專利名稱：利用靜電紡絲從聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維的方法和用于實(shí)施該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用在電場(chǎng)中的靜電紡絲從聚合物溶液中生產(chǎn)納米纖維的方法，所述電場(chǎng)由在帶電的電極和對(duì)電極之間的電勢(shì)差產(chǎn)生。
此外，本發(fā)明涉及用于實(shí)施所述方法的設(shè)備，其由帶電的電極和具有不同的電勢(shì)的對(duì)電極組成，其中在它們中間產(chǎn)生了電場(chǎng)。
背景技術(shù)：
直徑在10納米到1,000納米之間的聚合物纖維代表了一種新品級(jí)的材料，其具有某些極具價(jià)值的性質(zhì)。這類聚合物纖維層的典型的應(yīng)用領(lǐng)域是氣體和液體的過(guò)濾、用于截留亞微米顆粒、細(xì)菌和化學(xué)品的屏障材料，其中達(dá)到了很高的過(guò)濾效率。納米纖維被用作電池隔板、復(fù)合物增強(qiáng)材料，并且在醫(yī)藥領(lǐng)域中被用作藥物載體和組織植入物載體。納米纖維的高比表面積可以容易地為氣體和液體介質(zhì)所利用，決定了其具有特殊的吸附性質(zhì)和用作不同的活性成分例如催化劑的載體的用途。在納米纖維層中存在極小的孔是其具有極高絕熱性質(zhì)的條件。
納米纖維通過(guò)聚合物溶液加工工藝由寬范圍的聚合物、聚合物共混物以及聚合物與低分子添加劑的共混物制成。不同于原則上類似的聚合物熔體成型工藝，在溶液工藝中獲得了較小的纖維直徑，因?yàn)槿芤赫扯容^低。對(duì)于溶液加工，使用了流動(dòng)氣體介質(zhì)的機(jī)械力或者靜電場(chǎng)中的庫(kù)侖力。靜電紡絲得到具有較小直徑的纖維，因?yàn)橐淮纬尚屠w維由于在其體積中的當(dāng)量電荷分布而分裂成大量長(zhǎng)絲。
直到今日，通過(guò)借助于氣流的聚合物溶液加工生產(chǎn)納米纖維的已知方法和裝置描述于例如US6,382,526和US6,520,425。聚合物溶液被注入到環(huán)形截面的噴絲頭。然后，借助于在所述環(huán)內(nèi)部輸送的氣流的機(jī)械作用使所述溶液成型，或者因?yàn)榭赡苁窃摥h(huán)之外的情況，產(chǎn)生具有200納米到3,000納米直徑的纖維。
利用平均強(qiáng)度50,000V/m到500,000V/m的靜電場(chǎng)將聚合物溶液成型的方法描述于專利申請(qǐng)WO0,127,365、WO0,250,346、US2002/0,175,449A1和US2002/084,178A1。按照這些技術(shù)方案，聚合物溶液被分配到內(nèi)徑0.5毫米到1.5毫米的圓柱形的紡絲噴嘴中。這些噴嘴被連接到直流電壓源。流出物溶劑借助于靜電力被吸引到對(duì)電極，該對(duì)電極通常是接地的，并且同時(shí)借助于這種力將其成型為細(xì)絲，其因此被分裂成相應(yīng)的較小直徑的絲束。紡絲從一個(gè)噴嘴或者一系列靜態(tài)的或者移動(dòng)的噴嘴進(jìn)行，以提高裝置的生產(chǎn)能力，對(duì)電極或者在對(duì)電極表面上或者在其表面附近移動(dòng)的平板支持材料的均勻覆蓋。
所有上述用于生產(chǎn)納米纖維的方法和裝置的缺點(diǎn)是在一定時(shí)間內(nèi)只能生產(chǎn)很少量的加工的聚合物材料。在借助于機(jī)械力成型納米纖維的情況下，產(chǎn)生的納米纖維的直徑尤其依賴于空氣質(zhì)量和流過(guò)噴絲頭的聚合物溶液的比例。當(dāng)借助于庫(kù)侖力在靜電場(chǎng)中成型時(shí)，必需在噴絲頭的喉部形成所謂的泰勒錐體，存在泰勒錐體是纖維成型所要求的，并且其要求相對(duì)窄的聚合物溶劑從噴絲頭排出的速度與靜電場(chǎng)強(qiáng)度的比例范圍的條件。靜電場(chǎng)的最大可調(diào)強(qiáng)度受到空氣絕緣強(qiáng)度的限制，并且高于該極限時(shí)，在電極之間發(fā)生放電。鑒于上述情況以及可達(dá)到的紡絲聚合物溶液濃度，在一小時(shí)內(nèi)在一個(gè)噴絲頭中有可能加工大約0.1克到1克的聚合物，這從工業(yè)角度講將使納米纖維的生產(chǎn)出現(xiàn)很大問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種在工業(yè)上可應(yīng)用并且能夠達(dá)到高紡絲生產(chǎn)能力的方法和裝置。
本發(fā)明的原理本發(fā)明的目的通過(guò)本發(fā)明生產(chǎn)納米纖維的方法達(dá)到，其原理包括借助于旋轉(zhuǎn)帶電電極的表面將用于紡絲的聚合物溶液輸送到靜電場(chǎng)中，而在對(duì)電極附近的所述帶電電極的一部分周邊上是產(chǎn)生的紡絲表面。所述聚合物溶液處于有利條件，能夠在電場(chǎng)中產(chǎn)生泰勒錐體，不僅當(dāng)從噴絲頭排出時(shí)如此，而且在其水平面的表面上時(shí)也是如此，特別有利地是在旋轉(zhuǎn)體表面上的薄層中，所述旋轉(zhuǎn)體部分地浸于包含該溶液的容器中。所述有利條件是指由聚合物分子量、濃度和溫度決定的溶液的適當(dāng)粘度、由聚合物的類型和存在表面活性成分導(dǎo)致的適當(dāng)?shù)谋砻鎻埩σ约坝捎诖嬖诘头肿与娊赓|(zhì)而導(dǎo)致的適當(dāng)?shù)娜芤簩?dǎo)電性值。紡絲表面的尺寸取決于帶電電極和對(duì)電極的尺寸和形狀。形成納米纖維的數(shù)量決定于紡絲表面的尺寸和形狀。
按照權(quán)利要求2，有利的是由所述聚合物溶液在帶電電極的紡絲表面上、在靜電場(chǎng)作用下生產(chǎn)的納米纖維借助于電場(chǎng)漂移到對(duì)電極，并且在其前面被鋪置到用于貯存納米纖維的裝置上，在其上形成層。該方法能夠生產(chǎn)具有高質(zhì)量和層的均勻性的納米纖維層，基本上可以具有相當(dāng)于裝置的寬度的任意寬度。
按照權(quán)利要求3實(shí)現(xiàn)了另一個(gè)改進(jìn)。氣流連同電場(chǎng)的作用促使纖維從帶電電極漂移出來(lái)。
然而，如果使納米纖維向著對(duì)電極漂移，并且貯存在位于對(duì)電極前面的、透氣的、用于貯存納米纖維的設(shè)置上，并且在其上形成層，則是有利的。
指向?qū)﹄姌O的空氣流通過(guò)按照權(quán)利要求5抽吸空氣來(lái)產(chǎn)生。使用這種簡(jiǎn)單的方法，促進(jìn)了纖維向著對(duì)電極的漂移，并且提高了生產(chǎn)率。
按照權(quán)利要求6，位于帶電電極和對(duì)電極之間的空間中的所述納米纖維，借助于所述空氣流，其向著對(duì)電極的路線發(fā)生偏移，并且被導(dǎo)向透氣的、用于貯存納米纖維的設(shè)置，該設(shè)置位于電場(chǎng)之外，而將聚合物溶液紡絲。
按照權(quán)利要求7，用于使納米纖維從帶電電極到對(duì)電極的路線發(fā)生偏移的空氣流，有利地借助于將電極之間的空間中的空氣抽吸到相對(duì)于所述帶電電極在所述透氣的、用于貯存納米纖維的設(shè)置后面的空間中而生產(chǎn)。
為了提高裝置的生產(chǎn)率，如果按照權(quán)利要求8，將輔助的干燥空氣提供到所述納米纖維被移走的空間中，借助于該干燥空氣聚合物溶劑從納米纖維蒸發(fā)得到加速，其中所述納米纖維通過(guò)靜電紡絲生產(chǎn)并且在電極之間的空間中移動(dòng)，將是有利的。
在使聚合物溶劑的蒸發(fā)加速而提高干燥效率的同時(shí)，當(dāng)將至少一部分輔助的干燥空氣從相對(duì)于所述帶電電極而言在所述透氣的支持設(shè)備前面的空間中抽出，而不是通過(guò)該裝置時(shí)，則是有利的。
此外，權(quán)利要求10的方法能夠提高裝置的生產(chǎn)性能，因?yàn)閷⑺斔偷妮o助的干燥空氣加熱而能夠帶走較大量的在干燥納米纖維時(shí)產(chǎn)生的溶劑蒸氣。
對(duì)于所有所述方法的實(shí)施方案，有利的是使用含水聚合物溶液，因?yàn)檠b置的整體構(gòu)建比較容易，并且不需要從聚合物溶劑中除去有害的或者危險(xiǎn)的氣體。
權(quán)利要求12的設(shè)備描述了用于實(shí)施上述方法的設(shè)備的基本特征，并且總的要點(diǎn)是所述帶電電極被裝在樞軸上，并且其周邊的一部分被浸于所述聚合物溶液，而對(duì)著所述帶電電極的周邊的自由部分，定位有對(duì)電極。這樣設(shè)置的設(shè)備能夠?qū)⒆銐蛄康木酆衔锶軇┹斔偷诫妶?chǎng)中。
在權(quán)利要求13的實(shí)施方案中，沿著帶電電極的總長(zhǎng)度，對(duì)電極圍繞帶電電極的周邊的自由部分，這樣在所述電極之間的整個(gè)空間中產(chǎn)生了具有相同強(qiáng)度的電場(chǎng)。
在兩個(gè)電極之間，定位有用于貯存納米纖維的設(shè)置，在該設(shè)置的表面上，所述納米纖維被鋪置成層。
按照權(quán)利要求15和16，存在所述設(shè)備的有利的實(shí)施方案，其中用于貯存納米纖維的設(shè)置是透氣的，并且產(chǎn)生了通過(guò)該設(shè)備的空氣流。
在另一個(gè)按照權(quán)利要求17的實(shí)施方案中，在所述電極之間的空間之外定位有透氣的、用于貯存納米纖維的設(shè)置，并且在該設(shè)置后面產(chǎn)生有形成一空氣流的真空，所述空氣流使所述納米纖維從所述電極之間的空間向著用于貯存納米纖維的設(shè)置漂移，至少一部分所述空氣通過(guò)所述設(shè)置。在所述設(shè)備的上述實(shí)施方案中，有利的是形成按照權(quán)利要求18到22任何一項(xiàng)的貯存納米纖維的設(shè)置。
為了提高溶劑從納米纖維的蒸發(fā)，按照權(quán)利要求23到25任何一項(xiàng)提供了進(jìn)入所述設(shè)備的輔助的干燥空氣。
帶電電極的有利的實(shí)施方案描述于權(quán)利要求26到28中，并且目的是使設(shè)備獲得可能的最高的紡絲效率。


附圖中示意地顯示了本發(fā)明設(shè)備實(shí)施方案的實(shí)例，其中圖1是設(shè)備的橫截面，其中對(duì)電極圍繞帶電電極的一部分周邊，圖2是設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面，其中在所述電極之間的空間之外具有貯存納米纖維的裝置，圖3是設(shè)備的橫截面，其中貯存納米纖維的裝置由定位在所述電極之間的平面支持材料形成，所述平面支持材料位于由拉伸元件組成的輸送帶中，圖4是類似于圖1的實(shí)施方案，其中固定電極由縱向的棒條體組成，并且納米纖維的平面支持材料的輸送器安裝在這些棒條體之間，圖5a到5e是表示帶電電極的圓柱體表面的各種實(shí)施方案的前視圖和側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
一種用于通過(guò)靜電紡絲在電場(chǎng)中從聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維的設(shè)備，所述電場(chǎng)由帶電電極和對(duì)電極之間的電勢(shì)差產(chǎn)生，所述設(shè)備由以下組成容器1，其至少部分地填充有聚合物溶液2，其中浸沒(méi)了裝在樞軸上的圓柱體3的一部分周邊，該圓柱體3通過(guò)眾所周知的未顯示的方法連接到直流電壓源，并且其形成帶電電極30。對(duì)著帶電電極30的周邊的自由部分，是定位的具有不同電勢(shì)的對(duì)電極40，其通常是接地的，如圖1中所述，或者其通過(guò)眾所周知的未顯示的方法連接到具有不同的極性的直流電壓源。
在未顯示的實(shí)施方案中，圓柱體3的周邊的底部部分浸沒(méi)在聚合物溶液2中。這樣的配置可以根據(jù)未顯示的實(shí)例改變，其中聚合物溶液被填充在密閉容器中，將聚合物溶液從該密閉容器分配到帶電電極的表面上，或者表示帶電電極的所述圓柱體被定位在這樣的密閉容器中，而聚合物溶液例如潤(rùn)濕所述圓柱體的周邊的上部部分，其從所述容器中將適當(dāng)量的聚合物溶液吸收到其周邊上。
在示于圖1中的實(shí)施方案的實(shí)例中，對(duì)電極40由穿孔的導(dǎo)電材料制成，例如金屬片，被成型為圓柱面，其形成真空室5的前端，真空室5被連接到真空源6?？拷鼛щ婋姌O30的對(duì)電極40的表面的一部分起到透氣的所述納米纖維的平面支持材料72的輸送器41的作用，平面支持材料72例如由背襯織物制成，并且其定位在退繞設(shè)備81和卷軸設(shè)備82上，退繞設(shè)備81安裝在真空室5的一側(cè)，卷軸設(shè)備82安裝在真空室5的另一側(cè)。在該顯示的實(shí)施方案中，納米纖維的平面支持材料72本身形成了透氣的用于貯存納米纖維的裝置7。
聚合物溶液2的容器1是打開(kāi)的，并且裝配有至少一個(gè)聚合物溶液2進(jìn)口11和至少一個(gè)聚合物溶液2出口12。提到的聚合物溶液進(jìn)口11和出口12用來(lái)提供聚合物溶液2的循環(huán)，并且保持其在所述容器1中的水平面的高度恒定。
輔助的干燥空氣9的供給源90指向帶電電極30和對(duì)電極40之間的空間，根據(jù)需要其可以按照眾所周知的方式被加熱，例如使用安裝在輔助的干燥空氣9的供給源90中的加熱設(shè)備91。來(lái)自帶電電極30和對(duì)電極40之間的空間的輔助的干燥空氣9被完全地或者部分地吸入真空室5，或者其在被提供的一側(cè)的對(duì)面出來(lái)。
借助于旋轉(zhuǎn)帶電電極30，其中其周邊的一部分被浸沒(méi)在聚合物溶液2中，帶電電極30的所述周邊將聚合物溶液2從所述容器1中帶出，進(jìn)入帶電電極30和對(duì)電極40之間的空間，在該空間中形成有電場(chǎng)。在此，在帶電電極30的表面上，由所述聚合物溶液2形成了具有高穩(wěn)定性的泰勒錐體，并且它們提供了納米纖維20的最初形成的位置。形成的納米纖維20借助于電場(chǎng)的作用漂移到對(duì)電極40，并且因此沉積在代表所述納米纖維的平面支持材料72的背襯織物的表面上，形成一個(gè)層，該層的厚度利用退繞設(shè)備81和卷軸設(shè)備82的速度控制。
納米纖維20離開(kāi)帶電電極30向著對(duì)電極40的漂移借助于空氣流促進(jìn)，該空氣流從外部空間吸入真空室5，并且經(jīng)過(guò)聚合物溶液2的容器1和帶電電極30，并且通過(guò)代表所述納米纖維的平面支持材料72的背襯織物和對(duì)電極40。
在示于圖4中的實(shí)施方案中，對(duì)電極40利用另一種適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ圃欤缬善叫杏谘b在樞軸上的圓柱體3(代表帶電電極30)的棒條體400制造。在形成對(duì)電極40的棒條體400之間，安裝了輔助的棒條體410，它們形成所述納米纖維的平面支持材料72的輸送器41，所述納米纖維的平面支持材料72形成了用于貯存納米纖維的設(shè)置7。然而，某些或者所有的輔助的棒條體410可以是可旋轉(zhuǎn)的，以便在輸送所述納米纖維的支持材料72時(shí)降低摩擦阻力。在該實(shí)施方案中，所述納米纖維的支持材料72的輸送器還可以由形成對(duì)電極40的棒條體400組成。在所述設(shè)備中，納米纖維20以高的數(shù)量生產(chǎn)，因此紡絲設(shè)備生產(chǎn)能力的限制因素是聚合物溶劑從生產(chǎn)的納米纖維20中蒸發(fā)的速率以及將蒸發(fā)的溶劑抽出的速率，所述蒸發(fā)的溶劑將在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生飽和蒸汽狀態(tài)，而不容許在帶電電極30和對(duì)電極40之間的空間中進(jìn)一步蒸發(fā)溶劑。因此，所述設(shè)備裝配了輔助的干燥空氣9的供給源90，其將溶劑蒸氣特別地從帶電電極30和對(duì)電極40之間的空間中抽出。為了提高該效果，所述輔助的干燥空氣9可以被加熱。
本發(fā)明的下一個(gè)實(shí)例描述在圖2中，其中，如在圖1的實(shí)施方案中，帶電電極30被裝在樞軸上，并且其周邊的一部分位于聚合物溶液2中，聚合物溶液2位于所述容器1中，并且通過(guò)使聚合物溶液2通過(guò)進(jìn)口11和出口12流動(dòng)而使其保持循環(huán)和保持在所述容器1中的水平面。對(duì)著裝在樞軸上的帶電電極30的周邊的自由部分，定位了對(duì)電極40，其由一系列導(dǎo)線或者棒條體組成，它們被接地或者通過(guò)眾所周知的未顯示的方式連接到與帶電電極30具有相反極性的直流電壓源。在電極(30，40)之間的空間(在此，產(chǎn)生了靜電場(chǎng)并且通過(guò)靜電紡絲從聚合物溶液2生產(chǎn)了納米纖維20)之外，定位了透氣的納米纖維的輸送裝置71，其形成貯存納米纖維的設(shè)備7，在其后面安裝了連接到真空源6的真空室5。
由于電場(chǎng)的作用，由帶電電極30引導(dǎo)到對(duì)電極40的納米纖維20，在被吸入真空室5的空氣流作用下，路線發(fā)生偏移，并且漂移到透氣的輸送裝置71上，在其表面上它們被放置成層，通過(guò)輸送裝置71的運(yùn)動(dòng)，所述層被帶出所述設(shè)備，并且進(jìn)一步通過(guò)適當(dāng)?shù)奈达@示的方式被加工、調(diào)節(jié)或者貯藏。為了增加在電極30、40之間的空間中的空氣的量，為所述設(shè)備裝配了輔助的干燥空氣9的進(jìn)口91，所述干燥空氣9進(jìn)入所述設(shè)備，朝向透氣的輸送裝置71的方向，其進(jìn)一步促進(jìn)了納米纖維20向著對(duì)電極40移動(dòng)的路線向朝向透氣的輸送裝置71的偏轉(zhuǎn)。
同樣，在該實(shí)施方案中，在對(duì)電極的設(shè)置和形狀方面有各種改變的可能性。還可以在透氣的輸送裝置71前面插入背襯織物或者另一種平面支持材料72，并且納米纖維20的層可以被貯存在該平面支持材料72上。
在圖3中描述了一種設(shè)備的實(shí)施方案，該設(shè)備由裝在樞軸上的帶電電極30組成，帶電電極30的周邊的底部部分浸沒(méi)在聚合物溶液2中。對(duì)著裝在樞軸上的帶電電極30的周邊的自由部分，定位了對(duì)電極40，其由與帶電電極30的旋轉(zhuǎn)軸平行的棒條體的系統(tǒng)組成，并且利用由拉伸元件42組成的輸送器41將納米纖維的平面支持材料72輸送通過(guò)電極30，40之間的空間。
帶電電極30由能夠旋轉(zhuǎn)的主體組成，例如圓柱體、四棱或者多棱棱柱體等等，如果旋轉(zhuǎn)軸同時(shí)是使用的主體的對(duì)稱軸，則是有利的。圓柱體3的周邊上配備有凸起部分31和/或凹入部分32。適合于帶電電極的圓柱體表面的形狀的實(shí)例描述于圖5a到5e，然而這些形狀不限制所有可能的實(shí)施方案，而是僅僅作為例子。在以上描述的實(shí)施方案中，在電極之間產(chǎn)生了穩(wěn)定的電場(chǎng)。如果為了產(chǎn)生或者貯存納米纖維20的層而需要的話，可以為所述設(shè)備配備用于產(chǎn)生間歇的電場(chǎng)的設(shè)置。
特定的實(shí)施例描述如下。
實(shí)施方案1的實(shí)施例在圖1的設(shè)備中的聚合物溶液2的容器1中，裝入12％的聚乙烯醇水溶液，該聚乙烯醇具有88％水解度，分子量Mw＝85,000，相對(duì)于聚合物的結(jié)構(gòu)單元包含5摩爾百分?jǐn)?shù)的作為交聯(lián)劑的檸檬酸。所述溶液的粘度在20℃下是230mPa.s，比電導(dǎo)率為31mS/cm，并且表面張力為38mN/m。聚合物溶液2通過(guò)進(jìn)口11流入所述容器1，并且通過(guò)出口12流出，這樣利用出口12的位置使所述容器1中的聚合物溶液2的水平面高度得到保持。帶電電極30由圖5c的實(shí)施方案中的直徑為30毫米的圓柱體3組成，并且其以2.5RPM順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。圓柱體3被連接到+40千伏直流電壓源。所述設(shè)備按照?qǐng)D1制造，并且在其中放置形成所述納米纖維的平面支持材料72的背襯織物。由于在透氣的對(duì)電極40后面存在低壓室6中的低壓，因此所述平面材料靠近對(duì)電極40，這樣形成平面材料輸送器。旋轉(zhuǎn)圓柱體3的表面將聚合物溶液2從所述容器1中拉出，并且由于電極30、40之間的電場(chǎng)，聚合物溶液2形成泰勒錐體以及直徑為50到200納米的納米纖維2。納米纖維20漂移到對(duì)電極40，并且它們貯存在運(yùn)動(dòng)的背襯織物上，在那里它們形成一個(gè)層，層的厚度可以借助于背襯織物的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)控制。將溫度為50℃的輔助的干燥空氣9供入電極之間的空間。對(duì)于一米長(zhǎng)度的旋轉(zhuǎn)圓柱體3，納米纖維的層的生產(chǎn)量為1.5克/分鐘。
實(shí)施方案2的實(shí)施例在圖2的設(shè)備中的聚合物溶液2的容器1中，裝入10％的聚乙烯醇水溶液，該聚乙烯醇具有98％水解度，分子量Mw＝120,000，相對(duì)于聚合物的結(jié)構(gòu)單元包含5摩爾百分?jǐn)?shù)的作為交聯(lián)劑的檸檬酸。所述溶液的粘度在20℃下為260mPa.s，其比電導(dǎo)率已經(jīng)通過(guò)加入少量NaCl水溶液調(diào)節(jié)到25mS/cm，并且表面張力已經(jīng)通過(guò)添加0.25％的nonionogene表面活性劑調(diào)節(jié)到36mN/m。聚合物溶液2通過(guò)進(jìn)口11流入所述容器1，并且通過(guò)出口12流出，其中出口12的位置決定了聚合物溶液2在所述容器1中的水平面高度。表示帶電電極的圓柱體3具有50毫米的直徑，并且具有描述于圖5a中的光滑表面。圓柱體3被連接到+40千伏直流電壓源，而導(dǎo)線對(duì)電極40被連接到負(fù)5千伏直流電壓源。在帶電電極30和對(duì)電極40之間的空間中生產(chǎn)了直徑為50到200納米的納米纖維20，其借助于從所述電極30、40之間的空間吸入所述真空室5的空氣并且利用輔助的干燥空氣9而漂移到透氣的輸送裝置71的表面，在此處它們被貯存成纖維層，對(duì)于一米長(zhǎng)度的旋轉(zhuǎn)圓柱體產(chǎn)量為1.8克/分鐘。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的方法和設(shè)備適用于生產(chǎn)直徑為50到200納米的納米纖維的層。這些層可以用于過(guò)濾，作為電池隔板，用于生產(chǎn)特殊的復(fù)合材料，用于構(gòu)成具有極低時(shí)間常數(shù)的傳感器，用于生產(chǎn)防護(hù)服，用于醫(yī)藥及其他領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)納米纖維的方法，該方法利用靜電紡絲、在由帶電電極和對(duì)電極之間的電勢(shì)差產(chǎn)生的電場(chǎng)中從聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維，其特征在于，利用旋轉(zhuǎn)帶電電極(30)的表面將聚合物溶液(2)供入電場(chǎng)用于紡絲，而在靠近對(duì)電極(40)的帶電電極(30)的一部分周邊上產(chǎn)生紡絲表面(31)，借此獲得了高的紡絲生產(chǎn)能力。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在靜電場(chǎng)的作用下、在帶電電極(30)的紡絲表面(31)上從導(dǎo)電聚合物溶液(2)生產(chǎn)的納米纖維(8)，借助于所述電場(chǎng)漂移到對(duì)電極(40)，并且在對(duì)電極(40)前面，它們被鋪置在用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)上，并且在其上形成層。
3.權(quán)利要求1或者2的方法，其特征在于，在帶電電極(30)和對(duì)電極(40)之間的空間中空氣流對(duì)納米纖維(8)施加作用，所述空氣流促進(jìn)納米纖維(8)從帶電電極(30)漂移開(kāi)。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述納米纖維(8)借助于空氣流向著對(duì)電極(40)漂移，在對(duì)電極(40)之前它們被鋪置在用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)上，并且在其上形成層。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，通過(guò)將空氣從電極(30，40)之間的空間抽吸到對(duì)電極(40)后面的空間中產(chǎn)生所述空氣流。
6.權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述納米纖維借助于空氣流從其朝向?qū)﹄姌O(40)的路線偏離，并且被導(dǎo)向所述透氣的用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)，在其中所述納米纖維被生產(chǎn)的所述電極(30，40)之間的電場(chǎng)所不及的空間中、在設(shè)備(7)表面上所述納米纖維被貯存成層。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述空氣流通過(guò)將空氣從所述電極(30，40)之間的空間中抽吸到相對(duì)于所述帶電電極(30)位于所述透氣的用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)后面的空間中來(lái)產(chǎn)生。
8.權(quán)利要求4、5、6或者7任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，將輔助的干燥空氣(9)供入其中使所述納米纖維漂移的空間。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于，將至少一部分所述輔助的干燥空氣(9)從相對(duì)于帶電電極(30)在所述透氣的用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)的前面的空間中抽出，而不通過(guò)該設(shè)備(7)。
10.權(quán)利要求3到9任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，在進(jìn)入其中使納米纖維(8)漂移的空間之前將至少輔助的干燥空氣(9)加熱。
11.權(quán)利要求1到10任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述聚合物溶液(2)由水溶液組成。
12.用于實(shí)施權(quán)利要求1到11的方法的方法，其包括具有不同的電勢(shì)的帶電電極和對(duì)電極，在其之間形成電場(chǎng)，其特征在于，所述帶電電極(30)被裝在樞軸上，并且其周邊的一部分被浸沒(méi)在聚合物溶液(2)中，而對(duì)著所述帶電電極(30)的周邊的自由部分定位有所述對(duì)電極(40)。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于所述對(duì)電極(40)沿著所述帶電電極(30)的總長(zhǎng)度圍繞所述帶電電極(30)的周邊的自由部分。
14.權(quán)利要求12或者13的設(shè)備，其特征在于，在電極(30，40)之間定位有用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)。
15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)是透氣的，而相對(duì)于所述帶電電極(30)在該設(shè)備(7)后面的空間，被連接到用來(lái)產(chǎn)生從電極(30，40)之間的空間導(dǎo)出到該設(shè)備(7)的空氣流的真空源(6)。
16.權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，所述真空源(6)與相對(duì)于所述帶電電極(30)在所述透氣的對(duì)電極(40)后面的空間連接。
17.權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，在所述電極(30，40)之間的空間之外定位有透氣的用于貯存納米纖維的所述設(shè)備(7)，而相對(duì)于所述帶電電極(30)在該設(shè)備(7)后面的空間被連接到用來(lái)產(chǎn)生朝向該設(shè)備(7)的空氣流的真空源(6)。
18.權(quán)利要求13到17任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)由透氣的輸送裝置(71)組成。
19.權(quán)利要求13到17任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)由所述納米纖維的平面支持材料(72)組成。
20.權(quán)利要求19的設(shè)備，其特征在于，所述平面支持材料(72)定位在輸送器(41)上。
21.權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征在于，所述輸送器(41)由對(duì)電極(40)組成。
22.權(quán)利要求20的設(shè)備，其特征在于，所述輸送器(41)由所述納米纖維的平面支持材料(72)的拉伸元件(42)組成。
23.權(quán)利要求15到22任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，將輔助的干燥空氣(9)的進(jìn)口(90)引向在電極(30，40)之間的空間。
24.權(quán)利要求23的設(shè)備，其特征在于，在輔助的干燥空氣(9)的進(jìn)口(90)中定位空氣加熱設(shè)備(91)。
25.權(quán)利要求23或者24的設(shè)備，其特征在于，將至少一部分空氣從相對(duì)于帶電電極(30)在用于貯存納米纖維的設(shè)備(7)前面的空間中抽出，而不通過(guò)該設(shè)備(7)。
26.權(quán)利要求12到25任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述帶電電極(30)由軸對(duì)稱體組成，其中所述軸同時(shí)是旋轉(zhuǎn)軸。
27.權(quán)利要求26的設(shè)備，其特征在于，所述帶電電極(30)由輥(3)組成。
28.權(quán)利要求27的設(shè)備，其特征在于，所述輥(3)在其周邊上配備有凸起部分(31)和/或凹入部分(32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用在電場(chǎng)中的靜電紡絲從聚合物溶液中生產(chǎn)納米纖維的方法，所述電場(chǎng)由在帶電電極和對(duì)電極之間的電勢(shì)差產(chǎn)生。用于紡絲的聚合物溶液(2)利用旋轉(zhuǎn)的帶電電極(30)的表面被供入所述電場(chǎng)，而在靠近對(duì)電極(40)的所述帶電電極(30)的一部分周邊上產(chǎn)生了紡絲表面，借此獲得了高紡絲生產(chǎn)能力。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于實(shí)施所述方法的設(shè)備，其中所述帶電電極(30)被裝在樞軸上，并且其周邊的(底部)部分被浸沒(méi)在聚合物溶液(2)中，而對(duì)著所述帶電電極(30)的周邊的自由部分定位著所述對(duì)電極(40)。
文檔編號(hào)D04H3/005GK1849418SQ200480025691
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者O·伊薩克, F·薩內(nèi)特尼克, D·盧卡斯, V·柯特克, L·馬蒂諾瓦, J·沙洛普?？?申請(qǐng)人:利伯西科技大學(xué)