[发明专利]熔融纺丝的聚丙烯精细级纳米纤维网

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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， 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theFibeRioTechnology Corporation)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。

发明内容

本发明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是本发明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的方法以及根据本发明改进的纺丝盘 的设备示意图。

图3是用于根据本发明改进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是本发明中实施例1的数均纳米纤维直径分布的图形形式。图 4B是本发明中实施例1的数均纳米纤维直径分布的表格形式。

图5是本发明中实施例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。