專利名稱：一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種利用電流體力學(xué)方法制備降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的方法及應(yīng)用，特別是借助荷相反電荷的流體的作用與其它幫助流體化被加工材料固化技術(shù)結(jié)合而獲得降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的方法。該方法適用于降低團(tuán)聚超細(xì)材料的制備。
背景技術(shù)：
超細(xì)材料是尺寸在微米及納米范圍的細(xì)小粒子及細(xì)小纖維，由于其與體材料相比具有比較大的比表面積、較高的表面能及高的表面活性，其表面與界面性質(zhì)與塊體材料相比往往會有很大的變化，因此目前在醫(yī)藥、涂料、催化、傳感、食品、紡織、日用化學(xué)品及農(nóng)牧業(yè)等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在超細(xì)材料的應(yīng)用中人們發(fā)現(xiàn)超細(xì)材料尺寸的控制可以有效改善其使用效果。例如，當(dāng)微顆粒比較細(xì)小時，其增大的比表面積往往可以大大改善材料的使用性能。當(dāng)藥品、食品、化妝品達(dá)到微米或亞微米級后，極易被人體或皮膚吸收，因而大大提高其功效。而細(xì)化水泥由于固體粉粒的表面特性及活性都大大提高，所以可以提高水泥的強(qiáng)度。這正是目前人們大規(guī)模研究納米材料的原因。而當(dāng)微膠囊比較細(xì)小時也往往可以拓展微囊的使用范圍或者改善其使用效果。如人體中最細(xì)的毛細(xì)血管直徑約有4微米，當(dāng)微膠囊尺寸減小至納米尺寸時，載藥的納米膠囊就可以很好地通過，從而避免毛細(xì)血管的堵塞。因此廉價、方便、高效地獲得超細(xì)材料就成為人們高度關(guān)注的課題。
目前，制備超細(xì)材料的方法很多。如微顆粒的制備可以采用溶膠-凝膠法、氣相蒸發(fā)冷凝法、氣相反應(yīng)法、噴霧干燥法等。微膠囊的制備則可以采用物理化學(xué)原理的制備技術(shù)、物理和機(jī)械原理的制備技術(shù)等。而超細(xì)纖維的制備則可以采用海島復(fù)合纖維法、生產(chǎn)超極細(xì)短纖維的閃蒸紡絲法及電紡等方法。
在眾多的超細(xì)材料的制備方法中，流體態(tài)被加工材料通過包括噴霧方法在內(nèi)的流體力學(xué)方法而制備成超細(xì)材料的技術(shù)是其中比較成功的方法之一并在超細(xì)粉體、超短纖維的制備、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。然而，目前通過流體力學(xué)方法制備的微顆粒、微纖維在顆粒尺寸的縮小、均一性方面還不能令人滿意，因此人們還在研究通過包括采用超臨界流體等各種手段來改善流體力學(xué)工藝。而靜電的引入無疑是其中一種優(yōu)良之選。因為靜電不僅可以幫助減小超細(xì)材料的尺寸、提高超細(xì)材料的均勻度而且可以提供利用電場來操控超細(xì)材料的手段。
然而，目前的包括靜電噴霧技術(shù)在內(nèi)電流體力學(xué)方法還被局限在靜電噴涂、靜電噴霧冷卻、除塵、滅火、燃燒、及靜電農(nóng)藥噴灑等方面，還沒有被廣泛應(yīng)用于微顆粒、微膠囊其它相關(guān)領(lǐng)域之中；而電紡技術(shù)則尚處研發(fā)之中。其中原因之一就在于目前電流體力學(xué)方法所制備的微顆?；蛘呶⒗w維往往是以團(tuán)聚的形式收集在其收集器物表面，而不能獲得可處理性更強(qiáng)、應(yīng)用范圍更廣的降低團(tuán)聚的微顆粒或者微纖維。因此開發(fā)能夠制備降低團(tuán)聚的電流體力學(xué)超細(xì)材料就成為一件很有意義的工作。電流體力學(xué)所獲得的超細(xì)材料之所以會發(fā)生團(tuán)聚是由于被加工材料通過電流體力學(xué)處理往往需要一定電場促使流體化的荷電被加工材料克服表面張力并往對電極運動，因此所需的電場強(qiáng)度往往決定電流體力學(xué)方法中荷電流體至收集系統(tǒng)間距離不會太大，結(jié)果被加工材料在電流體力學(xué)處理后呈現(xiàn)為荷電狀態(tài)，在所獲得的超細(xì)材料尚未完全固化前即收集在帶相反電荷的對電極或者未荷電的收集物表面，結(jié)果未完全固化的超細(xì)材料或者受到對電極相反電荷電場引力而團(tuán)聚或者由于未完全固化的表面的材料的相互作用而團(tuán)聚在一起并一起固化，從而形成團(tuán)聚的超細(xì)材料薄膜。上述收集方式既是由目前應(yīng)用所決定的靜電噴涂、靜電噴霧及電紡開發(fā)導(dǎo)致，也是由于電流體力學(xué)加工材料以非團(tuán)聚的方式至表面全部固化的控制的困難。為此本發(fā)明通過引入荷相反電荷的作用流體等手段幫助通過電流體力學(xué)所獲得的超細(xì)材料在流體態(tài)環(huán)境中轉(zhuǎn)化為荷弱電或者電中性狀態(tài)，從而可以引入大大延長使得超細(xì)材料表面固化的處理時間的其它包括流化床處理在內(nèi)的處理步驟并在收集前表面固化從而使電流體力學(xué)成為廉價、高效獲得降低團(tuán)聚超細(xì)材料即超細(xì)顆?；蛘叱?xì)纖維不是完全粘連在一起而是可以相互分離的材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是針對目前電流體力學(xué)方法發(fā)展上的一些缺陷，發(fā)明一種制備降低團(tuán)聚超細(xì)材料的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于將被加工材料流體化后通過電流體力學(xué)處理并在流體態(tài)環(huán)境中通過荷相反電荷流體的作用而在荷弱電或者電中性的情況下通過界面固化處理而成為降低粘連的超細(xì)材料并通過收集而獲得降低團(tuán)聚即不是完全粘連在一起而是可以相互分離的的超細(xì)顆粒或者超細(xì)纖維。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于被加工材料的流體化包括溶解、熔融、蒸發(fā)、等離子體化、粉碎使被加工材料成為包括氣態(tài)、液態(tài)、超臨界流體、等離子態(tài)、及流體中含有相對主流體成分高密度的成分如固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式。對于不能通過溶解、熔融、蒸發(fā)、升華、等離子體化、粉碎而流體化的被加工材料則通過使用可以流體化并且能夠通過化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)在電流體力學(xué)處理前或者過程中或者后生成被加工材料或者反應(yīng)中間體的方法使被加工材料流體化。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于被加工材料流體化并通過電流體力學(xué)處理所處的流體態(tài)環(huán)境包括氣態(tài)、液態(tài)、等離子體態(tài)、超臨界流體態(tài)。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于在超細(xì)材料固化過程中或者之后有與超細(xì)材料所荷電荷相反的中和流體將被加工材料轉(zhuǎn)化成荷弱電狀態(tài)或者電中性狀態(tài)。中和超細(xì)材料所荷電荷的帶相反電荷的流體包括氣體、液體、超臨界流體態(tài)、等離子態(tài)、及流體中含有相對主流體成分高密度的成分包括固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于在流體態(tài)環(huán)境中降低所獲得超細(xì)材料的粘連及團(tuán)聚的方法包括在氣態(tài)、等離子體態(tài)、液態(tài)或者超臨界流體態(tài)環(huán)境中的被加工材料電流體力學(xué)處理所得超細(xì)材料的表面的固化。其固化的方法包括熔融態(tài)被加工材料的冷卻凝固、溶解態(tài)被加工材料中溶劑的去除、氣態(tài)物質(zhì)的凝結(jié)及通過化學(xué)反應(yīng)將被加工材料轉(zhuǎn)化為固態(tài)的超細(xì)材料。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于超細(xì)材料可以收集在不是對電極的電中性的、荷弱相同電荷的、荷弱相反電荷的干法收集或者濕法收集或者采用包括流化床在內(nèi)的反應(yīng)器在中和或者干燥或者中和干燥后收集的收集體系中。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于超細(xì)材料的制備過程前、過程中或者過程后進(jìn)行材料的抗團(tuán)聚處理?？箞F(tuán)聚處理包括表面化學(xué)包覆處理、膠囊式處理、高能表面處理即利用電暈放電、紫外線、等離子束射線等對粒子進(jìn)行表面處理、利用沉淀反應(yīng)進(jìn)行表面處理。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于超細(xì)材料包括實心、中空、核殼結(jié)構(gòu)的超細(xì)顆粒、超細(xì)纖維。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于電流體力學(xué)方法包括電噴霧、電紡或者其它通過荷電流體化處理流體態(tài)被加工材料而賦形的方法。這里所說的賦形是指被加工材料在流體化后通過電流體力學(xué)方法而成為包括超細(xì)顆?；蛘叱?xì)纖維的固定形狀的過程。
本發(fā)明的另外一個目的是將該制備降低團(tuán)聚超細(xì)材料的方法作為低團(tuán)聚特種超細(xì)材料的制備方法進(jìn)行應(yīng)用。
一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于該方法用于分離、防護(hù)、抗菌、防臭、催化、傳感、裝飾、結(jié)構(gòu)支撐、生物相容、存儲、可控釋放、導(dǎo)電、修復(fù)、醫(yī)療、保健、智能響應(yīng)、芳香、粘合用降低團(tuán)聚超細(xì)材料的制備。所制備的降低團(tuán)聚超細(xì)材料以顆粒、纖維、薄膜、布塊或塊體結(jié)構(gòu)得到應(yīng)用，它在所用材料中占的比例介于1％～100％。
本發(fā)明的有益效果通過將荷相反電荷的流體的作用與其它幫助流體化被加工材料表面的固化技術(shù)結(jié)合并將其應(yīng)用于電流體力學(xué)方法以獲得降低團(tuán)聚的超細(xì)材料。該方法可以方便而廉價地制備降低團(tuán)聚的超細(xì)材料。


圖1是相反電荷流體作用于電流體力學(xué)加工材料示意2是先相反電荷流體后中性流體作用于電流體力學(xué)加工材料示意圖。
圖3是采用荷相反電荷氣體支持的流化床中和固化電流體力學(xué)處理超細(xì)材料示意圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1是相反電荷流體作用于電流體力學(xué)加工材料示意圖。被加工材料1進(jìn)入內(nèi)部置有與電源2a連接的電極2b的噴頭2c后進(jìn)行電流體力學(xué)處理經(jīng)導(dǎo)流裝置3進(jìn)入一個帶相反電荷的流體區(qū)。帶相反電荷的流體由流體輸送動力裝置4通過與帶相反電荷的電源5a連接的導(dǎo)電網(wǎng)5b而產(chǎn)生。被加工材料經(jīng)過電流體力學(xué)處理及荷相反電荷流體處理后而成為荷弱電或者呈電中性的超細(xì)材料6，并經(jīng)過進(jìn)一步表面固化處理后而收集在接地的收集傳送帶上。
圖2是先相反電荷流體后中性流體作用于電流體力學(xué)加工材料示意圖。被加工材料1進(jìn)入內(nèi)部置有與電源3a連接的電極3b的噴頭3c后進(jìn)行電流體力學(xué)處理形成荷電流體4。在其對面自身不能固化的中和流體材料2進(jìn)入內(nèi)部置有與相反極性電源5a連接的電極5b的噴頭5c后進(jìn)行電流體力學(xué)處理形成荷相反電荷流體6。被加工材料通過電流體力學(xué)處理形成的荷電流體4與中和流體材料通過電流體力學(xué)處理形成的荷相反電荷的流體6碰撞形成荷弱電或者電中性的流體態(tài)材料7，并經(jīng)電中性流體8的沖擊而形成易于處理的電中性或者荷弱電的流體態(tài)材料9，經(jīng)過表面固化過程后，該材料可以收集在收集傳送帶10上。
圖3是采用荷相反電荷氣體支持的流化床中和固化電流體力學(xué)處理超細(xì)材料示意圖。被加工材料1進(jìn)入內(nèi)部置有與電源2a連接的電極2b的噴頭2c后進(jìn)行電流體力學(xué)處理形成荷電流體3并進(jìn)入流化床5。帶相反電荷的氣態(tài)流體由流體輸送動力裝置4b通過與帶相反電荷的電源4a連接的導(dǎo)電網(wǎng)4c而產(chǎn)生并進(jìn)入流化床。被加工材料經(jīng)過電流體力學(xué)處理而成為荷電超細(xì)材料后在流化床內(nèi)經(jīng)荷相反電荷氣體流體處理后而成為表面固化的荷弱電或者呈電中性的超細(xì)材料，該材料收集后即為低團(tuán)聚超細(xì)材料。
具體實施例如下實施例1將重均分子量為1000萬的聚乙烯通過螺桿擠壓機(jī)熔融并施加10MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速11/min，在電流體力學(xué)噴射約30cm后，將一通過負(fù)電極網(wǎng)處理的液氮蒸汽氣體以300米/秒的速度與噴射流體成120度的夾角對電流體力學(xué)方法噴射的材料進(jìn)行冷卻處理，在將處理所得超細(xì)材料吹入一冷卻塔中充分冷卻后通過采集網(wǎng)收集即可得到降低團(tuán)聚的聚乙烯超細(xì)纖維。該超細(xì)纖維可以分散在水泥中作為結(jié)構(gòu)支持材料使用。
實施例2配制重均分子量為20萬的聚乳酸10％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的二甲基甲酰胺溶液，加入到儲液罐中并施加12MPa的高壓，用導(dǎo)管連接到高速電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴，噴嘴為0.8毫米圓形噴孔的噴絲板，將高壓電源的正極接到噴絲板內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速為1l/min左右，在電流體力學(xué)噴射流體運動約30cm時進(jìn)入一銅網(wǎng)與對電極連接吹60攝氏度空氣的流化床，荷對電荷的高速高溫氣體對電流體力學(xué)噴射材料在流化床中進(jìn)行電中和及干燥處理后，通過旋風(fēng)分離器進(jìn)行收集即可獲得降低團(tuán)聚的聚乳酸超細(xì)纖維。該超細(xì)纖維可通過與其它材料共混后賦形而作為組織支架使用。
實施例3配制2％的羅匹尼羅(Ropirinole)即4-[2-(二丙氨基)乙基]-1，3-二氫-2H-吲哚-2-酮-鹽酸鹽，2％聚乙二醇和0.5％Tween80的水溶液，加壓至0.3MPa，用導(dǎo)管連接到電噴霧噴射裝置的內(nèi)噴嘴，外噴嘴與氣體流速為2l/min的空氣源連接，將高壓電源的正極接到噴嘴內(nèi)側(cè)的電極上，負(fù)極與采集板相接。噴嘴與采集板間的距離控制在40cm左右，噴嘴(正極)與對電極(負(fù)極)間的電壓為40kv左右，電流體力學(xué)噴射裝置的噴嘴處溶液流速0.1l/min，在電噴霧處理材料流過30cm后，50攝氏度的空氣通過與對電極相連的金屬網(wǎng)后與電噴霧材料混合后，通過旋風(fēng)分離裝置對干燥的含羅匹尼羅的聚乙二醇超細(xì)顆粒進(jìn)行收集。該超細(xì)顆?？梢宰鳛樗幬锸褂谩?br> 權(quán)利要求
1.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于將被加工材料流體化后通過電流體力學(xué)處理并在流體態(tài)環(huán)境中通過荷相反電荷流體的作用而在荷弱電或者電中性的情況下通過界面固化處理而成為降低粘連的超細(xì)材料并通過收集而獲得降低團(tuán)聚即不是完全團(tuán)聚而是可以部分或者全部相互分離的超細(xì)顆?；蛘叱?xì)纖維。
2.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于被加工材料的流體化包括溶解、熔融、蒸發(fā)、等離子體化、粉碎使被加工材料成為包括氣態(tài)、液態(tài)、超臨界流體、等離子態(tài)、及流體中含有相對主流體成分高密度的成分如固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式。對于不能通過溶解、熔融、蒸發(fā)、升華、等離子體化、粉碎而流體化的被加工材料則通過使用可以流體化并且能夠通過化學(xué)反應(yīng)或者物理效應(yīng)在電流體力學(xué)處理前或者過程中或者后生成被加工材料或者反應(yīng)中間體的方法使被加工材料流體化。
3.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于被加工材料流體化并通過電流體力學(xué)處理所處的流體態(tài)環(huán)境包括氣態(tài)、液態(tài)、等離子體態(tài)、超臨界流體態(tài)。
4.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于在超細(xì)材料固化過程中或者之后有與超細(xì)材料所荷電荷相反的中和流體將被加工材料轉(zhuǎn)化成荷弱電狀態(tài)或者電中性狀態(tài)。中和超細(xì)材料所荷電荷的帶相反電荷的流體包括氣體、液體、超臨界流體態(tài)、等離子態(tài)、及流體中含有相對主流體成分高密度的成分包括固態(tài)顆粒包含于載流體、液態(tài)顆粒包含于載流體在內(nèi)的流體形式。
5.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于在流體態(tài)環(huán)境中降低所獲得超細(xì)材料的粘連及團(tuán)聚的方法包括在氣態(tài)、等離子體態(tài)、液態(tài)或者超臨界流體態(tài)環(huán)境中的被加工材料電流體力學(xué)處理所得超細(xì)材料的表面的固化。其固化的方法包括熔融態(tài)被加工材料的冷卻凝固、溶解態(tài)被加工材料中溶劑的去除、氣態(tài)物質(zhì)的凝結(jié)及通過化學(xué)反應(yīng)將被加工材料轉(zhuǎn)化為固態(tài)的超細(xì)材料。
6.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于超細(xì)材料可以收集在不是對電極的電中性的、荷弱相同電荷的、荷弱相反電荷的干法收集或者濕法收集或者采用包括流化床在內(nèi)的反應(yīng)器在中和或者干燥或者中和干燥后收集的收集體系中。
7.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于超細(xì)材料的制備過程前、過程中或者過程后進(jìn)行材料的抗團(tuán)聚處理?？箞F(tuán)聚處理包括表面化學(xué)包覆處理、膠囊式處理、高能表面處理即利用電暈放電、紫外線、等離子束射線等對粒子進(jìn)行表面處理、利用沉淀反應(yīng)進(jìn)行表面處理。
8.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于超細(xì)材料包括實心、中空、核殼結(jié)構(gòu)的超細(xì)顆粒、超細(xì)纖維。
9.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于電流體力學(xué)方法包括電噴霧、電紡或者其它通過荷電流體化處理流體態(tài)被加工材料而賦形的方法。
10.一種降低團(tuán)聚的超細(xì)材料的電流體力學(xué)制備方法其特征在于該方法用于分離、防護(hù)、抗菌、防臭、催化、傳感、裝飾、結(jié)構(gòu)支撐、生物相容、存儲、可控釋放、導(dǎo)電、修復(fù)、醫(yī)療、保健、智能響應(yīng)、芳香、粘合用降低團(tuán)聚超細(xì)材料的制備。所制備的降低團(tuán)聚超細(xì)材料以顆粒、纖維、薄膜、布塊或塊體結(jié)構(gòu)得到應(yīng)用，它在所用材料中占的比例介于1％～100％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過電流體力學(xué)方法制備降低團(tuán)聚超細(xì)材料的方法及其應(yīng)用。通過將荷相反電荷的流體的作用與其它幫助流體化被加工材料表面固化的技術(shù)結(jié)合并將其應(yīng)用于電流體力學(xué)方法以獲得降低團(tuán)聚的超細(xì)材料。該方法可以方便而廉價地制備降低團(tuán)聚的超細(xì)材料。
文檔編號B01J2/30GK101015782SQ20061016155
公開日2007年8月15日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者張愛華, 張繼中 申請人:張愛華