CZ2009148A3

CZ2009148A3 - Zpusob elektrostatického zvláknování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzite

Info

Publication number: CZ2009148A3
Application number: CZ20090148A
Authority: CZ
Inventors: @Jirí Duchoslav; Rubácek@Lukáš; Kolek@Ondrej; Hudecková@Ingrid
Original assignee: Elmarco S.R.O.
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-22

Abstract

Pri elektrostatickém zvláknování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzite se vytvárená nanovlákna ukládají na podklad a vytvárejí na nem funkcní vrstvu nanovláken. Soucasne s ukládáním nanovláken funkcní vrstvy se na podklad ukládají nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapicky a/nebo mikrokapicky obsahující polyisobutylen. Nebo se pred ukládáním nanovláken funkcní vrstvy na podklad nanáší nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapicky a/nebo mikrokapicky pomocné vrstvy obsahující polyisobutylen.

Description

Způsob elektrostatického zvlákňování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě

Oblasitechniky

Vynález se týká způsobu elektrostatického zvlákňování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě, u něhož se vytvářená nanovlákna ukládají na podklad a vytvářejí na něm funkční vrstvu nanovláken.

Vynález se dále týká způsobu elektrostatického zvlákňování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě, u něhož se vytvářená nanovlákna ukládají na podklad a vytvářejí na něm funkční vrstvu nanovláken, přičemž před ukládáním nanovláken funkční vrstvy se na podklad nanáší pomocná vrstva obsahující nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky.

Dosavadní stav techniky

Jedním z největších problémů bránících dosud v plnohodnotném využití polymerních nanovláken v průmyslovém měřítku je jejich nízká přilnavost k podkladovým materiálům, na které jsou tato nanovlákna během své výroby elektrostatickým zvlákňováním ukládána, a v kombinaci se kterým mají být případně i využívána. Mezi tyto podkladové materiály patří v závislosti na požadavcích a uvažovanému způsobu využiti např. vlákenné materiály jako filtrační papíry, textilie typu spunbond, meltblown, scrim, reemay, atd., ale i jiné materiály s relativně hladkým povrchem, jako např. kovové fólie apod.

Z mezinárodní patentové přihlášky WO 03045875 je znám útvar obsahující podkladový materiál, na kterém je prostřednictvím chemické vazby připevněna vrstva nanovláken. Tato chemická vazba je vytvořena tak, že povrch podkladového materiálu je před nanesením vrstvy nanovláken částečně rozpuštěn vhodným rozpouštědlem, jehož zbytky následně částečně rozpustí i nanášená nanovlákna. Po odpařeni rozpouštědla má být zajištěno relativně pevné a odolné spojení vrstvy nanovláken s podkladem. Nejpodstatnější • · φ · · * · · v * · ♦ · φ · ··· · ♦ · · · · ···

P*Š3595CZ nevýhodou tohoto řešení je však velmi omezený okruh využitelných podkladů a polymerů pro výrobu nanovláken, neboť jejich spojení je podmíněno existencí a možností využití rozpouštědla, které je schopno rozpouštět jak materiál podkladu, tak i materiál na podklad nanášených nebo nanesených polymerních nanovláken. Řešení dle WO 03045875 je díky tomu, s výjimkou malého počtu určitých kombinací materiálu podkladu a nanovláken, průmyslově v podstatě nevyužitelné.

Kromě toho je z US 2005/0192622 známý další způsob zvýšení přilnavosti vrstvy polymerních nanovláken k podkladu, který spočívá v tom, že na podklad se nejdříve prostřednictvím elektrostatického nástřiku nanese pomocná vrstva polymerního matriálu ve formě kapiček. Na tuto vrstvu je v dalším kroku elektrostatickým zvlákňováním nanesena krycí vrstva polymerních nanovláken, přičemž před jejím nanesením, během něj nebo po něm se pomocná vrstva polymerního materiálu např. prostřednictvím zvýšené teploty nebo ponořením do vhodného rozpouštědla rozpustí, a po svém zatuhnutí zajistí dostatečnou přilnavost krycí vrstvy polymerních nanovláken k podkladu. To sice vůči WO 03045875 rozšiřuje oblast použitelných materiálů, avšak i tento způsob vykazuje podobně nevýhody, které omezují jeho průmyslové využití. V důsledku nerovnoměrného nanášeni a rozpouštění materiálu pomocné vrstvy může být tato vrstva v některých částech přetvořena na neprodyšný polymerní film, zatímco v jiných částech nedojde k jejímu natavení vůbec, takže pevnost spojení podkladu a krycí vrstvy bude nedostatečná. Při rozpouštění pomocné vrstvy může dále dojít k poškození nanovlákenné morfologie krycí vrstvy a ke ztrátě výhodných vlastnosti, které z ní vyplývají. K těmto vlastnostem patři zejména vysoký měrný povrch a s ním spojené výborné sorpční vlastnosti, které krycí vrstva polymerních nanovláken vykazuje při minimální tlakové ztrátě. Z těchto důvodů je toto řešení reálně použitelné pro takové kombinace materiálů, kdy má materiál krycí vrstvy polymerních nanovláken větší odolnost vůči zvýšené teplotě a/nebo použitému typu rozpouštědla než polymerní materiál pomocné vrstvy.

Společnou nevýhodou obou popisovaných způsobů je i to, že kromě nanesení vrstvy polymerních nanovláken vyžadují další technologický krok • 4 ·»··

4· • 4· • > · 4· • * 4

PS3595CZ

(naneseni rozpouštědla resp. rozpuštění pomocné vrstvy), přičemž zařízeni kjeho provádění zvyšuje nejen provozní náklady těchto způsobů, ale i jejich náročnost z hlediska údržby a prostorového uspořádání.

Kromě toho popisuje US 2005/0192622 také možnost zajistit dostatečnou přilnavost krycí vrstvy polymerních nanovláken k podkladu bez rozpuštění pomocné vrstvy polymerního materiálu, pouhým nanesením krycí vrstvy polymerních nanovláken na pomocnou vrstvu polymerního materiálu. Pomocná vrstva polymerního materiálu je přitom na podklad nanášena elektrostatickým sprejováním. Nevýhodou tohoto řešení je, že při vytváření kapiček či nanokapiček z běžně užívaných polymerních materiálů schopných elektrostatického sprejováni, dochází vlivem jejich velkého měrného povrchu k velmi rychlému odpařování rozpouštědla, takže na podklad obvykle dopadají namísto kapiček nebo nanokapiček výhradně nebo převážně již zcela ztuhlé částice či nanočástice. Ty pak nemají sami o sobě k podkladu dostatečnou přilnavost, takže nejsou schopny zajistit dostatečnou přilnavost ani následně nanášené vrstvě polymerních nanovláken. Kapičky či nanokapičky polymerního materiálu, které dopadnou na podklad v ne zcela ztuhlém stavu, pak tuhnou diky odpařováni zbývajícího rozpouštědla v tak krátkém časovém okamžiku, že není reálně možné uložit na ně krycí vrstvu polymerních nanovláken nebo alespoň její část.

Cílem vynálezu je tak navrhnout co nejjednodušší způsob elektrostatického zvlákňování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě, u kterého se vytvářená nanovlákna ukládají na libovolný podklad, který by odstranil nevýhody dosud známého stavu techniky a zaručil dostatečnou přilnavost mezi funkční vrstvou nanovláken a podkladem, a to bez ohledu na jeho materiál nebo povrchovou strukturu.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem elektrostatického zvlákňování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě, u něhož se vytvářená nanovlákna ukládají na podklad a vytvářejí na něm funkční vrstvu nanovláken, jehož podstata spočívá v tom, že současně s nanovlákny funkční vrstvy se na ♦ · * *9 9999 99 99 • a · v · * · 9 ·9 • 9 · 9 9 · 99·«·

9 ·♦♦ · 9 · 9 9· 9··· • 9 9 9 · · 9 999

PŠ35&CZ podklad ukládají nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující polyisobutylen.

Cíle vynálezu je dále dosaženo způsobem elektrostatického zvlákňování polymemí matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě, u něhož se vytvářená nanovlákna ukládají na podklad a vytvářejí na něm funkční vrstvu nanovláken, přičemž před ukládáním nanovláken funkční vrstvy se na podklad nanáší nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky pomocné vrstvy, jehož podstata spočívá vtom, že nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky pomocné vrstvy obsahují polyisobutylen.

Přitom je výhodné, jestliže se na pomocnou vrstvu současně s nanovlákny funkční vrstvy ukládají další nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahujíc! polyisobutylen.

V důsledku obsahu polyisobutylenu a jeho vlastností zasychají útvary obsahující PIB výrazně pomaleji než při použití jakéhokoliv jiného typu polymeru, a zůstávají v neztuhlém měkkém stavu minimálně po dobu potřebnou k nanesení funkční vrstvy nanovláken o požadované plošné hmotnosti nebo alespoň její části. To v kombinaci s adhezními vlastnostmi polyisobutylenu zajišťuje vysokou pevnost a odolnost vazby vznikající mezi podkladem a funkční vrstvou nanovláken. Nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující PIB přitom v podstatě nijak neovlivňuji vlastnosti podkladu či funkční vrstvy polymerních nanovláken.

Nanášeni nanovláken a/nebo mikrovláken a/nebo nanokapíček a/nebo mikrokapiček obsahujících polyisobutylen současně s nanovlákny funkční vrstvy navíc zvyšuje vedle pevnosti a odolnosti vazby funkční vrstvy nanovláken k podkladu i soudržnost a pevnost samotné funkční vrstvy. Pro vytvoření roztoku polyisobutylenu je polyisobutylen s výhodou rozpouštěn v organických rozpouštědlech, jako jsou uhlovodíky, ketony, halogenové uhlovodíky nebo jejich směsi.

Ve výhodném provedení je jako rozpouštědlo využita směs toluenu a dichlormetanu, jejichž poměr se s výhodou pohybuje v rozmezí 0,8 až 1,2,

• · 9

Množství polyisobutylenu v roztoku se přitom pohybuje v rozmezí od 2 do 12 hm. %.

Nejvyšší rovnoměrnosti nanovláken a/nebo mikrovláken a/nebo nanokapiček a/nebo mikrokapiček obsahujících PIB v pomocné vrstvě nebo funkční vrstvě nanovláken je dosaženo při jejich přípravě elektrostatickým zvlákňováním roztoku PIB v elektrickém poli mezi sběrnou elektrodou a zvlákňovací elektrodou nebo zvlákňovacími prvky zvlákňovací elektrody.

Roztok polyisobutylenu se do elektrického pole přivádí povrchem pohybující se zvlákňovací elektrody nebo na povrchu alespoň jednoho pohybujícího se zvlákňovaciho prvku zvlákňovací elektrody nebo se roztok polyisobutylenu přivádí nanášením na povrch zvlákňovací elektrody nebo na povrch alespoň jednoho zvlákňovaciho prvku zvlákňovací elektrody nanášecím zařízením nebo se roztok polyisobutylenu přivádí alespoň jednou zvlákňovací tryskou.

Vzhledem ktomu, že morfologie útvarů obsahujících PIB nemá na výsledný materiál a jeho vlastnosti v podstatě žádný vliv, mohou být v dalším případě nanokapičky a/nebo mikrokapičky vytvořeny elektrostatickým nástřikem roztoku polyisobutylenu, případně nástřikem aerosolu roztoku polyisobutylenu.

Při vytváření funkční vrstvy nanovláken se nejvyšší rovnoměrnosti a nejvyššího výrobního výkonu dosáhne, pokud je funkční vrstva nanovláken vytvořena elektrostatickým zvlákňováním polymerní matrice v elektrickém poli mezi sběrnou elektrodou a zvlákňovací elektrodou nebo zvlákňovacími prvky zvlákňovací elektrody, u něhož je polymerní matrice přiváděna do elektrického pole na povrchu pohybující se zvlákňovací elektrody nebo na povrchu alespoň jednoho pohybujícího se zvlákňovaciho prvku zvlákňovací elektrody.

Podobných výsledků se dosáhne i při přípravě funkční vrstvy nanovláken způsobem, kdy je funkční vrstva nanovláken vytvořena elektrostatickým zvlákňováním polymerní matrice v elektrickém poli mezi sběrnou elektrodou a zvlákňovací elektrodou nebo zvlákňovacími prvky zvlákňovací elektrody, u něhož je polymerní matrice nanášena na povrch zvlákňovací elektrody nebo na povrch alespoň jednoho zvlákňovaciho prvku zvlákňovací elektrody nanášecím zařízením.

*« · · ··· · ·ο • · · · · · 4 · · · ·

4 4 · *4 9 ·444

4 ♦·* »4 · 4 · * · 444 · · · · · · 44 ν

PS3595CZ

Přehled obrázků na výkrese

Na přiloženém výkresu je na obr. 1 schematicky znázorněno jedno z možných provedeni zařízeni pro prováděni způsobu ukládání funkční vrstvy polymerních nanovláken na povrch podkladu, na obr. 2 je znázorněn graf srovnávající tlakový spád filtračních prostředků tvořených podkladem, na němž je uložena funkční vrstva nanovláken o plošné hmotnosti 0,05 až 0,75 g/m², které byly vytvořeny pouhým nanesením funkční vrstvy nanovláken na podklad, a filtračních prostředků tvořených stejným podkladem a stejnou funkční vrstvou nanovláken o stejné plošné hmotnosti, přičemž vrstva nanovláken je na podkíad uložena způsobem podle vynálezu.

Příklady provedeni vynálezu

K provádění způsobu elektrostatického zvlákňování polymerní matrice dle vynálezu lze po jednoduché konstrukční úpravě využít zařízení pro elektrostatické zvlákňování roztoků nebo tavenin polymerů, pracující na kterémkoliv ze známých principů elektrostatického zvlákňování. Podstata vynálezu bude dále pro názornost vysvětlena na příkladu zařízení dle CZ PV 2006-243 schematicky znázorněném na obr. 1, které obsahuje ve zvlákňovací komoře 1 dvě otočně uložené zvlákňovací elektrody 2 a 20 známé z W02008028428, z nichž každá je tvořena dvěma čely z elektricky nevodivého materiálu, mezi kterými jsou napnuty zvlákňovací prvky tvořené elektricky vodivou strunou. Zvlákňovací elektrody 2 a 20 zasahují do polymerních roztoků 3 a 30 v zásobnících 4 a 40. Zvlákňovací prvky každé zvlákňovací elektrody 2 a 20 jsou navzájem elektricky vodivě spojeny a připojeny k jednomu pólu neznázorněného zdroje vysokého napětí nebo uzemněny. Proti zvlákňovacím elektrodám 2 a 20 je uspořádána sběrná elektroda 5 připojená k opačnému pólu neznázorněného zdroje vysokého napětí než zvlákňovací elektrody 2 a 20 nebo uzemněná. Sběrná elektroda 5 vytváří se zvlákňovacimi prvky zvlákňovacích elektrod 2 a 20 elektrická zvlákňovací pole, ve kterých je zvlákňován polymerní roztok 3, 30 vynášený do těchto elektrických polí zvlákňovacimi prvky zvlákňovacích elektrod 2 a 20 během jejího otáčení kolem podélné osy. Elektrická zvlákňovací pole zvlákňovacích prvků jednotlivých ♦ ·4 •· · ♦ * ·· • 4 ··

PS3595CZ »4 44 • 4 44 • 4 44 ·· 444« • 44

444 zvlákňovacích elektrod 2 a 20 jsou od sebe oddělena izolační deskou 7, což umožňuje jejich vytváření a/nebo modifikaci nezávisle na aktuálním stavu a parametrech sousedních elektrických zvlákňovacích polí. Prostřednictvím každé ze zvlákňovacích elektrod 2 a 20 tak může být dle potřeby zvlákňován jiný polymemi roztok 3, 30, a vytvářena nanovlákna s jinými kvalitativními i kvantitativními parametry.

Přes elektrická zvlákňovací pole vytvářená mezi sběrnou elektrodou 5 a zvlákňovacimi prvky obou zvlákňovacích elektrod 2 a 20 je v blízkosti sběrné elektrody 5 prostřednictvím neznázorněných známých prostředků veden podklad 6, tvořený ve znázorněném příkladu provedení plošnou textilií. Na podklad 6 se ukládají vrstvy elektrostaticky zpracovaného polymerního roztoku 3 a 30.

Při provádění způsobu dle vynálezu se v elektrických zvlákňovacích polích vytvářených mezi zvlákňovacimi prvky zvlákňovací elektrody 2 a sběrnou elektrodou 5 elektrostaticky vynáší na plochu podkladu 6 přivrácenou ke zvlákňovací elektrodě 2 roztok 3 polyisobutylenu (PIB), který na ni vytváří pomocnou vrstvu. Ta není vzhledem k mechanickým vlastnostem PIB tvořena pouze nanovlákny, ale částečně i mikrovlákny, jejich útržky, mikrokapičkami či nanokapičkami roztoku PIB. Rovnoměrnost elektrického zvlákňovacího pole spoluvytvářeného zvlákňovacím prvkem zvlákňovací elektrody 2 tvořeným strunou však zajišťuje, že roztok PIB je v pomocné vrstvě rozložen rovnoměrně.

Díky hydroskopickým vlastnostem PIB nedochází i přes relativně velký měrný povrch útvarů vytvořených z roztoku PIB k bouřlivému odpařování rozpouštědla známému u jiných polymerních materiálů, a k jejich zatuhnutí, nýbrž k zachování materiálu pomocné vrstvy alespoň částečně v neztuhlém, měkkému stavu, a to minimálně po dobu potřebnou k nanesení funkční vrstvy nanovláken nebo alespoň její části.

Podklad 6 se plynule pohybuje ve směru šipky A. Do elektrických zvlákňovacích polí vytvářených mezi zvlákňovacimi prvky zvlákňovací elektrody 20 a sběrnou elektrodou 5 tak přichází podklad 6 s nanesenou pomocnou vrstvou tvořenou útvary roztoku PIB, a zde jsou na ně ukládána polymemi nanovlákna, která na podkladu 5 vytváří funkční vrstvu nanovláken. Funkční •Φ ···· • φφφ · · · · φ · · φφφφ φφ φ φφφφ φ φφφ φ · φ φ φ φ φ φφφ ·« · φ · φ · φ « φ φφ «· φ· φφ · · φ·

PS3595CZ vrstva nanovláken poskytuje připravenému výrobku požadované vlastnosti, vyplývající především z malých průměrů nanovláken a malých průměrů pórů funkční vrstvy, případně z jejich velkého měrného povrchu. Vhodným zvláknitelným polymerem pro její vytvoření je v závislosti na uvažované aplikaci např. PA6, PAN, PAA nebo PUR.

Uložení nanovláken funkční vrstvy na neztuhlé, měkké útvary roztoku PIB tvořící pomocnou vrstvu, a zatuhnutí těchto útvarů během a/nebo po uložení nanovláken funkční vrstvy, má v kombinaci s adhezivními vlastnostmi PIB za následek vytvoření pevné vazby mezi nanovlákny funkční vrstvy, útvary roztoku PIB pomocné vrstvy a podkladem 6, Pevnost a odolnost této vazby je dostatečná pro většinu aplikací, kde je funkční vrstva nanovláken namáhána v normálném a/nebo tečném směru, tedy např. pro filtraci, povrchovou úpravu výrobků, apod., kde byla možnost využití nanovlákenné vrstvy dosud pouze teoretická. Rovnoměrné rozložení PIB v pomocné vrstvě polymerního materiálu přitom zajišťuje rovnoměrné charakteristiky této vazby po celé ploše funkční vrstvy nanovláken, a tedy i rovnoměrné vlastnosti připraveného výrobku.

Dostatečné pevnosti lze tímto způsobem dosáhnout nejen při použití vlákenného podkladu 6, či podkladu 6 s jinak členitým povrchem, ale i při použití podkladu 6 s relativně hladkým povrchem, jako je např. kovová fólie apod. Malé množství materiálu v pomocné vrstvě, a jeho morfologie, která je částečně podobná morfologii nanovláken funkční vrstvy, přitom v podstatě nijak neovlivňuje parametry hotového výrobku, a ty jsou srovnatelné s parametry podobného výrobku bez použití pomocné vrstvy, jak je patrné z obr. 2. Na obr. 2 je znázorněno srovnáni tlakového spádu filtračních materiálů vytvořeného uložením funkční vrstvy nanovláken o plošné hmotnosti 0,05 až 0,75 g/m²přímo na filtrační papír L4-6I15HP2 výrobce Neenah a tlakového spádu filtračního materiálu vytvořeného způsobem dle vynálezu, tedy s využitím pomocné vrstvy tvořené útvary roztoku PIB. Jak je zřejmé, nárůst tlakového spádu vlivem přítomnosti pomocné vrstvy v žádném z uvedených příkladů nepřesahuje 10%, a je tak v podstatě zanedbatelný. Tyto charakteristiky byly získány měřením tlakového spádu filtračního prostředku s filtrační plochou 50cm² při průtoku vzduchu 25l/min.

·· ·· fP»· W V* «··· · · * · ♦ ♦ · »··· · * ♦ · · · · · ·Φ· · · » · * · 9 999

9 9 ·«·« · · « ♦ · ·· ·· ** 99 99

PS3595CZ

Funkční vrstva nanovláken může být v závislosti na uvažované aplikaci vytvořena z polymemích nanovláken libovolného elektrostaticky zvláknitelného polymeru ve formě roztoku nebo taveniny polymeru, případně mohou nanovlákna funkční vrstvy obsahovat různé aktivní látky, jako např. částice fotodynamických senzitizerů dle CZ PV 2006-432, částice nízkomolekulámí látky, či kovové nanočástice dle CZ PV 2005-225, apod., což rozšiřuje možnosti jejich využití i v dalších aplikacích, či zvyšuje jejich hodnotu při použití ve stávajících aplikacích.

Následující příklady uvádí některé výhodné kombinace roztoku PIB pro vytvoření pomocné vrstvy a polymerního roztoku pro vytvoření funkční vrstvy nanovláken pro použití s různými druhy podkladu 6.

Příklad 1

Roztok polyisobutylenu pro vytvoření pomocné vrstvy byl připraven rozpuštěním 45g polyisobutylenu (PIB) s molekulovou hmotností 200 OOOg/mol ve směsi 277,5g toulenu a 277,5g dichlormetanu. Jeho elektrostatickým nanesením na filtrační papír L4-6I15HP2 výrobce Neenah byla vytvořena pomocná vrstva polymerního materiálu. Při následném elektrostatickém zvláknění roztoku 72g PA6 ve směsi 176g kyseliny mravenčí a 352g kyseliny octové, byla na filtrační papír s pomocnou vrstvou uložena funkční vrstva nanovláken, čímž byl připraven filtrační materiál. Filtrační charakteristiky takto připraveného materiálu jsou srovnatelné s filtračním materiálem vytvořeným pouze nanesením vrstvy nanovláken PA6 na filtrační papír bez pomocné vrstvy (viz obr. 2). Filtrační materiál s pomocnou vrstvou obsahující polyisobutylen však vykazuje podstatně větší odolnost vrstvy nanovláken PA6 proti otěru a také podstatě větší životnost a větší spektrum aplikací, pro něž je takto připravený filtrační papír využitelný.

K nanesení pomocné vrstvy obsahující polyisobutylen na filtrační papír a k vytvoření funkční vrstvy nanovláken byla využita zvlákňovací elektroda dle W02008028428 obsahující šest zvlákňovacích prvků - strun o průměru 0,4mm. Rychlost otáčení zvlákňovacích elektrod 2,20 byla 8 ot./min. Vzdálenost sběrné elektrody 6 od zvlákňovacích elektrod 2, 20 byla 18 cm, vzdálenost podkladu 6 < ·

PS3595CZ « v • 9 · • · · * ··· ·

*4 od sběrné elektrody 5 byla 1 cm. Na zvlákňovací prvky zvlákňovacich elektrod

2, 20 bylo přivedeno +60 kV, na sběrnou elektrodu -20 kV.

Příklad 2

Roztok pro vytvoření pomocné vrstvy byl připraven a elektrostaticky nanesen na podklad tvořený mulem stejným způsobem jako v příkladu 1. Při následném elektrostatickém zvláknění roztoku 72g PA6 ve směsi 176g kyseliny mravenčí a 352g kyseliny octové byla na mul s pomocnou vrstvou uložena funkční vrstva nanovláken, čímž byl připraven filtrační materiál. Tento filtrační materiál vykazuje filtrační charakteristiky srovnatelné s filtračním materiálem vytvořeným pouze nanesením vrstvy nanovláken PA6 na mul, avšak díky pomocné vrstvě obsahující polyisobutylen vykazuje podstatně větší odolnost proti otěru a tedy i podstatě větší životnost a spektrum možných aplikací.

K naneseni pomocné vrstvy polymemího materiálu obsahující polyisobutylen na mul, i k vytvoření funkční vrstvy nanovláken byla využita zvlákňovací elektroda dle W02008028428 obsahující šest zvlákňovacich prvků - strun o průměru 0,4mm. Rychlost otáčení zvlákňovacich elektrod 2, 20 byla 8 ot./min. Vzdálenost sběrné elektrody 6 od zvlákňovacich elektrod 2, 20 byla 18 cm, vzdálenost podkladu 6 od sběrné elektrody 5 byla 1 cm. Na zvlákňovací prvky zvlákňovacich elektrod 2, 20 bylo přivedeno +60 kV, na sběrnou elektrodu -20 kV.

Přiklad 3

Roztok pro vytvoření pomocné vrstvy byl připraven rozpuštěním 30g polyisobutylenu s molekulovou hmotností 200 OOOg/mol ve směsi 285g toulenu a 285g dichlormetanu. Jeho elektrostatickým nanesením na syntetickou textilii typu spunbond nebo meltblown byla vytvořena pomocná vrstva, na niž byla následným elektrostatickým zvlákněním roztoku 72g PA6 ve směsi 176g kyseliny mravenči a 352g kyseliny octové, uložena funkční vrstva nanovláken. Výsledný filtrační materiál vykazuje filtrační charakteristiky srovnatelné s filtračním materiálem vytvořeným pouze nanesením vrstvy nanovláken PA6

II · · φφφ • Φ A ·

PS3595CZ

ΦΦΦ* • * *Φ • · *· • ΦΦ ♦♦·

Φ ·Φ

ΦΦ ΦΦ na syntetickou textilii, který však diky pomocné vrstvě obsahující polyisobutylen má podstatně větší odolnost proti otěru a tedy i podstatě větší životnost a spektrum možných aplikaci.

K nanesení pomocné vrstvy polymemího materiálu obsahující polyisobutylen na textilii typu spunbond, i k vytvoření funkční vrstvy nanovláken byla využita zvlákňovací elektroda dle W02008028428 obsahující šest zvlákňovacích prvků - strun o průměru 0,4mm. Rychlost otáčení zvlákňovacích elektrod 2, 20 byla 8 ot./min. Vzdálenost sběrné elektrody 6 od zvlákňovacích elektrod 2, 20 byla 18 cm, vzdálenost podkladu 6 od sběrné elektrody 5 byla 1 cm. Na zvlákňovací prvky zvlákňovacích elektrod 2, 20 bylo přivedeno +60 kV, na sběrnou elektrodu -20 kV.

Během četných praktických testů bylo zjištěno, že nejlepších výsledků se dosáhne, pokud roztok PIB pro vytvořeni pomocné vrstvy obsahuje od 2 do 12 % hmotnostních PIB. Při plošné hmotnosti funkční vrstvy polymemích nanovláken nad 0,75 g/m² se však může podíl PIB v roztoku zvýšit i nad 12 % hmotnostních. Pokud je k přípravě roztoku PIB použit rozpouštědlový systém tvořený směsí toluenu a dichlormetanu, jejich vzájemný poměr se s výhodou pohybuje v rozmezí 0,8 až 1,2, přičemž tento poměr zajišťuje dobré rozpuštění PIB i možnost elektrostatického zvlákněni připraveného roztoku PIB.

Podstata a proveditelnost vynálezu není omezena pouze na zařízení, ve kterém je pro vytvoření pomocné vrstvy obsahující PIB i funkční vrstvy polymemích nanovláken použita rotační zvlákňovací elektroda obsahující zvlákňovací prvky tvořené strunou, i když se jedná o nejspolehlivější a nejvýkonnější z dosud známých zařízení. Podstata vynálezu může být s podobnými výsledky využívána také na zařízení, u kterého je pro vytvoření pomocné vrstvy a/nebo funkční vrstvy polymemích nanovláken použit jiný typ rotačních nebo statických zvlákňovacích elektrod, včetně obecně známé trysky či soustavy trysek. Pomocná vrstva obsahující PIB přitom může být vytvářena s použitím jiného typu a/nebo počtu zvlákňovacích elektrod než funkční vrstva polymemích nanovláken a naopak. Vzhledem k tomu, že morfologie útvarů roztoku PIB pomocné vrstvy je diky relativně malému obsahu materiálu (obvykle cca 0,01 až 0,20 g/m², avšak při hodnotách plošné hmotnosti funkční

φ φφφ φ φ φ « ·

vrstvy polymerních nanovláken nad 0,75 g/ m², může být i plošná hmotnost pomocné vrstvy vyšší) v podstatě nijak neovlivňuje vlastnosti výsledného výrobku, lze pomocnou vrstvu v dalších příkladech provedení vytvářet elektrostatickým nástřikem, nástřikem aerosolu či jinými postupy, avšak nejrovnoměrnějšího rozložení materiálu pomocné vrstvy se dosáhne při použití výše popsané rotační zvlákňovací elektrody protáhlého tvaru, obsahující po svém obvodu rovnoměrně uspořádané zvlákňovací prvky.

Funkční vrstva nanovláken pak může být připravena v podstatě z libovolné polymemí matrice, ať ve formě roztoku nebo taveniny polymeru.

V dalších variantách lze pro vytvoření pomocné vrstvy polymemího materiálu použít roztok PIB, který dále obsahuje také libovolný další polymer, s výhodou stejný, jako je polymer obsažený v nanovláknech funkční vrstvy. Tím je dosaženo toho, že pomocná vrstva má při využití procesu elektrostatického zvlákňování a vhodné zvlákňovací elektrody po nanesení na podklad 6 nanovlákennou nebo alespoň částečně nanovlákennou morfologii. To, vedle dalšího snížení vlivu pomocné vrstvy na celkové charakteristiky připraveného výrobku, dále napomáhá rovnoměrnému rozložení útvarů roztoku PIB v pomocné vrstvě.

Kromě popsaného postupného nanášení pomocné vrstvy obsahující PIB a funkční vrstvy nanovláken lze v dalších příkladech provedení nanášet na podklad současně nanovlákna funkční vrstvy a nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující PIB. Pří tomto postupu se na podkladu 6 nevytváří pomocná vrstva, a útvary obsahující PIB jsou uloženy přímo ve funkční vrstvě. Tím se zvyšují nejen účinky PIB a pevnost vazby mezi podkladem 6 a funkční vrstvou nanovláken, ale i celková soudržnost funkční vrstvy nanovláken.

Oba výše uvedené postupy lze přitom s výhodou kombinovat, přičemž se na podklad před ukládáním nanovláken funkční vrstvy nanáší pomocná vrstva obsahující nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující PIB, a současně s nanovlákny funkční vrstvy se na podklad ukládají další nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující PIB.

• · · · · · · · · ·φ • · · · «φ · · · «· • · ··« · « · · · ·· • · · · I · · I ·· ·· ·· ·»* «* 4···

PS3595CZ

Další varianty způsobu podle vynálezu, které však nemají žádný vliv na jeho podstatu, pak spočívají v poznatku, že kromé povedení vysokého napětí s kladnou polaritou na zvlákňovací elektrodu 2, 20, resp. její zvlákňovací prvky, a vysokého napětí se zápornou polaritou na sběrnou elektrodu 5, lze elektrické zvlákňovací pole mezi nimi vytvořit také při uzemnění zvlákňovací elektrody 2, 20 nebo sběrné elektrody 5. Dostatečného rozdílu elektrických potenciálů umožňujícího vznik elektrického zvlákňovaciho pole a průběh elektrostatického zvlákňování lze dosáhnout také při přivedení vysokého napětí stejné polarity, avšak odlišné velikosti na zvlákňovací elektrodu 2, 20 resp. její zvlákňovací prvky, a na sběrnou elektrodu 5.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob elektrostatického zvlákňování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě, u něhož se vytvářená nanovlákna ukládají na podklad a vytvářejí na něm funkční vrstvu nanovláken, vyznačující se tím, že současně s nanovlákny funkční vrstvy se na podklad ukládají nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující polyisobutylen.
2. Způsob elektrostatického zvlákňování polymerní matrice v elektrickém poli o vysoké intenzitě, u něhož se vytvářená nanovlákna ukládají na podklad a vytvářejí na něm funkční vrstvu nanovláken, přičemž před ukládáním nanovláken funkční vrstvy se na podklad nanáší pomocná vrstva obsahující nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky, vyznačující se tím, že nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky pomocné vrstvy obsahují polyisobutylen.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že na pomocnou vrstvu se současně s nanovlákny funkční vrstvy ukládají další nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující polyisobutylen.
4. Způsob podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že polyisobutylen je rozpuštěn v rozpouštědle ze skupiny uhlovodíky, ketony, halogenové uhlovodíky nebo jejich směsi.
5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že polyisobutylen je rozpuštěn ve směsi toluenu a dichlormetanu.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že poměr toluenu a dichlormetanu je v rozmezí 0,8 až 1,2, přičemž množství polyisobutylenu v roztoku se pohybuje v rozmezí od 2 do 12 % hmotnostních.
7. Způsob podle libovolného z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že nanovlákna a/nebo mikrovlákna a/nebo nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující polyisobutylen se vytvoří elektrostatickým zvlákňováním roztoku ** PS3Š&5C?

··f· • · ·· • · ·« ♦ ·· *·» • ·» ·♦«* polyisobutylenu v elektrickém poli mezi sběrnou elektrodou (5) a zvlákňovací elektrodou (2) nebo zvlákňovacími prvky zvlákňovací elektrody (2).
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že roztok (3) polyisobutylenu se do elektrického pole přivádí povrchem pohybující se zvlákňovací elektrody (2) nebo na povrchu alespoň jednoho pohybujícího se zvlákňovacího prvku zvlákňovací elektrody (2).
9. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že roztok (3) polyisobutylenu se do elektrického pole přivádí nanášením na povrch zvlákňovací elektrody (2) nebo na povrch alespoň jednoho zvlákňovacího prvku zvlákňovací elektrody (2).
10. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že roztok (3) polyisobutylenu se do elektrického pole přivádí z volné hladiny polyisobutylenu v zásobníku (4).
11. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že roztok (3) polyisobutylenu se do elektrického pole přivádí alespoň jednou zvlákňovací tryskou.
12. Způsob podle libovolného z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující polyisobutylen se vytvoří elektrostatickým nástřikem roztoku (3) polyisobutylenu.
13. Způsob podle libovolného z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že nanokapičky a/nebo mikrokapičky obsahující polyisobutylen se vytvoří nástřikem aerosolu roztoku (3) polyisobutylenu.
14. Způsob podle libovolného z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že funkční vrstva nanovláken se vytvoří elektrostatickým zvlákňovánim polymerní matrice v elektrickém poli mezi sběrnou elektrodou (5) a zvlákňovací elektrodou (20) nebo zvlákňovacími prvky zvlákňovací elektrody (20), u něhož se polymerní matrice přivádí do elektrického pole na povrchu pohybující se zvlákňovací elektrody (20) nebo na povrchu alespoň jednoho pohybujícího se zvlákňovacího prvku zvlákňovací elektrody (20).
15. Způsob podle libovolného 2 nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že funkční vrstva nanovláken se vytvoří elektrostatickým zvlákňovánim polymerní '· ·· * · · • · · · • · ··» • · · ·· ·9

·· ··« » • • · • v • • · • • r • • · • • • • ♦ • · ♦ · « ·· ··

PS3595CZ matrice v elektrickém poli mezi sběrnou elektrodou (5) a zvlákňovací elektrodou (2) nebo zvlákňovacími prvky zvlákňovací elektrody (2), u něhož se polymerní matrice nanášecím zařízením nanáší na povrch zvlákňovací elektrody (2) nebo na povrch alespoň jednoho zvlákňovacího prvku zvlákňovací elektrody (2).