BRPI0517129B1

BRPI0517129B1 - método para produção de uma estrutura fibrosa não-tecida

Info

Publication number: BRPI0517129B1
Application number: BRPI0517129A
Authority: BR
Inventors: Gregory T Dee; Mark Gary Weinberg; Thomas William Harding
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2016-01-19
Also published as: JP5231019B2; EP2327823A1; EP2327823B1; KR20070087113A; EP1844188A1; US20060135020A1; US20090253320A1; BRPI0517129A; BRPI0517129B8; CN101080525A; KR101340264B1; CN101080525B; US20110195624A1; WO2006066025A1; EP1844188B1; JP2008524462A

Abstract

estruturas fibrosas não-tecidas e seu método de produção. a presente invenção refere-se a estmtura fibrosa não-tecida e ao processo para a formação do mesmo, que é uma rede de interconexão de filamentos de poliolefina que possuem larguras do filamento superiores a cerca de 1 <109>m que são ainda, interconectadas com redes de filamento menores de poliolefina que possuem larguras de filamento inferiores a cerca de 1 <109>m, em que os filamentos menores de poliolefina compreendem a maioria de todos os filamentos.

Description

“MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UMA ESTRUTURA FIBROSA NÃO- TECIDA” Antecedentes da Invenção O mercado de aparelhos de proteção, devido ao seu grande volume e economia favorável, é altamente desejável para estruturas não-tecida. Este mercado compreende proteções contra produtos químicos perigosos em diversas áreas tais como remoção de manchas, usos médicos, e remoção de tinta e amianto. Há muito tempo é conhecido que para uma vestimenta ser confortável, ela deve permitir de maneira fácil a transferência do calor e da umidade do corpo para o ambiente. Este objetivo é atingido quando uma vestimenta é feita com tecidos que possuem baixa resistência ao fluxo de ar. Ao mesmo tempo, a vestimenta necessita fornecer proteção contra os perigos esperados. O grau de proteção é dependente da eficácia das características de barreira do tecido. As características de barreira foram correlacionadas com o tamanho do poro do tecido, o menor tamanho do poro fornece as propriedades de barreira mais eficazes. Infelizmente, um tamanho de poro menor também resulta, em geral, em maior resistência ao fluxo de ar e uma vestimenta menos confortável. Dessa maneira, há uma necessidade em fornecer um material que ofereça um balanço mais favorável entre a barreira e o fluxo de ar do que os tecidos existentes. Tal material minimizaria o desconforto, as limitações na atividade, e na extrema exposição ao calor, enquanto ainda oferecería a proteção adequada.

Os materiais de folha porosa também são utilizados na filtração de gases onde os materiais de filtração são utilizados para remover a sujeira, o pó e os particulados da corrente de gás. Por exemplo, os filtros de ar e os sacos de limpeza a vácuo são projetados para capturar a sujeira, o pó e os particulados finos, enquanto ao mesmo tempo permitem a passagem do ar através do filtro. Os materiais de folha porosa também são utilizados em aplicações onde é necessário filtrar os micróbios tais como esporos e bactérias. Por exemplo, os materiais de folha porosa são utilizados na embalagem de itens médicos estéreis, tais como instrumentos cirúrgicos. Na embalagem estéril, o material poroso da embalagem deve ser poroso a gases tais como óxido de etileno que são utilizados para matar as bactérias nos itens sendo esterilizados, mas os materiais de embalagem devem ser impermeáveis à bactéria que pode contaminar os itens esterilizados. Outra aplicação para os materiais de folha porosa com boas propriedades de barreira é para a fabricação de bolsas que mantém a umidade, absorvendo as substâncias dessecantes. Tais bolsas dessecantes são frequentemente utilizados nos materiais embalados para absorverem a umidade não desejada.

Os filmes microporosos foram utilizados para atingir propriedades de barreira liquida extremamente altas. Um filme microporoso é feito de uma rede interconectada de microporos (isto é, na ordem de micrômetros de diâmetro), que por seus tamanhos e sinuosidades, fornecem uma barreira líquida. No entanto, esta barreira está às custas da capacidade de respiração de tecidos criados que contém tais filmes desconfortáveis para o usuário. Adicionalmente, visto que o filme microporoso por si só, em geral, não é durável ou do tipo tecido Çcloth-likeele é tipicamente laminado para pelo menos uma camada de não-tecido ou, de preferência, duas camadas, formando um sanduíche com o filme no meio. Esta construção soma um peso adicional e etapas de processamento caras.

Outro laminado multicamadas projetado é conhecido como SMS (filamentos contínuos - processo via fundida - filamentos contínuos). Nas construções SMS típicas para aparelhos de proteção, as camadas de sistema de filamentos contínuos externas são feitas de fibras de polipropileno contínuas depositadas aleatoriamente de 15 a 20 pm de diâmetro, que fornecem conforto, bem como proteção para a camada do processo via fundida. A camada de processo via fundida interna fornece as propriedades de barreira e é tipicamente compreendida de 1 a 3 pm de diâmetro de fibras de polipropileno. Assim como nos filmes de microporos, esta construção soma peso adicional para a vestimenta do usuário e etapas mais caras do processo para o fabricante. A olefina de filamentos contínuos Tyvek® é um material de folha plexifilamentar fiada instantaneamente (flash-spun) que está sendo utilizada por muitos anos como um material para aparelhos de proteção. A E. I. du Pont de Nemours and Company (DuPont) fabrica e comercializa tecidos não-tecidos de olefina de filamento contínuo Tyvek®. O Tyvek® é uma marca registrada pela DuPont. O tecido não-tecido Tyvek® tem sido uma boa escolha como aparelho de proteção devido as suas excelentes propriedades de resistência, suas boas propriedades de barreira, seu peso leve, seu nível razoável de conforto térmico e sua estrutura de camada única que resulta em um baixo custo relativo de fabricação para a maioria dos materiais competitivos. A DuPont tem trabalhado para aprimorar ainda o conforto dos tecidos Tyvek® para vestimentas. O processo para a fabricação de folhas plexifilamentar fiada instantaneamente e, especificamente o material de folha de olefina de filamento continuo Tyvek®’ foi desenvolvido primeiramente há mais de 25 anos e posto em comercialização pela DuPont. A patente US 3.081.519 de Blades et al., descreve um processo em que uma solução polimérica formadora de fibra em um agente de fiação líquido que não é um solvente para o polímero, abaixo do ponto de ebulição normal do líquido, em uma temperatura acima do ponto de ebulição normal do líquido e na pressão autógena ou maior, é fiado em uma região de temperatura inferior e de pressão substancialmente inferior para gerar fios de fibrila de filme plexifilamentar. Conforme descrito na patente US 3.227.794 de Anderson et al, os fios de filme de fibrila plexifilamentares são obtidos de melhor maneira ao utilizar o processo descrito em Blades et al, quando a pressão do polímero e da solução do agente de fiação é levemente reduzida em uma câmara de redução pouco antes da fiação instantânea ("flash-spinning A fiação instantânea de polímeros que utilizam o processo de Blades et al., e de Anderson et al., requer um agente de fiação que: (1) não é um solvente para o polímero, abaixo do ponto de ebulição normal do agente de fiação, (2) forma uma solução com o polímero em alta pressão, (3) forma uma dispersão desejada de duas fases com o polímero quando a pressão da solução é levemente reduzida em uma câmara de redução, e (4) vaporiza instantaneamente quando liberada da câmara de redução em uma região de pressão substancialmente menor. Dependendo do polímero específico utilizado, os seguintes compostos foram descobertos como sendo úteis como agentes de fiação no processo de fiação instantânea: os hidrocarbonetos aromáticos tais como benzeno e tolueno; hidrocarbonetos alifáticos tais como butano, pentano, hexano, heptano, octano, e seus ísômeros e homólogos; hidrocarbonetos alicíclicos tais como cicloexano; hidrocarbonetos insaturados; hidrocarbonetos halogenados tais como triclorofluorometano, cloreto de metileno, tetracloreto de carbono, dicloroetileno, clorofórmio, cloreto de etila, cloreto de metila; álcoois; ésteres; éteres; cetonas; nitrilas; amidas; fluorocarbonetos; dióxido de enxofre; dióxido de carbono; dissulfeto de carbono; nitrometano; água; e as misturas dos líquidos acima. Diversos solventes das misturas úteis na fiação instantânea estão descritas na patente US 5.032,326 de Shin; patente US 5.147.586 de Shin et al., patente US 5.250.237 de Shin. O pedido de patente US 09/691.273, depositado em 18 de outubro de 2000, agora permitido, descreve aprimoramentos recentes para poliolefinas plexifilamentares fiadas instantaneamente e um processo para a produção destes e é, incorporado no presente como referência, em sua totalidade.

Entretanto, os processos de fiação instantânea desenvolvidos até o momento não produzem redes fibrosas que possuem quantidades significantes de filamentos submicrônicos.

Esforços recentes foram direcionados para a produção de “nanofibras”, aquelas com diâmetros no intervalo de tamanho “nano”, definido funcionalmente como sendo inferior a cerca de 1 pm, de preferência, menos de cerca de 0,5 pm (isto é, 500 nm). Este diâmetro de fibra significativamente inferior e o decréscimo concomitante no tamanho médio do poro levam às propriedades de folha significativamente diferentes, tais como área da superfície da fibra, peso da base, resistência, barreira e permeabilidade. Espera-se que os diâmetros de fibra inferiores conduzam a um balanço barreira/permeabilidade aprimorado e um conforto potencializado. No entanto, como as outras estruturas laminadas, as nanofibras precisam tipicamente de camadas de suporte.

As nanofibras foram produzidas de maneira convencional pela técnica de eletrofiação, conforme descrito em Electrostatic Spinning of Acrylic Microfíbers, P. K. Baumgarten, Journal of Colloid and Interface Science, volume 36, número 1, maio de 1971. Neste processo, um potencial elétrico é aplicado a uma gota do polímero em solução suspensa a partir de um tubo metálico, tal como uma agulha de seringa. O campo elétrico produzido entre o eletrodo e o coletor aterrado resulta na extensão da gota para produzir fibras muito finas no coletor. As fibras com diâmetros no intervalo de 0,05 a 1,1 pm (50 a 1,100 nm) são descritas. Um maior problema com esta técnica é uma velocidade de fluxo baixo, na ordem de 0,1 grama de solução/ minuto/ orifício polimérico, demasiadamente baixo para as aplicações industriais. Esta limitação é devido ao acoplamento do campo elétrico e da velocidade do fluxo. Há duas outras limitações da tecnologia de eletrofiação clássica que envolve a natureza do polímero. A primeira é a umidade da superfície. A umidade na superfície da folha por líquidos específicos é importante porque as propriedades de barreira dos tecidos de proteção são proporcionais ao ângulo de contato entre o líquido e a superfície, com o ângulo de contato definido como o ângulo de intersecção entre o fluido e as superfícies sólidas. As propriedades de barreira aumentam com o ângulo de contato crescente (isto é, umidade mais baixa). A grande maioria do trabalho relatado no estado da técnica anterior foi direcionada em direção a eletrofiação dos polímeros hidrofílicos, tais como poliamidas, óxidos de poliolefina e poliuretanos, que são prontamente umedecidos pelo sistema aquoso, como sangue. Enquanto alguns investigadores sugeriram que as nanofibras poderíam ser produzidas a partir de polímeros hidrofóbicos que possuiríam barreira aprimorada a sistemas aquosos, poucos exemplos reais existem. A patente US 4.127.706 descreve a produção de folhas fibrosas de fluoropolímero poroso e sugere a produção de fibras de politetrafluoroetileno com diâmetros no intervalo de 0,1 a 10 μιη. Apesar disto, a patente apenas exemplifica fibras com diâmetros de 0,5 μιη e maiores. A segunda limitação com base nos polímeros de eletrofiação clássicas envolve a solubilidade do polímero no solvente. A grande maioria do trabalho relatado no estado da técnica envolve polímeros que são tanto solúveis quanto capazes de serem fabricados em uma dispersão na temperatura ambiente e na pressão atmosférica. Este requerimento aparente limita severamente os polímeros adequados para serem fiados em nanofibras.

Seria desejável produzir tecidos de barreira que possuam boa permeabilidade à umidade e ao ar, enquanto retém uma boa resistência à penetração de líquido.

Descrição Resumida da Invenção Uma primeira realização da presente invenção é uma estrutura fibrosa não-tecida que compreende uma rede interconectada de filamentos de poliolefina que possuem larguras de filamentos superiores a cerca de 1 μιη que são ainda interconectados com redes de filamentos menores de poliolefina que possuem larguras de filamentos inferiores a cerca de 1 μητι, em que ditos filamentos menores de poliolefina compreendem a maioria de todos os filamentos.

Uma segunda realização da presente invenção é uma estrutura fibrosa não-tecida que compreende um conjunto de filamentos formados a partir de uma composição de poliolefina em que a média das larguras dos filamentos é inferior a cerca de 1 pm, e o máximo das larguras dos filamentos é superior a cerca de 1 pm.

Uma terceira realização da presente invenção é uma estrutura fibrosa não-tecida que compreende um conjunto de filamentos formados a partir de uma composição de poliolefina que compreende um conjunto de filamentos de poliolefina, em que a média das larguras dos filamentos é inferior a cerca de 1 pm, e os poros formados entre ditos filamentos de poliolefina, ditas estruturas fibrosas não-tecidas exibem uma distribuição equivalente do tamanho de diâmetro do poro entre cerca de 0,20 a cerca de 2,5 pm.

Outra realização da presente invenção é um método para a produção de uma estrutura fibrosa não-tecida que possui a maioria dos filamentos com larguras de filamentos inferiores a cerca de 1 pm, compreendendo o fornecimento de uma solução de poliolefina acima da temperatura e da pressão ambiente a uma fieira, em contato com dita solução de poliolefina com um primeiro eletrodo disposto dentro de dita fieira, dito eletrodo sendo carregado a um potencial relativo de alta voltagem para uma superfície coletora, de modo a proporcionar uma carga elétrica à dita solução de poliolefina, expelindo dita solução de poliolefina carregada através de um orifício de saída da fieira que incorpora um segundo eletrodo mantido inferiormente ao potencial de voltagem do dito primeiro eletrodo, para formar filamentos de poliolefina e coletar ditos filamentos de poliolefina em dita superfície coletora para formar uma rede de interconexão de filamentos de poliolefina que possuem larguras de filamento superiores a cerca de 1 pm que são adicionalmente interconectadas com redes de filamentos menores de poliolefina que possuem larguras de filamento inferiores a cerca de 1 pm, em que ditos filamentos menores de poliolefina compreendem a maioria de todos os filamentos. A diferença de potencial de voltagem entre o primeiro eletrodo e a dita superfície coletora é de pelo menos 3kV.

Breve Descrição das Figuras A Figura 1 é uma representação esquemática de um aparelho de eletrofiação do estado da técnica conforme descrito na patente US 4.127.706. A Figura 2 é uma representação esquemática de outro aparelho de eletrofiação do estado da técnica conforme descrito no pedido de patente US 2003/0106294 A1. A Figura 3 é uma representação esquemática de um aparelho de eletrofiação utilizado para conduzir o processo da presente invenção. A Figura 4 é uma imagem do microscópio eletrônico de varredura (SEM) de um meio de filtro contendo nanofibras comerciais do estado da técnica. A Figura 5 é uma imagem SEM tirada a 4.000x de uma porção de um fio de fibra plexifilamentar do material de folhas plexifilamentares fiadas instantaneamente convencionais do estado da técnica. A Figura 6 é uma imagem SEM tirada a 5,000x de uma porção de um fio de fibra plexifilamentar do material de folhas plexifilamentares do estado da técnica feita de acordo com o processo descrito na patente US 09/691.273. A Figura 7 é uma imagem SEM do produto do Exemplo Comparativo 1 em uma ampliação de 100x. A Figura 8 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 1 em uma ampliação de 150x. A Figura 9 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 1 em uma ampliação de 2.500x. A Figura 10 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 2 em uma ampliação de 1.500x. A Figura 11 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 3 em uma ampliação de 150x. A Figura 12 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 4 em uma ampliação de 1.000x. A Figura 13 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 5 em uma ampliação de 5.000x. A Figura 14 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 6 em uma ampliação de 5.000x. A Figura 15 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 7 em uma ampliação de 3.000x. A Figura 16 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 8 em uma ampliação de 1.000x. A Figura 17 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 9 em uma ampliação de 1.000x. A Figura 18 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 10 em uma ampliação de 3.000x. A Figura 19 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 11 em uma ampliação de 3.000x. A Figura 20 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 12 em uma ampliação de 3.000x. A Figura 21 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 13 em uma ampliação de 3.000x. A Figura 22 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 14 em uma ampliação de 10.OOOx. A Figura 23 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 15 em uma ampliação de 10.000x. A Figura 24 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 16 em uma ampliação de 1.000x. A Figura 25 é uma imagem SEM do produto do Exemplo 17 em uma ampliação de 1,000x.

Descrição Detalhada da Invenção Ao contrário da eletrofiação convencional, as soluções poliméricas na presente invenção são fabricadas e fiadas sob condições de fiação instantânea; isto é, em temperaturas elevadas e pressão superior à autógena no ponto de ebulição da solução. De maneira significativa, a presente invenção é aplicável de maneira vantajosa a materiais poliméricos que são solúveis apenas a temperaturas e pressões elevadas. Desta forma, as nanofibras dos polímeros de difícil dissolução, tais como poliolefinas, foram produzidas pela primeira vez em taxas relativamente altas de produção. Estes polímeros são hídrofóbicos e oferecem o potencial dos produtos com características de umidade substancialmente diferentes e propriedades de barreira comparadas aos polímeros hidrofílicos usuais tipicamente eletrofiados pelo processo clássico.

As etapas do processo descritas na presente invenção podem conduzir a redes fibrosas não-tecidas que possuem uma morfologia significativamente diferente que aquelas produzidas por outras tecnologias. Conforme utilizados no presente, os termos “filamentos” e “fibras'' e seus derivados (tais como "nanofibras") são pretendidos como equivalentes e não deve ser implicada nenhuma distinção quanto aos seus significados.

Na eletrofiação clássica, a morfologia da fibra possui a “aparência de cilindros lisos e lineares" (Baumgarten, citado acima). A Figura 1 é uma representação esquemática de um aparelho de eletrofiação clássico conforme descrito na patente US 1.127.706, em que uma agulha de seringa metálica aterrada 1 é fornecida com líquido de fusão a partir de um reservatório (não mostrado) para formar as nanofibras de politetrafluoroetíleno, que são depositadas na tela têxtil 2 direcionado por um rolo motriz 3 e um rolo ocioso 4, ao qual é alimentado uma carga eletrostática a partir de um gerador 5, formando ainda um tapete de nanofibras 6 que é recolhido por um rolo 7 que rotaciona contrariamente à tela têxtil. A Figura 2 descreve um dispositivo alternativo de eletrofiação conforme descrito no pedido de patente US 2003/0106294 A1, onde um reservatório 80 é fornecido, em que está contida uma fibra fina que forma uma solução polimérica, uma bomba 81 e um dispositivo de emissão do tipo rotatório ou o emissor 40 ao qual a solução polimérica é bombeada. O emissor 40 consiste, em geral, de uma união de rotação 41, uma porção de rotação 42 incluindo uma pluralidade de orifícios 44 e uma haste 43 conectando a porção da face anterior e a união de rotação. A união de rotação 41 fornece para a introdução da solução polimérica a porção da face anterior 42 através da haste oca 43. Os orifícios 44 são espaçados ao redor da periferia da porção da face anterior 42. A porção de rotação 42 obtém, então, a solução polimérica a partir do reservatório e conforme ela rotaciona no campo eletrostático, uma gotícula da solução é acelerada pelo campo eletrostático em direção ao meio coletor 70. Em frente ao emissor 40, mas separado do mesmo, está uma grelha substancialmente plana 60 sobre o qual o meio coletor 70 (isto é, o substrato ou o substrato combinado) é posicionado. O ar pode ser retirado através da rede. O meio coletor 70 é passado ao redor dos rolos 71 e 72 que são posicionados nas extremidades opostas adjacentes da grelha 60. Um potencial eletrostático de alta voltagem é mantido entre o emissor 40 e a grelha 60 pelos meios de uma fonte de voltagem eletrostática adequada 61 e de conexões 62 e 63 que conectam respectivamente a grelha 60 e o emissor 40. O pedido de patente US 2003/0106294 A1 sugere que os aparelhos podem ser utilizados para a formação de nanofibras a partir de uma variedade de diferentes polímeros, mas exemplifica apenas as nanofibras com base em poliamida. A Figura 4 é uma micrografia de varredura eletrônica de um meio de filtro comercial contendo fibras convencionalmente eletrofiadas produzidas por Donaldson Company (Timothy H. Grafe e Kristine M. Graham em Nanofíber Webs from Electrospinning, apresentadas em Não-Tecido - Filtration Meeting -na quinta conferência internacional, Stuttgart, Alemanha, março de 2003), que se acredita ter sido produzida pelo aparelho descrito na Fig. 2 do presente. Em particular, a imagem mostra nanofibras eletrofiadas sobre um substrato de celulose das aplicações de filtração do ar. O diâmetro da nanofibra é de aproximadamente 250 nm, versus a estrutura de fibra celulósica suporte com diâmetros que excedem 10 pm. A Figura 3 é uma representação esquemática do aparelho de eletrofiação utilizado para formar as estruturas de poliolefina inovadoras da presente invenção. Um primeiro (emissor) eletrodo 100, que é carregado a um potencial de alta voltagem pela fonte de voltagem 120, é disposto dentro da fieira 105 feita de um material condutor, tal como um metal e em contato com uma alta pressão, a alta temperatura da corrente da solução de poliolefina 110 que é fornecida por um recipiente de armazenamento (não mostrado). A corrente de solução de poliolefina flui através do eletrodo emissor 100 e possui uma carga elétrica injetada nele, e então, flui através de um segundo (inflexível) eletrodo 102 que é eletricamente fixado ao solo através de um resistor. À jusante do segundo eletrodo 102, a corrente de solução de poliolefina carregada flui através de um orifício de saída da fieira 108 em cujo ponto a porção do solvente da solução é evaporada instantaneamente Çflash evaporated) e devido a corrente de carga proporcionada à solução de poliolefina, são formados filamentos ou fibras de poliolefina fiadas instantaneamente {“flash spurí) 112 que possuem de maneira não usual pequenas larguras, que são em contrapartida depositados no eletrodo coletor 104 fixado ao solo. O segundo eletrodo e o eletrodo coletor não precisam necessariamente ser afixados ao solo, mas podem ser eletricamente mantidos em potenciais diferentes do primeiro eletrodo. O aparelho de injeção de carga ilustrado na Fig. 3 é similar ao descrito na patente US 6.656.394, que é incorporado na presente invenção como referência. A morfologia do produto produzido pela presente invenção pode ser geralmente caracterizada como plexifilamentar. Conforme descrito em Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology (quarta edição, volume 17, paginas 353 a 355), o termo “fio plexifilamentar” refere-se a um fio ou cordão caracterizado por uma morfologia que substancialmente consiste em uma rede integral tridimensional de fino, do tipo fita, elementos de filme—fibrila dos comprimentos aleatórios que possuem uma espessura média do filme inferior a cerca de 4 pm e uma largura da fibrila média inferior a 25 pm, e que são em geral simultaneamente alinhados com o eixo longitudinal do fio. Nos fios plexifilamentares, os elementos de filme-fibrila unidos de forma intermitente e separados em intervalos regulares em diversos locais ao longo do comprimento, largura e espessura do fio, formando assim a rede tridimensional. Os fios plexifilamentares deste tipo encontraram um valor comercial difundido principalmente em forma de tecidos não-tecidos de polietileno de alta densidade fiado instantaneamente, o de maior destaque é o tecido não-tecido Tyvek® que é fabricado pela E. I. du Pont de Nemours and Company de Wilmington, Delaware. Os fios plexifilamentares convencionais possuem dimensões muito maiores que aqueles exemplificados no presente pedido.

Conforme ilustrado nas Figuras de 8 a 10 e de 12 a 25, os produtos formados de acordo com o processo agora descrito são redes ou “redes” complexas interconectadas de filamentos ou fibras de poliolefina maiores que são ainda interconectadas em si por redes de fibras ou filamentos menores de poliolefina. As “redes” da presente invenção são similares na estrutura às teias de aranha, mas são irregulares tanto no tamanho do filamento quanto nos locais dos pontos de intersecção. Os filamentos maiores possuem, em geral, larguras superiores a cerca de 1 pm e os filamentos menores possuem, em geral, larguras inferiores a cerca de 1 pm. De maneira importante, a maioria (em número) de todos os filamentos nas estruturas fibrosas não-tecidas inventivas são os filamentos menores submicrónicos.

Os filamentos menores possuem larguras que variam de 0,01 pm até cerca de 1 pm, com números substanciais de filamentos pequenos que possuem larguras de cerca de 0,1 a cerca de 0,8 pm, e muitos possuem larguras abaixo de 0,5 pm.

Os filamentos das estruturas não-tecidas da presente invenção mostram distribuições de largura de filamentos ou fibras com larguras médias entre cerca de 0,18 e cerca de 1 pm, até entre cerca de 0,18 e cerca de 0,7 pm, ou até mesmo, tão menor quanto cerca de 0,18 e cerca de 0,5 pm.

Outra característica saliente das estruturas não-tecidas da presente invenção é o tamanho do poro ou o pequeno espaço vazio que estão presentes entre os pontos de intersecção dos filamentos. As distribuições do tamanho do poro médio variam entre cerca de 0,20 a cerca de 2,5 pm, medido como equivalentes do diâmetro, discutido abaixo.

Outra característica importante das estruturas de poliolefina não-tecidas da presente invenção, evidentes a partir das imagens SEM nas Figuras da presente invenção, é que os comprimentos das fibras ou filamentos submicrônicos estão na mesma ordem de magnitude que os diâmetros dos poros ou dos espaços vazios, e a média matemática dos comprimentos da fibra ou do filamento submicrônicos sem suporte é, em geral, de cerca de 10 pm ou menos, até mesmo menos de cerca de 5 pm, e em alguns momentos, menos que cerca de 3 pm, que é nitidamente diferente das nanofibras convencionais, assim como mostrado na Fig. 4, em que os comprimentos das nanofibras excedem enormemente os tamanhos aproximados dos poros entre eles.

Um importante aspecto da presente invenção é o alto rendimento do polímero atingido através do uso do aparelho de injeção de carga da Fig. 3. Ele oferece o potencial de pelo menos duas ordens de magnitude superior às velocidades de fluxo da solução polimérica do que aquelas obtidas pelos aparelhos de eletrofiação convencionais. O primeiro (isto é, emissor) e o segundo (isto é, inflexível) eletrodo formam uma pistola de elétrons que é imersa no fluido. A distância entre os eletrodos é, de maneira vantajosa, apenas cerca de um diâmetro do orifício da fieira, fornecendo um campo elétrico muito grande e um que é muito maior que aquele fornecido na eletrofiação clássica. Desta maneira, uma alta velocidade de injeção de carga é possível em fluidos de baixa condutividade, que resulta em uma alta densidade da carga no fluido. Adicionalmente, esta carga fica na solução por causa do tempo de residência muito pequeno, antes da solução sair do orifício. Estes atributos resultam em um desacoplamento da velocidade de fluxo da solução e dos processos de injeção de carga, permitindo a fiação da nanofibra nas velocidades de fluxo da solução polimérica entre cerca de 1 a cerca de 20 cm3/s ou maiores, de preferência, entre cerca de 2 a cerca de 15 cm3/s, de maior preferência, entre cerca de 2,5 a cerca de 12 cm3/s.

Enquanto os exemplos abaixo demonstram as combinações de polímero/solvente que estão em uma solução de fase única nas condições de fiação, esta invenção não é tão limitada. As soluções bifásicas (isto é, aquelas com uma fase rica em polímero e uma rica em solvente) são também úteis no processo descrito na presente invenção.

Existem diversos parâmetros do processo que aparentemente influenciam o produto produzido pelo processo da presente invenção. A primeira voltagem do eletrodo (relativa ao segundo eletrodo) é vantajosamente superior ou igual a cerca de 3 Kv, até tanto quanto cerca de 17 kV, de preferência, entre cerca de 11 kV e cerca de 16,4 kV. Na ausência de uma voltagem aplicada ao eletrodo para fornecer uma carga elétrica, não são produzidas nanofibras (Fig. 7). Uma morfologia aprimorada em que o número de nanofibras é grande e seu tamanho é pequeno, acredita-se ser oferecida por uma densidade de carga elétrica maior na solução polimérica. A densidade de carga é definida como a corrente elétrica da rede adicionada à solução dividida pela velocidade de fluxo da solução. Se o dispositivo coletor for uma boa gaiola de Faraday (isto é, feita de metal), a corrente da rede adicionada à solução pode ser determinada a partir de uma leitura direta da corrente a partir do dispositivo de Faraday, lida por um medidor de corrente de fio rígido ou por um computador que lê a voltagem através de um resistor instalado entre a gaiola de Faraday e o solo. Se o dispositivo coletor for uma gaiola de Faraday ruim (isto é, feita a partir de um não condutor ou alguma combinação de elementos condutores e não condutores), a corrente da rede adicionada à solução pode ser determinada a partir da diferença entre as medidas da corrente fornecida do primeiro eletrodo de alta voltagem e da corrente do segundo eletrodo. O limite da densidade de carga máxima é determinado quando a carga injetada é suficientemente alta que seu campo elétrico rompe a cobertura de gás da coluna da solução que sai da fieira. Se todas as outras condições são mantidas constantes, a densidade de carga máxima atingida geralmente diminui com o aumento do diâmetro do orifício. Uma densidade de carga típica é cerca de 1 microColoumb/mL da solução polimérica para um orifício de diâmetro de 0,25 mm, e está de preferência entre cerca de 0,4 a cerca de 3 microColoumb/mL.

Outro importante parâmetro do processo é a seleção da solução polimérica. O presente processo é vantajoso na fiação de polímeros adicionais em solventes de baixa condutividade. Entre os polímeros adicionais, os poliidrocarbonetos, polietileno e polipropileno (PP) e os copolímeros de a-olefina C3-C10 etileno, tais como copolímeros de etileno-octeno, copolímeros de etileno-propileno e copolímeros de etileno-buteno são preferidos. Todos os tipos de polietileno estão incluídos, tais como polietileno linear de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE) e polietileno linear de baixa densidade (LLDPE). Outros polímeros adicionais que poderíam ser utilizados incluem copolímeros de propileno-etileno e polimetilpenteno. As poliolefinas apropriadas para 0 uso são caracterizadas por um indicador do fluxo de fusão (MFI) de cerca de 0,1 a cerca de 1000 g/10 minutos, quando medidos de acordo com a norma ASTM D-1238E, com um indicador de fluxo de fusão de cerca de 1 a cerca de 30 g/10 minutos preferidos.

Os solventes apropriados deveríam (a) possuir um ponto de ebulição de pelo menos cerca de 25° C e, de preferência, pelo menos cerca de 40° C abaixo do ponto de fusão do polímero utilizado; (b) ser substancialmente não reativo com o polímero durante a mistura e a fiação; (c) dissolver o polímero sobre as condições de temperatura, concentração e pressão utilizadas no processo; e (d) possuir uma condutividade elétrica inferior a cerca de 10® pS/m (picoSiemens/metro). De maior preferência, os solventes possuem condutividades elétricas inferiores a cerca de 105 pS/m. Os solventes especialmente preferidos devem possuir condutividades elétricas inferiores a cerca de 102 pS/m. Os solventes apropriados, dependendo do polímero, incluem, mas não estão limitadas a, Freon®-11, os alcanos como o pentano, hexano, heptano, octano, nonano e suas misturas. A solução de poliolefina deve possuir uma condutividade baixa o suficiente para manter sem arquear a diferença do potencial de voltagem entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, enquanto a solução polimérica está fluindo. Há uma ampla gama de viscosidades de solução sob as quais o processo da presente invenção pode ser realizado. Enquanto não há medidas de viscosidade de solução absoluta para quantificar esta gama, descobrimos que as condições de operação apropriadas podem ser obtidas ao balancear a concentração de polímero de solução e o peso molecular do polímero. Uma medida inversa do peso molecular do polímero é dada pelo indicador do fluxo de fusão do polímero, conforme medido pela norma ASTM D-1238 à 190° C e 2,16 kg. Um indicador do fluxo de fusão maior indica um menor peso molecular do polímero. Por exemplo, as nanofibras foram facilmente produzidas com o copolímero de etíleno-octeno de MFI 30 em uma concentração de 3% em peso na solução. Um material quase idêntico, mas com um MFI maior de 200, precisou de 5% em peso e, de preferência, 7% em peso do polímero na solução para fornecer uma morfologia similar. Foi descoberto que as soluções de fiação ótimas são aquelas que possuem concentrações poliméricas acima de cerca de 1% em peso e, de preferência, entre cerca de 3% em peso a cerca de 15% em peso, com poliolefinas que possuem índices de fluxo de fusão entre cerca de 1 a cerca de 400 g/10 minutos. As concentrações que eram muito menores que este valor não produziram nanofibras. As concentrações que eram muito maiores que este valor, forneceram fios de torção única sem nanofibras. O diâmetro do orifício da fieira afeta a velocidade de fluxo volumétrica e a densidade da carga. Os diâmetros de orifício maiores oferecem maiores rendimentos poliméricos e a probabilidade reduzida de obstrução do orifício. Os diâmetros apropriados de orifício estão entre cerca de 0,125 mm a 1,25 mm, e até entre cerca de 0,25 mm a 1,25 mm. A temperatura de fiação deve estar acima da temperatura de fusão do polímero e abaixo do ponto de ebulição do solvente de modo a afetar a evaporação do solvente antes da deposição do produto polimérico no coletor, mas não tão alto de modo que o solvente volatilize (ferva) antes da formação das nanofibras. Uma temperatura de fiação, pelo menos aquela do ponto de ebulição do solvente e pelo menos aquela do ponto de fusão do polímero é adequada. É vantajosa uma temperatura de fiação de pelo menos 40°C superior ao ponto de ebulição do solvente, e pelo menos 20°C acima do ponto de fusão do polímero. A pressão de fiação da presente invenção, medida apenas a montante da fieira, deve estar acima da pressão autógena da solução, e pode variar de cerca de 1,8 a cerca de 41 MPa e deve ser alta o suficiente para evitar a ebulição da solução polimérica.

Os aditivos comuns, tal como antioxidantes, estabilizantes UV, corantes, pigmentos e outros materiais similares podem ser adicionados à composição de fiação antes da fiação.

Exemplos Nos exemplos descritos abaixo, o equipamento de fiação instantânea utilizado era uma modificação do aparelho descrito na patente US 5.147.586. O aparelho compreendeu duas câmaras cilíndricas de alta pressão, cada uma equipada com um pistão adaptado para aplicar pressão aos conteúdos da câmara. Os cilindros possuíam um diâmetro interno de 2,54 cm e cada um com uma capacidade interna de 50 cm3, Os cilindros foram conectados uns aos outros em uma extremidade através de um canal de diâmetro de 0,23 cm e uma câmara de mistura contendo uma série de telas de malha fina que agem como um misturador estático. A mistura foi acompanhada ao forçar o conteúdo do recipiente num vai e vem entre os dois cilindros através do misturador estático. Os pistões foram direcionados pela água em alta pressão fornecida por um sistema hidráulico.

Um conjunto de fieiras com meios de ação rápidos para abertura do orifício foi anexado ao canaí através de um ferro T. O conjunto de fieiras compreendeu um orifício de chumbo de 12,8 mm de diâmetro e 28,5 mm de comprimento. O orifício da fieira em si possuía um diâmetro de 0,12 mm com comprimento de 0,38 mm, ou 0,25 mm com um comprimento de 0,75 mm. O orifício alargado com 90 graus incluiu o ângulo a um diâmetro de 9,5 mm. Um suporte de eletrodo de sulfeto de polifenileno isolante foi colocado dentro do orifício de chumbo da fieira. Este suporte possuía 4 canais para o fluxo de fluido igualmente espaçados ao redor de sua circunferência. Um eletrodo emissor foi posicionado no centro do suporte. O eletrodo foi anexado a sua extremidade a montante a um fio de alta voltagem, que entrou no aparelho através de um anel de selagem de alta pressão (Conax Inc, Buffalo, Nova Iorque). A voltagem foi fornecida por um gerador de energia de alta voltagem Spellman Inc (Hauppauge, Nova Iorque). Um medidor de corrente análogo e um computador mediram a corrente fornecida. O conjunto de fieiras foi eletricamente isolado do restante do aparelho por um copo de isolamento de sulfeto de polifenileno. Um medidor de corrente análogo e um computador mediram a corrente do segundo eletrodo. O conjunto elétrico do tipo descrito no presente é conhecido como um “Triodo de Spray” e é descrito na patente US 6.656.394. O polímero de interesse foi carregado em um cilindro. O solvente indicado foi injetado dentro daquele cilindro por um gerador calibrado do tipo fuso de alta pressão. O número de voltas do gerador do tipo fuso foi calculado para fornecer a concentração desejada do material no solvente. A água de alta pressão foi utilizada para conduzir os pistões para gerar uma pressão de mistura entre 13,8 a 27,6 MPa. O polímero e o solvente foram então aquecidos na temperatura indicada, conforme medidos por um par termo-elétrico do tipo J (Technical Industrial Products Inc de Cherry Hill, Nova Jersey) e mantida naquela temperatura por cerca de 5 minutos. A pressão da mistura de fiação foi reduzida entre cerca de 1,8 a cerca de 5,3 MPa, pouco antes da fiação. Isto foi realizado pela abertura da válvula entre a célula de fiação e um tanque muito maior de água em alta pressão (“o acumulador") mantido na pressão de fiação desejada. O orifício da fieira foi aberto o mais rápido possível (geralmente cerca de 1 a 2 segundos) após a abertura da válvula entre a célula de fiação e o acumulador. O produto foi coletado em um balde anexado de polipropileno de diâmetro 76 cm x 46 cm. Havia uma cobertura de alumínio na face a jusante do balde que foi anexado a um medidor de corrente análogo, um resistor e então, aterrado. Um computador monitorou e registrou a voltagem através do resistor e então calculou o fluxo de corrente ao solo, A cobertura de alumínio e as paredes internas do balde foram cobertas com uma folha de poliéster de 0,12 mm de espessura para facilitar a remoção da amostra. O balde foi continuamente purgado com nitrogênio em uma velocidade de cerca de 1400 cm3/s para excluir o oxigênio e desta maneira, evitar a ignição de vapores inflamáveis. Em alguns casos foi utilizado o balde de aço carbono. A pressão pouco antes da fieira ser medida com um transdutor de pressão (Dynisco Inc. de Norwood, MA) e registrado durante a fiação e foi referido como “pressão de fiação”. A pressão de fiação foi registrada utilizando um computador e foi geralmente cerca de 300 kPa abaixo do ponto de ajuste da pressão do acumulador. A temperatura medida pouco antes da fiação também foi registrada durante a fiação e foi referida como “temperatura de fiação”. Após a fiação, a folha de poliéster revestida com nanofibra foi removida do balde. As peças foram cortadas da folha e examinadas por microscopia eletrônica de varredura. As áreas de superfície da fibra por unidade de massa também foram determinadas pela técnica padrão BET (Brunauer-Emmett-Teller). A Tabela 1 abaixo lista os polímeros utilizados nos seguintes exemplos, Tabela 1__________________________________________ Exemplo Comparativo 1 Uma solução de 3% em peso do Polímero A em Freon®-11 foi preparada, e fornecida para o aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 103° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 2,7 MPa e uma velocidade de fluxo de 2,67 cm3/s. Não foi aplicada nenhuma voltagem ao sistema. As nanofibras foram formadas conforme mostrado na Fig. 7.

Exemplo 1 A solução polimérica e os parâmetros do Exemplo Comparativo 1 foram repetidos, exceto que a temperatura de fiação foi de 100° C, a pressão foi de 2,9 MPa e a velocidade de fluxo foi de 2,4 cm3/s e uma voltagem de 16 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante foi caracterizado por uma rede interconectada complexa de filamentos maiores que foram adicionalmente interconectados por redes complexas de filamentos que possuem larguras submicrónicas conforme mostrado nas Figs. 8 e 9.

Exemplo 2 Uma solução de 7% em peso do Polímero B em Freon®-11 foi preparada para o aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 105° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 2,5 MPa e uma velocidade de fluxo de 2,52 cm3/s. Uma voltagem de 16 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 10.

Exemplo 3 Uma solução de 18% em peso do Polímero C em Freon®-11 foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 101° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 2,5 MPa e uma velocidade de fluxo de 2,49 cm3/s. Uma voltagem de 14 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante não possuía nanofibras e é mostrado na Fig. 11.

Exemplo 4 Uma solução de 9% em peso do Polímero D em hexano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 140° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 2,9 MPa e uma velocidade de fluxo de 3,73 cm3/s. Uma voltagem de 14 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 12.

Exemplo 5 Uma solução de 6% em peso do Polímero E em heptano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 180° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,125 mm em uma pressão de 4,9 MPa e uma velocidade de fluxo de 1,06 cm3/s. Uma voltagem de 12 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig, 13.

Exemplo 6 Uma solução de 8% em peso de uma mistura de Polímeros F e G de 90/10 peso/peso em heptano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 181° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,125 mm em uma pressão de 5,0 MPa e uma velocidade de fluxo de 1,1 cm3/s. Uma voltagem de 11,8 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 14.

Exemplo 7 Uma solução de 2,5% em peso do Polímero G em octano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 211° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 1,9 MPa e uma velocidade de fluxo de 2,82 cm3/s. Uma voltagem de 13,1 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 15.

Exemplo 8 Uma solução de 12% em peso do Polímero J em octano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 210° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 5,2 MPa e uma velocidade de fluxo de 4,42 cm3/s. Uma voltagem de 13,1 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 16.

Exemplo 9 Uma solução de 8% em peso do Polímero H em octano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 182° C e fiado instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,125 mm em uma pressão de 5,2 MPa e uma velocidade de fluxo de 1,25 cm3/s. Uma voltagem de 13,7 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 17. A comparação das Figuras de8a10ede12a17a partir dos Exemplos abaixo, revelaram que o processo da presente invenção é bem sucedido na produção de estruturas não-tecidas fiadas instantaneamente contendo a maioria dos filamentos que possuem larguras submicrónicas, em contraste ao Tyvek® fiado instantaneamente de maneira convencional, Figuras 5 e 6, que mostram poucos, se algum, filamentos que possuem larguras submicrónicas.

Exemplos 10 a 17 Nos seguintes exemplos os polímeros indicados foram fiados instantaneamente com injeção de carga sob as condições indicadas, as imagens SEM foram feitas e as imagens SEM foram analisadas com uma técnica de análise de imagem utilizando o software Khoros PRO 200 (versão UNIX), disponível pela Khoral, lnc. de Albuquerque, Novo México. As análises de imagem forneceram dados quantitativos tais como (1) distribuição de tamanho dos espaços vazios na rede - equivalentes de diâmetro, (2) distribuição de tamanho dos espaços vazios na rede - eixo longitudinal, e (3) distribuição da largura da fibra na rede. Também foram obtidos dados da distribuição da forma dos espaços vazios na rede em razão do aspecto. A medida do tamanho dos espaços vazios da rede como os equivalentes em diâmetro (Deq) foi determinada pela medição da área dos espaços vazios ou poros dentro da estrutura fibrosa não-tecida, que são irregulares na forma, convertendo então essas áreas a diâmetros de círculos de áreas equivalentes. Dessa maneira, a área dos poros de formato irregular é dividida por pi (π), e a raiz quadrada do número resultante é duplicado para obter um diâmetro circular equivalente. A medida do tamanho dos espaços vazios da rede pelo eixo longitudinal é obtido pela medida da maior distancia dentro dos espaços vazios ou poros, que são aproximadamente elípticos no formato. A largura da fibra da rede foi medida como a largura em pixel da imagem de cada fibra ou filamento, e convertida a uma largura correspondente em nanômetros ou micrometros.

Cada uma das medidas acima foi resumida pela imagem SEM e uma análise estatística convencional foi feita para fornecer as distribuições mínimas, máximas e medias.

Exemplo 10 Uma solução de 7% em peso do Polímero B em Freon®-11 foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 100° C e fiada instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 2,5 MPa e uma velocidade de fluxo de 2,54 cm3/s. Uma voltagem de 16 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 18.

Exemplo 11 Uma solução de 7% em peso do Polímero B em Freon®-11 foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 100° C e fiada instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 2,0 MPa e uma velocidade de fluxo de 2,44 cm3/s. Uma voltagem de 16 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 19.

Exemplo 12 Uma solução de 5,5% em peso do Polímero L em octano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 200° C e fiada instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,125 mm em uma pressão de 4,9 MPa e uma velocidade de fluxo de 1,22 cm3/s. Uma voltagem de 13,7 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 20.

Exemplo 13 Uma solução de 6% em peso do Polímero H em octano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 190° C e fiada instantaneamente através de um molde de encaixe que possui uma largura de 0,25 mm e um comprimento de 0,88 mm em uma pressão de 1,9 MPa e uma velocidade de fluxo de 11,9 cm3/s. Uma voltagem de 16,4 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 21.

Exemplo 14 Uma solução de 8% em peso do Polímero F em uma mistura de solventes de heptano/ pentano (50v/ 50v) foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 192° C e fiada instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,125 mm em uma pressão de 5,0 MPa e uma velocidade de fluxo de 1,11 cm3/s. Uma voltagem de 12,1 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 22.

Exemplo 15 Uma solução de 5% em peso do Polímero K em hexano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 141° C e fiada instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,125 mm em uma pressão de 2,3 MPa e uma velocidade de fluxo de 3,59 cm3/s. Uma voltagem de 14 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 23.

Exemplo 16 Uma solução de 6% em peso do Polímero H em octano foi preparada, e fornecida ao aparelho da Fig. 3 em uma temperatura de fiação de 210° C e fiada instantaneamente através de um orifício de fiação que possui um diâmetro de 0,25 mm em uma pressão de 5,0 MPa e uma velocidade de fluxo de 4,49 cm3/s. Uma voltagem de 16,4 kV foi aplicada ao eletrodo emissor. O produto resultante é mostrado na Fig. 24.

Exemplo 17 Uma amostra do produto do Exemplo 16 foi tomada de uma posição diferente do balde coletor, uma imagem SEM foi tirada e foi realizada uma análise da imagem. O produto resultante é mostrado na Fig. 25.

Os resultados das análises de imagens realizadas nas amostras de 10 a 17 são descritas abaixo na Tabela 2.

Tabela 2 __________________ Os dados de análise de imagem na Tabela 2 revelam que o processo da presente invenção formou estruturas de poliolefina não-tecidas que possuem uma média matemática das distribuições de largura da fibra ou do filamento entre cerca de 0,18 e cerca de 1 pm, até entre cerca de 0,18 e cerca de 0,7 pm, ou mesmo até entre cerca de 0,18 e cerca de 0,5 pm, ou até entre cerca de 0,18 e cerca de 0,3 pm, e uma média matemática das distribuições dos tamanhos dos poros ou dos espaços vazios de cerca de 0,20 a cerca de 2,5 pm, até entre cerca de 0,20 a cerca de 2 pm, ou mesmo entre cerca de 0,20 a cerca de 1,8 pm. O tamanho máximo do espaço vazio, quando medido pelo eixo longitudinal, era cerca de 20 pm, até menor do que cerca de 15 pm , e tão menor quanto entre cerca de 1 pm a cerca de 15 pm, e a média matemática do tamanho do espaço vazio do eixo longo era menor que cerca de 5 pm, e tão menor quanto entre cerca de 0,25 pm a cerca de 4 pm. A estrutura fibrosa não-tecida da presente invenção pode encontrar o uso na fabricação de estruturas de folhas para aparelhos de proteção, filtros fluidos e similares. Pode ser vantajoso depositar as estruturas fibrosas não-tecidas inventivas em uma malha de suporte de outros tecidos convencionais, tais como tecidos de filamentos contínuos, tecidos de processo por via fundida, tecidos entrelaçado, tecidos tecidos ou similares.

Claims

1. MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UMA ESTRUTURA FIBROSA NÃO-TECIDA, que possui a maioria dos filamentos com as larguras dos filamentos entre 0,01 pm e 1 pm, dito método sendo caracterizado pelo fato de compreender: - o fornecimento de uma solução de poliolefina (110) acima da temperatura e pressão ambiente a uma fieira (105); - o contato de dita solução de poliolefina (110) com um primeiro eletrodo (100) disposto dentro de dita fieira (105), dito eletrodo sendo carregado a um potencial relativo de alta voltagem a uma superfície coletora (104), de modo a proporcionar uma carga elétrica à dita solução de poliolefina (110); - a expelição de dita solução de poliolefina (110) carregada através do orifício de saída da fieira (108), que incorpora um segundo eletrodo (102) mantido inferiormente ao potencial de voltagem do dito primeiro eletrodo (100), para formar filamentos de poliolefina (112); e - a coleta de ditos filamentos de poliolefina (112) em dita superfície coletora (104) para formar uma rede de interconexão de filamentos de poliolefina que possuem larguras de filamento entre 1 pm e 50 pm, que são adicionalmente interconectadas com as redes de filamentos menores de poliolefina, que possuem larguras de filamento entre 0,01 pm e 1 pm, em que ditos filamentos menores de poliolefina compreendem a maioria de todos os filamentos.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da dita solução de poliolefina (110) ser aquecida a uma temperatura de pelo menos 20eC acima do ponto de fusão do polímero.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da pressão ser suficiente para evitar a ebulição da solução polimérica (110).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato da solução de poliolefina (110) possuir uma condutividade baixa suficiente para manter a diferença de potencial da voltagem entre ditos primeiro e segundo eletrodos.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato da diferença de potencial de voltagem entre o primeiro (100) e o segundo (102) eletrodos ser de pelo menos 3 kV.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da diferença de potencial de voltagem entre o primeiro eletrodo (100) e dita superfície coletora (104) ser de pelo menos 3 kV.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da solução polimérica (110) compreender pelo menos 1% em peso de poliolefina.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato da solução polimérica (110) compreender pelo menos 3% em peso a 15% em peso de poliolefina.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da solução de poliolefina (110) ser carregada a uma densidade de carga entre 0,4 e 3 microCoulombs/mL.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dita solução de poliolefina (110) carregada ser expelida através do orifício de saída da fieira (108) a uma velocidade de fluxo entre 1 e 20 cm3/s.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dita solução de poliolefina (110) carregada ser expelida através do orifício de saída da fieira (108) a uma pressão entre 1,8 e 41 MPa.