[发明专利]离心式溶纺纳米纤维方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请根据35U.S.C.§119要求美国临时申请序列号61/007,881(提交于2007年12月17日)的优先权，其公开内容为了尽可能充分阐述的所有目的以引用方式并入本文。

发明领域

本发明涉及一种用于形成纳米纤维和纤维网的方法。具体地讲，可制备纳米纤维并将它们收集成纤维网，所述纤维网可用于选择性屏障最终用途，诸如过滤器、电池分隔体、和可透气的医用袍服。

发明背景

与成型流体和电场联合使用的旋转式喷涂器可用于雾化用于涂覆目标装置的涂料。由旋转式喷涂器提供的离心力可产生足够的剪切以使涂料雾化并且可使成型流体和电场将雾化的涂料抽吸到目标装置上。该方法已针对雾化小滴的制备进行了优化。当过多的雾化小滴附聚成较大的实体时，会产生缺陷。现有技术所提出的是制备雾化小滴而非较大的实体。

对于超细纤维和由超细纤维制成的纤维网，存在不断增长的需求。这些类型的纤维网可用于选择性屏障最终用途。目前的超细纤维由熔纺“海岛型”横截面纤维、裂膜、某些熔喷工艺、和静电纺纱制成。所需要的是一种用以制备超细纤维和均匀纤维网的高通量方法。

发明概述

本发明提供了一种通过使用高速旋转的纺丝盘来制备纳米纤维和均匀纤维网的高通量方法。

在第一实施方案中，本发明涉及一种纳米纤维成形方法，所述方法包括以下步骤：向旋转速度介于约4,000rpm和约100,000rpm之间的旋转纺丝盘提供纺丝溶液，所述纺丝溶液具有在介于约100℃和溶剂凝固点之间的温度下溶解于至少一种溶剂中的至少一种聚合物，纺丝盘具有平坦表面和向前表面排放边缘(forward surface discharge edge)；沿平坦表面从纺丝盘排出纺丝溶液以致充分润湿纺丝盘的平坦表面并将纺丝溶液朝纺丝盘的排放边缘的向前表面分配成薄膜；并且在溶剂蒸发的同时从纺丝溶液形成独立纤维流以制备聚合物纳米纤维。

在第二实施方案中，本发明涉及一种纳米纤维成形方法，所述方法包括以下步骤：向旋转速度介于约4,000rpm和约100,000rpm之间的旋转纺丝盘提供纺丝溶液，所述溶液具有在介于约100℃和溶剂凝固点之间的温度下溶解于至少一种溶剂的至少一种聚合物，纺丝盘具有平坦表面和向前表面排放边缘，其中纺丝盘具有限定贮存器的相对于平坦表面的凹形区域，所述凹形区域同心地位于至纺丝盘的中心的径向距离的40％以内；并且将纺丝溶液排到贮存器中；沿平坦表面从纺丝盘排出纺丝溶液以致充分润湿纺丝盘的平坦表面并将纺丝溶液朝纺丝盘的排放边缘的向前表面分配成薄膜；并且在溶剂蒸发的同时从纺丝溶液形成独立纤维流以制备聚合物纳米纤维。

附图简述

图1为适用于本发明的具有平坦表面的旋转纺丝盘的剖面图。

图2为适用于本发明的具有平坦表面的旋转纺丝盘的剖面图。

图3至6为适用于本发明的具有平坦表面和贮存器的旋转纺丝盘的剖面图。

图7为用实施例1中的平坦纺丝盘制备的聚(环氧乙烷)纳米纤维的扫描电子显微照片。

图8为由比较实施例A中的凹形纺丝盘制备的聚(环氧乙烷)纳米纤维的扫描电子显微照片。

图9为用实施例2中的具有贮存器的平坦纺丝盘制备的聚(环氧乙烷)纳米纤维的扫描电子显微照片。

图10为用实施例3中的具有贮存器的平坦纺丝盘制备的聚(环氧乙烷)纳米纤维的扫描电子显微照片。

图11为用实施例4中的具有贮存器的平坦纺丝盘制备的聚(乙烯醇)纳米纤维的扫描电子显微照片。

发明详述

本发明涉及一种利用具有平坦表面的高速旋转的纺丝盘由纺丝溶液形成纳米纤维的方法。

术语“纳米纤维”是指直径为几十纳米至最多几百纳米的纤维，但是一般小于约一微米，甚至小于约0.8微米，并且甚至小于约0.5微米。

本发明的溶纺织物和纤维网包括至少一个聚合物纳米纤维层。纳米纤维具有小于约1μm，优选介于约0.1μm和约1μm之间的平均纤维直径，并且具有足够高的基重以满足多种商业化最终用途，诸如用于气体/液体过滤介质、电池和电容器分隔体、防护服装等。