CZ2011439A3 - Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken - Google Patents

Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken Download PDF

Info

Publication number
CZ2011439A3
CZ2011439A3 CZ20110439A CZ2011439A CZ2011439A3 CZ 2011439 A3 CZ2011439 A3 CZ 2011439A3 CZ 20110439 A CZ20110439 A CZ 20110439A CZ 2011439 A CZ2011439 A CZ 2011439A CZ 2011439 A3 CZ2011439 A3 CZ 2011439A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nanofibres
nanostructure
spacers
teardrop
morphologically
Prior art date
Application number
CZ20110439A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ306779B6 (cs
Inventor
Kimmer@Dusan
Vincent@Ivo
Fenyk@Jan
Petrás@David
Zatloukal@Martin
Sambaer@Wannes
Original Assignee
Spur A.S.
Univerzita Tomáse Bati ve Zlíne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spur A.S., Univerzita Tomáse Bati ve Zlíne filed Critical Spur A.S.
Priority to CZ2011-439A priority Critical patent/CZ306779B6/cs
Priority to PCT/CZ2012/000065 priority patent/WO2013010517A2/en
Publication of CZ2011439A3 publication Critical patent/CZ2011439A3/cs
Publication of CZ306779B6 publication Critical patent/CZ306779B6/cs

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/016—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the fineness
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D01D5/0038—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion the fibre formed by solvent evaporation, i.e. dry electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/16—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated carboxylic acids or unsaturated organic esters, e.g. polyacrylic esters, polyvinyl acetate
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/28—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/30—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from copolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds comprising olefins as the major constituent
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/62—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyesters
    • D01F6/64—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyesters from polycarbonates
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/14—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between thermoplastic yarns or filaments produced by welding
    • D04H3/153—Mixed yarns or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/025—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising nanofibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/0258—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken, vykazující zejména zvýsený filtracní efekt, obsahují nanovláknitou strukturu s morfologicky oddelenými nanovlákny, jako je: a) nanovláknitá struktura s nanovlákny fyzicky oddelenými kapkovitými distancními útvary a/nebo nanocásticemi dispergovanými v nanostrukture, vytvárející pravidelné struktury s kapkovitými distancními útvary a/nebo nanocásticemi dispergovanými v nanostrukture, kumulovanými ve sloupcích, propojených nanovlákny do pravidelných morfologických usporádání, b) nanovláknitá struktura s nanovlákny fyzicky oddelenými kapkovitými distancními útvary a/nebo nanocásticemi dispergovanými vnanostrukture, vytvárejícími nepravidelné struktury s kapkovitými distancními útvary a/nebo nanocásticemi dispergovanými v nanostrukture, c) nanovláknitá struktura na bázi vláken se sirokou distribucí prumeru z neohebných polymeru s vysokými moduly pruznosti, skládaných s mechanicky udrzovanými distancemi v objemných morfologických usporádáních, a/nebo d) struktura s bimodální distribucí prumeru vláken na bázi kombinace mikro- a nanovláken vytvárejících objemná morfologická usporádání. Tyto prostorové objemnejsí struktury vykazují ve srovnání s plosnými útvary vetsí tloustku a plosnou hmotnost filtracního materiálu, tedy pozadované zlepsení mechanických vlastností a manipulovatelnosti s filtracním nanomateriálem.

Description

Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken
Oblast techniky
Vynález se týká morfologicky optimalizovaných netkaných textilií na bázi nanovláken, vyrobitelných technologií elektrospinningu, vykazujících zvýšený faktor kvality filtračních nanovláknových netkaných textilií.
Dosavadní stav techniky
Zpracování roztoků polymerů v elektrostatickém poli (elektrospinning), je v současnosti nejvíce používanou technikou, která umožňuje přípravu vláken s průměry v desítkách nm. První patent - USA č. 1 975504, týkající se této technologie pochází již z roku 1934. Zvýšený zájem o nanostruktury od počátku 90tých let minulého století je spojen s možnostmi zmenšení rozměrů, úspory materiálů a dosažení nových vlastností, jinými technologiemi v současnosti nedosažitelnými.
V současné době se neustále zvyšují požadavky na eliminaci ultrajemných částic, bakterií a virů ze vzduchu a pitné vody, které jsou odpovědné za rostoucí počet alergií a nemocí dýchacího traktu v průmyslových aglomeracích a šíření nejrůznějších pandemií. Lze předpokládat, že struktury tvořené nanovlákny najdou uplatnění především v oblastech mikrofiltrace (tj. pro odstranění částic o velikostech od 100 nm do 15 pm) a ultrafiltrace (pro částečky od 5 do 100 nm). K tomu je ovšem nezbytná optimalizace nanovláknitých struktur s ohledem na tuto aplikaci.
Vzhledem ke skutečnosti, že dominantním mechanismem, který se uplatňuje při záchytu ultrajemných částic je difúze, lze předpokládat, že v důsledku delší dráhy ultrajemné částice vykonávající Brownův pohyb se u prostorových struktur zvýší pravděpodobnost zachycení na povrchu nanovláken nebo kapkovitého útvaru.
V tomto směru jsou zajímavá řešení směřující k tvorbě trojrozměrných nanovláknitých struktur uvedená v patentu USA č. 7828539. V tomto patentu je mimo jiné diskutována i tendence k tvorbě kapiček nebo korálků v nanovláknité struktuře u zvlákftovacích roztoků s nízkou viskozitou, resp. roztoků nízkomolekulámích polymerů.
Všeobecně byly ale nahodile roztroušené kapkovité útvary v nanovláknité struktuře doposud považovány spíše za defekty, které lze odstranit např. vhodnou aditivací roztoku.
* · · »»·««· φι ·♦···♦ *»· φ «····· · * ··· · · · · 4· * · * 4 4· • * * « · ·» * *·«
Použitím modifikujícího aditiva (Borax a/nebo kyselina citrónová) pro zlepšení vodivosti polyuretanového zvlákňovaného roztoku (15 hm. % v dimetylformamidu) lze docílit výrazného potlačení tvorby kapkovitých defektů (viz obr. 1, 2). Velice účinně lze přítomnost kapkovitých defektů v PU strukturách eliminovat rovněž přídavkem povrchově aktivních látek, např. iontových kapalin (obr. 3 a 4). Změna byla dosažena přídavkem 1 hm.% (vztaženo na sušinu polymeru) l-ethyl-3-mehylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imidu od společnosti IoLiTec Ionic Liquids Technologies, SRN.
Proto ani řešení podle citovaného patentu USA č. 7828539 nelze považovat za cílenou optimalizaci nanovláknitých struktur za účelem zlepšení jejich filtračního efektu.
Z hlediska optimalizace technologií elektrospinningu vytvářených nanovláknitých struktur jsou v současné době známy a aplikovány pouze obecné zásady a zákonitosti:
je např. známo, že největší změny v plošných nanovláknitých strukturách při elektrostatickém vláknotvomém procesu lze docílit změnou vlastností zpracovávaného roztoku (koncentrace polymeru, a tedy viskozity roztoku, molámí hmotností polymeru, vodivosti roztoku, permitivity polymeru...) a vlastních procesních parametrů (použité napětí, druh a vzdálenost elektrod, kvalita a elektrická vodivost sběrného substrátu...). Přídavkem nejrůznějších aditiv, rozpouštědel, modifikujících polymerů a vhodnou kombinací proměnných, které výrazně nemění intenzitu procesu, lze připravit nNT v kontinuálním technologickém procesu s vysokou homogenitou, s požadovaným průměrem nanovláken a prostorovým uspořádáním.
Jak již bylo ale uvedeno, dostatečně účinná optimalizace nanovláknitých struktur za účelem zlepšení jejich filtračního efektu doposud cíleně prováděna není.
Podstata vynálezu
K. odstranění výše uvedeného nedostatku dosavadního stavu techniky přispívají morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken podle vynálezu, vykazující zejména zvýšený filtrační efekt. Podstata vynálezu spočívá v tom, že tyto netkané textilie obsahují nanovláknitou strukturu s morfologicky oddělenými nanovlákny, jako je:
a) nanovláknitá struktura s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, vytvářející pravidelné struktury • 4 r* ··«·
«44
4 4 te » t » 4 4 4» * 444·· « ·« • 4 · 44
444 ·· ««· s kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, kumulovanými ve sloupcích, propojených nanovlákny do pravidelných morfologických uspořádání,
b) nanovláknitá struktura s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, vytvářejícími nepravidelné struktury s kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře,
c) nanovláknitá struktura na bázi vláken se širokou distribucí průměrů z neohebných polymerů s vysokými moduly pružnosti, skládaných s mechanicky udržovanými distancemi v objemných morfologických uspořádáních, a/nebo
d) struktura s bimodální distribucí průměrů vláken na bázi kombinace mikro- a nanovláken vytvářejících objemná morfologická uspořádání.
Morfologicky optimalizovanou netkanou textilií, obsahující nanovláknitou strukturu s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary, vytvářející pravidelné struktury s kapkovitými distančními útvary kumulovanými ve sloupcích, propojených nanovlákny do pravidelných morfologických uspořádání podobných včelím plástvím, je s výhodou polykarbonátová nanovláknitá struktura, připravitelná technologií elektrospinningu ze zvlákňovacího roztoku polykarbonátu v tetrachloretanu, obsahujícího přídavek chloroformu a boraxu.
Bylo zjištěno, že při přípravě polykarbonátových (PC) nanostruktur se změnou rozpouštědlového systému (přídavkem chloroformu k tetrachlorethanu) a přídavkem Boraxu docílí zvýšení obsahu nanovláken mezi kapkovitými defekty (viz obr. 5, 6) a vzniku pravidelné struktury, kde kapkovité defekty jsou kumulovány ve sloupcích, které jsou propojeny nanovlákny. Takovéto prostorové uspořádání, podobné včelím plástvím, má za následek zvětšení tloušťky filtračního materiálu, zvětšení plošné hmotnosti, zvětšení objemu pevné frakce - solid volume fraction (SVF), přičemž ale volný objem struktury - free volume fraction (FVF) se výrazněji neliší od plošných nanovláknítých struktur. Dále tato morfologie výrazně přispívá ke zvýšení specifického povrchu, a tedy pozitivně ovlivňuje filtrační vlastnosti.
• ·♦ ···· • •
« · • · • · · ·· • ·
• • * • · · • •
• ··· * • · · r •
♦ • •
··♦ ·· ·· · ·· · Ί·>
Prostorová struktura s uspořádanými kapkovitými distančními tělísky (obr, 6) s plošnou hmotností 3,42 g/m2 měla propustnost aerosolu 0,762 % při tlakovém odporu 35 Pa, což odpovídá qF = 139 (měřeno na zařízení Lorenz dle EN 143).
(Poznámka: při posuzování kvality filtru je třeba brát v úvahu jak tlakový odpor (Δρ), tak i účinnost filtrace (E). Vzájemný vztah těchto dvou charakteristik nejlépe popisuje faktor kvality qF = 1η(1/Ρ)/Δρ, kde permeabilita P = 1-E).
Prostorové struktury s distančními útvary, uspořádané do struktur medových pláství (viz obr. 7), lze připravit i ze zvlákňovacího roztoku polyuretanu ve směsi rozpouštědel dimetylformamidu a tetrachloretanu.
Zlepšené filtrační vlastnosti ve srovnání s plošnými strukturami vykazují i prostorové struktury s distančními útvary bez morfologie medových pláství (jako např. na obr. 3).
Elegantní metoda tvorby struktur s polymerními distančními tělísky spočívá v kombinaci dvou typů polyuretanů s rozdílnými středními molámími hmotnostmi, kdy jeden (s nižší M) za daných podmínek elektrospinningu vytváří globulamí mikrosféry a druhý nanovlákna. Lze použít i jeden neohebný polyuretanu s obsahem tvrdých segmentů alespoň 20 % hmotnostních.
S výhodou lze jako distanční tělíska použít i nanočástice (např. oxidu titaničitého, stříbra, ftalocyaninových nanoaglomerátů, z jílu (viz struktura na obr. 8), případně tryskově mletého jílu (viz struktura na obr. 9), který může být povrchově modifikovaný např. chlorhexidinem nebo oxidem zinečnatým, rozdispergované v nanovláknité struktuře. Takto lze připravit materiály s další přidanou hodnotou, např. biocidními vlastnostmi). Zapracování nanočástic do vláknitých kompozitů za optimalizovaných podmínek v procesu elektrospinningu probíhá s velmi vysokou účinností (cca 95%).
V dále uvedené tabulce 1 jsou sumarizovány filtrační vlastnosti a rozměrové charakteristiky plošné polyuretanové (viz obr, 4) a prostorové polykarbonátové (viz obr, 6) nanostruktury. Aby bylo možno porovnávat vliv struktury na filtrační účinnost, jsou srovnávány vždy struktury se stejným tlakovým odporem ~ 90 Pa.
Srovnávané nanostruktury (tabulka 1, obr. 10), které vykazují stejnou tlakovou ztrátu při filtraci ultrajemných částic, jsou tvořeny vlákny se srovnatelnou průměrnou velikostí jejich průměrů a distribucí pórů v nanostruktuře (Dn, Dw), se výrazně liší v plošné hmotnosti, • ·· ·*···· · · • * · · · · · «· ·· ··«*·* · « * ···♦··· 4 «· * · * · 4 ·· ··« ·· ·· β ·*···· tloušťce a účinné ploše filtru, což je příčinou zlepšení filtrační účinnosti prostorové nanostruktury a tedy faktoru kvality filtru.
Tabulka 1: Charakterizace a vlastnosti prostorové a plošné nanostruktury
Nanostruktury s tlakovým odporem ~ 90 Pa
Vzorek Prostorová nanostruktura PC s distančními mikrosférami PC 88 Planámí nanostruktura PU PU 90
Plošná hmotnost (g/m2) 6,80 0,807
Tloušťka (pm) 30,2* 9,2*
Objem pevné fáze SVF (m!/m!) 0,188 0,080
Volný objem FVF (%) 81,2 92,0
Filtrační v astnosti v oblasti ultrajemných částic
Velikost částic s největším průnikem nanostrukturou MPPS (nm) 100 70
Tlaková ztráta (Pa) 81 -95 90
Filtrační účinnost v MPPS (%) 98,90 90,35
Faktor kvality v MPPS (1/kPa) 51 26
Morfologické charakteristiky nanostruktur získané digitální obrazovou analýzou SEM snímků
Průměrná velikost průměrů vláken (nm) 120,2 124,7
Distribuce velikosti pórů (nm) Dn 202,5 139
Dw 740,0 327
Dz 1 269,0 493
Dz-i 1 721,0 640
Účinná plocha filtru (m2) 188,9 23,6
* měřeno z SEM snímků
Vzhledem k tomu, že, jak již bylo uvedeno, dominantním mechanismem, který se uplatňuje při záchytu ultrajemných částic je difúze, lze předpokládat, že v důsledku delší dráhy ultrajemné částice vykonávající Brownův pohyb se u prostorových struktur zvýší pravděpodobnost zachycení na povrchu nanovláken nebo kapkovitého útvaru.
Pro prokázání mechanismu, kterým dochází ke zlepšení filtrační schopnosti u objemných struktur, byly stanoveny distribuce průměrů vláken (viz obr. 11) a sledováno, jak
.}
*
• · « se u struktur s mikroskopickými distančními útvary mění velikost pórů a jejich distribuce (viz obr. 12). Pro tato stanovení byla využita digitální analýza SEM snímků reálných použitých nanostruktur. Detailní popis použité metody je uveden v publikaci W. Sambaer, M. Zatloukal and D. Kimmer, The use of novel digital image analysis technique and rheological tools to characterize nanofiber nonwovens, Polymer Testing 29, 82-94 (2010). Jedná se o metodu, která je založena na převedení SEM snímku, zobrazujícího nanovláknitou strukturu pomocí různých stupňů šedi, na černobílý snímek, na kterém jsou póry zobrazeny černou barvou. Distribuce pórů se pak stanovuje postupným plněním pórů definovanými frakcemi modelových kuliček.
Ze srovnání distribucí pórů u připravených nanostruktur (obr. 12) je zřejmé, že distribuce pórů u prostorového uspořádáni nanostruktury s kapkovitými útvary je širší, obsahuje objemnější póry, ale střední hodnota distribuce se výrazně neliší od planámích nanostruktur. Nicméně prostorová nanostruktura má přibližně 15 krát větší plošnou hmotnost a 11 krát větší tloušťku. Prostorové uspořádání má za následek fyzickou separaci nanovláknitých vrstev, zvětšení vzdáleností mezi nanovlákny a úhlů, pod kterými jsou uloženy v nanostrukturách. Taková morfologie má za následek zlepšení filtračních vlastností nanostruktur.
Funkci distančních tělísek, vytvářejících prostorové struktury mohou místo kapkovitých útvarů zabezpečovat i vlákna s průměrem v jednotkách mikrometrů. Takováto uspořádání, zajišťující zvětšení tloušťky a objemu filtračního materiálu, která jsou tvořena z vláken se širokou distribucí jejich průměrů, vykazují rovněž zlepšené filtrační vlastnosti. Tendenci k vytváření takových uspořádání - viz obr. 13 až 15 mají především neohebné polymery s vysokými moduly pružnosti, jako jsou polymetylmetakrylát (PMMA), kopolymer styrenu s akrylonitrilem (SAN), ale i polyuretan s vysokým obsahem tvrdých segmentů. Prostorová uspořádání vznikají jak v oblasti nanovláken (obr. 13, zvětšení 5 OOOx), mikrovlákcn s průměry vláken v jednotkách pm (obr. 14, zvětšení 1 500x), tak i mikroviáken s průměry vláken až v desítkách pm (obr. 15, zvětšení jen 500x).
Tyto struktury charakterizované v následující tabulce 2 mají přibližně poloviční tlakovou ztrátu než materiály z tabulky 1. Záměrně je zde soustředěna pozornost na nízké tlakové odpory - vzhledem k potencinální aplikaci nanostruktur v obličejových polomaskách a pro filtry do masek. V tabulce 2 a na obr. 16 jsou s plošnou strukturou srovnávány
vlastnosti materiálu s morfologií z obr. 14. Rovněž kombinace globulámích mikrosfér, nanoa mikrovláken (obr. 14) vede ke zlepšení filtračních vlastností materiálu.
Tabulka 2: Charakterizace a vlastnosti prostorové a plošné nanostruktury
Nanostruktury s tlakovým odporem ~ 45 Pa
Vzorek Kombinovaná prostorová nanostruktura PMMA se širokou distribucí vláken PC 88 Planámí nanostruktura PIJ PU 90
Plošná hmotnost (g/m2) 6,92 0,403
Tloušťka (pm) 34,7 4,6
Objem pevné fáze SVF (mVm1) 0,169 0,080
Volný objem FVF (%) 83,1 92,0
Filtrační v astnosti v oblasti ultrajemných částic
Velikost částic nejsnáze pronikajících nanostrukturou MPPS (nm) 50 100
Tlaková ztráta (Pa) 48 45
Filtrační účinnost v MPPS (%) 97,52 78,77
Faktor kvality v MPPS (1/kPa) 77 44
Morfologické charakteristiky nanostruktur získané digitální obrazovou analýzou SEM snímků
Průměrná velikost průměrů vláken (nm) 758,6 124,7
Distribuce velikosti pórů (nm) D„ 672 139
Dw 2564 327
Dz 4409 493
Dz.) 6151 640
Účinná plocha filtru (nr) 30,9 11,8
* měřeno z SEM snímků
Srovnávané materiály se liší distribucí průměrů vláken (obr. 17) a distribucí velikostí pórů (obr. 18). Objemnější struktury jsou při stejných tlakových odporech účinnější v oblasti záchytu ultrajemných částic.
Morfologicky optimalizované netkané textilie mohou obsahovat i strukturu s bimodální distribucí průměrů vláken na bázi kombinace polymemích mikrovláken a nanovláken, vytvářejících objemná morfologická uspořádání. Na obr. 19 je nanostruktura s bimodální distribucí průměrů vláken, připravená z polymetylmetakryiátových mikrovláken a polyuretanových nanovláken, s kterou lze docílit stejné filtrační účinnosti při nižších tlakových odporech ve srovnání s plošnými strukturami, připravenými jen z polyuretanových nanovláken.
Objasnění výkresů
K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží přiložené výkresy, kde představuje: Obr. 1 - polyuretanová nanostruktura s kapkovitými defekty - bez aditiv, zvětšení 1 500x. Obr. 2 - polyuretanová nanostruktura s eliminací kapkovitých defektů, vznikající za přítomnosti Na2B4O?. 10 H2O a kyseliny citrónové, zvětšení 1 500x.
Obr. 3 - polyuretanová nanostruktura s kapkovitými defekty - bez aditiv, zvětšení 5 OOOx.
Obr. 4 - polyuretanová nanostruktura s eliminací kapkovitých defektů, vznikající za přítomnosti iontové kapaliny, zvětšení 5 OOOx.
Obr. 5 - polykarbonátová nanostruktura před optimalizačním procesem, zvětšení 1 500x.
Obr. 6 - polykarbonátová nanostruktura po optimalizaci s pravidelnými strukturami kapkovitých distančních útvarů, zvětšení 1 500x.
Obr. 7 - polyuretanová nanostruktura s pravidelnými strukturami kapkovitých distančních útvarů, připravená ze směsi rozpouštědel dimetylformamid / tetrachlorethan, zvětšení 1 500x.
Obr. 8 - kompozitní nanostruktura připravená z kopolymeru ethylenvinylacetátu (EVA) s vermikulitem (podsítné 40 pm), zvětšení 500x.
Obr. 9 - kompozitní nanostruktura připravená z kopolymeru ethylenvinylacetátu (EVA) s tryskově mletým vermikulitem, zvětšení 500x.
Obr. 10 - srovnání filtrační účinnosti planámí a prostorové nanostruktury podle tabulky 1;
tlakové ztráty srovnávaných nanostruktur ~ 90 Pa.
Obr. 11 - srovnání distribucí průměrů vláken planámí a prostorové nanostruktury podle tabulky 1; sloupce znázorňují naměřené hodnoty, spojnice je funkce založená na Gaussovské aproximaci.
Obr. 12 - srovnání distribucí pórů planámí a prostorové nanostruktury podle tabulky 1; sloupce znázorňují naměřené hodnoty, spojnice je funkce založená na Gaussovské aproximaci.
Obr. 13 -kombinovaná prostorová nanostruktura tvořená polyethersulfonovými vlákny s širokou distribucí průměrů, zvětšení 5 OOOx.
Obr. 14 - kombinovaná prostorová struktura tvořená polymatylmetakrylátovými vlákny s širokou distribucí průměrů, zvětšeni 1 500x.
Obr. 15 -kombinovaná prostorová struktura tvořená vlákny z kopolymeru styren- akrylonitril s širokou distribucí průměrů, zvětšení 1 500x.
Obr. 16 -srovnání filtračních účinností plošné nanostruktury s polymetylmetakrylátovou strukturou, tvořenou kombinací mikro- a nanovláken. Tlaková ztráta srovnávaných materiálů ~ 45 Pa.
Obr. 17 -srovnání distribuce průměrů vláken filtrů na bázi planámí a prostorové nanostruktury podle tabulky 2.
Obr. 18 -srovnání distribuce pórů planámí a prostorové nanostruktury podle tabulky 2.
Obr. 19 -kombinovaná nanostruktura s bimodální distribucí průměrů vláken na bázi polymetylmetakrylátových mikrovláken a polyuretanových nanovláken, zvětšení 5 OOOx.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Příklad polykarbonátové nanovláknité strukturu s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary, vytvářející pravidelné struktury s kapkovitými distančními útvary kumulovanými ve sloupcích, propojených nanovlákny do pravidelných morfologických uspořádáni podobných včelím plástvím je možno charakterizovat následujícími podmínkami přípravy a užitnými vlastnostmi:
a) zvlákňovaný roztok: polykarbonátový (Macrolon 2458, Bayer, Leverkusen, Německo, ρ = 1.2 g.cm’3) roztok pro elektrospinning byl připraven ve směsi rozpouštědel tetrachloretan : chloroform 3:1 a upraven směsí iontových kapalin l-ethyl-3-methylimidazoliumbis(trifluoromethylsulfonyl)imid : l-ethyl-3-methylimidazolium triflate 2:1 (IoLiTec lonic Liquids Technologies, Heilbronn, Německo) a 1 hmot. % Boraxu. Polykarbonátový roztok měl viskozitu 0,3 Pa.s a elektrickou vodivost 10,5 μ.Sem'1.
b) podmínky elektrospinningu: vláknotvomé zařízení Nanospider (Elmarco, Liberec, ČR), rotující elektroda se třemi bavlněnými kordy (dle PCT/CZ2010/000042), napětí přiváděné do vaničky s roztokem U = 25 až 75 kV, vzdálenost elektrod D = 15 až 25 cm, rychlost otáčení elektrody = 7 ažl4 ot/min., rychlost posunu sběrného podkladu (antistaticky upravené netkané vláknité vrstvy na bázi polypropylénu (PPNT) nebo polyesterové netkané textilie, popř. viskozové netkané textilie) 16 až 32 cm/min.
c) charakterizace připravené nanostruktury: vedle výpočtů plošné hmotnosti, objemu pevné fáze (SVF), volného objemu (FVF) a účinné plochy filtru byl pro charakterizaci nanostruktur využíván rastrovací elektronový mikroskop (SEM) Vega 3 (Tescan, Brno, ČR). SEM snímky byly následně použity pro stanovení tloušťky nanovláknité vrstvy a distribuce průměrů vláken/velikosti pórů s využitím techniky digitální analýzy snímku podle publikace
W. Sambaer, M. Zatloukal and D. Kimmer, The use of novel digital image analysis technique and rheological tools to characterize nanofiber nonwovens, Polymer Testing 29, 82-94 (2010).
d) měření filtrační účinnosti: vyrobené filtrační materiály byly testovány na průnik aerosolu (diethyl hexyl sebakát s průměrem částic 0,45 pm) při průtoku 30 l.min'1 (četní rychlost 5,7 cm.s'1) pomocí filtračního měřícího systému LORENZ (Německo) přizpůsobeného pro EN 143. Měření v oblasti ultrajemných částic bylo uskutečněno s aerosolem síranu amonného s využitím rozprašovače (AGK, PALAŠ, Německo), elektrostatického klasifikátoru (EC 3080, TSI, USA) a kondenzačního počítače částic (UCPC 3025 A, TSI, USA) při čelní rychlosti 5,7 cm.s’1. Filtrační účinnost a tlaková ztráta byla stanovena pro devět frakcí o průměrech 20, 35, 50, 70, 100. 140, 200, 280 a 400 nm.
Průnik nanočástic (průměr 450 nm) měřený dle EN 143 přes takto připravenou prostorovou strukturu pro materiál s plošnou hmotností 3,42 g.m'2 byl 0,762%, při tlakové ztrátě 35 Pa, což odpovídá faktoru kvality qF = 139 kPa'1. Materiál s plošnou hmotností 6,8 g.m'2 vykazoval pro záchyt ultrajemných částic filtrační účinnost 99,9 % pro MPPS (maximum partije penetration size) 100 nm a při tlakové ztrátě 90 Pa, což odpovídá faktoru kvality cca qF = 51 kPa’1. Filtrační vlastnosti materiálů s takovouto prostorovou strukturou převyšují schopnosti plošných nanovláknitých materiálů.
Příklad 2
Všechny podmínky stejné jako v příkladě č. 1, jen v experimentálním zařízení místo rotující niťové elektrody bylo použito uspořádání se zvlákňovacími tryskami na zařízení vyrobeném ve SPUR a.s.
Příklad 3
Uspořádané prostorové nanostruktury tvořené nanovlákny a globulámími distančními útvary byly připraveny i z vysoce elastických polyuretanů - kombinace dvou nebo více polyuretanů s rozdílnou distribucí molámích hmotností, kdy alespoň jeden za daných podmínek elektrospinningu tvoří jemná vlákna a alespoň jeden spíše kuličky nebo kapkovité útvary. Polyuretanový roztok v dimetyformamidu připravený z 4,4’methylenbis(fenylisokyanátu) (MDI), poly(3-methyl-l,5-pentanediol)-alt-(adipová, isoftalová kyselina) (PAIM) a 1,4 butandiolu (BD) byl syntetizován v molámím poměru 9:1:8 (PU 918) při 90°C po dobu 5 hodin (způsob syntézy per partes, kdy v prvním krokuje připraven předpolymer z MDI a PAIM a následně je přidán BD a zbývající množství MDI). Hustota PU 918 p = 1.1 g.crn'3. Takto připravený roztok byl smíchán s roztokem polyuretanu v dimetylformamidu, připraveném z MDI : polyesterový diol : prodlužovač řetězce v molámím poměru 4:1:3 s hustotou p = 1.05 g.cm’3, případně vmolárním poměru 3:1:2 s hustotou p = 1.04 g.cm'3. Připravené směsi se sušinami od 10,5 do 19 hmot. % a viskozitami 0,35 až 2,7 Pa.s tvoří za podmínek elektrospinningu z příkladu 1 požadované uspořádané prostorové struktury. Při měření filtračních vlastností tyto materiály vykazují při * ♦ * * · ·
stejné filtrační účinnosti výrazně nižší tlakové ztráty než nanostruktury bez globulámích distančních tělísek.
Příklad 4
Elektrospinová prostorová struktura byla připravena z PU 918, syntetizovaného dle příkladu 3, rozpuštěného ve směsi rozpouštědel dimetylformamid / tetrachlorethan v hmot.
poměru 98,5:1,5 za zpracovatelských podmínek: koncentrace roztoku = 12,5%, napětí = 55 kV, vzdálenost elektrod = 21 cm, elektrická vodivost = 16,5 pS/cm.
Ve srovnání s plošným uspořádáním vykazuje prostorové uspořádání při stejném tlakovém odporu 100 Pa zvýšení účinnosti filtrace v oblasti ultrajemných částic z 90,4 % na 97,8 % pro MPPS 70.
Příklad 5
Elektrospinová prostorová struktura byla za podmínek podle příkladu 1 připravena z roztoku PU 918 v dimetylformamidu, obsahujícího 1,5 hm. % tryskově mletého nanojílu. Ve srovnání s plošným uspořádáním vykazuje prostorové uspořádání při stejném tlakovém odporu 80 Pa zvýšení faktoru kvality filtračního materiálu na více než dvojnásobné hodnoty, měřeno na zařízení Lorenz, upraveném dle EN 143.
Přiklad 6
Podmínky stejné jako v příkladu 5, ale místo polyuretanového roztoku byl použit roztok kopolymeru etylén-vinylacetát (EVA) ve směsi rozpouštědel toluen / tetrachlorethan v hmot, poměru 3:1.
Příklad 7 ♦ * ·«·«
Všechny podmínky byly stejné jako v příkladu 5, ale místo nanojílu byly použity nanočástice oxidu titaničitého se středním průměrem 60 nm.
Příklad 8
Všechny podmínky byly opět stejné jako v příkladu 5, ale místo nanojílu byly použity nanočástice stříbra se středním průměrem 45 nm.
Příklad 9
Všechny podmínky byly stejné jako v příkladu 5, ale místo nanojílu byly použity aglomeráty zinečnatého ftalocyaninu (COC, Rybitví, ČR) se středním průměrem 180 nm.
Příklad 10
Všechny podmínky byly stejné jako v příkladu 5, ale použitý nanojíl byl povrchově modifikovaný chlorhexidinem.
Příklad 11
Všechny podmínky byly stejné jako v příkladu 5, ale použitý nanojíl byl modifikovaný oxidem zinečnatým.
Příklad 12
Příklad nanovláknité struktury na bázi vláken se širokou distribucí průměrů z neohebných polymerů s vysokými moduly pružnosti, skládaných s mechanicky udržovanými distancemi v objemných morfologických uspořádáních je možno charakterizovat následujícími podmínkami přípravy a užitnými vlastnostmi:
a) zvlákňovaný roztok: polymetylmethakrylátový (PMMA, Aituglas V 046, Altuglas Intemational, La Garenne-Colombes cedex, France) s hustotou p = 1.18 g.cm’3, roztok ve směsi rozpouštědel dimetylformamid / toluen ve hmot, poměru 1:1 s koncentrací 20 % hmot., vískozitou 0,11 Pa.s a vodivostí 1,3 pS.cm'1.
b) podmínky elektrospinningu a charakterizace připravených nanostruktur byly obdobné jako v příkladu 1.
c) průnik nanočástic aerosolu (průměr 450 nm) měřený dle EN 143 přes takto připravenou prostorovou strukturu se širokou distribucí průměrů vláken pro materiál s plošnou hmotností 6,92 g.m'2 byl 1,095%, při tlakové ztrátě 45 Pa, což odpovídá faktoru kvality qF - 181 kPa‘!.
Tento materiál vykazoval pro záchyt ultrajemných částic filtrační účinnost 97,52 % pro MPPS 50 nm a při tlakové ztrátě 48 Pa, což odpovídá faktoru kvality qF = 77 kPa*1. Filtrační vlastnosti materiálů s prostorovou strukturou se širokou distribucí průměrů vláken rovněž převyšují schopnosti plošných nanovláknitých materiálů.
Příklad 13
Jiná prostorová struktura na bázi vláken se širokou distribucí průměrů z neohebných polymerů s vysokými moduly pružnosti byla připravena z 20% roztoku polyethersulfonu v dimetylformamidu (Ultrason, BASF, Německo) s vískozitou 0,84 Pa.s, a elektrickou vodivostí 159 pS.cm'1 na tryskovém elektrostatickém zvlákňovacím zařízení SPUR. Podmínky elektrospinningu: Napětí U = 75 kV, vzdálenost elektrod D = 21 cm, rychlost otáčení elektrody = 7 ot/min., relativní vlhkost = 25%, teplota = 28°C, rychlost posunu sběrného podkladu (viskozová netkaná textilie) = 14 cm/min.
Příklad 14
Všechny podmínky stejné jako v příkladě 12, jen místo polymetylmetakrylátu byl použit polyvinylidenfluorid (PVDF, Kynar 451, Arkema, PA, USA).
• ** *· ♦♦*· *· ♦ ♦ · · 4 • * · · · ·
Příklad 15
Všechny podmínky stejné jako v příkladu 12, ale pro přípravu prostorové struktury se širokou distribucí průměrů vláken byl použit kopolymer styrenu s akrylonitrilem (SAN, Luran HH-120 Natural, BASF, Německo) rozpuštěný v dimetylformamidu.
Příklad 16
Prostorová struktura se širokou distribucí průměrů vláken byla připravena z bikomponentního vlákna, připraveného z kopolymeru styren-akrylonitril (SAN) - Luran a PU 918 v rozpouštědlovém systému dimetylformamid / toluen. Vedle požadovaných filtračních vlastností má připravená nanostruktura v důsledku použití elastického polyuretanu i výrazně lepší mechanické vlastnosti.
Příklad 17
Pro přípravu objemné struktury se širokou distribucí průměrů vláken byl použit roztok polyamidu 11 (PA11, Rilsan D, Arkema, Velká Británie) a PU 918 (2-5 hm. % na sušinu PA 11) ve směsi rozpouštědel kyselina trifluoroctová / dimetylformamid v poměru 92 až 99 ku 1 až 8. Zatímco PA11 samotný za podmínek elektrospinningu dle příkladu 1 vytváří plošné nanostruktury, za přítomnosti malého množství polyuretanu se tvoří prostorová struktura, která ve srovnání s plošnou strukturou vykazuje při stejném tlakovém odporu více než dvojnásobné zlepšení faktoru kvality.
Příklad 18
Prostorová struktura, tvořená kombinací mikro a nanovláken, byla připravena na elektrostatickém zařízení SPUR se čtyřmi řadami trysek, kdy do první a třetí řady byl přiváděn roztok polymetylmetakrylátu ve směsi rozpouštědel dimetylformamid / toluen v poměru 1:1, vytvářející mikrovlákna, a do druhé a čtvrté řady trysek roztok polyuretanu v dimetylformamidu, vytvářející nanovlákna, jehož elektrická vodivost byla upravena Boraxem a kyselinou citrónovou na cca 150 pS.cm'1.
Podmínky elektrospinnigu byly stejné jako v příkladě 1.
Příklad 19
Všechny podmínky stejné jako v příkladě 16, jen místo polymetylmetakrylátu byl použit kopolymer styren-akrylonitril (SAN).
Příklad 20
Všechny podmínky stejné jako v příkladě 16, jen místo polymetylmetakrylátu byl použit polyvinylidenfluorid (PVDF),
Příklad 21
Všechny podmínky stejné jako v příkladě 16, jen místo polymetylmetakrylátu byl použit polyuretan s vysokým obsahem tvrdých segmentů, vytvářející za daných podmínek elektrospinningu mikrovlákna.
Příklad 22
Všechny podmínky stejné jako v příkladech 18 až 21, ale proces byl realizován na elektrostatickém zařízení SPUR, kde roztoky byly přiváděny střídavě na jednotlivé trysky uspořádané ne do čtyř, ale jen do jedné řady trysek.

Claims (9)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken, vykazující zejména zvýšený filtrační efekt, vyznačující se tím, že obsahují nanovláknitou strukturu s morfologicky oddělenými nanovlákny, jako je:
    a) nanovláknitá struktura s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, vytvářející pravidelné struktury s kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, kumulovanými ve sloupcích, propojených nanovlákny do pravidelných morfologických uspořádání,
    b) nanovláknitá struktura s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, vytvářejícími nepravidelné struktury s kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře,
    c) nanovláknitá struktura na bázi vláken se širokou distribucí průměrů z neohebných polymerů s vysokými moduly pružnosti, skládaných s mechanicky udržovanými distancemi v objemných morfologických uspořádáních, a/nebo
    d) struktura s bimodální distribucí průměrů vláken na bázi kombinace mikro- a nanovláken vytvářejících objemná morfologická uspořádání.
  2. 2. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahují polykarbonátovou nanovláknitou strukturu s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary, vytvářející pravidelné struktury s kapkovitými distančními útvary kumulovanými ve sloupcích, propojených nanovlákny do pravidelných morfologických uspořádání podobných včelím plástvím, připravitelnou technologií elektrospinningu ze zvlákňovacího roztoku polykarbonátu v tetrachloretanu, obsahujícího přídavek chloroformu a boraxu.
  3. 3. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahují polyurethanovou nanovláknitou strukturu s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary a/nebo nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, vytvářející pravidelné struktury s distančními útvary kumulovanými ve sloupcích, propojených nanovlákny do pravidelných morfologických uspořádání podobných včelím plástvím, připravitelnou technologií elektrospinníngu ze zvlákňovacího roztoku polyurethanu v dimetylformamidu nebo ve směsi dimetylformamidu a tetrachloretanu.
  4. 4. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 3, vyznačující se tím, že nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře jsou nanočástice vybrané ze skupiny zahrnující nanočástice oxidu titaničitého, oxidu zinečnatého, stříbra, ftalocyaninových nanoaglomerátů, exfoliovaného jílu a tryskově mletého jílu, pri čemž tyto jíly jsou případně modifikovány látkami s biocidním účinkem, zejména pak chlorhexidinem.
  5. 5. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahují polyurethanovou nanovláknitou strukturu s nanovlákny fyzicky oddělenými kapkovitými distančními útvary vytvářejícími nepravidelné struktury s distančními útvary, připravitelnou technologií elektrospinníngu ze zvlákňovacího roztoku dvou typů polyuretanů s rozdílnými středními molámími hmotnostmi a/nebo jednoho neohebného polyuretanu s obsahem tvrdých segmentů alespoň 44 % hmotnostních.
  6. 6. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahují polymemí nanovláknitou strukturu s nanovlákny fyzicky oddělenými nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře, vytvářejícími nepravidelné struktury s distančními útvary,
  7. 7. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 6, vyznačující se tím, že nanočásticemi dispergovanými v nanostruktuře jsou nanočástice vybrané ze skupiny zahrnující nanočástice oxidu titaničitého, oxidu zinečnatého, stříbra, ftalocyaninových nanoaglomerátů exfoliovaného jílu a tryskově mletého jílu, případně modifikovaného chlorhexidinem.
    · «·*·
  8. 8. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahují polymemí nanovláknitou strukturu na bázi vláken se širokou distribucí průměrů z neohebných polymerů s vysokým modulem pružnosti, jako jsou polyethersulfon, polymethylmethakrylát, kopolymer styren - akrylonitril a polyuretan s vysokým obsahem tvrdých segmentů, skládaných s mechanicky udržovanými distancemi v objemných morfologických uspořádáních.
  9. 9. Morfologicky optimalizované netkané textilie podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahují strukturu s bimodální distribucí průměrů vláken na bázi kombinace mikrovláken z neohebných polymerů a polymemích nanovláken, vytvářejících objemná morfologická uspořádání, při čemž tato struktura je připravitelná současným nebo následným zvlákňováním zvlákňovacího roztoku mikrovláken a zvlákňovaciho roztoku nanovláken.
CZ2011-439A 2011-07-19 2011-07-19 Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken CZ306779B6 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2011-439A CZ306779B6 (cs) 2011-07-19 2011-07-19 Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken
PCT/CZ2012/000065 WO2013010517A2 (en) 2011-07-19 2012-07-13 Morphologically optimized nonwoven textiles based on nanofibres

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2011-439A CZ306779B6 (cs) 2011-07-19 2011-07-19 Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2011439A3 true CZ2011439A3 (cs) 2013-03-06
CZ306779B6 CZ306779B6 (cs) 2017-07-07

Family

ID=46801258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2011-439A CZ306779B6 (cs) 2011-07-19 2011-07-19 Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken

Country Status (2)

Country Link
CZ (1) CZ306779B6 (cs)
WO (1) WO2013010517A2 (cs)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305413B6 (cs) * 2013-09-25 2015-09-09 Spur A.S. Vrstvený mikrofiltrační materiál
CZ307301B6 (cs) * 2013-12-17 2018-05-23 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Kompaktní útvar kompozitního charakteru a způsob jeho přípravy

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107227502A (zh) * 2016-03-23 2017-10-03 张国勇 一种复合型空气过滤材料的静电纺丝液配方
KR102235151B1 (ko) * 2018-10-08 2021-04-02 한국과학기술원 이온성 액체와 색변화 염료 물질을 포함하는 가스 지시용 나노섬유 얀 기반 색변화 가스센서 및 그 제조 방법
CN112755651B (zh) * 2020-12-31 2022-07-08 东华大学 一种多组合功能性静电纺亚微米纤维空气过滤材料及其制备

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB364780A (en) 1929-12-07 1932-01-14 Anton Formhals Improvements in or relating to processes and apparatus for the production of artificial filaments
KR100476462B1 (ko) * 2002-09-13 2005-03-17 김학용 생체모방형 나노섬유 부직포 및 그의 제조방법
KR100760652B1 (ko) * 2006-01-26 2007-10-04 인하대학교 산학협력단 은 나노입자 함유 폴리우레탄 나노섬유 매트의 제조방법
US7981509B2 (en) * 2006-02-13 2011-07-19 Donaldson Company, Inc. Polymer blend, polymer solution composition and fibers spun from the polymer blend and filtration applications thereof
US7828539B1 (en) 2007-03-26 2010-11-09 Clemson University Fabrication of three dimensional aligned nanofiber array
JPWO2009031334A1 (ja) * 2007-09-08 2010-12-09 日本無機株式会社 エアフィルタ用ろ材並びにエアフィルタ
DE102009051105A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-12 Mann+Hummel Gmbh Vliesmedium, Verfahren zu dessen Herstellung und aus diesem hergestelltes Filterelement
ES2477219T3 (es) * 2009-02-17 2014-07-16 Essentra Porous Technologies Corp. Estructuras de fibras de transmisión de fluidos, de múltiples capas, que contienen nanofibras y método de fabricación de tales estructuras
JP5537831B2 (ja) * 2009-04-13 2014-07-02 日本無機株式会社 エアフィルタ用ろ材並びにエアフィルタ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305413B6 (cs) * 2013-09-25 2015-09-09 Spur A.S. Vrstvený mikrofiltrační materiál
CZ307301B6 (cs) * 2013-12-17 2018-05-23 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Kompaktní útvar kompozitního charakteru a způsob jeho přípravy

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013010517A3 (en) 2015-10-08
CZ306779B6 (cs) 2017-07-07
WO2013010517A2 (en) 2013-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ohkawa et al. Chitosan nanofiber
Zhou et al. Polyacrylonitrile/polyimide composite sub-micro fibrous membranes for precise filtration of PM0. 26 pollutants
Jaeger et al. Chain packing in electro-spun poly (ethylene oxide) visualized by atomic force microscopy
JP7077575B2 (ja) 混繊不織布、積層体、フィルター用濾材及びこれらの製造方法
Hu et al. A biodegradable composite filter made from electrospun zein fibers underlaid on the cellulose paper towel
AK S et al. Fabrication of poly (Caprolactone) nanofibers by electrospinning
Ohkawa et al. Preparation of pure cellulose nanofiber via electrospinning
Li et al. Super hydrophilic poly (ethylene terephthalate)(PET)/poly (vinyl alcohol)(PVA) composite fibrous mats with improved mechanical properties prepared via electrospinning process
CN101653676A (zh) 纳米纤维过滤材料及其形成方法
JP2015511173A (ja) 電界紡糸多孔質体
TW200946215A (en) Nanofiber filter and method for manufacturing the same
CZ2011439A3 (cs) Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken
Jokisch et al. Silk‐based fine dust filters for air filtration
Zhu et al. Preparation and characterization of attapulgite-based nanofibrous membranes
Yang et al. Engineering biodegradable bacterial cellulose/polylactic acid multi-scale fibrous membrane via co-electrospinning-electrospray strategy for efficient, wet-stable, durable PM0. 3 filtration
JP2015196263A (ja) ナノファイバー積層材、ナノファイバー積層材の製造方法、フィルター基材又はフィルター、及び、マスク又はマスク基材
KR20130132553A (ko) 고 다공도 및 고 평량의 필터 매체
Coneski et al. Lyotropic self-assembly in electrospun biocidal polyurethane nanofibers regulates antimicrobial efficacy
Gungor et al. Aerosol filtration performance of solution blown PA6 webs with bimodal fiber distribution
WO2008072554A1 (ja) エレクトレット繊維シート
KR102157444B1 (ko) 고성능 공기정화필터용 다중층 구조 필터여재
CN1664187A (zh) 可再生回收型聚乙烯醇纳米纤维织物及其制备方法
Heikkilä Nanostructured fibre composites, and materials for air filtration
Lackowski et al. Nonwoven filtration mat production by electrospinning method
KR102363556B1 (ko) 생분해성 고분자를 이용한 섬유 멤브레인 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20230719