[发明专利]制备亚微米纤维和无纺织物的方法和设备以及包含它们的制品

说明书

技术领域

本发明一般地涉及制备亚微米纤维，且更确切地涉及通过聚合物膜的原纤维化形成亚微米纤维的方法和设备，以及引入它们的无纺材料和制品。

背景技术

连续和不连续丝纺丝技术是已知的技术，并通常被称作熔融纺丝技术。熔融纺丝技术均包括熔喷方法或纺粘方法。纺粘方法涉及提供熔融聚合物，其然后在压力下通过被称作喷丝板或模头的板中的大量的喷丝孔被挤出。所得到的连续丝被骤冷并通过许多方法中的任何方法来牵引，如槽式牵引系统、衰减枪(attenuator guns)或牵伸辊。连续丝在移动的有小孔的表面如丝网传送带上被收集为松散的纤维网。当为了制备多层织物而串连使用一个以上的喷丝板时，后面的纤维网在前述制备的纤维网的最上层表面被收集到。

熔喷方法涉及制备无纺织物层的纺粘过程装置，其中熔融的聚合物在压力下通过喷丝板或模头的喷丝孔被挤出。高速气体在丝线离开模头时撞击丝线和使丝线变细。这个步骤的能量是使得形成的丝线的直径非常大地减小并断裂从而产生具有不确定长度的微纤维。这个方法不同在于丝线的连续性得以保留的纺粘方法。

熔融纺丝设备制造公司，如Reifenhuser、Ason Neumag、Nordson和Accurate Product已设计了大量的提供多种的所期望特性的熔喷和/或纺粘制造模型，所述所期望特性举例而言如提高的聚合物产量、更好的工艺空气流或聚合物分布的控制和提高的对丝线偏离的控制。US专利4708619、4813864、4820142、4838774、5087186、6427745和6565344公开了处理纺粘或熔喷材料的制造设备的实例，所有上述专利都作为参考文献引入本文。

对于由包含亚微米纤维的无纺织物制备的制品存在着正在增长的需求。亚微米纤维的直径通常理解为小于约1000纳米(即1微米)。亚微米纤维网由于其高表面积、低的孔径尺寸和其他特性而是需要的。亚微米纤维可以通过多种方法和多种材料制备。虽然已经使用了几种方法，但每种方法都存在缺点并且生产成本效果合算的亚微米纤维是困难的。常规的熔融纺丝设备布置不能提供高主要是具有窄纤维尺寸分布的微细(包括亚微米直径)纤维的高质量、低缺陷纤维和纤维网。

制造亚微米纤维的方法包括一类用熔融原纤维化(meltfibrillation)描述的方法。非限制性的熔融原纤维化方法的实例包括喷熔、熔融纤维破裂(melt fiber bursting)和熔膜原纤维化。不从熔体制造亚微米纤维的方法是膜原纤维化、静电纺丝和溶液纺丝。制造亚微米纤维的其他方法包括纺制较大直径的海岛、拼合盘(segmented pie)或其它构型的双组分纤维，该纤维然后进行进一步处理以得到亚微米纤维。

熔融原纤维化是一类广义纤维制造方法，定义为一种或多种聚合物被熔融并被挤出为许多可能的构造(如共挤出、均相或双组分膜或长丝)然后原纤维化或纤维化成长丝。

熔膜原纤维化是制造纤维的另一个方法。从熔体制备熔膜且然后用流体从该熔膜制造纤维。这个方法的两个实例包括Torobin的美国专利6315806、5183670和4536361以及转让给Akron大学的Reneker的美国专利6382526、6520425和6695992。

静电纺丝是常用的制备亚微米纤维的方法。在这个方法的一个形式中，聚合物被溶解在溶剂中且放置在一端密封在另一端的颈缩部分有小开口的腔室中。然后在聚合物溶液和靠近该腔室的开口端的收集器之间施加高电压。这个方法的生产速率很低且典型地生产很小数量的纤维。另一类制备亚微米纤维的纺丝技术是使用溶剂的溶液纺丝或闪蒸纺丝。