JP5394368B2 - 溶融紡糸によるナノ繊維の製造 - Google Patents
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Description
上記の説明および以下の非限定的な実施例において、報告された種々の特徴および特性を決定するために次の試験方法を使用した。
図1に示される装置を用いて、非常に狭い分子量分布を有する超高溶融流速のポリプロピレンホモポリマー(Basell USA Inc.からのMetocene MF650Y、ASTM D792を用いて測定した23℃における密度0.91g/cc、ASTM D1238を用いて測定したMFR=1800グラム/10分)から連続繊維を製造した。Metocene MF650Y PPの典型的なせん断粘度は、400°F、10,000/秒のせん断速度において、4.89181Pa秒である。Metocene MF650Y PPの融点はTm>160℃である。
実施例2は、分配ディスクの回転速度を一定の13,630rpmに設定したことを除いて、実施例1と同様に調製した。繊維の直径は、実施例1よりも小さくなった。繊維のSEM画像は図5Aに見られる。SEMを用いて画像から繊維サイズを測定し、422本の繊維の測定から、40nm〜1096nmの範囲であり、平均繊維径はおよそ、平均=363nmおよび中央値=323nmであると決定した(図5B)。
異なるPPホモポリマー(Basell USA Inc.からのMetocene MF650X、非常に狭い分子量分布を有する超高溶融流速樹脂、ASTM D792を用いて測定した23℃における密度0.91g/cc、ASTM D1238を用いて測定したMFR=1200グラム/10分)を用いたことを除いて、実施例1に従って連続繊維を製造した。Metocene MF650Y PPの典型的なせん断粘度は、400°F、10,000/秒のせん断速度において、5.76843Pa秒である。Metocene MF650Y PPの融点はTm>160℃である。
異なるPPホモポリマー(Basell USA Inc.からのMetocene MF650W、非常に狭い分子量分布を有する高溶融流速樹脂、ASTM D792を用いて測定した23℃における密度0.91g/cc、ASTM D1238を用いて測定したMFR=500グラム/10分)を用いたことを除いて、実施例1に従って連続繊維を製造した。Metocene MF650Y PPの典型的なせん断粘度は、400°F、10,000/秒のせん断速度において、9.45317Pa秒である。Metocene MF650Y PPの融点はTm>160℃である。
ポリエチレン(LLDPE)射出成形樹脂(NOVA Chemicals(カナダ)からのSURPASS(登録商標)IFs932−R)、非常に狭い分子量分布を有する高メルトインデックス樹脂を用いたことを除いて、実施例1に従って連続繊維を製造した。このポリマーの特性は、ASTM D792を用いて測定した23℃における密度0.932g/cc、ASTM D1238を用いて測定したMI=150グラム/10分であった。
次に、本発明の態様を示す。
1. 前方表面繊維吐出端部を有する加熱回転分配ディスクの内側紡糸表面に、少なくとも1種の熱可塑性ポリマーの紡糸溶融物を供給するステップと、
紡糸溶融物を薄膜に分配するように前記内側紡糸表面に沿って、そして前方表面繊維吐出端部に向かって、前記紡糸溶融物を放出するステップと、
前記前方表面吐出端部から別々の溶融ポリマー繊維ストリームを吐出し、前記繊維ストリームを細くして、約1,000nm未満の平均繊維径を有する高分子ナノ繊維を製造するステップと
を含むナノ繊維形成方法。
2. 前記ポリマーが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリスチレン系ポリマー、バイオポリエステル、サーモトロピック液晶ポリマー、セルロースエステル、熱可塑性セルロース、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、アセタール、アクリル、塩素化ポリエーテル、フルオロポリマー、ビニルポリマー、生分解性ポリマー、バイオ系ポリマー、2成分エンジニアリングポリマー、ポリマーを含有する埋込みナノ複合体、天然ポリマー、およびコポリマー、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される上記1に記載の方法。
3. 前記紡糸溶融物が、約1,000cP〜約100,000cPの粘度を有する上記1に記載の方法。
4. 前記紡糸溶融物が、約0.1g/分〜約500g/分のスループット速度で供給される上記1に記載の方法。
5. 前記回転分配ディスクの回転速度が、約1,000rpm〜約100,000rpmの間である上記1に記載の方法。
6. 前記回転分配ディスクが、赤外線加熱、誘導加熱または輻射加熱から選択される間接加熱によって加熱される上記1に記載の方法。
7. 前記前方表面吐出端部から吐出される溶融ポリマー繊維ストリームが、高温噴出ガス流内に、かつ回転分配ディスクから離れる方向に向けられる上記1に記載の方法。
8. 前記噴出ガスが、前記ポリマーの融点以上の温度を有する上記1に記載の方法。
9. 約500nm未満の平均繊維径を有するナノ繊維を形成する上記1に記載の方法。
10. 前記ポリマーの融点よりも低い温度を有する冷却ガスによって前記ナノ繊維を冷却することをさらに含む上記1に記載の方法。
11. 前記繊維をコレクタ上に捕集して繊維ウェブを形成することをさらに含む上記1に記載の方法。
12. 前記コレクタを通して真空を適用し、繊維をコレクタ上に引き付けて繊維ウェブを形成することをさらに含む上記11に記載の方法。
13. 前記回転分配ディスクと前記コレクタとの間に電位が保持される上記11に記載の方法。
14. 前記電位が、前記回転分配ディスクと、前記回転分配ディスクおよび前記コレクタ間に位置する電極との間で保持される上記13に記載の方法。
15. 前記電位が、前記コレクタと、前記回転分配ディスクおよび前記コレクタ間に位置する電極との間で保持される上記13に記載の方法。
16. 前記電位が、約1kV〜約150kVの間である上記13に記載の方法。
17. 高分子ナノ繊維を製造するための溶融紡糸装置であって、
入口部分および出口部分、ならびにその出口部分における少なくとも1つの溶融ポリマー出口ノズルを有し、前記溶融紡糸装置を通って軸方向に配置された溶融ポリマー供給管と、
前記溶融ポリマー供給管の前記出口部分を包囲して前記出口部分と流体連通する内側紡糸表面入口部分と、前方表面吐出端部分とを有する、回転可能な溶融ポリマー分配ディスクを含むスピナレットと、
前記回転可能な溶融ポリマー分配ディスクに向けられた間接加熱源と
を含む溶融紡糸装置。
18. 噴出ガスノズルがその周囲に配設された環状の高温噴出ガスリングをさらに含み、前記噴出ガスリングが前記溶融ポリマー供給管に環状に配設され、前記噴出ガスノズルが高温噴出ガスを前記前方表面繊維吐出端部の上に向けるように配置される上記17に記載の溶融紡糸装置。
19. 前記前方表面吐出端部の下流側に多孔質捕集表面をさらに含む上記17に記載の溶融紡糸装置。
20. 前記回転可能な溶融ポリマー分配ディスクが、凹状の内側紡糸表面を有する上記17に記載の溶融紡糸装置。
21. 前記回転可能な溶融ポリマー分配ディスクが、平坦な内側紡糸表面を有する上記17に記載の溶融紡糸装置。
22. 前記溶融ポリマー分配ディスクの直径が、約10mm〜約200mmである上記17に記載の溶融紡糸装置。
23. 前記前方表面繊維吐出端部と前記内側紡糸表面との間の角度が、0度超から約90度までの間である上記20に記載の溶融紡糸装置。
24. 前記溶融ポリマー供給管の前記出口部分に環状に、そして回転可能な溶融ポリマー分配ディスクの表面に平行に、そして回転可能な溶融ポリマー分配ディスクの表面からの間隙によって隔てられて配設された静止せん断ディスクをさらに含む上記17に記載の溶融紡糸装置。
25. 前記前方表面吐出端部が鋸歯状である上記17に記載の溶融紡糸装置。
26. 前記高温噴出ガスリングと前記捕集表面との間に配設された少なくとも1つの冷却ガスノズルをさらに含む上記19に記載の溶融紡糸装置。
27. 前記溶融ポリマー分配ディスクと前記捕集表面との間に接続された高電圧帯電デバイスをさらに含む上記17に記載の溶融紡糸装置。
28. 前記捕集表面が、前記スピナレットに環状に配設される上記17に記載の溶融紡糸装置。
29. 約500nm未満の平均繊維径を有する、ポリオレフィンを含むナノ繊維の捕集。
30. 約400nm以下の繊維径中央値を有する上記29に記載のナノ繊維の捕集。
31. 約400nm未満の平均繊維径および約400nm未満の繊維径中央値を有する上記30に記載のナノ繊維の捕集。
32. 約360nm未満の繊維径中央値を有する上記31に記載のナノ繊維の捕集。
33. 不織布ウェブの形態である上記29に記載のナノ繊維の捕集。
34. 前記ポリオレフィンがポリプロピレンである上記29に記載のナノ繊維の捕集。
35. 前記ポリオレフィンがポリエチレンである上記29に記載のナノ繊維の捕集。
36. 前記不織布ウェブが繊維スクリム上に捕集される上記33に記載のナノ繊維の捕集。
Claims (2)
- 前方表面繊維吐出端部と円錐台状表面を有する加熱回転分配ディスクの内側紡糸表面に、少なくとも1種のポリオレフィンポリマーの紡糸溶融物を供給するステップと、
紡糸溶融物を薄膜に分配するように前記内側紡糸表面に沿って、そして前方表面繊維吐出端部に向かって、前記紡糸溶融物を放出するステップと、
前記前方表面吐出端部から別々の連続した溶融ポリマー繊維ストリームを吐出し、前記繊維ストリームを、前記回転分配ディスクの10,000rpm〜50,000rpmの回転速度により得られる遠心力のみにより細くして、500nm未満の平均繊維径を有する高分子ナノ繊維を製造するステップと
を含むナノ繊維形成方法。 - 500nm未満の平均繊維径を有するポリオレフィンナノ繊維を製造するための溶融紡糸装置であって、
入口部分および出口部分、ならびにその出口部分における少なくとも1つの溶融ポリマー出口ノズルを有し、前記溶融紡糸装置を通って軸方向に配置された溶融ポリマー供給管と、
前記溶融ポリマー供給管の前記出口部分を包囲して前記出口部分と流体連通する内側紡糸表面入口部分と、前方表面吐出端部分とを有する、回転可能な溶融ポリマー分配ディスクを含むスピナレットと、
10,000rpm〜50,000rpmの回転速度を有する前記回転可能な溶融ポリマー分配ディスクに向けられた間接加熱源と
を含む溶融紡糸装置であって、
前記分配ディスクが、円錐台状表面を有する、前記溶融紡糸装置。
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