JP7511226B2

JP7511226B2 - 不織布の製造方法、および不織布の製造装置

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Publication number: JP7511226B2
Application number: JP2020074229A
Authority: JP
Inventors: 幸治中根
Original assignee: University of Fukui NUC
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Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
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Description

本発明は、不織布の製造方法、不織布の製造装置、および不織布に関する。

不織布の製造方法としては、一般的に静電紡糸法が用いられており、静電紡糸法の具体例としては、紡糸の場として気相を用いる方法、および、紡糸の場として液相を用いる方法を挙げることができる。

紡糸の場として気相を用いる静電紡糸法では、高分子材料を含有する溶液に高電圧が印加され、これによって、当該溶液がコレクター（例えば、金属板または金属ドラム）に向かって気相中に噴霧される。気相中を移動する溶液からは溶媒が蒸発し、それに伴って、高分子材料から不織布が形成され、コレクター上に不織布が集積される（非特許文献１参照）。

紡糸の場として液相を用いる静電紡糸法では、高分子材料を含有する溶液に高電圧が印加され、これによって、当該溶液が対向電極に向かって液相中に噴霧される。液相中を移動する溶液からは溶媒が除去され、それに伴って、高分子材料から不織布が形成され、対向電極上に不織布が集積される、または、液相全体に不織布が浮遊する（特許文献１参照）。

特許第５８４５５２５号

Seeram Ramakrishna et al., An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, World Scientific, 2005 https://doi.org/10.1142/5894

しかしながら、従来の静電紡糸法では、コレクターまたは電極等の上に不織布が集積されるため、または、液相全体に不織布が浮遊するため、不織布の回収が容易ではないという問題があった。

具体的に、コレクターまたは電極等の上に不織布が集積される場合には、コレクターまたは電極から不織布を引き剥がす操作が必要になる。この場合、当該操作に時間がかかるという問題があった。液相全体に不織布が浮遊する場合には、不織布が所定の場所に集積されていないため、集積されていない不織布の回収に時間がかかるという問題があった。

本発明の一態様は、不織布の回収が容易な不織布の製造方法および不織布の製造装置、並びに、不織布を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討した結果、互いに界面を形成し得る２種類の液体を用い、第１の液体中に配置された静電紡糸ノズルと、第２の液体に接続された対向電極との間に電位差を与えた後、上記静電紡糸ノズルから上記第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料を静電紡糸することで、不織布を製造でき、かつ、当該不織布が界面に集積することを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は以下の構成を含む。

＜１＞
第１の液体中に配置された静電紡糸ノズルと、第２の液体に接続された対向電極との間に電位差を与える、電位差形成工程と、上記電位差によって、上記静電紡糸ノズルから上記第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料を静電紡糸する、静電紡糸工程と、を含み、上記第１の液体と上記第２の液体とは、互いに界面を形成し得る溶液である、不織布の製造方法。

上記構成であれば、静電紡糸ノズルと対向電極との間（より具体的に、静電紡糸ノズルと、対向電極に接続された第２の液体との間）に与えられた電位差によって、第１の液体中に配置された静電紡糸ノズルから、第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料が静電紡糸される。液体試料が第１の液体中を通過する過程において、当該液体試料の溶媒は第１の液体中に、例えば拡散、あるいは溶出されて、液体試料から溶媒が除去される。その結果、溶質である繊維材料の濃度が増して当該繊維材料同士が絡み合い、不織布を構成するための原材料が形成される。当該原材料は、液体試料と同様に、第１の液体から第２の液体に向かって移動する。このとき、第１の液体と第２の液体との間には界面が形成されている。当該界面では、表面張力、浮力、および／または、電気的な引力などの力が原材料に作用し、その結果、当該原材料が界面にて滞留する。界面では、滞留した原材料が集積されて、その結果、当該原材料によって、不織布が作製される。

＜２＞
上記静電紡糸工程の後に、および／または、上記静電紡糸工程と同時に、上記界面に集積した不織布を回収する回収工程を含む、＜１＞に記載の不織布の製造方法。

上記構成であれば、連続して不織布を製造することができる。例えば、静電紡糸工程の後に回収工程を行えば、界面の大きさに応じた不織布を作製および回収した後、当該界面を用いて、再び不織布を作製することができる。一方、静電紡糸工程と同時に回収工程を行えば、回収中の不織布の一方の末端では、回収と同時に不織布の製造が行われることになる。つまり、回収中の不織布の一方の末端には、新たに製造された不織布が結合することになる。その結果、当該構成であれば、界面の大きさに制限されず、長い不織布を作製することができる。

＜３＞
上記第１の液体と第２の液体との界面の形状を制御する界面形状制御工程を更に含む、＜１＞または＜２＞に記載の不織布の製造方法。

第１の液体と第２の液体との間の界面の形状は、超音波（例えば、定常波）などによって、容易に制御することができる。さらに、精密に制御することもできる。上記構成であれば、界面の形状を制御することによって、当該界面にて製造される不織布の形状を、容易に制御することができる。さらに、精密に制御することもできる。

＜４＞
上記電位差の大きさを調節する電位差調節工程をさらに含む、＜１＞～＜３＞の何れか１項に記載の不織布の製造方法。

上記構成であれば、不織布の構造（例えば、不織布を構成する線維の太さ、不織布を構成する線維の密度、不織布を構成する線維同士の接着度合など）を制御することができる。

＜５＞
上記静電紡糸ノズルと上記界面との距離を調節する紡糸距離調節工程をさらに含む、＜１＞～＜４＞の何れか１項に記載の不織布の製造方法。

＜６＞
上記第１の液体の一部を排出する溶液排出工程をさらに含む、＜１＞～＜５＞の何れか１項に記載の不織布の製造方法。

液体試料が第１の液体中を通過する過程において、当該液体試料の溶媒は第１の液体中に、例えば拡散、あるいは溶出される。その結果、第１の液体中に溶媒が蓄積されて、第１の液体の量が増すとともに、第１の液体中の溶媒濃度が増す。上記構成であれば、第１の液体の量を一定に保ち、かつ、第１の液体中の溶媒濃度を低濃度に保つことができる。

＜７＞
＜１＞～＜６＞の何れか１項に記載の製造方法によって製造される不織布。

上記構成であれば、様々な性質を有する不織布を提供することができる。

＜８＞
第１の液体と、当該第１の液体との間に界面を形成する第２の液体と、を収容する、容器と、上記容器の第１の液体が収容される領域に配置される、静電紡糸ノズルと、上記容器の第２の液体が収容される領域に接続される、対向電極と、を備え、上記静電紡糸ノズルは、上記第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料を静電紡糸するものであり、上記静電紡糸ノズルと対向電極との間に電位差が与えられる、不織布の製造装置。

本発明の一態様によれば、不織布の回収が容易な不織布の製造方法および不織布の製造装置、並びに、不織布を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る製造装置を表す模式図である。本発明の一実施形態に係る製造装置と、製造装置内の界面を表す模式図である。本発明の一実施形態に係る製造方法のフローチャートである。本発明の不織布の外観図、およびＳＥＭ像である。本発明の不織布のＳＥＭ像である。本発明の不織布のＳＥＭ像である。本発明の不織布のＳＥＭ像である。

本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態及び実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態及び実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。本明細書中、数値範囲に関して「Ａ～Ｂ」と記載した場合、当該記載は「Ａ以上Ｂ以下」を意図する。

〔１．不織布の製造方法〕
まず、図３を用いて本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法について説明する。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０１は、第１の液体中に配置された静電紡糸ノズルと、第２の液体に接続された対向電極との間に電位差を与える、電位差形成工程Ｓ１と、上記電位差によって、上記静電紡糸ノズルから上記第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料を静電紡糸する、静電紡糸工程Ｓ２と、を含み、上記第１の液体と上記第２の液体とは、互いに界面を形成し得る液体である。

上記構成であれば、静電紡糸ノズルと対向電極との間（より具体的に、静電紡糸ノズルと、対向電極に接続された第２の液体との間）に与えられた電位差によって、第１の液体中に配置された静電紡糸ノズルから、第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料が静電紡糸される。液体試料が第１の液体中を通過する過程において、当該液体試料の溶媒は第１の液体中に、例えば拡散、あるいは溶出されて、液体試料から溶媒が除去される。その結果、溶質である繊維材料の濃度が増して当該繊維材料同士が絡み合い、不織布を構成するための原材料が形成される。また、当該原材料は、液体試料と同様に、第１の液体から第２の液体に向かって移動する。このとき、第１の液体と第２の液体との間には界面が形成されている。当該界面では、表面張力、浮力、および／または、電気的な引力などの力が原材料に作用し、その結果、当該原材料が界面にて滞留する。その後、界面では、滞留した原材料が集積されて、その結果、当該原材料によって、不織布が作製される。

以上のように、本発明では、不織布と強固な結合を形成しない界面を用いて不織布を製造するので、本発明は、不織布の回収が容易であるという利点を有する。更に、本発明では、コレクターなどから不織布を引き剥がす操作が不要であるので、本発明は、当該操作時に生じる不織布のダメージを避けることができるという利点を有する。更に、本発明では、広さおよび／または形状を容易に調節し得る界面を用いて不織布を製造するので、本発明は、所望の大きさの不織布（例えば、大きな不織布）、および／または、所望の形状の不織布を容易に製造することができるという利点を有する。

本明細書中において「静電紡糸する」とは、電圧が印加された液体試料を静電紡糸ノズルから噴霧して、上記第１の液体中を通過させた後、上記界面にて不織布を作製することを意味する。

本明細書中において「液体試料」とは、繊維材料を溶媒に溶解させた液体を意味する。

液体試料中の繊維材料の濃度は、限定されず、繊維材料の種類、および、溶媒の種類に応じて、適宜、設定することができる。液体試料中の繊維材料の濃度は、液体試料全体を１００ｗｔ％としたときに、例えば、１ｗｔ％～５０ｗｔ％が好ましく、５ｗｔ％～５０ｗｔ％がより好ましく、１０ｗｔ％～２５ｗｔ％がより好ましく、１０ｗｔ％～２０ｗｔ％がより好ましく、１０ｗｔ％～１５ｗｔ％がさらに好ましい。

上記繊維材料として用いる化合物としては、高分子化合物等が挙げられる。高分子化合物としては、例えば、セルロースまたはその誘導体（アセチルセルロース等）、ポリビニルアルコールまたはその誘導体（ポリビニルブチラール等）、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキシド、ポリエステル、ポリビニルピロリドン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ブタジエンゴム、ポリウレタンおよび、生分解性プラスチック（ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート等）等が挙げられる。高反応性という利点があるという観点から、上記高分子化合物の中では、アセチルセルロース、および、ポリビニルアルコールが好ましい。これらの高分子化合物は、１種類のみ、または２種類以上を混合して用いることができる。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法では、第１の液体および第２の液体という異なる２種類の液体を用いる。この場合、第１の液体と接触する不織布の面には、例えば、（ｉ）繊維材料を構成する複数種類の高分子化合物の中の、第１の液体と親和性が高い高分子化合物、または、（ｉｉ）繊維材料を構成する１種類あるいは複数の高分子化合物の分子内領域であって、第１の液体と親和性が高い分子内領域、が配置される傾向を示す。一方、第２の液体と接触する不織布の面には、例えば、（ｉｉｉ）繊維材料を構成する複数種類の高分子化合物の中の、第２の液体と親和性が高い高分子化合物、または、（ｉｖ）繊維材料を構成する１種類の高分子化合物の分子内領域であって、第２の液体と親和性が高い分子内領域、が配置される傾向を示す。その結果、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法であれば、第１の液体と接触する不織布の面の性質と、第２の液体と接触する不織布の面の性質とが異なる不織布を容易に製造することができる。例えば、第１の液体として極性が低い液体を用い、第２の液体として極性が高い液体を用いれば、撥水性が異なる２面を有する不織布を製造することができる。

上記液体試料の溶媒は、上記繊維材料を溶解できるものであれば特に限定されず、例えば、水、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセトン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、酢酸、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、および、ハロゲン化炭化水素（例えば、クロロホルム）等が挙げられ、繊維の形態がより明確な不織布を作製するという観点から、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、アセトン、ＤＭＳＯ等が好ましい。これらの溶媒は１種単独でまたは２種類以上を混合して用いることができる。また、溶媒には適宜電解質、有機金属化合物、あるいは機能性化合物（無機微粒子、生体触媒など）を溶解または分散してもよい。

上記第１の液体と第２の液体との位置関係は、不織布を形成可能であれば特に限定されない。すなわち、第１の液体の上に第２の液体が配置されてもよいし、第２の液体の上に第１の液体が配置されてもよい。換言すれば、本発明では、上側に配置されている第１の液体から下側に配置されている第２の液体に向かって液体試料を静電紡糸してもよいし、下側に配置されている第１の液体から上側に配置されている第２の液体に向かって液体試料を静電紡糸してもよい。上記第１の液体と第２の液体との位置関係は、例えば、第１の液体の比重と、第２の液体の比重との大小関係によって、決定され得る。

上記第１の液体、および、第２の液体は、互いに界面を形成し得る液体であればよく、具体的な構成は、限定されない。

例えば、静電紡糸ノズルが配置される第１の液体は、対向電極と接続される第２の液体よりも、誘電率が低いものであり得る。当該構成であれば、静電紡糸ノズルと対向電極との間に所望の電位差を容易に形成することができる。その結果、静電紡糸ノズルから第２の液体に向かって繊維材料を含む液体試料を効率よく静電紡糸することができる。

例えば、第１の液体の誘電率Ａ、および、第２の液体の誘電率Ｂは、「Ａ＜Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（９/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（８/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（７/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（６/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（５/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（４/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（３/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（２/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよく、「Ａ＜（１/１０）×Ｂ」の関係を満たしてもよい。

第１の液体は、比誘電率が小さなものであり得る。例えば、第１の液体の比誘電率は、２５以下であることが好ましく、２０以下であることがより好ましく、１５以下であることがより好ましく、１０以下であることがより好ましく、５以下であることが最も好ましい。なお、第１の液体の比誘電率の下限値は、限定されず、例えば、０．１、または、１であってもよい。当該構成であれば、静電紡糸ノズルと対向電極との間に所望の電位差を容易に形成することができる。その結果、静電紡糸ノズルから第２の液体に向かって繊維材料を含む液体試料を効率よく静電紡糸することができる。

第１の液体の具体例としては、例えば、炭化水素（例えば、ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、デカン、ドデカン、トルエン、流動パラフィン、ＩＰソルベント）、アルコール（例えば、ブタノール、ペンタノール、オクタノール）、ハロゲン化炭化水素（例えば、塩化ベンジル、クロロホルム、クロロオクタン、四塩化炭素、パーフルオロヘキサン）、および、ジオキサンを挙げることができる。汎用性の観点から、上記第１の液体の中では、ヘキサン、トルエン、および、ＩＰソルベントが好ましい。これらの液体は、１種類のみ、または２種類以上を混合して用いることができる。

第２の液体は、比誘電率が大きなものであり得る。例えば、第２の液体の比誘電率は、２５よりも大きいことが好ましく、３０以上であることがより好ましく、４０以上であることがより好ましく、５０以上であることがより好ましく、６０以上であることがより好ましく、７０以上であることがより好ましく、８０以上であることが最も好ましい。なお、第２の液体の比誘電率の上限値は、限定されず、例えば、１５０、または、１００であってもよい。当該構成であれば、静電紡糸ノズルと対向電極との間に所望の電位差を容易に形成することができる。その結果、静電紡糸ノズルから第２の液体に向かって繊維材料を含む液体試料を効率よく静電紡糸することができる。

第２の液体の具体例としては、例えば、水、アセトン、アルコール（例えば、メタノール、エタノール）、グリコール（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール）、酸（例えば、酢酸、ギ酸）、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、および、これらを溶媒とした溶液を挙げることができる。汎用性の観点から、上記第２の液体の中では、水、アルコール、および、ジメチルスルホキシドが好ましい。これらの液体は、１種類のみ、または２種類以上を混合して用いることができる。

上記電位差形成工程Ｓ１において、静電紡糸ノズルと対向電極との間に与えられる電位差は、不織布の作製が可能であれば特に限定されるものではなく、第１の液体の種類、第２の液体の種類、および、静電紡糸ノズルと対向電極との距離などに応じて、適宜設定することができる。当該電位差は、例えば、１ｋｖ～１００ｋｖが好ましく、５ｋｖ～５０ｋｖがより好ましく、１０ｋｖ～４０ｋｖがより好ましく１２ｋＶ～３６ｋＶがより好ましく、１２ｋＶ～２４ｋＶがより好ましく、２０～２４ｋＶが最も好ましい。印加される電圧が上記範囲であれば、不織布が繊維形状を形成しやすくなる。

静電紡糸ノズル、および、対向電極としては、適宜、市販のものを用いることができる。なお、不織布の製造装置については、後述する。

図３に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０３は、静電紡糸工程Ｓ２の後に、および／または、静電紡糸工程Ｓ２と同時に、界面に集積した不織布を回収する回収工程Ｓ３を含んでもよい。回収工程Ｓ３は、後述する不織布の製造装置が備える回収部によって行われ得る。

上記構成であれば、連続して不織布を製造することができる。例えば、静電紡糸工程Ｓ２の後に回収工程Ｓ３を行えば、界面の大きさに応じた不織布を作製および回収した後、当該界面を用いて、再び不織布を作製することができる。一方、静電紡糸工程Ｓ２と同時に回収工程Ｓ３を行えば、回収中の不織布の一方の末端では、回収と同時に不織布の製造が行われることになる。つまり、回収中の不織布の一方の末端には、新たに製造された不織布が結合することになる。その結果、当該構成であれば、界面の大きさに制限されず、大きい不織布（換言すれば、長い不織布）を作製することができる。

図３に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０３は、第１の液体と第２の液体との界面の形状を制御する界面形状制御工程Ｓ０を更に含んでいてもよい。界面形状制御工程Ｓ０は、例えば、電位差形成工程Ｓ１の前に行われ得る。界面形状制御工程Ｓ０は、後述する不織布の製造装置が備える界面形状制御部によって行われ得る。

図２の界面の制御２０２に、界面形状制御部５による、界面形状制御の方法の一例を示す。界面形状制御部５は、例えば超音波（例えば、定常波）を発して、界面１２を所望の形状に変化させるものであり得る。なお、界面１２の形状を変化させ得るものとして、超音波以外に、例えば電磁波、界面と並行方向の液体の流速制御（カルマン渦）、および、界面の局部的な温度制御を挙げることができる。形状を変化させた上記界面１２に、液体試料を静電紡糸することで、界面１２の形状に沿った形状を有する不織布２０を得ることができる。

界面１２の形状は特に限定されるものではなく、例えば、波状、ちりめん状、渦状等が挙げられる。製造された不織布を生活用品という用途に好適に利用できる観点から、界面１２の形状は、波状、ちりめん状であることが好ましい。

図３に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０２は、上記電位差の大きさを調節する電位差調節工程Ｓ１ａをさらに含んでいてもよい。電位差調節工程Ｓ１ａは、例えば、電位差形成工程Ｓ１の前に行われ得る。電位差調節工程Ｓ１ａは、後述する不織布の製造装置が備える電位差調節部によって行われ得る。

上記構成であれば、電位差の大きさを調整することで、不織布の構造（例えば、不織布を構成する線維の太さ、不織布を構成する線維の密度、不織布を構成する線維同士の接着度合など）を制御することができる。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０２では、例えば、（ｉ）電位差調節工程Ｓ１ａを行った後で、電位差形成工程Ｓ１を行ってもよく、（ｉｉ）電位差調節工程Ｓ１ａを行った後で、後述する紡糸距離調節工程Ｓ１ｂを行い、その後で電位差形成工程Ｓ１を行ってもよく、（ｉｉ）電位差調節工程Ｓ１ａおよび後述する紡糸距離調節工程Ｓ１ｂを所望の回数行った後で、電位差形成工程Ｓ１を行ってもよい。また、電位差調節工程Ｓ１ａおよび後述する紡糸距離調節工程Ｓ１ｂは、１つの工程として行われてもよいし、別々の工程として行われてもよい。

上記電位差調節工程Ｓ１ａでは、第１の液体の種類、第２の液体の種類、および、静電紡糸ノズルと対向電極との距離などに応じて、適宜電位差を調節することができる。当該電位差は、例えば、１ｋｖ～１００ｋｖが好ましく、５ｋｖ～５０ｋｖがより好ましく、１０ｋｖ～４０ｋｖがより好ましく１２ｋＶ～３６ｋＶがより好ましく、１２ｋＶ～２４ｋＶがより好ましく、２０～２４ｋＶが最も好ましい。

図３に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０２は、静電紡糸ノズルと界面との距離を調節する紡糸距離調節工程Ｓ１ｂをさらに含んでいてもよい。紡糸距離調節工程Ｓ１ｂは、例えば、電位差形成工程Ｓ１の前に行われ得る。紡糸距離調節工程Ｓ１ｂは、後述する不織布の製造装置が備える紡糸距離調節部によって行われ得る。

上記構成であれば、不織布の構造（例えば、不織布を構成する線維の太さ、不織布を構成する線維の密度、不織布を構成する線維同士の接着度合など）を制御することができる。例えば、上記静電紡糸ノズルと上記界面との距離が近くなると繊維径が太くなる傾向を示し、反対に距離が遠くなると、繊維径は細くなり繊維の形状が明確になる傾向を示す。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０２では、例えば、（ｉ）紡糸距離調節工程Ｓ１ｂを行った後で、電位差形成工程Ｓ１を行ってもよく、（ｉｉ）紡糸距離調節工程Ｓ１ｂを行った後で、上述した電位差調節工程Ｓ１ａを行い、その後で電位差形成工程Ｓ１を行ってもよく、（ｉｉ）紡糸距離調節工程Ｓ１ｂおよび上述した電位差調節工程Ｓ１ａを所望の回数行った後で、電位差形成工程Ｓ１を行ってもよい。また、電位差調節工程Ｓ１ａおよび後述する紡糸距離調節工程Ｓ１ｂは、１つの工程として行われてもよいし、別々の工程として行われてもよい。

上記静電紡糸ノズルと上記界面との距離は、第１の液体の種類、第２の液体の種類、および、静電紡糸ノズルと対向電極と間の電位差などに応じて、適宜設定することができる。当該距離は、例えば、１．０ｃｍ以上が好ましく、２．０ｃｍ以上がより好ましく、３．０ｃｍ以上がより好ましく、４．０ｃｍ以上がさらに好ましい。なお、当該距離の上限値は、限定されず、例えば、１００ｃｍ、５０ｃｍ、または、１０ｃｍであってもよい。

上記紡糸距離調節工程Ｓ１ｂでは、上記静電紡糸ノズルまたは上記界面のいずれか一方、またはその両方を移動させることで、静電紡糸ノズルと界面との距離の調節を行ってもよい。

図３に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０３は、上記第１の液体の一部を排出する（例えば、後述する容器から第１の液体の一部を排出する）液体排出工程Ｓ４をさらに含んでいてもよい。液体排出工程Ｓ４は、例えば、回収工程Ｓ３の後に行われ得る。液体排出工程Ｓ４は、後述する不織布の製造装置が備える排出口によって行われ得る。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法３０３は、新たな第１の液体を導入する（例えば、後述する容器へ新たな第１の液体を導入する）液体導入工程をさらに含んでいてもよい。液体導入工程は、例えば、液体排出工程Ｓ４と同時に行われ得る。この場合、液体導入工程は、液体排出工程Ｓ４に包含され得る。液体排出工程Ｓ４は、不織布の製造装置が備える導入口によって行われ得る。当該構成であれば、第１の液体の量をより一定に保ち、かつ、第１の液体中の溶媒濃度をより低濃度に保つことができる。

〔２．不織布の製造装置〕
図１を用いて本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置の概要について説明する。図１は、不織布の製造装置１０１の一例の構造を模式的に例示する。〔１．不織布の製造方法〕にて既に説明した事項については、以下説明を省略する。

不織布の製造装置１０１は、第１の液体１０と、当該第１の液体１０との間に界面１２を形成する第２の液体１１と、を収容する、容器１と、容器１の第１の液体１０が収容される領域に配置される、静電紡糸ノズル２と、容器１の第２の液体１１が収容される領域に接続される、対向電極３と、を備え、静電紡糸ノズル２は、第２の液体１１に向かって、繊維材料を含む液体試料１３を静電紡糸するものであり、静電紡糸ノズル２と対向電極３との間に電位差が与えられる、ものである。

上記構成であれば、静電紡糸ノズル２と対向電極３との間（より具体的に、静電紡糸ノズル２と、対向電極３に接続された第２の液体１１との間）に与えられた電位差によって、第１の液体１０中に配置された静電紡糸ノズル２から、第２の液体１１に向かって、繊維材料を含む液体試料１３が静電紡糸される。液体試料が第１の液体中を通過する過程において、当該液体試料の溶媒は第１の液体中に、例えば拡散、あるいは溶出されて、液体試料から溶媒が除去される。その結果、溶質である繊維材料の濃度が増して当該繊維材料同士が絡み合い、不織布を構成するための原材料２１が形成される。また、原材料２１は、液体試料１３と同様に、第１の液体１０から第２の液体１１に向かって移動する。このとき、第１の液体１０と第２の液体１１との間には界面１２が形成されている。界面１２では、表面張力、浮力、および／または、電気的な引力などの力が原材料２１に作用し、その結果、原材料２１が界面１２にて滞留する。その後、界面１２では、滞留した原材料２１が集積されて、その結果、原材料２１によって、不織布２０が作製される。

静電紡糸ノズル２は、液体試料１３に電圧を印加可能であれば、特に限定されない。静電紡糸ノズル２としては、例えば、金属製チューブ（例えば、ステンレス）、金属で表面をメッキしたキャピラリーチューブ、注射器、針等が挙げられる。液体試料１３の紡糸量を調整しやすい観点から、注射器が好ましい。また、液体試料１３に直接電極を挿入して高電圧を印加することも可能である。この場合は、ノズル２の材質は限定されない。

１つの不織布の製造装置１０１に設けられる静電紡糸ノズル２の数は、限定されず、１個であってもよいし、複数個（例えば、２個以上、３個以上、４個以上、５個以上）であってもよい。容器１の大きさに応じて、１つの不織布の製造装置１０１に設けられる静電紡糸ノズル２の数を適宜設定すればよい。例えば、容器１が大きな場合には、１つの不織布の製造装置１０１に設けられる静電紡糸ノズル２の数を複数個にすればよい。当該構成であれば、大きな不織布であって、不織布全体に渡って性質（例えば、厚さ）が略同じである不織布を、容易に製造することができる。

第２の溶液１１中に備えられた対向電極３は、静電紡糸ノズル２との間に電位差を形成できるものであればよく、特にその形状および材料は限定されない。対向電極３の形状は、例えば、リング状、板状、メッシュ状、棒状、織物状、不織布状等であってもよい。また、板状や棒状を複数並べてもよい。対向電極３の材料は、例えば、ステンレス、白金、アルミニウム、銅等の金属であってもよい。また、第２の液体１１（例えば、水などの比誘電率が大きな液体）そのものを電極としてもよい。例えば、アースした銅線等を第２の溶液１１に接続することで、第２の溶液１１が対向電極の役割を果たし得る。

容器１の容積および形状は、限定されない。容器１の容積および形状を適宜選択すれば、界面１２の広さ、および／または、形状を調節することができる。その結果、製造される不織布２０の広さ、および／または、形状を容易に調節することができる。

図２に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置２０１は、作製した不織布を回収するための回収部４を備えていてもよい。

回収部４は、作製した不織布を回収できるものであればよく、その構成は限定されない。回収部４は、例えば、（ｉ）界面に形成された不織布を巻き取る回転式コレクター、（ｉｉ）界面に形成された不織布を取り上げる網、（ｉｉｉ）不織布を乾燥するヒーター、または、（ｉｖ）液体回収システムであり得る。連続的に大量の不織布を回収できる観点から、回収部４は、回転式コレクター（回転式ドラム）であることが好ましい。

図２に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置２０１は、界面の形状を制御する界面形状制御部５を備えていてもよい。

界面形状制御部５は、界面の形状を制御できるものであればよく、その構成は限定されない。界面形状制御部５は、例えば、（ｉ）超音波照射装置、（ｉｉ）電磁波発生装置、または、（ｉｉｉ）カルマン渦発生装置であり得る。容易に界面の形状の制御が可能である観点から、界面形状制御部５は、超音波照射装置であることが好ましい。

図２に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置２０１は、上記電位差の大きさを調節する電位差調節部６を備えていてもよい。

電位差調節部６は、静電紡糸ノズルと対向電極との間の電位差を調節できるものであればよく、その構成は限定されない。

電位差調節部６としては、静電紡糸ノズルに印加される電圧を調節し得る、市販の装置を用いればよい。また、上記電位差調節部６は、上記静電紡糸ノズルと一体化されていてもよい。

図２に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置２０１は、上記静電紡糸ノズルと上記界面との距離を調節する紡糸距離調節部７を備えていてもよい。

紡糸距離調節部７は、上記静電紡糸ノズルと上記界面の距離を調節できるものであればよく、その構成は限定されない。

図２に示すように、紡糸距離調節部７は、静電紡糸ノズルの位置を、位置Ａから位置Ｂへ、および／または、位置Ｂから位置Ａへ変化させるものであってもよい。

この場合、紡糸距離調節部７は、（ｉ）静電紡糸ノズルを移動させることによって、静電紡糸ノズルの位置を、位置Ａから位置Ｂへ、および／または、位置Ｂから位置Ａへ変化させるものであってもよいし、（ｉｉ）容器を移動させることによって、静電紡糸ノズルの位置を、位置Ａから位置Ｂへ、および／または、位置Ｂから位置Ａへ変化させるものであってもよい。なお、静電紡糸ノズル、または、容器を移動させる装置としては、適宜、市販の装置を用いればよい。

紡糸距離調節部７の別の態様としては、予め、界面からの距離が異なる複数個の静電紡糸ノズルを設け、駆動する静電紡糸ノズルを適宜選択する態様を挙げることができる。例えば、位置Ａに配置された静電紡糸ノズルＡ、および、位置Ｂに配置された静電紡糸ノズルＢを、予め設ける。静電紡糸ノズルＡまたは静電紡糸ノズルＢの何れかを駆動させることによって、静電紡糸ノズルと界面との距離を調節することができる。

紡糸距離調節部７の別の態様としては、予め、界面からの距離が異なる複数個の挿入口を容器に設け、静電紡糸ノズルを挿入する挿入口を適宜選択する態様を挙げることができる。位置Ａに配置された挿入口Ａ、および、位置Ｂに配置された挿入口Ｂを、予め容器に設ける。挿入口Ａまたは挿入口Ｂの何れかに静電紡糸ノズルを挿入した後、当該静電紡糸ノズルを駆動させることによって、静電紡糸ノズルと界面との距離を調節することができる。

図２に示すように、本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置２０１は、上記容器内に収容された上記第１の液体の一部を当該容器外へ排出する排出口３０を備えていてもよい。

排出口３０としては、目的の液体を排出可能であれば特に限定されるものではない。例えば、ポンプ等の循環機構を備えてもよいし、開閉可能な単なる開口部を備えるのみであってもよい。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置２０１は、新たな第１の液体を容器内へ導入する導入口を備えていてもよい。なお、当該導入口は、例えば、容器の第１の液体が収容される領域（例えば、排出口３０と向かい合う領域）に設けられ得る。

導入口としては、目的の液体を導入可能であれば特に限定されるものではない。例えば、ポンプ等の循環機構を備えてもよいし、開閉可能な単なる開口部を備えるのみであってもよい。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造装置は、以下の構成であることが好ましい：
（１）更に、界面に集積した不織布を回収する回収部を備えている、不織布の製造装置。
（２）更に、界面の形状を制御する界面形状制御部を備えている、不織布の製造装置。
（３）更に、電位差の大きさを調節する電位差調節部を備えている、不織布の製造装置。
（４）更に、静電紡糸ノズルと界面との距離を調節する紡糸距離調節部を備えている、不織布の製造装置。
（５）更に、容器内に収容された上記第１の液体の一部を当該容器外へ排出する排出口を備えている、不織布の製造装置。

〔３．不織布〕
本発明の一実施形態に係る不織布は、本発明の一実施形態に係る製造方法によって製造されるものである。

なお、上記不織布をその構造又は特性により直接特定することは、不可能または非実際的である。使用される繊維材料の各々によってその構造や、それに伴う特性が異なることに照らせば、本発明の不織布に製造方法により作製された不織布を、その構造又は特性により直接特定することは不可能である。

本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法では、第１の液体および第２の液体という異なる２種類の液体を用いる。この場合、第１の液体と接触する不織布の面には、例えば、（ｉ）繊維材料を構成する複数種類の高分子化合物の中の、第１の液体と親和性が高い高分子化合物、または、（ｉｉ）繊維材料を構成する１種類または複数の高分子化合物の分子内領域であって、第１の液体と親和性が高い分子内領域、が配置される傾向を示す。一方、第２の液体と接触する不織布の面には、例えば、（ｉｉｉ）繊維材料を構成する複数種類の高分子化合物の中の、第２の液体と親和性が高い高分子化合物、または、（ｉｖ）繊維材料を構成する１種類の高分子化合物の分子内領域であって、第２の液体と親和性が高い分子内領域、が配置される傾向を示す。その結果、本発明の一実施形態に係る不織布の製造方法であれば、第１の液体と接触する不織布の面の性質と、第２の液体と接触する不織布の面の性質とが異なる不織布を容易に製造することができる。

このような不織布としては、例えば、（ｉ）表面が親水性であり、裏面が撥水性である不織布、（ｉｉ）表面と裏面で繊維素材の結晶化度が異なる不織布、（ｉｉｉ）表面と裏面で繊維表面の構造（平滑性，多孔性など）が異なる不織布、（ｉｖ）表面と裏面で繊維間の空隙が異なる不織布等が挙げられる。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

〔試験１〕
図１に示す、不織布の製造装置１０１を用いて、第１の液体をヘキサン、第２の液体を水とし、不織布の静電紡糸を行った。液体試料は、酢酸セルロース（ＣＡ）（和光純薬株式会社製）１ｇおよびＮ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）（ナカライテスク株式会社製）を９ｇ混合した、ＣＡ－ＤＭＡｃ１０ｗｔ％溶液２ｍＬを用いた。紡糸条件は、静電紡糸ノズルへの液体試料の供給速度が０．６ｍＬ／ｈ、静電紡糸ノズルへの印加電圧が２０ｋＶ、界面と静電紡糸ノズルの距離は２．５ｃｍで行った。また、対向電極は、地面にアースした銅線を用いた。得られた不織布の外観図とＳＥＭ像を図４に示す。

図４より、ヘキサンと水との界面に不織布が形成されたことがわかる。このことから、水表面がコレクターの役割を果たしたと言える。

〔試験２〕
印加電圧を変更したこと以外は試験１と同様に不織布を作製した。得られた不織布のＳＥＭ像を図５に示す。静電紡糸ノズルへの印加電圧はそれぞれ、（ａ）１２ｋＶ、（ｂ）１６ｋＶ、（ｃ）２０ｋＶ、（ｄ）２４ｋＶとした。得られた不織布のＳＥＭ像を図５に示す。

図５より、印加電圧を２４ｋＶにして作製した不織布が、最も繊維の形状を有していることがわかった。したがって、２４ｋＶの印加電圧が、繊維形状の形成に最も好ましいと示された。

〔試験３〕
界面と静電紡糸ノズルの距離を変更したこと以外は試験１と同様に不織布を作製した。距離はそれぞれ、（ａ）３．０ｃｍ、（ｂ）３．５ｃｍ、（ｃ）４．０ｃｍとした。得られた不織布のＳＥＭ像を図６に示す。

図６より、（ｃ）が最も繊維形状を有していることがわかった。したがって、界面と針との距離が大きいほど、繊維形状を形成しやすいことが示された。

〔試験４〕
液体試料の材料を酢酸セルロースからポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に変更したこと以外は実施例１と同様に不織布を作製した。また、得られた不織布にそれぞれ異なる処理を行った。不織布にはそれぞれ、（ａ）風乾、（ｂ）エタノールに浸漬、（ｃ）蒸留水に浸漬する処理を行った。処置後の不織布のＳＥＭ像を図７に示す。

図７より、ＰＶＤＦを用いても繊維が形成できることが分かった。また、ａ_１、ｂ_１、ｃ_１はそれぞれ作製時にヘキサンに接していた側、ａ_２、ｂ_２、ｃ_２は水に接していた側のＳＥＭ像である。各表面で、繊維の形状が異なることが分かる。したがって、ある一方の面と、もう片方の面で性質の異なる不織布が製造可能であることが示された。

本発明は、不織布の製造方法として好適に利用することができる。

１容器
２静電紡糸ノズル
３対向電極
４回収部
５界面形状制御部
６電位差調節部
７紡糸距離調整部
１０第１の液体
１１第２の液体
１２界面
１３液体試料
２０不織布
２１原材料
３０排出口
１０１不織布の製造装置
２０１不織布の製造装置
３０１不織布の製造方法
３０２不織布の製造方法
３０３不織布の製造方法

Claims

第１の液体中に配置された静電紡糸ノズルと、第２の液体に接続された対向電極との間に電位差を与える、電位差形成工程と、
上記電位差によって、上記静電紡糸ノズルから上記第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料を静電紡糸する、静電紡糸工程と、を含み、
上記第１の液体と上記第２の液体とは、互いに界面を形成し得る溶液であり、
上記第１の液体と上記第２の液体とは、比重が異なり、かつ、上記第１の液体の誘電率は、上記第２の液体の誘電率よりも低い、不織布の製造方法。
上記静電紡糸工程の後に、および／または、上記静電紡糸工程と同時に、上記界面に集積した不織布を回収する回収工程を含む、請求項１に記載の不織布の製造方法。
上記第１の液体と第２の液体との界面の形状を制御する界面形状制御工程を更に含む、請求項１または２に記載の不織布の製造方法。
上記電位差の大きさを調節する電位差調節工程をさらに含む、請求項１～３の何れか１項に記載の不織布の製造方法。
上記静電紡糸ノズルと上記界面との距離を調節する紡糸距離調節工程をさらに含む、請求項１～４の何れか１項に記載の不織布の製造方法。
上記第１の液体の一部を排出する溶液排出工程をさらに含む、請求項１～５の何れか１項に記載の不織布の製造方法。
第１の液体と、当該第１の液体との間に界面を形成する第２の液体と、を収容する、容器と、
上記容器の第１の液体が収容される領域に配置される、静電紡糸ノズルと、
上記容器の第２の液体が収容される領域に接続される、対向電極と、を備え、
上記静電紡糸ノズルは、上記第２の液体に向かって、繊維材料を含む液体試料を静電紡糸するものであり、
上記静電紡糸ノズルと対向電極との間に電位差が与えられ、
上記第１の液体と上記第２の液体とは、互いに界面を形成し得る溶液であり、
上記第１の液体と上記第２の液体とは、比重が異なり、かつ、上記第１の液体の誘電率は、上記第２の液体の誘電率よりも低い、
不織布の製造装置。