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ファイバー状構造体の製造方法

国内特許コード P110002734
整理番号 K029P18
掲載日 2011年6月6日
出願番号 特願2008-022666
公開番号 特開2009-179922
登録番号 特許第5422128号
出願日 平成20年2月1日(2008.2.1)
公開日 平成21年8月13日(2009.8.13)
登録日 平成25年11月29日(2013.11.29)
発明者
  • 益田 秀樹
  • 柳下 崇
  • 藤村 涼子
出願人
  • 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 ファイバー状構造体の製造方法
発明の概要 【課題】多孔体の細孔を介して微細でサイズの揃ったファイバー状構造体を煩雑な工程を経ることなく高スループットで作製可能な方法を提供する。
【解決手段】固化可能な液体を多孔体の細孔を介して、それとはまじりあわないもう一方の溶液中に押し出し、これを固化することで、多孔体の細孔サイズに対応した微細な直径を有するファイバー状構造体を連続的に形成することを特徴とするファイバー状構造体の製造方法、およびその方法により製造されたファイバー状構造体。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


直径がサブミクロンからナノメータースケールのファイバー状の構造体は、電子材料、キャパシタ、リチウム電池用セパレーター、各種ナノフィルターなど様々な分野への応用が可能であることから、高スループットな作製手法の確立が求められている。これまでにも、ノズルと基板間に電界を印加し、高分子や無機材料の溶液を噴出させることで微細なファイバーの作製が可能であるエレクトロスピニング法など、いくつかのナノファイバーの作製手法が提案されてきている(例えば、特許文献1)。



しかしながら、これらの手法では、使用材料や作製しようとするファイバーにより、印加電圧や最適なノズル径が非常に異なるなど、条件を最適化しないとファイバー状の構造体の作製を安定して行うことができず、形成されるファイバーの直径も作製条件に大きく依存することが知られている。そのため、これらの手法を用いて、ファイバー状構造体の作製を行うためには膨大な実験データの蓄積を行うことが必要となる。また、ノズル数を増やすなど、生産性の向上を目指した検討もなされているが、現状ではその高スループット化は十分ではない。また、エレクトロスピニング法では、直径が100nm以下であるナノファイバーの作製を行うことは容易ではなく、たとえ可能な場合においても、直径のばらつきを例えば20%以下に抑えることは難しい。さらには、作製原理の特性上、得られるファイバーの断面形状を制御することは困難である。



通常、合成繊維を作製する場合には、口金と呼ばれる複数のノズルから高分子溶液を押し出すことで、ファイバー状の構造が形成される紡糸技術が用いられている。このような手法によれば、高スループットでファイバー状構造体の形成が可能であり、口金の形状を制御することで、形成されるファイバーの直径や、断面形状を比較的容易に制御することができるという特徴を有する。しかしながら、既存の口金作製技術では、微細なノズルを作製することは難しいため、直径がサブミクロンからナノメーターサイズのファイバー状構造体を得ることは難しい。
【特許文献1】
特開2007-303031号公報

産業上の利用分野


本発明は、断面サイズの小さく均一なファイバー状構造体を煩雑な工程を経ることなく高スループットで連続的に効率よく製造する方法関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
細孔を有する多孔体をファイバー状構造体作製のための口金として使用し、多孔体の細孔から固化可能な溶液を連続的に押し出すことにより、平均直径10nmから1μmのファイバー状構造体を形成することを特徴とする、ファイバー状構造体の製造方法。

【請求項2】
多孔体の細孔から固化可能な溶液を連続的に押し出すことにより、平均直径10nmから500nmのファイバー状構造体を形成することを特徴とする、請求項1に記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項3】
多孔体の細孔から固化可能な溶液を連続的に押し出すことにより、平均直径10nmから300nmのファイバー状構造体を形成することを特徴とする、請求項1または2に記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項4】
多孔体の細孔から固化可能な溶液を連続的に押し出すことにより、平均直径10nmから100nmのファイバー状構造体を形成することを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項5】
直径の相対標準偏差が30%以下のファイバー状構造体を形成することを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項6】
直径の相対標準偏差が20%以下のファイバー状構造体を形成することを特徴とする、請求項1~5のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項7】
直径の相対標準偏差が10%以下のファイバー状構造体を形成することを特徴とする、請求項1~6のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項8】
細孔断面形状が制御された多孔体を用いることにより、形成されるファイバー状構造体の断面幾何学形状を制御することを特徴とする、請求項1~7のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項9】
多孔体として陽極酸化ポーラスアルミナを用いることを特徴とする、請求項1~8のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項10】
固化可能な溶液を、多孔体を介して硬化液中に押し出すことを特徴とする、請求項1~9のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項11】
固化可能な溶液として光硬化性モノマーを用い、該モノマーを多孔体を介して該モノマーがまじりあわない溶液中に押し出しながら光照射を行い、ファイバー状構造体を重合固化しながら形成することを特徴とする、請求項1~10のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項12】
多孔体を介して押し出すモノマーの粘度が5から20mPa・sであることを特徴とする、請求項11に記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項13】
多孔体を介して押し出すモノマーと、モノマーが押し出される溶液の界面エネルギーが0.2から1.2 mN/mであることを特徴とする、請求項11または12に記載のファイバー状構造体の製造方法。

【請求項14】
固化可能な溶液としてナノ粒子が分散した溶液を用い、該溶液を多孔体を介して押し出すことを特徴とする、請求項1~13のいずれかに記載のファイバー状構造体の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008022666thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ ナノ製造技術の探索と展開 領域
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