Sähkökehrättyjen koaksiaalisten polymeerikuitujen valmistaminen ja

Abstract

Sähkökehräys on sähköstaattisia voimia hyödyntävä prosessi, jonka avulla voidaan valmistaa nanokokoluokan kuituja useista eri materiaaleista. Kapillaarissa oleva liuos induktiovarautuu voimakkaassa sähkökentässä ja kulkeutuu eri potentiaalissa olevalle kerääjälle coulombisten vuorovaikutusten ansiosta. Kulkeutumisen aikana nesteen liuotin haihtuu, jolloin kerääjälle päätyvä kuitu on kiinteää.

Sähkökehräysprosessiin vaikuttaa useita parametreja, joita varioimalla voidaan hallita muodostuvan kuidun kokoa ja morfologiaa. Kapillaari voi olla yksi- tai monineulainen. Monineulaisella systeemillä saadaan tuotettua ko- ja triaksiaalista kuitua. Varsinkin koaksiaalisia kuituja voidaan hyödyntää laajalti erilaisissa sovellutuksissa. Monineulasysteemiä käytettäessä kehrättävät polymeerit täytyy valita tarkasti, sillä polymeerit eivät saa reagoida keskenään. Toisiinsa liukenemisen tai agglomeroitumisen seurauksena on koaksiaalirakenteen tuhoutuminen.

Tämän pro gradu -tutkielman tarkoituksena oli tuottaa koaksiaalikuituja ilman myrkyllisiä liuottimia. Aluksi rakennettiin yksineulainen sähkökehräyslaitteisto ja tutkittiin eri parametrien vaikutusta kehräysprosessin onnistumiseen ja muodostuvien homogeenisten kuitujen halkaisijaan. Kuitujen halkaisijat määritettiin mikroskooppikuvien perusteella. Sen jälkeen laitteistosta muokattiin koaksiaalinen ja sillä kehrättiin koaksiaalikuituja. Tutkimuksissa käytettiin useita eri polymeereja ja rasvahappoja liuotettuna etanoliin tai veteen. Koaksiaalilaitteistolla kehrättiin erilaisia ydin-kuoriyhdistelmiä ja tutkittiin suhteellisten virtausnopeuksien vaikutusta muodostuvan kuidun rakenteeseen.

Tutkimuksissa havaittiin, että homogeenisia kuituja voi kehrätä stabiilisti useilla eri parametriyhdistelmillä. Parametreista konsentraatio vaikutti vahvimmin muodostuvan kuidun halkaisijaan. Pienemmällä konsentraatiolla saatiin ohuempaa kuitua. Koaksiaalikuitujen tapauksessa havaittiin, että ytimen ja kuoren materiaalit täytyi valita tarkasti onnistuneen kehräyksen takaamiseksi. Koaksiaalisia kuituja saatiin tuotettua käyttämällä kuidun kuorimateriaalina PEG-HPMC-etanoliliuosta ja ydinmateriaalina trikapriini-etanoliliuosta. Virtausnopeuksia muuttamalla havaittiin kuoren paksuuden vaihtelu. Eri materiaaleilla ja parametreilla kehrättyjen koaksiaalikuitujen rakenteen säilymistä tulisi tutkia tarkemmin kontrolloidun diffundoitumisen mahdollistamiseksi. Sovelluksien kannalta olisi myös tärkeää kehittää koaksiaalilaitteisto, jolla olisi mahdollista valmistaa koaksiaalikuituja teollisessa mittakaavassa.