Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Kişisel Koruyucu Ekipmanlar için Polimerik Nano-Kompozit Liflerin Çözelti Üfleme İpliği

Published: March 18, 2021 doi: 10.3791/62283
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1
1Material Measurement Laboratory, National Institute of Standards and Technology, 2Theiss Research, 3Department of Chemical Engineering, Texas Tech University

Summary

Bu çalışmanın temel amacı, çözelti üflemeli eğirme (SBS) yoluyla tutarlı morfolojiye sahip polimerik fiber paspaslar hazırlamak için bir protokol tanımlamaktır. SBS'yi, nanopartikülleri bir polimer-elastomer matrisine dahil ederek, koruyucu malzemeler de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için yeni, ayarlanabilir, esnek polimerik fiber nanokompozitler geliştirmek için kullanmayı hedefliyoruz.

Abstract

Hafif, koruyucu zırh sistemleri tipik olarak dokunmamış, tek yönlü bir laminat oluşturmak için elastik bir reçine malzemesi (bağlayıcı) ile yerinde tutulan yüksek modüllü (>109 MPa) ve yüksek mukavemetli polimerik liflerden oluşur. Yüksek mukavemetli liflerin mekanik özelliklerini iyileştirmeye önemli çabalar odaklanmış olsa da, bağlayıcı malzemelerin özelliklerini iyileştirmek için çok az çalışma yapılmıştır. Bu elastomerik polimer bağlayıcıların performansını artırmak için, çözelti üfleme eğirme olarak bilinen nispeten yeni ve basit bir üretim süreci kullanılmıştır. Bu teknik, nano ölçekten mikro ölçeğe kadar değişen ortalama çaplara sahip levhalar veya lif ağları üretebilir. Bunu başarmak için, polimer elastomer çözeltilerinden dokunmamış elyaf paspaslar üretmek için laboratuvarda bir çözelti üfleme eğirme (SBS) aparatı tasarlanmış ve üretilmiştir.

Bu çalışmada, yaygın olarak kullanılan bir bağlayıcı malzeme, tetrahidrofuran içinde çözünmüş bir stiren-bütadien-stiren blok-ko-polimer, silikon yağı ile kapsüllenmiş ve böylece SBS işlemi ile oluşturulan liflere dahil edilen demir oksit NP'ler gibi metalik nanopartiküller (NP'ler) eklenerek nanokompozit lif paspasları üretmek için kullanılmıştır. Bu çalışmada açıklanan protokol, polimer molar kütlesi, termodinamik olarak uygun çözücünün seçimi, çözeltideki polimer konsantrasyonu ve benzer deneylerin gerçekleştirilmesinde başkalarına yardımcı olmak için taşıyıcı gaz basıncı dahil olmak üzere SBS prosesinde yer alan çeşitli kritik parametrelerin etkilerini tartışacak ve ayrıca deney düzeneğinin konfigürasyonunu optimize etmek için rehberlik sağlayacaktır. Elde edilen dokunmamış elyaf paspasların yapısal bütünlüğü ve morfolojisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDS) yoluyla elementel X-ışını analizi kullanılarak incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı, SBS fiber paspasların yapısını ve morfolojisini optimize etmek için çeşitli deneysel parametrelerin ve malzeme seçimlerinin etkilerini değerlendirmektir.

Introduction

Birçok hafif, balistik, koruyucu zırh sistemi şu anda olağanüstü balistik direnç sağlayan yönlendirilmiş, ultra yüksek molar kütleli polietilen lifler veya aramidler gibi yüksek modüllü ve yüksek mukavemetli polimerik lifler kullanılarak inşa edilmektedir 1,2. Bu lifler, filament seviyesine nüfuz edebilen ve dokunmamış, tek yönlü bir laminat oluşturmak için lifleri 0 ° / 90 ° konfigürasyonda sabitleyebilen elastik bir reçine malzemesi (bağlayıcı) ile birlikte kullanılır. Polimer elastomer reçinesinin (bağlayıcı) yüzdesi, laminat yapısının yapısal bütünlüğünü ve antibalistik özelliklerini korumak için tek yönlü laminatın toplam ağırlığının%13'ünü geçmemelidir 3,4. Bağlayıcı, zırhın çok önemli bir bileşenidir, çünkü yüksek mukavemetli lifleri her laminat katmanı3 içinde düzgün bir şekilde yönlendirilmiş ve sıkıca paketlenmiş halde tutar. Vücut zırhı uygulamalarında bağlayıcı olarak yaygın olarak kullanılan elastomer malzemeler çok düşük çekme modülüne (örneğin, ~ 23 ° C'de ~ 17.2 MPa), düşük cam geçiş sıcaklığına (tercihen -50 ° C'nin altında), kopmada çok yüksek uzama (% 300'e kadar) sahiptir ve mükemmel yapışkan özellikler göstermelidir5.

Bu polimer elastomerlerin performansını artırmak için, vücut zırhı uygulamalarında bağlayıcı olarak kullanılabilecek lifli elastomer malzemeler oluşturmak için SBS yapıldı. SBS, farklı polimer / çözücü sistemlerinin kullanılmasına ve farklı son ürünlerin oluşturulmasına izin veren nispeten yeni, çok yönlü bir tekniktir 6,7,8,9,10,11,12,13. Bu basit işlem, nano ve mikro uzunluk ölçekleri 14,15,16,17,18'i kapsayan lif tabakaları veya ağlarını üretmek için konformal liflerin hem düzlemsel hem de düzlemsel olmayan substratlara hızlı (elektrospinning hızının 10 katı) birikmesini içerir. SBS malzemelerinin tıbbi ürünler, hava filtreleri, koruyucu ekipmanlar, sensörler, optik elektronik ve katalizörler 14,19,20'de çok sayıda uygulaması vardır. Küçük çaplı liflerin geliştirilmesi, yüzey alanı/hacim oranını büyük ölçüde artırabilir, bu da özellikle kişisel koruyucu ekipman alanında birçok uygulama için çok önemlidir. SBS tarafından üretilen liflerin çapı ve morfolojisi, polimerin molar kütlesine, çözeltideki polimer konsantrasyonuna, çözeltinin viskozitesine, polimer çözeltisi akış hızına, gaz basıncına, çalışma mesafesine ve püskürtme nozulunun çapına bağlıdır14,15,17.

SBS aparatının önemli bir özelliği, bir iç ve bir eşmerkezli dış nozuldan oluşan sprey nozuludur. Uçucu bir çözücü içinde çözünen polimer, iç nozuldan pompalanırken, basınçlı bir gaz dış nozuldan akar. Dış nozuldan çıkan yüksek hızlı gaz, iç nozuldan akan polimer çözeltisinin kesilmesine neden olur. Bu, sprey nozulundan çıkarken çözeltiyi konik bir şekil oluşturmaya zorlar. Koninin ucundaki yüzey gerilimi aşıldığında, ince bir polimer çözeltisi akışı dışarı atılır ve çözücü hızla buharlaşarak polimer iplikçiklerinin polimer lifler olarak birleşmesine ve birikmesine neden olur. Çözücü buharlaştıkça lifli bir yapının oluşumu, polimer molar kütlesine ve çözelti konsantrasyonuna büyük ölçüde bağlıdır. Lifler, çözeltideki polimer zincirleri kritik örtüşme konsantrasyonu (c*) olarak bilinen bir konsantrasyonda üst üste binmeye başladığında, zincir dolaşıklığı ile oluşur. Bu nedenle, seçilen polimer / çözücü sisteminin c * 'sinin üzerindeki polimer çözeltileri ile çalışmak gerekir. Ayrıca, bunu başarmak için kolay bir strateji, nispeten yüksek molar kütleye sahip polimerleri seçmektir. Daha yüksek molar kütleye sahip polimerler, literatürde açıklandığı gibi lifli yapıların oluşumundaki artışla doğrudan ilişkili olan polimer gevşeme sürelerini arttırmıştır21. SBS'de kullanılan parametrelerin birçoğu güçlü bir şekilde ilişkili olduğundan, bu çalışmanın amacı, nanopartikülleri lifli polimer-elastomer matrisine dahil ederek vücut zırhı uygulamalarında bulunan tipik bağlayıcı malzemeler için alternatif olarak kullanılacak ayarlanabilir ve esnek polimerik fiber nanokompozitlerin geliştirilmesine rehberlik etmektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOT: Bu bölümde kullanılan ekipman, enstrümantasyon ve kimyasallarla ilgili ayrıntılar Malzeme Tablosunda bulunabilir. Bu protokolün tamamı, kuruma özgü prosedür ve süreçlere uyulmasını sağlamak için öncelikle kurumsal güvenlik departmanı/personeli tarafından gözden geçirilmeli ve onaylanmalıdır.

1. Uygun çözücü kullanılarak polimer çözeltisinin hazırlanması

NOT: Her kimyasal/malzeme ile birlikte kullanılacak uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) ile ilgili olarak üretici/tedarikçi güvenlik bilgi formlarına ve kurumun güvenlik departmanına/personeline danışın.

  1. Temiz ve küçük bir laboratuvar spatulası kullanın ve istenen miktarda (örneğin, ~ 2 g) kuru polimeri (poli(stiren-bütadien-stiren)) temiz, boş, 20 mL borosilikat cam şişeye aktarın. Şişeyi kapatın ve ortam laboratuvar koşullarında saklayın.
    NOT: Tetrahidrofuran (THF) içindeki poli(stiren-bütadien-stiren) için seçilen konsantrasyon yaklaşık 200 mg / mL idi. Bu konsantrasyon, bu protokol boyunca bir örnek olarak kullanılır; optimum konsantrasyon, kullanılan polimer/solvent sistemine bağlı olacaktır.
  2. Polimer numuneyi içeren borosilikat cam şişeyi kimyasal bir duman davlumbazına aktarın ve istenen çözücünün 10 mL'± 0,1 mL'lik pipeti, bu durumda THF, nominal olarak istenen 200 mg / mL konsantrasyonunu elde etmek için şişeye aktarın.
  3. Solvent (THF) kabını kapatın ve saklama dolabına aktarın. Polimer/solvent numunesini içeren borosilikat cam şişeyi birlikte verilen kapakla kapatın ve dikkatlice bir mikser/döndürücü üzerine monte edin.
  4. Polimer çözücü içinde tamamen çözünene kadar karışımı oda sıcaklığında 70 rpm'de bir rotatör kullanarak çalkalayın.
    NOT: Çözelti yaklaşık 60 dakika sonra net ve şeffaf görünür ve polimerin tamamen çözünmesini gösterir.
  5. Çözeltiyi SBS için çözünmüş gaz analizi (DGA) borosilikat cam şırıngasına aktarın.
    NOT: Polimer çözeltiler, borosilikat cam şişenin güvenli bir şekilde kapatılması ve açıklığın bir parafin balmumu filmi kullanılarak sarılması koşuluyla 72 saate kadar saklanabilir ve kullanılabilir. Ancak, SBS gerçekleştirmeden önce çözümler yeniden çalkalanmalıdır.

2. Viskozite ölçümü ile kritik örtüşen polimer konsantrasyonunun belirlenmesi

NOT: Bu adım, SBS sonrası genel lif kalitesini ve morfolojisini etkileyen önemli bir parametre olan kritik örtüşen polimer konsantrasyonunu belirlemek için burada verilmiştir. Ayrıntılar için temsili sonuçlara ve tartışma bölümlerine bakın.

  1. THF'de yaklaşık 10 mL hacimli polimer çözeltisinin sekiz nominal konsantrasyonunu (1 mg / mL, 3 mg / mL, 5 mg / mL, 10 mg / mL, 20 mg / mL, 30 mg / mL, 40 mg / mL, 50 mg / mL) hazırlayın. Çözümleri hazırlamak için 1.1 ve 1.2 numaralı adımlarda olduğu gibi aynı yordamı izleyin.
  2. Reometreyi ölçümler için hazırlayın.
    NOT: Tork, normal kuvvet ve faz açısı için rutin kalibrasyon ve doğrulama kontrolleri, aşağıdaki kurulum prosedüründen önce reometre üzerinde yapılmalıdır.
    1. Sıcaklık kontrolü için çevresel kontrol cihazını reometreye takın.
    2. Reometre geometrisini, yani gömme konsantrik silindirleri reometreye takın. İlk olarak, alt geometriyi (kap) çevresel kontrol cihazına ve ardından üst geometriyi (bob) dönüştürücü miline takın ve takın.
    3. Cihazın dokunmatik ekranını kullanarak normal kuvvet ve torku daral. Reometre yazılımının boşluk kontrol fonksiyonunu kullanarak geometri boşluğunu sıfırlayın. Örnek yükleme için yeterli alan sağlamak üzere sahne alanını kaldırın.
  3. Yüksek kaliteli, tek kullanımlık borosilikat cam pipet (~7 mL geometri için minimum numune hacmi) kullanarak polimer çözeltisini bardağa yükleyin. Ölçüm için boşluğu çalışma boşluğuna (3,6 mm) ayarlayın.
  4. Yaklaşık 25 °C'de yaklaşık 10 s-1 ila 100 s-1 arasında bir kesme hızı süpürme testi gerçekleştirin. Reometre yazılımında kararlı durum algılama işlevini etkinleştirin.
  5. Sonuç tablosunu dışa aktarın ve kararlı kesme viskozitelerinin ortalama değerini hesaplayın.
  6. Ortalama viskozite değerlerini polimer konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak çizin.

3. Polimer çözeltisinin / nanopartikül dispersiyonunun hazırlanması

NOT: Nanopartiküller (NP'ler) eklenmiş bir polimer çözeltisi hazırlamak için, nano muhafazalı (yüksek verimli-partikül-hava filtreli) bir davlumbazın içinde çalışın.

  1. Temiz, küçük bir laboratuvar spatula kullanın ve gerekli miktarda (örneğin, ~0,01 g) kuru NP tozu, örneğin demir oksit (Fe3O4) NP'ler, temiz bir 20 mL borosilikat cam şişeye tartın.
  2. Tek kullanımlık bir borosilikat cam pipet kullanarak istenen hacimde (örneğin, nominal olarak 10 mL) çözücü (örneğin, THF) ekleyin ve sağlanan kapağı kullanarak NP'ler/solvent karışımını içeren borosilikat cam şişeyi kapatın.
  3. Numuneyi bir vorteks karıştırıcıya aktarın ve NP'ler şişenin dibinde artık görünmeyene kadar 3.000 rpm'de oda sıcaklığında iyice çalkalayın. Nanopartiküllerin tam olarak dağılmasını sağlamak için şişeyi numuneyle birlikte derhal bir banyo sonikatörüne aktarın. Numunenin ısınmasını önlemek için, her sonikasyon adımı arasında 2-5 dakika bekleyerek, ~ 30 dakikalık aralıklarla dağılımı sonikleştirin.
  4. Daha sonra, kimyasal bir davlumbazın içinde çalışarak, NP dispersiyonuna istenen miktarda (örneğin, ~ 2 g) polimeri (örneğin, stiren-bütadien-stiren blok-ko-polimer) tartın ve ekleyin. Borosilikat cam şişeyi birlikte verilen kapakla kapatın ve oda sıcaklığında 70 rpm'de karıştırmak için bir rotatöre güvenli bir şekilde monte edin.
  5. Polimer/NP'ler/solvent numunesini yaklaşık 60 dakika boyunca veya polimer tamamen çözünene kadar iyice karıştırın.
    NOT: Karıştırmadan sonra, numune düzgün dağılmış NP'lere sahip viskoz bir sıvı olarak görünür ve büyük agregalar veya çökeltiler görünmez.
  6. Son olarak, karışımı SBS için bir DGA borosilikat cam şırıngaya aktarın.
    NOT: Dispersiyonun potansiyel aglomerasyonu veya dengesizleşmesi nedeniyle polimer NP çözeltilerinin SBS'den önce depolanması önerilmez.

4. Çözüm üfleme eğirme işlemi (SBS)

NOT: Bu işlem için önerilen KKD, koruyucu gözlükleri, laboratuvar önlüğünü ve nitril eldivenleri içerir; SBS aparatını kurmadan önce bunlar takılmalıdır. Kurulum ve işlem kimyasal bir başlık içinde yapılmalıdır. SBS aparatı, 0,3 mm'lik bir iç nozul (polimer çözeltisi için) ve 1 mm'lik bir kafa açıklığı (gaz için), bir şırınga pompa sistemi, bir kolektör, basınçlı azot (N2) gaz tüpü ve bir alüminyum muhafaza ile donatılmış ticari bir airbrush ünitesinden oluşur. İç nozul, airbrush'ın kafa açıklığından yaklaşık 0,5 mm çıkıntı yapar. SBS kurulumuyla ilgili ayrıntılar Şekil 1'de verilmiştir.

  1. İlk olarak, airbrush'ın yüksekliğini ve açısını, toplayıcıya bağlı seçilen alt tabakanın (cam mikroskop slaytı) merkezi ile hizalayacak şekilde ayarlayın ve yerine sabitleyin. Gaz tüpünün duvara montajına uygun şekilde sabitlendiğinden emin olun. Ardından, airbrush'ın gaz girişini N2 basınçlı gaz silindirine bağlayın.
  2. Gaz silindirindeki ana valfi açın ve istenen akışı elde etmek için basınç göstergesini izlerken attacjed gaz regülatörü valfini kullanarak basıncı yavaşça ayarlayın. Sistemden engelsiz akış olduğundan emin olun ve bağlantı noktalarındaki olası gaz sızıntılarını dikkatlice dinleyin. Potansiyel sızıntıları daha fazla araştırmak için bir sabun ve su çözeltisi kullanın ve gerekirse, sızıntıları ortadan kaldırmak için bağlantı parçalarına politetrafloroetilen (PTFE) bant uygulayın. Gaz akışı uygun şekilde ayarlandığında, gaz akışını durdurmak için gaz tüpü üzerindeki ana valfi kapatın.
  3. Donanımlı mengeneyi kullanarak substratı toplayıcı üzerine sabitleyin. Kollektörün yüksekliğini, airbrush'ın sprey yönüne ve desenine dik olarak hizalayacak şekilde ayarlayın, böylece malzeme alt tabaka üzerine birikecektir.
  4. Ardından, aşağıdaki adımlarda optimum çalışma mesafesini (nozul ve substrat arasındaki ayrım) belirlemeye yardımcı olması için toplayıcıyı airbrush nozulundan en uzak konumuna kaydırın.
  5. Kimyasal davlumbazın içinde çalışırken, hazırlanan polimer / NP'ler / çözücü karışımını borosilikat cam şişeden paslanmaz çelik bir iğne ile donatılmış 10 mL DGA borosilikat cam şırıngaya dikkatlice aktarın.
  6. Şırıngayı iğne yukarı bakacak şekilde tutarak, şırıngaya hafifçe dokunarak ve fazla havayı yerinden etmek için pistona yavaşça bastırarak numunedeki hava kabarcıklarını çıkarın. İğneyi çıkarın ve şırıngayı şırınga pompası ünitesine takın. Şırıngayı sabitleyin ve şırınganın çıkışından gelen PTFE tüpünü airbrush üzerindeki uygun girişe bağlayın.
  7. Ardından, şırınga-pompa ünitesi menüsünden istediğiniz enjeksiyon hızını seçin (örneğin, 0,5 mL / dak) veN2'nin airbrush'tan akmasına izin vermek için N2 gaz silindirindeki ana valfi yavaşça açın. Polimer / NP'ler / çözücü karışımını dağıtmak için hemen şırınga pompası ünitesini başlatın ve püskürtme işlemini başlatın.
  8. Püskürtme nozulundaki püskürtme desenini dikkatlice gözlemleyin ve tıkanma veya kısmi tıkanma olmadığından emin olun. Çözelti serbestçe püskürtülene kadar enjeksiyon hızını kademeli olarak artırın veya azaltın.
    NOT: Çok düşük veya yüksek enjeksiyon hızları tıkanmaya eğilimlidir. Optimum enjeksiyon hızı, çözeltinin viskozitesinin bir fonksiyonudur ve yüksek veya düşük polimer çözeltisinin konsantrasyonları için ayarlanması gerekebilir.
  9. Daha sonra, toplayıcının konumunu, malzeme substrat üzerinde birikinceye kadar airbrush'a doğru kaydırarak çözücü buharlaşmasına izin vermek için kullanılan polimer / çözücü sistemi için istenen çalışma mesafesine ayarlayın.
    NOT: Kollektör airbrush püskürtme nozuluna çok yakınsa, yetersiz buharlaşma süresi sıvı polimer çözeltisinin alt tabaka üzerine çökelmesine neden olur. Kollektör çok uzaktaysa, substrat üzerine çok sınırlı veya hiç malzeme birikmeyecektir. THF'deki poli(stiren-bütadien-stiren) çözeltiler için uygun çalışma mesafesi 8 cm ile 12 cm arasındadır.
  10. İstenilen miktarda malzeme substrat üzerinde biriktiğinde, önce şırınga pompası ünitesini durdurun ve ardındanN2 gaz silindiri üzerindeki ana valfi hemen kapatın.

5. SBS fiber paspasların SEM ile analizi

  1. Elektron ışını altındaki yüzey şarj etkilerini azaltmak için fiber paspasları Au/Pd gibi iletken bir malzeme ile kaplamak için bir püskürtme kaplayıcı kullanın.
    NOT: 4-5 nm kaplama kalınlığı yeterli olacaktır.
  2. Fiber paspas örneklerini bir SEM'e yükleyin ve 2-5 kV'luk hızlandırıcı bir voltaj ve 0,1-0,2 nA'lık bir akım kullanarak görüntüleyin. Gerektiğinde şarj etkilerine karşı koymak için şarj nötralizasyon ayarlarını uygulayın.
  3. Fiber malzemelerin farklı özelliklerini yakalamak için ikincil bir elektron dedektörü veya geri saçılan bir elektron dedektörü kullanın.
  4. Farklı elementlerin karakteristik X-ışınlarını, polimerik fiber paspasların içine gömülü demir oksit NP'lerin göstergesi olan demir (Fe) varlığının belirlenmesine izin verecek bir enerji spektrumuna ayırmak için bir enerji dağıtıcı (EDS) dedektörü kullanın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu çalışmada, nano ve mikro ölçekte poli(stiren-bütadien-stiren) liflerden oluşan dokunmamış elyaf paspaslar, demir oksit NP'lerin varlığı ile ve yokluğunda sentezlenmiştir. Elyaf oluşturmak için, SBS parametreleri kullanılan polimer / çözücü sistemi için dikkatlice seçilmelidir. Çözünmüş polimerin molar kütlesi ve çözelti konsantrasyonu, SBS işlemi tarafından üretilen yapıların morfolojisini kontrol etmede kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, yaklaşık 185.000 g/mol molar kütle ve 25 °C'de 0.94 g/mL yoğunluk ile poli(stiren-bütadien-stiren-stiren) blok-ko-polimer (ağırlıkça 30 ağırlık) kullanılmıştır. Çok sayıda çalışma, polimer molar kütlenin etkilerini incelemiş, daha yüksek bir molar kütlenin çözeltide zincir dolaşıklığını desteklediğini ve viskozitesini büyük ölçüde artırdığını ve SBS tekniği21 ile lif oluşumuna neden olduğunu göstermiştir. Ek olarak, önceki çalışmalar, dolaşıklık konsantrasyonu (Ce ~ 10c *) olarak da bilinen kritik örtüşme konsantrasyonunun (c >> c *) çok üzerinde, iyi bir çözücüdeki (Flory22 tarafından tanımlandığı gibi) polimer konsantrasyonlarının, küçük veya hiç boncuk oluşumu olmayan lif oluşumu ile sonuçlanacağını göstermiştir21,23.

Bu fenomen yine çözelti içindeki dolaşık polimer zincirleri arasındaki etkileşimler tarafından yönetilir. Moleküllerin çözelti içinde c* üzerindeki dolaşıklığı, çözeltinin viskozitesini katlanarak arttırır, bu nedenle atalet kılcal kuvvetlerinin üstesinden gelir ve polimer jetinin parçalanmasını bastırır. Polimer çözeltisi akışını nozuldan kestikten sonra polimer jetinin destabilizasyonu, SBS deneyi için seçilen konsantrasyon çok düşükse, istenmeyen "boncuk" oluşumuna yol açacaktır. Bu çalışmada, THF'deki poli(stiren-bütadien-stiren) blok-ko-polimerin kritik örtüşme konsantrasyonu ilk olarak iyi bir çözücü24'teki rastgele polimer bobinleri için aşağıdaki denklem kullanılarak tahmin edilmiştir:

c* ≈ 3Mw/(4πNARg3) (1)

Yukarıdaki denklem (1)'de, NA, Mw ve Rg , sırasıyla Avogadro sayısı, polimerin molar kütlesi ve polimerin girdap yarıçapıdır. Bu denklem, çözeltideki polimerin c * 'sini ~ 8.96 mg / mL olarak tahmin etmiştir. Farklı konsantrasyonlarda sekiz polimer çözeltisi hazırlandı ve viskoziteleri konsantrasyonun bir fonksiyonu olarak incelendi. Çoğu polimer için, çözeltilerinin viskozitesinin iyi bir çözücüdeki davranışı sadece düşük konsantrasyonlarda doğrusaldır.

Polimer konsantrasyonu arttıkça, viskozite katlanarak artar ve kritik örtüşme konsantrasyonu, çözünmüş polimer bobinlerinin birbirleriyle örtüşmeye başladığı ve dolaşıklığa neden olduğu değere karşılık gelir. Bu kritik konsantrasyonda, bir polimer çözeltisi seyreltikten yarı seyreltilmiş bir rejime geçer25. Polimer çözeltisinin bir fonksiyon konsantrasyonu olarak viskozitesinin sonuçları Şekil 2'de gösterilmiştir ve deneysel olarak tahmin edilen c* değeri ~ 9.28 mg / mL'dir. C*'nin hesaplanan ve deneysel olarak tahmin edilen değerleri benzerdir, bu da ~ 10 mg/mL'dir. Bu nedenle, 10c'den büyük polimer konsantrasyon değerleri (c ≥ 100 mg / mL) SBS prosesi için kullanılmak üzere, dolaşıklık konsantrasyon rejimi23'te olacak şekilde seçilmiştir. Bu yüksek konsantrasyonlarda, SBS aparatı sürekli olarak istenen çaplarda ve morfolojide dokunmamış lifler üretebilir. Şekil 3 , geliştirilen lif paspasların yapısını ve ~ 200 mg / mL'lik bir polimer konsantrasyonundaki liflerin morfolojisini, yaklaşık207 kPa'lık N 2 gaz basıncını, nominal olarak 8 cm'lik bir çalışma mesafesini ve ~ 0.5 mL / dak'lık bir polimer çözeltisi enjeksiyon hızını göstermektedir.

Şekil 3A'daki elektron mikrografı, dokunmamış fiber paspasın morfolojisini düşük büyütmede göstermektedir. Fiber paspas numunesi, esas olarak minimum polimer boncuk veya polimer kaynağı bulunan bireysel ve silindirik şekilli liflerden oluşur. Daha yüksek büyütmede (Şekil 3B), oluşan liflerin nano ölçekte çok benzer çaplara sahip pürüzsüz ve yuvarlak olduğu açıktır (çap aralığı 100 nm ila 600 nm arasındadır). Bireysel liflerin yanı sıra 2, 3 ve bazen 4 ayrı liften oluşan bazı lif demetleri gözlenir. Son olarak, daha yüksek büyütme görüntüleri, bu SBS koşulları altında polimer boncukların ("bir ipteki boncuklar") veya polimer kaynağının bulunmadığını doğrulamaktadır. Bu spesifik polimer/solvent sistemini ve polimer konsantrasyonunun üretilen lif paspaslar üzerindeki etkisini daha iyi anlamak için, çeşitli konsantrasyonlarda püskürtülen lif paspas numunelerinin yapısı ve morfolojisi incelenmiştir. Polimer konsantrasyonu, Şekil 4'te görüldüğü gibi, sırasıyla yaklaşık 100 mg / mL'den 120 mg / mL, 150 mg / mL ve 200 mg / mL'ye yükseldiği için üretilen lif paspaslarında anlamlı farklılıklar gözlenmiştir. SEM mikrografları, kritik örtüşme konsantrasyonunun (c* ~ 10 mg / mL) yakınında, daha düşük konsantrasyonlarda bulunan çok sayıda lif demeti ile istenmeyen "bir ip üzerindeki boncuklar" morfolojisini sergileyen liflerden, c * 'nin çok üzerindeki konsantrasyonlarda bozulmamış ve morfolojik olarak pürüzsüz liflerin oluşumuna (örneğin, 200 mg / mL) net bir geçiş göstermektedir.

Ayrıca, daha önce de belirtildiği gibi, gaz basıncı, polimer molar kütle ve konsantrasyonundan çok daha az ölçüde olmasına rağmen, üretilen liflerin morfolojisini ve çapını etkileyebilecek başka bir proses değişkenidir. Şekil 5, gaz basıncının ~138 kPa'dan ~345 kPa'ya yükselmesiyle çapı azalan liflerin varlığını gösteren gaz basıncının etkilerini göstermektedir; Bununla birlikte, büyük polimer boncukların ve kaynaklı liflerin varlığı da artmıştır. Önceki çalışmalar ayrıca çok yüksek gaz basınçlarının istenmeyen elyaf ve polimer kaynağına neden olacağını göstermiştir17,19. Bu etki, gazın Joule genleşmesi nedeniyle daha yüksek gaz akış hızları kullanıldığında püskürtme nozulundaki sıcaklıkta daha önemli bir düşüşün bir sonucu olabilir. Sıcaklık düşüşü, gazın hacimsel genişlemesi ile orantılıdır ve bu da zayıf çözücü buharlaşmasına ve lif kaynağına neden olabilir17,19,26. Mevcut çalışmada, çeşitli SBS parametrelerine ve SEM görüntülemesine dayanarak, polimer/solvent sistemi için optimum polimer konsantrasyonu ve taşıyıcı gaz basıncı 200 mg/mL ve 207 kPa olarak belirlenmiştir.

Bu kombinasyon, Şekil 3'te gösterildiği gibi, boncuk veya lif kaynağı bulunmadan nano ölçekte (~ 100 nm ila 600 nm çap) sürekli olarak bozulmamış, pürüzsüz, bireysel lifler üretebilir. Azot gazının SBS püskürtücüsüne iç çapı 0.238 cm ve uzunluğu 2.134 m olan bir PTFE tüpünden beslendiğini belirtmek önemlidir. 207 kPa ve yaklaşık 20 °C'lik optimum azot basıncında,N2 gaz yoğunluğu 0.00215 kg / L, dinamik viskozitesi 1.76 x 10-5 Pa · s'dir ve yaklaşık hızı 0.871 m / s'dir ve Reynold'un sayısı 147'dir ve laminer bir akışı gösterir. THF'deki poli (stiren-bütadien-stiren) için bu sprey kurulumunda SBS parametreleri için en iyi koşulları belirledikten sonra, tekniğin polimer elastomer nanokompozit fiber paspaslar üretme kabiliyeti, polimer çözeltisinde demir oksit NP'lerin χnp = 0.001 kütle fraksiyonunda dağıtılmasıyla araştırılmıştır. Bu kütle fraksiyonunun, NP dispersiyonunun destabilizasyonu gözlenmeden önce ulaşılabilecek en yüksek oran olduğu belirlendi. NP dispersiyonları χnp = 0.001'in üzerinde stabil olmadığından, bu değerin üzerindeki NP kütle fraksiyonlarında hiçbir dispersiyon püskürtülmedi. Daha sonra üretilen liflerin kalitesini (düzensiz lif morfolojisi ve çapları) etkileyebilecek ve NP'lerin lif malzemesi içinde düzgün olmayan bir şekilde dağılmasına neden olabilecek nanopartikül aglomerasyon fenomenleri beklenir.

Sonikasyondan sonra, 0.001'e eşit kütle fraksiyonlarındaki demir oksit NP / polimer dağılımlarının yaklaşık 2 saat boyunca kararlı olduğunu belirtmek önemlidir; bu nedenle, optimum sonuçlar için karıştırdıktan hemen sonra kullanılması önerilir. Dispersiyonlar birkaç saatten fazla karıştırılmadan bırakılırsa, SBS'ye başlamadan önce numunelerin tekrar sonikleştirilmesi önerilir. Bu çalışmada kullanılan NP'ler, kuru toz halinde, üretici tarafından THF de dahil olmak üzere çeşitli organik çözücülerde kolayca dağılabilir hale getiren silikon yağı ile kaplanmıştır. Üretilen fiber paspaslar, bir SEM'de geri saçılan elektron (BSE) analizi ve EDS kullanılarak değerlendirildi ve sonuçlar, polimer lifler içinde demir oksit NP'lerin varlığını gösterdi. BSE dedektörü aracılığıyla toplanan temsili bir elektron mikrografı Şekil 6A'da gösterilmiştir. Demir oksit parçacıkları (kırmızı ile daire içine alınmış), bir BSE dedektörü kullanılarak çevredeki polimerik fiber malzemeden daha parlak kontrastları nedeniyle liflerde kolayca tanımlanabilir, çünkü demir karbondan çok daha ağır bir elementtir. Şekil 6C'de, aynı numunenin EDS element analizi, demir oksit NP'lerin bulunduğu daha parlak kontrast konumlarında demirin (kırmızı işaretli) varlığını gösterir ve lifler içindeki varlıklarını daha da doğrular. Fiber paspasların yapısının ve morfolojisinin, demir oksit NP'lerin varlığından önemli ölçüde etkilenmediğine dikkat etmek önemlidir.

Figure 1
Resim 1: Çözelti üflemeli eğirme aparatı. (A) Cihaz bir şırınga pompa sistemi, bir airbrush kurulumu, bir kolektör, bir alüminyum muhafaza ve bir azot gazı tüpünden (gösterilmemiştir) oluşur; (B) airbrush kurulumu ve (C) alt tabaka tutucu ile ilgili ayrıntılar gösterilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Polimer konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak polimer çözeltilerinin viskozitesi. Kritik örtüşme konsantrasyonu (c*), grafikteki okla gösterildiği gibi viskozitenin güç yasası davranışının başlangıcı ile tahmin edilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Çözelti üfleme eğirme (SBS) aparatı aracılığıyla oluşturulan poli(stiren-bütadien-stiren) liflerin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri . (A) Düşük büyütmeli görüntü ve (B) aynı numunenin daha yüksek büyütmeli görüntüsü. A = 1 mm için ölçek çubuğu; B = 40 μm için ölçek çubuğu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: SBS aparatı kullanılarak çözelti içindeki polimer konsantrasyonunu arttırmak için püskürtülen poli(stiren-bütadien-stiren) çözeltilerin SEM mikrografları. Polimer konsantrasyonu soldan sağa doğru artar. Ölçek çubukları = 40 μm. Kısaltmalar: SEM = taramalı elektron mikroskobu; SBS = çözelti üfleme eğirme. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: SBS aparatı kullanılarak püskürtülen poli(stiren-bütadien-stiren) çözeltilerin SEM mikrografları . (A) 345 kPa'lık yüksek gaz basıncı ve (B) 138 KPa'lık düşük gaz basıncı. Ölçek çubukları = 50 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Çözelti üflemeli bükülmüş poli(stiren-bütadien-stiren) liflerin geri saçılmış elektron mikrografisi. (A) Kırmızı ile daire içine alınmış demlenmiş demir oksit (Fe3O4) nanopartikülleri; ölçek çubuğu = 10 μm. (B) Sarı vurgulanan alanın aynı büyütmede büyütülmesi. (C) Genişlemiş alanın enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi, demirin varlığını gösterir (element analizi; Fe kırmızıya boyanmış) liflerin içinde. Ölçek çubukları (B,C) = 4 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Burada açıklanan yöntem, çözelti üflemeli eğirme olarak bilinen nispeten yeni bir teknikle polimer elastomer nanokompozit fiber paspasların üretilmesi için bir protokol sağlar. Bu teknik, liflerin nano ölçekte üretilmesine izin verir ve atmosferik basınç ve oda sıcaklığı27 altında gerçekleştirilebildiği için elektrospinning işlemi gibi diğer köklü tekniklere göre çeşitli avantajlara sahiptir. Ayrıca, SBS yerel çevresel değişikliklere (sıcaklık veya nem) karşı oldukça hassas değildir ve sert veya toksik kimyasallar veya biyolojik sistemlerle çalışırken faydalı olan yüksek voltaj gradyanı gerektirmez 17,19,28,29. Son olarak, SBS prosesinin çözelti biriktirme oranları, elektrospinning'den kabaca 10 kat daha hızlıdır, daha kısa sürede daha geniş alanları kaplar ve proses ölçeğini büyütme kolaylığı vaat eder14,17.

Bu teknikten ve burada açıklanan protokolden arzu edilen sonuçları elde etmek için, operatörün malzemeleri dikkatlice seçmesi ve polimer molar kütle ve konsantrasyonun yanı sıra taşıyıcı gaz basıncı gibi belirli önemli parametreler üzerinde kontrol sahibi olması gerekir. İstenilen polimerin seçimi, kullanılması gereken çözücüyü belirleyecektir. Çözücünün ortam koşullarında uçucu olması ve seçilen polimerin c*'ye eşit veya daha büyük konsantrasyonlarda çözünmesi için iyi bir çözücü olması gerekir, bu da Hildebrand çözünürlük parametrelerinin (δ) incelenmesiyle elde edilebilir.

Bu çalışmada kullanılan poli(stiren-bütadien-stiren) blok-ko-polimer için çözünürlük parametreleri 7.7 ile 9.4 arasında olan bir çözücü kullanılması önerilmiştir. Bu nedenle, THF, δ = 9.130 Hildebrand çözünürlük parametresine sahip bir çözücü olarak idi. Daha sonra, polimerin molar kütlesi (~ 180.000 g / mol), polimer zinciri dolaşıklıklarını teşvik etmek ve daha önce SBS tekniği21 ile lif oluşumunu desteklediği gösterilen yeterince yüksek viskozitelere sahip çözeltiler elde etmek için yeterince yüksek olacak şekilde seçildi. Üretilen liflerin yapısı ve morfolojisi sadece artan molar kütle ile değil, aynı zamanda polimer konsantrasyonu ile de değişir.

Bu çalışmanın sonuçları, kritik örtüşme konsantrasyonunun (c >> c *) çok üzerindeki konsantrasyonların, literatür14,17,21 tarafından da iyi desteklenen optimal boyut ve morfolojiye sahip liflerle sonuçlandığını göstermiştir. Daha sonra, taşıyıcı gaz basıncının etkisi araştırıldı; aşırı düşük veya yüksek değerlerin lif morfolojisini olumsuz yönde etkilediği bulunmuştur. Artan gaz basıncı değerleri ile birlikte çok yüksek basınçlarda elyaf kaynağının oluşumu ile birlikte daha küçük elyaf çapları gözlenmiştir. Bu nedenle, bu polimer / çözücü sistemi ve bu SBS kurulumu için ~ 207 kPa'lık gaz basınçları arzu edilir. Gaz basıncının bir sonucu olarak üretilen liflerin morfolojisindeki bu değişiklikler, Medeiros ve ark. tarafından yapılan bir çalışmada da gözlenmiştir.14

Son olarak, çalışma mesafesi, polimer çözeltisi enjeksiyon hızı ve püskürtme süresi dahil olmak üzere diğer parametreler, uygun çözücü buharlaşmasına, püskürtme nozulunda tıkanma sorunu olmamasına ve sırasıyla aynı miktarda biriken malzemeye izin veren değerlerde sabit tutulmuştur. Nihayetinde, SBS prosesi ile geliştirilen lifli malzemeler, tıbbi ürünler, hava filtreleri, koruyucu ekipmanlar, sensörler, optik elektronik ve katalizörler 14,19,20 dahil olmak üzere çeşitli alanlarda çok sayıda uygulamaya sahiptir. Bu nedenle, bu araştırmanın nihai amacı, ayarlanabilir polimer elastomer nanokompozitler oluşturmak için burada açıklanan SBS tekniğini kullanmak ve bunları yeni çok işlevli malzemelerin kullanımını içeren kişisel koruyucu ekipman alanı gibi çeşitli alanları ilerletmek için uygulamaktır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Bu makalede kullanılan prosedürlerin tam açıklaması, belirli ticari ürünlerin ve tedarikçilerinin tanımlanmasını gerektirir. Bu tür bilgilerin dahil edilmesi, hiçbir şekilde, bu tür ürünlerin veya tedarikçilerin NIST tarafından onaylandığını veya NIST tarafından önerildiğini veya açıklanan amaçlar için mutlaka en iyi malzemeler, araçlar, yazılımlar veya tedarikçiler olduklarını gösterdiği şeklinde yorumlanmamalıdır.

Acknowledgments

Yazarlar, çözelti üflemeli eğirme aparatının imalatına yaptığı önemli katkılardan dolayı Bay Dwight D. Barry'ye teşekkür etmek ister. Zois Tsinas ve Ran Tao, sırasıyla # 70NANB20H007 ve # 70NANB15H112 Ödülleri kapsamında Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden fon almayı kabul etmek istiyor.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
45 MM Toolmaker Vise Tormach Inc. 32547 To secure substrate onto the collector
ARES-G2 Rheometer TA Instruments 401000.501 Rheometer
Branson Ultrasonics M Series - Ultrasonic Cleaning Bath Fisher Scientific 15-336-100 To disperse nanoparticles
Cadence Science Micro-Mate Interchangeable Syringe Fisher Scientific 14-825-2A Glass Syringe 5mL in 1/5mL, Luer Lock Tip
Chemical hood Any company
Corning - Disposable Pasteur Glass Pipette Sigma Aldrich CLS7095D5X-200EA Non-Sterile
DWK Life Sciences Wheaton - Glass Scintillation Vial Fisher Scientific 03-341-25G 20 mL with cap
FEI Quanta 200 Scanning Electron Microscope (SEM) FEI For imaging samples
Iron Oxide Nanopowder/Nanoparticles US Research Nanomaterials, inc. US3320 Fe3O4, 98%, 20-3- nm, Silicon oil Coated
KD Scientific Legato 100 Single-Syringe Pump Sigma Aldrich Z401358-1EA Single syringe infusion pump
Master Airbrush - Model S68 TCP Global MAS S68 Nozzle/needle diameter: 0.35 mm
Mettler Toledo AB265-S/FACT Scale Cole-Parmer Scientific EW-11333-14 For weighing polymer and  Nanoparticles
N2 Gas Regulator Any company
Nanoenclosure Any company
Optical Microscopy Glass Slides Fisher Scientific 12-550-A3 Used as a substrate for fiber mat deposition
OSP Slotted Bob, 33 mm TA Instruments 402796.902 Bob, upper geometry
OSP Slotted Double Gap Cup, 34 mm TA Instruments 402782.901 Double wall cup, lower geometry
Oxford BenchMate Digital Vortex Mixer Pipette VM-D Rated up to 4,200 rpm, for mixing solutions
Oxford Benchmate Tube Roller Pipette OTR-24DR Sample mixer/rotator
Polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene Sigma Aldrich 432490-1KG styrene 30 wt. %, Mw ~ 185,000 g/mol
SEM Pin Stub Specimen Mount Ted Pella Inc. 16119 18 mm diameter x 8 mm height
Spatula VWR 82027-532 To load test materials
Tetrahydrofuran (THF) Fisher Scientific T425-1 solvent, HPLC grade
TRIOS TA Instruments v4.3.1.39215 Rheometer software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lee, B. L., et al. Penetration failure mechanisms of armor-grade fiber composites under impact. Journal of Composite Materials. 35 (18), 1605-1633 (2001).
  2. Prevorsek, D. C., Kwon, Y. D., Chin, H. B. Analysis of the temperature rise in the projectile and extended chain polyethylene fiber composite armor during ballistic impact and penetration. Polymer Engineering and Science. 34 (2), 141-152 (1994).
  3. U.S. Patent. Park, A. D., Park, D., No Park, A. J. , 7,148,162 (2006).
  4. U.S. Patent. No Park, A. D. , 5,437,905 (1995).
  5. Flexible multi-layered armor. Patent No. WO/1989. Harpell, G. A., Prevorsek, D. C., Li, H. L. , 001125 (1989).
  6. Cena, C., et al. BSCCO superconductor micro/nanofibers produced by solution blow-spinning technique. Ceramics International. 43 (10), 7663-7667 (2017).
  7. Miller, C. L., Stafford, G., Sigmon, N., Gilmore, J. A. Conductive nonwoven carbon nanotube-PLA composite nanofibers towards wound sensors via solution blow spinning. IEEE Transactions on Nanobioscience. 18 (2), 244-247 (2019).
  8. Iorio, M., et al. Conformational changes on PMMA induced by the presence of TiO 2 nanoparticles and the processing by Solution Blow Spinning. Colloid and Polymer Science. 296 (3), 461-469 (2018).
  9. Martínez-Sanz, M., et al. Antimicrobial poly (lactic acid)-based nanofibres developed by solution blow spinning. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 15 (1), 616-627 (2015).
  10. Wang, H., et al. Highly flexible indium tin oxide nanofiber transparent electrodes by blow spinning. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (48), 32661-32666 (2016).
  11. Greenhalgh, R. D., et al. Hybrid sol-gel inorganic/gelatin porous fibres via solution blow spinning. Journal of Materials Science. 52 (15), 9066-9081 (2017).
  12. Gonzalez-Abrego, M., et al. Mesoporous titania nanofibers by solution blow spinning. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 81 (2), 468-474 (2017).
  13. Oliveira, J. E., Zucolotto, V., Mattoso, L. H., Medeiros, E. S. Multi-walled carbon nanotubes and poly (lactic acid) nanocomposite fibrous membranes prepared by solution blow spinning. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 12 (3), 2733-2741 (2012).
  14. Medeiros, E. S., Glenn, G. M., Klamczynski, A. P., Orts, W. J., Mattoso, L. H. Solution blow spinning: A new method to produce micro-and nanofibers from polymer solutions. Journal of Applied Polymer Science. 113 (4), 2322-2330 (2009).
  15. Vasireddi, R., et al. Solution blow spinning of polymer/nanocomposite micro-/nanofibers with tunable diameters and morphologies using a gas dynamic virtual nozzle. Scientific Reports. 9 (1), 1-10 (2019).
  16. Tutak, W., et al. The support of bone marrow stromal cell differentiation by airbrushed nanofiber scaffolds. Biomaterials. 34 (10), 2389-2398 (2013).
  17. Daristotle, J. L., Behrens, A. M., Sandler, A. D., Kofinas, P. A review of the fundamental principles and applications of solution blow spinning. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (51), 34951-34963 (2016).
  18. Hofmann, E., et al. Microfluidic nozzle device for ultrafine fiber solution blow spinning with precise diameter control. Lab on a Chip. 18 (15), 2225-2234 (2018).
  19. Behrens, A. M., et al. In situ deposition of PLGA nanofibers via solution blow spinning. ACS Macro Letters. 3 (3), 249-254 (2014).
  20. Vural, M., Behrens, A. M., Ayyub, O. B., Ayoub, J. J., Kofinas, P. Sprayable elastic conductors based on block copolymer silver nanoparticle composites. ACS Nano. 9 (1), 336-344 (2015).
  21. Srinivasan, S., Chhatre, S. S., Mabry, J. M., Cohen, R. E., McKinley, G. H. Solution spraying of poly (methyl methacrylate) blends to fabricate microtextured, superoleophobic surfaces. Polymer. 52 (14), 3209-3218 (2011).
  22. Flory, P. J. Principles of polymer chemistry. , Cornell University Press. (1953).
  23. Palangetic, L., et al. Dispersity and spinnability: Why highly polydisperse polymer solutions are desirable for electrospinning. Polymer. 55 (19), 4920-4931 (2014).
  24. Ying, Q., Chu, B. Overlap concentration of macromolecules in solution. Macromolecules. 20 (2), 362-366 (1987).
  25. Haro-Pérez, C., Andablo-Reyes, E., Díaz-Leyva, P., Arauz-Lara, J. L. Microrheology of viscoelastic fluids containing light-scattering inclusions. Physical Review E. 75 (4), 041505 (2007).
  26. Thiele, J., et al. Early development drug formulation on a chip: Fabrication of nanoparticles using a microfluidic spray dryer. Lab on a Chip. 11 (14), 2362-2368 (2011).
  27. Zhao, J., Xiong, W., Yu, N., Yang, X. Continuous jetting of alginate microfiber in atmosphere based on a microfluidic chip. Micromachines. 8 (1), 8 (2017).
  28. Jun, Y., Kang, E., Chae, S., Lee, S. H. Microfluidic spinning of micro-and nano-scale fibers for tissue engineering. Lab on a Chip. 14 (13), 2145-2160 (2014).
  29. Weng, B., Xu, F., Salinas, A., Lozano, K. Mass production of carbon nanotube reinforced poly (methyl methacrylate) nonwoven nanofiber mats. Carbon. 75, 217-226 (2014).
  30. Barton, A. F. Solubility parameters. Chemical Reviews. 75 (6), 731-753 (1975).

Tags

Mühendislik Sayı 169 Çözelti Üfleme İpliği (SBS) polimerik lifler fiber nanokompozitler Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) poli(stiren-bütadien-stiren) demir oksit (Fe3O4) nanopartiküller
Kişisel Koruyucu Ekipmanlar için Polimerik Nano-Kompozit Liflerin Çözelti Üfleme İpliği
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tsinas, Z., Tao, R., Forster, A. L.… More

Tsinas, Z., Tao, R., Forster, A. L. Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment. J. Vis. Exp. (169), e62283, doi:10.3791/62283 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter