[发明专利]纳米纤维制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用静电爆炸制造纳米纤维、收集该纳米纤维的纳米纤维制造装置，尤其涉及使用需要防爆措施的原料液来制造纳米纤维的纳米纤维制造装置。 

背景技术

作为制造由高分子物质构成、直径在亚微米尺度(submicron scale)的丝状物质(以下记为“纳米纤维”)的方法，我们知道有静电纺丝(electrospinning)法。 

所谓的该静电纺丝法为通过从施加了高电压的针状喷嘴向制造空间中流出(喷射)使高分子物质分散到溶剂中的高分子溶液获得纳米纤维的方法。更具体为，利用高电压使带电了的高分子溶液的电荷密度随溶剂蒸发而升高。于是，当高分子溶液中产生的推斥方向的库仑力克服了高分子溶液的表面张力时，产生高分子溶液被爆炸性地直线状延伸的现象(静电爆炸)。该静电爆炸在制造空间中接连不断地发生，通过这样制造直径为亚微米的高分子构成的纳米纤维。 

并且，通过使由上述方法制造的纳米纤维堆积在基板上，能够获得具有立体网孔的三维结构的薄膜，通过继续往厚里形成，能够制造具有亚微米的网孔的高多孔性纤维网(无纺布)。 

这样采用静电纺丝法来制造的纤维网由于纳米级的孔构成的高多孔性、表面积大，因此用于过滤器或电池的隔板、燃料电池的高分子电解质膜、电极等，期待获得高的效果。 

以往，作为大量地制造纳米纤维、制造由纳米纤维构成的实用的纤维网的方法，提出过并列配置多个喷嘴、堆积大量的纳米纤维来制造纤维网的装置(参照例如专利文献1)。 

专利文献1：日本特开2002-201559号公报 

但是，当像上述那样制造纳米纤维时，制造空间内滞留有预定浓度的构成原料液的挥发性溶剂。另一方面，喷射原料液的喷嘴上施加有高电压，难以完全地避免放电的可能性。因此，在上述溶剂由易燃性物质构成的情况下，经常存在爆炸的危险性。 

另一方面，虽然可以采用非易燃性的溶剂，但考虑到环境污染等问题，能够作为溶剂而采用的物质的选择余地窄，成本也受到影响。 

发明内容

本发明就是鉴于上述问题，其目的就是要提供一种在制造纳米纤维时能够避免爆炸的危险性、并且能够扩大溶剂选择的种类的纳米纤维制造装置等。 

而且，本发明的另一个目的是要提供一种能够抑制上述纳米纤维制造装置维护保养时的成本增加的纳米纤维制造装置。 

为了达到上述目的，本发明的纳米纤维制造装置为具有往利用作为纳米纤维的原料的原料液静电爆炸来制造纳米纤维的制造空间中喷射原料液的喷射机构、和使上述原料液带电的带电机构；其特征在于，具有：供给使喷射上述原料液的制造空间成为低氧环境的安全气体的气体供给源；以及较之外部空间的环境将制造空间维持在低氧环境、且与外部空间并不是在气密状态下隔绝的隔壁。 

由此，由于制造空间被维持在低氧环境下，因此即使该制造空间中存在易燃性溶剂，也能够尽可能地避免爆炸的危险性。 

上述气体供给源最好向制造空间供给氮气浓度比上述外部空间高的气体。 

通过导入氮气浓度高的气体，能够使制造空间中的氧气浓度相对降低。并且，由于氮气为惰性气体，容易获得，因此能够容易地在制造空间中形成低氧环境。另外，氮气浓度高的气体只要是氮气浓度比大气高就可以，氮气浓度接近100％的气体也可以。 

或者，上述气体供给源也可以向制造空间供给过热水蒸气。 

当导入过热水蒸气作为供给到隔壁的内部空间的气体时，过热水蒸气利用辐射热传递、对流热传递和凝聚热传递，能够容易地使喷射的原料液 升温。因此，即使使用难挥发性的溶剂作为原料液的溶剂也能够容易地产生静电爆炸。因此，能够使用虽没有可燃性但难挥发的溶剂等，能够扩大溶剂的选择范围，能够在选择溶剂的阶段考虑到防爆。而且，由于过热水蒸气为低氧浓度，因此能够使制造空间为低氧状态，从而能够防爆。 

这里所谓的爆炸是指原料液的溶剂挥发、滞留在制造空间内，由于某种原因(例如放电等)点燃溶剂所产生的爆炸。并且，防爆是指变成该爆炸不发生的状态。该爆炸与为了制造纳米纤维而需要的静电爆炸是不同的。 

而且，优选具有：改变从上述气体供给源向制造空间的气体的供给量的气体供给量改变机构；测量上述制造空间的气体的组成的气体组成测量机构；以及根据来自上述气体组成测量机构的信号来控制上述气体供给量改变机构、以维持上述制造空间的低氧环境的控制单元。