JP4904083B2 - Apparatus for producing polymer compound fiber structure by electrospinning method - Google Patents
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Description
本発明は静電紡糸法により高分子化合物繊維構造体を製造する装置、さらに詳しくは、均一な厚みを有する高分子化合物繊維構造体を製造することが可能な装置に関する。また本発明は当該装置を用いた繊維構造体の製造方法、および該方法により得られる厚みが均一な繊維構造体に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing a polymer compound fiber structure by an electrostatic spinning method, and more particularly to an apparatus capable of producing a polymer compound fiber structure having a uniform thickness. The present invention also relates to a method for producing a fiber structure using the apparatus, and a fiber structure having a uniform thickness obtained by the method.
人工的に培養した細胞や組織を利用し、損傷を受けた臓器や骨、神経、血管等の機能を修復する「再生医療技術」が近年目覚しい進歩を遂げている。これに併せ、細胞および細胞成長因子と共に、再生医療に必要な要素とされている足場材料(Scaffold)の開発も活発化している。再生対象組織によって様々な形状の足場材料を提供する必要があり、繊維や膜、多孔体など様々な3次元構造を有する材料について検討が為されている。 In recent years, "regenerative medicine technology" that uses artificially cultured cells and tissues to repair the functions of damaged organs, bones, nerves, blood vessels, etc. has made remarkable progress. In conjunction with this, the development of scaffolding materials (Scaffold), which are considered to be necessary elements for regenerative medicine, has been activated along with cells and cell growth factors. It is necessary to provide scaffold materials of various shapes depending on the tissue to be regenerated, and materials having various three-dimensional structures such as fibers, membranes, and porous bodies have been studied.
例えば特許文献1および2では、高分子化合物含有溶液を凍結した後に真空減圧下に置き、含有溶媒を揮発させる凍結乾燥法を利用した高分子多孔体の作製方法が開示されている。これら多孔体は広大な比表面積を有する構造であり、細胞の組織形成や分化誘導、また除放薬剤の担体としても利用できるが、一般に凍結乾燥には高真空度が要求されるため、高価な真空乾燥装置や揮発した溶媒を冷却捕捉する容器等が必要となる。またこれら装置には、継続的かつ高度なメンテナンスが必要となるため、これらに要する設備コストおよび維持コストの増大を避けることはできない。
For example,
凍結乾燥法を介さずに高分子化合物の多孔体を作製する方法としては特許文献3を例示することができる。本公報によると、高分子化合物含有溶液を凍結させて凍結体を作製し、これに高分子化合物に対して貧、溶媒に対して良なる抽出溶剤を加え、当該凍結体より溶媒を除去することで、高価な凍結乾燥装置を用いることなく、安価な製造コストで多孔体を得ることができる。しかしながら本法によると、溶液に含まれる溶媒以外に抽出溶剤を加えることから、多孔体内に残留する溶媒の問題が深刻化する可能性が高く、最終的に加熱乾燥や真空乾燥等の他の乾燥方法を併用する必要が出てくる。このことは設備コストの増大だけでなく、運転コストの増大をも招く。 Patent Document 3 can be exemplified as a method for producing a porous body of a polymer compound without using a freeze-drying method. According to this publication, a frozen product is prepared by freezing a polymer compound-containing solution, and an extraction solvent that is poor with respect to the polymer compound and good with respect to the solvent is added thereto, and the solvent is removed from the frozen product. Thus, a porous body can be obtained at a low production cost without using an expensive freeze-drying apparatus. However, according to this method, since the extraction solvent is added in addition to the solvent contained in the solution, the problem of the solvent remaining in the porous body is highly likely to become serious. It becomes necessary to use the method together. This not only increases the equipment cost but also increases the operating cost.
また繊維を作製する方法としては、溶融状態の高分子化合物をノズルより紡出させ、これを大気中もしくはある種の気体中で冷却・固化させて繊維を得る「溶融紡糸法」や、高分子化合物含有溶液をノズルより紡出させ、これより溶媒成分を蒸発させて繊維を得る「乾式紡糸法」、同様にノズルより紡出された繊維状高分子化合物を凝固液中で固化させて繊維を得る「湿式紡糸法」などが一般的に知られている。 In addition, as a method of producing the fiber, a “molten spinning method” in which a polymer compound in a molten state is spun from a nozzle and cooled and solidified in the air or in a certain gas to obtain a fiber, or a polymer The compound-containing solution is spun from a nozzle, and the solvent component is evaporated from the nozzle to obtain fibers. The dry spinning method is also used to solidify the fibrous polymer compound spun from the nozzle in a coagulation liquid. The “wet spinning method” to be obtained is generally known.
さらに不織布を作製する方法としては、「乾式法」や「湿式法」の他に、溶融紡糸後に延伸・開繊の工程を経て不織布を得る「スパンボンド法」や、溶融紡糸ノズル口に高温高圧空気流を吹き当て、繊維状高分子化合物を延伸・開繊して不織布を得る「メルトブローン法」などが一般的に知られている。 In addition to the “dry method” and “wet method”, the “spunbond method” in which a nonwoven fabric is obtained through a drawing and opening process after melt spinning, and a high temperature and high pressure at the melt spinning nozzle port are also available. A “melt blow method” or the like in which a nonwoven fabric is obtained by blowing an air stream and stretching and opening a fibrous polymer compound is generally known.
細胞成長や生分解性能、また得られる繊維構造体の柔軟性の観点から、既述の再生医療の足場材料を構成する繊維としては、サブミクロンやナノスケールの直径を有する繊維が好適であると考えられているが、既述の繊維作製技術および不織布作製技術を利用して得られた繊維の直径、および不織布を構成する繊維の直径は、既存の繊維と同等の直径(数〜数十μm程度)であり、好適な直径を有する繊維を製造することは困難である。また、高圧下での高分子化合物の押し出しや繊維状高分子化合物の冷却・固化に供される設備は複雑かつ高価であり、製造コストの増大や安定した製品供給を阻害する。 From the viewpoints of cell growth and biodegradability, and the flexibility of the resulting fiber structure, fibers having submicron or nanoscale diameters are preferred as the fibers constituting the regenerative medicine scaffold described above. Though considered, the diameter of the fiber obtained by utilizing the above-described fiber manufacturing technology and nonwoven fabric manufacturing technology, and the diameter of the fiber constituting the nonwoven fabric are the same as those of existing fibers (several to several tens of μm). It is difficult to produce fibers having a suitable diameter. In addition, facilities used for extruding a polymer compound under high pressure and cooling / solidifying a fibrous polymer compound are complicated and expensive, which hinders an increase in manufacturing cost and stable product supply.
そこで、新しい紡糸技術として、特許文献4および5で例示される「静電紡糸法(electrospinning)」が注目を集めている。本法は、高分子化合物含有溶液を正または負に帯電させ、これとは逆の極性に帯電させた、もしくは接地させた繊維状高分子化合物堆積部に対し、ノズルやニードルを介して紡出する方法である。本法によると、数nmの直径を有する繊維の製造が可能となる。また、様々な形状の繊維状高分子化合物堆積部を用いることで様々な形状の繊維構造体を得ることができ、例えば平板状の堆積部を用いることで平面状の不織布が、円柱状や直方体の堆積部を用いることで3次元構造を有する繊維構造体が得られる。
Therefore, as a new spinning technique, “electrospinning” exemplified in
当該堆積部にロール状電極を用いた例が特許文献6および7に開示されている。これら公報によると、繊維の原料となる高分子化合物含有溶液を吐出する紡糸ノズル、当該ノズルに連続的に高分子化合物含有溶液を供給する供給機、および当該紡糸ノズルに対向してロール状電極が配設されており、紡糸ノズル先端に高電圧を印加することで、当該電極上に繊維構造体を得ることができる。さらにロール上で当該繊維構造体を切開することにより不織布が、また当該電極の幅方向に当該不織布を抜き取ることで円筒状の繊維構造体が得られる。
ところがこれらの手法では、一点に固定されている紡糸ノズルに対し、ロール状電極が回転軸方向に長さを有していることから、当該電極上において、当該紡糸ノズルと当該電極の距離が最も近くなる部位により多くの繊維状高分子化合物が堆積するため、最終的に当該電極上で得られる不織布や繊維構造体の厚みは不均一になりやすい。また、例示されたロール状電極のような回転体に多く見受けられる回転軸の偏心回転により、当該電極上で得られる不織布や繊維構造体の厚みはさらに不均一さを増す。 However, in these methods, since the roll electrode has a length in the rotation axis direction with respect to the spinning nozzle fixed at one point, the distance between the spinning nozzle and the electrode is the largest on the electrode. Since a large amount of fibrous polymer compound is deposited near the site, the thickness of the nonwoven fabric or fiber structure finally obtained on the electrode tends to be uneven. Further, due to the eccentric rotation of the rotating shaft often found in a rotating body such as the illustrated roll electrode, the thickness of the non-woven fabric or the fiber structure obtained on the electrode further increases non-uniformity.
さらに本手法によると、紡糸ノズルへの高分子化合物含有溶液の供給を供給機で行っているが、当該紡糸ノズルにて消費される高分子化合物含有溶液は極微量であり、当該供給機の供給精度にも依存するが、高分子化合物含有溶液の紡出量と供給量の収支を精度よく一致させることは非常に困難である。一度この収支が崩れると、高分子化合物含有溶液による紡糸ノズル先端の閉塞や液垂れといった諸問題を引き起こす可能性が高くなり、これは既述の不織布や繊維構造体の厚みの不均一さを悪化させる要因となる。 Furthermore, according to this method, the supply of the polymer compound-containing solution to the spinning nozzle is performed by the supply machine, but the amount of the polymer compound-containing solution consumed by the spinning nozzle is extremely small, and the supply of the supply machine Although it depends on the accuracy, it is very difficult to accurately match the balance between the amount of spinning and the amount of supply of the polymer compound-containing solution. Once this balance is broken, there is a high possibility of causing problems such as clogging of the spinning nozzle tip and dripping due to the polymer compound-containing solution, which worsens the uneven thickness of the nonwoven fabric and fiber structure described above. It becomes a factor to make.
このように得られる不織布や繊維構造体の厚みが不均一になると、例えばこれらをフィルター基材に用いた場合、圧力損失量が不均一になることから濾過不良を起こす可能性が高く、また既述の再生医療の足場材料に用いた場合は細胞成長や生分解性能に悪影響を及ぼす。 When the thickness of the nonwoven fabric or fiber structure obtained in this way is uneven, for example, when they are used as a filter substrate, the pressure loss amount is uneven, so there is a high possibility of causing filtration failure. When used as a scaffold for regenerative medicine as described above, it adversely affects cell growth and biodegradability.
本発明の目的は、静電紡糸法により高分子化合物繊維構造体を製造する装置、さらに詳しくは、均一な厚みを有する高分子化合物繊維構造体を製造することが可能な装置を提供することにある。また本発明は当該装置を用いた繊維構造体の製造方法、および該方法により得られる厚みが均一な繊維構造体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an apparatus for producing a polymer compound fiber structure by an electrospinning method, more specifically, an apparatus capable of producing a polymer compound fiber structure having a uniform thickness. is there. Moreover, this invention is providing the manufacturing method of the fiber structure using the said apparatus, and the fiber structure with the uniform thickness obtained by this method.
発明者らは既述の問題を解消するために鋭意検討し、以下の発明に至った。
1. 正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡糸部(A)、
(A)とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)、
紡糸部(A)を電極(B)の回転軸に対し平行に等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)とからなる、
紡糸部(A)から電極(B)に向けて高分子化合物含有溶液を吐出し、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上に当該高分子化合物よりなる繊維構造体を堆積させる繊維構造体の製造装置であって、
当該回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)は、両端が固定されており、かつ回転速度が0.5〜100rpmの範囲であり、そして
当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の外径D(mm)および回転時における該回転軸が最も歪む部分の半径方向の最大の振れ幅W(mm)が、下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする高分子化合物繊維構造体の製造装置。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3)
2. 回転軸が最も歪む部分が、当該回転する電極(B)の長さ方向の中心であることを特徴とする1に記載の製造装置。
3. 除電処理を有することを特徴とする1または2に記載の製造装置。
4. 紡糸部(A)において、紡糸部(A)と円柱状もしくは円筒状電極(B)の間に生じる電気的引力、および/または紡糸部(A)にて保持する当該高分子化合物含有溶液の液頭にかかる圧力によって、高分子化合物含有溶液を供給することを特徴とする1〜3のいずれかに記載の製造装置。
5. 当該紡糸部(A)、電極(B)、紡糸部(A)を等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)を保持する、および/または包囲する製造装置架台の構造物の体積固有抵抗率が10 10 〜10 20 Ω・mの範囲にあることを特徴とする1〜4のいずれかに記載の製造装置。
6. 正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡出部(A)より、当該部位とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)に向けて高分子化合物含有溶液を吐出し、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上に当該高分子化合物よりなる繊維構造体を堆積させ、回転軸と平行に当該繊維構造体を押し出して円筒状の繊維構造体を得ることを特徴とする繊維構造体の製造方法であって、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の回転軸に対し、当該紡出部(A)は平行に等速揺動する機能を有し、当該回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)は、両端が固定されており、かつ回転速度が0.5〜100rpmの範囲であり、さらに当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の外径D(mm)および回転時における該回転軸が最も歪む部分の半径方向の最大の振れ幅W(mm)が、下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする高分子化合物繊維構造体の製造方法。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3)
7. 当該円筒状の繊維構造体の管壁構造が蛇腹状であることを特徴とする6に記載の製造方法。
8. 当該紡出部(A)より紡出した当該高分子化合物の繊維、および/または当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上の当該高分子化合物の繊維構造体に対し、除電処理を行うことを特徴とする6または7に記載の製造方法。
9. 当該紡出部(A)の揺動範囲において、当該円筒状の繊維構造体の、50箇所以上の任意点における管壁厚みの標準偏差σ(μm)が15未満の範囲内にあることを特徴とする、6〜8のいずれかに記載の製造方法により得られる高分子化合物繊維構造体。
The inventors diligently studied to solve the above-described problems, and led to the following invention.
1. At least one spinning section (A) for spinning a polymer compound-containing solution to which a positive or negative high voltage is applied;
At least one rotating columnar or cylindrical electrode (B) to which a high voltage having a polarity opposite to that of (A) is applied or grounded;
It comprises a device (C) that swings the spinning section (A) at a constant speed parallel to the rotation axis of the electrode (B), and a rotation drive device (D) of the electrode (B).
A fiber structure that discharges a polymer compound-containing solution from the spinning section (A) toward the electrode (B) and deposits the fiber structure made of the polymer compound on the columnar or cylindrical electrode (B). Manufacturing equipment,
The rotating columnar or cylindrical electrode (B) is fixed at both ends and has a rotation speed in the range of 0.5 to 100 rpm, and the columnar or cylindrical electrode (B) The outer diameter D (mm) and the maximum deflection width W (mm) in the radial direction of the portion where the rotating shaft is most distorted during rotation satisfy the following formulas (1) to (3): Compound fiber structure manufacturing equipment.
W <5 / D (where 0 <D ≦ 10) (1)
W <D / 20 (where 10 <D ≦ 100) (2)
W <5 (where 100 <D) (3)
2. 2. The manufacturing apparatus according to 1 , wherein a portion where the rotation axis is most distorted is a center in a length direction of the rotating electrode (B) .
3. 3. The manufacturing apparatus according to 1 or 2, which has a charge removal process .
4). In the spinning section (A), the electric attractive force generated between the spinning section (A) and the columnar or cylindrical electrode (B) and / or the liquid containing the polymer compound-containing solution held in the spinning section (A) 4. The production apparatus according to any one of 1 to 3 , wherein the polymer compound-containing solution is supplied by pressure applied to the head .
5. Production of holding and / or enclosing the spinning section (A), the electrode (B), the apparatus (C) for swinging the spinning section (A) at a constant speed, and the rotation driving apparatus (D) of the electrode (B) 5. The manufacturing apparatus according to any one of 1 to 4, wherein the volume resistivity of the structure of the apparatus base is in the range of 10 10 to 10 20 Ω · m .
6). Spin at least one spinning part (A) that spins a polymer compound-containing solution to which a positive or negative high voltage is applied. The polymer compound-containing solution is discharged toward one rotating columnar or cylindrical electrode (B), and a fiber structure made of the polymer compound is deposited on the columnar or cylindrical electrode (B). A method of manufacturing a fiber structure, which is characterized by extruding the fiber structure in parallel with an axis to obtain a cylindrical fiber structure, with respect to the rotation axis of the columnar or cylindrical electrode (B), The spinning section (A) has a function of swinging at a constant speed in parallel, the rotating columnar or cylindrical electrode (B) is fixed at both ends, and the rotational speed is 0.5 to 100 rpm. And the cylinder Alternatively, the outer diameter D (mm) of the cylindrical electrode (B) and the maximum deflection width W (mm) in the radial direction of the portion where the rotation axis is most distorted during rotation satisfy the following formulas (1) to (3). A method for producing a polymer compound fiber structure, comprising:
W <5 / D (where 0 <D ≦ 10) (1)
W <D / 20 (where 10 <D ≦ 100) (2)
W <5 (where 100 <D) (3)
7). The process according to 6 you, wherein the wall structure of the cylindrical fibrous structure is a bellows.
8). Performing static elimination treatment on the fiber of the polymer compound spun from the spinning part (A) and / or the fiber structure of the polymer compound on the columnar or cylindrical electrode (B). 8. The production method according to 6 or 7,
9. In the swinging range of the spinning portion (A), the standard deviation σ (μm) of the tube wall thickness at an arbitrary point of 50 or more of the cylindrical fiber structure is within a range of less than 15. that the polymer compound fiber structure obtained by the production method according to any one of 6-8.
静電紡糸法を利用した既述の高分子化合物繊維構造体の製造装置を用いることで、均一な厚みを有する高分子化合物繊維構造体を得ることが可能となる。こうして得られた繊維構造体は、例えば再生医療に必要な要素とされている足場材料に用いることができ、その厚みが均一であることから、細胞成長や生分解性能の面で非常に効果的な材料となりうる。 By using the above-described apparatus for producing a polymer compound fiber structure using an electrostatic spinning method, a polymer compound fiber structure having a uniform thickness can be obtained. The fiber structure obtained in this way can be used, for example, as a scaffold material that is considered as an element necessary for regenerative medicine, and since its thickness is uniform, it is very effective in terms of cell growth and biodegradability. Material.
以下に本発明における製造装置について詳述する。
本発明の装置は、正または負の高電圧を印加した高分子化合物含有溶液を紡出する、少なくとも一つの紡糸部(A)、
(A)とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)、
紡糸部(A)を電極(B)の回転軸に対し平行に等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)とからなる。
The manufacturing apparatus in the present invention will be described in detail below.
The apparatus of the present invention comprises at least one spinning section (A) for spinning a polymer compound-containing solution to which a positive or negative high voltage is applied.
At least one rotating columnar or cylindrical electrode (B) to which a high voltage having a polarity opposite to that of (A) is applied or grounded;
It comprises a device (C) for swinging the spinning section (A) at a constant speed parallel to the rotation axis of the electrode (B), and a rotation drive device (D) for the electrode (B).
紡糸部(A)は紡糸ノズルを具備した高分子化合物含有溶液紡出に係る部位であり、高電圧印加が可能となるよう、当該ノズル内には高電圧印加用電極が内挿されている。
また円柱状もしくは円筒状電極(B)は、その表面上にて当該高分子化合物よりなる繊維構造体得るための金属製丸棒もしくはパイプ材である。また高電圧印加に伴って生じる電気的引力により当該高分子化合物の紡出が可能となるよう、紡糸ノズルに印加した極性とは逆の極性の電圧を印加させるか、もしくは接地させるための電極としての役割も併せ持つ。
The spinning section (A) is a part related to spinning of a polymer compound-containing solution equipped with a spinning nozzle, and a high voltage applying electrode is inserted in the nozzle so that a high voltage can be applied.
The columnar or cylindrical electrode (B) is a metal round bar or pipe material for obtaining a fiber structure made of the polymer compound on the surface thereof. In addition, as an electrode for applying a voltage having a polarity opposite to the polarity applied to the spinning nozzle or grounding the polymer compound so that the polymer compound can be spun by the electric attractive force generated by applying a high voltage. Also has a role.
また紡糸部(A)を電極(B)の回転軸に対し平行に等速揺動させる装置(C)は、当該紡糸部(A)を水平揺動させるべく具備された紡糸ノズル揺動用モーターを主とする装置であり、当該紡糸部(A)は当該揺動用モーター上に固定されている。
また電極(B)の回転駆動装置(D)は、その中心に回転軸が具備された回転モーターであり、当該回転軸と当該電極(B)をカップリングで接続し、当該回転軸を回転させることにより、当該電極(B)を当該回転軸と同等に回転せしめる装置である。
The apparatus (C) for swinging the spinning section (A) at a constant speed parallel to the rotation axis of the electrode (B) includes a spinning nozzle swing motor provided to swing the spinning section (A) horizontally. The spinning device (A) is fixed on the swinging motor.
The rotation drive device (D) for the electrode (B) is a rotary motor having a rotation shaft at its center, and the rotation shaft and the electrode (B) are connected by a coupling to rotate the rotation shaft. By this, it is an apparatus which rotates the said electrode (B) equivalent to the said rotating shaft.
図1は、この発明の一実施形態による高分子化合物繊維構造体を製造する装置を示す側面概略図であり、図2は同装置を示す平面概略図である。また図3は、当該装置において紡糸部(A)と円柱状もしくは円筒状電極(B)の間に除電装置を配設した例を示す側面概略図であり、図4は当該装置において円柱状もしくは円筒状電極(B)を挟んで紡糸部(A)とは反対側の位置に除電装置を配設した例を示す側面概略図である。以下これらの図を用いて本発明を詳しく具体的に説明するが、これにより本発明の範囲は限定されるものではない。 FIG. 1 is a schematic side view showing an apparatus for producing a polymer compound fiber structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view showing the apparatus. FIG. 3 is a schematic side view showing an example in which a static eliminator is disposed between the spinning section (A) and the columnar or cylindrical electrode (B) in the apparatus, and FIG. It is a schematic side view showing an example in which a static eliminator is disposed at a position opposite to the spinning section (A) across a cylindrical electrode (B). Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to these drawings, but the scope of the present invention is not limited thereby.
高分子化合物含有溶液を紡出する紡糸部(A)、すなわち図1および2に記載の紡糸ノズル1は紡糸ノズル用ホルダー2に取り付けられており、内部には高電圧印加用電極3を具備している。当該紡糸ノズル1を水平揺動させるべく、スライドレール5を具備した紡糸ノズル揺動用モーター4に、紡糸ノズル用ホルダー支持部6で当該ホルダー2が固定されている。これらの構成部品は全て紡糸ノズル部用ベースプレート7上に在り、当該モーター4の駆動による振動等で各構成部品の配置に悪影響が出ないよう、例えば当該モーター4は当該ベースプレート7に、また当該ベースプレート7は任意の水平面に固定されている。当該電極3の末端には高電圧印加用配線結束部8が設けられており、ここで結束された高電圧印加用配線9は高電圧供給装置10へと伸びている。尚、当該ホルダー2の揺動に伴い、当該結束部8も同様に揺動するため、固定された当該高電圧供給装置10に対し、当該配線9は伸縮動作を繰り返す。そこで当該配線9はコイル状の配線、もしくは当該結束部8〜当該高電圧供給装置10間の距離の数倍の長さを有する配線が用いられる。
The spinning section (A) for spinning the polymer compound-containing solution, that is, the spinning
円柱状もしくは円筒状電極(B)、すなわち図1および2に記載の円柱状もしくは円筒状電極14の一方の端点は、円柱状もしくは円筒状電極用軸受11で、もう一方の端点は円柱状もしくは円筒状電極用ホルダー15で固定されている。当該軸受11は円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部12で支持されており、また当該ホルダー15は円柱状もしくは円筒状電極用回転モーター16と直結している。これらの構成部品は全て繊維構造体回収部用ベースプレート13上に在り、円柱状もしくは円筒状電極用回転モーター16の駆動による振動等で各構成部品の配置に悪影響が出ないよう、例えば当該モーター16は当該ベースプレート13に、また当該ベースプレート13は任意の水平面に固定されている。当該ホルダー15内には、当該電極14と接触する接地配線17が具備されており、当該配線17は接地極18へと伸びている。さらに繊維構造体の飛散量の低減、および飛散した繊維構造体の装置構成部品への付着防止を目的として、当該軸受支持部12と当該モーター16に対し、円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部防護カバー19および回転モーター防護カバー20が具備されている。
One end point of the columnar or cylindrical electrode (B), that is, the columnar or
当該ベースプレート13上への当該軸受支持部12および当該モーター16の取り付け、および位置決めには高い精度が要求され、これら構成部品に支持されている、もしくは直結している当該軸受11、当該電極14、当該ホルダー15、および当該モーター16の各回転軸の中心は、通常、±0.05mm以内の範囲で一直線上に並んでいる。
High precision is required for the mounting and positioning of the bearing
ところが当該モーター16の駆動を開始させると、当該電極14の直径や長さ、重さ、またその際の回転数等により、回転軸の半径方向に遠心力が働き、特に回転軸の中心付近で回転軸に歪が発生する。当該モーター16の回転中、回転軸にこのような振れ幅W(mm)の歪が発生すると、紡糸ノズル1の先端〜当該電極14の表面までの距離(紡糸距離と称する)が最大でW(mm)変化することになる。紡糸距離のこのような変化は、電気的引力の大きさ、引いては当該紡糸ノズル1より紡出される高分子化合物含有溶液の紡出量に悪影響を及ぼすため、当該電極14の表面上で得られる不織布や繊維構造体の厚みは実に不均一なものになる。
However, when driving of the
この振れ幅Wを最小限に留める手法としては種々のものが例示できるが、特に限定されるものではない。例えば、当該モーター16の回転数を極力抑えることも好適な手法である。
Various methods can be exemplified as a method for keeping the runout width W to a minimum, but the method is not particularly limited. For example, it is also a suitable technique to suppress the rotation speed of the
ただ既述のように、回転軸の両端が高い精度で、かつ強固に固定されていることが、逆にこのような偏心回転を拡大させる要因となる場合もあり、運転条件如何では回転軸の固定点にある程度の自由を与えることも考慮しなければならない。 However, as described above, the fact that both ends of the rotating shaft are firmly fixed with high accuracy may be a factor that enlarges the eccentric rotation. Consideration should also be given to giving some freedom to the fixed points.
例えば当該軸受11に、汎用されている転がり玉軸受を使用せず、単に樹脂を円筒状に加工した部品を用いることも好適な手法である。当該円筒状部品の内部に当該電極14を圧入し、これを当該軸受支持部12に装備し、当該電極14を回転させることで、既述の回転軸の歪に係る不要な力を当該円筒状部品が大半吸収するため、当該電極14の振れ幅Wはより小さなものになる。
For example, it is also preferable to use, as the
その他、当該軸受支持部12を当該ベースプレート13に固定する際に、固定に用いるボルトの下部にスプリングを設置する手法も好適である。当該軸受支持部12を当該ベースプレート13に固定する際、当該ボルトにて完全に固定するのではなく、当該スプリングにより当該軸受支持部12に一定の保持力が働くように固定する。当該電極14を回転させた際に生じる回転軸の歪に係る不要な力は、完全には固定されていない当該軸受支持部12の微小な動きに吸収され、当該電極14の振れ幅Wはより小さなものになる。
In addition, when the
回転軸の偏心回転を抑制する上記手法を施すことで、既述した紡糸距離はほぼ一定となり、当該電極14上で得られる不織布や繊維構造体の厚みは均一なものになる。このような繊維構造体の均一な厚みを達成できる回転軸の振れ幅W(mm)としては、当該電極14の外径をD(mm)として、下記式(1)〜(3)で与えられる範囲となる。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3)
By applying the above-described method for suppressing the eccentric rotation of the rotation shaft, the spinning distance described above becomes substantially constant, and the thickness of the nonwoven fabric or the fiber structure obtained on the
W <5 / D (where 0 <D ≦ 10) (1)
W <D / 20 (where 10 <D ≦ 100) (2)
W <5 (where 100 <D) (3)
また、得られる不織布や繊維構造体の厚みを均一にする手法としては、紡糸ノズル1を回転軸方向に水平揺動させながら紡糸を行う手法も好ましい。そこで本発明では、当該紡糸ノズル1を紡糸ノズル用ホルダー2に取り付け、さらに当該ホルダー2を、紡糸ノズル用ホルダー支持部6を介してスライドレール5に取り付ける。紡糸ノズル揺動用モーター4は当該スライドレール5を水平方向に揺動させる機能を有しており、当該スライドレール5の両端の限界点に達した際に、当該スライドレール5の送り方向が逆転するようにプログラミングされている。
In addition, as a method for making the thickness of the obtained nonwoven fabric or fiber structure uniform, a method of spinning while spinning the spinning
上記した手法により、紡糸ノズル1を回転軸方向に水平揺動させることが可能となるが、その揺動機構は上記に限定されるものではない。例えばスライドレール5は長尺のねじ付シャフトでも代替できるし、回転するカムを用いても水平往復動を発現させることは可能である。
Although the spinning
紡糸ノズル1には、その断面積が1〜8000mm2、好ましくは1〜400mm2の円形もしくは四角形で、両端が開放されている管が用いられる。尚、当該管は、一方の端点の断面積が0.005〜80mm2、好ましくは0.005〜1mm2となるように、当該管の途中より当該端点に向かって内径が減衰されており、この内径が減衰された端点側より高分子化合物含有溶液が紡出する。
The spinning
高分子化合物繊維構造体を製造する際には、当該紡糸ノズル1に高分子化合物含有溶液を投入し、さらに高電圧印加用電極3を具備した紡糸ノズル用ホルダー2に取り付け、高電圧供給装置10より当該電極3を介して当該溶液に高電圧を印加する。静電場に生じる電気的引力が、当該紡糸ノズル1の先端に形成される当該溶液の液滴の表面張力より大きくなると、当該紡糸ノズル1の先端より当該溶液が紡出される。この時の紡出量は、当該紡糸ノズル1で例示されるような紡糸ノズル単体当りで数十μg〜数g/分と極微量である。
When the polymer compound fiber structure is manufactured, the polymer compound-containing solution is put into the spinning
本発明においては、紡糸部(A)において、紡糸部(A)と円柱状もしくは円筒状電極(B)の間に生じる電気的引力、および/または紡糸部(A)にて保持する当該高分子化合物含有溶液の液頭にかかる圧力によって、当該高分子化合物含有溶液を供給することが好ましい。従来の紡糸法では、紡糸ノズルにて消費された当該溶液を補充すべく、ポンプや空圧等により当該溶液を送液する手法が採用されている。また静電紡糸法においても、極少量の当該溶液を送液できるようなポンプ等を採用している場合が多い。しかしこれら手法では、当該溶液の送液を強制的に行うことから、当該紡糸ノズル1の先端にて保持可能な液滴を形成させることが極めて困難である。送液不足が原因で、当該紡糸ノズル1の先端で当該溶液の液滴形成が確認できない場合、静電場に生じる電気的引力に対し、当該溶液の表面張力が過剰となるため、当該紡糸ノズル1より当該溶液は紡出されない。また送液が過剰となった場合は、当該紡糸ノズル1の先端で液滴が保持されず、液垂れを起こし、場合によっては液滴の状態で円柱状もしくは円筒状電極14に到達する。これは得られる高分子化合物繊維構造体の厚みを不均一にするだけでなく、表面性状にも悪影響を及ぼす。
In the present invention, in the spinning part (A), the electric attractive force generated between the spinning part (A) and the columnar or cylindrical electrode (B) and / or the polymer retained in the spinning part (A) The polymer compound-containing solution is preferably supplied by the pressure applied to the liquid head of the compound-containing solution. In the conventional spinning method, a method of feeding the solution by a pump or pneumatic pressure is used to replenish the solution consumed by the spinning nozzle. Also in the electrospinning method, a pump or the like that can feed a very small amount of the solution is often employed. However, in these methods, since the solution is forcibly fed, it is extremely difficult to form a droplet that can be held at the tip of the spinning
また既述のポンプ類は、送液動作の機構上、独特の脈動を生じる場合が多い。脈動により、極微量ではあるが、単位時間当りの送液量が変化するため、極微量の紡出量を取り扱う場合、紡出量に及ぼす影響は甚大である。 In addition, the above-described pumps often generate unique pulsations due to the mechanism of the liquid feeding operation. Although the amount of liquid fed per unit time changes due to pulsation, the effect on the amount of spinning is enormous when handling a very small amount of spinning.
限定された品種の繊維構造体を大量に製造する場合は、これら実在する問題点を加味した送液機構を採用する必要があるが、少量多品種を扱うような場合、大掛かりな装置や投資額を必要としない、簡便かつ精巧な送液機構を採用することが好ましい。 When manufacturing a large number of fiber structures of limited varieties, it is necessary to adopt a liquid feeding mechanism that takes these existing problems into account, but when dealing with small quantities and many varieties, large-scale equipment and investment amount It is preferable to adopt a simple and elaborate liquid feeding mechanism that does not require the above.
そこで本発明では、紡糸ノズル1の両端点を開放し、当該紡糸ノズル1内に保持している高分子化合物含有溶液の液頭にかかる圧力、および/または静電場に生じる電気的引力のみで当該溶液の供給を行う。当該溶液の消費により、当該紡糸ノズル1内に保持している当該溶液の液頭にかかる圧力は若干変化するが、紡糸ノズル1の先端での液滴形成および保持を阻害するような大きな変化ではない。本法によれば、当該紡糸ノズル1の先端で適切な液滴を保持することができ、安定した当該溶液の紡出が可能となる。
Therefore, in the present invention, both end points of the spinning
また本発明においては、円柱状もしくは円筒状電極(B)の下部に存在する架台等の構造物(E)について、電極(B)の下端部と架台等の構造物(E)との距離Hを適度に設けることが好ましい。紡糸ノズル1より紡出された高分子化合物は、回転する円柱状もしくは円筒状電極14上に堆積し、高分子化合物繊維構造体を形成する。ところが、当該繊維構造体が堆積する面積が紡出量に対して充分でない場合、つまり当該電極14の外径Dが小さい場合、当該電極14上に堆積できなかった当該繊維構造体は、当該電極14の下部に位置する別の製造装置架台等の構造物上に堆積する。当該電極14上に堆積しなかったこれら堆積物が、そのまま当該製造装置架台等の構造物上に留まっていれば大きな問題にはならないが、当該電極14の下端部より、さらに下部に位置する当該製造装置架台等の構造物(E)までの距離Hが充分に確保できていない場合、電気的引力に関係なく、回転する当該電極14に機械的に巻き上げられる場合がある。これも既述と同様、得られる高分子化合物繊維構造体の厚みを不均一にする要因となる。
In the present invention, the distance H between the lower end of the electrode (B) and the structure (E) such as the gantry for the structure (E) such as the gantry existing under the columnar or cylindrical electrode (B). It is preferable to provide an appropriate amount. The polymer compound spun from the spinning
そこで本発明では、当該電極14の下端部より、さらに下部に位置する製造装置架台等の構造物(E)までの距離Hを100mm以上とする。さらに好ましい範囲は200mm≦Hである。
Therefore, in the present invention, the distance H from the lower end portion of the
さらに本発明においては、紡糸部(A)、円柱状もしくは円筒状電極(B)、紡糸部(A)を等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)を保持する、および/または包囲する製造装置架台等の構造物の体積固有抵抗率が適度な範囲内にあることが好ましい。既述のとおり、本発明による高分子化合物繊維構造体の製造装置は数多くの部品より構成されており、例えば、感電といった人体に悪影響を及ぼす危険を回避することを考慮した場合、紡糸ノズル用ホルダー2は、帯電する紡糸ノズル1と金属製の紡糸ノズル揺動用モーター4の間を絶縁するような材料が好適であるし、円柱状もしくは円筒状電極14上での高分子化合物繊維構造体の捕集率を向上させることを考慮した場合、当該電極以外の接地箇所は極力失くすべきであり、繊維構造体回収部用ベースプレート13や円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部12等も絶縁材料を選定することが好ましい。また構造上の問題で、導体を材料として用いる場合でも、本発明で例示しているような円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部および回転モーターの防護カバー19、20を絶縁材料で加工し、設置することが好ましい。
Further, in the present invention, the spinning section (A), the columnar or cylindrical electrode (B), the apparatus (C) for swinging the spinning section (A) at a constant speed, and the rotation drive apparatus (D) for the electrode (B) It is preferable that the volume specific resistivity of a structure such as a manufacturing apparatus pedestal that holds and / or surrounds is within an appropriate range. As described above, the polymer compound fiber structure manufacturing apparatus according to the present invention is composed of a large number of parts. For example, in consideration of avoiding the risk of adversely affecting the human body such as electric shock, the spinning nozzle holder 2 is preferably a material that insulates between the
そこで本発明では、紡糸部(A)、円柱状もしくは円筒状電極(B)、等速揺動させる装置(C)、および回転駆動装置(D)を保持する、および/または包囲する製造装置架台等の構造物の体積固有抵抗率を1010〜1020Ω・mとすることが好ましい。対象となる製造装置架台等の構造物は、図1および2において、紡糸ノズル用ホルダー2、紡糸ノズル部用ベースプレート7、繊維構造体回収部用ベースプレート13、円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部防護カバー19、および円柱状もしくは円筒状電極用回転モーター防護カバー20を例示できるが、これらに限定されるものではない。
Therefore, in the present invention, a manufacturing apparatus stand that holds and / or surrounds the spinning portion (A), the columnar or cylindrical electrode (B), the device (C) that swings at a constant speed, and the rotation drive device (D). It is preferable that the volume resistivity of the structure such as 10 10 to 10 20 Ω · m. 1 and 2, the structure such as the manufacturing apparatus frame to be subjected to the spinning nozzle holder 2, the spinning nozzle
また既述の体積固有抵抗率を有する材料としては、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、アクリル、テフロン(登録商標)、MCナイロン(登録商標)等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも1種が用いられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the material having the volume resistivity described above include polyacetal, ultrahigh molecular weight polyethylene, polyether ether ketone, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, acrylic, Teflon (registered trademark), MC nylon ( Registered trademark) and the like, and at least one selected from these can be used, but is not limited thereto.
次いで以下では、既述した製造装置を用いた円筒状の高分子化合物繊維構造体の製造方法について詳述する。
まず紡糸ノズル1に高分子化合物含有溶液を投入し、当該紡糸ノズル1を紡糸ノズル用ホルダー2に固定する。
Next, a method for producing a cylindrical polymer compound fiber structure using the production apparatus described above will be described in detail below.
First, a polymer compound-containing solution is charged into the spinning
尚、本発明で用いられる高分子化合物としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、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、ポリエチレンナフタレート、ポリ−m−フェニレンテレフタレート、ポリ−p−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも1種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。 Examples of the polymer compound used in the present invention include polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isophthalate, polyfluoride. Vinylidene, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, nylon, aramid, poly Examples include caprolactone, polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, and polypeptide Can, at least one selected from these are used, but the invention is not particularly limited thereto.
また、本発明で用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、メチル−n−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、フェノール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、o−クロロトルエン、p−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロペンタン、o−キシレン、p−キシレン、m−キシレン、水等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも1種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。 Examples of the solvent used in the present invention include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, methyl isobutyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, methyl-n-propyl ketone, and diisopropyl. Ketone, diisobutyl ketone, acetone, phenol, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, ethyl benzoate, propyl benzoate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate , Methyl chloride, ethyl chloride, methylene chloride, o-chlorotoluene, p-chlorotoluene, chloroform, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibro Examples include propane, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, benzene, toluene, hexane, cyclohexane, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, water, etc., and at least one selected from these However, it is not particularly limited to these.
次いで円柱状もしくは円筒状電極14を設置した円柱状もしくは円筒状電極用回転モーター16の駆動を開始させる。当該円柱状もしくは円筒状電極14の回転速度の範囲は0.5〜100rpmであり、上記式(1)〜(3)を満たすように設定される。既述範囲以下では当該モーター16の回転が不安定となり、また既述範囲以上では上記式(1)〜(3)を満たすことが困難になる。
Next, driving of the columnar or cylindrical
次いで紡糸ノズル揺動用モーター4の揺動速度を設定し、駆動を開始させ、さらに高電圧印加装置10にて印加電圧を設定し、高電圧の印加を開始させる。紡糸ノズル1の先端より高分子化合物が紡出され、回転する当該電極14上に当該高分子化合物の繊維構造体が堆積する。
Next, the swing speed of the spinning
一定時間放置後、全ての電源を遮断し、本装置より当該電極14を取り外す。そして、堆積した高分子化合物繊維構造体を回転軸と平行となる方向へ押し出し、円筒状の高分子化合物繊維構造体を得る。
After leaving for a certain period of time, all power sources are shut off and the
尚、既述の高分子化合物繊維構造体の押し出し操作の際、当該電極14上に堆積した当該繊維構造体の回転軸方向の両端点、および任意点全てに対し、均等な力を与えながら押し出した場合、当該繊維構造体の管壁構造は平面に近い構造となるが、本発明によれば、当該電極14上に堆積した当該繊維構造体の回転軸方向の一方の端点を固定し、もう一方の端点より均等な力を与えながら押し出すことで、管壁構造が蛇腹状のものも製造することができる。
In the above-described extrusion operation of the polymer compound fiber structure, extrusion is performed while applying an equal force to both end points in the rotation axis direction of the fiber structure deposited on the
また、既述の高分子化合物繊維構造体を製造する過程において、紡糸ノズル1と当該電極14の間、すなわち図3のごとく、および/または当該電極14上に、すなわち図4のごとく、連続的に、もしくは間歇的に当該繊維構造体の除電処理を施すことも可能である。除電処理を行うことで、通常の製造過程では達成できない繊維径や目付量を有する高分子化合物繊維構造体が製造できる。例えば間歇的な処理を施すことにより、多層構造を有する当該繊維構造体を得ることができる。
Further, in the process of manufacturing the above-described polymer compound fiber structure, continuous between the spinning
既述の手法で製造した高分子化合物繊維構造体の厚みは、紡糸ノズル1の揺動範囲において実に均一なものになる。本発明によれば、当該紡糸ノズル1の揺動範囲において、円筒状の高分子化合物繊維構造体の、50箇所以上の任意点における管壁厚みの標準偏差σ(μm)は15未満の範囲内となる。
The thickness of the polymer compound fiber structure manufactured by the above-described method is actually uniform within the swing range of the spinning
以下に実施例を挙げて本発明を詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[実施例1]
ガラス製容器(内容積:50mL)内にポリアクリロニトリル2gを投入し、さらにエタノール6gとN,N−ジメチルホルムアミド12gを投入した。当該容器を密栓した後、70℃の温水浴内で振盪攪拌し、ポリアクリロ二トリルが既述溶媒に均一溶解したことを確認した。当該容器を開放し、既述手法で調製した溶液を吸引ゴム栓付きガラスピペットで5mL吸い上げ、これをガラス管で作製した紡糸ノズル1(全長:120mm、紡出側端部断面積:0.2mm2、他方端部断面積:20mm2)に全量投入した。当該紡糸ノズル1を、図1および2に例示した装置の紡糸ノズル用ホルダー2に取り付け、さらに直径が8mmであるSUS316製円柱状電極14を、電極用軸受11および電極用ホルダー15間に取り付け、当該紡糸ノズル1の揺動速度が10mm/秒、円柱状電極14の回転速度が60rpm、調製溶液への印加電圧が10kVとなるように、紡糸ノズル揺動用モーター4、電極用回転モーター16、および高電圧供給装置10の出力値を調整した。尚、既述円柱状電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hは200mmとし、当該ホルダー2の材質はテフロン(登録商標)(体積固有抵抗率:1018Ω・m)、ベースプレート7および13の材質はMCナイロン(登録商標)(体積固有抵抗率:1013Ω・m)、当該電極用軸受支持部防護カバー19および当該電極用回転モーター防護カバー20の材質はアクリル(体積固有抵抗率:1015Ω・m)とした。全てのモーター駆動用電源および高電圧供給装置10の電源を投入し、高分子化合物繊維構造体の製造を開始した。紡糸ノズル1の先端では調製溶液が紡出する様子が、また当該円柱状電極14上では極細繊維が堆積し、繊維構造体が形成される様子が確認できた。また当該繊維構造体の製造の間、当該円柱状電極14の回転の様子を超高速度カメラ(撮影速度:35万コマ/秒)で終始撮影し、得られる静止画像から最大の振れ幅Wを特定した。製造時間を3分間とし、製造開始から3分経過した時点で全ての電源を遮断し、当該円柱状電極14を当該装置より取り外した。当該電極14の一方の端点を固定し、もう一方の端点より均等な力を与えながら得られた繊維構造体を押し出したところ、管壁構造が蛇腹状である円筒状の繊維構造体が得られた。そして当該繊維構造体の管壁厚みの均一性を確認すべく、当該繊維構造体を円筒の中心軸方向に切開し、任意点50箇所の厚みをマイクロゲージで測定し、これらの平均値tavおよび標準偏差σを算出した。当該平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Example 1]
Into a glass container (internal volume: 50 mL), 2 g of polyacrylonitrile was added, and 6 g of ethanol and 12 g of N, N-dimethylformamide were further added. After sealing the container, the mixture was shaken and stirred in a hot water bath at 70 ° C., and it was confirmed that polyacrylonitrile was uniformly dissolved in the aforementioned solvent. The container was opened, 5 mL of the solution prepared by the above-described method was sucked up with a glass pipette with a suction rubber stopper, and the spinning nozzle 1 (total length: 120 mm, spinning side end cross-sectional area: 0.2 mm) made of a glass tube. 2 and the other end cross-sectional area: 20 mm 2 ). The spinning
[実施例2]
除電装置を併用すべく、図4に記載の製造装置を用いること、および円柱状電極14の直径Dを120mm、回転速度を10rpm、当該円柱状電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hを150mm、製造時間を5分とする以外は実施例1と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Example 2]
4 is used together with the static eliminator, and the diameter D of the
[実施例3]
円柱状電極14の直径Dを12mm、回転速度を20rpm、製造時間を3分とする以外は実施例2と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Example 3]
The same operation as in Example 2 was performed except that the diameter D of the
[実施例4]
円柱状電極14の直径Dを3mmとする以外は実施例1と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Example 4]
It implemented similarly to Example 1 except the diameter D of the
[実施例5]
円柱状電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hを50mm、製造時間を8分とする以外は実施例2と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Example 5]
The same procedure as in Example 2 was performed except that the distance H between the
[実施例6]
円柱状電極用軸受支持部防護カバー19および当該電極用回転モーター防護カバー20の材質をSUS304に変更し、当該電極14と繊維構造体回収部用ベースプレート13までの距離Hを200mmとする以外は実施例3と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Example 6]
The material of the cylindrical electrode bearing support
[比較例1]
実施例1で使用した装置より、円柱状電極用軸受11および当該軸受支持部12を取り外し、円柱状電極14が当該電極用ホルダー15のみで支持されるように当該装置の変更を行い、当該電極14の回転速度を100rpmとする以外は実施例4と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Comparative Example 1]
The
[比較例2]
円柱状電極14の直径Dを5mm、回転速度を400rpmとする以外は実施例1と同様に実施した。得られた繊維構造体の任意点50箇所の管壁厚み(実測値)の平均値tav、標準偏差σ、および既述の50の実測値より無作為に抽出した10の管壁厚みの代表値t1〜t10、さらに回転軸の振れ幅Wは表1のとおりであった。
[Comparative Example 2]
The same operation as in Example 1 was performed except that the diameter D of the
1. 紡糸ノズル
2. 紡糸ノズル用ホルダー
3. 高電圧印加用電極
4. 紡糸ノズル揺動用モーター
5. スライドレール
6. 紡糸ノズル用ホルダー支持部
7. 紡糸ノズル部用ベースプレート
8. 高電圧印加用配線結束部
9. 高電圧印加用配線
10. 高電圧供給装置
11. 円柱状もしくは円筒状電極用軸受
12. 円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部
13. 繊維構造体回収部用ベースプレート
14. 円柱状もしくは円筒状電極
15. 円柱状もしくは円筒状電極用ホルダー
16. 円柱状もしくは円筒状電極用回転モーター
17. 接地配線
18. 接地極
19. 円柱状もしくは円筒状電極用軸受支持部用防護カバー
20. 円柱状もしくは円筒状電極回転モーター用防護カバー
21. 除電装置
1. Spinning nozzle 2. 2. Spindle nozzle holder 3. High
Claims (9)
(A)とは逆の極性の高電圧を印加した、もしくは接地した、少なくとも一つの回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)、
紡糸部(A)を電極(B)の回転軸に対し平行に等速揺動させる装置(C)、および電極(B)の回転駆動装置(D)とからなる、
紡糸部(A)から電極(B)に向けて高分子化合物含有溶液を吐出し、当該円柱状もしくは円筒状電極(B)上に当該高分子化合物よりなる繊維構造体を堆積させる繊維構造体の製造装置であって、
当該回転する円柱状もしくは円筒状電極(B)は、両端が固定されており、かつ回転速度が0.5〜100rpmの範囲であり、そして
当該円柱状もしくは円筒状電極(B)の外径D(mm)および回転時における該回転軸が最も歪む部分の半径方向の最大の振れ幅W(mm)が、下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする高分子化合物繊維構造体の製造装置。
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3) At least one spinning section (A) for spinning a polymer compound-containing solution to which a positive or negative high voltage is applied;
At least one rotating columnar or cylindrical electrode (B) to which a high voltage having a polarity opposite to that of (A) is applied or grounded;
It comprises a device (C) that swings the spinning section (A) at a constant speed parallel to the rotation axis of the electrode (B), and a rotation drive device (D) of the electrode (B).
A fiber structure that discharges a polymer compound-containing solution from the spinning section (A) toward the electrode (B) and deposits the fiber structure made of the polymer compound on the columnar or cylindrical electrode (B). Manufacturing equipment,
The rotating columnar or cylindrical electrode (B) is fixed at both ends and has a rotation speed in the range of 0.5 to 100 rpm, and the columnar or cylindrical electrode (B) The outer diameter D (mm) and the maximum deflection width W (mm) in the radial direction of the portion where the rotating shaft is most distorted during rotation satisfy the following formulas (1) to (3): Compound fiber structure manufacturing equipment.
W <5 / D (where 0 <D ≦ 10) (1)
W <D / 20 (where 10 <D ≦ 100) (2)
W <5 (where 100 <D) (3)
W<5/D (ただし0<D≦10) (1)
W<D/20 (ただし10<D≦100) (2)
W<5 (ただし100<D) (3) Spin at least one spinning part (A) that spins a polymer compound-containing solution to which a positive or negative high voltage is applied. The polymer compound-containing solution is discharged toward one rotating columnar or cylindrical electrode (B), and a fiber structure made of the polymer compound is deposited on the columnar or cylindrical electrode (B). the method for producing the fiber structure parallel to the axis extruding the fiber structure, characterized in that to obtain a cylindrical fiber structure with respect to the axis of rotation of those circular columnar or cylindrical electrode (B) The spinning section (A) has a function of swinging at a constant speed in parallel. The rotating columnar or cylindrical electrode (B) is fixed at both ends and has a rotational speed of 0.5 to in the range of 100 rpm, further the cylinder Or the outer diameter D (mm) and the rotary shaft during the rotation in the radial direction of the most distorted portion maximum amplitude W of the cylindrical electrode (B) (mm) satisfies the following formula (1) to (3) A method for producing a polymer compound fiber structure, comprising:
W <5 / D (where 0 <D ≦ 10) (1)
W <D / 20 (where 10 <D ≦ 100) (2)
W <5 (where 100 <D) (3)
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