DE102010012843A1

DE102010012843A1 - Device for carrying out of electrospinning process, comprises container, in which fluid is received, and stripper roller, which is rotatable and transports fluid

Info

Publication number: DE102010012843A1
Application number: DE201010012843
Authority: DE
Inventors: Benno Schmied; Wiebke Voigt; Dr. Voda Alexandra
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-09-29

Abstract

The device comprises a container (1), in which a fluid (2) is received, and a stripper roller (3). The stripper roller is rotatable. The stripper roller transports the fluid. The stripper roller faces an electrode (3a). The electric voltage passes between the stripper roller and the electrode. The stripper roller is spaced from the container. The container is closed and is provided with lines (4), which supply the fluid to the stripper roller. An independent claim is also included for an electrospinning method involves rotating a stripper roller.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Elektrospinnverfahrens, umfassend ein Behältnis, in welchem eine Flüssigkeit aufgenommen ist, und eine Abstreifwalze, wobei die Abstreifwalze rotierbar ist, wobei die Abstreifwalze die Flüssigkeit transportiert, wobei die Abstreifwalze einer Elektrode gegenüberliegt und wobei zwischen der Abstreifwalze und der Elektrode eine elektrische Spannung besteht.The invention relates to an apparatus for performing an electrospinning process, comprising a container in which a liquid is received, and a stripping roller, wherein the stripping roller is rotatable, wherein the stripping roller transports the liquid, wherein the stripping roller of an electrode and between the stripping and the electrode is an electrical voltage.

Stand der TechnikState of the art

Elektrospinnverfahren sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Durch diese Verfahren werden aus Flüssigkeiten, die Polymere enthalten, Fasern gesponnen.Electrospinning processes are already known from the prior art. These processes spun fibers from liquids containing polymers.

Derzeit wenden bei Elektrospinnverfahren offene Spinnbäder in Schalenform verwendet, die ein Eintauchen einer rotierenden Walzenelektrode in eine Flüssigkeit erlauben.Currently, in electrospinning processes, use is made of open shell-type spinning baths which permit immersion of a rotating roll electrode in a liquid.

Die in den Spinnbädern aufgenommenen Flüssigkeiten bilden allerdings eine Verdampfungsoberfläche aus, so dass sich ein Teil des in den Flüssigkeiten befindlichen Lösungsmittels im Laufe der Zeit verflüchtigt.However, the liquids taken up in the spinning baths form an evaporation surface, so that a part of the solvent contained in the liquids evaporates over time.

Hierbei ändert sich zeitlich die Konzentration der Flüssigkeiten während der Durchführung eines Elektrospinnverfahrens. Dies kann zu ungleichmäßig aufgebauten Fasern führen.In this case, the concentration of the liquids changes during the execution of an electrospinning process. This can lead to unevenly constructed fibers.

Des Weiteren wird durch die Verwendung offener Spinnbäder die Gefahr einer Explosion erhöht.Furthermore, the use of open spinning baths increases the risk of explosion.

Schließlich kann Personal, welches die Elektrospinnverfahren durchführt, durch verdampfendes Lösungsmittel gesundheitlich beeinträchtigt werden.Finally, personnel performing the electrospinning processes may be adversely affected by vaporizing solvent.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines Elektrospinnverfahrens anzugeben, durch welches gleichmäßig aufgebaute Fasern erzeugbar sind.The invention is therefore based on the object of specifying a device for carrying out an electrospinning process by which fibers of uniform construction can be produced.

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The present invention achieves the aforementioned object by a device having the features of patent claim 1.

Danach ist die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifwalze vom Behältnis beabstandet ist, wobei das Behältnis geschlossen und mit Leitungen versehen ist, welche der Abstreifwalze die Flüssigkeit zuführen.Thereafter, the device mentioned above is characterized in that the stripping roller is spaced from the container, wherein the container is closed and provided with lines which supply the stripping roller, the liquid.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass ein geschlossenes Behältnis das Verdunsten von Lösungsmitteln reduziert und die Konzentration der Flüssigkeit im Wesentlichen konstant hält. Dann ist erkannt worden, dass Leitungen erlauben, einer vom Behältnis beabstandeten Abstreifwalze Flüssigkeit sicher dosiert, vorzugsweise in Tropfenform, zuzuführen. Ein solches Behältnis kann als modulares Austauschteil in Prozessen eingesetzt werden. Überraschend ist erkannt worden, dass hierdurch Fasern eines gleichmäßigen Aufbaus erzeugbar sind. Schließlich ist erkannt worden, dass die Gefahr einer Explosion reduziert werden kann. Insoweit ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Elektrospinnverfahrens angegeben, durch welches gleichmäßig aufgebaute Fasern erzeugbar sind.According to the invention, it has first been recognized that a closed container reduces the evaporation of solvents and keeps the concentration of the liquid substantially constant. It has then been recognized that conduits allow liquid to be metered, preferably in droplet form, safely into a wiping roller spaced from the container. Such a container can be used as a modular replacement part in processes. Surprisingly, it has been recognized that in this way fibers of a uniform structure can be produced. Finally, it has been recognized that the risk of explosion can be reduced. In that regard, an apparatus for carrying out an electrospinning process is specified, by which uniformly constructed fibers can be produced.

Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.Consequently, the object mentioned above is achieved.

Die Leitungen könnten als Röhren ausgebildet sein, die in die Flüssigkeit hineinragen. Hierdurch kann die Flüssigkeit durch die Röhren zur Abstreifwalze gedrückt werden. Die Abstreifwalze kann dann die Flüssigkeit in Form von Tropfen am oberen Ende der Röhren aufgreifen und transportieren.The lines could be formed as tubes, which protrude into the liquid. This allows the liquid to be pushed through the tubes to the stripper roller. The stripping roller can then pick up and transport the liquid in the form of drops at the top of the tubes.

Die Leitungen könnten als Schlitzdüse oder als Schlitzdüsen ausgebildet sein. Hierdurch ist Flüssigkeit in Form eines Films auf die Abstreifwalze übertragbar.The lines could be formed as a slot or slot nozzles. As a result, liquid in the form of a film can be transferred to the stripping roller.

Die Leitungen könnten aus Kunststoff gefertigt sein. Hierdurch kann ein Kurzschluss über die Leitungen verhindert werden. Des Weiteren sind die Leitungen hinreichend flexibel und biegbar ausgestaltet.The lines could be made of plastic. As a result, a short circuit on the lines can be prevented. Furthermore, the lines are designed sufficiently flexible and flexible.

Vor diesem Hintergrund ist auch denkbar, dass die Leitungen aus Keramik oder Glas gefertigt sind. Diese Materialien sind resistent gegen alle organischen Lösungsmittel. Überraschend sind auch diese Materialien ausreichend nachgiebig, wenn die Abstreifwalze an diesen entlangstreift.Against this background, it is also conceivable that the cables are made of ceramic or glass. These materials are resistant to all organic solvents. Surprisingly, these materials are sufficiently yielding when the stripper brushes along this.

Die Leitungen könnten aus Metall, insbesondere aus Stahl, gefertigt sein. Metalle sind duktil und leicht verbiegbar und können daher an bauliche Situationen leicht angepasst werden.The lines could be made of metal, especially steel. Metals are ductile and easily bendable and can therefore easily be adapted to structural situations.

Das Innere des Behältnisses könnte druckbeaufschlagt sein. Hierdurch kann die Flüssigkeit durch die Leitungen gepresst werden und in Form von Tropfen am Ende der Leitungen bereitstehen.The interior of the container could be pressurized. As a result, the liquid can be pressed through the lines and be available in the form of drops at the end of the lines.

Ein Elektrospinnverfahren, bei welchem eine Vorrichtung der hier beschriebenen Art verwendet wird, könnte die folgenden Schritte umfassen:
Führen einer Flüssigkeit als Spinnsubstrat aus einem geschlossenen Behältnis zu einer Abstreifwalze,
Rotieren der Abstreifwalze,
Mitnehmen der Flüssigkeit durch die Abstreifwalze,
Aufbauen einer elektrischen Spannung zwischen der Abstreifwalze und einer Elektrode, und
Verspinnen der Flüssigkeit zu einer Faser.An electrospinning process using a device of the type described herein could involve the following steps:
Guiding a liquid as a spinning substrate from a closed container to a stripper roller,
Rotating the stripper roller,
Taking the liquid through the stripper roller,
Establishing an electrical voltage between the stripping roller and an electrode, and
Spinning the liquid to a fiber.

Die Fasern können vorzugsweise auf der Elektrode selbst abgelegt werden.The fibers can preferably be deposited on the electrode itself.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiter zu bilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung zu verweisen.There are now various possibilities for embodying and further developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to the subordinate claims, on the other hand, to refer to the following explanation of a preferred embodiment of the device according to the invention with reference to the drawing.

In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.In conjunction with the explanation of the preferred embodiment with reference to the drawing, generally preferred embodiments and developments of the teaching are explained.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

In der Zeichnung zeigt die einzige In the drawing shows the only one

Fig. eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung mit zwei Röhren, die von dem Behältnis abragen und auf eine Abstreifwalze gerichtet sind.Fig. A perspective view of a device with two tubes, which protrude from the container and are directed to a stripping roller.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

In der Zeichnung zeigt die einzige Fig. eine Vorrichtung zur Durchführung eines Elektrospinnverfahrens, umfassend ein Behältnis 1, in welchem eine Flüssigkeit 2 aufgenommen ist, und eine Abstreifwalze 3, wobei die Abstreifwalze 3 rotierbar ist, wobei die Abstreifwalze 3 die Flüssigkeit 2 transportiert, wobei die Abstreifwalze 3 einer Elektrode 3a gegenüberliegt und wobei zwischen der Abstreifwalze 3 und der Elektrode 3a eine elektrische Spannung besteht.In the drawing, the only Fig. Shows an apparatus for performing an electro-spinning process, comprising a container 1 in which a liquid 2 is included, and a stripper 3 , wherein the stripping roller 3 is rotatable, wherein the stripping roller 3 the liquid 2 transported, with the stripping roller 3 an electrode 3a and wherein between the stripper roller 3 and the electrode 3a an electrical voltage exists.

Die Abstreifwalze 3 ist vom Behältnis 1 beabstandet, wobei das Behältnis 1 geschlossen und mit Leitungen 4 versehen ist, welche der Abstreifwalze 3 die Flüssigkeit 2 zuführen.The stripping roller 3 is from the container 1 spaced, wherein the container 1 closed and with wires 4 is provided, which of the stripping roller 3 the liquid 2 respectively.

Die elektrische Spannung beträgt 25000 V. Die Flüssigkeit 2 enthält das Lösungsmittel Dimethylacetamid (DMAC) und das Polymer Polyacrylnitril als Spinnsubstrat.The electrical voltage is 25000 V. The liquid 2 contains the solvent dimethylacetamide (DMAC) and the polymer polyacrylonitrile as a spinning substrate.

Das Behältnis 1 ist geschlossen und mit Leitungen 4 versehen, welche der Abstreifwalze 3 die Flüssigkeit 2 zuführen. Die Leitungen 4 sind als Röhren ausgebildet, die in die Flüssigkeit 2 hineinragen. Die Röhren weisen einen Innendurchmesser von 0,5 mm auf. Die Röhren sind sehr flexibel und aus Kunststoff gefertigt. Die Röhren reichen fast bis zum Boden des Behältnisses 1 und stehen über das Behältnis etwa 100 mm hinaus. Die Flüssigkeit 2 wird durch die Röhren gefördert und steht an deren geradem oder abgeschrägten Ende als Tropfen zur Verfügung. Dieser Tropfen wird von der Abstreifwalze 3 mitgenommen, der Elektrode 3a gegenübergelegt und zu einer Faser 6 versponnen. Die Faser 6 wird auf der flächigen Elektrode 3a abgelegt. Auf diese Weise kann ein Faserflor abgelegt werden.The container 1 is closed and with wires 4 provided, which of the stripping roller 3 the liquid 2 respectively. The wires 4 are formed as tubes, which are in the liquid 2 protrude. The tubes have an inner diameter of 0.5 mm. The tubes are very flexible and made of plastic. The tubes reach almost to the bottom of the container 1 and project beyond the container about 100 mm. The liquid 2 is conveyed through the tubes and is available at the straight or beveled end as drops. This drop is from the stripper 3 taken along, the electrode 3a opposite and to a fiber 6 spun. The fiber 6 is on the flat electrode 3a stored. In this way, a batt can be stored.

Es kann sinnvoll sein, einen solchen Tropfen vor einem erneuten Auftreffen auf das Ende einer Röhre abzustreifen und dem Behältnis 1 getrennt zuzuführen. Hierdurch wird eine Verschmutzung der Enden der Röhren vermieden.It may be useful to strip such a drop before re-striking the end of a tube and the container 1 to be supplied separately. As a result, contamination of the ends of the tubes is avoided.

Das Innere 5 des Behältnisses 1 ist druckbeaufschlagt. Der Druck kann durch ein Gas oder die Flüssigkeit selbst erzeugt sein.The inner 5 of the container 1 is pressurized. The pressure may be generated by a gas or the liquid itself.

Die Abstreifwalze 3 ist rotierbar. Der Durchmesser der Abstreifwalze 3 beträgt 0,5 mm.The stripping roller 3 is rotatable. The diameter of the stripper roller 3 is 0.5 mm.

In das Behältnis 1 münden eine Flüssigkeitszuleitung 7 und eine Flüssigkeitsableitung 8.In the container 1 lead to a liquid supply 7 and a liquid discharge 8th ,

Das Elektrospinnverfahren, bei welchem eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art verwendet wird, umfasst die Schritte:
Führen einer Flüssigkeit 2 als Spinnsubstrat aus einem geschlossenen Behältnis 1 zu einer Abstreifwalze (3), Rotieren der Abstreifwalze 3, Mitnehmen der Flüssigkeit 2 durch die Abstreifwalze 3, Aufbauen einer elektrischen Spannung zwischen der Abstreifwalze 3 und einer Elektrode 3a, und Verspinnen der Flüssigkeit 2 zu einer Faser 6.The electrospinning method using a device of the type described above comprises the steps of:
Lead a liquid 2 as a spinning substrate from a closed container 1 to a stripper roller ( 3 ), Rotating the stripper roller 3 , Take the liquid 2 through the stripping roller 3 , Building an electrical voltage between the stripping roller 3 and an electrode 3a , and spinning the liquid 2 to a fiber 6 ,

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.With regard to further advantageous embodiments and developments of the teaching of the invention reference is made on the one hand to the general part of the description and on the other hand to the appended claims.

Claims

Apparatus for carrying out an electrospinning process, comprising a container ( 1 ), in which a liquid ( 2 ), and a stripping roller ( 3 ), wherein the stripping roller ( 3 ) is rotatable, wherein the stripping roller ( 3 ) the liquid ( 2 ), wherein the stripping roller ( 3 ) of an electrode ( 3a ) and wherein between the stripping roller ( 3 ) and the electrode ( 3a ) there is an electrical voltage, characterized in that the stripping roller ( 3 ) from the container ( 1 ), wherein the container ( 1 ) closed and with lines ( 4 ), which of the stripping roller ( 3 ) the liquid ( 2 ) respectively.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the lines ( 4 ) are formed as tubes, which are in the liquid ( 2 protrude).

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the lines ( 4 ) are formed as a slot nozzle or as slit nozzles, which in the liquid ( 2 protrude).

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lines ( 4 ) are made of plastic.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lines ( 4 ) are made of ceramic or glass.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lines ( 4 ) are made of metal.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the interior ( 5 ) of the container ( 1 ) is pressurized.

An electrospinning method using apparatus as claimed in any one of the preceding claims comprising the steps of: passing a liquid ( 2 ) as a spin substrate from a closed container ( 1 ) to a stripping roller ( 3 ), Rotating the stripping roller ( 3 ), Take the liquid ( 2 ) by the stripping roller ( 3 ), Establishing an electrical voltage between the stripping roller ( 3 ) and an electrode ( 3a ), and spinning the liquid ( 2 ) to a fiber ( 6 ).