[发明专利]一种增强静电纺纳米纤维膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电纺纳米纤维膜的增强技术，特别是涉及一种通过混有低熔点热塑性聚合物进行混和静电纺后再进行热轧处理实现纳米纤维之间点粘合增强的方法。

背景技术

静电纺丝技术是一种利用静电场力生产纳米纤维材料的技术，近年来在国内外得到了广泛而深入的研究。静电纺丝技术制备的纳米纤维非织造布／膜(电纺膜)具有很多优良性能，如聚合物原料可选性强，针对不同原料种类可进行溶液和／或熔体静电纺；所得电纺膜孔隙率高、孔径小且分布均匀，纤维细度可调、薄膜厚度可控，并具有各向同性、过滤效率高、隔阻性能强等优点，因此在工业过滤、锂电隔膜、多功能膜、生物医疗等领域得到了广泛而深入的应用研究。但是，前述的商业化应用中，均要求电纺膜具有一定的机械强度，能够耐受加工过程中的加工应力、满足最终产品的强度要求。而未经增强处理的普通电纺膜的强度远远达不到工业化加工要求和终端产品要求。导致静电纺纳米纤维膜强度较低的原因主要有两个：(1)静电纺纳米纤维直径较小，且结晶度较低，纤维自身强力较小；(2)静电纺纳米纤维在接收装置上呈堆砌态排列，纤维间没有穿插、抱合或纠缠，抱合力、粘附力较小，受外力作用时容易发生纤维间滑移，导致断裂强度偏低。

静电纺纳米纤维膜在强度上的劣势严重限制了其应用领域的拓展和工业化的应用。因此，人们开始对电纺膜的增强展开了研究，但是收效甚微。电纺膜虽然属于一种非织造布，但是由于其纳米纤维特性和微孔特性，若采用传统非织造布的增强方法，例如普通ES热熔纤维或热熔粉末、热熔胶等对电纺膜进行热熔粘合、热轧粘合处理，增强效果并不理想，反而会导致微孔堵塞，失去电纺膜的多孔和微孔特性。例如，采用ES热熔纤维对电纺膜进行热熔粘合或热轧粘合时，由于ES热熔纤维的直径在微米数量级，相对于纳米纤维而言尺寸过大，其中的PE组分熔融后极易堵塞电纺膜的微孔，不容易出现点粘合，极易形成无孔塑料膜，丧失电纺膜的多微孔特性。对单组分电纺膜进行热处理(热熔或热压粘合)时，工艺窗口太窄，温度难以控制：温度太高容易使纤维全部熔融堵塞微孔，失去电纺膜特性；温度太低聚合物纳米纤维不能充分熔融，粘合不理想，强度偏低。若采用普通的泡沫粘合非织造固网方法，由于粘合剂粒子的尺寸超过了纳米纤维直径，形成纤维点粘合的机会也不大，也会使泡沫粘合后的电纺膜丧失其多孔特性，而且工艺比较繁琐、不易控制。

目前，针对电纺膜的增强，研究人员主要开展了下述几种研究：

(1)通过在纺丝液中加入交联剂，实现纤维内部大分子的交联提高纳米纤维自身的强度，如申请号为200910056506.3的专利；

(2)通过基布增强或与其它材料复合，如申请号为201010113456.0的专利中采用网眼布包覆接收极，使静电纺丝纳米纤维与网眼布结合增强电纺膜强度；又如申请号为201310036655.X的专利中采用电纺膜与针刺／水刺无纺布进行热轧复合，制备增强复合纳米纤维材料，这种方式用强度较高的材料克服了静电纺纳米纤维膜强度低的问题，但增加膜的厚度、也引入了不必要的其他聚合物组分，使其在很多领域的应用受到限制；

(3)采用高性能聚合物进行静电纺：如申请号为201010501343.8专利中采用聚酰胺酸进行静电纺丝，并对其进行热酰亚胺化制备的聚酰亚胺膜，强度高达24MPa，这种方式仅局限于特定的聚合物，不具备普适性；

(4)单组分电纺膜热熔处理：例如，有人(高昆，哈尔滨工业大学应用化学系博士毕业论文，2007)对单组分PVDF电纺膜进行了热熔处理，发现热熔处理前后，PVDF电纺膜的最大断裂强度从6.5MPa增大到15.9MPa，增长了2倍，但是仍然不大；

(5)混溶静电纺-热(熔)处理：高昆的研究还发现，对PVDF／PEO双组分聚合物进行混溶静电纺，发现7：3的混溶电纺膜强度达到14.9MPa，此混溶电纺膜在最佳条件下经过热熔处理后，混溶电纺膜的强度升高到16.1MPa，电纺膜强度没有实质性增加。

前述的电纺膜增强方法可以在一定程度上提高纳米纤维的强度，进而提高静电纺纳米纤维膜的强度，但纤维之间依然无法发生有效粘合，不能从整体上提高电纺膜的机械强度，具有很大局限性。

(6)化学粘合处理：如申请号为201110003226.3的专利中采用带有高反应活性的异氰酸酯基团的湿固化反应型聚氨酯预聚体的溶液，对聚合物树脂与聚氨酯复合的双组份静电纺丝膜进行浸泡，可以使纳米纤维相互粘结，提高膜的强度，但这种方式操作繁琐，且程度难以控制，不适宜于工业化推广使用。