Unter Elektrospinnen versteht man das Herstellen von endlosen Nanofasern, Nanodrähten und Nanoröhren aus Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen unter Ausnutzung eines starken elektrischen Felds, wobei die Fasern nicht nur auf polymerer (natürlicher und synthetischer), sondern auch auf anorganischer, metallischer und keramischer Basis beruhen.
Verfahrensweise Bearbeiten
Hierbei wird die Polymerlösung an einer Elektrode dosiert und durch das elektrische Feld von der Elektrode abgezogen und beschleunigt. Dabei wird die Polymerlösung in einem komplexen Prozess in kleine und kleinste Fasern und Gespinste aufgespalten, die sich schließlich auf der Gegenelektrode als eine Art Vlies ablagern. Beim Prozess entstehen typischerweise Fasern mit Durchmessern kleiner 1000 nm, weswegen die Produkte als Nanofasern bezeichnet werden (auch wenn die Definition strenggenommen einen Faserdurchmesser von unter 100 nm erfordert). Das Ergebnis des Elektrospinnens ist kaum vorhersagbar. Das gewünschte Zielprodukt wird daher empirisch durch eine langwierige Optimierung der Parameter erreicht. Ladungsdichte, Viskosität und Oberflächenspannung der Polymerlösung haben maßgeblich Einfluss auf die Morphologie der Fasern und deren Durchmesser. Eine Übersicht gibt hier und stellt eine neuartige Theorie zur Beschreibung des Faserdurchmessers und deren Verteilung vor. Um die Ausrichtung der Fasern zu kontrollieren, können sie auf einem rotierenden Kollektor gesammelt werden. Hier ist der Grad der Ausrichtung der Fasern von der Drehgeschwindigkeit des zylindrischen Kollektors abhängig.
Technische Grundlagen Bearbeiten
Bei der Berechnung des extrudierten Fadens finden für die Geometrie die Gesetzmäßigkeiten des Taylor-Kegels Anwendung.
Wirtschaftlichkeit Bearbeiten
Das Verfahren ist wenig produktiv und eher für Spezialprodukte geeignet. Anwendungen der Nanofasern liegen bislang vor allem im Bereich von Filterprozessen für Feinststäube und Ähnlichem, allerdings sind vielfältige weitere Anwendungen bis hin in die Medizintechnik in der Diskussion.
Siehe auch Bearbeiten
Literatur Bearbeiten
- H. Fong, I. Chun & D. H. Reneker: Beaded nanofibers formed during electrospinning. Polymer, Vol. 40, 1999, 4585-4592.
- A. Greiner & J. H. Wendorff: Elektrospinnen: eine faszinierende Methode zur Präparation ultradünner Fasern. Angew. Chem. Vol. 119, No. 30, 2007, 5770-5805.
- J. H. Wendorff, S. Agarwal & A. Greiner: Electrospinning: Materials, Processing, and Applications. Wiley-VCH, Weinheim, Deutschland, 2012, ISBN 978-3-527-32080-6.
Einzelnachweise Bearbeiten
- Seema Agarwal, Matthias Burgard, Andreas Greiner, Joachim H. Wendorff: Electrospinning – A Practical Guide to Nanofibers. Walter de Gruyter, Berlin/Boston 2016, ISBN 978-3-11-033180-6, S. 17.
- Electrospun nanofibers for regenerative medicine. In: Adv-Healthc-Mater. Band 1, Nr. 1, 2012, S. 10–25, PMID 23184683.
- Nesrin Horzum, Mustafa M. Demir (Hrsg.): Green Electrospinning.Walter de Gruyter, Berlin/Boston 2019, ISBN 978-3-11-056180-7, S. 2.
- Dirk W. Schubert: Revealing Novel Power Laws and Quantization in Electrospinning Considering Jet Splitting—Toward Predicting Fiber Diameter and Its Distribution. In: Macromolecular Theory and Simulations. Band 28, Nr. 4, Juli 2019, ISSN 1022-1344, S. 1900006, doi:10.1002/mats.201900006 (wiley.com [abgerufen am 16. Dezember 2020]).
- Dierk Fricke, Alexander Becker, Lennart Jütte, Michael Bode, Dominik de Cassan, Merve Wollweber, Birgit Glasmacher, Bernhard Roth: Mueller Matrix Measurement of Electrospun Fiber Scaffolds for Tissue Engineering. In: Polymers. Band 11, Nr. 12, Dezember 2019, S. 2062, doi:10.3390/polym11122062 (mdpi.com [abgerufen am 16. Dezember 2019]).