[發明專利]用于從聚合物溶液中通過靜電紡紗生產納米纖維的方法和裝置

無效

• 申請號: 200680019961.0
• 申請日: 2006-06-01
• 公開（公告）號: CN101189368A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: D·佩特拉斯;L·馬雷斯;D·斯特蘭斯卡
• 申請（專利權）人: 埃爾馬科有限公司
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;趙辛

技術領域

本發明涉及通過在電場中進行靜電紡紗(electrostatic?spinning)從聚合物溶液中生產納米纖維的方法，該電場由集電極(collectingelectrode)和可樞軸旋轉的且為長形形狀的紡紗電極之間的電勢差產生，而該紡紗電極的部分回路接觸聚合物溶液，當紡紗電極旋轉時，聚合物溶液被它的一部分表面帶出并進入電場，在電場中并在集電極的表面上產生了納米纖維，納米纖維被帶向集電極并沉積在集電極附近的基本材料(basic?material)的表面上，基本材料在紡紗電極和集電極之間受引導。

本發明還涉及用于通過在電場中進行靜電紡紗從聚合物溶液中生產納米纖維的裝置，該電場由集電極和可樞軸旋轉的且為長形形狀的紡紗電極之間的電勢差產生，而該紡紗電極聯接有驅動器，且其至少一部分表面接觸聚合物溶液，目的在于將聚合物溶液由這些表面部分帶入紡紗電極和集電極之間的電場中，而在紡紗電極和集電極之間產生用于基本材料通道的軌道，其基本材料的來自紡紗電極一側的表面用于沉積所產生的納米纖維。

背景技術

納米纖維由寬范圍的聚合物和聚合物化合物來制備，這可以來自水或非水溶劑的溶液。各種低分子添加物不可以或不需要(如該需要可能是的那樣)添加到溶液中，它們在添加了之后調節正在紡織的溶液的一些重要物理特性或者是它們在合成的聚合物中帶來新的化學、物理、生物或其它特性。同時，納米纖維還可以從聚合物的熔融物中制備，但是不同于基本上相似的產生聚合熔融物的過程，由于溶液與熔融物相比的低粘性，在處理溶液的過程中可以獲得更小直徑的纖維。為形成溶液，使用了流動的氣體媒介的機械力，或靜電場中的庫侖力，也就是所謂的靜電紡紗，其帶來更小直徑的纖維。

在專利US?6382526和US?6520425中舉了從聚合物溶液通過氣流制備納米纖維的示例。由這種技術所生產的納米纖維的直徑為200至3000納米。

在專利申請WO?0127365、WO?0250346、US?2002/0175449A1、US?2002/084178A1和WO?2005/024101A1中，介紹了從由平均場強為50000至500000V/m靜電場作用的聚合物溶液中制備納米纖維的示例。前四個所提申請中的方案部分類似于使用氣流機械力的專利中所引用的方案。此外，具有圓形截面且內直徑0.5到1.5mm的噴嘴，其上還施加有直流電壓。在噴出聚合物溶液的噴嘴的反面，放置了大部分接地電極(集電極)。這樣的設置導致細的進一步分裂的聚合物溶液束的拉伸，最終提供了納米纖維。該方法的最大問題在于產量低。在一個紡紗噴嘴上，一小時產生0.1到1克的聚合物，這從工業使用的角度來說，從這些溶液中生產納米纖維是相當有問題的。為提高產量，并且改善施加到集電極或接地極各層的均勻性，建立了一組固定的或移動的噴嘴，其中接地極放置在噴嘴和集電極之間、集電極附近。令人遺憾的是，噴嘴的數量不可以無限地增加，并且各噴嘴之間的距離也有限制(這由電場本身決定)，因此，考慮到產量，即使該方案也不足以成為決定性的因素。不僅如此，還有更多基于基本物理定律的限制，例如不可能在紡紗空間內的氣體的特定電介強度界限之上增加張力、使電極距離成比例增加的不現世性等。

文獻GB?1346231中公開了用于聚合物溶液的靜電紡紗的裝置，其包含有環形紡紗電極，該電極可樞軸旋轉地安裝在豎直平板上，平板的下部處于聚合物溶液中，而上部位于兩個豎直安裝的集電極之間。溶液通過紡紗電極環的表面進行紡紗，同時紡紗過程還發生在位于就位的集電極之間的環形紡紗電極的上部，其盡可能接近這些平的電極。該裝置很難用在工業中，因為太復雜、不能多產并且可能的纖維層會具有不規則的厚度和結構，最終導致靜電紡紗所產生的非編織織物也具有厚度和結構。