Herstellung von Hohlfasern durch Electrospinning in überkritischen Gasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Durch die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Versuche wurde gezeigt, dass sich Electrospinning eignet, um PVP‐Fasern im Submikrobereich zu erzeugen. Durch Anpassung der Prozessparameter können homogene Fasergeflechte produziert werden. Es wurden die vier Lösungsmittel DCM, Ethanol, DMF und DMSO auf ihre Funktionalität für Electrospinning‐Versuche in Luft, CO2 und Stickstoff getestet. Dabei hat sich gezeigt, dass sich die Lösungsmittel DCM und Ethanol, die einen höheren Dampfdruck aufweisen, besonders eignen. Wenn der Druck und die Temperatur erhöht werden, ist es möglich, Hohlfasern im Nano‐ bis Mikro‐Bereich zu generieren. Dies gelang sowohl in der Gasphase als auch im überkritischen Bereich von Kohlendioxid. Die Fasererzeugung gelingt in der Gasphase gut mit PVP/Ethanol, für das System PVP/DCM hingegen eignet sich der überkritische Bereich besser. Insgesamt ist verdichtetes CO2 förderlich um den Electrospinning‐Prozess darin ablaufen zu lassen. Im Gegensatz dazu steht Stickstoff. Auch darin konnten Fasern und Hohlfasern erzeugt werden. Diese wiesen aber generell Fehlstellen auf, die darauf hinweisen, dass das Lösungsmittel nicht ausreichend entfernt wurde. Hohlfasern konnten nur bei einem Parametersatz bei hohem Druck und hoher Temperatur gewonnen werden. Der Einsatz von Stickstoff als Prozessmedium ist nur begrenzt möglich und sinnvoll. Die Arbeitshypothese des Antrags harmonierte mit den durchgeführten Versuchen und wurde nicht widerlegt. In fortführenden Arbeiten könnte die Electrospinninganlage weiter optimiert werden. Um Polymerhohlfasern hoher Qualität zu produzieren, müssen die Versuchsparameter exakter, aber vor allem schneller justier‐ und regelbar sein. Dies könnte mit einer computerunterstützten Ansteuerung der Electrospinninganlage realisiert werden. Mit anderen Messtechniken wie der Nanotomographie könnte das Faserinnere von Hohlfasern nicht invasiv beschrieben werden. Diese Arbeit basiert auf rein experimentellen Ansätzen. CFD‐Simulationen des Prozesses könnten weitere Aufschlüsse über die zugrunde liegenden Mechanismen geben. Für genaue Oberflächenuntersuchungen sind größere Probenmengen nötig, welche nur durch kontinuierlichen Betrieb erzeugt werden können. In Verbindung damit muss ein hochspannungsresistentes Temperaturmessverfahren für weitere kontinuierliche Versuche installiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Hohlfaser‐Erzeugung mittels Electrospinning in verdichteten Gasen; Jahrestreffen der ProcessNet‐Fachausschüsse Fluidverfahrenstechnik und Hochdruckverfahrenstechnik 2010, Fulda
A. Günther, D. Freitag, W. Arlt
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Hollow Fibers by Electrospinning in Supercritical CO2; 12th European Meeting on supercritical fluids 2010, Graz
A. Günther, D. Freitag, W. Arlt, M. McHugh
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Hollow Fibers by Electrospinning in Supercritical CO2; 8th European Congress of Chemical Engineering 2011, Berlin
A. Günther, D. Freitag, W. Arlt
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Hollow Fibers by Electrospinning in Supercritical CO2; 10th International Symposium on Supercritical Fluids 2012, San Francisco
D. Freitag, A. Guenther, W. Arlt
