Modetechnologie und Textiltechnik

Eine Studie über Elektrospinnen und Charakterisierung von Poly(Æ-Caprolacton)-Nanofasern

Riaz T, Delaite C, Khenoussi N, Adolphe D und Schacher L

Nanofasern aus Poly(Ɛ-Caprolacton) (PCL) wurden durch Elektrospinnen einer 10 Gew.-%igen Lösung von PCL/Chloroform und Ethanol bei Raumtemperatur produziert. Beim Elektrospinnen wurde die Spannung in sieben gleichmäßigen Intervallen zwischen 15 und 30 kV variiert, während die Förderleistung (0,5 ml/h) und der Abstand zwischen Nadelspitze und Kollektor (25 cm) bei Umgebungsbedingungen (22 ± 2 °C und 40 % relative Luftfeuchtigkeit) konstant gehalten wurden. Dies führte zu der Untersuchung, wie Spannungsschwankungen die endgültige Morphologie und den Durchmesser von Nanofasern beeinflussen. SEM-Mikrofotografien der Proben zeigten deren Morphologie als heterogene und homogene Mischung von Nanofasern und deren Durchmesser im Bereich von 90 bis 200 nm. Außerdem wurden das Kristallinitätsverhältnis (CR) und das thermische Verhalten von reinem PCL und seinen elektrogesponnenen Nanofasern mithilfe eines Differenzial-Scanning-Kalorimeters (DSC) untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Tg von reinem PCL und von Nanofasern gleich -63,8 °C war und die Kristallinitätsrate von reinem PCL 40 % betrug und nach dem Elektrospinnen auf 50 % anstieg. Es wurde eine Viskositätsanalyse für verschiedene PCL-Lösungsmittel durchgeführt, wobei für jedes 10 Gew.-% PCL verwendet wurden. Chloroform, THF, Aceton, o-Xylol und eine Kombination aus Chloroform mit Ethanol zeigten, dass Chloroform mit 3645 mPa.s die höchste Viskosität aufwies und o-Xylol mit 331 mPa.s die niedrigste. Die rheologische Untersuchung dieser Lösungsmittel half bei der Bestimmung des geeigneten Lösungsmittels für das PCL-Elektrospinnen. Daher wurde eine Kombination aus Chloroform und Ethanol als beste Wahl ausgewählt, da sie mit 10 Gew.-% PCL die optimale Viskosität von 425 mPa.s aufweist und höhere PCL-Konzentrationen mit guter Löslichkeit für das Elektrospinnen ermöglicht.