマーを含有する微細なナノファイバーが集積された柔軟で軽量の薄いエラストマーウェブと、簡便なエレクトロスピニング法により安価に安定して大量に供給できるエラストマーウェブを製造する方法と、そのエラストマーウェブを用いた可撓性部材とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載の可撓性のエラストマーウェブは、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含む液滴が電圧印加されつつターゲット電極へ噴霧されることにより、前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されて、形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載のエラストマーウェブは、請求項１に記載されたもので、前記熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリエーテル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、及び／又は天然ゴムであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載のエラストマーウェブは、請求項１に記載されたもので、前記界面活性剤が、カチオン界面活性剤及び／又はアニオン界面活性剤であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載のエラストマーウェブは、請求項１に記載されたもので、前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の可撓性のエラストマーウェブを製造する方法は、熱可塑性エラストマーと有機溶媒と界面活性剤水溶液とが含まれた混合液を電圧印加しながらその液滴をターゲット電極へ噴霧して、前記ターゲット電極上に、前記有機溶媒が揮発し前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とが含有されたナノファイバーを形成して、そのナノファイバーが集積した可撓性のエラストマーウェブを得るというものである。
【００１３】
請求項６に記載の方法は、請求項５に記載されたもので、前記混合液中、前記熱可塑性エラストマーが３〜２０重量％、前記界面活性剤水溶液が前記有機溶媒に対して０．０１〜０．５の重量比で、夫々含まれていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の方法は、請求項５に記載されたもので、前記界面活性剤水溶液中、前記界面活性剤が１〜１０重量％含まれていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の方法は、請求項５に記載されたもので、前記混合液中に、カーボンナノファイバーが、前記熱可塑性エラストマーに対し最大でも０．５の重量比で含まれており、前記ナノファイバーに、前記カーボンナノファイバーが含有されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の可撓性部材は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されている可撓性のエラストマーウェブからなる繊維素材であり、またはその繊維素材が柔軟基材の表面の少なくとも一部に付されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の可撓性部材は、請求項９に記載されたもので、前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されている前記繊維素材からなる柔軟電極が、前記可撓性基材に付されたエレクトロデバイスであることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の可撓性部材は、請求項１０に記載されたもので、前記エレクトロデバイスが、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、又はセンサーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエラストマーウェブは、サブミクロンからナノオーダーの径を有する微細な熱可塑性エラストマー製ナノファイバーが集積して形成された熱可塑性エラストマーと界面活性剤とからなる繊維であると、高い初期弾性・延伸性・強靭性を有し、軽量であり、薄くても丈夫であって柔軟で破断し難い優れた可撓性を示し、しかも滑らかで肌触りの良いものである。またこのエラストマーウェブは、優れた導電性を有するカーボンナノファイバーが熱可塑性エラストマー製ナノファイバーにさらに含有されていると、高い導電性を示しつつ、大きな変形に追随できる優れた可撓性を示す。
【００２０】
本発明のエラストマーウェブを製造する方法によれば、簡便なエレクトロスピニング法により、微細なナノファイバーが集積した均質で高品質の不織布のエラストマーウェブを、大量かつ効率良く、安価に得ることができる。
【００２１】
また、本発明の可撓性部材は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とからなるエラストマーウェブで形成された繊維素材であると、柔軟で破断することなく延伸したり変形したりでき、しかも適度な透湿性を有し衛生的である。そのため、皮膚等の人体に直接接触する衛生用品や医療用具の繊維素材として、用いることができる。
【００２２】
また、可撓性部材は、カーボンナノファイバーをさらに含有するエラストマーウェブからなる繊維素材で形成された柔軟電極が、可撓性基材に付されたエレクトロデバイスであると、柔軟電極に電圧を印加してその電極を電場駆動させても、大きな導電性を有しつつ、柔軟電極がその大きな変形に追随できる。そのため、破断することなく延伸したり変形したりするという優れた可撓性を示すので、小型で携帯できる各種電気製品に、用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する方法を示す概要図である。
【図２】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する際の熱可塑性エラストマー濃度毎において得られたエラストマーウェブの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図３】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する際の界面活性剤の量と、ナノファイバーの径との相関関係を示す図である。
【図４】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する際のカーボンナノファイバー量毎において得られたエラストマーウェブの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】本発明を適用するカーボンナノファイバーを含有するエラストマーウェブの拡大した電子顕微鏡写真を示す図である。
【図６】本発明を適用するエラストマーウェブ中の熱可塑性エラストマーに対するカーボンナノファイバーの重量比と、エラストマーウェブの抵抗値との相関関係を示す図である。
【図７】本発明を適用するエラストマーウェブ中、及び本発明を適用外のエラストマー薄膜中の熱可塑性エラストマーに対するカーボンナノファイバーの重量比と、エラストマーウェブ及びエラストマー薄膜の初期弾性率との相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２５】
本発明のエラストマーウェブの好ましい形態は、熱可塑性エラストマーとしてポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレンと、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムと、気相法で調製した炭素繊維カーボンナノファイバーとを含有したナノファイバーが、集積されている可撓性のエラストマーウェブである。
【００２６】
このナノファイバーは、繊維径例えばその平均繊維径が、サブミクロンからナノオーダー、例えば１〜２５００ｎｍであることが好ましく、１０００ｎｍ以下であるとなお一層好ましい。
【００２７】
このようなエラストマーウェブの製造方法の好ましい形態は、エレクトロスピニング法によるもので、その製造途中を示す図１を参照して説明すると、以下の通りである。
【００２８】
熱可塑性エラストマーであるポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレンと、カーボンナノファイバーと、界面活性剤であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液とを、有機溶媒であるクロロホルムに分散させて、乳化した混合液を調製する。その混合液１２を、シリンジ１１に注入する。シリンジ１１先端に装着されているノズル１３を陽極とし、ノズル１３の先方に配置されたドラム型のターゲット電極１５を陰極とし、高圧電圧を印加する。するとノズル１３で、乳化した混合液の液滴が形成され、電場中でターゲット電極１５側へ誘引され、正帯電した液滴の先端が略円錐状のテイラーコーンとなり、そこからスプレー状になって液滴粒子が噴霧される。液滴粒子は、有機溶媒や水が蒸発しながら、ターゲット電極１５へ到達し、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とカーボンナノファイバーとからなるナノファイバー１６が、ターゲット電極１５表面上に付着する。順次ナノファイバー１６が堆積して集積され、終にはエラストマーウェブ１が形成される。ドラム型のターゲット電極１５を回転させながら、エラストマーウェブ１を、巻取機（不図示）で巻取り、不織布の繊維束とする。
【００２９】
非晶性で弾性の熱可塑性エラストマーが延伸性に乏しいにも関わらず、このようなエラストマーウェブが、エレクトロスピニング法で、形成できる機構は、必ずしも明らかではないが、下記のように推察される。
【００３０】
界面活性剤を含有しない熱可塑性エラストマーの有機溶媒溶液を、エレクトロスピニング法で繊維化しようとしても、その溶液が十分に帯電せず、静電反発力が表面張力に勝らない結果、液滴とならず噴霧できないために液垂れしてしまう所為で、ターゲット電極へ到達し難くなり、繊維ウェブが形成されない。一方、本発明のエラストマーウェブの製造方法によれば、熱可塑性エラストマーと界面活性剤との水−有機溶媒の混合液が、乳化していることにより、誘電率の増加及び表面張力の低下が生じる。これによって、高電圧を印加したときに、乳化した混合液の液滴の静電反発が表面張力に勝る結果、液滴のテイラーコーンの先端で、微細なスプレー状となるマルチ化が生じて液滴の微細粒子が噴霧されるようになり、ターゲット電極へ到達でき、エラストマーウェブが形成される。
【００３１】
このようなエラストマーウェブは、繊維素材であり柔軟電極となるものであり、柔軟基材の表面の一部に付されていると、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、センサーのようなエレクトロデバイスとして用いられる。
【００３２】
エラストマーウェブとして、熱可塑性樹脂と界面活性剤とカーボンナノファイバーとからなる例を示したが、カーボンナノファイバーを有していなくてもよい。カーボンナノファイバーを有しないエラストマーウェブは、包帯、絆創膏の基材のような医療材料として、微細な通気孔を有するので、粉塵や微生物などを遮断するマスクや機能性フィルターやセパレーターとして用いられる。
【００３３】
熱可塑性エラストマー、界面活性剤、カーボンナノファイバー、有機溶媒は、前記の好ましい形態で示したものの他、特に限定されない。
【００３４】
熱可塑性エラストマーは、ゴム成分の軟質セグメントと樹脂成分の硬質セグメントとからなるブロック共重合体やブレンド体や単重合体のようなものである。例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリスチレン−ポリ（エチレン／プロピレン）ブロック共重合体であるセプトンＳＥＰ（株式会社クラレ製、セプトンは登録商標）、ポリスチレン−ポリ（エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＰＳ（株式会社クラレ製）、ポリスチレン−ポリ（エチレン／ブチレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＢＳ（株式会社クラレ製）、ポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＥＰＳ（株式会社クラレ製）、ポリスチレン−ポリブタジエン共重合体の水素添加物、ポリスチレン−ポリイソプレンの水素添加物；オレフィン系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリプロピレン（ＰＰ）とエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）とが分散したブレンド体、ポリプロピレンとエチレン−プロピレン−ジエン−メチレンゴム（ＥＰＤＭ）とが分散し又は架橋したブレンド体；塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、具体的には結晶性ポリ塩化ビニルと非晶性ポリ塩化ビニルとの共重合体；ポリエステル系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリエチレンテレフタレートのようなポリエステルとポリエーテルとの共重合体；ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリウレタンとポリエーテル／ポリエステルとの共重合体；ポリアミド系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリアミドとポリエーテル／ポリエステルとの共重合体；天然ゴムが挙げられる。
【００３５】
界面活性剤は、例えば、カチオン界面活性剤、具体的にはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムのようなアルキルアリールスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、高級脂肪酸アルカリ塩のような脂肪酸塩；アニオン界面活性剤、具体的には有機アンモニウム塩が挙げられる。混合液中に前記量の範囲内で含有されていると、エレクトロスピニング法により優れたエラストマーの繊維を形成することができ、それに対応する量だけエラストマーウェブ中に含有される。
【００３６】
有機溶媒は、熱可塑性エラストマーを溶解させたりカーボンナノファイバーを分散させたりするもので、クロロホルムやジクロロメタンのようなハロゲン化炭化水素系溶媒、ｎ−ヘキサンのような飽和炭化水素系溶媒で例示される非水溶性又は難水溶性の有機溶媒が挙げられる。
【００３７】
カーボンナノファイバーは、繊維径が１〜１０００ｎｍ程度のナノオーダーで、繊維長が最大１０μｍ程度という高結晶性の微細炭素繊維であり、具体的には気相法炭素繊維であるＶＧＣＦ（昭和電工株式会社製；ＶＧＣＦは登録商標）が挙げられる。カーボンナノファイバーは、混合液中に前記量の範囲内で含有されていると、それに対応する量だけエラストマーウェブ中に含有され、優れた導電性を示す。
【００３８】
ターゲット電極１５はドラム型のものを示したが、平板型であってもよい。
【００３９】
柔軟性基材は、電場駆動でき電極への電界の印加により伸縮に応じて変形するようなプラスチック製のものであれば特に限定されないが、例えば厚さ約５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）板が挙げられる。
【実施例】
【００４０】
本発明のエラストマーウェブ及びそれを柔軟電極として用いたエレクトロデバイスを試作した例を実施例１〜３に示し、本発明を適用外のエラストマーウェブ及びエレクトロデバイスを試作した例を比較例１〜２に示す。
【００４１】
（実施例１）
熱可塑性エラストマーとして３重量％、４重量％、及び５重量％のポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＥＰＳ４０５５（株式会社クラレ製、商品名、スチレン含有量３０％）のクロロホルム溶液に夫々、界面活性剤として、そのセプトン溶液中のクロロホルムに対する水溶液重量比で０．１５である５重量％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳ）水溶液を加えて、２時間超音波処理し乳化させた混合液を調製した。図１に示すエレクトロスピニング法に従い、その混合液をシリンジ１１に入れ、２０ｋＶの高電圧を印加すると、ノズル１３から混合物１２の液滴１４がターゲット電極１５へ到達して、電極のドラム上に、エラストマーウェブ１が形成された。セプトン濃度毎に得られた何れのエラストマーウェブとも可撓性の繊維体であった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による各エラストマーウェブの電子顕微鏡写真を、図２に示す。図２から明らかな通り、４重量％セプトン溶液から得たエラストマーウェブは、３重量％又は５重量％の溶液から得たものよりも、密であり且つ均一であった。
【００４２】
（比較例１）
界面活性剤を用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして、エレクトロスピニング法に従い、エラストマーウェブを作製しようとしたが、繊維化しなかった。
【００４３】
（実施例２）
４重量のセプトンＳＥＥＰＳ４０５５のクロロホルム溶液に、そのセプトン溶液中のクロロホルムに対する水溶液重量比で０．１０、０．１５、及び０．２０である５重量％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳ）水溶液を加えたこと以外は、実施例１と同様にして、エラストマーウェブを得た。ＳＤＳの重量比毎に得られた何れのエラストマーウェブとも可撓性の繊維体であった。界面活性剤であるＳＤＳの量と、ナノファイバーの径との相関関係を、図３に示す。図３から明らかな通り、ＳＤＳの溶液が重量比で０．１５であるときのエラストマーウェブは、その重量比が０．１又は０．２であるときのものよりも、ナノファイバーの径は、その標準偏差が小さく、略均一で、ばらつきが小さかった。
【００４４】
（実施例３）
４重量％のセプトンＳＥＥＰＳ４０５５のクロロホルム溶液に、そのセプトン溶液中のクロロホルムに対する水溶液重量比で０．１５である５％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳ）水溶液と、セプトンに対し重量比で０と、０．０５と、０．１０と、０．２５と、０．３５と、０．４５との気相法炭素繊維カーボンナノファイバーであるＶＧＣＦ（昭和電工株式会社製；登録商標）とを加えたこと以外は、実施例１と同様にして、エラストマーウェブを得た。ＶＧＣＦ量毎に得られた何れのエラストマーウェブとも可撓性の繊維体であった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による各エラストマーウェブの電子顕微鏡写真を、図４に示す。図４から明らかな通り、ＶＧＣＦが重量比で０のエラストマーウェブ（同図(a)）は、繊維表面が滑らかであった。ＶＧＣＦが重量比で０．０５、０．１０又は０．２５のエラストマーウェブ（同図(b)〜(d)）は、繊維が密であった。ＶＧＣＦが重量比で０．４５のエラストマーウェブ（同図(f)）は、繊維部分が幾分少なく、多数のビーズが観察された。一方、ＶＧＣＦが重量比で０．３５のエラストマーウェブ（同図(e)）は、多数の凹凸が観察された。それのさらに拡大写真である図５に示すように、ナノファイバーの繊維の一本毎に、多数のＶＧＣＦの突き出しが多数確認されたことから、ＶＧＣＦがナノファイバーの繊維に収まりきらなくなったため、多数の凹凸を生じたものである。
【００４５】
これらＶＧＣＦを含有するエラストマーウェブについて、柔軟電極の応用について検討するため抵抗値を測定した。抵抗値測定は、縦横１ｃｍ四方のエラストマーウェブをスライドガラスで挟みつつ５０ｇ加重し、エラストマーウェブの両端から１００Ｖの電圧を印加し、電流値を実測し、抵抗値を算出することにより、求めた。カーボンナノファイバーＶＧＣＦの重量比と、エラストマーウェブの抵抗値との相関関係を、図６に示す。図６から明らかな通り、抵抗値は、ＶＧＣＦ重量比が０〜０．２５の間であるエラストマーウェブで１×１０１１Ω程度と高抵抗値であったが、ＶＧＣＦ重量比が０．３５のエラストマーウェブで急激に低下し約１×１０５Ωと低抵抗値であった。このことは、ＶＧＣＦ重量比の増加に伴い、ナノファイバーの繊維に内在したり外部に突き出たりしたＶＧＣＦが互いに接触し易くなったために、導電性が急激に増加したためであると推察される。
【００４６】
これらＶＧＣＦを含有するエラストマーウェブについて、柔軟電極の応用について検討するため初期弾性率を測定した。初期弾性率測定は、縦２ｃｍ×横１ｃｍのエラストマーウェブの両端を、テンシロン引張試験機の二つのクランプに固定した。両クランプを互いに引き離すことによりエラストマーウェブを延伸し、夫々引張試験を行い、初期弾性を求めた。図７に、カーボンナノファイバーＶＧＣＦの重量比と、エラストマーウェブの初期弾性率との相関関係を、示す。
【００４７】
（比較例２）
実施例６のエレクトロスピニング法に代えて、混合液から薄膜を調製するキャスト法により、セプトンに対するＶＧＣＦの重量比の異なるエラストマー薄膜を形成させた。その薄膜について、実施例３と同様にして、初期弾性率を測定した。その結果を、図７に示す。
【００４８】
実施例３と比較例２とに関し図７から明らかな通り、エレクトロスピニング法による実施例３のエラストマーウェブは、ＶＧＣＦの量の増加に関わらず、初期弾性率は低かった。このことは、エラストマーウェブの無数の空隙により柔軟性を保持したためであると推察される。この結果から、このエラストマーウェブは駆動に追従することが示された。それに対し、キャスト法による比較例２のエラストマー薄膜は、ＶＧＣＦの量が増加するに従って、初期弾性率も増加した。この結果から、このエラストマー薄膜は、駆動を阻害することが示された。このように、ＶＧＣＦの高濃度領域において、エレクトロスピニング法によるエラストマーウェブはキャスト法によるエラストマー薄膜よりも、高い柔軟性を有することが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のエラストマーウェブは、柔軟であって、滑らかであり肌触りが良く、安全であるので、包帯、ガーゼ、絆創膏の基材などの衛生材料、マスクや機能性フィルターなどの医療材料、セパレーターとして用いることが可能である。特にエラストマーウェブがカーボンナノファイバーを含有していると柔軟電極として用いることができるので、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、又はセンサーとして、有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１はエラストマーウェブ、１１はシリンジ、１２は熱可塑性エラストマーと界面活性剤との混合液、１３はノズル、１４は液滴、１５はターゲット電極、１６はナノファイバーである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性エラストマーを含有した微細なナノファイバーで形成されたエラストマーウェブとその製造方法、及びそれを用いた可撓性部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノオーダーの径を有する結晶性の熱可塑性樹脂製のナノファイバーで形成された繊維ウェブを簡便かつ大量に製造する方法として、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸、ポリエチレンオキシドのような結晶性熱可塑性樹脂の溶液に高電圧を印加することによって、その溶液をノズルから噴霧化し、その液滴が電場中で溶媒を揮発させながら陰極へ誘引させ、陰極上に熱可塑性樹脂ナノファイバーが集積した不織布ウェブを形成するという所謂エレクトロスピニング(ＥＳ)法が知られている。
【０００３】
エレクトロスピニング法で形成した結晶性熱可塑性樹脂のナノファイバーの形態は、その熱可塑性樹脂の分子量、溶液の濃度や表面張力や誘電率などの様々なパラメータに、強く依存している。しかし同じくエレクトロスピニング法で、結晶性の熱可塑性樹脂と同様にして、非晶性の熱可塑性エラストマーのナノファイバーを作製しようとしても、弾性のエラストマーが延伸性に乏しいため、またそれらパラメータの最適化が困難であるために、繊維化し難い。
【０００４】
特許文献１に、エレクトロスピニング法でなくキャストによる製膜法で作製したもので、非結晶性の熱可塑性エラストマーとカーボンナノファイバーとを含む膜からなる高分子柔軟電極が、開示されている。
【０００５】
キャストのような面倒な操作を必要とする製膜法によって作製された通気性に欠ける製膜よりも、一層柔軟かつ薄くて軽量であり必要に応じ優れた導電性を付与できる熱可塑性エラストマー製のナノファイバーで形成された繊維であって、キャストによる製膜法よりも簡便なエレクトロスピニング法で大量に製造可能である可撓性のエラストマーウェブが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、熱可塑性エラストマーを含有する微細なナノファイバーが集積された柔軟で軽量の薄いエラストマーウェブと、簡便なエレクトロスピニング法により安価に安定して大量に供給できるエラストマーウェブを製造する方法と、そのエラストマーウェブを用いた可撓性部材とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載の可撓性のエラストマーウェブは、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含む液滴が電圧印加されつつターゲット電極へ噴霧されることにより、前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されて、形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載のエラストマーウェブは、請求項１に記載されたもので、前記熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリエーテル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、及び／又は天然ゴムであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載のエラストマーウェブは、請求項１に記載されたもので、前記界面活性剤が、カチオン界面活性剤及び／又はアニオン界面活性剤であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載のエラストマーウェブは、請求項１に記載されたもので、前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の可撓性のエラストマーウェブを製造する方法は、熱可塑性エラストマーと有機溶媒と界面活性剤水溶液とが含まれた混合液を電圧印加しながらその液滴をターゲット電極へ噴霧して、前記ターゲット電極上に、前記有機溶媒が揮発し前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とが含有されたナノファイバーを形成して、そのナノファイバーが集積した可撓性のエラストマーウェブを得るというものである。
【００１３】
請求項６に記載の方法は、請求項５に記載されたもので、前記混合液中、前記熱可塑性エラストマーが３〜２０重量％、前記界面活性剤水溶液が前記有機溶媒に対して０．０１〜０．５の重量比で、夫々含まれていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の方法は、請求項５に記載されたもので、前記界面活性剤水溶液中、前記界面活性剤が１〜１０重量％含まれていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の方法は、請求項５に記載されたもので、前記混合液中に、カーボンナノファイバーが、前記熱可塑性エラストマーに対し最大でも０．５の重量比で含まれており、前記ナノファイバーに、前記カーボンナノファイバーが含有されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の可撓性部材は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されている可撓性のエラストマーウェブからなる繊維素材であり、またはその繊維素材が柔軟基材の表面の少なくとも一部に付されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の可撓性部材は、請求項９に記載されたもので、前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されている前記繊維素材からなる柔軟電極が、前記可撓性基材に付されたエレクトロデバイスであることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の可撓性部材は、請求項１０に記載されたもので、前記エレクトロデバイスが、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、又はセンサーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエラストマーウェブは、サブミクロンからナノオーダーの径を有する微細な熱可塑性エラストマー製ナノファイバーが集積して形成された熱可塑性エラストマーと界面活性剤とからなる繊維であると、高い初期弾性・延伸性・強靭性を有し、軽量であり、薄くても丈夫であって柔軟で破断し難い優れた可撓性を示し、しかも滑らかで肌触りの良いものである。またこのエラストマーウェブは、優れた導電性を有するカーボンナノファイバーが熱可塑性エラストマー製ナノファイバーにさらに含有されていると、高い導電性を示しつつ、大きな変形に追随できる優れた可撓性を示す。
【００２０】
本発明のエラストマーウェブを製造する方法によれば、簡便なエレクトロスピニング法により、微細なナノファイバーが集積した均質で高品質の不織布のエラストマーウェブを、大量かつ効率良く、安価に得ることができる。
【００２１】
また、本発明の可撓性部材は、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とからなるエラストマーウェブで形成された繊維素材であると、柔軟で破断することなく延伸したり変形したりでき、しかも適度な透湿性を有し衛生的である。そのため、皮膚等の人体に直接接触する衛生用品や医療用具の繊維素材として、用いることができる。
【００２２】
また、可撓性部材は、カーボンナノファイバーをさらに含有するエラストマーウェブからなる繊維素材で形成された柔軟電極が、可撓性基材に付されたエレクトロデバイスであると、柔軟電極に電圧を印加してその電極を電場駆動させても、大きな導電性を有しつつ、柔軟電極がその大きな変形に追随できる。そのため、破断することなく延伸したり変形したりするという優れた可撓性を示すので、小型で携帯できる各種電気製品に、用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する方法を示す概要図である。
【図２】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する際の熱可塑性エラストマー濃度毎において得られたエラストマーウェブの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図３】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する際の界面活性剤の量と、ナノファイバーの径との相関関係を示す図である。
【図４】本発明を適用するエラストマーウェブを製造する際のカーボンナノファイバー量毎において得られたエラストマーウェブの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図５】本発明を適用するカーボンナノファイバーを含有するエラストマーウェブの拡大した電子顕微鏡写真を示す図である。
【図６】本発明を適用するエラストマーウェブ中の熱可塑性エラストマーに対するカーボンナノファイバーの重量比と、エラストマーウェブの抵抗値との相関関係を示す図である。
【図７】本発明を適用するエラストマーウェブ中、及び本発明を適用外のエラストマー薄膜中の熱可塑性エラストマーに対するカーボンナノファイバーの重量比と、エラストマーウェブ及びエラストマー薄膜の初期弾性率との相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２５】
本発明のエラストマーウェブの好ましい形態は、熱可塑性エラストマーとしてポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレンと、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムと、気相法で調製した炭素繊維カーボンナノファイバーとを含有したナノファイバーが、集積されている可撓性のエラストマーウェブである。
【００２６】
このナノファイバーは、繊維径例えばその平均繊維径が、サブミクロンからナノオーダー、例えば１〜２５００ｎｍであることが好ましく、１０００ｎｍ以下であるとなお一層好ましい。
【００２７】
このようなエラストマーウェブの製造方法の好ましい形態は、エレクトロスピニング法によるもので、その製造途中を示す図１を参照して説明すると、以下の通りである。
【００２８】
熱可塑性エラストマーであるポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレンと、カーボンナノファイバーと、界面活性剤であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液とを、有機溶媒であるクロロホルムに分散させて、乳化した混合液を調製する。その混合液１２を、シリンジ１１に注入する。シリンジ１１先端に装着されているノズル１３を陽極とし、ノズル１３の先方に配置されたドラム型のターゲット電極１５を陰極とし、高圧電圧を印加する。するとノズル１３で、乳化した混合液の液滴が形成され、電場中でターゲット電極１５側へ誘引され、正帯電した液滴の先端が略円錐状のテイラーコーンとなり、そこからスプレー状になって液滴粒子が噴霧される。液滴粒子は、有機溶媒や水が蒸発しながら、ターゲット電極１５へ到達し、熱可塑性エラストマーと界面活性剤とカーボンナノファイバーとからなるナノファイバー１６が、ターゲット電極１５表面上に付着する。順次ナノファイバー１６が堆積して集積され、終にはエラストマーウェブ１が形成される。ドラム型のターゲット電極１５を回転させながら、エラストマーウェブ１を、巻取機（不図示）で巻取り、不織布の繊維束とする。
【００２９】
非晶性で弾性の熱可塑性エラストマーが延伸性に乏しいにも関わらず、このようなエラストマーウェブが、エレクトロスピニング法で、形成できる機構は、必ずしも明らかではないが、下記のように推察される。
【００３０】
界面活性剤を含有しない熱可塑性エラストマーの有機溶媒溶液を、エレクトロスピニング法で繊維化しようとしても、その溶液が十分に帯電せず、静電反発力が表面張力に勝らない結果、液滴とならず噴霧できないために液垂れしてしまう所為で、ターゲット電極へ到達し難くなり、繊維ウェブが形成されない。一方、本発明のエラストマーウェブの製造方法によれば、熱可塑性エラストマーと界面活性剤との水−有機溶媒の混合液が、乳化していることにより、誘電率の増加及び表面張力の低下が生じる。これによって、高電圧を印加したときに、乳化した混合液の液滴の静電反発が表面張力に勝る結果、液滴のテイラーコーンの先端で、微細なスプレー状となるマルチ化が生じて液滴の微細粒子が噴霧されるようになり、ターゲット電極へ到達でき、エラストマーウェブが形成される。
【００３１】
このようなエラストマーウェブは、繊維素材であり柔軟電極となるものであり、柔軟基材の表面の一部に付されていると、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、センサーのようなエレクトロデバイスとして用いられる。
【００３２】
エラストマーウェブとして、熱可塑性樹脂と界面活性剤とカーボンナノファイバーとからなる例を示したが、カーボンナノファイバーを有していなくてもよい。カーボンナノファイバーを有しないエラストマーウェブは、包帯、絆創膏の基材のような医療材料として、微細な通気孔を有するので、粉塵や微生物などを遮断するマスクや機能性フィルターやセパレーターとして用いられる。
【００３３】
熱可塑性エラストマー、界面活性剤、カーボンナノファイバー、有機溶媒は、前記の好ましい形態で示したものの他、特に限定されない。
【００３４】
熱可塑性エラストマーは、ゴム成分の軟質セグメントと樹脂成分の硬質セグメントとからなるブロック共重合体やブレンド体や単重合体のようなものである。例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリスチレン−ポリ（エチレン／プロピレン）ブロック共重合体であるセプトンＳＥＰ（株式会社クラレ製、セプトンは登録商標）、ポリスチレン−ポリ（エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＰＳ（株式会社クラレ製）、ポリスチレン−ポリ（エチレン／ブチレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＢＳ（株式会社クラレ製）、ポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＥＰＳ（株式会社クラレ製）、ポリスチレン−ポリブタジエン共重合体の水素添加物、ポリスチレン−ポリイソプレンの水素添加物；オレフィン系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリプロピレン（ＰＰ）とエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）とが分散したブレンド体、ポリプロピレンとエチレン−プロピレン−ジエン−メチレンゴム（ＥＰＤＭ）とが分散し又は架橋したブレンド体；塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、具体的には結晶性ポリ塩化ビニルと非晶性ポリ塩化ビニルとの共重合体；ポリエステル系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリエチレンテレフタレートのようなポリエステルとポリエーテルとの共重合体；ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリウレタンとポリエーテル／ポリエステルとの共重合体；ポリアミド系熱可塑性エラストマー、具体的にはポリアミドとポリエーテル／ポリエステルとの共重合体；天然ゴムが挙げられる。
【００３５】
界面活性剤は、例えば、カチオン界面活性剤、具体的にはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムのようなアルキルアリールスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、高級脂肪酸アルカリ塩のような脂肪酸塩；アニオン界面活性剤、具体的には有機アンモニウム塩が挙げられる。混合液中に前記量の範囲内で含有されていると、エレクトロスピニング法により優れたエラストマーの繊維を形成することができ、それに対応する量だけエラストマーウェブ中に含有される。
【００３６】
有機溶媒は、熱可塑性エラストマーを溶解させたりカーボンナノファイバーを分散させたりするもので、クロロホルムやジクロロメタンのようなハロゲン化炭化水素系溶媒、ｎ−ヘキサンのような飽和炭化水素系溶媒で例示される非水溶性又は難水溶性の有機溶媒が挙げられる。
【００３７】
カーボンナノファイバーは、繊維径が１〜１０００ｎｍ程度のナノオーダーで、繊維長が最大１０μｍ程度という高結晶性の微細炭素繊維であり、具体的には気相法炭素繊維であるＶＧＣＦ（昭和電工株式会社製；ＶＧＣＦは登録商標）が挙げられる。カーボンナノファイバーは、混合液中に前記量の範囲内で含有されていると、それに対応する量だけエラストマーウェブ中に含有され、優れた導電性を示す。
【００３８】
ターゲット電極１５はドラム型のものを示したが、平板型であってもよい。
【００３９】
柔軟性基材は、電場駆動でき電極への電界の印加により伸縮に応じて変形するようなプラスチック製のものであれば特に限定されないが、例えば厚さ約５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）板が挙げられる。
【実施例】
【００４０】
本発明のエラストマーウェブ及びそれを柔軟電極として用いたエレクトロデバイスを試作した例を実施例１〜３に示し、本発明を適用外のエラストマーウェブ及びエレクトロデバイスを試作した例を比較例１〜２に示す。
【００４１】
（実施例１）
熱可塑性エラストマーとして３重量％、４重量％、及び５重量％のポリスチレン−ポリ（エチレン−エチレン／プロピレン）ブロック−ポリスチレン共重合体であるセプトンＳＥＥＰＳ４０５５（株式会社クラレ製、商品名、スチレン含有量３０％）のクロロホルム溶液に夫々、界面活性剤として、そのセプトン溶液中のクロロホルムに対する水溶液重量比で０．１５である５重量％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳ）水溶液を加えて、２時間超音波処理し乳化させた混合液を調製した。図１に示すエレクトロスピニング法に従い、その混合液をシリンジ１１に入れ、２０ｋＶの高電圧を印加すると、ノズル１３から混合物１２の液滴１４がターゲット電極１５へ到達して、電極のドラム上に、エラストマーウェブ１が形成された。セプトン濃度毎に得られた何れのエラストマーウェブとも可撓性の繊維体であった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による各エラストマーウェブの電子顕微鏡写真を、図２に示す。図２から明らかな通り、４重量％セプトン溶液から得たエラストマーウェブは、３重量％又は５重量％の溶液から得たものよりも、密であり且つ均一であった。
【００４２】
（比較例１）
界面活性剤を用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして、エレクトロスピニング法に従い、エラストマーウェブを作製しようとしたが、繊維化しなかった。
【００４３】
（実施例２）
４重量のセプトンＳＥＥＰＳ４０５５のクロロホルム溶液に、そのセプトン溶液中のクロロホルムに対する水溶液重量比で０．１０、０．１５、及び０．２０である５重量％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳ）水溶液を加えたこと以外は、実施例１と同様にして、エラストマーウェブを得た。ＳＤＳの重量比毎に得られた何れのエラストマーウェブとも可撓性の繊維体であった。界面活性剤であるＳＤＳの量と、ナノファイバーの径との相関関係を、図３に示す。図３から明らかな通り、ＳＤＳの溶液が重量比で０．１５であるときのエラストマーウェブは、その重量比が０．１又は０．２であるときのものよりも、ナノファイバーの径は、その標準偏差が小さく、略均一で、ばらつきが小さかった。
【００４４】
（実施例３）
４重量％のセプトンＳＥＥＰＳ４０５５のクロロホルム溶液に、そのセプトン溶液中のクロロホルムに対する水溶液重量比で０．１５である５％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＳ）水溶液と、セプトンに対し重量比で０と、０．０５と、０．１０と、０．２５と、０．３５と、０．４５との気相法炭素繊維カーボンナノファイバーであるＶＧＣＦ（昭和電工株式会社製；登録商標）とを加えたこと以外は、実施例１と同様にして、エラストマーウェブを得た。ＶＧＣＦ量毎に得られた何れのエラストマーウェブとも可撓性の繊維体であった。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による各エラストマーウェブの電子顕微鏡写真を、図４に示す。図４から明らかな通り、ＶＧＣＦが重量比で０のエラストマーウェブ（同図(a)）は、繊維表面が滑らかであった。ＶＧＣＦが重量比で０．０５、０．１０又は０．２５のエラストマーウェブ（同図(b)〜(d)）は、繊維が密であった。ＶＧＣＦが重量比で０．４５のエラストマーウェブ（同図(f)）は、繊維部分が幾分少なく、多数のビーズが観察された。一方、ＶＧＣＦが重量比で０．３５のエラストマーウェブ（同図(e)）は、多数の凹凸が観察された。それのさらに拡大写真である図５に示すように、ナノファイバーの繊維の一本毎に、多数のＶＧＣＦの突き出しが多数確認されたことから、ＶＧＣＦがナノファイバーの繊維に収まりきらなくなったため、多数の凹凸を生じたものである。
【００４５】
これらＶＧＣＦを含有するエラストマーウェブについて、柔軟電極の応用について検討するため抵抗値を測定した。抵抗値測定は、縦横１ｃｍ四方のエラストマーウェブをスライドガラスで挟みつつ５０ｇ加重し、エラストマーウェブの両端から１００Ｖの電圧を印加し、電流値を実測し、抵抗値を算出することにより、求めた。カーボンナノファイバーＶＧＣＦの重量比と、エラストマーウェブの抵抗値との相関関係を、図６に示す。図６から明らかな通り、抵抗値は、ＶＧＣＦ重量比が０〜０．２５の間であるエラストマーウェブで１×１０１１Ω程度と高抵抗値であったが、ＶＧＣＦ重量比が０．３５のエラストマーウェブで急激に低下し約１×１０５Ωと低抵抗値であった。このことは、ＶＧＣＦ重量比の増加に伴い、ナノファイバーの繊維に内在したり外部に突き出たりしたＶＧＣＦが互いに接触し易くなったために、導電性が急激に増加したためであると推察される。
【００４６】
これらＶＧＣＦを含有するエラストマーウェブについて、柔軟電極の応用について検討するため初期弾性率を測定した。初期弾性率測定は、縦２ｃｍ×横１ｃｍのエラストマーウェブの両端を、テンシロン引張試験機の二つのクランプに固定した。両クランプを互いに引き離すことによりエラストマーウェブを延伸し、夫々引張試験を行い、初期弾性を求めた。図７に、カーボンナノファイバーＶＧＣＦの重量比と、エラストマーウェブの初期弾性率との相関関係を、示す。
【００４７】
（比較例２）
実施例６のエレクトロスピニング法に代えて、混合液から薄膜を調製するキャスト法により、セプトンに対するＶＧＣＦの重量比の異なるエラストマー薄膜を形成させた。その薄膜について、実施例３と同様にして、初期弾性率を測定した。その結果を、図７に示す。
【００４８】
実施例３と比較例２とに関し図７から明らかな通り、エレクトロスピニング法による実施例３のエラストマーウェブは、ＶＧＣＦの量の増加に関わらず、初期弾性率は低かった。このことは、エラストマーウェブの無数の空隙により柔軟性を保持したためであると推察される。この結果から、このエラストマーウェブは駆動に追従することが示された。それに対し、キャスト法による比較例２のエラストマー薄膜は、ＶＧＣＦの量が増加するに従って、初期弾性率も増加した。この結果から、このエラストマー薄膜は、駆動を阻害することが示された。このように、ＶＧＣＦの高濃度領域において、エレクトロスピニング法によるエラストマーウェブはキャスト法によるエラストマー薄膜よりも、高い柔軟性を有することが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のエラストマーウェブは、柔軟であって、滑らかであり肌触りが良く、安全であるので、包帯、ガーゼ、絆創膏の基材などの衛生材料、マスクや機能性フィルターなどの医療材料、セパレーターとして用いることが可能である。特にエラストマーウェブがカーボンナノファイバーを含有していると柔軟電極として用いることができるので、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、又はセンサーとして、有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１はエラストマーウェブ、１１はシリンジ、１２は熱可塑性エラストマーと界面活性剤との混合液、１３はノズル、１４は液滴、１５はターゲット電極、１６はナノファイバーである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含む液滴が電圧印加されつつターゲット電極へ噴霧されることにより、前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されて、形成されていることを特徴とする可撓性のエラストマーウェブ。
【請求項２】
前記熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリエーテル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、及び／又は天然ゴムであることを特徴とする請求項１に記載のエラストマーウェブ。
【請求項３】
前記界面活性剤が、カチオン界面活性剤及び／又はアニオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載のエラストマーウェブ。
【請求項４】
前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されていることを特徴とする請求項１に記載のエラストマーウェブ。
【請求項５】
熱可塑性エラストマーと有機溶媒と界面活性剤水溶液とが含まれた混合液を電圧印加しながらその液滴をターゲット電極へ噴霧して、前記ターゲット電極上に、前記有機溶媒が揮発し前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とが含有されたナノファイバーを形成して、そのナノファイバーが集積した可撓性のエラストマーウェブを製造する方法。
【請求項６】
前記混合液中、前記熱可塑性エラストマーが３〜２０重量％、前記界面活性剤水溶液が前記有機溶媒に対して０．０１〜０．５の重量比で、夫々含まれていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記界面活性剤水溶液中、前記界面活性剤が１〜１０重量％含まれていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記混合液中に、カーボンナノファイバーが、前記熱可塑性エラストマーに対し最大でも０．５の重量比で含まれており、前記ナノファイバーに、前記カーボンナノファイバーが含有されていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されている可撓性のエラストマーウェブからなる繊維素材であり、またはその繊維素材が柔軟基材の表面の少なくとも一部に付されていることを特徴とする可撓性部材。
【請求項１０】
前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されている前記繊維素材からなる柔軟電極が、前記可撓性基材に付されたエレクトロデバイスであることを特徴とする請求項９に記載の可撓性部材。
【請求項１１】
前記エレクトロデバイスが、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、又はセンサーであることを特徴とする請求項１０に記載の可撓性部材。
【請求項１】
熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含む液滴が電圧印加されつつターゲット電極へ噴霧されることにより、前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されて、形成されていることを特徴とする可撓性のエラストマーウェブ。
【請求項２】
前記熱可塑性エラストマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリエーテル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、及び／又は天然ゴムであることを特徴とする請求項１に記載のエラストマーウェブ。
【請求項３】
前記界面活性剤が、カチオン界面活性剤及び／又はアニオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載のエラストマーウェブ。
【請求項４】
前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されていることを特徴とする請求項１に記載のエラストマーウェブ。
【請求項５】
熱可塑性エラストマーと有機溶媒と界面活性剤水溶液とが含まれた混合液を電圧印加しながらその液滴をターゲット電極へ噴霧して、前記ターゲット電極上に、前記有機溶媒が揮発し前記熱可塑性エラストマーと前記界面活性剤とが含有されたナノファイバーを形成して、そのナノファイバーが集積した可撓性のエラストマーウェブを製造する方法。
【請求項６】
前記混合液中、前記熱可塑性エラストマーが３〜２０重量％、前記界面活性剤水溶液が前記有機溶媒に対して０．０１〜０．５の重量比で、夫々含まれていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記界面活性剤水溶液中、前記界面活性剤が１〜１０重量％含まれていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記混合液中に、カーボンナノファイバーが、前記熱可塑性エラストマーに対し最大でも０．５の重量比で含まれており、前記ナノファイバーに、前記カーボンナノファイバーが含有されていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
熱可塑性エラストマーと界面活性剤とを含有したナノファイバーが集積されている可撓性のエラストマーウェブからなる繊維素材であり、またはその繊維素材が柔軟基材の表面の少なくとも一部に付されていることを特徴とする可撓性部材。
【請求項１０】
前記ナノファイバーに、カーボンナノファイバーがさらに含有されている前記繊維素材からなる柔軟電極が、前記可撓性基材に付されたエレクトロデバイスであることを特徴とする請求項９に記載の可撓性部材。
【請求項１１】
前記エレクトロデバイスが、高分子アクチュエータ、キャパシタ、スイッチング器、又はセンサーであることを特徴とする請求項１０に記載の可撓性部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２７５６７５（Ｐ２０１０−２７５６７５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２０９３（Ｐ２００９−１３２０９３）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、文部科学省、科学技術総合研究委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、文部科学省、科学技術総合研究委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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