[發(fā)明專利]通過(guò)在電場(chǎng)內(nèi)的聚合物的溶液或熔體紡絲而生產(chǎn)聚合物納米纖維的方法，以及來(lái)自該方法制備的聚合物納米纖維的線性形成物

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380066102.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN105008600A
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧博米爾·科奇什;帕維爾·波科爾尼;戴維·盧卡斯;彼得·米凱什;伊里·佛洛伊卡;伊娃·科斯塔科娃;雅羅斯拉夫·伯蘭;馬丁·比萊克;揚(yáng)·瓦爾特拉;埃夫任·阿姆勒;馬泰·布茲戈;安德里亞·米茨科娃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 利伯西科技大學(xué);EGU高壓實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): D01D5/00
• 分類號(hào): D01D5/00
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 董巍;謝栒

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生產(chǎn)聚合物納米纖維的方法，其中通過(guò)電場(chǎng)對(duì)紡絲電極表面上的聚合物的溶液或熔體的力的作用而創(chuàng)造了聚合物納米纖維。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及來(lái)自所述方法制造的聚合物納米纖維的線性形成物(linear?formation)。

背景技術(shù)

迄今為止使用靜態(tài)針紡絲電極(噴嘴、毛細(xì)管等)或無(wú)針紡絲電極(旋轉(zhuǎn)圓筒、在其長(zhǎng)度方向移動(dòng)的繩(cord)、旋轉(zhuǎn)線圈、包覆繩(coated?cord)等。)而用于在電場(chǎng)中進(jìn)行聚合物的溶液或熔體紡絲的所有已知方法的典型產(chǎn)品是相同極性的隨機(jī)交織的納米纖維的平面層。這樣的層結(jié)合其它支撐或覆蓋層具有許多應(yīng)用，即在過(guò)濾和衛(wèi)生裝置(means)領(lǐng)域，但是在另一方面，對(duì)于許多其它應(yīng)用，以及對(duì)于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紡織技術(shù)方法的深加工，它的用途相當(dāng)有限。這是因?yàn)檫@些應(yīng)用更傾向于來(lái)自納米纖維的線性形成物、或通過(guò)這種線性形成物的加工所建立的更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。

從這層意義上說(shuō)，例如US?2008265469描述了來(lái)自納米纖維的線性形成物的生產(chǎn)方法，其基于以下原則：自具有相反極性電荷的幾對(duì)彼此相對(duì)(against)布置的噴嘴直接抽出納米纖維，且隨后連接這些納米纖維。這只會(huì)導(dǎo)致低的生產(chǎn)量，而且由于各個(gè)噴嘴的電場(chǎng)的相互影響，其不是恒定的。因此產(chǎn)生的線性形成物具有相當(dāng)不均勻和偶然的結(jié)構(gòu)以及低的抗拉強(qiáng)度，由于這樣，這種方法只適合于實(shí)驗(yàn)室里的試驗(yàn)性使用。

US?20090189319描述了用于制造來(lái)自納米纖維的線性形成物的方法，所述方法通過(guò)扭曲(twisting)由靜電紡絲形成的納米纖維的平面層來(lái)進(jìn)行。以這種方式建立的線性形成物也只有有限的抗拉強(qiáng)度且不適合實(shí)際應(yīng)用。此外，扭曲納米纖維平面層的方法在技術(shù)上是相對(duì)復(fù)雜的和耗時(shí)的，其僅僅實(shí)現(xiàn)了低的生產(chǎn)率，因此這種方法僅適用于有限的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。

根據(jù)WO?2009049564，對(duì)于制造來(lái)自納米纖維的線性形成物的其它的可能性是通過(guò)使用集電極，在其中一個(gè)描述的實(shí)施方案中所述集電極包含排布于轉(zhuǎn)盤的橫坐標(biāo)或圓周上的單一電荷系統(tǒng)。于是產(chǎn)生的納米纖維優(yōu)選沿著這些電荷沉積，因此形成線性形成物。以這種方式制造的形成物比根據(jù)上述任一方法制造的形成物的抗拉強(qiáng)度高，但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用仍然不足。所述方法另外的缺點(diǎn)是所制造的來(lái)自可實(shí)現(xiàn)的納米纖維的線性形成物的長(zhǎng)度是相對(duì)短的，因?yàn)樗患姌O的最大可能長(zhǎng)度限制。由于這種原因，所述方法也不能成功用于工業(yè)規(guī)模。

本發(fā)明的目的是消除或至少減少背景技術(shù)的缺點(diǎn)，和提出納米纖維的生產(chǎn)方法，所述方法將能夠制造來(lái)自聚合物納米纖維的線性形成物，所述線性形成物可進(jìn)一步被利用或通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紡織技術(shù)程序被加工，這種方法維持了在工業(yè)生產(chǎn)中的足夠的生產(chǎn)率和足夠的適用性。

發(fā)明原理

通過(guò)在電場(chǎng)中的聚合物的溶液或熔體紡絲生產(chǎn)聚合物納米纖維的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中通過(guò)電場(chǎng)對(duì)位于紡絲電極表面上的聚合物溶液或熔體的力的作用而產(chǎn)生了聚合物納米纖維。其原理在于在與交流電壓源相連接的紡絲電極和所產(chǎn)生的和/或提供至紡絲電極附近的空氣和/或氣體的離子之間交替形成用于靜電紡絲的電場(chǎng)，由此，根據(jù)紡絲電極上的交流電壓的相位，產(chǎn)生具有相反極性的電荷和/或具有帶有相反極性的電荷的片段的聚合物納米纖維，在聚合物納米纖維產(chǎn)生之后，由于靜電力的影響，它們聚集在一起，因此產(chǎn)生束(tow)狀或帶狀的線性形成物，其在遠(yuǎn)離紡絲電極的方向朝電場(chǎng)梯度方向在空間里自由移動(dòng)。以這種方式由聚合物納米纖維制造的線性形成物具有不同的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)，因此與借助直流電壓通過(guò)靜電紡絲制造的相似材料相比較，也具有不同的機(jī)械性能，且所述線性形成物可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紡織技術(shù)程序加工。然后正在制造的線性形成物在紡絲電極上面的空間內(nèi)移動(dòng)，由此，如果它是必要或滿足需要的，可以將它捕獲在靜止或移動(dòng)的收集器(collector)上。如果將它捕獲在平面的靜止或移動(dòng)的收集器上，其則形成納米纖維層，或者換句話說(shuō)，其沉積成納米纖維層。

確保連續(xù)和長(zhǎng)期紡絲的交流電壓的適當(dāng)?shù)膮?shù)是12-36kV的范圍內(nèi)的電壓和35-400Hz范圍內(nèi)的頻率。

通過(guò)來(lái)自本方法制造的聚合物納米纖維的線性形成物而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其原理在于所述線性形成物是電中性的并且由以不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)排列的聚合物納米纖維形成，其中各納米纖維以微米級(jí)長(zhǎng)度的片段改變它們的方向。由于這種結(jié)構(gòu)，該形成物相比于根據(jù)目前已知方法產(chǎn)生的線性形成物獲得了更好的機(jī)械性能，由此所述線性形成物可進(jìn)一步通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紡織技術(shù)程序加工(諸如扭曲)，并且線或紗可以通過(guò)其制造。