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JP6906212B2 - Spinning method, spinning equipment and fiber bundle - Google Patents
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Description

本発明は、電場の作用によって微細繊維状物質から繊維束を製造する紡績方法と、当該紡績方法に用いられる紡績装置、そして当該紡績方法及び当該紡績装置によって製造される繊維束に関するものである。 The present invention relates to a spinning method for producing a fiber bundle from a fine fibrous substance by the action of an electric field, a spinning device used for the spinning method, the spinning method, and a fiber bundle manufactured by the spinning device.

今世紀に入ってから、ナノテクノロジーに関連する研究開発が積極的に展開され、従来の物質にはない性質や機能を持ったナノサイズの物質が創製されている。また、脱化石資源や資源循環の観点から天然由来の資源活用が重要視されている。 Since the beginning of this century, research and development related to nanotechnology has been actively developed, and nano-sized materials with properties and functions not found in conventional materials have been created. In addition, the utilization of naturally derived resources is regarded as important from the viewpoint of defossil resources and resource recycling.

ナノサイズ物質の一つであるナノセルロースは植物由来の微細繊維状物質であり、その幅が1〜100nmで長さが数μmの極めて短い繊維であるが、鋼よりはるかに軽量でありながら強度が鋼の5倍(3GPa)と考えられている。ナノセルロースは、ナノサイズ物質であることに起因する特異な性質により、樹脂への添加剤、フィルター、化粧品など工業用から医用まで幅広い分野での利用が期待され、一部ではすでに利用されている。 Nanocellulose, which is one of the nano-sized substances, is a plant-derived fine fibrous substance, which is an extremely short fiber having a width of 1 to 100 nm and a length of several μm, but is much lighter and stronger than steel. Is considered to be 5 times (3 GPa) that of steel. Due to the unique properties of nanocellulose due to being a nano-sized substance, it is expected to be used in a wide range of fields from industrial to medical, such as additives for resins, filters, and cosmetics, and some have already been used. ..

ナノセルロースのような微細繊維状物質が持つ強度面等での優れた特徴を利用するための手段として、糸やシート状に成形することが挙げられるが、糸状に成形できれば、さらに縄や布に加工することができるため、活用範囲が広がるという利点がある。 As a means for utilizing the excellent strength characteristics of fine fibrous substances such as nanocellulose, it can be molded into a thread or a sheet, but if it can be molded into a thread, it can be further formed into a rope or cloth. Since it can be processed, it has the advantage of expanding the range of utilization.

一般に、糸の製造は、溶融紡糸、乾式紡糸、湿式紡糸によって行われているが、強度の強い糸の製造にはゲル紡糸や液晶性高分子を利用した液晶紡糸によって行われている。これらの製造方法は、原料物質の溶融液あるいは溶液を紡糸口金から押し出して繊維状にした後に固める方法であり、フィラメント糸と称される細くて強い糸の製造に利用されている。 Generally, yarns are produced by melt spinning, dry spinning, and wet spinning, but yarns having high strength are produced by gel spinning or liquid crystal spinning using a liquid crystal polymer. These manufacturing methods are methods in which a melt or solution of a raw material is extruded from a spinneret to form a fibrous material and then hardened, and are used for producing a thin and strong yarn called a filament yarn.

また、上記各方法において原料物質を紡糸口金から押し出す方法としては、融液あるいは液体に圧力を加える方法や、高電圧を印加して行うエレクトロスピニング、低誘電率液体中で行う液中エレクトロスピニング法がある。 In each of the above methods, the raw material is extruded from the spinneret by applying pressure to the melt or liquid, electrospinning by applying a high voltage, or electrospinning in liquid in a low dielectric constant liquid. There is.

特許文献1には、ナノセルロースの水分散液をアルコール系有機溶媒に注入し、ゲル化した部分を延伸し、同液体中でモノフィラメントに成形する湿式紡糸の発明が開示されている。 Patent Document 1 discloses an invention of wet spinning in which an aqueous dispersion of nanocellulose is injected into an alcohol-based organic solvent, a gelled portion is stretched, and the gelled portion is formed into a monofilament in the liquid.

非特許文献1には、ナノセルロースの濃度が2%程度の分散液をアセトン凝固浴中にノズルより一定圧力で押し出すことで、ナノセルロースをモノフィラメントに加工する湿式紡糸の発明が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses an invention of wet spinning in which nanocellulose is processed into monofilament by extruding a dispersion having a nanocellulose concentration of about 2% into an acetone coagulation bath at a constant pressure from a nozzle.

図15は、下記特許文献1及び非特許文献1に開示された湿式紡糸の発明の概要を示す図である。同図に示すように、凝固液を収納した容器100の中には、注入器101のノズル102の先端部が配置されている。注入器101には、高分子や微細繊維状物質を溶媒に分散した分散液103が充填されている。注入器101によって分散液103を加圧してノズル102から容器100内の凝固液104中に押し出すと、分散液103中の分散媒は凝固液104中に拡散するが微細繊維状物質等は拡散しないため、凝固液104中には連続したフィラメント糸105(ファイバー)が形成される。 FIG. 15 is a diagram showing an outline of the invention of wet spinning disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 below. As shown in the figure, the tip of the nozzle 102 of the injector 101 is arranged in the container 100 containing the coagulating liquid. The injector 101 is filled with a dispersion liquid 103 in which a polymer or a fine fibrous substance is dispersed in a solvent. When the dispersion liquid 103 is pressurized by the injector 101 and pushed out from the nozzle 102 into the coagulation liquid 104 in the container 100, the dispersion medium in the dispersion liquid 103 diffuses into the coagulation liquid 104, but fine fibrous substances and the like do not diffuse. Therefore, a continuous filament yarn 105 (fiber) is formed in the coagulating liquid 104.

特許文献2には、低誘電率液体中で行う液中エレクトロスピニング法の発明が開示されている。 Patent Document 2 discloses an invention of an in-liquid electrospinning method performed in a low dielectric constant liquid.

図16は、特許文献2に開示された液中エレクトロスピニング法の概要を示す図である。同図に示すように、低誘電率液体201を収納した容器200の中には、注入器202のノズルを兼ねる第1電極(エレクトロスプレーノズル、ESN)203と、これに対向する第2電極204が間隔をおいて配置されており、第1電極203と第2電極204は電源205に接続されている。注入器202には高分子溶液206が充填されている。注入器202によって高分子溶液206を加圧し、第1電極203であるノズルから低誘電率液体201中に押し出すと、高分子からなるナノファイバー207が生成され、第2電極204の上には高分子の繊維からなる不織布208が形成される。 FIG. 16 is a diagram showing an outline of the submerged electrospinning method disclosed in Patent Document 2. As shown in the figure, in the container 200 containing the low dielectric constant liquid 201, a first electrode (electrospray nozzle, ESN) 203 that also serves as a nozzle of the injector 202 and a second electrode 204 facing the first electrode (electrospray nozzle, ESN) 203. Are arranged at intervals, and the first electrode 203 and the second electrode 204 are connected to the power supply 205. The syringe 202 is filled with the polymer solution 206. When the polymer solution 206 is pressurized by the injector 202 and extruded into the low dielectric constant liquid 201 from the nozzle which is the first electrode 203, nanofibers 207 made of the polymer are generated, and high on the second electrode 204. Nonwoven fabric 208 made of molecular fibers is formed.

特開2011−246823号JP 2011-246823 特開2014−224337号Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-224337

Iwamoto, S.; Isogai, A.; Iwata, T. Biomacromolecules 2011, 12, 831-836.Iwamoto, S .; Isogai, A .; Iwata, T. Biomacromolecules 2011, 12, 831-836.

前記先行技術文献に開示された発明によれば、ナノセルロースのような微細繊維状物質の分散液を凝固液中に押し出してフィラメント糸105(図15)に加工することは可能であり、また液中エレクトロスピニング法により高分子繊維の不織布208(図16)を製造することも可能であった。しかしながら、微細繊維状物質を集積させて繊維束を直接的に製造することはできなかった。 According to the invention disclosed in the prior art document, it is possible to extrude a dispersion liquid of a fine fibrous substance such as nanocellulose into a coagulation liquid and process it into a filament yarn 105 (FIG. 15), and the liquid. It was also possible to produce a non-woven fabric 208 (FIG. 16) of polymer fibers by the medium electrospinning method. However, it was not possible to directly produce a fiber bundle by accumulating fine fibrous substances.

本発明はこうした従来の技術における課題を解決するためになされたものであり、微細繊維状物質を湿式法により液中で直接的に集積させて繊維束を一工程で製造する紡績方法と、当該紡績方法を行なうための紡績装置、さらに当該方法及び装置で製造される繊維束を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the problems in the prior art, and includes a spinning method for producing a fiber bundle in one step by directly accumulating fine fibrous substances in a liquid by a wet method. It is an object of the present invention to provide a spinning apparatus for carrying out a spinning method, and further, a fiber bundle produced by the method and the apparatus.

請求項1に記載された紡績方法は、
直径が1〜500nmで長さが直径の100倍以上である液体中の微細繊維状物質に電場を与え、前記微細繊維状物質の向きを揃えて集積させることにより繊維束を製造する第1工程を有することを特徴としている。
The spinning method according to claim 1 is
First step of producing a fiber bundle by diameter giving an electric field to fine fibrous materials in the liquid is greater than or equal to 100 times the diameter length at 1 to 500 nm, it is integrated by aligning the orientation of the fine fibrous material It is characterized by having.

請求項2に記載された紡績方法は、請求項1記載の紡績方法において、
前記第1工程で製造した繊維束を連続的に伸長させて糸を製造する第2工程を有することを特徴としている。
The spinning method according to claim 2 is the spinning method according to claim 1.
It is characterized by having a second step of continuously stretching the fiber bundle produced in the first step to manufacture a yarn.

請求項3に記載された紡績方法は、請求項2記載の紡績方法において、
前記第1工程において、前記微細繊維状物質は、前記微細繊維状物質を分散媒に分散してなる液滴状の分散液として液体中に供給されることを特徴としている。
The spinning method according to claim 3 is the spinning method according to claim 2.
In the first step, the fine fibrous material is characterized to be supplied to the liquid in the micro-fibrous material as a droplet form of dispersion obtained by dispersing in a dispersion medium.

請求項4に記載された紡績装置は、
液体内に電場を発生させる電極と、
前記液体内の電場に直径が1〜500nmで長さが直径の100倍以上である微細繊維状物質を供給する供給手段と、
電場により向きが揃えられて分子間力で集積された前記微細繊維状物質からなるゲルを前記液体から引き出して連続した繊維束とする伸長手段と、
を具備することを特徴としている。
The spinning apparatus according to claim 4 is
Electrodes that generate an electric field in the liquid,
A supply means for supplying an electric field in the liquid with a fine fibrous substance having a diameter of 1 to 500 nm and a length of 100 times or more the diameter.
And expansion means to the fiber bundle a gel consisting of the fine fibrous material orientation aligned integrated Waals force was continuously drawn out from the liquid by an electric field,
It is characterized by having.

請求項5に記載された繊維束は、
液体中で電場により向きが揃えられて分子間力で集積した直径が1〜500nmで長さが直径の100倍以上である微細繊維状物質からなる複数の糸状物がコイル状に集積した構造を有し、直径が50μmから1000μmであることを特徴としている。
The fiber bundle according to claim 5 is
A structure in which a plurality of filamentous substances composed of fine fibrous substances having a diameter of 1 to 500 nm and a length of 100 times or more the diameter, which are aligned by an electric field in a liquid and accumulated by intermolecular force, are accumulated in a coil shape. It has a diameter of 50 μm to 1000 μm .

請求項に記載された繊維束は、請求項5に記載の繊維束において、
微細繊維状物質の間に介在する状態で機能性物質が含有されたことを特徴としている。
The fiber bundle according to claim 6 is the fiber bundle according to claim 5 .
It is characterized in that a functional substance is contained in a state of being interposed between fine fibrous substances.

請求項1に記載された紡績方法によれば、微細繊維状物質に液体中で電場を与える第1工程において、微細繊維状物質の配向と集積密度を精密に制御することにより、一定の方向に配向して分子間力で集積した微細繊維状物質からなる複数の糸状物がコイル状に集積した構造を有する有用な特性を備えた嵩高い繊維束を製造することができる。 According to the spinning method according to claim 1, in the first step of applying an electric field to a fine fibrous substance in a liquid, the orientation and accumulation density of the fine fibrous substance are precisely controlled in a certain direction. It is possible to produce a bulky fiber bundle having a structure in which a plurality of filamentous substances composed of fine fibrous substances that are oriented and accumulated by intermolecular force are accumulated in a coil shape and have useful characteristics.

請求項2に記載された紡績方法によれば、請求項1の第1工程で製造した繊維束を連続的に伸長させて任意の長さの糸を製造することができる。 According to the spinning method according to claim 2, the fiber bundle produced in the first step of claim 1 can be continuously stretched to produce a yarn having an arbitrary length.

請求項3に記載された紡績方法によれば、請求項2の第1工程において、微細繊維状物質を分散媒に分散してなる分散液を、液滴状の形態で液体中に供給するため、必要な量の微細繊維状物質を必要な速度で安定的に供給することができる。そして、液体中に供給された微細繊維状物質を含む分散液の液滴は、分散媒を失いながら引き伸ばされ、液体内の電場の強い位置に集まり、微細繊維状物質の向きをそろえて集積され、多数集まって糸状のゲルを生成する。このゲルを液体から引き上げて乾燥させれば繊維束が得られ、さらにゲルを連続的に生成しながら液体から引き上げて乾燥させれば所望の長さの糸を得ることができる。 According to the spinning method according to claim 3, in the first step of claim 2, a dispersion liquid obtained by dispersing fine fibrous substances in a dispersion medium is supplied into the liquid in the form of droplets. , The required amount of fine fibrous material can be stably supplied at the required rate. Then, the droplets of the dispersion liquid containing the fine fibrous substance supplied into the liquid are stretched while losing the dispersion medium, gather at the strong position of the electric field in the liquid, and are accumulated in the same direction of the fine fibrous substance. , Many gather to form a filamentous gel. When this gel is pulled up from the liquid and dried, a fiber bundle can be obtained, and when the gel is pulled up from the liquid and dried while continuously forming the gel, a yarn having a desired length can be obtained.

請求項4に記載された紡績装置によれば、供給手段によって液体中に供給された微細繊維状物質に電場を与えて集積させる際に、微細繊維状物質の配向と集積密度を精密に制御することにより、一定の方向に配向して分子間力で集積した微細繊維状物質からなる糸状のゲルを製造することができ、さらにこのゲルを連続的に製造しながら伸長手段で液体から引き上げて乾燥させることにより、微細繊維状物質としての有用な特性を備えた複数の糸状物がコイル状に集積した構造を有する嵩高い任意の長さの糸を製造することができる。 According to the spinning apparatus according to claim 4, when an electric field is applied to a fine fibrous substance supplied into a liquid by a supply means to accumulate the fine fibrous substance, the orientation and accumulation density of the fine fibrous substance are precisely controlled. As a result, it is possible to produce a filamentous gel composed of fine fibrous substances oriented in a certain direction and accumulated by intermolecular force, and further, while continuously producing this gel, it is pulled up from the liquid by an stretching means and dried. By doing so, it is possible to produce a bulky thread of an arbitrary length having a structure in which a plurality of filamentous substances having useful properties as a fine fibrous substance are accumulated in a coil shape.

請求項5に記載された繊維束は、微細繊維状物質を一定の方向に配向して分子間力で集積した嵩高の構造であり、有用な特性を備えた微細繊維状物質からなる複数の糸状物がコイル状に集積した構造を有する。この繊維束は、直径が50μmから1000μmであり、またこれを構成する微細繊維状物質は、ナノファイバーとも呼ばれ、直径が1〜500nmで長さが直径の100倍以上であって、ナノセルロースのような植物由来の他、動物由来、鉱物由来、さらに合成高分子由来の物質も含まれる。 The fiber bundle according to claim 5 has a bulky structure in which fine fibrous substances are oriented in a certain direction and accumulated by intermolecular force, and is in the form of a plurality of filaments composed of fine fibrous substances having useful properties. It has a structure in which objects are integrated in a coil shape. This fiber bundle has a diameter of 50 μm to 1000 μm, and the fine fibrous substance constituting the fiber bundle is also called nanofiber, which has a diameter of 1 to 500 nm and a length of 100 times or more the diameter, and is nanocellulose. In addition to plant-derived substances such as, substances derived from animals, minerals, and synthetic polymers are also included.

請求項に記載された繊維束は、繊維束を構成する微細繊維状物質の間に機能性物質が介在しており、機能性物質の種類に応じた特性を備えている。このような繊維束は、微細繊維状物質を分散した分散媒に色素成分や金属粒子等の機能性物質を混合することにより、環境負荷を低減した少ない工程で製造することができる。 The fiber bundle according to claim 6 has a functional substance interposed between the fine fibrous substances constituting the fiber bundle, and has characteristics according to the type of the functional substance. Such a fiber bundle can be produced in a small number of steps with a reduced environmental load by mixing a functional substance such as a dye component or metal particles with a dispersion medium in which a fine fibrous substance is dispersed.

第1実施形態の紡績方法及び紡績装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the spinning method and the spinning apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の紡績方法及び紡績装置において微細繊維状物質が電極間に集積する様子を示した模式図である。It is a schematic diagram which showed how the fine fibrous substance is accumulated between electrodes in the spinning method and the spinning apparatus of 1st Embodiment. 第2実施形態の紡績装置及び紡績方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the spinning apparatus and spinning method of 2nd Embodiment. 実施例2において製造された繊維束の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the fiber bundle produced in Example 2. 分図(a)は実施例2において製造された繊維束の2次元XRD(X線回折)の回折図であり、分図(b)は同方位プロフィール図である。The fraction (a) is a diffraction diagram of a two-dimensional XRD (X-ray diffraction) of the fiber bundle manufactured in Example 2, and the segment (b) is an azimuth profile diagram. 分図(a)は実施例2の紡績装置において電場を発生させないで製造した繊維束の2次元XRD(X線回折)の回折図であり、分図(b)は同方位プロフィール図である。FIG. 3A is a diffraction diagram of a two-dimensional XRD (X-ray diffraction) of a fiber bundle manufactured in the spinning apparatus of Example 2 without generating an electric field, and FIG. 実施例3において製造された繊維束の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the fiber bundle produced in Example 3. 実施例5において製造された繊維束の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the fiber bundle produced in Example 5. 実施例5において製造された繊維束の拡大写真を示す図である。It is a figure which shows the enlarged photograph of the fiber bundle produced in Example 5. 実施例6において製造された繊維束の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the fiber bundle produced in Example 6. 実施例6において製造された繊維束の拡大写真を示す図である。It is a figure which shows the enlarged photograph of the fiber bundle produced in Example 6. 実施例6において製造された繊維束をEDSによる元素分析結果を示す図である。It is a figure which shows the elemental analysis result by EDS of the fiber bundle produced in Example 6. 実施例7において製造された繊維束の写真を示す図である。It is a figure which shows the photograph of the fiber bundle produced in Example 7. 実施例7において製造された繊維束の拡大写真を示す図である。It is a figure which shows the enlarged photograph of the fiber bundle produced in Example 7. 湿式紡糸の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the wet spinning. 液中エレクトロスピニング法の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the liquid electrospinning method.

以下、図1〜図14を参照して本発明の実施形態及び実施例を比較例と適宜比較しながら説明する。 Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 14 while appropriately comparing with Comparative Examples.

《第1実施形態》(図1)
図1は、第1実施形態の紡績装置M1と、当該紡績装置M1による紡績方法を示す模式図であり、図2は、第1実施形態の紡績装置M1において微細繊維状物質が電極間に集積して繊維束を構成していく様子を示した模式図である。
<< First Embodiment >> (Fig. 1)
FIG. 1 is a schematic view showing a spinning device M1 of the first embodiment and a spinning method by the spinning device M1, and FIG. 2 is a diagram in which fine fibrous substances are accumulated between electrodes in the spinning device M1 of the first embodiment. It is a schematic diagram which showed the state of forming a fiber bundle.

まず、第1実施形態の紡績装置M1及び紡績方法の概要を説明する。
図1に示すように、この紡績装置M1は、内部に低誘電率液体3が収納された容器10を備えている。この容器10の中には、第1電極1と第2電極2が所定の間隔をおいて配置されており、第1電極1と第2電極2は電源4(本実施形態では直流電源)に接続されている。
First, the outline of the spinning apparatus M1 and the spinning method of the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the spinning device M1 includes a container 10 in which a low dielectric constant liquid 3 is housed. The first electrode 1 and the second electrode 2 are arranged at predetermined intervals in the container 10, and the first electrode 1 and the second electrode 2 are connected to the power supply 4 (DC power supply in the present embodiment). It is connected.

図1に示すように、容器10の低誘電率液体3中には、微細繊維状物質を分散媒に分散してなる分散液が多数の微細な液滴5の形態で存在している。図2に示すように、低誘電率液体3中にある分散液の微細な液滴5は、それぞれが不定量の微細繊維状物質11(図2参照)を含んでいる。これらの微細な液滴5は、図示しない供給手段によって、低誘電率液体3の液面から液中に、又は直接液中に供給される。すなわち、図1に示す実施形態では、第1電極1は電極としての機能のみを有しており、分散液は、これを供給するための図示しないノズルや分注器のような適宜の供給手段で、低誘電率液体3内に液滴5の形態で供給される。 As shown in FIG. 1, in the low dielectric constant liquid 3 of the container 10, a dispersion liquid in which fine fibrous substances are dispersed in a dispersion medium exists in the form of a large number of fine droplets 5. As shown in FIG. 2, each of the fine droplets 5 of the dispersion liquid in the low dielectric constant liquid 3 contains an indefinite amount of fine fibrous material 11 (see FIG. 2). These fine droplets 5 are supplied from the liquid surface of the low dielectric constant liquid 3 into the liquid or directly into the liquid by a supply means (not shown). That is, in the embodiment shown in FIG. 1, the first electrode 1 has only a function as an electrode, and the dispersion liquid is an appropriate supply means such as a nozzle or a dispenser (not shown) for supplying the dispersion liquid. Then, it is supplied in the form of droplets 5 in the low dielectric constant liquid 3.

なお、分散媒の供給手段としては、例えば図16を参照して説明した液中エレクトロスピニング法で用いられる紡績装置の注入器202を用いることができる。すなわち、図1の第1電極1として、液中エレクトロスピニング法に用いられる紡績装置の注入器のエレクトロスプレーノズル(図16におけるエレクトロスプレーノズル203)を用い、これと対向電極(図1における第2電極2)との間に電位差を与え、分散液を微細な帯電した液滴5に断片化して前記エレクトロスプレーノズルから前記に向かって静電噴霧することとしてもよい。 As the means for supplying the dispersion medium, for example, the injector 202 of the spinning apparatus used in the submerged electrospinning method described with reference to FIG. 16 can be used. That is, as the first electrode 1 in FIG. 1, the electrospray nozzle (electrospray nozzle 203 in FIG. 16) of the injector of the spinning apparatus used in the submerged electrospinning method is used, and the counter electrode (second in FIG. 1) is used. A potential difference may be given between the electrode 2) and the dispersion liquid may be fragmented into finely charged droplets 5 and electrostatically sprayed from the electrospray nozzle toward the above.

図1に示すように、電源4によって第1電極1と第2電極2の間に電位差が与えられると、第1電極1と第2電極2の間には、図1及び図2に破線で示した電気力線Eで表されるような電場が形成される。第1電極1と第2電極2の間にある分散液の微細な液滴5は、低誘電率液体3中で分散媒を失いながら電場の作用により引き伸ばされて略球状から略回転楕円形状に変形し、白抜きの矢印Aで移動方向を示すように、電場が最も強い位置である第1電極1と第2電極2を結ぶ線上に集まり、図1に示すように多数の微細繊維状物質が糸状に集積したゲル6を形成すると考えられる。 As shown in FIG. 1, when a potential difference is applied between the first electrode 1 and the second electrode 2 by the power supply 4, a broken line is shown in FIGS. 1 and 2 between the first electrode 1 and the second electrode 2. An electric field as represented by the indicated electric lines of force E is formed. The fine droplets 5 of the dispersion liquid between the first electrode 1 and the second electrode 2 are stretched by the action of an electric field while losing the dispersion medium in the low dielectric constant liquid 3, and change from a substantially spherical shape to a substantially rotating elliptical shape. A large number of fine fibrous materials that are deformed and gather on the line connecting the first electrode 1 and the second electrode 2 where the electric field is the strongest, as shown by the white arrow A, as shown in FIG. Is thought to form a gel 6 that accumulates in the form of filaments.

図2に拡大して模式的に示すように、第1電極1と第2電極2を結ぶ仮想的な線上にある前記ゲル6は、多数の微細繊維状物質11が電場の作用で一定の方向に配向し、互いに分子間力で集積したものである。このゲル6を別途の適当な手段で、糸状の構造を破壊することなく低誘電率液体3から引き上げて乾燥させれば、集積された微細繊維状物質11からなる有用な特性を備えた嵩高い繊維束を製造することができる。また、具体例は後述するが、さらに前記繊維束を連続的に製造して伸長させながら、低誘電率液体3から引き上げて乾燥させれば、スパン糸を製造することができる(第2実施形態、図3参照)。 As shown schematically in an enlarged manner in FIG. 2, the gel 6 on a virtual line connecting the first electrode 1 and the second electrode 2 has a large number of fine fibrous substances 11 in a certain direction due to the action of an electric field. It is oriented in the direction of, and is integrated with each other by intermolecular force. If the gel 6 is pulled up from the low dielectric constant liquid 3 and dried by another suitable means without destroying the filamentous structure, it is bulky and has useful properties consisting of the accumulated fine fibrous material 11. Fiber bundles can be produced. Further, although a specific example will be described later, a spun yarn can be produced by pulling up the fiber bundle from the low dielectric constant liquid 3 and drying it while continuously producing and extending the fiber bundle (second embodiment). , See FIG. 3).

次に、第1実施形態の紡績装置M1を用いた紡績方法の詳細を説明する。
本実施形態において、微細繊維状物質11を含む分散液が噴霧等により供給される容器10中の液体は、電場を形成することができるものであれば特定の物質に限定されるものではないが、誘電率が低いものが好ましく、これを前述した「低誘電率液体3」と称する。
Next, the details of the spinning method using the spinning device M1 of the first embodiment will be described.
In the present embodiment, the liquid in the container 10 to which the dispersion liquid containing the fine fibrous substance 11 is supplied by spraying or the like is not limited to a specific substance as long as it can form an electric field. , A liquid having a low dielectric constant is preferable, and this is referred to as the above-mentioned "low dielectric constant liquid 3".

低誘電率液体3とは、比誘電率が25以下、好ましくは20以下、より好ましくは15以下、さらに好ましくは10以下、さらに好ましくは5以下である液体を示す。かかる液体としては、n−ヘキサン、ペンタン、デカン等の炭化水素と、エタノール(比誘電率24.55)、1−ブタノール(比誘電率17.51)、1−ペンタノール(比誘電率13.9)、1−オクタノール(比誘電率10.3)等のアルコールと、塩化ベンジル(比誘電率7.0)、クロロホルム(比誘電率6.15)、1−クロロオクタン(比誘電率5.05)、四塩化炭素(比誘電率2.238)、パーフルオロヘキサン等のハロゲン化炭化水素等が挙げられ、その中でも特に炭化水素等が好ましい。 The low dielectric constant liquid 3 refers to a liquid having a relative permittivity of 25 or less, preferably 20 or less, more preferably 15 or less, still more preferably 10 or less, still more preferably 5 or less. Examples of such liquids include hydrocarbons such as n-hexane, pentane, and decane, ethanol (relative permittivity 24.55), 1-butanol (relative permittivity 17.51), and 1-pentanol (relative permittivity 13.51). 9) Alcohols such as 1-octanol (relative permittivity 10.3), benzyl chloride (relative permittivity 7.0), chloroform (relative permittivity 6.15), 1-chlorooctane (relative permittivity 5. 05), carbon tetrachloride (relative permittivity 2.238), halogenated hydrocarbons such as perfluorohexane, and the like, and among them, hydrocarbons and the like are particularly preferable.

ハロゲン化炭化水素に含まれるハロゲンとしては、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。低誘電率液体3は、1種類を単独で用いることもできるし、又は2種類以上を混合して用いることもできる。本実施形態によれば、実質的に通電しない程度の誘電率である低誘電率液体3を用いているため、第1電極1と第2電極2の間に電位差を生じさせることによって電極間に電場を形成することができ、この電場中に分散液を帯電した液滴5として供給することにより、当該液滴5、微細繊維状物質11及び当該微細繊維状物質11が糸状に集積したゲル6を、電場の作用によって集積して繊維束を製造することができる。 Examples of the halogen contained in the halogenated hydrocarbon include chlorine, fluorine, bromine, iodine and the like. The low dielectric constant liquid 3 may be used alone or in combination of two or more. According to the present embodiment, since the low dielectric constant liquid 3 having a dielectric constant that is substantially non-energized is used, a potential difference is generated between the first electrode 1 and the second electrode 2 to create a potential difference between the electrodes. An electric field can be formed, and by supplying the dispersion liquid as charged droplets 5 in this electric field, the droplet 5, the fine fibrous substance 11, and the fine fibrous substance 11 are accumulated in a filamentous form in the gel 6. Can be accumulated by the action of an electric field to produce a fiber bundle.

本実施形態における微細繊維状物質11とは、直径が1〜数100nmで、その長さが直径の100倍以上の繊維状物質である。微細繊維状物質11の直径は2〜500nmが好ましく、2〜100nmがより好ましく、2〜10nmがさらに好ましい。このような微細繊維状物質11の原料としては、木材パルプ及び竹等の植物や綿製品の衣類、段ボールなどのセルロースを含む原料やキチン、キトサン、カルボキシメチルセルロース(CMC)、シルクを原料とするナノファイバー等が知られており、本発明では特に限定はしない。また、その原料を使用した微細繊維状物質11の製造方法としては、高圧ホモジナイザー、ウォータージェット法、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1- オキシル (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) の略語)酸化法、微生物の利用法などが知られているが、本発明では特に限定はしない。なお、疎水変性の処理を行った微細繊維状物質11の利用も可能である。 The fine fibrous substance 11 in the present embodiment is a fibrous substance having a diameter of 1 to several hundred nm and a length of 100 times or more the diameter. The diameter of the fine fibrous substance 11 is preferably 2 to 500 nm, more preferably 2 to 100 nm, and even more preferably 2 to 10 nm. As raw materials for such fine fibrous substances 11, plants such as wood pulp and bamboo, clothing for cotton products, raw materials containing cellulose such as cardboard, chitin, chitosan, carboxymethyl cellulose (CMC), and nano-based silk. Fibers and the like are known and are not particularly limited in the present invention. As a method for producing the fine fibrous substance 11 using the raw material, a high-pressure homogenizer, a water jet method, and TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (2,2,6,6-)) Abbreviation for tetramethylpiperidine 1-oxyl)) Oxidation methods, utilization methods of microorganisms, etc. are known, but are not particularly limited in the present invention. It is also possible to use the fine fibrous substance 11 that has been subjected to the hydrophobic modification treatment.

本実施形態における微細繊維状物質11を分散した分散媒(微細繊維状物質11を分散させるための溶媒)としては、例えばエタノール等のアルコール系有機溶剤が好ましい。 As the dispersion medium (solvent for dispersing the fine fibrous substance 11) in which the fine fibrous substance 11 is dispersed in the present embodiment, an alcohol-based organic solvent such as ethanol is preferable.

本実施形態において、前記分散媒における微細繊維状物質11の濃度は特に限定されないが、固形分濃度0.0001〜3.0%が好ましく、0.01〜2.5%がより好ましく、0.1〜2.5%がさらに好ましい。上記の濃度範囲内であれば、低濃度でも電場内に微細繊維状物質11を集めて繊維束となるゲル6を生成することは可能である。 In the present embodiment, the concentration of the fine fibrous substance 11 in the dispersion medium is not particularly limited, but the solid content concentration is preferably 0.0001 to 3.0%, more preferably 0.01 to 2.5%, and 0. 1 to 2.5% is more preferable. Within the above concentration range, it is possible to collect the fine fibrous substances 11 in the electric field to generate a gel 6 as a fiber bundle even at a low concentration.

本実施形態において、第1電極1としてエレクトロスプレーノズル(ESN)用いる場合、エレクトロスプレーノズルは、対向電極である第2電極2との間で電場を形成できるような形状・構造であればよく、例えばノズル径は0.1〜0.5mmが好ましく、ノズル内径と外径の幅は可能な限り小さくするのが好ましい。またノズルの素材が導電性を有するものであれば分散液を帯電した液滴5としてスプレーすることが可能であり、導電性を有しない素材である場合にはノズル内に導電性を有する素材を組み込むことで同様にスプレー可能となるため、ノズルの素材は特に限定はしない。また、ノズルは複数本設置することができる。 In the present embodiment, when an electrospray nozzle (ESN) is used as the first electrode 1, the electrospray nozzle may have a shape and structure capable of forming an electric field with the second electrode 2 which is a counter electrode. For example, the nozzle diameter is preferably 0.1 to 0.5 mm, and the width between the inner diameter and the outer diameter of the nozzle is preferably as small as possible. Further, if the material of the nozzle is conductive, the dispersion liquid can be sprayed as charged droplets 5, and if the material is not conductive, a material having conductivity is used in the nozzle. The material of the nozzle is not particularly limited because it can be sprayed in the same way by incorporating it. In addition, a plurality of nozzles can be installed.

本実施形態において、分散液を供給するノズル等の供給手段と、低誘電率液体3内に電場を形成するための第1電極1を別体として構成する場合(図1に示す構成の場合)、第1電極1の材質は電場を形成できるものであれば特に限定しない。また、第1電極1の形状も特に限定はしないが糸状に成形するためには断面積を小さくし、電場を集中させることが必要であるため針状が好ましい。 In the present embodiment, a supply means such as a nozzle for supplying the dispersion liquid and a first electrode 1 for forming an electric field in the low dielectric constant liquid 3 are configured as separate bodies (in the case of the configuration shown in FIG. 1). The material of the first electrode 1 is not particularly limited as long as it can form an electric field. Further, the shape of the first electrode 1 is not particularly limited, but a needle shape is preferable because it is necessary to reduce the cross-sectional area and concentrate the electric field in order to form the first electrode 1 into a thread shape.

本実施形態において、図1に示すように第2電極2は一例として円柱状としたが、棒状の第1電極1又はエレクトロスプレーノズル、その他の形状の第1電極1との間で有効な電界が形成されるように導電性を有するものであればよく、その形状や材質は特に限定はしないが、具体例を示すとすれば、形状としては、円柱状の他、リング状、板状、メッシュ状、棒状等が挙げられる。また、材質としては、例えば、ステンレス、白金、アルミニウム、銅等の金属が挙げられる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the second electrode 2 has a columnar shape as an example, but an electric field effective between the rod-shaped first electrode 1 or the electrospray nozzle, and the first electrode 1 having another shape. The shape and material thereof are not particularly limited as long as they have conductivity so as to form a columnar shape, but if a specific example is shown, the shape may be a columnar shape, a ring shape, a plate shape, or the like. Examples include mesh shape and rod shape. Examples of the material include metals such as stainless steel, platinum, aluminum, and copper.

本実施形態において、第1電極1と第2電極2の距離(例えば第1電極1であるエレクトロスプレーノズルの先端と第2電極2の対向面の距離)は特に限定されない。例えば、1cm以上、好ましくは2cm以上の範囲内で適宜設定することができる。また、例えば第1電極1であるエレクトロスプレーノズルの先端と第2電極2の対向面の距離の上限は特に限定されず、両電極間に適度な長さの糸状のゲル6が作製可能であればよい。このゲル6を低誘電率液体3から引き上げて乾燥すれば繊維束となる。 In the present embodiment, the distance between the first electrode 1 and the second electrode 2 (for example, the distance between the tip of the electrospray nozzle which is the first electrode 1 and the facing surface of the second electrode 2) is not particularly limited. For example, it can be appropriately set within a range of 1 cm or more, preferably 2 cm or more. Further, for example, the upper limit of the distance between the tip of the electrospray nozzle, which is the first electrode 1, and the facing surface of the second electrode 2 is not particularly limited, and a thread-like gel 6 having an appropriate length can be produced between the two electrodes. Just do it. When the gel 6 is pulled up from the low dielectric constant liquid 3 and dried, it becomes a fiber bundle.

本実施形態において、電場を形成するための第1電極1と第2電極2の容器10内における配置は、容器10内に収納される低誘電率液体3中であれば特に限定されない。 In the present embodiment, the arrangement of the first electrode 1 and the second electrode 2 for forming the electric field in the container 10 is not particularly limited as long as it is in the low dielectric constant liquid 3 housed in the container 10.

本実施形態において、第1電極1としてのエレクトロスプレーノズルと、第2電極2(対向電極)との間に与える電位差の下限は特に限定されず、例えば0.1kV以上、好ましくは2kV以上の範囲内で適宜設定することができる。第1電極1としてのエレクトロスプレーノズルと、第2電極2(対向電極)との間に与える電位差の上限も特に限定されず、例えば、20kV以下、好ましくは15kV以下の範囲内で適宜設定することができる。 In the present embodiment, the lower limit of the potential difference given between the electrospray nozzle as the first electrode 1 and the second electrode 2 (opposite electrode) is not particularly limited, and is, for example, 0.1 kV or more, preferably 2 kV or more. It can be set as appropriate within. The upper limit of the potential difference given between the electrospray nozzle as the first electrode 1 and the second electrode 2 (opposite electrode) is not particularly limited, and is appropriately set within, for example, 20 kV or less, preferably 15 kV or less. Can be done.

第1電極1としてのエレクトロスプレーノズルと第2電極2(対向電極)との間に電位差を与える方法も特に限定されない。例えば、図1に示すように、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)と第2電極2(対向電極)に1つの電源4を接続し、両電極の間に電圧を印加してもよい。また、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)と第2電極2(対向電極)の間に基準となる電位を設定した上で、2つの電源を使用し、基準となる電位に対する第1電極1(エレクトロスプレーノズル)の電位と、基準となる電位に対する第2電極2(対向電極)の電位を、それぞれ別々の電源で制御する方法を用いてもよい。 The method of giving a potential difference between the electrospray nozzle as the first electrode 1 and the second electrode 2 (opposite electrode) is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, one power supply 4 may be connected to the first electrode 1 (electrospray nozzle) and the second electrode 2 (opposite electrode), and a voltage may be applied between the two electrodes. Further, after setting a reference potential between the first electrode 1 (electrospray nozzle) and the second electrode 2 (opposite electrode), two power sources are used, and the first electrode 1 (with respect to the reference potential) is used. A method of controlling the potential of the electrospray nozzle) and the potential of the second electrode 2 (opposite electrode) with respect to the reference potential with separate power sources may be used.

すなわち、第1実施形態においては、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)と第2電極2(対向電極)の間に電位差が生じればよい。従って、例えば、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)を+の電位とし、第2電極2(対向電極)を−の電位としてもよい。また、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)を−の電位とし、第2電極2(対向電極)を+の電位としてもよい。また、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)の電位を0とし、第2電極2(対向電極)の電位を−の電位としてもよい。また、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)の電位を0とし、第2電極2(対向電極)の電位を+としてもよい。また、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)の電位を−とし、第2電極2(対向電極)の電位を0としてもよい。さらにまた、第1電極1(エレクトロスプレーノズル)の電位を+とし、第2電極2(対向電極)の電位を0としてもよい。 That is, in the first embodiment, a potential difference may be generated between the first electrode 1 (electrospray nozzle) and the second electrode 2 (opposite electrode). Therefore, for example, the first electrode 1 (electrospray nozzle) may have a positive potential, and the second electrode 2 (opposite electrode) may have a negative potential. Further, the first electrode 1 (electrospray nozzle) may have a negative potential, and the second electrode 2 (opposite electrode) may have a positive potential. Further, the potential of the first electrode 1 (electrospray nozzle) may be set to 0, and the potential of the second electrode 2 (opposite electrode) may be set to a negative potential. Further, the potential of the first electrode 1 (electrospray nozzle) may be set to 0, and the potential of the second electrode 2 (opposite electrode) may be set to +. Further, the potential of the first electrode 1 (electrospray nozzle) may be set to −, and the potential of the second electrode 2 (opposite electrode) may be set to 0. Furthermore, the potential of the first electrode 1 (electrospray nozzle) may be set to +, and the potential of the second electrode 2 (opposite electrode) may be set to 0.

本実施形態において、第1電極1をエレクトロスプレーノズルにするとともに、第2電極2として、分散液や後述する機能性物質(第6及び第7実施形態)を供給するノズルを用いることができる。機能性物質は分散液に分散した状態で供給することができる。分散液に混合できる機能性物質としては、第1電極1としてのエレクトロスプレーノズルから供給する場合には、当該ノズル径以下の大きさの素材であれば噴霧可能である。例えば、色素成分としては、メチレンブルー、顔料、染料が使用可能であり、金属粒子としては各種金属の金属ナノ粒子や光触媒が使用可能であり、さらにセラミックナノ粒子も使用可能である。 In the present embodiment, the first electrode 1 is used as an electrospray nozzle, and as the second electrode 2, a nozzle for supplying a dispersion liquid or a functional substance (sixth and seventh embodiments) described later can be used. The functional substance can be supplied in a dispersed state in the dispersion liquid. As a functional substance that can be mixed with the dispersion liquid, when supplied from an electrospray nozzle as the first electrode 1, any material having a size equal to or smaller than the nozzle diameter can be sprayed. For example, methylene blue, pigments, and dyes can be used as the dye component, metal nanoparticles and photocatalysts of various metals can be used as the metal particles, and ceramic nanoparticles can also be used.

(実施例1)
次に、第1実施形態の紡績装置M1を用いた紡績方法の具体例(実施例1)を説明する。
図1で示した紡績法の概念図における低誘電率液体3としてn−ヘキサンを用いる。微細繊維状物質11を分散した分散液としては、疎水性ナノセルロース(CNF)の0.5%エタノール分散液を用いる。第1電極1としては、前記分散液の供給手段としての役割を兼ねるエレクトロスプレーノズル(ESN)を用いる。エレクトロスプレーノズル(ESN)に対向する対向電極(CE)である第2電極2としては、直径1.6mmの棒状のステンレス電極を用いる。第1電極1と第2電極2の間隔を25mmとし、電極間に+7kV以上の高電圧を印加し、第1電極1(エレクトロスプレーノズル、ESN)より0.02ml/minで分散液をn−ヘキサン中の高い電場内に導入する。開始直後には肉眼では確認されなかった糸状のゲル6が、開始後3分で両電極間の電場に沿って生成することが確認された。この糸状のゲル6は時間がたつにつれて太くなることも確認された。この糸状のゲル6をn−ヘキサンの液体から取り出して乾燥することにより繊維束が得られ、この繊維束から所望の長さの糸を製造できることも確認された。
(Example 1)
Next, a specific example (Example 1) of the spinning method using the spinning device M1 of the first embodiment will be described.
N-hexane is used as the low dielectric constant liquid 3 in the conceptual diagram of the spinning method shown in FIG. As the dispersion liquid in which the fine fibrous substance 11 is dispersed, a 0.5% ethanol dispersion liquid of hydrophobic nanocellulose (CNF) is used. As the first electrode 1, an electrospray nozzle (ESN) that also serves as a means for supplying the dispersion liquid is used. As the second electrode 2 which is the counter electrode (CE) facing the electrospray nozzle (ESN), a rod-shaped stainless steel electrode having a diameter of 1.6 mm is used. The distance between the first electrode 1 and the second electrode 2 is 25 mm, a high voltage of + 7 kV or more is applied between the electrodes, and the dispersion liquid is n- from the first electrode 1 (electrospray nozzle, ESN) at 0.02 ml / min. Introduce into a high electric field in hexane. It was confirmed that filamentous gel 6, which was not visually confirmed immediately after the start, was formed along the electric field between the two electrodes 3 minutes after the start. It was also confirmed that the filamentous gel 6 became thicker with time. It was also confirmed that the filamentous gel 6 was taken out from the liquid of n-hexane and dried to obtain a fiber bundle, and a yarn having a desired length could be produced from the fiber bundle.

(比較例1)
次に、実施例1と略同様の分散液を空気中のエレクトロスピニング法で紡績しようとした例を比較例1として説明する。
疎水性ナノセルロース(CNF)の0.5%エタノール分散液を、図16に示す装置において容器10及び低誘電率液体3を除いた状態で空気中において静電噴霧した。エレクトロスプレーノズル(ESN)に+3.5kV、対向電極である第2電極2に−0.5kVを印可し、エレクトロスプレーノズルによる分散液の送液速度を0.01ml/minとした。気体中でのエレクトロスプレーでは、電極間に繊維束は形成されず、対向電極には積層されたシート状の物体が形成されるのみであった。
(Comparative Example 1)
Next, an example in which a dispersion liquid substantially similar to that in Example 1 is spun by an electrospinning method in air will be described as Comparative Example 1.
A 0.5% ethanol dispersion of hydrophobic nanocellulose (CNF) was electrostatically sprayed in air in the apparatus shown in FIG. 16 with the container 10 and the low dielectric constant liquid 3 removed. +3.5 kV was applied to the electrospray nozzle (ESN) and −0.5 kV was applied to the second electrode 2 which was the counter electrode, and the flow rate of the dispersion liquid by the electrospray nozzle was set to 0.01 ml / min. In the electrospray in gas, no fiber bundle was formed between the electrodes, and only a laminated sheet-like object was formed on the counter electrode.

《第2実施形態》(図3〜図6)
図3は、第2実施形態の紡績装置M2及び紡績方法を示す模式図であり、図4は、第2実施形態の実施例において製造された繊維束の写真を示す図である。また、図5は、第2実施形態の実施例において製造された繊維束の2次元XRD(X線回折)の回折図及び同方位プロフィール図であり、図6は、比較例である繊維の2次元XRD(X線回折)の回折図及び同方位プロフィール図である。
<< Second Embodiment >> (FIGS. 3 to 6)
FIG. 3 is a schematic view showing the spinning apparatus M2 and the spinning method of the second embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing a photograph of the fiber bundle manufactured in the embodiment of the second embodiment. Further, FIG. 5 is a diffraction diagram and an azimuth profile diagram of a two-dimensional XRD (X-ray diffraction) of the fiber bundle manufactured in the embodiment of the second embodiment, and FIG. 6 is a comparative example of fiber 2 It is a diffraction diagram and the same direction profile diagram of the dimension XRD (X-ray diffraction).

まず、第2実施形態の紡績装置M2を、図3を参照して説明する。
図3に示すように、この紡績装置M2は、内部に低誘電率液体3が収納された容器10を備えている。この容器10の中には、電源4(本実施形態では直流電源4)に接続された第1電極1と第2電極2が配置されている。低誘電率液体3及び電源4の構成は第1実施形態と同様である。
First, the spinning apparatus M2 of the second embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the spinning apparatus M2 includes a container 10 in which the low dielectric constant liquid 3 is housed. A first electrode 1 and a second electrode 2 connected to a power source 4 (DC power source 4 in this embodiment) are arranged in the container 10. The configurations of the low dielectric constant liquid 3 and the power supply 4 are the same as those in the first embodiment.

図3に示すように、第1電極1はエレクトロスプレーノズル(ESN)であり、エレクトロスプレーノズルは供給手段である注入器7に取りつけられており、注入器7には微細繊維状物質11の分散液8が充填されている。対向電極である第2電極2は第1実施形態(図1)と略同様の形状の電極である。第1電極1であるエレクトロスプレーノズルは、容器10の一側面の下方に壁部を貫通して取りつけられており、斜め上方(図中右斜め上方)に向けられている。第2電極2は、容器10の他側面の上方において、エレクトロスプレーノズルによる分散液8の注入方向と対向する壁部の近傍に配置されている。微細繊維状物質11、微細繊維状物質11の分散液8、第1及び第2電極1,2のその他の構成及び材質等は、第1実施形態と同様である。 As shown in FIG. 3, the first electrode 1 is an electrospray nozzle (ESN), the electrospray nozzle is attached to an injector 7 which is a supply means, and the fine fibrous substance 11 is dispersed in the injector 7. The liquid 8 is filled. The second electrode 2, which is the counter electrode, is an electrode having substantially the same shape as that of the first embodiment (FIG. 1). The electrospray nozzle, which is the first electrode 1, is attached to the lower side of one side surface of the container 10 through a wall portion, and is directed obliquely upward (diagonally upward to the right in the figure). The second electrode 2 is arranged above the other side surface of the container 10 in the vicinity of the wall portion facing the injection direction of the dispersion liquid 8 by the electrospray nozzle. The fine fibrous substance 11, the dispersion liquid 8 of the fine fibrous substance 11, and other configurations and materials of the first and second electrodes 1 and 2 are the same as those in the first embodiment.

図3に示すように、容器10及び低誘電率液体3の外側であって、第2電極2の上方には、巻取り機9が設けられている。巻取り機9は、両電極1,2の間で連続的に製造される糸状のゲル6の一端を巻き付けて回転する円筒状の装置であって、糸状のゲル6を低誘電率液体3から引き出して乾燥させて繊維束12とし、これを連続した糸として巻き取っていく伸長手段である。 As shown in FIG. 3, a winder 9 is provided on the outside of the container 10 and the low dielectric constant liquid 3 and above the second electrode 2. The winder 9 is a cylindrical device that winds and rotates one end of a thread-like gel 6 continuously manufactured between both electrodes 1 and 2, and winds the thread-like gel 6 from a low dielectric constant liquid 3. It is an extension means that pulls out and dries it into a fiber bundle 12 and winds it up as a continuous thread.

次に、第2実施形態の紡績装置M2を用いた紡績方法の具体例(実施例2〜7)を説明する。 Next, specific examples (Examples 2 to 7) of the spinning method using the spinning device M2 of the second embodiment will be described.

(実施例2)
微細繊維状物質11として、疎水変性されたセルロースナノファイバー(CNF)を用いる。このセルロースナノファイバーを、炭素数1〜5のアルコール類の溶媒に分散させる。この分散液8を、第1電極1であるエレクトロスプレーにより低誘電率液体3(n−ヘキサン等)中に供給する。
(Example 2)
Hydrophobically modified cellulose nanofibers (CNF) are used as the fine fibrous substance 11. The cellulose nanofibers are dispersed in a solvent of alcohols having 1 to 5 carbon atoms. The dispersion liquid 8 is supplied into the low dielectric constant liquid 3 (n-hexane or the like) by an electrospray which is the first electrode 1.

図3に示すように、低誘電率液体3中に噴霧されたセルロースナノファイバーを含む分散液8の液滴5は電荷を帯び、分散媒を失いながら電場との相互作用により電気力線Eの方向に伸長しつつ電場内に集積し、その結果としてセルロースナノファイバーが集まった糸状のゲル6(ゲル状の繊維)が形成される。そのゲル6を空気中で乾燥させることにより、繊維束12(糸状繊維)が作製される。その繊維束12を連続的に紡績するために図3に示すような巻取り機9を備えた紡績装置M2を使用する。電圧は3.0〜10.0kVが好ましく、5.0〜7.0kVがより好ましい。またエレクトロスプレーノズルによる分散液8の送液速度は、0.005〜0.100ml/minが好ましく、0.010〜0.050l/minがより好ましく、0.010〜0.020ml/minがさらに好ましい。 As shown in FIG. 3, the droplet 5 of the dispersion liquid 8 containing the cellulose nanofibers sprayed into the low dielectric constant liquid 3 is charged and loses the dispersion medium, and interacts with the electric field to cause the lines of electric force E. It accumulates in the electric field while extending in the direction, and as a result, a filamentous gel 6 (gel-like fiber) in which cellulose nanofibers are gathered is formed. By drying the gel 6 in air, a fiber bundle 12 (filamentous fiber) is produced. In order to continuously spin the fiber bundle 12, a spinning device M2 equipped with a winder 9 as shown in FIG. 3 is used. The voltage is preferably 3.0 to 10.0 kV, more preferably 5.0 to 7.0 kV. The flow rate of the dispersion liquid 8 by the electrospray nozzle is preferably 0.005 to 0.100 ml / min, more preferably 0.010 to 0.050 l / min, and further preferably 0.010 to 0.020 ml / min. preferable.

巻取り機9を備えた第2実施形態の紡績装置M2において、実施形態1及び実施例1と同じ条件で低誘電率液体3中に糸状のゲル6を生成させ、ゲル6の第2電極2側の端部を低誘電率液体3より引き出して巻取り機9に巻き付け、低誘電率液体3中で糸状のゲル6を連続的に製造しながら、巻取り機9によって低誘電率液体3からゲル6を空気中に引き上げて巻き取ることにより、ゲル6を乾燥した繊維束12を長体化した糸が得られた。 In the spinning apparatus M2 of the second embodiment provided with the winder 9, a filamentous gel 6 is generated in the low dielectric constant liquid 3 under the same conditions as those of the first embodiment and the first embodiment, and the second electrode 2 of the gel 6 is generated. The side end is pulled out from the low dielectric constant liquid 3 and wound around the winder 9, and while the filamentous gel 6 is continuously produced in the low dielectric constant liquid 3, the winder 9 starts from the low dielectric constant liquid 3. By pulling up the gel 6 into the air and winding it up, a thread obtained by elongating the fiber bundle 12 obtained by drying the gel 6 was obtained.

図4に示すように、一製造例として、長さ60cm、幅100μmの糸が得られた。
図5(a)は、この糸(または糸を構成する繊維束12)の2次元XRDの回折図であり、作製した糸を、図の紙面上に上から下に伸ばした配置で測定した結果である。方位角は、図5(a)の中心にある黒点を原点とした場合、紙面上の真下を0°として紙面上を時計回りに計測する。中心にある黒点の左右(方位角で90度付近と270度付近の2カ所)には検出されたX線の強度の強い部分が見えるが、これは測定した糸の中で結晶の向きが同じ方向に揃っていること、すなわち結晶が配向している部分があることを示している。
As shown in FIG. 4, as a production example, a yarn having a length of 60 cm and a width of 100 μm was obtained.
FIG. 5A is a diffraction diagram of a two-dimensional XRD of this thread (or the fiber bundle 12 constituting the thread), and the result of measuring the produced thread in an arrangement extending from top to bottom on the paper surface of the figure. Is. The azimuth is measured clockwise on the paper surface with 0 ° directly below the paper surface when the black point in the center of FIG. 5A is the origin. The strong X-rays detected can be seen on the left and right of the black dot in the center (two locations around 90 degrees and 270 degrees in azimuth), but the direction of the crystals is the same in the measured threads. It shows that they are aligned in the direction, that is, there is a part where the crystals are oriented.

図5(b)は、この糸の2次元XRDの方位プロフィール図である。横軸に示す方位角で90度付近と270度付近の2カ所に、縦軸に示すX線の強度が強い部分があり、図5(a)が示す結果と符合している。 FIG. 5B is an orientation profile diagram of the two-dimensional XRD of this yarn. There are two strong X-ray intensities shown on the vertical axis at two locations on the horizontal axis, around 90 degrees and around 270 degrees, which are consistent with the results shown in FIG. 5 (a).

(比較例2)
次に、実施例2と略同様の分散液8を、電圧を印加せずにヘキサン中へ押し出したところ、5分後に白色物が容器10の底に発生したので、これを30分後に回収し、乾燥させて観察したところ、リボン状の構造であった。この物質を実施例2と同様に2次元XRDの手法で分析した結果を図6(a)、(b)に示す。図6(a)に示すように、この白色の物質からは配向が高いことを示す回折パターンは得られなかった。また、図6(b)においてX線の強度は方位角によらず一定であり、物質の結晶は配向していないと解釈することができる。
(Comparative Example 2)
Next, when the dispersion liquid 8 substantially the same as in Example 2 was extruded into hexane without applying a voltage, a white substance was generated at the bottom of the container 10 after 5 minutes, and this was recovered after 30 minutes. When it was dried and observed, it had a ribbon-like structure. The results of analyzing this substance by the two-dimensional XRD method in the same manner as in Example 2 are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). As shown in FIG. 6A, no diffraction pattern indicating high orientation was obtained from this white substance. Further, in FIG. 6B, the intensity of X-rays is constant regardless of the azimuth angle, and it can be interpreted that the crystals of the substance are not oriented.

尚、図5(a)及び図6(a)の何れにおいても、中心の黒点の上下に明るい小さな点があるが、これは測定した糸によるものではなく、X線光源が縦長の形状をしていることによるものである。 In both FIGS. 5 (a) and 6 (a), there are bright small dots above and below the central black dot, but this is not due to the measured thread, and the X-ray light source has a vertically long shape. It is due to the fact that

(実施例3)
図7は、実施例3において製造された繊維束12の写真を示す。微細繊維状物質11を分散した分散液8としては、疎水性ナノセルロース(CNF)の0.5%エタノール分散液8を用いる。エレクトロスプレーノズル(ESN)と、これに対向する対向電極(CE)である第2電極2との間には、3.6kV以上の高電圧を印加し、他は実施例1と同じ条件で製造を行った結果、図7に示すように、1本の糸ではなく、複数の糸状物が集積した、幅が約500μmの繊維束12が得られた。
(Example 3)
FIG. 7 shows a photograph of the fiber bundle 12 manufactured in Example 3. As the dispersion liquid 8 in which the fine fibrous substance 11 is dispersed, a 0.5% ethanol dispersion liquid 8 of hydrophobic nanocellulose (CNF) is used. A high voltage of 3.6 kV or more is applied between the electrospray nozzle (ESN) and the second electrode 2 which is the counter electrode (CE) facing the electrospray nozzle (ESN), and the other parts are manufactured under the same conditions as in Example 1. As a result of the above, as shown in FIG. 7, a fiber bundle 12 having a width of about 500 μm, in which a plurality of filamentous substances were accumulated instead of one thread, was obtained.

(実施例4)
疎水性ナノセルロース(CNF)の0.5%エタノール分散液8をエレクトロスプレーノズルから供給せず、第1及び第2電極2間に別途の供給手段で供給したこと以外は、実施例1と同じ条件で製造を行った。その結果、疎水性ナノセルロース(CNF)のような微細繊維状物質11が電場中に存在すれば、エレクトロスプレーノズル用いて静電スプレーを行わずとも、電場を与えることで疎水性ナノセルロース(CNF)が集積して糸状のゲル6を生成することを発見した。
(Example 4)
Same as Example 1 except that the 0.5% ethanol dispersion 8 of hydrophobic nanocellulose (CNF) was not supplied from the electrospray nozzle but was supplied between the first and second electrodes 2 by a separate supply means. Manufactured under the conditions. As a result, if the fine fibrous substance 11 such as hydrophobic nanocellulose (CNF) is present in the electric field, the hydrophobic nanocellulose (CNF) can be applied by applying an electric field without performing electrostatic spraying using an electrospray nozzle. ) Accumulated to form filamentous gel 6.

(実施例5)
図8は、実施例5によって製造された繊維束12の写真を示す図であり、図9は図8の繊維束12の拡大写真を示す。疎水性ナノセルロース(CNF)のエタノール分散液8の濃度を2.5%とし、エレクトロスプレーノズル(ESN)の印加電圧を+2.5kVとし、対向電極(CE)である第2電極2の電圧を−0.5kVとし、分散液8の送液速度を0.01ml/minとする以外は、実施例1と同様に製造を行った。その結果、図8及び図9に示すように、複数の糸状物がコイル状に集積した構造を有する繊維束12が得られることを発見した。
(Example 5)
FIG. 8 is a diagram showing a photograph of the fiber bundle 12 manufactured by Example 5, and FIG. 9 shows an enlarged photograph of the fiber bundle 12 of FIG. The concentration of the ethanol dispersion 8 of hydrophobic nanocellulose (CNF) is 2.5%, the applied voltage of the electrospray nozzle (ESN) is +2.5 kV, and the voltage of the second electrode 2 which is the counter electrode (CE) is set. The production was carried out in the same manner as in Example 1 except that the concentration was −0.5 kV and the transfer rate of the dispersion liquid 8 was 0.01 ml / min. As a result, as shown in FIGS. 8 and 9, it was discovered that a fiber bundle 12 having a structure in which a plurality of filaments are integrated in a coil shape can be obtained.

(実施例6)
図10は、実施例6によって製造された繊維束12の写真であり、図11は、図10の繊維束12の拡大写真であり、図12は、実施例6の繊維束12をEDS(エネルギー分散型X線分光器)により元素分析した結果を示している。下記条件を採用する以外は、実施例1と同様に製造を行った。
分散液8:疎水性ナノセルロース(CNF)のエタノール分散液8の濃度を1%とし、この分散液8に、製品たる繊維束12または糸に特定の機能を与える機能性物質として、直径0.6μmのタングステン微粒子を0.5%混合した。
送液速度:0.01ml/min
印加電圧:エレクトロスプレーノズル(ESN)を+5.0kVとし、対向電極(CE)である第2電極2を0.0kVとする。
(Example 6)
10 is a photograph of the fiber bundle 12 manufactured by Example 6, FIG. 11 is an enlarged photograph of the fiber bundle 12 of FIG. 10, and FIG. 12 is an EDS (energy) of the fiber bundle 12 of Example 6. The result of elemental analysis by a dispersed X-ray spectroscope) is shown. Production was carried out in the same manner as in Example 1 except that the following conditions were adopted.
Dispersion liquid 8: The concentration of the ethanol dispersion liquid 8 of hydrophobic nanocellulose (CNF) is set to 1%, and the dispersion liquid 8 has a diameter of 0. 0.5% of 6 μm tungsten fine particles were mixed.
Liquid transfer rate: 0.01 ml / min
Applied voltage: The electrospray nozzle (ESN) is set to +5.0 kV, and the second electrode 2 which is the counter electrode (CE) is set to 0.0 kV.

低誘電率液体3中にタングステン粒子が拡散した様子は見られず、タングステン粒子は繊維束12に集まり、図10及び図11に示すように、タングステン粒子が微細繊維状物質11の間に介在する状態で含有されたタングステン−CNF複合繊維束が得られた。 Tungsten particles did not appear to be diffused in the low dielectric constant liquid 3, and the tungsten particles gathered in the fiber bundle 12, and as shown in FIGS. 10 and 11, the tungsten particles were interposed between the fine fibrous substances 11. A tungsten-CNF composite fiber bundle contained in the state was obtained.

また、このタングステン−CNF複合繊維束を、EDSによる元素分析方法で測定した結果、図12に示すように、CNFの構成元素である炭素(C)と酸素(O)の他、タングステン(W)が検出され、タングステンとCNFが均一に複合化されている構造であるとの結果が得られた。このタングステン−CNF複合繊維束、またはこの繊維束12から製造した糸は、耐刷性に優れており、また放射線防護機能も有している。なお、機能性物質としてTiO2 の微粒子を加えた複合繊維束、またはこの繊維束12から製造した糸によれば、光触媒の機能により汚れ防止の効果が得られる。また、機能性物質としてAgの微粒子を加えた複合繊維束、またはこの繊維束12から製造した糸によれば、電気電導性が得られるために制電素材として使用できる他、殺菌や防臭効果が得られるため衣類等の素材としても有用である。 Further, as a result of measuring this tungsten-CNF composite fiber bundle by an elemental analysis method using EDS, as shown in FIG. 12, in addition to carbon (C) and oxygen (O) which are constituent elements of CNF, tungsten (W) Was detected, and the result was obtained that the structure was such that tungsten and CNF were uniformly composited. The tungsten-CNF composite fiber bundle or the yarn produced from the fiber bundle 12 has excellent printing resistance and also has a radiation protection function. According to the composite fiber bundle to which TiO 2 fine particles are added as a functional substance, or the yarn produced from the fiber bundle 12, the effect of preventing stains can be obtained by the function of the photocatalyst. Further, according to the composite fiber bundle to which Ag fine particles are added as a functional substance, or the yarn produced from the fiber bundle 12, it can be used as an antistatic material because electric conductivity can be obtained, and also has bactericidal and deodorant effects. Since it is obtained, it is also useful as a material for clothing and the like.

(実施例7)
図13は、実施例7によって製造された繊維束12の写真であり、図14は、実施例7の繊維束12の拡大写真である。下記条件を採用する以外は、実施例1と同様に製造を行った。
分散液8:疎水性ナノセルロース(CNF)のエタノール分散液8の濃度を1%とし、この分散液8に、製品たる繊維束12または糸に特定の機能を与える機能性物質として、少量のメチレンブルーを混合した。
送液速度:0.01ml/min
印加電圧:エレクトロスプレーノズル(ESN)を+5.0kVとし、対向電極(CE)である第2電極2を0.0kVとする。
(Example 7)
FIG. 13 is a photograph of the fiber bundle 12 manufactured by Example 7, and FIG. 14 is an enlarged photograph of the fiber bundle 12 of Example 7. Production was carried out in the same manner as in Example 1 except that the following conditions were adopted.
Dispersion liquid 8: The concentration of the ethanol dispersion liquid 8 of hydrophobic nanocellulose (CNF) is set to 1%, and a small amount of methylene blue is used as a functional substance that gives a specific function to the fiber bundle 12 or the thread, which is a product, to the dispersion liquid 8. Was mixed.
Liquid transfer rate: 0.01 ml / min
Applied voltage: The electrospray nozzle (ESN) is set to +5.0 kV, and the second electrode 2 which is the counter electrode (CE) is set to 0.0 kV.

低誘電率液体3中にメチレンブルーが拡散した様子は見られず、メチレンブルーは繊維束12に集まり、微細繊維状物質11の間に均一に分散しており、図13及び図14に示すように、メチレンブルーで均一に染色された疎水性ナノセルロース(CNF)からなる繊維束12が得られた。 No appearance of methylene blue diffusing into the low dielectric constant liquid 3 was observed, and methylene blue gathered in the fiber bundle 12 and was uniformly dispersed among the fine fibrous substances 11, as shown in FIGS. 13 and 14. A fiber bundle 12 made of hydrophobic nanocellulose (CNF) uniformly dyed with methylene blue was obtained.

以上説明した実施形態及び実施例では、第1電極と第2電極には直流電源(電源4)が接続されており、液体中に生成する電場は静電場であった。しかしながら、この電源は必ずしも直流電源に限るものではなく、交流電源やその他の非直流電源であってもよく、微細繊維状物質11を集積させるための電場は必ずしも静電場でなくてもよい。電源が実施形態のように直流電源であり、電場が静電場であれば、微細液滴5及び電極間に集まった微細繊維状物質11からなる糸状のゲル6は電場により常に一定の力を受ける。しかし、電場が交流電場のような非静電場であれば、電場強度が周期的あるいは非周期的に変化するので、それに応じて微細液滴5および電極間に集まった糸状のゲル6に加わる力が変化し、交流電場の場合には0となる瞬間が定期的に生じる。このため、生成されるゲルの太さは、他の条件が同じであれば、静電場の場合に比べて大きくなり、また微細繊維状物質の配向度は低くなる。従って、第1電極と第2電極に接続する電源として、直流電源と非直流電源の何れにするか、また非直流電源とすれば交流電源にするかその他の非直流電源とするか、さらにまた、その周波数、振幅、波形を如何様にするか、等々の選択によって生成するゲルの太さ及び微細繊維状物質の配向度を適宜に設定することができる。 In the above-described embodiments and examples, a DC power supply (power supply 4) is connected to the first electrode and the second electrode, and the electric field generated in the liquid is an electrostatic field. However, this power source is not necessarily limited to a DC power source, and may be an AC power source or other non-DC power source, and the electric field for accumulating the fine fibrous substance 11 does not necessarily have to be an electrostatic field. If the power source is a DC power source as in the embodiment and the electric field is an electrostatic field, the filamentous gel 6 composed of the fine droplets 5 and the fine fibrous substance 11 collected between the electrodes always receives a constant force due to the electric field. .. However, if the electric field is a non-electrostatic field such as an AC electric field, the electric field strength changes periodically or aperiodically, so that the force applied to the fine droplets 5 and the filamentous gel 6 collected between the electrodes accordingly. Changes, and in the case of an AC electric field, the moment when it becomes 0 occurs regularly. Therefore, under the same other conditions, the thickness of the produced gel is larger than that in the case of the electrostatic field, and the degree of orientation of the fine fibrous substance is lower. Therefore, whether the power supply to be connected to the first electrode and the second electrode is a DC power supply or a non-DC power supply, and if it is a non-DC power supply, an AC power supply or another non-DC power supply, and further. , The frequency, amplitude, waveform, etc., the thickness of the gel produced, and the degree of orientation of the fine fibrous material can be appropriately set.

1…第1電極(例えば分散液の供給手段を兼ねるエレクトロスプレーノズル)
2…第2電極
3…低誘電率液体
5…分散液の液滴
6…糸状のゲル
7…供給手段としての注入器
8…微細繊維状物質を含む分散液
9…伸長手段としての巻取り機
10…容器
11…微細繊維状物質
12…繊維束
M1,M2…紡績装置
E…電気力線
1 ... First electrode (for example, an electrospray nozzle that also serves as a means for supplying a dispersion liquid)
2 ... 2nd electrode 3 ... Low dielectric constant liquid 5 ... Droplets of dispersion liquid 6 ... Filamentous gel 7 ... Injector as supply means 8 ... Dispersion liquid containing fine fibrous material 9 ... Winder as extension means 10 ... Container 11 ... Fine fibrous material 12 ... Fiber bundle M1, M2 ... Spinning device E ... Electric lines of force

Claims (6)

直径が1〜500nmで長さが直径の100倍以上である液体中の微細繊維状物質に電場を与え、前記微細繊維状物質の向きを揃えて集積させることにより繊維束を製造する第1工程を有することを特徴とする紡績方法。 First step of producing a fiber bundle by diameter giving an electric field to fine fibrous materials in the liquid is greater than or equal to 100 times the diameter length at 1 to 500 nm, it is integrated by aligning the orientation of the fine fibrous material A spinning method characterized by having. 前記第1工程で製造した繊維束を連続的に伸長させて糸を製造する第2工程を有することを特徴とする請求項1記載の紡績方法。 The spinning method according to claim 1, further comprising a second step of continuously stretching the fiber bundle produced in the first step to produce a yarn. 前記第1工程において、前記微細繊維状物質は、前記微細繊維状物質を分散媒に分散してなる液滴状の分散液として液体中に供給されることを特徴とする請求項2記載の紡績方法。 In the first step, the fine fibrous material is spun according to claim 2, characterized in that it is supplied to the liquid in the micro-fibrous material as a droplet form of dispersion obtained by dispersing in a dispersion medium Method. 液体内に電場を発生させる電極と、
前記液体内の電場に直径が1〜500nmで長さが直径の100倍以上である微細繊維状物質を供給する供給手段と、
電場により向きが揃えられて分子間力で集積された前記微細繊維状物質からなるゲルを前記液体から引き出して連続した繊維束とする伸長手段と、
を具備することを特徴とする紡績装置。
Electrodes that generate an electric field in the liquid,
A supply means for supplying an electric field in the liquid with a fine fibrous substance having a diameter of 1 to 500 nm and a length of 100 times or more the diameter.
And expansion means to the fiber bundle a gel consisting of the fine fibrous material orientation aligned integrated Waals force was continuously drawn out from the liquid by an electric field,
A spinning device characterized by being equipped with.
液体中で電場により向きが揃えられて分子間力で集積した直径が1〜500nmで長さが直径の100倍以上である微細繊維状物質からなる複数の糸状物がコイル状に集積した構造を有し、直径が50μmから1000μmであることを特徴とする繊維束。 A structure in which a plurality of filamentous substances composed of fine fibrous substances having a diameter of 1 to 500 nm and a length of 100 times or more the diameter, which are aligned by an electric field in a liquid and accumulated by an intermolecular force, are accumulated in a coil shape. A fiber bundle having a diameter of 50 μm to 1000 μm. 前記微細繊維状物質の間に介在する状態で機能性物質が含有されたことを特徴とする請求項5に記載の繊維束。 The fiber bundle according to claim 5, wherein the functional substance is contained in a state of being interposed between the fine fibrous substances.
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