熔融纺丝的聚丙烯精细级纳米纤维网的利记博彩app
【专利说明】膝融纺竺的聚丙稀精细级纳米纤维网
[0001 ]本申请要求2013年10月22日提交的美国临时申请61/893,961的优先权,该申请全 文W引用方式并入本文。
技术领域
[0002] 本发明设及烙融纺丝的聚丙締精细级纳米纤维网,其包括数均纳米纤维直径小于 200nm且中流量孔径小于1000 nm的纳米纤维网络。
【背景技术】
[0003] 由纳米纤维获得的表面与体积之比的增大已对广泛的应用有显著的影响。具体 地,对于过滤器性能,其基于产生最高的流速同时捕集和截留最细的颗粒,而不堵塞过滤 器,纳米纤维具有改进的截留和惯性撞击有效性,并在纤维表面产生滑移流动,使得在给定 的压降下得到更好的性能。因此,作为基材上的涂层或与基材层合的纳米纤维目前在空气、 液体和机动车应用中被结合到过滤器。
[0004] 聚合物纳米纤维可由基于溶液的静电纺纱或电吹法制造,但是它们具有非常高的 工艺成本、有限的产量和低生产率。无规沉降纤维的烙喷纳米纤维方法在对于大多数最终 用途应用充分高的生产量下不能提供足够的均匀度。所得纳米纤维常沉降在粗纤维非织造 物或微纤维非织造物的基底层上W构造多个层。暴露在纤维网顶部的烙喷聚丙締纳米纤维 或小的微纤维的问题在于它们是非常易碎的,并且在正常操作下或与一些物体接触时它们 易破碎。此外,该纤维网的多层性质增加了它们的厚度和重量,还在生产中还引入了一些复 杂性。离屯、纺丝纳米纤维方法已证实在大规模纳米纤维网生产中具有较低的生产成本。
[0005] 授予Du化nt的US 8,277,711 B2公开了无喷嘴的离屯、溶体纺丝方法,其通过旋转 式薄膜原纤化。数均直径小于约500nm的纳米纤维已受权利要求书保护,并且例如示于从聚 丙締和聚乙締树脂纺丝的示例。实践中,由于要求在纺丝盘内表面上具有均匀且平滑的薄 膜流,所W用于制备均匀的纳米纤维的操作窗口非常窄,其要求聚合物良好的流变性质和 良好的溫度、转速和烙体进料速度的组合。否则,在纺丝盘的内表面上不会有均匀且平滑的 薄膜流。由此,薄膜流的不稳定性和薄膜厚度的变化将造成与纳米纤维混合的较大纤维的 形成。
[0006] 由US 8,277,711 B2的过程制备的纳米纤维可使用WO 2013/096672的过程沉降在 带式收集器上W形成均匀的纤维网介质,其中需要实施复杂的气流管理。否则,在高速旋转 的盘下方,由于因"龙卷风"式效应的纤维流的旋转和扭转,所W不可能沉降均匀的纤维网。
[0007] 授予University of Texas(随后授予the FibeI^io Technology Coloration)的 US 8,231,378 B2公开了从旋转的喷丝头进行纺丝的离屯、纳米纤维,该喷丝头具有喷嘴,诸 如注射器、微网孔或非注射器间隙,其具有直径尺寸为0.01-0.80mm的典型开口。已示出纳 米纤维和数均直径为1微米或更大的微纤维。已公开了数均直径小于约3(K)nm的纳米纤维。 一般而言,通过喷嘴的离屯、纺丝具有低得多的产量,运是由于通过喷嘴孔的毛细管流体,并 且烙体模头在喷嘴出口处溶胀。对于现有技术,当从烙体纺丝聚丙締纳米纤维时,只有非常 少基重的薄层纳米纤维可沉积在稀松布上。已报道了约600nm的聚丙締,其具有带缺陷的纤 维的混合物,特别是粉末和"喷瓣纹"。PP纤维网具有非常低的强度,且由于热降解而难W不 用稀松布进行处理。
[000引需要改进离屯、烙融纺丝纳米纤维方法W制造精细级的纳米纤维网。
【发明内容】
[0009] 本发明设及烙融纺丝的聚丙締精细级纳米纤维网,其包括数均纳米纤维直径小于 约200nm且中流量孔径小于约1 OOOnm的纳米纤维网络。
【附图说明】
[0010] 图IA是本发明的纤维网结构的低放大倍率沈M图像,图IB是本发明的纤维网结构 的高放大倍率SEM图像。
[0011] 图2是使用基于US 8,277,711 B2的方法W及根据本发明改进的纺丝盘的设备示 意图。
[0012] 图3是用于根据本发明改进US 8,277,711 B2的方法的具有独立纤维网收集器的 纺丝盘的示意图。
[0013] 图4A是本发明中实施例1的数均纳米纤维直径分布的图形形式。图4B是本发明中 实施例1的数均纳米纤维直径分布的表格形式。
[0014] 图5是本发明中实施例1的孔径分布。
[0015] 图6是实施例1的纤维网样品和用于制备实施例1的聚合物树脂粒料的热重分析 (TGA)数据。
[0016] 图7是通过使用高溫体积排阻色谱法(SEC)测量的实施例1的纤维网和用于制备实 施例1的聚合物树脂粒料的分子量(Mw)数据。
[0017] 图8是实施例1的纤维网样品和用于制备实施例1的聚合物树脂粒料的差示扫描量 热仪(DSC)的热分析数据。
[001引图9A和9B分别示出了在250X和1000 OX放大倍率下比较例1的沈M图像。
[0019] 图10是比较例1的孔径分布。
[0020] 图IlA和IlB分别示出了在250X和1000 OX放大倍率下比较例2的沈M图像。
[0021 ]图12是比较例2的孔径分布。
【具体实施方式】 [0022]
[0023] ^文所用,术语"纤维网"是指通常制成非织造物的纤维网络的层。
[0024] 如本文所用,术语"非织造"是指多个基本上无规取向纤维的纤维网,其中通过肉 眼不能分辨纤维排列中的总体重复结构。所述纤维可W彼此粘结,或者可W是非粘结的,并 且缠结W向所述纤维网赋予强度和完整性。纤维可W是短纤维或连续纤维,并且可包含单 一材料或多种材料,也可W是不同纤维的组合或者是各自由不同材料构成的类似纤维的组 厶 1=1 O
[0025] 如本文所用,术语"纳米纤维网"是指主要由纳米纤维构成的纤维网。"主要(地)" 是指纤维网中大于50%的纤维是纳米纤维。
[0026] 如本文所用,术语"纳米纤维"是指数均直径小于约1000 nm的纤维。就非圆形横截 面的纳米纤维而言,如本文所用的术语"直径"是指最大的横截面尺寸。
[0027] 如本文所用,术语"微纤维"是指数均直径为约1. Owii至约3. Owii的纤维。
[0028] 如本文所用,术语"粗纤维"是指数均直径大于约3. Owii的纤维。
[0029] 如本文所用,术语"粗等级纳米纤维网"是指中流量孔径大于约5.0皿的纳米纤维 网。
[0030] 如本文所用,术语"中度等级纳米纤维网"是指中流量孔径大于约1.0皿且小于5.0 皿的纳米纤维网。
[0031] 如本文所用,术语"精细等级纳米纤维网"是指中流量孔径小于约1.0皿的纳米纤 维网。
[0032] 如本文所用,术语"独立的"是指纳米纤维网是单层、自持且没有任何基材。
[0033] 如本文所用,术语"离屯、纺丝方法"是指通过从旋转构件顶出而形成纤维的任何方 法。
[0034] 如本文所用,术语"旋转构件"是指推进或分配材料的纺丝装置,由此通过离屯、力 形成原纤或纤维,无论是否使用另一种装置诸如气体来辅助此类推进。
[0035] 如本文所用,术语"凹形的"是指剖面可弯曲(诸如半球形)的旋转构件的内表面具 有楠圆形、双曲线形、抛物线形的横截面,或者可W是截头圆锥形等。
[0036] 如本文所用,术语"纺丝盘"是指具有盘形状的旋转构件,其具有凹形、截头圆锥形 或平坦开口的内表面。
[0037] 如本文所用,术语"原纤"是指当原纤变细时,可W细旦纤维前体形式形成的细长 结构。在旋转构件的排出点处形成原纤。排出点可W是边缘、银齿或者可为孔,通过其流体 被挤出W形成纤维。
[0038] 如本文所用,术语"无喷嘴(的)"是指不来自于喷嘴型纺丝孔,包括旋转构件上的 喷嘴的原纤或纤维。
[0039] 如本文所用,术语"带电的"是指在方法中的一个对象相对于未带电对象或那些不 具有净电荷的对象具有正极性或负极性的净电荷。
[0040] 如本文所用,术语"纺丝流体"是指烙融或溶液形式的热塑性聚合物,其能够流动 并形成纤维。
[0041] 如本文所用,术语"排出点"是指原纤或纤维从纺丝构件顶出的位置。排出点例如 可为