Elektrostatické zvlákňování
Princip
Je to proces, při kterém dochází vlivem silného elektrického pole na roztok nebo taveninu polymeru k tvorbě velmi jemných vláken v desítkách či stovkách nanometrů. K tvorbě vláken dochází mezi dvěma opačně nabitými elektrodami, z nichž jedna je v kontaktu s kapalinou, které tak předává část svého náboje. Ta je následně vystavena přitažlivým elektrostatickým silám opačné elektrody viz Obr. 1. tvar elektrod představuje základní parametr ovlivňující tvorbu nanovláken. Další parametry mající vliv na proces electrospinningu lze rozdělit do tří skupin: [1] [2] [3] [4] [5]
- vlastnosti roztoku - viskozita, koncentrace, vodivost, povrchové napětí, molární hmotnost polymeru;
- proměnné při procesu – síla elektrostatického pole, vzdálenost elektrod;
- parametry okolí – teplota, vlhkost, proudění vzduchu.
Mikro komentář k faktorům procesu
Viskozita ovlivňuje především rozměr nanovláken, tvar kapky a tvar trajektorií letu tvořeného vlákna směrem ke kolektoru (druhé elektrodě), viskozita roztoku se zdá být významnější ukazatel než koncentrace roztoku.
Vodivost je dána především typem polymeru a použitého rozpouštědla.
Síla elektrostatického pole – vyšší napětí má vliv na vznik jemnějších nanovláken . Vzdálenost elektrod musí být dostatečně daleko, aby bylo zajištěno odpaření veškerého rozpouštědla. Teplota logicky ovlivňuje viskozitu. Vlhkost vzduchu okolí je důležitý parametr ovlivňující rozměry nanovláken, např. tím, že absorpce vody polymerem zabraňuje plnému odpaření rozpouštědla, se zvyšující vlhkostí průměr nanovláken klesá.
Historie
A. Formals r. 1934–1944 několikrát patentoval vylepšené metody zvlákňování. Historicky významná byla pro oblast electrospiningu 60. léta 20. století, kdy G. Taylor popsal chování kapek roztoku polymeru na špici jehlové trysky v elektrostatickém poli. Polymerní kapka získá tvar kužele, z jehož vrcholu se vymršťuje polymerní vlákno. Velký význam pro Českou republiku a pro průmyslové využití electrospiningu měl patent profesora O. Jirsaka z TUL, který popsal metodu bezjehlového zvlákňování nazvanou nanospider. Poslední dobou se výzkum zabývá koaxiálním zvlákňováním jádro-plášť. Tryska má vstup pro vnitřní polymer a vnější polymer. Z technologického pohledu vzniká plášť z elektrostaticky zvláknitého roztoku, zatímco tekutina používána v jádru může či nemusí být eketrostaticky zvláknitelná. Koaxiální nanovlákna nabízejí neobvyklé možnosti např. inkorporaci aktivních látek do jádra koaxiálního biodegrabilního nanovlákna.
Další nová technologie je střídavé elektrostatické zvlákňování. Při zvlákňování je použito střídavé napětí s kmitočtem o desítkách hertzů, díky tomu vznikají vlákna s kladným i záporným nábojem. Vzájemná interakce – vznik neutrálního svazku/příze.
Obr. 1: Schéma elektrostatického zvlákňování z trysky [6]
Reference
- ↑ JIRSÁK, O. ...[et al.]. Method of nanofibres production from a polymer solution using electrostatic spinning and a device for carrying out the method: U. S. Pat. 7565437 B2. Google Patents, 2003.
- ↑ He, J. H.; Wu, Y.; Zuo, W. W. Polymer. 2005, vol. 46.
- ↑ YARIN, A. L. Electrospining of Nanofiberes Polymer Solution and Melts. Warsaw: Institute of Fundamental Technological Research Poland, 2003.
- ↑ HE, J. H. ...[et al.]. Polym. Int. 2007, vol. 56.
- ↑ FILATOV, Y.; BUDYKA, A.; KIRICHENKO, V. Electrospinning of micro-and nanofibres: fundamentals in separattion and filtration processes. Redding: Begell House, 2007.
- ↑ LUKÁŠ, D. Fyzikální principy tvorby nanovláken [prezentace]. Liberec: Technická univerzita Liberec, 2019.
| Elektrostatické zvlákňování - (Diskuse k heslu) | ||
| Anglicky: | Německy: | Francouzsky: |
| Electrospinning | Elektrospinnen | Électrofilage |
