RO131565A2 - Procedeu de obţinere de micro şi nanofibre polimerice prin electrospinning folosind materiale textile pentru obţinerea de jeturi multiple - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de obţinere a unor nanofibre polimerice prin electrospinning. Procedeul conform invenţiei utilizează ca spinerete materiale textile modificate, care sunt îmbibate cu soluţia polimerică, ceea ce conduce la formarea pe marginea inferioară a unor picături de soluţie polimerică ce în continuare sunt supuse unui câmp electric de înaltă tensiune, fiind transformate însurse de jeturi de soluţie polimerică, rezultând fibre de polimer individuale.

Description

DESCRIEREA BREVETULUI DE INVENȚIE

Titlu:

Procedeu de obținere de micro si nanofîbre polimerice prin electrospinning folosind materiale textile pentru obținerea de jeturi multiple

Elaborat de:

Alexandru Evanghelidis, Cristina Busuioc, Monica Enculescu, Nicoleta Preda, Elena Matei, Camelia Florica, Andreea Costas, Mihaela Oancea, Ion ut Enculescu

Prezenta invenție descrie un procedeu de obținere a fibrelor polimerice cu diametre submicronice folosind electrospinning si avand ca sursa de emisie multipla a jeturilor de soluție materiale textile.

Electrospinningul este un procedeu de producere a fibrelor polimerice cu diametre submicronice, procedeu care se remarca prin posibilitățile de a produce fibre de diametre foarte mici (uzual mai mici de 1 micrometru si tipic de ordinul trei - patru sute de nanometri). Este o metoda prin care se pot produce materiale nanostructurate relativ uniforme in cantitati cu cateva ordine de mărime mai mari decât prin alte metode, indicând o posibilitate crescută de tranziție către industrie. Fibrele pot fi aplicate prin electrospinning pe diverse substraturi, sau prelevate sub forma de pânzeturi netesute. Procedeul este relativ simplu, bazandu-se pe extragerea unei cantitati de substanța polimerica din vârful unui ac prin folosirea unui câmp electrostatic.

Primul patent in care apare electrospinningul a fost acordat in Statele Unite ale Americii lui J.F. Cooley in anul 1902 (J. F. Cooley, Apparatus for electrically dispersing fluids, US692631, 1902), urmat de Formhals (A. Formhals, Process and apparatus for preparing artificial threads, US1975504, 1934) si multe altele. In ce privește cercetarea academica a fenomenului, primul studiu teoretic publicat ii aparține lui J. Zeleny (J. Zeleny, The Electrical Discharge from Liquid Points, and A Hydrostatic Method of Measuring the Electric Intensity at their Surfaces, Physical Review, 3 (1914) 69-91). De asemenea, Taylor a avut o contribuție foarte importanta (G. Taylor, Disintegration of Water Drops in an

2 0 14-- 0 0 2 1 3 1 β -03- 2014

Electric Field, Proceedings of the Royal Society of London, Series A: Mathematical and Physical and

Sciences, 280 (1964) 383-397; G. Taylor, The force exerted by an electric field on a long cylindrical conductor, Proceedings of the Royal Society of London, Series A: Mathematical and Physical Sciences,

291 (1966) 145-158; G. Taylor, Electrically Driven Jets, Proceedings of the Royal Society of London

Series A: Mathematical and Physical Sciences, 313 (1969) 453-475), una din caracteristicile procesului, conul Taylor, fiind numit după el.

Deși in comparație cu alte metode de fabricare a nanostructurilor intr-un mod reproductibil, cu dimensiuni si morfologie bine controlate, electrospinning-ul este foarte productiv, cantitatile de material prelucrate sunt inca mici relativ la necesarul pe scara industriala. Cel mai direct mod in care se poate realiza imbunatatirea eficientei procesului este prin marirea numărului de jeturi emise in timpul procesului. In acest scop au fost folosite doua metode: fie se utilizează mai multe cvasi-spinarete fizice (ex. pori intr-un tub), fie se creeaza puncte de emisie direct in soluția polimerică (Haitao Niu, Xungai Wang and Tong Lin (2011). Needleless Electrospinning: Developments and Performances, Nanofibers Production, Properties and Funcțional Applications, Dr. Tong Lin (Ed.), ISBN: 978-953-307-420-7 ).

Dezavantajul acestor abordări, care folosesc multi-cvasi-spinarete este necesitatea fabricării si întreținerii acestor capete de emisie, ceea ce impune costuri adiționale deloc neglijabile in cazul unei scalari industriale. De asemenea creșterea in eficienta este lineara si apar constrângeri datorate In ce privește emisia direct din soluție, apare problema evaporării si acumulării masive a solventului in zona de proces, întrucât este necesara expunerea unei suprafețe mari a soluției.

Scopul invenției din prezenta cerere este de a imbunatati randamentul procedeului de producere a fibrelor polimerice prin electrospinning prin utilizarea de materiale ieftine, deja disponibile pe piața si fara a introduce noi complicații tehnice. In acest scop, se folosesc bucăți de material textil modificate, un fir conductor si un sistem de alimentare cu soluție.

In cele ce urmeaza se da un exemplu de ilustrare a invenției (vezi figura 1). O tesatura tercot realizata dintr-un amestec de bumbac si poliacril (60/40%), modificata astfel incat sa prezinte franjuri pe o latura, este atașata de un cadru din fir de cupru de lmm grosime conectat la o sursa de înalta de tensiune. Tesatura este imbibata apoi cu soluția de polimer fie manual, fie prin folosirea unei pompe. Un colector plan dreptunghiular din aluminiu, conectat la pamant, este plasat la o distanta de ordinul zecilor de centimetri de franjurile țesăturii (Fig. 1). Se aplica o tensiune de ordinul kV pana la zeci de kV intre firul de cupru si electrodul colector. Fibrele textile aetioneaza ca o matrita de spinarete, numeroase picaturi fiind produse. Fiecare picătură aetioneaza ca o sursa independenta de jet de soluție t\- 2 O 1 4 - - 0 8 2 1 3 1 8 -03-20U si deci ca o sursa a unui fir independent. Cantitatea de fibre produsa este in consecința mult mai mare comparativ cu cazul folosirii unei singure spinarete. Pentru configurația prezentata ca exemplu in figura 2 se obțin nanofibre cu morfologie de tip margele-pe-sfoara, prezentate in micrografia din figura 3.

Invenția prezintă mai multe avantaje. Prin utilizarea ei, procedeul de electrospinning devine mai eficient. De aemenea procedeul poate fi scalat intr-un mod simplu si cu costuri reduse, adaptandu-se la cerințele de proces. Materialele folosite se găsesc deja pe piața si nu au nevoie de modificări complexe iar țesăturile textile pot fi reutilizate după spalarea in solventul folosit in soluțiile polimere. La fel ca in procesul de electrospinning simplu, se pot modifica ușor parametrii ca tipul polimerului (necesitând, eventual, folosirea unui material textil adecvat solventului), distanta, tensiune, tip de colector

Claims (2)

1. Revendicări

   1. Procedeu de obținere a fibrelor subțiri polimerice de electrospinning in care se utilizează ca spinarete materiale textile modificate caracterizat prin aceea ca materialul textil îmbibat fiind cu soluția polimerică duce la formarea pe marginea inferioara a unor picaturi de soluție polimerică care devin sub influenta câmpului electric de înalta tensiune surse de jeturi de soluție si deci fire de polimer individuale si crescând eficienta procedeului in comparație cu procesul clasic cu o singura spinareta de tip ac.
2. 2. Procedeu de obținere a fibrelor subțiri polimerice cf. revendicării 1 caracterizat prin aceea ca poate fi scalat in funcție de necesitățile de fabricație prin modificarea lungimii țesăturii ce funcționează ca spinareta.