ナノ素材を用いた複合繊維フィルター、ナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造装置及びナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造方法
【課題】ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させて高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルターを製造する装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明は、複合繊維フィルターを製造するにあたり、一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、溶融紡糸機で溶融紡糸してマイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層を形成し、前記マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な一定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸してナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成することで、高効率及び高機能の複合繊維フィルターを製造し、さらにマイクロ繊維層のマイクロ繊維糸とナノ繊維層のナノ繊維糸とに銀ナノ成分を含ませて抗菌性機能を持たせる。
【解決手段】本発明は、複合繊維フィルターを製造するにあたり、一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、溶融紡糸機で溶融紡糸してマイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層を形成し、前記マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な一定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸してナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成することで、高効率及び高機能の複合繊維フィルターを製造し、さらにマイクロ繊維層のマイクロ繊維糸とナノ繊維層のナノ繊維糸とに銀ナノ成分を含ませて抗菌性機能を持たせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ素材を用いた複合繊維フィルター、ナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造装置及びナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造方法に係り、特に、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させて高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルターを製造する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常製造されているほとんどのマイクロ繊維は、溶融紡糸（ｍｅｌｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、乾式紡糸（ｄｒｙ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、湿式紡糸（ｗｅｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）などのような紡糸方式、つまり高分子溶液を機械的な力で微細孔を通して強制圧出紡糸させることで、製造される。しかし、このような方式で製造されるマイクロ繊維の直径は、約５〜５００μｍであり、直径が１μｍ以下であるナノオーダーの繊維を製造することは容易ではない。そのため、このようなマイクロ繊維からなるフィルターは、マイクロサイズの汚染粒子をろ過（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）することはできるが、ナノサイズの微細汚染粒子をろ過することは事実上不可能である。
【０００３】
このため、ナノサイズの繊維（不織布）を製造するための多様な方式が、開発使用されているのが現状である。有機ナノ繊維を形成する方法としては、例えば、ブロックセグメントによるナノ構造の物質形成、自己組織化（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）によるナノ構造の物質形成、シリカ触媒下で重合によるナノ繊維形成、溶融紡糸後炭化工程によるナノ繊維形成、高分子溶液または溶融体の電界紡糸によるナノ繊維形成などを挙げることができる。
【０００４】
このように製造されるナノ繊維を用いてナノ繊維フィルターを実現する場合、マイクロ繊維フィルターに比べて、非ターゲット（ｎｏｎ−ｔａｒｇｅｔ）が極めて大きく、表面官能基（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ）に対する柔軟性に優れ、ナノレベルの気孔を有するため、有害な粒子やガスなどを効率的に除去することができる。
【０００５】
しかし、ナノ繊維を用いたフィルターは、生産コストが極めて高く、生産のための様々な条件などを合わせるのが難しいため、相対的に低いコストで生産普及することができないという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノ繊維を用いたフィルターを実現する際には、上述した高いコストはもとより、差圧とろ過効率に関する問題が発生する可能性もある。よって、従来のマイクロ繊維製造技術とナノ繊維製造技術を融合することにより、コスト競争力はもとより差圧とろ過効率に関する問題を解決し、さらに高効率及び高機能が保障できる機能性フィルターが希求されている。かかる機能性フィルターは、産業分野全般に極めて有効に利用できると考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させ、高効率、高機能性及び抗菌性を実現することが可能な、新規かつ改良されたナノ素材を用いた複合繊維フィルター、ナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造装置及びナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上説明したように、本発明の目的は、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させて高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルター及びその製造装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させた複合繊維フィルターを高い生産性で製造できる複合繊維フィルターの製造装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、浄水フィルター用として高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルター及びその製造装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
そこで、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複合繊維フィルターの製造方法において、一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、溶融紡糸機で溶融紡糸してマイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層を形成し、前記マイクロ繊維層上に、電界紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ）可能な所定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成することを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００１２】
前記溶融紡糸機及び電界紡糸機を用いて前記マイクロ繊維層と前記ナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成して、多層化してもよい。
【００１３】
前記高分子樹脂溶液には、前記高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の分散剤含有銀ナノ粒子が混合されてもよい。
【００１４】
前記ナノ繊維層の気孔率を、３０〜７０％とし、前記ナノ繊維層の純粋密度を、０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３としてもよい。
【００１５】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、ポリアクリロニトリル樹脂又はポリアミド樹脂（ナイロン６等のナイロン樹脂）のいずれか一方から形成されてもよい。
【００１６】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン及びニトロセルロースからなる群より選択されたいずれか１種から形成されてもよい。
【００１７】
前記溶融紡糸されるマイクロ繊維糸は、ポリプロピレン成分を含み、前記ポリプロピレンの質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子が混合されてもよい。
【００１８】
前記成形棒は、３０〜５０ｒｐｍで回転駆動してもよい。
【００１９】
前記溶融紡糸機の溶融紡糸条件において、紡糸ノズル直径は０．１〜０．３ｍｍであり、
紡糸距離は８０〜２３０ｍｍであってもよい。
【００２０】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、高分子樹脂溶液における高分子樹脂濃度、高分子樹脂溶液の紡糸速度、印加電圧、紡糸距離が含まれてもよい。
【００２１】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、銀濃度がさらに含まれてもよい。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上述の製造方法によって製造される複合繊維フィルターが提供される。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、複合繊維フィルターの製造方法において、一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、前記第１マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な一定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成し、前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を形成し、前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成されることを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、複合繊維フィルターの製造装置において、一端が接地された導電性材質の成形棒を、駆動部によって回転駆動可能に構成し、前記成形棒近傍に一つ以上の溶融紡糸機と電界紡糸機を設置して、前記溶融紡糸機の溶融紡糸と電界紡糸機の電界紡糸とにより、前記成形棒上に、マイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層とナノ繊維糸からなるナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成することを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置が提供される。
【００２５】
第１溶融紡糸機及び電界紡糸機のそれぞれの対応位置には、前記成形棒と圧着回転可能な冷間圧延ロールがそれぞれ設けられてもよい。
【００２６】
前記ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置は、前記交互に連続的に積層形成された円筒状繊維層を所定の有効長さに切断する切断機をさらに備えてもよい。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、複合繊維フィルターの製造方法において、回転駆動される成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、前記第１マイクロ繊維層上に、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維糸からなる平面状ナノ繊維不織布を一定の厚さに巻いたナノ繊維層を積層形成し、前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を積層形成し、前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成されることを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、マイクロ繊維不織布上に電界紡糸方式によりナノ繊維不織布を形成して積層（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）した後、前記マイクロ繊維不織布及び前記ナノ繊維不織布を一定の厚さになるまで円筒状に巻いてナノ複合浄水フィルターを製造し、前記ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合した繊維であり、前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、前記ナノ繊維不織布の純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とすることを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００２９】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維からなり、気孔率が３０〜７０％であり、純粋密度が０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３である平面状ナノ繊維不織布を、平面状マイクロ繊維不織布と交互に重ねて多層化した後、折り曲げて円筒状のナノ複合繊維フィルターを製造することを特徴とする、複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させて高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルターを実現することができ、かかる複合繊維フィルターは、浄水用フィルターとしての用途やその他の用途にも用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３２】
本発明では、ナノ繊維不織布とマイクロ繊維をハイブリッド化して、微細な気孔を持ちながらも圧力の増加をもたらさない、新しい形態の高効率・高機能性複合繊維フィルターを実現する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置１００の構成図であり、図２は、同実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置１００によって製造される円筒状複合繊維フィルター２００の斜視図である。
【００３４】
本実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置１００は、図１に示すように、成形棒２を有する駆動部４、第１及び第２溶融紡糸機６、１０、電界紡糸機８、冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂ及び切断機１４を備え、自動化工程による連続的製造が可能である。
【００３５】
駆動部４は、複合繊維フィルターの製造装置１００内の制御部の制御下で、成形棒２を回転駆動させる。また、駆動部４は、成形棒２に既に形成された繊維層に対する水平移送が必要とされるとき、制御部の制御下で成形棒２内の凹片（ｒｅｃｅｓｓｅｄ ｐｉｅｃｅ）を突出させて、冷間圧延ロール１２ａからの送風力作用により、成形棒２上に形成された繊維層を一側に徐々に水平移送させる。
【００３６】
成形棒２は、第１及び第２溶融紡糸機６、１０のコレクターとしての役割と、電界紡糸機８のコレクターとしての役割とを担当する。このために、棒体が導電性材質からなり、一端が接地される。また、成形棒２は、成形棒２上に形成された繊維層が一側に水平移送可能となるように、表面がスムーズになっている。
【００３７】
前記成形棒２は、駆動部４の制御下で第１及び第２溶融紡糸機６、１０による溶融紡糸と電界紡糸機８による電界紡糸とを両方とも収容できるようにする回転速度、好ましくは３０〜５０ｒｐｍで低速回転する。また、フィルターの生産速度をさらに高める必要がある場合は、第１及び第２溶融紡糸機６、１０の作動時の成形棒２の回転速度を、電界紡糸機８の作動時の成形棒２の回転速度に比べて、相対的に上げる。
【００３８】
第１及び第２溶融紡糸機６、１０は、マイクロメートル単位（マイクロメートルオーダーの）繊維糸をエアブロン（ａｉｒ ｂｌｏｗｎ）方式で溶融紡糸する装置であり、電界紡糸機８は、ナノメートル単位（ナノメートルオーダーの）繊維糸を電界紡糸する装置である。第２溶融紡糸機１０は、第１溶融紡糸機６と同様にマイクロメートル単位の繊維糸を溶融紡糸するが、第１溶融紡糸機６よりも相対的に大きな径の繊維糸を溶融紡糸するように構成することが好ましい。
【００３９】
電界紡糸機８は、金属注射針紡糸口を有する注射器（ｓｙｒｉｎｇｅ）を含む注射器ポンプと、一端が接地された、成形棒２としてのコレクター部と、０〜４０ｋＶの高圧電場を注射器ポンプ及びコレクター部に印加する高圧電源装置とで構成される。電界紡糸機８から、正（＋）に帯電した高分子溶液が、注射器の金属注射針紡糸口とコレクター部の成形棒２との間にかけられた高圧電場により延伸紡糸されることで、ナノ繊維が成形棒２上に形成される。
【００４０】
第１溶融紡糸機６及び電界紡糸機８のそれぞれの対応位置には、成形棒２と圧着回転（接触回転）可能な冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂがそれぞれ設けられる。これらの冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂは、成形棒２に形成された繊維層の表面を所定の圧力で加圧して、密度を密にかつ均一にする機能と、送風冷却させる機能とを備える。特に、両冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂのうち第１溶融紡糸機６に対応した冷間圧延ロール１２ａは、テーパ部を有するボビンで構成し、成形棒２に形成された繊維層が成形棒２内の凹片の突出によって浮き上がるときに傾斜送風することで、その繊維層を押し出して、徐々に水平移送させる。冷間圧延ロール１２ｂは、円柱状のロールである。
【００４１】
切断機１４は、成形棒２上に積層形成され、押し出され続けて移送された繊維フィルター層を、内部カッターによって所定の有効長さに切断し、図２に示す円筒状複合繊維フィルター２００を完成させる。
【００４２】
複合繊維フィルターの製造装置１００の制御部は、駆動部４を制御して成形棒２を３０〜５０ｒｐｍの範囲で所定の回転速度で回転させ、先ず第１溶融紡糸機６のみを作動させてエアブロン溶融紡糸方式でマイクロメートル単位の繊維糸を成形棒２に紡糸させることにより、図２に示す内側のマイクロ繊維層２０を形成する。このとき、冷間圧延ロール１２ａは、成形棒２と接触回転しながら、形成中の内側マイクロ繊維層２０を圧迫する。
【００４３】
内側マイクロ繊維層２０が所定の厚さ（移送制御に移行する厚さ）に形成されると、制御部は駆動部４を制御して、成形棒２内の凹片を外部に突出させ、形成中の内側マイクロ繊維層２０を微細に浮き上がらせる。この際、テーパ付き冷間圧延ロール１２ａからの傾斜送風力により、成形棒２上に形成された内側マイクロ繊維層２０が、一側に徐々に水平移送される。このとき、第１溶融紡糸機６は、マイクロメートル単位の繊維糸を溶融紡糸し続け、一方、電界紡糸機８及び第２溶融紡糸機１０は、制御部の制御下で作動しはじめ、電界紡糸及び溶融紡糸を行う。
【００４４】
電界紡糸機８の電界紡糸及び第２溶融紡糸機１０の溶融紡糸により、内側マイクロ繊維層２０上には、図２に示すようにナノ繊維層２２及び外側マイクロ繊維層２０が順に積層形成される。この繊維層が徐々に水平移送されて切断機１４内に入ると、切断機１４内の内部カッターが前記円筒状の繊維層を所定の有効長さに切断し、図２に示す円筒状複合繊維フィルター２００が得られる。
【００４５】
本実施形態において、図１に示す複合繊維フィルターの製造装置１００は、２台の溶融紡糸機と電界紡糸機を採用して円筒状複合繊維フィルター２００を製作したが、一方、複合繊維フィルターの製造装置１００が多数の溶融紡糸機と電界紡糸機を採用し、図３に示すようにマイクロ繊維層２０とナノ繊維層２２を交互に積層して多層化することもできることは、当業者にとっては明らかなことである。
【００４６】
特に、図２及び図３において、ナノ繊維層２２を構成する本実施形態に係るナノ繊維は、繊維糸の直径が数ｎｍ〜数百ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜８００ｎｍである。このようなナノ繊維糸は、極細であって大きな表面積と優れた柔軟性を有し、圧着加工に容易であり、フィルター用素材に適する。そこで、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層２２は、多数の気孔を有するため、低い圧力で微細粒子をほとんど除去することができる。
【００４７】
本実施形態に係るナノ繊維層２２の厚さは、数μｍ〜数百μｍの範囲内であり、製造者は、該当フィルターのフィルター効率を考慮して、前記範囲内で適切に設定することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係るナノ繊維層２２は、浄水用フィルターとして用いる際には、平均気孔直径を１〜３．５μｍとし、気孔率を３０〜７０％とし、純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とし、見掛密度を０．１８〜０．３５ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。
【００４９】
本発明では、ナノ繊維を用いたフィルターを実現するにあたって、マイクロ繊維製造技術とナノ繊維製造技術を融合してコスト競争力を持ちながらも差圧とろ過効率に関する問題を解決し、さらに高効率及び高機能を保障すると共に抗菌性を有する機能性フィルターを実現するために、下記のような原料素材と紡糸機の各種パラメーターを考慮する必要がある。
【００５０】
マイクロ繊維層２０には、溶融紡糸機からの溶融紡糸が可能である合成樹脂材質として、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン、ポリオレフィンなどを用いることが可能であり、中でもポリプロピレン（ＰＰ）を採用することが好ましい。
【００５１】
そして、ナノ繊維層２２には、電界紡糸を可能にする一定以上の誘電率（所定の値以上の誘電率）を有する高分子樹脂を採用することが好ましい。
【００５２】
ナノ繊維層２２を構成する一定以上の誘電率を有する高分子樹脂には、水を含む有機溶媒に溶解可能な高分子樹脂として、例えば、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）樹脂またはポリアミド（ナイロン６等のナイロン繊維）を採用することが好ましい。
【００５３】
水を含む有機溶媒に溶解可能な高分子樹脂の他の例としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン、ニトロセルロースなどが挙げられる。上記例のうち、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ニトロセルロースは、耐水性及び耐化学性（耐アルカリ性、耐酸性など）に優れているので、浄水用フィルターのナノ繊維層２２に好適に適用することができる。
【００５４】
また、マイクロ繊維層２０及びナノ繊維層２２を形成するにあたり、高効率と高機能を保障すると共に抗菌性を付与するために、本実施形態では、ナノ銀粒子を混合することが好ましい。つまり、マイクロ繊維糸の溶融のための溶融紡糸機には、ポリプロピレンチップが投入されて溶融するが、本実施形態では、該ポリプロピレンチップにナノ銀粒子を含ませる。ナノ銀粒子は、ポルリプロピレンチップの融点よりも遥かに低い温度で溶融する。
【００５５】
また、ナノ繊維糸を電界紡糸するための注射機内の高分子樹脂溶液にも、ナノ銀粒子を含ませる。つまり、ナノ銀粒子が溶融紡糸機内及び注射機内に混合されているときに分散分布されることが極めて重要であり、このためにはアルコールのような溶媒を添加する必要がある。しかしながら、アルコールのような溶媒は、銀粒子の部分的沈澱を起こすので、本実施形態においては、アルコールのような溶媒を用いることなく分散分布が可能なナノ銀粒子を用いる。前記ナノ銀粒子は、分散剤を有する（分散剤を含有する）ナノ銀粒子である。
【００５６】
一方、従来、ナノ銀粒子を分散するためにアルコール溶媒を用いた場合は、銀含有量が高分子樹脂の質量に対して、約０．１ｍａｓｓ％しか及ばないことから、抗菌性に劣った。もし、抗菌性を高めるために０．１ｍａｓｓ％を遥かに超えるナノ銀粒子を混合すると、沈澱が発生した。
【００５７】
これに対し、本実施形態に係る自体分散剤含有ナノ銀粒子を用いた場合は、高分子樹脂の質量に対して、１ｍａｓｓ％まで混合することができる。ナノ銀粒子をそれ以上混合することは意味がない。というのは、高分子樹脂の質量に対して、約０．５ｍａｓｓ％のナノ銀粒子を混合するだけで、ほぼ１００％に近い抗菌性を発揮することができるからである。
【００５８】
したがって、本実施形態に係る自体分散剤含有ナノ銀粒子は、好ましくは高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の範囲で混合し、さらに好ましくは高分子樹脂の質量に対して、０．３ｍａｓｓ％〜０．６ｍａｓｓ％の範囲で混合する。
【００５９】
抗菌性を付与するためのナノ銀粒子の混合にあたり、前記混合割合を、マイクロ繊維糸及びナノ繊維糸の双方に適用することができ、必要に応じて、マイクロ繊維糸またはナノ繊維のどちらか一方にのみ適用することもできる。また、どちらか一方にのみ適用する際には、相対的に高い表面積と空隙率を有するナノ繊維糸に適用することが好ましい。
【００６０】
マイクロ繊維層２０及びナノ繊維層２２を形成するにあたり、フィルターの諸機能を充分に発揮するためには、繊維糸を均一に製造し、さらに可能な限り細く製造することが極めて重要である。
【００６１】
先ず、マイクロ繊維層２０を形成するにあたり、ポリプロピレンマイクロ繊維糸を均一に且つ従来よりも細くするためには、溶融紡糸機６、１０の紡糸ノズルの直径、紡糸温度、紡糸距離などのパラメーターを考慮する必要がある。本願発明者らは、これらパラメーターを変えて、最適の溶融紡糸条件を確立した。
【００６２】
本願発明者らは、円筒状複合繊維フィルター２００を浄水用フィルターとして実現するための実験を行った。浄水用フィルターは、浄水作業時に加えられる圧力に耐えられる強度を有し、均一な平均直径を有することが好ましい。
【００６３】
浄水用フィルターの実現に考慮されるパラメーターのうち、紡糸温度は２８０℃〜３００℃とすることが好ましく、紡糸距離はマイクロ繊維の均一性確保に求められる変数ではないことが確認された。
【００６４】
しかしながら、紡糸ノズルの直径は、マイクロ繊維の均一性確保に求められる極めて重要な変数であることが確認された。このとき、紡糸ノズルの直径は、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．３ｍｍの範囲内でも低い方に向かうほど均一性確保にさらに有利であることが確認された。
【００６５】
実験例として、紡糸ノズルの直径を０．２ｍｍとし、紡糸距離を少しずつ調節しながら溶融紡糸をした結果、平均直径１２〜１７μｍの均一なマイクロ繊維を得ることができた。このとき、紡糸距離が増えるほどマイクロ繊維糸の直径が細くなることが確認され、また、生産効率を最適化するためには、比較的紡糸距離を短縮することが好ましいことが確認された。紡糸距離の範囲は、一例として、約８０ｍｍ〜２３０ｍｍである。
【００６６】
本実施形態に係るマイクロ繊維層２０を構成するマイクロ繊維糸は、前記１２〜１７μｍの平均直径を持ちながらも均一にすることができ、従来の浄水用フィルターを構成するマイクロ繊維糸の通常の直径、例えば２３〜５０μｍよりも格段に細くなり、従来に比べて相対的に大きな表面積、優れた柔軟性を有する。
【００６７】
次に、本実施形態に係るナノ繊維層２２を形成するにあたり、一定以上の誘電率を有する高分子樹脂のナノ繊維糸を均一に紡糸し、再現性を高めるための、電界紡糸機８の電界紡糸条件を構成するパラメーターを考慮しなければならない。パラメーターとしては、電圧、紡糸距離、紡糸速度、高分子樹脂液の濃度などが挙げられる。
【００６８】
本発明の実施例では、一定以上の誘電率を有する高分子樹脂の好適な例であるポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）樹脂またはポリアミド（ナイロン６等のナイロン樹脂）のうち、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）樹脂を溶解させるための溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ：ＤＭＦ）を用い、ポリアミド（ナイロン６）を溶解させるための溶媒としては、ギ酸（ｆｏｒｍｉｃ ａｃｉｄ）を用いた。
【００６９】
本願発明者らは、円筒状複合繊維フィルター２００を浄水用フィルターとして実現するためのナノ繊維形成実験を行った。実験は、浄水用フィルターのナノ繊維層２２を形成するための高分子樹脂として、ポリアクリロニトリル樹脂を用いた場合と、ポリアミド（ナイロン６）を用いた場合とに分けて行った。
【００７０】
先ず、高分子樹脂としてポリアクリロニトリル樹脂を用いた場合の実験例を説明する。
【００７１】
ポリアクリロニトリルＰＡＮ樹脂がＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶媒に溶解することで、ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液（高分子溶液）が得られる。このとき、該ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液を電界紡糸するに当たって考慮すべき重要なパラメーターは、ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液における濃度、ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液の紡糸速度、印加電圧、紡糸距離などであることが実験により確認された。
【００７２】
このとき、ナノ繊維の直径は、溶液における濃度と溶液の紡糸速度が減少するほど減少し、印加電圧と紡糸距離が増加するほど減少する傾向を示した。
【００７３】
浄水用フィルターとして最適化されたナノ繊維の例は、下記の通りである。
【００７４】
（１）平均直径６００ｎｍのＰＡＮナノ繊維
電界紡糸条件のパラメーターにおいて、溶液における濃度は１２ｍａｓｓ％、溶液の紡糸速度は１．２ｍＬ／ｈ、印加電圧は１５ｋＶ、紡糸距離は１５ｃｍである。
【００７５】
（２）平均直径３００ｎｍのＰＡＮナノ繊維
電界紡糸条件のパラメーターにおいて、溶液における濃度は１０ｍａｓｓ％、溶液の紡糸速度は１．２ｍＬ／ｈ、印加電圧は１５ｋＶ、紡糸距離は１３ｃｍである。
【００７６】
前記最適化されたＰＡＮナノ繊維のうち、平均直径約３００ｎｍのＰＡＮナノ繊維は、繊維形状が均一であり、ビードの混在がなく、再現性に優れているという利点がある。また、平均直径約６００ｎｍのＰＡＮナノ繊維のシートは、操作が簡便であり、厚さ調節が簡単であって、ナノ／マイクロ複合繊維フィルターに最も好適に適用することができる。なお、前記ＰＡＮナノ繊維は、炭素ナノ繊維製造工程などに容易に適用することができる。
【００７７】
次に、高分子樹脂がポリアミド（ナイロン６）である場合の実験例を説明する。
【００７８】
ポリアミド（ナイロン６）をギ酸溶媒に溶解させて高分子溶液を得、多様な条件下で電界紡糸を行った。実験の結果、優れた再現性を有する均一なナノ繊維を得るためには、電界紡糸の条件のパラメーターのうち、電圧は１０〜１９ｋＶ、紡糸距離は８〜２０ｃｍ、紡糸速度は０．１〜０．３ｍＬ／ｈ、高分子濃度は溶媒の１５〜２６ｍａｓｓ％とすることが好ましいことが確認された。
【００７９】
前記電界紡糸条件下で電界紡糸を行い、平均直径約２００ｎｍのポリアミド（ナイロン６）ナノ繊維を製造することができた。
【００８０】
本実施形態においては、マイクロ繊維層２０及びナノ繊維層２２に抗菌性を付与するために、ナノ銀を添加して紡糸を行った。
【００８１】
ナノ銀添加の際、繊維糸の紡糸が円滑に行われるかどうかを確認し、さらに紡糸が円滑に行われるとしても得られた繊維糸が抗菌性を有するかどうかを確認しなければならない。
【００８２】
本願発明者らは、例えば、ポリアミド（ナイロン６）に粒径１０〜２０ｎｍのナノ銀を添加して、電界紡糸機を用いて抗菌性ナノ繊維を製造することができた。実験の結果、電界紡糸機の印加電圧が高くなるほどナノ繊維糸の太さは細くなることが確認され、一方、銀濃度の変化によるナノ繊維の形態変化がないことから、問題がないことが確認された。
【００８３】
その後、得られたポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸不織布に対して、銀成分の含有有無と、抗菌作用の有無とを確認するための実験を行った。
【００８４】
図４Ａ及び図４Ｂは、ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＴＥＭ分析イメージを示す図であり、図５は、ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｏｐｙ）分析イメージを示す図である。図４Ａ及び図４Ｂでは、ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸の表面及びその内部に粒径１０〜２０ｎｍの銀粒子が浸透し分散されていることが確認でき、図５では、ナノ繊維糸に銀成分が含まれていることがスペクトルから確認できる。
【００８５】
本願発明者らは、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）と肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｎｉａ）を用いた抗菌性実験を行った。黄色ブドウ球菌は陽性菌の一例であり、肺炎桿菌は陰性菌の一例である。
【００８６】
図６Ａは、黄色ブドウ球菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフであり、図６Ｂは、肺炎桿菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフである。
【００８７】
図６Ａ及び図６Ｂのグラフを参照すると、黄色ブドウ球菌及び肺炎桿菌を用いた抗菌性実験において、銀含有量が１０００ｐｐｍ以上であれば、９０％以上の抗菌性（Ｇｒｏｗｔｈ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ）を示していることが確認できる。このとき、抗菌性［％］は（Ａ−Ｂ／Ａ）＊１００の式で算出される（ここで、Ａは一般不織布で培養算出した生菌の数であり、Ｂは銀含有ナノ繊維不織布で培養算出した生菌の数である）。前記銀含有量１０００ｐｐｍは、高分子樹脂の質量に対して、約０．３ｍａｓｓ％に該当する値である。
【００８８】
抗菌効果においては、抗菌性が約２０〜３０％であればあまり効果がないとされ、９０％以上であれば効果が極めて良いとされる。よって、本発明の銀含有ナノ繊維不織布は、銀含有量が１０００ｐｐｍ以上であるとき優れた抗菌効果が得られることがわかる。
【００８９】
図７Ａ及び図７Ｂは、黄色ブドウ球菌と肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す図である。図７Ａは、黄色ブドウ球菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す写真であり、図７Ｂは、肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す写真である。
【００９０】
図７Ａ及び図７Ｂにおいて、‘Ｎ’表示の試料不織布は、一般ナノ繊維不織布（左側）であり、表示無しの試料不織布（右側）は、約１５００ｐｐｍの銀を含有した銀含有ナノ繊維不織布である。
【００９１】
図７Ａ及び図７Ｂから、銀含有ナノ繊維不織布（右側）にはその周辺にも菌が生息及び増殖できないことが確認される。
【００９２】
図８は、本実施形態によってマイクロ繊維層２０上にナノ繊維が電界紡糸されてナノ繊維層２２が形成されたことを示すＳＥＭイメージ写真であり、図９Ａ〜図９Ｃは、内側のマイクロ繊維層２０上にナノ繊維層２２と外側のマイクロ繊維層２０が順に積層形成されたことを示す部分断面写真である。
【００９３】
本願発明者らは、従来のマイクロフィルターと図２の円筒状複合繊維フィルター２００を用いて粒径によるろ過率を実験で求め、その結果を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。
【００９４】
図１０Ａのテーブル及び図１０Ｂのグラフにおいて、「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は従来のマイクロフィルターであり、「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は図２の円筒状複合繊維フィルター２００のサンプルである。両方を比較すると、円筒状複合繊維フィルター２００のサンプルである「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は０．１μｍの粒子をほとんど９９％以上がろ過するのに対し、従来のマイクロフィルターである「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は３μｍ以上の粒子であっても約８０％しかろ過できないことが確認される。
【００９５】
このような比較から、本実施形態に係る円筒状複合繊維フィルター２００の優れたろ過効率が証明される。
【００９６】
また、本願発明者らは、従来のマイクロフィルターの流量（流速）による圧力損失と、図２の円筒状複合繊維フィルター２００の流量（流速）による圧力損失とを実験で求め、その結果を図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。前記圧力損失は、フィルターに入る流量の圧力とフィルターから吐き出される流量の圧力間の差を意味するものであり、その数値が低いほど良い。
【００９７】
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、従来のマイクロフィルター「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の流量（流速）による圧力損失と、本実施形態に係る複合繊維フィルター「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の流量（流速）による圧力損失とは、流量（流速）１２〜１８Ｌ／ｍｉｎでは大差がない。特に、一般水道水における流量（流速）が１２Ｌ／ｍｉｎ程度となるが、ここで、従来のマイクロフィルター「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の圧力損失は０．０１５であり、本発明の複合繊維フィルター「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の圧力損失（差圧）は０．０２１である。
【００９８】
したがって、本実施形態に係る複合繊維フィルターは、一般水道水の場合、従来のマイクロフィルターと類似した差圧を有するので、性能が良好である。一般水道水における逆浸透圧方式のフィルターの差圧が数十Ｌ／ｍｉｎであることを考慮すると、本実施形態に係る複合繊維フィルターの差圧性能は大幅に改善されたことがわかる。
【００９９】
本実施形態に係る円筒状複合繊維フィルターは、円筒面を長さ方向に切開して展開すると、平面状の複合繊維フィルターが得られる。
【０１００】
また、本実施形態に係る複合繊維フィルターは、浄水用はもとより空気清浄用及びその他濾材用に直接的に或いは応用して適用することができ、これは本技術分野で通常の知識を有する者にとっては明らかなことである。
【０１０１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０２】
例えば、本発明では、マイクロ繊維不織布とナノ繊維の複合化方法として、上述した連続工程により複合繊維フィルターを製造する方法以外の他の例を挙げると、平面状ナノ繊維不織布を別途の工程で大量生産し、図１の成形棒２上に形成されたマイクロ繊維層２０上に一定の厚さに巻き取った後、さらに図１のマイクロ繊維溶融紡糸機を用いてマイクロ繊維層を交互に積層形成する方法があり、この方法で複合繊維フィルターを製造することもできる。
【０１０３】
このとき、成形棒２は必ずしも導電性材質であるとは限らず、また、前記別途に生産する平面状ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、本発明による高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合してなるものであり、さらに、前記平面状ナノ繊維不織布は、気孔率３０〜７０％、純粋密度０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【０１０４】
また、本発明のまた他の実施例によれば、スパンボンド不織布（ｓｐｕｎｂｏｎｄ）のようなマイクロ繊維不織布上に、電界紡糸方式で本発明のナノ繊維不織布を形成して積層（ラミネーション）した後、これらを一定の厚さになるまで円筒状に巻いてナノ複合浄水フィルターを製造することもできる。このとき、前記ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合した繊維であり、前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする。
【０１０５】
さらに、本発明では、平面状ナノ繊維不織布と平面状マイクロ繊維不織布とを交互に重ねて多層化した後、折り曲げて蛇腹状にした円筒状のナノ複合繊維フィルターを製造することができる。このとき、ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維糸であり、前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る円筒状複合繊維フィルターの斜視図である。
【図３】ナノ繊維層が多層化された一例を示す円筒状複合繊維フィルターの断面図である。
【図４Ａ】ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＴＥＭ分析イメージを示す図である。
【図４Ｂ】ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＴＥＭ分析イメージを示す図である。
【図５】ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＥＤＳ分析イメージを示す図である。
【図６Ａ】黄色ブドウ球菌及び肺炎桿菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフである。
【図６Ｂ】黄色ブドウ球菌及び肺炎桿菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフである。
【図７Ａ】黄色ブドウ球菌と肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す図である。
【図７Ｂ】黄色ブドウ球菌と肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す図である。
【図８】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層が積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ写真である。
【図９Ａ】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層と外側のマイクロ繊維層が順に積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ部分断面写真である。
【図９Ｂ】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層と外側のマイクロ繊維層が順に積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ部分断面写真である。
【図９Ｃ】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層と外側のマイクロ繊維層が順に積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ部分断面写真である。
【図１０Ａ】従来のフィルターの粒径によるろ過率と同実施形態に係る複合繊維フィルターの粒径によるろ過率とを実験で求め、その結果を示す図である。
【図１０Ｂ】従来のフィルターの粒径によるろ過率と同実施形態に係る複合繊維フィルターの粒径によるろ過率とを実験で求め、その結果を示す図である。
【図１１Ａ】従来のフィルターの流量（流速）による圧力損失と同実施形態に係る複合繊維フィルターの流量（流速）による圧力損失とを実験で求め、その結果を示す図である。
【図１１Ｂ】従来のフィルターの流量（流速）による圧力損失と同実施形態に係る複合繊維フィルターの流量（流速）による圧力損失とを実験で求め、その結果を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ素材を用いた複合繊維フィルター、ナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造装置及びナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造方法に係り、特に、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させて高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルターを製造する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常製造されているほとんどのマイクロ繊維は、溶融紡糸（ｍｅｌｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、乾式紡糸（ｄｒｙ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）、湿式紡糸（ｗｅｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ）などのような紡糸方式、つまり高分子溶液を機械的な力で微細孔を通して強制圧出紡糸させることで、製造される。しかし、このような方式で製造されるマイクロ繊維の直径は、約５〜５００μｍであり、直径が１μｍ以下であるナノオーダーの繊維を製造することは容易ではない。そのため、このようなマイクロ繊維からなるフィルターは、マイクロサイズの汚染粒子をろ過（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）することはできるが、ナノサイズの微細汚染粒子をろ過することは事実上不可能である。
【０００３】
このため、ナノサイズの繊維（不織布）を製造するための多様な方式が、開発使用されているのが現状である。有機ナノ繊維を形成する方法としては、例えば、ブロックセグメントによるナノ構造の物質形成、自己組織化（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）によるナノ構造の物質形成、シリカ触媒下で重合によるナノ繊維形成、溶融紡糸後炭化工程によるナノ繊維形成、高分子溶液または溶融体の電界紡糸によるナノ繊維形成などを挙げることができる。
【０００４】
このように製造されるナノ繊維を用いてナノ繊維フィルターを実現する場合、マイクロ繊維フィルターに比べて、非ターゲット（ｎｏｎ−ｔａｒｇｅｔ）が極めて大きく、表面官能基（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｐｓ）に対する柔軟性に優れ、ナノレベルの気孔を有するため、有害な粒子やガスなどを効率的に除去することができる。
【０００５】
しかし、ナノ繊維を用いたフィルターは、生産コストが極めて高く、生産のための様々な条件などを合わせるのが難しいため、相対的に低いコストで生産普及することができないという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノ繊維を用いたフィルターを実現する際には、上述した高いコストはもとより、差圧とろ過効率に関する問題が発生する可能性もある。よって、従来のマイクロ繊維製造技術とナノ繊維製造技術を融合することにより、コスト競争力はもとより差圧とろ過効率に関する問題を解決し、さらに高効率及び高機能が保障できる機能性フィルターが希求されている。かかる機能性フィルターは、産業分野全般に極めて有効に利用できると考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させ、高効率、高機能性及び抗菌性を実現することが可能な、新規かつ改良されたナノ素材を用いた複合繊維フィルター、ナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造装置及びナノ素材を用いた複合繊維フィルターの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上説明したように、本発明の目的は、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させて高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルター及びその製造装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させた複合繊維フィルターを高い生産性で製造できる複合繊維フィルターの製造装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、浄水フィルター用として高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルター及びその製造装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
そこで、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複合繊維フィルターの製造方法において、一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、溶融紡糸機で溶融紡糸してマイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層を形成し、前記マイクロ繊維層上に、電界紡糸（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ）可能な所定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成することを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００１２】
前記溶融紡糸機及び電界紡糸機を用いて前記マイクロ繊維層と前記ナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成して、多層化してもよい。
【００１３】
前記高分子樹脂溶液には、前記高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の分散剤含有銀ナノ粒子が混合されてもよい。
【００１４】
前記ナノ繊維層の気孔率を、３０〜７０％とし、前記ナノ繊維層の純粋密度を、０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３としてもよい。
【００１５】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、ポリアクリロニトリル樹脂又はポリアミド樹脂（ナイロン６等のナイロン樹脂）のいずれか一方から形成されてもよい。
【００１６】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン及びニトロセルロースからなる群より選択されたいずれか１種から形成されてもよい。
【００１７】
前記溶融紡糸されるマイクロ繊維糸は、ポリプロピレン成分を含み、前記ポリプロピレンの質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子が混合されてもよい。
【００１８】
前記成形棒は、３０〜５０ｒｐｍで回転駆動してもよい。
【００１９】
前記溶融紡糸機の溶融紡糸条件において、紡糸ノズル直径は０．１〜０．３ｍｍであり、
紡糸距離は８０〜２３０ｍｍであってもよい。
【００２０】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、高分子樹脂溶液における高分子樹脂濃度、高分子樹脂溶液の紡糸速度、印加電圧、紡糸距離が含まれてもよい。
【００２１】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、銀濃度がさらに含まれてもよい。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上述の製造方法によって製造される複合繊維フィルターが提供される。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、複合繊維フィルターの製造方法において、一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、前記第１マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な一定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成し、前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を形成し、前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成されることを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、複合繊維フィルターの製造装置において、一端が接地された導電性材質の成形棒を、駆動部によって回転駆動可能に構成し、前記成形棒近傍に一つ以上の溶融紡糸機と電界紡糸機を設置して、前記溶融紡糸機の溶融紡糸と電界紡糸機の電界紡糸とにより、前記成形棒上に、マイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層とナノ繊維糸からなるナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成することを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置が提供される。
【００２５】
第１溶融紡糸機及び電界紡糸機のそれぞれの対応位置には、前記成形棒と圧着回転可能な冷間圧延ロールがそれぞれ設けられてもよい。
【００２６】
前記ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置は、前記交互に連続的に積層形成された円筒状繊維層を所定の有効長さに切断する切断機をさらに備えてもよい。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、複合繊維フィルターの製造方法において、回転駆動される成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、前記第１マイクロ繊維層上に、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維糸からなる平面状ナノ繊維不織布を一定の厚さに巻いたナノ繊維層を積層形成し、前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を積層形成し、前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成されることを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、マイクロ繊維不織布上に電界紡糸方式によりナノ繊維不織布を形成して積層（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）した後、前記マイクロ繊維不織布及び前記ナノ繊維不織布を一定の厚さになるまで円筒状に巻いてナノ複合浄水フィルターを製造し、前記ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合した繊維であり、前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、前記ナノ繊維不織布の純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とすることを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【００２９】
上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維からなり、気孔率が３０〜７０％であり、純粋密度が０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３である平面状ナノ繊維不織布を、平面状マイクロ繊維不織布と交互に重ねて多層化した後、折り曲げて円筒状のナノ複合繊維フィルターを製造することを特徴とする、複合繊維フィルターの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ナノ繊維とマイクロ繊維を複合させて高効率、高機能性及び抗菌性を有する複合繊維フィルターを実現することができ、かかる複合繊維フィルターは、浄水用フィルターとしての用途やその他の用途にも用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３２】
本発明では、ナノ繊維不織布とマイクロ繊維をハイブリッド化して、微細な気孔を持ちながらも圧力の増加をもたらさない、新しい形態の高効率・高機能性複合繊維フィルターを実現する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置１００の構成図であり、図２は、同実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置１００によって製造される円筒状複合繊維フィルター２００の斜視図である。
【００３４】
本実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置１００は、図１に示すように、成形棒２を有する駆動部４、第１及び第２溶融紡糸機６、１０、電界紡糸機８、冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂ及び切断機１４を備え、自動化工程による連続的製造が可能である。
【００３５】
駆動部４は、複合繊維フィルターの製造装置１００内の制御部の制御下で、成形棒２を回転駆動させる。また、駆動部４は、成形棒２に既に形成された繊維層に対する水平移送が必要とされるとき、制御部の制御下で成形棒２内の凹片（ｒｅｃｅｓｓｅｄ ｐｉｅｃｅ）を突出させて、冷間圧延ロール１２ａからの送風力作用により、成形棒２上に形成された繊維層を一側に徐々に水平移送させる。
【００３６】
成形棒２は、第１及び第２溶融紡糸機６、１０のコレクターとしての役割と、電界紡糸機８のコレクターとしての役割とを担当する。このために、棒体が導電性材質からなり、一端が接地される。また、成形棒２は、成形棒２上に形成された繊維層が一側に水平移送可能となるように、表面がスムーズになっている。
【００３７】
前記成形棒２は、駆動部４の制御下で第１及び第２溶融紡糸機６、１０による溶融紡糸と電界紡糸機８による電界紡糸とを両方とも収容できるようにする回転速度、好ましくは３０〜５０ｒｐｍで低速回転する。また、フィルターの生産速度をさらに高める必要がある場合は、第１及び第２溶融紡糸機６、１０の作動時の成形棒２の回転速度を、電界紡糸機８の作動時の成形棒２の回転速度に比べて、相対的に上げる。
【００３８】
第１及び第２溶融紡糸機６、１０は、マイクロメートル単位（マイクロメートルオーダーの）繊維糸をエアブロン（ａｉｒ ｂｌｏｗｎ）方式で溶融紡糸する装置であり、電界紡糸機８は、ナノメートル単位（ナノメートルオーダーの）繊維糸を電界紡糸する装置である。第２溶融紡糸機１０は、第１溶融紡糸機６と同様にマイクロメートル単位の繊維糸を溶融紡糸するが、第１溶融紡糸機６よりも相対的に大きな径の繊維糸を溶融紡糸するように構成することが好ましい。
【００３９】
電界紡糸機８は、金属注射針紡糸口を有する注射器（ｓｙｒｉｎｇｅ）を含む注射器ポンプと、一端が接地された、成形棒２としてのコレクター部と、０〜４０ｋＶの高圧電場を注射器ポンプ及びコレクター部に印加する高圧電源装置とで構成される。電界紡糸機８から、正（＋）に帯電した高分子溶液が、注射器の金属注射針紡糸口とコレクター部の成形棒２との間にかけられた高圧電場により延伸紡糸されることで、ナノ繊維が成形棒２上に形成される。
【００４０】
第１溶融紡糸機６及び電界紡糸機８のそれぞれの対応位置には、成形棒２と圧着回転（接触回転）可能な冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂがそれぞれ設けられる。これらの冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂは、成形棒２に形成された繊維層の表面を所定の圧力で加圧して、密度を密にかつ均一にする機能と、送風冷却させる機能とを備える。特に、両冷間圧延ロール１２ａ、１２ｂのうち第１溶融紡糸機６に対応した冷間圧延ロール１２ａは、テーパ部を有するボビンで構成し、成形棒２に形成された繊維層が成形棒２内の凹片の突出によって浮き上がるときに傾斜送風することで、その繊維層を押し出して、徐々に水平移送させる。冷間圧延ロール１２ｂは、円柱状のロールである。
【００４１】
切断機１４は、成形棒２上に積層形成され、押し出され続けて移送された繊維フィルター層を、内部カッターによって所定の有効長さに切断し、図２に示す円筒状複合繊維フィルター２００を完成させる。
【００４２】
複合繊維フィルターの製造装置１００の制御部は、駆動部４を制御して成形棒２を３０〜５０ｒｐｍの範囲で所定の回転速度で回転させ、先ず第１溶融紡糸機６のみを作動させてエアブロン溶融紡糸方式でマイクロメートル単位の繊維糸を成形棒２に紡糸させることにより、図２に示す内側のマイクロ繊維層２０を形成する。このとき、冷間圧延ロール１２ａは、成形棒２と接触回転しながら、形成中の内側マイクロ繊維層２０を圧迫する。
【００４３】
内側マイクロ繊維層２０が所定の厚さ（移送制御に移行する厚さ）に形成されると、制御部は駆動部４を制御して、成形棒２内の凹片を外部に突出させ、形成中の内側マイクロ繊維層２０を微細に浮き上がらせる。この際、テーパ付き冷間圧延ロール１２ａからの傾斜送風力により、成形棒２上に形成された内側マイクロ繊維層２０が、一側に徐々に水平移送される。このとき、第１溶融紡糸機６は、マイクロメートル単位の繊維糸を溶融紡糸し続け、一方、電界紡糸機８及び第２溶融紡糸機１０は、制御部の制御下で作動しはじめ、電界紡糸及び溶融紡糸を行う。
【００４４】
電界紡糸機８の電界紡糸及び第２溶融紡糸機１０の溶融紡糸により、内側マイクロ繊維層２０上には、図２に示すようにナノ繊維層２２及び外側マイクロ繊維層２０が順に積層形成される。この繊維層が徐々に水平移送されて切断機１４内に入ると、切断機１４内の内部カッターが前記円筒状の繊維層を所定の有効長さに切断し、図２に示す円筒状複合繊維フィルター２００が得られる。
【００４５】
本実施形態において、図１に示す複合繊維フィルターの製造装置１００は、２台の溶融紡糸機と電界紡糸機を採用して円筒状複合繊維フィルター２００を製作したが、一方、複合繊維フィルターの製造装置１００が多数の溶融紡糸機と電界紡糸機を採用し、図３に示すようにマイクロ繊維層２０とナノ繊維層２２を交互に積層して多層化することもできることは、当業者にとっては明らかなことである。
【００４６】
特に、図２及び図３において、ナノ繊維層２２を構成する本実施形態に係るナノ繊維は、繊維糸の直径が数ｎｍ〜数百ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜８００ｎｍである。このようなナノ繊維糸は、極細であって大きな表面積と優れた柔軟性を有し、圧着加工に容易であり、フィルター用素材に適する。そこで、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層２２は、多数の気孔を有するため、低い圧力で微細粒子をほとんど除去することができる。
【００４７】
本実施形態に係るナノ繊維層２２の厚さは、数μｍ〜数百μｍの範囲内であり、製造者は、該当フィルターのフィルター効率を考慮して、前記範囲内で適切に設定することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係るナノ繊維層２２は、浄水用フィルターとして用いる際には、平均気孔直径を１〜３．５μｍとし、気孔率を３０〜７０％とし、純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とし、見掛密度を０．１８〜０．３５ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。
【００４９】
本発明では、ナノ繊維を用いたフィルターを実現するにあたって、マイクロ繊維製造技術とナノ繊維製造技術を融合してコスト競争力を持ちながらも差圧とろ過効率に関する問題を解決し、さらに高効率及び高機能を保障すると共に抗菌性を有する機能性フィルターを実現するために、下記のような原料素材と紡糸機の各種パラメーターを考慮する必要がある。
【００５０】
マイクロ繊維層２０には、溶融紡糸機からの溶融紡糸が可能である合成樹脂材質として、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン、ポリオレフィンなどを用いることが可能であり、中でもポリプロピレン（ＰＰ）を採用することが好ましい。
【００５１】
そして、ナノ繊維層２２には、電界紡糸を可能にする一定以上の誘電率（所定の値以上の誘電率）を有する高分子樹脂を採用することが好ましい。
【００５２】
ナノ繊維層２２を構成する一定以上の誘電率を有する高分子樹脂には、水を含む有機溶媒に溶解可能な高分子樹脂として、例えば、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）樹脂またはポリアミド（ナイロン６等のナイロン繊維）を採用することが好ましい。
【００５３】
水を含む有機溶媒に溶解可能な高分子樹脂の他の例としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン、ニトロセルロースなどが挙げられる。上記例のうち、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ニトロセルロースは、耐水性及び耐化学性（耐アルカリ性、耐酸性など）に優れているので、浄水用フィルターのナノ繊維層２２に好適に適用することができる。
【００５４】
また、マイクロ繊維層２０及びナノ繊維層２２を形成するにあたり、高効率と高機能を保障すると共に抗菌性を付与するために、本実施形態では、ナノ銀粒子を混合することが好ましい。つまり、マイクロ繊維糸の溶融のための溶融紡糸機には、ポリプロピレンチップが投入されて溶融するが、本実施形態では、該ポリプロピレンチップにナノ銀粒子を含ませる。ナノ銀粒子は、ポルリプロピレンチップの融点よりも遥かに低い温度で溶融する。
【００５５】
また、ナノ繊維糸を電界紡糸するための注射機内の高分子樹脂溶液にも、ナノ銀粒子を含ませる。つまり、ナノ銀粒子が溶融紡糸機内及び注射機内に混合されているときに分散分布されることが極めて重要であり、このためにはアルコールのような溶媒を添加する必要がある。しかしながら、アルコールのような溶媒は、銀粒子の部分的沈澱を起こすので、本実施形態においては、アルコールのような溶媒を用いることなく分散分布が可能なナノ銀粒子を用いる。前記ナノ銀粒子は、分散剤を有する（分散剤を含有する）ナノ銀粒子である。
【００５６】
一方、従来、ナノ銀粒子を分散するためにアルコール溶媒を用いた場合は、銀含有量が高分子樹脂の質量に対して、約０．１ｍａｓｓ％しか及ばないことから、抗菌性に劣った。もし、抗菌性を高めるために０．１ｍａｓｓ％を遥かに超えるナノ銀粒子を混合すると、沈澱が発生した。
【００５７】
これに対し、本実施形態に係る自体分散剤含有ナノ銀粒子を用いた場合は、高分子樹脂の質量に対して、１ｍａｓｓ％まで混合することができる。ナノ銀粒子をそれ以上混合することは意味がない。というのは、高分子樹脂の質量に対して、約０．５ｍａｓｓ％のナノ銀粒子を混合するだけで、ほぼ１００％に近い抗菌性を発揮することができるからである。
【００５８】
したがって、本実施形態に係る自体分散剤含有ナノ銀粒子は、好ましくは高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の範囲で混合し、さらに好ましくは高分子樹脂の質量に対して、０．３ｍａｓｓ％〜０．６ｍａｓｓ％の範囲で混合する。
【００５９】
抗菌性を付与するためのナノ銀粒子の混合にあたり、前記混合割合を、マイクロ繊維糸及びナノ繊維糸の双方に適用することができ、必要に応じて、マイクロ繊維糸またはナノ繊維のどちらか一方にのみ適用することもできる。また、どちらか一方にのみ適用する際には、相対的に高い表面積と空隙率を有するナノ繊維糸に適用することが好ましい。
【００６０】
マイクロ繊維層２０及びナノ繊維層２２を形成するにあたり、フィルターの諸機能を充分に発揮するためには、繊維糸を均一に製造し、さらに可能な限り細く製造することが極めて重要である。
【００６１】
先ず、マイクロ繊維層２０を形成するにあたり、ポリプロピレンマイクロ繊維糸を均一に且つ従来よりも細くするためには、溶融紡糸機６、１０の紡糸ノズルの直径、紡糸温度、紡糸距離などのパラメーターを考慮する必要がある。本願発明者らは、これらパラメーターを変えて、最適の溶融紡糸条件を確立した。
【００６２】
本願発明者らは、円筒状複合繊維フィルター２００を浄水用フィルターとして実現するための実験を行った。浄水用フィルターは、浄水作業時に加えられる圧力に耐えられる強度を有し、均一な平均直径を有することが好ましい。
【００６３】
浄水用フィルターの実現に考慮されるパラメーターのうち、紡糸温度は２８０℃〜３００℃とすることが好ましく、紡糸距離はマイクロ繊維の均一性確保に求められる変数ではないことが確認された。
【００６４】
しかしながら、紡糸ノズルの直径は、マイクロ繊維の均一性確保に求められる極めて重要な変数であることが確認された。このとき、紡糸ノズルの直径は、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．３ｍｍの範囲内でも低い方に向かうほど均一性確保にさらに有利であることが確認された。
【００６５】
実験例として、紡糸ノズルの直径を０．２ｍｍとし、紡糸距離を少しずつ調節しながら溶融紡糸をした結果、平均直径１２〜１７μｍの均一なマイクロ繊維を得ることができた。このとき、紡糸距離が増えるほどマイクロ繊維糸の直径が細くなることが確認され、また、生産効率を最適化するためには、比較的紡糸距離を短縮することが好ましいことが確認された。紡糸距離の範囲は、一例として、約８０ｍｍ〜２３０ｍｍである。
【００６６】
本実施形態に係るマイクロ繊維層２０を構成するマイクロ繊維糸は、前記１２〜１７μｍの平均直径を持ちながらも均一にすることができ、従来の浄水用フィルターを構成するマイクロ繊維糸の通常の直径、例えば２３〜５０μｍよりも格段に細くなり、従来に比べて相対的に大きな表面積、優れた柔軟性を有する。
【００６７】
次に、本実施形態に係るナノ繊維層２２を形成するにあたり、一定以上の誘電率を有する高分子樹脂のナノ繊維糸を均一に紡糸し、再現性を高めるための、電界紡糸機８の電界紡糸条件を構成するパラメーターを考慮しなければならない。パラメーターとしては、電圧、紡糸距離、紡糸速度、高分子樹脂液の濃度などが挙げられる。
【００６８】
本発明の実施例では、一定以上の誘電率を有する高分子樹脂の好適な例であるポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）樹脂またはポリアミド（ナイロン６等のナイロン樹脂）のうち、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）樹脂を溶解させるための溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ：ＤＭＦ）を用い、ポリアミド（ナイロン６）を溶解させるための溶媒としては、ギ酸（ｆｏｒｍｉｃ ａｃｉｄ）を用いた。
【００６９】
本願発明者らは、円筒状複合繊維フィルター２００を浄水用フィルターとして実現するためのナノ繊維形成実験を行った。実験は、浄水用フィルターのナノ繊維層２２を形成するための高分子樹脂として、ポリアクリロニトリル樹脂を用いた場合と、ポリアミド（ナイロン６）を用いた場合とに分けて行った。
【００７０】
先ず、高分子樹脂としてポリアクリロニトリル樹脂を用いた場合の実験例を説明する。
【００７１】
ポリアクリロニトリルＰＡＮ樹脂がＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶媒に溶解することで、ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液（高分子溶液）が得られる。このとき、該ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液を電界紡糸するに当たって考慮すべき重要なパラメーターは、ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液における濃度、ＰＡＮ／ＤＭＦ溶液の紡糸速度、印加電圧、紡糸距離などであることが実験により確認された。
【００７２】
このとき、ナノ繊維の直径は、溶液における濃度と溶液の紡糸速度が減少するほど減少し、印加電圧と紡糸距離が増加するほど減少する傾向を示した。
【００７３】
浄水用フィルターとして最適化されたナノ繊維の例は、下記の通りである。
【００７４】
（１）平均直径６００ｎｍのＰＡＮナノ繊維
電界紡糸条件のパラメーターにおいて、溶液における濃度は１２ｍａｓｓ％、溶液の紡糸速度は１．２ｍＬ／ｈ、印加電圧は１５ｋＶ、紡糸距離は１５ｃｍである。
【００７５】
（２）平均直径３００ｎｍのＰＡＮナノ繊維
電界紡糸条件のパラメーターにおいて、溶液における濃度は１０ｍａｓｓ％、溶液の紡糸速度は１．２ｍＬ／ｈ、印加電圧は１５ｋＶ、紡糸距離は１３ｃｍである。
【００７６】
前記最適化されたＰＡＮナノ繊維のうち、平均直径約３００ｎｍのＰＡＮナノ繊維は、繊維形状が均一であり、ビードの混在がなく、再現性に優れているという利点がある。また、平均直径約６００ｎｍのＰＡＮナノ繊維のシートは、操作が簡便であり、厚さ調節が簡単であって、ナノ／マイクロ複合繊維フィルターに最も好適に適用することができる。なお、前記ＰＡＮナノ繊維は、炭素ナノ繊維製造工程などに容易に適用することができる。
【００７７】
次に、高分子樹脂がポリアミド（ナイロン６）である場合の実験例を説明する。
【００７８】
ポリアミド（ナイロン６）をギ酸溶媒に溶解させて高分子溶液を得、多様な条件下で電界紡糸を行った。実験の結果、優れた再現性を有する均一なナノ繊維を得るためには、電界紡糸の条件のパラメーターのうち、電圧は１０〜１９ｋＶ、紡糸距離は８〜２０ｃｍ、紡糸速度は０．１〜０．３ｍＬ／ｈ、高分子濃度は溶媒の１５〜２６ｍａｓｓ％とすることが好ましいことが確認された。
【００７９】
前記電界紡糸条件下で電界紡糸を行い、平均直径約２００ｎｍのポリアミド（ナイロン６）ナノ繊維を製造することができた。
【００８０】
本実施形態においては、マイクロ繊維層２０及びナノ繊維層２２に抗菌性を付与するために、ナノ銀を添加して紡糸を行った。
【００８１】
ナノ銀添加の際、繊維糸の紡糸が円滑に行われるかどうかを確認し、さらに紡糸が円滑に行われるとしても得られた繊維糸が抗菌性を有するかどうかを確認しなければならない。
【００８２】
本願発明者らは、例えば、ポリアミド（ナイロン６）に粒径１０〜２０ｎｍのナノ銀を添加して、電界紡糸機を用いて抗菌性ナノ繊維を製造することができた。実験の結果、電界紡糸機の印加電圧が高くなるほどナノ繊維糸の太さは細くなることが確認され、一方、銀濃度の変化によるナノ繊維の形態変化がないことから、問題がないことが確認された。
【００８３】
その後、得られたポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸不織布に対して、銀成分の含有有無と、抗菌作用の有無とを確認するための実験を行った。
【００８４】
図４Ａ及び図４Ｂは、ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＴＥＭ分析イメージを示す図であり、図５は、ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｏｐｙ）分析イメージを示す図である。図４Ａ及び図４Ｂでは、ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸の表面及びその内部に粒径１０〜２０ｎｍの銀粒子が浸透し分散されていることが確認でき、図５では、ナノ繊維糸に銀成分が含まれていることがスペクトルから確認できる。
【００８５】
本願発明者らは、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）と肺炎桿菌（Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｎｉａ）を用いた抗菌性実験を行った。黄色ブドウ球菌は陽性菌の一例であり、肺炎桿菌は陰性菌の一例である。
【００８６】
図６Ａは、黄色ブドウ球菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフであり、図６Ｂは、肺炎桿菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフである。
【００８７】
図６Ａ及び図６Ｂのグラフを参照すると、黄色ブドウ球菌及び肺炎桿菌を用いた抗菌性実験において、銀含有量が１０００ｐｐｍ以上であれば、９０％以上の抗菌性（Ｇｒｏｗｔｈ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ）を示していることが確認できる。このとき、抗菌性［％］は（Ａ−Ｂ／Ａ）＊１００の式で算出される（ここで、Ａは一般不織布で培養算出した生菌の数であり、Ｂは銀含有ナノ繊維不織布で培養算出した生菌の数である）。前記銀含有量１０００ｐｐｍは、高分子樹脂の質量に対して、約０．３ｍａｓｓ％に該当する値である。
【００８８】
抗菌効果においては、抗菌性が約２０〜３０％であればあまり効果がないとされ、９０％以上であれば効果が極めて良いとされる。よって、本発明の銀含有ナノ繊維不織布は、銀含有量が１０００ｐｐｍ以上であるとき優れた抗菌効果が得られることがわかる。
【００８９】
図７Ａ及び図７Ｂは、黄色ブドウ球菌と肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す図である。図７Ａは、黄色ブドウ球菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す写真であり、図７Ｂは、肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す写真である。
【００９０】
図７Ａ及び図７Ｂにおいて、‘Ｎ’表示の試料不織布は、一般ナノ繊維不織布（左側）であり、表示無しの試料不織布（右側）は、約１５００ｐｐｍの銀を含有した銀含有ナノ繊維不織布である。
【００９１】
図７Ａ及び図７Ｂから、銀含有ナノ繊維不織布（右側）にはその周辺にも菌が生息及び増殖できないことが確認される。
【００９２】
図８は、本実施形態によってマイクロ繊維層２０上にナノ繊維が電界紡糸されてナノ繊維層２２が形成されたことを示すＳＥＭイメージ写真であり、図９Ａ〜図９Ｃは、内側のマイクロ繊維層２０上にナノ繊維層２２と外側のマイクロ繊維層２０が順に積層形成されたことを示す部分断面写真である。
【００９３】
本願発明者らは、従来のマイクロフィルターと図２の円筒状複合繊維フィルター２００を用いて粒径によるろ過率を実験で求め、その結果を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。
【００９４】
図１０Ａのテーブル及び図１０Ｂのグラフにおいて、「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は従来のマイクロフィルターであり、「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は図２の円筒状複合繊維フィルター２００のサンプルである。両方を比較すると、円筒状複合繊維フィルター２００のサンプルである「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は０．１μｍの粒子をほとんど９９％以上がろ過するのに対し、従来のマイクロフィルターである「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」は３μｍ以上の粒子であっても約８０％しかろ過できないことが確認される。
【００９５】
このような比較から、本実施形態に係る円筒状複合繊維フィルター２００の優れたろ過効率が証明される。
【００９６】
また、本願発明者らは、従来のマイクロフィルターの流量（流速）による圧力損失と、図２の円筒状複合繊維フィルター２００の流量（流速）による圧力損失とを実験で求め、その結果を図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。前記圧力損失は、フィルターに入る流量の圧力とフィルターから吐き出される流量の圧力間の差を意味するものであり、その数値が低いほど良い。
【００９７】
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、従来のマイクロフィルター「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の流量（流速）による圧力損失と、本実施形態に係る複合繊維フィルター「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の流量（流速）による圧力損失とは、流量（流速）１２〜１８Ｌ／ｍｉｎでは大差がない。特に、一般水道水における流量（流速）が１２Ｌ／ｍｉｎ程度となるが、ここで、従来のマイクロフィルター「デジンマイクロフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の圧力損失は０．０１５であり、本発明の複合繊維フィルター「デジンナノフィルター（Ｄａｅｊｉｎ ｎａｎｏ ｆｉｌｔｅｒ）」の圧力損失（差圧）は０．０２１である。
【００９８】
したがって、本実施形態に係る複合繊維フィルターは、一般水道水の場合、従来のマイクロフィルターと類似した差圧を有するので、性能が良好である。一般水道水における逆浸透圧方式のフィルターの差圧が数十Ｌ／ｍｉｎであることを考慮すると、本実施形態に係る複合繊維フィルターの差圧性能は大幅に改善されたことがわかる。
【００９９】
本実施形態に係る円筒状複合繊維フィルターは、円筒面を長さ方向に切開して展開すると、平面状の複合繊維フィルターが得られる。
【０１００】
また、本実施形態に係る複合繊維フィルターは、浄水用はもとより空気清浄用及びその他濾材用に直接的に或いは応用して適用することができ、これは本技術分野で通常の知識を有する者にとっては明らかなことである。
【０１０１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０２】
例えば、本発明では、マイクロ繊維不織布とナノ繊維の複合化方法として、上述した連続工程により複合繊維フィルターを製造する方法以外の他の例を挙げると、平面状ナノ繊維不織布を別途の工程で大量生産し、図１の成形棒２上に形成されたマイクロ繊維層２０上に一定の厚さに巻き取った後、さらに図１のマイクロ繊維溶融紡糸機を用いてマイクロ繊維層を交互に積層形成する方法があり、この方法で複合繊維フィルターを製造することもできる。
【０１０３】
このとき、成形棒２は必ずしも導電性材質であるとは限らず、また、前記別途に生産する平面状ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、本発明による高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合してなるものであり、さらに、前記平面状ナノ繊維不織布は、気孔率３０〜７０％、純粋密度０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【０１０４】
また、本発明のまた他の実施例によれば、スパンボンド不織布（ｓｐｕｎｂｏｎｄ）のようなマイクロ繊維不織布上に、電界紡糸方式で本発明のナノ繊維不織布を形成して積層（ラミネーション）した後、これらを一定の厚さになるまで円筒状に巻いてナノ複合浄水フィルターを製造することもできる。このとき、前記ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合した繊維であり、前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする。
【０１０５】
さらに、本発明では、平面状ナノ繊維不織布と平面状マイクロ繊維不織布とを交互に重ねて多層化した後、折り曲げて蛇腹状にした円筒状のナノ複合繊維フィルターを製造することができる。このとき、ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維糸であり、前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合繊維フィルターの製造装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る円筒状複合繊維フィルターの斜視図である。
【図３】ナノ繊維層が多層化された一例を示す円筒状複合繊維フィルターの断面図である。
【図４Ａ】ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＴＥＭ分析イメージを示す図である。
【図４Ｂ】ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＴＥＭ分析イメージを示す図である。
【図５】ポリアミド（ナイロン６）／銀ナノ繊維糸に対するＥＤＳ分析イメージを示す図である。
【図６Ａ】黄色ブドウ球菌及び肺炎桿菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフである。
【図６Ｂ】黄色ブドウ球菌及び肺炎桿菌を用いた抗菌性実験結果を示す棒グラフである。
【図７Ａ】黄色ブドウ球菌と肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す図である。
【図７Ｂ】黄色ブドウ球菌と肺炎桿菌を用いたナノ繊維の抗菌ゾーン試験結果を示す図である。
【図８】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層が積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ写真である。
【図９Ａ】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層と外側のマイクロ繊維層が順に積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ部分断面写真である。
【図９Ｂ】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層と外側のマイクロ繊維層が順に積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ部分断面写真である。
【図９Ｃ】内側のマイクロ繊維層上にナノ繊維層と外側のマイクロ繊維層が順に積層形成されたことを示すＳＥＭイメージ部分断面写真である。
【図１０Ａ】従来のフィルターの粒径によるろ過率と同実施形態に係る複合繊維フィルターの粒径によるろ過率とを実験で求め、その結果を示す図である。
【図１０Ｂ】従来のフィルターの粒径によるろ過率と同実施形態に係る複合繊維フィルターの粒径によるろ過率とを実験で求め、その結果を示す図である。
【図１１Ａ】従来のフィルターの流量（流速）による圧力損失と同実施形態に係る複合繊維フィルターの流量（流速）による圧力損失とを実験で求め、その結果を示す図である。
【図１１Ｂ】従来のフィルターの流量（流速）による圧力損失と同実施形態に係る複合繊維フィルターの流量（流速）による圧力損失とを実験で求め、その結果を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合繊維フィルターの製造方法において、
一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、溶融紡糸機で溶融紡糸してマイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層を形成し、
前記マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な所定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成する
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項２】
前記溶融紡糸機及び電界紡糸機を用いて前記マイクロ繊維層と前記ナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成して、多層化する
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項３】
前記高分子樹脂溶液には、
前記高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の分散剤含有銀ナノ粒子が混合される
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項４】
前記ナノ繊維層の気孔率を、３０〜７０％とし、
前記ナノ繊維層の純粋密度を、０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項５】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、
ポリアクリロニトリル樹脂又はポリアミド樹脂のいずれか一方からなる
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項６】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、
ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン及びニトロセルロースからなる群より選択されたいずれか１種からなる
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項７】
前記溶融紡糸されるマイクロ繊維糸は、ポリプロピレン成分を含み、
前記ポリプロピレンの質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子が混合される
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項８】
前記成形棒は、３０〜５０ｒｐｍで回転駆動する
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項９】
前記溶融紡糸機の溶融紡糸条件において、
紡糸ノズル直径は０．１〜０．３ｍｍであり、
紡糸距離は８０〜２３０ｍｍである
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１０】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、
高分子樹脂溶液における高分子樹脂濃度、高分子樹脂溶液の紡糸速度、印加電圧、紡糸距離が含まれる
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１１】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、銀濃度がさらに含まれる
ことを特徴とする、請求項１０に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１２】
請求項１または３に記載の製造方法によって製造されることを特徴とする、複合繊維フィルター。
【請求項１３】
複合繊維フィルターの製造方法において、
一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、
前記第１マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な一定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成し、
前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を形成し、
前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成される
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１４】
複合繊維フィルターの製造装置において、
一端が接地された導電性材質の成形棒を、駆動部によって回転駆動可能に構成し、
前記成形棒近傍に一つ以上の溶融紡糸機と電界紡糸機を設置して、
前記溶融紡糸機の溶融紡糸と電界紡糸機の電界紡糸とにより、前記成形棒上に、マイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層とナノ繊維糸からなるナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成する
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置。
【請求項１５】
第１溶融紡糸機及び電界紡糸機のそれぞれの対応位置には、
前記成形棒と圧着回転可能な冷間圧延ロールがそれぞれ設けられる
ことを特徴とする、請求項１４に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置。
【請求項１６】
前記交互に連続的に積層形成された円筒状繊維層を所定の有効長さに切断する切断機をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１４または１５に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置。
【請求項１７】
複合繊維フィルターの製造方法において、
回転駆動される成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、
前記第１マイクロ繊維層上に、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維糸からなる平面状ナノ繊維不織布を一定の厚さに巻いたナノ繊維層を積層形成し、
前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を積層形成し、
前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成される
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１８】
マイクロ繊維不織布上に電界紡糸方式によりナノ繊維不織布を形成して積層した後、前記マイクロ繊維不織布及び前記ナノ繊維不織布を所定の厚さになるまで円筒状に巻いてナノ複合浄水フィルターを製造し、
前記ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合した繊維であり、
前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、前記ナノ繊維不織布の純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１９】
高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維からなり、
気孔率が３０〜７０％であり、純粋密度が０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３である平面状ナノ繊維不織布を、平面状マイクロ繊維不織布と交互に重ねて多層化した後、折り曲げて円筒状のナノ複合繊維フィルターを製造する
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１】
複合繊維フィルターの製造方法において、
一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、溶融紡糸機で溶融紡糸してマイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層を形成し、
前記マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な所定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成する
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項２】
前記溶融紡糸機及び電界紡糸機を用いて前記マイクロ繊維層と前記ナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成して、多層化する
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項３】
前記高分子樹脂溶液には、
前記高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の分散剤含有銀ナノ粒子が混合される
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項４】
前記ナノ繊維層の気孔率を、３０〜７０％とし、
前記ナノ繊維層の純粋密度を、０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項５】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、
ポリアクリロニトリル樹脂又はポリアミド樹脂のいずれか一方からなる
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項６】
前記ナノ繊維糸に含まれる高分子樹脂は、
ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカプロラクトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンイミン、ポリスルホン及びニトロセルロースからなる群より選択されたいずれか１種からなる
ことを特徴とする、請求項１または３に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項７】
前記溶融紡糸されるマイクロ繊維糸は、ポリプロピレン成分を含み、
前記ポリプロピレンの質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子が混合される
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項８】
前記成形棒は、３０〜５０ｒｐｍで回転駆動する
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項９】
前記溶融紡糸機の溶融紡糸条件において、
紡糸ノズル直径は０．１〜０．３ｍｍであり、
紡糸距離は８０〜２３０ｍｍである
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１０】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、
高分子樹脂溶液における高分子樹脂濃度、高分子樹脂溶液の紡糸速度、印加電圧、紡糸距離が含まれる
ことを特徴とする、請求項１に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１１】
前記電界紡糸機の電界紡糸条件のパラメーターには、銀濃度がさらに含まれる
ことを特徴とする、請求項１０に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１２】
請求項１または３に記載の製造方法によって製造されることを特徴とする、複合繊維フィルター。
【請求項１３】
複合繊維フィルターの製造方法において、
一端が接地されて回転駆動される導電性材質の成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、
前記第１マイクロ繊維層上に、電界紡糸可能な一定の誘電率を有する高分子樹脂溶液を電界紡糸機で電界紡糸して、ナノ繊維糸からなるナノ繊維層を積層形成し、
前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を形成し、
前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成される
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１４】
複合繊維フィルターの製造装置において、
一端が接地された導電性材質の成形棒を、駆動部によって回転駆動可能に構成し、
前記成形棒近傍に一つ以上の溶融紡糸機と電界紡糸機を設置して、
前記溶融紡糸機の溶融紡糸と電界紡糸機の電界紡糸とにより、前記成形棒上に、マイクロ繊維糸からなるマイクロ繊維層とナノ繊維糸からなるナノ繊維層とを交互に連続的に積層形成する
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置。
【請求項１５】
第１溶融紡糸機及び電界紡糸機のそれぞれの対応位置には、
前記成形棒と圧着回転可能な冷間圧延ロールがそれぞれ設けられる
ことを特徴とする、請求項１４に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置。
【請求項１６】
前記交互に連続的に積層形成された円筒状繊維層を所定の有効長さに切断する切断機をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１４または１５に記載のナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造装置。
【請求項１７】
複合繊維フィルターの製造方法において、
回転駆動される成形棒上に、第１溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸からなる第１マイクロ繊維層を形成し、
前記第１マイクロ繊維層上に、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維糸からなる平面状ナノ繊維不織布を一定の厚さに巻いたナノ繊維層を積層形成し、
前記ナノ繊維層上に、第２溶融紡糸機で溶融紡糸して第１マイクロ繊維糸とは異なる直径を有する第２マイクロ繊維糸からなる第２マイクロ繊維層を積層形成し、
前記各繊維層は、前記成形棒上に連続的に積層形成される
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１８】
マイクロ繊維不織布上に電界紡糸方式によりナノ繊維不織布を形成して積層した後、前記マイクロ繊維不織布及び前記ナノ繊維不織布を所定の厚さになるまで円筒状に巻いてナノ複合浄水フィルターを製造し、
前記ナノ繊維不織布を構成するナノ繊維は、高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合した繊維であり、
前記ナノ繊維不織布の気孔率を３０〜７０％とし、前記ナノ繊維不織布の純粋密度を０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３とする
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【請求項１９】
高分子樹脂の質量に対して、０．１ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の自体分散剤含有銀ナノ粒子を混合したナノ繊維からなり、
気孔率が３０〜７０％であり、純粋密度が０．１〜０．２２ｇ／ｃｍ３である平面状ナノ繊維不織布を、平面状マイクロ繊維不織布と交互に重ねて多層化した後、折り曲げて円筒状のナノ複合繊維フィルターを製造する
ことを特徴とする、ナノ繊維を用いた複合繊維フィルターの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図１０Ａ】
【図１１Ａ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図１０Ａ】
【図１１Ａ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ｂ】
【公開番号】特開２００８−９５２６６（Ｐ２００８−９５２６６Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１６２５５（Ｐ２００７−２１６２５５）
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【出願人】（５０７２８３２３０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【出願人】（５０７２８３２３０）
【Ｆターム（参考）】
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