[发明专利]通过胶态分散体电纺丝制备纳米纤维和介纤维的方法

说明书

本发明涉及一种通过电纺丝方法制备聚合物纤维，尤其是纳米纤维和介纤维(mesofiber)的方法，并涉及可通过此方法获得的纤维。

对于纳米纤维和介纤维的制备来说，多种方法已为本领域技术人员所熟知，其中电纺丝是当前最重要的一种。在此方法中，其例如D.H.Reneker、H.D.Chun在Nanotech.7(1996)，第216页中进行了描述，将聚合物熔体或聚合物溶液在充当电极的一个边缘暴露在高压电场中。这可以例如在电场中于低压下通过连接在电压源的一极上的套管挤出聚合物熔体或聚合物溶液来实现。由于聚合物熔体或聚合物溶液所带的静电荷，存在朝向对电极的物料流，其在流向对电极的途中凝固。取决于电极的几何形状，通过这种方法得到有序纤维的非织造布或组装物(assemblies)。

DE-A1-10133393公开了一种制备内径为1-100nm的空心纤维的方法，其中将水不溶性聚合物的溶液-例如聚-L-丙交酯在二氯甲烷中的溶液或聚酰胺-46在吡啶中的溶液-进行电纺丝。类似的方法还可由WO-A1-01/09414和DE-A1-10355665中得知。

DE-A1-19600162公开了一种制备地毯剪毛拉丝(lawnmower wire)或织物的方法，其中将作为成纱聚合物的聚酰胺、聚酯或聚丙烯，马来酸酐改性的聚乙烯/聚丙烯橡胶和一种或多种老化稳定剂相互结合、熔融和混合，然后将此熔体进行熔纺。

聚合物熔体电纺丝使得仅仅制备直径大于1μm的纤维。然而，对于多种应用、例如过滤应用而言，要求直径小于1μm的纳米纤维和/或介纤维，其只能通过使用聚合物溶液由已知的电纺丝方法进行制备。

然而，这些方法具有的不利之处在于必须将要纺丝的聚合物首先制成溶液。对于水不溶性聚合物如聚酰胺、聚烯烃、聚酯或聚氨酯等来说，因此必须使用非水性溶剂-经常是有机溶剂，有机溶剂一般是有毒、可燃、刺激性、爆炸性和/或腐蚀性的。

在水溶性聚合物如聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯基吡咯烷酮、羟丙基纤维素等的情况下，可以避免使用非水性溶剂。然而，这样得到的纤维的性质是水溶性的，这就是为什么它们的工业用途非常有限。为此，这些纤维在电纺丝之后必须通过至少一个另外的加工步骤，例如通过化学交联使其对水稳定化，这构成了相当大的技术复杂性并且增加了纤维的生产成本。

本发明的目的是避免现有技术的这些和其他不利之处并提供一种通过电纺丝方法制备水稳定的聚合物纤维、尤其是纳米纤维和介纤维的方法，其中可以避免使用非水性溶剂制备聚合物溶液并避免为了使电纺纤维对水稳定的后处理。

本发明的主要特征在权利要求1、12和17的特征部分进行了具体说明。实施方案是权利要求2-11和13-16的主题。

根据本发明该目的通过所提供的方法得以实现，其中将至少一种基本上水不溶性的聚合物的胶态分散体在水性介质中进行电纺丝。

令人惊奇地，已经发现就本发明而言，当代替已知电纺丝方法中使用的聚合物熔体或聚合物溶液，将至少一种基本上水不溶性的聚合物的胶态分散体在水性介质中进行电纺丝时，可以得到具有高耐水性的纤维。特别地，令本领域技术人员惊奇的是通过根据本发明的方法可以制备具有的直径小于1μm的纳米纤维和介纤维，其仅仅通过使用聚合物溶液由至今已知的方法就可以实现。以比基于使用水不溶性聚合物溶液的已知方法有利的方式，根据本发明的方法避免了使用有毒、可燃、刺激性、爆炸性和/或腐蚀性的溶剂。另外，不像基于使用水溶性聚合物水溶液的已知方法，在根据本发明的方法中，可以避免用于纤维水稳定化的随后的加工步骤。

根据本发明，在制备聚合物纤维的方法中，将至少一种基本上水不溶性的聚合物的胶态分散体在水性介质中进行电纺丝，基本上水不溶性的聚合物就本发明而言应当理解为特别是指具有的在水中的溶解度小于0.1wt％的聚合物。

就本发明而言，与教科书知识一致，分散体指的是至少两种相互不溶混的相的混合物，该至少两相中的至少一相是液体。取决于第二相或其他相的物质状态，分散体被分成气溶胶、乳液和悬浮液，该第二或其他相在气溶胶中是气态、在乳液中是液态或在悬浮液中是固态。根据本发明要使用的胶态聚合物分散体也指技术语言中的胶乳。

原则上，本发明的胶态聚合物分散体可以通过本领域技术人员已知用于此目的的所有方法进行制备，尤其是通过将乳液聚合制备的胶乳进行电纺丝得到了特别好的结果。