CZ2012907A3 - Zpusob výroby polymerních nanovláken zvláknováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvorený tímto zpusobem - Google Patents

Zpusob výroby polymerních nanovláken zvláknováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvorený tímto zpusobem Download PDF

Info

Publication number
CZ2012907A3
CZ2012907A3 CZ20120907A CZ2012907A CZ2012907A3 CZ 2012907 A3 CZ2012907 A3 CZ 2012907A3 CZ 20120907 A CZ20120907 A CZ 20120907A CZ 2012907 A CZ2012907 A CZ 2012907A CZ 2012907 A3 CZ2012907 A3 CZ 2012907A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nanofibers
spinning
spinning electrode
polymer
electric field
Prior art date
Application number
CZ20120907A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ304137B6 (cs
Inventor
Kocis@Lubomír
Pokorný@Pavel
Lukás@David
Mikes@Petr
@Jirí Chvojka
Kostáková@Eva
Beran@Jaroslav
Bílek@Martin
Valtera@Jan
Amler@Evzen
Buzgo@Matej
Mícková@Andrea
Original Assignee
Technická univerzita v Liberci
Egu - Hv Laboratory A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technická univerzita v Liberci, Egu - Hv Laboratory A.S. filed Critical Technická univerzita v Liberci
Priority to CZ20120907A priority Critical patent/CZ304137B6/cs
Publication of CZ2012907A3 publication Critical patent/CZ2012907A3/cs
Publication of CZ304137B6 publication Critical patent/CZ304137B6/cs
Priority to ES13824581T priority patent/ES2762300T3/es
Priority to EP13824581.6A priority patent/EP2931951B1/en
Priority to CN201380066102.7A priority patent/CN105008600B/zh
Priority to JP2015546846A priority patent/JP6360492B2/ja
Priority to PL13824581T priority patent/PL2931951T3/pl
Priority to PCT/CZ2013/000166 priority patent/WO2014094694A1/en
Priority to RU2015128493A priority patent/RU2672630C2/ru
Priority to US14/650,436 priority patent/US10041189B2/en

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/0023—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer melt
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D01D5/0038—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion the fibre formed by solvent evaporation, i.e. dry electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D01D5/0046—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion the fibre formed by coagulation, i.e. wet electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0076—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2321/00—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D10B2321/06—Fibres made from polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds polymers of unsaturated alcohols, e.g. polyvinyl alcohol, or of their acetals or ketals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]

Abstract

Pri zpusobu výroby polymerních nanovláken, kdy se polymerní nanovlákna vytvárí silovým pusobením elektrického pole na roztok nebo taveninu polymeru, který se nachází na povrchu zvláknovací elektrody, se elektrického pole pro elektrostatické zvláknování strídave vytvárí mezi zvláknovací elektrodou (1), na kterou se privádí strídavé napetí, a ionty (30, 31) vzduchu a/nebo plynu vytvorenými a/nebo privedenými do jejího okolí. Podle fáze strídavého napetí se na zvláknovací elektrode (1) vytvárí polymerní nanovlákna s opacným elektrickým nábojem a/nebo s úseky s opacným elektrickým nábojem, která se po svém vzniku v dusledku pusobení elektrostatických sil shlukují do lineárního útvaru ve forme kabílku nebo pruhu, který se volne pohybuje v prostoru ve smeru gradientu elektrických polí smerem od zvláknovací elektrody (1). Lineární útvar vytvorený tímto zpusobem je elektricky neutrální, a je tvoren polymerními nanovlákny usporádanými do nepravidelné mrízkové struktury, ve které jednotlivá nanovlákna v úsecích jednotek mikrometru mení svuj smer.

Description

Způsob pro výroba polymerních nanovláken zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvořený tímto způsobem
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu pro výrobu polymerních nanovláken, při kterém se polymerní nanovlákna vytváří silovým působením elektrického pole na roztok nebo taveninu polymeru na povrchu zvlákňovací elektrody.
Vynález se dále týká lineárního útvaru z polymerních nanovláken 10 vytvořeného tímto způsobem.
Dosavadní stav techniky
Typickým produktem všech dosud známých postupů pro zvlákňování roztoků nebo tavenin polymerů v elektrickém poli využívajících statické jehlové 15. zvlákňovací elektrody (trysky, kapiláry, apod.) nebo bezstrunové zvlákňovací elektrody (rotující válec, ve směru své délky se pohybující struna, rotující spirála, natíraná struna apod.) je plošná vrstva náhodně propletených a elektricky souhlasně nabitých nanovláken. Ta má sice v kombinaci s dalšími podpůrnými či krycími vrstvami celou řadu využití, zejména v oblasti filtrace a 20 hygienických prostředků, avšak pro mnoho dalších aplikací a pro další zpracování standardními textilními technologickými postupy je využitelná pouze omezeně. Tyto aplikace totiž principielně vyžadují spíše lineární útvary z nanovláken, případně složitější prostorové struktury připravené dalším zpracováním takových lineárních útvarů.
25, V tomto smyslu popisuje např. US 2008265469 způsob vytváření lineárního útvaru z nanovláken, který je založen na přímém odtahování nanovláken z několika dvojic proti sobě uspořádaných trysek nabitých opačným elektrickým nábojem, a jejich následným spojením. Tímto způsobem se však dosahuje pouze nízkého produkčního výkonu, který navíc není, díky 30 vzájemnému ovlivňování elektrických polí jednotlivých trysek, konstantní.
Výsledný lineární útvar tak má značně nerovnoměrnou a náhodou strukturu a
PS3862CZ/ malou pevnost v tahu, díky čemuž se tento způsob hodí pouze pro experimentální použití v laboratoři.
US 20090189319 popisuje způsob výroby lineárního útvaru z nanovláken stočením plošné vrstvy nanovláken vytvořené běžným elektrostatickým
5. zvlákňováním. I takto připravený lineární útvar má pouze omezenou pevnost v tahu a není vhodný pro praktické využití. Způsob stáčení plošné vrstvy nanovláken je navíc technologicky poměrně složitý a zdlouhavý, přičemž dosahuje pouze nízké produktivity, díky čemuž je i tento způsob využitelný jen v omezeném laboratorním měřítku.
1Ó Další možností přípravy lineárního útvaru z nanovláken je použití sběrné elektrody dle WO 2009049564, která v jedné z popsaných variant obsahuje systém singulárních elektrických nábojů uspořádaných na úsečce, nebo na obvodu otáčejícího se disku. Vytvářená nanovlákna se přitom přednostně ukládají podél těchto elektrických nábojů a vytvářejí tak lineární útvary. Pevnost v tahu takto vytvořených útvarů přitom může být vyšší než u útvarů připravených některým z předchozích způsobů, avšak pro praktické využití je stále nedostatečná. Další nevýhodou tohoto postupu je relativně malá dosažitelná délka vytvořeného lineárního útvaru z nanovláken, která je omezená maximální délkou sběrné elektrody. Díky tomu nelze ani tento postup 20 úspěšně použít v průmyslovém měřítku.
Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň zmírnit nevýhody stavu techniky a navrhnout způsob pro výrobu polymerních nanovláken, který by umožňoval mj. i výrobu dále použitelného nebo standardními textilními technologickými procesy zpracovatelného lineárního útvaru z polymerních 25 nanovláken, a přitom byl dostatečně produktivní a průmyslově využitelný.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu se dosáhne způsobem pre výrobu polymerních nanovláken zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli, při kterém se 30. polymerni nanovlákna vytváří silovým působením elektrického pole na roztok nebo taveninu polymeru, který se nachází na povrchu zvlákňovací elektrody. Jeho podstata přitom spočívá vtom, že elektrické pole pro elektrostatické
- PS3862CZ/ zvlákňování se střídavě vytváří mezi zvlákňovací elektrodou propojenou se zdrojem střídavého napětí, a ionty vzduchu a/nebo plynu vytvořenými a/nebo přivedenými do jejího okolí, přičemž se dle fáze střídavého napětí na zvlákňovací elektrodě vytváří polymerní nanovlákna s opačným elektrickým 5 nábojem a/nebo s úseky s opačným elektrickým nábojem, která se po svém vzniku v důsledku působení elektrostatických sil shlukují do lineárního útvaru ve formě kabílku nebo pruhu, který se volně pohybuje v prostoru ve směru gradientu elektrického pole směrem od zvlákňovací elektrody. Tímto způsobem vytvořený lineární útvar z polymerních nanovláken má odlišnou makroskopickou 10 i mikroskopickou strukturu a díky tomu i mechanické parametry než obdobné materiály vytvořené elektrostatickým zvlákňováním pomocí stejnosměrného elektrického napětí, a je možné ho zpracovávat standardními textilními technologickými postupy. Vytvářený lineární útvar se pak pohybuje v prostoru nad zvlákňovací elektrodou, přičemž, pokud je to nutné nebo žádoucí, je možné .15 ho zachytit na statickém nebo pohyblivém kolektoru. V případě, že se zachytí na plošný statický nebo pohyblivý kolektor, vytváří na něm, resp. se ukládá do plošné vrstvy nanovláken.
Vhodné parametry střídavého napětí, které zaručují kontinuální a dlouhodobé zvlákňování jsou velikost 12 až 36 kV a frekvence 35 až 400 Hz.
2Q Cíle vynálezu se dále dosáhne také lineárním útvarem z polymerních nanovláken vytvořeným tímto způsobem, jehož podstata spočívá v tom, že je elektricky neutrální a že je tvořen polymerními nanovlákny uspořádanými do nepravidelné mřížkové struktury, ve které jednotlivá nanovlákna v úsecích jednotek mikrometrů mění svůj směr. Díky této struktuře pak tento útvar 25 dosahuje lepších mechanických parametrů než lineární útvary vytvářené dosud známými způsoby, přičemž je možné ho dále zpracovávat standardními textilními technologickými postupy, např. mu udělit zákrut a vytvořit z něj nit nebo přízi, apod.
3Q Objasnění výkresů/ í
Na přiložených výkresech je na „Qbr. 1 schematicky znázorněna jedna z variant zařízení pro provádění způsobu pro-výrobu polymerních nanovláken
PS3862GZ-/ zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli podle vynálezu a princip tohoto způsobu, na Qbr. 2 snímek Taylorových kuželů T vytvořených na vrstvě roztoku polymeru, na .Qbr. 3 snímek lineárního útvaru z s nanovláken z polyvinyl butyralu vytvořeného způsobem podle vynálezu, na .Qbr. f
4 SEM snímek tohoto útvaru při zvětšení 24x, na Qbr. 5 SEM snímek tohoto útvaru při zvětšení 100x, na Qbr. 6 SEM snímek tohoto útvaru při zvětšení 500x, na Qbr. 7 SEM snímek jiné části tohoto útvaru při zvětšení 500x, na Qbr.
SEM snímek tohoto útvaru při zvětšení 1010x, a na Qbr. 9 SEM snímek tohoto útvaru při zvětšení 7220x s odměřenými průměry jednotlivých vláken.
10\ ολί /2 dtím
Příklady Uskutečněnkvynálezu
Způsob pro výrobu, polymerních nanovláken podle vynálezu je založen na zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru, který je uložen na povrchu zvlákňovací elektrody nebo se na něj kontinuálně nebo přerušovaně dodává, 15. přičemž ke zvlákňování dochází prostřednictvím střídavého elektrického napětí přiváděného na tuto zvlákňovací elektrodu. Ve variantě zařízení k provádění Ť tohoto způsobu znázorněné na Qbr. 1 je znázorněna zvlákňovací elektroda 1. tvořená statickou tyčinkou propojenou se zdrojem 2 střídavého napětí, avšak v dalších neznázoméných variantách lze k provádění způsobu podle vynálezu 20, použít libovolný jiný známý typ, resp. tvar zvlákňovací elektrody 1 - jako např.
statickou zvlákňovací elektrodu 1 tvořenou tryskou, jehlou, tyčinkou, lištou apod. nebo jejich svazkem, nebo pohyblivou hladinovou zvlákňovací elektrodu 1 tvořenou rotujícím válcem, rotující spirálou, rotujícím diskem, či jiným rotujícím tělesem, nebo ve směru své délky se pohybující strunou, atd. Obecně 25. lze jako zvlákňovací elektrodu 1 použít v podstatě libovolné statické nebo pohybující se těleso, které je alespoň lokálně vypouklé v místě uložení nebo přivádění roztoku nebo taveniny polymeru.
Po přivedení střídavého napětí na zvlákňovací elektrodu 1 se dle aktuální fáze a polarity tohoto napětí vytváří elektrické pole pro zvlákňování mezi touto 3Ck zvlákňovací elektrodou 1, a opačně nabitými ionty 30 nebo 31 okolního vzduchu nebo jiného plynu přivedeného a/nebo průběžně přiváděného do jejího okolí. Tyto ionty 30 nebo 31 se přitom v okolí zvlákňovací elektrody 1 vytváří nebo jsou do něj přitahovány v důsledku na ni přivedeného napětí. V neznázorněné
Ρ33Θ62€Ζ/ variantě provedení je pak možné do blízkosti zvlákňovací elektrody 1 umístit a/nebo nasměrovat vhodný zdroj kladných a/nebo záporných iontů 30 nebo 31, který je v provozu alespoň před a/nebo během zahájení zvlákňováni. Silovým působením těchto elektrických polí se pak na povrchu vrstvy 4 roztoku nebo 5. taveniny polymeru na povrchu zvlákňovací elektrody 1 vytváří tzv. Taylorovy kužely (viz Qbr. 2), ze kterých se následně vydlužují jednotlivá polymerní nanovlákna. Střídavé napětí na zvlákňovací elektrodě 1, resp. periodická změna polarizace zvlákňovací elektrody 1 přitom nedovolí systému vzduch (plyn)-zvlákňovaný roztok nebo tavenina polymeru, která je v kontaktu se ÍÓ. zvlákňovací elektrodou 1, dosáhnout trvale rovnovážného stavu distribuce iontů 30, 31 vzduchu (nebo plynu), takže zvlákňováni může probíhat v podstatě libovolně dlouho, např. do vyčerpání předem stanoveného množství roztoku nebo taveniny polymeru. Přitom se během experimentů překvapivě ukázalo, že pokud je frekvence střídavého napětí dostatečně vysoká (minimálně cca 35 15. Hz), nedojde během změny polarizace střídavého napětí k zániku Taylorových kuželů.
Při tomto způsobu se vytvořená polymerní nanovlákna formují do lineárního prostorového útvaru, který bezprostředně po opuštění zvlákňovací elektrody 1 splňuje definici aerogelu, tj. porézního ultralehkého materiálu 20 (vyráběného dosud odstraněním kapalné části z gelu nebo polymerního roztoku). Díky pravidelné změně fáze a polarity střídavého napětí na zvlákňovací elektrodě 1 přitom jednotlivá nanovlákna, nebo dokonce různé úseky jednotlivých nanovláken nesou různé elektrické náboje, v důsledku čehož se téměř ihned po svém vzniku působením elektrostatických sil shlukují do 25. kompaktního lineárního útvaru ve formě kabílku nebo pásu. Vlivem střídavě se opakující polarity elektrických nábojů svých úseků přitom polymerní nanovlákna pravidelně mění svůj směr v úsecích o délce jednotek mikrometrů (což je patrné např. z Qbr. 3 až 8), a vytváří nepravidelnou mřížkovou strukturu vzájemně hustě provázaných nanovláken s opakujícími se místy kontaktu mezi nimi. Díky 30- této struktuře, která je podstatně odlišná od struktury podobných útvarů vytvořených elektrostatickým zvlákňováním pomocí stejnosměrného elektrického napětí, dosahuje tento útvar také podstatně lepších mechanických parametrů.
. PS3862CZ/
Po svém vzniku se tímto způsobem vytvořený lineární útvar z polymerních nanovláken pohybuje ve směru gradientu vytvářených elektrických polí kolmo nebo téměř kolmo od zvlákňovací elektrody L Sám je přitom elektricky neutrální, neboť během jeho pohybu prostorem dochází ke 5. vzájemné rekombinaci opačných elektrických nábojů jednotlivých nanovláken nebo jejich úseků. Díky tomu je možné ho snadno mechanicky zachytit na statickém nebo pohyblivém kolektoru, který principielně nemusí být elektricky aktivní (tj. nemusí na něj být přivedeno žádné elektrické napětí) a ani nemusí být vytvořen z elektricky vodivého materiálu. Zachycený lineární útvar je přitom 10. díky relativně velkým přitažlivým silám mezi jednotlivými nanovlákny (elektrostatické síly mezi dipóly, mezimolekulární síly, případně adhezní síly) schopen dalšího zpracování standardními textilními technologickými postupy, např. je možné mu udělit zákrut a vytvořit z něj přízi, nit, apod., případně ho zpracovat jiným způsobem.
Při zachycení lineárního útvaru z nanovláken na plošný statický nebo pohyblivý kolektor, jako např. desku, mřížku, pás, apod. se pak tento lineární útvar na ploše takového kolektoru ukládá do plošné vrstvy polymerních nanovláken. Tu lze, stejně jako samostatný lineární útvar z polymerních nanovláken, použít např. jako podklad pro pěstování buněk ve tkáňovém 20 inženýrství, neboť jejich morfologie se blíží přírodním strukturám mezibuněčné hmoty více, než u jiných, k tomuto účelu dosud používaných struktur. Kromě toho je však lze použít i v jiných technických aplikacích využívajících nanovlákenné - mikrovlákenné materiály, např. filtraci, apod.
Při sérii ověřovacích pokusů se na zvlákňovací elektrodu 1. tvořenou 25 elektricky vodivou tyčinkou o průměru 1 cm přivádělo střídavé elektrické napětí o velikosti 12 až 36 kV, s frekvencí 35 až 400 Hz. Tímto způsobem se přitom bez použití sběrné elektrody zvlákňovaly příkladné roztoky polyvinyl butyralu (PVB), polykaprolaktonu (PCL) a polyvinyl alkoholu (PVA). Přitom bylo pozorováno, že se zvyšující se frekvencí střídavého napětí se snižoval výkonu 30 zvlákňování a vznikala jemnější nanovlákna.
’ PS3862GZ1
Příklad 1
Prostřednictvím zvlákňovací elektrody 1 tvořené elektricky vodivou tyčinkou o průměru 1 cm se zvlákňoval roztok 10 % hmotnostních polyvinyl butyralu (PVB) ve směsném rozpouštědle obsahujícím vodu a alkohol v poměru 5[ 9:1. Tento roztok se přitom na zvlákňovací elektrodu 1 dodával kontinuálně pomocí lineární pumpy v množství 50 ml/hb^. Střídavé efektivní napětí přiváděné na zvlákňovací elektrodu 1 přitom bylo nastaveno na 25 kV s frekvencí 50 Hz. Dosažený výkon zvlákňování byl 5 g sušiny nanovláken/h^j. Snímky tímto způsobem vytvořeného lineárního útvaru s různým přiblížením 10. jsou na Qbr. 3 až 0br. 9, přičemž je z nich zřejmé, že byla skutečně vyráběna nanovlákna o průměru menším než 1 pm, a ze snímků na Óbr. 5 až Obr. 8 i mřížková struktura vytvořeného lineárního útvaru s patrnou změnou směru jednotlivých nanovláken.
Příklad 2
Stejným způsobem jako v příkladu se zvlákňoval roztok polyvinyl alkoholu (PVA) rozpuštěného ve vodě. Tento roztok se přitom diskontinuálně nanášel štětcem na horizontálně uspořádanou zvlákňovací elektrodu 1 tvořenou drátem o průměru 2 mm a délce 200 mm. Střídavé efektivní napětí přiváděné 20. na zvlákňovací elektrodu 1 přitom bylo nastaveno na 30 kV s frekvencí 300 Hz. Dosažený výkon zvlákňování byl přitom cca 4 g sušiny nanovláken/h^d-

Claims (5)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob pro-výrobu, polymerních nanovláken, při kterém se polymerní nanovlákna vytváří silovým působením elektrického pole na roztok nebo taveninu polymeru, který se nachází na povrchu zvlákňovací elektrody, vyznačující se tím, že elektrické pole pro elektrostatické zvlákňování se střídavě vytváří mezi zvlákňovací elektrodou (1), na kterou se přivádí střídavé napětí, a ionty (30, 31) vzduchu a/nebo plynu vytvořenými a/nebo přivedenými do jejího okolí, přičemž se dle fáze střídavého napětí na zvlákňovací elektrodě (1) vytváří polymerní nanovlákna s opačným elektrickým nábojem a/nebo s úseky s opačným elektrickým nábojem, která se po svém vzniku v důsledku působení elektrostatických sil shlukují do lineárního útvaru ve formě kabílku nebo pruhu, který se volně pohybuje v prostoru ve směru gradientu elektrických polí směrem od zvlákňovací elektrody (1).
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že lineární útvar z polymerních nanovláken se zachytává na statickém nebo pohyblivém kolektoru.
  3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že lineární útvar z polymerních nanovláken se zachytává na plošném statickém nebo pohyblivém kolektoru, na který se ukládá do plošné vrstvy polymerních nanovláken.
  4. 4. Způsob podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že na zvlákňovací elektrodu (1) se přivádí střídavé napětí o 12 až 36 kV, s frekvencí 35 až 400 Hz.
  5. 5. Lineární útvar z polymerních nanovláken vytvořený způsobem podle libovolného z nároků 1, 2 nebo 4, vyznačující se tím, že je elektricky neutrální, a že je tvořen polymerními nanovlákny uspořádanými do nepravidelné mřížkové struktury, ve které jednotlivá nanovlákna v úsecích jednotek mikrometrů mění svůj směr.
CZ20120907A 2012-12-17 2012-12-17 Zpusob výroby polymerních nanovláken zvláknováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvorený tímto zpusobem CZ304137B6 (cs)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120907A CZ304137B6 (cs) 2012-12-17 2012-12-17 Zpusob výroby polymerních nanovláken zvláknováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvorený tímto zpusobem
ES13824581T ES2762300T3 (es) 2012-12-17 2013-12-12 Procedimiento para la producción de nanofibras poliméricas mediante hilatura de una solución o masa fundida de polímero en un campo eléctrico, y formación lineal de nanofibras poliméricas preparadas mediante este procedimiento
EP13824581.6A EP2931951B1 (en) 2012-12-17 2013-12-12 Method for production of polymeric nanofibers by spinning of solution or melt of polymer in electric field, and a linear formation from polymeric nanofibers prepared by this method
CN201380066102.7A CN105008600B (zh) 2012-12-17 2013-12-12 通过在电场内的聚合物的溶液或熔体纺丝而生产聚合物纳米纤维的方法，以及来自该方法制备的聚合物纳米纤维的线性形成物
JP2015546846A JP6360492B2 (ja) 2012-12-17 2013-12-12 電場中でポリマーの溶媒液または溶融液を紡糸することによるポリマー・ナノファイバーの製造方法、およびこの方法によって作成されたポリマー・ナノファイバーの線状形成体
PL13824581T PL2931951T3 (pl) 2012-12-17 2013-12-12 Sposób wytwarzania nanowłókien polimerowych za pomocą przędzenia z roztworu lub stopu polimeru w polu elektrycznym, i liniowa formacja z nanowłókien polimerowych wytworzonych tym sposobem
PCT/CZ2013/000166 WO2014094694A1 (en) 2012-12-17 2013-12-12 Method for production of polymeric nanofibers by spinning of solution or melt of polymer in electric field, and a linear formation from polymeric nanofibers prepared by this method
RU2015128493A RU2672630C2 (ru) 2012-12-17 2013-12-12 Способ производства полимерных нановолокон и линейная система из полимерных нановолокон, полученная этим способом
US14/650,436 US10041189B2 (en) 2012-12-17 2013-12-12 Method for production of polymeric nanofibers by spinning of solution or melt of polymer in electric field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20120907A CZ304137B6 (cs) 2012-12-17 2012-12-17 Zpusob výroby polymerních nanovláken zvláknováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvorený tímto zpusobem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2012907A3 true CZ2012907A3 (cs) 2013-11-13
CZ304137B6 CZ304137B6 (cs) 2013-11-13

Family

ID=49551971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20120907A CZ304137B6 (cs) 2012-12-17 2012-12-17 Zpusob výroby polymerních nanovláken zvláknováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvorený tímto zpusobem

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10041189B2 (cs)
EP (1) EP2931951B1 (cs)
JP (1) JP6360492B2 (cs)
CN (1) CN105008600B (cs)
CZ (1) CZ304137B6 (cs)
ES (1) ES2762300T3 (cs)
PL (1) PL2931951T3 (cs)
RU (1) RU2672630C2 (cs)
WO (1) WO2014094694A1 (cs)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ2014947A3 (cs) 2014-12-22 2016-06-22 Technická univerzita v Liberci Způsob a zařízení pro výrobu textilního kompozitního materiálu obsahujícího polymerní nanovlákna, textilní kompozitní materiál obsahující polymerní nanovlákna
CZ2015159A3 (cs) 2015-03-06 2016-10-05 Technická univerzita v Liberci Cévní náhrada, zejména maloprůměrová cévní náhrada
CZ307884B6 (cs) 2015-03-09 2019-07-24 Technická univerzita v Liberci Způsob pro výrobu textilního kompozitu zejména pro outdoorové aplikace, který obsahuje alespoň jednu vrstvu polymerních nanovláken, a tímto způsobem připravený textilní kompozit
CZ306428B6 (cs) * 2015-06-05 2017-01-18 Technická univerzita v Liberci Lineární vlákenný útvar s pláštěm z polymerních nanovláken obalujícím nosný lineární útvar tvořící jádro, způsob a zařízení k jeho výrobě
CZ306772B6 (cs) * 2015-12-21 2017-06-28 Technická univerzita v Liberci Způsob výroby polymerních nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, zvlákňovací elektroda pro tento způsob, a zařízení pro výrobu polymerních nanovláken osazené alespoň jednou touto zvlákňovací elektrodou
CN106283218B (zh) * 2016-10-21 2018-05-15 上海工程技术大学 用于静电纺丝的螺旋线式接收器及制备纳米纤维的方法
WO2018098464A1 (en) * 2016-11-28 2018-05-31 The Texas A & M University System Systems and methods of production and use of thermoplastic and thermoplastic composite nanofibers
US10870928B2 (en) 2017-01-17 2020-12-22 Ian McClure Multi-phase, variable frequency electrospinner system
CZ2017521A3 (cs) 2017-09-07 2019-04-10 Technická univerzita v Liberci Způsob pro výrobu polymerních nanovláken elektrickým nebo elektrostatickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, zvlákňovací elektroda pro tento způsob, a zařízení pro výrobu polymerních nanovláken osazené alespoň jednou takovou zvlákňovací elektrodou
NL2019764B1 (en) * 2017-10-19 2019-04-29 Innovative Mechanical Engineering Tech B V Electrospinning device and method
CZ31723U1 (cs) 2018-01-26 2018-04-24 Technická univerzita v Liberci Kryt akutní nebo chronické rány
CA3129491A1 (en) * 2019-02-14 2020-08-20 The Uab Research Foundation An alternating field electrode system and method for fiber generation
US11208735B2 (en) 2019-07-02 2021-12-28 University of Central Oklahoma Method and apparatus for controlling fiber cross-alignment in a nanofiber membrane
US10995425B2 (en) * 2019-07-02 2021-05-04 University of Central Oklahoma Method and apparatus for fabricating a multifunction fiber membrane
CZ2022248A3 (cs) * 2022-06-09 2023-12-20 Technická univerzita v Liberci Způsob výroby nanovláken střídavým elektrickým zvlákňováním, zařízení k provádění tohoto způsobu a zařízení k výrobě nanovlákenné niti

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2048651A (en) * 1933-06-23 1936-07-21 Massachusetts Inst Technology Method of and apparatus for producing fibrous or filamentary material
US20030226750A1 (en) * 2002-06-11 2003-12-11 Fenn John B. Electrospray dispersion in an alternating current mode
JP4047739B2 (ja) * 2003-02-04 2008-02-13 日本バイリーン株式会社 静電紡糸方法及び静電紡糸装置
US7255781B2 (en) * 2003-05-01 2007-08-14 Ut-Battelle, Llc Production of aligned microfibers and nanofibers and derived functional monoliths
CN1460534A (zh) * 2003-05-28 2003-12-10 东南大学 纳米纤维防护过滤材料及其制备方法
US20050117864A1 (en) * 2003-12-01 2005-06-02 Dziekan Michael E. Method of synthesis and delivery of complex pharmaceuticals, chemical substances and polymers through the process of electrospraying, electrospinning or extrusion utilizing holey fibers
WO2005073442A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Raisio Chemicals Korea Inc. A process of preparing continuous filament composed of nanofibers
CN100427652C (zh) * 2005-11-11 2008-10-22 东南大学 复合纳米纤维长丝束制备装置及其制备方法
WO2008106381A2 (en) * 2007-02-28 2008-09-04 Virginia Commonwealth University Electrospinning polymer fibers and fiber arrays using dc biased ac potential
JP4803113B2 (ja) * 2007-05-29 2011-10-26 パナソニック株式会社 ナノファイバーの合糸方法及び装置
JP4897579B2 (ja) * 2007-06-07 2012-03-14 パナソニック株式会社 ナノファイバ製造装置、不織布製造装置、および、ナノファイバ製造方法
KR100895631B1 (ko) * 2007-06-19 2009-05-07 한국원자력연구원 전기방사를 이용한 폴리카르보실란계 고분자 섬유의제조방법
JP2009052171A (ja) * 2007-08-27 2009-03-12 Unitika Ltd 微細繊維集合体の製造方法及びその製造装置
CZ2007727A3 (cs) 2007-10-18 2009-04-29 Nanopeutics S. R. O. Sberná elektroda zarízení pro výrobu nanovláken elektrostatickým zvláknováním polymerních matric, a zarízení obsahující tuto sbernou elektrodu
US8501172B2 (en) * 2008-09-26 2013-08-06 Trustees Of Tufts College pH-induced silk gels and uses thereof
JP5410307B2 (ja) * 2009-01-14 2014-02-05 日本バイリーン株式会社 無機系繊維不織布及びその製造方法
US8425810B2 (en) * 2009-02-05 2013-04-23 Panasonic Corporation Nanofiber production device and nanofiber production method
JP4763845B2 (ja) * 2009-09-09 2011-08-31 パナソニック株式会社 ナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法
EP2458042A1 (en) * 2010-11-24 2012-05-30 SpinPlant GmbH Sheet material, method for producing the same and device for carrying out the method
EP2607382A1 (de) * 2011-12-22 2013-06-26 Philipps Universität Marburg Chemisch funktionalisierte elektrogesponnene Dispersionsfasern für Layer-by-Layer-Beschichtungen

Also Published As

Publication number Publication date
CN105008600A (zh) 2015-10-28
WO2014094694A1 (en) 2014-06-26
US10041189B2 (en) 2018-08-07
CZ304137B6 (cs) 2013-11-13
JP2016503838A (ja) 2016-02-08
JP6360492B2 (ja) 2018-07-18
EP2931951A1 (en) 2015-10-21
ES2762300T3 (es) 2020-05-22
RU2672630C2 (ru) 2018-11-16
CN105008600B (zh) 2017-03-15
PL2931951T3 (pl) 2020-04-30
EP2931951B1 (en) 2019-10-09
US20150315724A1 (en) 2015-11-05
RU2015128493A (ru) 2017-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ2012907A3 (cs) Zpusob výroby polymerních nanovláken zvláknováním roztoku nebo taveniny polymeru v elektrickém poli a lineární útvar z polymerních nanovláken vytvorený tímto zpusobem
JP2016503838A5 (cs)
Pokorny et al. Effective AC needleless and collectorless electrospinning for yarn production
Teo et al. Electrospun fibre bundle made of aligned nanofibres over two fixed points
CN101538746B (zh) 取向可控静电纺丝纳米聚合物纤维的制备方法
Zhao et al. Preparation and formation mechanism of highly aligned electrospun nanofibers using a modified parallel electrode method
US20120301567A1 (en) Apparatus for production of two-dimensional or three-dimensional fibrous materials of microfibres and nanofibres
CZ303380B6 (cs) Zpusob výroby materiálu s anizotropními vlastnostmi složených z nanovláken nebo mikrovláken a zarízení pro provádení tohoto zpusobu
TW200902779A (en) Device for production of nanofibres and/or nanoparticles from solutions or melts of polymers in electrostatic field
Ali et al. Electrospinning of continuous nanofiber bundles and twisted nanofiber yarns
CN104060355A (zh) 一种连续纳米纤维纱的生产方法及装置
CZ2007727A3 (cs) Sberná elektroda zarízení pro výrobu nanovláken elektrostatickým zvláknováním polymerních matric, a zarízení obsahující tuto sbernou elektrodu
Niu et al. Electrospinning: an advanced nanofiber production technology
Liu et al. Simulation of electrospun nanofibre deposition on stationary and moving substrates
CN106012049A (zh) 一种包含丝状电极的静电纺丝装置及纳米纤维制备方法
Zhang et al. Preparation of self-clustering highly oriented nanofibers by needleless electrospinning methods
Han et al. Versatile core-sheath biofibers using coaxial electrospinning
CN101718004B (zh) 静电纺丝法制备交联聚丙烯酰胺超细纤维的方法
CZ306018B6 (cs) Způsob a zařízení pro výrobu textilního kompozitního materiálu obsahujícího polymerní nanovlákna, textilní kompozitní materiál obsahující polymerní nanovlákna
Yalcinkaya Experimental study on electrospun polyvinyl butyral nanofibers using a non-solvent system
EP2325355B1 (en) System for electrospinning fibres
WO2015075658A1 (en) Electrospun fibre collection and handling
EP2530189A1 (en) Method of production of functional nanofiber layer and device for carrying out the method
Sunil Biopolymer Electrospinning
EP3670714B1 (en) Electrospinning system and process for large-scale manufacturing of aligned 3d fiber matrices

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20191217