專利名稱：精細(xì)聚合物的制造方法和精細(xì)聚合物制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造精細(xì)膨潤(rùn)(swelled)聚合物的方法以及一種精細(xì)聚合物制造設(shè)備，特別涉及一種制造納米纖維(nanofiber)產(chǎn)品用的精細(xì)膨潤(rùn)聚合物的制造方法，以及精細(xì)聚合物制造設(shè)備。
背景技術(shù)：
電紡絲(electrospinning)方法是一種公知的用于制造絲狀材料的方法，該材料包括聚合物，并且具有亞微米尺度的直徑(下面稱為納米纖維)。
電紡絲方法是一種通過下面方式產(chǎn)生納米纖維的方法通過設(shè)備的針形噴嘴將聚合物溶液朝著收集器(收集電極)噴射(或者使得聚合物溶液流動(dòng))。聚合物溶液含有溶劑和以顆粒形式分散在溶劑中的聚合物，并且噴嘴已經(jīng)被施加以高壓。
在電紡絲方法中，高壓施加到噴嘴，從而通過噴嘴噴射到預(yù)定空間中的聚合物溶液首先帶電。隨著溶劑蒸發(fā)，含有在空氣中飛行的聚合物微粒的聚合物溶液的電荷密度增大。在聚合物溶液中產(chǎn)生的沿著排斥方向的庫(kù)倫力超過聚合物溶液的表面張力時(shí)，聚合物溶液中的聚合物微粒被強(qiáng)烈地牽拉成線狀。這種現(xiàn)象稱為"靜電爆發(fā)"。這種靜電爆發(fā)順序地發(fā)生在預(yù)定空間中，產(chǎn)生納米纖維，含有具有亞微米直徑的精細(xì)聚合物微粒。
另外，通過將利用上述方法產(chǎn)生的納米纖維沉積在基底上，可以產(chǎn)生具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜，并且通過將納米纖維沉積在基底上，直到過程中納米纖維薄膜的厚度大于薄膜，可以制造高多孔性的絲網(wǎng)(web)(無(wú)紡織物)，具有亞微米尺度的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。
利用電紡絲方法制造的高多孔性織物具有納米量級(jí)的孔，并且具
5因此，高多孔性織物可應(yīng)用于過濾器、電池中的分離器、用于電池的聚合物電解質(zhì)、電極等，并且提供高性能。通過利用彼此平行設(shè)置的內(nèi)部噴嘴，現(xiàn)有的設(shè)備使得大量的納米纖維沉積在沉積單元上，并且根據(jù)用于產(chǎn)生大量納米纖維的方法，完成由納米纖維制成的高多孔性織物，以制造由納米纖維制成的實(shí)際的高多孔性織物(作為實(shí)例，見專利引用)。
設(shè)備在噴嘴和收集器之間施加5KV或者更大的高壓，并且或者地，將收集器接地，或者向收集器施加電壓，該電壓具有與施加到噴嘴的電壓相反的極性，并且產(chǎn)生納米纖維。
專利引用1:日本未審專利申請(qǐng)公開No. 2002-201559

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，用于產(chǎn)生納米纖維的一種原溶液是通過將顆粒形式的聚合物溶解(或者分散)在溶劑中而獲得。作為溶劑，有機(jī)溶劑用在許多情況中。原溶液中包含的有機(jī)溶劑在產(chǎn)生納米纖維的過程中蒸發(fā)，并且因此在選擇和使用有機(jī)溶劑方面必須給人們和環(huán)境以充分的考慮。例如，需要在封閉的空間中安裝納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備，或者作為預(yù)防，收集蒸發(fā)的有機(jī)溶劑。
在使用可燃有機(jī)溶劑的情況中，用于防止爆炸的預(yù)防措施對(duì)于納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備來(lái)說(shuō)必須采納。
因此，現(xiàn)有的納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備不可避免的很復(fù)雜并且尺寸大，增大了制造成本和空間成本。
另外，有機(jī)溶劑相對(duì)于原溶液的重量比需要高達(dá)50-95%,并且因此需要大量的有機(jī)溶劑以產(chǎn)生預(yù)定量的納米纖維。有機(jī)溶劑的成本是總成本增加的主要因素。
本發(fā)明提出從而解決上述問題，并且目標(biāo)是提供一種用于制造精細(xì)聚合物的方法，精細(xì)聚合物制造設(shè)備，和用于制造納米纖維產(chǎn)品的方法，納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備，全都是安全和便宜的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，用于制造包括精細(xì)膨潤(rùn)聚合物微粒的精細(xì)聚合物的方法，包括通過過熱蒸汽產(chǎn)生單元產(chǎn)生過熱蒸汽；
6通過壓力調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的過熱蒸汽的壓力；通過接收單元接收聚合物；通過加熱單元將接收的聚合物加熱到預(yù)定溫度；通過第一排出口排出加熱的聚合物；并且通過第二排出口排出所述過熱蒸汽，與加熱的聚合物被排出同時(shí)。這里，第二排出口圍繞第一排出口，并且第一排出口和第二排出口面向相同方向。
根據(jù)這個(gè)方法，可以制造更細(xì)微的聚合物微粒并且在溶劑中例如水中膨潤(rùn)聚合物，收集精細(xì)聚合物的精細(xì)膨潤(rùn)微粒，并且制造具有低粘度的精細(xì)聚合物。
另外，用于制造精細(xì)聚合物的方法可包括使得當(dāng)精細(xì)聚合物被排出時(shí)排出的精細(xì)聚合物重新供給接收單元。
利用這種結(jié)構(gòu)，可以制造聚合物的更精細(xì)的微粒，并且在溶劑例如水中多次膨潤(rùn)聚合物的微粒，從而精細(xì)聚合物變得均勻。
當(dāng)上述聚合物用于制造納米纖維時(shí)，可以安全和廉價(jià)地產(chǎn)生納米纖維。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的精細(xì)聚合物制造設(shè)備包括過熱蒸汽產(chǎn)生單元，構(gòu)造成產(chǎn)生過熱蒸汽；壓力調(diào)節(jié)單元，構(gòu)造成調(diào)節(jié)產(chǎn)生的過熱蒸汽的壓力；接收單元，用于接收聚合物；加熱單元，構(gòu)造成將接收的聚合物加熱到預(yù)定溫度；第一排出口，加熱的聚合物通過其排出；和第二排出口，過熱蒸汽通過其排出。這里，第二排出口圍繞第一排出口，第一排出口和第二排出口面向相同方向。
如上，通過這兩個(gè)排出口中的一個(gè)排出的流體是過熱蒸汽，這使得可以加熱和制造更細(xì)微的聚合物微粒，并且通過在聚合物微粒中的聚合物分子之間混合水分子，將聚合物微粒膨潤(rùn)。
另外，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為一種納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備，包括接收單元，用于接收聚合物；加熱單元，構(gòu)造成將聚合物加熱到預(yù)定溫度；第一排出口，加熱的聚合物通過其排出；和第二排出口，包含水的流體通過其排出，第二排出口圍繞第一排出口，第一和第二排出口朝向相同方向，電荷供應(yīng)電極，當(dāng)加熱的聚合物排出時(shí)將電荷施加到加熱的聚合物；收集電極，收集通過噴射孔噴射的納米纖維；和電源，用于在電荷施加電極和收集電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)。利用這種結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生含有精細(xì)膨潤(rùn)聚合物微粒的細(xì)微聚合物，并且通過造成一系列靜電爆發(fā)而安全和方便地產(chǎn)生納米纖維。
利用本發(fā)明，可以方便地提供精細(xì)聚合物，包括精細(xì)膨潤(rùn)聚合物微粒，作為原始材料，用于產(chǎn)生納米纖維。另外，當(dāng)精細(xì)聚合物用于產(chǎn)生納米纖維時(shí)，可以安全和廉價(jià)地產(chǎn)生納米纖維。
2007年7月11日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2007-182365的公開，包括說(shuō)明書、附圖和權(quán)利要求，在此整體引為參考。


通過下面的描述，結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和其它目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征將顯而易見，附圖示出了本發(fā)明的具體實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的精細(xì)聚合物制造設(shè)備的剖視圖。
圖2的概念視圖示出了聚合物的放大的微粒。
圖3是無(wú)紡織物制造設(shè)備的概念透視圖，包括納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備。
圖4的圖形示出了噴射單元和收集電極的實(shí)例。圖5是無(wú)紡織物制造設(shè)備的變形的透視圖。圖6是精細(xì)聚合物制造設(shè)備的變形的剖視圖。圖7是精細(xì)聚合物制造設(shè)備和納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備的剖視圖，它們彼此成整體。附圖標(biāo)記列表
100 精細(xì)聚合物制造設(shè)備
101 過熱蒸汽產(chǎn)生裝置
102 壓力調(diào)節(jié)裝置
103 接收箱
104 加熱器
105 電源
106 泵
107 存儲(chǔ)箱
108 控制裝置109溫度計(jì)
110內(nèi)部噴嘴
111第一排出口
112傳送路徑
120外部噴嘴
121第二排出口
122入口孔
130兩軸擠出器
131料斗
132再輸送路徑
136再供應(yīng)泵
200納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備
210噴射單元
211管道
212噴射孔
213噴嘴
214帶輪
215帶
216旋轉(zhuǎn)柱體
217軸
218電動(dòng)機(jī)
219基座
220收集電極
250第一電源
251第二電源
300無(wú)紡織物制造設(shè)備
360片層
370輸送單元
400納米纖維
400聚合物410 無(wú)紡織物。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例)
下面描述根據(jù)本發(fā)明的精細(xì)(微細(xì)，fine)聚合物制造設(shè)備100。 圖1是根據(jù)本發(fā)明精細(xì)聚合物(高分子材料)制造設(shè)備100的剖視圖。
如圖l,精細(xì)聚合物制造設(shè)備IOO包括過熱蒸汽產(chǎn)生裝置101， 作為過熱蒸汽產(chǎn)生單元；壓力調(diào)節(jié)裝置102，作為壓力調(diào)節(jié)單元；接收 箱103，作為接收單元；加熱器104，構(gòu)成加熱單元；電源105，構(gòu)成 加熱單元；內(nèi)部噴嘴110，具有第一排出口 111;外部噴嘴120，具有 第二排出口121;泵106;存儲(chǔ)箱107;和控制單元108。
過熱蒸汽產(chǎn)生裝置101包括蒸發(fā)器，其是飽和蒸汽產(chǎn)生裝置用于 產(chǎn)生飽和蒸汽，并且能夠?qū)⒃谡舭l(fā)器中產(chǎn)生的飽和蒸汽在正常壓力下加 熱到IOO攝氏度或者更高，并且能夠產(chǎn)生正常壓力的過熱蒸汽。這個(gè)實(shí) 施例中，假定將被供應(yīng)的過熱蒸汽的溫度被設(shè)定為在500攝氏度內(nèi)的任 意溫度。
這里，過熱蒸汽表示具有超過100攝氏度的溫度的蒸汽。本實(shí)施 例中，術(shù)語(yǔ)"過熱蒸汽"表示仏0氣相中的蒸汽。
用于加熱飽和蒸氣以產(chǎn)生過熱蒸氣的方法包括用于利用電加熱器 加熱飽和蒸氣的方法和用于通過燃燒燃料來(lái)加熱飽和蒸氣的方法。本實(shí) 施例中使用的方法是用于通過下列方式來(lái)產(chǎn)生過熱蒸氣的方法，捆扎多 個(gè)金屬管，利用渦流電流加熱將金屬管加熱，并且使得飽和蒸氣穿過每 個(gè)金屬管。用于加熱金屬管的電源是高頻電源(提供包括10KHz-60KHz 的頻率)。
作為壓力調(diào)節(jié)單元的壓力調(diào)節(jié)裝置102是這樣的裝置，其將過熱 蒸氣產(chǎn)生裝置101產(chǎn)生的具有正常壓力的過熱蒸氣的壓力增大到預(yù)定 壓力。通過第二排出口 121排出的具有預(yù)定壓力的過熱蒸氣可以使得聚 合物微粒更精細(xì)，并且在過熱蒸氣中使得通過第一排出口 111排出的聚 合物微粒膨潤(rùn)。接收箱103對(duì)應(yīng)于接收單元，聚合物被供送到其中，并且聚合物 存儲(chǔ)在其中。
加熱器104作為加熱單元，是圍繞接收箱103的電加熱器，加熱 在接收箱103中存儲(chǔ)的聚合物，直到聚合物的粘度充分減小從而能夠通 過第一排出口 111排出。
電源105，作為加熱單元，提供電能給加熱器104。將被提供的電 能可以任意調(diào)節(jié)。
第一排出口 111是一個(gè)開口部分，聚合物通過它排出，該聚合物 的溫度通過加熱蒸氣而升高，并且具有減小的粘度。第一排出口 111位 于內(nèi)部噴嘴110的邊緣處，該邊緣是傳送路徑112的邊緣部分，聚合物 通過傳送路徑被傳送。傳送路徑112的直徑朝著內(nèi)部噴嘴110的邊緣部 分變小。
第二排出口 121是一開口部分，壓力通過壓力調(diào)節(jié)裝置102而增 大的過熱蒸氣通過它排出，并且具有圍繞第一排出口 lll的圓形形狀。 外側(cè)噴嘴120包括位于邊緣處的第二排出口 121，具有相對(duì)于內(nèi)部噴嘴 110同心放置的柱體形狀。第二排出口 121的相反邊緣與傳送路徑112 的邊緣緊密接觸并且因此封閉。外部噴嘴120包括入口孔122，具有增 大壓力的過熱蒸氣通過該入口孔進(jìn)入。入口孔122與外部噴嘴120的周 壁的一部分成整體。
泵106用于將接收箱103中的聚合物泵送到第一排出口 111，該聚 合物由加熱器104加熱直到聚合物的粘度被減小到預(yù)定值。
存儲(chǔ)箱107接收聚合物，該聚合物含有精細(xì)膨潤(rùn)的聚合物微粒， 并且存儲(chǔ)聚合物連同水。
控制裝置108是計(jì)算機(jī)，用于控制壓力調(diào)節(jié)裝置102、電源105和 泵106等?？刂蒲b置108分析從溫度計(jì)109等獲得的數(shù)據(jù)，并且通過執(zhí) 行下列的反饋控制從而調(diào)節(jié)聚合物的溫度和壓力到預(yù)定值通過壓力調(diào) 節(jié)裝置102增大的過熱蒸氣的壓力，電源105施加到加熱器104的電能， 由泵106泵送的聚合物的壓力等。
下面描述用于制造精細(xì)聚合物的方法和精細(xì)聚合物制造設(shè)備ioo。
首先，適合的聚合物被供送到接收箱103中。聚合物可具有任何形式，例如顆粒(pellet)形式。不需要將用于被供送聚合物的聚合物 的數(shù)目限制到僅一種，可使用多種聚合物。
供送到接收箱103中的聚合物的溫度通過加熱器104增大到預(yù)定 溫度。聚合物的溫度總是利用溫度計(jì)109檢査。控制裝置108監(jiān)測(cè)溫度 變化，并且控制從電源105供應(yīng)的電能的量，從而聚合物的溫度保持在 預(yù)定溫度。
接下來(lái)，當(dāng)控制裝置108判斷出聚合物的溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)， 控制裝置108操作泵106，控制泵106以預(yù)定壓力泵送聚合物。這樣， 聚合物被泵送到第一排出口 111。
如上，聚合物以預(yù)定壓力通過第一排出口 lll排出。
另一方面，過熱蒸氣產(chǎn)生單元101產(chǎn)生具有預(yù)定溫度的過熱蒸氣。 壓力調(diào)節(jié)裝置102通過控制裝置108控制，以將通過過熱蒸氣產(chǎn)生裝置 110產(chǎn)生的過熱蒸氣的壓力增大到預(yù)定壓力。
具有預(yù)定壓力的過熱蒸氣供應(yīng)到外側(cè)噴嘴120，并且通過圍繞第一 排出口 111的第二排出口 121排出。
在過熱蒸氣通過第二排出口 121排出的同時(shí)，聚合物通過第一排 出口 111排出。氣-液混合的噴嘴提供了下面的作用具有微小微粒的 聚合物被噴射。
除了傳導(dǎo)加熱作用，過熱蒸氣具有高的輻射加熱作用，并且具有 下面的作用把從第一排出口 lll排出的聚合物加熱，并且降低聚合物 的粘度。當(dāng)聚合物和加熱蒸氣同時(shí)排出時(shí)，聚合物與加熱蒸氣混合。與 加熱蒸氣混合的聚合物被加熱，直到聚合物微粒被形成為細(xì)微到下列程 度聚合物的微粒中的分子沒有被破壞。如圖2b，水分子混合在聚合 物的聚合物微粒401中的精細(xì)聚合物分子之間。應(yīng)當(dāng)注意，圖2a示出 了聚合物微粒401，含有聚合物分子，但是不含有混合在聚合物分子之 間的水分子。
上述氣-液混合噴嘴和過熱蒸氣提供了下列作用使得聚合物的聚 合物微粒401更細(xì)微，達(dá)到5-100微米，并且將聚合物微粒401在溶劑 例如水中膨潤(rùn)。通過調(diào)節(jié)下列中的一個(gè)或一些可以將聚合物微粒401的 尺寸改變到任意尺寸，例如30微米和50微米過熱蒸氣的溫度和壓力，
12聚合物的溫度(粘度)和壓力。
最后，含有精細(xì)膨潤(rùn)聚合物微粒的精細(xì)聚合物與過熱蒸氣一起被
收集，并且與過熱蒸氣混合的聚合物存儲(chǔ)在存儲(chǔ)箱107中。
存儲(chǔ)的聚合物的聚合物分子分散在水中，如同聚合物被乳化(或 者準(zhǔn)乳化)。
上述設(shè)備和方法使得可以制造精細(xì)聚合物，含有精細(xì)膨潤(rùn)的聚合 物微粒，并且具有低粘度，同時(shí)不必使用任何有機(jī)溶劑。另外，精細(xì)聚 合物微粒401方便分開，因?yàn)樗肿踊旌显诰?xì)聚合物分子之間，并且 聚合物的聚合物微粒401中的聚合物分子的分子間的力削弱。
具有另一種方法用于利用超聲波振動(dòng)來(lái)精細(xì)化聚合物的聚合物微 粒401，但是這種方法帶來(lái)一個(gè)問題，超聲波振動(dòng)將聚合物分子分成具 有與材料不同特性的低分子量分子。相反，上述設(shè)備和方法可以提供具 有低粘度和作為聚合物所需特性的聚合物，不使用任何有機(jī)溶劑，因?yàn)?供送的聚合物的聚合物分子保持完整未動(dòng)。
可用作聚合物的聚合物的實(shí)例如下聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯， 聚環(huán)氧乙烷，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯
(poiybutylene ter印hthalate)，聚鄰苯二甲酸酯，聚間苯對(duì)苯二酸 酉旨(poly-m-phenylene ter印hthalate )， 聚對(duì)苯間苯二甲酸
(poly-p-phenylene isophthalate)，聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluorides)，聚偏二氟乙諒-六氟丙烯共聚物(polyvinylidene difluoride-hexafluoro propylene copolymer)， 聚氯乙烯，聚偏二氯 乙烯-丙烯酸脂共聚物，聚丙烯腈，聚丙烯腈-異丁烯酸酯共聚物，聚碳 酸酯，聚烯丙基化物(polyallylate)，聚酯碳酸酯，尼龍，芳族聚酰 胺，聚已酸內(nèi)酯，聚乳酸(polylactric acid),聚乙醇酸，膠原質(zhì)， 聚-P-羥基丁酸(polyhydroxybutyric acid)，多乙酸乙烯酯和縮多氨 酸。另外，還可以提供從所列出的聚合物中通過任意選擇和供送多種類 型聚合物而獲得的聚合物的合成物。
下面描述用于利用精細(xì)聚合物制造納米纖維產(chǎn)品的方法，該聚合 物含有利用上述設(shè)備制造的精細(xì)膨潤(rùn)的聚合物微粒，以及描述納米纖維 產(chǎn)品制造設(shè)備、用于通過將產(chǎn)生的納米纖維沉積制造無(wú)紡織物的方法、和無(wú)紡織物制造設(shè)備。
圖3是無(wú)紡織物制造設(shè)備300的概念性透視圖，包括納米纖維產(chǎn) 品制造設(shè)備。
如圖3，無(wú)紡織物制造設(shè)備300包括納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備200， 包括噴射單元210和收集電極220;和沉積片層360，作為沉積單元。 應(yīng)當(dāng)注意，標(biāo)記400指示將被噴射的聚合物和處理中的納米纖維薄膜， 因?yàn)樗鼈儾荒鼙舜饲宄貐^(qū)分，并且標(biāo)記410指示完成的無(wú)紡織物。
噴射單元210是具有噴射孔的裝置，用于噴射聚合物(或使得聚 合物流動(dòng))，用于產(chǎn)生納米纖維。第一電源250將相對(duì)于地電勢(shì)預(yù)定的 電勢(shì)施加到噴射單元210。
噴射單元210連接到用于存儲(chǔ)聚合物的存儲(chǔ)箱107和管道211，通 過管道211，含有精細(xì)膨潤(rùn)聚合物微粒的精細(xì)聚合物被提供以預(yù)定壓力。
收集電極220連接到第二電源251，從而預(yù)定電壓施加到噴射單元 210，并且收集產(chǎn)生的納米纖維400。
應(yīng)當(dāng)注意，第一電源250和第二電源251具有將噴射單元210直 接接地的功能。僅僅需要的是納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備200在噴射單元 210和收集電極220之間產(chǎn)生電場(chǎng)(電力線)。除了直接從第一電源250 和第二電源251施加電荷，通過施加電勢(shì)給第三電極，納米纖維產(chǎn)品制 造設(shè)備200可給噴射單元210和收集電極220感應(yīng)電荷，并且從而可產(chǎn) 生電場(chǎng)。
另外，無(wú)機(jī)固體材料可混合在聚合物中。無(wú)機(jī)固體材料例如用作 團(tuán)粒(aggregate),用于將產(chǎn)生的納米纖維，并且用作由納米纖維承載 的溶劑。無(wú)機(jī)固體材料的實(shí)例包括氧化物，碳化物，氮化物，硼化物， 硅化物，氟化物，氫硫化物。適合的是，在耐熱和易處理性方面使用氧 化物。
氧化物的實(shí)例包括A1203， Si02， Ti02， Li20， Na20， MgO， CaO， SrO， BaO， B203， P205， Sn02， Zr02， K20， Cs20， ZnO， Sb203， As203， Ce02， V205， Cr203， MnO， Fe203， CoO， NiO， Y203， Lu203， Yb203， Hf02， Nb205。 至少其中一種可以使用，但是備選物不限于此。
沉積片層360是這樣的部件，在預(yù)定空間中產(chǎn)生的納米纖維400
14沉積在其上，并且是柔性的薄的連續(xù)片層，由沉積的納米纖維制成的納
米纖維薄膜可以方便地與其分開。沉積片層360被巻起并且以巻狀形式 供應(yīng)。傳送單元370輸送沉積片層360的一部分，在其上，納米纖維沿 著圖3箭頭所示的方向沉積。片層360與在沉積片層360上產(chǎn)生的無(wú)紡 織物410—起被重新巻起。
傳送單元370是這樣的裝置，通過利用電動(dòng)機(jī)(未示出)使得圖3 所示的滾子旋轉(zhuǎn)，其能夠沿著一個(gè)方向傳送所述沉積片層360，保持預(yù) 定張緊。
應(yīng)當(dāng)注意，噴射單元210和收集電極220具有各種變形，并且具 有這些的多種組合。圖3中，噴射單元210和收集電極220通過交替的 長(zhǎng)短虛線示意性示出，并且噴射單元210和收集電極220的具體變形下 面描述。
圖4的圖形示出了噴射單元210和收集電極220的實(shí)例。
應(yīng)當(dāng)注意，噴射單元210在圖4中放大從而使得噴射單元210和 收集電極220之間的關(guān)系更清楚。實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)柱體216的直徑大約是 數(shù)厘米到數(shù)十厘米，而收集電極220的直徑為數(shù)米。
收集電極220是柱狀的，并且可以與沉積片層360的運(yùn)動(dòng)同步旋 轉(zhuǎn)。收集電極220具有柱形的邊緣部分，其上可以進(jìn)行圓形倒角，從而 收集電極220的直徑朝著邊緣逐漸減小。
收集電極220的周邊部分的表面遠(yuǎn)離(against)噴射單元210彎 曲，從而防止電場(chǎng)被邊緣干涉。這使得可以產(chǎn)生納米纖維400的極好沉 積。
如圖4,噴射單元210是這樣的裝置，其利用離心力噴射聚合物(或 者使得聚合物流動(dòng))。噴射單元210包括旋轉(zhuǎn)柱體216;軸217，是旋 轉(zhuǎn)軸線，并且用作管道211，用于供應(yīng)聚合物400;電動(dòng)機(jī)218;基部 219;帶215;和帶輪214。
旋轉(zhuǎn)柱體216包括噴射噴嘴213，以放射狀的方式設(shè)置。這些噴嘴 213包括位于具有封閉端的旋轉(zhuǎn)柱體216的周壁上的噴射孔212。旋轉(zhuǎn) 柱體216具有另一端，在其中間連接軸217。旋轉(zhuǎn)柱體216通過軸217 連接到基座219,從而它可以旋轉(zhuǎn)。
15電動(dòng)機(jī)218和固定在軸217上的帶輪214利用帶215連接，電動(dòng) 機(jī)218連接到基座219。這種結(jié)構(gòu)中，電動(dòng)機(jī)218的旋轉(zhuǎn)使得旋轉(zhuǎn)柱體 216相對(duì)于基座219旋轉(zhuǎn)。
軸217連接到旋轉(zhuǎn)柱體216的其它邊緣，從而流體可以穿過軸217 內(nèi)部和旋轉(zhuǎn)柱體216。軸217和旋轉(zhuǎn)柱體216由導(dǎo)體制成。軸217通過 電刷(brush)連接到第一電源250。電刷使得可以保持預(yù)定電勢(shì)，即 使當(dāng)旋轉(zhuǎn)柱體216旋轉(zhuǎn)時(shí)。
旋轉(zhuǎn)柱體216通過軸217連接到存儲(chǔ)箱107，其中存儲(chǔ)聚合物400。 泵連接在一路徑上，聚合物400通過該路徑被供送，并且泵將聚合物 400朝著旋轉(zhuǎn)柱體216泵送。
下面描述用于制造納米纖維400制成的納米纖維產(chǎn)品的方法，用 于與納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備200 —起使用，該設(shè)備包括噴射單元210和 收集電極220，并且描述用于通過沉積所制造的納米纖維400來(lái)制造無(wú) 紡織物的方法。
首先，聚合物400從存儲(chǔ)箱107朝著旋轉(zhuǎn)柱體216泵送。這個(gè)實(shí) 施例中，泵送壓力相對(duì)低，因?yàn)榫酆衔?00被噴射，沒有使用泵送壓力。
聚合物400通過軸217 (管道211)被噴射到旋轉(zhuǎn)柱體216內(nèi)部。 旋轉(zhuǎn)柱體216通過電動(dòng)機(jī)218旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)在噴射的聚合物400中產(chǎn)生離 心力。通過離心力，聚合物400以放射狀的方式通過噴射孔212被噴射 到旋轉(zhuǎn)柱體216外，該噴射孔刺穿旋轉(zhuǎn)柱體216的周壁中。
因?yàn)榫酆衔?00通過旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)柱體216中的噴射孔212被噴射， 聚合物400通過噴射孔212被均勻地噴射到空間內(nèi)的整個(gè)表面上，即使 當(dāng)噴射孔212的形狀某些程度上不同時(shí)。上述噴射單元210的使用使得 可以制造相當(dāng)大量的納米纖維400，每次具有相同質(zhì)量。這使得可以制 造無(wú)紡織物410，其中納米纖維被均勻分散。
第二電源251向收集電極220施加電壓，該電壓被確定在下列其 中一個(gè)范圍內(nèi)從正10 KV到正200 KV;并且從負(fù)10 KV到負(fù)200KV。 根據(jù)收集電極220的電壓感應(yīng)的電荷產(chǎn)生在接地的旋轉(zhuǎn)柱體216中，并 且電場(chǎng)(電力線)產(chǎn)生在旋轉(zhuǎn)柱體216和收集電極220之間。
這種狀態(tài)中，聚合物400從旋轉(zhuǎn)柱體216噴射。產(chǎn)生一系列靜電爆發(fā)所需的電荷被施加到聚合物400。聚合物400的微粒沿著電場(chǎng)(電 力線)飛舞，并且產(chǎn)生順序的靜電爆發(fā)，產(chǎn)生納米纖維400。
這里，聚合物400含有膨潤(rùn)的高聚合物微粒，其中，水分子存在 于聚合物分子之間。因此，包含膨潤(rùn)的高聚合物微粒的聚合物400的體 積大于不含有任何膨潤(rùn)聚合物微粒的聚合物的體積。與不含有這種膨潤(rùn) 聚合物微粒的聚合物相比，含有膨潤(rùn)聚合物微粒的聚合物400可以保持 較大量的電荷。隨著水蒸發(fā)，施加的電荷深深穿入聚合物400的聚合物 微粒內(nèi)，并且產(chǎn)生順序的靜電爆發(fā)，這樣，組合的聚合物分子彼此分開。 因此，使用通過該方法制備的聚合物400使得可以產(chǎn)生納米纖維，不使 用任何有機(jī)溶劑。
產(chǎn)生的納米纖維400沉積在所述沉積片層360上，沉積片層360 逐漸巻起，在沉積片層360上產(chǎn)生連續(xù)的無(wú)紡織物。
這個(gè)實(shí)施例中，可以確定噴射單元210具有地電勢(shì)，但是任意的 輸出電壓例如從負(fù)1 KV到正1KV的電壓可以施加到噴射單元210。
圖4示出了單個(gè)噴射單元210，但是在使用寬的沉積片層360的情 況中，或者增加納米纖維薄膜的厚度，有效的是使用以某種方式設(shè)置的 多個(gè)噴射單元210，。
應(yīng)當(dāng)注意，噴射單元210的結(jié)構(gòu)不限于本實(shí)施例描述的結(jié)構(gòu)。例 如，如圖5，噴嘴213可相對(duì)于收集電極220固定。這種情況中，通過 相對(duì)于沉積片層360的運(yùn)動(dòng)方向?qū)堑卦O(shè)置多個(gè)噴嘴213，可以拓寬各 個(gè)噴嘴213的間隔，并且將納米纖維400均勻地沉積在所述沉積片層 360上。
下面描述精細(xì)聚合物制造設(shè)備的變形。
圖6的精細(xì)聚合物制造設(shè)備100包括再供應(yīng)泵136，用于將存儲(chǔ) 箱107中存儲(chǔ)的聚合物重新供應(yīng)到接收箱103;和再輸送路徑132。
利用這種結(jié)構(gòu)，可以使得沉淀和成塊的聚合物重新均勻，并且進(jìn) 而在溶劑中使得聚合物的微粒變得更加精細(xì)和膨潤(rùn)。
另外如圖7，可以進(jìn)行下列過程向料斗131供送聚合物和粒狀形 式的無(wú)機(jī)材料；利用攪拌器攪拌聚合物和無(wú)機(jī)材料，例如兩軸擠出器 130等，同時(shí)利用加熱器104加熱聚合物和無(wú)機(jī)材料；和將聚合物通過第一排出口 lll排出。
另外，內(nèi)部噴嘴110和外部噴嘴120可以接地，并用作噴射單元 210。這種情況中，聚合物的微粒變得更加精細(xì)并在過熱蒸汽中膨潤(rùn)， 并且從氣-液混合的噴嘴飛出，并且接地的內(nèi)部噴嘴IIO和外部噴嘴120 用作電荷施加電極，用于施加電荷到將被通過內(nèi)部噴嘴IIO和外部噴嘴 120排出的聚合物。聚合物的微粒在具有高電壓的收集電極220和內(nèi)部 噴嘴IIO、外部噴嘴120中的每一個(gè)之間產(chǎn)生的電場(chǎng)中飛行，產(chǎn)生順序 的靜電爆發(fā)。
利用這種結(jié)構(gòu)，可以執(zhí)行順序的處理，以供送聚合物開始，并且 以產(chǎn)生納米纖維產(chǎn)品結(jié)束。
本實(shí)施例中沒有使用有機(jī)溶劑，但是應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不完全排 除使用有機(jī)溶劑。適當(dāng)量的有機(jī)溶劑可用于調(diào)節(jié)聚合物的粘度或者根據(jù) 需要用于其它目的。
本發(fā)明公開了利用水做溶劑和過熱蒸汽來(lái)乳化或者準(zhǔn)乳化聚合 物，但是用于產(chǎn)生納米纖維的原溶液(raw solution)中含有的材料不 限于這些。例如，原溶液可以通過使用氣-液混合的噴嘴來(lái)乳化或者準(zhǔn) 乳化，僅不使用過熱蒸汽，取決于聚合物的類型。下面是具體的實(shí)例。 聚合物例如聚乙烯醇(PVA)如何溶解在水中根據(jù)皂化程度而改變。因 此，取決于將被使用的聚合物的皂化程度，可以制造原溶液，其中，聚 乙烯醇(PVA)通過使用圖1結(jié)構(gòu)的設(shè)備而被乳化或者準(zhǔn)乳化，但不使 用過熱蒸汽。
使得用于產(chǎn)生納米纖維的水溶聚合物乳化的方法不限于此。利用 攪拌器、豎式轉(zhuǎn)錐磨機(jī)、勻化器等的方法可用于制造乳化的聚合物或者 準(zhǔn)乳化的聚合物，從而利用制造的聚合物產(chǎn)生納米纖維。
應(yīng)當(dāng)注意，在乳化聚合物和準(zhǔn)乳化聚合物之間沒有明顯的界限。 例如，當(dāng)聚合物的微粒被乳化持續(xù)預(yù)定時(shí)間段時(shí)，但是隨著時(shí)間過去， 隨后微粒沉積或者溶解，這種聚合物可描述為準(zhǔn)乳化聚合物。
雖然上面僅詳細(xì)描述了本發(fā)明的典型實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人 員將知道，在不本質(zhì)上脫離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的情況下，可以對(duì) 典型實(shí)施例作出多種變化。因此，所有這種變化都落在本發(fā)明范圍內(nèi)。實(shí)例
下面描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例，與現(xiàn)有的實(shí)例相比較。
(利用普通方法的試驗(yàn)1) 首先，用于產(chǎn)生納米纖維的原溶液利用下列方法產(chǎn)生。
聚乙烯醇(PVA)和水(自來(lái)水)被準(zhǔn)備，分別作為聚合物和溶劑。 通過將PVA和水供送到容器中，以所列順序的10比90的體積比 率攪拌，混合的液體產(chǎn)生。
通過使用攪拌翼，混合液體被混勻。
通過上述過程，產(chǎn)生下列原溶液原溶液，攪勻24小時(shí)；原溶液，
攪勻36小時(shí)；原溶液，攪勻48小時(shí)。
同時(shí)，用于產(chǎn)生納米纖維的原溶液通過利用圖6所示的精細(xì)聚合
物制造設(shè)備100根據(jù)下面描述的方法產(chǎn)生。
液體PVA (室溫下)被泵送，并且通過第一排出口 111排出。 過熱蒸汽(具有300攝氏度的溫度)通過第二排出口 121排出。 液體PVA和過熱蒸汽被重復(fù)地排出，同時(shí)存儲(chǔ)箱107中收集的液
體被循環(huán)。
通過上述過程，產(chǎn)生下列原溶液原溶液，循環(huán)IO分鐘；原溶液， 循環(huán)20分鐘；和原溶液，循環(huán)30分鐘。
這些原溶液分別用于通過使用精細(xì)聚合物制造設(shè)備100產(chǎn)生納米 纖維。攪勻48小時(shí)的原始材料和通過利用精細(xì)聚合物制造設(shè)備100循 環(huán)的循環(huán)30分鐘的原溶液的組合產(chǎn)生了含有極好PVA的納米纖維。試 驗(yàn)1顯示出通過使用過熱蒸汽和在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的含有PVA的原溶液產(chǎn)
生極好的納米纖維。
(利用本發(fā)明的試驗(yàn)2)
尼龍和蟻酸分別被準(zhǔn)備作為聚合物和溶劑。
通過將尼龍和蟻酸供送到容器中攪勻，產(chǎn)生混合的液體，所列出 的順序的體積比為10比90。
混合的液體通過使用攪勻翼被攪勻。
通過上述過程，產(chǎn)生下列原溶液原溶液，攪勻24小時(shí)；原溶液， 攪勻36小時(shí)；原溶液，攪勻48小時(shí)。同時(shí)，用于產(chǎn)生納米纖維的原溶液通過利用圖6所示的精細(xì)聚合 物制造設(shè)備100根據(jù)下面描述的方法產(chǎn)生。
含有蟻酸和尼龍的混合液體被泵送并且通過第一排出口 lll排出， 尼龍被碎化(crashed)并且分散在蟻酸中。
過熱蒸汽(具有300攝氏度的溫度)通過第二排出口 121排出。
混合液體和過熱蒸汽被重復(fù)地排出，同時(shí)存儲(chǔ)箱107中收集的液 體被循環(huán)。
通過上述過程，產(chǎn)生下列原溶液原溶液，循環(huán)IO分鐘；原溶液， 循環(huán)20分鐘；和原溶液，循環(huán)30分鐘。每個(gè)原溶液的體積被測(cè)量，并 且測(cè)量顯示出，整個(gè)原溶液中蟻酸的比率大約從90%下降到70%。
這些原溶液分別用于通過使用精細(xì)聚合物制造設(shè)備100產(chǎn)生納米 纖維。攪勻48小時(shí)的原始材料和通過利用精細(xì)聚合物制造設(shè)備100循 環(huán)30分鐘的原溶液的組合產(chǎn)生了含有極好尼龍的納米纖維。試驗(yàn)2顯 示出極好的納米纖維通過下列方式產(chǎn)生通過將尼龍和蟻酸混合以獲得 含有尼龍和蟻酸的混合液體，將混合液體泵送，排出混合液體和過熱蒸 汽。除此之外，試驗(yàn)2顯示出這種方法使得可以極大地降低溶劑的量。 因此，在使用需要大量昂貴溶劑的樹脂的情況中，該方法是有效的。
如上，本發(fā)明中，從第一排出口排出的聚合物同樣處于這樣的形
式中聚合物溶解在有機(jī)溶劑中。這種情況中，來(lái)自過熱蒸汽的水分子
混合到組合的聚合物和有機(jī)溶劑中，因此使得能夠乳化。結(jié)果，通過利 用乳化液體制造納米纖維，將被使用的有機(jī)溶劑的量極大地減少，作用 是非常顯著的。另外，穩(wěn)定的原溶液在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生，因此制造過程也 可縮短。 工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明可用于需要具有低粘度的聚合物的領(lǐng)域中，特別是可用于 產(chǎn)生納米纖維和用于制造纖維紡絲和無(wú)紡織物，納米纖維用于其。
權(quán)利要求
1.一種用于制造精細(xì)聚合物的方法，該方法包括產(chǎn)生過熱蒸汽，所述產(chǎn)生步驟是通過過熱蒸汽產(chǎn)生單元來(lái)進(jìn)行的；調(diào)節(jié)在所述產(chǎn)生步驟中產(chǎn)生的過熱蒸汽的壓力，所述調(diào)節(jié)步驟通過壓力調(diào)節(jié)單元進(jìn)行；接收聚合物，所述接收步驟通過接收單元進(jìn)行；將所述接收步驟中接收的聚合物加熱到預(yù)定溫度，所述加熱步驟通過加熱單元進(jìn)行；將具有預(yù)定溫度的加熱后的聚合物通過第一排出口排出；和與進(jìn)行所述聚合物的排出同時(shí)，將過熱蒸汽通過第二排出口排出，第二排出口圍繞第一排出口，并且第一排出口和第二排出口面向相同方向。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于制造精細(xì)聚合物的方法，其特征在于， 所述方法還包括將所述精細(xì)聚合物的排出步驟中排出的精細(xì)聚合物重新供應(yīng)到接 收單元。
3. —種精細(xì)聚合物制造設(shè)備，包括 過熱蒸汽產(chǎn)生單元，構(gòu)造成產(chǎn)生過熱蒸汽；壓力調(diào)節(jié)單元，構(gòu)造成調(diào)節(jié)由所述過熱蒸汽產(chǎn)生單元產(chǎn)生的過熱 蒸汽的壓力；接收單元，用于接收聚合物；加熱單元，構(gòu)造成將接收的聚合物加熱到預(yù)定溫度； 第一排出口，加熱的聚合物通過第一排出口排出；禾口 第二排出口，過熱蒸汽通過第二排出口排出，所述第二排出口圍 繞所述第一排出口 ，所述第一排出口和第二排出口面向相同方向。
4. 如權(quán)利要求3所述的精細(xì)聚合物制造設(shè)備，其特征在于，還包括輸送單元，構(gòu)造成將通過第一排出口排出的精細(xì)聚合物輸送到所 述接收單元。
5. —種用于制造由納米纖維制成的納米纖維產(chǎn)品的方法，所述方 法用于納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備，該設(shè)備包括噴射單元，具有噴射孔， 用于制造納米纖維產(chǎn)品的原溶液通過該噴射孔噴射；和收集電極，其收 集通過噴射孔噴射的納米纖維，所述方法包括-噴射原溶液，該原溶液含有水和分散在水中的精細(xì)聚合物，所述 原溶液的噴射通過噴射單元進(jìn)行；當(dāng)原溶液噴射時(shí)，向原溶液施加電荷；和 在噴射單元和收集電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)。
6. 如權(quán)利要求5所述的用于制造納米纖維產(chǎn)品的方法，其特征在 于，所述方法還包括-接收聚合物，所述接收步驟通過接收單元進(jìn)行； 將所述接收步驟中接收的聚合物加熱到預(yù)定溫度，所述加熱步驟 通過加熱單元進(jìn)行；通過第一排出口排出加熱后的聚合物；和與進(jìn)行聚合物的所述排出同時(shí)，通過第二排出口排出含有水的流 體，第二排出口圍繞第一排出口，第一排出口和第二排出口面向相同方向，其中在所述噴射步驟中噴射的原溶液通過所述加熱后的聚合物的 排出和含有水的流體的所述排出產(chǎn)生，所述原溶液含有水以及水中分散 的精細(xì)聚合物。
7. 如權(quán)利要求6所述的用于制造納米纖維產(chǎn)品的方法，其特征在 于，還包括產(chǎn)生過熱蒸汽，所述產(chǎn)生步驟通過過熱蒸汽產(chǎn)生單元進(jìn)行；和 調(diào)節(jié)在所述產(chǎn)生步驟中產(chǎn)生的過熱蒸汽的壓力，所述調(diào)節(jié)步驟通過壓力調(diào)節(jié)單元進(jìn)行，其中在所述含有水的流體的排出中，過熱蒸汽作為含有水的流體排出。
8. —種納米纖維產(chǎn)品制造設(shè)備，包括 接收單元，用于接收聚合物；加熱單元，構(gòu)造成將聚合物加熱到預(yù)定溫度； 第一排出口，加熱后的聚合物通過第一排出口排出；和 第二排出口，含有水的流體通過第二排出口排出， 所述第二排出口圍繞第一排出口 ，第一排出口和第二排出口面向 相同方向，電荷施加電極，當(dāng)加熱后的聚合物排出時(shí)，電荷施加電極向加熱 后的聚合物施加電荷；收集電極，收集通過噴射孔噴射的納米纖維；和 電源，用于在電荷施加電極和收集電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)。
9. 如權(quán)利要求8所述的納米產(chǎn)品制造設(shè)備，其特征在于，所述設(shè) 備包括過熱蒸汽產(chǎn)生單元，構(gòu)造成產(chǎn)生過熱蒸汽；和壓力調(diào)節(jié)單元，構(gòu)造成調(diào)節(jié)由所述過熱蒸汽產(chǎn)生單元產(chǎn)生的過熱 蒸汽的壓力，其中所述第二排出口用于排出過熱蒸汽作為含有水的流體。
全文摘要
一種用于制造微細(xì)聚合物的方法，包括通過過熱蒸氣產(chǎn)生單元(101)產(chǎn)生過熱蒸氣；通過壓力調(diào)節(jié)單元(102)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的過熱蒸氣的壓力；通過接收單元(103)接收聚合物；通過加熱單元(104)加熱接收的聚合物到預(yù)定溫度；通過第一排出口(111)排出加熱的聚合物；與加熱的聚合物排出同時(shí)，通過第二排出口(121)排出過熱蒸氣。這里，第二排出口(121)圍繞第一排出口(111)，第一排出口(111)和第二排出口(121)面向相同方向。
文檔編號(hào)D01D5/04GK101688329SQ200880024018
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者住田寬人, 富永善章, 石川和宜, 竹澤干夫, 高橋光弘, 黑川崇裕 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社