熔融纺丝的聚丙烯精细级纳米纤维网制造技术

本发明专利技术涉及精细级独立的纳米纤维网和纳米纤维膜，其包括数均纳米纤维直径小于200nm且中流量孔径小于1000nm的纳米纤维网络，其产生具有流动与阻隔性质之间的优异平衡的选择性的阻隔介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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，该申请全文以引用方式并入本文。
本专利技术涉及熔融纺丝的聚丙烯精细级纳米纤维网，其包括数均纳米纤维直径小于200nm且中流量孔径小于1000nm的纳米纤维网络。
技术介绍
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。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。无规沉降纤维的熔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以构造多个层。暴露在纤维网顶部的熔喷聚丙烯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。离心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。授予DuPont的US8,277,711B2公开了无喷嘴的离心溶体纺丝方法，r>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烯和聚乙烯树脂纺丝的示例。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，所以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温度、转速和熔体进料速度的组合。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。由US8,277,711B2的过程制备的纳米纤维可使用WO2013/096672的过程沉降在带式收集器上以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，所以不可能沉降均匀的纤维网。授予UniversityofTexas(随后授予theFibeRioTechnologyCorporation)的US8,231,378B2公开了从旋转的喷丝头进行纺丝的离心纳米纤维，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300nm的纳米纤维。一般而言，通过喷嘴的离心纺丝具有低得多的产量，这是由于通过喷嘴孔的毛细管流体，并且熔体模头在喷嘴出口处溶胀。对于现有技术，当从熔体纺丝聚丙烯纳米纤维时，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的聚丙烯，其具有带缺陷的纤维的混合物，特别是粉末和“喷溅纹”。PP纤维网具有非常低的强度，且由于热降解而难以不用稀松布进行处理。需要改进离心熔融纺丝纳米纤维方法以制造精细级的纳米纤维网。
技术实现思路
本专利技术涉及熔融纺丝的聚丙烯精细级纳米纤维网，其包括数均纳米纤维直径小于约200nm且中流量孔径小于约1000nm的纳米纤维网络。附图说明图1A是本专利技术的纤维网结构的低放大倍率SEM图像，图1B是本发明的纤维网结构的高放大倍率SEM图像。图2是使用基于US8,277,711B2的方法以及根据本专利技术改进的纺丝盘的设备示意图。图3是用于根据本专利技术改进US8,277,711B2的方法的具有独立纤维网收集器的纺丝盘的示意图。图4A是本专利技术中实施例1的数均纳米纤维直径分布的图形形式。图4B是本专利技术中实施例1的数均纳米纤维直径分布的表格形式。图5是本专利技术中实施例1的孔径分布。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。图7是通过使用高温体积排阻色谱法(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。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。图9A和9B分别示出了在250X和10000X放大倍率下比较例1的SEM图像。图10是比较例1的孔径分布。图11A和11B分别示出了在250X和10000X放大倍率下比较例2的SEM图像。图12是比较例2的孔径分布。具体实施方式定义如本文所用，术语“纤维网”是指通常制成非织造物的纤维网络的层。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。所述纤维可以彼此粘结，或者可以是非粘结的，并且缠结以向所述纤维网赋予强度和完整性。纤维可以是短纤维或连续纤维，并且可包含单一材料或多种材料，也可以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合。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。如本文所用，术语“纳米纤维”是指数均直径小于约1000nm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。如本文所用，术语“微纤维”是指数均直径为约1.0μm至约3.0μm的纤维。如本文所用，术语“粗纤维”是指数均直径大于约3.0μm的纤维。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5.0μm的纳米纤维网。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1.0μm且小于5.0μm的纳米纤维网。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1.0μm的纳米纤维网。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。如本文所用，术语“离心纺丝方法”是指通过从旋转构件顶出而形成纤维的任何方法。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，由此通过离心力形成原纤或纤维，无论是否使用另一种装置诸如气体来辅助此类推进。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椭圆形、双曲线形、抛物线形的横截面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔融纺丝的聚丙烯精细级纳米纤维网，包括数均纳米纤维直径小于约200nm且中流量孔径小于约1000nm的纳米纤维网络。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.22 US 61/893,9611.一种熔融纺丝的聚丙烯精细级纳米纤维网，包括数均纳米纤维直径小
于约200nm且中流量孔径小于约1000nm的纳米纤维网络。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维网，其中所述纳米纤维网络的平均纤维
直径和中值纤维直径均小于约200nm，并且单个纳米纤维的纤维直径
在最小约...

【专利技术属性】
技术研发人员：T黄，TP戴利，ZR迪沃思，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US