BG113619A - METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING POLYMER FIBERS BY ELECTROSPINNING WITH A DIELECTRIC BARRIER - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING POLYMER FIBERS BY ELECTROSPINNING WITH A DIELECTRIC BARRIER Download PDF

Info

Publication number
BG113619A
BG113619A BG113619 BG113619A BG 113619 A BG113619 A BG 113619A BG 113619 BG113619 BG 113619 BG 113619 A BG113619 A BG 113619A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
electrospinning
voltage
dielectric barrier
polymer fibers
fibers
Prior art date
Application number
BG113619
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Дончев Динев Петър
Николова Господинова Диляна
Георгиев Миланов Костадин
Ганчева Владкова Тодорка
Петрова Незнакомова Маргарита
Original Assignee
Технически Университет-София
Filing date
Publication date
Application filed by Технически Университет-София filed Critical Технически Университет-София
Priority to PCT/BG2023/000018 priority Critical patent/WO2024103129A2/en
Publication of BG113619A publication Critical patent/BG113619A/en

Links

Abstract

Изобретението се отнася до метод за производство на полимерни влакна и нетъкана влакнеста структура чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, изменящо се периодично по големина и/или посока, от електропроводима полимерсъдържаща течност разтвор, емулсия или стопилка, при който в работната въздушна междина, непосредствено до противоелектрода се въвежда диелектрична бариера с дебелина от 1 до 20 mm, относителна диелектрична проницаемост от 2 до 10, специфична електрическа проводимост - над 1 (мю)S/m и диелекрическа якост - над 9 МV /m. Диелектричната бариера може да бъде изолационно покритие върху противоелектрода или противоелектродът може да бъде метално покритие върху диелектричната бариера. Променливото електрическо напрежение може да бъде синусоидално напрежение или едно полупериодно изправено напрежение с индустриална честота или импулс но напрежение с честота на повторение от 10 до 1000 Hz и коефициент на запълване от 10% до 90%.The invention relates to a method for the production of polymer fibers and a non-woven fibrous structure by electrospinning with a dielectric barrier and an alternating electric voltage, changing periodically in magnitude and/or direction, from an electrically conductive polymer-containing liquid solution, emulsion or melt, in which in the working air gap , a dielectric barrier with a thickness of 1 to 20 mm, relative dielectric permittivity of 2 to 10, specific electrical conductivity - over 1 (mu)S/m and dielectric strength - over 9 МV /m is introduced immediately next to the counter electrode. The dielectric barrier can be an insulating coating on the counter electrode or the counter electrode can be a metal coating on the dielectric barrier. The alternating electrical voltage can be a sinusoidal voltage or a half-periodic rectified voltage of industrial frequency or pulse voltage with a repetition rate of 10 to 1000 Hz and a duty cycle of 10% to 90%.

Description

МЕТОД И УСТРОЙСТВО ЗА ПРОИЗВОДСТВО ПА ПОЛИМЕРНИ ВЛАКНА ЧРЕЗ ЕЛЕКТРООВЛАКНЯВАНЕ С ДИЕЛЕКТРИЧНА БАРИЕРАMETHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING PA POLYMER FIBERS BY DIELECTRIC BARRIER ELECTROSPINNING

Област на техникатаField of technique

Изобретението се отнася до метод за овлакняване в електрическо поле, или електроовлакняване (Anton Formhals, 1944: electrostatic spinning·, Darrell Reneker, 1966: electrospinning, E-spinning, ES), c диелектрична бариера (dielectric barrier ES) и високо променливо електрическо напрежение, изменящо се периодично по големина и/или посока, за производство на полимерни влакна - нановлакна е диамегьр под 1 pm и микровлакна, с диаметър под 10 pm (по-рядко под 50 pm), както и за производство па нетъкани влакнести структури на тяхна основа, които могат да намерят приложение в областта на: текстила; напокомпозитнитс материали; филтруването и сепарирането (въздух и вода); електрониката и фотопикага - сензори, горивни клетки, соларни клетки, суперкопдспзагори; тъканното инженерство и регенеративната медицина, имобилизирансто на ензими, диагностиката и лечението на рака, фармацевтичната индустрия - за доставянето на лекарства, превързочни материали, и други.The invention relates to a method of spinning in an electric field, or electrospinning (Anton Formhals, 1944: electrostatic spinning·, Darrell Reneker, 1966: electrospinning, E-spinning, ES), c dielectric barrier (dielectric barrier ES) and high alternating electric voltage , periodically changing in size and/or direction, for the production of polymer fibers - nanofibers with a diameter of less than 1 pm and microfibers with a diameter of less than 10 pm (less often, less than 50 pm), as well as for the production of non-woven fiber structures of them basis, which can find application in the field of: textiles; composite materials; filtration and separation (air and water); electronics and photopicaga - sensors, fuel cells, solar cells, supercopdspzagori; tissue engineering and regenerative medicine, enzyme immobilization, cancer diagnostics and treatment, the pharmaceutical industry - for the delivery of drugs, dressing materials, and others.

Изобретението може да намери приложение още при технологочнага реализация на близки но природа технологични процеси, като: (1) Елсктроразпръсквапсто (electrospraying)·, (2) Елсктроовлакпявансто в близка област (near-field electrospinning)·, (3) Електрописането (electrospinning writing)·, и (4) Електропечатането (electrospinningprinting).The invention can also be used in the technological implementation of similar technological processes, such as: (1) electrospraying, (2) near-field electrospinning, (3) electrospinning writing ·, and (4) Electrospinningprinting.

Предшестващо състояние на техникатаPrior art

Известен е базов метод на електроовлакняване с високо постоянно напрежение (J. Е. Cooley, W. J. Morton, 1902). т. нар. иглено или дюзово електроовлакняване (needle-, orifice-, nozzle-ES) па електропроводима нолимсрсъдържаща течност с електрическа проводимост над 1 pS/m. под формата на полимерен разтвор, емулсия или стопилка, който използва характерен възел за електроовлакняване - електроовлакнител (electro-spinneret, spinneret, spinner), чийто високоволтов електрод представлява метална капилярна тръбичка, изпълнена е течността за електроовлакняване, при което: (1) Течността за електроовлакняване се подава принудително под налягане, е постоянен обемен дебит (или разход), през изходящ кръгъл отвор в края на капилярната тръбичка, като се използва комбинация от медицинска спринцовка и инфузионпа помпа, при което медицинската спринцовка изпълнява ролята на бутална помпа, която нагнетява течността в капилярната тръбичка, докато инфузионната помпа движи буталото на медицинската спринцовка с постоянна скорост, с което определя постоянен обемен дебит на подложената па слектроовлакняване течност през изходящия отвор па капилярна тръбичка; (2) Течността за слектроовлакняване се поставя под висок електрически потенциал, чрез прилагането па високо постоянно електрическо напрежение (DCV) спрямо земя - от 4 kV до 30 (100) kV, директно чрез металната капилярна тръбичка, която се намира в непрекъснат контакт с течността и играе ролята на високоволтов електрод, или косвено чрез допълнителен метален проводник (тел, прът), потопен в течността за слектроовлакняване; (3) Течността за слектроовлакняване образува „висяща“ капка (pendant drop) на изходящия отвор (или в края) па капилярната тръбичка, под действие на: а) силите па повърхностно напрежение; Ь) адхезията към стените на капилярната тръбичка; с) теглото на течността и d) създаденото налягане при движението на буталото; (4) „Висящата“ капка придобива, под действие па електрическите сили, при достатъчно висок интензитет на електрическото поле, характерна конусовидна форма, наречена „конус на Тейлър“ (cone of Taylor, 1964); (5) От върха на конуса на Тейлър, в работната въздушна междина, по направление и посока па действащото електрическо поле - към противоелектрода, се изхвърля микроструя (micro-jet, jet) от електрически заредената течност за електроовлакняване; (6) Струята запазва устойчиво своето праволинейно движение, на разстояние от 0.5 до 5.0 mm. в т. нар. „близка област“ на електроовлакняване (near-field electrospinning), като непрекъснато се удължава и изтънява; (7) Струята навлиза в т. нар. „далечната област“ на електроовлакняване (far-field electrospinning), къдсто губи своята устойчивост и започва да сс движи хеликоидално, с непрекъснато нарастващ диаметър, като образува т. нар. коничен хеликс, при което се разтяга (stretch), удължава (splay) и разбива (whipping) на дълги или къси полимерни влакна, с диаметър до 10 цт, като в същото време разтворителят интензивно се изпарява, докато полимерната стопилка сс втвърдява, - частично или напълно, като сс произвеждат полимерни влакна и се изгражда (нетъкана) влакнеста структура; (8) Полимерните влакна сс отлагат върху електрически активната повърхност па заземения противослсктрод (мишена) - метален екран, плоча или въртящ сс барабан, който отстои от отвора на кухата игла на разстояние от 50 mm до 300 mm и играе ролята на неподвижен или движещ се колектор за произведените полимерните влакна; (9) Натрупващите сс полимерни влакна, хаотично или подредено, в зависимост пространственото положение и движението на противоелектрода (колектора), произвеждат нетъкана влакнеста структура, представляваща подложка или мат от нетъкани влакна (non-woven fiber mat), която играе също така ролята на „скеле“ (scaffold) при следващи приложения, [1, 2, 3, 4|.A basic method of high constant voltage electrospinning is known (J. E. Cooley, W. J. Morton, 1902). the so-called needle or nozzle electrospinning (needle-, orifice-, nozzle-ES) is an electrically conductive liquid containing nolims with electrical conductivity above 1 pS/m. in the form of a polymer solution, emulsion or melt, which uses a characteristic unit for electrospinning - an electro-spinneret (electro-spinneret, spinneret, spinner), whose high-voltage electrode is a metal capillary tube, the liquid for electrospinning is filled, in which: (1) The liquid for electrocautery is forced under pressure, is a constant volumetric flow rate (or flow rate), through an outlet round hole at the end of the capillary tube, using a combination of a medical syringe and an infusion pump, where the medical syringe acts as a piston pump that forces the fluid in the capillary tube, while the infusion pump moves the plunger of the medical syringe at a constant speed, thereby determining a constant volumetric flow rate of the fiber-treated liquid through the capillary tube outlet; (2) The fibering liquid is placed under a high electrical potential, by applying a high direct current voltage (DCV) to ground - from 4 kV to 30 (100) kV, directly through the metal capillary tube, which is in continuous contact with the liquid and plays the role of a high-voltage electrode, or indirectly through an additional metal conductor (wire, rod) immersed in the liquid for slectrofibration; (3) The liquid for slectrofibration forms a "pendant drop" at the outlet opening (or at the end) of the capillary tube, under the action of: a) surface tension forces; b) adhesion to the walls of the capillary tube; (c) the weight of the liquid and (d) the pressure created by the movement of the piston; (4) The "hanging" drop acquires, under the action of electric forces, at a sufficiently high intensity of the electric field, a characteristic conical shape, called "cone of Taylor" (cone of Taylor, 1964); (5) From the tip of the Taylor cone, in the working air gap, in the direction and direction of the active electric field - towards the counter electrode, a micro-jet (micro-jet, jet) of the electrically charged liquid for electrospinning is ejected; (6) The jet maintains its straight line motion steadily, at a distance of 0.5 to 5.0 mm. in the so-called "near field" of electrospinning (near-field electrospinning), being continuously lengthened and thinned; (7) The jet enters the so-called "far-field electrospinning" area, where it loses its resistance and begins to move helically, with an ever-increasing diameter, forming a so-called conical helix, in which stretched, extended (splay) and whipped into long or short polymer fibers, with a diameter of up to 10 µm, while at the same time the solvent intensively evaporates, while the polymer melt ss hardens, - partially or completely, as ss produce polymer fibers and build a (non-woven) fibrous structure; (8) The polymer fibers ss deposit on the electrically active surface and the grounded anti-slip electrode (target) - a metal screen, plate or rotating ss drum, which stands from the hole of the hollow needle at a distance of 50 mm to 300 mm and plays the role of a stationary or moving collector for the produced polymer fibers; (9) Accumulating ss polymer fibers, randomly or ordered, depending on the spatial position and movement of the counter electrode (collector), produce a non-woven fibrous structure, representing a mat or mat of non-woven fibers (non-woven fiber mat), which also plays the role of "scaffold" (scaffold) in following applications, [1, 2, 3, 4|.

Металната капилярна тръбичка представлява полуфабрикат за производство на метални медицински игли, завършващ с кръгъл отвор, или най-често „затънена“ медицинска куха игла (needle, blunt needle), чийто връх е отрязан, напречно на оста й. Иглата се изработва от нсръждясваща стомана (blunt stainless steel needle) и се характеризира със своя вътрешен диаметър (ID) - от 0,2 до 1,5 mm, или с напречния си размер (gauge, G) - от G27 (ID 0,210 mm) до G15 (ID = 1,372 mm).The metal capillary tube is a semi-finished product for the production of metal medical needles, ending with a round hole, or most often a "sunk" medical hollow needle (needle, blunt needle), the tip of which is cut across its axis. The needle is made of stainless steel (blunt stainless steel needle) and is characterized by its internal diameter (ID) - from 0.2 to 1.5 mm, or by its transverse size (gauge, G) - from G27 (ID 0.210 mm) to G15 (ID = 1.372mm).

Металната капилярна тръбичка изпълнява две основни функции при електроовлакняването: (1) Дава възможност да се прояви свойството капилярност (капилярен ефект, капилярно движение) на течността за електроовлакняване, чрез ограничаване на диаметъра на стълба течност, находят се в капилярната тръбичка, при което на изхода се създава ограничена или „нссвободна“ повърхност.The metal capillary tube performs two main functions in electrospinning: (1) Enables the property of capillarity (capillary effect, capillary movement) of the electrospinning liquid to be manifested by limiting the diameter of the column of liquid contained in the capillary tube, whereby at the outlet a bounded or "non-free" surface is created.

11о своята природа, течността за електроовлакняване представлява разтвор на високомолекулни съединения с голяма моларна маса, т. с. разтворът може да се разглежда като колоидна система, при което взаимодействието между металната капилярна тръбичка и електропроводимата течност се определя от формирането на пристенен двоен електрически слой (electric double layer, EDL). Съгласно модела на Bockris, Devanathan, Muller (1963), движението на стълба течност в капилярната тръбичка става по: а) цилиндрична повърхност, разположена вътре в т. нар. дифузен (щернов) слой, или Ь) цилиндрична повърхност, която включва изцяло дифузния слой и е разположена на границата между дифузния и адсорбционния (хелмхолцов) слой, който от своя страна е неподвижно свързан с вътрешната страна на капилярната тръбичка. В резултат на това, произведената течна микроструя придобива електрически заряд, който е определящ за следващото поведение при движението й в работното въздушно пространство. Известно е също така това, че електрически ненроводима течност - под 1 pS/m и най-вече под 10 nS/m, не подлежи на електроовлакняване; (2) Осигурява голяма „концентрация“ на електрическото поле, т. е. максимално висок интензитет на електрическото поле в изходящия отвор на металната капилярна тръбичка. Така, нри относително ниски постоянни напрежения, се достига критичния електрически интензитет за образуване на конуса на Тейлър и за изхвърляне на електрически заредена микроструя от течността за електроовлакняване в работното въздушно пространство. Концентрацията на електрическото поле зависи от външния диаметър (OD) на капилярната тръбичка, който се изменя от 0,413 mm (G27) до 1,829 mm (G15).11o its nature, the electrospinning liquid is a solution of high-molecular compounds with a large molar mass, i.e. the solution can be considered as a colloidal system, in which the interaction between the metallic capillary tube and the electrically conductive liquid is determined by the formation of a near-wall electric double layer ( electric double layer, EDL). According to the model of Bockris, Devanathan, Muller (1963), the movement of a column of liquid in a capillary tube occurs along: a) a cylindrical surface located inside the so-called diffuse (stern) layer, or b) a cylindrical surface that includes the diffuse layer and is located at the boundary between the diffuse and the adsorption (Helmholtz) layer, which in turn is immovably connected to the inner side of the capillary tube. As a result, the produced liquid microjet acquires an electric charge, which determines the subsequent behavior of its movement in the working air space. It is also known that electrically non-conductive liquid - below 1 pS/m and especially below 10 nS/m, is not subject to electrofibration; (2) It provides a large "concentration" of the electric field, i.e., a maximally high intensity of the electric field at the outlet of the metal capillary tube. Thus, at relatively low DC voltages, the critical electrical intensity is reached to form the Taylor cone and to eject an electrically charged microjet from the electrospinning liquid into the working air space. The electric field concentration depends on the outer diameter (OD) of the capillary tube, which varies from 0.413 mm (G27) to 1.829 mm (G15).

Известно е още това, че дължината на металната капилярна тръбичка влияе съществено върху концентрацията на електрическото поле на изхода - голямата дължина на металната куха игла намалява интензитета на електрическото поле, поради което се препоръчва използването на по-къси игли [Kang и др.. 2013]. Известно и широко използвано е външното електрическо изолиране на металната куха игла, за да се намали нейната електрически активна дължина | Kumar и др., 2010].It is also known that the length of the metal capillary tube significantly affects the concentration of the electric field at the exit - the long length of the metal hollow needle reduces the intensity of the electric field, therefore the use of shorter needles is recommended [Kang et al. 2013 ]. External electrical insulation of the metal hollow needle to reduce its electrically active length is known and widely used. Kumar et al., 2010].

Известен е метод па електроовлакняване с високо постоянно напрежение (DCV), който вместо метална куха игла използва (капилярна) метална дюза (nozzle, orifice), която поради малката си дължина, концентрира по-ефективно електрическото поле в изходящия отвор. Силите на капилярно действие и на адхезия към стените па капилярната тръбичка се преодоляват от силите на електрическото поле, за да се произведе необходимата за електроовлакняването микроструя. И в двата случая, микроструята се зарежда електрически от металната куха игла или от металната дюза.There is a known method of electrofibration with high constant voltage (DCV), which instead of a metal hollow needle uses a (capillary) metal nozzle (nozzle, orifice), which, due to its short length, concentrates the electric field more effectively in the exit hole. The forces of capillary action and adhesion to the walls of the capillary tube are overcome by the forces of the electric field to produce the microjet necessary for electrofibration. In both cases, the microjet is charged electrically by the metal hollow needle or the metal nozzle.

Известен е метод на електроовлакняване с високо постоянно напрежение (DCV) или електроовлакняване от отвора, находят се на върха на стъклена или полимерна пипета, с или без накрайник (pipette tip-ES), като основен елемент па слсктроовлакнителя. Размерът на капилярния отвор, на стъклената пипета или на накрайника на полимерната пипета, съответства на размера на отвора на металните кухи игли и дюзи. Разликата се състои в това, че течността за електроовлакняване се поставя под висок постоянен електрически потенциал чрез допълнителен метален електрод проводник, тел, жица, потопен вътре в течността.A known method of high constant voltage electrospinning (DCV) or electrospinning from the opening is located on the tip of a glass or polymer pipette, with or without a tip (pipette tip-ES), as the main element of the slsctrospinner. The orifice size of the capillary, glass pipette, or polymer pipette tip corresponds to the orifice size of the metal hollow needles and nozzles. The difference is that the electrospinning liquid is placed under a high constant electric potential by means of an additional metal electrode conductor, wire, wire immersed inside the liquid.

11о този начин, максимална концентрация на електрическото поле се постига единствено в изходящия отвор, па върха на пипетата. В действителност, електрически зареденият стълб от течност е изолиран електрически от степите на пипетата, в резултат на което електрическият ток през пипетата намалява рязко, поради намаляване на активната повърхност на високоволтовия електрод. Нещо повече, вече не съществува възможност за появата на частичен електрически разряд от върха (ръба) на кухата игла или дюза, придружаващ скрито произвеждането па микроструи за електроовлакняване.In this way, the maximum concentration of the electric field is achieved only in the exit opening, the tip of the pipette. In fact, the electrically charged column of liquid is electrically isolated from the tips of the pipette, as a result of which the electric current through the pipette decreases sharply due to a reduction in the active surface of the high-voltage electrode. Moreover, there is no longer the possibility of a partial electric discharge from the tip (edge) of the hollow needle or nozzle accompanying the production of microjets for electrospinning.

Известен е метод на електроовлакняване с високо постоянно напрежение (DC Е) електроовлакняването с изолирана метална капилярна тръбичка, който използва електрически изолираната отвън куха игла или дюза (insulated-needle ES', insulated-nozzle ES), при което високият електрически потенциал се предава па течността от допълнително потопен в нея електрод. Поведението на електрически изолираната куха игла се припокрива изцяло с поведението па стъклената пипета. Изолираната куха игла, обаче, се предпочита при индустриалните реализации на електроовлакнявапето.A known method of electrospinning with high constant voltage (DC E) is electrospinning with an insulated metallic capillary tube, which uses the electrically insulated hollow needle or nozzle (insulated-needle ES', insulated-nozzle ES), in which the high electric potential is transmitted to the liquid from an electrode further immersed in it. The behavior of the electrically insulated hollow needle completely overlaps with the behavior of the glass pipette. An insulated hollow needle, however, is preferred in industrial applications of electrospun.

Известен е метод на електроовлакняване с високо постоянно напрежение {DCV) електроовлакнявапето от единично въздушно (или газово) мехурче, което се появява и поддържа непрекъснато на върха на метална тръбичка {single-bubble electrospinning) [Varabhas и др., 2009; Ren, 2010; Pringle, 2011). Течността от върха на въздушното мехурче, концентрира електрическото поле, поради голямата му кривина, при което се достига до критичния електрически интензитет на изхвърляне на микросгруята по посока на противоелектрода. Образуването на микроструя от повърхността на въздушното мехурче е подобно на това от повърхността на единична „висяща“ капка. В зависимост от размера (диаметъра) на газовото мехурче, се съдават условия за формирането на повече от един конус на Тейлър и за едновременното изхвърляне па повече от една струя от едно въздушно мехурче. Разбираемо, в този случай, размерът на произведените полимерни влакна е значително по-малък, поради помалкия диаметър на конуса па Тейлър.A known method of electrospinning with high constant voltage (DCV) is the electrospinning of a single air (or gas) bubble that appears and is continuously maintained at the top of a metal tube (single-bubble electrospinning) [Varabhas et al., 2009; Ren, 2010; Pringle, 2011). The liquid from the top of the air bubble concentrates the electric field, due to its large curvature, at which the critical electric intensity of microslug ejection in the direction of the counter electrode is reached. The formation of a microjet from the surface of an air bubble is similar to that from the surface of a single "hanging" drop. Depending on the size (diameter) of the gas bubble, conditions are judged for the formation of more than one Taylor cone and for the simultaneous ejection of more than one jet from one air bubble. Understandably, in this case, the size of the polymer fibers produced is significantly smaller, due to the smaller diameter of the Taylor cone.

Описаните методи на електроовлакняване с високо постоянно напрежение (DCV) от „висящата“ капка от метална куха игла или метална дюза, диелектрична пипета и изолирана метална куха игла или дюза, или от еднично газово мехурче върху метална куха игла, образуват заедно групата на еднокапилярните и едноструини методи на електроовлакняване {single-jet ES). За тях е характерно това, че от „ограничената“ от стените на отвора електропроводима течност, паходяща се под формата на висяща капка или газово мехурче, се формира единедииствен конус на Тейлър и произвежда една-единствена струя за електроовлакняване, [1, 2, 3, 4, 5 и 6].The described high direct voltage (DCV) electrospinning methods from the "hanging" drop from a metal hollow needle or metal nozzle, a dielectric pipette and an insulated metal hollow needle or nozzle, or from a single gas bubble on a metal hollow needle, together form the group of single capillary and single-jet electrospinning methods (single-jet ES). They are characterized by the fact that from the electrically conductive liquid "confined" by the walls of the hole, falling in the form of a hanging drop or gas bubble, a single Taylor cone is formed and produces a single jet for electrospinning, [1, 2, 3 , 4, 5 and 6].

Така описаният едпокапилярен и едноструен метод на електроовлакняване с високо постоянно електрическо напрежение, се осъществява в четири етапа на формообразуване (овлакняване), които отговарят на четири ясно определени пространствени области в работното въздушно пространство, [1, 6]: (1) Основна област {base region), или област иа слектроовлакнитсля {spinneret region), която обхваща изходния отвор на високоволтовия електрод, заедно с образувалия се под действие на приложеното електрическо поле конус на Тейлър, при което тази област се явява източник на електрически заредена микроструя за електроовлакняване, която започва своето движение в работната въздушна междина;The single-capillary and single-jet method of high constant electric voltage electrospinning thus described is carried out in four forming (spinning) stages, which correspond to four clearly defined spatial areas in the working air space, [1, 6]: (1) Main area { base region), or the spinneret region, which covers the output hole of the high-voltage electrode, together with the Taylor cone formed under the action of the applied electric field, where this region is the source of an electrically charged microjet for electrofibration, which begins its movement in the working air gap;

(2) Област на устойчивата праволинейна струя {straight jet region), или близка област на работната въздушна междина {near-field region), в която микроструята се движи към противоелектрода, по направление и посока на електрическото поле, като непрекъснато се удължава и намалява напречния си размер, но запазва направлението и посоката си на движение; (3) Област на неустойчивата разбиваща се струя {whipping jet region), или далечна област на работната въздушна междина {far-field region), която се характеризира с: първо, неустойчивост и движение на микроструята по спирала с нарастващ диаметър, при което се произвежда копичен хеликс, второ, разтегляне, удължаване и разбиване на полимерната микроструя и трето, преход от течно към твърдо състояние на полимера и производство на множество дълги или къси влакна; (4) Област на колектора {collector region), в която произведените полимерни нано- и микровлакна се отлагат хаотично или подредено върху повърхността на колектора, образувайки нетъкана влакнеста структура.(2) Region of the stable straight jet region (straight jet region), or near-field region of the working air gap (near-field region), in which the microjet moves towards the counter electrode, along the direction and direction of the electric field, continuously lengthening and decreasing its transverse size, but retains its direction and direction of movement; (3) Region of the unstable whipping jet region, or far-field region of the working air gap, which is characterized by: first, instability and movement of the microjet in a spiral of increasing diameter, in which produces a copic helix, secondly, stretching, elongation and breaking up of the polymer microjet and thirdly, transition from liquid to solid state of the polymer and production of multiple long or short fibers; (4) Collector region, in which the produced polymer nano- and microfibers are randomly or orderly deposited on the surface of the collector, forming a non-woven fibrous structure.

Известен е метод за електроовлакняване с високо постоянно напрежение {DCV) иа електропроводима полимерсъдържаща течност, който използва многоструйни електроовлакняващи системи {multiple-jet nozzle ES, multiple-jet needle ES) и обхваща три технологични реализации, [3, 4, 5 и 6]:A method for electrospinning with high constant voltage (DCV) and electrically conductive polymer-containing liquid is known, which uses multiple-jet electrospinning systems (multiple-jet nozzle ES, multiple-jet needle ES) and covers three technological implementations, [3, 4, 5 and 6] :

(1) Многоструйното електроовлакняване от изходния отвор на една-единствена капиляра, при което се пораждат множество микроструи. в резултат на: (1.1) Комбинирането на голям интензитет па електрическото поле на изхода на металната куха игла с малка концентрация на полимерния разтвор; (1.2) Комбинирането на голям размер на металната куха игла (капиляра), с голям интензитет па електрическото поле, [Kong и др., 20091; (1.3) Големият интензитет на електрическото поле в областта на колектора, също така предизвиква появата на множество микроструи, \Varesano и др., 2009]; (1.4) Добавянето на допълнителна осова компонента на електрическото поле на изхода на металната куха игла - чрез допълнителни фокусиращи електроди, които имат електрическата полярност на кухата игла, [Stankus и др., 2004; Kim и др., 2006, Kim и др., 2007]; (1.5) Използването на криволинейпи противоелектроди (колектори), които преразпределят електрическото поле на изхода от металната капиляра, [ Vaseashta, 2007]; (1.6) Използването на набразден профил на отвора, в края на металната капиляра, с много върхове, който се явяват концентратори на електрическото поле {single needle with a grooved tip electrospinning)·, (1.7) Използването на надлъжно набраздена хидрофобна сърцевина от PTFE, монтирана вътре в металната куха игла, която намалява рязко площта на отвора и произвежда множество микроструи, [Kang и др.. 2020]; (1.8) Използването на капилярна тръбичка с поставено в нея топче (сачма), както при химикалките за писане, при което течността се изхвърля през хлабината между топчето и стената на капилярната тръбичка, под формата на множество микроструи, - производителността нараства от 10 до 12 пъти, [Zhang и др., 2018].(1) Multijet electrofibration from the outlet of a single capillary, in which multiple microjets are generated. as a result of: (1.1) The combination of a high electric field intensity at the exit of the metal hollow needle with a low concentration of the polymer solution; (1.2) The combination of a large size of the metal hollow needle (capillary), with a high intensity of the electric field, [Kong et al., 20091; (1.3) The high intensity of the electric field in the region of the collector also induces the appearance of multiple microjets, \Varesano et al., 2009]; (1.4) The addition of an additional axial component of the electric field at the output of the metal hollow needle - through additional focusing electrodes that have the electric polarity of the hollow needle, [Stankus et al., 2004; Kim et al., 2006, Kim et al., 2007]; (1.5) The use of curvilinear counter electrodes (collectors) that redistribute the electric field at the exit of the metal capillary, [ Vaseashta, 2007]; (1.6) The use of a grooved hole profile, at the end of the metal capillary, with many tips, which are concentrators of the electric field {single needle with a grooved tip electrospinning)·, (1.7) The use of a longitudinally grooved hydrophobic core of PTFE, mounted inside the metal hollow needle, which sharply reduces the area of the hole and produces multiple microjets, [Kang et al.. 2020]; (1.8) The use of a capillary tube with a ball (ball) placed in it, as in writing pens, in which the liquid is ejected through the gap between the ball and the wall of the capillary tube, in the form of multiple microjets, - the productivity increases from 10 to 12 times, [Zhang et al., 2018].

(2) Многоструйното електроовлакняване от много метални капиляри (multiple-nozzle, multiple-pipetie или multiple-needle electrospinning}, с една-единствсна струя от всяка капиляра, при което две или повече метални капиляри се разполагат пространствено по определен начин, в една или повече равнини, [Chu и др.. 2004; Zhou и др., 2009; Cabello и др.. 2017]. При пространственото разположение на металните капиляри се държи сметка за: (а) взаимното електрическо влияние (отблъскване) между произведените съседни микроструи. което се отразява върху качеството па произведените полимерни влакна. (Ь) разпределението на интензитета на електрическото поле между отделните метални капиляри, което се оказва фактор, който ограничава съществено броя на използваните капиляри. Трапецовидната линейна конфигурация на разпределение на металните капиляри в една равнина има съществено предимство пред триъгълната и правоъгълната линейна конфигурация на разпределение, [Zhu и др., 2018].(2) Multiple-nozzle, multiple-pipetie or multiple-needle electrospinning, with a single jet from each capillary, in which two or more metal capillaries are spatially arranged in a certain manner, in one or more planes, [Chu et al.. 2009; Cabello et al.. 2017] taking into account: (a) the mutual electrical influence (repulsion) between the produced adjacent microjets .which affects the quality of the produced polymer fibers. (b) the distribution of the electric field between the individual capillaries, which turns out to be a factor that significantly limits the number of capillaries used significant advantage over the triangular and rectangular linear distribution configuration, [Zhu et al., 2018].

(3) Многоструйно електроовлакняване с множество струи от всяка капиляра - това е електроовлакняване от множество капиляри, по при условията за произвеждане на множество струи от отвора на всяка една капиляра.(3) Multijet electrospinning with multiple jets from each capillary - this is electrospinning from multiple capillaries under the conditions of producing multiple jets from the opening of each capillary.

Използването на тръбни или плоски порести електроовлакнители (porous-tube ES', porous-flat ES), изработени от изолационен материал, с множество капилярни отвори, вместо метални игли и дюзи, намалява максимално взаимодействието между произведените микроструи, |Тео и др.. 2005; Zhou и др.. 2009]. Тези методи па електроовлакняване се разглеждат като естествено развитие на елсктроовлакнявансто с пипета чрез умножаване на капилярните отвори. Вместо една пипета се използва един капилярен отвор. Умножаването на броя на капилярните отвори достига естествената си граница при електроовлакняването с въртящ се диелектричен порест цилиндър с отворени пори, [Dosunmu и др., 2006; Varabhas и др., 20081, в резултат на което производителността на електроовлакняване нараства чувствително - от 0.3 g/h до 0,5 g/h. Това важно предимство, обаче, се превръща в сериозен недостатък, когато неконтролирано и необратимо отделни пори започнат да се запушват. Вместо капилярни отвори се използват още капилярните прорези. които позволяват производителността на електроовлакняване да се увеличи съществено до 1.68 g/h. [2].The use of tubular or flat porous electrofibers (porous-tube ES', porous-flat ES) made of insulating material, with multiple capillary holes, instead of metal needles and nozzles, minimizes the interaction between the produced microjets, |Theo et al.. 2005 ; Zhou et al.. 2009]. These electrospinning methods are seen as a natural development of pipette electrospinning by multiplying the capillary openings. Instead of a pipette, a capillary orifice is used. The multiplication of the number of capillary openings reaches its natural limit in open-pore rotating dielectric porous cylinder electrospinning, [Dosunmu et al., 2006; Varabhas et al., 20081, resulting in a significant increase in electrospinning productivity from 0.3 g/h to 0.5 g/h. This important advantage, however, becomes a serious disadvantage when uncontrollably and irreversibly individual pores begin to clog. Instead of capillary holes, capillary slits are also used. which allow the electrospinning productivity to be substantially increased to 1.68 g/h. [2].

Иглените кухи електроди, както и нинститс. са подложени в много по-голяма степен на влиянието на въздушни потоци, действащи в работната въздушна междина, в сравнение с дюзовитс електроди, поради голямата си дължина. Този недостатък, обаче, се превръща в предимство при електропреденето (yarn-ES', thread-ES) с помощта па въздушен поток, който се насочва, например, надлъжно на разположените в една линия капилярни кухи игли, за да увлече произведеното множество от дълги влакна, [Eormhals, 19441. Произвеждането обаче на прежда (yarn·, thread) чрез слсктроирсдснс. обаче, няма отношение към производството на нетъкани влакнести структури (мат. скеле, скафолд).Needle hollow electrodes as well as ninstites. are subjected to a much greater extent to the influence of air currents acting in the working air gap, compared to Duzovits electrodes, due to their great length. This disadvantage, however, is turned into an advantage in electrospinning (yarn-ES', thread-ES) by means of an air stream which is directed, for example, longitudinally of the in-line capillary hollow needles to entrain the produced multitude of long fibers, [Eormhals, 19441. However, the production of yarn (yarn·, thread) by slsktroirsdsns. however, it has no relation to the production of non-woven fibrous structures (mat. scaffold, scaffold).

Известен е метод на електроовлакняване с високо постоянно електрическо напрежение (DCE). т. нар. газово-, или въздушно-струйно подпомогнато електроовлакняване (electrohlowing, air/gas assisted ES, air/gas enhanced ES, air/gas jet ES), при който газова дюза обхваща капилярната тръбичка - металната дюза или кухата игла), така че въздушният поток или струя да подпомогне изхвърлянето на микроструя от течността за електроовлакняване в работното въздушно пространство, [1, 2]. Въздушният поток действа силово върху стълба течност, в началото на неговото образуване, като го стяга и изтегля но посока на действащи те електрически сили, с което подпомага формирането на тънка микроструя за електроовлакняване, [Lin и др.. 2009].A high DCE (DCE) electrospinning method is known. the so-called gas- or air-jet assisted electrofibration (electrohlowing, air/gas assisted ES, air/gas enhanced ES, air/gas jet ES), in which a gas nozzle covers the capillary tube - the metal nozzle or the hollow needle). so that the air stream or jet helps to eject a microjet of the electrospinning fluid into the working air space, [1, 2]. The air flow exerts a force on the column of liquid, at the beginning of its formation, by tightening it and pulling it in the direction of the acting electric forces, thus supporting the formation of a thin microjet for electrospinning, [Lin et al.. 2009].

Въздушно-струйното електроовлакняване увеличава рязко производителността - от 42,5 g/h до 56,7 g/h, [Soli и др., 2015 ], подпомага активно формирането на микроструя от течността, поддържа цялостта и устойчивостта на произведената микроструя, насочва я активно към колектора и ускорява съществено отлагането на полимерни влакна върху повърхността на колектора. Успешно се прилага при многокапилярни електроовлакнители, [1, 2, 6].Air-jet electrospinning dramatically increases productivity - from 42.5 g/h to 56.7 g/h, [Soli et al., 2015 ], actively supports the formation of a microjet from the liquid, maintains the integrity and stability of the produced microjet, directs it actively to the collector and significantly accelerates the deposition of polymer fibers on the surface of the collector. It is successfully applied to multi-capillary electrofibers, [1, 2, 6].

Едно развитие на метода на въздушно-струйно електроовлакняване е свързано с използването на допълнително завихряне на въздушната струя около капилярната дюза, което увеличава производителността и подобрява качеството на полимерните влакна. Това е т. нар. въздушно-вихрово електроовлакняване (air vortex ES), [Tian и др.. 2020]. Използването на въздушно-струйно електроовлакняване с горещ въздух позволява още интензивното изпаряване на разтворителя, при което влакната се отлагат „сухи“ върху колектора, намалява съществено вискозитета на полимерния разтвор и позволява производството на дълги и гладки влакна, [Ahmad и др., 2012]. Въздушната струя, съчетана е използването на високи стойности на електрическото напрежение, позволява ефективното изтегляне па микроструята от течността, без да се образуват характерните за полимерните влакна дефекти - наниз от топчета по дължината на влакното, [Um и др., 2004; Peng и др., 20081.One development of the air-jet electrospinning method involves the use of additional swirling of the air jet around the capillary nozzle, which increases productivity and improves the quality of polymer fibers. This is the so-called air-vortex electrospinning (air vortex ES), [Tian et al.. 2020]. The use of hot air jet electrospinning allows even more intense solvent evaporation, where the fibers are deposited "dry" on the collector, significantly reduces the viscosity of the polymer solution and allows the production of long and smooth fibers, [Ahmad et al., 2012] . The air jet, combined with the use of high values of the electric voltage, allows the efficient withdrawal of the microjet from the liquid, without the formation of defects characteristic of polymer fibers - a string of beads along the length of the fiber, [Um et al., 2004; Peng et al., 20081.

Известен е също така метод на електроовлакняване с високо постоянно електрическо напрежение (DCV) - т. нар. центрофужно (или инерционно) електроовлакняване (nozzle-based high speed rolary ES\ centrifugal ES), при който действието на електрическите сили се усилва от съпосочно приложените центробежни (инерционни) сили, [Liu и др.. 2013]. Те подпомагат образуването, стабилизирането и насочването на произведените микроструи към колектора и подобряват качеството на произведените полимерни влакна. Капилярните тръбички се насочват пространствено по линията на действие на центробежната сила. Цснтрофужното електроовлакняване не само повишава производителността - до 240 g/h, | Pass и др.. 2019], но позволява да бъде постигната висока степен на подрсдсност на произведените полимерни влакна, \Dabirian и др., 2011; Edmondson и др., 2012; Liu и др., 20131.A method of electrospinning with high constant electric voltage (DCV) is also known - the so-called centrifugal (or inertial) electrospinning (nozzle-based high speed rolary ES\ centrifugal ES), in which the action of the electric forces is amplified by the directionally applied centrifugal (inertial) forces, [Liu et al.. 2013]. They help to form, stabilize and direct the produced microjets to the collector and improve the quality of the produced polymer fibers. The capillary tubes are directed spatially along the line of action of the centrifugal force. Centrifugal electrospinning not only increases productivity - up to 240 g/h, | Pass et al.. 2019], but allows to achieve a high degree of fineness of the produced polymer fibers, \Dabirian et al., 2011; Edmondson et al., 2012; Liu et al., 20131.

Предимствата на многоструйното електроовлакняване с високо постоянно електрическо напрежение, се състоят в: (1) Простотата на реализиране и управление на технологичния процес; (2) Използването на относително ниски постоянни напрежения; (3) Доброто управление на качеството на произведените влакна и на нетъканите влакнести структури; (4) Производството на композитни (многокомпонентни) влакна, кухи влакна, влакна от вида „сърцевина-обвивка“ (core-shell), и специфични влакнести структури.The advantages of multi-jet electrospinning with high constant electric voltage consist in: (1) The simplicity of realization and management of the technological process; (2) The use of relatively low DC voltages; (3) Good quality management of manufactured fibers and nonwoven fiber structures; (4) The production of composite (multicomponent) fibers, hollow fibers, core-shell fibers, and specific fiber structures.

Основните недостатъци, на известните многосгруйни методи на електроовлакняване е високо постоянно електрическо напрежение се определят от: (1) Запушването на капилярните отвори, най-често при ниска температура на кипене на разтворителя, което се оказва „тясно“ място при индустрализация; (2) Електрическото взаимодействие (отблъскване) на съседните микроструи, в работното въздушно пространство, което забавя процеса на електроовлакняване и влошава качеството на произведените полимерни влакна; (3) Относително малката производителност - от 0.005 g/h до 0,010 (0.030) g/h на една капиляра, което силно ограничава неговото индустриално приложение. Общата повърхнина на влакнообразуване е ограничена от броя на капилярите и техния вътрешен размер. Вътрешният размер на кухата игла или дюзата ограничава максималния размер на конуса на Тейлър, както и възможността за генериране на повече от един конус на Тейлър; (4) Необходимостта от относително голям интензитет на постоянното електрическо поле на изхода от капилярния отвор, което изисква прилагането па относително големи по стойност високи постоянни напрежения достигат до 30 (100)kV); (5) Съществуването на риск за здравето и околната среда, определен от природата на използваните разтворители, които се изпаряват частично или напълно при самото производство на полимерни влакна; (6) Рискът от поява на електрически разряд или късо съединение между двата електрода, който се определя преди всичко от заплахата за пожар (или взрив) в съществуващата среда от пари на разт ворителя.The main disadvantages of the known multi-strand electrospinning methods are high constant electric voltage determined by: (1) Clogging of the capillary openings, most often at a low boiling point of the solvent, which turns out to be a "bottleneck" during industrialization; (2) The electrical interaction (repulsion) of the adjacent microjets, in the working air space, which slows down the electrospinning process and deteriorates the quality of the produced polymer fibers; (3) The relatively small productivity - from 0.005 g/h to 0.010 (0.030) g/h per capillary, which greatly limits its industrial application. The total surface area of fiber formation is limited by the number of capillaries and their internal size. The internal size of the hollow needle or nozzle limits the maximum size of the Taylor cone, as well as the ability to generate more than one Taylor cone; (4) The need for a relatively high intensity of the constant electric field at the exit from the capillary hole, which requires the application of relatively large high value constant voltages up to 30 (100)kV); (5) The existence of a health and environmental risk determined by the nature of the solvents used, which evaporate partially or completely during the production of polymer fibers itself; (6) The risk of an electrical discharge or short circuit between the two electrodes, which is primarily determined by the threat of fire (or explosion) in the existing solvent vapor environment.

Известни са методи на електроовлакняване с висдоко постоянно електрическо напрежение (DCV), е неограничена или свободна повърхност {free surface ES), или както още се наричат бездюзови (или безиглепи) методи на електроовлакняване (needleless ES', nozzleless ES), които използват тънък слой от електропроводим полимерен разтвор за едновременното производство на множество конуси на Тейлър, с различен размер на основата и множество различни по размер микроструи за електроовлакняване, и др., 1979]. Нещо повече, изхвърлените електрически заредени микроструи се отблъскват, а това определя ограничение и наличие на самоорганизация на цялостния процес на електроовлакняване. Естествено, това от своя страна определя по-голямото разсейване на размера и по-ниското качество на произведените влакна, [ Vahtrus и др., 2015]. Въпреки това, голямата производителност на този метод определя все по-широкото му индустриално приложение, 11, 2, 3, 4, 5 и 6].Electrospinning methods with a high constant electric voltage (DCV) are known, is an unlimited or free surface {free surface ES), or as they are also called nozzleless (or needleless) electrospinning methods (needleless ES', nozzleless ES), which use a thin layer of electrically conductive polymer solution for the simultaneous production of multiple Taylor cones of different base size and multiple microjets of different sizes for electrospinning, et al., 1979]. Moreover, the ejected electrically charged microjets are repelled, and this determines the limitation and presence of self-organization of the overall electrospinning process. Naturally, this in turn determines the greater size dispersion and lower quality of the fibers produced, [Vahtrus et al., 2015]. However, the high productivity of this method determines its increasingly wide industrial application, 11, 2, 3, 4, 5 and 6].

Известни са следните методи на електровлакняване от свободната повърхност с високо постоянно електрическо напрежение, които използват тънък слой от електропроводима течност върху: (1) Плоска повърхност (flat surface ES), \Roman и др., 2013]; (2) Цилиндричната повърхност на бавно въртящ се полупотопен в течността барабан или валяк (rotating-cylinder ES; drum ES), (Ilaitao и др.. 2009; Jirsak и др., 2009; Niu и др.. 2012 ]; (3) 1 ювърхността на въртящ се полупотопен тороид, \Haitao и др., 2009]; (4) Сферичната повърхност на полуиотопена в течността въртяща се топка или па множество от топки (spherical ball ES), \Miloh и др., 2009; Smit и др.. 2009; Niu и др., 2012]. В последния случай се използва много по-голямата повърхност на сферата, в сравнение е цилиндъра, като производителността на една въртяща се гонка достига до 1,92 g/h, [Willemse, 2013]; (5) Проводник (струна, тел) с голяма кривина на повърхността, опънат хоризонтално, който периодично се умокря от течността за овлакняване (wire ES), [Yalcinkaya и др., 2016]; (6) Двойка усукани проводници, разположени вертикално, по които се стича течността за електроовлакняване (vertical twisted-wire ES), \IIolopainen и др., 20151; (7) Бавно въртяща се. полуиотопена в проводящата течност, цилиндрична спирала от тел (rotating-spiral ES), \Niu и др.. 2012; Wang и др.. 2012]; (8) Бавно въртящ се полупотопен в проводящата течност цилиндър от тслени струни, разположени паралелно на оста на въртене (rotating wire ES), \Sambaer и др., 2011]; (9) Бавно въртяща се, полуиотопена в течността заThe following high DC free surface electrospinning methods are known, which use a thin layer of electrically conductive liquid on: (1) Flat surface ES, \Roman et al., 2013]; (2) The cylindrical surface of a slowly rotating semi-submerged drum or roller (rotating-cylinder ES; drum ES), (Ilaitao et al.. 2009; Jirsak et al., 2009; Niu et al.. 2012 ]; (3 ) 1 the surface of a rotating semi-immersed toroid, \Haitao et al., 2009]; (4) The spherical surface of a rotating ball or set of balls (spherical ball ES), \Miloh et al., 2009; et al.. 2009; Niu et al., 2012]. In the latter case, the much larger surface of the sphere is used compared to the cylinder, and the productivity of one rotating race reaches 1.92 g/h, [Willemse , 2013]; (5) A wire (string, wire) stretched horizontally, which is periodically wetted by the fiberization fluid (Yalcinkaya et al., 2016); (6) A pair of twisted wires , placed vertically along which the electrospinning liquid flows (vertical twisted-wire ES), \IIolopainen et al., 20151; (7) Slowly rotating in the conducting liquid, a cylindrical spiral of wire (rotating-spiral ES), \Niu et al.. 2012; Wang et al.. 2012]; (8) A slowly rotating semi-immersed in the conducting liquid cylinder of cotton strings arranged parallel to the axis of rotation (rotating wire ES), \Sambaer et al., 2011]; (9) Slow-rotating, semi-iotope in the liquid for

L овлакпявапс. цилиндрична намотка от нсизолиран проводник {rotating ring-coil ES)\ (10) Цилиндър с п-образни или г-образни тслсни профили, присъединени към бавно въртящ се цилиндър, така че дългата част на профила да бъде успоредна на оста на въртене, [McCarty и др., 2019|; (П)Копична кръгова намотка, разположена вертикално, с върха надолу, чийто проводник се умокря непрекъснато от стичаща сс отгоре течност за слсктроовлакнявапс {conical wire coil ES), [Wang и др., 2009]; (12) Въртяща сс правоъгълна тслепа рамка, която периодично сс потапя в течността за електроовлакняване {wire frame ES), [Forward и др., 2012; Forward и др., 2013, Bhattacharyya и др., 2016].L ovlakpyavaps. rotating ring-coil ES) (10) A cylinder with u-shaped or u-shaped tslss profiles attached to a slowly rotating cylinder so that the long part of the profile is parallel to the axis of rotation, [ McCarty et al., 2019|; (P) Conical wire coil, placed vertically, tip down, whose wire is continuously wetted by a liquid flowing from above (conical wire coil ES), [Wang et al., 2009]; (12) A rotating ss rectangular blind frame that is periodically ss immersed in the electrospinning liquid {wire frame ES), [Forward et al., 2012; Forward et al., 2013, Bhattacharyya et al., 2016].

Известни са методи на електроовлакняване от свободна повърхност с високо постоянно напрежение, които използват тънък слой от течносгта за електроовлакняване върху повърхности с много голяма кривина - остри ръбове и/или остриета, които концентрират електрическото поле чрез локализирането му върху ръб или острие, което увеличава съществено неговия интензитет.High constant voltage free surface electrospinning methods are known which use a thin layer of electrospinning liquid on surfaces of very high curvature - sharp edges and/or blades which concentrate the electric field by locating it on an edge or blade which increases substantially its intensity.

Стационарните методи на електроовлакняване с остър ръб или острие използват: (1) Шипове, излизащи над повърхността па вана с течността за електроовлакняване, [Yann и др., 20041; (2) Паралелни един на друг пожовидни метални електроди, излизащи над повърхността на течността, [Lukas и др., 20081; (3) Метална купа със заострен периферен ръб, запълнена до ръба с течността, [Thoppey и др., 2011]; (4) Метален улей със заострени надлъжни ръбове, запълнен до ръба с течността, [Wei и др., 2019]; (5) Метална купа със заострени ръбове и кръгъл капак, който повтаря профила на купата, така че формира шлицов (капилярен) капал, който води до заострения ръб. като в същото време капакът възпепятства бързото изпаряване на разтворителя, [Xiong и др., 20211; (6) Наклонена метална плоскост, завършваща с остър ръб, по чиято горна повърхност течността за електроовлакняване се стича гравитачно в тънък слой, {single-plate edge ES), [Thoppey и др., 2010|; (6) Каскадно разположени една над друга наклонени плоскости, завършващи с остър ръб, които непрекъснато се умокрят от стичащата сс течност {waterfall geometry ES), [Thoppey и др., 2010]; (7) Хоризонтално разположена тороидална тръба с множество отвори, от които течността за електроовлакняване изтича, умокря тръбата и се събира в пръстеновидна вана под нея, | Wei и др., 2019]; (8) Стъпаловидна копична пирамида, образувана от наслагването, един пад друг, на пресечени конуси с нарастващ диаметър, като всеки коничен стаж е запълнен с течността за електроовлакняване. а кръгово разположените един пад друг остри ръбове формират едновременно множество микроструи {steppedpyramid ES), [Jiang и др.. 2013; Jiang и др.. 2014].Stationary edge or blade electrospinning methods use: (1) Spikes projecting above the surface of the electrospinning fluid bath, [Yann et al., 20041; (2) Row-like metal electrodes parallel to each other, protruding above the liquid surface, [Lukas et al., 20081; (3) A metal bowl with a pointed peripheral rim filled to the brim with the liquid, [Thoppey et al., 2011]; (4) Metal chute with pointed longitudinal edges, filled to the brim with the liquid, [Wei et al., 2019]; (5) A metal bowl with pointed edges and a circular lid that repeats the profile of the bowl so that it forms a slotted (capillary) cap that leads to the pointed edge. while at the same time the lid prevents the rapid evaporation of the solvent, [Xiong et al., 20211; (6) An inclined metal plate ending in a sharp edge, on the upper surface of which the electrospinning liquid flows by gravity in a thin layer, {single-plate edge ES), [Thoppey et al., 2010|; (6) Cascading inclined planes, ending with a sharp edge, which are continuously wetted by the flowing SS liquid {waterfall geometry ES), [Thoppey et al., 2010]; (7) A horizontally arranged toroidal tube with multiple openings from which the electrospinning fluid flows, wets the tube and collects in an annular bath below, | Wei et al., 2019]; (8) A stepped copic pyramid formed by the superimposition, one after the other, of truncated cones of increasing diameter, each conical course being filled with the electrospinning fluid. and the circularly arranged one-to-one sharp edges simultaneously form multiple microjets {steppedpyramid ES), [Jiang et al.. 2013; Jiang et al.. 2014].

Ротационните методи на електроовлакняване е остър ръб използват: (1) Кръгово оформен остър ръб на въртящ се кух цилиндър (centrifugal sharp-edge circular ES). от който се формират можество от микроструи за електроовлакняване; (2) Кръгово оформения остър ръб на въртящ се кух конус (hollow cone ES), [Lu и др., 2010]; (3) Кръгово оформения остър ръб на въртящ се хоризонтално диск (centrifugal-disk ES).Rotary sharp-edge electrospinning methods use: (1) Centrifugal sharp-edge circular ES. from which a power of microjets for electrospinning is formed; (2) The circularly shaped sharp edge of a rotating hollow cone (hollow cone ES), [Lu et al., 2010]; (3) The circularly shaped sharp edge of a rotating horizontal disk (centrifugal-disk ES).

Методите на електроовлакняване с остър ръб е високо постоянно електрическо напрежение, които използват повърхността на бавно въртящи се цилиндри (барабани), полупотопени в течността за електроовлакняване: (1) Метален цилиндър с нарязяпи капали с остри ръбове, например цилиндър с нарязана резба, цилиндрично или червячно зъбно колело; (2) Метален цилиндър с множество остриета по повърхността, [Tehrani и др., 2018]; (3) Метален диск или набор от дискове със заострени ръбове по периферията, [Niu и др.. 2009J.Sharp-edge electrospinning methods are high constant electric voltage that use the surface of slowly rotating cylinders (drums) semi-immersed in the electrospinning fluid: (1) A metal cylinder with serrated caps with sharp edges, for example a cut-threaded cylinder, cylindrical or worm gear; (2) A metal cylinder with multiple blades on the surface, [Tehrani et al., 2018]; (3) A metal disk or set of disks with pointed edges on the periphery, [Niu et al.. 2009J.

Методите на електроовлакняване с остър ръб с високо постоянно електрическо напрежение включват също така известните методи с шлицове (slot-ES), [Yan и др.. 2017]; прорези (cleft-surface ES), \Lucas и др.. 2008]; и процепи (slit-ES), [Sharma и др., 2012; Yan и др., 2012; Ucar и др.. 2013]. разположени върху повърхността па електрода, през които течността се изхвърля принудително навън под действието на приложено налягане. Използва се още допълнителното действие на ценробежни сили, които подпомагат формирането на множество от микроструи за електроовлакняване под действието на приложеното електрическо поле.Sharp edge electrospinning methods with high DC voltage also include the well-known slot-ES methods [Yan et al.. 2017]; clefts (cleft-surface ES), \Lucas et al.. 2008]; and slits (slit-ES), [Sharma et al., 2012; Yan et al., 2012; Ucar et al.. 2013]. located on the surface of the electrode, through which the liquid is forced out under the action of applied pressure. The additional effect of centrifugal forces is also used, which support the formation of a plurality of electrospinning microjets under the action of the applied electric field.

Известна е група от методи на електроовлакняване с високо постоянно електрическо напрежение, която използва моментно нарушаване на повърхността (temporary disruption ES) на електропроводимата течност за концентриране на електрическото поле и произвеждане на множество от струи за овлакнявапс. Трудно е да се предизвика електроовлакняване от равна и спокойна повърхност, дори при много висок интензитет на електрическото поле. Ако обаче се използва ултразвук, който образува вълнички, разпространяващи се концентрично от центъра към периферията, то от тази повърхност вече могат да бъдат произведени множество от микроструи и да се предзвика т. нар. ултразвуково подпомогнато електроовлакняване (ultrasonic agitation ES), [Nieminen и др., 2018].A group of high DC voltage electrospinning methods is known which uses temporary disruption of the surface (ES) of the electrically conductive liquid to concentrate the electric field and produce a plurality of jets for spinning. It is difficult to induce electrofibration from a flat and quiescent surface, even at very high electric field intensities. However, if ultrasound is used, which forms ripples propagating concentrically from the center to the periphery, multiple microjets can already be produced from this surface and the so-called ultrasonic agitation ES (ultrasonic agitation ES) can be induced [Nieminen and et al., 2018].

Значително по-широко разпространение има друг метод на електроовлакняване от свободна повърхност е високо постоянно и променливо електрическо напрежение - това е слсктроовлакнявансто е разтварящи (пукващи, отварящи) се газови мехурчета (bubble-surface disruption ES', multiple-jet blown bubble ES, air-jet assisted bubble ES). при който въздух (или газ) се пропуска през слой от електропроводимата течност, за да образува на повърхността й множество от разпукващи се газови мехурчета, [Liu и Не, 2007; Л-Ниап и др., 2008; Varabhas и др., 2009; Higham и др., 2014; Kocis и др.. 2018].Another method of electrospinning from a free surface is significantly more widespread - it is high constant and alternating electric voltage - this is slsktrofibration, which is dissolving (bursting, opening) gas bubbles (bubble-surface disruption ES', multiple-jet blown bubble ES, air -jet assisted bubble ES). in which air (or gas) is passed through a layer of the electrically conductive liquid to form a multitude of bursting gas bubbles on its surface, [Liu and Ne, 2007; L-Niap et al., 2008; Varabhas et al., 2009; Higham et al., 2014; Kocis et al.. 2018].

Известен е метод на електроовлакняване с високо постоянно електрическо напрежение, който използва движещи се капки от течността за овлакняване, които преминавайки през електрическо поле, се зареждат електрически, разтеглят се и придобиват нишковидна форма (droplets ES). Съществуват множество методи за произвеждането на самите капки, така например, използва се успешно въздушна струя, която изтегля капки от върха на една или повече капилярни игли, [Filatov и др.. 2007]. Въртяща се глава, под формата на диск с остър ръб. също така формира множество от капки, които се отделят непрекъснато от периферията на диска и попаднали в електрическото поле дават началото па множество от микроструи за електроовлакняване, \Angammana и др., 2012]. Доста по-сложна по форма въртяща се глава, е профил, който включва наклонени повърхнини, образуващи каскада от остри ръбове, също така се използва при капковото електроовлакняване, [Beran и др., 2017]. Основният недостатък на капковия метод на електроовлакняване се определя от това, че капките произвеждат единствено къси полимерни влъкна.A method of electrospinning with high constant electric voltage is known, which uses moving drops of the fiberizing liquid, which, passing through an electric field, are electrically charged, stretched and acquire a thread-like shape (droplets ES). There are many methods for producing the drops themselves, for example, an air jet that draws drops from the tip of one or more capillary needles has been successfully used [Filatov et al.. 2007]. Rotating head, in the form of a disc with a sharp edge. it also forms a multitude of drops that are continuously separated from the periphery of the disk and, once caught in the electric field, give rise to a multitude of electrospinning microjets, \Angammana et al., 2012]. A rather more complex rotating head, a profile that includes inclined surfaces forming a cascade of sharp edges, is also used in droplet electrospinning [Beran et al., 2017]. The main disadvantage of the droplet electrospinning method is determined by the fact that the drops produce only short polymer fibers.

Предимствата на методите на електроовлакняване от свободна повърхност е високо постоянно електрическо напрежение са следните: (1) Лесната реализация и управление; (2) Отсъстващите запушващи се отвори доказва се, че използването на капилярен отвор не е задължително за елсктроовлакнявансто, - отваря се възможност за бърза индустриализация; (3) Голяма производителност; (4) Самооргапизация на произведените струи за електроовлакняване.The advantages of electrospinning methods from a free surface is a high constant electric voltage are the following: (1) Easy implementation and management; (2) The absence of plugging holes proves that the use of a capillary hole is not mandatory for electro-fibers, - an opportunity for rapid industrialization opens up; (3) High productivity; (4) Self-organization of the produced electrospinning jets.

Недостатъците на методите на електроовлакняване от свободна повърхност с високо постоянно електрическо напрежение са следните: (1) 11о-голямо разсейване на диаметъра на произведените полимерни влакна, в сравнение е методите от капилярен отвор; (2) Трудно поддържане на постоянни стойности на концентрацията и вискозитета на полимерния разтвор; (3) Много високи стойности на критичното електрическо напрежение на електроовлакняване, тъй като се работи е по-голям вискозитет па полимерния разтвор, поради което е необходим също така по-голям интензитет на електрическото поле, за да се произведат необходимите микроструи за овлакняване. Достига се дори до стойности на напрежението, при които се появява частичен коронен разряд. Приложеното напрежение не може да се увеличава неограничено, тъй като между високоволтовия електрод и противоелектрода (колектора) може да се получи искрепс и появата на електрическа дъга, [McCarthy и др., 2019].Disadvantages of high DC voltage free surface electrospinning methods are as follows: (1) 110-large diameter dispersion of the produced polymer fibers compared to capillary hole methods; (2) Difficult to maintain constant values of the concentration and viscosity of the polymer solution; (3) Very high values of the critical electric voltage of electrospinning, since a higher viscosity of the polymer solution is used, therefore a higher electric field intensity is also required to produce the necessary microjets for fiberization. It even reaches voltage values where partial corona discharge occurs. The applied voltage cannot be increased indefinitely because sparks and arcing can occur between the high-voltage electrode and the counter electrode (collector), [McCarthy et al., 2019].

LL

Известни са методи на електроовлакняване при високо постоянно електрическо напрежение (DCV), които позволяват производството на нетъкана подредена влакнеста структура върху колектора, при следните условия, 11, 51:High direct current (DCV) electrospinning methods are known, which allow the production of a non-woven ordered fiber structure on the collector, under the following conditions, 11, 51:

(1) Метод за производство на подредени влакнести структури чрез електроовлакняване с въртящ се електропроводим цилиндричен колектор цилиндър, барабан или вал (rotating cylinder collector ES. drum- или mandrel-collector ES), който приема движещите се към него полимерни влакна и по механичен път формира подредена влакнеста структура. В същото време, цилиндърът играе ролята па противослсктрод, който отвежда и неутрализира електрическия заряд на полимерните влакна. Критичната скорост на подреждане (alignment speed) на влакната се достига, когато линейната скорост на повърхността на въртящия сс цилиндър достигне скоростта на отлагане на влакната. Гази скорост е критична, тъй като превишаването й води до механично разкъсване на полимерните влакна, което е по-силно изразено при малък диамстр на влакната. Здравината на влакната, при срещата им с колектора, има силно влияние върху този процес, поради което сс налага използването на разтворители с по-ниска температура на кипене, за да се отлагат т. нар. „сухи“ влакна. Произведената устойчива микроструя също така подобрява подреждането на влакната върху цилиндъра, [Zhou и др.. 2013 ].(1) Method for producing ordered fiber structures by electrospinning with a rotating electrically conductive cylindrical collector cylinder, drum or shaft (rotating cylinder collector ES. drum- or mandrel-collector ES), which receives the polymer fibers moving towards it and mechanically forms an ordered fibrous structure. At the same time, the cylinder plays the role of an anti-slip electrode, which removes and neutralizes the electrical charge of the polymer fibers. The critical speed of arrangement (alignment speed) of the fibers is reached when the linear speed of the surface of the rotating CC cylinder reaches the deposition speed of the fibers. Gas speed is critical, because exceeding it leads to mechanical tearing of the polymer fibers, which is more pronounced with a small diameter of the fibers. The strength of the fibers, when they meet the collector, has a strong influence on this process, which is why ss requires the use of solvents with a lower boiling point to deposit so-called "dry" fibers. The sustained microjet produced also improves fiber alignment on the cylinder, [Zhou et al.. 2013].

(2) Метод за производство на подредени влакнести структури чрез електроовлакняване. който използва за колектор непрекъснато движеща се електропроводима лента (belt collector ES). с фиксирани върху нея метални пластини. Лентата сс движи непрекъснато върху водещи ролки и играе ролята на металния противоелектрод.(2) A method of producing ordered fiber structures by electrospinning. which uses a continuously moving conductive belt (belt collector ES) as a collector. with metal plates fixed on it. The ss tape moves continuously on guide rollers and plays the role of the metal counter electrode.

(3) Метод за производство на подредени влакнести структури чрез електроовлакняване. който използва за колектор въртящ се тънък диск с плоска (rotating thin disk ES) или заострела периферия (knife-edge of rotating thin disk ES). която концентрира електрическото поле, действа силово и подрежда произведените влакна. [Theron и др., 2001].(3) Method for producing ordered fiber structures by electrospinning. which uses a rotating thin disk with a flat (rotating thin disk ES) or knife-edge of rotating thin disk ES (knife-edge of rotating thin disk ES) as a collector. which concentrates the electric field, exerts a force and arranges the fibers produced. [Theron et al., 2001].

(4) Метод за производство на подредени влакнести структури чрез електроовлакняване, който използва неподвижен колектор, съставен от два паралелно разположени (плоски) лентови електрода (parallel conducting collector ES). Всеки от двата лентови електрода отстоят на еднакво разстояние от високоволтовия електрод. Лентовите електроди са заземени, или са поставени под висок отрицателен потенциал, всеки поотделно. Известно е това, че електрическото поле в междината между електродите сс изкривява много силно, което от своя страна разтегля и подрежда произведените влакна, [Li и др., 2003]. Използва се още колектор, прсдставлящ решетка от паралелно разположени лентови електроди, [Li и др., 2004].(4) A method of producing ordered fiber structures by electrospinning that uses a stationary collector composed of two parallel (flat) strip electrodes (parallel conducting collector ES). Each of the two strip electrodes is equidistant from the high voltage electrode. The strip electrodes are grounded, or placed at a high negative potential, each individually. It is known that the electric field in the gap between the ss electrodes distorts very strongly, which in turn stretches and arranges the produced fibers [Li et al., 2003]. A collector representing a grid of parallel strip electrodes is also used [Li et al., 2004].

(5) Метод за производство на подредени влакнести структури чрез електроовлакняване, който използва неподвижен колектор, съставен от два паралелно разположени ножовидпи електрода, заострени в горната си част, \Secasanu и др.. 20091. Този колектор позволява да се произвеждат по-дебели подредени влакнести структури.(5) A method of producing ordered fiber structures by electrospinning that uses a stationary collector composed of two parallel knife-edge electrodes, tapered at the top, \Secasanu et al. 20091. This collector allows the production of thicker ordered fibrous structures.

(6) Метод за производство на подредени влакнести структури чрез електроовлакняване. който комбинира ефекта па въртящия се цилиндричен колектор с ефекта па двата успоредни лентови проводника: (а) Въртящ се цилиндричен колектор, съставен от проводници (струни), £ разположени по периферията на цилиндъра, ориентирани паралелно на оста па въртене (rotating wire drum collector E.S), [Katta и др.. 2004]; (b) Въртящ се цилиндричен колектор, съставен от метални ребра, разположени надлъжно но периферията па цилиндъра, ориентирани по неговия радиус (rotating fin collector ES), [Afifi и др.. 20091; (с) Въртящ се диск, чиято периферия включва равномерно разположени проводящи сектори (точки) (rotating disk with evenly spaced conductive points ES), [Afifi и др.. 2009]; (d) Пръстени от проводник, разположени на еднакво разстояние един от друг, по повърхността па въртящ се диелектричен цилиндър (rotating ring-coil collector)·, (е) Спирално навит проводник (тел) върху повърхността на диелектричен цилиндър, със стъпка, равна на междината между двата съседни проводника, (rotating spiral collector ES)·, (f) Въртящ се колектор, съставен от множество дискове, отстоящи един от друг на разстояние, равно на разстоянието между двата лентови проводника;(6) Method for producing ordered fiber structures by electrospinning. which combines the effect of the rotating cylindrical collector with the effect of the two parallel strip conductors: (a) A rotating cylindrical collector composed of wires (strings) £ located on the periphery of the cylinder, oriented parallel to the axis of rotation (rotating wire drum collector E.S ), [Katta et al.. 2004]; (b) Rotating cylindrical collector, composed of metal fins located longitudinally but the periphery of the cylinder, oriented along its radius (rotating fin collector ES), [Afifi et al.. 20091; (c) Rotating disk, whose periphery includes evenly spaced conductive sectors (points) (rotating disk with evenly spaced conductive points ES), [Afifi et al.. 2009]; (d) Rings of wire spaced equidistant from each other on the surface of a rotating ring-coil collector, (f) A spirally wound conductor (wire) on the surface of a dielectric cylinder, with a pitch equal to of the gap between the two adjacent conductors, (rotating spiral collector ES)·, (f) A rotating collector composed of a plurality of disks spaced from each other at a distance equal to the distance between the two strip conductors;

(7) Метод за производство па подредени влакнести структури чрез електроовлакняване, който използва, т. нар. посочващи електроди под формата на: (7.1) Ножовидпи остриета високоволтов електрод и противослектрод. които обхващат диагонално въртящ се цилиндричен колектор, [Тео и др.. 2005]; (7.2) Заземено острие-противоелектрод. разположено във вътрешността на въртящ се кух цилиндричен колектор, което създава фокус на отлагане и го измества по дължината на цилиндъра (rotating drum with sharp pin inside collector ES), [Lee и др., 20091; (7.3) Заземена система от паралелни едно на друго ножовидпи остриета, използвана като противослектрод, паходящ се под въртящ се диелектричен цилиндричен колектор (rotating tube-collector with knife-edge electrodes ES), [Teo и др., 20051.(7) A method of producing ordered fiber structures by electrospinning, which uses so-called indicating electrodes in the form of: (7.1) Knife-like bladed high-voltage electrode and counter electrode. which comprise a diagonally rotating cylindrical collector, [Teo et al.. 2005]; (7.2) Grounded blade-counter electrode. located inside a rotating hollow cylindrical collector, which creates a focus of deposition and shifts it along the length of the cylinder (rotating drum with sharp pin inside collector ES), [Lee et al., 20091; (7.3) A grounded system of parallel knife-edge electrodes, used as a counter electrode, falling under a rotating dielectric cylindrical collector (rotating tube-collector with knife-edge electrodes ES), [Teo et al., 20051.

Известен е метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване е високо променливо напрежение (АСЕ), |7, 8|. който освен всички други отбелязани предимства I съобщава за съществено намаляване на т. нар. време на релаксация (time of relaxation). Времето на релаксация е интервал от време, което тече от момента на прилагане па електрическото напрежение до появата на една или повече микроструи за слектроовлакняване. То характеризира процеса на самоорганизация. протичащ в течността под действие на приложеното външно електрическо поле. Големите времена па релаксация са характерни за слсктроовлакпяването нри постоянно електрическо напрежение от милисекунди до минути, [ 81. Наблюдавано е съществено намаляване на времето на релаксация нри електроовлакняване с променливо електрическо напрежение и електрически активен колектор.A known method for the production of polymer fibers by electrospinning is high alternating voltage (ACE), |7, 8|. which, in addition to all other noted advantages, reports a significant reduction in the so-called time of relaxation. The relaxation time is the time interval that elapses from the moment of application of the electrical voltage until the appearance of one or more microjets for electro-fibration. It characterizes the process of self-organization. flowing in the fluid under the action of the applied external electric field. Large relaxation times are characteristic of DC electrospinning from milliseconds to minutes, [ 81. A significant reduction in relaxation time has been observed in AC electrospinning with an electrically active collector.

Известно е това, чс методите на слектроовлакняване с променливо електрическо напрежение държат сметка за честотата, тъй като подвижността на йоните в проводящата течност за електроовлакняване е ограничена - те пс могат да следват промяната па посоката на електрическото поле, а това се оказва определящо за електрическия заряд на произведените струи за електроовлакняване. Всеки полимерен разтвор има своя собствена критична честота, \Sarkar и др.. 2007 ]. като при честота по-ниска от критичната, произведената микроструя има една и съща полярност по цялата си дължина, докато при честота по-висока от критичната, струята придобива периодично редуващи се сегменти с положителен и с отрицателен заряд.It is known that AC electrospinning methods are frequency sensitive because the mobility of the ions in the conductive electrospinning fluid is limited - they can follow the change in the direction of the electric field, which turns out to be a determinant of the electric charge. of the produced electrospinning jets. Each polymer solution has its own critical frequency, \Sarkar et al.. 2007 ]. and at a frequency lower than the critical one, the produced microjet has the same polarity along its entire length, while at a frequency higher than the critical one, the jet acquires periodically alternating segments with a positive and a negative charge.

Сегментите с противоположна полярност, обаче, сс привличат, поради което на определено разстояние от електроовлакнителя се образува шлейф от влакна (fiber plume), който бавно се придвижва към колектора, под действие на т. нар. йонен вятър (ionic wind) между електродите. В този случай, шлейфът от полимерни влакна е почти електрически неутрален, което определя и неутралната роля на колектора. На практика, този колектор не определя поведението на шлейфа от влакна, което позволява да се работи дори без противослсктрод-колсктор, т. е. в този случай, колекторът вече не е необходимо да бъде част от електрическата верига, |8, 9, 11, и 12].The segments with opposite polarity, however, attract, which is why a fiber plume is formed at a certain distance from the electrofiber, which slowly moves towards the collector, under the action of the so-called ionic wind between the electrodes. In this case, the loop of polymer fibers is almost electrically neutral, which also determines the neutral role of the collector. In practice, this collector does not determine the behavior of the fiber loop, which allows to work even without an anti-collector, i.e. in this case, the collector no longer needs to be part of the electrical circuit, |8, 9, 11 , and 12].

Известни са безколекторни методи на електроовлакняване (collectorless ES) с високо променливо електрическо напрежение, от свободна повърхност: (1) Въртящ се вертикален цилиндър със назъбени краища по периферията и затварящ се капак, който произвежда шлейф от влакна под формата на ръкав (corona alternating current ES), [9]; (2) Цилиндър c диаметър 10 mm (alternating current rodES), който произвежда ръкав (шлейф) от влакна, [10]; (3) Въртящ се вертикално профилиран прът с централен отвор и дюза на върха (rod-shaped spinningelectrode alternating current ES), който произвежда ръкав от влакна (envelope), който свободно се използва в следващи технологични процеси на предене, [11]; (4) Електроовлакнител с разтварящи (пукащи) сс мехурчета (alternating current bubble ES), \Reneker и др.. 2010; Erben и др., 2020], [12].Collectorless electrospinning methods (collectorless ES) with high alternating electric voltage, from a free surface, are known: (1) A rotating vertical cylinder with serrated ends on the periphery and a closing lid that produces a plume of fibers in the form of a sleeve (corona alternating current ES), [9]; (2) Cylinder c diameter 10 mm (alternating current rodES), which produces a sleeve (plume) of fibers, [10]; (3) A rotating vertically profiled rod with a central opening and a nozzle at the tip (rod-shaped spinningelectrode alternating current ES), which produces a fiber sleeve (envelope) that is freely used in subsequent spinning processes, [11]; (4) Electrofiber with dissolving (bursting) ss bubbles (alternating current bubble ES), \Reneker et al.. 2010; Erben et al., 2020], [12].

Известен е метод на безколекторно електроовлакняване с високо променливо електрическо напрежение с трапецовиден профил на изменение и индустриална честота и многоструйно електроовлакняване от свободна повърхност. Електроовлакпителят представлява въртящ се двойно-коничен диск със заострена периферия. Отбелязва се, че формата (профила) па променливото напрежение влияе съществено върху ефективността на процеса - трапецовидната форма осигурява по-голяма продължителност на влакнообразуване за всеки полупериод на напрежението и относително по-малък диаметър на произведените влакна, сравнени с променливото синусоидалпо псапрсжснис при същата честота. Увеличаването на честотата на 150 Hz, също така, води до по-висока производителност на трапецовидния профил на напрежението - 6,15 g/h срещу 4,46 g/h, 18].A method of collectorless electrospinning with high alternating electric voltage with a trapezoidal variation profile and industrial frequency and free surface multijet electrospinning is known. The electric locomotive is a rotating double-conical disk with a pointed periphery. It is noted that the shape (profile) of the alternating voltage significantly affects the efficiency of the process - the trapezoidal shape provides a longer duration of fiber formation for each half-cycle of the voltage and a relatively smaller diameter of the produced fibers compared to the alternating sinusoidal psaprszhnis at the same frequency . Increasing the frequency to 150 Hz also resulted in a higher performance of the trapezoidal stress profile, 6.15 g/h versus 4.46 g/h, 18].

Тези методи на безколекторно електроовлакняване с високо променливо електрическо напрежение осигуряват голяма производителност и произвеждат заготовка - шлейф или ръкав от влакна, който може да се използва след това в различни процеси на предене. Производството на прежди и нишки чрез методите на безколекторно електроовлакняване с високо променливо електрическо напрежение, обаче, излиза извън темата за електроовлакняване е образуване на нетъкана влакнеста структура.These methods of collectorless electrospinning with high alternating electrical voltage provide high productivity and produce a blank - a tow or sleeve of fibers that can then be used in various spinning processes. The production of yarns and threads by the methods of collectorless electrospinning with high alternating electric voltage, however, goes beyond the subject of electrospinning is the formation of a nonwoven fibrous structure.

Известен е метод на електроовлакняване с активен електропроводим колектор и променливо синусоидалпо електрическо напрежение при индустриална честота, който използва за високоволтов електрод капилярна куха игла (II) = 0,9 mm) и алуминиев плосък кръгъл колектор за нротивослектрод. отстоящ на разстояние 150 mm. Този метод се сравнява с метод на електроовлакняване с импулсно напрежение с правоъгълна форма на импулсите (pulse voltage ES) - еднополярни импулси, чиято амплитуда сс изменя между между две нива - 8 и 15 kVpeak, при пос тоянно времетраене 5 ms и честота на повторение 20. 50 и 100 Hz. Доказана е приложимостта на импулсния метод на електроовлакняване при съпоставянето му с електроовлакняване при постоянно напрежение, при постоянен обемен дебит на течността 0,9 mL/h, [14].A method of electrofibration with an active electrically conductive collector and alternating sinusoidal electrical voltage at industrial frequency is known, which uses a capillary hollow needle (II) = 0.9 mm) for a high-voltage electrode and an aluminum flat circular collector for a non-rotative electrode. spaced at a distance of 150 mm. This method is compared with a method of electrofibration with a pulse voltage with a rectangular shape of the pulses (pulse voltage ES) - unipolar pulses, the amplitude of which varies between two levels - 8 and 15 kVpeak, with a constant duration of 5 ms and a repetition frequency of 20 .50 and 100 Hz. The applicability of the pulsed electrospinning method has been proven when comparing it with electrospinning at a constant voltage, at a constant volume flow rate of the liquid 0.9 mL/h, [14].

Технологичните параметри на електроовлакняване с високо променливо електрическо напрежение, в общия случай, включват следните процесии параметри: амплитудата, честотата, характера на изменение във времето или профила на напрежението хармонично (синусоидалпо) напрежение, нехармонично напрежение с различен профил - триъгълен.The technological parameters of electrofibration with high alternating electric voltage, in the general case, include the following process parameters: the amplitude, the frequency, the character of change in time or the voltage profile, harmonic (sinusoidal) voltage, non-harmonic voltage with a different profile - triangular.

правоъгълен, трапецовиден. Параметри те на електроовлакняване е импулсно напрежение (ВС) са: симетрия или асиметрия на импулсите, спрямо оста на времето, формата на импулса, честотата или периода на повторение на импулсите, времетраенето на импулса, времетраенето на паузата, и т. н.rectangular, trapezoidal. The parameters of electrofibration is pulse voltage (VS) are: symmetry or asymmetry of the pulses, relative to the time axis, the shape of the pulse, the frequency or period of repetition of the pulses, the duration of the pulse, the duration of the pause, etc.

Задачата на изобретението се състои в създаването на метод за производство па полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера, от електропроводима полимсрсъдържаща течност - разтвор, емулсия или стопилка, с високо променливо електрическо поле, изменящо се периодично по големина и/или посока във времето, създадено в междуелектродното пространство на един или повече високоволтови електроди, принадлежащи па слсктроовлакнитсля, и противоелектрод. наречен колектор, като в работното въздушно пространство, в непосредствена близост до противослсктрода, се разполага твърда диелектрична (изолационна) бариера, с голяма относителна диелектрична проницаемост и електрическа якост - от полимер, стъкло, керамика или кварц, която: първо, обособява работното въздушно пространство - между върха па високоволтовия електрод и диелектричната бариера, второ, изтласква променливото електрическо поле в работното въздушно пространство, като го конценрира при върха на високоволтовия електрод, трето, поема ролята на колектор за произведените полимерни влакна, четвърто, осигурява подреждането на произведените влакна в плоска нетъкана влакнеста структура.The task of the invention consists in the creation of a method for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier, from an electrically conductive polymer-containing liquid - solution, emulsion or melt, with a highly variable electric field, changing periodically in magnitude and/or direction over time, created in the interelectrode space of one or more high-voltage electrodes belonging to the fiber optic and a counter electrode. called a collector, as in the working air space, in the immediate vicinity of the anti-slip electrode, there is a solid dielectric (insulating) barrier, with a high relative dielectric permeability and electrical strength - made of polymer, glass, ceramic or quartz, which: first, separates the working air space - between the tip of the high-voltage electrode and the dielectric barrier, secondly, it pushes the variable electric field into the working air space, concentrating it at the tip of the high-voltage electrode, thirdly, it takes the role of a collector for the produced polymer fibers, fourthly, it ensures the arrangement of the produced fibers in a plane non-woven fibrous structure.

Методът па електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, трябва: (1)Да се основава на използването на известните видове електроовлакнители - едноструйни и многоструйни, статични и динамични, извършващи ротационно движение (центрофужни. инерционни), с въздушна струя, подпомагаща образуването на микроструи за електроовлакняване; (2) Да се основава на използването на познатите видове прости и съставни метални (електропроводими) противоелектроди; (3) Да осигури безопасно електроовлакняване на полимерните разтвори, емулсии и стопилки. без появата па коронен електрически разряд и късо съединение между електродите, което би създало условия за пожар или взрив; (4) Да осигури безопасно електроовлакняване в плазмената среда па диелектричен бариерен разряд във въздух, при нормално атмосферно налягане и стайна температура; (5) Да осигури безопасно електроовлакняване от полимерни разтвори и стопилки с повишена и висока електропроводимост; (6) Да използва активен противоелектрод и да избегне образуването на характерния за електроовлакняването с променливо електрическо напрежение (без диелектрична бариера) шлейф от полимерни влакна.The method of electrospinning with a dielectric barrier and alternating electric voltage must: (1) Be based on the use of the known types of electrospinning machines - single-jet and multi-jet, static and dynamic, performing rotational movement (centrifugal. inertial), with an air jet supporting the formation of micro jets for electrospinning; (2) To be based on the use of the known types of simple and compound metal (electrically conductive) counter electrodes; (3) To provide safe electrospinning of polymer solutions, emulsions and melts. without the occurrence of a corona electric discharge and a short circuit between the electrodes, which would create conditions for fire or explosion; (4) To ensure safe electrospinning in the plasma medium and dielectric barrier discharge in air, at normal atmospheric pressure and room temperature; (5) To ensure safe electrospinning of polymer solutions and melts with increased and high electrical conductivity; (6) To use an active counter electrode and avoid the formation of the polymer fiber plume characteristic of AC (no dielectric barrier) electrofibration.

Техническа същностTechnical essence

Задачата на изобретението се решава чрез метод за производство на полимерни (нанои микро)влакна и па нетъкани влакнести структури на гяхпа основа, от (електро)нроводима полимсрсъдържаща течност - разтвор, емулсия или стопилка, чрез електроовлакняване с променливо електрическо напрежение, изменящо се периодично по амплитуда и/или по посока във времето, във въздух при нормално атмосферно налягане и стайна температура, при което между високоволтовия електрод на елсктроовлакнитсля, който се намира в електрически контакт с проводимата течност, и един заземен противоелектрод, разположен в далечната област на работното въздушно пространство, се прилага електрическо поле, изменящо се по големина и/или посока във времето, като слектроовлакнителят. който може да бъде едноструен или многострусп, статичен или да извършва ротационно работно движение, като произвежда една или множество струи, насочени по направление на електрическото поле към противослсктрода. а противослсктродът има подходяща пространствена форма и структура, остава неподвижен или се движи, за да формира неподредена, или подредена нетъкана влакнеста структура, характеризиращ с това, че по пътя на произведената от високоволтовия електрод микроструя за електроовлакняване, в далечната област на работната въздушна междина - над 50 mm, в непосредствена близост до противослсктрода, се разполага твърда диелектрична бариера, с дебелина от 1 до 20 mm, относителна диелектрична проницаемост от 2 до 10. специфична електрическа проводимост над 1 pS/m и (ди)слектрична якост над 9 MV/m. която изтласква електрическото поле в работната въздушна междина и приема ролята на колектор за произведените полимерни влакна и образуваната нетъкана влакнеста структура.The task of the invention is solved by a method for the production of polymer (nano micro) fibers and non-woven fiber structures on a base basis, from an (electro)conductive polymer-containing liquid - solution, emulsion or melt, by electrospinning with variable electric voltage, changing periodically amplitude and/or direction in time, in air at normal atmospheric pressure and room temperature, wherein between the high-voltage electrode of the electrical fiber, which is in electrical contact with the conductive liquid, and a grounded counter electrode located in the far region of the working air space , an electric field varying in magnitude and/or direction over time is applied, such as the slectrofiber. which can be single-jet or multi-jet, static or perform a rotary working motion, producing one or multiple jets directed in the direction of the electric field to the counter electrode. and the anti-slsktrode has a suitable spatial shape and structure, remains stationary or moves to form an unordered or ordered non-woven fibrous structure, characterized in that in the path of the electrofibration microjet produced by the high-voltage electrode, in the far region of the working air gap - above 50 mm, in the immediate vicinity of the counter electrode, a solid dielectric barrier is placed, with a thickness of 1 to 20 mm, a relative dielectric permittivity of 2 to 10. a specific electrical conductivity of more than 1 pS/m and a (di)electric strength of more than 9 MV/ m. which pushes the electric field into the working air gap and takes the role of a collector for the produced polymer fibers and the formed non-woven fibrous structure.

Един вариант на метода на електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че противослсктродът има форма и размери, които концентрират електрическото поле. т. е. увеличават неговия интензитет върху повърхността на диелектричната бариера.One variant of the electrospinning method is a dielectric barrier and an alternating electric voltage, characterized by the fact that the counter electrode has a shape and dimensions that concentrate the electric field. i.e. increase its intensity on the surface of the dielectric barrier.

Друг един вариант па електроовлакнявапето с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира се с това, че противослсктродът има формата на въртящ се метален цилиндър, чиято ос с разположена напречно на движението на микроструитс за електроовлакняване, а линейната му скорост на въртене не превишава критичната скорост на отлагане на влакната върху неговата повърхност.Another variant, the electrofibrous lime with a dielectric barrier and variable electric voltage, is characterized by the fact that the counter electrode has the shape of a rotating metal cylinder, the axis of which is located transversely to the movement of the microstructures for electrofibration, and its linear speed of rotation does not exceed the critical fiber deposition rate on its surface.

LL

Вариант на метода на електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че диелектричната бариера представлява изолационно (функционално) покритие върху електрически активната повърхност на противослсктрода.A variant of the electrofibration method with a dielectric barrier and alternating electric voltage, characterized by the fact that the dielectric barrier is an insulating (functional) coating on the electrically active surface of the anti-slsktrode.

Друг вариант на метода на електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че противослектродът представлява електропроводимо (метално) покритие върху диелектричната бариера и заедно с нея формира електрически изолиран колектор, върху чиято диелектрична повърхност се отлагат произведените полимерни влакна и се изгражда нетъканата влакнеста структура.Another variant of the electrofibration method with a dielectric barrier and an alternating electric voltage is characterized by the fact that the anti-electrode is an electrically conductive (metallic) coating on the dielectric barrier and together with it forms an electrically isolated collector, on the dielectric surface of which the manufactured polymer fibers are deposited and builds the non-woven fibrous structure.

Още един вариант на метода на електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че произведените полимерни влакна се отлагат върху неподвижна или движеща се подложка (лента), разположена преди диелектричната бариера, която приема ролята на колектор за произведените полимерни влакна и изгражданата нетъкана влакнеста структура.Another variant of the electrospinning method with a dielectric barrier and an alternating electric voltage is characterized by the fact that the produced polymer fibers are deposited on a stationary or moving substrate (tape) located before the dielectric barrier, which assumes the role of a collector for the produced polymer fibers and the constructed nonwoven fiber structure.

Вариант на метода за електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че високото електрическо напрежение е променливо синусоидално електрическо напрежение, което се изменя хармонично във времето с индустриална честота.A variant of the dielectric barrier electrospinning method with an alternating electric voltage, characterized in that the high electric voltage is an alternating sinusoidal electric voltage that varies harmonically in time with an industrial frequency.

Друг вариант на метода за електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че високото променливо електрическо напрежение е пулсиращо електрическо напрежение, което се изменя във времето под формата на периодично повтарящи се еднополярни импулси, с честота на повторение от 10 до 1000 Hz и коефициент на запълване на импулсите от 10 % до 90 %.Another variant of the dielectric barrier electrospinning method and alternating electric voltage, characterized in that the high alternating electric voltage is a pulsating electric voltage that varies in time in the form of periodically repeating unipolar pulses, with a repetition rate of 10 to 1000 Hz and pulse duty cycle from 10% to 90%.

Един друг вариант на метода за електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че пулсиращото електрическо напрежение е еднополупериодно изправено напрежение с индустриална честота. Появява се постоянна съставяща на изходното напрежение със стойност: Vdc = Vav = Vpeak/π, където Vpeak е максималната стойност на входното ACV- напрежение.Another variant of the dielectric barrier electrospinning method with an alternating electric voltage is characterized in that the pulsating electric voltage is a single half-period rectified voltage of industrial frequency. A constant component of the output voltage appears with the value: Vdc = V av = Vpeak/π, where V pea k is the maximum value of the input ACV- voltage.

Вариант на метода па електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че високоволтовият електрод се поставя под високо променливо напрежение с индустриална честота спрямо земя, а противослектродът се поставя под високо постоянно напрежение, също спрямо земя, като амплитудата на променливото (Vpeak) напрежение е по-малка от стойността на постоянното напрежение (Иос): Vpeak < VDC, ИЛИ СЪОТНОШСНИСТО Vpeak IVDC < 1 .A variant of the dielectric barrier electrospinning method with alternating electric voltage, characterized in that the high-voltage electrode is placed under a high alternating voltage of industrial frequency with respect to ground, and the counter electrode is placed under a high direct voltage, also with respect to ground, such that the amplitude of the alternating (Vpeak) voltage is less than the constant voltage value (Ios): Vpeak < VDC, OR RATIO Vpeak IVDC < 1 .

Друг вариант на метода на електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира с това, че между високоволтовия електрод на слсктроовлакпитсля и противоелектрода се прилага високо синусоидално променливо напрежение е индустриална честота, чиято стойност превишава първото критично напрежение на запалване па диелектричен бариерен разряд, който гори във въздух, при атмосферно налягане и стайна температура, така че електроовлакнявапето се извършва в кислород- и озонсъдържаща нсрвновссна студена плазма на диелектричния бариерен разряд.Another variant of the method of electrospinning with a dielectric barrier and an alternating electric voltage, characterized by the fact that between the high-voltage electrode of the electrospinning pit and the counter electrode, a high sinusoidal alternating voltage is applied at an industrial frequency, the value of which exceeds the first critical ignition voltage of a dielectric barrier discharge, which burns in air, at atmospheric pressure and room temperature, so that the electrospinning is carried out in an oxygen- and ozone-containing nsrvvss cold plasma of the dielectric barrier discharge.

Друг вариант на метода па електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, се характеризира е това, че между високоволтовия електрод па слсктроовлакпитсля и противоелектрода се прилага високо синусоидално променливо напрежение е индустриална честота, чиято стойност превишава второто критично напрежение на запалване на диелектричен бариерен разряд, във въздух, при атмосферно налягане и стайна температура, така че слсктроовлакняването се извършва в неравновесната студена плазма на диелектричен бариерен разряд, съдържаща азотни оксиди (NOx).Another variant of the electrospinning method is a dielectric barrier and alternating electric voltage, characterized by the fact that between the high-voltage electrode of the electrospinning pit and the counter electrode, a high sinusoidal alternating voltage is applied, an industrial frequency, the value of which exceeds the second critical ignition voltage of a dielectric barrier discharge, in air, at atmospheric pressure and room temperature, so that the slsctrofibration is carried out in the non-equilibrium cold plasma of a dielectric barrier discharge containing nitrogen oxides (NOx).

Устройство за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, което се състои от източник па променливо електрическо напрежение и два електрода, като първият е високоволтов електрод, който е основен компонент па електроовлакнителя и представлява капилярна метална тръбичка куха игла от неръждясваща стомана, през която течността под формата на микроструя постъпва в работната въздушна междина, а слектроовлакнителят включва още медицинска спринцовка, представляваща цилиндър с движещо се плътно в него бутало, пълна с течността за електроовлакняване. към която е присъединена кухата игла, и ипфузиопна помпа, задвижваща буталото па спринцовката с постоянна линейна скорост, което определя постоянен дебит па течността през цилиндричния отвор в края на кухата игла, а вторият е заземен цилиндричен противоелектрод. който е разположен напречно на оста на кухата игла, характеризиращо се с това, че в междуелектродно го пространство, напречно на оста на кухата игла, непосредствено върху активната повърхност на противоелектрода е разположена твърда диелектрична бариера, която играе ролята на неподвижен или движещ се колектор за произведените полимерни влакна и нетъкана влакнестата структура.A device for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and high alternating electric voltage, which consists of a source of alternating electric voltage and two electrodes, the first being a high-voltage electrode, which is the main component of the electrospinning machine and is a capillary metal tube, a hollow needle of stainless steel, through which the liquid in the form of a microjet enters the working air gap, and the slectrofibrator also includes a medical syringe, which is a cylinder with a solid piston moving inside it, filled with the liquid for electrofibration. to which the hollow needle is attached, and an infusion pump driving the plunger of the syringe at a constant linear velocity, which determines a constant flow of fluid through the cylindrical opening at the end of the hollow needle, and the second is a grounded cylindrical counter electrode. which is located transverse to the axis of the hollow needle, characterized in that in the interelectrode space, transverse to the axis of the hollow needle, a solid dielectric barrier is located immediately on the active surface of the counter electrode, which plays the role of a stationary or moving collector for the produced polymer fibers and the nonwoven fiber structure.

LL

Устройство за производство па полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение на електропроводима течност, характеризиращо се с това, че електропроводимата течност за електроовлакняване, находяща се вътре в медицинската спринцовка, сс изолира електрически от заземения корпус на инфузионпата помпа, като се поставя вътре в но-голяма по размер медицинска спринцовка, така чс кухата игла на малката спринцовка да излиза през предния отвор на голямата спринцовка, а буталото на голямата спринцовка да задвижва директно буталото на малката спринцовка.A device for producing polymeric fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage of an electrically conductive fluid, characterized in that the electrically conductive electrospinning fluid inside the medical syringe is electrically isolated from the grounded housing of the infusion pump by placed inside a larger medical syringe so that the hollow needle of the small syringe protrudes through the front opening of the large syringe and the plunger of the large syringe directly drives the plunger of the small syringe.

Описаният метод за производство на полимерни влакна и на нетъкани влакнести структури на тяхна основа, чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, сс отличава с подобрена тсхпологичност, приложимост, универсалност, надеждност и безопасност. Този метод на електроовлакняване може да бъде приложен лабораторно, и индустриално, независимо от: (1) Вида на слектроовлакпителя с една или много струи; (2) Вида на технологичните подходи, използвани за фокусиране и отклоняване на струите в междуелектродното пространство - слсктроовлакнитсл с въздушна струя или центробежен електроовлакнител, допълнителни електроди фокусиращи, насочващи или изтеглящи, с различна форма, разположение и източник на захранване; (3) Вида па използваните технологични подходи за подреждане па влакната върху колектора е въртящ сс цилиндър, движеща сс безкрайна лента, концентриране на електрическото поле между два паралелни електрода или използването на насочващи и изтеглящи електроди.The described method for the production of polymer fibers and non-woven fiber structures based on them, by electrospinning with a dielectric barrier and alternating electric voltage, is characterized by improved technology, applicability, universality, reliability and safety. This method of electrospinning can be applied both laboratory and industrial, regardless of: (1) The type of electrospinning machine with one or many jets; (2) The type of technological approaches used to focus and deflect the jets in the interelectrode space - slsktroovlaknitsl with an air jet or centrifugal electrofibrator, additional electrodes focusing, directing or withdrawing, of different shape, location and power source; (3) The type of technological approaches used to arrange the fibers on the collector is a rotating CC cylinder, moving CC endless belt, concentrating the electric field between two parallel electrodes, or using guiding and pulling electrodes.

Методът за производство на полимерни влакна и на влакнести структури на тяхна основа, чрез електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, позволява: (1) Електроовлакняването да бъде безопасно — да не сс преминава в режим на коронен електрически разряд, с опасност от пожар или взрив. Това позволява да бъдат овлакнявани полимерни разтвори с повишена електропроводимост и стопилки на електропроводими полимери; (2) Да сс осъществи електроовлакняване с плазмено-химична модификация па повърхността на произведените влакна, чрез безопасно преминаване в режим па електроовлакняване с диелектричен бариерен разряд. (3) Диелектричната бариера да запази ниво си на изолация, дори при пълен електрически пробив на въздушната междина. (4) Да сс работи със значително по-ниски напрежения, тъй като максимално високия интензитет па полето, в областта на капилярния отвор или на свободната повърхност на течността, сс получава безопасно, при по-ниски стойности на приложеното напрежение.The method for the production of polymer fibers and fiber structures based on them, by electrospinning is a dielectric barrier and alternating electric voltage, allows: (1) Electrospinning to be safe — not to pass into a corona electric discharge mode, with a risk of fire or a blast. This allows polymer solutions with increased electrical conductivity and melts of electrically conductive polymers to be fiberized; (2) To carry out electrospinning with plasma-chemical modification on the surface of the produced fibers, by safely switching to electrospinning mode with dielectric barrier discharge. (3) The dielectric barrier to maintain its level of insulation, even with complete electrical breakdown of the air gap. (4) Yes ss works with significantly lower voltages, since the maximum high intensity of the field, in the region of the capillary opening or at the free surface of the liquid, ss obtains safely, at lower values of the applied voltage.

Диелектричната бариера преразпределя интензитета на електрическото поле в работната въздушна междина, обратно пропорционално на относителната диелектрична проницаемост например, за полипропиленова (РР) изолация: er.air « £г.рр'· 1,00059 «2,1; за алкално стъкло: Er.air « Рг.рр’. 1.00059 « |6: 8], така чс диелектричната бариера се разтоварва електрически, а въздухът се натоварва максимално. При относително ниско работно напрежение, интензитетът в работната област па слектроовлакнителя нараства много бързо, по две причини първо, силната нсравномсрност на полето на изхода от кухата игла (дюза); и второ, внасянето на диелектрична бариера в междуслсктродното пространство. В същото време, се осъществява значително разтоварване на диелектричната бариера интензитетът па електрическото гюле остава далече от (ди)електрическата якост на изолационния материал, например за политетрафлуорстиленова (PTFE) изолация: Ed.pTFE (60 173) MV/m >> Ed,air 3,17 MV/m. Това означава, че диелектричната бариера запазва ниво си на изолация, дори при пълен елек трически пробив на въздушната междина. Процесът на елсктроовлакнявапс може да бъде проведен успешно и безопасно дори в плазмата на диелектричен бариерен разряд.The dielectric barrier redistributes the intensity of the electric field in the working air gap, inversely proportional to the relative dielectric permittivity, for example, for polypropylene (PP) insulation: e r .air « £ g .pp'· 1.00059 «2.1; for alkaline glass: Er.air « Рг.пр'. 1.00059 « |6: 8], so hs the dielectric barrier is electrically discharged, and the air is maximally charged. At a relatively low operating voltage, the intensity in the working area of the electrofiber increases very rapidly, for two reasons first, the strong non-uniformity of the field at the exit of the hollow needle (nozzle); and secondly, introducing a dielectric barrier into the interelectrode space. At the same time, a significant unloading of the dielectric barrier takes place, the intensity of the electric ball remains far from the (di)electric strength of the insulating material, for example for polytetrafluorostyrene (PTFE) insulation: Ed.pTFE (60 173) MV/m >> Ed,air 3.17 MV/m. This means that the dielectric barrier maintains its level of insulation, even with a complete electrical breakdown of the air gap. The electrospinning process can be successfully and safely carried out even in dielectric barrier discharge plasma.

Така, предложеният метод за повърхностна модификация осъществява плазменохимично обработване на повърхността на новопроизведените полимерни влакна в плазмата на бариерен неравповссен разряд, във въздух или активен газ при стайна температура и атмосферно налягане, и позволява да се проявят нови положителни качества на произведените влакнести структури: повишена капилярната активност на произведените порести влакнести материали; повишена химическата активност на съдаденитс върху повърхността на влакната химически активни центрове; подобряване на физико-мехапичните свойства, и други.Thus, the proposed method of surface modification carries out plasma chemical treatment of the surface of the newly produced polymer fibers in the plasma of a barrier uneven discharge, in air or active gas at room temperature and atmospheric pressure, and allows to manifest new positive qualities of the produced fiber structures: increased capillary activity of the porous fibrous materials produced; increased chemical activity of sadadenits on the surface of the fibers chemically active centers; improvement of physical and mechanical properties, and others.

Описание на приложените фигуриDescription of attached figures

Едно примерно изпълнение на метода и устройството за производство на полимерни влакна чрез елсктровлакняванс с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, от електропроводим полимерен разтвор, емулсия или стопилка, е представено с помощта на придружаващите описанието фигури, къдсто:An exemplary embodiment of the method and apparatus for producing polymer fibers by dielectric barrier electrospinning and alternating voltage, from an electrically conductive polymer solution, emulsion or melt, is presented with the aid of the accompanying figures, wherein:

Фиг. 1 представя вариант на реализация на метода за слектроовлакнявапе с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение за производство на полимерни влакна чрез сдноструйно еднодюзово електроовлакпяване със „затънена“ медицинска куха игла и спринцовка, привеждана в действие от инфузиоппа помпа, като диелектричната бариера, разположена непосредствено пред противоелектрода. концентрира електрическото поле на върха на иглата и играе ролята на колектор за произведените полимерни влакна и изгражданата влакнеста структура;Fig. 1 shows an embodiment of the electrospinning method with a dielectric barrier and an alternating electric voltage for the production of polymer fibers by co-jet single-nozzle electrospinning with a "flooded" medical hollow needle and syringe actuated by an infusion pump, with the dielectric barrier located immediately in front of the counter electrode . concentrates the electric field at the tip of the needle and plays the role of a collector for the produced polymer fibers and the constructed fibrous structure;

Фиг. 2 представя един вариант на реализация на метода от фиг. 1, е тази разлика, че се използва съставна форма на колектора, за да се произведат две струи на електроовлакняване от отвора на една-едипетвена куха игла. т. е. да се осъществи многоструйно електроовлакняване;Fig. 2 presents an embodiment of the method of FIG. 1, is the difference that a composite collector shape is used to produce two electrospinning jets from the orifice of a single-Edipate hollow needle. i.e. to carry out multi-jet electrospinning;

Фиг. 3 представя друг вариант на реализация на метода за електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, за производство на полимерни влакна чрез многоструйно многоиглено електроовлакняване е „затънени“ медицински кухи игли и спринцовки, привеждани в действие от сдна-единствсна инфузионна помпа и твърда диелектрична бариера, разположена пред нротивоелектрода. която играе ролята на колектор за произведените влакна и нетъканата влакнеста структура;Fig. 3 presents another embodiment of the method of electrospinning is a dielectric barrier and an alternating electric voltage, for the production of polymer fibers by multi-jet multi-needle electrospinning is "submerged" medical hollow needles and syringes, actuated by a single infusion pump and a solid dielectric barrier , located in front of the rotating electrode. which acts as a collector for the produced fibers and the non-woven fibrous structure;

Фиг. 4 представя един друг вариант на реализация на метода електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, за производство на полимерни влакна чрез многоструйно електроовлакняване от „свободната“ повърхност на бавно въртящ се барабан, полупотопен в течността за електроовлакняване, и диелектрична бариера, разположена пред плоския противоелектрод, която приема ролята на колектор за произведените влакна;Fig. 4 presents another embodiment of the electrospinning method is a dielectric barrier and an alternating electric voltage, for the production of polymer fibers by multi-jet electrospinning from the "free" surface of a slowly rotating drum, semi-immersed in the electrospinning liquid, and a dielectric barrier located in front of the flat a counter electrode, which takes the role of a collector for the produced fibers;

Фиг. 5 представя вариант на реализация на метода на електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, за производство на полимерни влакна чрез сдноструйно едноиглено електроовлакняване е куха медицинска игла и спринцовка, привеждани в действие от инфузионна помпа, и диелектрична бариера под формата на изолационно покритие върху заземения въртящ се метален барабан, като върху изолационното покритие се отлагат произведените полимерни влакна и плоска влакнеста структура;Fig. 5 presents an embodiment of the electrospinning method is a dielectric barrier and an alternating electric voltage, for the production of polymer fibers by cocurrent single-needle electrospinning is a hollow medical needle and syringe actuated by an infusion pump, and a dielectric barrier in the form of an insulating coating on the ground a rotating metal drum, depositing the manufactured polymer fibers and flat fiber structure on the insulating coating;

Фиг. 6 представя един вариант па реализация на метода на електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, за производство на полимерни влакна чрез сдноструйно едноиглено електроовлакняване е медицинска куха игла и спринцовка, привеждани в действие от инфузионна помпа, и диелектрична бариера, върху която се движи плътна или пореста лента от изолационен материал, която изнася произведената нетъкана влакнеста структура;Fig. 6 presents one variant, an implementation of the electrospinning method is a dielectric barrier and an alternating electric voltage, for the production of polymer fibers by co-current single-needle electrospinning, a medical hollow needle and syringe actuated by an infusion pump, and a dielectric barrier on which a dense or a porous tape of insulating material which carries the produced non-woven fibrous structure;

Фиг. 7 представя схематично вариант на осъществяване на електрическото захранване на устройство за електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо синусоидално напрежение с индустриална честота (50 IIz).Fig. 7 presents a schematic version of the implementation of the electrical supply of a device for electrofibration with a dielectric barrier and a high alternating sinusoidal voltage with an industrial frequency (50 IIz).

Фиг. 8 представя външната статична волтамперна характеристика на процеса на електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо синусоидално електрическо напрежение е индустриална частота, която изразява зависимостта на средната стойност на електрическия ток от ефективната стойност на напрежението'’1. lav- (p(Vrms), във въздух, при нормална атмосферно налягане и околна температура. Представени са три възможни режима па електроовлакняване: нормален или неплазмеп (безплазмен) режим; плазмен режим в кислород- и озонсъдържа плазма па диелектричен бариерен разряд; плазмен режим па диелектричен бариерен разряд, в среда па азотни оксиди (NOx);Fig. 8 represents the external static voltammetric characteristic of the electrospinning process is a dielectric barrier and an alternating sinusoidal electric voltage is an industrial frequency, which expresses the dependence of the average value of the electric current on the effective value of the voltage'' 1 . lav- (p(Vrms), in air, at normal atmospheric pressure and ambient temperature. Three possible electrospinning modes are presented: normal or non-plasma (plasmaless) mode; plasma mode in oxygen- and ozone-containing plasma and dielectric barrier discharge; plasma mode a dielectric barrier discharge, in an environment of nitrogen oxides (NOx);

Фиг. 9 представя един друг вариант па осъществяване на електрическото захранване на устройството за електроовлакняване е диелектрична бариера и високо еднополупериодно изправено напрежение е индустриална честота 50 Hz.Fig. 9 presents another variant where the electrical supply of the electrospinning device is a dielectric barrier and a high DC voltage is an industrial frequency of 50 Hz.

Фиг. 10 представя вариант на осъществяване па електрическото захранване на устройството за електроовлакняване е диелектрична бариера, което използва два източника на високо напрежение - единият, на високо променливо напрежение с индустриална честота и другият, па високо постоянно напрежение.Fig. 10 presents an embodiment where the electrical supply of the electrofibration device is a dielectric barrier that uses two sources of high voltage - one of high alternating voltage with an industrial frequency and the other, high direct voltage.

Фиг. 11 представя преминаването на едноструйпо едпоиглепо устройство за електроовлакняване с променливо електрическо напрежение в авариен режим на работа, в резултат па появата на пълзящ електрически разряд между заземения корпус на инфузионпата помпа и поставената под висок електрически потенциал течност за електроовлакняване в медицинската спринцовка.Fig. 11 shows the transition of a single-wire single-needle AC electrospinning device into an emergency mode of operation, as a result of the occurrence of a creeping electrical discharge between the grounded housing of the infusion pump and the electrospinning liquid placed at a high electrical potential in the medical syringe.

Фиг. 12 представя един технически подход, който осигурява сигурна изолационна преграда между поставената под високо електрическо напрежение течност в спринцовката и заземения корпус па инфузионпата помпа, който тук се нарича подход „спринцовка в спринцовка. Гой използва по-голяма по размер спринцовка, в която се поставя малката спринцовка, съдържаща разтвора за електровлакнявапе, за да се осигури необходимото ниво па електрическа изолация между проводимата течност за електроовлакняване и корпуса на инфузионпата помпа;Fig. 12 presents a technical approach that provides a secure isolation barrier between the high-voltage fluid in the syringe and the grounded housing of the infusion pump, referred to herein as the "syringe-in-syringe" approach. Goy uses a larger syringe into which the small syringe containing the electrospinning solution is placed to provide the necessary level of electrical isolation between the conductive electrospinning fluid and the infusion pump housing;

Фиг. 13 представя изображение е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), на произведената чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е промишлена честота, влакнеста структура от 5 wt. % разтвор на колаген (тип 1, от говежда кожа) в смес от два разтворителя хексафлуороизопропанол (ПИР) и тетрафлуоретилен (TFE), в съотношение HFIP:TFE = 4:1, фиг. 13а. Омрежването на произведената влакнеста структура се осъществява в пари на глутаров алдехид (GTA), при атмосферно налягане и стайна температура за 24 часа. 11рсдставени са дефекти, характерни за омрежени колагенови влакнести структури, които се наблюдават в практиката, фиг. 13b: А - наниз от топчета; В - наниз от вретеновидни образувания; С разклонения от влакното; и D - сливания на влакна.Fig. 13 presents a high-resolution scanning electron microscope (SEM) image of the electrospun dielectric-barrier, single-half-cycle rectified voltage is an industrial frequency, fibrous structure of 5 wt. % collagen solution (type 1, from bovine skin) in a mixture of two solvents hexafluoroisopropanol (PIR) and tetrafluoroethylene (TFE), in the ratio HFIP:TFE = 4:1, fig. 13a. The cross-linking of the produced fibrous structure is carried out in glutaraldehyde (GTA) vapor, at atmospheric pressure and room temperature for 24 hours. 11defects characteristic of cross-linked collagen fibrous structures observed in practice are shown, fig. 13b: A - string of beads; B - string of spindle-shaped formations; With branches from the fiber; and D - fiber fusions.

Фиг. 14 представя изображения на влакнести структури, с висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), които разкриват морфологията на произведените, чрез слсктроовлакняванс е диелектрична бариера и сднополуисриодно изправено напрежение е индустриална честота (50 Hz), от 5 wt. % разтвор па колаген (тип 1, ог говежда кожа) в хексафлуороизопропанол (IIFIP): първо, колагепова влакнеста структура, непосредствено след слсктроовлакняванс. фиг. 14а,Ь; второ, колагепова влакнеста структура, след омрежване в пари на глутаров анхидрид (GTA), в продължение на 24 часа, при нормално атмосферно налягане и стайна температура, фиг. 14c, d.Fig. 14 presents high-resolution scanning electron microscope (SEM) images of fiber structures that reveal the morphology of the fabricated, by slsktrofilvance is a dielectric barrier and a semi-semiconductor rectified voltage is an industrial frequency (50 Hz), of 5 wt. % solution of collagen (type 1, bovine skin) in hexafluoroisopropanol (IIFIP): first, collagenous fibrous structure, immediately after sclstrofibrillation. fig. 14a,b; second, collagenous fibrous structure, after cross-linking in glutaric anhydride (GTA) vapor, for 24 hours, at normal atmospheric pressure and room temperature, fig. 14c, d.

Фиг. 15 представя изображения на влакнести структури, е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), произведени чрез електроовлакпяване е диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е индустриална честота (50 Hz): първо, от 5 wt. % разтвор на колаген (тип 1. от говежда кожа) в HFIP, е различен размер на кухата игла 19G (II) = 0.686 mm) и 18G (II) 0.838 mm), фиг. 15а, Ь; второ, от 10 wt. % разтвор на колаген в IIFIP, е размер на кухата игла 19G (II) 0,686 mm), фиг. 15с.Fig. 15 presents images of fibrous structures, is a high resolution, from a scanning electron microscope (SEM), produced by electrospinning is a dielectric barrier and a single half-period rectified voltage is an industrial frequency (50 Hz): first, of 5 wt. % collagen solution (type 1. from bovine skin) in HFIP, is different hollow needle size 19G (II) = 0.686 mm) and 18G (II) 0.838 mm), fig. 15a, b; second, from 10 wt. % collagen solution in IIFIP, is hollow needle size 19G (II) 0.686 mm), Fig. 15s.

Фиг. 16 представя изображения на влакнести структури, е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), произведени чрез електроовлакпяване е диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е индустриална честота (50 Hz), от разтвор на колаген, модифициран е 0.8 wt. % хиалуронова киселина (HAGAG), в HFIP: първо, след слсктроовлакняванс. фиг. 16п, b и второ, след омрежване на влакнестите структури в пари на GTA, при стайна температура, за 30 часа. фиг. 1 bd, е.Fig. 16 presents images of fibrous structures, is a high resolution, from a scanning electron microscope (SEM), produced by electrospinning is a dielectric barrier and a half-cycle rectified voltage is an industrial frequency (50 Hz), from a collagen solution modified is 0.8 wt. % hyaluronic acid (HAGAG), in HFIP: first, after slsktrofibration. fig. 16p, b and second, after cross-linking the fibrous structures in GTA vapor, at room temperature, for 30 hours. fig. 1 bd, is.

Фиг. 17 представя изображения на влакнести структури, е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), произведени чрез слсктроовлакняванс е диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е индустриална честота (50 Hz), от разтвор на колаген, модифициран е 0.8 wt. % хондроитин сулфат (CSGAG), в HFIP:Fig. 17 presents images of fibrous structures, is a high resolution, from a scanning electron microscope (SEM), produced by slsktrofibrovance is a dielectric barrier and a half-cycle rectified voltage is an industrial frequency (50 Hz), from a collagen solution modified is 0.8 wt. % chondroitin sulfate (CSGAG), in HFIP:

първо, непосредствено след електроовлакняване, фиг. 17а, Ь; второ, след последващо омрсжванс на слсктроовлакнсната структура в пари на GTA, при стайна температура, за 30 часа. фиг. 17с, d.first, immediately after electrospinning, fig. 17a, b; secondly, after subsequent immersing the microfiber structure in GTA vapor, at room temperature, for 30 hours. fig. 17c, d.

Фиг. 18 представя изображения на влакнести структури, е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SFM), произведени чрез електроовлакняване е диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е индустриална честота (50 Hz), от 6 wt. % разтвори на модифициран колаген в HFIP и последващо омрежване на слсктроовлакнсната структура в пари на GTA. при стайна температура за 30 часа. Колагенът е модифициран е хиалуронова киселина (IIAGAG) и е хондроитин сулфат (CSGAG), внесен във вид на 0.04 wt. % разтвор на оцетна киселина: IIAGAG - 0.8 wt. % и CSGAG 0.8 wt. %, фиг. 18α b и c; IIAGAG - 0,8 wt. % и CSGAG 1.6 wt. %. фиг. 18<7. е.Fig. 18 presents images of fibrous structures, is a high resolution, from a scanning electron microscope (SFM), produced by electrospinning is a dielectric barrier and a single half-cycle rectified voltage is an industrial frequency (50 Hz), of 6 wt. % solutions of modified collagen in HFIP and subsequent cross-linking of the slsktrofibrous structure in GTA vapor. at room temperature for 30 hours. Collagen modified is hyaluronic acid (IIAGAG) and is chondroitin sulfate (CSGAG) introduced as 0.04 wt. % acetic acid solution: IIAGAG - 0.8 wt. % and CSGAG 0.8 wt. %, fig. 18α b and c; IIAGAG - 0.8 wt. % and CSGAG 1.6 wt. %. fig. 18<7. is.

Фиг. 19 представя оптично-микроскопски изображения - увеличение х 40. от оптичен микроскоп Binocular digital microscope, ΟΡΊ'ΙΚΛ (Италия), на влакнеста структура от колагепови влакна (тип 1, от говежда кожа), произведени чрез електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо синусоидално напрежение е промишлена частота. от 5 wt. % разтвор на колаген в IIFIP: първо, непосредствено след електроовлакняване, фиг. 19а; второ, след последващо омрсжванс на колагеновите влакна в пари на GTA, при стайна температура, за 24 часа. Фиг. 19b.Fig. 19 presents optical-microscopic images - magnification x 40. from an optical microscope Binocular digital microscope, ΟΡΊ'ΙΚΛ (Italy), of a fibrous structure of collagen fibers (type 1, from bovine skin) produced by electrospinning a dielectric barrier and an alternating sinusoidal voltage is industrial frequency. of 5 wt. % collagen solution in IIFIP: first, immediately after electrospinning, fig. 19a; second, after subsequent exposure of the collagen fibers to GTA vapor, at room temperature, for 24 hours. Fig. 19b.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of implementation of the invention

Съгласно представената на фиг. 1 технологична схема на едноструйно или многоструйно едноиглено електроовлакняване е диелектрична бариера и високо променливо напрежение е индустриална честота, слектроовлакнявансто се осъществява по три начина, в зависимост от пространственото разположение на електрическото поле Е спрямо земното ускорение g: (а) хоризонтално, фиг. 1а. при което действието на теглото (Р - m.g) е неутрализирано, тъй като земното ускорение g е посочено напречно на електрическото поле £; (Ь) вертикално надолу, фиг. 1b, земното ускорение g действа съпосочно на електрическото поле Е, като теглото Р и силата на електрическото поле Е действат заедно срещу силите на повърхностно напрежение в течността за овлакняване; (е) вертикално нагоре, фиг. 1 е, земното ускорение g действа противоносочно на електрическото поле Е, при което теглото Р действа заедно със силите на повърхностно напрежение срещу силата на електрическото поле Е. Влиянието на теглото (земното ускорение g) върху електровлакнявансто се определя от това, дали теглото Р действа съпосочно или противоносочно на електрическите сили, които трябва да преодолеят 27 повърхностното напрежение γ, за да образуват един или повече Конуси на Тейлър и да започне процесът на образуване на стуи и овлакпявапс.According to the one presented in fig. 1 technological scheme of single-jet or multi-jet single-needle electrospinning is a dielectric barrier and high alternating voltage is an industrial frequency, electrospinning is carried out in three ways, depending on the spatial location of the electric field E relative to the ground acceleration g: (a) horizontal, fig. 1a. in which the action of the weight (P - m.g) is neutralized, since the ground acceleration g is indicated transverse to the electric field £; (b) vertically down, fig. 1b, the ground acceleration g acts in the direction of the electric field E, with the weight P and the electric field strength E acting together against the surface tension forces in the fibering fluid; (f) vertically upwards, fig. 1 f, the ground acceleration g acts in opposition to the electric field E, where the weight P acts together with the surface tension forces against the force of the electric field E. The effect of the weight (the ground acceleration g) on the electrofiber is determined by whether the weight P acts in the direction or in the opposite direction of the electric forces that must overcome the 27 surface tension γ to form one or more Taylor Cones and start the process of stui and ovlakpyavaps formation.

Съгласно фиг. 1а, електроовлакнявансто се осъществява в междуелектродното пространство 1, на устройството за производство на полимерни влакна, и по-точно в работната въздушна междина 2. разположена между върха па високоволтовия електрод 3 и диелектричната бариера 4. която лежи непосредствено върху противоелектрода 5, електрически свързан със заземи геля 6. Електроовлакнявансто се осъществява изцяло в обема па работната въздушна междина 2. Високоволтовият електрод 3 принадлежи па слсктроовлакнитсля 7. докато диелектричната (изолационна) бариера 4 и заземеният противоелектрод 5 принадлежат па колектора 8, върху чиято повърхност се отлагат полимерните влакна 9 и се изгражда влакнестата структура 10. 11ротивоелектродът 5 и разположената непосредствено върху него диелектрична бариера 4, образуват заедно т. нар. колектор 17 на произведените полимерни влакна 9.According to fig. 1a, electrospinning takes place in the interelectrode space 1 of the device for the production of polymer fibers, and more precisely in the working air gap 2. located between the tip of the high-voltage electrode 3 and the dielectric barrier 4. which lies directly on the counter electrode 5, electrically connected to ground the gel 6. The electrofibration takes place entirely in the volume of the working air gap 2. The high-voltage electrode 3 belongs to the electrofibration 7, while the dielectric (insulating) barrier 4 and the grounded counter electrode 5 belong to the collector 8, on the surface of which the polymer fibers 9 are deposited and builds the fibrous structure 10. 11 the rotary electrode 5 and the dielectric barrier 4 located directly on it together form the so-called collector 17 of the produced polymer fibers 9.

Към двата електрода високоволтовия електрод 3. представляващ „затънена“ медицинска куха игла и заземения противоелектрод 5, сс прилага нарастващо високо променливо напрежение, от източиника 11, докато процесът на електроовлакняване се прояви, като първо, сс формира на нрава (микро)струя 12, от тсчноста за овлакпявапс 13, която изхожда от повърхността на конуса на Тейлър 14, заемащ съответната област (на конуса па Тейлър) 15, и се разпространява в т. нар. близка област 16 на работната въздушна междина 2; второ, правата струя 12 се удължава и изтънява под действието на електрическото поле, губи своята устойчиност, и под формата на неустойчива струя 17 започва да се движи по спирала с непрекъснато разширяващ сс диамегър, в далечната област 18 на работната въздушна междина 2, след което се разпада на отделни влакна 9. които се отлагат върху диелектричната бариера 4, така че сс образува влакнеста структура 10, която сс отстранява непрекъснато или еднократно. Възможно е. върху диелектричната бариера 4 да се разположи допълнително подложка, непоказана на фигурата, върху която да се отлага трайно, произведената влакнеста структура 10.To the two electrodes, the high-voltage electrode 3. representing a "submerged" hollow medical needle and the grounded counter-electrode 5, ss applies an increasing high alternating voltage, from the source 11, until the process of electrofibration is manifested, as first, ss forms like a (micro) jet 12, from the exhaust pressure 13, which originates from the surface of the Taylor cone 14, occupying the corresponding area (of the Taylor cone) 15, and spreads to the so-called close area 16 of the working air gap 2; secondly, the straight jet 12 lengthens and thins under the action of the electric field, loses its stability, and in the form of an unstable jet 17 begins to move in a spiral with a continuously expanding ss diameter, in the far region 18 of the working air gap 2, after which breaks down into individual fibers 9. which are deposited on the dielectric barrier 4, so that the cc forms a fibrous structure 10, which the cc removes continuously or once. It is possible to additionally place a substrate, not shown in the figure, on the dielectric barrier 4, on which to permanently deposit the produced fibrous structure 10.

Течността за електроовлакняване 13 се зарежда предварително в медицинската спринцовка 19, след като буталото 20 сс изтегли назад, за да може течността за електроовлакняване 13 да навлезе и запълни цилиндъра 21. „Затънената“ куха игла, т.е. високоволтовият електрод 3, сс присъединява към пълната спринцовка 19, след което спринцовката 19 сс фиксира към работния орган 22 на инфузионната помпа 23, така че буталото 20 да сс премества линейно напред от работния орган 22 на инфузионната помпа 23. Но този начин, течността за електроовлакняване 13 се подава непрекъснато с постоянен обемен дебит, от спринцовката 19, през върха на кухата игла 3, в работната въздушна междина 2 за електроовлакняване, под действие на високото променливото електрическо напрежение от източника 11. „Затънената“ куха игла 3 представлява медицинска игла от перъждясваща стомана, чийто край е отрязан под нрав ъгъл спрямо оста й.The electrospinning fluid 13 is pre-charged into the medical syringe 19 after the plunger 20 cc is pulled back to allow the electrospinning fluid 13 to enter and fill the barrel 21. The "clogged" hollow needle, ie. the high-voltage electrode 3, cc connects to the full syringe 19, then the syringe 19 cc fixes to the working member 22 of the infusion pump 23, so that the piston 20 cc moves linearly forward from the working member 22 of the infusion pump 23. But this way, the liquid for electrospinning 13 is fed continuously at a constant volumetric flow rate, from the syringe 19, through the tip of the hollow needle 3, into the working air gap 2 for electrospinning, under the action of the high alternating electric voltage from the source 11. The "clogged" hollow needle 3 is a medical needle of feathering steel, the end of which is cut at an angle to its axis.

„Затънената“ куха игла 3. заедно със спринцовката 19 и инфузионната помпа 23, образуват т. нар. електроовлакнител 7. Обикновено електроовлакнителят 7, заедно е формирания конус на Тсйлър 14, се разглеждат като източник па нрава устойчива струя 12. Елсктроовлакняването се осъществява напълно в далечната област 18 на работната въздушна междина 2. Влакнестата структура 10, която се произвежда върху диелектричната бариера 4, се състои от хаотично и неподредено папрупапи полимерни влакна 9.The "clogged" hollow needle 3. together with the syringe 19 and the infusion pump 23, form the so-called electrofilament 7. Usually, the electrofilament 7, together with the formed Ziller cone 14, are considered as a source of a stable stream 12. The electrofilament is carried out completely in the far region 18 of the working air gap 2. The fibrous structure 10, which is produced on the dielectric barrier 4, consists of randomly and unordered polymer fibers 9.

Устройството за електроовлакняване е съставено от три основни компонента (възела): (1) Електроовлакнител 7, който формира върху върха на кухата игла 3 един или повече конуси на Тсйлър 14, от които се изхвърлят една или повече прави устойчиви струи 12 по посока па противоелектрода 5, с което се поставя начало на електроовлякпявапето; (2) Колектор 8, съставен от диелектричната бариера 4 и заземения противослсктрод 5. който определя начина и степента на подреждане на произведените полимерни влакна 9 във влакнестата структура 10; (3) Източник на високо променливо напрежение 11. което изменя периодично във времето по големина и/или посока, с определена честота.The electrospinning device is composed of three main components (assemblies): (1) Electrospinning unit 7, which forms on the tip of the hollow needle 3 one or more Tsilr cones 14, from which one or more straight steady jets 12 are ejected in the direction of the counter electrode 5, which starts electroplating; (2) Collector 8, composed of the dielectric barrier 4 and the grounded anti-slip electrode 5. which determines the manner and degree of arrangement of the produced polymer fibers 9 in the fibrous structure 10; (3) A source of high alternating voltage 11. which changes periodically in time in magnitude and/or direction, with a certain frequency.

Диелектричната бариера 4 изтласква електрическото поле в работната въздушна междина 2 и увеличава значимо интензитета на електрическото поле в края на кухата игла 3, като създава условия за проява па процеса на електроовлакняване при по-ниски стойности на приложеното променливо напрежение.The dielectric barrier 4 pushes the electric field into the working air gap 2 and significantly increases the intensity of the electric field at the end of the hollow needle 3, creating conditions for the manifestation of the electrofibration process at lower values of the applied alternating voltage.

При голям интензитет на електрическото поле, максимално близък по стойност до електрическата якост па въздуха (Ереак- 3.17 MV/m, при 50 Hz и стандартни условия по IUРЛС), от изходния отвор на кухата игла 3. могат да бъдат произведени множество струи 12, които имат за начало появилото се множество от конуси на Тсйлър 14. Външен индикатор за това е появата на диелектричен бариерен разряд в края на кухата игла 3, или появявата на характерно светене и миризма на озон. Това вече е многоструйно едпоиглено електроовлакняване, което има повишена производителност, спрямо разгледаното едносгруйно едпоиглено електроовлакняване.At a high intensity of the electric field, maximally close in value to the electric strength of the air (E rea k- 3.17 MV/m, at 50 Hz and standard conditions according to IURLS), multiple jets can be produced from the exit hole of the hollow needle 3. 12, which have as their starting point the set of Ziller cones 14 that appeared. An external indicator of this is the appearance of a dielectric barrier discharge at the end of the hollow needle 3, or the appearance of a characteristic glow and smell of ozone. This is now multi-flow single-needle electrospinning, which has increased performance over the single-flow single-needle electrospinning considered.

Един вариант на осъществяване па метода и устройството за електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, показан на фиг. 2, сс характеризира е това, че се използва съставна форма па колектора 8. за да сс произведат две нрави устойчиви струи 12 на електроовлакняване ог сдна-сдинствсна куха игла 3. Представен е процес на многоструйно едноиглено електроовлакняване, което сс предизвиква от използваната форма на колектора.One embodiment of the electrospinning method and device is a dielectric barrier and alternating voltage shown in FIG. 2, it is characterized by the fact that a composite shape is used in the collector 8 to produce two stable electrospinning jets 12 and a single-spindle hollow needle 3. A process of multi-jet single-needle electrospinning is presented, which is caused by the used shape of the collector.

Вариант на осъществяване на метода и устройството за електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, показан на фиг. За. се характеризира е това, че от една инфузионна помпа 23, чрез движението на работния орган 22, едновременно се захранват е течност за електроовлакняване три спринцовки - 19-1, 19-2 и 193, които наслагват произведените от трите неустойчиви струи 17 полимерни влакна 9, като формират по определен начин влакнестата структура 10, върху повърхността на диелектричната бариера 4. Различните форми на влакнестата структура 10 сс получават в зависимост от разстоянието между трите кухи игли 3, фиг. 3: (1) При достатъчно голямо „критично“ разстояние между иглите 3, сс образуват три отделни влакнести структури 10-1, 10-2 и 10-3, фиг. ЗЬ, докато при по-малки расгояпия сс произвежда една обща влакнеста структура 10. образувана от припокриването на трите независими влакнести структури - 10-1, 10-2 и 10-3. Използването па много, паралелно работещи кухи игли 3 върху един колектор 8, позволява произвеждането па влакнести структури 10. е различна дебелина, форма, плътност и порсстост. Не само това, използването па множество от спринцовки - 19-1, 19-2 и 19-3, заредени е различни по природа полимерни течности, позволява да се произвеждат композиционни влакнести структури 10.An embodiment of the electrospinning method and device is a dielectric barrier and alternating voltage shown in FIG. For. it is characterized by the fact that three syringes - 19-1, 19-2 and 193 - which superimpose the polymer fibers 9 produced by the three unstable jets 17, are simultaneously fed from one infusion pump 23, through the movement of the working body 22, with a liquid for electrofibration , forming in a certain way the fibrous structure 10, on the surface of the dielectric barrier 4. The different shapes of the fibrous structure 10 are obtained depending on the distance between the three hollow needles 3, fig. 3: (1) At a sufficiently large "critical" distance between the needles 3, the ss form three separate fibrous structures 10-1, 10-2 and 10-3, fig. 3b, while in smaller rasgoyapia ss produces one common fibrous structure 10. formed by the overlap of the three independent fibrous structures - 10-1, 10-2 and 10-3. The use of many, parallel working hollow needles 3 on one collector 8 allows the production of fibrous structures 10 of different thickness, shape, density and porosity. Not only that, the use of multiple syringes - 19-1, 19-2 and 19-3, filled with polymeric liquids of different nature, allows to produce composite fibrous structures 10.

Друг вариант на осъществяване на метода и устройството за многоструйно и безиглено (или бездюзово) електроовлакняване от свободна повърхност, е диелектрична бариера и високо променливо напрежение, показан па фиг. 4, се характеризира е това, че множеството прави струи 12 сс формират от свободната повърхност на тънкия слой 24 от течността за електроовлакняване 13. която сс увлича върху повърхността на въртящ се барабан 25. Въртящият се барабан 25 е потопен частично във вана 26, съдърлжаща течността за електроовлакняване 13. за да може при бавното въртене на барабана 25, да сс поддържа непрекъснато свободната повърхност 24 на течността 13. Всяка от струите 12 има за свое начало възникнал под действието на електрическото поле конус на Тейлър. непоказан на фигурата. Корпусът на ваната 27 е изолиран спрямо заземените части 28 е твърда изолация 29, 30 която осигурява необходимото ниво на електрическа изолация. Високият електрически потенциал се предава на течността за електроовлакняване 13 чрез електрода 30, изолиран спрямо корпуса на ваната 27.Another embodiment of the method and device for multi-jet and needleless (or nozzleless) free surface electrospinning is a dielectric barrier and high alternating voltage shown in FIG. 4, is characterized in that the plurality of straight jets 12 cc form from the free surface of the thin layer 24 of the electrospinning liquid 13. which cc entrains onto the surface of a rotating drum 25. The rotating drum 25 is partially immersed in a bath 26 containing the electrospinning liquid 13. so that, during the slow rotation of the drum 25, it can continuously maintain the free surface 24 of the liquid 13. Each of the jets 12 has as its origin a Taylor cone formed under the action of the electric field. not shown in the figure. The body of the tub 27 is insulated from the grounded parts 28 is a solid insulation 29, 30 which provides the required level of electrical insulation. The high electrical potential is transmitted to the electrospinning fluid 13 via the electrode 30 insulated from the tub body 27.

Един друг вариант на осъществяване на метода и устройството за сдноструйно едноиглено или еднодюзово електроовлакняване, с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, показан на фиг. 5, се характеризира е това, че използва заземен въртящ се барабан-колектор 31, представляващ метален барабан 32, изпълняващ служебното предназначение на противослектрода 5, върху който е нанесено изолационното покритие 33, изпълняващо служебното предназначение на диелектричната бариера 4, за увеличаване на степента на подреждане на произведените полимерни влакна по направление на въртене на барабана-колектор 31. Подреждането позволява подобряване на множество физико-химични свойства на произведената влакнеста структура 10. За целта барабан-колекторът 31 се върти е ъглова скорост не но-голяма от една гранична стойност, характерна за полимерния материал, пад която започва появата на дефекти, в резултат от разкъсване на произведените полимерни влакна 9.Another embodiment of the method and device for co-jet single-needle or single-nozzle electrospinning, with a dielectric barrier and an alternating electric voltage, shown in FIG. 5, it is characterized by the fact that it uses a grounded rotating drum-collector 31, representing a metal drum 32, fulfilling the official purpose of the counter electrode 5, on which the insulating coating 33, fulfilling the official purpose of the dielectric barrier 4, is applied, to increase the degree of arrangement of the manufactured polymer fibers along the direction of rotation of the drum-collector 31. The arrangement enables the improvement of many physico-chemical properties of the produced fiber structure 10. For this purpose, the drum-collector 31 rotates at an angular speed no greater than a limit value, characteristic of the polymer material, below which the appearance of defects begins, as a result of tearing of the produced polymer fibers 9.

Вариантът на осъществяване па метода и устройството за сдноструйно едноиглено електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, показан па фиг. 6. се характеризира е това, че произведените полимерни влакна 9 се отлагат и подреждат под формата на влакнеста структура 10 върху непрекъснато движеща се лента 34, която е постоянна линейна скорост се пренавива от пасивната ролка 35 върху теглещата ролка < 36.The variant of implementation of the method and device for co-current single-needle electrospinning with a dielectric barrier and alternating electric voltage, shown in fig. 6. is characterized by the fact that the produced polymer fibers 9 are deposited and arranged in the form of a fibrous structure 10 on a continuously moving belt 34, which at a constant linear speed is rewound from the passive roller 35 onto the traction roller < 36.

Вариантът на осъществяване на електрическото захранване на устройството за електроовлакняване е диелектрична бариера и променливо синусоидално напрежение е индустриална честота, показан на фиг. 7, се характеризира е това, че захранващият високоволтов източник 11 се състои от следните каскадно свързани трансформатори: (1) Разделителния трансформатор - 230/230 Vrms, 37, който разделя галванически веригата на захранващия високоволтов източник 11 от електрическата мрежа 230 Vrms. 50 Πζ; (2) Два автотрансформатора - 220/250 Vrms, 38 и 39, за грубо и фино регулиране на високото напрежение на изхода; (3) Повишаващ трансформатор 0,1/35 kVrms, 40, които подава високото променливо напрежение директно върху високоволтовия електрод 3 и колектора 8. състоящ се от диелектричната бариера 4 и заземения противоелекгрод 5. Изборът на подходящ технологичен режим се извършва но показанията на високоволтовия волтметър 41, който показва избраната ефективна стойност па работното напрежение Vrms', и амперметъра 42, от магнитноелектрическата измервателна система, който е включен в диагонала на мостовата схема (схема на Грсц) за изправяне на тока 43. образувана от четирите диода - Д1, Д2, ДЗ и Д4, за да показва средната стойност па тока lav.The embodiment of the electrical supply of the electrospinning device is a dielectric barrier and an alternating sinusoidal voltage is an industrial frequency, shown in fig. 7, is characterized by the fact that the high-voltage supply source 11 consists of the following cascade-connected transformers: (1) The isolation transformer - 230/230 V rm s, 37, which galvanically separates the circuit of the high-voltage supply source 11 from the 230 V rm electrical network s. 50 Πζ; (2) Two autotransformers - 220/250 V rms , 38 and 39, for coarse and fine regulation of the high output voltage; (3) Step-up transformer 0.1/35 kV rm s, 40, which supplies the high alternating voltage directly to the high-voltage electrode 3 and the collector 8. consisting of the dielectric barrier 4 and the grounded anti-electric barrier 5. The selection of a suitable technological mode is carried out but the readings of the high-voltage voltmeter 41, which shows the selected effective value of the operating voltage Vrms', and the ammeter 42, from the magnetoelectric measuring system, which is included in the diagonal of the bridge circuit (Grc circuit) for rectifying the current 43. formed by the four diodes - D1 , D2, D3 and D4 to show the average value of the current lav.

Външната статична характеристика па процеса, протичащ в устройството за електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, показана па фиг. 8, е от вида „средна стойност на електрическия ток — ефективна стойност на напрежението“, или lav - ф(ИтД. Тя обхваща три работни режима на електроовлакняване: (1) Нормален (безразряден) режим на електроовлакняване 44. който се осъществява при напрежения по-малки от напрежението па горене 45 на диелектричния бариерен разряд и токове под критичния ток на запалване 46 па диелектричния бариерен разряд; (2) Плазмен (кислород- и озонсъдържащ) режим па електроовлакняване 47, поддържан от диелектричния бариерен разряд, който се осъществява при напрежения по-големи от критичното напрежение па горене 45 и токове над критичния ток на запалване 46 на диелектричния бариерен разряд; (3) Плазмен режим на слектропрсдене 50. съдържащ азотни оксиди (NOX), поддържан от диелектричния бариерен разряд, при напрежения по-големи от критичното напрежение на горене 48 и токове пад критичния ток па запалване 49 на диелектричния бариерен разряд.The external static characteristic of the process taking place in the electrospinning device with a dielectric barrier and an alternating electric voltage, shown in fig. 8, is of the type "average value of the electric current - effective value of the voltage", or lav - φ(ItD. It covers three operating modes of electrofibration: (1) Normal (no discharge) mode of electrofibration 44. which takes place at voltages less than the ignition voltage 45 of the dielectric barrier discharge and currents below the critical ignition current 46 of the dielectric barrier discharge; (2) Plasma (oxygen- and ozone-containing) mode of electrofibration 47 supported by the dielectric barrier discharge, which takes place at voltages greater than the critical ignition voltage 45 and currents above the critical ignition current 46 of the dielectric barrier discharge; greater than the critical ignition voltage 48 and currents below the critical ignition current 49 of the dielectric barrier discharge.

Електроовлакняването с диелектричен бариерен разряд се характеризира с това, че се осъществява при постоянна стойност на напрежението на горене на разряда за режима на горене 47, това е напрежението 45. докато за режима на горене 50. това е напрежението 48. Разликите между двете напрежения 45 и 51. за режима на горене 47, и между двете напрежения 48 и 52, за режима на горене 50, определят пада на напрежение върху диелектричната бариера, при запалването на диелектричния бариерен разряд, в избрания режим на горене.Dielectric barrier discharge electrospinning is characterized by the fact that it takes place at a constant value of the discharge firing voltage for firing mode 47 this is voltage 45. while for firing mode 50 this is voltage 48. The differences between the two voltages 45 and 51. for the burning mode 47, and between the two voltages 48 and 52, for the burning mode 50, determine the voltage drop across the dielectric barrier, upon ignition of the dielectric barrier discharge, in the selected burning mode.

Един друг вариант па осъществяване на електрическото захранване на устройството за електроовлакняване с диелектрична бариера, показан на фиг. 9. се характеризира с това, че върху високоволтовия електрод 3 е приложено високо пулсиращо напрежение, получено след еднополупериодно изправяне на променливото синусоидално напрежение с промишлена честота (50 I Iz) от диода 53. включен към високоволтовия изход на повишаващия (0,1/35 KVrms) трансформатор 40, а нротивослсктродът 5 е заземен през амперметъра 42.Another option is to implement the electrical supply of the electrospinning device with a dielectric barrier, shown in fig. 9. is characterized by the fact that a high pulsating voltage is applied to the high-voltage electrode 3, obtained after one half-period rectification of the alternating sinusoidal voltage with an industrial frequency (50 I Iz) from the diode 53. connected to the high-voltage output of the booster (0.1/35 KV rm s) transformer 40, and the rotor electrode 5 is grounded through the ammeter 42.

Едип друг вариант на осъществяване на електрическото захранване па устройството за електроовлакняване с диелектрична бариера, показан на фиг. 10, се характеризира с това, че високоволтовият електрод 3, е поставен под високо променливо синусоидално напрежение (ACV) с промишлена честота (50 Hz) от захранващия източник 54, а противоелектродът 5 е поставен под високо постоянно напражснис (DCV) от източника 55. така че съотношението на амплитудната стойност на променливото напрежение (Vpcak). спрямо стойността на постоянното напрежение (Vdc), да бъде по-малко от единица: Vpeak/Voc < 1.Oedipus another version of the implementation of the electrical supply to the device for electrofibration with a dielectric barrier, shown in fig. 10, characterized in that the high voltage electrode 3 is placed under a high alternating sinusoidal voltage (ACV) with an industrial frequency (50 Hz) from the power source 54, and the counter electrode 5 is placed under a high direct voltage (DCV) from the source 55. so the ratio of the amplitude value of the alternating voltage (Vpcak). relative to the DC voltage value (Vdc), be less than unity: Vpeak/Voc < 1.

1[реминавапето па сдноструйно едпоиглено устройство за електроовлакняване в авариен режим на работа е показано на фиг. 11, което е резултат от появата на пълзящ електрически разряд 56, по вътрешната повърхност на цилиндъра 21, който принадлежи на спринцовката 19, - между буталото 20 и заземения корпус 57 на инфузионната помпа 23. Веригата на пълзящия електрически разряд сс затваря през граничната междина 58. определена от хлабината между буталото 20 и цилиндъра 21, изпълнена с проводящата течност за слектроовлакняване 13, и изпълнената с течността 13 метална куха игла 3. Така, след подаването на достатъчно голямо по стойност високо напрежение, между металната куха игла 3 и корпуса 57 на инфузионната помпа 23, протича тока на повърхностния електрически разряд но вътрешната страна па цилиндъра 21, който шуптира работната междина 2, с което процесът на електроовлакняване сс преустановява - преминава се в авариен режим на работа, който сс прекратява автоматично от захранващия източник 11.1[remaining pas sdjet single-needle electrospinning device in emergency mode of operation is shown in fig. 11, which is the result of the appearance of a creeping electric discharge 56, on the inner surface of the cylinder 21, which belongs to the syringe 19, - between the piston 20 and the grounded housing 57 of the infusion pump 23. The circuit of the creeping electric discharge ss closes through the boundary gap 58 .determined by the clearance between the piston 20 and the cylinder 21 filled with the conductive liquid for electro-fibration 13 and the liquid-filled hollow metal needle 3. Thus, after the supply of a sufficiently high value, between the metal hollow needle 3 and the housing 57 of the infusion pump 23, the current of the surface electric discharge flows but the inside of the cylinder 21, which shuts the working gap 2, with which the process of electrofibration ss ceases - it goes into an emergency mode of operation, which ss terminates automatically from the power source 11.

Вариантът на осъществяване на метода и устройството за сдноструйно едпоиглено (или еднодюзово) електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, показан на фиг. 12. се характеризира с това, че спринцовката 19, напълнена с проводимата течност за слектроовлакняване 13. е поставена във вътрешността на по-голяма по размер спринцовка 59. така че кухата игла 3 да сс подава навън през предната част на спринцовката 59.11о този начин са създадени условия за предотвратяване на появата на пълзящ електрически разряд: първо, удължен е многократно пътят па пропълзяванс; второ, корпусът на спринцовка 59 е от полипропилсн (РР). който е добър изолатор. Течността за електроовлакняване 13 излиза под налягане през предния отвор на кухата игла 3. което се поражда от движението на работния орган 22 на инфузионната помпа 23. Работният орган 22 действа силово върху буталото 60 на голямата спринцовка 59 и го задвижва, което от своя страна предава движението върху буталото 20 па малката спринцовка 19. в резултат, на което течността 13 изтича от предния отвор (край) на кухата игла 3.The embodiment of the method and device for single-jet single-needle (or single-nozzle) electrofibration with a dielectric barrier and variable electric voltage, shown in fig. 12. is characterized in that the syringe 19 filled with the conductive electrospinning fluid 13. is placed inside a larger syringe 59. so that the hollow needle 3 protrudes through the front of the syringe 59. 11o thus conditions have been created to prevent the occurrence of a creeping electric discharge: first, the creeping path has been extended many times; second, the syringe body 59 is made of polypropylene (PP). which is a good insulator. The electrospinning fluid 13 exits under pressure through the front opening of the hollow needle 3. which is generated by the movement of the working member 22 of the infusion pump 23. The working member 22 acts forcefully on the piston 60 of the large syringe 59 and drives it, which in turn transmits the movement on the piston 20 and the small syringe 19. as a result of which the liquid 13 flows out of the front opening (end) of the hollow needle 3.

Изображение с висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), на произведената чрез електроовлакняване е диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е промишлена честота влакнеста структура от 5 wt. % разтвор на колаген (тип 1. от говежда кожа) в смес от двата разтворителя хексафлуороизопропанол (HFIP) и тетрафлуоретилеи (TFE), в съотношение IIFIP:TFE= 4:1, е представено на Фиг. 13а. Омрежването на произведената влакнеста структура е осъществено в пари на глутаров алдехид (GTA), за 24 часа, при стайна температура. Представени са характерни дефекти на произведените омрежени колагенови влакна, които се наблюдават в практиката, фиг. 13b: (А) Наниз от сферични образувания (топчета); (В) Наниз от вретеновидни образувания; (С) Разклонения, излизащи от влакното; (D) Сливане па две влакна. Проведени са скрипипгови изследвания, при съотношения на разтворителите {IIFIP:TFE)\ 4:1, 1:1 и 1:4, по се представя само едно изображение (IIFIP’.TFE 4:1), тъй като наблюдаваните дефекти на успешно произведените дълги колагенови влакна са характерни за трите случая.A high-resolution scanning electron microscope (SEM) image of the electrospun dielectric barrier and one half-cycle rectified voltage industrial frequency fiber structure of 5 wt. % solution of collagen (type 1. from bovine skin) in a mixture of the two solvents hexafluoroisopropanol (HFIP) and tetrafluoroethylene (TFE), in the ratio IIFIP:TFE= 4:1, is presented in Fig. 13a. The cross-linking of the produced fibrous structure was carried out in glutaraldehyde (GTA) vapor, for 24 hours, at room temperature. Characteristic defects of the produced cross-linked collagen fibers that are observed in practice are presented, fig. 13b: (A) String of spherical formations (beads); (C) String of fusiform formations; (C) Branches emerging from the fiber; (D) Fusion of two fibers. Scratch studies were performed at solvent ratios {IIFIP:TFE)\ 4:1, 1:1 and 1:4, only one image (IIFIP'.TFE 4:1) is presented, as the observed defects of the successfully produced long collagen fibers are characteristic of all three cases.

Представени са изображения е висока разделителна способност, фиг. 14, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), които разкриват морфологията па произведените чрез електроовлакняване е диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е промишлена честота, влакнести структури, от 5 wt. % разтвор на колаген (тип 1, от говежда кожа) в IIFIP: първо, на колагенова влакнеста структура, непосредствено след произвеждането й, при малко (а) и голямо увеличение (Ь); второ, на колагенова влакнеста структура, след омрежването й в пари па GTA. в продължение на 24 часа, при малко (е) и голямо увеличение (d) . Електроовлакнявапето се осъществява успешно - получените колагенови влакна са дълги, фини и без дефекти. При по-голямо увеличение, фиг. 13b, се вижда,че това са наноразмерни влакна. Колагеповите влакна са гладки, без грапави участъци, фиг. 13с и d. След омрежването па получените влакнести структури, фиг. 1 Зс и d, се наблюдава известно сливане и групиране на колагеповите влакна - не се наблюдава, обаче, образуването на дефекти по влакната, като наниз от топчета и пукнатини.High resolution images are presented, Fig. 14, from a scanning electron microscope (SEM), which reveal the morphology of the produced by electrospinning is a dielectric barrier and a single half-period rectified voltage is an industrial frequency, fibrous structures, of 5 wt. % collagen solution (type 1, from bovine skin) in IIFIP: first, of a collagen fibrous structure, immediately after its production, at low (a) and high magnification (b); second, of a collagen fibrous structure, after its cross-linking in pari pa GTA. for 24 h, at low (f) and high magnification (d). Electrofibration is carried out successfully - the resulting collagen fibers are long, fine and without defects. At higher magnification, Fig. 13b, it can be seen that these are nanoscale fibers. Collagen fibers are smooth, without rough areas, fig. 13c and d. After cross-linking, the resulting fibrous structures, fig. 13c and d, some fusion and clustering of the collagen fibers is observed - however, the formation of defects along the fibers, such as beading and cracks, is not observed.

11редставспи са още изображения на влакнести структури е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), произведени чрез електроовлакняване е диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е промишлена честота, фиг. 15, от 5 wt. % разтвор на колаген (тип 1, от говежда кожа), в HFJP, е различен размер на кухата игла: 19G (вътрешен диаметър ID - 0,686 mm), фиг. 15а, и 18G (вътрешен диаметър ID = 0,838 mm), фиг. 15b; от 10 wt. % разтвор на колаген в HFIP, е размер на кухата игла 19G (вътрешен диаметър II) 0.686 mm), фиг. 15с. Произведените наповлакна са с диаметър, който се изменя в широки граници от 40 до 320 шп.Fig. 11 is another high-resolution scanning electron microscope (SEM) image of fibrous structures produced by electrospinning is a dielectric barrier and a half-cycle rectified voltage is an industrial frequency, Fig. 15, of 5 wt. % collagen solution (type 1, from bovine skin), in HFJP, is a different hollow needle size: 19G (inner diameter ID - 0.686 mm), fig. 15a, and 18G (internal diameter ID = 0.838 mm), Figs. 15b; of 10 wt. % collagen solution in HFIP, is hollow needle size 19G (internal diameter II) 0.686 mm), Fig. 15s. The manufactured coatings have a diameter that varies widely from 40 to 320 mm.

Илюстрира се влиянието на размера на кухата игла върху морфологията на произведените влакнести структури, при една и съща концентрация па колагена в разтвора - 5 wt. %, фиг. 15а и Ь: веднага се забелязва това, че влакната, произведени с по-малкия размер на иглата 18G, т.е. с по-големия II), са видимо по-фини, но имат множество дефекти, под формата на наниз от топчета, фиг. 15b.The influence of the size of the hollow needle on the morphology of the produced fibrous structures is illustrated, at the same concentration of collagen in the solution - 5 wt. %, fig. 15a and b: it is immediately noticeable that the fibers produced with the smaller needle size 18G, i.e. with the larger II), are visibly finer, but have numerous defects, in the form of a string of beads, fig. 15b.

Илюстрира се още влиянието на концентрация па колагена в разтвора 5 wt. % и 10 wt. %, върху морфологията на произведените влакнести структури, при един и същ вътрешен размер па иглата (19G): по-голямата концентрация на колагена 10 wt. % в разтвора води, до появата на множество разклонения и сливания на влакната, както. макар и рядко, до образуването на множество дефекти върху влакната - под формата на наниз от топчета, фиг. 15с.The influence of collagen concentration in the 5 wt solution is also illustrated. % and 10 wt. %, on the morphology of the produced fibrous structures, at the same internal size of the needle (19G): the greater concentration of the collagen 10 wt. % in the solution leads to the appearance of many branches and fusions of the fibers, as well. although rarely, to the formation of multiple defects on the fibers - in the form of a string of beads, fig. 15s.

Представени са още изображения на влакнести структури с висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM), на влакнести структури, произведени чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение с промишлена честота, от 5 wt. % разтвор на колаген (тип 1, от говежда кожа) в HF1P, като колагенът е модифициран с еднакво количество хиалуронова киселина (IIAGAG) - 0.8 wt. %, фиг. 16: след електроовлакняване, фиг. 16а,Ь; и след омрежване в пари на GTA, при стайна температура, за 30 часа. фиг. 16c,d. Илюстрира се доброто овлакняванс на модифицирания с IIAGAG колаген, но и появата на множество дефекти по влакната разклонения, а на места образуването на възли и топчета. При но-голямо увеличение, разклоненията и сливанията на влакната стават по-добре видими.Also presented are high-resolution scanning electron microscope (SEM) images of fibrous structures fabricated by electrospinning with a dielectric barrier and an industrial-frequency single-half-cycle rectified voltage of 5 wt. % solution of collagen (type 1, from bovine skin) in HF1P, the collagen being modified with an equal amount of hyaluronic acid (IIAGAG) - 0.8 wt. %, fig. 16: after electrospinning, fig. 16a,b; and after cross-linking in GTA vapor, at room temperature, for 30 hours. fig. 16c, d. The good fibrinization of the IIAGAG-modified collagen is illustrated, but also the appearance of numerous defects along the fiber branches, and in places the formation of nodules and balls. At a higher magnification, the branching and merging of the fibers become more visible.

11редставсни са изображения па влакнести структури, с висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM). произведени чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение с индустриална честота, от разтвор на модифициран колаген в IIFIP. като колагенът е модифициран с хондроитин сулфат (CSGAG). в количество 0.8 wt. %, внесен във вид на 0.04 wt. % разтвор на оцетна киселина, фиг. 17: първо, непосредствено след електроовлакняване. фиг. 17а,Ь; второ, след последващо омрежване на електроовлакнената структура в пари на GIA, при стайна температура, за 30 часа. фиг. 17c,d. Илюстрира се доброто електроовлакняване на модифицирания с CSGAG колаген, както и появата на множество дефекти по колагеновите влакна - множество разклонения, а на места образуването на възли и топчета. При по-голямо увеличение, разклоненията и сливанията на влакната стават по-добре видими.11 are representative high-resolution scanning electron microscope (SEM) images of fibrous structures. fabricated by electrospinning with a dielectric barrier and industrial frequency single half-cycle rectified voltage, from a modified collagen solution in IIFIP. with collagen modified with chondroitin sulfate (CSGAG). in an amount of 0.8 wt. %, introduced as 0.04 wt. % acetic acid solution, fig. 17: first, immediately after electrospinning. fig. 17a,b; second, after subsequent cross-linking of the electrofibrous structure in GIA vapor, at room temperature, for 30 hours. fig. 17c, d. The good electrofibrization of the CSGAG-modified collagen is illustrated, as well as the appearance of multiple defects along the collagen fibers - multiple branches, and in places the formation of knots and balls. At higher magnification, branching and merging of fibers become more visible.

11рсдставсни са изображения на влакнести структури, с висока разделителна способност, от сканират електронен микроскоп (SEM), произведени чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение с индустриална честота, от 6 wt. % разтвори на модифициран колаген в IIFIP и последващо омрежване на слсктроовлакнената структура в пари на GIA, при стайна температура, за 30 часа; колагенът е модифициран с хиалуропова киселина (HAGAG) и е хондроитин сулфат (CSGAG), внесен във вид на 0,04 wt. % разтвор па оцетна киселина, фиг. 18: HAGAG - 0.8 wt. % и CSGAG - 0.8 wt. %, Фиг. 18a,b,c; IIAGAG - 0.8 wt. % и CSGAG - 1,6 wt. %. фиг. 18d, е. Илюстрира се успешното електроовлакняване на модифицирания колаген, но с наличието на множество дефекти разклонения и множество топчета по влакната. При по-голямо увеличение се забелязват и характерни сливания.11 are high-resolution scanning electron microscope (SEM) images of fibrous structures produced by electrospinning with a dielectric barrier and an industrial-frequency single-semi-cycle rectified voltage of 6 wt. % solutions of modified collagen in IIFIP and subsequent cross-linking of the slsktrofibrous structure in GIA vapor, at room temperature, for 30 hours; collagen is modified with hyaluronic acid (HAGAG) and is chondroitin sulfate (CSGAG) introduced as 0.04 wt. % acetic acid solution, fig. 18: HAGAG - 0.8 wt. % and CSGAG - 0.8 wt. %, Fig. 18a,b,c; IIAGAG - 0.8 wt. % and CSGAG - 1.6 wt. %. fig. 18d, f. The successful electrospinning of the modified collagen is illustrated, but with the presence of multiple branching defects and multiple beads along the fibers. At higher magnification, characteristic fusions are also noticeable.

11рсдставсни са оптично-микроскопски изображения увеличение х 40. от оптичен микроскоп Binocular digital microscope, OPTIKA (Италия), на произведената влакнеста структура от колагенови влакна (тип 1. от говежда кожа), произведени чрез електроовлакняване с диелектрична бариера, при променливо синусоидалпо напрежение с промишлена частота. от 5 wt. % разтвор на колагена в IIFIP, фиг. 19: първо, непосредствено след електроовлакняване, фиг. 19а; и второ, след последващо омрежване на колагеновите влакна в пари на GTA, при стайна температура, за 24 часа. Фиг. 19b. Колагеновите влакна са податливи на електроовлакняване в променливо синусоидалпо електрическо поле с индустриална честота, при наличието на диелектрична бариера. Преди омрежване, колагеновите влакна са хаотично разположени във влакнестата структура. След омрежването, обаче, колагеновите влакна се групират, като се забелязва формирането на множество възли, разпределени в полето на изображението.11 are optical-microscopic images magnification x 40. from an optical microscope Binocular digital microscope, OPTIKA (Italy), of the produced fibrous structure of collagen fibers (type 1. from bovine skin) produced by electrospinning with a dielectric barrier, at an alternating sinusoidal voltage with industrial frequency. of 5 wt. % collagen solution in IIFIP, fig. 19: first, immediately after electrospinning, fig. 19a; and second, after subsequent cross-linking of the collagen fibers in GTA vapor, at room temperature, for 24 hours. Fig. 19b. Collagen fibers are susceptible to electrofibration in an alternating sinusoidal electric field of industrial frequency, in the presence of a dielectric barrier. Before cross-linking, the collagen fibers are randomly arranged in the fibrous structure. After cross-linking, however, the collagen fibers clustered, with the formation of multiple nodules distributed across the image field.

Примери за изпълнениеImplementation examples

Изобретението се илюстрира със следните примери, които не ограничават по никакъв начин възможните му приложения и използването на други варианти па изпълнение на метода и устройството за електроовлакняване с диелектрична бариера при променливо електрическо напрежение.The invention is illustrated by the following examples, which do not limit in any way its possible applications and the use of other variants of the method and device for electrofibration with a dielectric barrier at alternating electric voltage.

Пример 1. Произвежда се нетъкана влакнеста структура от нановлакна, чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и еднополупериодно изправено напрежение е 36 промишлена честота, от разтвор на колаген и последващо омрежване на произведените колагенови влакна, за да придобият своите експлоатационни свойства.Example 1. A nonwoven fibrous structure of nanofibers is produced by electrospinning with a dielectric barrier and a single half-cycle rectified voltage is 36 industrial frequency, from a collagen solution and subsequent cross-linking of the produced collagen fibers to acquire their operational properties.

Технологията на електроовлакняване от полимерен разтвор включва три етапа на осъществяване: (1) Избор на разтворител и приготвяне на колагеновия разтвор; (2) Електроовлакняване на колагеновия разтвор; (3) Омрежване на произведената влакнеста структура (скеле, мат, скафолд), в пари на омрежващ агент, при стайна температура, за определено технологично време.The technology of electrospinning from a polymer solution includes three stages of implementation: (1) Selection of solvent and preparation of the collagen solution; (2) Electrospinning of the collagen solution; (3) Cross-linking of the produced fibrous structure (scaffold, mat, scaffold), in cross-linking agent vapor, at room temperature, for a certain technological time.

Използвани са следните изходни материали: (1) Колаген: тип 1. от говежда кожа: Collapro Bovine Premium на Ilulsh Protein Technologies, Нидерландия; (2) Разтворител: (1,1,1,3,3,3хсксафлуоро-2-пропанол или хексафлуороизопропанол (hcxafluoroisopropanol, (СРз)2СНОН, IIFIP), 99 1%, на Alfa Aesar. Германия, CAS RN 920-66-1, молна маса: 168,038 g/moL плътност: 1,596 g/mL, точка на кипене: t- 58,2 °C; (3) Омрежващ агент: 50 % воден разтвор на глутаров алдехид (glutaraldehyde. CsIIsO, GTA), на Alfa Aesar, Германия, CAS RN 111-30-8. моларна маса: 100,117 g/mol, плътност: 1.06 g/mL, точка на кипене: ! 187 °C.The following starting materials were used: (1) Collagen: type 1. from bovine skin: Collapro Bovine Premium of Ilulsh Protein Technologies, The Netherlands; (2) Solvent: (1,1,1,3,3,3hexafluoro-2-propanol or hexafluoroisopropanol (hcxafluoroisopropanol, (CP3)2CHOH, IIFIP), 99 1%, by Alfa Aesar. Germany, CAS RN 920-66- 1, molar mass: 168.038 g/moL density: 1.596 g/mL, boiling point: t- 58.2 °C; (3) Cross-linking agent: 50% aqueous solution of glutaraldehyde (glutaraldehyde. CsIIsO, GTA), at Alfa Aesar, CAS RN 111-30-8, molar mass: 100.117 g/mol, boiling point: 187 °C.

Четири са определящите фактори за избор на разтворителя: относителната диелектрична проницаемост, електропроводимостта, лстливостта и повърхностното напрежение па разтворителя. Освен това, изборът на хексафлуороизопропапола за разтворител на колагена се основава, преди всичко на съществуващи успешни практики, [14, 15 и 16].There are four determining factors for solvent selection: relative permittivity, electrical conductivity, viscosity, and surface tension of the solvent. Furthermore, the choice of hexafluoroisopropanol as a collagen solvent was based primarily on existing successful practices [14, 15 and 16].

Допълнително са проведени скринингови експерименти по електроовлакняване от разтвори на следните два известни разтворителя хексафлуороизопропанол и тетрафлуоретилен (tetrafluoroethylene, C2F4, TFEd), CAS NR 116-14-3, молна маса: 100,02 g/mol, плътност 1,519 g/cm3, точка па кипене: -76,3 °C), в съотношения 1:4; 1:1 и 4:1.1 юлучават се много по-фини влакна от тези с хексафлуороизопропанол, сравнение на фиг. 13 (при отношение IIE1P-.TFE 4:1) и фиг. 14а (ΙΙΕΙΡ), но е множество дефекти във вид на „наниз“ от топчета. Ето защо, смесите от двата разтворителя, в трите избрани съотношения, се оказват неподходящи, тъй като се произвеждат фини дълги влакна, но с множество дефекти. Така, въз основа па тези изследвания, се избира за разтворител на колагена хексафлуороизопропанол.Additionally, screening experiments were carried out on electrospinning from solutions of the following two known solvents: hexafluoroisopropanol and tetrafluoroethylene (tetrafluoroethylene, C2F4, TFEd), CAS NR 116-14-3, molar mass: 100.02 g/mol, density 1.519 g/cm 3 . boiling point: -76.3 °C), in ratios 1:4; 1:1 and 4:1.1 resulted in much finer fibers than those with hexafluoroisopropanol, comparison in Fig. 13 (at IIE1P-.TFE ratio 4:1) and fig. 14a (ΙΙΕΙΡ), but it is multiple defects in the form of a "string" of beads. Therefore, mixtures of the two solvents, in the three selected ratios, proved to be unsuitable, as fine long fibers were produced but with numerous defects. Thus, based on these studies, hexafluoroisopropanol was chosen as the collagen solvent.

Приготвени са следните колагенови разтвори за електроовлакняване, е концентрация 3, 4, 5. 6, 8. 9. 10, 11 и 12 wt. % колаген в хексафлуороизопропанол. Претегленото количество колаген се залива с разтворителя, изчаква се 24 h за набъбването на колагена, след което разтворът се разбърква и хомогенизира интензивно е лабораторна клатачна машина.The following electrospinning collagen solutions were prepared, concentration 3, 4, 5. 6, 8. 9. 10, 11 and 12 wt. % collagen in hexafluoroisopropanol. The weighed amount of collagen is poured with the solvent, wait 24 h for the collagen to swell, after which the solution is stirred and homogenized intensively with a laboratory shaking machine.

Електроовлакнявансто сс осъществява при високо еднополупериодно изправено напрежение е промишлена честота 50 Hz, което се изменя асиметрично и пулсиращо във времето, т.с. получено е след еднопътно изправяне на входното синусоидалпо напрежение е индустриална честота, фиг. 9, което има ефективна стойност Vrms — 230 V.Electrofibrous current is carried out at a high one-half-period rectified voltage, an industrial frequency of 50 Hz, which changes asymmetrically and pulsating in time, i.e. is obtained after one-way rectification of the input sinusoidal voltage is industrial frequency, fig. 9, which has an effective value of V rms — 230 V.

Измерват сс: (а) Ефективната стойност на напрежението Vrms, на изхода на повишаващия трансформатор 40. е волтметъра 41, от капацитивната измервателна система; (б) Средната стойност на еднополупериодно изправения ток Iav, измервана от амперметъра 42, от магнитнослсктрическата измервателна система. По този начин се избира работната точка на електроовлакняване от външната статична характеристика lav (p(Vrms) иа устройството за електроовлакняване. Работи сс със стойности на напрежението Vrms под критичното напрежение 45. характеризиращо прехода към режим на дислсктричсски бариерен разряд, т.е. в първата област 44 на електроовлакняване - без бариерен електрически разряд, фиг. 8.Measure cc: (a) The effective value of the voltage V rms , at the output of the step-up transformer 40. is the voltmeter 41, from the capacitive measuring system; (b) The average value of the single half-cycle rectified current I av , measured by the ammeter 42, of the magnetoslsktric measuring system. In this way, the operating point of electrospinning is selected from the external static characteristic lav (p(V rm s) and the electrospinning device. It works with voltage values V rms below the critical voltage 45. characterizing the transition to the dielectric barrier discharge regime, i.e. f. in the first area 44 of electrofibration - without barrier electric discharge, Fig. 8.

11редваритслни експериментални изследвания показват, че трябва да сс използва метода „спринцовка в спринцовка“. фиг. 12, за да сс осигури достатъчно добра изолация между течността за електроовлакняване 13. намираща сс под напрежение спрямо земя, и заземения корпус на инфузионната помпа 57. Индикатор е появата на видим пълзящ електрически разряд 56, който започва от течността 13, през хлабината 58, находяща сс между буталото 20 и цилиндъра 21 на спринцовката 19, по вътрешната повърхност на цилиндъра 21 до заземения корпус на инфузионната помпа 57, фиг. 11Regular experimental studies show that the "syringe-in-syringe" method should be used. fig. 12 to provide a sufficiently good isolation between the electrospinning fluid 13, which is energized with respect to ground, and the grounded infusion pump housing 57. An indication is the appearance of a visible creeping electric discharge 56, which starts from the fluid 13, through the gap 58, located ss between the piston 20 and the cylinder 21 of the syringe 19, along the inner surface of the cylinder 21 to the grounded housing of the infusion pump 57, fig. 11

Електроовлакнявансто започва, след като малката медицинска спринцовка 19, от 1 mL, изработена от полипропилен (РР), сс напълни е течността за електроовлакняване 13 - разтвор на колаген в разтворителя IIFIP, чрез изтегляне на буталото 20 назад, фиг. 12. След това кухата игла 3 сс присъединява към малката спринцовка 19 и така се зарежда в голямата спринцовка (РР) 59. от 5 mL, при извадено бутало 60. След това, буталото 60 затваря спринцовката 59. така че неговото движение вече може да се предава директно върху буталото 20 на малката спринцовка 19. От своя страна, голямата спринцовка 59 сс зарежда в инфузионната помпа 23, така че постъпателното движение на работния орган 22 сс предава на буталото 20. чрез буталото 60. Гака. инфузионната помпа 23 осигурява постоянен дебит на течността за електроовлакняване 13 през отвора на върха на металната куха игла 3. фиг. 12. Устройството за електроовлакняване е готово за работа.Electrofibrillation begins after the small medical syringe 19, of 1 mL, made of polypropylene (PP), is filled with the electrofibrillation liquid 13 - a solution of collagen in the solvent IIFIP, by pulling the plunger 20 back, fig. 12. The 3cc hollow needle is then attached to the small syringe 19 and thus loaded into the large 5 mL syringe (PP) 59. with the plunger 60 removed. Then, the plunger 60 closes the syringe 59. so that its movement can now is transmitted directly to the piston 20 of the small syringe 19. In turn, the large syringe 59 cc loads into the infusion pump 23, so that the progressive movement of the working body 22 cc transmits to the piston 20. through the piston 60. Hook. the infusion pump 23 provides a constant flow rate of the electrospinning fluid 13 through the opening at the tip of the metal hollow needle 3. fig. 12. The electrospinning device is ready for operation.

Електроовлакнявансто започва веднага, след подаване на еднополупериодно изправено напрежение е честота 50 Hz, директно между кухата игла 3 и заземения електрод 5. а процесът ft на електроовлакняване се осъществява в рабо тното въздушно пространство 2, между кухата игла 3 и диелектричната бариера 4. фиг. 12. Дебелината на диелектричната бариера от политстрафлуорстилсн (PTFE) е 2 mm.Electrospinning starts immediately, after applying a single half-cycle rectified voltage of frequency 50 Hz, directly between the hollow needle 3 and the grounded electrode 5. and the process ft of electrospinning takes place in the working air space 2, between the hollow needle 3 and the dielectric barrier 4. fig. 12. The thickness of the polystrafluorostyrene (PTFE) dielectric barrier is 2 mm.

Податливостта на колагеновия разтвор на електроовлакняване сс изследва в следните интервали на изменение на процесиите параметри: (1) Работна въздушна междина - <5 е [100; 300] mm; (2) Напрежение на електроовлакняване - ефективна стойност: Vrms е [10; 30] kVrms; (3) Обемен дебит (или разход) на колагеновия разтвор - Q е [1; 100] pL/min; (4) Вътрешен диаметър (ID) и размер на кухата игла - ID е 10,413 Ь 0,019; 0,838 4- 0,0381 mm, [G22 * G18|.Susceptibility of the collagen solution to electrofibration was investigated in the following intervals of variation of the process parameters: (1) Working air gap - <5 is [100; 300] mm; (2) Electrofibration voltage - rms value: V rms is [10; 30] kVrms; (3) Volumetric flow rate (or flow rate) of the collagen solution - Q is [1; 100] pL/min; (4) Inner diameter (ID) and size of hollow needle - ID is 10.413 b 0.019; 0.838 4- 0.0381 mm, [G22 * G18|.

Установява сс следното, в зависимост от концентрацията на колагена в разтвора за електроовлакняване: (1) Колагеновият разтвор е податлив на електроовлакняване при концентрации па колагена от 5 wt. % до 10 wt. % - получават сс дълги бездефектни колагенови влакна 9. които сс отлагат върху диелектричната бариера 4. (2) При концентрация на колагена 4 wt. % сс получават къси колагенови влакна 9. които трудно достигат колектора 8 - просто летят из въздуха. (3) При концентрация 3 wt. % вече не се наблюдава електроовлакняване осъществява сс слсктроразпръсквапс. (4) При високи стойности на концентрацията на колаген 11 wt. % и 12 wt. %, иглата сс запушва, поради което е невъзможно да сс осъществи електроовлакняване па полимерния разтвор.It found the following, depending on the concentration of collagen in the electrospinning solution: (1) The collagen solution was amenable to electrospinning at collagen concentrations of 5 wt. % to 10 wt. % - obtain ss long flawless collagen fibers 9. which ss deposit on the dielectric barrier 4. (2) At collagen concentration 4 wt. % cc receive short collagen fibers 9. which hardly reach the collector 8 - they just fly through the air. (3) At a concentration of 3 wt. % electro-fibration is no longer observed. (4) At high values of collagen concentration 11 wt. % and 12 wt. %, the needle clogging, which is why it is impossible to carry out electrospinning on the polymer solution.

Най-добри резултати сс постигат при: (1) Работна въздушна междина - б * 180 mm; (2) Напрежение на електроовлакняване - Vrms = 25 kVrms; (3) Обемен дебит (или разход) на колагеновия разтвор - Q - 60 pL/min; (4) Вътрешен диаметър (ID) и размер на кухата игла — ID = 0,686 mm (G19). Производителността на това едноструйного едноиглено електроовлакняване е Q = 60 pL/min = 3,6 mL/h = 0,0036 I,/h.The best results are achieved with: (1) Working air gap - b * 180 mm; (2) Electrofibration voltage - V rms = 25 kVrms; (3) Volume flow rate (or flow rate) of the collagen solution - Q - 60 pL/min; (4) Inner diameter (ID) and size of hollow needle — ID = 0.686 mm (G19). The productivity of this single jet single needle electrospinning is Q = 60 pL/min = 3.6 mL/h = 0.0036 I,/h.

Морфологията на влакната е изследвана със сканиращ електронен микроскоп SEM-FIB Tcscan Lyra I XMU (Чехия). Представени са SEM- изображения, е висока разделителна способност, па колагенови влакна (структури), произведени чрез електроовлакняване е диелектрична бариера, при едпонолунериодно изправено напрежение е промишлена честота, и концентрация на колагена 5 wt. %, - непосредствено след елскгроовлакняванс и след омрежвапе в нари на глутаров анхидрид, при стайна температура за 24 часа. 11роизвсдепитс колагенови влакна са дълги, гладки и без дефекти, фиг. 14а, Ь. Диаметърът на произведените влакна е в наноразмерната област, фиг. 14b. Едва след омрсжвансто на влакнестите структури се наблюдава сливане и групиране на влакната, но не сс наблюдават дефекти фиг. 14с, d. След омрсжвансто. сливането и групирането на влакната се увеличева размера на получените новообразувания, фиг. 14d.The fiber morphology was examined with a scanning electron microscope SEM-FIB Tcscan Lyra I XMU (Czech Republic). SEM-images are presented, is a high resolution, so collagen fibers (structures) produced by electrospinning is a dielectric barrier, at a monopolar rectified voltage is an industrial frequency, and a collagen concentration of 5 wt. %, - immediately after electrospinning and after cross-linking in glutaric anhydride, at room temperature for 24 hours. 11roizvsdepits collagen fibers are long, smooth and without defects, fig. 14a, b. The diameter of the produced fibers is in the nanoscale region, Fig. 14b. Only after crushing of the fibrous structures is observed fusion and grouping of the fibers, but no defects are observed fig. 14c, d. After omrszhvansto. the fusion and grouping of the fibers increases the size of the resulting neoplasms, fig. 14d.

Пановлакната. получени чрез електроовлакняване, обикновено са монолитни с цилиндрична форма, дори когато се наслагват вече „сухи“. Често, обаче, се наблюдават влакна е дефекти: тип „топче“ (А), „ вретено“ (В), „разклонение“ (С) или „сливане“ (D). Разклонения, започващи от влакното, се образуват при натрупването на много електрически товари върху него. Приема се, че когато полимерното влакно достигне мокро до колектора се образуват лен говидни влакна, както и сливане между влакната в точките на контакт, фиг. 14Ь.Fiberglass. obtained by electrospinning, are usually monolithic with a cylindrical shape, even when superimposed already "dry". Often, however, fiber defects are observed: "ball" (A), "spindle" (B), "branch" (C) or "fusion" (D) type. Branches starting from the fiber are formed when many electrical charges accumulate on it. It is assumed that when the polymer fiber reaches the collector wet, flaxlike fibers are formed, as well as fusion between the fibers at the points of contact, Fig. 14b.

Илюстрирано е влиянието на концентрацията на колагена 5 wt. % и 10 wt. %, в разтвор па IIFIP, при един и същ размер на иглата (19G): при концентрация на колагена 10 wt. % се наблюдава появата на дефекти върху отделни влакна - под формата на „нанизани“ топчета (е), фиг. 15с. Най-ефективният концентрационен интервал на електроовлакняване на колагена остава от 5 до 6 wt. % в разтвор на IIFIP.The effect of collagen concentration 5 wt is illustrated. % and 10 wt. %, in IIFIP solution, at the same needle size (19G): at a collagen concentration of 10 wt. % the appearance of defects on individual fibers is observed - in the form of "stringed" balls (f), fig. 15s. The most effective collagen electrospinning concentration range remains 5 to 6 wt. % in IIFIP solution.

При една и съща концентрация на колагена - 5 wt. %. влакната, произведени с по-малък размер на иглата (18G), или по-голям вътрешен диаметър ID = 0,838 mm, са видимо по-фини, но се появяват отделни дефектни влакна с множество топчета, фиг. 15с.At the same collagen concentration - 5 wt. %. fibers produced with a smaller needle size (18G), or larger ID = 0.838 mm, are visibly finer, but individual defective fibers with multiple beads appear, Fig. 15s.

Пример 2. Колагсповите влакна и влакнести структури могат да се модифицират чрез добавяне на различни полимери към колагена, като хидроксиапатит, хиалуронова киселина, хондроитин сулфат, и т.п., [14, 15 и 16].Example 2. Collagen fibers and fibrous structures can be modified by adding various polymers to collagen, such as hydroxyapatite, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, etc., [14, 15 and 16].

Предприемат се експериментални изследвания за електроовлакняване на разтвори на колаген (тип 1, говежда кожа) в IIFIP, при условията на пример 1, като се осъществява опит за модифициране на колагена с два гликозаминогликани (GAG): хондроитин сулфат (CSGAG) и хиалуронова киселина (IIAGAG). Колагенът, заедно с избраните GAG, се разтваря в IIFIP, за 24 часа, след което се разбърква и хомогенизира, за да се подложи на електроовлакняване под формата на 6 wt. % разтвор, съгласно метода, описан в пример 1.Experimental studies were undertaken on the electrospinning of collagen (type 1, bovine skin) solutions at IIFIP, under the conditions of Example 1, attempting to modify the collagen with two glycosaminoglycans (GAGs): chondroitin sulfate (CSGAG) and hyaluronic acid ( IIAGAG). Collagen, along with selected GAGs, was dissolved in IIFIP for 24 h, then stirred and homogenized to undergo electrospinning as 6 wt. % solution, according to the method described in example 1.

Проведени са скринингови изследвания, като избраните GAG се използват самостоятелно: IIAGAG - в 0.8 wt. %; CSGAG в 0.8 и 1.6 wt. %; и съвместно: IIAGAG в 0.8 wt. % и CSGAG - 0.8 wt. %; и IIAGAG в 0.8 wt. % и CSGAG - 1,6 wt. %. Елсктроовлакнената структура се омрежва в пари на глутаров анхидрид (GTA), при стайна температура за 30 часаScreening studies were performed using selected GAGs alone: IIAGAG - at 0.8 wt. %; CSGAG in 0.8 and 1.6 wt. %; and co: IIAGAG at 0.8 wt. % and CSGAG - 0.8 wt. %; and IIAGAG at 0.8 wt. % and CSGAG - 1.6 wt. %. The fiberglass structure was crosslinked in glutaric anhydride (GTA) vapor at room temperature for 30 hours

Елсктроовлакнявансто се осъществява при най-добрите условия от пример 1.Electrospinning is carried out under the best conditions of example 1.

11рсдставспи са изображения на влакнести структури, с висока разделителна способност от сканиращ електронен микроскоп - SEM-FIB Tcscan Eyra I XMU, Чехия, разкриващи морфологията на влакната, произведени чрез електроовлакняване е диелектрична бариера, при еднополупериодно изправено напрежение е индустриална честота (50 Hz):11rsdstavspi are images of fibrous structures, with high resolution from a scanning electron microscope - SEM-FIB Tcscan Eyra I XMU, Czech Republic, revealing the morphology of fibers produced by electrospinning is a dielectric barrier, at a single half-cycle rectified voltage is an industrial frequency (50 Hz):

Иа изображенията, е висока разделителна способност, от сканиращия електронен микроскоп (SEM), е представена морфологията на модифицирани е 0.8 wt. % IIAGAG колагенови влакна, при различно увеличение, непосредствено след електроовлакняване, фиг. 16а и Ь, и след омрсжванс в продължение па 30 часа в GTA, фиг. 1 бе, d. Електроовлакнявапето е успешно, по влакната се склонни към разклоняване, сливане и разливане, фиг. 16b и d. Получават се колагенови влакна със значима разлика в диаметъра, фиг. 1 бе и d. Увеличаването на концентрацията на IIAGAG на 1,6 wt. % прави невъзможно елекгроовлакнявапето на разтвора.In the high-resolution scanning electron microscope (SEM) images, the morphology of the modified 0.8 wt. % IIAGAG collagen fibers, at different magnification, immediately after electrospinning, Fig. 16a and b, and after aging for 30 hours in GTA, FIG. 1 was, d. The electrospinning is successful, the fibers are prone to branching, fusion and spillage, fig. 16b and d. Collagen fibers with a significant difference in diameter are obtained, fig. 1 was and d. Increasing the concentration of IIAGAG to 1.6 wt. % makes electrofibrization of the solution impossible.

Чрез изображения, е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM). е представена морфологията на модифицирани е хондроитин сулфат (CSGAG) колагенови влакна, след омрсжванс в продължение на 30 часа в пари па GTA, както следва: CSGAG 0.8 wt. %, фиг. 17а, b; CSGAG - 1,6 wt. %, фиг. 17d, е. Електроовлакнявапето е успешно, по се наблюдават твърде много плоски влакна, разклонения и сливания, фиг. 17b. Видимо е това, че CSGAG, внесен в l,6wt. %, се характеризира е по-малко сливания и разклонения, фиг. 17d. Увеличаването на концентрацията на CSGAG над 1,6 wt. % прави невъзможно електроовлакнявапето на разтвора.Through high-resolution images from a scanning electron microscope (SEM). presented the morphology of chondroitin sulfate (CSGAG) modified collagen fibers after exposure for 30 hours in GTA vapor as follows: CSGAG 0.8 wt. %, fig. 17a, b; CSGAG - 1.6 wt. %, fig. 17d, f. Electrospinning is successful, too many flat fibers, branches and fusions are observed, fig. 17b. It is apparent that the CSGAG imported into the l.6wt. %, is characterized by fewer mergers and branches, fig. 17d. Increasing the CSGAG concentration above 1.6 wt. % makes it impossible to electrofibrate the solution.

Тези експериментални изследвания се допълват е модифицирането на колагена едновременно е IIAGAG и CSGAG. Представени са изображения па влакнести структури е висока разделителна способност, от сканиращ електронен микроскоп (SEM). произведени чрез електроовлакняване е диелектрична бариера, при еднополупериодно изправено напрежение е индустриална честота, от 6 wt. % разтвор на модифициран колаген (тип 1, от говежда кожа) в Π1ΊΡ и последващо омрежване на електроовлакпената структура, в пари на GTA, при стайна температура за 30 часа: IIAGAG - 0.8 wt. % и CSGAG - 0,8 wt. %, фиг. 18а, b, е; IIAGAG 0.8 wt. % и CSGAG -- 1,6 wt. %. фиг. 18d, е. Видимо е това, че по-голямата концентрация на CSGAG — 1,6 wt. %, дава значително по-лоши резултати от гледна точка на наблюдаваното сливане на модифицираните колагенови влакна, фиг. 18d. Пещо повече, наблюдават се дълги влакна без дефекти, е много по-малък диаметър - може да се предположи, че това са влакна от чист колаген, фиг. 18. Модифицираният едновременно е IIAGAG (0,8 wt. %) и CSGAG (0.8 wt. %) колаген не само сс поддава много по-добре на електроовлакняване. но независимо от сливанията показва малки размери на влакната, фиг. 18.These experimental studies are complemented by the simultaneous modification of collagen by IIAGAG and CSGAG. High-resolution scanning electron microscope (SEM) images of fibrous structures are presented. produced by electrospinning is a dielectric barrier, at single half-cycle rectified voltage is an industrial frequency, of 6 wt. % solution of modified collagen (type 1, from bovine skin) in Π1ΊΡ and subsequent cross-linking of the electrofibrous structure, in GTA vapor, at room temperature for 30 hours: IIAGAG - 0.8 wt. % and CSGAG - 0.8 wt. %, fig. 18a, b, f; IIAGAG 0.8 wt. % and CSGAG -- 1.6 wt. %. fig. 18d, f. It can be seen that the higher concentration of CSGAG — 1.6 wt. %, gives significantly worse results in terms of the observed fusion of the modified collagen fibers, fig. 18d. Moreover, long fibers without defects are observed, is much smaller in diameter - it can be assumed that these are fibers of pure collagen, Fig. 18. The simultaneously modified IIAGAG (0.8 wt. %) and CSGAG (0.8 wt. %) collagen not only lends itself much better to electrospinning. but regardless of fusions it shows small fiber sizes, fig. 18.

В заключение, трябва да се посочи, че податливостта на електроовлакняване па модифицирания колаген - едновременно с HAGAG и CSGAG, е улеснено, но доброто качество на влакнестата структура трябва да бъде водещо при този подход. 11алага се да се търси бързо последващо омрсжванс. за да се сведе до минимум сливането на влакната. Немодифицираният колаген не само се поддава добре на елекстроовлакняванс, но осигурява и добро качество па влакнестата структура.In conclusion, it should be pointed out that electrospinning susceptibility of the modified collagen - simultaneously with HAGAG and CSGAG is facilitated, but the good quality of the fiber structure should be leading in this approach. A follow-up response should be sought promptly. to minimize fiber fusion. Unmodified collagen not only lends itself well to electrofibration, but also provides good quality in the fiber structure.

11римср 3.11rimsr 3.

Произвежда се влакнеста структура (нетъкан текстил, мат) от нановлакпа. чрез електроовлакняване е диелектрична бариера, при променливо напрежение с промишлена честота (50 Hz), от разтвор на колаген (тип 1, от говежда кожа) в HFIP и последващо омрсжванс на произведените колагепови влакна в пари на GTA, при стайна температура за 24 часа.A fibrous structure (non-woven fabric, mat) is produced from nanocoating. by electrospinning a dielectric barrier, at industrial frequency AC voltage (50 Hz), from a collagen solution (type 1, from bovine skin) in HFIP and subsequent omrszvance of the produced collagen fibers in GTA vapor, at room temperature for 24 hours.

Електроовлакнявапсто се извършва при следните технологични параметри: (1) Работна въздушна междина <5 = 180 mm; (2) Напрежение на електроовлакняване ефективна стойност 23 kVrms; (3) Обемен дебит (или разход) на колагеновия разтвор - Q = 130pL/min; (4) Вътрешен диаметър (ID) и размер на кухата игла ID 0,686 mm (G19). При тези условия, производителността па това сдноструйното едноиглено електроовлакняване с променливо напрежение е Q 130 pL/min = 7,8 mL/h 0.0078 L/h.Electrofibrating is carried out under the following technological parameters: (1) Working air gap <5 = 180 mm; (2) Electrofibration voltage rms value 23 kVrms; (3) Volumetric flow rate (or consumption) of the collagen solution - Q = 130pL/min; (4) Inner diameter (ID) and hollow needle size ID 0.686 mm (G19). Under these conditions, the productivity of this AC single-needle electrospinning is Q 130 pL/min = 7.8 mL/h 0.0078 L/h.

Оптично-микроскопски изображения (х 40) от оптичен микроскоп Binocular digital microscope, 2М camera DM15, ΟΡΤΙΚΛ (Италия) са представени на фиг. 19: непосредствено след електроовлакняване, фиг. 19а, и след омрсжванс в пари на GTA, при стайна температура ч .Optical-microscopic images (x 40) from an optical microscope Binocular digital microscope, 2М camera DM15, ΟΡΤΙΚΛ (Italy) are presented in fig. 19: immediately after electrospinning, fig. 19a, and after immersion in GTA vapor, at room temperature h .

за 24 часа, фиг. 19b.for 24 hours, fig. 19b.

Може да се отбележи това, че: (1) Колагсновите влакна се поддават добре на електроовлакняване в променливо електрическо поле; (2) Преди омрсжванс, колагеповите влакна са хаотично разположени във влакнестата структура; (3) След омрежвапето, колагсновите влакна се групират, като се забелязва формирането па множество възли.It can be noted that: (1) Collagen fibers lend themselves well to electrofibration in an alternating electric field; (2) Before omrszvance, the collagen fibers are randomly arranged in the fibrous structure; (3) After cross-linking, the collagen fibers are clustered, and the formation of multiple nodules is observed.

ЛитератураLiterature

[1] I. Alghoraibi (2018). Different methods for nanofiber design and fabrication. - Chapter. In book: A. Barhoum, M. Bcchclany. and A. Makhlouf (cds), Handbook of nanofibers. Springer. Cham. DOI :10.1007/978-3-319-42789-8 11-2.[1] I. Alghoraibi (2018). Different methods for nanofiber design and fabrication. - Chapter. In book: A. Barhoum, M. Bcclany. and A. Makhlouf (cds), Handbook of nanofibers. Springer. Cham. DOI :10.1007/978-3-319-42789-8 11-2.

[21 II. Niu, II. Zhou and II. Wang (2020). Electrospinning: an advanced nanofiber production technology. - Chapter. In: J. Fang and T. Lin (cds), Energy harvesting properties of electrospun nanofibers. IOP Publishing, ISBN: 075-032-003-6.[21 II. Niu, II. Zhou and II. Wang (2020). Electrospinning: an advanced nanofiber production technology. - Chapter. In: J. Fang and T. Lin (cds), Energy harvesting properties of electrospun nanofibers. IOP Publishing, ISBN: 075-032-003-6.

[3] M. W. Munir, U. Ali (2020). Classification of Electrospinning Methods. - Chapter. In: Morteza Sasani Ghamsari. Soumen Dhara (cds), Nanorods and nanocomposites. IOP Publishing, ISBN: 978-1-78984-469-6, doi: 10.5772/intcchopen.88654.[3] M.W. Munir, U. Ali (2020). Classification of Electrospinning Methods. - Chapter. In: Morteza Sasani Ghamsari. Soumen Dhara (cds), Nanorods and nanocomposites. IOP Publishing, ISBN: 978-1-78984-469-6, doi: 10.5772/intcchopen.88654.

(4] P. Vass, E. Szabo, Л. Domokos, ct al. (2020). Scale-up of electrospinning technology: Applications in the pharmaceutical industry. Advanced revue. WIREs Nanomcdicine and Nanobiotcchnology, 2020, 12(4):cl611, clSSN:1939-0041; DOI: 10.1002/wnan. 1611.(4] P. Vass, E. Szabo, L. Domokos, ct al. (2020). Scale-up of electrospinning technology: Applications in the pharmaceutical industry. Advanced revue. WIREs Nanomcdicine and Nanobiotcchnology, 2020, 12(4): cl611, clSSN:1939-0041; DOI: 10.1002/wnan.

|5| W.-E. Teo, S. Ramakrishna (2006). A review on electrospinning design and nanofibre assemblies. Nanotechnology, IOP Publishing, Vol.: 17, No. 14: R89-R106, DOI: 10.1088/09574484/17/14/R01.|5| W.-E. Teo, S. Ramakrishna (2006). A review on electrospinning design and nanofibre assemblies. Nanotechnology, IOP Publishing, Vol.: 17, No. 14: R89-R106, DOI: 10.1088/09574484/17/14/R01.

[61 II. S. Salehlludin, E. N. Mohamad, W. N. L. Mahadi, and Λ. M. Afifi (2018). Multiple-jet electrospinning methods for nanofiber processing: A review, Materials and Manufacturing Processes, 33:5,479 498. DOI: 10.1080/10426914.2017.1388523.[61 II. S. Salehludin, E. N. Mohamad, W. N. L. Mahadi, and Λ. M. Afifi (2018). Multiple-jet electrospinning methods for nanofiber processing: A review, Materials and Manufacturing Processes, 33:5,479 498. DOI: 10.1080/10426914.2017.1388523.

[71 D. Eukas. A. Sarkar, and P. Pokorny (2008). Self-organization of jets in electrospinning from free liquid surface: A generalized approach. Journal of Applied Physics, 2008, 103. 084309; DOI: 10.1063/1.2907967.[71 D. Eukas. A. Sarkar, and P. Pokorny (2008). Self-organization of jets in electrospinning from free liquid surface: A generalized approach. Journal of Applied Physics, 2008, 103. 084309; DOI: 10.1063/1.2907967.

[ 81 T. Kalous, P. Holec, J. Erbcn, M. Bilck, O. Batka, P. Pokorny, J. Chaloupek, and J. Chvojka (2021). The optimization of alternating current electrospun PA 6 solutions using a visual analysis system. Polymers, 2021, 13. 2098; doi: 10.3390/polyml3132098.[ 81 T. Kalous, P. Holec, J. Erbcn, M. Bilck, O. Batka, P. Pokorny, J. Chaloupek, and J. Chvojka (2021). The optimization of alternating current electrospun PA 6 solutions using a visual analysis system. Polymers, 2021, 13. 2098; doi: 10.3390/polyml3132098.

|9| B. Farkas, A. Balogh, R. Csclkob, K. Molnarcd, A. Farkasa, E. Borbasa, G. Marosia, and Z. K. Nagy (2019). Corona alternating current electrospinning: A combined approach for increasing the productivity of electrospinning. International Journal of Pharmaceutics, 2019, 561, pp. 219 - 227; DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.03.005.|9| B. Farkas, A. Balogh, R. Csclkob, K. Molnarcd, A. Farkasa, E. Borbasa, G. Marosia, and Z. K. Nagy (2019). Corona alternating current electrospinning: A combined approach for increasing the productivity of electrospinning. International Journal of Pharmaceutics, 2019, 561, pp. 219 - 227; DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.03.005.

110] P. Pokorny, E. Kostakova, F. Sanetmik, P. Mikes, J. Chvojka. T. Kalous. M. Bilek, K. Pcjchar. J. Valter, and D. Lukas (2014). Effective AC needleless and collectorless electrospinning for yarn production. Physical Chemistry Chemical Physics, October 2014, 16(48); DOI: 10.1039/C4CP04346D.110] P. Pokorny, E. Kostakova, F. Sanetmik, P. Mikes, J. Chvojka. T. Kalous. M. Bilek, K. Pcjchar. J. Valter, and D. Lukas (2014). Effective AC needleless and collectorless electrospinning for yarn production. Physical Chemistry Chemical Physics, October 2014, 16(48); DOI: 10.1039/C4CP04346D.

1111 J. Valtera, T. Kalous, P. Pokorny, O. Batka, M. Bilek, J. Chvojka. P. Mikes, Е. K. Kostakova. P. Zabka, J. Ornstova. J. Beran, A. Stanishcvsky, and D. Lukas (2019). Eabrication of dual-functional composite yarns with a nanofbrous envelope using high throughput AC needleless and collectorless electrospinning. Scientific Reports. 2019, 9: 1801; doi: 10.1038/s41598-01938557-z.1111 J. Valtera, T. Kalous, P. Pokorny, O. Batka, M. Bilek, J. Chvojka. P. Mikes, E. K. Kostakova. P. Zabka, J. Ornstova. J. Beran, A. Stanishcvsky, and D. Lukas (2019). Fabrication of dual-functional composite yarns with a nanofrous envelope using high throughput AC needleless and collectorless electrospinning. Scientific Reports. 2019, 9: 1801; doi: 10.1038/s41598-01938557-z.

(12 ] J. Erbcn, T. Kalous, and J. Chvojka (2020). AC bubble electrospinning technology for preparation of nanofibrous mats. ACS Omega, 2020, Vol. 5, Issue 14, pp. 8268^-8271; DOI: 10.102 l/acsomega.0c00575.(12 ] J. Erbcn, T. Kalous, and J. Chvojka (2020). AC bubble electrospinning technology for preparation of nanofibrous mats. ACS Omega, 2020, Vol. 5, Issue 14, pp. 8268^-8271; DOI: 10.102 l/acsomega.0c00575.

113] A. Mirek, P. Korycka, M. Grzeczkowicz and D. Lewmska (2019). Polymer fibers electrospun using pulsed voltage. Materials and Design, 2019, 183, 108106, DOI:113] A. Mirek, P. Korycka, M. Grzeczkowicz and D. Lewmska (2019). Polymer fibers electrospun using pulsed voltage. Materials and Design, 2019, 183, 108106, DOI:

10.1016/matdcs. 2019.108106.10.1016/matdcs. 2019.108106.

114] B. N. Blackstone. S. C. Gallcntinc, and II. M. Powell (2021). Collagen-Based Electrospun Materials for Tissue Engineering: A Systematic Review. Bioengineering 2021, 8, 39. https://doi.org/ 10.3390/bioengineering8030039.114] B. N. Blackstone. S. C. Gallcntinc, and II. M. Powell (2021). Collagen-Based Electrospun Materials for Tissue Engineering: A Systematic Review. Bioengineering 2021, 8, 39. https://doi.org/ 10.3390/bioengineering8030039.

[15] S. K. Nunc, K. S. Rama, V. R. Dirisala, and Μ. Y. Chavali (2017). Electrospinning of collagen nanofiber scaffolds for tissue repair and regeneration. Chapter. In: D. Ficai and A. M. Grumezcscu (Eds.): Nanostructures for Novel Therapy: Synthesis. Characterization and Application, A volume in Micro and Nano Technologies. Elsevier. 2017. Pages 281 :-311, ISBN: 978-0-323-46142-9; DOI: 10.1016/B978-0-323-46142-9.00011-6.[15] S. K. Nunc, K. S. Rama, V. R. Dirisala, and Μ. Y. Chavali (2017). Electrospinning of collagen nanofiber scaffolds for tissue repair and regeneration. Chapter. In: D. Ficai and A. M. Grumezcscu (Eds.): Nanostructures for Novel Therapy: Synthesis. Characterization and Application, A volume in Micro and Nano Technologies. Elsevier. 2017. Pages 281 :-311, ISBN: 978-0-323-46142-9; DOI: 10.1016/B978-0-323-46142-9.00011-6.

[16] II. Bahria (2017). Electrospinning of collagen'. Formation of biomedical scaffold. Advance Research in Textile Engineering, 2017; 2(2): 1017; ISSN: 2572-9373.[16] II. Bahria (2017). Electrospinning of collagen'. Formation of biomedical scaffold. Advance Research in Textile Engineering, 2017; 2(2): 1017; ISSN: 2572-9373.

Claims (14)

1. Метод за производство на полимерни влакна чрез овлакняване в електрическо поле, или електроовлакняване, на електропроводима полимерсъдържаща течност - разтвор, емулсия или стопилка, при който електрически заредени микроструи, изхождат от ограничена или неограничена (свободна) повърхност на течността за електроовлакняване, поставена под висок електрически потенциал от електрода на (електро)овлакнителя, и под действието на електрическото поле се насочват през близката и далечната област на работното въздушно пространство към противоелектрода, заземен или поставен под противоположен по знак висок електрически потенциал, за да се осъществи удължаване, изтъняване и разпадане на струите на множество полимерни влакна и отлагането им под формата на плоска нетъкана влакнеста структура върху противоелектрода, който играе ролята на стационарен или движещ се колектор, характеризиращ се с това, че между високоволтовия електрод (3) на електроовлакнителя (7) и противоелектрода (5) се прилага високо променливо електрическо напрежение, изменящо се периодично по големина и/или посока във времето, а напречно на пътя на микроструите за овлакняване (17), непосредствено до противоелектрода (5), се разполага твърда диелектрична бариера (4), с дебелина от 1 до 20 mm, относителна диелектрична проницаемост от 2 до 10, специфична електрическа проводимост - над 1 pS/m, и (ди)елекрическа якост - над 9 MV/m, която от своя страна приема ролята на стационарен или движещ се колектор (8) за произведените полимерни влакна (9) и нетъканата влакнеста структура (10).1. Method for the production of polymer fibers by fiberization in an electric field, or electrospinning, of an electrically conductive polymer-containing liquid - solution, emulsion or melt, in which electrically charged microjets emanate from a limited or unlimited (free) surface of the electrospinning liquid placed under high electric potential from the electrode of the (electro)fiber, and under the action of the electric field are directed through the near and far region of the working air space to the counter electrode, grounded or placed under a high electric potential of the opposite sign, to effect elongation, thinning and disintegration of the jets of multiple polymer fibers and their deposition in the form of a flat non-woven fibrous structure on the counter electrode, which plays the role of a stationary or moving collector, characterized in that between the high-voltage electrode (3) of the electrofiber (7) and the counter electrode ( 5) a high alternating electric voltage is applied, changing periodically in magnitude and/or direction in time, and across the path of the microjets for fiberization (17), immediately next to the counter electrode (5), a solid dielectric barrier (4) is placed, with thickness from 1 to 20 mm, relative dielectric permittivity from 2 to 10, specific electrical conductivity - over 1 pS/m, and (di)electric strength - over 9 MV/m, which in turn assumes the role of a stationary or moving collector (8) for the manufactured polymer fibers (9) and the nonwoven fiber structure (10). 2. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризираш се с това, че противоелектродът (5) има форма и размери, които концентрират електрическото поле, т. е. увеличават и разпределят неговия интензитет върху повърхността на диелектричната бариера (4).2. A method for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that the counter electrode (5) has a shape and dimensions that concentrate the electric field, i.e. increase and distribute its intensity on the surface of the dielectric barrier (4). 3. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че противоелектродът (5) има формата на въртящ се метален барабан (25), чиято ос е разположена напречно на движението на неустойчивите микроструи (17) в работната въздушна междина (2), като линейна му скорост на въртене не превишава критичната скорост на отлагане на влакната 9 върху а повърхността на барабана (25).3. A method for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 2, characterized in that the counter electrode (5) has the form of a rotating metal drum (25), the axis of which is located transversely to the movement of the unstable microjets (17) in the working air gap (2), and its linear speed of rotation does not exceed the critical speed of deposition of the fibers 9 on the surface of the drum (25). 4. Метод за производство на полимерни нано- и микровлакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че диелектричната бариера (4) представлява изолационно покритие (33) върху електрически активната повърхност на противоелектрода (5) - от страната на високоволтовия електрод (3), или върху повърхността на металния барабан (32).4. A method for the production of polymer nano- and microfibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that the dielectric barrier (4) is an insulating coating (33) on the electrically active surface of the counter electrode ( 5) - on the side of the high-voltage electrode (3), or on the surface of the metal drum (32). 5. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че противоелектродът (5) представлява електропроводимо покритие върху диелектричната бариера (4) и заедно с нея формира електрически изолиран метален колектор (8), върху чиято диелектрична повърхност се отлагат произведените полимерни влакна (9) и се изгражда влакнестата структура (Ю).5. A method for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and an alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that the counter electrode (5) is an electrically conductive coating on the dielectric barrier (4) and together with it forms an electrically isolated metal collector (8), on the dielectric surface of which the manufactured polymer fibers (9) are deposited and the fiber structure (Y) is built. 6. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризираш се с това, че произведените полимерни влакна (9) се отлагат върху неподвижна или движеща се подложка (лента) 34, разположена върху диелектричната бариера (4), която приема ролята на колектора (8) за произведените полимерни влакна (9) и изгражданата влакнеста структура (10).6. A method for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that the produced polymer fibers (9) are deposited on a stationary or moving support (tape) 34 located on the dielectric barrier (4), which takes the role of the collector (8) for the produced polymer fibers (9) and the constructed fibrous structure (10). 7. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че високото променливо електрическо напрежение е синусоидално електрическо напрежение с индустриална честота.7. A method for producing polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that the high alternating electric voltage is a sinusoidal electric voltage with an industrial frequency. 8. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че високото променливо електрическо напрежение е пулсиращо електрическо напрежение, което се изменя във времето под формата на периодично повтарящи се еднополярни импулси, с честота на повторение от 10 до 1000 Hz и коефициент на запълване от 10 % до 90 %.8. A method for producing polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that the high alternating electric voltage is a pulsating electric voltage that changes in time in the form of periodically repeating unipolar pulses, with a repetition rate of 10 to 1000 Hz and a duty cycle of 10 % to 90 %. 9. Метод за производство на полимерни ‘ влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и пулсиращо електрическо напрежение, съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че пулсиращото електрическо напрежение е еднополупериодно изправено напрежение с индустриална честота.9. Method for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and pulsating electric voltage, according to claim 8, characterized in that the pulsating electric voltage is a single half-period rectified voltage with an industrial frequency. 10. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че високоволтовият електрод (3) на електроовлакнителя (7) се поставя под високо променливо синусоидално напрежение с индустриална честота спрямо земя (6), а противоелектродът (5) се поставя под високо постоянно напрежение, също спрямо земя (6), като съотношението на амплитудите на променливото (Рреак) и постоянното (Кпс) напрежение е: VpeaklVDC < 1.10. A method for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that the high-voltage electrode (3) of the electrospinning machine (7) is placed under a high alternating sinusoidal voltage with an industrial frequency to earth (6), and the counter electrode (5) is placed under a high constant voltage, also relative to earth (6), and the ratio of the amplitudes of the alternating (Preak) and constant (Kps) voltage is: VpeaklVDC < 1. 11. Метод за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че между високоволтовия електрод (3) на електроовлакнителя (7) и противоелектрода (5) се прилага високо променливо синусоидално напрежение с индустриална честота, чиято стойност превишава първото критично напрежение на запалване (45) на диелектричен бариерен разряд, който гори във въздух, при атмосферно налягане и стайна температура, така че елекгроовлакняването да се извършва в кислород- и озон-съдържащата нервновесна студена плазма на диелектричния бариерен разряд.11. A method for producing polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that a high alternating sinusoidal is applied between the high voltage electrode (3) of the electrospinning machine (7) and the counter electrode (5) industrial frequency voltage, the value of which exceeds the first critical ignition voltage (45) of a dielectric barrier discharge that burns in air, at atmospheric pressure and room temperature, so that the electrospinning takes place in the oxygen- and ozone-containing nerve-weighted cold plasma of the dielectric barrier discharge. 12. Метод за производство на влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че между високоволтовия електрод (3) на електроовлакнителя (7) и противоелектрода (5) се прилага високо променливо синусоидално напрежение с индустриална честота, чиято стойност превишава второто критично напрежение на запалване (48) на диелектричен бариерен разряд, във въздух при атмосферно налягане и стайна температура, така че електроовлакняването се извършва в неравновесната студена плазма на диелектричен бариерен разряд, съдържаща азотни оксиди (NOX).12. A method for producing fibers by electrospinning with a dielectric barrier and a high alternating electric voltage, according to claim 1, characterized in that a high alternating sinusoidal voltage is applied between the high voltage electrode (3) of the electrospinning machine (7) and the counter electrode (5) with an industrial frequency, the value of which exceeds the second critical ignition voltage (48) of a dielectric barrier discharge, in air at atmospheric pressure and room temperature, so that electrospinning takes place in the non-equilibrium cold plasma of a dielectric barrier discharge containing nitrogen oxides (NO X ) . 13. Устройство за производство на полимерни влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, което се състои от източник на високо променливо електрическо напрежение и два електрода, първият е високоволтов електрод (3), който се явява основен компонент на електроовлакнителя (7) и представлява капилярна метална тръбичка - куха игла от неръждясваща стомана, през която течността за електроовлакняване (13) под формата на права микроструя (12) постъпва в работната въздушна междина (2), като електроовлакнителят (7) включва още медицинска спринцовка (19), представляваща стъклен или пластмасов цилиндър (21) с движещо се плътно в него бутало (20), пълна с течността за електроовлакняване (13), към който е присъединена кухата игла (3), като електроовлакнителят (7) включва още инфузионна помпа (23), задвижваща буталото (20) на спринцовката (19) с постоянна линейна скорост, с което се определя постоянен дебит на течността за електроовлакняване (13) през цилиндричния отвор в края на кухата игла (3), а вторият, е противоелектрод (5), който е разположен срещу кухата игла (3), в края на работната въздушна междина (2), напречно на оста на кухата игла (3), характеризиращо се е това, че в междуелектродното пространство (1), напречно на оста на кухата игла (3), непосредсдтвено върху активната повърхност на противоелектрода (5) е разположена твърда диелектрична бариера (4), която следва профила на електрически активната повърхност на противоелектрода (5) и играе ролята на неподвижен или движещ се колектор (8) за произведените полимерни влакна (9) и изгражданата влакнеста структура (10).13. Device for the production of polymer fibers by electrospinning with a dielectric barrier and high alternating electric voltage, which consists of a source of high alternating electric voltage and two electrodes, the first is a high-voltage electrode (3), which is the main component of the electrospinning machine (7 ) and is a capillary metal tube - a hollow needle made of stainless steel, through which the liquid for electrospinning (13) in the form of a straight microjet (12) enters the working air gap (2), and the electrospinning machine (7) also includes a medical syringe (19) , representing a glass or plastic cylinder (21) with a piston (20) moving tightly inside it, filled with the liquid for electrospinning (13), to which the hollow needle (3) is connected, and the electrospinner (7) also includes an infusion pump (23) ), driving the piston (20) of the syringe (19) at a constant linear speed, which determines a constant flow rate of the electrospinning liquid (13) through the cylindrical hole at the end of the hollow needle (3), and the second, is a counter electrode (5) , which is located opposite the hollow needle (3), at the end of the working air gap (2), transverse to the axis of the hollow needle (3), characterized by the fact that in the interelectrode space (1), transverse to the axis of the hollow needle (3), directly on the active surface of the counter electrode (5) a solid dielectric barrier (4) is located, which follows the profile of the electrically active surface of the counter electrode (5) and plays the role of a stationary or moving collector (8) for the produced polymer fibers (9) and the built-up fibrous structure (10). 14. Устройство за производство на влакна чрез електроовлакняване с диелектрична бариера и високо променливо електрическо напрежение, съгласно претенция 13, характеризиращо се с това, че течността за електроовлакняване (13), находяща се в цилиндъра (21) на медицинската спринцовка (19), е електрически изолирана от заземения корпус (57) на инфузионната помпа (23), като е поставена вътре в по-голяма по размер медицинска спринцовка (59), така че кухата игла (3) на малката спринцовка (19) да излиза през предния отвор на голямата спринцовка (59), а буталото (60) на голямата спринцовка (59) да задвижва директно буталото (20) на малката спринцовка (19).14. Device for the production of fibers by electrospinning with a dielectric barrier and high alternating electric voltage, according to claim 13, characterized in that the electrospinning liquid (13) located in the cylinder (21) of the medical syringe (19) is electrically isolated from the grounded housing (57) of the infusion pump (23) by being placed inside a larger medical syringe (59) so that the hollow needle (3) of the small syringe (19) protrudes through the front opening of the large syringe (59), and the plunger (60) of the large syringe (59) to directly drive the plunger (20) of the small syringe (19).
BG113619 2022-11-17 2022-11-17 METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING POLYMER FIBERS BY ELECTROSPINNING WITH A DIELECTRIC BARRIER BG113619A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BG2023/000018 WO2024103129A2 (en) 2022-11-17 2023-11-07 Method and device for polymer nano- and microfiber design and fabrication by dielectric barrier electrospinning

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG113619A true BG113619A (en) 2024-05-31

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alghoraibi et al. Different methods for nanofiber design and fabrication
Li et al. Hierarchically structured PMMA fibers fabricated by electrospinning
Henriques et al. A systematic study of solution and processing parameters on nanofiber morphology using a new electrospinning apparatus
Niu et al. Upward needleless electrospinning of nanofibers
US20160305043A1 (en) Electrospinning process for manufacture of multi-layered structures
US20110311671A1 (en) Electrostatic spinning assembly
US8916086B2 (en) Process for the production of fibers
Yalcinkaya et al. Dependent and independent parameters of needleless electrospinning
US9034240B2 (en) Electrospinning process for fiber manufacture
RU2726726C2 (en) Method of producing polymer nanofibres by electrically forming fiber from polymer solution or melt, a fiber-forming electrode for this method and a device for producing polymer nanofibres, having at least one fiber-forming electrode
Jahan et al. Needleless electrospinning from a tube with an embedded wire loop
Kleivaitė et al. Electrospinning–100 years of investigations and still open questions of web structure estimination
Im et al. Preparation of poly (vinyl alcohol)/zro 2 composite nanofibers via co-axial electrospinning with higher zro 2 particle content
JP2008190055A (en) Electrospinning apparatus
Ravandi et al. Wicking phenomenon in nanofiber-coated filament yarns
Yan et al. Electro-aerodynamic field aided needleless electrospinning
BG113619A (en) METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING POLYMER FIBERS BY ELECTROSPINNING WITH A DIELECTRIC BARRIER
JP4639324B2 (en) Nano-fiber manufacturing apparatus and nano-fiber manufacturing method using the same
JP2013124426A (en) Spinneret for producing nanofiber
KR101466287B1 (en) Apparatus for manufacturing of nano fiber
WO2024103129A2 (en) Method and device for polymer nano- and microfiber design and fabrication by dielectric barrier electrospinning
Jahan et al. Evolvement of spinneret in electrospinning toward large-scale production of nanofibers
Yang et al. Electrospun uniform fibres with a special regular hexagon distributed multi-needles system
TWI541398B (en) Polyamide nanofibers and process for preparing the same by electrospinning
KR20100078784A (en) Insulated nozzle pack for electrospinning and electrospinning device comprising the same