Roztoky lineárních polyamidů v silném elektrickém poli

Abstract
Zvyšující se poptávku po nanovlákenných materiálech doprovází zájem o optimalizaci příslušných výrobních procesů. Tu představují zejména snahy o zvyšování kvality připravovaných vláken, produktivity a také o modifikace výsledných výrobků. Předpokladem úspěšného splnění těchto úkolů je znalost podstaty daných výrobních procesů. V případě elektrického zvlákňování polymerních roztoků je však řada jeho vnitřních parametrů stále nepříliš dobře prozkoumána a komerční výrobci nanovláken bývají často odkázáni na využívání dříve ověřených zvlákňovacích metod bez toho, aby je byli schopni zásadním způsobem měnit a vylepšovat. Optimalizace zvlákňování se tak nezřídka opírá více o empirii než o teoretické znalosti daného procesu. Fyzikálně-chemické vlastnosti polymerních roztoků, jakými jsou viskozita, povrchové napětí či elektrická vodivost, hrají stěžejní roli při jejich elektrickém zvlákňování a jako takové byly hojně zkoumány. Vzhledem k vysokému počtu a různorodosti známých polymerních materiálů, používaných rozpouštědel a zejména pak jejich směsí však dosud nebylo možné stanovit všeobecně platné zákony vlivu zmiňovaných vlastností na jejich elektrické zvlákňování. Tato práce se proto cíleně zaměřuje pouze na roztoky polyamidů, jejichž chemická příbuznost umožňuje do jisté míry hodnotit vliv změny struktury makromolekul na následnou přípravu nanovláken. V rámci vyšetřování možností optimalizace jejich elektrického zvlákňování střídavým proudem přídavky elektrolytů do zvlákňovaných roztoků byla rozvíjena hypotéza o pseudosíťovacím efektu polárních částic v roztoku a jeho souvislost s elektrickou vodivostí roztoku. Stanovené předpoklady jsou v práci nejdříve popsány na zvlákňování nejběžnějšího syntetického polyamidu a následně jsou ověřovány na roztocích dalších polyamidů. Kromě vlivu elektrolytů jsou v práci naznačeny také možnosti dalšího studia elektrického zvlákňování polyamidových roztoků s cílem stanovení nových hypotéz ohledně vztahů vlastností užitých roztoků a možností jejich elektrického zvlákňování. Dosažené výsledky jsou kriticky diskutovány s ohledem ke stávajícímu stavu poznání dané problematiky a jako takové jsou využitelné nejenom v rámci teorie přípravy polymerních nanovláken, ale také přímo v praxi. Tato práce tak předkládá nové konkrétní poznatky v oblasti elektrického zvlákňování roztoků polyamidů a z nich vyplývající další technologické a vědecké výzvy.
There is a growing need for nanofibrous materials, and to meet this demand, there is a desire to optimize the production processes involved. The primary goals of this optimization are to increase the quality of the fibers produced, productivity and to modify the resulting products. To achieve these goals, it is essential to have a good understanding of the production processes involved. However, many of the internal parameters are still poorly understood in the case of electrospinning of polymer solutions. Commercial nanofiber manufacturers, therefore, rely on established spinning methods without being able to change or improve them significantly. The optimization of spinning methods, therefore, relies mainly on empirical knowledge rather than theoretical knowledge of the process. The physicochemical properties of polymer solutions, such as viscosity, surface tension, and electrical conductivity, play a crucial role in electrospinning. These properties have been extensively researched. However, due to the high number and variety of polymer materials, solvents and their mixtures, it has not been possible to establish generally valid laws of influence. This study focuses only on solutions of polyamides, which makes it possible to evaluate the influence of changes in the macromolecule structure on the preparation of nanofibers. The study investigates the possibility of optimizing electrospinning by adding electrolytes to the spun solutions using alternating current. The study hypothesizes a pseudo crosslinking effect of polar particles in the solution and its connection with the electrical conductivity of the solution. The study first describes the spinning of the most common synthetic polyamide and subsequently verifies the hypothesis on solutions of other polyamides. The study also indicates the possibilities of further research on the electrospinning of polyamide solutions to establish new hypotheses regarding the relationship between the properties of the solutions and the possibilities of their electrospinning. The results are critically discussed with regard to the current state of knowledge of the issue. The findings are applicable within the framework of the theory of the preparation of polymer nanofibers and in practice. This study presents new specific findings in the field of electrospinning of polyamide solutions and the resulting further technological and scientific challenges.
Description
Subject(s)
elektrické zvlákňování, stejnosměrný proud, střídavý proud, nanovlákna, polymerní roztok, polyamid, nylon
Citation
ISSN
ISBN
Collections