DE102014004631A1

DE102014004631A1 - Apparatus and method for the electrostatic spinning of polymer solutions and filter medium

Info

Publication number: DE102014004631A1
Application number: DE102014004631.1A
Authority: DE
Inventors: Anton Kreiner; Maximilian Steinbrunner; Nico Behrendt; Björn Schmid
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2014-11-20

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum elektrostatischen Verspinnen von Polymerlösungen zur Erzeugung von Nanofasern vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Rotationsspinnelektrode auf, die durch einen Draht gebildeten Verspinnungselemente aufweist. Die Verspinnungselemente sind um einen Winkel versetzt zueinander angeordnet.A device for the electrostatic spinning of polymer solutions for the production of nanofibers is presented. The device comprises a rotary spinning electrode which has spinning elements formed by a wire. The spinning elements are offset from one another by an angle.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Verspinnen von Polymerlösungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Rotationsspinnelektrode zur Erzeugung von Nanofasern. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zu dessen Herstellung zum Abscheiden von Nanofasern auf einem Substrat sowie ein mit solchen Nanofasern beschichtetes Filtermedium.The present invention generally relates to a device for spinning polymer solutions. In particular, the invention relates to a rotary spinning electrode for producing nanofibers. Furthermore, the invention relates to a method for its production for depositing nanofibers on a substrate and to a filter medium coated with such nanofibers.

Stand der TechnikState of the art

Ultradünne Fasern (sogenannte Nanofasern, d. h., Fasern mit einem Faserdurchmesser überwiegend (99,9%) im Bereich < 500 nm) werden heutzutage außer durch bekannte Verfahren wie Meltblown oder Island-in-the-sea vor allem durch das sogenannte Elektrospinn-Verfahren hergestellt. Das Elektrospinnen (auch als elektrostatisches Spinnen bezeichnet) ist eine vielseitige Methode, um aus Lösungen und Schmelzen, vorwiegend von Polymeren, kontinuierliche Fasern mit Durchmessern von wenigen Millimetern bis zu wenigen Nanometern herzustellen. Die Methode ist vielseitig anwendbar, da sich nahezu alle löslichen und schmelzbaren Polymere einsetzen lassen, die Polymere außerdem mit unterschiedlichen Additiven – von einfachen Rußpartikeln bis zu komplexen Spezies wie Enzymen, Viren und Bakterien – ausgerüstet werden können und natürlich auch chemische Modifikationen möglich sind.Ultrathin fibers (so-called nanofibers, ie, fibers with a fiber diameter predominantly (99.9%) in the range <500 nm) are nowadays produced, besides by known processes such as meltblown or island-in-the-sea, above all by the so-called electrospinning process , Electrospinning (also referred to as electrostatic spinning) is a versatile method for making continuous fibers with diameters from a few millimeters to a few nanometers from solutions and melts, predominantly polymers. The method is versatile because almost all soluble and fusible polymers can be used, the polymers can also be equipped with different additives - from simple carbon black particles to complex species such as enzymes, viruses and bacteria - and of course, chemical modifications are possible.

Im eigentlichen Sinne handelt es sich beim Elektrospinnen nicht um ein Faserspinnverfahren, sondern vielmehr um ein Beschichtungsverfahren mit Mikro- oder Nanofaservliesen. Durch Elektrospinnen lassen sich so nahezu beliebige feste und flüssige Substrate mit einer dünnen Schicht von Polymerfaservliesen beschichten, die typischerweise Flächengewichte < 1 g/cm² aufweisen. Derartige elektrogesponnene Polymerfaservliese sind ausgesprochen filigran und eigentlich nur auf Substraten zu verwenden. Durch eine signifikante Erhöhung der Produktivität des Elektrospinnverfahrens sind nun auch selbsttragende elektrogesponnene Gewebe zugänglich, die deutlich höhere Flächengewichte (bis zu 200 g/cm²) aufweisen und damit nicht mehr als Beschichtungen angesehen werden können.In the actual sense, electrospinning is not a fiber spinning process, but rather a coating process with micro- or nanofiber nonwovens. By electrospinning almost any solid and liquid substrates can be coated with a thin layer of polymer fiber webs, which typically have basis weights <1 g / cm ² . Such electrospun polymer fiber webs are extremely filigree and actually only on substrates to use. Due to a significant increase in the productivity of the electrospinning process, self-supporting electrospun fabrics are now also accessible, which have significantly higher basis weights (up to 200 g / cm ² ) and thus can no longer be regarded as coatings.

Das klassische Düsensystem zum Abspinnen von Nanofasern wird bspw. in der DE 101 094 474 C1 und der EP 1 409 775 B1 beschrieben. Dabei wird ein Polymer in Form einer Polymerschmelze oder in Form einer Lösung in ein elektrisches Feld eingebracht und durch die Einwirkung des Feldes zu Fasern versponnen. Eine Elektrode bildet dabei gewöhnlich eine Aufnahmeeinrichtung für die versponnenen Fasern, während die Gegenelektrode häufig als Spritzdüse ausgebildet ist. Die angelegte Spannung bewirkt eine konusförmige Verformung des von der Spritzdüse ausgehenden Tropfens in Richtung auf die Gegenelektrode. Auf dem Weg zur Gegenelektrode verdunstet das in der Spinnlösung enthaltene Lösungsmittel (bzw. die Schmelze erstarrt), und auf der Gegenelektrode werden mit hoher Geschwindigkeit feste Fasern mit Durchmessern von mehreren μm bis hinab zu wenigen nm abgeschieden. Die beschriebene Anordnung eignet sich sowohl für die Herstellung von Nanopartikel- als auch von Nanofaserlagen.The classic nozzle system for spinning nanofibers is, for example, in the DE 101 094 474 C1 and the EP 1 409 775 B1 described. In this case, a polymer in the form of a polymer melt or in the form of a solution is introduced into an electric field and spun into fibers by the action of the field. An electrode usually forms a receiving device for the spun fibers, while the counter electrode is often formed as a spray nozzle. The applied voltage causes a cone-shaped deformation of the drop emanating from the spray nozzle in the direction of the counter electrode. On the way to the counter electrode, the solvent contained in the spinning solution (or the melt solidifies) evaporates, and solid fibers with diameters of several μm down to a few nm are deposited on the counterelectrode at high speed. The arrangement described is suitable both for the production of nanoparticle and nanofiber layers.

In der EP 1 409 775 B1 wird bereits darauf hingewiesen, dass die Ausgestaltung der Absprühelemente einen wesentlichen Einfluss auf den Bildungsprozess der Nanofasern hat.In the EP 1 409 775 B1 It has already been pointed out that the design of the spray-off elements has a significant influence on the formation process of the nanofibers.

Die Verwendung einer Rotationsspinn- oder Drahtelektrode, die teilweise in das zu verspinnende Medium eintaucht, wird z. B. in WO2008/028428A1 und WO2008/098526 beschrieben. 1 zeigt schematisch eine solche Rotationsspinnelektrode 1. Sie weist zwei Stirnseiten 2, 3 auf, zwischen denen die durch einen Draht gebildeten Verspinnungselemente (Absprühelemente) 5 gelagert sind. Diese sind auf dem Umfang gleichmäßig verteilt und laufen mit der Rotationsachse 41 der Rotationsspinnelektrode 1 parallel. Die Stirnseiten sind aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet und alle Verspinnungselemente sind untereinander elektrisch leitend verbunden.The use of a Rotationssspinn- or wire electrode, which dips partially into the medium to be spun, z. In WO2008 / 028428A1 and WO2008 / 098526 described. 1 schematically shows such a rotary spinning electrode 1 , It has two end faces 2 . 3 between, between which are formed by a wire spinning elements (spray elements) 5 are stored. These are evenly distributed on the circumference and run with the axis of rotation 41 the spinning electrode 1 parallel. The end faces are formed from an electrically non-conductive material and all the spinning elements are electrically conductively connected to each other.

Um den Output von Nanofasern bzw. die zielgerichtete Ablage der Fasern zu verbessern, beschreibt die WO 2008/098526 A2 zudem einen Corona-Emitter, der verschiedenartig angeordnet sein kann. Dabei werden durch die Corona Ionen auf das Substrat emittiert, die in Bezug auf die Nanofasern eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Bedingt durch die elektrostatische Anziehung werden die Nanofasern besser an das Substrat gebunden. Allerdings besteht bei dieser Anordnung die Gefahr von elektrischen Durchschlägen.To improve the output of nanofibers or the targeted deposition of the fibers, the WO 2008/098526 A2 also a corona emitter, which can be arranged in various ways. In this case, the corona ions are emitted onto the substrate, which have an opposite polarity with respect to the nanofibers. Due to the electrostatic attraction, the nanofibers are better bound to the substrate. However, there is a risk of electrical breakdown in this arrangement.

Zwar weist die in den o. g. Druckschriften beschriebene Drahtelektrode gegenüber den bisher üblichen Düsen-Absprühsystemen erhebliche Vorteile wie z. B. eine gleichmäßigere Beschichtung und einen geringen Wartungsaufwand auf, eine Verbündelung der Nanofasern kann jedoch dadurch nicht verhindert werden, da die Nanofasern auf den Drähten sehr dicht beieinander abgesprüht werden. Polymere, die noch einen Rest an Lösungsmittel enthalten, also noch geringfügig gequollen sind, sind klebrig. Dadurch kann es bei der Verbindung von zwei Polymerjets zur Vermischung und damit zum Verkleben kommen. Insbesondere bei solchen klebrigen Nanofasern gilt es, eine Verbündelung zu vermeiden.Although the wire electrode described in the above-mentioned publications has considerable advantages over the previously customary nozzle spray-on systems, such as, for example, B. a more uniform coating and a low Maintenance on, a bundling of nanofibers, however, can not be prevented, since the nanofibers are sprayed on the wires very close together. Polymers which still contain a residual amount of solvent, ie are still slightly swollen, are sticky. This can lead to the mixing of two polymer jets for mixing and thus bonding. Especially with such sticky nanofibers, it is important to avoid bundling.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationsspinnelektrode für eine Vorrichtung zum elektrostatischen Verspinnen von Polymerlösungen zur Erzeugung von Nanofasern bereit zu stellen, die einer Verbündelung beim Absprühen entgegen wirkt.It is therefore an object of the present invention to provide a rotary spinning electrode for a device for the electrostatic spinning of polymer solutions for the production of nanofibers, which counteracts a bundling during spraying.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Rotationsspinnelektrode bereit zu stellen, die eine gleichmäßige Beschichtung des Substrats erlaubt und gleichzeitig die Gefahr einer Filmbildung während des Abspinnens vermeidet.It is a further object of the present invention to provide such a rotary spinning electrode which permits uniform coating of the substrate while avoiding the risk of film formation during spinning.

Diese und weitere Aufgaben werden durch die Rotationsspinnelektrode nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.These and other objects are achieved by the spinning spinneret of claim 1 and the method of claim 8.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung liegt Versetzungswinkel der Verspinnungselemente im Bereich von 1 bis 45 Grad, insbesondere im Bereich von 10 bis 30 Grad und beträgt besonders vorzugsweise 15 Grad.In a particular embodiment of the invention, the displacement angle of the spinning elements is in the range of 1 to 45 degrees, in particular in the range of 10 to 30 degrees and is particularly preferably 15 degrees.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist diese eine zweite, spiegelbildlich invers zu der ersten angeordnete Rotationsspinnelektrode mit gleicher Drehrichtung auf. Dies hat den Vorteil einer gleichmäßigeren Abscheidung der Nanofasern auf dem Substrat. Zudem wird der ”Fasermix”, d. h., die Abscheidung von Nanofasern unterschiedlichen Durchmessers, dadurch optimiert.In a preferred embodiment of the invention, this has a second, mirror-image inverse to the first arranged rotary spinning electrode with the same direction of rotation. This has the advantage of a more uniform deposition of the nanofibers on the substrate. In addition, the "fiber mix", i. h., The deposition of nanofibers of different diameters, thereby optimized.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die zweite Rotationsspinnelektrode gegenüber der ersten Rotationsspinnelektrode um eine Vierteldrehung in Drehrichtung verschoben angeordnet. Dies führt zu einer verbesserten Beschichtung des Substrats.In an advantageous development, the second rotary spinning electrode is arranged displaced in the direction of rotation by a quarter turn relative to the first rotary spinning electrode. This leads to an improved coating of the substrate.

In bevorzugter Weise werden die Verspinnungselemente zeitlich versetzt durch das elektrische Hochspannungsfeld der Elektrospinnvorrichtung geführt, was ebenfalls eine gleichmäßigere Beschichtung ermöglicht. Außerdem lassen sich auf diese Weise die Nanofasern besser verstrecken.Preferably, the spinning elements are staggered by the high voltage electric field of the electrospinning device, which also allows a more uniform coating. In addition, the nanofibers can be stretched better in this way.

Ebenfalls erfindungsgemäß wird ein Filtermedium mit Nanofasern bereit gestellt, wobei die Nanofasern durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbar sind.Also according to the invention, a filter medium with nanofibers is provided, wherein the nanofibers can be produced by the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Filterelement kann insbesondere zur Flüssigkeitsfiltration, Kfz-Innenraumfiltration und/oder Motorluftfiltration eingesetzt werden.The filter element according to the invention can be used in particular for liquid filtration, automotive interior filtration and / or engine air filtration.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to the drawings. Showing:

1 schematisch den Aufbau einer Rotationsspinnelektrode nach dem Stand der Technik; 1 schematically the structure of a rotary spinning electrode according to the prior art;

2 schematisch die Anordnung der Verspinnungselemente der erfindungsgemäßen Rotationsspinnelektrode; 2 schematically the arrangement of the spinning elements of the rotary spinning electrode according to the invention;

3 eine erfindungsgemäße Anordnung von zwei spiegelbildlichen, inversen erfindungsgemäßen Rotationsspinnelektroden; 3 an inventive arrangement of two mirror-image, inverse rotary spin electrodes according to the invention;

4 schematisch die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Zwillingselektroden-Anordnung; 4 schematically the operation of the twin electrode arrangement according to the invention;

5a und 5b schematisch die zeitliche Entstehung der Nanofasern im Vergleich; und 5a and 5b schematically the temporal origin of the nanofibers in comparison; and

6 eine Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Filterelements. 6 an application of the filter element according to the invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

2 zeigt schematisch die Anordnung der Verspinnungselemente der erfindungsgemäßen Rotationsspinnelektrode 10 im Vergleich zum Stand der Technik. Zur Vereinfachung ist lediglich ein Verspinnungselement 12 gezeigt. Zwischen den Stirnseiten 2, 3 sind die durch einen Draht gebildeten Verspinnungselemente (Absprühelemente) 12 gelagert. Bei der bekannten Rotationsspinnelektrode 1 laufen die Absprühelemente 5 mit der Rotationsachse (nicht gezeigt) der Rotationsspinnelektrode parallel. Im Gegensatz dazu sind die Verspinnungselemente 12 der erfindungsgemäßen Rotationselektrode 10 um einen Winkel α versetzt zueinander angeordnet. Der Versetzungswinkel α (Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Verspinnungselements) liegt dabei im Bereich von 1 bis 45 Grad, vorzugsweise zwischen 10 und 30 Grad und beträgt äußerst vorzugsweise 15 Grad. 2 shows schematically the arrangement of the spinning elements of the rotary spinning electrode according to the invention 10 in comparison to the prior art. For simplicity, only one spinning element 12 shown. Between the front sides 2 . 3 are the spinning elements (spray-off elements) formed by a wire 12 stored. In the known rotary spinning electrode 1 run the spray elements 5 with the rotation axis (not shown) of the rotary spinning electrode in parallel. In contrast, the spinning elements 12 the rotary electrode according to the invention 10 offset by an angle α to each other. The offset angle α (ratio of length to diameter of the spinning element) is in the range of 1 to 45 degrees, preferably between 10 and 30 degrees, and is most preferably 15 degrees.

Der Vorteil dieser versetzten Anordnung der Verspinnungselemente liegt darin, dass keine Gefahr der Bündelbindung der erzeugten Nanofasern besteht, da diese nacheinander von den Verspinnungselementen abgesprüht werden. Es findet keine Interaktion und damit kein Verkleben zwischen den einzelnen sich bildenden Nanofasern statt. 5a und 5b zeigen schematisch die zeitliche Entstehung der Nanofasern im Vergleich.The advantage of this staggered arrangement of the spinning elements is that there is no risk of bundle binding of the nanofibers produced, since these are sprayed successively from the spinning elements. There is no interaction and thus no sticking between the individual nanofibers taking place. 5a and 5b schematically show the temporal origin of the nanofibers in comparison.

Dabei zeigt 5a die Entstehung der Fasern bei Verwendung einer Rotationsspinnelektrode des Standes der Technik mit parallel zur Rotationsachse der Elektrode angeordneten Verspinnungselementen 5. Hierbei entstehen die Nanofasern 14 etwa zeitgleich und interagieren (gestrichelter Bereich 16). Dadurch findet keine optimale Verstreckung der Fasern statt, die entstehenden Nanofasern sind dicker und verbinden sich teilweise.It shows 5a the formation of the fibers using a spinning spinner of the prior art with arranged parallel to the axis of rotation of the electrode spinning elements 5 , This produces the nanofibers 14 about the same time and interact (dashed area 16 ). As a result, no optimal stretching of the fibers takes place, the resulting nanofibers are thicker and partially bond.

Im Gegensatz dazu entstehen die Nanofasern bei Verwendung der erfindungsgemäßen Rotationsspinnelektrode mit versetzten Verspinnungselementen 12 nacheinander, d. h., zeitlich und ggf. räumlich (vgl. weiter unten) unterschiedlich (vgl. 5b, gestrichelter Bereich 16'). Dadurch wird eine optimale Verstreckung der Fasern erreicht, diese werden dünner und verbinden sich nicht.In contrast, the nanofibers arise when using the rotary spinning electrode according to the invention with staggered spinning elements 12 successively, ie temporally and possibly spatially (see below) differently (cf. 5b , dashed area 16 ' ). As a result, an optimal stretching of the fibers is achieved, they are thinner and do not connect.

Darüber hinaus können sich die gebildeten Nanofasern aufgrund der fehlenden Interaktion untereinander besser verstrecken. Außerdem wird die Tendenz zur Filmbildung der Spinnlösung während des Abspinnens verringert. Dies ist besonders vorteilhaft beim Verspinnen von klebrigen Nanofasern oder Nanofasern, die klebrige Domänen aufweisen.In addition, the formed nanofibers can stretch better due to the lack of interaction with each other. In addition, the tendency for film formation of the spinning solution during spinning is reduced. This is particularly advantageous in spinning sticky nanofibers or nanofibers having sticky domains.

In 3 ist schematisch eine Anordnung gezeigt, in der zwei erfindungsgemäße Rotationsspinnelektroden 10, 10' spiegelbildlich invers zueinander angeordnet sind. Die Verspinnungselemente 12, 12' der Elektroden, die jeweils zwischen den Stirnseiten 2, 3 angeordnet sind, sind dabei – im Gegensatz zu den Elektroden des Standes der Technik (vgl. 1b) – jeweils um den gleichen Winkel α zueinander versetzt (vgl. 2).In 3 schematically shows an arrangement in which two Rotationssspinnelektroden invention 10 . 10 ' mirror images are arranged inversely to each other. The spinning elements 12 . 12 ' the electrodes, each between the end faces 2 . 3 are arranged are - in contrast to the electrodes of the prior art (see. 1b ) - each offset by the same angle α to each other (see. 2 ).

4 zeigt schematisch die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Zwillingselektroden-Anordnung aus 3. Im Allgemeinen sind auf einer Elektrode vier Verspinnungselemente 12 angeordnet. Es ist natürlich auch möglich, eine größere Anzahl Verspinnungselemente zu verwenden, bei einer zu hohen Anzahl besteht jedoch die Gefahr eines Überschlags. Zur Vereinfachung ist in dieser Figur aber lediglich ein Verspinnungselement (Absprühdraht) 12 gezeigt. In Bezug auf den Ausgangspunkt des Verspinnungselements wird dessen Ende um den Winkel α versetzt angebracht (vgl. 2). Wie bereits erwähnt, sind die beiden Rotationsspinnelektroden spiegelbildlich invers zueinander angeordnet und weisen den gleichen Drehsinn auf (vgl. die Pfeile 18, 18' in 4). Vorzugsweise wird die zweite Elektrode jedoch noch zusätzlich gegenüber der ersten Elektrode um eine Vierteldrehung verschoben angeordnet, wodurch eine höhere Gleichmäßigkeit erreicht wird. Wenn sich die zweite Elektrode vorn beschichtet (Position 2b in 4 – die Bezeichnung ”vorn” bezieht sich dabei auf die Seite, an der die Steuerelektronik für die Anlage angeordnet ist, diese wird auch Führerseite genannt), befindet sich der vordere Teil der ersten Elektrode gerade noch in der (nicht gezeigten) Spinnlösung (Position 1b in 4). Demgegenüber ist, wenn die erste Elektrode hinten (zum Begriff ”hinten” vergleiche die Bezeichnung ”vorn” weiter oben) beschichtet wird (Position 1a in 4), die zweite Elektrode gerade noch in die Spinnlösung eingetaucht (Position 2a in 4). Die Positionen 1b und 2a bzw. 1a und 2b befinden sich räumlich auf gleicher Höhe, wobei sich jedoch die Höhen voneinander unterscheiden. Es entsteht auf diese Weise eine Wechselwirkung, d. h., während auf einer Seite der Draht noch in die Lösung eintaucht, wird auf der anderen Seite bereits abgesponnen. 4 schematically shows the operation of the inventive twin electrode arrangement 3 , Generally, there are four spinning elements on an electrode 12 arranged. Of course, it is also possible to use a larger number of spinning elements, but too high a number there is a risk of rollover. For simplification, in this figure, however, only one spinning element (spray-off wire) 12 shown. With respect to the starting point of the spinning element whose end is offset by the angle α attached (see. 2 ). As already mentioned, the two rotary spinning electrodes are arranged in mirror image inverse to one another and have the same direction of rotation (compare the arrows 18 . 18 ' in 4 ). Preferably, however, the second electrode is additionally shifted in relation to the first electrode by a quarter turn, whereby a higher uniformity is achieved. When the second electrode is front coated (position 2 B in 4 - The term "front" refers to the side on which the control electronics for the system is located, this is also called the leader page), the front part of the first electrode is just in the (not shown) spinning solution (position 1b in 4 ). In contrast, when the first electrode is coated at the rear (for the term "back", see the term "front" above) (position 1a in 4 ), the second electrode just barely immersed in the spinning solution (position 2a in 4 ). The positions 1b and 2a respectively. 1a and 2 B are spatially at the same height, but the heights differ from each other. This results in an interaction, ie, while on one side of the wire is still immersed in the solution, is already spun on the other side.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass keine Verwirbelung der entstehenden Nanofasern auftritt, da von den Verspinnungselementen zeitlich nacheinander abgesprüht wird. Es wird auf diese Weise eine sehr gleichmäßige Beschichtung des Substrats erreicht, da Stellen auf dem Ablagevlies, welche von der ersten Elektrode nicht beschichtet werden, von der zweiten Elektrode beschichtet werden und umgekehrt. The advantage of this arrangement is that no turbulence of the resulting nanofibers occurs because of the spinning elements is sprayed in succession in time. It is achieved in this way a very uniform coating of the substrate, since locations on the Ablagevlies, which are not coated by the first electrode, are coated by the second electrode and vice versa.

Das Resultat ist somit eine Beschichtung mit sehr feinen Nanofasern, da sich die Jets, d. h., die Abspinnpunkte zwischen Draht und Filtermedium, während des Absprühvorgangs von den Verspinnungselementen durch die Verdrehung derselben nicht behindern. Es können auf diese Weise nacheinander sehr feine Nanofasern abgelegt werden, welche gleichzeitig durch den Elektrodenversatz auch eine sehr gleichmäßige Nanofaser-Beschichtung ergeben. Auch eine Hautbildung zwischen den Verspinnungselementen während des Elektrospinnens wird durch den Versatz der Elemente verhindert.The result is therefore a coating with very fine nanofibers, since the jets, i. h., Do not interfere with the Abspinnpunkte between wire and filter medium during the spraying of the spinning elements by the rotation of the same. It can be stored in this way one after another very fine nanofibers, which also result in a very uniform nanofiber coating by the electrode offset. Skin formation between the spinning elements during electrospinning is also prevented by the displacement of the elements.

Die Nanofasern können aus allen geeigneten Polymeren einschließlich thermoplastischen und duroplastischen Polymeren gebildet werden. Geeignete Polymere zur Herstellung von Nanofasern umfassen beispielsweise, sind aber nicht beschränkt auf, Polyimid, aliphatisches Polyamid, aromatisches Polyamid, Polysulfon, Celluloseacetat, Polyethersulfon, Polyurethan, Polyharnstoffurethan, Polybenzimidazol, Polyetherimid, Polyacrylnitril, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyanilin, Polyethylenoxid, Polyethylennaphthalat, Polybutylenterephthalat, Styrenbutadien-Kautschuk, Polystyren, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylbutylen, Copolymeren oder abgeleitete Verbindungen und Kombinationen davon.The nanofibers can be formed from any suitable polymers including thermoplastic and thermoset polymers. Suitable polymers for making nanofibers include, but are not limited to, polyimide, aliphatic polyamide, aromatic polyamide, polysulfone, cellulose acetate, polyethersulfone, polyurethane, polyureaurethane, polybenzimidazole, polyetherimide, polyacrylonitrile, polyethylene terephthalate, polypropylene, polyaniline, polyethylene oxide, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate , Styrene butadiene rubber, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polyvinyl butylene, copolymers or derived compounds and combinations thereof.

Eine Anwendung der Erfindung liegt in der Kfz-Innenraumfiltration. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Nanofasern können dabei zur Beschichtung von Polypropylenvliesen verwendet werden. Die nanofaserbeschichteten Polypropylenvliese können anschließend plissiert und daraus Innenraumfilter 30 für den Kfz-Bereich (s. 6) gefertigt werden. Die Figur zeigt dabei das Vlies mit den Nanofasern 32 mit den entsprechenden Seitenbandstreifen 34. Die bevorzugten geometrischen Daten sind in der Tabelle 1 angegeben. Dem Fachmann ist bekannt, dass auch andere Ausführungsformen, wie z. B. Rundelemente, möglich sind. Tabelle 1 Filtergeometrie (L × B × H; mm) 230 × 238 × 30 Anströmfläche (m²) 0,05474 Medienfläche (m²) 0,613088 Faltenhöhe (mm) 28 Faltenabstand (mm) 5 Faltenanzahl 46 An application of the invention is in the automotive interior filtration. The nanofibers produced by means of the method according to the invention can be used for coating polypropylene nonwovens. The nanofiber-coated polypropylene nonwovens can then be pleated and used to filter cabin air 30 for the motor vehicle sector (s. 6 ) are manufactured. The figure shows the fleece with the nanofibers 32 with the corresponding sideband strips 34 , The preferred geometrical data are given in Table 1. The skilled person is known that other embodiments, such. B. round elements, are possible. Table 1 Filter geometry (L × W × H; mm) 230 × 238 × 30 Inflow area (m ² ) 0.05474 Media area (m ² ) 0.613088 Wrinkle height (mm) 28 Fold distance (mm) 5 number of folds 46

Durch die erfindungsgemäße versetzte Anordnung der Verspinnungselemente wird eine bessere Gleichmäßigkeit der Verspinnung erreicht und der Fasermix, d. h. die Mischung von Nanofasern mit unterschiedlichem Durchmesser, kann optimiert werden, was eine Verbesserung der Abscheideleistung bewirkt.By the staggered arrangement of the spinning elements according to the invention a better uniformity of the spinning is achieved and the fiber mix, d. H. the mixture of nanofibers of different diameter can be optimized, which results in an improvement of the separation efficiency.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 101094474 C1 [0004]
EP 1409775 B1 [0004, 0005]
WO 2008/028428 A1 [0006]
WO 2008/098526 [0006]
WO 2008/098526 A2 [0007]

Claims

Device for the electrostatic spinning of polymer solutions for the production of nanofibers with a spinning spinning electrode ( 10 ), the spinning elements formed by a wire ( 12 ), characterized in that the spinning elements ( 12 ) are offset by an angle to each other.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the displacement angle is in the range of 1 to 45 degrees.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the displacement angle is in the range of 10 to 30 degrees.

Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the displacement angle is 15 degrees.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has an additional, mirror-inverted image to the one spinning spinning electrode ( 10 ) arranged second rotary spinning electrode ( 10 ' ) has the same direction of rotation.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the second rotation electrode ( 10 ' ) opposite the first spin electrode ( 10 ) is shifted by a quarter turn.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the spinning elements ( 12 . 12 ' ) of the second spin electrode ( 10 ' ) by the same angle as in the first rotary spinning electrode ( 10 ) are offset from one another.

Method for depositing nanofibers on a substrate by means of electrospinning from spinning solutions with a spinning spinning electrode ( 10 ) with spinning elements ( 12 ) and a counterelectrode, wherein between the electrodes a high-voltage electric field is generated, characterized in that the spinning elements ( 12 ) are offset by an angle to each other.

A method according to claim 8, characterized in that an additional, mirror image inverse to the one spinning spinning electrode ( 10 ) arranged second rotary spinning electrode ( 10 ' ) is used with the same direction of rotation.

Method according to claim 9, characterized in that the second rotary electrode ( 10 ' ) opposite the first spin electrode ( 10 ) is shifted by a quarter turn.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the spinning elements ( 12 ) are offset in time by the electric high voltage field.

Filter medium containing nanofibers, which can be produced by a method according to one of claims 8 to 11.

Filter element with a filter medium according to claim 12, in particular for liquid filtration, automotive interior filtration and / or engine air filtration.