聚酰胺纳米纤维产品及其制备方法、含有其的过滤器介质及具有该介质的过滤器部件技术

本发明专利技术涉及聚酰胺纳米纤维产品及其制备方法、含有其的过滤器介质及具有该介质的过滤器部件，所述聚酰胺纳米纤维产品具有PTFE颗粒，尤其是粘附以PTFE颗粒。所述制备方法采用纺丝溶液电纺丝进行，所述纺丝溶液包含聚酰胺、PTFE和提高导电率的添加剂。

【技术实现步骤摘要】
聚酰胺纳米纤维产品及其制备方法、含有其的过滤器介质及具有该介质的过滤器部件
本专利技术涉及采用电纺丝生产聚酰胺纳米纤维产品的方法、聚酰胺纳米纤维产品、含有聚酰胺纳米纤维产品的过滤器介质以及具有这样的过滤器介质的过滤器部件。
技术介绍
目前，超细纤维(所谓的纳米纤维，即具有主要(＞99％的纤维总数)在＜500nm范围的纤维直径的纤维)除了通过已知的方法如熔喷或海岛法(Island-in-the-sea)以外，主要通过所谓的电纺丝法来制备。电纺丝(也称作静电纺丝)是一种为了由溶液或熔体，主要是聚合物制备连续纤维的通用方法，所述连续纤维具有几微米至几纳米的直径。该方法可通用，因为可以使用几乎所有的可溶性的和可熔融的聚合物，此外，所述聚合物可以配备以非常不同的添加剂-从简单的炭黑颗粒到复杂的种类如酶、病毒和细菌，并且可以是天然的也可以是化学改性的。在真正意义上，电纺丝不是纤维纺织法，而相反是用微纤维-和纳米纤维非织造布的涂覆方法。因此，通过电纺丝几乎任意固体的和液体的基材均可以被涂覆以聚合物纤维非织造布的薄的涂层，所述涂层具有典型的＜1g/m2的单位面积重量。这种电纺丝的聚合物纤维非织造布特别是金银细丝的并且事实上仅应用于基材上。通过显著提高电纺丝法的生产率，现在也可以获得自承式电纺丝织物，其具有明显更高的单位面积重量(最高至200g/m2)和因此不再能够被视为涂层。图1图示了用于纤维生产的电纺丝实验的结构。在现在的电纺丝装置中，将聚合物溶液或-熔体22被细钢丝5喷出，所述钢丝具有约0.2mm厚的直径。该钢丝排列在圆筒上并通过环形运动定期浸在纺丝溶液中，其中所述钢丝被溶液或熔体覆盖。由于在纺丝溶液储备容器21上附加了高压，这导致溶液从钢丝5喷出。在本专利技术范围内使用的金属丝电极例如描述在WO2008/098526和WO2008/8028428中。所施加的压力起到使液滴在反电极方向上形成锥形的作用。在喷向反电极的途中，包含于纺丝溶液中的溶剂挥发(或熔体凝固)并且在反电极上以高速离析出具有数μm到小至几nm直径的固体纤维。如已述及的，几乎所有的可溶性的和可熔融的聚合物均可用于电纺丝法。聚四氟乙烯(PTFE)是一种高温聚合物，其具有出色的对化学药品和环境影响的耐受性，并具有327℃的晶体熔化温度。但是，由于其化学耐受性，它也几乎不能溶于溶剂中。因此，不能提供给电纺丝工艺传统的纺丝溶液，以由此制备nm范围和/或亚微米范围的精细纤维。迄今也不能提供基于熔体-电纺丝法制备的PTFE纤维。其原因在于，熔体相对高的熔融范围和解离出有毒的氟化氢的分解倾向。此外，PTFE易于蠕变。通常，现有的用于加工PTFE的方法非常复杂，并且其适用性被限于制备相对简单的粉末和糊料的压制件和烧结件。然而，PTFE以其突出的驻极体性能及其明显的憎水性是一种非常令人感兴趣的用于过滤目的的材料。特别是例如通过电晕放电产生的负电荷可以良好地积聚在PTFE表面。由于水分造成的PTFE的放电仅非常缓慢地进行，因为该材料，如已述及的，是非常憎水的。因为PTFE实际上不能被纺成细纤维，而是仅能通过PTFE膜的延伸得到类似纤维的结构，所以由“纤维状”膜的已经已知的溶液出发。其可以以非常复杂的技术由PTFE来制备，并随后同样再次用其它的聚合物纤维进行纤维化(befasert)。这样，例如EP1878482公开了具有多孔PTFE膜、透空气的支撑元件和由通过聚合物纤维的电纺丝形成的纤维材料层(织物层)的过滤介质。此外，由现有技术已知用于服饰中的微孔PTFE膜。另一个策略是选择其它的含氟聚合物，且因此仿制所希望的PTFE的性能。因此，例如WO2009/018463公开了多种含氟聚合物的不同的共混物，其由丙酮溶液纺成细纤维层并随后通过高能量的电子辐射交联。但是，该方法非常复杂，并且由此得到的含氟聚合物细纤维层随后仅能用于所描述的从液态烃混合物(例如柴油)分离水的应用目的。US2010/0193999公开了一种改进的通过具有至少50000cP的粘度的PTFE分散体进行电纺丝制备PTFE纤维垫的方法。这里，带静电的分散体被收集在目标靶上并在那里形成预产物，由所述预产物通过加热除去溶剂并如此形成PTFE纤维垫。该文献没有包含对所制成的PTFE纤维的直径的说明。其它的关于由水性的或另外的分散体加工和电纺丝PTFE的信息在US-专利4323525、4127706和4044404中给出。其中公开的PTFE纤维的纤维直径在0.1-25微米的范围。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供用于生产配备有PTFE颗粒的纳米纤维产品的方法，所述纳米纤维产品尤其具有附着了PTFE颗粒的纳米纤维，既所述产品具有主要(＞99％的纤维总数)在＜500nm范围的纤维直径的纤维以及尤其附着在所述纳米纤维上的PTFE颗粒。本专利技术的另一目的在于，提供具有这样的纳米纤维产品的过滤介质，尤其用于空气过滤。所述目的和进一步的目的通过根据权利要求1的方法以及通过根据权利要求9的聚酰胺-纳米纤维产品来实现。在根据本专利技术的生产方法的一个特别的实施方案中，增加电导率的添加剂是特别是溶解在溶剂中来添加的耐酸的添加剂，尤其是基于一种或多种有机盐，优选基于季铵化合物，进一步优选基于四烷基铵乙基硫酸盐的添加剂。在本专利技术一个特别优选的实施方式中，所述添加剂具有表面活性剂作用，其起到更好形成纤维的作用。其原因是，通过表面活性的添加剂有利地包覆了PTFE颗粒。在有利的扩展方案中，向纺丝溶液添加了总批料的0.1-10重量％的PTFE比例，优选5-7.5重量％，且添加剂的比例为总批料的0.1-10重量％。添加剂的比例尤其为总批料的0.5-1.0重量％。作为总批料被理解为在所有成分和添加剂都加入后，既在实际的纺丝过程中存在的纺丝溶液的那个组合物。已证实，在所述纺丝溶液的组合物的情况下，一方面得到了足够高的纺丝溶液的电导率，另一方面充分考虑了特别是通过加入太多添加剂令聚酰胺沉淀的危险。在本专利技术其它有利的扩展方案中，如此选择添加提高电导率的添加剂，使得电导率＞1000μS/cm。在实践中尤其确保纺丝溶液的总批料具有在10-20重量％之间的聚酰胺和70-90重量％的蚁酸和醋酸的混合物，其中优选蚁酸：醋酸的量的比例＝1∶1-1∶3。在优选的方式中将PTFE作为粉末加入，相对于作为分散体加入这具有聚酰胺不会被分散介质水沉淀的优点。与此相反，作为分散体加入具有确保了更好的可计量性的优点。根据本专利技术提供含PTFE颗粒的聚酰胺纳米纤维，其中在一个优选的实施方式中，所述纳米纤维或纳米纤维产品具有10-500nm之间，优选80-220nm的平均(算术平均值)纤维直径。关于该平均纤维直径的测定参考由DE102009043273A1所描述的方法。根据本专利技术同样提供具有根据本专利技术的纳米纤维产品的过滤介质，其中所述过滤介质在一个特别优选的实施方式中具有用根据本专利技术的纳米纤维或根据本专利技术的纳米纤维产品涂覆的另外的过滤层，所述另外的过滤层尤其基于纤维素或合成介质。所述根据本专利技术的过滤元件尤其可以用于液体过滤、机动车车内过滤和/或发动机空气过滤。附图说明以下借助于附图进一步说明本专利技术。其中：图1a和1b图示了用于制备纤维的电纺丝实验的结构；图2和3显示没有使用根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备聚酰胺纳米纤维产品的方法，所述聚酰胺纳米纤维产品具有PTFE颗粒，尤其是粘附以PTFE颗粒，所述方法采用纺丝溶液电纺丝进行，所述纺丝溶液含有聚酰胺、PTFE和提高导电性的添加剂。

【技术特征摘要】
2011.08.09 DE 102011109767.11.用于制备聚酰胺纳米纤维产品的方法，所述聚酰胺纳米纤维产品粘附以PTFE颗粒，所述方法采用纺丝溶液电纺丝进行，所述纺丝溶液含有聚酰胺、PTFE和提高导电性的添加剂。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述提高导电性的添加剂是耐酸的和/或表面活性的添加剂。3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述耐酸的和/或表面活性的添加剂基于一种或多种有机盐。4.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述耐酸的和/或表面活性的添加剂基于季铵化合物。5.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述耐酸的和/或表面活性的添加剂基于四烷基铵乙基硫酸盐。6.根据权利要求1-2任一项的方法，其特征在于，往所述纺丝溶液中加入整个批料的0.1-10重量%范围的PTFE比例。7.根据权利要求1-2任一项的方法，其特征在于，往所述纺丝溶液中加入整个批料的5-7.5重量%范围的PTFE比例。8.根据权利要求1-2任一项的方法，其特征在于，纺丝溶液中提高导电性的添加剂的比例为整个批料的0.1-10重量%。9.根据权利要求8的方法，其特征在于，纺丝溶液中提高导电性的添加剂的比例为整个批料的0.5-1.00重量%。10.根据权利要求1-2任一项的方法，其特征在于，如此选择添加提高导电性的添加剂，使得纺丝溶液的电导率>1000µS/cm。11.根据权利要求1-2任一项的方法，其特征在于，所述纺丝溶液的整个批料具有10-20重量%之间的聚酰胺和70-90重量%的蚁酸和醋...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·贝伦特，A·克赖纳，M·施坦布鲁纳，H·布罗西，B·施密德，
申请(专利权)人：曼·胡默尔有限公司，
类型：发明
国别省市：