電気紡糸に関する簡単な紹介

　　エレクトロスピニング（electrospinning）は静電紡糸（electrostaticspinning）とも呼ばれ、高分子溶液または溶融体を用いて強い電場下で噴流を形成して紡糸加工を行う技術である。近年、超微細繊維を製造できる新しい加工方法として、電気紡糸が注目されている。理論的には、溶解または溶融可能な高分子材料はすべて電気的に行うことができる糸を紡ぐ加工する。現在、世界で電気紡糸加工に成功したポリマーは30種類を超え、DNA、コラーゲン、シルクタンパク質などの天然高分子、およびポリオキシエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸、ポリイミド、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリカプロラクトン、ポリウレタンなどの合成高分子を含む。

げんり

電気紡糸中、噴射装置には充電されたポリマー溶液または溶融液が充填されている。印加電界の作用の下で、表面張力の作用を受けてノズルに保持された高分子液滴は、電界誘導下面に電荷を集め、表面張力方向とは反対の電界力を受ける。電場が徐々に増強されると、ノズルにある液滴は球状からテーパ状に引き伸ばされ、いわゆる「テーラーコーン」（Taylorcone）を形成する。一方、電界強度が臨界値に増加すると、電界力は液体の表面張力を克服してテイラーコーンから噴出する。噴射流は高電場の作用下で振動して不安定になり、周波数の極めて高い不規則な螺旋運動を発生する。高速振動中、噴射流は急速に細くなり、溶媒も急速に揮発し、最終的には直径nm級の繊維を形成し、ランダムに収集装置に散乱し、不織布を形成する。

電気紡糸装置産業化の現状

2003年9月、チェコのリベレッツ大学はElmarco社と協力して、世界初のナノ繊維紡糸機-ナノクモを開発した。ナノスパイダーは伝統的な電気紡績における紡糸口金を廃止し、代わりに円筒であり、円筒は部分的にポリマー溶液に浸漬され、絶えず回転し、電場の作用下で無数のテイラーコーンを形成し、テイラーコーン噴霧噴流群はナノ繊維を形成し、生産効率を伝統的な単紡糸口金紡績機の011 ~ 1 g/hから1 ~ 5 g/minに高め、幅が1 mを超える大面積不織布を生産することができ、将来の電気紡糸ナノファイバーの大規模工業化生産のために良好な基礎を築いた。

現在、世界中でエレクトロスピニング製品の開発に参加している大手企業と企業は、Elmarco社、Freudenberg社、Donalson社、日本の株式会社、米国のSTARInc.社、eSpin社など、約数十社ある。我が国は現在、電気紡糸科学研究技術は世界の先進レベルにあるが、規模の工業生産は形成されていない。その中で、永清華源生物材料科技公司が生産したHY-1型静電紡糸設備は、国内と日本の加多公司のne u型とは対照的である。HY-1型電気紡糸装置は従来の機械操作分散機能をデジタル制御機械装置を用いて集積化して実現した。紡糸中、押注、往復並進などの制御システムにより液体流速を精密に制御する。本格的な操作が簡単で、再現性があり、小規模な生産バッチ量化の特徴を実現した。現在、同社はすでに国内初のナノファイバー大型紡糸機-Siningを開発し、幅1 mの大面積不織布を生産でき、生産率は約100 m/minである。これは国内の電気紡糸ナノメートルを意味するせんいの大規模な工業化生産が始まった。