[发明专利]电吹工艺中的喷吹气体

说明书

本发明涉及一种通过电吹纺丝或电吹来形成聚合物纳米纤维网的方法。本发明的纳米纤维网可以结合到复合织物中，该复合织物适合用于服装、擦布、卫生用品、过滤器以及外科手术服和手术单。 

合成聚合物通过各种工艺被制成具有很小直径的纤维，该工艺包括熔体纺丝、闪蒸纺丝、溶液喷吹(solution blowing)、熔喷、静电纺丝和电吹。由这些具有很小直径的纤维制得的纤网作为液体防渗(liquidbarrier)材料和过滤器是非常有用。它们通常与其他更强的纤网结合成复合物以具有附加强度，来满足产品终端用途的需要。 

在那些使用聚合物溶液中的可燃溶剂并且该溶剂与空气接触的纺丝工艺中，必须采取步骤以最小化火灾发生和蔓延的机会。对于电吹来说，当聚合物溶液中的可燃溶剂在高电压负荷存在下与空气接触，需要最小化火灾的可能性。这对于从小的实验室工艺放大到大规模商业生产时尤为重要。 

发明概述 

本发明的第一个实施方案涉及一种制备纳米纤维网的方法，该方法包括：进料聚合物溶液到纺丝喷嘴，该聚合物溶液包含至少一种溶解于至少一种可燃溶剂中的聚合物；将聚合物溶液从纺丝喷嘴释放到不会支持燃烧的喷吹气体或气体混合物中，其中喷吹气体在纺丝喷嘴下端离开喷丝头(jet)以形成聚合物纳米纤维；和在纺丝喷嘴下的收集器上收集该聚合物纳米纤维，其中在喷丝板(spinneret)和收集器之间维持所施加的高电压差。 

附图简述 

图1是进行本发明工艺的现有技术电吹设备示意图。 

发明详述 

本发明涉及对使用电吹纺丝(或“电吹”)制备纳米纤维网方法的改进，该方法如描述于国际公开WO2003/080905(美国申请10/822,325) 中，在此被引用作为参考。该现有技术电吹方法包括进料溶剂中聚合物的溶液到施加有高电压的纺丝喷嘴，同时当压缩空气离开所述喷嘴时，其以喷吹气体物流的形式导向聚合物溶液，从而形成纳米纤维；在接地收集器上，在真空下将纳米纤维收集成纤网。 

根据本发明，压缩空气被不会支持燃烧的气体或气体混合物替代。当使用可燃溶剂时空气中存在的分子氧气体会支持燃烧，纺丝喷嘴和收集器之间存在高电势差会加剧这种情况。如果各种工艺参数中的任一种未适当控制，电弧可能产生，提供了点火源。通过用不会支持燃烧的气体取代喷吹空气，降低了火灾的可能性。 

“纳米纤维”是指直径从几十纳米至几百纳米，但一般小于一微米的纤维。 

图1展示了本发明纳米纤维网制备设备示意图以阐明纳米纤维网制备工艺。 

储存罐100通过在一种或多种溶剂中溶解一种或多种聚合物制备聚合物溶液。本发明中可利用的聚合物不局限于热塑性树脂，但可以利用大多数的合成树脂例如热固性树脂。可利用的聚合物的例子可以包括聚酰亚胺、尼龙、聚芳酰胺、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚苯胺、聚环氧乙烷、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丁苯橡胶、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基丁烯和它们的共聚物或衍生化合物。 

选择会溶解聚合物的溶剂来制备聚合物溶液。合适的溶剂包括但不局限于可燃溶剂例如四氢呋喃、N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮和甲基乙基酮。尽管溶解大多数聚合物可能不需要任何特定的温度范围，可能需要加热以辅助溶解反应。聚合物溶液可以与添加剂混合，所述添加剂包括任何与相关聚合物相容的树脂、增塑剂、紫外线稳定剂、交联剂、固化剂、反应引发剂等。尽管图1所示的设备采用压缩设备，其强制性将压缩气体喷吹到储存罐100，以迫使聚合物溶液从储存罐100出来，任何已知的用于迫使聚合物溶液从储存罐100出来的措施都能被使用。