[发明专利]纳米纤维结构的高效生产

说明书

本文提供电纺装置以及高效生产纳米纤维结构的方法。

相关引用

本申请要求于2018年11月1日提交的美国临时专利申请序列号62/754,183的优先权权益，其全部内容在此引用作为参考。

背景技术

电纺是一种纤维生产方法，其中向纺丝电极处存在的聚合物溶液施加电力。电场的施加使溶液的带电线由旋转电极拉向收集电极。所述聚合物溶液的线在飞行中干燥，形成沉积在通常位于收集电极处的基底上的纤维。根据应用于电纺工艺的特定参数，所产生的纤维的直径可以从数纳米到数微米。

电纺装置被设计为同时调节基底和收集器的位置。大多数电纺研究使用接地的收集器，该收集器既可以用作对电极，叶用作收集基底。该设计无法消除基底距离对电场强度的影响，从而限制了独立测试这些距离变化对电纺效率的影响的能力。由于需要将电极间的间隙保持在安全距离以防止放电，尤其是在较高电压下，因此尚未研究将较低的基底距离作为独立的变量。

发明内容

本文提供电纺装置和生产具有提高的产率的纳米纤维结构的方法(例如，纳米纤维垫)。

在某些方面，本文提供电纺装置，其包括：(a)纺丝电极；(b)相对于纺丝电极位于第一距离(基底距离)的基底；及(c)相对于纺丝电极位于第二距离(电极间距离)的收集电极，其中，该基底位于纺丝电极与收集电极之间。在一些实施方案中，基底距离与电极间距离的比例小于1(例如，不大于0.77)。

在某些方面，本文提供电纺装置，其包括：(a)旋转电极；(b)相对于纺丝电极位于第一距离(基板距离)的基底；及(c)相对于纺丝电极位于第二距离(电极间距离)的收集电极，其中，该装置的配置应使基底距离和电极间距离可以分别调节，并且能够进行配置以使基底距离与电极间距离的比例小于1.0(例如，不大于0.77)。

在某些方面，本文提供使用本文提供的电纺装置而生产纳米纤维结构(例如，纳米纤维垫)的方法。在一些实施方案中，该方法包括将聚合物溶液从本文提供的装置的纺丝电极电纺到其基底上。

因此，在某些方面，本文提供用于制备纳米纤维结构(例如，纳米纤维垫)的方法，该方法包括将聚合物溶液由纺丝电极电纺到位于纺丝电极和收集电极之间的基底上，其中，基底距离与电极间距离小于1(例如，不大于0.77)。

附图说明

图1显示实施例1中描述的电纺实验期间施加的某些条件的示意图。

图2是描述示例性电纺过程中基底距离、电场、基重和纤维直径之间的关系的图。

图3显示在实施例2中描述的某些电纺实验中施加的某些条件的示意图。

图4显示在实施例3(生产单元)中所述的电纺实验期间施加的条件的示意图。试验8和9以及试验10和11具有相同的实验条件。这些对中的每一个都有一个不同的线速度。

图5显示概括了如实施例1-3中实验1-11过程中采用的参数和所得结果的表格。“*-通过将产率除以电极数量进行归一化(即N＝8)”。带有粗体字母的行是高产率的设置。

图6显示本文公开的一些实施方案在维持产品统一性的同时提高产率的能力。a栏显示通过减小基底距离，同时保持恒定的电极距离而实现的每个电极的产率的提高(以g/m-min为单位)。b栏显示在保持恒定的电极距离的同时减小基底距离并不会对所生产的纳米纤维垫的纤维计数平均直径具有不利影响。b栏中的阴影条形图表示低-距离比。通过增加电场和减小距离比(d-s/d-ie)的组合，可以提高产率。

图7显示使用生产设备而以(a)标准和(b)高产率设置而生产的电纺纳米纤维的代表性扫描电子显微镜(SEM)图像。显微镜照片显示，在两种设置下均获得了可比的纤维结构。

具体实施方式