Comparative Analysis of Various Electrospinning Methods of Nanofibre Formation

• Autorzy: Cengiz F. , Krucińska I. , Gliścińska E. , Chrzanowski M. , Göktepe F.

Warianty tytułu

PL

Analiza porównawcza różnych metod elektroprzędzenia stosowanych do formowania nanowłókien

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In general, nanofibres can be formed using the electrospinning technique, which has been known for a long time in literature. However, there are still some problems related to this technique such as low production rate, capillary clogging, etc. In recent years, several new electrospinning methods have been developed to solve such problems. The main aim of this paper is to present the possibility of nanofibre formation by three various electrospinning methods. In this study nanofibres were produced from PAN/DMSO solution using three different electrospinning methods: a conventional method with one capillary, Jirsak’s method and Yarin & Zussman’s method. The properties of these nanofibres as well as the processing conditions were compared. It was observed that using the last two methods it is possible to increase the production rate because of the multiple jets. In the conventional method a single capillary should be replaced by a spinning head system with many capillaries. Using Jirsak’s method, the nanofibre diameter decreases and a higher amount of fibre is obtained by increasing the rotary speed of the cylinder. Production at 10 wt % polymer concentration by Yarin & Zussman’s method leads to much finer fibres than by other methods.

PL

Nanowłókna formowane mogą być techniką elektroprzędzenia znaną w literaturze już od dłuższego czasu. Jednakże, nadal istnieją pewne problemy związane z tą techniką, jak np. mała wydajność produkcji, zatykanie się kapilar, itd. Ostatnio, w celu rozwiązania tychże problemów, rozwinięte zostały nowe metody elektroprzędzenia. W artykule zaprezentowano możliwości formowania nanowłókien przy użyciu trzech różnych metod elektroprzędzenia: konwencjonalnej metody z jedną kapilarą, metody Jirsaka oraz metody Yarina i Zussmana. Do wytworzenia nanowłókien stosowano roztwór poliakrylonitrylu w dimetylosulfotlenku. Porównane zostały właściwości otrzymanych nanowłókien, jak również warunki procesu ich wytwarzania. Zauważono, że stosując dwie ostatnie metody uzyskać można zwiększenie wydajności procesu dzięki zwielokrotnieniu strumieni polimerowych. W metodzie konwencjonalnej zaś, jedna kapilara powinna być zastąpiona przez system głowicy przędzącej z większą ilością kapilar. Stosując metodę Jirsaka uzyskać można mniejsze średnice nanowłókien, a większą ilość włókien otrzymuje się poprzez zwiększenie prędkości obrotowej cylindra. Najcieńsze włókna uzyskać można z 10%-go roztworu stosując metodę Yarina i Zussmana.

Słowa kluczowe

EN

electrospinning; methods; nanofibres; polyacrylonitrile

PL

elektroprzędzenie; nanowłókno; poliakrylonitryl

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 17, no. 1 (72)
• Strony: 13--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cengiz F.

• Department of Textile Engineering, Engineering & Architecture Faculty, Suleyman Demirel University, Isparta, Turkey

autor

Krucińska I.

• Department of Physics and Metrology of Textiles, Technical University of Łódź, Łódź, Poland

autor

Gliścińska E.

• Department of Physics and Metrology of Textiles, Technical University of Łódź, Łódź, Poland

autor

Chrzanowski M.

• Department of Physics and Metrology of Textiles, Technical University of Łódź, Łódź, Poland

autor

Göktepe F.

• Department of Textile Engineering, Engineering & Architecture Faculty, Suleyman Demirel University, Isparta, Turkey

Bibliografia

• 1. Grafe T., Graham K., ‘Polymeric Nanofibres and Nanofibre Webs:A New Class of Nonwovens’, INTC, Atlanta, Georgia, 2002.
• 2. Simm W., ‘Apparatus for the Production of Filters by Electrostatic Fiber Spinning’, US Patent 3 994 258, 1976.
• 3. Chung H. Y., Hall J. R. B., Gogins M. A., Crofoot D.,G., Weik, T. M., ‘Polymer, Polymer Microfiber, Polymer Nanofiber and Applications Including Filter Structures’, US Patent 6 924 028, 2005
• 4. Koslow E. E., ‘Nanofibre Filter Media’ US Patent 6 872 311, 2005.
• 5. Krucinska I., Klata E., Chrzanowski M., ‘New Textile Materials for Environmental Protection’, NATO Advanced Research Workshop-Intelligent Textiles for Personal Protection and Safety, 2005.
• 6. Shin C., Chase G. G., Reneker, D. H.; ‘Recycled Expanded Polystyrene Nanofibres Applied in Filter Media’. Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng. Aspects, vol. 262, (2005) pp. 211-215.
• 7. Liu H., Hsieh Y.; ‘Ultrafine Fibrous Cellulose Membranes From Electrospinning of Cellulose Acetate’, Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, vol. 40, (2002) pp. 2119-2129.
• 8. Chu, B., Hsiao, B. and Fang, D., 2005. ‘Apparatus and Methods for Electrospinning Polymeric Fibers and Membranes’, US Patent 6, 713, 011.
• 9. Balkus, K.J.JR., Ferraris, J.P. and Madhugiri, S., 2003. ‘Electrospinning of Polymer and Mesoporous Composite Fibers’, US Patent 20030168756.
• 10. Giannelis, E.P., 1998. ‘Polymer-Layered Silicate Nanocomposites: Synthesis, Properties and Applications’, Applied Organometallic Chemistry, vol. 12, p. 675-680.
• 11. Adanur S. and Ascioğlu B., 2005. ‘Challenges and Opportunities in Nanofibre Manufacturing and Applications’, II. International Technical Textiles Congress, p. 29-31, Istanbul, TURKEY.
• 12. Smith, D.J., Reneker, D.H., McManus, A.T., Schreuder-Gibson, H.L., Mello, C. and Sennett, M.S., 2004. ‘Electrospun Fibers and an Apparatus Therefore’, US Patent 6, 753, 454.
• 13. Krucinska, I., Blasinska, A. Komisarczyk, A., Kiekens, P., Chrzanowski, M., Szosland L., and Shoukens G., 2005. ‘Review of Techniques for Manufacturing Dibutyrylchitin Nonwoven Biomaterials’, II. International Technical Textiles Congress, p. 1-9, Istanbul, TURKEY.
• 14. Scopelianos, A.G., 1996. ‘Piezoelectric Biomedical Device’, US Patent 5, 522, 879.
• 15. Schreuder-Gibson, H.L. and Gibson, P., 2004. ‘Cooperative Charging Effects of Fibers from Electrospinning of Electrically Dissimilar Polymers’, INJ Winter, p. 39-45.
• 16. Formhals, A., 1934. ‘Process and Apparatus for Preparing Artificial Threads’, US Patent No. 1, 975, 504.
• 17. Jirsak, O., 2003. ‘A Method of Nanofibres Production From a Polymer Solution Using Electrostatic Spinning and a Device for Carrying Out The Method’, Cz. Patent, 2414 (2, 994, 274).
• 18. Kameoka, J. and Craighead, H.G., 2003. ‘Fabrication of Oriented Polymeric Nanofibres on Planar Surfaces by Electrospinning’, Applied Physics Letters, vol. 83, p. 371-373.
• 19. Lee, W.S., Jo, S. M., Go, S. G. and Chun, S. W., 2003. ‘Apparatus of Polymer Web by Electrospinning Process’, US Patent 6, 616, 435.
• 20. He, J., Wan, Y. and Yu, J., 2004. ‘Application of Vibration Technology to Polymer Electrospinning’, International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation vol. 5, p. 253-262.
• 21. Tomaszewski, W. and Szadkowski, M., 2005. ‘Investigation of Electrospinning with the Use of a Multi-jet Electrospinning Head’, Fibres&Textiles in Eastern Europe, vol. 13, Nr 4 (52), p. 22-26, 2005.
• 22. Yarin, A.L. and Zussman, E., 2004. ‘Upward Needleless Electrospinning of Multiple Nanofibres’ Polymer, vol. 45, p. 2977-2980.
• 23. Dosunmu, O.O., Chase, .G.G., Kataphinan and Reneker, D.H., 2006. ‘Electrospinning of Polymer Nanofibres from Multiple Jets on a Porous Tubular Surface’, Nanotechnology, vol. 17, p. 1123-1127.
• 24. Taylor, G. I., 1964. ‘Disintegration of water drops in an electric field’, Proc. R. Soc. London, Ser. A., p. 280,383.
• 25. Tao, J., Shivkumar, S., 2007. “Molecular weight dependent structural regimes during the electrospinning of PVA”, Materials Letters, vol. 61, p. 2325-2328.
• 26. Wang, T., Kumar S., 2006. “Electrospinning of polyacrylonitrile nanofibers”, Journal of Applied Polymer Science, vol. 102, p. 1023-1029.
• 27. Mitchell, S.B., Sanders, J.E., 2006. “A unique device for controlled electrospinning”, Journal of Biomedical Materials Research Part A, vol. 78 A, Issue 1, p. 110-120.
• 28. Zufan, R. and Megaridis, C., 2005. ‘Electrospinning of Nanofibres’, Final 2005 RET Report.
• 29. Tan, S-H., Inai, R., Kotaki, M., Ramakrishna, S., 2005. “Systematic parameter study for ultra-fine fiber fabrication via electrospinning process”, Polymer, vol. 46, p. 6128-6134.
• 30. Doshi, J. and Reneker, D. H., 1995. ‘Electrospinning Process and Applications of Electrospun Fibres’, Journal of Electrostatics, vol. 35, p. 151-160.
• 31. Krucińska, I. Komisarczyk, A. Chrzanowski, M. Wrzosek, H. Gliścińska, E, “Modelling The Electrostatic Field Forming Around Multispinneret Head for Electrospinning of Polymer Solutions”, IMTEX 2007.