Elektrospinning

Durch das Elektrospinning können polymere Nanofasern mit einem Durchmesser im Bereich weniger Mikrometer bis hin zu einigen 100 Nanometern hergestellt werden. Am LSP können dadurch eine Vielzahl an Polymere und Polymerblends aus unterschiedlichen Lösemittelsystemen gesponnen werden.
Beim Elektrospinnen wird eine Polymerlösung oder /-schmelze durch eine Nadel in Richtung eines Kollektors gepumpt. Durch Anlegen einer Hochspannung von mehreren Kilovolt an Nadel bzw. Kollektor werden im sich aufspannenden elektrischen Feld die Polymerfasern verstreckt und am Kollektor abgeschieden. Am LSP befinden sich Elektrospinnanlagen mit unterschiedlicher Polarisierung und verschiedenen Kollektortypen. Durch Anpassen diverser Prozessparameter wie Spannung, Flussrate Nadel-Kollektor Abstand und Kollektortyp lässt sich der Einfluss auf Morphologie, Ausrichtung und Struktur der Fasern nehmen.

Mit einem einfachen Plattenkollektor lassen sich Nanofasermembranen durch das zufällige Abscheiden der Fasern auf dem Kollektor generieren. Um ausgerichtete Strukturen zu erhalten, stehen am LSP zwei verschiedene Kollektorgeometrien in Form eines axial verschiebbaren Balkenkollektors und einer rotierenden Trommel zur Verfügung. Durch die rotierende Trommel lässt sich der Ertrag paralleler Faser im Vergleich zum Balkenkollektor deutlich steigern und zudem über die Rotationsgeschwindigkeit eine weitere Optimierung der Fasereigenschaften erreichen.

Für diverse Anwendungen polymerer Nanofasern ist der Faserdurchmesser von entscheidender Bedeutung. Basierend auf einer rein physikalischen Betrachtung des Elektrospinningprozesses lässt sich nach Schubert (Macromolecular Theory and Simulations 28 (2019)) eine theoretische Vorhersage der Faserdurchmesserverteilung treffen. Der zugehörige Code zum Paper findet sich hier.