Elektrostatické zvlákňování netradiční postupy

Transkript

1 Elektrostatické zvlákňování netradiční postupy Wet-electrospinning elektrostatické zvlákňování do kapaliny Electroblowing elektrostatické zvlákňování pomocí přídavných proudění vzduchu Zařízení na elektrostatické zvlákňování na trhu AC electrospinning - zvlákňování pomocí střídavého zdroje napětí +exkurze do laboratoří KNT

2 Wet electrospinning Zvlákňovaný roztok Zvlákňovaný roztok Koagulační lázeň = kapalinový kolektor Zvlákňování v kapalině Zvlákňování do kapaliny M. Egashira, T. Konnno and M. Kobayashi, J. Soc. Powder Technol., 44(2007)94-100

3 Wet electrospinning

4 Wet electrospinning Klasický kolektor Kolektor kapalinový Yokoyama,Y., et al.:materials letters, Vol. 63, pp.754-6, 2009

5 WET ELECTROSPINNING Zvlákňování do kapaliny nabízí možnost vytvořit 3D strukturu a nebo zvláknit polymerní roztoky, které není jinak možné zvláknit (např. celulóza) Uspořádání klasického zvlákňování z jehly na rovinný uzemněný kolektor (vlevo) a zvlákňování do kapaliny (vpravlo).

6 RESULTS Snímky z SEM PCL fibers (from chloroform/ethanol 9:1 solution) wet electrospun into water/ethanol (1:9) liquid collector (a); cross-sectional view of the same sample (b); PCL material electrospun from chloroform/ethanol 9:1 solution onto the metal plate collector (c); PCL nanofibrous layer electrospun from pure chloroform solution into water/ethanol (1:9) liquid collector (d). Scale is 120 m on the left, 20 m in the middle and 10 m on the right side.

7 Bimodal fibrous structure RESULTS Histogram of fiber diameters in the PCL fibrous material electrospun into the liquid collector (water/ethanol weight ratio 1:9).

8 RESULTS Pro spontánní vnořování vláken do kapalinového kolektoru je nutné = = kontaktní úhel 0 Jinak jsou vlákna zachytávána na povrchu kapalinového kolektoru.

9 Pro spontánní vnořování vláken do kapalinového kolektoru je nutné = = kontaktní úhel 0. Jinak jsou vlákna zachytávána na povrchu kapalinového kolektoru.

10 RESULTS Scanning electron images of electrospun material: PCL fibers (from chloroform/ethanol 9:1 solution) wet electrospun into distilled water only. There were used 2.5 ml of PCL polymer solution, what is five times more than for production of other samples desribed here. Scale is 240 m.

11 Wet electrospinning Yang, X., Wang, H.: Electospun functional Nanofibrous Scaffolds for Tissue Engineering, Tissue Engineering, chapter 8, Tissue Engineering, ISBN:

12

13

14

15 Electroblowing elektrostatické zvlákňování v kombinaci s přídavným foukáním vzduchu Electroblowing NEBO gas jacket assisted electrospinning - Teplý nebo studený vzduch strhává vlákna a pomáhá je unášet směrem ke kolektoru - Zejména pro polymery s velkou molekulovou hmotností vysoké viskozity za normálních podmínek např. polymer kyseliny hyaluronové

16 Morfologie povrchu vláken - hladký povrch nebo porézní povrch Na morfologii povrchu elektrostaticky zvlákněných vláken má vliv: použitý polymer, aplikované napětí, rozpouštědlo a okolní podmínky.

17 Morfologie povrchu vláken - hladký povrch nebo porézní povrch Příklad PLA chloroform (porézní vlákna), PLA chloroform, DMF (hladká vlákna) Důvod formování porézních vláken je vlastně fázová separace během vytvrzování vláken. Velmi rychlé vypařování rozpouštědla a kondenzace vlhkosti na povrchu vláken = tvorba nanopórů na povrchu vláken. Jen pro velmi těkavá rozpouštědla jako chloroform, tetrahydrofuran, aceton atd.

18 Růst okolní vlhkosti znamená větší póry ve vláknech.

19 EVA polyetylen - vinylalkohol (chloroform/etanol 9/1)

20 EVA polyetylen - vinylalkohol (chloroform/etanol 9/1)

21 Zařízení pro elektrostatické zvlákňování na trhu

22 Elmarco (Česká republika) NS, Nanospider TM

23 Tři typy zvlákňovacích elektrod: Strunová statická elektroda Strunová rotační elektroda Válcová rotační elektroda

24 Elmarco (Česká republika) Laboratorní zařízení zvlákňování ze struny

25 Contipro (Česká republika) 4SPIN

26 CONTIPRO GROUP

27 CONTIPRO GROUP

28 Zvlákňovací elektrody CONTIPRO GROUP Kolektory

29 CONTIPRO GROUP Electroblowing Technika kombinující elektrostatické zvlákňování s prouděním vzduchu kolem zvlákňovací elektrody Umožňuje: - úpravu klimatických podmínek kolem zvlákňovací elektrody -Snížení viskozity (při zvýšené teplotě proudícího vzduchu) -Zvýšení rychlosti odpařování rozpouštědla -Ovlivnění morfologie nanovláken -Atd.

30 CONTIPRO GROUP 4SPIN prezentační video WABZJaY

31 SPUR (Česká republika) SPIN Line

32

33 MECC (Japonsko) Nanon

34 Zvlákňovací elektrody MECC Jehlová elektroda - klipová Jehlová elektroda - Pro malá množství roztoku Jehlová elektroda - koaxiální

35 KOLEKTORY MECC Deskový Diskový Bubnový - válcovitý Jádrovitý pro výrobu tubulárních nanovlákenných útvarů

36 Prezentační video MECC embedded

37 FNM (Irán) Nanorassam (průmyslová výroba) Electroris (laboratorní výroba) Melt electrospinning

38 Electrospunra (Čína) Laboratorní roztok Laboratorní tavenina Ruční zařízení

39

40 TOPTEC (Jižní Korea) Zvlákňování z trysek

41 NanoStatics (Ohio, USA) Zvlákňování z trysek NanoStatics Corporation has developed advancements in electrohydrodynamic spinning (EHS) technology for the production of high through-put nanofibers. - See more at:

42 Elektrostatické zvlákňování netradiční postupy AC electrospinning - zvlákňování pomocí střídavého zdroje napětí Wet-electrospinning elektrostatické zvlákňování do kapaliny Electroblowing elektrostatické zvlákňování pomocí přídavných proudění vzduchu

43 Zvlákňování střídavým proudem

44 DC direct current AC alternating current transformer 44

45 State of art Title: Assembly of Multi-Stranded Nanofiber Threads through AC Electrospinning Author(s): Maheshwari S. and Chang H.-C. Source: Adv. Mater. 2009, 21, Title: AC Electrospinning 45

46 Materials: Poly(vinyl pyrolidine) (PVP) (12% w/w) in 1-Butanol. State of art Conclusions: Strong frequency dependence extends the applicability of AC electrospinning. Increased stabilization and alignment of the resultant fibers S. Maheshwari and H.-C. Chang, Assembly of Multi-Stranded Nanofiber Threads through AC Electrospinning, Adv. Mater. 2009, 21,

47 Author AC HV Supply Experimental set-up State of art Materilals Conclusions R. Kessick 2004 J.-H. He 2005 S. Sarkar kv, 60 Hz 10 kv, Hz 22-gaug syringe, grounded target, Distance 10 cm 27-gauge needle, drum collector PEO in water PEO in water Reduction of the fiber instability 1/ 6 r z r 1/ 4 variation in diameter Maheshwari kv, Hz Needle, Metallic collector, Distance 2-4 cm, PVP in 1-Butanol ml/h Strong frequency dependence PEO - poly(ethylene oxide), PVP - Poly(vinyl pyrolidine) 47

48 AC needleless collector-less electrospinning method Experimental set-up Production of nanofibres without any collector 0-30 kv AC 50 Hz d = (10-30)mm 230 V Rod spinning electrode transformer 48

49 AC needleless collector-less electrospinning method Experimental set-up 10 mm

50 - Onset - middle phase - Termination +Onse t + middle phase +Termination Voltage, Current termination Time Onset and termination Onset 50

51 Physical principles Nanofibrous train serves as a counter electrode Uroboros eating its own tail Virtual counter electrode Electric wind t 0 t

52 10 mm Virtual counter electrode; collector Physical principles Nanofibrous train serves as a counter electrode 12 mm 52

53

54

55

56

57 Zvlákňování střídavým napětím v EGÚ, a.s. Běchovice EGU - HV Laboratory a.s. maximální napětí 30kV 50Hz frekvence není potřeba kolektor, protože se to přitahuje k 0kV ve vzduchu. Pulzuje to, protože sinusovka prochazi take 0 a pak se zvětšuje a zmenšuje. Zvlákňovali PVA,PVB (to jsou ty ponožky ) o klasických koncentracích pro zvlákňování. Kolektor je u klasického zvláknovani stejnosměrným napětím potřeba, protože jinak se vše od těch vlaken nabiji a pak uz by to nepřitahovalo. Tady je videt, že se nejprve vlakna odpuzuji - ony si zafixuji naboj se kterym vznikly a pak jak to jde vys a naboj se tam uz strida tak se přitahuji.