聚酰胺納米纖維產品及其制備方法、含有其的過濾器介質及具有該介質的過濾器部件技術

本發明專利技術涉及聚酰胺納米纖維產品及其制備方法、含有其的過濾器介質及具有該介質的過濾器部件，所述聚酰胺納米纖維產品具有PTFE顆粒，尤其是粘附以PTFE顆粒。所述制備方法采用紡絲溶液電紡絲進行，所述紡絲溶液包含聚酰胺、PTFE和提高導電率的添加劑。

【技術實現步驟摘要】
聚酰胺納米纖維產品及其制備方法、含有其的過濾器介質及具有該介質的過濾器部件
本專利技術涉及采用電紡絲生產聚酰胺納米纖維產品的方法、聚酰胺納米纖維產品、含有聚酰胺納米纖維產品的過濾器介質以及具有這樣的過濾器介質的過濾器部件。
技術介紹
目前，超細纖維(所謂的納米纖維，即具有主要(＞99％的纖維總數)在＜500nm范圍的纖維直徑的纖維)除了通過已知的方法如熔噴或海島法(Island-in-the-sea)以外，主要通過所謂的電紡絲法來制備。電紡絲(也稱作靜電紡絲)是一種為了由溶液或熔體，主要是聚合物制備連續纖維的通用方法，所述連續纖維具有幾微米至幾納米的直徑。該方法可通用，因為可以使用幾乎所有的可溶性的和可熔融的聚合物，此外，所述聚合物可以配備以非常不同的添加劑-從簡單的炭黑顆粒到復雜的種類如酶、病毒和細菌，并且可以是天然的也可以是化學改性的。在真正意義上，電紡絲不是纖維紡織法，而相反是用微纖維-和納米纖維非織造布的涂覆方法。因此，通過電紡絲幾乎任意固體的和液體的基材均可以被涂覆以聚合物纖維非織造布的薄的涂層，所述涂層具有典型的＜1g/m2的單位面積重量。這種電紡絲的聚合物纖維非織造布特別是金銀細絲的并且事實上僅應用于基材上。通過顯著提高電紡絲法的生產率，現在也可以獲得自承式電紡絲織物，其具有明顯更高的單位面積重量(最高至200g/m2)和因此不再能夠被視為涂層。圖1圖示了用于纖維生產的電紡絲實驗的結構。在現在的電紡絲裝置中，將聚合物溶液或-熔體22被細鋼絲5噴出，所述鋼絲具有約0.2mm厚的直徑。該鋼絲排列在圓筒上并通過環形運動定期浸在紡絲溶液中，其中所述鋼絲被溶液或熔體覆蓋。由于在紡絲溶液儲備容器21上附加了高壓，這導致溶液從鋼絲5噴出。在本專利技術范圍內使用的金屬絲電極例如描述在WO2008/098526和WO2008/8028428中。所施加的壓力起到使液滴在反電極方向上形成錐形的作用。在噴向反電極的途中，包含于紡絲溶液中的溶劑揮發(或熔體凝固)并且在反電極上以高速離析出具有數μm到小至幾nm直徑的固體纖維。如已述及的，幾乎所有的可溶性的和可熔融的聚合物均可用于電紡絲法。聚四氟乙烯(PTFE)是一種高溫聚合物，其具有出色的對化學藥品和環境影響的耐受性，并具有327℃的晶體熔化溫度。但是，由于其化學耐受性，它也幾乎不能溶于溶劑中。因此，不能提供給電紡絲工藝傳統的紡絲溶液，以由此制備nm范圍和/或亞微米范圍的精細纖維。迄今也不能提供基于熔體-電紡絲法制備的PTFE纖維。其原因在于，熔體相對高的熔融范圍和解離出有毒的氟化氫的分解傾向。此外，PTFE易于蠕變。通常，現有的用于加工PTFE的方法非常復雜，并且其適用性被限于制備相對簡單的粉末和糊料的壓制件和燒結件。然而，PTFE以其突出的駐極體性能及其明顯的憎水性是一種非常令人感興趣的用于過濾目的的材料。特別是例如通過電暈放電產生的負電荷可以良好地積聚在PTFE表面。由于水分造成的PTFE的放電僅非常緩慢地進行，因為該材料，如已述及的，是非常憎水的。因為PTFE實際上不能被紡成細纖維，而是僅能通過PTFE膜的延伸得到類似纖維的結構，所以由“纖維狀”膜的已經已知的溶液出發。其可以以非常復雜的技術由PTFE來制備，并隨后同樣再次用其它的聚合物纖維進行纖維化(befasert)。這樣，例如EP1878482公開了具有多孔PTFE膜、透空氣的支撐元件和由通過聚合物纖維的電紡絲形成的纖維材料層(織物層)的過濾介質。此外，由現有技術已知用于服飾中的微孔PTFE膜。另一個策略是選擇其它的含氟聚合物，且因此仿制所希望的PTFE的性能。因此，例如WO2009/018463公開了多種含氟聚合物的不同的共混物，其由丙酮溶液紡成細纖維層并隨后通過高能量的電子輻射交聯。但是，該方法非常復雜，并且由此得到的含氟聚合物細纖維層隨后僅能用于所描述的從液態烴混合物(例如柴油)分離水的應用目的。US2010/0193999公開了一種改進的通過具有至少50000cP的粘度的PTFE分散體進行電紡絲制備PTFE纖維墊的方法。這里，帶靜電的分散體被收集在目標靶上并在那里形成預產物，由所述預產物通過加熱除去溶劑并如此形成PTFE纖維墊。該文獻沒有包含對所制成的PTFE纖維的直徑的說明。其它的關于由水性的或另外的分散體加工和電紡絲PTFE的信息在US-專利4323525、4127706和4044404中給出。其中公開的PTFE纖維的纖維直徑在0.1-25微米的范圍。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的在于，提供用于生產配備有PTFE顆粒的納米纖維產品的方法，所述納米纖維產品尤其具有附著了PTFE顆粒的納米纖維，既所述產品具有主要(＞99％的纖維總數)在＜500nm范圍的纖維直徑的纖維以及尤其附著在所述納米纖維上的PTFE顆粒。本專利技術的另一目的在于，提供具有這樣的納米纖維產品的過濾介質，尤其用于空氣過濾。所述目的和進一步的目的通過根據權利要求1的方法以及通過根據權利要求9的聚酰胺-納米纖維產品來實現。在根據本專利技術的生產方法的一個特別的實施方案中，增加電導率的添加劑是特別是溶解在溶劑中來添加的耐酸的添加劑，尤其是基于一種或多種有機鹽，優選基于季銨化合物，進一步優選基于四烷基銨乙基硫酸鹽的添加劑。在本專利技術一個特別優選的實施方式中，所述添加劑具有表面活性劑作用，其起到更好形成纖維的作用。其原因是，通過表面活性的添加劑有利地包覆了PTFE顆粒。在有利的擴展方案中，向紡絲溶液添加了總批料的0.1-10重量％的PTFE比例，優選5-7.5重量％，且添加劑的比例為總批料的0.1-10重量％。添加劑的比例尤其為總批料的0.5-1.0重量％。作為總批料被理解為在所有成分和添加劑都加入后，既在實際的紡絲過程中存在的紡絲溶液的那個組合物。已證實，在所述紡絲溶液的組合物的情況下，一方面得到了足夠高的紡絲溶液的電導率，另一方面充分考慮了特別是通過加入太多添加劑令聚酰胺沉淀的危險。在本專利技術其它有利的擴展方案中，如此選擇添加提高電導率的添加劑，使得電導率＞1000μS/cm。在實踐中尤其確保紡絲溶液的總批料具有在10-20重量％之間的聚酰胺和70-90重量％的蟻酸和醋酸的混合物，其中優選蟻酸：醋酸的量的比例＝1∶1-1∶3。在優選的方式中將PTFE作為粉末加入，相對于作為分散體加入這具有聚酰胺不會被分散介質水沉淀的優點。與此相反，作為分散體加入具有確保了更好的可計量性的優點。根據本專利技術提供含PTFE顆粒的聚酰胺納米纖維，其中在一個優選的實施方式中，所述納米纖維或納米纖維產品具有10-500nm之間，優選80-220nm的平均(算術平均值)纖維直徑。關于該平均纖維直徑的測定參考由DE102009043273A1所描述的方法。根據本專利技術同樣提供具有根據本專利技術的納米纖維產品的過濾介質，其中所述過濾介質在一個特別優選的實施方式中具有用根據本專利技術的納米纖維或根據本專利技術的納米纖維產品涂覆的另外的過濾層，所述另外的過濾層尤其基于纖維素或合成介質。所述根據本專利技術的過濾元件尤其可以用于液體過濾、機動車車內過濾和/或發動機空氣過濾。附圖說明以下借助于附圖進一步說明本專利技術。其中：圖1a和1b圖示了用于制備纖維的電紡絲實驗的結構；圖2和3顯示沒有使用根據本發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于制備聚酰胺納米纖維產品的方法，所述聚酰胺納米纖維產品具有PTFE顆粒，尤其是粘附以PTFE顆粒，所述方法采用紡絲溶液電紡絲進行，所述紡絲溶液含有聚酰胺、PTFE和提高導電性的添加劑。

【技術特征摘要】
2011.08.09 DE 102011109767.11.用于制備聚酰胺納米纖維產品的方法，所述聚酰胺納米纖維產品粘附以PTFE顆粒，所述方法采用紡絲溶液電紡絲進行，所述紡絲溶液含有聚酰胺、PTFE和提高導電性的添加劑。2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述提高導電性的添加劑是耐酸的和/或表面活性的添加劑。3.根據權利要求2的方法，其特征在于，所述耐酸的和/或表面活性的添加劑基于一種或多種有機鹽。4.根據權利要求2的方法，其特征在于，所述耐酸的和/或表面活性的添加劑基于季銨化合物。5.根據權利要求2的方法，其特征在于，所述耐酸的和/或表面活性的添加劑基于四烷基銨乙基硫酸鹽。6.根據權利要求1-2任一項的方法，其特征在于，往所述紡絲溶液中加入整個批料的0.1-10重量%范圍的PTFE比例。7.根據權利要求1-2任一項的方法，其特征在于，往所述紡絲溶液中加入整個批料的5-7.5重量%范圍的PTFE比例。8.根據權利要求1-2任一項的方法，其特征在于，紡絲溶液中提高導電性的添加劑的比例為整個批料的0.1-10重量%。9.根據權利要求8的方法，其特征在于，紡絲溶液中提高導電性的添加劑的比例為整個批料的0.5-1.00重量%。10.根據權利要求1-2任一項的方法，其特征在于，如此選擇添加提高導電性的添加劑，使得紡絲溶液的電導率>1000μS/cm。11.根據權利要求1-2任一項的方法，其特征在于，所述紡絲溶液的整個批料具有10-20重量%之間的聚酰胺和70-90重量%的蟻酸和醋...

【專利技術屬性】
技術研發人員：N·貝倫特，A·克賴納，M·施坦布魯納，H·布羅西，B·施密德，
申請(專利權)人：曼·胡默爾有限公司，
類型：發明
國別省市：