[发明专利]纳米纤维制造装置、纳米纤维制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用静电延伸现象(静电纺丝法)制造纳米纤维的纳米纤维装置。

背景技术

作为对由树脂等构成、具有亚微米尺度(submicron scale)的直径的线状(纤维状)物质(纳米纤维)进行制造的方法，已知静电纺丝(electrospinning)法。

该静电纺丝法是指如下方法：将使树脂等分散或溶解到溶媒中后的原料液通过喷嘴等流出(喷射)至空间中，并且对原料液赋予电荷而使其带电，使在空间飞行中的原料液产生静电延伸现象，由此得到纳米纤维。

更具体而言，带电并流出的原料液，随着溶媒从在空间飞行中的原料液中蒸发，原料液的体积逐渐减少。另一方面，对原料液赋予的电荷留在原料液中。结果，在空间飞行中的原料液的颗粒的电荷密度上升。并且，原料液中的溶媒继续蒸发，因此原料液的电荷密度进一步提高，在原料液中产生的排斥方向的库仑力比原料液的表面张力大的时刻，产生原料液爆炸性地延伸为线状的现象(静电延伸现象)。该静电延伸现象在空间中不断地以几何级数地发生，由此制造出直径为亚微米的由树脂构成的纳米纤维(例如参照专利文献3)。

在上述方法中使用的构成原料液的溶媒被要求容易挥发。作为具备这种性质的液体，在容易取得性以及价格等方面，有机类的溶媒具有代表性，但其大多具有易燃性。因此，不使蒸发后的溶媒爆炸的防爆对策成为重要的问题。

因此，公开有如下发明：将溶媒蒸发的空间封闭并在该空间中填充氮气等惰性气体，由此从上述空间中除去成为爆炸的原因的氧气来进行防爆(例如专利文献1)。

并且，通过使如此制造的纳米纤维堆积在堆积部件上等，能够得到具有立体网孔的三维构造的薄膜。并且进一步，通过使纳米纤维较厚地堆积，能够制造具有亚微米的网孔的高多孔性网。如此制造的薄膜或高多孔性网能够较好地适用于过滤器、电池的隔板、燃料电池的树脂电解质膜以及电极等，并且通过适用由该纳米纤维构成的高多孔性网，能够期待各自的性能飞跃性地提高。

以往，在制造上述那样的由纳米纤维构成的纤维网的情况下，如专利文献2公开的那样，使纳米纤维堆积在卷绕于卷绕部件的长带状的堆积部件上，并将堆积在堆积部件上的纳米纤维与堆积部件一起进行回收，由此制造长的高多孔性网。并且，当没有能够供给的堆积部件时，更换为新的堆积部件而制造由纳米纤维构成的高多孔性网。

如以上那样在空间中制造的纳米纤维，有时被堆积而用作无纺布。在该情况下，要求无纺布的厚度的均匀性以及构成无纺布的纳米纤维的直径的均匀性等，因此本发明人之前提出了一种纳米纤维制造装置，通过气流来搬送纳米纤维，并使纳米纤维与气流一起扩散，由此能够使纳米纤维在空间上均匀地分布。如此，通过使空间上均匀地分布的纳米纤维堆积，由此能够制造品质在二维上均匀的无纺布。

专利文献1：日本特开平2-273566号公报

专利文献2：日本特开2006-37329号公报

专利文献3：日本特开2004-238749号公报

但是，当在封闭的空间中使溶媒蒸发时，空间中的溶媒的密度上升，溶媒变得难以从原料液中蒸发。在专利文献1中记载的涂装等的情况下，溶媒的蒸发可能不会成为较大的问题，但在制造纳米纤维的情况下，当溶媒的蒸发缓慢时，会产生静电延伸现象变得难以产生、所制造的纳米纤维的直径较大或不产生需要的量的纳米纤维的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，其第一目的是提供一种能够不阻碍溶媒从原料液的蒸发地、在防爆状态下制造纳米纤维的纳米纤维的制造装置、纳米纤维的制造方法。

此外，在一台纳米纤维制造装置中，在产生变更进行制造的纳米纤维的种类、制造不同种类的网的需要的情况下，必须在将长的堆积部件的全部堆积部件卷绕到一方的卷绕部件上之后，将新的堆积部件安装到纳米纤维制造装置上，而产生换产调整花费工夫等问题。

进而，根据纳米纤维的种类的不同，有时使纳米纤维堆积的方法不同，进而在换产调整中消耗时间和劳力。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其第二目的是提供一种能够缩短换产调整的时间的纳米纤维制造装置。

此外，在本发明人进行研究的过程中，发现有时在以往的纳米纤维制造装置中得到的无纺布的均匀性上产生问题。例如，在变更了纳米纤维的制造条件的情况下，有时发生不能确保希望的均匀性等的不良状况，有时难以确保作为制造装置的制造品质的稳定性。

因此，经过反复的锐意研究和实验发现，通过将使纳米纤维在空间中扩散的部分的形状设为规定的形状，能够实现制造品质的提高。