ナノファイバー不織布の製造方法及び装置
【課題】効率的に均一なナノファイバー不織布を製造できるナノファイバー不織布の製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】送風機４及び排風機５を作動させ、ハウジング３内のノズル１と捕集材２との間に電圧を印加し、ノズル１からポリマー溶液を吐出させると、ノズル１からポリマー溶液が細い線状体として吐出される。静電爆発が生じて爆発的に延伸され、サブミクロンの直径を有するポリマーから成るナノファイバー８が効率的に生成する。
【解決手段】送風機４及び排風機５を作動させ、ハウジング３内のノズル１と捕集材２との間に電圧を印加し、ノズル１からポリマー溶液を吐出させると、ノズル１からポリマー溶液が細い線状体として吐出される。静電爆発が生じて爆発的に延伸され、サブミクロンの直径を有するポリマーから成るナノファイバー８が効率的に生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーから成るナノファイバーを堆積したナノファイバー不織布の製造方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリマーから成るサブミクロンスケールの直径を有するナノファイバーを製造する方法として、電荷誘導紡糸法（電界紡糸法）が知られている。この電荷誘導紡糸法では、高電圧を印加した針状のノズルにポリマー溶液を供給し、この針状のノズルからポリマー溶液を捕集部に向けて線状に吐出させる。この線状ポリマー溶液が帯電し、ポリマー溶液の溶媒蒸発に伴って線状ポリマー溶液の径が小さくなり、帯電電荷が集中し、線状ポリマー溶液に作用するクーロン力が大きくなる。このクーロン力が線状ポリマー溶液の表面張力よりも大きくなると、線状ポリマー溶液が爆発的に延伸される現象（静電爆発現象）が生じ、この静電爆発現象が繰り返されることにより、サブミクロン（例えば５０〜１０００ｎｍ）の直径のナノファイバーが生成する。
【０００３】
このナノファイバーを捕集部上に堆積させることにより、立体的な網目を持つ３次元構造の薄膜を得ることができる。また、ナノファイバーを厚く形成することにより、サブミクロンの網目を持つ高多孔性ウェブを製造することができる。こうして製造された高多孔性ウェブはフィルタや電池のセパレータや燃料電池の高分子電解質膜や電極等に好適に適用することができる。
【０００４】
ナノファイバー不織布の製造方法として、ポリマー溶液をノズルから流出させて電荷誘導紡糸法にて生成させたナノファイバーを捕集部としての通風可能な移動シート上に堆積させると共に、このシートの下側を吸引する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された構成では、シートの下側から吸引するだけであるため、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバーの一部が飛散したり、捕集部上の堆積厚さのムラが大きくなったりするおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決し、均一なナノファイバー不織布を効率的に製造することができるナノファイバー不織布の製造方法及び装置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】
請求項１のナノファイバー不織布の製造方法は、ナノファイバーの原料ポリマーを溶媒に溶解したポリマー溶液を吐出部から、該吐出部との間に電圧が印加された捕集部の一側に向けて吐出させてナノファイバーを生成させ、生成したナノファイバーを該捕集部で捕集してナノファイバー不織布とするナノファイバー不織布の製造方法において、該捕集部を通風可能な構造とし、該捕集部の他側を気体吸引手段によって吸引すると共に、前記吐出部から捕集部に向う方向に送風手段によって送風するナノファイバー不織布の製造方法であって、該送風手段が発生させる風量を、該気体吸引手段が発生させる風量の３０〜１００％とすることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１において、前記送風手段が発生させる風量を、前記気体吸引手段が発生させる風量の３０〜８０％とすることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１または２において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲体で包囲することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気を調節することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気の温度を調節することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性ポリマー或いは導電性ポリマーであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７のナノファイバー不織布の製造装置は、ナノファイバーの原料ポリマー溶液を吐出する吐出部と、該吐出部からのナノファイバーを一側において捕集する捕集部と、該吐出部と捕集部との間に電圧を印加する手段と、を備えたナノファイバー不織布の製造装置において、該捕集部を通風可能な構成とし、該捕集部の他側を吸引する気体吸引手段と、該吐出部から捕集部に向う方向に送風する送風手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲する包囲体を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７または８において、該送風手段で送風される気体の加温手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし９のいずれか１項において、該吐出部と捕集部との間の雰囲気の湿度を調節する湿度調節手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし１０のいずれか１項において、吐出部を加温する加温手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１２のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記吐出部に供給されるポリマー溶液を加温する加温手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１３のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし１２のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性ポリマー或いは導電性ポリマーであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、捕集部を吐出部と反対側（他側）から吸引するだけでなく、吐出部から捕集部に向う方向に送風するので、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバー（電解紡糸繊維）が均一な分布状態を維持しつつ、捕集部からはみ出すことなく、捕集部上に確実に堆積するようになるので、均一なナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。なお、ナノファイバーの堆積物は、捕集部を通過する気体流によって捕集部に押し付けられるので、通常の場合、シート状となる。本発明の通り、送風手段の風量を気体吸引手段の風量の３０％以上とすることにより、捕集部に堆積したナノファイバーの毛羽立ちを抑えることができ、これにより捕集部上のナノファイバーの堆積厚さのムラを小さくすることができる。この送風手段の風量を多くし過ぎると、捕集部の吐出部側（一側）の風量が過剰となって該送風手段の周りで風が循環するようになり、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバーの一部が捕集部に捕集されずに飛散するおそれがあるが、この送風手段の風量を気体吸引手段の風量の１００％以下とすることにより、捕集部の吐出部側の風量が過剰となることが防止され、ナノファイバーの飛散を防止することができる。
【００２２】
捕集部にナノファイバーが捕集されると、徐々に捕集部が閉塞されるため、送風手段の風量と気体吸引手段の風量とが同等である場合には、この捕集部の閉塞に伴って送風手段の風量が過剰となり、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバーの一部が飛散するおそれがあるが、請求項２の通り、この送風手段の風量を気体吸引手段の風量の８０％以下とすることにより、捕集部へのナノファイバーの捕集が進んでも送風手段の風量が過剰となりにくく、ナノファイバーの飛散を長期にわたって、より確実に防止することができる。
【００２３】
吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲体で囲むことにより、一層均一なナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。
【００２４】
また、吐出部から捕集部に向う気体流の湿度や温度を調節することにより、飛翔中のナノファイバーや捕集部上のナノファイバー不織布からの溶媒の蒸発速度を制御することができ、品質の良いナノファイバー不織布を製造できて好適である。
【００２５】
吐出部や吐出部に供給させるポリマー溶液を加温することにより、ポリマー溶液のゲル化や固化を防止し、ナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係る不織布製造装置の断面図である。
【図２】実施の形態に係る不織布製造装置の断面図である。
【図３】実施の形態に係る不織布製造装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１図〜第３図はそれぞれ実施の形態に係るナノファイバー不織布の製造装置の断面図である。
【００２８】
［第１図のナノファイバー不織布製造装置］
第１図では、ポリマー溶液を細線状に吐出するための吐出部としてのノズル１と、該ノズル１から吐出して生成したナノファイバーを捕集する捕集部としての捕集材２とが包囲体としてのハウジング３内に配置されている。この実施の形態では、ハウジング３は円筒形、角筒形等の筒状であり、一端側に送風手段としての送風機４が配置され、他端側に気体吸引手段としての排風機５が設けられている。
【００２９】
排風機５は捕集材２を挟んでノズル１と反対側に配置されている。ノズル１に対しては配管６を介してポリマー溶液が供給される。ノズル１と捕集材２との間には電圧源７によって高電圧が印加される。第１図では、捕集材２が正、ノズル１が負となるように高電圧が印加されている。なお、この極性を逆としてもよい。印加電圧は１ｋＶ〜１００ｋＶ特に５ｋＶ〜１００ｋＶ程度が好適であるが、これに限定されない。
【００３０】
捕集材２は、多孔板、メッシュ、織布、不織布などの通風可能な材料よりなる。多孔板やメッシュのノズル１側の板面に織布や不織布を配置したものなどであってもよい。
【００３１】
このように構成されたナノファイバー不織布製造装置において、送風機４及び排風機５を作動させ、ノズル１と捕集材２との間に電圧を印加し、ノズル１からポリマー溶液を吐出させると、ノズル１からポリマー溶液が細い線状体として吐出される。この線状体からポリマー溶液の溶媒が蒸発することで線状体の径が細くなり、それに伴って帯電されていた電荷が集中し、そのクーロン力が線状体のポリマー溶液の表面張力を超えた時点で一次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、その後さらに溶媒が蒸発して同様に二次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、場合によってはさらに三次静電爆発が生じて延伸されることで、サブミクロンの直径を有するポリマーから成るナノファイバー８が効率的に生成する。
【００３２】
本発明においては、不織布製造時には、送風機４の風量が排風機５の風量の３０〜１００％好ましくは３０〜８０％となるように、該送風機４及び排風機５を作動させる。
【００３３】
このナノファイバー８が捕集材２上に捕集されて堆積し、不織布が生成する。所定量の不織布が生成した後、上記の製造操作を停止し、捕集材２を取り出し、不織布を得る。
【００３４】
本発明では、不織布製造時に、送風機４の風量が排風機５の風量の３０％以上となるように該送風機４及び排風機５を作動させるため、捕集材２に堆積したナノファイバー８の毛羽立ちを抑えることができ、これにより捕集材２上のナノファイバー８の堆積厚さのムラを小さくすることができる。この送風機４の風量を多くし過ぎると、捕集材２のノズル１側の風量が過剰となって該送風機４の周りで風が循環するようになり、ノズル１から捕集材２に向って飛翔するナノファイバー８の一部が捕集材２に捕集されずに飛散するおそれがあるが、この送風機４の風量を排風機５の風量の１００％以下とすることにより、捕集材２のノズル１側の風量が過剰となることが防止され、ナノファイバー８の飛散を防止することができる。
【００３５】
なお、捕集材２にナノファイバー８が捕集されると、徐々に捕集材２が閉塞されるため、送風機４の風量と排風機５の風量とが同等である場合には、この捕集材２の閉塞に伴って送風機４の風量が過剰となるおそれがあるが、この送風機４の風量を排風機５の風量の８０％以下とすることにより、捕集材２へのナノファイバー８の捕集が進んでも送風機４の風量が過剰となりにくく、ナノファイバー８の飛散を長期にわたって、より確実に防止することができる。
【００３６】
この実施の形態では、ノズル１と捕集材２との間のゾーンを取り囲むようにハウジング３が設けられ、送風機４がハウジング３の上流部に設けられ、排風機５が捕集材２の下流側に配置されているので、ノズル１から捕集材２に向って飛翔するナノファイバー８が周囲に飛散することなく、また均一に分布した状態で捕集材２に捕集される。従って、捕集材２上の不織布は、品質、特性及び厚みのムラが少ないものとなる。
【００３７】
［第２図のナノファイバー不織布製造装置］
第２図では、第１図の製造装置において、ハウジング３を上流側に延長し、最上流側に前記送風機４を配置し、この送風機４とノズル１との間にエアヒータ１０と、水蒸気吹出口１１ａを有した水蒸気供給器１１とを設置している。エアヒータ１０は送風機４で送られてくる空気を加温するためのものであり、水蒸気供給器１１は雰囲気中に水蒸気を添加して湿度を調節するためのものである。
【００３８】
第２図のその他の構成は第１図と同一であり、同一符号は同一部分を示している。この製造装置においても、不織布製造時には、送風機４の風量が排風機５の風量の３０〜１００％好ましくは３０〜８０％となるように、該送風機４及び排風機５を作動させる。
【００３９】
この第２図の製造装置によっても、第１図と同様に、品質、特性及び厚みのムラの小さいナノファイバー不織布が製造される。
【００４０】
この第２図の製造装置では、エアヒータ１０で空気を加温し、飛翔中の細線状ポリマー溶液からの溶媒の蒸発を促進したり、ハウジング３内の雰囲気中の湿度（水蒸気濃度）を調整し、細線状ポリマー溶液からの溶媒の蒸発速度を制御したりすることが可能であり、これにより、ナノファイバーの長さや径を調節することが可能である。
【００４１】
この第２図の製造装置のその他の作用効果は、第１図の製造装置と同様である。
【００４２】
［第３図のナノファイバー不織布製造装置］
上記第１，２図の製造装置は、ナノファイバー不織布をバッチ式に製造するものであるが、第３図はナノファイバー不織布を連続的に製造するためのものである。
【００４３】
この実施の形態では、捕集材２０を連続的に移動させ、この捕集材２０上にナノファイバーを堆積させて不織布４０を製造するようにしている。
【００４４】
この捕集材２０は、メッシュ、織布、不織布などの通風可能かつ屈曲可能な材料よりなる無端ベルト状のものであり、駆動ローラ２１，２２間にエンドレスに架け渡され、上側走行部がガイドローラ２３，２３に案内されて水平に移動するよう構成されている。この捕集材２０の上側走行部は、後述の多孔板３４の上面に沿って移動する。
【００４５】
送風機３０からの風がダクト３１を介して上ハウジング３２内に導入される。上ハウジング３２は、下面が開放し、下端が捕集材２０の上側走行部に近接配置されている。この上ハウジング３２内に多数のノズル（吐出部）３３が配置されている。各ノズル３３に対しポリマー溶液タンク（図示略）からポリマー溶液がポンプ（図示略）を介して供給され、ノズル３３から細線状に吐出させるよう構成されている。
【００４６】
上ハウジング３２と対向して下ハウジング３５が捕集材２０の上側走行部の下側に配置されている。この下ハウジング３５の上端に多孔板３４が取り付けられており、この多孔板３４の上面に沿って捕集材２０の上側走行部が移動する。
【００４７】
下ハウジング３５はダクト３６を介して排風機３７に接続されている。
【００４８】
ノズル３３と多孔板３４との間には電圧源３８を介して高電圧が印加される。
【００４９】
このように構成されたナノファイバー不織布製造装置において、送風機３０及び排風機３７を作動させ、捕集材２０を無端回転させ、ノズル３３と多孔板３４との間に電圧を印加し、ノズル３３からポリマー溶液を吐出させると、ノズル３３からポリマー溶液が細い線状体として吐出される。この線状体からポリマー溶液の溶媒が蒸発することで線状体の径が細くなり、それに伴って帯電されていた電荷が集中し、そのクーロン力が線状体のポリマー溶液の表面張力を超えた時点で一次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、その後さらに溶媒が蒸発して同様に二次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、場合によってはさらに三次静電爆発が生じて延伸されることで、サブミクロンの直径を有するポリマーから成るナノファイバー３９が効率的に生成する。
【００５０】
このナノファイバー不織布製造装置においても、不織布製造時には、送風機３０の風量が排風機３７の風量の３０〜１００％好ましくは３０〜８０％となるように、該送風機４及び排風機５を作動させる。
【００５１】
このナノファイバー３９が捕集材２０上に捕集されて堆積し、不織布４０が生成する。この不織布４０は、駆動ローラ２１付近で捕集材２０から剥離されて取り出される。
【００５２】
この実施の形態でも、ノズル３３と捕集材２０との間のゾーンを取り囲むように上ハウジング３２が設けられ、この上ハウジング３２内に上方から送風するように送風機３０が設けられており、また下ハウジング３５及びダクト３６を介して排風機３７が捕集材２０の下側を吸引するように設けられているので、ノズル３３から捕集材２０に向って飛翔するナノファイバー３９が周囲に飛散することなく、また均一に分布した状態で捕集材２０に捕集される。従って、捕集材２０上の不織布４０は、品質、特性及び厚みのムラが少ないものとなる。
【００５３】
この第３図の製造装置のその他の作用効果は、第１図の製造装置と同様である。
【００５４】
なお、第３図の製造装置においても、ダクト３１や上ハウジング３２内にエアヒータや水蒸気供給器を配置してもよい。
【００５５】
［ナノファイバーの原料］
ナノファイバーの原料ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどのポリエーテル、ＰＴＦＥ、ＣＴＦＥ、ＰＦＡ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂、ポリ塩化ビニルなどのハロゲン化ポリオレフィン、ナイロン−６、ナイロン−６６などのポリアミド、ユリア樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリスチレン、セルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアクリルニトリル、ポリエーテルニトリル、ポリビニルアルコールおよびこれらの共重合体などの素材が使用できるが、この限りではない。特に１種類の素材に限定されることはなく、必要に応じて種々の素材を選択できる。ただし、荷電性や導電性のポリマーは電界紡糸により捕集部における毛羽立ちが起こり易いので本発明の効果が顕著であり好適である。なお、荷電性や導電性のポリマーにポリオレフィン、ポリエーテル等の他のポリマーを混合してもよい。
【００５６】
導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリチオフェン類などが挙げられる。
荷電性ポリマーとしては、パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｆｕｍｉｏｎ（商品名））、骨格となる非荷電性ポリマーにスルホン基、カルボキシル基、１〜４級アミノ基が付与されたポリマーを挙げることができる。骨格となる非荷電性ポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどを挙げることができる。
【００５７】
溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、フッ素系溶媒などが好適であるが、前記溶剤１００体積部に対して水を１０〜１０００体積部混合した混合溶媒も好適である。
【００５８】
このナノファイバーは、カチオン交換基、アニオン交換基及びキレート基の少なくとも１種が付与されてもよい。
【００５９】
イオン交換基としては、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、カルボン酸基、水酸基、フェノール基、４級アンモニウム基、１〜３級アミン基、ピリジン基、アミド基などがあるがこの限りではない。これらの官能基はＨ型、ＯＨ型だけでなく、Ｎａなどの塩型であってもよい。
【００６０】
官能基の導入方法は、特に限定されるものではなく、各種の方法を採用することができる。例えば、ポリスチレンの場合、硫酸溶液中にパラホルムアルデヒドを適量添加し、加熱架橋することで、スルホン酸基の導入が可能である。ポリビニルアルコールの場合は、水酸基に、トリアルコキシシラン基やトリクロロロシラン基、あるいはエポキシ基などを作用させることなどにより、官能基を導入することができる。材質によって直接官能基を導入できない場合は、まず、スチレンなどの反応性の高いモノマー（反応性モノマーと呼ぶ）を導入した上で、官能基を導入するといったような、２段階以上の導入操作を経て、目的とする官能基を導入しても良い。これらの反応性モノマーとしては、グリシジルメタクリレート、スチレン、クロロメチルスチレン、アクロレイン、ビニルピリジン、アクリロニトリルなどがあるが、この限りではない。官能基は、ナノファイバ化する前に導入されていてもよいが、繊維を集束する際に、イオン交換能を有する高分子や樹脂を溶解あるいは微粉砕したものを、塗布したり、混練したり、化学反応によって結合させることによって、イオン交換基を導入しても良い。官能基を導入したフッ素系高分子としては、市販のナフィオンなどが例示される。
【００６１】
［その他の実施の形態］
本発明では、ノズル１，３３の加温用のヒータや、ノズルに供給されるポリマー溶液を３０〜９０℃特に３０〜６０℃程度に加温する加温器（ヒータや熱交換器など）を設けてもよい。このようにノズルやノズルに供給させるポリマー溶液を加温することにより、ポリマー溶液のゲル化や固化を防止し、ナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。
【００６２】
本発明では、排風機からの排風を送風機の吸込側に送ってもよい。
【実施例】
【００６３】
＜実施例１〜５及び比較例１＞
［実施例１］
市販のナフィオン（スルホン酸基導入ポリテトラフルオロエチレン）１０重量部と、ポリフッ化ビニリデン１０重量部とをジメチルアセトアミド８０重量部に溶解させてナノファイバ製造用ポリマー溶液を調製した。
【００６４】
このポリマー溶液を第１図のノズル１に４８０分間にわたって供給し、ナノファイバーを製造した。その他の条件は次の通りである。
【００６５】
ノズル口径：３２０μｍ
ノズルからの噴出量：０．１ｍＬ／ｍｉｎ
ノズルと捕集材２との距離：８０ｍｍ
ハウジング断面積：２８００ｃｍ２
送風量及び排気風量：３００００Ｌ／ｍｉｎ
湿度：５０％
温度：室温
印加電圧：５０ｋＶ
【００６６】
これにより、面積２８００ｃｍ２、厚さ７０μｍの不織布が製造された。このナノファイバーの平均繊維径は３００μｍであった。
【００６７】
［実施例２，３］
実施例１において製造時間を３６０分（実施例２）又は２４０分（実施例３）とした他は同一条件にて不織布を製造した。その結果、実施例２では厚さ５３μｍの不織布が製造され、実施例３では厚さ３５μｍの不織布が製造された。この結果より、製造時間を変更することにより、得られる不織布の厚さを変更することが可能であることが認められた。
【００６８】
［実施例４，５］
実施例１において送風及び排気風量を２００００Ｌ／ｍｉｎ（実施例４）又は１５０００Ｌ／ｍｉｎ（実施例５）とした他は同一条件にて不織布を製造した。その結果、実施例４では厚さ５８μｍの不織布が製造され、実施例５では厚さ３５μｍの不織布が製造された。この結果より、風量を変更することにより、得られる不織布の厚さを変更することが可能であることが認められた。
【００６９】
［比較例１］
送風機４及びハウジング３を撤去したこと以外は実施例１と同様の設備を用いて不織布を製造を試みたが、ナノファイバーの多くが飛散してしまい、不織布の製造効率は低いものであった。
【００７０】
＜実施例６〜１３及び比較例２，３＞
［実施例６〜１３］
送風機４の風量が排風機５の風量の３０％（実施例６）、４０％（実施例７）、５０％（実施例８）、６０％（実施例９）、７０％（実施例１０）、８０％（実施例１１）、９０％（実施例１２）及び１００％（実施例１３）となるように送風機４の出力を調整したこと以外は、実施例１と同様にして不織布を製造した。
【００７１】
［比較例２］
送風機４の風量が排風機５の風量の２０％となるように送風機４の出力を調整したこと以外は、実施例１と同様にして不織布を製造した。
【００７２】
［比較例３］
送風機４の風量が排風機５の風量の１１０％となるように送風機４の出力を調整したこと以外は、実施例１と同様にして不織布を製造した。
【００７３】
これらの実施例６〜１３及び比較例２，３における具体的な送風機４及び排風機５の風量をそれぞれ表１に示す。
【００７４】
上記の実施例６〜１３及び比較例２，３の不織布製造工程において、それぞれ、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立っているか否かを目視にて観察した。また、捕集材２のノズル１側において、該捕集材２に捕集されずに舞い上がる（飛散する）ナノファイバー８が存在するか否か目視にて観察した。結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１から明らかな通り、送風機４の風量を排風機５の風量の３０〜８０％とした実施例６〜１１にあっては、いずれも、不織布製造工程において、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立たず、且つ捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がることもなかった。
【００７７】
送風機４の風量を排風機５の風量の９０％及び１００％とした実施例１２，１３にあっても、不織布製造工程において、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立たなかった。この実施例１２，１３においても、不織布製造開始直後には、捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がることはなかったが、この実施例１２，１３では、捕集材２にナノファイバー８が捕集されるにつれて、徐々に捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がるようになった。これは、捕集材２にナノファイバー８が捕集されるにつれて捕集材２が閉塞され、捕集材２のノズル１側において、送風機４の風量が徐々に排風機５の風量に比べて過剰となっていったことによる。
【００７８】
送風機４の風量を排風機５の風量の２０％とした比較例２にあっては、不織布製造工程において、捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がることはなかったが、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立った。これは、ナノファイバー８が送風機４からの風圧によって十分に捕集材２に押し付けられかったためである。
【００７９】
送風機４の風量を排風機５の風量の１１０％とした比較例３にあっては、不織布製造工程において、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立つことはなかったが、捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がった。これは、送風機４の風量が排風機５の風量に比べて過剰であったことによる。
【００８０】
以上から明らかな通り、送風機４の風量を排風機５の風量の３０〜１００％とした実施例６〜１３にあっては、不織布製造工程におけるナノファイバー８の毛羽立ち及び捕集材２からの舞い上がりを防止することができる。特に、送風機４の風量を排風機５の風量の３０〜８０％とした実施例６〜１１にあっては、ナノファイバー８の捕集材２からの舞い上がりを長期にわたって防止することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１，３３ ノズル
２，２０ 捕集材
３ ハウジング
４，３０ 送風機
５，３７ 排風機
６ ポリマー溶液供給部
７，３８ 電圧源
８，３９ 極細繊維
１０ エアヒータ
１１ 水蒸気供給器
２０ 捕集材
２１，２２ 駆動ローラ
２３ ガイドローラ
３０ 送風機
３１，３６ ダクト
３２ 上ハウジング
３３ ノズル
３４ 多孔板
３５ 下ハウジング
３７ 排風機
４０ 不織布
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーから成るナノファイバーを堆積したナノファイバー不織布の製造方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリマーから成るサブミクロンスケールの直径を有するナノファイバーを製造する方法として、電荷誘導紡糸法（電界紡糸法）が知られている。この電荷誘導紡糸法では、高電圧を印加した針状のノズルにポリマー溶液を供給し、この針状のノズルからポリマー溶液を捕集部に向けて線状に吐出させる。この線状ポリマー溶液が帯電し、ポリマー溶液の溶媒蒸発に伴って線状ポリマー溶液の径が小さくなり、帯電電荷が集中し、線状ポリマー溶液に作用するクーロン力が大きくなる。このクーロン力が線状ポリマー溶液の表面張力よりも大きくなると、線状ポリマー溶液が爆発的に延伸される現象（静電爆発現象）が生じ、この静電爆発現象が繰り返されることにより、サブミクロン（例えば５０〜１０００ｎｍ）の直径のナノファイバーが生成する。
【０００３】
このナノファイバーを捕集部上に堆積させることにより、立体的な網目を持つ３次元構造の薄膜を得ることができる。また、ナノファイバーを厚く形成することにより、サブミクロンの網目を持つ高多孔性ウェブを製造することができる。こうして製造された高多孔性ウェブはフィルタや電池のセパレータや燃料電池の高分子電解質膜や電極等に好適に適用することができる。
【０００４】
ナノファイバー不織布の製造方法として、ポリマー溶液をノズルから流出させて電荷誘導紡糸法にて生成させたナノファイバーを捕集部としての通風可能な移動シート上に堆積させると共に、このシートの下側を吸引する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された構成では、シートの下側から吸引するだけであるため、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバーの一部が飛散したり、捕集部上の堆積厚さのムラが大きくなったりするおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決し、均一なナノファイバー不織布を効率的に製造することができるナノファイバー不織布の製造方法及び装置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】
請求項１のナノファイバー不織布の製造方法は、ナノファイバーの原料ポリマーを溶媒に溶解したポリマー溶液を吐出部から、該吐出部との間に電圧が印加された捕集部の一側に向けて吐出させてナノファイバーを生成させ、生成したナノファイバーを該捕集部で捕集してナノファイバー不織布とするナノファイバー不織布の製造方法において、該捕集部を通風可能な構造とし、該捕集部の他側を気体吸引手段によって吸引すると共に、前記吐出部から捕集部に向う方向に送風手段によって送風するナノファイバー不織布の製造方法であって、該送風手段が発生させる風量を、該気体吸引手段が発生させる風量の３０〜１００％とすることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１において、前記送風手段が発生させる風量を、前記気体吸引手段が発生させる風量の３０〜８０％とすることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１または２において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲体で包囲することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気を調節することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気の温度を調節することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６のナノファイバー不織布の製造方法は、請求項１ないし５のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性ポリマー或いは導電性ポリマーであることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７のナノファイバー不織布の製造装置は、ナノファイバーの原料ポリマー溶液を吐出する吐出部と、該吐出部からのナノファイバーを一側において捕集する捕集部と、該吐出部と捕集部との間に電圧を印加する手段と、を備えたナノファイバー不織布の製造装置において、該捕集部を通風可能な構成とし、該捕集部の他側を吸引する気体吸引手段と、該吐出部から捕集部に向う方向に送風する送風手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲する包囲体を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７または８において、該送風手段で送風される気体の加温手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし９のいずれか１項において、該吐出部と捕集部との間の雰囲気の湿度を調節する湿度調節手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし１０のいずれか１項において、吐出部を加温する加温手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１２のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記吐出部に供給されるポリマー溶液を加温する加温手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１３のナノファイバー不織布の製造装置は、請求項７ないし１２のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性ポリマー或いは導電性ポリマーであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、捕集部を吐出部と反対側（他側）から吸引するだけでなく、吐出部から捕集部に向う方向に送風するので、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバー（電解紡糸繊維）が均一な分布状態を維持しつつ、捕集部からはみ出すことなく、捕集部上に確実に堆積するようになるので、均一なナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。なお、ナノファイバーの堆積物は、捕集部を通過する気体流によって捕集部に押し付けられるので、通常の場合、シート状となる。本発明の通り、送風手段の風量を気体吸引手段の風量の３０％以上とすることにより、捕集部に堆積したナノファイバーの毛羽立ちを抑えることができ、これにより捕集部上のナノファイバーの堆積厚さのムラを小さくすることができる。この送風手段の風量を多くし過ぎると、捕集部の吐出部側（一側）の風量が過剰となって該送風手段の周りで風が循環するようになり、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバーの一部が捕集部に捕集されずに飛散するおそれがあるが、この送風手段の風量を気体吸引手段の風量の１００％以下とすることにより、捕集部の吐出部側の風量が過剰となることが防止され、ナノファイバーの飛散を防止することができる。
【００２２】
捕集部にナノファイバーが捕集されると、徐々に捕集部が閉塞されるため、送風手段の風量と気体吸引手段の風量とが同等である場合には、この捕集部の閉塞に伴って送風手段の風量が過剰となり、吐出部から捕集部に向って飛翔するナノファイバーの一部が飛散するおそれがあるが、請求項２の通り、この送風手段の風量を気体吸引手段の風量の８０％以下とすることにより、捕集部へのナノファイバーの捕集が進んでも送風手段の風量が過剰となりにくく、ナノファイバーの飛散を長期にわたって、より確実に防止することができる。
【００２３】
吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲体で囲むことにより、一層均一なナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。
【００２４】
また、吐出部から捕集部に向う気体流の湿度や温度を調節することにより、飛翔中のナノファイバーや捕集部上のナノファイバー不織布からの溶媒の蒸発速度を制御することができ、品質の良いナノファイバー不織布を製造できて好適である。
【００２５】
吐出部や吐出部に供給させるポリマー溶液を加温することにより、ポリマー溶液のゲル化や固化を防止し、ナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係る不織布製造装置の断面図である。
【図２】実施の形態に係る不織布製造装置の断面図である。
【図３】実施の形態に係る不織布製造装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。第１図〜第３図はそれぞれ実施の形態に係るナノファイバー不織布の製造装置の断面図である。
【００２８】
［第１図のナノファイバー不織布製造装置］
第１図では、ポリマー溶液を細線状に吐出するための吐出部としてのノズル１と、該ノズル１から吐出して生成したナノファイバーを捕集する捕集部としての捕集材２とが包囲体としてのハウジング３内に配置されている。この実施の形態では、ハウジング３は円筒形、角筒形等の筒状であり、一端側に送風手段としての送風機４が配置され、他端側に気体吸引手段としての排風機５が設けられている。
【００２９】
排風機５は捕集材２を挟んでノズル１と反対側に配置されている。ノズル１に対しては配管６を介してポリマー溶液が供給される。ノズル１と捕集材２との間には電圧源７によって高電圧が印加される。第１図では、捕集材２が正、ノズル１が負となるように高電圧が印加されている。なお、この極性を逆としてもよい。印加電圧は１ｋＶ〜１００ｋＶ特に５ｋＶ〜１００ｋＶ程度が好適であるが、これに限定されない。
【００３０】
捕集材２は、多孔板、メッシュ、織布、不織布などの通風可能な材料よりなる。多孔板やメッシュのノズル１側の板面に織布や不織布を配置したものなどであってもよい。
【００３１】
このように構成されたナノファイバー不織布製造装置において、送風機４及び排風機５を作動させ、ノズル１と捕集材２との間に電圧を印加し、ノズル１からポリマー溶液を吐出させると、ノズル１からポリマー溶液が細い線状体として吐出される。この線状体からポリマー溶液の溶媒が蒸発することで線状体の径が細くなり、それに伴って帯電されていた電荷が集中し、そのクーロン力が線状体のポリマー溶液の表面張力を超えた時点で一次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、その後さらに溶媒が蒸発して同様に二次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、場合によってはさらに三次静電爆発が生じて延伸されることで、サブミクロンの直径を有するポリマーから成るナノファイバー８が効率的に生成する。
【００３２】
本発明においては、不織布製造時には、送風機４の風量が排風機５の風量の３０〜１００％好ましくは３０〜８０％となるように、該送風機４及び排風機５を作動させる。
【００３３】
このナノファイバー８が捕集材２上に捕集されて堆積し、不織布が生成する。所定量の不織布が生成した後、上記の製造操作を停止し、捕集材２を取り出し、不織布を得る。
【００３４】
本発明では、不織布製造時に、送風機４の風量が排風機５の風量の３０％以上となるように該送風機４及び排風機５を作動させるため、捕集材２に堆積したナノファイバー８の毛羽立ちを抑えることができ、これにより捕集材２上のナノファイバー８の堆積厚さのムラを小さくすることができる。この送風機４の風量を多くし過ぎると、捕集材２のノズル１側の風量が過剰となって該送風機４の周りで風が循環するようになり、ノズル１から捕集材２に向って飛翔するナノファイバー８の一部が捕集材２に捕集されずに飛散するおそれがあるが、この送風機４の風量を排風機５の風量の１００％以下とすることにより、捕集材２のノズル１側の風量が過剰となることが防止され、ナノファイバー８の飛散を防止することができる。
【００３５】
なお、捕集材２にナノファイバー８が捕集されると、徐々に捕集材２が閉塞されるため、送風機４の風量と排風機５の風量とが同等である場合には、この捕集材２の閉塞に伴って送風機４の風量が過剰となるおそれがあるが、この送風機４の風量を排風機５の風量の８０％以下とすることにより、捕集材２へのナノファイバー８の捕集が進んでも送風機４の風量が過剰となりにくく、ナノファイバー８の飛散を長期にわたって、より確実に防止することができる。
【００３６】
この実施の形態では、ノズル１と捕集材２との間のゾーンを取り囲むようにハウジング３が設けられ、送風機４がハウジング３の上流部に設けられ、排風機５が捕集材２の下流側に配置されているので、ノズル１から捕集材２に向って飛翔するナノファイバー８が周囲に飛散することなく、また均一に分布した状態で捕集材２に捕集される。従って、捕集材２上の不織布は、品質、特性及び厚みのムラが少ないものとなる。
【００３７】
［第２図のナノファイバー不織布製造装置］
第２図では、第１図の製造装置において、ハウジング３を上流側に延長し、最上流側に前記送風機４を配置し、この送風機４とノズル１との間にエアヒータ１０と、水蒸気吹出口１１ａを有した水蒸気供給器１１とを設置している。エアヒータ１０は送風機４で送られてくる空気を加温するためのものであり、水蒸気供給器１１は雰囲気中に水蒸気を添加して湿度を調節するためのものである。
【００３８】
第２図のその他の構成は第１図と同一であり、同一符号は同一部分を示している。この製造装置においても、不織布製造時には、送風機４の風量が排風機５の風量の３０〜１００％好ましくは３０〜８０％となるように、該送風機４及び排風機５を作動させる。
【００３９】
この第２図の製造装置によっても、第１図と同様に、品質、特性及び厚みのムラの小さいナノファイバー不織布が製造される。
【００４０】
この第２図の製造装置では、エアヒータ１０で空気を加温し、飛翔中の細線状ポリマー溶液からの溶媒の蒸発を促進したり、ハウジング３内の雰囲気中の湿度（水蒸気濃度）を調整し、細線状ポリマー溶液からの溶媒の蒸発速度を制御したりすることが可能であり、これにより、ナノファイバーの長さや径を調節することが可能である。
【００４１】
この第２図の製造装置のその他の作用効果は、第１図の製造装置と同様である。
【００４２】
［第３図のナノファイバー不織布製造装置］
上記第１，２図の製造装置は、ナノファイバー不織布をバッチ式に製造するものであるが、第３図はナノファイバー不織布を連続的に製造するためのものである。
【００４３】
この実施の形態では、捕集材２０を連続的に移動させ、この捕集材２０上にナノファイバーを堆積させて不織布４０を製造するようにしている。
【００４４】
この捕集材２０は、メッシュ、織布、不織布などの通風可能かつ屈曲可能な材料よりなる無端ベルト状のものであり、駆動ローラ２１，２２間にエンドレスに架け渡され、上側走行部がガイドローラ２３，２３に案内されて水平に移動するよう構成されている。この捕集材２０の上側走行部は、後述の多孔板３４の上面に沿って移動する。
【００４５】
送風機３０からの風がダクト３１を介して上ハウジング３２内に導入される。上ハウジング３２は、下面が開放し、下端が捕集材２０の上側走行部に近接配置されている。この上ハウジング３２内に多数のノズル（吐出部）３３が配置されている。各ノズル３３に対しポリマー溶液タンク（図示略）からポリマー溶液がポンプ（図示略）を介して供給され、ノズル３３から細線状に吐出させるよう構成されている。
【００４６】
上ハウジング３２と対向して下ハウジング３５が捕集材２０の上側走行部の下側に配置されている。この下ハウジング３５の上端に多孔板３４が取り付けられており、この多孔板３４の上面に沿って捕集材２０の上側走行部が移動する。
【００４７】
下ハウジング３５はダクト３６を介して排風機３７に接続されている。
【００４８】
ノズル３３と多孔板３４との間には電圧源３８を介して高電圧が印加される。
【００４９】
このように構成されたナノファイバー不織布製造装置において、送風機３０及び排風機３７を作動させ、捕集材２０を無端回転させ、ノズル３３と多孔板３４との間に電圧を印加し、ノズル３３からポリマー溶液を吐出させると、ノズル３３からポリマー溶液が細い線状体として吐出される。この線状体からポリマー溶液の溶媒が蒸発することで線状体の径が細くなり、それに伴って帯電されていた電荷が集中し、そのクーロン力が線状体のポリマー溶液の表面張力を超えた時点で一次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、その後さらに溶媒が蒸発して同様に二次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、場合によってはさらに三次静電爆発が生じて延伸されることで、サブミクロンの直径を有するポリマーから成るナノファイバー３９が効率的に生成する。
【００５０】
このナノファイバー不織布製造装置においても、不織布製造時には、送風機３０の風量が排風機３７の風量の３０〜１００％好ましくは３０〜８０％となるように、該送風機４及び排風機５を作動させる。
【００５１】
このナノファイバー３９が捕集材２０上に捕集されて堆積し、不織布４０が生成する。この不織布４０は、駆動ローラ２１付近で捕集材２０から剥離されて取り出される。
【００５２】
この実施の形態でも、ノズル３３と捕集材２０との間のゾーンを取り囲むように上ハウジング３２が設けられ、この上ハウジング３２内に上方から送風するように送風機３０が設けられており、また下ハウジング３５及びダクト３６を介して排風機３７が捕集材２０の下側を吸引するように設けられているので、ノズル３３から捕集材２０に向って飛翔するナノファイバー３９が周囲に飛散することなく、また均一に分布した状態で捕集材２０に捕集される。従って、捕集材２０上の不織布４０は、品質、特性及び厚みのムラが少ないものとなる。
【００５３】
この第３図の製造装置のその他の作用効果は、第１図の製造装置と同様である。
【００５４】
なお、第３図の製造装置においても、ダクト３１や上ハウジング３２内にエアヒータや水蒸気供給器を配置してもよい。
【００５５】
［ナノファイバーの原料］
ナノファイバーの原料ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどのポリエーテル、ＰＴＦＥ、ＣＴＦＥ、ＰＦＡ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂、ポリ塩化ビニルなどのハロゲン化ポリオレフィン、ナイロン−６、ナイロン−６６などのポリアミド、ユリア樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリスチレン、セルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアクリルニトリル、ポリエーテルニトリル、ポリビニルアルコールおよびこれらの共重合体などの素材が使用できるが、この限りではない。特に１種類の素材に限定されることはなく、必要に応じて種々の素材を選択できる。ただし、荷電性や導電性のポリマーは電界紡糸により捕集部における毛羽立ちが起こり易いので本発明の効果が顕著であり好適である。なお、荷電性や導電性のポリマーにポリオレフィン、ポリエーテル等の他のポリマーを混合してもよい。
【００５６】
導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリチオフェン類などが挙げられる。
荷電性ポリマーとしては、パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｆｕｍｉｏｎ（商品名））、骨格となる非荷電性ポリマーにスルホン基、カルボキシル基、１〜４級アミノ基が付与されたポリマーを挙げることができる。骨格となる非荷電性ポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどを挙げることができる。
【００５７】
溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、フッ素系溶媒などが好適であるが、前記溶剤１００体積部に対して水を１０〜１０００体積部混合した混合溶媒も好適である。
【００５８】
このナノファイバーは、カチオン交換基、アニオン交換基及びキレート基の少なくとも１種が付与されてもよい。
【００５９】
イオン交換基としては、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、カルボン酸基、水酸基、フェノール基、４級アンモニウム基、１〜３級アミン基、ピリジン基、アミド基などがあるがこの限りではない。これらの官能基はＨ型、ＯＨ型だけでなく、Ｎａなどの塩型であってもよい。
【００６０】
官能基の導入方法は、特に限定されるものではなく、各種の方法を採用することができる。例えば、ポリスチレンの場合、硫酸溶液中にパラホルムアルデヒドを適量添加し、加熱架橋することで、スルホン酸基の導入が可能である。ポリビニルアルコールの場合は、水酸基に、トリアルコキシシラン基やトリクロロロシラン基、あるいはエポキシ基などを作用させることなどにより、官能基を導入することができる。材質によって直接官能基を導入できない場合は、まず、スチレンなどの反応性の高いモノマー（反応性モノマーと呼ぶ）を導入した上で、官能基を導入するといったような、２段階以上の導入操作を経て、目的とする官能基を導入しても良い。これらの反応性モノマーとしては、グリシジルメタクリレート、スチレン、クロロメチルスチレン、アクロレイン、ビニルピリジン、アクリロニトリルなどがあるが、この限りではない。官能基は、ナノファイバ化する前に導入されていてもよいが、繊維を集束する際に、イオン交換能を有する高分子や樹脂を溶解あるいは微粉砕したものを、塗布したり、混練したり、化学反応によって結合させることによって、イオン交換基を導入しても良い。官能基を導入したフッ素系高分子としては、市販のナフィオンなどが例示される。
【００６１】
［その他の実施の形態］
本発明では、ノズル１，３３の加温用のヒータや、ノズルに供給されるポリマー溶液を３０〜９０℃特に３０〜６０℃程度に加温する加温器（ヒータや熱交換器など）を設けてもよい。このようにノズルやノズルに供給させるポリマー溶液を加温することにより、ポリマー溶液のゲル化や固化を防止し、ナノファイバー不織布を効率的に製造することができる。
【００６２】
本発明では、排風機からの排風を送風機の吸込側に送ってもよい。
【実施例】
【００６３】
＜実施例１〜５及び比較例１＞
［実施例１］
市販のナフィオン（スルホン酸基導入ポリテトラフルオロエチレン）１０重量部と、ポリフッ化ビニリデン１０重量部とをジメチルアセトアミド８０重量部に溶解させてナノファイバ製造用ポリマー溶液を調製した。
【００６４】
このポリマー溶液を第１図のノズル１に４８０分間にわたって供給し、ナノファイバーを製造した。その他の条件は次の通りである。
【００６５】
ノズル口径：３２０μｍ
ノズルからの噴出量：０．１ｍＬ／ｍｉｎ
ノズルと捕集材２との距離：８０ｍｍ
ハウジング断面積：２８００ｃｍ２
送風量及び排気風量：３００００Ｌ／ｍｉｎ
湿度：５０％
温度：室温
印加電圧：５０ｋＶ
【００６６】
これにより、面積２８００ｃｍ２、厚さ７０μｍの不織布が製造された。このナノファイバーの平均繊維径は３００μｍであった。
【００６７】
［実施例２，３］
実施例１において製造時間を３６０分（実施例２）又は２４０分（実施例３）とした他は同一条件にて不織布を製造した。その結果、実施例２では厚さ５３μｍの不織布が製造され、実施例３では厚さ３５μｍの不織布が製造された。この結果より、製造時間を変更することにより、得られる不織布の厚さを変更することが可能であることが認められた。
【００６８】
［実施例４，５］
実施例１において送風及び排気風量を２００００Ｌ／ｍｉｎ（実施例４）又は１５０００Ｌ／ｍｉｎ（実施例５）とした他は同一条件にて不織布を製造した。その結果、実施例４では厚さ５８μｍの不織布が製造され、実施例５では厚さ３５μｍの不織布が製造された。この結果より、風量を変更することにより、得られる不織布の厚さを変更することが可能であることが認められた。
【００６９】
［比較例１］
送風機４及びハウジング３を撤去したこと以外は実施例１と同様の設備を用いて不織布を製造を試みたが、ナノファイバーの多くが飛散してしまい、不織布の製造効率は低いものであった。
【００７０】
＜実施例６〜１３及び比較例２，３＞
［実施例６〜１３］
送風機４の風量が排風機５の風量の３０％（実施例６）、４０％（実施例７）、５０％（実施例８）、６０％（実施例９）、７０％（実施例１０）、８０％（実施例１１）、９０％（実施例１２）及び１００％（実施例１３）となるように送風機４の出力を調整したこと以外は、実施例１と同様にして不織布を製造した。
【００７１】
［比較例２］
送風機４の風量が排風機５の風量の２０％となるように送風機４の出力を調整したこと以外は、実施例１と同様にして不織布を製造した。
【００７２】
［比較例３］
送風機４の風量が排風機５の風量の１１０％となるように送風機４の出力を調整したこと以外は、実施例１と同様にして不織布を製造した。
【００７３】
これらの実施例６〜１３及び比較例２，３における具体的な送風機４及び排風機５の風量をそれぞれ表１に示す。
【００７４】
上記の実施例６〜１３及び比較例２，３の不織布製造工程において、それぞれ、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立っているか否かを目視にて観察した。また、捕集材２のノズル１側において、該捕集材２に捕集されずに舞い上がる（飛散する）ナノファイバー８が存在するか否か目視にて観察した。結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１から明らかな通り、送風機４の風量を排風機５の風量の３０〜８０％とした実施例６〜１１にあっては、いずれも、不織布製造工程において、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立たず、且つ捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がることもなかった。
【００７７】
送風機４の風量を排風機５の風量の９０％及び１００％とした実施例１２，１３にあっても、不織布製造工程において、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立たなかった。この実施例１２，１３においても、不織布製造開始直後には、捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がることはなかったが、この実施例１２，１３では、捕集材２にナノファイバー８が捕集されるにつれて、徐々に捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がるようになった。これは、捕集材２にナノファイバー８が捕集されるにつれて捕集材２が閉塞され、捕集材２のノズル１側において、送風機４の風量が徐々に排風機５の風量に比べて過剰となっていったことによる。
【００７８】
送風機４の風量を排風機５の風量の２０％とした比較例２にあっては、不織布製造工程において、捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がることはなかったが、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立った。これは、ナノファイバー８が送風機４からの風圧によって十分に捕集材２に押し付けられかったためである。
【００７９】
送風機４の風量を排風機５の風量の１１０％とした比較例３にあっては、不織布製造工程において、捕集材２上に堆積したナノファイバー８が毛羽立つことはなかったが、捕集材２からノズル１側にナノファイバー８が舞い上がった。これは、送風機４の風量が排風機５の風量に比べて過剰であったことによる。
【００８０】
以上から明らかな通り、送風機４の風量を排風機５の風量の３０〜１００％とした実施例６〜１３にあっては、不織布製造工程におけるナノファイバー８の毛羽立ち及び捕集材２からの舞い上がりを防止することができる。特に、送風機４の風量を排風機５の風量の３０〜８０％とした実施例６〜１１にあっては、ナノファイバー８の捕集材２からの舞い上がりを長期にわたって防止することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１，３３ ノズル
２，２０ 捕集材
３ ハウジング
４，３０ 送風機
５，３７ 排風機
６ ポリマー溶液供給部
７，３８ 電圧源
８，３９ 極細繊維
１０ エアヒータ
１１ 水蒸気供給器
２０ 捕集材
２１，２２ 駆動ローラ
２３ ガイドローラ
３０ 送風機
３１，３６ ダクト
３２ 上ハウジング
３３ ノズル
３４ 多孔板
３５ 下ハウジング
３７ 排風機
４０ 不織布
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバーの原料ポリマーを溶媒に溶解したポリマー溶液を吐出部から、該吐出部との間に電圧が印加された捕集部の一側に向けて吐出させてナノファイバーを生成させ、生成したナノファイバーを該捕集部で捕集してナノファイバー不織布とするナノファイバー不織布の製造方法において、
該捕集部を通風可能な構造とし、該捕集部の他側を気体吸引手段によって吸引すると共に、前記吐出部から捕集部に向う方向に送風手段によって送風するナノファイバー不織布の製造方法であって、
該送風手段が発生させる風量を、該気体吸引手段が発生させる風量の３０〜１００％とすることを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記送風手段が発生させる風量を、前記気体吸引手段が発生させる風量の３０〜８０％とすることを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲体で包囲することを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気を調節することを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気の温度を調節することを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性或いは導電性ポリマーであることを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項７】
ナノファイバーの原料ポリマーを溶媒に溶解した溶液を吐出する吐出部と、
該吐出部からのナノファイバーを一側において捕集する捕集部と、
該吐出部と捕集部との間に電圧を印加する手段と、
を備えたナノファイバー不織布の製造装置において、
該捕集部を通風可能な構成とし、
該捕集部の他側を吸引する気体吸引手段と、
該吐出部から捕集部に向う方向に送風する送風手段と
をさらに備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項８】
請求項７において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲する包囲体を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項９】
請求項７または８において、該送風手段で送風される気体を加温する気体の加温手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項において、該吐出部と捕集部との間の雰囲気の湿度を調節する湿度調節手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか１項において、吐出部を加温する吐出部加温手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記吐出部に供給されるポリマー溶液を加温する加温手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１３】
請求項７〜１３のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性或いは導電性ポリマーであることを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１】
ナノファイバーの原料ポリマーを溶媒に溶解したポリマー溶液を吐出部から、該吐出部との間に電圧が印加された捕集部の一側に向けて吐出させてナノファイバーを生成させ、生成したナノファイバーを該捕集部で捕集してナノファイバー不織布とするナノファイバー不織布の製造方法において、
該捕集部を通風可能な構造とし、該捕集部の他側を気体吸引手段によって吸引すると共に、前記吐出部から捕集部に向う方向に送風手段によって送風するナノファイバー不織布の製造方法であって、
該送風手段が発生させる風量を、該気体吸引手段が発生させる風量の３０〜１００％とすることを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記送風手段が発生させる風量を、前記気体吸引手段が発生させる風量の３０〜８０％とすることを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲体で包囲することを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気を調節することを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの雰囲気の温度を調節することを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性或いは導電性ポリマーであることを特徴とするナノファイバー不織布の製造方法。
【請求項７】
ナノファイバーの原料ポリマーを溶媒に溶解した溶液を吐出する吐出部と、
該吐出部からのナノファイバーを一側において捕集する捕集部と、
該吐出部と捕集部との間に電圧を印加する手段と、
を備えたナノファイバー不織布の製造装置において、
該捕集部を通風可能な構成とし、
該捕集部の他側を吸引する気体吸引手段と、
該吐出部から捕集部に向う方向に送風する送風手段と
をさらに備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項８】
請求項７において、前記吐出部と捕集部との間のゾーンの外周囲を包囲する包囲体を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項９】
請求項７または８において、該送風手段で送風される気体を加温する気体の加温手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項において、該吐出部と捕集部との間の雰囲気の湿度を調節する湿度調節手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれか１項において、吐出部を加温する吐出部加温手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれか１項において、前記吐出部に供給されるポリマー溶液を加温する加温手段を備えたことを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【請求項１３】
請求項７〜１３のいずれか１項において、原料ポリマーが荷電性或いは導電性ポリマーであることを特徴とするナノファイバー不織布の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１２７００８（Ｐ２０１２−１２７００８Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７０２０（Ｐ２０１０−２７７０２０）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【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１８年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「革新的部材産業創出プログラム／新産業創造高度部材基盤技術開発／先端機能発現型新構造繊維部材基盤技術の開発」にかかる委託研究、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】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【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１８年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「革新的部材産業創出プログラム／新産業創造高度部材基盤技術開発／先端機能発現型新構造繊維部材基盤技術の開発」にかかる委託研究、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】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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