纳米材料与分子纳米技术杂志

从实验室到中试规模：添加导电添加剂的熔融电纺聚丙烯纳米纤维

Koenig K、Langensiepen F、Seide G、Daenicke J 和 Schubert DW 

本文研究了在单喷嘴实验室和 600 喷嘴中试装置中熔融静电纺丝过程中使用导电添加剂（例如硬脂酸钠 (NaSt)、油酸钠 (NaOl) 和 Irgastat）制造聚丙烯 (PP) 纳米纤维的可行性。使用不同等级的高熔体流动指数 (MFI=450-1200 g/10 min) 和不同量的添加剂。研究了添加剂对纤维直径、热性能、电导率和聚合物降解的影响。在实验室规模上，使用 PP HL712FB、4 wt% NaSt 和 2 wt% Irgastat 的化合物可实现小于 500 nm 的纤维直径。实验室规模装置通过可加热的纺丝室进行扩展，这会影响纤维直径的减小。纳米纤维的制造原则上归因于添加剂引入后电导率的增加。在中试规模中，使用 PP HL508FB 和 2 wt% NaSt 可以实现最小纤维直径 6.64 μm。单喷嘴纤维生产与中试规模工厂之间的比较表明，结果的转移不可能不费吹灰之力。由于在喷嘴中的停留时间较长，可以使用高温尺寸排阻色谱法检测到聚合物的强烈热降解，其中 NaOl 对热降解的影响最大。高熔体流动 PP HL712FB 及其化合物由于其粘度低而无法用中试规模设备加工，导致喷丝头内的压力不足。材料不可纺的另一个原因是挤出步骤中先前的熔体制备引起的更高热应力和机械应力。需要对中试工厂进行进一步调整，以确保喷嘴板中的恒定温度分布，从而实现均匀的纤维横截面。实施不均匀收集器已成功导致纤维均匀沉积，从而获得各向同性的无纺布。