TW200902778A - Linear fibrous formation comprising polymer nanofibres, production method and device for production of such formation - Google Patents

Description

200902778 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於包括聚合物奈米纖維之線形纖維形成 物。 再者，本發明係關於包括聚合物奈米纖維之線形纖維 形成物之生產方法，該些聚合物奈米纖維係於用於透過靜 電紡紗（electrostatic spinning)生產奈米纖維之裴置内，包 括°方办二間，位於纺紗電極（spinning electrode)及收集電 極（collecting electr〇de)之間，其間誘發高強度之靜電場 (electrostatic fie】d) ’該靜電場内形成奈米纖維且漂遊 = 朝向收集電極。 ） 本發明亦關於用於生產包含聚合4勿奈采纖維之線形 纖維形成物之裝置’包括用於透過靜電纺紗生產奈米纖维 之裝置’該裝置具有於紡紗電極及收集電極之間產 鈔空間，其間誘發高強度之靜電場。 【先前技術】 奈米纖維係直徑小於]微米之纖維，而在較 纖t米纖維的直徑係小於6〇。_。透過幾種方法:產 二如物溶液⑽—或__) 遲订《rm或者透過料（meU_bk)wn)技術。 心合，溶液之靜電紡紗’例如根據第 :之二:，=轉?長形狀並連接至高電壓源的- 連接λ與其平行且與高電壓源的相對極 收木毛極，而所形成之奈米纖維漂遊朝向收集電 94248 6 200902778 極，且於引導於該紡紗電極及該收集電極間之基材上沉積 成-層奈米纖維。藉此生產由相互連接的奈米纖維之蛛網 狀（cobweb)所形成之典型的表面形成物。根據收集電極 的形狀亦能夠生產某種形狀的奈来纖維層’例如根據第 2003/0207638號美國專利公開案，或者根據 2003/0034408號美國專利公開t覆蓋於旋轉的柱狀形成物 (cyHnddc f0rmati0n )表面上’或者能夠根據 2004/0053553號美國專利公開案套在旋轉的紡錘（咖 上之方式生產。 能夠使用上述方 — 仏忒稭田狹乍表面形 成物（而腕surface formation)之滾動等方式製備線形形 成物。如此製備的線形奈米纖維形成物之缺點在於其卷 -之進行係要求高且緩慢的，且形成物之低拉伸強度盘= 度造成個別奈米纖維間狹小又難以調節的距離。低 度將於之後妨礙此線形奈米纖維形成物更進一步 平面陶）或三㈣hreedimensi嶋㈣織形成； 一。n)的生產之習知紡織技術的進行。奈米纖_ 距離此時亦減少該線形奈米纖維形成物朝其長度方向上 透氣性（air permeability)。 又 ° 之 、本發明之目的在於生產包含高拉伸強度之 形成物的奈米纖維，且同時增加胁' 、 _gi關na】directi〇n)之透氣性。、纖料成物朝縱向 本發明之另一目的在於提出此種線形纖 生產方法及其用於生產此種形成物之裝置。 / 之 94248 200902778 【發明内容】 ㈣勿奈米纖維之線形纖維形成物達成本 ===理在於:該聚合物奈米纖維於由支撐線 物:Γ纖：至心的表面上形成被覆層，而將聚合 =纖維中至少—些抓進該核心之表面區域的纖維之 1支樓線形纖維形成物包含一般常見具有大Μ微米 令由至25微米）的直徑之紡織類型的纖維，且由吵線 ‘被覆：則传开二之聚合物奈求纖維，而聚合物奈求纖維之 sp=: 線形紡織形成物具有高比表面積_ 高拉伸強raee。對於應用上，形成的線形形成物不需要 等材=二能以例如短麻屑（little tow)、梳棉（sl 一 4材枓形成該支撐線形纖維形成物。 過選性上的需要，可能透 徑以及被覆層的奈；:v線維)、核心的纖維直 含至少兩種聚合物奈米纖維則為有：;中倘 包含:=二之線形纖維形成物之生產方法的原理，係 於访吵Λ紗空間内引導有支I線形纖维形成物， 1 切線形纖维形成物施予假樵，以使 轉ϊ、=維形成物於紡紗空間内繞著自身的縱向轴旋 且…禮線形纖維形成物之表面上沉積聚合物奈来 94248 8 200902778 .纖維’由广假撚的形成及/或消除而 至少一些抓進該支撐線形纖維 μ/物奈米纖維中 聚合物奈米織維於由支撐 盛/、纖維之間，使該些 生奈米纖維被覆層，今支^ 纖维形成物形成的核心上產 進該支撐線形纖維形成物的織 成物係帶有藉由抓 之核心。 纖、、隹之間的該奈米纖維而連接 根據技術可能性及對於 求，於進入纺紗空間之前或離㈣形纖維形成物之需 禮線形纖維形成物施予假擒。“"、’《空間之後對於該支 假使當需要於支撐線形纖 奈米纖維時，則於兩個紡 ^成物上沉積較大量的 成物施予假撚。 、、二間之間對該支撐線形纖維形 同牯，倘若於每個紡紗空 不論是不同直徑的奈米纖維，或是：=:奈米纖維， 子之奈米纖維，皆是具=子’特別是低分子量的粒 根據本發明之裝置的原理， 用於生產奈米纖維之裝置的” :：：·於：過靜電纺紗 支撐線形蟠抢π a 、’、’y二間内’形成有用以通行 炒電支擇線形纖維形成物的轨道產生於纺 二二SI著：於—些處理過的材料。 仔在者風些奈米纖維飛越至收集 9 94248 200902778 二纖維：成：其上且污染該收集電極，或是被抓至支撐線 纖維m ^表面上之奈米纖維之末端可能於支撐線形 些奈米纖維期間被收集電極的表面抓住，且因此該 IyN' 疋‘在收集電極之表面上就是斷裂且一邛八 ==:纖Γ成物之表面上而-部分於該收集ΐ 維形成物之Γ 的奈米纖維從形成於支撐線形纖 、面上之被覆層拔起，而破壞該被覆層。 吵電:ΓΓ請專利範圍第1G項之具體實施射，於纺 =電極及支撐線形纖維形成物之間產生紡紗 =絲形成物料㈣且於該㈣空間外側與輔助= 接觸’該辅助電極係接地或與紡紗電 本具體實施例的優點包含奈米纖維直接從纺 擇纖，將該些奈米纖維抓至該支 裝置的所有it 且於其上產生被覆層。於此變形 上， ’丁'米纖維會抓至支撐線形纖維形成物之表面 至收集電極tt::維或其片段如於先前具體實施例被抓 增加ΓίΓ艮據申請專利範圍第]0項之裝置加入有用以 支擇“纖成物導電率且安置於紡紗空間前朝著 卞纖柄成物之運動方向之裝置，則為有利的。 置此夠使用任何服務於以施予假撚為目的之習知裝 擇線擇格外受施加於裝置的技術需求及二 、形成物之特性所支配。同時能放置施予假撚之 94248 200902778 裝置於紡紗空間前方或紡紗空間之後或於二紡紗空間之 間。根據裝置之技術可能性，根據形成的線形 : 之需求等執行選擇。 取 【實施方式】 在此將透過聚合物溶液於電場内（介於痩長形狀之旋 轉纺紗電極2及位於與其平行之收集雜3之間）之靜電纺 紗製造奈米纖維之裝f !之具體實施範例解釋本發明，如 ^第1圖所不。於所顯不之具體實施例中，藉由能旋轉安 2合物溶液之貯存槽22内之瘦長圓柱體21形成該旋轉 、電極2，該聚合物溶液以習知方式藉由管道（祕吻 -目^連接於習知且未顯示之聚合物溶液的來源。纺織 極2藉由任何f知手段相互連接於高電壓源之—個電極 (Pole) ’於示範具體實施例中為正電極⑽ k ^紡紗電極之圓柱體21平行於其旋轉轴Μ有收集電 =該收集電極3係藉由具有直徑達5公厘之 =金屬線（W)所形成，且如所顯示的具體實施例接地。 二而’亦能夠連接至高電壓源與紡紗電極2相反之電極。 ::於該紡紗電極2及收集電極3之間誘發有高強度的靜電 驴 仃方；用末生產奈米纖維機構之 开:成物 紗空間4中用來引導旋轉的支撐線形纖維 t成物：)1形成包含本φ Μ、& - Λ 】 1^纖維）2之線形纖維形成物5之核 I集電極纺紗電極2之旋轉轴，且平行於該 形成包含奈米纖維52之線形纖維形成物5之核心川 94248 11 200902778 的支樓線形纖維形成物5 1於進入用以生產奈米纖維之裝 置1之前’顯示於具體實施例之範例中用以施予由對轉條 紋（counter-rotating stdpes) 61、62所形成之假撚之装置 6,係插入該支撐線形纖維形成物的轨道内，然而該支撐線 形纖維形成物能夠由任何用以施予假撚之裝置形成。於用 以製造奈米纖維之裝置i之出口上，設置由習知引離滾輪 (draW-〇ff r〇ller)形成之引離裝置（draw-off device) 7。 Γ 在進入用以製造奈米纖維之裝置之前，於用以施予假 撚:之4置6中對支撐線形纖維形成物5工施予假撼。藉由假 :而加撚（twist)之支撐線形纖維形成物51在進入用以於 之紡紗空間4内製造奈米纖維之裝置1内之後，便因 自身的旋轉而解撚（untwist)。 纺紗電極2之圓柱體2】，俦蕤 物溶液中， 溶液帶出至纺紗及收隼，二上體21之凝轉將該聚合物 「料心 集屯極間之電場内，於該電場内夺牛 集電極3且奈離’該些奈米纖維漂遊至收 成物51之表面上，再進二：至疑轉的支撐線形纖維形 峨些奈米纖二線形纖維形成物之解 於支擇線形纖維形成物5】之旋轉^太物:1、之纖維之間。由 全圍妓於*产6 轉’示米纖維5 2同樣地6 王LJ、.几於支撐線形纖維形成物幻 丨』铋地凡 線形纖維形成物上產生被覆層521。、，而因此於支撐 於未顯示的具體實施例中， 設置於朝向支撐線形纖維形成物予假槪之裝置6係 〜I動方向於紡紗空間之 94248 12 200902778 :後方，以便於紡紗空間内發現支稽線形纖維形^ 部分受加擴所支配，且對此旋轉部分沉積奈米纖維，該太 未纖維之末端被抓至旋轉的支揮線形纖維 = 而因此產生奈娜被覆層。於用以施予假撫== 方，該藉由假撚而加撚之支標線形纖維形成物騎 而因此以用於施予假撚:之裝置之前之相反方向旋轉。在、 :段中’通常於奈米纖維被覆層間會造成另—連接之補 (強，且由支撐線形纖維形成物形成核心。 根據依照本發明之裝置之另—未顯 例，用以透過靜電紡紗製造奈米纖維之裳置包括至體、貫施 紡紗空間’而每-個紡紗空間包括紡紗電極及收隼；：固 於此具體實施例中’將用以施予假撚 =電極。 紗空間之間。透過此法，得以達到較大量夺；^二個纺 而於每個紡紗*門 、，義、准之沉積， 有不各㈣式的奈錢維，即帶 有不同直輕之奈米纖維或由不同聚择即π 包含不同物質之粒子之奈:不、米纖維或 成之奈米纖維。 /、、、” 八疋由低分子量所製 由於根據第】圖之具體實施 列風險，該風險為 貝此處存在者下 電極，且因此破抓至收集電極’污染該收集 層，因而造成生產作的線开> 纖維產物之奈米纖維被覆 改變，此裝置顯;:二常中斷 雉形成物5】代兴㈣ ^ #中疋以導電的支擇線形纖 電極41接觸，將V輔助:電極，且於纺紗空間4外側與輔助 亥輔助電極接地或使其具有相反於纺紗電 94248 200902778 極2之極性。於所顯示之具體實施例中 成物51之導電率係由用 i線形纖維形 導電率之裝置7增加，該二==成物”之 之導電率之裝置7係安排於紡紗 人、、准形成物51 過靜電紡紗生產奈米纖維之裝置」分別於用以透 線形纖維形成物51之導電率 ~ t心增加支擇 ^ ^ . ςι L , 裝置7中’於支撐線形纖維 形成物51上靶加一些習知之增加 /優先權文件PV2〇〇5_702以液體或^根據 '液體。 飞札體形式之導電率增加 =支撐線形纖維形成物51具有充分的導電率，則 毋而使用用以增加導電率之裝置7。 =同先前之具體實施例，於根據第2圖之具體實施例 門夕：乂施予假撚之裝置能夠位於紡紗空間之前、紡紗空 间之後或二個紡紗空間之間。 p 一 3 '丁'米纖維之形成的線形纖維形成物52示意地圖 ^、弟3圖中’且包含核心511，於其上形成有奈米纖維 :被覆層521，而至少一些奈米纖維”之末端被抓進由 〜13 t形纖維形成物51形成之核心5】丨之纖維間。 乾例一： 2〇〇 /雙成分（biC〇mP〇nent)線形纖維形成物之核心5n係由 刀特克斯（dtex)之棉線（cotton thread)形成，該被覆層 ^由直控〗50至300奈米之由聚丙烯酸（po】yacry】ic 卜、耳外（Cr〇ss-Hnked)之聚乙稀醇（p0】yvjnyj_a】c〇h〇】）奈米 戴、准形成。該被覆層52】之線重量為丨〇价以。 14 94248 200902778 範例二： 雙成分線形纖維形成物之核心511係由600 dtex之聚 醋複絲紗（polyester muhifilament yarn)形成，該被覆層 521 係由直徑250至500奈米之聚胺酯（p〇lyUrethane)奈米纖維 形成。該被覆層521之線重量為18 dtex。 範例三： 雙成分線形纖維形成物之核心5 11係由線重量800 dteX 之由聚乙醇酸（Poiyglycol acid)及聚乳酸（p〇iyiactic acid)之共聚合體（c〇p〇iymer)加撫而成之複絲紗形成。該被 覆層521係由直徑2〇〇至35〇奈米之由明膠（geiaUne)交聯 之奈米纖維形成。該被覆層521之線重量為40 dtex。 範例四： 支撐線形-纖維形成物5 1係由具有基本重量（basis weight) 800 dtex之棉線形成’且其行進穿過用以施予由一 對對轉條紋形成之假撚之…，而因此穿過用以透過靜 電紡紗以50 m/min之速度生產奈米纖維之裝置卜如第！ ::示。：用以生產奈米纖維之裝置！中生產之聚乙稀醇 二積於行進絲線之上’且藉由該行進線軸向旋轉 =米纖維圍繞該絲線1此方式產生線形纖維雙 成刀Μ成物伽ear fib_s bic〇mp〇neni㈣由 形成其核心5 11並由太半 、'… 舌旦先^ 纖維形成被覆層，而被覆層之線 力：為1。包含奈米纖維之組合線形纖維形成物隨後 加熱至⑷Y維持2分鐘，以#始交聯。/成物^ 範例五： 94248 】5 200902778 ‘ 支撐線形纖维形成物51係由具有線重量200 diex之 ‘聚醋複絲紗形成，其如第2圖所示，行進穿過用70 m/min 之速度施予假德之裝置6。該用以施予假播之裝置6係由 =以定形絲線之”（_)以6G_聊之速度繞其轴旋 轉而形成。於離開用以施予假撚之裝置6之後且進入用以 電纺紗生產奈米纖維之裝置】之前，聚g旨複絲紗係 牙化用以增加導電率之裝置7，於用以增加導電率之 :對^聚醋複絲紗施加一些習知之增加導電率之手段。於 ^ 透過靜電纺紗生產奈采纖維之裝置！之前，該平 酉曰禝絲紗沿著輔助電極41通過，並盥苴接 "ΧΛ 41係接地或是具有與纺紗電極2相反的極 ，過用以透過靜電紡炒生產奈米纖維二=爾 、收集電極3。於用以透過靜電紡 纖 且形 中所生產之奈米纖維52 屋：未纖維之裝置1 紡紗電極2至旋轉的複蟀έΙ、g 度靜電場之作用帶離 且抓進該複絲紗之積於該複絲紗之表面上 層之線重量為聚胺醋奈米纖維形成之被覆 【圖式簡單說明】 用於製造根據本發明包含太 物之裝置之示範具體實施例係示之線形紡織形成 第1圖顯示帶有收集電極之;=不於附圖内’其中： 置 以及 弟3圖 =圖為由機形纖㈣成物形成收集電極之裝 顯示包含奈米纖锥 滅、隹之形成的線形纖維形成物之 16 94248 200902778 剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 生產奈米纖維之裝置 2 紡紗電極 21 圓柱體 22 聚合物溶液貯存槽 221 管道 3 收集電極 4 紡紗空間 41 輔助電極 5 線形纖維形成物 51 支撐線形纖維形成物 511 核心 52 奈米纖維 521 被覆層 6 假撚之裝置 61, 62 對轉條紋 7 引離裝置（增加導電率之裝置） 17 94248

Claims (1)

1. 200902778 、申請專利範圍： 1. 一種包括聚合物奈米纖維之線形纖維形 在於：該聚合物奈米纖維（52)於 /、特诞 (5\)^ ώ ^ 4>· 支检線形纖維形成物 (他成之核心（511)的表面上產生被覆層（52ι)，並且 奈米纖維(52)中至少一些抓進該核心(5 之表面區域的纖維之間。 J 2. 2申請專利範圍第1項之包括聚合物奈米纖維之、㈣ 纖維形成物，其中，該被覆層⑽）包 Μ 纖維（52)。 夕一禋奈未 3. 二種於用以透過靜電紡紗生產奈米纖維並於㈣_ ()及:集電極(3)之間包括誘發有高強度靜電場及1 =生產不米纖維（52)漂遊朝向該收集電極（3)之轉， 間（4)之裝置⑴生i包括聚合物奈米纖維⑼之二 方法’其特徵在於：穿過該纺紗空間彻’ 有支撐線形纖維形成物（51)，於該紡紗处 該支撐線形纖維形成物(川施予假撚，以二支= =形成物⑼於該纺紗空間（4)内繞著自牙向由 方疋轉，且於該支撐線形纖維形成物（5 〇軸 聚合物奈米纖維⑽，由於假撚的形成及積該 該聚合物奈米纖維（52)中至少一些拆、隹〜女4除而將 維形成物⑻的纖維⑶，㈣ 於由該支料形纖維形成物⑼形成的核心⑻)=) 生奈米纖維被覆層（52】），該支撐線形纖 係帶有藉由抓進該支撐線形纖維形成物⑸)的纖維:） 94248 200902778 間之該奈米纖維（52)而連接之該核心（5I】）。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中，於該支撐線形 纖维形成物（51)進入該紡紗空間（4)之前，先對其施予 假撚。 如申請專利範圍第3項之方法，其中，於該支撐線形 纖維形成物（51)離開該紡紗空間（4)之後，再對其施予 假撫。 6. 7. 如申明專利範圍第3項之方法，其中，於該二個紡紗 空間（4)之間對該支撐線形纖維形成物（5丨）施予假樵。 如申請專利範圍第6項之方法，其中，於每個纺紗空 間（4)内生產不同的該奈米纖維（52)。 ''種包括用以透過靜電紡紗生產奈米纖維並具有產生 於纺紗電極及收集電極之間且於其間誘發有高強度靜 電場之紡紗空間之裝置而用以生產包括聚合物奈米纖 維之線形纖維形成物之裝置’其特徵在於：於紡紗空 間（4)内形成有用以通行支禮線形纖維形成物（51)之$ 構，並且於該紡紗空間⑷的外側處，合併有於該支樓 線形纖維形成物（51)的軌道内施予假撚之裝置（6/。牙 ^申請專利範圍第8項之裝置，#中，用以 維形成物⑼之組構係實施於訪紗電極⑺及 收集電極（3)之間。 範圍第8項之裝置，其中’於該纺紗電極⑺ 且形纖維形成物⑼之間產生纺紗空叫 〜支撐線形纖維形成物(51)係導電的且於該紡” 94248 19 10. 200902778 與接地的或具有與該紡紗電極(2)相反極 佳的輔助電極（41)接觸。 π 12. 13. 14. 妒纖第1G項之裝置，其中，朝向該支稽線 安：=成物陳運動方向於該紡紗空間⑷之前方 之裝置⑺⑽加該支撐線形纖維形成物（51)之導電率 如申請專利範圍第8至11項中任-項之裝置， 用=對該支騎_㈣彡絲（5])射假樵之 糸设置於該紡紗空間（4)之前方。 其中， 裝置（6) 申明專利1巳圍第8至11項中任一項之裝置，其中， 用以對該支撐線形纖維形成物(5])施予假撚之該裝置 (6)係設置於該紡紗空間（4)之後方。 如申請專利範圍第8至u項中任一項之裝置，其中， 用以對該支撐線形、纖維形成物(51)施予假撚之該骏置 (6)係設置於該二個纺紗空間⑷之間。 、 20 94248