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JP2008038314A - Titania fiber and method for producing titania fiber - Google Patents

Titania fiber and method for producing titania fiber Download PDF

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JP2008038314A
JP2008038314A JP2006217965A JP2006217965A JP2008038314A JP 2008038314 A JP2008038314 A JP 2008038314A JP 2006217965 A JP2006217965 A JP 2006217965A JP 2006217965 A JP2006217965 A JP 2006217965A JP 2008038314 A JP2008038314 A JP 2008038314A
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fiber
titania
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alkyl titanate
titania fiber
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Japanese (ja)
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Nobuya Komura
伸弥 小村
Takanori Miyoshi
孝則 三好
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Teijin Ltd
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Teijin Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a titania fiber having a small fiber diameter, exhibiting sufficient photocatalytic activities, facilitating the post-processing, and capable of being used as a catalyst without being fixed by the addition of a binder or the like; and to provide a method for producing the titania fiber. <P>SOLUTION: The titania fiber having an average fiber diameter of ≥50 nm and ≤1,000 nm, and containing ≥0.1 mass% and ≤10 mass% niobium element expressed in terms of niobium oxide based on the mass of the whole fiber is produced by producing a fiber assembly from a composition containing a niobium element as the fiber-forming composition for forming the titania fiber, by a static spinning method using the composition, and firing the resultant fiber assembly. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、チタニア繊維および当該チタニア繊維の製造方法に関する。さらに詳しくは、繊維径が小さく、十分な光触媒活性を発現し、後の加工が容易であり、バインダー等を添加して固定化せずともそのまま触媒として用いることのできる、光触媒フィルターや半導体材料として有用なチタニア繊維および当該チタニア繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a titania fiber and a method for producing the titania fiber. More specifically, as a photocatalytic filter or a semiconductor material that has a small fiber diameter, expresses sufficient photocatalytic activity, is easy to be processed later, and can be used as a catalyst as it is without being fixed by adding a binder or the like. The present invention relates to a useful titania fiber and a method for producing the titania fiber.

セラミック繊維は、電気絶縁性、低熱伝導性、高弾性等の性質を活かして、電気絶縁材、断熱材、フィラー、フィルター等様々な分野で用いることのできる有用な材料である。このようなセラミック繊維は、通常、溶融法、スピンドル法、ブローイング法等によって作製されており、その繊維径は、一般的に数μmである(特許文献1参照)。   The ceramic fiber is a useful material that can be used in various fields such as an electrical insulating material, a heat insulating material, a filler, and a filter by making use of properties such as electrical insulation, low thermal conductivity, and high elasticity. Such ceramic fibers are usually produced by a melting method, a spindle method, a blowing method, or the like, and the fiber diameter is generally several μm (see Patent Document 1).

ところで、近年、特にフィラーやフィルターの分野においては、マトリックス材料との接着面積の増大や、フィルター効率の向上のために、より細いセラミック繊維が求められるようになってきている。   By the way, in recent years, particularly in the field of fillers and filters, thinner ceramic fibers have been demanded in order to increase the adhesion area with the matrix material and improve the filter efficiency.

ここで、従来の繊維よりも細い繊維を作製する方法としては、有機高分子からなる材料を中心として、エレクトロスピニング法(静電紡糸法)が知られている。エレクトロスピニング法(静電紡糸法)とは、有機高分子等の繊維形成性の溶質を溶解させた溶液に、高電圧を印加して帯電させることにより、溶液を電極に向かって噴出させ、噴出によって溶媒が蒸発することから、極細の繊維構造体を簡便に得ることのできる方法である(特許文献2参照)。
そして、チタニア繊維についても、このようなエレクトロスピニング法によって繊維を作製する方法は既に知られている(非特許文献1〜2参照)。
Here, as a method for producing a fiber thinner than a conventional fiber, an electrospinning method (electrostatic spinning method) is known with a focus on materials made of organic polymers. The electrospinning method (electrostatic spinning method) is a method in which a high voltage is applied to a solution in which a fiber-forming solute such as an organic polymer is dissolved, and the solution is ejected toward the electrode. Since the solvent evaporates by this, an ultrafine fiber structure can be easily obtained (see Patent Document 2).
And also about a titania fiber, the method of producing a fiber by such an electrospinning method is already known (refer nonpatent literature 1-2).

また、チタニアの光触媒活性を向上させることを目的として、白金やルビジウム、銀等の金属、または、酸化タングステンや酸化モリブデン、酸化バナジウム等の金属酸化物をチタニアに担持させることが知られている。中でも、酸化ニオブを特定量含有させたチタニア光触媒は、その他の金属や金属酸化物を担持させた場合と比較して、同等の活性を発現するとともに、人体に対して安全で環境汚染がなく、且つ安価に製造することができる(特許文献3参照)。   It is also known to support titania with a metal such as platinum, rubidium or silver or a metal oxide such as tungsten oxide, molybdenum oxide or vanadium oxide for the purpose of improving the photocatalytic activity of titania. Among them, the titania photocatalyst containing a specific amount of niobium oxide exhibits equivalent activity as compared to the case of supporting other metals and metal oxides, and is safe for the human body and free from environmental pollution. And it can manufacture at low cost (refer patent document 3).

特開2003−105658号公報JP 2003-105658 A 特開2002−249966号公報JP 2002-249966 A 特開平09−267037号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-267037 Dan Li、Younan Xia著、「Direct Fabrication of Composite and Ceramic Hollow Nanofibersby Electrospinning」、NanoLetters、US、The American Chemical society、2004年5月、第4巻、第5号、P933〜938Dan Li, Younan Xia, “Direct Fabrication of Composite and Ceramic Hollow Nanofibers by Electrospinning”, NanoLetters, US, The American Chemical Society, May 2004, Vol. 4, No. 5, P933-938 Mi Yeon Song、Do Kyun Kim、Kyo Jin Ihn、SeongMu Jo、Dong Young Kim著、「ElectrospunTiO2 electrodes for dye-sensitized solar cells」、Nanotechnology、US、Institute Of Physics、2004年12月、第15巻、12号、P1861〜1865Mi Yeon Song, Do Kyun Kim, Kyo Jin Ihn, SeongMu Jo, Dong Young Kim, “ElectrospunTiO2 electrodes for dye-sensitized solar cells”, Nanotechnology, US, Institute Of Physics, December 2004, Vol. 15, No. 12 , P1861-1865

しかしながら、上記非特許文献1に記載された方法においては、チタニア原料化合物に対して0.1〜0.5倍量もの有機高分子を添加する必要がある。このため、上記非特許文献1に記載された方法によって得られるチタニア繊維は、多孔構造となることが予想される。   However, in the method described in Non-Patent Document 1, it is necessary to add 0.1 to 0.5 times as much organic polymer as the titania raw material compound. For this reason, the titania fiber obtained by the method described in Non-Patent Document 1 is expected to have a porous structure.

多孔構造のチタニア繊維は、比較的表面積が大きいと考えられることから、金属触媒等の担持材としての用途には適していると思われる。しかしながら、多孔構造のチタニア繊維は、一般的に力学的な強度が低く、このため、強度を必要とする用途に用いることは困難であった。さらに、多孔構造のチタニア繊維は、格子欠陥を多く含んだ結晶性の低いものと考えられるため、格子欠陥を多く含むことに起因して、電子と正孔の再結合が多く起こり、十分な光触媒活性を発現することができないと考えられる。   Since the titania fiber having a porous structure is considered to have a relatively large surface area, it seems to be suitable for use as a support material such as a metal catalyst. However, the titania fiber having a porous structure generally has low mechanical strength, and therefore, it has been difficult to use it for applications requiring strength. Furthermore, since the titania fiber with a porous structure is considered to be low in crystallinity containing a lot of lattice defects, a large amount of recombination of electrons and holes occurs due to the inclusion of many lattice defects, and a sufficient photocatalyst. It is considered that the activity cannot be expressed.

また、特許文献3に記載されたチタニア系光触媒は、粉末形状の触媒であることから、使用に際しては何かに固定することが必須となる。固定化の方法としては、粉末スラリーとして成膜する方法、有機または無機バインダーにて結合する方法等が挙げられるが、これらはいずれもスラリー化、成膜化、混合、塗布等の新たな工程が発生してしまう。   In addition, since the titania photocatalyst described in Patent Document 3 is a powder-shaped catalyst, it is essential to fix it to something in use. Examples of the immobilization method include a method of forming a film as a powder slurry, a method of bonding with an organic or inorganic binder, etc., all of which are new steps such as slurrying, film formation, mixing, and coating. Will occur.

さらに、スラリーから得られるチタニア膜は、強度が脆く、耐久性が低いものとなっていた。また、有機バインダーを使用する場合には、光触媒反応の際にバインダーが一緒に分解されてしまうため、チタニア粉末の脱落が発生してしまう。一方で、無機バインダーを使用する場合には、耐久性はあるものの、十分な反応面積(チタニアの表面への露出面積)を確保するためにはバインダーを大量に使用をせねばならず、その結果、触媒効率が低下する問題があった。   Furthermore, the titania film obtained from the slurry is brittle in strength and low in durability. Moreover, when using an organic binder, since a binder will be decomposed | disassembled together in the case of a photocatalytic reaction, the fall of titania powder will generate | occur | produce. On the other hand, when using an inorganic binder, it is durable, but in order to ensure a sufficient reaction area (area exposed to the surface of titania), a large amount of binder must be used, and as a result There was a problem that the catalyst efficiency was lowered.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繊維径が小さく、十分な光触媒活性を発現し、後の加工が容易であり、バインダー等を添加して固定化せずともそのまま触媒として用いることのできるチタニア繊維および当該チタニア繊維の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is that the fiber diameter is small, sufficient photocatalytic activity is expressed, subsequent processing is easy, and a binder or the like is added and fixed. An object of the present invention is to provide a titania fiber that can be used as a catalyst as it is without being converted into a catalyst, and a method for producing the titania fiber.

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意検討を重ねた。その結果、チタニア繊維を形成するための繊維形成用組成物として、ニオブ元素を含む組成物を用いて、当該組成物から静電紡糸法にて繊維集合体を製造し、これを焼成することにより、繊維径が小さく、十分な光触媒活性を発現し、後の加工が容易であり、バインダー等を添加して固定化せずともそのまま触媒として用いることのできる繊維が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors have made extensive studies in view of the above problems. As a result, by using a composition containing niobium element as a fiber-forming composition for forming titania fibers, a fiber assembly is produced from the composition by an electrostatic spinning method, and this is fired. The present invention has found that a fiber having a small fiber diameter, expressing a sufficient photocatalytic activity, easy to be processed later, and capable of being used as a catalyst as it is without being fixed by adding a binder or the like is obtained. It came to complete.

すなわち本発明は、平均繊維径が50nm以上1000nm以下であり、繊維全体の質量に対してニオブ元素を酸化ニオブ換算で0.1質量%以上10質量%以下含むチタニア繊維である。   That is, the present invention is a titania fiber having an average fiber diameter of 50 nm or more and 1000 nm or less and containing niobium element in an amount of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in terms of niobium oxide with respect to the total mass of the fiber.

また別の本発明は、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物、水、ならびに、繊維形成性溶質を含む繊維形成用組成物を調製する繊維形成用組成物調製工程と、静電紡糸法にて前記繊維形成用組成物を噴出することにより繊維を得る紡糸工程と、前記繊維を累積させて繊維集合体を得る累積工程と、前記繊維集合体を焼成して繊維構造体を得る焼成工程と、を含むチタニア繊維の製造方法である。   Another embodiment of the present invention is a fiber-forming composition for preparing a fiber-forming composition comprising an alkyl titanate, a complex-forming compound with an alkyl titanate, and a mixture containing niobium alkoxide, water, and a fiber-forming solute. A composition preparing step, a spinning step of obtaining fibers by ejecting the fiber-forming composition by an electrostatic spinning method, a cumulative step of accumulating the fibers to obtain a fiber aggregate, and the fiber aggregate And a firing process for obtaining a fiber structure by firing.

本発明のチタニア繊維は、平均繊維径がナノスケールと小さいことから、柔軟性を有する繊維となる。また、従来のチタニア繊維と比較して、表面積が大きくなるため、光触媒用フィルターや触媒担持基材等に使用した場合に、十分な触媒効率を発現することができる。   Since the average fiber diameter of the titania fiber of the present invention is as small as nanoscale, it becomes a flexible fiber. In addition, since the surface area is larger than that of conventional titania fibers, sufficient catalytic efficiency can be exhibited when used for a photocatalyst filter, a catalyst-supporting substrate, or the like.

さらに、本発明のチアニア繊維は、多孔構造となることを抑制することができるため、ある程度の表面積を有しつつも、力学的な強度を保持することができる。また、格子欠陥を多く含む繊維と比較して、電子と正孔の再結合を抑制でき、したがって、十分な光触媒活性を発現することができる。   Furthermore, since the titania fiber of the present invention can suppress the formation of a porous structure, it can retain a mechanical strength while having a certain surface area. In addition, recombination of electrons and holes can be suppressed as compared with a fiber containing many lattice defects, and thus sufficient photocatalytic activity can be exhibited.

また、本発明のチタニア繊維は、ニオブ元素を含むことから、光触媒として使用した場合の触媒活性を向上させることができる。   Moreover, since the titania fiber of the present invention contains a niobium element, the catalytic activity when used as a photocatalyst can be improved.

さらには、繊維形状であることから、従来の粉末の光触媒材料と比較して、後の加工が容易であり、また、バインダー等を添加して固定化せずともそのまま触媒として用いることのできることから、フィルター等として使用した場合に、バインダー分解による粒子の脱落や、バインダー多含有による触媒効率の低下を防止することができる。   Furthermore, because of the fiber shape, it is easy to process later compared to conventional powder photocatalyst materials, and can be used as a catalyst as it is without adding a binder or the like. When used as a filter or the like, it is possible to prevent the particles from dropping off due to the binder decomposition, and the catalyst efficiency from being lowered due to the excessive binder content.

したがって、本発明のチタニア繊維は、繊維径が小さく、十分な光触媒活性を発現し、後の加工が容易であり、バインダー等を添加して固定化せずともそのまますることができることから、光触媒フィルター、触媒担持基材、半導体材料として非常に有用である。   Accordingly, the titania fiber of the present invention has a small fiber diameter, expresses sufficient photocatalytic activity, is easy to be processed later, and can be left as it is without being fixed by adding a binder or the like. It is very useful as a catalyst support substrate and a semiconductor material.

さらに、本発明のチタニア繊維は、編み込む等の加工を施すことで様々な構造体を形成することができる。また、取り扱い性やその他の要求事項に合わせて、本発明のチタニア繊維以外のセラミック繊維と組み合わせて用いることもできる。   Furthermore, the titania fiber of the present invention can form various structures by processing such as weaving. Moreover, it can also be used in combination with ceramic fibers other than the titania fiber of the present invention in accordance with handleability and other requirements.

以下、本発明について詳細に説明する。
<チタニア繊維>
本発明のチタニア繊維は、特定範囲の平均繊維径を有し、ニオブ元素を特定量含むチタニア繊維である。すなわち、本発明のチタニア繊維は、平均繊維径が50nm以上1000nm以下であり、繊維全体の質量に対してニオブ元素を酸化ニオブ換算で0.1質量%以上10質量%以下含むチタニア繊維である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<Titania fiber>
The titania fiber of the present invention is a titania fiber having an average fiber diameter in a specific range and containing a specific amount of niobium element. That is, the titania fiber of the present invention is a titania fiber having an average fiber diameter of 50 nm or more and 1000 nm or less and containing niobium element in an amount of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in terms of niobium oxide with respect to the mass of the entire fiber.

ここで、「チタニア繊維」とは、酸化チタンを主成分とする酸化物系セラミックスからなる繊維構造体のことを指す。本発明においては、副成分としてニオブ元素を酸化ニオブ換算で0.1質量%以上10質量%以下含み、これ以外の副成分として、Al、SiO、LiO、NaO、MgO、CaO、SrO、BaO、B、P、SnO、ZrO、KO、CsO、ZnO、Sb、As、CeO、V、Cr、MnO、Fe、CoO、NiO、Y、Lu、Nb、Er、Yb、HfO等の酸化物系セラミックスを含んでいてもよい。 Here, the “titania fiber” refers to a fiber structure made of an oxide ceramic mainly composed of titanium oxide. In the present invention, niobium element is contained as an auxiliary component in an amount of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in terms of niobium oxide, and as other auxiliary components, Al 2 O 3 , SiO 2 , Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, B 2 O 3, P 2 O 5, SnO 2, ZrO 2, K 2 O, Cs 2 O, ZnO, Sb 2 O 3, As 2 O 3, CeO 2, V 2 O 5 , oxide systems such as Cr 2 O 3 , MnO, Fe 2 O 3 , CoO, NiO, Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , HfO 2 Ceramics may be included.

[ニオブ元素の含有量]
本発明のチタニア繊維における、ニオブ元素の含有量は、チタニア繊維全体の質量に対して酸化ニオブ換算で0.1質量%以上10質量%以下の範囲であり、より好ましくは、0.3質量%以上5質量%以下の範囲である。ニオブ元素の含有量が0.1質量%未満の場合には、光触媒としての活性を向上させる効果が低く、一方で、10質量%を超える場合には、繊維形成用組成物調製工程において溶液がゲル化するため調整困難となり、また、その後得られた繊維においてもそれ以上の添加効果を得ることが困難となる。
[Niobium element content]
The content of the niobium element in the titania fiber of the present invention is in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.3% by mass in terms of niobium oxide based on the mass of the entire titania fiber. It is the range of 5 mass% or less. When the content of niobium element is less than 0.1% by mass, the effect of improving the activity as a photocatalyst is low. On the other hand, when the content exceeds 10% by mass, the solution is formed in the fiber forming composition preparation step. Since it is gelled, it becomes difficult to adjust, and it is difficult to obtain an additional effect even in the fiber obtained thereafter.

酸化チタンと酸化ニオブ以外の酸化物系セラミックス(副成分)の存在比としては、チタニア繊維の結晶性の観点から、チタニア繊維の質量に対して5質量%以下であることが好ましい。より好ましくは1質量%以下であり、特に好ましくは0.1質量%以下である。   The abundance ratio of oxide ceramics (subcomponents) other than titanium oxide and niobium oxide is preferably 5% by mass or less with respect to the mass of the titania fiber from the viewpoint of crystallinity of the titania fiber. More preferably, it is 1 mass% or less, Most preferably, it is 0.1 mass% or less.

[チタニア繊維の平均繊維径]
次に、チタニア繊維の平均繊維径について説明する。本発明のチタニア繊維の平均繊維径は、50nm以上1000nm以下である。より好ましくは、100nm以上500nm以下の範囲である。チタニア繊維の平均繊維径が1000nmを越える場合には、チタニア繊維の柔軟性が乏しくなるため好ましくない。
[Average fiber diameter of titania fiber]
Next, the average fiber diameter of the titania fiber will be described. The average fiber diameter of the titania fiber of the present invention is 50 nm or more and 1000 nm or less. More preferably, it is the range of 100 nm or more and 500 nm or less. When the average fiber diameter of the titania fiber exceeds 1000 nm, the flexibility of the titania fiber becomes poor, which is not preferable.

[チタニア繊維の繊維長]
次に、チタニア繊維の平均繊維長について説明する。本発明のチタニア繊維の繊維長は、100μm以上であることが好ましい。より好ましくは150μm以上であり、特に好ましくは1mm以上である。チタニア繊維の繊維長が100μm未満となる場合には、繊維の集合によって得られるチタニア繊維構造体の力学強度が不十分なものとなる。
[Fiber length of titania fiber]
Next, the average fiber length of the titania fiber will be described. The fiber length of the titania fiber of the present invention is preferably 100 μm or more. More preferably, it is 150 micrometers or more, Most preferably, it is 1 mm or more. When the fiber length of the titania fiber is less than 100 μm, the mechanical strength of the titania fiber structure obtained by collecting the fibers becomes insufficient.

[チタニア繊維のBET比表面積]
次に、チタニア繊維のBET比表面積について説明する。本発明のチタニア繊維のBET比表面積は、0.1m/g以上10m/g以下であることが好ましい。より好ましくは0.1m/g以上5m/g以下であり、さらに好ましくは0.1m/g以上1m/g以下であり、特にに好ましくは0.1m/g以上0.5m/g以下である。チタニア繊維のBET比表面積が0.1m/gより小さい場合には、チタニア繊維を光触媒として用いた場合に光触媒活性が低下したり、あるいは、チタニア繊維を触媒担持基材として用いた場合に担持される触媒量が低下する等により、好ましくない。一方で、BET比表面積が10m/gより大きい場合には、チタニア繊維表面が多孔構造となることからチタニア繊維の強度が低下するため好ましくない。
[BET specific surface area of titania fiber]
Next, the BET specific surface area of the titania fiber will be described. The BET specific surface area of the titania fiber of the present invention is preferably 0.1 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. More preferably not more than 0.1 m 2 / g or more 5 m 2 / g, more preferably not more than 0.1 m 2 / g or more 1 m 2 / g, particularly preferably 0.1 m 2 / g or more 0.5m 2 / g or less. When the titania fiber has a BET specific surface area of less than 0.1 m 2 / g, the photocatalytic activity decreases when the titania fiber is used as a photocatalyst, or the titania fiber is supported when the titania fiber is used as a catalyst support substrate. It is not preferable because the amount of catalyst to be reduced is decreased. On the other hand, when the BET specific surface area is larger than 10 m 2 / g, since the titania fiber surface has a porous structure, the strength of the titania fiber is not preferable.

[チタニア繊維の結晶形]
次に、チタニア繊維の結晶形について説明する。酸化チタンの結晶形には、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型が存在する。本発明のチタニア繊維は、これらの中でも主としてアナターゼ型から構成されることが好ましい。アナターゼ型以外の結晶形が存在すると、チタニア繊維の強度が低下したり、チタニア繊維の光触媒活性が低下してしまう。
[Crystal form of titania fiber]
Next, the crystal form of the titania fiber will be described. The crystal form of titanium oxide includes anatase type, rutile type, and brookite type. Among these, the titania fiber of the present invention is preferably composed mainly of anatase type. If a crystal form other than the anatase type is present, the strength of the titania fiber is lowered, and the photocatalytic activity of the titania fiber is lowered.

アナターゼ型結晶とルチル型結晶の存在については、チタニア繊維のX線回折図形において、アナターゼ結晶を示す25〜26°のピーク強度と、ルチル型結晶を示す27〜28°のピーク強度にて確認することができる。本発明のチタニア繊維においては、X線回折図形にアナターゼ型以外の回折ピークが確認されないことが好ましい。   The presence of anatase-type crystals and rutile-type crystals is confirmed in the X-ray diffraction pattern of titania fibers with a peak intensity of 25-26 ° indicating anatase crystals and a peak intensity of 27-28 ° showing rutile-type crystals. be able to. In the titania fiber of the present invention, it is preferable that no diffraction peak other than the anatase type is confirmed in the X-ray diffraction pattern.

<チタニア繊維の製造方法>
次に、本発明のチタニア繊維を製造するための態様について説明する。
本発明のチタニア繊維を製造するには、前述の要件を同時に満足するようなチタニア繊維が得られる手法であればいずれも採用することができるが、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物、水、ならびに、繊維形成性溶質を含む繊維形成用組成物を調製する繊維形成用組成物調製工程と、静電紡糸法にて前記繊維形成用組成物を噴出することにより繊維を得る紡糸工程と、前記繊維を累積させて繊維集合体を得る累積工程と、前記繊維集合体を焼成して繊維構造体を得る焼成工程と、を含むチタニア繊維の製造方法を、好ましい一態様として挙げることができる。
<Method for producing titania fiber>
Next, an embodiment for producing the titania fiber of the present invention will be described.
In order to produce the titania fiber of the present invention, any technique can be used as long as the titania fiber satisfies the above-mentioned requirements at the same time, but alkyl titanate and complex formation with alkyl titanate are possible. A fiber-forming composition preparation step of preparing a fiber-forming composition containing a compound and a mixture containing niobium alkoxide, water, and a fiber-forming solute; and the fiber-forming composition by an electrostatic spinning method. A method for producing titania fibers, comprising: a spinning step for obtaining fibers by jetting; a cumulative step for accumulating the fibers to obtain a fiber aggregate; and a firing step for firing the fiber aggregate to obtain a fiber structure. Can be mentioned as a preferred embodiment.

以下に、本発明のチアニア繊維を得るための好ましい製造方法の一態様に用いられるとなる繊維形成用組成物の構成成分、および、各製造工程につき説明する。   Below, the component of the composition for fiber formation used as one aspect | mode of the preferable manufacturing method for obtaining the titania fiber of this invention, and each manufacturing process are demonstrated.

[繊維形成用組成物の構成]
本発明のチタニア繊維を得るための好ましい製造方法の一態様に用いられる繊維形成用組成物について説明する。好ましい態様として用いられる繊維形成用組成物は、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物、水、ならびに、繊維形成性溶質を含む組成物である。繊維形成用組成物の構成について以下に説明する。
[Configuration of Fiber Forming Composition]
The fiber-forming composition used in one embodiment of a preferred production method for obtaining the titania fiber of the present invention will be described. The fiber-forming composition used as a preferred embodiment is an alkyl titanate, a complex-forming compound with an alkyl titanate, a mixture containing niobium alkoxide, water, and a composition containing a fiber-forming solute. The structure of the fiber forming composition will be described below.

〔チタン酸アルキル〕
好ましい製造方法の態様において用いられるチタン酸アルキルとしては、例えば、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラノルマルプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンテトラターシャリーブトキシド等が挙げられる。これらの中では、入手の容易さの観点から、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシドが好ましい。
[Alkyl titanate]
Examples of preferred alkyl titanates used in the production method include titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetranormal propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetranormal butoxide, titanium tetratertiary butoxide and the like. Can be mentioned. Among these, titanium tetraisopropoxide and titanium tetranormal butoxide are preferable from the viewpoint of availability.

〔チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物〕
次に、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物について説明する。チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物としては、カルボン酸類、アミド類、エステル類、ケトン類、ホスフィン類、エーテル類、アルコール類、チオール類等の配位性の化合物が挙げられる。
[Complex-forming compound with alkyl titanate]
Next, a complex-forming compound with an alkyl titanate will be described. Examples of the complex-forming compound with alkyl titanate include coordination compounds such as carboxylic acids, amides, esters, ketones, phosphines, ethers, alcohols, and thiols.

後記する繊維形成用組成物調製工程においては、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物と、水と、を混合する。このため、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物としては、常温で水との反応性を示さない程度までに強固な錯体を形成する化合物を用いることは好ましくない。この観点からは、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物としてカルボン酸類を用いることが好ましく、より好ましくは脂肪族カルボン酸であり、特に好ましくは酢酸である。   In the fiber-forming composition preparation step described later, a mixture containing alkyl titanate, a complex-forming compound with alkyl titanate, and niobium alkoxide is mixed with water. For this reason, as a complex-forming compound with alkyl titanate, it is not preferable to use a compound that forms a strong complex to such an extent that it does not show reactivity with water at room temperature. From this viewpoint, it is preferable to use carboxylic acids as the complex-forming compound with alkyl titanate, more preferably aliphatic carboxylic acids, and particularly preferably acetic acid.

また、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物の添加量としては、本発明のチタニア繊維を作製するための繊維形成用組成物を作製することができる量であれば特に限定されないが、チタン酸アルキルに対して5当量以上であることが好ましく、7当量以上10当量以下であることがより好ましい。   Further, the addition amount of the complex-forming compound with the alkyl titanate is not particularly limited as long as it is an amount capable of producing the fiber-forming composition for producing the titania fiber of the present invention. Is preferably 5 equivalents or more, more preferably 7 equivalents or more and 10 equivalents or less.

〔ニオブアルコキシド〕
好ましい製造方法の態様において用いられるニオブアルコキシドとしては、例えば、ニオブテトラメトキシド、ニオブテトラエトキシド、ニオブテトラノルマルプロポキシド、ニオブテトライソプロポキシド、ニオブテトラノルマルブトキシド、ニオブテトラターシャリーブトキシドなどが挙げられる。これらの中では、入手の容易さの観点から、ニオブエトキシドが好ましい。
[Niobium alkoxide]
Examples of the niobium alkoxide used in the preferred embodiment include niobium tetramethoxide, niobium tetraethoxide, niobium tetranormal propoxide, niobium tetraisopropoxide, niobium tetranormal butoxide, niobium tetratertiary butoxide and the like. It is done. Among these, niobium ethoxide is preferable from the viewpoint of availability.

〔水〕
好ましい製造方法の態様において用いられる水は、特に限定されるものではないが、金属イオンが不純物として含まれると、作製されたチタニア繊維中に前記金属が残存するため好ましくない。このため、好ましい製造方法に用いられる水としては、蒸留水やイオン交換水が好ましい。
〔water〕
The water used in the preferred embodiment of the production method is not particularly limited. However, if metal ions are contained as impurities, the metal remains in the produced titania fiber, which is not preferable. For this reason, as water used for a preferable manufacturing method, distilled water and ion exchange water are preferable.

また、添加する水の量は、繊維形成用組成物からチタニア繊維を作製することのできる量であれば特に限定されるものではないが、チタン酸アルキルの質量に対して0.5倍量以上10倍量以下であることが好ましい。さらに好ましくはチタン酸アルキルの質量に対して0.5倍量以上3倍量以下であり、特に好ましくは0.5倍量以上1.5倍量以下である。   The amount of water to be added is not particularly limited as long as titania fibers can be produced from the fiber-forming composition, but it is 0.5 times or more of the mass of the alkyl titanate. The amount is preferably 10 times or less. More preferably, it is 0.5 to 3 times the mass of the alkyl titanate, and particularly preferably 0.5 to 1.5 times.

〔繊維形成性溶質〕
次に、繊維形成性溶質について説明する。本発明のチタニア繊維を得るための好ましい製造方法の態様においては、繊維形成用組成物に曳糸を持たせることを目的として、繊維形成用組成物に繊維形成性溶質を溶解させる必要がある。用いられる繊維形成性溶質としては、本発明のチタニア繊維を作製することのできるものであれば特に限定されないが、取り扱いの容易さの観点や、焼成工程において除去される必要があることから、有機高分子を用いることが好ましい。
[Fiber-forming solute]
Next, the fiber-forming solute will be described. In an embodiment of a preferable production method for obtaining the titania fiber of the present invention, it is necessary to dissolve a fiber-forming solute in the fiber-forming composition for the purpose of giving the fiber-forming composition a kite string. The fiber-forming solute used is not particularly limited as long as it can produce the titania fiber of the present invention, but from the viewpoint of ease of handling and needs to be removed in the firing step, it is organic. It is preferable to use a polymer.

用いられる有機高分子としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド、エーテルセルロース、ペクチン、澱粉、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリヘキサメチレンカーボネート、ポリアリレート、ポリビニルイソシアネート、ポリブチルイソシアネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリノルマルプロピルメタクリレート、ポリノルマルブチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリパラフェニレンテレフタラミド、ポリパラフェニレンテレフタラミド−3,4’−オキシジフェニレンテレフタラミド共重合体、ポリメタフェニレンイソフタラミド、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、メチルセルロース、プロピルセルロース、ベンジルセルロース、フィブロイン、天然ゴム、ポリビニルアセテート、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルエチルエーテル、ポリビニルノルマルプロピルエーテル、ポリビニルイソプロピルエーテル、ポリビニルノルマルブチルエーテル、ポリビニルイソブチルエーテル、ポリビニルターシャリーブチルエーテル、ポリビニリデンクロリド、ポリ(N−ビニルピロリドン)、ポリ(N−ビニルカルバゾル)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリビニルメチルケトン、ポリメチルイソプロペニルケトン、ポリプロピレンオキシド、ポリシクロペンテンオキシド、ポリスチレンサルホン、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、ナイロン612、並びにこれらの共重合体等が挙げられる。中でも、水に対する溶解性の観点から、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド、エーテルセルロース、ペクチン、澱粉が好ましく、ポリエチレングリコールが特に好ましい。   Examples of the organic polymer used include polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl ester, polyvinyl ether, polyvinyl pyridine, polyacrylamide, ether cellulose, pectin, starch, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polylactic acid, polyglycolic acid, poly Lactic acid-polyglycolic acid copolymer, polycaprolactone, polybutylene succinate, polyethylene succinate, polystyrene, polycarbonate, polyhexamethylene carbonate, polyarylate, polyvinyl isocyanate, polybutyl isocyanate, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polynormal Propyl methacrylate, polynormal butyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acetate Rate, polybutyl acrylate, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyparaphenylene terephthalamide, polyparaphenylene terephthalamide-3,4'-oxydiphenylene terephthalamide copolymer, polymetaphenylene Isophthalamide, cellulose diacetate, cellulose triacetate, methyl cellulose, propyl cellulose, benzyl cellulose, fibroin, natural rubber, polyvinyl acetate, polyvinyl methyl ether, polyvinyl ethyl ether, polyvinyl normal propyl ether, polyvinyl isopropyl ether, polyvinyl normal butyl ether, polyvinyl isobutyl Ether, polyvinyl tertiary butyl ether, polyvinylidenek Lido, poly (N-vinylpyrrolidone), poly (N-vinylcarbazole), poly (4-vinylpyridine), polyvinyl methyl ketone, polymethyl isopropenyl ketone, polypropylene oxide, polycyclopentene oxide, polystyrene sulfone, nylon 6 , Nylon 66, nylon 11, nylon 12, nylon 610, nylon 612, and copolymers thereof. Among these, from the viewpoint of solubility in water, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinyl ester, polyvinyl ether, polyvinyl pyridine, polyacrylamide, ether cellulose, pectin, and starch are preferable, and polyethylene glycol is particularly preferable.

用いられる有機高分子の平均分子量は、本発明のチタニア繊維を作製することができれば特に限定されるものではないが、平均分子量が低い場合には、有機高分子の添加量を大きくせねばならないことから、焼成工程において発生する気体が多くなり、また、得られるチタニア繊維の構造に欠陥が発生する可能性が高くなるため好ましくない。一方で、平均分子量が高い場合には、粘度が高くなりすぎるため紡糸が困難となるため好ましくない。用いられる有機高分子の好ましい平均分子量は、ポリエチレングリコールの場合には、100,000以上6,000,000以下の範囲であり、より好ましくは100,000以上600,000以下の範囲である。   The average molecular weight of the organic polymer to be used is not particularly limited as long as the titania fiber of the present invention can be produced, but when the average molecular weight is low, the addition amount of the organic polymer must be increased. Therefore, the amount of gas generated in the firing step increases, and the possibility of defects occurring in the structure of the obtained titania fiber increases, which is not preferable. On the other hand, when the average molecular weight is high, the viscosity becomes too high and spinning becomes difficult, which is not preferable. In the case of polyethylene glycol, the preferred average molecular weight of the organic polymer used is in the range of 100,000 to 6,000,000, more preferably in the range of 100,000 to 600,000.

繊維形成性溶質の添加量としては、チタニア繊維の表面構造の緻密性を向上させる観点から、繊維を形成することのできる濃度範囲において可能な限り少量であることが好ましく、繊維形成用組成物全体に対して0.01質量%以上2質量%以下の範囲が好ましく、0.01質量%以上1.5質量%以下の範囲がより好ましい。   The addition amount of the fiber-forming solute is preferably as small as possible in the concentration range where the fiber can be formed from the viewpoint of improving the denseness of the surface structure of the titania fiber, and the entire fiber-forming composition The range of 0.01% by mass or more and 2% by mass or less is preferable, and the range of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less is more preferable.

〔その他成分〕
本発明のチタニア繊維を得るための好ましい製造方法の態様においては、繊維形成用組成物から繊維を形成でき、本発明の要旨を超えない範囲であれば、上記の必須成分以外の成分を繊維形成用組成物の成分として含有させてもよい。
[Other ingredients]
In an embodiment of a preferable production method for obtaining the titania fiber of the present invention, fibers can be formed from the fiber-forming composition, and components other than the above essential components are formed as long as they do not exceed the gist of the present invention. It may be contained as a component of the composition for use.

好ましい態様の繊維形成用組成物においては、水を必須成分として用いるが、この水は溶媒としての役割をも果たすものである。繊維形成用組成物においては、組成物の安定性や紡糸の安定性を向上させる観点から、水以外の溶媒、例えばアルコール等を添加することも可能であるし、塩化アンモニウム等の塩や塩酸等の酸を添加することも可能である。   In the fiber forming composition of a preferred embodiment, water is used as an essential component, and this water also serves as a solvent. In the fiber-forming composition, from the viewpoint of improving the stability of the composition and the spinning stability, it is possible to add a solvent other than water, for example, an alcohol, a salt such as ammonium chloride, hydrochloric acid, etc. It is also possible to add the acid.

[繊維形成用組成物調製工程]
繊維形成用組成物調製工程においては、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物、水、ならびに、繊維形成性溶質を含む繊維形成用組成物を調製する。
[Fiber-forming composition preparation step]
In the fiber-forming composition preparation step, an alkyl titanate, a complex-forming compound with alkyl titanate, a mixture containing niobium alkoxide, water, and a fiber-forming composition containing a fiber-forming solute are prepared. .

本発明のチタニア繊維を得るための好ましい製造方法の態様においては、まず、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物を得る。なお、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドの混合により得られる混合物は、均一な溶液となる。   In an embodiment of a preferable production method for obtaining the titania fiber of the present invention, first, a mixture containing an alkyl titanate, a complex-forming compound with an alkyl titanate, and a niobium alkoxide is obtained. Note that a mixture obtained by mixing alkyl titanate, a complex-forming compound with alkyl titanate, and niobium alkoxide becomes a uniform solution.

混合の方法は、特に限定されるものではなく、攪拌等の周知の方法を採用することができる。また、混合の順序も特に限定されるものではなく、同時添加であっても、あるいは逐次添加であっても差し支えない。   The mixing method is not particularly limited, and a known method such as stirring can be employed. Also, the order of mixing is not particularly limited, and it may be simultaneous addition or sequential addition.

続いて、上記で得られたチタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物と、水と、を混合する。これらを混合すると、ゲルが生成する。繊維形成用組成物調製工程においては、生成したゲルを解離させることにより、最終的に透明なチタン含有溶液を調製する。   Subsequently, the alkyl titanate obtained above, a complex-forming compound with alkyl titanate, and a mixture containing niobium alkoxide are mixed with water. When these are mixed, a gel is formed. In the fiber forming composition preparation step, a transparent titanium-containing solution is finally prepared by dissociating the generated gel.

チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物に水を添加する際には、水の濃度が局所的に高くなると、解離困難なゲルが生成する可能性がある。このため、チタン酸アルキル、とチタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物を攪拌しつつ、水を徐々に添加することが好ましい。   When water is added to a mixture containing an alkyl titanate, a complex-forming compound with an alkyl titanate, and a niobium alkoxide, a gel that is difficult to dissociate may be generated if the concentration of water is locally increased. is there. For this reason, it is preferable to add water gradually, stirring the mixture containing the alkyl titanate and the complex-forming compound of alkyl titanate and niobium alkoxide.

また、生成したゲルの解離にあたっては、さらに攪拌を続けることによってゲルを解離させることができる。ゲルが解離すると、透明なチタン含有溶液を得ることができる。   In the dissociation of the generated gel, the gel can be dissociated by further stirring. When the gel is dissociated, a transparent titanium-containing solution can be obtained.

引き続き、上記で得られたチタン含有溶液に、繊維形成性溶質を添加することにより、最終的に繊維形成用組成物を得る。繊維形成性溶質の添加の方法は、チタン含有溶液と繊維形成性溶質がほぼ均一に混合できれば、特に限定されるものではない。また、添加順序も特に限定されるものではなく、一方をベースとして他方を添加する形態でも、あるいは、同量ずつを同時に添加する形態でもよい。   Subsequently, a fiber-forming solute is added to the titanium-containing solution obtained above to finally obtain a fiber-forming composition. The method for adding the fiber-forming solute is not particularly limited as long as the titanium-containing solution and the fiber-forming solute can be mixed almost uniformly. Also, the order of addition is not particularly limited, and a form in which one is added as a base or a form in which the same amount is added simultaneously may be employed.

なお、繊維形成性溶質の添加時期は、チタン含有溶液の調整時であっても差し支えない。この場合には、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物を得る時点であっても、また、当該混合物と水とを混合する時点であってもよい。繊維形成性溶質を水と同時に添加する場合には、例えば、水と繊維形成性溶質とを予め混合しておき、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物に徐々に添加することも可能である。   Note that the fiber-forming solute may be added at the time of preparing the titanium-containing solution. In this case, it may be time to obtain a mixture containing alkyl titanate, a complex-forming compound with alkyl titanate, and niobium alkoxide, or may be a time to mix the mixture and water. . In the case where the fiber-forming solute is added simultaneously with water, for example, water and the fiber-forming solute are mixed in advance, and an alkyl titanate, a complex-forming compound with an alkyl titanate, and a niobium alkoxide are included. It is also possible to add gradually to the mixture.

本発明において、繊維形成用組成物の溶液の安定性や紡糸の安定性の観点から、水以外の溶媒を繊維形成用組成物に添加する場合や、その他の任意成分を添加する場合には、チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物を得る時点、当該混合物と水とを混合する時点、あるいは、さらに繊維形成性溶質を添加する時点、のいずれの時点においても添加することが可能であるが、錯体形成に影響を与えないためにも、繊維形成性溶質を添加する時点が好ましい。   In the present invention, from the viewpoint of the stability of the fiber-forming composition solution and spinning stability, when adding a solvent other than water to the fiber-forming composition, or when adding other optional components, Either when obtaining a mixture containing alkyl titanate, a complex-forming compound with alkyl titanate, and niobium alkoxide, when mixing the mixture with water, or when adding a fiber-forming solute. Although it is possible to add at the time, it is preferable to add the fiber-forming solute in order not to affect the complex formation.

[紡糸工程]
紡糸工程においては、静電紡糸法にて上記で得られた繊維形成用組成物を噴出することにより、繊維を作製する。以下に、紡糸工程における紡糸方法および紡糸装置について説明する。
[Spinning process]
In the spinning step, fibers are produced by ejecting the fiber-forming composition obtained above by an electrostatic spinning method. The spinning method and spinning device in the spinning process will be described below.

〔紡糸方法〕
好ましい態様の紡糸工程においては、静電紡糸法によって繊維を作製する。ここで、「静電紡糸法」とは、繊維形成性の基質等を含む溶液または分散液を、電極間で形成された静電場中に吐出し、溶液または分散液を電極に向けて曳糸することにより、繊維状物質を形成する方法である。なお、紡糸により得られる繊維状物質は、後記する累積工程において、捕集基板である電極上に積層される。
[Spinning method]
In the spinning process of a preferred embodiment, fibers are produced by an electrostatic spinning method. Here, the “electrostatic spinning method” is a method in which a solution or dispersion containing a fiber-forming substrate or the like is discharged into an electrostatic field formed between electrodes, and the solution or dispersion is directed toward the electrodes. This is a method for forming a fibrous substance. In addition, the fibrous substance obtained by spinning is laminated | stacked on the electrode which is a collection board | substrate in the accumulation process mentioned later.

また、形成される繊維状物質は、繊維形成用組成物に含まれていた繊維形成性溶質や溶媒等が完全に留去した状態のみならず、これらが繊維状物質に含まれたまま残留する状態も含む。   In addition, the fibrous substance to be formed is not only in a state where the fiber-forming solute and solvent contained in the fiber-forming composition are completely distilled off, but also remains in the fibrous substance. Including state.

なお、通常の静電紡糸は室温で行われるが、本発明においては、溶媒等の揮発が不十分な場合等、必要に応じて紡糸雰囲気の温度を制御したり、あるいは、後記する累積工程で用いられる捕集基板の温度を制御することも可能である。   In addition, although normal electrospinning is performed at room temperature, in the present invention, when the volatilization of a solvent or the like is insufficient, the temperature of the spinning atmosphere is controlled as necessary, or in an accumulation process described later. It is also possible to control the temperature of the collection substrate used.

〔紡糸装置〕
次いで、静電紡糸法で用いる装置について説明する。
静電場を形成するための電極は、導電性を示しさえすれば、金属、無機物、または有機物等のいかなるものであってもよい。また、絶縁物上に導電性を示す金属、無機物、または有機物等の薄膜を設けたものであってもよい。
[Spinning equipment]
Next, an apparatus used in the electrostatic spinning method will be described.
The electrode for forming the electrostatic field may be any material such as a metal, an inorganic material, or an organic material as long as it exhibits conductivity. Alternatively, a thin film made of a metal, an inorganic material, an organic material, or the like having conductivity may be provided over an insulator.

静電紡糸法で用いられる静電場は、一対または複数の電極間で形成されるものであり、静電場を形成するいずれの電極に高電圧を印加しても良い。これは、例えば、電圧値が異なる高電圧の電極2つ(例えば15kVと10kV)と、アースにつながった電極1つの合計3つの電極を用いる場合をも含み、または3つを越える数の電極を用いる場合も含む。   The electrostatic field used in the electrostatic spinning method is formed between a pair or a plurality of electrodes, and a high voltage may be applied to any electrode that forms the electrostatic field. This includes, for example, the case of using two high-voltage electrodes having different voltage values (for example, 15 kV and 10 kV) and one electrode connected to the ground, or a total of more than three electrodes. Including the case of using.

[累積工程]
累積工程においては、上記の紡糸工程で得られた繊維を累積させて、繊維集合体を得る。具体的には、上記の紡糸工程で形成される繊維状物質を、捕集基板である電極上に累積(積層)することによって繊維集合体を得る。
[Cumulative process]
In the accumulation step, the fibers obtained in the spinning step are accumulated to obtain a fiber assembly. Specifically, a fiber aggregate is obtained by accumulating (stacking) the fibrous material formed in the spinning process on an electrode as a collection substrate.

したがって、捕集基板となる電極として平面を用いれば平面状の繊維集合体を得ることができるが、捕集基板の形状を変えることによって、所望の形状の繊維集合体を作製することもできる。また、繊維集合体が捕集基板上の一箇所に集中して累積(積層)される等、均一性が低い場合には、基板を揺れ動かしたり、回転させたりすることも可能である。   Therefore, a planar fiber assembly can be obtained by using a flat surface as an electrode to be a collection substrate, but a fiber assembly having a desired shape can be produced by changing the shape of the collection substrate. Further, when the uniformity is low, such as when the fiber aggregate is concentrated (stacked) in one place on the collection substrate, the substrate can be shaken or rotated.

なお、焼成前の繊維集合体は強度が低いことから、捕集基板上に累積(積層)された繊維集合体を剥離する際に、その構造の一部が壊れてしまうことがある。このため、捕集基板とノズルとの間に静電気除去装置等を設置し、ノズルと静電気除去装置との間に綿状に繊維集合体を積層させることも可能である。   In addition, since the fiber assembly before baking has low intensity | strength, when peeling the fiber assembly accumulated (laminated | stacked) on the collection board | substrate, a part of the structure may be broken. For this reason, it is also possible to install a static eliminator or the like between the collection substrate and the nozzle, and to laminate the fiber assembly in a cotton shape between the nozzle and the static eliminator.

また、繊維集合体は上記同様に、繊維形成用組成物に含まれていた溶媒等が完全に留去して集合体となっている状態のみならず、溶媒等が繊維状物質に含まれたまま残留する状態も含まれる。   Further, in the same manner as described above, the fiber aggregate was not only in a state where the solvent and the like contained in the fiber-forming composition were completely distilled off to form an aggregate, but the solvent and the like were contained in the fibrous substance. The state which remains is also included.

[焼成工程]
焼成工程においては、上記の累積工程において得られた繊維集合体を焼成することにより、本発明のチタニア繊維の繊維構造体を得る。
[Baking process]
In the firing step, the fiber aggregate obtained in the accumulation step is fired to obtain the titania fiber fiber structure of the present invention.

焼成にあたっては、一般的な電気炉を用いることができるが、必要に応じて炉内の気体を置換可能な電気炉を用いてもよい。また、焼成温度は、十分なアナターゼ型の結晶成長とルチル型の結晶転位を抑制するために、300℃以上900℃以下の範囲とすることが好ましく、500℃以上800℃以下の範囲がより好ましい。   For firing, a general electric furnace can be used, but an electric furnace capable of replacing the gas in the furnace may be used as necessary. The firing temperature is preferably in the range of 300 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and more preferably in the range of 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower in order to suppress sufficient anatase type crystal growth and rutile type crystal dislocation. .

以下、本発明を実施例および比較例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限りこれらに何等限定を受けるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these unless it exceeds the gist.

<測定・評価方法>
実施例および比較例においては、以下の項目について、以下の方法によって測定・評価を実施した。
<Measurement and evaluation method>
In Examples and Comparative Examples, the following items were measured and evaluated by the following methods.

[平均繊維径]
走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、商品名:S−2400)により、得られたチタニア繊維の表面を撮影(倍率:2000倍)し、写真図を得た。得られた写真図から無作為に20箇所を選択し、フィラメントの径を測定した。繊維径のすべての測定結果(n=20)の平均値を求めて、チタニア繊維の平均繊維径とした。
[Average fiber diameter]
The surface of the obtained titania fiber was photographed (magnification: 2000 times) with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd., trade name: S-2400) to obtain a photograph. Twenty spots were selected at random from the obtained photograph and the filament diameter was measured. The average value of all the measurement results (n = 20) of the fiber diameter was obtained and used as the average fiber diameter of the titania fiber.

[繊維長]
得られたチタニア繊維の表面を走査型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、型式:S−2400)により撮影(倍率400倍)し、得られた写真図を観察し、繊維長100μm以下の繊維が存在するかを確認した。
[Fiber length]
The surface of the obtained titania fiber was photographed with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd., model: S-2400) (magnification 400 times), and the resulting photographic diagram was observed, and fibers with a fiber length of 100 μm or less were observed. Confirmed that it exists.

[光触媒活性]
メチレンブルーの退色反応を用いて、得られたチタニア繊維の光触媒活性の評価を実施した。具体的には、直径37mmのシャーレに10ppmのメチレンブルー水溶液を5mL注ぎ入れ、この溶液にチタニア繊維(またはチタニア粒子)5mgを浸した。続いて、チタニア繊維(またはチタニア粒子)を浸した溶液に、強度14mW/cmの紫外線を照射し、紫外線照射時間30分時点での665nmの吸光度を測定することにより、光触媒活性を評価した。なお、紫外線照射前の吸光度は1.896Aであった。
[Photocatalytic activity]
Evaluation of the photocatalytic activity of the obtained titania fiber was performed using a fading reaction of methylene blue. Specifically, 5 mL of 10 ppm methylene blue aqueous solution was poured into a petri dish with a diameter of 37 mm, and 5 mg of titania fiber (or titania particles) was immersed in this solution. Subsequently, the photocatalytic activity was evaluated by irradiating a solution soaked with titania fibers (or titania particles) with ultraviolet light having an intensity of 14 mW / cm 2 and measuring the absorbance at 665 nm when the ultraviolet irradiation time was 30 minutes. In addition, the light absorbency before ultraviolet irradiation was 1.896A.

[X線回折(結晶型)]
X線回折装置(株式会社リガク社製)を使用し、X線源にCuのKα線を用いて、多層膜コンフォーカルミラーにより単色化し、得られたチタニア繊維につきX線回折図形を得た。
[X-ray diffraction (crystal form)]
Use X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation), using K alpha rays of Cu as an X-ray source, monochromatic by multilayer confocal mirror, per resulting titania fiber was obtained X-ray diffraction pattern .

<実施例1>
[繊維形成用組成物調製工程]
チタンテトラノルマルブトキシド(和光純薬工業株式会社製、一級)1質量部とニオブエトキシド(和光純薬工業株式会社製、99.9%)0.008質量部に、酢酸(和光純薬工業株式会社製、特級)1.3質量部を添加混合することにより、均一な溶液を得た。得られた溶液に、イオン交換水1質量部とポリエチレングリコール(和光純薬工業株式会社製、一級、平均分子量:300,000〜500,000)0.016質量部を混合した溶液を、攪拌しながら添加したところ、溶液中にゲルが生成した。さらに攪拌を続けることにより、生成したゲルは解離し、透明な繊維形成用組成物(紡糸溶液)を調製することができた。
<Example 1>
[Fiber-forming composition preparation step]
1 part by mass of titanium tetranormal butoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., first grade) and 0.008 parts by mass of niobium ethoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 99.9%), acetic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) A uniform solution was obtained by adding and mixing 1.3 parts by mass of a company-made, special grade). A solution obtained by mixing 1 part by mass of ion-exchanged water and 0.016 part by mass of polyethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., first grade, average molecular weight: 300,000 to 500,000) with the obtained solution is stirred. When added, a gel was formed in the solution. By further stirring, the produced gel was dissociated, and a transparent fiber-forming composition (spinning solution) could be prepared.

[紡糸工程・累積工程]
上記で得られた繊維形成用組成物(紡糸溶液)を用いて、図1に示す静電紡糸装置により繊維形成用組成物を噴出し、繊維を紡糸した。さらに、連続紡糸を行うことにより繊維を蓄積させて、繊維集合体を作製した。このときの噴出ノズル1の内径は0.2mm、電圧は15kV、噴出ノズル1から電極4までの距離は15cmであった。
[Spinning process / Cumulative process]
Using the fiber-forming composition (spinning solution) obtained above, the fiber-forming composition was ejected by an electrostatic spinning device shown in FIG. 1 to spin the fiber. Furthermore, fibers were accumulated by continuous spinning to produce a fiber assembly. At this time, the inner diameter of the ejection nozzle 1 was 0.2 mm, the voltage was 15 kV, and the distance from the ejection nozzle 1 to the electrode 4 was 15 cm.

[焼成工程]
上記で得られた繊維集合体を、空気雰囲気下で、電気炉を用いて600℃まで10時間かけて昇温し、その後、600℃で2時間保持することによりチタニア繊維の繊維構造体を得た。
[Baking process]
The fiber assembly obtained above was heated to 600 ° C. over 10 hours using an electric furnace in an air atmosphere, and then held at 600 ° C. for 2 hours to obtain a fiber structure of titania fibers. It was.

[測定・評価]
得られたチタニア繊維につき、上記の各種測定・評価を実施した。その結果、平均繊維径は150nmであり、繊維長100μm以下の繊維は確認されなかった。また、光触媒活性の評価にあたり紫外線照射後の吸光度を測定したところ、結果は0.423Aであった。さらに、得られたチタニア繊維のX線回折測定を行ったところ、2θ=25.4°に鋭いピークが認められたことから、アナターゼ型結晶が形成されていることが確認された。
チタニア繊維の表面の走査型電子顕微鏡写真を図2に、X線回折図形を図3に示す。
[Measurement / Evaluation]
The above-described various measurements and evaluations were performed on the obtained titania fibers. As a result, the average fiber diameter was 150 nm, and fibers with a fiber length of 100 μm or less were not confirmed. Moreover, when the light absorbency after ultraviolet irradiation was measured in evaluating photocatalytic activity, the result was 0.423A. Further, when X-ray diffraction measurement was performed on the obtained titania fiber, a sharp peak was observed at 2θ = 25.4 °, confirming the formation of an anatase type crystal.
A scanning electron micrograph of the surface of the titania fiber is shown in FIG. 2, and an X-ray diffraction pattern is shown in FIG.

<比較例1>
チタニア粒子(チタン工業株式会社製、商品名:PC−101A)を用意した。そして、このチタニア粒子について、上記の光触媒活性の評価を行った。紫外線照射後の吸光度を測定したところ、結果は1.391Aであった。
<Comparative Example 1>
Titania particles (manufactured by Titanium Industry Co., Ltd., trade name: PC-101A) were prepared. And about this titania particle, said photocatalytic activity was evaluated. When the absorbance after ultraviolet irradiation was measured, the result was 1.391A.

実施例1のチタニア繊維の場合の方が、比較例1のチタニア粒子の場合よりも吸光度が小さいことから、メチレンブルーの退色反応がより進行していることが示され、したがって、光触媒活性が高いことが判る。   The absorbance in the case of the titania fiber of Example 1 is smaller than that in the case of the titania particles of Comparative Example 1, indicating that the methylene blue fading reaction is more advanced, and therefore the photocatalytic activity is higher. I understand.

本発明のチタニア繊維を製造するための製造装置を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the manufacturing apparatus for manufacturing the titania fiber of this invention. 実施例1で得られたチタニア繊維の表面を走査型電子顕微鏡で撮影(2000倍)して得られた写真図である。It is the photograph figure obtained by image | photographing (2000 times) the surface of the titania fiber obtained in Example 1 with the scanning electron microscope. 実施例1で得られたチタニア繊維のX線回折図形である。2 is an X-ray diffraction pattern of the titania fiber obtained in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 繊維形成用組成物噴出ノズル
2 繊維形成用組成物
3 繊維形成用組成物保持槽
4 電極
5 高電圧発生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fiber formation composition ejection nozzle 2 Fiber formation composition 3 Fiber formation composition holding tank 4 Electrode 5 High voltage generator

Claims (8)

平均繊維径が50nm以上1000nm以下であり、繊維全体の質量に対してニオブ元素を酸化ニオブ換算で0.1質量%以上10質量%以下含むチタニア繊維。   A titania fiber having an average fiber diameter of 50 nm or more and 1000 nm or less and containing 0.1 to 10% by mass of niobium element in terms of niobium oxide with respect to the mass of the entire fiber. 前記チタニア繊維は、アナターゼ型結晶からなる請求項1記載のチタニア繊維。   The titania fiber according to claim 1, wherein the titania fiber is made of anatase type crystal. チタン酸アルキル、チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物、水、ならびに、繊維形成性溶質を含む繊維形成用組成物を調製する繊維形成用組成物調製工程と、
静電紡糸法にて前記繊維形成用組成物を噴出することにより繊維を得る紡糸工程と、
前記繊維を累積させて繊維集合体を得る累積工程と、
前記繊維集合体を焼成して繊維構造体を得る焼成工程と、を含むチタニア繊維の製造方法。
Alkyl titanate, a complex-forming compound with alkyl titanate, and a mixture containing niobium alkoxide, water, and a fiber-forming composition preparation step for preparing a fiber-forming composition containing a fiber-forming solute;
A spinning step of obtaining fibers by ejecting the fiber-forming composition by an electrostatic spinning method;
A cumulative step of accumulating the fibers to obtain a fiber aggregate;
And a firing step of firing the fiber assembly to obtain a fiber structure.
前記繊維形成用組成物調製工程は、前記チタン酸アルキル、前記チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物、および、ニオブアルコキシドを含む混合物と、水と、を混合することにより生成するゲルを、解離させることにより繊維形成用組成物を調製する工程を含むものである請求項3記載のチタニア繊維の製造方法。   The fiber forming composition preparation step dissociates the gel produced by mixing the alkyl titanate, a complex-forming compound with the alkyl titanate, and a mixture containing niobium alkoxide and water. The manufacturing method of the titania fiber of Claim 3 which includes the process of preparing the composition for fiber formation by this. 前記繊維形成性溶質は、有機高分子である請求項3または4記載のチタニア繊維の製造方法。   The method for producing a titania fiber according to claim 3 or 4, wherein the fiber-forming solute is an organic polymer. 前記有機高分子は、ポリエチレングリコールである請求項5記載のチタニア繊維の製造方法。   The method for producing a titania fiber according to claim 5, wherein the organic polymer is polyethylene glycol. 前記チタン酸アルキルとの錯体形成性化合物は、カルボン酸類である請求項3から6いずれか記載のチタニア繊維の製造方法。   The method for producing a titania fiber according to any one of claims 3 to 6, wherein the complex-forming compound with an alkyl titanate is a carboxylic acid. 前記カルボン酸類は、酢酸である請求項7記載のチタニア繊維の製造方法。   The method for producing a titania fiber according to claim 7, wherein the carboxylic acid is acetic acid.
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