PŘÍKLADY Zařízení pro elektrostatické zvlákňování na trhu

Textilní nanomateriály 4.Přednáška PŘÍKLADY Zařízení pro elektrostatické zvlákňování na trhu Eva Kuželová Košťáková, KNT, FT, TUL

Elmarco (Česká republika) NS, Nanospider TM http://www.directindustry.com/prod/elmarco/product-188767-1898995.html

Elmarco (Česká republika) NS, Nanospider TM

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

Elmarco (Česká republika) Laboratorní zařízení zvlákňování ze struny http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=r01blyqrwlq http://www.youtube.com/watch?v=irc120ceq9o&feature=player_embedded http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=r01blyqrwlq

Contipro (Česká republika) 4SPIN

CONTIPRO GROUP

Zvlákňovací elektrody CONTIPRO GROUP Kolektory

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.

CONTIPRO GROUP 4SPIN prezentační video http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=40w- WABZJaY

SPUR (Česká republika) SPIN Line

http://www.spur-nanotechnologies.cz/video/spur1.swf

MECC (Japonsko) Nanon

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

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

Prezentační video MECC http://www.youtube.com/watch?v=kbvhjs3a9k4&feature=player_ embedded

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

Electrospunra (Čína) Laboratorní roztok Laboratorní tavenina Ruční zařízení

TOPTEC (Jižní Korea) Zvlákňování z trysek http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/23289.pdf www.toptec.co.kr

NanoStatics (Ohio, USA) Zvlákňování z trysek http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/23289.pdf NanoStatics Corporation has developed advancements in electrohydrodynamic spinning (EHS) technology for the production of high through-put nanofibers. - See more at: http://www.bioohio.com/directory/nanostaticscorporation/#sthash.tmkb3o7p.dpuf

INOVENSO - Turecko

Elektrické zvlákňování netradiční postupy Wet-electrospinning elektrostatické zvlákňování do kapaliny Electroblowing elektrostatické zvlákňování pomocí přídavných proudění vzduchu

Wet electrospinning Zvlákňovaný roztok Zvlákňovaný roztok Koagulační lázeň = kapalinový kolektor Zvlákňování v kapalině Zvlákňování do kapaliny http://www.nims.go.jp/imel/jp/group/15.php M. Egashira, T. Konnno and M. Kobayashi, J. Soc. Powder Technol., 44(2007)94-100

Wet electrospinning http://www.youtube.com/watch?v=lduy4vbzr-s

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

WET ELECTROSPINNING ZVLÁKŇOVÁNÍ DO KAPALINY 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).

CÍL ZVLÁKŇOVÁNÍ DO KAPALINY Cílem bylo vyrobit 3D strukturu zejména jako scaffoldu pro kolenní chrupavkové implantáty a najít co nejvhodněší kapalinu kolektoru.

ZVLÁKŇOVÁNÍ DO KAPALINY USPOŘÁDÁNÍ Poly- -caprolactone (PCL) 42,500 [Mn], Sigma Aldrich Inc. solved in chloroform/ethanol mixture (9:1 by weight), concentration 15 wt%. Jako kapalinový kolektor byla použita destilovaná voda, etanol a směsi voda/ etanol v objemových kombinacích (10:0; 9:1; 8:2; 7:3; 6:4; 5:5; 4:6; 3:7; 2:8; 1:9; 0:10).

ZVLÁKŇOVÁNÍ DO KAPALINY USPOŘÁDÁNÍ A scheme and a photo of the common dry needle electrospinning set-up (a), wet electrospinning (b) and the photo of the device used in experiments (c). The scheme represents the syringe connected with the feeding pump (1); metal hypodermic needle (2); metallic or liquid collector (3) and grounded high voltage source (4).

VÝSLEDKY Snímky z SEM PCL z roztoku chloroform/ethanol 9:1 do water/ethanol (1:9) kapalinového kolektoru(a); řez vrstvou a (b); PCL z rozpouštědel chloroform/ethanol 9:1 na kovový plech(c); PCL jen z chloroformu do water/ethanol (1:9) kolektor(d). Scale is 120 m on the left, 20 m in the middle and 10 m on the right side. PCL - polykaprolakton

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

ZVLÁKŇOVÁNÍ DO KAPALINY - VÝSLEDKY Pro spontánní vnořování vláken do kapalinového kolektoru je nutné = = kontaktní úhel 0 Jinak jsou vlákna zachytávána na povrchu kapalinového kolektoru.

Wet electrospinning tkáňové inženýrství Yang, X., Wang, H.: Electospun functional Nanofibrous Scaffolds for Tissue Engineering, Tissue Engineering, chapter 8, Tissue Engineering, ISBN: 978-953-307-079-7

http://iopscience.iop.org/1468-6996/12/1/013002/pdf/1468-6996_12_1_013002.pdf Další možnost uspořádání zvlákňování do kapaliny

3D nanovlákenné struktury

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

Electroblowing elektrostatické zvlákňování v kombinaci s přídavným foukáním vzduchu Electroblowing NEBO gas jacket assisted electrospinning Jehlové (tryskové) uspořádání Příklad bezjehlového uspořádání Příklad electroblowingu z taveniny http://electrospintech.com/electroblowing.html#.vqav9ehp0vg

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

Electroblowing elektrostatické zvlákňování v kombinaci s přídavným foukáním vzduchu Kyselina hyaluronová Polymer Volume 46, Issue 13, 17 June 2005, Pages 4853 4867 Effect of air-blowing rate on the morphology of HA (M w, of about 3.5 million g/mol) nanofibers from 2.5% (w/v) HA solution; (a) 35 ft 3 /h (61 C), (b) 70 ft 3 /h (57 C), (c) 100 ft 3 /h (55 C), (d) 150 ft 3 /h (56 C).

Elektrické zvlákňování střídavý proudem AC electrospinning

Zvlákňování střídavým proudem

DC direct current Stejnosměrný proud AC alternating current Střídavý proud transformer AC elektrické zvlákňování: Vysokonapěťový transformátor, Proudový chránič Dávkovací pumpa, tyčová elektroda 48

DC a AC electrospinning schémata: stejnosměrné zvlákňovací zařízení sestává ze zásobníku polymerového roztoku (1) spojeného se zvlákňovací elektrodou (2) a sběrnou elektrodou - kolektorem (5), propojenou s vysokým napětím zdrojem vysokého napětí (3); AC - střídavé zvlákňovací zařízení sestává ze zásobníku (1) polymerního roztoku spojeného se zvlákňovací elektrodou (2) a vysokonapěťovým střídavým zdrojem s transformátorem (3). Vytváření nanovláken nebo mikrovláken představuje (4).

AC needleless collector-less electrospinning method Experimental set-up Production of nanofibres without any collector Výroba nanovláken bez kolektoru 0-30 kv AC 50 Hz d = (10-30)mm 230 V Rod spinning electrode Tyčová elektroda Transformer transformátor 51

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

AC elektrické zvlákňování Zrod a zánik trysek Záznam z rychlokamery

- Onset - middle phase - Termination +Onset - počátek + middle phase +Termination - ukončení Voltage, Current El. napětí, proud termination Time čas Doba mezi zánikem a vznikem nových trysek na kapce je jen 0,0006s _ 10hm% PVB v etanolu 30kV AC Onset

Physical principles Nanofibrous train serves as a counter electrode Nanovlákenná vlečka slouží jako protielektroda Uroboros eating its own tail Uroboros je starodávný symbol, který zobrazuje hada nebo draka požírajícího svůj vlastní ocas Virtual counter electrode Virtuální protielektroda - - - - - Electric vind + + + + + t 0 t 0 + 0.005

Physical principles Nanofibrous train serves as a counter electrode 10 mm Virtual counter electrode; collector Virtuální protielektroda; kolektor 12 mm 57

The apparatus for AC electrospinning. (a and b) A schematic diagram and hotograph of the AC electrospinning set-up, consisting of a metal rod (3) used as the spinning-electrode. The electrode is supplied with a polymeric solution. This is done using a syringe, which is powered by a hydraulic transmission device (5) controlled by an infusion pump (2). The high voltage supply is provided by means of a transformer (1) and a variable transformer (4). The apparatus works without an electrically active collector.

Porovnání povrchové morfologie vláken AC (a) a DC (b) electrospinningu Měřítko 5 m PVB PAN (d) Změna průměru vláken po délce vlákna AC červená DC - modrá

Příze z PVB nanovláken z AC elespin Měřítka a) 50 m b) 500 m c) 10 m Histogram průměrů vláken z AC elspin PVB

Hybridní nitě z AC a DC elektrického zvlákňování

AC DC AC AC