CZ306772B6

CZ306772B6 - 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

Info

Publication number: CZ306772B6
Application number: CZ2015-928A
Authority: CZ
Inventors: Jaroslav Beran; Jan Valtera; Martin BĂlek; Josef Skřivánek; Ondřej Baťka; David Lukáš; Pavel Pokorný; Tomáš Kalous; Julie Soukupová; Eva Košťáková
Original assignee: Technická univerzita v Liberci
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-28
Also published as: US10808334B2; ES2796366T3; RU2018122292A; JP6886479B2; JP2019500513A; RU2726726C2; CN108603308B; US20180371645A1; EP3394328A1; WO2017108012A1; EP3394328B1; CZ2015928A3; CN108603308A; RU2018122292A3

Abstract

Zvlákňovací elektroda (1) pro výrobu polymerních nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, obsahuje přívod (2) roztoku nebo taveniny polymeru, který je vyústěn na jejím čele (3). Kolem alespoň části ústí (20) přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru je vytvořena zvlákňovací plocha (4) zaoblená směrem dolů, pod ústí (20). Na tuto zvlákňovací plochu (4) plynule navazuje odváděcí plocha (6) na vnějším povrchu přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru. Zařízení pro výrobu nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru je osazené alespoň jednou zvlákňovací elektrodou (1) podle vynálezu. Způsob výroby nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru je založen na použití zvlákňovací elektrody (1) podle vynálezu. Při způsobu výroby se roztok nebo tavenina polymeru působením gravitace roztéká po čele zvlákňovací elektrody (1) a zvlákňuje se ze zvlákňovací plochy (4). Na tuto zvlákňovací plochu (4) se přivádí nadbytek roztoku nebo taveniny polymeru, a nezvlákněný roztok nebo tavenina polymeru omývá zvlákňovací plochu (4) zvlákňovací elektrody (1), načež z ní působením gravitace stéká na navazující odváděcí plochu (6) na vnějším povrchu přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru, aniž by na této odváděcí ploše (6) docházelo k dalšímu zvlákňování.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zvlákňovací elektrody pro výrobu polymerních nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru.

Vynález se dále týká také zařízení pro výrobu nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru osazeným alespoň jednou takovou zvlákňovací elektrodou.

Kromě toho se vynález týká také způsobu výroby polymerních nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru.

Dosavadní stav techniky

Pro výrobu polymerních nanovláken (tj. vláken s průměrem do 1000 nm) elektrostatickým (tj. za použití vysokého stejnosměrného elektrického napětí) zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru se v současné době používají dva základní typy zvlákňovacích elektrod. Prvním z nich je pohybující se těleso - nejčastěji otáčející se válec nebo spirála, jejíž závity leží na válcové ploše, které se brodí v roztoku nebo tavenině polymeru, umístěném ve vhodné nádobě. Přitom tento roztok nebo taveninu polymeru vynáší do elektrostatického pole na svém povrchu (viz např. WO 2005024101). Druhým typem zvlákňovací elektrody je pak trubička, resp. tryska neboli kapilára, na jejíž hrot umístěný v elektrostatickém poli se roztok nebo tavenina polymeru přivádí její dutinou (viz např. WO 2005042813).

Tyto zvlákňovací elektrody lze současně použít i při tzv. „elektrickém zvlákňování“ (neboli „střídavém eklektickém zvlákňování“) způsobem dle CZ patentu 304137, u kterého se pro výrobu polymerních nanovláken využívá střídavé elektrické napětí, které se přivádí pouze na zvlákňovací elektrodu/elektrody. Elektrické pole pro výrobu nanovláken se přitom vytváří mezi touto zvlákňovací elektrodou a opačně nabitými ionty vzduchu a/nebo plynu, které v její blízkosti vznikají ionizací okolního vzduchu nebo jiného plynu a/nebo se do její blízkosti přivádí z iontového zdroje, a/nebo opačně nabitými nanovlákny vytvořenými v předchozím okamžiku.

Nedostatkem dosud známých zvlákňovacích elektrod tvořených tyčinkou, trubičkou, resp. tryskou je to, že elektrické napětí, které se na ně přivádí, koncentruje velmi výrazně intenzitu elektrického pole na jejích ostrých hranách - zejména na přechodu mezi jejich čelem a pláštěm, což neumožňuje využít naplno jejich již tak malou pracovní plochu (jejich průměr je obvykle pod 1 mm), díky čemuž tyto elektrody dosahují jen velmi malého zvlákňovacího výkonu.

Při elektrickém zvlákňování se navíc malá část již vytvořených nanovláken díky elektrickým přitažlivým silám vrací zpět na povrch zvlákňovací elektrody, kde se ukládají a vytváří květu podobný nálet, který postupně snižuje zvlákňovací výkon elektrody, viz např. obr. 11, a po poměrně krátké době zcela přeruší zvlákňovací proces.

Cílem vynálezu je navrhnout zvlákňovací elektrodu pro elektrické zvlákňování, která by odstranila nedostatky stávajících elektrod tvořených trubičkou nebo tryskou, tj. umožnila by nejen zvýšit jejich aktuální zvlákňovací výkon, ale současně by umožnila protáhnout dobu nepřetržitého elektrického zvlákňování.

- 1 CZ 306772 B6

Kromě toho je cílem vynálezu navrhnout zařízení pro výrobu nanovláken a způsob elektrického zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru, který by odstranil nevýhody elektrického zvlákňování při použití dosud známých elektrod a využil k tomu zvlákňovací elektrodu podle vynálezu.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu se dosáhne zvlákňovací elektrodou pro výrobu polymemích nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž tato elektroda obsahuje přívod roztoku nebo taveniny polymeru, který je vyústěn na jejím čele, přičemž kolem alespoň části ústí přívodu roztoku nebo taveniny polymeruje na čele zvlákňovací elektrody vytvořena zvlákňovací plocha zaoblená směrem dolů, pod ústí, přičemž na tuto zvlákňovací plochu plynule navazuje dolu orientovaná odváděči plocha vytvořená na vnějším povrchu přívodu roztoku nebo taveniny polymeru. Tato konstrukce zvlákňovací elektrody umožňuje vytvářet většinu polymemích nanovláken za shodných podmínek - ve stejné části elektrického pole a při stejné intenzitě, resp. míře silového působení tohoto pole na roztok nebo taveninu polymeru, díky čemuž tato nanovlákna dosahují velmi podobných parametrů, zejména průměru, resp. menšího rozptylu těchto parametrů, a současně zvětšit plochu, ze které se zvlákňuje, a tím i množství vytvářených nanovláken.

Ve výhodné variantě provedení se přitom stěna přívodu roztoku nebo taveniny polymeru směrem k ústí tohoto přívodu rozšiřuje směrem vně, přičemž kolem alespoň části ústí je na rozšířeném čele zvlákňovací elektrody vytvořena zvlákňovací plocha zaoblená směrem dolů, pod ústí, přičemž na tuto zvlákňovací plochu plynule navazuje dolů orientovaná odváděči plocha uspořádaná na vnějším povrchu přívodu roztoku nebo taveniny polymeru. Výhodou této varianty je, že alespoň část odváděči plochy je uspořádaná v elektrickém stínu s nízkou intenzitou elektrického pole pod rozšířením stěny přívodu roztoku nebo taveniny polymeru, což značně snižuje nebezpečí nežádoucí zvlákňování roztoku nebo taveniny z této plochy.

Ve většině variant zvlákňovací elektrody podle vynálezu je mezi ústím přívodu roztoku nebo taveniny polymeru a zvlákňovací plochou vytvořena rovinná, šikmá, zaoblená nebo lomená transportní plocha orientovaná směrem nahoru nebo dolů, na kterou zvlákňovací plocha plynule navazuje. Tato transportní plocha je primárně určena pro transport roztoku nebo taveniny polymeru z přívodu roztoku nebo taveniny polymeru na zvlákňovací plochu zvlákňovací elektrody.

Pro zabránění náhodného zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru z odváděči plochy zvlákňovací elektrody je alespoň část přívodu roztoku nebo taveniny polymeru pod zvlákňovací plochou po celém svém obvodu překrytá krytem. Mezi vnějším povrchem přívodu roztoku nebo taveniny polymeru a vnitřním povrchem tohoto krytu je přitom vytvořena mezera pro odvod roztoku nebo taveniny polymeru.

Např. pro vytváření směsi nanovláken nebo bikomponentních nanovláken je pak určena zvlákňovací elektroda, která obsahuje alespoň dva vzájemně oddělené přívody roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž kolem alespoň části ústí každého z nich je uspořádaná samostatná zvlákňovací plocha zaoblená směrem dolů, pod toto ústí. Z každé z těchto oddělených zvlákňovacích ploch je tak možné zvlákňovat odlišný roztok nebo taveninu polymeru a vytvářet tak směs nanovláken, které se liší svým materiálem a/nebo průměrem a/nebo jiným parametrem, např. obsahem aktivní látky/látek, nebo z nich lze zvlákňovat stejná nanovlákna a zvýšit tak jejich produkci.

Oddělené zvlákňovací plochy jsou s výhodou uspořádané pod sebou a orientovány souose.

V jiné variantě provedení zvlákňovací elektrody s více oddělenými zvlákňovacími plochami na odváděči plochu na vnějším povrchu přívodu roztoku nebo taveniny polymeru plynule navazuje druhá transportní plocha, na kterou dále plynule navazuje druhá zaoblená zvlákňovací plocha, která je uspořádaná na větším vnějším průměru než zvlákňovací plocha upořádaná alespoň po části obvodu ústí přívodu roztoku nebo taveniny polymeru, a je vytvořená s menším poloměrem

-2CZ 306772 B6 zaoblení, než tato zvlákňovací plocha, přičemž na druhou zvlákňovací plochu plynule navazuje druhá odváděči plocha.

V případě vhodného tvarování, např. když je zvlákňovací plocha zvlákňovací elektrody tvořená alespoň dvěma směrem od ústí přívodu roztoku nebo taveniny polymeru na sebe plynule navazujícími dílčími zaoblenými zvlákňovacími plochami, jejichž poloměry zaoblení se směrem od ústí přívodu roztoku nebo taveniny polymeru postupně zmenšují, nebo když je její tvořící křivka tvořená vhodnou splíne křivkou, tj. křivkou, která odpovídá polynomické funkci definované po intervalech, je možné vynechat mezi ústím přívodu roztoku nebo taveniny polymeru a zvlákňovací plochou zvlákňovací elektrody transportní plochu, neboť v takovém případě dochází k iniciaci zvlákňování v podstatě ihned po výstupu roztoku nebo taveniny polymeru z přívodu.

Rozšíření stěny přívodu roztoku nebo taveniny polymeru může být integrální součástí přívodu roztoku nebo taveniny polymeru, nebo může být tvořené samostatným tělesem uloženým na nebo spojeným s přívodem roztoku nebo taveniny polymeru.

Alespoň část rozšíření stěny přívodu roztoku nebo taveniny polymeru může mít na alespoň části své výšky konstantní vnější průměr-tj. při uvažovaném kruhovém příčném průřezu zvlákňovací elektrody může být tvořená válcem.

Zvlákňovací elektroda podle vynálezu může být vytvořena z elektricky vodivého, ale i elektricky nevodivého materiálu. V druhé variantě se přitom střídavé elektrické napětí přivádí přímo do zvlákňovaného roztoku nebo taveniny polymeru.

Cíle vynálezu se dále dosáhne zařízení pro výrobu nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, jehož podstata spočívá v tom, že je osazeno alespoň jednou zvlákňovací elektrodou podle vynálezu.

Kromě toho se cíle vynálezu dosáhne také způsobem výroby nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, při kterém se roztok nebo tavenina polymeru přivádí přívodem roztoku nebo taveniny polymeru vyústěném na čele zvlákňovací elektrody na čelo zvlákňovací elektrody, přičemž se na zvlákňovací elektrodu a/nebo do roztoku nebo taveniny polymeru přivádí střídavé elektrické napětí, jehož podstata spočívá v tom, že roztok nebo tavenina polymeru se působením gravitace roztěká po čele zvlákňovací elektrody a zvlákňuje se ze zvlákňovací plochy uspořádané kolem alespoň části ústí roztoku nebo taveniny polymeru, která je zaoblená směrem dolů, pod toto ústí. Přitom se na tuto zvlákňovací plochu přivádí nadbytek roztoku nebo taveniny polymeru, a nezvlákněný roztok nebo tavenina polymeru omývá zvlákňovací plochu zvlákňovací elektrody, načež z ní působením gravitace stéká na navazující odváděči plochu na vnějším povrchu přívodu roztoku nebo taveniny polymeru.

V případě, že má zvlákňovací elektroda více zvlákňovacích ploch, může se roztok nebo tavenina polymeru z odváděči plochy působením gravitace vést na zaoblenou, šikmou, vodorovnou nebo lomenou druhou transportní plochu a z ní pak na druhou zvlákňovací plochu, která je zaoblená a orientovaná směrem dolů, nebo se na každou zvlákňovací plochu zvlákňovací elektrody přívodem roztoku nebo taveniny polymeru přivádí stejný nebo odlišný roztok nebo tavenina polymeru, který/která se na každé ze zvlákňovacích ploch zvlákňuje, v důsledku čehož se při použití odlišných roztoků nebo tavenin polymeru vytváří směs nanovláken dvou typů, které se navzájem liší materiálem a/nebo průměrem a/nebo případným obsahem aktivní látky/látek v materiálu vláken a/nebo jiným parametrem.

V jiné variantě se během zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru ze zvlákňovací plochy zvlákňovací elektrody na tuto zvlákňovací plochu přivádí z druhé zvlákňovací plochy uspořádané nad ní jiný roztok nebo tavenina polymeru, v důsledku čehož se vytváří bikomponentní nanovlákna.

-3 CZ 306772 B6

Objasnění výkresů

Na přiloženém výkrese je na obr. 1 schematicky znázorněn podélný řez první variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu, na obr. 2 podélný řez druhou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu, na obr. 3 a schematicky znázorněn podélný řez třetí variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu, na obr. 3b vizualizace isopioch zobrazujících průběh intenzity elektrického pole v blízkosti zvlákňovací elektrody dle obr. 3a, na obr. 4 podélný řez čtvrtou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu, na obr. 5 podélný řez pátou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu, na obr. 6 podélný řez šestou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu vycházející z varianty provedení znázorněné na obr. 3, na obr. 7 podélný řez sedmou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu se dvěma zvlákňovacími plochami, na obr. 8 podélný řez osmou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu se dvěma zvlákňovacími plochami, na obr. 9 podélný řez devátou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu se třemi zvlákňovacími plochami, na obr. 10 podélný řez desátou variantou provedení zvlákňovací elektrody podle vynálezu s jednou zvlákňovací plochou, a na obr. 11 fotografie zvlákňovací elektrody při elektrickém zvlákňování způsobem dle stavu techniky s nežádoucím náletem nanovláken na jejím horním okraji.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zvlákňovací elektroda 1 podle vynálezu obsahuje přívod 2 roztoku nebo taveniny polymeru, které je vyústěné na jejím čele 3, přičemž kolem alespoň části jeho ústí 20 je uspořádaná zvlákňovací plocha 4 zaoblená směrem dolů, která je primárně určená pro zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru, který/která se na ní nachází. Poloměr Rz zaoblení zvlákňovací plochy 4 je přitom navrhnut tak, aby se na zvlákňovací ploše 4 zvlákňovací elektrody za daných podmínek dosáhlo největší intenzity elektrického pole pro výrobu polymerních nanovláken, resp. aby se dosáhla nebo přesáhla kritická minimální intenzita elektrického pole, při kterém dochází ke zvlákňování daného roztoku nebo taveniny polymeru, avšak současně tak, aby při této intenzitě nedocházelo k elektrickým průrazům.

Ve výhodných variantách provedení zvlákňovací elektrody se přitom stěna přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru směrem kjeho ústí 20 rozšiřuje směrem vně, a zvlákňovací plocha 4 je pak uspořádaná na rozšířeném čele zvlákňovací elektrody 1. Toto rozšíření je přitom integrální součástí přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, neboje tvořeno samostatným tělesem uloženým na nebo spojeným s přívodem 2 roztoku nebo taveniny polymeru. S výhodou se jedná o postupné rozšíření, avšak kromě toho se může jednat i o skokové rozšíření, přičemž toto rozšíření může mít alespoň na části délky přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru konstantní vnější průměr - tj. při uvažovaném kruhovém příčného průřezu zvlákňovací elektrody 1 je alespoň částečně tvořené válcem - viz např. obr. 2.

Mezi ústím 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru a zvlákňovací plochou 4 je v případě potřeby na čele 3 zvlákňovací elektrody vytvořena rovinná a/nebo šikmá a/nebo lomená a/nebo zaoblená transportní plocha 5, která spojuje ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru a zvlákňovací plochu 4 zvlákňovací elektrody 1, a která je primárně určená pro transport roztoku nebo taveniny polymeru působením tíhové síly na zvlákňovací plochu 4. V případě, kdy je tato transportní plocha 5 vytvořena jako zaoblená, je poloměr Ry jejího zaoblení větší, než poloměr Rz zaoblení zvlákňovací plochy 4. Šikmá, lomená nebo zaoblená transportní plocha 5 přitom může být orientovaná směrem nahoru nebo dolů.

Na obr. 1 je znázorněn podélný řez první příkladnou variantou provedení zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 obsahuje přívod 2 roztoku nebo taveniny polymeru tvořené dutou trubičkou, přičemž na jeho ústí 20 na čele 3 zvlákňovací elektrody 1 navazuje

-4CZ 306772 B6 transportní plocha 5 ve tvaru mezikruží, která je ve znázorněné variantě provedení vytvořená jako vodorovná. Na tuto transportní plochu 5 pak plynule navazuje zaoblená, směrem dolů, pod ústí 20 orientovaná zvlákňovací plocha 4 ve tvaru mezikruží. Na tuto zvlákňovací plochu 4 dále plynule navazuje odváděči plocha 6, která je tvořená vnějším povrchem přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, a která slouží primárně pro odvod nezvlákněného přebytku roztoku nebo taveniny polymeru ze zvlákňovací plochy 4.

Elektrické pole se při zvlákňování koncentruje v oblasti zvlákňovací plochy 4 zvlákňovací elektrody 1 - viz např. obr. 3b, na kterém je znázorněna vizualizace isoploch zobrazujících průběh intenzity elektrického pole v blízkosti zvlákňovací elektrody j_. Díky tomu dosahuje elektrické pole v tomto místě nejvyšší intenzity, přičemž zde dochází k elektrickému zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru, který/která se v daném okamžiku nachází na této zvlákňovací ploše 4. Drtivá většina nanovláken se díky tomu vytváří za shodných podmínek - ve stejné části elektrického pole a při stejné intenzitě, resp. míře silového působení tohoto pole na roztok nebo taveninu polymeru, takže dosahují velmi podobných parametrů, zejména průměru, resp. menšího rozptylu těchto parametrů. Takto připravená polymerní nanovlákna, resp. vrstvy nebo shluky polymemích nanovláken jsou tak podstatně rovnoměrnější, a díky tomu i vhodnější pro reálné využití.

V dalších neznázorněných variantách provedení zvlákňovací elektrody 1 podle obr. 1 může být její transportní plocha 5 vytvořená jako zaoblená, šikmá nebo lomená, přičemž může být orientovaná směrem nahoru nebo dolů.

Na obr. 2 je pak znázorněn podélný řez druhou příkladnou variantou provedení zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 obsahuje přívod 2 roztoku nebo taveniny polymeru tvořené dutou trubičkou, jehož stěna se směrem k jeho ústí 20 na čele 3 zvlákňovací elektrody 1 skokově rozšiřuje směrem vně, přičemž rozšíření stěny přívodu 20 roztoku nebo taveniny polymeru má na alespoň části své výšky konstantní vnější průměr - je tvořeno válcem. Na ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru pak na rozšířeném čele 3 zvlákňovací elektrody 1 navazuje transportní plocha 5 ve tvaru mezikruží, která je ve znázorněné variantě provedení vytvořena jako vodorovná plocha. Na tuto transportní plochu 5 plynule navazuje zaoblená, směrem dolů, pod ústí 20 orientovaná zvlákňovací plocha 4 ve tvaru mezikruží. Na tuto zvlákňovací plochu 4 dále plynule navazuje odváděči plocha 6, která slouží primárně pro odvod nezvlákněného přebytku roztoku nebo taveniny polymeru ze zvlákňovací plochy 4. Tato odváděči plocha 6 je ve znázorněné variantě provedení tvořená vnějším povrchem přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž je díky jeho skokovému rozšíření lomená. Její podstatná část je přitom uspořádána v elektrickém „stínu“ s nízkou intenzitou elektrického pole pod rozšířením stěny přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru.

Elektrické pole se přitom při zvlákňování koncentruje v oblasti zvlákňovací plochy 4 zvlákňovací elektrody ]_, díky čemuž dosahuje v tomto místě nejvyšší intenzity, přičemž zde dochází k elektrickému zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru, který/která se v daném okamžiku nachází na této zvlákňovací ploše 4. Drtivá většina nanovláken se díky tomu vytváří za shodných podmínek - ve stejné části elektrického pole a při stejné intenzitě, resp. míře silového působení tohoto pole na roztok nebo taveninu polymeru, takže dosahují velmi podobných parametrů, zejména průměru, resp. menšího rozptylu těchto parametrů. Takto připravená polymerní nanovlákna, resp. vrstvy nebo shluky polymemích nanovláken jsou tak podstatně rovnoměrnější, a díky tomu i vhodnější pro reálné využití.

V dalších neznázorněných variantách provedení zvlákňovací elektrody 1 podle obr. 1 může být její transportní plocha 5 vytvořená jako zaoblená, šikmá nebo lomená, přičemž může být orientovaná směrem nahoru nebo dolů. Rozšířeni stěny přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru přitom může být postupné, namísto skokového, takže odváděči plocha 6 pak může být alespoň částečně tvořená šikmou nebo zaoblenou plochou.

-5CZ 306772 B6

Na obr. 3a je znázorněn podélný řez třetí příkladnou variantou provedení zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 obsahuje přívod 2 roztoku nebo taveniny polymeru tvořený dutou trubičkou, jehož stěna se směrem kjeho ústí 20 na čele 3 zvlákňovací elektrody 1 plynule rozšiřuje směrem vně. Na jeho ústí 20 pak na rozšířeném čele 3 zvlákňovací elektrody 1 navazuje transportní plocha 5 ve tvaru mezikruží, která je ve znázorněné variantě provedení zaoblená směrem dolů. Na tuto transportní plochu 5 plynule navazuje stejně orientovaná zaoblená zvlákňovací plocha 4 ve tvaru mezikruží, jejíž poloměr R_z zaoblení je menší než poloměr R_z zaoblení transportní plochy 5, a která je uspořádaná v místě největšího vnějšího průměru stěny přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru. Na tuto zvlákňovací plochu 4 pak plynule navazuje odváděči plocha 6, která slouží primárně pro odvod nezvlákněného přebytku roztoku nebo taveniny polymeru ze zvlákňovací plochy 4. Tato odváděči plocha 6 je ve znázorněné variantě provedení tvořená vnějším povrchem přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž je díky jeho rozšíření lomená. Její podstatná část je přitom uspořádána v elektrickém „stínu“ s nízkou intenzitou elektrického pole, pod rozšířením stěny přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru (viz obr. 3b).

Ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeruje tak v této variantě provedení nejvyšší částí čela 3 zvlákňovací elektrody 1.

Elektrické pole se při zvlákňování koncentruje v oblasti zvlákňovací plochy 4 zvlákňovací elektrody ι - viz např. obr. 3b, na kterém je znázorněna vizualizace isoploch zobrazujících průběh intenzity elektrického pole v blízkosti zvlákňovací elektrody 1 v provedení dle obr. 3a. Díky tomu dosahuje elektrické pole v tomto místě nejvyšší intenzity, přičemž zde dochází k elektrickému zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru, který/která se v daném okamžiku nachází na této zvlákňovací ploše 4. Drtivá většina nanovláken se díky tomu vytváří za shodných podmínek - ve stejné části elektrického pole a při stejné intenzitě, resp. míře silového působení tohoto pole na roztok nebo taveninu polymeru, takže dosahují velmi podobných parametrů, zejména průměru, resp. menšího rozptylu těchto parametrů. Takto připravená polymemí nanovlákna, resp. vrstvy nebo shluky polymemích nanovláken jsou tak podstatně rovnoměrnější, a díky tomu i vhodnější pro reálné využití.

V dalších neznázorněných variantách provedení zvlákňovací elektrody 1 podle obr. 3a může být její transportní plocha 5 vytvořená jako rovinná nebo šikmá, případně lomená. Odváděči plocha 6 může být vytvořená jako zaoblená.

Na obr. 4 je znázorněn podélný řez čtvrtou příkladnou variantou provedení zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 je konstrukčně téměř shodná se zvlákňovací elektrodou 1 znázorněnou na obr. 3a, s tím rozdílem, že v této variantě je transportní plocha 5 na čele 3 zvlákňovací elektrody vytvořená jako rovinná a je orientovaná v rovině s ústím 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru - ve znázorněné variantě provedení vodorovně.

Na obr. 5 je znázorněn podélný řez pátou příkladnou variantou provedení zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 je konstrukčně téměř shodná se zvlákňovací elektrodou 1 znázorněnou na obr. 3, s tím rozdílem, že v této variantě je transportní plocha 5 na čele 3 zvlákňovací elektrody 1 vytvořená jako zaoblená a je orientovaná směrem nahoru - nad ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru.

V neznázoměné variantě provedení může být transportní plocha 5 vytvořená jako šikmá, nebo lomená.

Na obr. 6 je znázorněn podélný řez šestou příkladnou variantou provedení zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 je konstrukčně shodná se zvlákňovací elektrodou 1 znázorněnou na obr. 3a, s tím rozdílem, že část vnějšího povrchu přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, ve znázorněné variantě provedení pod rozšířením jeho stěny, resp. část odváděči plochy 6, je překrytá trubkovým krytem 7, který brání nežádoucímu zvlákňování roztoku nebo

-6CZ 306772 B6 taveniny polymeru z tohoto místa povrchu zvlákňovací elektrody J. Tento trubkový kryt 7 je s výhodou vytvořen z elektricky nevodivého materiálu, např. plastu. Mezi krytem 7 a vnějším povrchem přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru je přitom vytvořena dostatečná mezera 72 pro bezproblémový odvod nezvlákněného roztoku nebo taveniny polymeru.

Stejný nebo podobný trubkový kryt 7 lze v případě potřeby použít i u kterékoliv z výše i níže popsaných variant zvlákňovací elektrody 1.

Na obr. 7 je znázorněn podélný řez pátou příkladnou variantou provedení zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 je tvořena složením těles dvou zvlákňovacích elektrod založených na principu vynálezu, přičemž vychází ze zvlákňovací elektrody 1 znázorněné na obr. 4, která tvoří její základní těleso, které je doplněné tělesem druhé zvlákňovací elektrody 11 obdobné konstrukce, které je ve znázorněné variantě provedení uložené částí svého přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru v dutině přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru základního tělesa zvlákňovací elektrody 1 dle obr. 4. Druhá zvlákňovací elektroda 11 přitom obsahuje přívod 22 roztoku nebo taveniny polymeru tvořený dutou trubičkou, jehož stěna se na jeho konci nad transportní plochou 5 základního tělesa zvlákňovací elektrody 1 skokově rozšiřuje směrem vně a vytváří diskové těleso 8, přičemž přívod 22 roztoku nebo taveniny polymeru je vyústěn na jeho vnějším povrchu. Na ústí 202 tohoto přívodu 22 pak na tomto povrchu navazuje transportní plocha 55 ve tvaru mezikruží, která je zaoblená směrem dolů pod toto ústí 202, na kterou pak plynule navazuje stejně orientovaná zabolená zvlákňovací plocha 44 ve tvaru mezikruží, jejíž poloměr Rzz zaoblení je ve znázorněné variantě provedení menší než poloměr Rtt zaoblení transportní plochy 55, a která je uspořádaná v místě největšího vnějšího průměru diskového tělesa 8. Mezi vnitřním povrchem přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru základního tělesa zvlákňovací elektrody 1 a vnějším povrchem v něm uloženého přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru druhé zvlákňovací elektrody 11 je přitom vytvořena dostatečná mezera 222, která umožňuje bezproblémový přívod roztoku nebo taveniny polymeru na transportní plochu 5 základního tělesa zvlákňovací elektrody J_.

Při použití této zvlákňovací elektrody j_ se každým z přívodů 2, 22 roztoku nebo taveniny polymeru přivádí přes příslušnou transportní plochu 5, 55 na příslušnou zvlákňovací plochu 4, 44 roztok nebo tavenina polymeru, který/která se z této zvlákňovací plochy 4, 44 zvlákňuje. Přitom je možné kombinovat dva různé roztoky nebo taveniny (případně roztok a taveninu) polymeru a vytvářet tak směs nanovláken dvou typů, které se navzájem liší materiálem a/nebo průměrem a/nebo případným obsahem aktivní látky/látek v materiálu vláken a/nebo jiným parametrem, nebo zvýšit produkci jednoho typu nanovláken. Složení takto vytvářené směsi nanovláken přitom lze v případě potřeby ovlivnit např. omezením nebo uzavřením přívodu jednoho z roztoků/tavenin polymerů, a/nebo zvýšením přívodu druhého/druhé z nich. V případě, že roztok nebo tavenina polymeru přetéká ze zvlákňovací plochy 44 druhé zvlákňovací elektrody 11 na transportní plochu 5 nebo výhodněji na zvlákňovací plochu 4 základního tělesa zvlákňovací elektrody 1, je možné z překrývajících se vrstev dvou různých roztoků nebo taveniny polymerů na zvlákňovací ploše 4 zvlákňovací elektrody 1 zvlákňovat bikomponentní nanovlákna obsahující oba polymery. Při vhodném nastavení elektrického pole a podmínek zvlákňování, je přitom možné dosáhnout toho, že zvlákňovaná bikomponentní nanovlákna budou nanovlákna typu jádro-plášť, jejichž plášť bude tvořen polymerem, jehož roztok nebo tavenina polymeru se přivádí přívodem 22 druhé zvlákňovací elektrody 11.

V neznázoměných variantách provedení zvlákňovací elektrody 1 tohoto typu může být jako její základní těleso 1 využitá kterákoliv z výše pospaných variant zvlákňovací elektrody 1,. Druhá zvlákňovací elektroda 11 pak může např. obsahovat vodorovnou nebo šikmou nebo lomenou transportní plochu 55, případně zaoblenou, šikmou nebo lomenou transportní plochu 55 orientovanou směrem nad ústí 202 přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru.

Ve variantě provedení znázorněné na obr. 7 je poloměr zaoblení Rzz zvlákňovací plochy 44 druhé zvlákňovací elektrody 11 menší než poloměr zaoblení R₇ zvlákňovací plochy 4 základního tělesa

-7CZ 306772 B6 zvlákňovací elektrody 1. V dalších, neznázoměných variantách to však může být naopak, případně mohou být oba poloměry Rz, Rzz zaoblení stejné.

Na obr. 8 je pak znázorněn podélný řez šestou příkladnou variantou zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Také tato zvlákňovací elektroda 1 je vytvořená složením těles dvou zvlákňovacích elektrod založených na principu vynálezu, přičemž vychází ze zvlákňovací elektrody 1 znázorněné na obr. 4, která tvoří základní těleso této zvlákňovací elektrody 1, a která je doplněná druhou zvlákňovací elektrodou 11 obdobné konstrukce uspořádanou kolem jejího trubkového krytu 7. Druhá zvlákňovací elektroda 11 přitom obsahuje přívod 22 roztoku nebo taveniny polymeru tvořené dutou trubičkou, jehož stěna, a ve znázorněné variantě provedení i jeho vnitřní dutina (což však není podmínkou), se směrem kjeho konci rozšiřují. Mezi vnějším povrchem trubkového krytu 7 základního tělesa zvlákňovací elektrody a vnitřním povrchem přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru druhé zvlákňovací elektrody 11 je přitom vytvořena dostatečná mezera 222 pro bezproblémový přívod roztoku nebo taveniny polymeru. Na ústí 202 přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru druhé zvlákňovací elektrody navazuje šikmá, dolu orientovaná transportní plocha 55 ve tvaru mezikruží. Na tuto transportní plochu 55 pak plynule navazuje směrem dolu zabolená zvlákňovací plocha 44, přičemž poloměr Rzz jejího zaoblení je menší než poloměr Rz zaoblení zvlákňovací plochy 4 základního tělesa zvlákňovací elektrody 1, přičemž tato zvlákňovací plocha 44 je uspořádaná v místě největšího vnějšího průměru přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru druhé zvlákňovací elektrody 11. Na tuto zvlákňovací plochu 44 pak plynule navazuje odváděči plocha 66, která slouží primárně pro odvod nezvlákněného přebytku roztoku nebo taveniny polymeru ze zvlákňovací plochy 44. Tato odváděči plocha 66 je ve znázorněné variantě provedení tvořená vnějším povrchem přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru druhé zvlákňovací elektrody 11, přičemž je díky jeho rozšíření lomená. Její podstatná část je uspořádána v elektrickém „stínu“ s nízkou intenzitou elektrického pole, pod rozšířením stěny přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeru. Část vnějšího povrchu jejího přívodu 22 roztoku nebo taveniny polymeruje přitom s výhodou překrytá neznázoměným trubkovým krytem.

Při použití této zvlákňovací elektrody 1 se každým z přívodů 2, 22 roztoku nebo taveniny polymeru přivádí přes příslušnou transportní plochu 5, 55 na příslušnou zvlákňovací plochu 4, 44 roztok nebo tavenina polymeru, který/která se z této zvlákňovací plochy 4, 44 zvlákňuje. Přitom je možné kombinovat dva různé roztoky nebo taveniny (případně roztok a taveninu) polymeru a vytvářet tak směs nanovláken dvou typů, které se navzájem liší materiálem a/nebo průměrem a/nebo případným obsahem aktivní látky/látek v materiálu vláken a/nebo jiným parametrem. Složení takto vytvářené směsi nanovláken přitom lze v případě potřeby ovlivnit např. omezením nebo uzavřením přívodu jednoho z roztoků/tavenin polymerů, a/nebo zvýšením přívodu druhého/druhé z nich. V jiné variantě provedení je možné oběma přívody 2, 22 roztoku nebo taveniny polymeru přivádět stejný roztok nebo taveninu polymeru, a konstrukci zvlákňovací elektrody 1 se dvěma oddělenými zvlákňovacími plochami 4, 44 použít pro vytvoření většího množství nanovláken ze stejného materiálu.

V neznázoměných variantách provedení zvlákňovací elektrody 1 tohoto typu může být jako její základní těleso 1 využitá kterákoliv z výše, případně í níže popsaných variant zvlákňovací elektrody 1. Druhá zvlákňovací elektroda pak může např. obsahovat vodorovnou, šikmou nebo lomenou transportní plochu 55, případně šikmou nebo lomenou, nahoru orientovanou transportní plochu 55.

Ve variantě provedení znázorněné na obr. 6 je poloměr zaoblení Rzz zvlákňovací plochy 44 druhé zvlákňovací elektrody 11 menší než poloměr zaoblení Rz zvlákňovací plochy 4 základního tělesa zvlákňovací elektrody 1. V dalších, neznázoměných variantách to však může být naopak, případně mohou být oba poloměry Rz, Rzz zaoblení stejné.

Na obr. 9 je znázorněn příčný řez sedmou příkladnou variantou zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 vychází ze zvlákňovací elektrody 1 znázorněné na obr. 3a (avšak v dalších neznázoměných variantách provedení může vycházet z libovolného z výše po

-8CZ 306772 B6 psaných typů zvlákňovací elektrody 1), přičemž na její odváděči plochu 6 plynule navazuje druhá transportní plocha 52 - ve znázorněné variantě šikmá, dolů orientovaná transportní plocha 52 ve tvaru mezikruží vytvořená na rozšíření stěny přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru vně. Na druhou transportní plochu 52 pak plynule navazuje druhá zaoblená zvlákňovací plocha 42, která je uspořádaná na větším vnějším průměru než zvlákňovací plocha 4 na rozšířeném čele zvlákňovací elektrody 1, avšak s menším poloměrem zaoblení R_z. Na druhou zvlákňovací plochu pak plynule navazuje druhá odváděči plocha 62, která slouží primárně pro odvod nezvlákněného přebytku roztoku nebo taveniny polymeru z druhé zvlákňovací plochy 42. Tato druhá odváděči plocha 62 je ve znázorněné variantě provedení tvořená vnějším povrchem přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž je díky jeho rozšíření lomená. Její podstatná část je díky tomu uspořádána v elektrickém „stínu“ s nízkou intenzitou elektrického pole, v místě menšího vnějšího průměru přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru než druhá zvlákňovací plocha 42. Na druhou odváděči plochu 62 plynule navazuje třetí transportní plocha 53 - ve znázorněné variantě šikmá, dolů orientovaná transportní plocha 53 ve tvaru mezikruží vytvořená na rozšíření stěny přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru vně. Na třetí transportní plochu 53 plynule navazuje třetí zaoblená zvlákňovací plocha 43, která je uspořádaná na větším vnějším průměru než druhá zvlákňovací plocha 42 a je vytvořená s menším poloměrem zaoblení R_z. Na třetí zvlákňovací plochu pak plynule navazuje třetí odváděči plocha 63, která slouží primárně pro odvod nezvlákněného přebytku roztoku nebo taveniny polymeru z třetí zvlákňovací plochy 43. Tato třetí odváděči plocha 63 je ve znázorněné variantě provedení tvořená vnějším povrchem přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž je díky jeho rozšíření lomená a její podstatná část je tak uspořádaná v elektrickém „stínu“ s nízkou intenzitou elektrického pole, pod tímto rozšířením.

Tato zvlákňovací elektroda 1 tak obsahuje tři soustředně uspořádané zvlákňovací plochy 4, 42, 43, což umožňuje podstatně zvýšit množství vytvářených nanovláken, přičemž díky snižujícímu se poloměru R_z zaoblení těchto zvlákňovacích ploch 4, 42, 43 lze dosáhnout podobné nebo stejné intenzity elektrického pole v blízkosti každé z nich a díky tomu i velmi malého rozptylu průměrů vytvářených nanovláken.

Obdobným způsobem může být vytvořena zvlákňovací elektroda 1, která bude obsahovat dvě soustředně uspořádané zvlákňovací plochy 4, 42, 43, případně čtyři nebo více soustředně uspořádaných zvlákňovacích ploch 4, 42, 43. Každá z transportních ploch 5, 52, 53 přitom může být vytvořená jako vodorovná nebo šikmá, zaoblená nebo lomená plocha orientovaná nahoru nebo dolů.

V neznázoměné variantě provedení je přívod 2 roztoku neb taveniny polymeru vyústěn alespoň jedním otvorem v blízkosti každé z transportních ploch 52, 53, případně přímo na některé z nich.

Na obr. 10 je znázorněn průřez osmou příkladnou variantou zvlákňovací elektrody 1 podle vynálezu. Tato zvlákňovací elektroda 1 obsahuje přívod 2 roztoku nebo taveniny polymeru tvořený dutou trubičkou, jehož stěna se směrem k jeho konci postupně rozšiřuje směrem vně a následně zase zužuje, přičemž na vnějším povrchu tohoto přívodu 2 tvoří složenou zvlákňovací plochu 4 tvořenou čtyřmi směrem od ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru na sebe plynule navazujícími dílčími zaoblenými zvlákňovacími plochami 4¹ až 4⁴, jejichž poloměry RZD) až RZD4 zaoblení se směrem od ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru postupně zmenšují, avšak současně se plynule zvětšuje jejich vnější průměr. Na poslední dílčí zaoblenou zvlákňovací plochu 4⁴ pak plynule navazuje lomená odváděči plocha 6. Tvarování zvlákňovací plochy 4 tvořené alespoň dvěma na sebe navazujícími dílčími zaoblenými zvlákňovacími plochami 4¹ a 4², jejichž poloměry RZD1 až R_ZD4 zaoblení se směrem od ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru postupně zmenšují, avšak současně se plynule zvětšuje jejich vnější průměr, zajišťuje, že na celém povrchu této zvlákňovací plochy 4 bude mít elektrické pole konstantní nebo v podstatě konstantní intenzitu dostatečně vysokou pro iniciaci elektrického zvlákňování daného roztoku nebo taveniny polymeru. Roztok nebo tavenina polymeru se přitom působením gravitace rozlévá po celé takto tvarované zvlákňovací ploše 4 přičemž postupně dochází k iniciaci elektrického zvlákňování na celé této zvlákňovací ploše 4, nebo její podstatné části. Díky konstantní

-9CZ 306772 B6 nebo v podstatě konstantní intenzitě elektrického pole pak mají vytvářená nanovlákna stejné nebo velmi podobné parametry, zejména průměr.

Takto řešená zvlákňovací plocha 4 může být tvořena minimálně dvěma od ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru na sebe plynule navazujícími dílčími zaoblenými zvlákňovacími plochami 4¹, 4/, jejichž poloměry R_ZDi a R_zn7 zaoblení se směrem od ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru postupně zmenšují.

V jiné variantě provedení je zvlákňovací plocha 4, která navazuje na ústí 2 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, tvořená vhodnou tvořící „splíne“ křivkou (tj. křivkou, která odpovídá polynomické funkci definované po intervalech), která díky průběžné změně poloměru zajišťuje stejnou nebo srovnatelnou intenzitu elektrického pole podél celého povrchu zvlákňované plochy

4.

Zvlákňovací elektroda 1 podle vynálezu může být ve všech výše popsaných variantách provedení vytvořená jak z elektricko vodivého, tak i elektricky nevodivého materiálu, přičemž ve druhém případě se při zvlákňování elektrické napětí přivádí přímo na roztok nebo taveninu polymeru pro zvlákňování a elektrické pole se vytváří mezi ním/ní a okolními ionty, resp. mezi ním/ní a alespoň jednou sběrnou elektrodou uspořádanou nad zvlákňovací elektrodou J_. Ve všech výše popsaných variantách se díky tvaru zvlákňovací elektrody 1 roztok nebo tavenina polymeru pohybuje po jejím čela a povrchu působením gravitace, takže nedochází k nežádoucímu ulpívání nezvlákněného roztoku nebo taveniny polymeru nebo při předchozí zvlákňování vytvořených nanovláken na zvlákňovací ploše 4 a v důsledku toho k postupnému útlumu zvlákňování.

Ve všech výše popsaných variantách provedení má zvlákňovací elektroda 1 a všechny její součásti kruhový příčný průřez. Kromě toho však může být v dalších variantách její příčný průřez libovolný jiný, např. oválný, troj nebo víceúhleníkový, pravidelný nebo nepravidelný. Ve specifické variantě může být její příčný průřez obdélníkový, přičemž ústí 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeruje tvořeno obdélníkovou štěrbinou (s výhodou se zaoblenými rohy), nebo skupinou vedle sebe uspořádaných ústí 20 libovolného tvaru.

Ve všech výše popsaných variantách zvlákňovací elektrody 1 může být vnitřní hrana na přechodu mezi ústím 20 přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru a transportní plochou 5 nebo zvlákňovací plochou 4 vytvořená jako šikmá nebo zaoblená.

Zvlákňovací elektroda 1 podle vynálezu je určena pro elektrické, neboli střídavé elektrické zvlákňování, při kterém slouží jako protielektroda, tzv. „virtuální kolektor“, tvořený proti-ionty a opačně nabitými nanovlákennými úseky emitovanými při předchozím střídavém elektrickém zvlákňování. Tento virtuální kolektor přitom kopíruje povrch zvlákňovací elektrody tj. obklopuje zvlákňovací elektrodu 1, resp. její zvlákňovací plochu/plochy 4, 44, 444 v charakteristické vzdálenosti několika jednotek centimetrů, a tím výrazně přispívá k vysoké a rovnoměrně rozložené intenzitě elektrického pole. Výsledná rovnoměrnost je však dána především tvarem zvlákňovací plochy/ploch 4, 44, 444 zvlákňovací elektrody 1. Nově vytvořená nanovlákna částečně rekombinují s těmi, která jsou již vytvořena v oblasti virtuální proti-elektrody. Tento proces se vzhledem k povaze aplikovaného střídavého vysokého napětí neustále opakuje. Opačně nabité nanovlákenné svazky z emisí s obrácenou polaritou jdoucích bezprostředně za sebou se vzájemně přitahují a tvoří útvar - nanovlákennou vlečku. Tato vlečka obsahuje elektricky rekombinované prameny nanovláken, které jsou vytvářeny zvlákňovací elektrodou, a pohybuje se směrem od zvlákňovací elektrody, podél její osy. Tento její pohyb vzniká v důsledku účinku tzv. „elektrického větru“ vytvořeného zvlákňovací elektrodou. Ve vzdálenosti kolem 5 cm (v závislosti na podmínkách zvlákňování) od povrchu zvlákňovací elektrody 1 je nanovlákenná hmota uvnitř vlečky vnitřně nehybná a v této oblasti již nedochází k přeskupování nanovláken.

Zařízení pro výrobu polymemích nanovláken elektrickým zvlákňován ve smyslu CZ 304137 pak obsahuje alespoň jednu zvlákňovací elektrodu 1 libovolné výše popsané konstrukce, jejíž přívod

- 10CZ 306772 B6 roztoku nebo taveniny polymeru je propojený se zdrojem roztoku nebo taveniny polymeru. Zvlákňovací elektroda 1 a/nebo roztok nebo tavenina polymeruje pak propojená nebo propojitelná se zdrojem střídavého elektrického proudu. Ve výhodné variantě provedení je pak do prostoru nad zvlákňovací elektrodou 1 vyústěn generátor nebo jiný zdroj iontů vzduchu nebo jiného plynu. Kromě toho je výhodné, nikoliv však nutné, pokud je v prostoru nad zvlákňovací elektrodou 1 uložen pevný nebo statický kolektor (elektricky aktivní nebo neaktivní) pro zachycení vytvářených nanovláken, případně odtah vytvářených nanovláken proudem vzduchu nebo plynu.

Při výhodném způsobu výroby polymemích nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru při použití zvlákňovací elektrody podle vynálezu se přívodem 2 roztoku nebo taveniny polymeru prostřednictvím neznázoměného čerpadla přivádí na zvlákňovací plochu/plochy 4, 44, 444 zvlákňovací elektrody 1 větší množství roztoku nebo taveniny polymeru, než které je schopno se za daných podmínek přetvořit na nanovlákna. Nezvlákněný přebytek roztoku nebo taveniny polymeru přitom účinkem gravitace přetéká přes zvlákňovací plochu/plochy 4, 44, 444 a je odváděn, přes odváděči plochu 6, do neznázoměné sběrné nádoby nebo do odpadu. Ze sběrné nádoby přitom může být tento roztok nebo tavenina polymeru odveden/odvedena znovu do přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru, případně do zásobníku roztoku nebo taveniny polymeru s čerstvým roztokem nebo taveninou, a odtud do přívodu 2 roztoku nebo taveniny polymeru. V případě potřeby je možné roztok nebo taveninu polymeru před dalším přivedením do přívodu 2 recyklovat, např. doplněním rozpouštědla, nebo dodatečným ohřevem, apod.

Přebytek roztoku nebo taveniny polymeru přiváděný na zvlákňovací plochu/plochy 4, 44, 444 zvlákňovací elektrody 1 umožňuje v kombinaci s rovnoměrným rozložením elektrického pole podél této zvlákňovací plochy/ploch 4, 44, 444 vytvářet charakterově identická nanovlákna na celé zvlákňovaní ploše, resp. všech zvlákňovacích plochách 4, 44, 444, a tím podstatným způsobem zvýšit dosahovaný zvlákňovací výkon. Zvlákňovací plocha/plochy 4, 44, 444 zvlákňovací elektrody 1 jsou při tomto postupu současně neustále omývány nezvlákněným přebytkem roztoku nebo taveniny polymeru, díky čemuž na ní/nich nedochází k nežádoucímu ulpívání zatuhlého roztoku a nalétávajících nanovláken, nebo taveniny, přičemž tento samočisticí efekt zajišťuje, že zvlákňování může probíhat se stejnou nebo v podstatě nezměněnou intenzitou po v podstatě neomezenou dobu.

Při použití zvlákňovací elektrody 1 znázorněné na obr. 7 je pak výhodné, pokud se roztok nebo tavenina polymeru, který/která se přivádí na zvlákňovací plochu 44 druhé zvlákňovací elektrody 11 z této zvlákňovací plochy nezvlákňuje, ale přetéká přes tuto plochu na transportní plochu 5 nebo výhodněji na zvlákňovací plochu 4 základního tělesa zvlákňovací elektrody 1, přičemž se z této zvlákňovací plochy 4 zvlákňují nanovlákna typu jádro plášť, jejich plášť je tvořen polymerem, jehož roztok nebo tavenina se přivádí přes zvlákňovací plochu 44 druhé zvlákňovací elektrody, a vytváří na zvlákňovací ploše 4 dvojitou vrstvu polymemích roztoků. V důsledku toho dochází v těchto místech k tvorbě bikomponentních nanovláken typu jádro-plášť. Jejich obal přitom sestává z vrchního polymeru a jádru je tvořeno polymerem spodním, který je do polymerní trysky vtahován v důsledku přirozené hydrodynamiky procesu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zvlákňovací elektroda (1) pro výrobu polymemích nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, obsahující přívod (2) roztoku nebo taveniny polymeru, který je vyústěn na jejím čele (3), vyznačující se tím, že kolem alespoň části ústí (20) přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeruje na čele zvlákňovací elektrody vytvořena zvlákňovací plocha (4) zaoblená směrem dolů, pod ústí (20), přičemž na tuto zvlákňovací plochu (4) plynule

- 11 CZ 306772 B6 navazuje dolu orientovaná odváděči plocha (6) vytvořená na vnějším povrchu přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru.
2. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že stěna přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru se směrem k ústí (20) tohoto přívodu (2) rozšiřuje směrem vně, přičemž kolem alespoň části ústí (20) je na rozšíření stěny zvlákňovací elektrody (1) vytvořená zvlákňovací plocha (4) zaoblená směrem dolů, pod ústí (20), přičemž na tuto zvlákňovací plochu (4) plynule navazuje dolu orientovaná odváděči plocha (6) vytvořená na vnějším povrchu přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru.
3. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mezi ústím (20) přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru a zvlákňovací plochou (4) je vytvořena rovinná, šikmá, zaoblená nebo lomená transportní plocha (5) orientovaná směrem nad nebo pod ústí (20), na kterou zvlákňovací plocha (4) plynule navazuje.
4. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň část přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru pod zvlákňovací plochou (4) je po celém svém obvodu překrytá krytem (7), přičemž mezi vnějším povrchem přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru a vnitřním povrchem tohoto krytu (7) je vytvořena mezera (72) pro odvod roztoku nebo taveniny polymeru.
5. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dva vzájemně oddělené přívody (2, 22) roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž kolem alespoň části ústí (20, 202) každého z nich je uspořádaná samostatná zvlákňovací plocha (4, 44) zaoblená směrem dolů, pod toto ústí (20, 202).
6. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 5, vyznačující se tím, že samostatné zvlákňovací plochy (4, 44) jsou uspořádané pod sebou.
7. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 5, vyznačující se tím, že samostatné zvlákňovací plochy (4, 44) jsou souosé.
8. Zvlákňovací elektroda podle nároku 2, vyznačující se tím, že na odváděči plochu (6) na vnějším povrchu přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru plynule navazuje druhá transportní plocha (52), na kterou dále plynule navazuje druhá zaoblená zvlákňovací plocha (42), která je uspořádaná na větším vnějším průměru než zvlákňovací plocha (4) upořádaná alespoň po části obvodu ústí (20) přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru, a je vytvořená s menším poloměrem zaoblení (R_z), než tato zvlákňovací plocha (4), přičemž na druhou zvlákňovací plochu (42) plynule navazuje druhá odváděči plocha (62).
9. Zvlákňovací elektroda podle nároku 2, vyznačující se tím, že zvlákňovací plocha (4) na rozšíření stěny přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru přímo navazuje na ústí (20) přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru, přičemž je tvořená alespoň dvěma směrem od ústí (20) přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru na sebe plynule navazujícími dílčími zaoblenými zvlákňovacími plochami, jejichž poloměry zaoblení (4¹, 4²) se směrem od ústí (20) přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru postupně zmenšují.
10. Zvlákňovací elektroda podle nároku 9, vyznačující se tím, že tvořící křivka zvlákňovací plochy (4) je tvořena splíne křivkou, tj. křivkou, která odpovídá polynomické funkci definované po intervalech.
11. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 2 nebo 9, vyznačující se tím, že rozšíření stěny přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru je integrální součástí přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru.

- 12CZ 306772 B6
12. Zvlákňovací elektroda (1) podle nároku 2 nebo 9, vyznačující se tím, že rozšíření stěny přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru je tvořeno samostatným tělesem uloženým na nebo spojeným s přívodem (2) roztoku nebo taveniny polymeru.
13. Zvlákňovací elektroda (1) podle libovolného z nároků 2,9,11,12, vyznačující se tím, že rozšíření stěny přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru má na alespoň části své výšky konstantní vnější průměr.
14. Zvlákňovací elektroda (1) podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je vytvořena z elektricky vodivého materiálu.
15. Zvlákňovací elektroda (1) podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je vytvořena z elektricky nevodivého materiálu.
16. Zařízení pro výrobu nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, vyznačující se tím, že je osazeno alespoň jednou zvlákňovací elektrodou (1) podle libovolného z nároků 1 až 15, přičemž přívod (2, 22) roztoku nebo taveniny polymeru této zvlákňovací elektrody (1) je propojený se zdrojem roztoku nebo taveniny polymeru, a zvlákňovací elektroda (1) a/nebo zdroj roztoku nebo taveniny polymeru a/nebo vedení roztoku nebo taveniny polymeru mezi nimi je propojené nebo opatřené prostředky k propojení se zdrojem střídavého elektrického proudu.
17. Způsob výroby nanovláken elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, při kterém se roztok nebo tavenina polymeru přivádí přívodem (2) roztoku nebo taveniny polymeru vyústěném na čele zvlákňovací elektrody na čelo zvlákňovací elektrody (1), přičemž se na zvlákňovací elektrodu (1) a/nebo do roztoku nebo taveniny polymeru přivádí střídavé elektrické napětí, vyznačující se tím, že roztok nebo tavenina polymeru se působením gravitace roztěká po čele zvlákňovací elektrody (1) a zvlákňuje se ze zvlákňovací plochy (4) uspořádané kolem alespoň části ústí (20) roztoku nebo taveniny polymeru, která je zaoblená směrem dolů, pod toto ústí (20), přičemž se na tuto zvlákňovací plochu přivádí nadbytek roztoku nebo taveniny polymeru, a nezvlákněný roztok nebo tavenina polymeru omývá zvlákňovací plochu (4) zvlákňovací elektrody, načež z ní působením gravitace stéká na navazující odváděči plochu (6) na vnějším povrchu přívodu (2) roztoku nebo taveniny polymeru, aniž by na této odváděči ploše (6) docházelo k dalšími zvlákňování.
18. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že roztok nebo tavenina polymeru se z odváděči plochy (6) působením gravitace vede na zaoblenou, šikmou, vodorovnou nebo lomenou druhou transportní plochu (55) a z ní pak na druhou zvlákňovací plochu (44), která je zaoblená a orientovaná směrem dolů.
19. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že během zvlákňování roztoku nebo taveniny polymeru ze zvlákňovací plochy (4) zvlákňovací elektrody (1) se na tuto zvlákňovací plochu (4) přivádí z druhé zvlákňovací plochy (44) uspořádané nad ní jiný roztok nebo tavenina polymeru, v důsledku čehož se vytváří bikomponentní nanovlákna.
20. Způsob podle nároku 17, vyznačující se tím, že na dvě vzájemně oddělené, zaoblené, dolů orientované zvlákňovací plochy (4, 44) zvlákňovací elektrody (1) se ze dvou oddělených přívodů (2, 22) roztoku nebo taveniny polymeru přivádí stejný nebo odlišný roztok nebo tavenina polymeru, který/která se na každé ze zvlákňovacích ploch (4, 44) zvlákňuje, v důsledku čehož se při použití odlišných roztoků nebo tavenin polymeru vytváří směs nanovláken dvou typů, které se navzájem liší materiálem a/nebo průměrem a/nebo případným obsahem aktivní látky/látek v materiálu vláken a/nebo jiným parametrem.